(57)【要約】【課題】パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の電気的絶縁性を向上し、かつ、パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の熱抵抗を小さくして、冷却性能のばらつきを低減し信頼性を向上することである。【解決手段】本発明に係る半導体装置は、流路形成体が、第１開口と、第２開口と、第３開口と、前第４開口と、を形成し、前記第１開口は、第１絶縁部材を介してパワー半導体モジュールと接続される第１放熱ベースにより塞がれ、前記第２開口は、第２絶縁部材を介して前記パワー半導体モジュールと接続される第２放熱ベースにより塞がれ、前記第３開口は、前記第１放熱ベースとの間に冷媒を流す第１流路の空間を形成するように第１カバーにより塞がれ、前記第４開口は、前記第２放熱ベースとの間に冷媒を流す第２流路の空間を形成するように第２カバーにより塞がれる。【選択図】  図２
2014007209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、
前記パワー半導体モジュールを収納する流路形成体と、を備え、
前記流路形成体は、前記パワー半導体モジュールの一方の面と対向する面に第１開口と、前記パワー半導体モジュールの他方の面と対向する面に第２開口と、前記第１開口を挟んで前記パワー半導体モジュールとは反対側に形成される第３開口と、前記第２開口を挟んで前記パワー半導体モジュールとは反対側に形成される第４開口と、を形成し、
前記第１開口は、第１絶縁部材を介して前記パワー半導体モジュールと接続される第１放熱ベースにより塞がれ、
前記第２開口は、第２絶縁部材を介して前記パワー半導体モジュールと接続される第２放熱ベースにより塞がれ、
前記第３開口は、前記第１放熱ベースとの間に冷媒を流す第１流路の空間を形成するように第１カバーにより塞がれ、
前記第４開口は、前記第２放熱ベースとの間に冷媒を流す第２流路の空間を形成するように第２カバーにより塞がれる半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置であって、
前記流路形成体は、前記第１開口を有する面と前記第２開口を有する面とを繋ぐ側面に、前記パワー半導体モジュールの収納空間と繋がる第５開口を有し、
前記第１開口を有する面及び前記第２開口を有する面は、前記第５開口を有する面よりも大きく形成される半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載された半導体装置であって、
前記パワー半導体モジュールのゲート制御用リード端子及び主電流用リード端子は、前記第５開口から突出する半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載された半導体装置であって、
前記流路形成体は、前記第１開口を有する面と前記第２開口を有する面とを繋ぐ側面であって、前記パワー半導体モジュールを介して前記第５開口とは反対側に形成される前記第６開口を有し、
前記パワー半導体モジュールの主電流用リード端子は、前記第５開口から突出し、
前記パワー半導体モジュールのゲート制御用リード端子は、前記第６開口から突出する半導体装置。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載されたいずれかの半導体装置であって、
前記第１放熱ベースは、前記第１流路の空間に向かって突出する第１放熱フィンを有する半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載された半導体装置であって、
前記第２放熱ベースは、前記第２流路の空間に向かって突出する第２放熱フィンを有する半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし６に記載されたいずれかの電力変換装置であって、
前記流路形成体に、複数の前記パワー半導体モジュールが、前記流路に流れる冷媒の流れ方向に沿って直列で配置された電力変換装置。
【請求項８】
半導体素子を有するパワー半導体モジュールを絶縁部材を介して第１放熱ベース及び第２放熱ベースにより挟む第１工程と、
前記第１放熱ベース、前記第２放熱ベース、前記絶縁部材及び前記パワー半導体モジュールを保持した状態で、前記第１放熱ベース、前記第２放熱ベース及び前記パワー半導体モジュールを一括して支持する流路形成体を樹脂材により成形する第２工程と、
前記第１放熱ベースを第１流路の一部となるように第１カバーを前記流路形成体に接続する第３工程と、
前記第２放熱ベースを第２流路の一部となるように第２カバーを前記流路形成体に接続する第４工程と、を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体デバイスを有する電力変換装置に係り、特にエンジンとモータを駆動源としたハイブリッド車、電気自動車やプラグインハイブリッド車複数の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、特に、大電流をスイッチング制御するパワー半導体デバイスでは、発熱量が大きいため、パワー半導体素子の両面から冷却する両面冷却半導体装置が検討されている。半導体デバイスの冷却に要求される性能は、半導体装置を実装した電気回路モジュールが搭載される電機システムの様々な環境によって異なる。例えば自動車に搭載された電力変換装置では、車両への搭載環境、動作環境などから電気装置の冷却に高い性能が要求される。
