(57)【要約】      （修正有）【課題】熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子２ａ〜２ｆと、半導体素子２ａ〜２ｆの放熱が熱伝達されるヒートシンク２５を有する半導体装置において、半導体素子２ａ〜２ｆは、ヒートシンク２５に直接接合される構造にし、ヒートシンク２５は、冷却液を内部に通して冷却を行う冷却液通路２５ｂを備え、放熱（発熱）する半導体素子２ａ〜２ｆと、冷却を行うヒートシンク２５を近接させた。【選択図】図６
2010062511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子の放熱が熱伝達されるヒートシンクを有する半導体装置において、
前記半導体素子は、前記ヒートシンクに直接接合される構造にし、
前記ヒートシンクは、冷却液を内部に通して冷却を行う冷却液通路を備えた、
前記ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記半導体素子を接合した前記ヒートシンクを樹脂ケースで覆い、内部に樹脂を充填させ、前記ヒートシンクの前記冷却液通路部分と、前記半導体素子に接続した端子のみが樹脂ケースから露出する構造にした、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置において、
前記半導体素子が前記ヒートシンクとの接合面に端子を有し、前記ヒートシンクが電極を兼ねる、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記冷却液は、非導電性の冷却液であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記冷却液を流す冷却管を、先端が開口する内孔を有する中空ボルトで貫通し、前記ヒートシンクの前記冷却液通路部分に締結し、中空ボルトを介して前記冷却管から前記ヒートシンクへ冷却液を流す構造とし、
前記中空ボルトの締結の際に、前記冷却管との絶縁を行う絶縁シートを挟みこむようにした、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ヒートシンクの対向する両面のそれぞれに前記半導体素子を接合した、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記半導体素子と対に設けられる電子部品を、前記ヒートシンクに前記端子を共通とするよう接合して設けた、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ヒートシンクの対向する両面の片面に前記半導体素子を接合し、もう一方の片面に前記半導体素子と対に設けられる電子部品を、前記端子を共通とするよう接合して設けた、
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、半導体素子をヒートシンクの一面に半田付けし、このヒートシンクの一側には第１電極が結合され、ヒートシンクと箱体との間に高熱伝導絶縁層を設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、半導体素子を絶縁基板に接合材で接合し、絶縁基板の反対面にヒートシンクを設け、ヒートシンクの内部に冷媒が流れる冷却水路を設けて、冷媒による冷却を行っているものもある（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３１４０１６号公報（第２−４頁、全図）
【特許文献２】特開２００６−３１０３６３号公報（第２−７頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体装置にあっては、熱抵抗が大きく、冷却効率が低い点が問題であった。
【０００５】
この点について詳しく説明する。
従来では、どちらの構成も、半導体素子と冷却装置との隔たりが大きく、また、異なった機能の材料を張り合わせる構造となるため界面での熱伝導が制約され、トータルの熱抵抗が大きくなってしまっている。そのため、半導体素子の冷却効率としては低くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、半導体素子と、前記半導体素子の放熱が熱伝達されるヒートシンクを有する半導体装置において、前記半導体素子は、前記ヒートシンクに直接接合される構造にし、前記ヒートシンクは、冷却液を内部に通して冷却を行う冷却液通路を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
