(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ユニットであって、
第１金属プレートと、
第２金属プレートと、
第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置されている第１中間金属プレートと、
第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に配置されており、第１金属プレート及び第１中間金属プレートに接続されている第１半導体装置と、
第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、第１金属プレートと第１中間金属プレートと第２金属プレートの積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重ならない位置に配置されており、第１中間金属プレート及び第２金属プレートに接続されている第２半導体装置と、
第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置と重なる位置に配置されており、第１金属プレート及び第１中間金属プレートに接触しており、絶縁体である第１セラミック体と、
第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重なる位置に配置されており、第１中間金属プレート及び第２金属プレートに接触しており、絶縁体である第２セラミック体、
を有し、
第１セラミック体が、前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有しており、
第１半導体装置が、第１セラミック体の貫通孔内に配置されており、
第２セラミック体が、前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有しており、
第２半導体装置が、第２セラミック体の貫通孔内に配置されている、
半導体ユニット。
【請求項２】
第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置されている第２中間金属プレートと、
第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に配置されており、第１金属プレート及び第２中間金属プレートに接続されている第３半導体装置と、
第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第３半導体装置と重ならない位置に配置されており、第２中間金属プレート及び第２金属プレートに接続されている第４半導体装置と、
第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第４半導体装置と重なる位置に配置されており、第１金属プレート及び第２中間金属プレートに接触しており、絶縁体である第３セラミック体と、
第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第３半導体装置と重なる位置に配置されており、第２中間金属プレート及び第２金属プレートに接触しており、絶縁体である第４セラミック体、
をさらに有しており、
第３セラミック体が、前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有しており、
第３半導体装置が、第３セラミック体の貫通孔内に配置されており、
第４セラミック体が、前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有しており、
第４半導体装置が、第４セラミック体の貫通孔内に配置されており、
第１セラミック体が第３セラミック体と接触しており、
第２セラミック体が第４セラミック体と接触している、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項３】
第１半導体装置と第１セラミック体との間に樹脂層が形成されており、
第２半導体装置と第２セラミック体との間に樹脂層が形成されている、
請求項１または２に記載の半導体ユニット。
【請求項４】
半導体ユニットを製造する方法であって、
第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に第１半導体装置を接続する第１接続工程と、
第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に第２半導体装置を接続する第２接続工程と、
第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に第１セラミックブロックを固定する第１セラミックブロック固定工程と、
第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に第２セラミックブロックを固定する第２セラミックブロック固定工程、
を有しており、
前記各工程の実施後に、以下の状態、すなわち、
