(57)【要約】【課題】半導体モジュールの放熱特性を向上させる。【解決手段】半導体モジュール２００は、基板４０とこれに対向して配置されている基板４４を有する。半導体素子１０の高発熱主面Ｓ１０は基板４４側を向いて設けられ、配線層５４ｅを介して基板４４に熱的に接続されている。半導体素子１１の高発熱主面Ｓ１１は基板４０側を向いて設けられ、配線層５０ｃを介して基板４０に熱的に接続されている。また、半導体素子１０のエミッタ電極と半導体素子１１のコレクタ電極は配線層５４ｅおよびヒートスプレッダ６４を介して電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に対して所定の間隔で対向して配置されている第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に設けられ、一方の主面側の発熱量が他方の主面側の発熱量より大きい第１の半導体素子と、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に設けられ、一方の主面側の発熱量が他方の主面側の発熱量より大きい第２の半導体素子と、
を備え、
前記第１の半導体素子の一方の主面が前記第１の基板と熱的に接続し、
前記第２の半導体素子の一方の主面が前記第２の基板と熱的に接続していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記第１の基板および第２の基板のうちの一方の基板と前記第１の半導体素子との間、他方の基板と前記第２の半導体素子との間にそれぞれ放熱部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１の基板および第２の基板のうちの一方の基板と前記第１の半導体素子との間、他方の基板と前記第２の半導体素子との間にそれぞれ弾性部材を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記放熱部材を弾性体としたことを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１の基板および第２の基板のうちの一方の基板に設けられた配線層を介して前記第１の半導体素子の電極と前記第２の半導体素子の電極が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の半導体モジュールを備えることを特徴とするインバータ。
【請求項７】
各半導体素子は、他方の主面より発熱量が大きい主面が、同一位相の半導体素子および異なる位相の半導体素子であって隣り合う半導体素子とそれぞれ異なる基板側を向いて設けられていることを特徴とする請求項６に記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュール、半導体モジュールを備えたインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、電子機器に使用される半導体モジュールのさらなる小型化が求められている。このような要求に応えるために、基板上に複数の半導体素子を高密度に搭載した半導体モジュールが発明されている（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子はそのスイッチング動作などにより発熱する。そして、上記のような、半導体素子の高密度化に伴い半導体素子の単位体積当たりの発熱量が増加する傾向にある。半導体素子はその温度が許容値を超えると性能や信頼性に影響を及ぼすため、発生した熱を外部に逃がし、半導体素子の温度を許容値以下に保つ必要がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、半導体モジュールの放熱特性を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の半導体モジュールは、第１の基板と、第１の基板に対して所定の間隔で対向して配置されている第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に設けられ、一方の主面側の発熱量が他方の主面側の発熱量より大きい第１の半導体素子と、第１の基板と第２の基板の間に設けられ、一方の主面側の発熱量が他方の主面側の発熱量より大きい第２の半導体素子とを備える。第１の半導体素子の一方の主面は第１の基板と熱的に接続され、第２の半導体素子の一方の主面は前記第２の基板と熱的に接続される。