よって、本発明にあっては、熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の半導体装置を実現する実施の形態を、請求項１〜５に係る発明に対応する実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のモータ駆動回路の概略図である。
モータ駆動回路１は、半導体素子２ａ〜２ｆ、制御部３、コイル４ａ〜４ｃ、センサ５ａ〜５ｃ、電源６、ロータ７を備えている。
半導体素子２ａ〜２ｆは、２個が対となってハーフブリッジを構成し、コイル４ａ〜４ｃへの電流を制御する。
制御部３は、センサ５ａ〜５ｃによるロータ位置等に基づいて、また、外部からの駆動要求に基づいて、半導体素子２ａ〜２ｆを制御してモータを駆動する。例としてＰＷＭ制御を挙げておく。
【００１１】
コイル４ａ〜４ｃは、モータのステータ側コイルであり、３相デルタ結線を構成する。
センサ５ａ〜５ｃは、モータのロータ位置を検出するセンサである。例としてはホール素子を用いてロータの位置による磁束変化を検出するものを挙げておく。
電源６は、モータを駆動するための電源である。
ロータ７は、モータのマグネットを具備した回転子である。図１の構成では、コイル４ａ〜４ｃとロータ７でモータを構成している。
【００１２】
図２に示すのは、実施例１の半導体装置の回路構成図である。
実施例１では、図１で説明したようにモータを駆動するのに、半導体素子２ａ〜２ｆを用いているが、図１は説明上、半導体素子２ａ〜２ｆを分割した配置となっているが、実際には、半導体素子２ａ〜２ｆが、図２のように集まり半導体装置２を構成する。
図２に示す半導体装置２では、半導体素子２ａ〜２ｆは、IGBT（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ、以下省略）である。
そして、電源供給ラインにアッパー側の半導体素子２ａのコレクタを接続し、エミッタをロワー側の半導体素子２ｂのコレクタに接続し、半導体素子２ｂのエミッタをグランドラインに接続する。そして、半導体素子２ａのエミッタと半導体素子２ｂのコレクタの間を出力としてコイル４ａとコイル４ｃの結線部分へ接続する。このように半導体素子２ａと半導体素子２ｂでモータ１相分の駆動を行うハーフブリッジを構成する。
【００１３】
同様に、半導体素子２ｃ、２ｄにより、コイル４ａとコイル４ｂの結線部分への駆動を行うハーフブリッジを構成し、半導体素子２ｅ、２ｆにより、コイル４ｂとコイル４ｃの結線部分への駆動を行うハーフブリッジを構成する。
そして、半導体素子２ａ〜２ｆのゲートは、制御部３に直接あるいは回路を介して接続するようにして、オンオフを制御部３の指令により駆動する。
さらに、図２に示す半導体装置２では、半導体素子２ａ〜２ｆのそれぞれにスイッチングオフした時に発生する過剰電流を還流させるフライホイールダイオード８ａ〜８ｆを設けている。
【００１４】
図３は実施例１の半導体装置の半導体素子の説明図である。
半導体素子２ａ〜２ｆは、特にIGBTの場合を例に説明すると、図３に示すように一つの半導体素子は一つのチップになっている。そして、半導体素子の表面にゲート端子とエミッタ端子が位置し、端子部材が接続される。裏面にはコレクタ端子が位置し、基板が端子部材として接続される。
【００１５】
図４は実施例１の半導体装置の斜視図である。
実施例１の半導体装置２は、パッケージ２０、回路基板２１、冷却管２２，２３、中空ボルト２４を備えている。
パッケージ２０は、半導体素子２ａ〜２ｆのそれぞれを樹脂パッケージにしたものである。詳細は後述する。
回路基板２１は、実施例１では、図２の回路構成から６個のパッケージ２０や他の部品が実装される基板である。パッケージ２０は、図４に示すように端子の接続で、回路基板２１に立設し、所定の間隔で６個が列状に配置される。
【００１６】
冷却管２２は、複数のパッケージ２０の一方の側面に接するように伸長する管が配置され、中空ボルト２４でそれぞれのパッケージ２０に固定される。
冷却管２３は、複数のパッケージ２０の冷却管２２が設けられた側と反対側の側面に接するように伸長する管が配置され、中空ボルト２４でそれぞれのパッケージ２０に固定されたものである。
つまり、列状に複数配置されたパッケージ２０は、両側の側面にそれぞれ冷却管が取り付けられる構造である。
そして、冷却管２２、２３に流す冷却液は、非導電性冷却液とし、例としてフロンを挙げておく。
【００１７】
図５は実施例１の半導体装置の冷却管とパッケージの接続構造の説明図である。
ここでは、冷却管２２のパッケージ２０への取りつけ構造を説明する。冷却管２３については、同様の構造のため、説明を省略する。
冷却管２２は、管であり、内部に冷却液路２２ａを有する。そして、その取付位置では、冷却液路２２ａに直交する貫通した取付孔２２ｂを設けるようにする。
【００１８】
