(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却性能を高めると共にノイズの影響を抑制する。【解決手段】半導体装置１は、樹脂封止された複数の半導体モジュール３と、キャパシタ４と、半導体モジュール３の下面及びキャパシタ４の下面に接続された冷却器２と、第１絶縁層５０と、第１絶縁層５０の上面に配置された第１バスバー層５１と、第１バスバー層５１の下面に配置さた第２バスバー層５２と、を有し、第１バスバー層５１の主面の一部と第２バスバー層５２の主面との少なくとも一部が平行に配置されたバスバー部材５と、半導体モジュール３を制御する制御回路基板７と、本体部６２と、本体部６２の外周表面に配置された第２絶縁層６３と、を有し、本体部６２の下面が第２絶縁層６３を介してバスバー部材５と接し、本体部６２の上面が第２絶縁層６３を介して制御回路基板７と接し、且つ、本体部６２の一部が冷却器２に接続された伝熱部材６と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接続端子及び第２接続端子を上面に露出して樹脂封止された複数の半導体モジュールと、
第３接続端子及び第４接続端子を有するキャパシタと、
前記複数の半導体モジュールの下面及び前記キャパシタの下面に接続された冷却器と、
第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置され前記第１接続端子と前記第３接続端子を接続する第１バスバー層と、前記第１バスバー層の下面に配置され前記第２接続端子と前記第４接続端子を接続する第２バスバー層と、を有し、前記第１バスバー層の主面と前記第２バスバー層の主面との少なくとも一部が平行に配置されたバスバー部材と、
前記複数の半導体モジュールを制御する制御回路基板と、
本体部と、前記本体部の外周表面の少なくとも一部に配置された第２絶縁層と、を有し、前記本体部の下面が前記第２絶縁層を介して前記バスバー部材と接し、前記本体部の上面が前記第２絶縁層を介して前記制御回路基板と接し、且つ前記本体部の一部が前記冷却器に接続された伝熱部材と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１絶縁層は、前記第１接続端子を通す第１貫通孔と、前記第２接続端子を通す第２貫通孔と、を有し、
前記第２貫通孔の内壁は、前記第２接続端子の側壁から離間し、
前記第１バスバー層は、前記第２接続端子に対して、前記第２貫通孔の前記内壁よりも離間していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記バスバー部材は、前記複数の半導体モジュールの並び方向に長い平面視矩形状を有し、
前記バスバー部材の両主面は、前記第１絶縁層の長手方向の中心軸に対して軸対称の構造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。
【請求項４】
前記第１接続端子及び前記第３接続端子は、前記第１バスバー層に設けた貫通孔にそれぞれ圧入され、前記第２接続端子及び前記第４接続端子は、前記第２バスバー層に設けた貫通孔にそれぞれ圧入されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、ポリイミド樹脂で形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記キャパシタの上面は、前記第２バスバー層と直接接触していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記伝熱部材は、銅又はアルミニウムを含有する金属体で形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記伝熱部材は、内部に相変化によって前記バスバー部材を冷却する冷媒を封入したヒートパイプで構成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記伝熱部材は、前記バスバー部材及び前記制御回路基板と接する平板部と、前記平板部と連通し前記平板部の前記バスバー部材と対向する面よりも上方に持ち上げられた屈曲部と、前記屈曲部と接続した柱状部と、を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記平板部及び前記屈曲部が中空構造で内部に前記冷媒が気体状態及び／又は液体状態で封入されており、
前記柱状部は、中実構造であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、ＦＷＤ（Free  Wheeling  Diode）等の半導体素子が設けられた基板を有し、インバータ装置等に利用されている（例えば、特許文献１から特許文献７参照）。
【０００３】