【０００３】
ここで、従来の両面冷却半導体デバイスとしては、例えば、特開２００７−５３２９５号公報に記載のように、流路が形成された筒状の放熱ベースに半導体デバイスを収納し熱伝導性の優れた樹脂にて封止する方法が知られている。このように、半導体素子の発熱を熱伝導性に優れた樹脂を介して放熱ベースに放熱することで、両面冷却が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５３２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体装置を実装した電気回路モジュールが搭載される電機システムでは、システムのさらなる小型化、低コスト化及び高信頼化が課題になっている。例えば自動車では、半導体装置を実装した電気回路モジュールが搭載される電機システムの小型化、低コスト化及び高信頼化が重要な課題になっている。すなわち自動車では、地球環境に及ぼす影響の低減、燃費のさらなる向上などが望まれている。これを達成するためには車両駆動或いは車載補機駆動の電動化の普及が必須であり、そのためには、電力変換装置における車両への搭載性改善、電力変換装置の価格低下などが必須である。このため、自動車では、電力変換装置の小型化、低コスト化及び高信頼化が重要な課題になっている。
【０００６】
通電により自己発熱する半導体デバイスによって電気回路モジュールが構成された電機システムでは、機器の小型化によって機器の熱容量が大きくなる。このため、電機システムのさらなる小型化、低コスト化及び高信頼化にあたっては、半導体装置の冷却性能のさらなる向上を考慮する必要がある。
【０００７】
本発明の課題は、パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の電気的絶縁性を向上し、かつ、パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の熱抵抗を小さくして、冷却性能のばらつきを低減し信頼性を向上することである。また、本発明の別の課題は、半導体装置の軽量化と強度を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、半導体素子を有するパワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールを収納する流路形成体と、を備え、前記流路形成体は、前記パワー半導体モジュールの一方の面と対向する面に第１開口と、前記パワー半導体モジュールの他方の面と対向する面に第２開口と、前記第１開口を挟んで前記パワー半導体モジュールとは反対側に形成される第３開口と、前記第２開口を挟んで前記パワー半導体モジュールとは反対側に形成される第４開口と、を形成し、前記第１開口は、第１絶縁部材を介して前記パワー半導体モジュールと接続される第１放熱ベースにより塞がれ、前記第２開口は、第２絶縁部材を介して前記パワー半導体モジュールと接続される第２放熱ベースにより塞がれ、前記第３開口は、前記第１放熱ベースとの間に冷媒を流す第１流路の空間を形成するように第１カバーにより塞がれ、前記第４開口は、前記第２放熱ベースとの間に冷媒を流す第２流路の空間を形成するように第２カバーにより塞がれる。パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の隙間を少なくして、熱抵抗を小さくすることができる。また、熱抵抗を小さい伝熱経路の一部である第１放熱ベース及び第２放熱ベースは冷却冷媒に直接に接触することができるので、放熱性を大きく向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の電気的絶縁性を向上し、かつ、パワー半導体モジュールと放熱機構部との間の熱抵抗を小さくして、冷却性能のばらつきを低減し信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】流路形成体が一体に形成された半導体装置を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示された半導体装置の分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】パワー半導体モジュール３００の回路構成を示す回路図である。
【図５】パワー半導体モジュール３００の斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の説明する製作工程であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示す。
【図８】他の実施形態に係る半導体装置の外観斜視図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図１１】図１０の断面Ｄ−Ｄの矢印方向からみた断面図である。
【図１２】他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図１３】他の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。
【図１４】他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図１５】他の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。
【図１６】他の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の各実施形態を説明する。
