(57)【要約】【課題】  電力回路とともに制御回路も十分に冷却でき、かつ、小型の半導体装置を提供する。【解決手段】  冷却器５２，５４，５６，５８は、電力回路を構成する半導体素子部４２，４４，４６と交互に積層され、半導体素子部４２，４４，４６を両側から冷却する。制御回路を構成する制御装置３０は、半導体素子部４２，４４，４６および冷却器５２，５４，５６，５８からなる積層体の側方に配設される。そして、制御装置３０は、積層体最上段の冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面、すなわち半導体素子部４２，４４，４６の冷却に供していない冷却面に接合される熱伝導部材６０と接続される。【選択図】        図２
2006141096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子部と、
前記半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の冷却体と、
前記半導体素子部の動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１および第２の冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、前記半導体素子部と接する第１の冷却面と異なる第２の冷却面を用いて冷却される、半導体装置。
【請求項２】
前記第２の冷却面は、前記第１の冷却面と対向する面である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の冷却面と前記制御装置との間に配設され、前記制御装置からの熱を前記第２の冷却面へ伝熱する熱伝導部材をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記熱伝導部材と接続される制御基板と、
前記制御基板上に搭載される制御回路とを含み、
前記制御装置は、前記制御基板の法線方向が前記半導体素子部ならびに前記第１および第２の冷却体からなる積層体の積層方向と略垂直になるように前記積層体に沿って配設される、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記制御基板は、
前記熱伝導部材と接続される金属基板と、
前記金属基板と前記制御回路との間に設けられる絶縁層とからなる、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子部の電力端子が接続される電力端子台をさらに備え、
前記制御装置は、前記積層体を挟んで前記電力端子台の反対側に配設される、請求項４または請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記第１または第２の冷却体における前記第２の冷却面上に搭載される、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記第２の冷却面上に搭載される制御基板と、
前記制御基板上に搭載される制御回路とを含み、
前記制御基板は、
前記第２の冷却面に密接する金属基板と、
前記金属基板と前記制御回路との間に設けられる絶縁層とからなる、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
複数の半導体素子部と、
前記複数の半導体素子部と交互に積層され、前記複数の半導体素子部の各々を両側から挟み込むように設けられる複数の冷却体と、
前記複数の半導体素子部の動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記複数の半導体素子部および前記複数の冷却体の積層方向における端部に配設される冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、隣接する半導体素子部と接する第１の冷却面と対向する第２の冷却面を用いて冷却される、半導体装置。
【請求項１０】
積層される複数の半導体モジュールと、
前記複数の半導体モジュールの動作を制御する制御装置とを備え、
前記複数の半導体モジュールの各々は、
半導体素子部と、
前記半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の冷却体を含み、
前記制御装置は、前記複数の半導体モジュールの少なくとも１つにおける前記第１および第２の冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、前記半導体素子部と接する第１の冷却面と対向する第２の冷却面を用いて冷却される、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、特に、半導体素子と半導体素子を両面から冷却する冷却器とが積層された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平１１−１８４２９号公報（特許文献１）は、電力回路とそれを制御する制御回路とを内蔵した制御モジュールを開示する。この制御モジュールにおいては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップ、電解コンデンサチップ、マイクロコンベアチップおよび制御電源回路チップが１つの水冷ヒートシンクの上にマウントされる。そして、この制御モジュールによれば、マイクロコンベアチップや制御電源回路チップなどの制御回路は、ＩＧＢＴチップや電解コンデンサチップなどの電力回路とともに水冷ヒートシンクによって冷却される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８４２９号公報