この種の半導体装置にあっては、使用環境等により半導体素子に発生する熱の影響を考慮して、何らかの冷却構造が採用される。例えば特許文献１では、半導体モジュールに冷却用の放熱フィンが設けられ、放熱フィンには冷却水路が接続される。特許文献２では、基板とモジュールとの間に吸熱板が設けられ、吸熱板の端部が冷却フィンに接続されている。特許文献３−１４では、発熱箇所にヒートパイプや放熱フィン、伝熱板や断熱シート等が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２５２４０号公報
【特許文献２】特開２００１−１４５３６６号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／１４７１９９号
【特許文献４】特開２００３−１２４４１３号公報
【特許文献５】特開２０１７−２１２２８６号公報
【特許文献６】特開２０１７−１０３３８０号公報
【特許文献７】特開２０１６−３５９４５号公報
【特許文献８】特開２００４−２８２８０４号公報
【特許文献９】特開２００７−１５９２０４号公報
【特許文献１０】国際公開第２０１３／０３１１４７号
【特許文献１１】国際公開第２０１３／０４６６７５号
【特許文献１２】国際公開第２０１３／１１８２２２号
【特許文献１３】国際公開第２０１３／１４５５０８号
【特許文献１４】国際公開第２０１４／０２０８０６号
【特許文献１５】特開２０１５−１００２２３号公報
【特許文献１６】特開２００２−３１５３５８号公報
【特許文献１７】特開２０１６−１５４４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、特許文献１５−１７に示すように、電流平滑用のコンデンサがモジュールに組み込まれる場合、当該コンデンサが比較的耐熱性に劣る傾向があるため、更なる冷却効率の向上が求められる。加えて、コンデンサから駆動回路に対するノイズの影響も考慮する必要がある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、冷却性能を高めると共にノイズの影響を抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の半導体装置は、第１接続端子及び第２接続端子を上面に露出して樹脂封止された複数の半導体モジュールと、第３接続端子及び第４接続端子を有するキャパシタと、前記複数の半導体モジュールの下面及び前記キャパシタの下面に接続された冷却器と、第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置され前記第１接続端子と前記第３接続端子を接続する第１バスバー層と、前記第１バスバー層の下面に配置され前記第２接続端子と前記第４接続端子を接続する第２バスバー層と、を有し、前記第１バスバー層の主面と前記第２バスバー層の主面との少なくとも一部が平行に配置されたバスバー部材と、前記複数の半導体モジュールを制御する制御回路基板と、本体部と、前記本体部の外周表面に配置された第２絶縁層と、を有し、前記本体部の下面が前記第２絶縁層を介して前記バスバー部材と接し、前記本体部の上面が前記第２絶縁層を介して前記制御回路基板と接し、且つ前記本体部の一部が前記冷却器に接続された伝熱部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷却性能を高めると共にノイズの影響を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る半導体装置の一例を示す平面模式図である。
【図２】図１に示す半導体装置の断面模式図である。
【図３】本実施の形態に係る半導体モジュール単体の模式図である。
【図４】図１の制御回路基板及び伝熱部材を省略した図である。
【図５】本実施の形態に係るバスバー部材の一例を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係るバスバー部材の一例を示す模式図である。
【図７】第１変形例に係る半導体装置を示す模式図である。
【図８】第２変形例に係る半導体装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用可能な半導体装置の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体装置の一例を示す平面模式図である。図２は、図１に示す半導体装置の断面模式図である。図３は、本実施の形態に係る半導体モジュール単体の模式図である。図３Ａは半導体モジュールの平面図であり、図３Ｂは半導体モジュールの断面図である。なお、以下に示す半導体装置はあくまで一例にすぎず、これに限定されることなく適宜変更が可能である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１は、電力変換装置として用いられるものであり、冷却器２の上面に複数の半導体モジュール３（本実施の形態では３つ）及びキャパシタ４を配置して構成される。３つの半導体モジュール３及びキャパシタ４の上方には平面視矩形状のバスバー部材５、伝熱部材６、及び制御回路基板７がこの順番に積層配置されている。