そして、中空ボルト２４を絶縁シート２６に挿入し、ボルト頭で絶縁シート２６に係合させ、冷却管２２の取付孔２２ｂにネジ部を貫入する。そして、パッケージ２０の側の取付孔２２ｂから突出したネジ部が絶縁シート２７に貫通するようにし、さらにネジ部をパッケージ２０のヒートシンク２５に締結する。
なお、絶縁シート２６は、中空ボルト２４のボルト頭と冷却管２２の間に挟み込まれるようにして絶縁し、且つ中空ボルト２４の首部分と冷却管２２の取付孔２２ｂの周縁部分の間にも挟みこまれるようにして絶縁させる。そのため、筒状部分と鍔状部分を合わせ持つフランジ形状にするのが好ましい。
【００１９】
また、絶縁シート２７は、パッケージ２０と冷却管２２との間に挟み込まれるようにして絶縁し、且つ中空ボルトの首部分及びネジ部分と冷却管２２の取付孔２２ｂの周縁部分の間にも挟みこまれるようにして絶縁させる。そのため、筒状部分と鍔状部分を合わせ持つフランジ形状にするのが好ましい。
中空ボルト２４は、先端から首部分までの長さで、貫通しない内孔２４ａを備え、ボルト頭から所定長さで外周にねじ山のない首部分と、その先端のネジ部分を備えている。さらに、冷却管２２を取り付けた際に冷却管２２の冷却液路２２ａ内に面する位置に内孔２４ａと外部を連通させる連通孔２４ｂを少なくとも２箇所に設けるようにする。
なお、中空ボルト２４を取り付けた状態では、ネジ部の先端が、ヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂの内部に突出する長さにして、内孔２４ａをヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂに連通させる。
【００２０】
図６は実施例１の半導体装置のパッケージの構造を示す断面図である。図７は実施例１の半導体装置のパッケージの構造を示す説明図である。
ここでは、半導体素子２ａのパッケージ２０について説明する。
半導体装置２のパッケージ２０は、半導体素子２ａ、半田２８、２９、ヒートシンク２５、端子３０、ワイヤ３１、端子３２、板状の配線３３、樹脂ケース３４、注型樹脂３５を備えている。
実施例１では厚みを持つ矩形板状のヒートシンク２５を設ける。このヒートシンク２５は、例えば銅製（Ｃｕフレーム）であり、伝熱性に優れた材料にする。ヒートシンク２５は、図７に示すように、円柱状に両側に突出した円柱部分２５ｄを形成する。また、内部には、半導体素子２ａの全面よりやや広い内部空間２５ｃを形成する。この内部空間２５ｃは、円柱部分２５ｄの冷却液通路２５ｂと連通する形状とする。冷却液通路２５ｂは、両側の円柱部分２５ｄを貫通させて設ける。
【００２１】
このヒートシンク２５の広い面に、半導体素子２ａを半田２８で接合する。半導体素子２ａがIGBTである場合を例に説明すると、裏面のコレクタ端子となる面を半田でヒートシンク２５に接合する。
次に、ヒートシンク２５の円柱部分２５ｄと反対側の側面（図７の底面）には、コレクタ電極となる端子２５ａを設ける。端子２５ａと所定の間隔を空けた位置には、端子３０を設け、ワイヤ３１で半導体素子２ａのゲート端子に接続する。さらに、端子３０と所定の間隔を空けた位置には、端子３２を設け、板状の配線３３と半田２９で半導体素子２ａのエミッタ端子に接続する。なお、板状の配線の代わりに、多数のワイヤを用いてもよい。
なお、ワイヤ３１、板状の配線３３の代わりにワイヤを用いた場合の具体例として、Alワイヤ、Auワイヤを挙げておく。
【００２２】
そして、底のない箱型形状の樹脂ケース３４で、ヒートシンク２５、半導体素子２ａ、各端子を覆い、開口部から端子２５ａ、３０、３２の一部が突出するように配置する。また、一部に開口部を設けてヒートシンク２５の円柱部分２５ｄを樹脂ケース３４から突出させる。そして、樹脂ケース３４の内部に注型樹脂３５を注入、硬化させてパッケージ２０を形成する。
なお、図７において、符号２ａａで示した部分はワイヤ３１を接続するために半導体素子２ａの一部（ゲート電極）を半田２９から露出させている部分である。
【００２３】
次に作用を説明する。
[熱抵抗を小さくして冷却効率を向上させる作用]
以下の説明でも半導体素子２ａについて説明を行う。他の半導体素子２ｂ〜２ｆについても構成、作用は同じであるので、説明を省略する。
実施例１の半導体装置２では、半導体素子２ａ〜２ｆのそれぞれは、パッケージ２０の内部で、ヒートシンク２５に半田２８により接合されている。そして、ヒートシンク２５の内部に冷却液を通すことにより冷却を行う。そのため、発熱源となる半導体素子２ａ〜２ｆのそれぞれと冷却液による冷却を行うヒートシンク２５との間の距離は非常に短いものとなる。また、その間の介在物は、半田２８のみである。
【００２４】
そのため、非常に熱抵抗としては小さいものとなる。熱抵抗が小さいことにより、ヒートシンク２５の冷却性能に対して、損失少なく半導体素子２ａの冷却が行われるため、冷却効率は向上することになる。