【００１２】
以下に説明する実施形態では、本発明の半導体装置が搭載される電力変換装置として、特に熱サイクルや動作的環境などが大変厳しい車載用インバータ装置を例に挙げて説明する。車載用インバータ装置は、車載電動機の駆動を制御する制御装置として車載電機システムに備えられ、車載電源を構成する車載バッテリから供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を車載電動機に供給することにより、車載電動機の駆動を制御する。
【００１３】
なお、以下に説明する構成は、ＤＣ／ＤＣコンバータや直流チョッパなどの直流−直流電力変換装置或いは交流−直流電力変換装置の電力変換部を構成するパワーモジュールにも適用可能である。
【００１４】
また、以下に説明する構成は、工場の電動機駆動システムなどの産業用電機シスムに搭載された電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電動機駆動システムなどの家庭用電機システムに搭載された電力変換装置の電力変換部を構成するパワーモジュールにも適用可能である。
【００１５】
図１〜図６を用いて、本発明の実施形態による半導体装置の構成について説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態による半導体装置の構成を示す図であり、図１は斜視図、図２は分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、パワー半導体モジュール３００の構成を示す回路図である。なお、以下の説明では半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、略してＩＧＢＴと記す。上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６とで、上下アームの直列回路１５０が構成される。
【００１７】
スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子として、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
【００１８】
図２及び図３に示されるように、流路形成体１２Ａは、冷媒が流れる冷媒流路と、パワー半導体モジュール３００を収納する収納空間と、を形成する。また流路形成体１２Ａは、パワー半導体モジュール３００の一方の面と対向する面に第１開口１２Ｃと、パワー半導体モジュール３００の他方の面と対向する面に第２開口１２Ｄと、を形成する。さらに流路形成体１２Ａは、第１開口１２Ｃを挟んでパワー半導体モジュール３００とは反対側に形成される第３開口１２Ｅと、第２開口１２Ｄを挟んでパワー半導体モジュール３００とは反対側に形成される第４開口１２Ｆと、を形成する。
【００１９】
第３開口１２Ｅは、第１開口１２Ｃよりも大きく形成される。第４開口１２Ｆは、第２開口１２Ｄよりも大きく形成される。
【００２０】
図３に示されるように、第１放熱ベース３０７Ａは、第１絶縁部材３３３Ａを介してパワー半導体モジュール３００と接続される。さらに第１放熱ベース３０７Ａは、第１開口１２Ｃに嵌め合わされ、この第１開口１２Ｃを塞ぐ。
【００２１】
図３に示されるように、第２放熱ベース３０７Ｂは、第２絶縁部材３３３Ｂを介してパワー半導体モジュール３００と接続される。さらに第２放熱ベース３０７Ｂは、第２開口１２Ｄに嵌め合わされ、この第２開口１２Ｄを塞ぐ。
【００２２】
第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂは、熱伝導率の良い材料、たとえばアルミ、銅などから構成され、第１流路１２０Ａ側及び第２流路１２０Ｂ側にはフィン３０５が設けられている。
【００２３】
図３に示されるように、第１カバー１７Ａは、第１放熱ベース３０７Ａを挟んでパワー半導体モジュール３００と対向して配置される。また第１カバー１７Ａは、第３開口１２Ｅを塞ぎ、さらに第１カバー１７Ａは、第１放熱ベース３０７Ａとの間に冷媒を流す第１流路１２０Ａの空間を形成するように流路形成体１２Ａに固定される。
【００２４】
図３に示されるように、第２カバー１７Ｂは、第２放熱ベース３０７Ｂを挟んでパワー半導体モジュール３００と対向して配置される。また第２カバー１７Ｂは、第４開口１２Ｆを塞ぎ、さらに第２カバー１７Ｂは、第２放熱ベース３０７Ｂとの間に冷媒を流す第２流路１２０Ｂの空間を形成するように流路形成体１２Ａに固定される。
【００２５】
流路形成体１２Ａは、軽量で剛性のある材料、例えば、アルミ合金、ガラス強化プラスチックにより構成される。図２に示されるように流路形成体１２Ａは、第３開口１２Ｅを形成する面及び第４開口１２Ｆを形成する面が他の面よりも大きくなるように形成される。第３開口１２Ｅを形成する面及び第４開口１２Ｆを形成する面は、略長方形に形成される。側壁１２Ｇは、第３開口１２Ｅを形成する面及び第４開口１２Ｆを形成する面の長手方向の辺を形成し、第３開口１２Ｅを形成する面と第４開口１２Ｆを形成する面とを繋ぐ側面である。また側壁１２Ｇは、パワー半導体モジュール３００を収納する空間と繋がる第５開口１２Ｈを形成する。後述するパワー半導体モジュール３００の端子は、この第５開口１２Ｈを貫通して、流路形成体１２Ａの外部に突出する。
【００２６】
図３に示されるように、封止樹脂３５１は、パワー半導体モジュール３００と第１放熱ベース３０７Ａと第２放熱ベース３０７Ｂと流路形成体１２Ａとの間の空間に充填される。