【００１２】
冷却器２は、半導体モジュール３及びキャパシタ４を冷却するものであり、平面視矩形状の概略直方体に形成される。冷却器２は、３つの半導体モジュール３の下面及びキャパシタ４の下面に半田（不図示）を介して接続されている。冷却器２は、いわゆる水冷式の冷却器であり、内部に形成された冷却水路２０内を冷媒が流れることで半導体モジュール３及びキャパシタ４と冷媒との間で熱交換を実現する。なお、冷却器２は、水冷式に限らず複数のフィンを備えた空冷式の構造であってもよい。
【００１３】
半導体モジュール３は、図２及び図３に示すように、２つの絶縁回路基板３０の上面に半導体チップ３１をそれぞれ配置し、ピン３２ａを挿入されたプリント回路基板３２を半導体チップ３１の上に配置して構成される。これらは、全体が樹脂３３によって封止されることで１つの半導体モジュール３を構成する。単体の半導体モジュール３は、２つの絶縁回路基板３０の並び方向に長い概略直方体形状を有する。本実施の形態では、３つの半導体モジュール３が、単体の半導体モジュール３の短手方向に並んで冷却器２の上面に配置されている。
【００１４】
絶縁回路基板３０は、金属層と絶縁層とを積層して構成される。具体的に絶縁回路基板３０は、絶縁層３０ａと、絶縁層３０ａの上面及び下面に配置される金属層３０ｂと、を有している。絶縁層３０ａは、ポリイミド樹脂等の絶縁材料によって形成され、金属層３０ｂは、銅等の金属材料によって形成される。
【００１５】
半導体チップ３１は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化けい素（ＳｉＣ）等の半導体基板によって上面視方形状に形成される。半導体チップ３１の上面には、電極（不図示）が形成されている。半導体チップ３１は、半田Ｓを介して金属層３０ｂ上に配置される。
【００１６】
なお、半導体チップ３１としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）等のスイッチング素子、ＦＷＤ（Free  Wheeling  Diode）等のダイオードが用いられる。また、半導体チップ３１として、ＩＧＢＴとＦＷＤを一体化したＲＣ（Reverse  Conducting）−ＩＧＢＴ、逆バイアスに対して十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse  Blocking）−ＩＧＢＴ等が用いられてもよい。
【００１７】
また、一方（図３の左方）の絶縁回路基板３０において、金属層３０ｂの上面には、上方に向かって突出する出力端子３４と、エミッタ側接続端子３５（第１接続端子）が２つずつ配置されている。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、長手方向外側の２つの角部にそれぞれ出力端子３４が配置され、長手方向内側の２つの角部にそれぞれエミッタ側接続端子３５が配置されている。出力端子３４は、上アームの半導体チップと下アームの半導体チップとを接続する配線に接続され、出力電流を流すものである。エミッタ側接続端子３５は、半導体チップ３１の表面からの電流を外部に流すものである。また、他方（図３の右方）の絶縁回路基板３０において、金属層３０ｂの上面には、上方に向かって突出する２つのコレクタ側接続端子３６（第２接続端子）が配置されている。コレクタ側接続端子３６は、半導体チップ３１の裏面に電流を供給するものであり、長手方向内側の２つの角部にそれぞれ配置されている。
【００１８】
プリント回路基板３２は、ポスト電極（不図示）が形成された回路基板で構成され、２つの半導体チップ３１の上方を覆うように平面視矩形状に形成される。プリント回路基板３２の下面には、半導体チップ３１の上面、又は絶縁回路基板３０の金属層３０ｂに向かって延びるピン３２ａが配置されている。ピン３２ａの先端は、半田Ｓを介して半導体チップ３１又は金属層３０ｂに接続される。また、他方（図３の右方）側の絶縁回路基板３０の上方において、プリント回路基板３２の上面には、上方に向かって延びる４つのピンが配置されている。４つのピンは、プリント回路基板３２の端部において短手方向に２つずつ配置されており、長手方向外側の２つがゲート信号用端子３７であり、長手方向内側の２つがエミッタ信号用端子３８である。ゲート信号用端子３７は、半導体チップ３１のオンオフを制御するものであり、エミッタ信号用端子３８は、エミッタ側電圧を検出するものである。
【００１９】
このように構成される半導体モジュール３は、出力端子３４、エミッタ側接続端子３５、コレクタ側接続端子３６、ゲート信号用端子３７、及びエミッタ信号用端子３８の各上端を上面に露出して全体が樹脂３３により封止されている。