第１中間金属プレートが、第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置され、
第２半導体装置が、第１金属プレートと第１中間金属プレートと第２金属プレートの積層方向に沿って見たときに、第１半導体装置と重ならない位置に配置され、
第１セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置と重なる位置に配置され、第１金属プレート及び第１中間金属プレートに接触し、
第２セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重なる位置に配置され、第１中間金属プレート及び第２金属プレートに接触する、
という状態が得られ、
第１セラミックブロックに、貫通孔が形成されており、
第２セラミックブロックに、貫通孔が形成されており、
前記各工程の実施後に、以下の状態、すなわち、
第１セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、
第１半導体装置が、第１セラミックブロックの貫通孔内に配置され、
第２セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、
第２半導体装置が、第２セラミックブロックの貫通孔内に配置される、
という状態が得られる製造方法。
【請求項５】
第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に第３半導体装置を接続する第３接続工程と、
第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に第４半導体装置を接続する第４接続工程と、
第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に、貫通孔が形成されている第３セラミックブロックを固定する第３セラミックブロック固定工程と、
第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に、貫通孔が形成されている第４セラミックブロックを固定する第４セラミックブロック固定工程、
をさらに有しており、
前記各工程の実施後に、以下の状態、すなわち、
第２中間金属プレートが、第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置され、
第４半導体装置が、前記積層方向に沿って見たときに、第３半導体装置と重ならない位置に配置され、
第３セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第４半導体装置と重なる位置に配置され、第１金属プレート及び第２中間金属プレートに接触し、
第４セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第３半導体装置と重なる位置に配置され、第２中間金属プレート及び第２金属プレートに接触し、
第３セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、
第３半導体装置が、第３セラミックブロックの貫通孔内に配置され、
第４セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、
第４半導体装置が、第４セラミックブロックの貫通孔内に配置され、
第１セラミックブロックが第３セラミックブロックと接触し、
第２セラミックブロックが第４セラミックブロックと接触する、
という状態が得られる請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
第１半導体装置と第１セラミックブロックとの間に樹脂を充填する工程と、
第２半導体装置と第２セラミックブロックとの間に樹脂を充填する工程、
をさらに有する請求項４または５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、複数の半導体装置を備える半導体ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、複数の半導体装置を備える半導体ユニットが開示されている。この半導体ユニットは、上部金属プレートと、下部金属プレートと、上部金属プレートと下部金属プレートの間に配置されている中間金属プレートを有する。上部金属プレートと中間金属プレートの間には、第１半導体装置が接続されている。中間金属プレートと下部金属プレートの間には、第２半導体装置が接続されている。第２半導体装置は、上部金属プレートと中間金属プレートと下部金属プレートの積層方向に沿って見たときに、第１半導体装置と重ならない位置に配置されている。各半導体装置と各金属プレートの周囲は、樹脂に覆われている。上部金属プレートと中間金属プレートと下部金属プレートは、配線として機能するとともに、各半導体装置で生じる熱を放熱するための放熱部材としても機能する。