【特許文献２】特開２００１−１１１２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特開平１１−１８４２９号公報に開示された制御モジュールでは、１つの水冷ヒートシンクの同一平面上に制御回路と電力回路とがマウントされるので、搭載面積が大きくなり、必ずしも装置の小型化を十分に図ることはできない。
【０００４】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力回路とともに制御回路も十分に冷却でき、かつ、小型の半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によれば、半導体装置は、半導体素子部と、半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の冷却体と、半導体素子部の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、第１および第２の冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、半導体素子部と接する第１の冷却面と異なる第２の冷却面を用いて冷却される。
【０００６】
好ましくは、第２の冷却面は、第１の冷却面と対向する面である。
【０００７】
好ましくは、半導体装置は、第２の冷却面と制御装置との間に配設され、かつ、制御装置からの熱を第２の冷却面へ伝熱する熱伝導部材をさらに備える。
【０００８】
好ましくは、制御装置は、熱伝導部材と接続される制御基板と、制御基板上に搭載される制御回路とを含み、制御装置は、制御基板の法線方向が半導体素子部ならびに第１および第２の冷却体からなる積層体の積層方向と略垂直になるように積層体に沿って配設される。
【０００９】
好ましくは、制御基板は、熱伝導部材と接続される金属基板と、金属基板と制御回路との間に設けられる絶縁層とからなる。
【００１０】
好ましくは、半導体装置は、半導体素子部の電力端子が接続される電力端子台をさらに備え、制御装置は、積層体を挟んで電力端子台の反対側に配設される。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、第１または第２の冷却体における第２の冷却面上に搭載される。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、第２の冷却面上に搭載される制御基板と、制御基板上に搭載される制御回路とを含み、制御基板は、第２の冷却面に密接する金属基板と、金属基板と制御回路との間に設けられる絶縁層とからなる。
【００１３】
また、この発明によれば、半導体装置は、複数の半導体素子部と、複数の半導体素子部と交互に積層され、複数の半導体素子部の各々を両側から挟み込むように設けられる複数の冷却体と、複数の半導体素子部の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、複数の半導体素子部および複数の冷却体の積層方向における端部に配設される冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、隣接する半導体素子部と接する第１の冷却面と対向する第２の冷却面を用いて冷却される。
【００１４】
また、この発明によれば、半導体装置は、積層される複数の半導体モジュールと、複数の半導体モジュールの動作を制御する制御装置とを備え、複数の半導体モジュールの各々は、半導体素子部と、半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の冷却体を含み、制御装置は、複数の半導体モジュールの少なくとも１つにおける第１および第２の冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、半導体素子部と接する第１の冷却面と対向する第２の冷却面を用いて冷却される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明による半導体装置においては、半導体素子部を両側から挟み込むように第１および第２の冷却体が設けられる。そして、制御装置は、第１および第２の冷却体の少なくとも一方の冷却体の冷却面であって、かつ、半導体素子部と接する第１の冷却面と異なる第２の冷却面を用いて冷却される。すなわち、第１または／および第２の冷却体の半導体素子部と接していない冷却面が制御装置の冷却に使用される。
【００１６】
したがって、この発明によれば、第１および第２の冷却体を効率的に利用して制御装置を冷却することができる。また、制御装置と熱交換を行なうための領域を確保するために第１および第２の冷却体を大型化する必要がなく、コンパクトな構成で半導体素子部および制御装置を冷却することができる。
【００１７】
また、この発明による半導体装置においては、第２の冷却面と制御装置との間に配設され、かつ、制御装置からの熱を第２の冷却面へ伝熱する熱伝導部材が備えられるので、制御装置が冷却体と直接接していなくても、制御装置からの熱が熱伝導部材を介して冷却体へ伝熱される。したがって、この発明によれば、制御装置の設置場所の自由度が向上する。
【００１８】