【００２７】
図１及び図２に示されるように、流入開口部１２５Ａは第１カバー１７Ａに形成される。流入開口部１２５Ａは第１液溜り部１２０Ｃと繋がり、さらに第１液溜り部１２０Ｃは図３に示される第１流路１２０Ａ及び第２流路１２０Ｂと繋がっている。
【００２８】
また流出開口部１２５Ｂは、第１カバー１７Ａに形成される。流出開口部１２５Ｂは第２液溜り部１２０Ｄと繋がり、さらに第２液溜り部１２０Ｄは図３に示される第１流路１２０Ａ及び第２流路１２０Ｂと繋がっている。
【００２９】
これにより、冷媒は、流入開口部１２５Ａ、第１液溜り部１２０Ｃ、第１流路１２０Ａ及び第２流路１２０Ｂ、第２液溜り部１２０Ｄ、そして流出開口部１２５Ｂの順に流れる。
【００３０】
図４ないし図６にて、パワー半導体モジュール３００の構成について説明する。図４は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００の回路構成である。図５は、本実施形態に係るパワー半導体モジュール３００の外観斜視図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面の矢印方向から見た場合のパワー半導体モジュール３００の断面図である。
【００３１】
図４及び図６に示されるように、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極は、半田材を介して導体板３１５と接続される。導体板３１５は直流正極端子１５７と接続される。ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とダイオード１５６のアノード電極は、半田材を介して導体板３１８と接続される。
【００３２】
ＩＧＢＴ３２８のゲート電極１５４には、３つの信号端子３２５Ｕが並列に接続されている。ＩＧＢＴ３２８の信号用エミッタ電極１５５には、信号端子３３６Ｕが接続されている。
【００３３】
一方、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極は、半田材を介して導体板３２０と接続される。導体板３２０は中間電極１６９によって導体板３１８に接続されるとともに、交流端子１５９が接続されている。ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とダイオード１６６のアノード電極は、半田材を介して導体板３１９と接続される。導体板３１９には、直流負極端子１５８が接続されている。ＩＧＢＴ３３０のゲート電極１６４には、３つの信号端子３２５Ｌが並列に接続されている。ＩＧＢＴ３３０の信号用エミッタ電極１６５には、信号端子３３６Ｌが接続されている。
【００３４】
上アームのＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６は導体板３１５と導体板３１８とによって挟持されている。半導体素子の表裏面と導体板３１５、３１８との間にはシート状の金属接合材（たとえが、半田シート）が配置され、その金属接合材を溶融・固化させることによって、各半導体素子と導体板３１５、３１８とが固着される。同様に、下アームのＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６は導体板３１９と導体板３２０とによって挟持されている。これにより、インバータ回路１５０は、上アーム回路をＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６によって構成し、また下アーム回路をＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６によって構成する。
【００３５】
図５に示されるように、導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９、導体板３２０、ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６は、トランスファーモールドにより封止される。このトランスファーモールドの際に、導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９及び導体板３２０は、ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６が配置された側とは反対側の面がモールド樹脂３４８から露出する。この露出面は、ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６の放熱伝導経路を形成する。
【００３６】
これら導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９及び導体板３２０は、導電性の銅材を用いているので、熱伝導性も良好である。したがって、発熱部品である半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、３３０、ダイオード１５６、１６６）から発せられた熱は、金属接合材（本実施形態においては半田材）、導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９、導体板３２０、第１絶縁部材３３３Ａ及び第２絶縁部材３３３Ｂを介して、第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂに伝達され、第１流路１２０Ａ、第２流路１２０Ｂの中を流れる冷却媒体と熱交換して、外部に放熱することができる。