この半導体ユニットでは、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置が第１半導体装置と重ならない位置に配置されていることによって、各半導体装置で生じる熱を効率的に放熱することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０６６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、半導体ユニットの電流容量の増大が求められており、これに伴って、半導体ユニット内の各半導体装置で生じる熱をより効率的に放熱することが必要とされている。したがって、本明細書では、半導体装置で生じる熱をより効率的に放熱することができる半導体ユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した特許文献１の半導体ユニットでは、各金属プレートの間の空間が樹脂によって埋められている。この樹脂層によって、各半導体装置からの放熱が阻害されている。したがって、本明細書が開示する半導体ユニットは、以下の構成を有する。
【０００６】
本明細書が開示する半導体ユニットは、第１金属プレートと、第２金属プレートと、第１中間金属プレートと、第１半導体装置と、第２半導体装置と、第１セラミック体と、第２セラミック体を有する。第１中間金属プレートは、第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置されている。第１半導体装置は、第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に配置されており、第１金属プレート及び第１中間金属プレートに接続されている。第２半導体装置は、第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、第１金属プレートと第１中間金属プレートと第２金属プレートの積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重ならない位置に配置されており、第１中間金属プレート及び第２金属プレートに接続されている。第１セラミック体は、第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置と重なる位置に配置されており、第１金属プレート及び第１中間金属プレートに接触しており、絶縁体である。第２セラミック体は、第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重なる位置に配置されており、第１中間金属プレート及び第２金属プレートに接触しており、絶縁体である。
【０００７】
なお、上記の「接続」は、電気的な接続を意味する。したがって、半導体装置と金属プレートとが、他の導電部材によって電気的に接続されていてもよい。
【０００８】
この半導体ユニットでは、第１金属プレートと第１中間金属プレートの間であって、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置と重なる位置に、第１セラミック体が配置されている。第１セラミック体は、セラミック材料により構成されているので、樹脂に比べて熱伝導率が高い。したがって、第２半導体装置で発生した熱が、熱伝導率が高い第１中間金属プレート及び第１セラミック体を通って、第１金属プレートに伝わることができる。このように、従来の半導体ユニットに比べて第２半導体装置の放熱経路が増えるので、この半導体ユニットでは、第２半導体装置の温度が上昇し難くなる。また、この半導体ユニットでは、第１中間金属プレートと第２金属プレートの間であって、前記積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重なる位置に、第２セラミック体が配置されている。したがって、第１半導体装置で発生した熱が、熱伝導率が高い第１中間金属プレート及び第２セラミック体を通って、第２金属プレートに伝わることができる。したがって、第１半導体装置の温度も上昇し難くなる。このように、この半導体ユニットによれば、第１半導体装置及び第２半導体装置の温度上昇を抑制することができる。
【０００９】
上述した半導体ユニットは、第１セラミック体が前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有しており、第１半導体装置が第１セラミック体の貫通孔内に配置されており、第２セラミック体が前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有しており、第２半導体装置が第２セラミック体の貫通孔内に配置されていることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、半導体ユニットの組立時に、第１セラミック体と第１半導体装置の位置合わせが容易となり、第２セラミック体と第２半導体装置の位置合わせが容易となる。また、このような構成によれば、第１半導体装置から第１セラミック体に熱が伝わり易くなり、第１半導体装置の温度上昇をさらに抑制することができる。同様に、このような構成によれば、第２半導体装置から第２セラミック体に熱が伝わり易くなり、第２半導体装置の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００１１】