また、この発明による半導体装置によれば、制御装置は、制御基板の法線方向が半導体素子部ならびに第１および第２の冷却体からなる積層体の積層方向と略垂直になるように積層体に沿って配設されるので、制御装置と半導体素子部との間に設けられる制御信号線の長さを短くすることができる。
【００１９】
また、この発明による半導体装置においては、制御基板は、熱伝導部材と接続される金属基板と、金属基板と制御回路との間に設けられる絶縁層とからなるので、制御基板の熱抵抗が低い。したがって、この発明によれば、制御回路からの熱を制御基板および熱伝導部材を介して冷却体へ効果的に放熱することができる。
【００２０】
また、この発明による半導体装置においては、半導体素子部の電力端子が接続される電力端子台が備えられ、制御装置は、積層体を挟んで電力端子台の反対側に配設されるので、電力端子台からの発熱に対して積層体が制御装置の防熱壁となる。したがって、この発明によれば、制御装置が高温にさらされることがない。
【００２１】
また、この発明による半導体装置においては、制御装置は、第１または第２の冷却体における第２の冷却面上に搭載され、第１または第２の冷却体によって直接冷却される。したがって、この発明によれば、制御装置を効率的かつ効果的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の電気回路図である。図１を参照して、このインバータ装置１０は、インバータ２０と、制御装置３０と、コンデンサＣと、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬと、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬとを備える。インバータ２０は、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介してバッテリＢと接続される。また、インバータ２０は、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して電気負荷であるモータジェネレータＭＧと接続される。
【００２４】
このインバータ装置１０によって駆動されるモータジェネレータＭＧは、たとえば３相交流同期電動機であって、インバータ２０から出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、回生制動時に交流電力を発電し、その発電した交流電力を出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してインバータ２０へ出力する。
【００２５】
バッテリＢは、直流電源であって、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、発生した直流電圧を電源ラインＰＬを介してインバータ２０へ供給するとともに、電源ラインＰＬを介してインバータ２０からの直流電圧によって充電される。コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢおよびインバータ２０への影響を低減する。
【００２６】
インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６からなる。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６は、たとえばＩＧＢＴからなる。また、ｎｐｎ型トランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。
【００２７】
そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してモータジェネレータＭＧのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続される。
【００２８】
このインバータ２０は、制御装置３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬから受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧは、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、制御装置３０からの制御信号に基づいて、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬへ出力する。
【００２９】
制御装置３０は、インバータ２０の入力電圧ならびにモータジェネレータＭＧのモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をインバータ２０へ出力する。なお、インバータ２０の入力電圧およびモータジェネレータＭＧのモータ電流は、図示されないセンサーによって検出される。
【００３０】
このインバータ装置１０においては、インバータ２０は、バッテリＢから電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介して直流電力を受け、その受けた直流電力を交流電力に変換し、出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介してその交流電力をモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬを介して受け、その受けた交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを介してバッテリＢを充電する。