【０００７】
この態様によれば、第１の基板および第２の基板の２つの基板から、半導体素子が発する熱を効率的に外部に放熱することができる。
【０００８】
本発明の他の態様は、インバータである。当該インバータは、上述したいずれかの態様の半導体モジュールを備える。
【０００９】
この態様によれば、２つの基板から半導体素子が発する熱を効率的に外部に放熱することが可能となり、インバータの放熱性能を向上させることができる。
【００１０】
上記態様のインバータにおいて、各半導体素子は、他方の主面より発熱量が大きい主面が、同一位相の半導体素子および異なる位相の半導体素子であって隣り合う半導体素子とそれぞれ異なる基板側を向いて設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体モジュールの放熱特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る半導体モジュールの概略断面を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体モジュールの製造プロセスを示す工程断面図である。
【図３】実施の形態１と比較すべき、比較例１に係る半導体モジュールの概略断面を示す図である。
【図４】実施の形態１と比較すべき、比較例２に係る半導体モジュールの概略断面を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体モジュールの概略断面を示す図である。
【図６】実施の形態３に係るインバータの回路構成を示す図である。
【図７】実施の形態３に係るインバータの配線および半導体素子の配置を示す図である。
【図８】実施の形態３に係るインバータの各相アームの概略断面図を示す図である。
【図９】実施の形態３に係るインバータにより三相交流を生成する際の各半導体素子のオンオフとその配置関係を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係るインバータの配線および半導体素子の配置を示す図である。
【図１１】実施の形態４に係るインバータの各相アームの概略断面図を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係るインバータにより三相交流を生成する際の各半導体素子のオンオフとその配置関係を示す図である。
【図１３】本実施の形態の変形例に係る半導体モジュールの概略断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具現化した実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る半導体モジュール２００の概略断面を示す。半導体モジュール２００は半導体素子１０、１１、基板４０、４４、配線層５０、５４、ヒートスプレッダ６０、６４、受動素子７０、７４、制御回路素子８０、８４、モールド樹脂９０を備える。
【００１５】
まず、半導体モジュール２００の基板４０側（図１では下側）の構造から説明する。
【００１６】
基板４０は、金属層４０ａおよび絶縁層４０ｂを含む。
【００１７】
金属層４０ａは、金属基板であり、熱伝導性に優れた金属材料、たとえば銅、アルミニウムにより構成される。金属層４０ａの厚さは、たとえば、約１．５ｍｍである。
【００１８】
絶縁層４０ｂは、金属層４０ａの一方の主面（図１では上側）に形成されている。絶縁層４０ｂには、エポキシ樹脂を主成分とする材料が用いられる。絶縁層４０ｂの厚さは、たとえば、約１５０μｍである。また、熱伝導率を高くするため、絶縁層４０ｂに、銀、ビスマス、銅、アルミニウム、マグネシウム、錫、亜鉛およびこれらの合金などやシリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどを高熱伝導性フィラーとして含有することが好ましい。
【００１９】
配線層５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ（これらをまとめて配線層５０ともいう）は、基板４０の一方の主面（図１では上側）に設けられている。配線層５０は、導電材料、好ましくは圧延金属、さらには圧延銅により形成される。配線層５０の厚さは、たとえば約８０μｍである。
【００２０】