上述した半導体ユニットは、第２中間金属プレートと、第３半導体装置と、第４半導体装置と、第３セラミック体と、第４セラミック体をさらに有していることが好ましい。第２中間金属プレートは、第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置されていることが好ましい。第３半導体装置は、第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に配置されており、第１金属プレート及び第２中間金属プレートに接続されていることが好ましい。第４半導体装置は、第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第３半導体装置と重ならない位置に配置されており、第２中間金属プレート及び第２金属プレートに接続されていることが好ましい。第３セラミック体は、第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第４半導体装置と重なる位置に配置されており、第１金属プレート及び第２中間金属プレートに接触しており、絶縁体であることが好ましい。第４セラミック体は、第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に配置されており、前記積層方向に沿って見たときに第３半導体装置と重なる位置に配置されており、第２中間金属プレート及び第２金属プレートに接触しており、絶縁体であることが好ましい。第３セラミック体が、前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有していることが好ましい。第３半導体装置が、第３セラミック体の貫通孔内に配置されていることが好ましい。第４セラミック体が、前記積層方向に沿って伸びる貫通孔を有していることが好ましい。第４半導体装置が、第４セラミック体の貫通孔内に配置されていることが好ましい。第１セラミック体が第３セラミック体と接触しており、第２セラミック体が第４セラミック体と接触していることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、第１セラミック体と第３セラミック体の間、及び、第２セラミック体と第４セラミック体の間での熱伝導が生じやすくなる。このため、各半導体装置で生じた熱がより放熱されやすく、各半導体装置の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００１３】
セラミック体が半導体装置と強く接触すると、半導体装置にストレスが加わる。したがって、セラミック体と半導体装置の間には、間隔を設けることが好ましい。一方で、セラミック体と半導体装置の間に隙間が存在していると、半導体装置が熱応力により変形し易くなり、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【００１４】
したがって、上述した半導体ユニットは、第１半導体装置と第１セラミック体との間に樹脂層が形成されており、第２半導体装置と第２セラミック体との間に樹脂層が形成されていることが好ましい。
【００１５】
このように、半導体装置とセラミック体との間に樹脂層を設けることで、半導体装置の変形を抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、本明細書は、半導体ユニットの製造方法を提供する。この製造方法は、第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に第１半導体装置を接続する第１接続工程と、第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に第２半導体装置を接続する第２接続工程と、第１金属プレートと第１中間金属プレートの間に第１セラミックブロックを固定する第１セラミックブロック固定工程と、第１中間金属プレートと第２金属プレートの間に第２セラミックブロックを固定する第２セラミックブロック固定工程を有している。そして、前記各工程の実施後に、以下の状態、すなわち、第１中間金属プレートが、第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置され、第２半導体装置が、第１金属プレートと第１中間金属プレートと第２金属プレートの積層方向に沿って見たときに、第１半導体装置と重ならない位置に配置され、第１セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置と重なる位置に配置され、第１金属プレート及び第１中間金属プレートに接触し、第２セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重なる位置に配置され、第１中間金属プレート及び第２金属プレートに接触するという状態が得られる。
【００１７】
なお、第１接続工程、第２接続工程、第１セラミックブロック固定工程、第２セラミックブロック固定工程は、どのような順序で行ってもよい。また、これらの工程のうちのいくつか、または、全てを同時に行ってもよい。