【００３１】
図２は、図１に示したインバータ装置１０の構造を示す断面図である。図２を参照して、インバータ装置１０は、半導体素子部４２，４４，４６と、冷却器５２，５４，５６，５８と、熱伝導部材６０と、モールド樹脂６２と、制御装置３０と、制御信号線６４，６６，６８と、電力バスバー７０，７２，７４と、電力端子台７６と、コンデンサＣと、ケース７８とを備える。
【００３２】
半導体素子部４２，４４，４６は、それぞれ図１に示したインバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を構成する。すなわち、半導体素子部４２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２とこれらに電力を供給するための複数の電極板とを含み、半導体素子部４４は、ｎｐｎ型トランジスタＱ３，Ｑ４およびダイオードＤ３，Ｄ４とこれらに電力を供給するための複数の電極板とを含み、半導体素子部４６は、ｎｐｎ型トランジスタＱ５，Ｑ６およびダイオードＤ５，Ｄ６とこれらに電力を供給するための複数の電極板とを含む。
【００３３】
冷却器５２，５４，５６，５８は、たとえばアルミからなり、内部に冷媒路を有する。冷却器５２，５４，５６，５８は、半導体素子部４２，４４，４６と交互に積層され、半導体素子部４２，４４，４６を両側から冷却する。すなわち、冷却器５２，５４は、半導体素子部４２を両側から挟み込むように設けられ、冷却器５４，５６は、半導体素子部４４を両側から挟み込むように設けられ、冷却器５６，５８は、半導体素子部４６を両側から挟み込むように設けられる。
【００３４】
熱伝導部材６０は、たとえば、熱伝導率の大きいグラファイトシートからなる。熱伝導部材６０は、半導体素子部４２，４４，４６および冷却器５２，５４，５６，５８からなる積層体（以下、単に「積層体」と称する。）の最上面、すなわち冷却器５２の上面に接合される。そして、熱伝導部材６０は、積層体の側方に配設される制御装置３０にその端部が接続される。
【００３５】
モールド樹脂６２は、たとえば、エポキシ樹脂などであって、積層体および積層体最上部の冷却器５２の上面に接合される熱伝導部材６０を一体的に固定封止する。
【００３６】
制御装置３０は、積層体の側面に沿って、この積層体を挟んで電力端子台７６と反対側に配設される。すなわち、制御装置３０は、その法線方向が積層体の積層方向と垂直になるように積層体の側方に配設され、かつ、電力端子台７６からの発熱に対して積層体が制御装置３０の防熱体となるように、積層体を挟んで電力端子台７６と反対側に配設される。そして、制御装置３０は、上述のように熱伝導部材６０と接続され、制御装置３０において発生した熱は、熱伝導部材６０を介して冷却器５２へ放熱される。
【００３７】
制御信号線６４，６６，６８は、制御装置３０と半導体素子部４２，４４，４６との間に配線され、制御装置３０と半導体素子部４２，４４，４６との間でそれぞれ制御信号のやり取りを行なう。ここで、制御装置３０は、その法線方向が積層体の積層方向と垂直になるように積層体の側方に配設されているので、制御信号線６４，６６，６８の配線長をいずれも短くすることができる。
【００３８】
電力端子台７６は、半導体素子部４２，４４，４６から引出される電力バスバー７０，７２，７４、図示されないモータジェネレータＭＧと接続される出力ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬ、ならびに図示されないバッテリＢと接続される電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬを装置レイアウトを考慮して配線するための配線ケースであって、積層体とコンデンサＣとの間に配設される。そして、電力端子台７６を挟んで積層体の反対側には、コンデンサＣが配設され、コンデンサＣの上方には、電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬが配設される。
【００３９】
このインバータ装置１０においては、熱伝導部材６０は、最上段の冷却器５２において半導体素子部４２と接していない面に接合される。すなわち、このインバータ装置１０においては、半導体素子部４２，４４，４６の冷却性を確保するため、半導体素子部４２，４４，４６および冷却器５２，５４，５６，５８を交互に積層することによって、半導体素子部４２，４４，４６の各々は、両面から冷却される。
【００４０】
ここで、中段の冷却器５４，５６は、上下両面において半導体素子部と接し、効率的に冷却機能を果たしているところ、最上段の冷却器５２および最下段の冷却器５８は、それぞれ下面および上面のみにおいて半導体素子部と接しており、冷却能力が有効に利用されていない。
【００４１】
そこで、このインバータ装置１０では、最上段の冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面を熱伝導部材６０を用いて制御装置３０と接続し、最上段の冷却器５２において半導体素子部４２の冷却に直接使用されていない冷却面を用いて制御装置３０を冷却するようにしたものである。
【００４２】