【００２０】
キャパシタ４は、電流平滑用のコンデンサで構成され、概略直方体形状を有する。キャパシタ４は、半導体モジュール３の側方に配置され、上面に後述する第３接続端子４０及び第４接続端子４１を有する（図４及び図５参照）。
【００２１】
バスバー部材５は、エミッタ側接続端子３５及びコレクタ側接続端子３６を接続するものであり、３つの半導体モジュール３の並び方向に長い平面視矩形状の平板で形成される。バスバー部材５は、金属層と絶縁層とを積層して構成される。詳細は後述するが、バスバー部材５は、第１絶縁層５０と、第１絶縁層５０の上面に配置される第１バスバー層５１と、第１絶縁層５０の下面に配置される第２バスバー層５２と、を有する。第１バスバー層５１の主面と第２バスバー層５２の主面とは、少なくとも一部が平行に配置されている。第１絶縁層５０は、ポリイミド樹脂等の絶縁材料によって形成され、第１バスバー層５１及び第２バスバー層５２は、銅等の金属材料によって形成される。詳細は後述するが、キャパシタ４の上面が、第２バスバー層５２と直接接触している。
【００２２】
伝熱部材６は、銅又はアルミニウムを含有する金属体で形成され、伝熱性が向上されている。また、伝熱部材６は、バスバー部材５の上方を覆うように、バスバー部材５より幅広で平面視矩形状の平板で形成される。具体的に伝熱部材６は、バスバー部材５の上方を覆う平板部６０と、キャパシタ４の側方において平板部６０の端部から冷却器２に向かって延びる柱状部６１と、により側面視Ｌ字状に形成された本体部６２を備えている。所定厚みの絶縁層（第２絶縁層６３）が本体部６２の外周表面に全体に形成（配置）されている。なお、第２絶縁層６３として、少なくともバスバー部材５の上面と伝熱部材６の平板部６０の下面との間、及び、制御回路基板７の下面と伝熱部材６の平板部６０の上面との間に熱伝導率のよい絶縁シートを配置して絶縁してもよい。第２絶縁層６３は、ポリイミド樹脂等の絶縁材料によって形成される。本体部６２（平板部６０）の下面は、第２絶縁層６３を介してバスバー部材５（第１バスバー層５１）と接している。本体部６２（平板部６０）の上面は、第２絶縁層６３を介して後述する制御回路基板７の下面と接する。また、本体部６２の一部（柱状部６１の下端）が直接、又は第２絶縁層６３を介して、冷却器２の上面に接続されている。図２のように、本体部６２の一部（柱状部６１の下端）が、冷却器２の上面に直接接続されていてもよい。直接接続する方が、伝熱しやすい。更に、冷却器が接地されている場合には、伝熱部材６の本体部６２も冷却器と同様にグランド電位にできるので、制御回路基板７が半導体モジュール３から生じる電磁ノイズの影響を受け難くできる。
【００２３】
制御回路基板７は、３つの半導体モジュール３を制御するものであり、３つの半導体モジュール３の上方、バスバー部材５及び伝熱部材６の一部を覆うように平面視矩形状の平板で構成される。３つの半導体モジュール３の並び方向が制御回路基板７の長手方向である。制御回路基板７は、半導体モジュール３のゲート信号用端子３７及びエミッタ信号用端子３８に対向するように、バスバー部材５及び伝熱部材６より短手方向の幅が大きくなっている。制御回路基板７には、不図示の電極が形成されており、当該電極にはゲート信号用端子３７及びエミッタ信号用端子の上端が接続されている。制御回路基板７の下面は、伝熱部材６（第２絶縁層６３）の上面に接触している。
【００２４】
次に、図２から図６を参照して、本実施の形態に係る半導体モジュール及びキャパシタとバスバー部材との接続構造について詳細に説明する。図４は、図１の制御回路基板及び伝熱部材を省略した図である。図５及び図６は、本実施の形態に係るバスバー部材の一例を示す模式図である。図６ＡのＡ−Ａ断面図は、図５Ａの平面図のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図であり、図６ＢのＢ−Ｂ断面図は、図５Ａの平面図のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図であり、図６ＣのＣ−Ｃ断面図は、図５Ｂの側面図のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。
【００２５】