【００１８】
この製造方法によれば、第１金属プレートと第１中間金属プレートの間であって、前記積層方向に沿って見たときに第２半導体装置と重なる位置に、第１セラミックブロックが固定されており、第１中間金属プレートと第２金属プレートの間であって、前記積層方向に沿って見たときに第１半導体装置と重なる位置に、第２セラミックブロックが固定されている半導体ユニットを製造することができる。セラミックブロックは、製造段階においてブロック状の部材である。したがって、セラミックブロックには、熱伝導率が高い絶縁体を用いることができる。したがって、この製造方法によれば、第１半導体装置及び第２半導体装置の温度が上昇し難い半導体ユニットを製造することができる。
【００１９】
上述した製造方法においては、第１セラミックブロックに貫通孔が形成されており、第２セラミックブロックに貫通孔が形成されていることが好ましい。そして、前記各工程の実施後に、以下の状態、すなわち、第１セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、第１半導体装置が、第１セラミックブロックの貫通孔内に配置され、第２セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、第２半導体装置が、第２セラミックブロックの貫通孔内に配置されるという状態が得られることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、第１セラミックブロックと第１半導体装置の位置合わせが容易となり、第２セラミックブロックと第２半導体装置の位置合わせが容易となる。また、第１半導体装置から第１セラミックブロックに熱が伝わり易く、第２半導体装置から第２セラミックブロックに熱が伝わり易い半導体ユニットを製造することができる。
【００２１】
上述した製造方法は、第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に第３半導体装置を接続する第３接続工程と、第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に第４半導体装置を接続する第４接続工程と、第１金属プレートと第２中間金属プレートの間に、貫通孔が形成されている第３セラミックブロックを固定する第３セラミックブロック固定工程と、第２中間金属プレートと第２金属プレートの間に、貫通孔が形成されている第４セラミックブロックを固定する第４セラミックブロック固定工程を有することが好ましい。そして、前記各工程の実施後に、以下の状態、すなわち、第２中間金属プレートが、第１金属プレートと第２金属プレートの間に配置され、第４半導体装置が、前記積層方向に沿って見たときに、第３半導体装置と重ならない位置に配置され、第３セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第４半導体装置と重なる位置に配置され、第１金属プレート及び第２中間金属プレートに接触し、第４セラミックブロックが、前記積層方向に沿って見たときに第３半導体装置と重なる位置に配置され、第２中間金属プレート及び第２金属プレートに接触し、第３セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、第３半導体装置が、第３セラミックブロックの貫通孔内に配置され、第４セラミックブロックの貫通孔が、前記積層方向に沿って伸び、第４半導体装置が、第４セラミックブロックの貫通孔内に配置され、第１セラミックブロックが第３セラミックブロックと接触し、第２セラミックブロックが第４セラミックブロックと接触するという状態が得られることが好ましい。なお、上記の各工程は、どのような順序で行ってもよい。また、これらのいくつか、または、全てを同時に行ってもよい。
【００２２】
このような構成によれば、第１セラミックブロックと第３セラミックブロックの間、及び、第２セラミックブロックと第４セラミックブロックの間で熱伝導が生じやすい半導体ユニットを製造することができる。
【００２３】
上述した製造方法は、第１半導体装置と第１セラミックブロックとの間に樹脂を充填する工程と、第２半導体装置と第２セラミックブロックとの間に樹脂を充填する工程をさらに有することが好ましい。
【００２４】
このような構成によれば、より信頼性が高い半導体ユニットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】半導体ユニット１０の斜視図。
【図２】セラミックブロックの斜視図
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における半導体ユニット１０のＸＺ平面における断面図。
【図４】セラミックブロック３０ｂの貫通孔４０近傍の拡大断面図。
【図５】半導体ユニット１０の回路図。
【図６】冷却器７０、７４に接続された半導体ユニット１０の図３に対応する断面図。