図３は、図２に示した制御装置３０の基板の構成を示す断面図である。図３を参照して、制御装置３０の基板は、金属基板８０と、絶縁層８２と、導体回路８４，８６とを含む。金属基板８０は、たとえばアルミニウムからなり、金属基板８０には、図２に示した熱伝導部材６０（図示せず）が接続される。絶縁層８２は、導体回路８４，８６を導体である金属基板８０と絶縁するとともに、導体回路８４，８６上の制御回路から発生した熱を金属基板８０へ伝熱する。導体回路８４，８６は、たとえば銅箔からなり、この導体回路８４，８６の上部に制御回路が実装される。
【００４３】
この基板は、金属基板８０が用いられているので、一般的なガラスエポキシ基板などに比べて熱抵抗が小さい。したがって、この制御装置３０において発生した熱は、熱抵抗の低い金属基板８０およびそれに接続される熱伝導部材６０を介して冷却器５２に積極的に放熱される。
【００４４】
以上のように、この実施の形態１によれば、積層体の最上部の冷却器５２において半導体素子部４２，４４，４６の冷却に供していない上面側を用いて制御装置３０を冷却するようにしたので、コンパクトな構成で制御装置３０および積層体を効率的に冷却することができる。
【００４５】
また、制御装置３０を積層体に沿って積層体の側方に配設したので、制御信号線６４，６６，６８の配線長をいずれも短くすることができる。
【００４６】
さらに、制御装置３０は、積層体を挟んで電力端子台７６の反対側に配設されるので、積層体が電力端子台７６からの熱の防熱体となり、制御装置３０が電力端子台７６からの熱にさらされることはない。
【００４７】
また、さらに、制御装置３０を金属基板８０で構成したので、基板の熱抵抗を低く抑えることができ、その結果、制御回路からの熱を効果的に冷却体５２へ放熱させることができる。
【００４８】
なお、この実施の形態１においては、最上段の冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面に熱伝導部材６０を接合させたが、最下段の冷却器５８の半導体素子部４６と接していない面に熱伝導部材を接合させてもよい。また、図４に示すインバータ装置１０Ａのように、最上段の冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面に熱伝導部材６０を接合させ、かつ、最下段の冷却器５８の半導体素子部４６と接していない面に熱伝導部材６１を接合させてもよい。これにより、制御装置３０の冷却性をさらに高めることができる。
【００４９】
［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２による半導体装置の一例として示されるインバータ装置１０Ｂの構造を示す断面図である。図５を参照して、インバータ装置１０Ｂは、図２に示したインバータ装置１０の構造において、半導体素子部４２，４４，４６および冷却器５２，５４，５６，５８に代えて半導体モジュール９２，９４，９６を備える。インバータ装置１０Ｂのその他の構造は、インバータ装置１０の構造と同じである。なお、このインバータ装置１０Ｂの回路構成は、図１に示したインバータ装置１０の回路構成と同じである。
【００５０】
半導体モジュール９２，９４，９６は、それぞれ図１に示したインバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を構成する。そして、半導体モジュール９２，９４，９６の各々は、後述するように、半導体素子部と半導体素子部を両側から挟み込むように設けられる冷却器とをモールド封止して構成される。
【００５１】
ここで、半導体モジュール９２には、熱伝導部材６０が組込まれ、半導体モジュール９２から突出した熱伝導部材６０は、制御装置３０と接続される。そして、制御装置３０からの熱は、熱伝導部材６０を介して半導体モジュール９２内に設けられる冷却器に放熱される。
【００５２】
図６〜図８は、図５に示した半導体モジュール９２の構造を説明するための図である。図６は、図５に示した半導体モジュール９２の斜視図であり、図７は、図６に示す半導体モジュール９２の長手方向に沿った垂直断面ＶＩＩ−ＶＩＩの断面図である。図８は、図７に示す半導体モジュール９２の断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面図である。なお、図５に示した半導体モジュール９４，９６は、図６〜図８に示す半導体モジュール９２において熱伝導部材６０を除く部分の構成と同じであるので、以下では、半導体モジュール９２の構成についてのみ説明する。
【００５３】
図６〜図８を参照して、半導体モジュール９２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、正極導体１１２と、出力導体１１４，１１６と、負極導体１１８と、絶縁シート１２０，１２２と、冷却器１０２，１０４と、熱伝導部材６０と、モールド樹脂１０６と、電力バスバー７０．１〜７０．４と、制御信号線６４．１，６４．２とを含む。
【００５４】
ｎｐｎ型トランジスタＱ１およびダイオードＤ１は、正極導体１１２と出力導体１１４との間に設けられ、半田などの導電性接合材によって正極導体１１２および出力導体１１４に固設される。ｎｐｎ型トランジスタＱ２およびダイオードＤ２は、出力導体１１６と負極導体１１８との間に設けられ、半田などの導電性接合材によって出力導体１１６および負極導体１１８に固設される。
【００５５】
正極導体１１２、負極導体１１８、および出力導体１１４，１１６の各々は、たとえば銅板からなる。正極導体１１２および負極導体１１８は、それぞれ電力バスバー７０．１，７０．２と接続される。出力導体１１４，１１６は、それぞれ電力バスバー７０．３，７０．４と接続される。電力バスバー７０．１，７０．２は、電力端子台７６（図示せず、以下同じ。）内でそれぞれ電源ラインＰＬおよび接地ラインＳＬに接続され、電力バスバー７０．３，７０．４は、電力端子台７６内で共通の出力ラインＵＬに接続される。