冷却液による冷却は、冷却管２２、２３の両方または一方に冷却液を流すことにより行う。例えば冷却管２２に冷却液を送ると、冷却管２２の冷却液路２２ａを冷却液が流れる。そして、パッケージ２０の位置で、中空ボルト２４の連通孔２４ｂから、中空ボルト２４の内孔２４ａに流れ込み、内孔２４ａからヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂ、冷却液通路２５ｂから内部空間２５ｃへ流れる。
【００２５】
内部空間２５ｃは、半導体素子２ａと重なり、且つ広い面積となっているので、半導体素子２ａと半田２８を介して接する面で全体的に冷却、吸熱を行う。そのため、さらに冷却効率が向上する。
そして、熱交換した内部空間の冷却液は、冷却管２３の側のヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂから、冷却管２３を取り付けている中空ボルト２４の内孔２４ａ、連通孔２４ｂを通り、冷却管２３の冷却液路を通る流れとなる。
【００２６】
このように実施例１の半導体装置２では、半導体素子２ａ〜２ｆのパッケージ２０のそれぞれにおいて、半導体素子２ａ〜２ｆが半田２８で接合されるヒートシンク２５の内部に冷却液を通す構造にすることで、熱抵抗を低くし、冷却効率を向上させる。
ここで、半導体素子２ａ〜２ｆは図２に示すように、３相モータを駆動するための回路構成の場合、１相分に対して、一方がアッパー側、他方がロワー側となる。例えばアッパーの半導体素子２ａとロワー側の半導体素子２ｂのコレクタ（又はドレイン）が電気的に接続すると、アッパー側のエミッタとロワー側のコレクタの間を出力とするハーフブリッジが構成されず、駆動できなくなる。
【００２７】
実施例１では、図５に示すように、絶縁シート２６、２７により、ヒートシンク２５及び中空ボルト２４と、冷却管２２、２３は電気的に絶縁されているため、ヒートシンク２５が電気的にコレクタの電極として機能しても、他のパッケージ２０のヒートシンク２５と電気的に接続することがない。
さらに、実施例１では、冷却液として例えばフロンを用いるようにし、非導電性冷却液とすることにより、冷却液を介して他のパッケージ２０のヒートシンク２５と電気的に接続することがない。
【００２８】
実施例１の作用を明確にするために、以下にさらに説明を加える。
図８、図９はパッケージの冷却構成の例を示す説明図である。図１０はパワーモジュールの冷却構成の例を示す説明図である。
冷却液を用いて、半導体素子を冷却するには、図８〜図１０のような構成にすることも考えられる。
図８に示す構成は、銅箔１０５の回路を有する回路基板１０６上に、パッケージ１０１の複数を立設する。そして、パッケージ１０１の上方に、内部の冷却液通路１０９ａに冷却液を流す冷却装置１０９を配置し、冷却装置１０９から下方に伸延させた部材１０８にパッケージ１０１を、絶縁シート及び接着剤１０３を介して取り付ける構成である。
なお、回路基板１０６としてはＡＩＮ（窒化アルミ）を挙げておく。
【００２９】
図８に示す構成では、冷却装置１０９とパッケージ１０１との隔たりが大きく、冷却装置１０９とパッケージ１０１が部材１０８、絶縁シート及び接着剤１０３を介するため、異なる機能の材料を張り合わせる構造となり、界面での熱伝導が制約され、トータルの熱抵抗が大きくなってしまう。
【００３０】
図９に示す構成は、内部の冷却液通路１０９ａに冷却液を流す冷却装置１０９の表面上に、接着剤１１１でケース１１０を取り付ける。そして、ケース１１０の内部に接着剤１０７で回路基板１０６を取り付け、回路基板１０６の表面に設けられた銅箔１０５の回路に半田１０４でパッケージ１０１を接合する。
図９に示す構成でも、冷却装置１０９とパッケージ１０１との隔たりが大きい。また、冷却装置１０９とパッケージ１０１が、接着剤１０７、１１１、ケース１１０、回路基板１０６、半田１０４、回路の銅箔１０５を介するため、異なる機能の材料を張り合わせる構造となり、界面での熱伝導が制約され、トータルの熱抵抗が大きくなってしまう。
【００３１】
図１０に示す構成は、内部の冷却液通路１０９ａに冷却液を流す冷却装置１０９の表面上に、接着剤１１１でケース１１０を取り付ける。そして、ケース１１０の内部に接着剤１０７で回路基板１０６を取り付け、回路基板１０６の表面に設けられた銅箔１０５の回路に半田１０４で半導体素子（チップ）１０２を接合する。
図１０に示す構成でも、冷却装置１０９と半導体素子１０２との隔たりが大きい。また、冷却装置１０９とパッケージ１０１が、接着剤１０７、１１１、ケース１１０、回路基板１０６、半田１０４、回路の銅箔１０５を介するため、異なる機能の材料を張り合わせる構造となり、界面での熱伝導が制約され、トータルの熱抵抗が大きくなってしまう。
【００３２】