【００３７】
また直流正極端子１５７、直流負極端子１５８、交流端子１５９、信号端子３２５Ｕ、信号端子３２５Ｌ、信号端子３３６Ｕ及び信号端子３３６Ｌは、モールド樹脂３４８によって固定される。
【００３８】
図５に示されたパワー半導体モジュール３００は、図２及び図３に示されるように、流路形成体１２Ａ内に挿入される。第１放熱ベース３０７Ａは、第１絶縁部材３３３Ａを介してパワー半導体モジュール３００に押し付けられる。同様に第２放熱ベース３０７Ｂは、第２絶縁部材３３３Ｂを介してパワー半導体モジュール３００に押し付けられる。これにより第１絶縁部材３３３Ａ及び第２絶縁部材３３３Ｂは、導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９及び導体板３２０の露出面と密着する。そして、流路形成体１２Ａ内の隙間空間に封止樹脂３５１が充填され固化される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のパワー半導体モジュール３００では、半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６）の表裏面電極の接合に用いられる金属接合材（本実施形態では半田材）の厚みのばらつき等により、導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９及び導体板３２０との間の平行度が悪化したとしても、熱伝導性の高い第１絶縁部材３３３Ａ及び第２絶縁部材３３３Ｂと第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂに挟まれ、さらに熱伝導性の高い封止樹脂３５１によりインサートモールドされる。そのため、半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６）は冷却性能を向上し、小サイズ化することができる。
【００４０】
次に、図７を用いて、本実施形態に係る半導体装置の製作工程について説明する。図７（ａ）は第１工程を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の断面Ｂ−Ｂの矢印方向からみた第２工程を示し、図７（ｃ）は第３工程を示す。
【００４１】
図７（ａ）に示す第１工程にて、パワー半導体モジュール３００が、第１絶縁部材３３３Ａ及び第２絶縁部材３３３Ｂを介して第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂによって挟まれる。
【００４２】
図７（ｂ）に示す第２工程にて、第１放熱ベース３０７Ａ、第２放熱ベース３０７Ｂ、第１絶縁部材３３３Ａ、第２絶縁部材３３３Ｂ及びパワー半導体モジュール３００が、金型９００Ａ及び金型９００Ｂに保持される。そして樹脂材が金型９００Ａ及び金型９００Ｂの隙間に流し込まれる。この樹脂材は、第１放熱ベース３０７Ａ、第２放熱ベース３０７Ｂ及びパワー半導体モジュール３００を一括して支持する流路形成体１２Ａを構成する。
【００４３】
第２工程で、金型９００Ａ及び金型９００Ｂを閉じた際、パワー半導体モジュール３００の導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９及び導体板３２０の露出面は、第１絶縁部材３３３Ａ及び第２絶縁部材３３３Ｂを介して第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂによって押し付けられ、熱的に密着するように金型にて挟み込まれる。
【００４４】
なお、この際、図５で示されているパワー半導体モジュール３００の半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、３３０、ダイオード１５６、１６６）を覆うモールド樹脂３４８は、流路形成体１２Ａと一体に形成されることができるため、このモールド樹脂３４８を省略することもできる。モールド樹脂３４８を省略しない場合には、モールド樹脂３４８によって半導体素子等を封止した後に、パワー半導体モジュール３００を金型９００Ａ及び金型９００Ｂに固定し、流路形成体１２Ａを樹脂材により成形する。
【００４５】
図７（ｃ）に示す第３工程にて、流路形成体１２Ａが一体で形成されたパワー半導体モジュール３００を金型９００Ａ及び金型９００Ｂから取り出し、流路形成体１２Ａに、第１カバー１７Ａ、第２カバー１７Ｂを取り付ける。
【００４６】
以上説明したように、第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂをパワー半導体モジュール３００に金型９００Ａ及び金型９００Ｂにて密着させながら、流路形成体１２Ａを形成することで、パワー半導体モジュール３００と第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂとの密着性が確保でき、半導体装置の熱抵抗を抑えることができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の半導体装置では、流路形成体１２Ａ、第１放熱ベース３０７Ａや第２放熱ベース３０７Ｂを個々別体にて製造することができるため、流路形成体１２Ａは軽量で強度の高い材料を使用することができる。また、第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂは熱伝導に優れた材料を使用することができ、半導体装置の冷却性能を向上し、軽量、小サイズ化ができる。
【００４８】