【００５６】
制御信号線６４．１，６４．２は、電力バスバー７０．１〜７０．４が引出される面と対向する面から外部に引出され、制御装置３０（図示せず、以下同じ。）に接続される。
【００５７】
絶縁シート１２０，１２２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２、ダイオードＤ１，Ｄ２、正極導体１１２、負極導体１１８、および出力導体１１４，１１６（以下では、これらをまとめて「半導体素子部」と称する。）を両側から挟み込むように平行に設けられる。絶縁シート１２０，１２２は、半導体素子部を冷却器１０４，１０２と電気的に絶縁する。一方、絶縁シート１２０，１２２は、たとえばアルミナなどの高熱伝導率を有するフィラーを含有しており、半導体素子部から発生する熱をそれぞれ冷却器１０４，１０２へ伝熱する。
【００５８】
冷却器１０２，１０４は、たとえばアルミニウムからなる。冷却器１０２，１０４は、それぞれ絶縁シート１２２，１２０における上記半導体素子部との接合面と対向する面に密接して設けられ、それぞれ内部に複数の冷媒路を有する。絶縁シート１２２，１２０とそれぞれに対応する冷却器１０２，１０４との各接合面には、接触熱抵抗を低減するためにグリスが塗布される。
【００５９】
熱伝導部材６０は、冷却器１０２における絶縁シート１２２との接合面と対向する面に密接して設けられる。この熱伝導部材６０と冷却器１０２との接合面にも、接触熱抵抗を低減するためにグリスが塗布される。そして、この熱伝導部材６０は、制御信号線６４．１，６４．２が引出される面と同じ面から外部に引出され、制御装置３０にその端部が接続される。
【００６０】
モールド樹脂１０６は、たとえば、エポキシ樹脂などであって、半導体素子部、絶縁シート１２０，１２２、冷却器１０２，１０４、および熱伝導部材６０を一体的に固定封止する。すなわち、半導体素子部、絶縁シート１２０，１２２、冷却器１０２，１０４、および熱伝導部材６０がモールド樹脂１０６によってパッケージ化される。ただし、上述のように、熱伝導部材６０は、モールド樹脂１０６の外部へ突出し、また、冷却器１０２，１０４の長手方向の端面においては、冷媒の通流口を確保する必要があるので、モールド樹脂１０６によって覆われていない。
【００６１】
再び図５を参照して、このインバータ装置１０Ｂにおいては、半導体モジュール９２，９４，９６が積層され、その積層された半導体モジュール９２，９４，９６が図示されないハウジングなどによって固定される。したがって、このインバータ装置１０Ｂは、組付性に優れ、また、耐震性にも優れる。
【００６２】
なお、上記においては、最上段の半導体モジュール９２における冷却器１０２の絶縁シート１２２と接していない面に熱伝導部材６０を接合させたが、冷却器１０４の絶縁シート１２０と接していない面に熱伝導部材６０を接合させてもよい。また、最上段の半導体モジュール９２における冷却器１０２，１０４の双方に熱伝導部材を接合させてもよい。さらに、他の半導体モジュール９４，９６においても、半導体モジュール９２と同様に、制御装置３０からの熱を受ける熱伝導部材を設けてもよい。
【００６３】
以上のように、この実施の形態２によれば、両面冷却型の半導体モジュール内において半導体素子部の冷却に供していない冷却面を用いて制御装置３０を冷却するようにしたので、コンパクトな構成で制御装置３０を効率的に冷却することができる。
【００６４】
また、この半導体装置は、半導体モジュールを積層することによって構成されるので、半導体装置の組付性に優れ、また、耐震性にも優れる。
【００６５】
［実施の形態３］
図９は、この発明の実施の形態３による半導体装置の一例として示されるインバータ装置１０Ｃの構造を示す断面図である。図９を参照して、インバータ装置１０Ｃは、図２に示したインバータ装置１０において半導体素子部４２，４４，４６および冷却器５２，５４，５６，５８からなる積層体の側方に配設されていた制御装置３０が最上段の冷却器５２の上面に配設される。インバータ装置１０Ｃのその他の構造は、インバータ装置１０の構成と同じである。なお、このインバータ装置１０Ｃの回路構成は、図１に示したインバータ装置１０の回路構成と同じである。
【００６６】
このインバータ装置１０Ｃにおいては、制御装置３０は、積層体の最上段の冷却器５２の上面、すなわち、冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面上に搭載される。実施の形態１，２では、半導体素子部４２，４４，４６と制御装置３０との間に設けられる制御信号線６４，６６，６８を最短にするために制御装置３０を積層体の側方に配設し、制御装置３０は、熱伝導部材６０によって冷却器５２と接続されるものとしたが、この実施の形態３では、制御装置３０は、冷却器５２上に直接搭載される。したがって、この実施の形態３では、制御信号線１３２，１３４，１３６が実施の形態１，２と比べて長くなるが、実施の形態１，２において設けられていた熱伝導部材６０が不要となる。
【００６７】
以上のように、この実施の形態３によれば、冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面に制御装置３０を直接搭載したので、制御装置３０は、効率的かつ効果的に冷却器５２によって冷却される。