実施例１では、半導体素子２ａ〜２ｆのそれぞれを、内部に冷却液を流すヒートシンク２５に半田２８で接合するため、発熱体と冷却装置との隔たりが小さく、介在するのは半田２８のみであるため、熱伝導の制約が非常に少なく、熱抵抗が小さくなる。これにより冷却性能は向上する。
【００３３】
なお、実施例１では、半導体素子２ａ〜２ｆの例として、IGBTやパワーMOS等のいわゆるパワー半導体素子を挙げている。他の半導体素子でもよいが、パワー半導体素子の場合は、発熱量が大きく、冷却構造の必要性が高いため、より実施例１の作用が顕著になる。
【００３４】
また、実施例１のパッケージ２０では、放熱のためにヒートシンク２５の一部を外部に露出させる必要がないため、高価なトランスファモールドを施す必要がなく、安価な注型モールドを行っている。
また、実施例１では、図４に示すように複数のパッケージ２０は、所定の間隔を空けて列状に配置しているが、放熱のためにヒートシンク２５の一部を外部に露出させる必要がなく、そのため、冷却液通路部分と端子以外を樹脂ケース３４で覆って、注型樹脂３５で成形しているため、パッケージ同士を接触させる構成にしてもよい。その場合には、実装密度を高く、装置を小型にすることができる。
また、実施例１では、半導体素子２ａ〜２ｆのそれぞれがパッケージ化されているので、チップ単体の電気検査、スクリーニングを容易に行える。
【００３５】
次に、効果を説明する。
実施例１の半導体装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３６】
(1)半導体素子２ａ〜２ｆと、半導体素子２ａ〜２ｆの放熱が熱伝達されるヒートシンク２５を有する半導体装置２において、半導体素子２ａ〜２ｆは、ヒートシンク２５に直接接合される構造にし、ヒートシンク２５は、冷却液を内部に通して冷却を行う冷却液通路２５ｂを備えたため、放熱（発熱）する半導体素子２ａ〜２ｆと、冷却を行うヒートシンク２５が近接することにより、熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
【００３７】
(2)上記(1)において、半導体素子２ａ〜２ｆを接合したヒートシンク２５を樹脂ケース３４で覆い、内部に注型樹脂３５を充填させ、ヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂの部分と、半導体素子２ａ〜２ｆに接続した端子２５ａ、３０、３２のみが樹脂ケース３４から露出する構造にしたため、冷却液通路２５ｂの部分は冷却液の取り入れ、取り出しのために一部が露出するのみであり、放熱のためにヒートシンクの一部を露出する必要がないため、高価なトランスファモールドを施す必要をなくし、安価な注型モールドにできるようにして、コストを抑制することができる。また、他のパッケージ２０と樹脂ケース３４同士を接触させる構成にできるので、実装密度を向上でき、小型化ができる。
【００３８】
(3)上記(1)と(2)において、半導体素子２ａ〜２ｆがヒートシンク２５との接合面に端子を有し、ヒートシンク２５が電極を兼ねるため、パッケージ２０の内部の電極の取りまわしを簡素な構成にして、コストを抑制することができる。また、電極の取りまわしの簡素な構成は、各所に余裕を持たせるので、信頼性の向上にも寄与できる。
【００３９】
(4)上記(1)〜(3)において、冷却液は、非導電性の冷却液であるため、複数のヒートシンク２５を同じ冷却管２２、２３に接続し、冷却液を流す構成にしても、冷却液により電気的に他の半導体素子を接合したヒートシンク２５と接続することがないようにして、同じ冷却管２２、２３に複数のヒートシンク２５を接続する構成を可能にし、簡素な冷却液の取りまわしにして、実装密度が高く、小型化された半導体装置２にすることができる。
【００４０】
(5)上記(1)〜(4)において、冷却液を流す冷却管２２、２３を、先端が開口する内孔２４ａを有する中空ボルト２４で貫通し、ヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂ部分に締結し、中空ボルト２４を介して冷却管２２、２３からヒートシンク２５へ冷却液を流す構造とし、中空ボルト２４の締結の際に、冷却管２２、２３との絶縁を行うシ絶縁シート２６、２７を挟みこむようにしたため、冷却管２２、２３の締結を行う締結部材が、冷却管２２、２３とヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂを接続する通路を兼ねるようにし、複数の半導体素子２ａ〜２ｆをそれぞれヒートシンク２５に取り付け、ヒートシンク２５の内部を冷却液が通過する構成を、コストと作業を抑制した構成にすることができる。また、中空ボルト２４及びヒートシンク２５の冷却液通路２５ｂの部分と、冷却管２２、２３絶縁シート２６、２７で絶縁するので、冷却管２２、２３によりヒートシンク２５同士が電気的に接続しないようにして、同じ冷却管２２、２３が複数のヒートシンク２５に接続する構成にすることができる。