ヒートスプレッダ６０は配線層５０ｄ上に設けられている。ヒートスプレッダ６０には、熱伝導性がよく、また、電気抵抗が小さい材料、たとえば、銅が採用される。
【００２１】
半導体素子１１は、一方の主面側の発熱量が他方の主面側の発熱量より大きい縦型トランジスタである。ただし、半導体素子１１は、これに限らず、たとえば、ダイオード、ＩＣチップなどであってもよい。
【００２２】
半導体素子１１は、配線層５０ｃ上に設けられている。半導体素子１１は、一方の主面Ｓ１１（図１では下側）にエミッタ電極（不図示）およびゲート電極（不図示）を有し、他方の主面にコレクタ電極（不図示）を有する。エミッタ電極を有する主面Ｓ１１は他方の主面よりも発熱量が大きく、半導体素子１１はその主面Ｓ１１が基板４０側を向いて基板４０に熱的に接続されている。このため、半導体素子１１の主面Ｓ１１からの熱は、ヒートスプレッダ６４および配線層５４ｅを介して基板４４にも放熱されるが、主に基板４０に放熱される。
【００２３】
受動素子７０は、基板４０の一方の主面（図１では上側）に実装され、配線層５０ｂに接している。受動素子７０は、キャパシタや抵抗などである。
【００２４】
制御回路素子８０は、基板４０の一方の主面（図１では上側）に実装され、配線層５０ａに接している。制御回路素子８０は、ＩＣ（集積回路）などであり、半導体素子１１を制御する。
【００２５】
次に、半導体モジュール２００の基板４４側（図１では上側）の構造を説明する。基板４４は、金属層４４ａおよび絶縁層４４ｂを含む。基板４４は、その間に設けられる配線層５０、５４、ヒートスプレッダ６０、６４、半導体素子１０、１１等の厚さによって決まる所定の間隔で基板４０に対向して配置されている。
【００２６】
金属層４４ａ、絶縁層４４ｂは、それぞれ金属層４０ａ、絶縁層４０ｂと同様である。
【００２７】
配線層５４ａ、５４ｂ、５４ｅ（これらをまとめて配線層５４ともいう）は、基板４４の一方の主面（図１では下側）に設けられている。配線層５４ｅは、配線層５０ｃ、５０ｄに対向する位置に設けられている。また、本実施の形態では、配線層５４ａ、５４ｂもそれぞれ配線層５０ａ、５０ｂに対向する位置に設けられているが、これらは、ずれて設けられてもよい。配線層５４の材料および厚さは配線層５０と同じである。
【００２８】
ヒートスプレッダ６４は配線層５４ｅ上であって、配線層５０ｃに対向する位置に設けられている。また、ヒートスプレッダ６４の一方の主面（配線層５４ｅと接している面と反対の主面）は、半導体素子１１の主面Ｓ１１と反対の主面と接している。したがって、半導体素子１１のコレクタ電極は導電性であるヒートスプレッダ６４を介して配線層５４ｅと電気的に接続されている。ヒートスプレッダ６４の材料はヒートスプレッダ６０と同じである。
【００２９】
半導体素子１０は配線層５４ｅ上に設けられている。半導体素子１０は半導体素子１１と同様の半導体素子であり、半導体素子１１同様、一方の主面Ｓ１０（図１では上側）にエミッタ電極（不図示）およびゲート電極（不図示）を有し、他方の主面にコレクタ電極（不図示）を有する。そして、発熱量が大きいエミッタ電極を有する主面Ｓ１０が基板４４側を向いて基板４４に熱的に接続され、反対側の主面はヒートスプレッダ６０に接している。半導体素子１０の主面Ｓ１０からの熱は、ヒートスプレッダ６０および配線層５０ｄを介して基板４０にも放熱されるが、主に基板４４に放熱される。また、主面Ｓ１０と配線層５４ｅが、すなわち半導体素子１０のエミッタ電極と配線層５４ｅが、直に接している。
【００３０】
受動素子７４、制御回路素子８４は、それぞれ受動素子７０、制御回路素子８０に対応する素子である。受動素子７４、制御回路素子８４は、基板４４の一方の主面（図１では下側）に実装され、それぞれ配線層５４ｂ、５４ａに接している。
【００３１】
以上の構成の特徴をまとめると次の通りである。半導体素子１０は、主面Ｓ１０が基板４４側を向いて設けられ、半導体素子１１は主面Ｓ１１が基板４０側を向いて設けられている。すなわち各半導体素子の発熱量の大きい主面（以下「高発熱主面」とよぶ）はそれぞれ異なる基板側を向いて設けられ、熱的に接続されている。また、半導体素子１０のエミッタ電極は配線層５４ｅと直に接し、半導体素子１１のコレクタ電極はヒートスプレッダ６４を介して配線層５４ｅと電気的に接続されている。すなわち、半導体素子１０のエミッタ電極と半導体素子１１のコレクタ電極は配線層５４ｅおよびヒートスプレッダ６４を介して電気的に接続されている。