先ず、バスバー部材５の詳細構成について説明する。図４及び図５に示すように、第１絶縁層５０には、エミッタ側接続端子３５（第１接続端子）及び第３接続端子４０に対応する位置、すなわち、平面視でエミッタ側接続端子３５又は第３接続端子４０と中心が重なる位置に、厚み方向に貫通する第１貫通孔５０ａが形成されている。また、第１絶縁層５０には、コレクタ側接続端子３６（第２接続端子）及び第４接続端子４１に対応する位置、すなわち、平面視でコレクタ側接続端子３６又は第４接続端子４１と中心が重なる位置に、厚み方向に貫通する第２貫通孔５０ｂが形成されている。第１貫通孔５０ａは、エミッタ側接続端子３５又は第３接続端子４０を通すための孔であり、エミッタ側接続端子３５（第３接続端子４０）の外径よりも大きい内径を有する。第２貫通孔５０ｂは、コレクタ側接続端子３６又は第４接続端子４１を通すための孔であり、コレクタ側接続端子３６（第４接続端子４１）の外径よりも大きい内径を有する。なお、第１貫通孔５０ａと第２貫通孔５０ｂは、同じ内径を有することが好ましい。穴の径を共通化することで製造工数を低減することが可能である。
【００２６】
第１バスバー層５１には、エミッタ側接続端子３５及び第３接続端子４０に対応する位置、すなわち、平面視でエミッタ側接続端子３５又は第３接続端子４０と中心が重なる位置に、厚み方向に貫通する第３貫通孔５１ａが形成されている。また、第１バスバー層５１には、コレクタ側接続端子３６及び第４接続端子４１に対応する位置、すなわち、平面視でコレクタ側接続端子３６又は第４接続端子４１と中心が重なる位置に、厚み方向に貫通する第４貫通５１ｂが形成されている。第３貫通孔５１ａは、エミッタ側接続端子３５（第３接続端子４０）の外径と略同じ若しくはこれよりも僅かに小さい内径を有する。第４貫通５１ｂは、第２貫通孔５０ｂよりも大きい内径を有する。
【００２７】
第２バスバー層５２には、エミッタ側接続端子３５及び第３接続端子４０に対応する位置、すなわち、平面視でエミッタ側接続端子３５又は第３接続端子４０と中心が重なる位置に、厚み方向に貫通する第５貫通孔５２ａが形成されている。また、第２バスバー層５２には、コレクタ側接続端子３６及び第４接続端子４１に対応する位置、すなわち、平面視でコレクタ側接続端子３６又は第４接続端子４１と中心が重なる位置に、厚み方向に貫通する第６貫通孔５２ｂが形成されている。第５貫通孔５２ａは、第１貫通孔５０ａよりも大きい内径を有する。第６貫通孔５２ｂは、コレクタ側接続端子３６（第４接続端子４１）の外径と略同じ若しくはこれよりも僅かに小さい内径を有する。
【００２８】
このように構成されるバスバー部材５は、上記したように３つの半導体モジュール３の並び方向に長い平面視矩形状を有し、バスバー部材５の両主面（第１バスバー層５１及び第２バスバー層５２）は、第１絶縁層５０の長手方向の中心軸Ｃに対して軸対称の構造である。また、バスバー部材５は、伝熱部材６の柱状部６１とは反対側の端部よりも外側に延びており、主電極端子用（Ｐ端子又はＮ端子）の円形穴５ａが形成されている。当該円形穴５ａは、第１絶縁層５０、第１バスバー層５１及び第２バスバー層５２を厚み方向に貫通する。
【００２９】
エミッタ側接続端子３５及び第３接続端子４０は、第１バスバー層５１に設けた第３貫通孔５１ａにそれぞれ圧入される。これにより、エミッタ側接続端子３５及び第３接続端子４０は、第１バスバー層５１によって電気的に接続される。このとき、第１貫通孔５０ａの内壁（内面）は、エミッタ側接続端子３５（第３接続端子４０）の側壁（側面）から離間している。また、第５貫通孔５２ａの内壁（内面）は、エミッタ側接続端子３５（第３接続端子４０）の側壁（側面）に対して、第１貫通孔５０ａよりも更に離間している。すなわち、エミッタ側接続端子３５（第３接続端子４０）は、第１貫通孔５０ａ及び第５貫通孔５２ａに対して隙間を空けて挿入されており、その隙間は、第１絶縁層５０より第２バスバー層５２の方が大きくなっている。これらの構成によれば、第３貫通孔５１ａに対するエミッタ側接続端子３５及び第３接続端子４０の挿入性が向上される。具体的には、各接続端子の先端を第３貫通孔５１ａにのみ挿入すれば、導通性を確保することができるためである。また、第１絶縁層５０に各接続端子を圧入する必要がなく、比較的脆いとされる第１絶縁層５０の破損を防止することが可能である。
【００３０】
コレクタ側接続端子３６及び第４接続端子４１は、第２バスバー層５２に設けた第６貫通孔５２ｂにそれぞれ圧入され、先端が第１バスバー層５１まで挿入される。これにより、コレクタ側接続端子３６及び第４接続端子４１は、第２バスバー層５２によって電気的に接続される。このとき、第２貫通孔５０ｂの内壁（内面）は、コレクタ側接続端子３６（第４接続端子４１）の側壁（側面）から離間している。また、第４貫通５１ｂの内壁（内面）は、コレクタ側接続端子３６（第４接続端子４１）の側壁（側面）に対して、第２貫通孔５０ｂの内壁よりも更に離間している。すなわち、コレクタ側接続端子３６（第４接続端子４１）は、第２貫通孔５０ｂ及び第４貫通５１ｂに対して隙間を空けて挿入されており、その隙間は、第１絶縁層５０より第１バスバー層５１の方が大きくなっている。
【００３１】
これらの構成によれば、第６貫通孔５２ｂに対するコレクタ側接続端子３６及び第４接続端子４１の挿入性が向上される。具体的には、各接続端子の先端を第６貫通孔５２ｂにのみ挿入すれば、導通性を確保することができるためである。また、第１絶縁層５０に各接続端子を圧入する必要がなく、比較的脆いとされる第１絶縁層５０の破損を防止することが可能である。