【００６８】
なお、上記の実施の形態３においては、最上段の冷却器５２の半導体素子部４２と接していない面に制御装置３０を搭載するものとしたが、最下段の冷却器５８の半導体素子部４６と接していない面に制御装置３０を搭載してもよい。
【００６９】
また、上記の実施の形態３においても、実施の形態１に対応する実施の形態２のように、半導体素子部および冷却器をモジュール化してもよい。この場合、制御装置３０が冷却器に搭載される半導体モジュールにおいては、半導体素子部、半導体素子部を両側から挟み込む冷却器、および冷却器の半導体素子部と接していない面上に搭載される制御装置３０をモールド樹脂で一体的に固定封止する。
【００７０】
なお、上記の各実施の形態１〜３においては、半導体素子部および冷却器をモールド樹脂によって固定封止したが、半導体素子部および冷却器からなる積層体をその積層方向の両側からネジやばねによって狭圧して固定するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記の各実施の形態１，２においては、熱伝導部材６０は、グラファイトシートからなるものとしたが、銅板やアルミニウム板など熱伝導率の高い金属などを用いてもよい。
【００７２】
また、上記においては、半導体素子部または半導体モジュールは、３段からなるものとしたが、半導体素子部または半導体モジュールの構成は、３段のものに限られるものではない。たとえば、２つのインバータを含むインバータ装置であって、半導体素子部または半導体モジュールが６段からなるものであってもよい。
【００７３】
また、上記においては、この発明による半導体装置の一例としてインバータ装置の場合が示されたが、この発明の適用範囲は、インバータ装置に限られるものではなく、半導体素子部とそれを両側から冷却する冷却器とを備えるその他の半導体装置一般に及ぶものである。
【００７４】
また、この発明による半導体装置は、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）に好適である。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、バッテリとインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。また、電気自動車は、バッテリとインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【００７５】
このようなハイブリッド自動車や電気自動車においては、インバータやコンバータなどの電子部品において多数のパワー半導体素子が用いられる。そして、ハイブリッド自動車や電気自動車においては、装置の小型化や、高効率化、高信頼性などが強く要求されるところ、この発明による半導体装置によれば、パワー半導体素子および冷却器が積層され、かつ、パワー半導体素子の冷却に供していない冷却面を有効利用して制御装置を冷却するので、装置の小型化、冷却効率の向上、高い冷却性による制御装置の高信頼性などを実現することができる。
【００７６】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の電気回路図である。
【図２】図１に示すインバータ装置の構造を示す断面図である。
【図３】図２に示す制御装置の基板の構成を示す断面図である。
【図４】図１に示すインバータ装置の他の構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の構造を示す断面図である。
【図６】図５に示す半導体モジュールの斜視図である。
【図７】図６に示す半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面ＶＩＩ−ＶＩＩの断面図である。
【図８】図７に示す半導体モジュールの断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３による半導体装置の一例として示されるインバータ装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０，１０Ａ〜１０Ｃ  インバータ装置、２０  インバータ、２２  Ｕ相アーム、２４  Ｖ相アーム、２６  Ｗ相アーム、３０  制御装置、４２，４４，４６  半導体素子部、５２，５４，５６，５８，１０２，１０４  冷却器、６０，６１  熱伝導部材、６２，１０６  モールド樹脂、６４，６４．１，６４．２，６６，６８，１３２，１３４，１３６  制御信号線、７０，７０．１〜７０．４，７２，７４  電力バスバー、７６  電力端子台、７８  ケース、８０  金属基板、８２  絶縁層、８４，８６  導体回路、９２，９４，９６  半導体モジュール、１１２  正極導体、１１４，１１６  出力導体、１１８  負極導体、１２０，１２２  絶縁シート、Ｂ  バッテリ、Ｃ  コンデンサ、ＭＧ  モータジェネレータ、ＰＬ  電源ライン、ＳＬ  接地ライン、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ  出力ライン、Ｑ１〜Ｑ６  ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード。
【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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