【実施例２】
【００４１】
実施例２は、ヒートシンクの両面に半導体素子を接合した例である。
構成を説明する。
図１１は実施例２の半導体装置のパッケージの構造を示す断面図である。図１２は実施例２の半導体装置のパッケージの構造を示す説明正面図である。図１３は実施例２の半導体装置のパッケージの構造を示す説明背面図である。図１４は実施例２の半導体装置の回路構成図である。
実施例２では、図１１〜図１３に示すように、１つのパッケージ４の表裏両面に半導体素子を接合する。例えば、図１２に示すように片面に半導体素子２０１ａ、図１３に示すように裏面に半導体素子２０１ｂを接合する。
【００４２】
実施例２では、半導体素子２０１ａ〜２０１ｈによるブリッジ構成により、負荷２０２を駆動する。例えば負荷の例として直流モータを挙げておく。この回路構成では、半導体素子２０１ａ，２０１ｂ、半導体素子２０１ｃ，２０１ｄ、半導体素子２０１ｅ，２０１ｆ、半導体素子２０１ｇ，２０１ｈがそれぞれ対の並列接続している。半導体素子２０１ａ〜２０１ｈはパワーMOSとする。
そして、例えば負荷２０２の直流モータを正転させる際には、半導体素子２０１ｃ〜２０１ｆをオンにし、逆転させる際には、半導体素子２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｇ，２０１ｈをオンにする駆動を行う。この駆動はPWM等で行ってよい。
【００４３】
図１４の回路構成において、対となって並列接続されている半導体素子、例えば、半導体素子２０１ａと半導体素子２０１ｂは同じ動作を行う。実施例２では、図１１〜図１３に示すように、１つのパッケージ４内で、パッケージ４からの端子３０，３２，２５ａを共通端子として２つの半導体素子２０１ａ，２０１ｂを設ける。
つまり、２つの半導体素子２０１ａ，２０１ｂは、半田でヒートシンク２５表裏面それぞれに裏面のコレクタ端子を接合する。また、ワイヤ３１でゲート端子を共通の端子３０にそれぞれ接合し、板状の配線３３と半田２９でエミッタ端子を共通の板状の配線３３に接続する。
なお、符号２０１ａａ，２０１ｂｂで示した部分はワイヤ３１を接続するために半導体素子２０１ａ，２０１ｂの一部（ゲート電極）を半田２９から露出させている部分である。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
作用を説明する。
実施例２の半導体装置では、１つのパッケージ４に２つの半導体素子２０１ａ，２０１ｂを備えるため、用いられる回路、装置内のパッケージ数を抑制し、小型化、低コストに寄与する。
このパッケージ４の内部では、ヒートシンク２５の両面に半導体素子２０１ａ，２０１ｂを接合しているため、ヒートシンク２５を大きさが抑制され、ひいては、軽量化、低コストに寄与する。
【００４５】
また、用いられる半導体素子を良好な状態で長期間使用するために考慮されるディレーディング率においては、並行接続された２つの半導体素子の温度偏りが考慮される。ディレーディング率のこの部分は、実施例２では同じヒートシンク２５の両面で並行接続された２つの半導体素子２０１ａ，２０１ｂを冷却することにより温度偏りがなくなるため、少なくできる。すると、その分、素子の機能を発揮させ、効率よく使用する。
【００４６】
効果を説明する。実施例２の半導体装置にあっては、上記(1)〜(5)に加えて、以下の効果を有する。
(6)上記(1)〜(5)において、ヒートシンク２５の対向する両面のそれぞれに半導体素子２０１ａ，２０１ｂを接合したため、軽量化、低コストに寄与でき、半導体素子のディレーディング率を小さくすることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４７】
実施例３はヒートシンクの両面に半導体素子とダイオードを接合した例である。  構成を説明する。
図１５は実施例３の半導体装置の説明斜視図である。図１６は実施例３の半導体装置のパッケージの構造を示す説明図である。図１７は図１６のＡ−Ａ断面図である。
実施例３では、パッケージ９が、ヒートシンク２５の表裏の両面に、IGBTである半導体素子２ａと半導体素子２０３ａを接合し、さらに、ヒートシンク２５の表裏の両面に、フライホイールダイオード８ａ，９１を接合する。つまり一方の面に半導体素子とダイオードを接合する。ここで、フライホイールダイオード８ａ，９１はヒートシンク２５を電極として、カソードを接合する。ヒートシンク２５は、図２に点Ｐで示す点の電圧となる。
【００４８】