【００３２】
また、複数の半導体モジュール３の上にバスバー部材５を載置し、第２バスバー層５２のコレクタ側接続端子３６に接する領域（すなわち第６貫通孔５２ｂの周囲）、及び第１バスバー層５１のエミッタ側接続端子３５に接する領域（すなわち第３貫通孔５１ａの周囲）に上方からレーザーを照射して溶接することで、バスバー部材５の上下面を上方のみからレーザー照射して溶接することもできる。
【００３３】
ところで、インバータ等の電力変換装置に用いられる半導体装置にあっては、高電圧高電流の環境下において使用されるため、半導体モジュールにおいて熱が発生し得る。当該熱は、外部接続端子を経由してバスバー端子に伝わる。また、バスバー端子自体にも高電流が流れることで発生するジュール熱の影響を受け、更に温度が上昇する。この結果、バスバー端子に近接する制御回路基板（ゲート駆動回路）にもバスバー端子の熱が伝わり、制御回路基板を構成する電子部品が故障することが懸念される。また、電流平滑用のコンデンサ（キャパシタ）が半導体モジュールの近傍に配置されると、当該コンデンサが比較的耐熱性に劣る傾向があるため、上記熱の影響を受け易くなってしまう。このように、半導体装置に発生し得る熱は、装置全体の動作性能に大きく影響を与えるため、何らかの冷却構造が必要不可欠である。また、コンデンサと制御回路基板とが近接配置されることで、制御回路基板がコンデンサからノイズの影響をうけるおそれもある。このため、コンデンサ及び制御回路基板のノイズ対策も考慮する必要がある。
【００３４】
そこで、本件発明者等は、半導体モジュール、キャパシタ、バスバー部材、及び制御回路基板のレイアウトに着目し、半導体装置の冷却性向上及びキャパシタと制御回路基板間のノイズ抑制を両立すべく、本発明に想到した。具体的に本実施の形態では、冷却器２の上面に半導体モジュール３及びキャパシタ４を配置し、半導体モジュール３及びキャパシタ４の上方にバスバー部材５、伝熱部材６、及び制御回路基板７をこの順番に積層配置した。半導体モジュール３の下面及びキャパシタ４の下面は冷却器２の上面に接触している。半導体モジュール３とバスバー部材５とは、エミッタ側接続端子３５及びコレクタ側接続端子３６によって接続されている。また、キャパシタ４の上面は、バスバー部材５の下面（第２バスバー層５２）に接触している。バスバー部材５の上面（第１バスバー層５１）は、伝熱部材６の下面（第２絶縁層６３）に接触している。伝熱部材６は、一端（柱状部６１の下端）が冷却器２の上面に接触している。伝熱部材６の上面（第２絶縁層６３）は、制御回路基板７の下面に接触している。
【００３５】
これらの構成によれば、半導体モジュール３とキャパシタ４が冷却器２に接触していることで、冷却器２により半導体モジュール３及びキャパシタ４を冷却することが可能である。半導体モジュール３の熱は、エミッタ側接続端子３５及びコレクタ側接続端子３６を介してバスバー部材５にも伝わる。また、キャパシタ４の熱は、キャパシタ４とバスバー部材５が接触していることで、バスバー部材５にも伝わる。バスバー部材５の熱は、バスバー部材５と伝熱部材６が接触していることで、伝熱部材６に伝わる。伝熱部材６は、一端が冷却器２に接触しているため、冷却器２によって冷やされる（放熱される）と共にバスバー部材５を冷却（放熱）することが可能である。制御回路基板７は、伝熱部材６に接触し、伝熱部材６を挟んでバスバー部材５とは反対側に配置されている。このため、制御回路基板７は、伝熱部材６によって冷却されるだけでなく、バスバー部材５の熱をダイレクトに受け難くなっている。よって、制御回路基板７の温度上昇が抑制されている。
【００３６】
このように、発熱部品であるバスバー部材５と、熱の影響を受けたくない制御回路基板７との間に伝熱部材６を介在させ、伝熱部材６を直接冷却器２に接続したことで、制御回路基板７はもちろん、装置の各種構成部品の冷却性を高めることが可能になっている。また、キャパシタ４と制御回路基板７との間に伝熱部材６が介在することで、伝熱部材６が遮蔽部材として機能し、キャパシタ４と制御回路基板７のノイズを抑制することも可能である。
【００３７】
また、バスバー部材５の両主面（第１バスバー層５１及び第２バスバー層５２）が、第１絶縁層５０の長手方向の中心軸Ｃに対して軸対称の構造であるため、第１バスバー層５１及び第２バスバー層５２を形成する際のマスク形状を共通化でき、製造コスト及び製造工数を低減することが可能である。また、バスバー部材５の表裏を逆にしても組み付けることができるため、バスバー部材５の向きを考慮することなく半導体装置１の組付け性も向上することが可能である。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、伝熱部材６を一様の厚みで中実な平板で構成する場合について説明したが、この構成に限定されない。例えば、図７又は図８に示す構成も可能である。図７は、第１変形例に係る半導体装置を示す模式図であり、図８は、第２変形例に係る半導体装置を示す模式図である。