また本実施形態の半導体装置では、半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６）の表裏面電極の接合に用いられる金属接合材のばらつき等により、導体板３１５、導体板３１８、導体板３１９及び導体板３２０との間の平行度が悪化したとしても、第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂをパワー半導体モジュール３００に押し当てることによって、金属接合材のばらつきを吸収するように調整することが可能であり、半導体装置の製造性を向上することができる。
【００４９】
また本実施形態の半導体装置では、流路形成体１２Ａ、第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂを個々別体にて製造することができるため、個々の形状を簡素化することができる。
【００５０】
また、図７（ｂ）に示される金型９００Ａ及び金型９００Ｂを抜く方向Ｚ−Ｚは、図７（ｂ）に示される冷却冷媒の流れ方向Ｘと垂直方向となるように、流路形成体１２Ａは形成される。流路形成体１２Ａは、金型９００Ａ及び金型９００Ｂを抜く方向Ｚ−Ｚと平行な面の抜き勾配が形成される。この抜き勾配によって、冷却冷媒がパワー半導体モジュール３００に対して不均一に流れてしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態の半導体装置は、ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６及びダイオード１６６の主面が第１放熱ベース３０７Ａ、第２放熱ベース３０７Ｂ、第１カバー１７Ａ及び第２カバー１７Ｂと略平行になるように構成される。つまり、第１流路１２０Ａは、第１放熱ベース３０７Ａと第１カバー１７Ａとの間で十分な平行度を維持した状態で形成される。また第２流路１２０Ｂは、第２放熱ベース３０７Ｂと第２カバー１７Ｂとの間で十分な平行度を維持した状態で形成される。したがって、流路断面への抜き勾配の影響度を小さくできるため、半導体装置の熱抵抗と、冷媒流体の圧力損失のばらつきを抑えることができ、半導体装置の性能の安定性を向上することができる。
【００５１】
また本実施形態の半導体装置では、パワー半導体モジュール３００は、高熱伝導絶縁材料である第１絶縁部材３３３Ａ及び第２絶縁部材３３３Ｂと、封止樹脂３５１によって、第１放熱ベース３０７Ａ、第２放熱ベース３０７Ｂから絶縁されるため、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００５２】
また本実施形態の半導体装置では、流路形成体１２Ａは扁平の形状をしており、半導体装置は低背の形状になり、振動による部品の破損や故障を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００５３】
次に、図８及び図９を用いて、他の実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。図８は、他の実施形態に係る半導体装置の外観斜視図である。図９は、図８のＣ−Ｃ断面の断面図である。
【００５４】
図１ないし図７にて説示した半導体装置と異なる構成は、流路形成体１２Ａにおいて、第５開口１２Ｈが形成された面とは反対側の面に第６開口１２Ｉを形成したことである。その他の構成及びその機能は、図１ないし図７にて説示した半導体装置と同様である。
【００５５】
第６開口１２Ｉは、パワー半導体モジュール３００を挟んで、第５開口１２Ｈとは反対側に形成される。そして、パワー半導体モジュール３００の主電流用リード端子である直流正極端子１５７、直流負極端子１５８及び交流端子１５９は、第５開口１２Ｈを貫通して流路形成体１２Ａの外部に突出する。一方、パワー半導体モジュール３００のゲート制御用リード端子である信号端子３２５Ｌ、信号端子３２５Ｕ、信号端子３３６Ｌ及び信号端子３３６Ｕは、第６開口１２Ｉを貫通して流路形成体１２Ａの外部に突出する。
【００５６】
これにより、信号端子３２５Ｌ、信号端子３２５Ｕ、信号端子３３６Ｌ及び信号端子３３６Ｕは、電磁ノイズの発生源である直流正極端子１５７、直流負極端子１５８及び交流端子１５９から遠ざけることができる。またパワー半導体モジュール３００内部の配線を簡素にすることができる。
【００５７】
次に、図１０ないし図１５を用いて、本発明の実施形態による半導体装置の他の構成について説明する。図１０は、他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。図１ないし図９と同一符号の構成は、同一の機能を有する。
【００５８】
図１０に示すように、図１ないし図９で説明された半導体装置が複数個設けられ、複数の半導体装置が長手方向に直列に配置される。具体的には、３相交流のＵ相交流を出力するためのＵ相パワー半導体モジュール３００Ｕは、Ｕ相流路形成体１２ＡＵに挿入される。同様に３相交流のＶ相交流を出力するためのＶ相パワー半導体モジュール３００Ｖは、Ｖ相流路形成体１２ＡＶに挿入される。３相交流のＷ相交流を出力するためのＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗは、Ｗ相流路形成体１２ＡＷに挿入される。Ｕ相パワー半導体モジュール３００Ｕ、Ｖ相パワー半導体モジュール３００Ｖ及びＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗは、図１ないし図９にて説示されたパワー半導体モジュール３００と同様の構成である。