【００３２】
（製造方法）
図２は、図１に示した実施の形態１による半導体モジュールの製造プロセスを説明するための断面図である。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示すように、約１．５ｍｍの厚みを有する金属層４０ａの上に約１５０μｍの厚みを有する絶縁層４０ｂを設けた基板４０を準備する。そして、周知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて配線層５０をパターニングする。配線層５０ａ、５０ｂ、５０ｄ上に制御回路素子８０、受動素子７０、ヒートスプレッダ６０をそれぞれ搭載し、ヒートスプレッダ６０の上にさらに半導体素子１０を搭載して、フリップチップ接続する。
【００３４】
同様に、図２（ｂ）に示すように、約１．５ｍｍの厚みを有する金属層４４ａの上に約１５０μｍの厚みを有する絶縁層４４ｂを設けた基板４４を準備する。そして、基板４０と同様にして配線層５４をパターニングする。また、基板４０と同様にして、配線層５４ａ、５４ｂ、５４ｅに制御回路素子８４、受動素子７４、ヒートスプレッダ６４をそれぞれ接続し、ヒートスプレッダ６４の上にさらに半導体素子１１を接続する。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板４４を反転して、半導体素子１０の主面Ｓ１０が配線層５４ｅと、半導体素子１１の主面Ｓ１１が配線層５０ｃとそれぞれ接するように基板４０に重ね合わせ、フリップチップ接続する。
【００３６】
その後、図２（ｄ）に示すように、これらをモールド樹脂９０で封止する。この工程は、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティングまたはディッピングにより実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドまたはポッティングで実現でき、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【００３７】
これらの工程により、図１に示した実施の形態１に係る半導体モジュールを製造することができる。
【００３８】
（比較例１）
図３は、実施の形態１と比較すべき、比較例１に係る半導体モジュール２１０を示す。図１と比較すると、比較例１は１つの基板４０で構成されている。また、半導体素子１０、１１は、それぞれ主面Ｓ１０、Ｓ１１の反対側の主面（発熱量の小さい方の主面）のみが基板４０と熱的に接続されている。また、半導体素子１０のエミッタ電極（不図示）と半導体素子１１のコレクタ電極（不図示）はワイヤボンディング１３０により電気的に接続されている。また、１つの基板４０で構成されていることから当然のように、受動素子７４、制御回路素子８４は基板４０に実装されている。
【００３９】
（比較例２）
図４は、実施の形態１と比較すべき、比較例２に係る半導体モジュール２２０を示す。図１と比較すると、比較例２の半導体素子１０、１１は、それぞれの高発熱主面である主面Ｓ１０、Ｓ１１がいずれも基板４４側を向いて設けられ、熱的に接続されている。また、半導体素子１０は、エミッタ電極を有する主面Ｓ１０が基板４４上の配線層（配線層５４ｈ）に直に接するように設けられている。同様に、半導体素子１１も、エミッタ電極を有する主面Ｓ１１が基板４４上の配線層（配線層５４ｉ）に接するように設けられている。すなわち、半導体素子１０、１１のエミッタ電極を有する主面が同一基板側にあり、逆にいうと、一方の半導体素子のエミッタ電極を有する主面と他方の半導体素子のコレクタ電極を有する主面は同一基板側にない。そのため、これを電気的に接続するために基板４０の配線層５０と基板４４の配線層５４とを結ぶ経路１１０が配線層５０ｊ、５４ｊに接するように設けられている。また、受動素子７４、制御回路素子８４は基板４０に実装されている。
【００４０】
以下、これを踏まえて実施の形態１の効果を説明する。実施の形態１によれば、２つの半導体素子の高発熱主面はそれぞれ異なる基板側を向いて設けられ、熱的に接続されているため、比較例１のように高発熱主面が基板と熱的に接続されていない構成や比較例２のように２つの半導体素子の高発熱主面が同じ基板側を向いて設けられ、熱的に接続されている構成と比べ、半導体素子が発する熱を２つの基板から効率的に外部に放熱することが可能となり、半導体モジュールの放熱性能を向上させることができる。