半導体素子２ａ側を例に説明すると、半導体素子２ａの接合面と反対側の面として構成されているエミッタ端子と端子３２の接続は、ボンディングワイヤ９２ａ〜９２ｃにより接続される。ボンディングワイヤ９２ａ〜９２ｃは、半導体素子２ａ〜２ｃのエミッタである露出面部分から、まずフライホイールダイオード８ａ，９１のアノードである露出面へボンディングした後、端子３２へボンディングする。反対面においても同様である。また、他の素子においても同様に同じ動作を行う素子の組み合わせで構成する。
【００４９】
なお、実施例３では、図２に示す半導体素子の回路が複数存在する回路であるものとする。つまり半導体素子２０３ａは、別の図２と同じ回路の同じ相（コイルＣ）へ駆動信号を送る素子で、同じアッパー側に位置するものである。つまり半導体素子２ａ，２０３ａは同じ動作を行うものとする。また、フライホイールダイオード９１は、半導体素子２０３ａと対に設けられるものとする（回路構成を図２と同じとする）。
その他構成は、実施例１、実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
作用を説明する。
実施例３では、例えば半導体素子２ａ〜２ｈ（IGBTを６個）備えた、図２のような回路が複数設けられる場合である。このような場合には、パッケージが非常に多くなってしまうが、実施例３では、パッケージ９の内部に同じ動作を行う半導体素子２ａ，２０３ａと、その素子それぞれに設けられるフライホイールダイオード８ａ，９１を具備させる。そのため、回路構成及び装置構成の複雑化が抑制され、コストの低減や小型化に寄与する。
【００５１】
効果を説明する。実施例３の半導体装置にあっては、上記(1)〜(6)に加えて、以下の効果を有する。
(7)上記(6)において、半導体素子２ａ〜２ｈ等と対に設けられるフライホイールダイオード８ａ，９１を、ヒートシンク２５に、カソード端子を接合し端子が共通するように設けたため、回路構成が複雑化することを抑制し、コスト低減や小型化に寄与できる。
その他作用効果は実施例１〜実施例３と同様であるので説明を省略する。
【実施例４】
【００５２】
実施例４は、ヒートシンクの片面に半導体素子を接合し、反対面にダイオードを接合した例である。
構成を説明する。
図１８は実施例４の半導体装置のパッケージの構造を示す断面図である。図１９は実施例４の半導体装置のパッケージの構造を示す説明正面図である。図２０は実施例４の半導体装置のパッケージの構造を示す説明背面図である。
実施例４では、パッケージ９４として、半導体素子２ａ〜２ｈのIGBT、例えば半導体素子２ａをヒートシンク２５の表面に接合し、半導体素子２ａ〜２ｈと対に設けられるフライホイールダイオード８ａ〜８ｆ、例えばフライホイールダイオード８ａをヒートシンク２５の裏面に接合する。ここで、フライホイールダイオード８ａはヒートシンク２５を電極として、カソードを接合する。ヒートシンク２５の露呈面であるアノードは、ボンディングワイヤ９３によるボンディングで端子３２へ接続する。
その他構成は実施例３と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
作用を説明する。
実施例４では、ヒートシンク２５の片面に半導体素子２ａ、反対面に半導体素子でない電子部品であるフライホイールダイオード８ａを接合する。
図２に示すように、複数が設けられる半導体素子２ａ〜２ｈのそれぞれの過電流の還流のために、それぞれ上下流で互いが接続されるフライホイールダイオード８ａを設ける場合がある。この場合に、このように同一のパッケージ９４の内部に配置されると、その回路は非常に少ないスペースで簡略化された構成となる。このことはコストや小型化に寄与する。
【００５４】
効果を説明する。実施例４の半導体装置にあっては、上記(1)〜(5)に加えて、以下の効果を有する。
(8)上記(1)〜(5)において、ヒートシンク２５の対向する両面の片面に半導体素子２ａ〜２ｈを接合し、もう一方の片面に半導体素子２ａ〜２ｈと対に設けられるフライホイールダイオード８ａ〜８ｆを、端子２５ａ，３０，３２を共通とするよう接合して設けたため、コスト低減や小型化に寄与できる。
【００５５】
以上、本発明の半導体装置を実施例１〜実施例４に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５６】
例えば、実施例１では、半導体素子２ａ〜２ｆとして、IGBTを例に説明したが、パワーMOS等であってもよい。
また、例えば実施例１では、駆動対象として、デルタ結線の３相モータを示したが、スター結線のものでもよく、また、ＬＥＤ等を駆動するものであってもよい。
【００５７】