【００５９】
図１１は、図１０の断面Ｄ−Ｄの矢印方向からみた断面図である。流路形成体７００は、Ｕ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗに対して、１つ設けられる。
【００６０】
流路形成体７００は、Ｕ相パワー半導体モジュール３００Ｕの第１液溜り部１２０Ｃと繋がる入口流路１２０Ｅを形成する。また流路形成体７００は、Ｕ相パワー半導体モジュール３００Ｕの第２液溜り部１２０ＤとＶ相パワー半導体モジュール３００Ｖの第１液溜り部１２０Ｃを繋ぐバイパス流路１２０Ｆを形成する。また流路形成体７００は、Ｖ相パワー半導体モジュール３００Ｖの第２液溜り部１２０ＤとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗの第１液溜り部１２０Ｃを繋ぐバイパス流路１２０Ｇを形成する。そして流路形成体７００は、Ｗ相パワー半導体モジュール３００Ｗの第２液溜り部１２０Ｄと繋がる出口流路１２０Ｈを形成する。
【００６１】
これにより、パワー半導体モジュール３００を複数設ける場合であっても、半導体装置の高さ方向を増大させることなく簡素な構成で、３相交流電流を出力する電力変換装置を構成することができる。
【００６２】
図１２は、他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。図１３は、他の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。図１ないし図９と同一符号の構成は、同一の機能を有する。
【００６３】
図１２及び図１３に示すように、図１ないし図９で説明された半導体装置を複数個が長手方向に直列に配置される。図１０及び図１１に説示された半導体装置は、Ｕ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗに対してそれぞれ流路形成体を設けたが、本実施形態においてはＵ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗを収納する流路形成体７０１が１つのみ設けられている。
【００６４】
流路形成体７０１は、図２及び図３に示された第１開口１２Ｃ、第２開口１２Ｄ及び第５開口１２Ｈをパワー半導体モジュール毎に設ける。一方で、第１カバー７０２及び第２カバー７０３は、Ｕ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗに対してそれぞれ１つのみ設けられる。つまり、流路形成体７０１は、図３に示された第３開口１２Ｅ及び第４開口１２Ｆをそれぞれ１つのみ設けられる。また第１放熱ベース３０７Ａ及び第２放熱ベース３０７Ｂを支持するための壁７０４及び壁７０５が設けられる。
【００６５】
これにより、パワー半導体モジュール３００を複数設ける場合であっても、半導体装置の高さ方向を増大させることなく更に簡素な構成で、３相交流電流を出力する電力変換装置を構成することができる。
【００６６】
図１４は、他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。図１５は、他の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。図１ないし図９と同一符号の構成は、同一の機能を有する。
【００６７】
図１４及び図１５に示すように、図１ないし図９で説明された半導体装置を複数個が長手方向に直列に２列配置される。本実施形態においてはＵ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗがそれぞれ２つ設けられ、２つのモータを駆動することが求められる電力変換装置に用いられる。
【００６８】
６つのパワー半導体モジュールに対して、流路形成体７０６が１つのみ設けられている。
【００６９】
流路形成体７０６は、図２及び図３に示された第１開口１２Ｃ、第２開口１２Ｄ及び第５開口１２Ｈをパワー半導体モジュール毎に６つ設ける。一方で、第１カバー７０７及び第２カバー７０８は、６つのパワー半導体モジュールに対してそれぞれ１つのみ設けられる。つまり、流路形成体７０６は、図３に示された第３開口１２Ｅ及び第４開口１２Ｆをそれぞれ１つのみ設けられる。
【００７０】
これにより、パワー半導体モジュール３００を複数設ける場合であっても、半導体装置の高さ方向を増大させることなく更に簡素な構成で、３相交流電流を出力するとともに２つのモータを駆動する電力変換装置を構成することができる。
【００７１】
また、Ｕ相パワー半導体モジュール３００Ｕ１とＶ相パワー半導体モジュール３００Ｖ１とＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗ１の流路を形成する流路部と、Ｕ相パワー半導体モジュール３００Ｕ２とＶ相パワー半導体モジュール３００Ｖ２とＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗ２の流路を形成する流路部とは、それぞれ独立して、冷媒流路の流入出口を設けることで、並列に冷媒を流すことができる。また、片側に冷媒流入出口を設け、反対側の冷媒流入出口を、流路形成体１２Ａのその側で、バイパスすることで、直列に構成することができる。また、バイパス流路は、流入出口とは反対側の、流路形成体７０６の外側ではなく流路形成体７０６内部、または、第１カバー７０７や第２カバー７０８に設けても良い。さらに、並列に配置されている流路部を仕切っている流路形成体の壁を省略し、１個の冷媒流入口と、その反対側に１個の冷媒流出口を設けることもできる。