【図７】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図８】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図９】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図１０】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図１１】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図１２】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図１３】半導体ユニット１０の製造過程を示す断面図。
【図１４】変形例の半導体ユニットの図３に対応する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、実施例の半導体ユニット１０の斜視図を示している。半導体ユニット１０は、直流を交流に変換するインバータ回路を構成しており、６個のスイッチング素子を内蔵している。図１に示すように、半導体ユニット１０は、上部金属プレート１２、下部金属プレート１４、３個の中間金属プレート１６〜２０、及び、６個のセラミックブロック３０ａ〜３０ｆを有している。上部金属プレート１２は、一方向に長く伸びる金属板である。以下では、上部金属プレート１２の長手方向をＸ方向という。下部金属プレート１４は、上部金属プレートと同様にＸ方向に長く伸びる金属板である。下部金属プレート１４は、上部金属プレート１２と略平行に配置されている。上部金属プレート１２と下部金属プレート１４の間に、３個の中間金属プレート１６〜２０、及び、６個のセラミックブロック３０ａ〜３０ｆが挟まれている。セラミックブロック３０ａは、上部金属プレート１２と中間金属プレート１６の間に挟まれている。セラミックブロック３０ｂは、上部金属プレート１２と中間金属プレート１８の間に挟まれている。セラミックブロック３０ｃは、上部金属プレート１２と中間金属プレート２０の間に挟まれている。セラミックブロック３０ｄは、下部金属プレート１４と中間金属プレート１６の間に挟まれている。セラミックブロック３０ｅは、下部金属プレート１４と中間金属プレート１８の間に挟まれている。セラミックブロック３０ｆは、下部金属プレート１４と中間金属プレート２０の間に挟まれている。以下では、下部金属プレート１４、セラミックブロック３０ｄ、中間金属プレート１６、セラミックブロック３０ａ、及び、上部金属プレート１２が積層されている方向をＺ方向という。各セラミックブロック３０ａ〜３０ｆは、図２に示すように略直方体のブロックである。セラミックブロック３０ａ〜３０ｆは、絶縁体であり、一般的な樹脂に比べて熱伝導率が高いセラミックにより構成されている。各セラミックブロックには、その上面から下面に貫通する貫通孔４０が形成されている。図３に示すように、セラミックブロック３０ａ〜３０ｆは、貫通孔４０がＺ方向に伸びるように配置されている。また、図２に示すように、セラミックブロックの上面には、セラミックブロックの端面から貫通孔４０まで伸びる溝４０ｃが４個形成されている。図１、３に示すように、各セラミックブロック３０ａ〜３０ｆは、隣のセラミックブロックと接触している。図１に示すように、中間金属プレート１６〜２０は、セラミックブロックと接している位置から、Ｙ方向（Ｘ方向及びＺ方向に対して直交する方向）に沿って引き出されている。なお、図１では省略されているが、金属プレート１２〜２０とセラミックブロック３０ａ〜３０ｆの積層部分の側面は、樹脂層（図３に示す樹脂層６０）に覆われている。
【００２７】
図３に示すように、各貫通孔４０内には、半導体装置５０ａ〜５０ｆが設置されている。半導体装置５０ａ〜５０ｆは、スイッチング素子であり、通電時に発熱する。図４は、セラミックブロック３０ｂの貫通孔４０の拡大断面図を示している。図示するように、貫通孔４０は、断面積が広い部分４０ａと、断面積が狭い部分４０ｂを有している。断面積が狭い部分４０ｂが、上面側に位置している。図２に示すように部分４０ｂの断面形状は、矩形である。図示していないが、部分４０ａの断面形状も、矩形である。図４に示すように、部分４０ｂ内に半導体装置５０ｂが設置されている。半導体装置５０ｂは、半導体基板４６と、半導体基板４６の上面に形成されている上部電極４８と、半導体基板４６の下面に形成されている下部電極４４を有している。下部電極４４は、はんだ層４２によって中間金属プレート１８に接続されている。上部電極４８上には、銅により構成されている金属ブロック５４が設置されている。上部電極４８は、はんだ層５２によって金属ブロック５４に接続されている。金属ブロック５４は、はんだ層５６によって、上部金属プレート１２に接続されている。半導体装置５０ｂとセラミックブロック３０ｂの間の隙間には、樹脂層５８が形成されている。
【００２８】