例えば、実施例３では、ヒートシンクの表裏に配置する半導体素子を同じ動作を行うものとし、パッケージから外部へ進出する端子をゲート、コレクタ、エミッタに対応する３つの端子にした。これに対して、コレクタ、エミッタに対応する端子を共通とし、ゲートに対応する端子を２つパッケージから外部に進出させるように設けて、例えば、アッパー側とロワ側の半導体素子を一つのパッケージ内に収容するよう構成してもよい。このようにすれば、図２に示すブリッジ構成の回路が小型で簡素な構成となり、コストや小型化に寄与できる効果を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例１のモータ駆動回路の概略図である。
【図２】実施例１の半導体装置の回路構成図である。
【図３】実施例１の半導体装置の半導体素子の説明図である。
【図４】実施例１の半導体装置の斜視図である。
【図５】実施例１の半導体装置の冷却管とパッケージの接続構造の説明図である。
【図６】実施例１の半導体装置のパッケージの構造を示す断面図である。
【図７】実施例１の半導体装置のパッケージの構造を示す説明図である。
【図８】パッケージの冷却構成の例を示す説明図である。
【図９】パッケージの冷却構成の例を示す説明図である。
【図１０】パワーモジュールの冷却構成の例を示す説明図である。
【図１１】実施例２の半導体装置のパッケージの構造を示す断面図である。
【図１２】実施例２の半導体装置のパッケージの構造を示す説明正面図である。
【図１３】実施例２の半導体装置のパッケージの構造を示す説明背面図である。
【図１４】実施例２の半導体装置の回路構成図である。
【図１５】実施例３の半導体装置の説明斜視図である。
【図１６】実施例３の半導体装置のパッケージの構造を示す説明図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ断面図である。
【図１８】実施例４の半導体装置のパッケージの構造を示す断面図である。
【図１９】実施例４の半導体装置のパッケージの構造を示す説明正面図である。
【図２０】実施例４の半導体装置のパッケージの構造を示す説明背面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    モータ駆動回路
２    半導体装置
２ａ〜２ｆ    半導体素子
３    制御部
４ａ〜４ｃ    コイル
５ａ〜５ｃ    センサ
６    電源
７    ロータ
８ａ〜８ｆ    フライホイールダイオード
９    パッケージ
２０    パッケージ
２１    回路基板
２２    冷却管
２２ａ    冷却液路
２２ｂ    取付孔
２３    冷却管
２４    中空ボルト
２４ａ    内孔
２４ｂ    連通孔
２５    ヒートシンク
２５ａ    端子
２５ｂ    冷却液通路
２５ｃ    内部空間
２５ｄ    円柱部分
２６    絶縁シート
２７    絶縁シート
２８    半田
２９    半田
３０    端子
３１    ワイヤ
３２    端子
３３    板状の電極
３４    樹脂ケース
３５    注型樹脂
９１    フライホイールダイオード
９２ａ〜９２ｃ    ボンディングワイヤ
９３    ボンディングワイヤ
９４    パッケージ
１０１    パッケージ
１０２    半導体素子
１０３    接着剤
１０４    半田
１０５    銅箔
１０６    回路基板
１０７    接着剤
１０８    部材
１０９    冷却装置
１０９ａ    冷却液通路
１１０    ケース
１１１    接着剤
２０１ａ〜２０１ｈ    半導体素子
２０２    負荷
２０３ａ    半導体素子
２ａａ    電極
２０１ａａ    電極
２０１ｂｂ    電極
【図１】
2010062511.tif 000003
【図２】
2010062511.tif 000004
【図３】
2010062511.tif 000005
【図４】
2010062511.tif 000006
【図５】
2010062511.tif 000007
【図６】
2010062511.tif 000008
【図７】
2010062511.tif 000009
【図８】
2010062511.tif 000010
【図９】
2010062511.tif 000011
【図１０】
2010062511.tif 000012
【図１１】
2010062511.tif 000013
【図１２】
2010062511.tif 000014
【図１３】
2010062511.tif 000015
【図１４】
2010062511.tif 000016
【図１５】
2010062511.tif 000017
【図１６】
2010062511.tif 000018
【図１７】
2010062511.tif 000019
【図１８】
2010062511.tif 000020
【図１９】
2010062511.tif 000021
【図２０】
2010062511.tif 000022