【００３９】
（第１変形例）
図７では、伝熱部材６の形状のみ図２の構成と異なる。第１変形例に係る伝熱部材６は、内部に冷媒を封入したヒートパイプで構成される。具体的に伝熱部材６は、本体部６２がバスバー部材５及び制御回路基板７と接する平板部６０と、平板部６０と連なり平板部６０のバスバー部材５と対向する面よりも上方に持ち上げられた屈曲部６４と、屈曲部６４と接続した柱状部６１と、によって構成される。屈曲部６４は、平板部６０の端部から略直角に立ち上がった後に水平方向外側に屈曲した側面にＬ字形状を有する。柱状部６１は、屈曲部６４の外側の端部から下方に向かって延び、冷却器２の上面に接触している。平板部６０及び屈曲部６４は中空構造であり、内部には互いに連なってＬ字状の冷媒流路６５が形成されている。冷媒流路６５には、冷媒が気体状態及び／又は液体状態で封入されている。一方、柱状部６１は、中実構造となっている。具体的に冷媒流路６５内を真空状態にした後、少量の液体（冷媒）を封入する。バスバー部材５からの熱が伝熱部材６に伝わると、液体が熱を吸い取って蒸気になる。柱状部６１は冷却器２よって冷却されており、平板部６０および屈曲部６４よりも温度が低い。平板部６０内の蒸気は、温度の低い側である屈曲部６４の方向に圧力差で運ばれる。蒸気は、屈曲部６４で柱状部６１へ放熱した後に液体に戻る。そして、液化した冷媒は、重力落下もしくは平板部６０及び屈曲部６４の内部に設けた毛細管力を有するウィック等（不図示）によって再び高温側である平板部６０側に戻る。このサイクルを繰り返すことにより熱を輸送する。このように、伝熱部材６をヒートパイプで構成し、内部に冷媒を封入したことで、伝熱効率（放熱効率）を向上することができ、装置の冷却性を更に高めることが可能である。また、平板部６０と屈曲部６４にのみ冷媒流路６５を形成したことにより、冷媒の流れを妨げることなく、効果的に冷媒の状態変化を促進させ、伝熱効率を高めることが可能である。すなわち、屈曲部６４を設けることで、ヒートパイプの熱輸送力を増加させることが可能である。冷媒流路６５は、ヒートパイプで循環回路を形成してもよい。
【００４０】
（第２変形例）
図８では、伝熱部材６の形状の形状が図２、図７と異なる。第２変形例に係る伝熱部材６は、ヒートパイプで構成され、屈曲部部６４が上方に向かって垂直に立ち上がっている。また、柱状部６１は、屈曲部６４の側面に接触するように冷却器２から上方に向かって立ち上がっている。柱状部６１の側面は、屈曲部６４の側面に加え、キャパシタ４の側面にも接触している。このように、冷却器２に対する接触面積を増やすことで、接触部分の冷却性を高めることが可能である。
【００４１】
なお、図６及び図７のヒートパイプは、単一の平板で構成されてもよく、幅の狭い複数のパイプをバスバー部材５の短手方向に並べて１つの伝熱部材６として構成してもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では、１つの半導体モジュール３に対し、絶縁回路基板３０及び半導体チップが２つずつ設けられる場合について説明したが、この構成に限定されない。絶縁回路基板３０及び半導体チップ３１の数は、１つでも３つ以上であってもよく、配置方法（向き）も適宜変更することが可能である。また、半導体モジュール３の数や並び方向も適宜変更が可能である。
【００４３】
また、上記実施の形態において、半導体装置１を構成する各種部材の材質は、上記の構成に限らず適宜変更が可能である。例えば、絶縁材料であればポリイミド樹脂以外の材質を使用可能であり、金属材料であれば銅やアルミニウム、これらを含有する金属の他、各種金属材料を使用可能である。
【００４４】
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
【００４５】
また、本実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【００４６】
下記に、上記の実施の形態における特徴点を整理する。
上記実施の形態に記載の半導体装置は、第１接続端子及び第２接続端子を上面に露出して樹脂封止された複数の半導体モジュールと、第３接続端子及び第４接続端子を有するキャパシタと、前記複数の半導体モジュールの下面及び前記キャパシタの下面に接続された冷却器と、第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置され前記第１接続端子と前記第３接続端子を接続する第１バスバー層と、前記第１バスバー層の下面に配置され前記第２接続端子と前記第４接続端子を接続する第２バスバー層と、を有し、前記第１バスバー層の主面と前記第２バスバー層の主面との少なくとも一部が平行に配置されたバスバー部材と、前記複数の半導体モジュールを制御する制御回路基板と、本体部と、前記本体部の外周表面の少なくとも一部に配置された第２絶縁層と、を有し、前記本体部の下面が前記第２絶縁層を介して前記バスバー部材と接し、前記本体部の上面が前記第２絶縁層を介して前記制御回路基板と接し、且つ前記本体部の一部が前記冷却器に接続された伝熱部材と、を備えることを特徴とする。