【００４１】
また、２つの半導体素子の電極が配線層およびヒートスプレッダを介して電気的に接続されるため、比較例１のようなワイヤボンディングによる配線や比較例２のような２つの基板を結ぶ経路が不要となり、製造工程が簡略化される。また、比較例１のようにワイヤボンディングによって配線する場合に必要となるワイヤの引きまわしスペースが不要となるため、小型化が可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態では受動素子７０、制御回路素子８０をそれぞれ受動素子７４、制御回路素子８４に対向する領域に配置することにより、１つの基板に配置している比較例１および２に比べ小型化が可能となる。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る半導体モジュールの概略断面を示す。実施の形態１と異なる箇所は、ヒートスプレッダ６０、６４として蛇腹状に折り曲げた銅板を採用していること、すなわちヒートスプレッダ６０、６４を弾性体としていることである。
【００４４】
本実施の形態に係る半導体モジュールを製造する工程は、基本的に実施の形態１の半導体モジュールを製造する方法と同じであり、基板４４を反転して基板４０と重ね合わせフリップ接続する際に、ヒートスプレッダ６０、６４の弾性力が働くように基板４０と基板４４とを押し合わせた状態でフリップ接続する点のみ異なる。
【００４５】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。それに加え、ヒートスプレッダの弾性力が働いた状態で半導体素子と配線層を接続するため、両者間に隙間が生まれないように接続することができる。すなわち、半導体素子と配線層とを確実に電気的・熱的に接続することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
図６は、半導体モジュールを適用した実施の形態３に係るインバータ３００の回路構成を示す。インバータ３００は、三相インバータであって、Ｕ相アーム３１０と、Ｖ相アーム３２０と、Ｗ相アーム３３０とからなる。Ｕ相アーム３１０、Ｖ相アーム３２０およびＷ相アーム３３０は、電源ラインと接地ラインとの間に並列に設けられる。ここでは説明の便宜上、電源４００および負荷５００も描いているが、それらはインバータ３００の構成要素には含まれない。
【００４７】
Ｕ相アーム３１０は、電源ラインと接地ラインとの間で直列接続された半導体素子１０、１１からなる。同様に、Ｖ相アーム３２０は半導体素子２０、２１から、Ｗ相アーム３３０は、半導体素子３０、３１からなる。本実施の形態では、特に明示した場合を除き、半導体素子１０〜３１は縦型トランジスタである。
【００４８】
図７は、インバータ３００の配線および半導体素子の配置を示す。図７において、配線層５４ｆ、５４ｇは配線層５０に含まれる配線層であって、配線層５４ｅに対応する配線層である。配線層５０、５４のうち、実線の配線層は基板４０（図７では不図示）に設けられ、点線の配線層は基板４４（図７では不図示）に設けられていることを示す。すなわち、配線層５０ｃ、５０ｄは基板４０に、配線層５４ｅ〜５４ｇは基板４４に設けられている。また、半導体素子１０〜３１のうち、実線の半導体素子は高発熱主面が基板４０側を向いて基板４０に熱的に接続され、点線の半導体素子は高発熱主面が基板４４側を向いて基板４４に熱的に接続されていることを示す。すなわち、半導体素子１０、２０、３０は基板４４側を向いて基板４４に熱的に接続され、半導体素子１１、２１、３１は基板４０側を向いて基板４０に熱的に接続されている。また、図７において、Ｕ相端子１２０、Ｖ相端子１２１、Ｗ相端子１２２はそれぞれ、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の出力端子である。
【００４９】