【００７２】
図１６は、他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。図１ないし図９と同一符号の構成は、同一の機能を有する。
【００７３】
図１３と異なる構成は、相毎の設けられた第１放熱ベース３０７Ａが一体化され、Ｕ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗに対して第１放熱ベース７０９が１つのみ設けられる。また、相毎の設けられた第２放熱ベース３０７Ｂが一体化され、Ｕ相パワー半導体モジュール３００ＵとＶ相パワー半導体モジュール３００ＶとＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗに対して第２放熱ベース７１０が１つのみ設けられる。
【００７４】
これにより、流路形成体７０１に設けられた壁７０４及び壁７０５は、個別に設けられた放熱ベースを固定するために必要な太さを確保する必要がなくなる。つまり壁７０４及び壁７０５を細く形成することができる。したがって、３個それぞれに放熱ベースを設ける際よりも、３個のパワー半導体モジュールの並べる間隔を縮小することができる。
【００７５】
また、第１放熱ベース７０９は、Ｕ相パワー半導体モジュール３００Ｕと対向する位置に第１放熱部７０９Ａが形成される。第１放熱部７０９Ａの周囲には、この第１放熱部７０９Ａより薄く形成された薄肉部７０９Ｂが形成される。第１放熱部７０９Ａは、薄肉部７０９Ｂに設けられた平面よりもＵ相パワー半導体モジュール３００Ｕ側に突出して形成される。
【００７６】
また、第１放熱ベース７０９は、Ｖ相パワー半導体モジュール３００Ｖと対向する位置に第２放熱部７０９Ｃが形成される。第２放熱部７０９Ｃの周囲には、この第２放熱部７０９Ｃより薄く形成された薄肉部７０９Ｂ及び薄肉部７０９Ｄが形成される。第２放熱部７０９Ｃは、薄肉部７０９Ｂ及び薄肉部７０９Ｄに設けられた平面よりもＶ相パワー半導体モジュール３００Ｖ側に突出して形成される。
【００７７】
また、第１放熱ベース７０９は、Ｗ相パワー半導体モジュール３００Ｗと対向する位置に第３放熱部７０９Ｅが形成される。第３放熱部７０９Ｅの周囲には、この第３放熱部７０９Ｅより薄く形成された薄肉部７０９Ｄが形成される。第３放熱部７０９Ｅは、薄肉部７０９Ｄに設けられた平面よりもＷ相パワー半導体モジュール３００Ｗ側に突出して形成される。
【００７８】
なお、第２放熱ベース７１０も、第１放熱ベース７０９と同様な構成である。これにより、３つのパワー半導体モジュールの平面ずれに対し、第１放熱ベース７０９又は第２放熱ベース７１０がその平面ずれを吸収するように追従することができ、３つそれぞれのパワー半導体モジュールの放熱性を、３個それぞれに放熱ベースを設けた際と同様に維持することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１２Ａ、１２Ｂ、７００、７０６  流路形成体
１２Ｃ  第１開口
１２Ｄ  第２開口
１２Ｅ  第３開口
１２Ｆ  第４開口
１２Ｇ  側壁
１２Ｈ  第５開口
１２Ｉ  第６開口
１２ＡＵ  Ｕ相流路形成体
１２ＡＶ  Ｖ相流路形成体
１２ＡＷ  Ｗ相流路形成体
１７Ａ、７０２、７０７  第１カバー
１７Ｂ、７０３、７０８  第２カバー
１２０Ａ  第１流路
１２０Ｂ  第２流路
１２０Ｃ  第１液溜り部
１２０Ｄ  第２液溜り部
１２０Ｅ  入口流路
１２０Ｆ、１２０Ｇ  バイパス流路
１２０Ｈ  出口流路
１２５Ａ  流入開口部
１２５Ｂ  流出開口部
１５４、１６４  ゲート電極
１５５、１６５  信号用エミッタ電極
１５６、１６６  ダイオード
１５７  直流正極端子
１５８  直流負極端子
１５９  交流端子
１６９  中間電極
３００  パワー半導体モジュール
３００Ｕ、３００Ｕ１、３００Ｕ２  Ｕ相パワー半導体モジュール
３００Ｖ、３００Ｖ１、３００Ｖ２  Ｖ相パワー半導体モジュール
３００Ｗ、３００Ｗ１、３００Ｗ２  Ｗ相パワー半導体モジュール
３０７Ａ、７０９  第１放熱ベース
３０７Ｂ、７１０  第２放熱ベース
３１５、３１８、３１９、３２０  導体板
３２５Ｌ、３２５Ｕ、３３６Ｌ、３３６Ｕ  信号端子
３２８、３３０  ＩＧＢＴ
３３３Ａ  第１絶縁部材
３３３Ｂ  第２絶縁部材
３４８  モールド樹脂
３５１  封止樹脂
７０４、７０５  壁
９００Ａ、９００Ｂ  金型
【図１】
2014007209.tif 000003
【図２】
2014007209.tif 000004
【図３】
2014007209.tif 000005
【図４】
2014007209.tif 000006
【図５】
2014007209.tif 000007
【図６】
2014007209.tif 000008
【図７】
2014007209.tif 000009
【図８】
2014007209.tif 000010
【図９】
2014007209.tif 000011
【図１０】
2014007209.tif 000012
【図１１】
2014007209.tif 000013
【図１２】
2014007209.tif 000014
【図１３】
2014007209.tif 000015
【図１４】
2014007209.tif 000016
【図１５】
2014007209.tif 000017
【図１６】
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