【００４７】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記第１絶縁層は、前記第１接続端子を通す第１貫通孔と、前記第２接続端子を通す第２貫通孔と、を有し、前記第２貫通孔の内壁は、前記第２接続端子の側壁から離間し、前記第１バスバー層は、前記第２接続端子に対して、前記第２貫通孔の前記内壁よりも離間していることを特徴とする。
【００４８】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記バスバー部材は、前記複数の半導体モジュールの並び方向に長い平面視矩形状を有し、前記バスバー部材の両主面は、前記第１絶縁層の長手方向の中心軸に対して軸対称の構造であることを特徴とする。
【００４９】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記第１接続端子及び前記第３接続端子は、前記第１バスバー層に設けた貫通孔にそれぞれ圧入され、前記第２接続端子及び前記第４接続端子は、前記第２バスバー層に設けた貫通孔にそれぞれ圧入されていることを特徴とする。
【００５０】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、ポリイミド樹脂で形成されることを特徴とする。
【００５１】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記キャパシタの上面は、前記第２バスバー層と直接接触していることを特徴とする。
【００５２】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記伝熱部材は、銅又はアルミニウムを含有する金属体で形成されることを特徴とする。
【００５３】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記伝熱部材は、内部に相変化によって前記バスバー部材を冷却する冷媒を封入したヒートパイプで構成されることを特徴とする。
【００５４】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記伝熱部材は、前記バスバー部材及び前記制御回路基板と接する平板部と、前記平板部と連通し前記平板部の前記バスバー部材と対向する面よりも上方に持ち上げられた屈曲部と、前記屈曲部と接続した柱状部と、を有することを特徴とする。
【００５５】
上記実施の形態に記載の半導体装置において、前記平板部及び前記屈曲部が中空構造で内部に前記冷媒が気体状態及び／又は液体状態で封入されており、前記柱状部は、中実構造であることを特徴とする。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、冷却性能を高めると共にノイズの影響を抑制することができるという効果を有し、特に、インバータ等の電力変換装置に用いられる半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１      ：半導体装置
２      ：冷却器
３      ：半導体モジュール
４      ：キャパシタ
５      ：バスバー部材
５ａ    ：円形穴
６      ：伝熱部材
７      ：制御回路基板
２０    ：冷却水路
２２    ：縦壁部
３０    ：絶縁回路基板
３０ａ  ：絶縁層
３０ｂ  ：金属層
３１    ：半導体チップ
３２    ：プリント回路基板
３２ａ  ：ピン
３４    ：出力端子
３５    ：エミッタ側接続端子
３６    ：コレクタ側接続端子
３７    ：ゲート信号用端子
３８    ：エミッタ信号用端子
４０    ：第３接続端子
４１    ：第４接続端子
５０    ：第１絶縁層
５０ａ  ：第１貫通孔
５０ｂ  ：第２貫通孔
５１    ：第１バスバー層
５１ａ  ：第３貫通孔
５１ｂ  ：第４貫通
５２    ：第２バスバー層
５２ａ  ：第５貫通孔
５２ｂ  ：第６貫通孔
６０    ：平板部
６１    ：柱状部
６２    ：本体部
６３    ：第２絶縁層
６４    ：屈曲部
６５    ：冷媒流路
Ｃ      ：中心軸
Ｓ      ：半田
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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