図８は、インバータ３００の各相アームの概略断面図を示す。図８（ａ）は図７におけるＡ−Ａ’断面であってＵ相アームおよびＶ相アームを含む概略断面を、図８（ｂ）は図７におけるＢ−Ｂ’断面であってはＷ相アームの概略断面をそれぞれ示す。主面Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ３０、Ｓ３１はそれぞれ半導体素子２０、２１、３０、３１の高発熱主面を示す。図８に示すように、各相アームに含まれる２つの半導体素子は、その高発熱主面がそれぞれ異なる基板側を向いて設けられ、熱的に接続されている。また、ヒートスプレッダ６１、６２はヒートスプレッダ６０に、ヒートスプレッダ６５、６６はヒートスプレッダ６４にそれぞれ対応するヒートスプレッダである。また、配線層５４ｆ、５４ｇは配線層５４ｅに対応する配線層である。配線層５４ｆは半導体素子２０と半導体素子２１を電気的に接続し、配線層５４ｇは半導体素子３０と半導体素子３１をそれぞれ電気的に接続する。また、Ｕ相端子１２０、Ｖ相端子１２１、Ｗ相端子１２２は、外部の負荷５００（図８（ａ）、図８（ｂ）では不図示）に接続するための端子であり、それぞれ配線層５４ｅ、５４ｆ、５４ｇに直に接して設けられている。なお、図８（ａ）、図８（ｂ）では、実施の形態１の図１に示すような受動素子、制御回路素子の図示は省略している。
【００５０】
図９は、インバータ３００により三相交流を生成する際の各半導体素子１０〜３１のオンオフとその配置関係を示す。図９における半導体素子１０〜３１の実線と点線の関係は図７と同様である。インバータ３００は図示しない制御部により各半導体素子１０〜３１を図９（ａ）に示すオンオフ状態から図９（ｆ）に示すオンオフ状態まで切り替えることにより三相交流を生成する。各相アームに含まれる２つの半導体素子の高発熱主面がそれぞれ異なる基板側を向いて設けられていることからも当然のように、高発熱主面が基板４０側を向いて設けられている半導体素子と、高発熱主面が基板４４側を向いて設けられている半導体素子とで均等にオンになっていることが図９からわかる。
【００５１】
以上の構成における電流の流れを図９（ａ）のオンオフ状態の場合、すなわち半導体素子１０、２１、３０がオンで半導体素子１１、２０、３１がオフの場合を例に説明する。
【００５２】
まず、電流の大まかな流れを図６を用いて説明する。電源４００からの電流は半導体素子１０を通じて負荷５００に流れる。同様に電源４００からの電流は半導体素子３０を通じて負荷５００に流れる。負荷５００に流れた電流は半導体素子２１を通じて電源４００に戻る。
【００５３】
次に、図８（ａ）、図８（ｂ）を用いて電流の流れをより具体的に説明する。電源４００（図８（ａ）、図８（ｂ）では不図示）からの電流は、入力端子１２４（図８（ａ）、図８（ｂ）では不図示）から図８（ａ）の配線層５０ｄに流れ込む。そして、半導体素子１０を通じて配線層５４ｅに流れ、Ｕ相端子１２０から負荷５００（図８（ａ）、図８（ｂ）では不図示）に流れ出る。同様に、電源４００からの電流は、図８（ｂ）の半導体素子３０を通じて配線層５４ｇに流れ、Ｗ相端子１２２から負荷５００に流れ出る。半導体素子１０および３０を通じて負荷５００に流れ出た電流は、図８（ａ）のＶ相端子１２１から配線層５４ｆに流れ込む。そして、半導体素子２１を通じて配線層５０ｃに流れ、出力端子１２５（図８（ａ）、図８（ｂ）では不図示）から電源４００に戻る。
【００５４】
実施の形態３によれば、各相アームに含まれる２つの半導体素子は高発熱主面がそれぞれ異なる基板側を向いて設けられ、熱的に接続されているため、それぞれの基板から半導体素子が発する熱を効率的に外部に放熱することが可能となり、インバータの放熱性能を向上させることができる。
【００５５】
（実施の形態４）
図１０は実施の形態４に係るインバータの配線および半導体素子の配置を示し、図１１は実施の形態４に係るインバータ３００の各相アームの概略断面図を示す。図１０、図１１（ａ）〜（ｂ）はそれぞれ図７、図８（ａ）〜（ｂ）に対応する。実施の形態３と異なる箇所は、半導体素子２０と半導体素子２１の配置を逆にしていることと、配線層５０ｃと配線層５０ｄの形状が異なることである。
【００５６】
図１０に示すように、各半導体素子の高発熱主面は、異なる位相の半導体素子も含め、隣り合う半導体素子とは異なる基板側を向いて設けられ、熱的に接続されている。たとえば、図１０に示すように、Ｖ相の半導体素子２１の高発熱主面は基板４０側を向いて設けられ、熱的に接続されている。一方、同じＶ相の半導体素子２０の高発熱主面は基板４４側を向いて設けられ、熱的に接続されている。また、Ｕ相およびＷ相の半導体素子であって半導体素子２１と隣り合う半導体素子１０、３０の高発熱主面も基板４４側を向いて設けられ、熱的に接続されている。
【００５７】