図３に示すように、セラミックブロック３０ｂ以外のセラミックブロックの貫通孔４０内にも、セラミックブロック３０ｂの貫通孔４０内と同様の構造が形成されている。なお、半導体装置５０ａは、上部金属プレート１２及び中間金属プレート１６に接続されている。半導体装置５０ｃは、上部金属プレート１２及び中間金属プレート２０に接続されている。半導体装置５０ｄは、下部金属プレート１４及び中間金属プレート１６に接続されている。半導体装置５０ｅは、下部金属プレート１４及び中間金属プレート１８に接続されている。半導体装置５０ｆは、下部金属プレート１４及び中間金属プレート２０に接続されている。各半導体装置５０ａ〜５０ｆは、Ｚ方向に沿って見たときに、他の半導体装置と重ならないように配置されている。すなわち、中間金属プレート１６〜２０の下側であって、Ｚ方向に沿って見たときに上側の半導体装置５０ａ〜５０ｃと重なる位置には、セラミックブロック３０ｄ〜３０ｆが存在している。また、中間金属プレート１６〜２０の上側であって、Ｚ方向に沿って見たときに下側の半導体装置５０ｄ〜５０ｆと重なる位置には、セラミックブロック３０ａ〜３０ｃが存在している。また、図３に示すように、半導体ユニット１０の積層部分の側面には、樹脂層６０が形成されている。
【００２９】
半導体ユニット１０は、図５に示すインバータ回路を構成している。各半導体装置５０ａ〜５０ｆは、ＩＧＢＴとダイオードを有している。上部金属プレート１２と下部金属プレート１４の間には、直流電圧が印加される。中間金属プレート１６〜２０は、モータ８０に接続される。各半導体装置５０ａ〜５０ｆのＩＧＢＴがスイッチングすることで、上部金属プレート１２と下部金属プレート１４の間の直流電圧が三相交流電圧に変換され、中間金属プレート１６、１８、２０に出力される。なお、図１、３、４では示されていないが、半導体装置５０ａ〜５０ｆはゲート電極を有している。ゲート電極は、図示しない位置において図５に示すゲート配線６２に接続されている。
【００３０】
半導体ユニット１０を使用する際には、図６に示すように、半導体ユニット１０が冷却器７０、７４に接続される。冷却器７０、７４は、液循環式の冷却器である。上部金属プレート１２は、絶縁膜７２を介して冷却器７０に固定される。下部金属プレート１４は、絶縁膜７６を介して冷却器７４に固定される。半導体ユニット１０を動作させると、各半導体装置５０ａ〜５０ｆが発熱する。通電時における半導体装置５０ｂの放熱経路について説明する。半導体装置５０ｂで生じた熱は、図６の矢印１００に示すように、金属ブロック５４と上部金属プレート１２を介して冷却器７０に伝わることができる。また、中間金属プレート１８の下側であって半導体装置５０ｂと重なる位置には、熱伝導率が高いセラミックブロック３０ｅが配置されている。このため、半導体装置５０ｂで生じた熱は、図６の矢印１０２に示すように、中間金属プレート１８、セラミックブロック３０ｅ、及び、下部金属プレート１４を介して冷却器７４に伝わることができる。また、熱伝導率が高いセラミックブロック３０ｂによって半導体装置５０ｂの周囲が囲まれているので、半導体装置５０ｂで発生した熱は、セラミックブロック３０ｂにも伝わることができる。特に、半導体装置５０ｂとセラミックブロック３０ｂの間の隙間に樹脂層５８が形成されているので、半導体装置５０ｂで発生した熱はセラミックブロック３０ｂに伝わり易い。このため、半導体装置５０ｂで発生した熱は、図６の矢印１０４に示すように、セラミックブロック３０ｂと上部金属プレート１２を介して冷却器７０に伝わることができる。さらに、セラミックブロック３０ｂは隣のセラミックブロック３０ａと接触しているので、半導体装置５０ｂで発生した熱は、図６の矢印１０６に示すように、セラミックブロック３０ｂ、セラミックブロック３０ａ、及び、上部金属プレート１２を介して冷却器７０に伝わることができる。このように、半導体装置５０ｂで発生した熱は、多数の放熱経路によって放熱される。このため、半導体装置５０ｂの昇温を効果的に抑制することができる。半導体装置５０ｂ以外の他の半導体装置に対しても、半導体装置５０ｂと略同様に放熱経路が設けられているので、これらの半導体装置の昇温も効果的に抑制される。
【００３１】
以上に説明したように、この半導体ユニット１０では、半導体装置５０ａ〜５０ｆの周囲に、樹脂等に比べて熱伝導率が高いセラミックブロックが配置されているため、半導体装置５０ａ〜５０ｆで生じた熱が放熱されやすい。このため、半導体ユニット１０は、電流容量が大きく、また、信頼性が高い。
【００３２】
また、上述したように、半導体装置５０ｂとセラミックブロック３０ｂの間の隙間には、樹脂層５８が形成されている。この樹脂層５８によって、発熱による半導体装置５０ｂの歪み（熱膨張等）が抑制され、半導体装置５０ｂの信頼性が向上されている。半導体装置５０ｂ以外の他の半導体装置も、半導体装置５０ｂと同様に、樹脂層５８によって信頼性が向上されている。
【００３３】
次に、半導体ユニット１０の製造方法について説明する。最初に、図７に示すように、３つの半導体装置５０ｄ〜５０ｆの下部電極を下部金属プレート１４にはんだ接合する。これによって、下部金属プレート１４上に３つの半導体装置５０ｄ〜５０ｆを固定する。
【００３４】
次に、図８に示すように、下部金属プレート１４上にセラミックブロック３０ｄ〜３０ｆを載置する。このとき、貫通孔４０内に半導体装置５０ｄ〜５０ｆを収容させる。このように、貫通孔４０内に半導体装置５０ｄ〜５０ｆを収容させることで、セラミックブロック３０ｄ〜３０ｆを簡単かつ正確に位置決めすることができる。また、このとき、セラミックブロック３０ｄ〜３０ｆを、隣接するセラミックブロックに対して接触させる。