また、図１１に示すように、各半導体素子１０〜３１と配線層５０、５４の電気的な接続関係が実施の形態３と同じとなるように配線層５０ｃ、５０ｄが形成されている。より具体的には、配線層５０ｃは、半導体素子２１、半導体素子１１、半導体素子３１がこの順番に配置されるように形成されている。同様に配線層５０ｄは、半導体素子１０、半導体素子３０、半導体素子２０がこの順番に配置されるように形成されている。また、配線層５０ｃと配線層５０ｄは重ならないように形成されている。
【００５８】
図１２は、インバータ３００により三相交流を生成する際の各半導体素子１０〜３１のオンオフとその配置関係を示す。図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は実施の形態３における図９（ａ）〜図９（ｆ）に対応する図であり、実線と点線の関係は図９（ａ）〜図９（ｆ）と同様である。各半導体素子１０〜３１を図１２（ａ）に示すオンオフ状態から図１２（ｆ）に示すオンオフ状態まで切り替えることにより三相交流を生成する。
【００５９】
実施の形態４によれば、実施の形態３と同様の効果を奏する。それに加えて、隣り合う半導体素子の高発熱主面からの熱はそれぞれ異なる基板に主に放熱されるため、半導体素子の間隔を半導体素子１つ分大きく取った場合と同様に、半導体素子から生じた熱が基板の厚さ方向に伝わる間に重なり合って干渉し、局所的に大きな熱が発生する熱干渉を軽減でき、より効率的に放熱することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６１】
上述した実施の形態では、基板４０、４４として金属基板を用いる例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、一方の基板にＩＳＢ（Integrated System in Board；登録商標）基板を用いたり、基板内部にメタル板を挟み込んだメタルコア基板を用いてもよい。この場合、基板の熱伝導率が落ちるため熱を外部に放熱する効果は小さくなるが、高い集積能力が得られる。なお、ＩＳＢ基板については特開２００２−１１０７１７号公報に詳しい。
【００６２】
また、図１３に示すように、ヒートシンク層４１、４５およびサーマルビア４２、４６として金属（たとえばＡｇ）を同時焼成したＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板であってもよい。その場合、基板の厚み方向に貫通するサーマルビアは配線層５０、５４の無い部分に設ける。これにより絶縁性を保ちつつ、半導体素子が発する熱を外部に放熱することが可能となる。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、半導体素子と配線層との間にヒートスプレッダを設ける例を示したが、ヒートスプレッダを設けずに、半導体素子の両主面が配線層に直に接するようにしてもよい。
【００６４】
実施の形態２では、蛇腹構造のヒートスプレッダ６０を各半導体素子の高発熱主面と反対の主面と配線層との間に設けられる例を示したが、高発熱主面と配線層との間に設けられてもよい。
【００６５】
また、実施の形態２では、ヒートスプレッダを蛇腹構造の弾性体とする例を示したが、これとは別に、弾性部材を半導体素子と基板との間に設けてもよい。なお、この場合、半導体素子と基板の間に設けられていればよく、半導体素子と弾性部材のいずれかに直に接していなくてもよい。
【００６６】
実施の形態３および４では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の三相インバータの例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、たとえば、単相または三相以外の多相インバータであってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１１、２０、２１、３０、３１  半導体素子、  ４０、４４  基板、  ５０、５４  配線層、  ６０、６４  ヒートスプレッダ、  ７０、７４  受動素子  ８０、８４  制御回路素子、  ９０  モールド樹脂、  ２００  半導体モジュール、  ３００  インバータ。
【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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