【００３５】
次に、図９に示すように、半導体装置５０ｄ〜５０ｆの上部電極に、金属ブロック５４をはんだ接合する。このとき、貫通孔４０の断面積が小さい部分４０ｂがガイドになるため、金属ブロック５４を容易に位置決めすることができる。
【００３６】
次に、図１０に示すように、中間金属プレート１６がセラミックブロック３０ｄの上面に接触し、中間金属プレート１８がセラミックブロック３０ｅの上面に接触し、中間金属プレート２０がセラミックブロック３０ｆの上面に接触するようにして、中間金属プレート１６〜２０をその下部の金属ブロック５４にはんだ接合する。
【００３７】
次に、図１１に示すように、半導体装置５０ａ〜５０ｃの下部電極を、中間金属プレート１６〜２０にはんだ接合する。これによって、中間金属プレート１６〜２０上に、半導体装置５０ａ〜５０ｃを固定する。ここでは、Ｚ方向に沿って見たときに、下側の半導体装置５０ｄ〜５０ｆに対して、上側の半導体装置５０ａ〜５０ｃが重ならない位置に、半導体装置５０ａ〜５０ｃを固定する。すなわち、Ｚ方向に沿って見たときに、半導体装置５０ａ〜５０ｃの全体がセラミックブロック３０ｄ〜３０ｆと重なるように、半導体装置５０ａ〜５０ｃを固定する。
【００３８】
次に、図１２に示すように、各中間金属プレート１６〜２０上にセラミックブロック３０ａ〜３０ｃを載置する。このとき、貫通孔４０内に半導体装置５０ａ〜５０ｃを収容させる。このように、貫通孔４０内に半導体装置５０ａ〜５０ｃを収容させることで、セラミックブロック３０ａ〜３０ｃを簡単かつ正確に位置決めすることができる。このとき、Ｚ方向に沿って見たときに下側の半導体装置５０ｄ〜５０ｆの全体がセラミックブロック３０ａ〜３０ｃと重なるように、セラミックブロック３０ａ〜３０ｃが位置決めされる。また、このとき、セラミックブロック３０ａ〜３０ｃを、隣接するセラミックブロックに対して接触させる。
【００３９】
次に、半導体装置５０ａ〜５０ｃの上部電極に、金属ブロック５４をはんだ接合する。次に、図１３に示すように、上部金属プレート１２がセラミックブロック３０ａ〜３０ｃの上面と接触するように、上部金属プレート１２をその下部の３つの金属ブロック５４にはんだ接合する。
【００４０】
次に、図１３に示す半製品を成形型内に配置して樹脂成形することで、図２に示す樹脂層６０を形成する。なお樹脂成形する際には、各セラミックブロック３０ａ〜３０ｆの上面に形成されている溝４０ｃ（図２参照）を通って、樹脂が貫通孔４０内に流入する。これによって、各半導体装置５０ａ〜５０ｆと各セラミックブロック３０ａ〜３０ｆの間の隙間に樹脂が充填され、図３、４に示す樹脂層５８が形成される。以上の工程によって、図１、３、４に示す半導体ユニット１０を製造することができる。
【００４１】
この製造方法によれば、半導体ユニット１０の厚みが各金属プレートの厚みとセラミックブロックの厚みによって決まる。はんだ層の厚みが半導体ユニット１０の厚みにほとんど影響しない。したがって、この製造方法によって半導体ユニット１０を量産した場合には、半導体ユニット１０の厚みのばらつきを抑制することができる。
【００４２】
なお、上述した実施例の半導体ユニット１０は、中間金属プレート１６〜２０上に３つのセラミックブロック３０ａ〜３０ｃを有していた。しかしながら、これらのセラミックブロックが一体化して、図１４に示すように単一のセラミックブロック１２０が中間金属プレート１６〜２０上に設置されていてもよい。同様に、中間金属プレート１６〜２０の下の３つのセラミックブロック３０ｄ〜３０ｆが一体化して、図１４に示すように単一のセラミックブロック１２２が中間金属プレート１６〜２０の下に設置されていてもよい。
【００４３】
また、セラミックブロックを構成するセラミックとして種々の材料を採用することが可能であるが、例えば、酸化アルミニウム（Ｓｉ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等を採用することができる。
【００４４】
また、上述した製造方法のように、絶縁性のブロックを金属プレートの間に配置して半導体ユニットを製造する場合においては、絶縁性のブロックは必ずしもセラミック製である必要はない。樹脂等のその他の材質であって、熱伝導率が高いブロックを、絶縁性のブロックに用いることができる。絶縁性のブロックに使用可能な材料は樹脂成形に使用可能な材料に限定されないので、絶縁性のブロックとして熱伝導率が高い種々の材料を採用することができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０：半導体ユニット
１２：上部金属プレート
１４：下部金属プレート
１６〜２０：中間金属プレート
３０ａ〜３０ｆ：セラミックブロック
４０：貫通孔
５０ａ〜５０ｆ：半導体装置
５４：金属ブロック
５８：樹脂層
６０：樹脂層
７０：冷却器
７４：冷却器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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