(57)【要約】【課題】信頼性を向上させた、安価な半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置１ｎは、流体に浸漬されて冷却される。半導体装置１ｎは、板状に形成され、表面に複数の電極が形成されている半導体素子１１１と、半導体素子１１１の表面における前記複数の電極の間に設けられ、金属微粒子が前記複数の電極の間に付着することを抑制する絶縁手段と、長尺の板状に形成され、長手方向における一端部の一方の面が半導体素子１１１の電極に接合材Ｓを介して電気的に接合された電極板と、前記流体の流路と前記電極板との間に設けられ、前記電極板の長手方向における他端部を支持する支持部材であって、弾性変形して半導体素子１１１の温度変化に伴う半導体素子１１１、接合材Ｓ及び電極板の変形を許容する支持部材とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に浸漬されて冷却される半導体装置であって、
板状に形成され、表面に複数の電極が形成されている半導体素子と、
前記半導体素子の表面における前記複数の電極の間に設けられ、金属微粒子が前記複数の電極の間に付着することを抑制する絶縁手段と、
長尺の板状に形成され、長手方向における一端部の一方の面が前記半導体素子の電極に接合材を介して電気的に接合された電極板と、
前記流体の流路と前記電極板との間に設けられ、前記電極板の長手方向における他端部を支持する支持部材であって、弾性変形して前記半導体素子の温度変化に伴う前記半導体素子、前記接合材及び前記電極板の変形を許容する支持部材と、
を備えた、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、
非導電材で構成され、前記電極板と前記支持部材との間に挟み込まれたスペーサを備えた、半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置において、
非導電材で構成され、前記流路と前記支持部材との間に挟み込まれたスペーサを備えた、半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記電極板の長手方向における一端部の他方の面に、放熱フィンが形成されている、半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記放熱フィンは、前記流体の流れ方向に沿って延設されている、半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載の半導体装置において、
同一構成の２つの前記半導体素子を備え、
前記半導体素子の第１の面及び前記第１の面の反対側に位置する第２の面にそれぞれ第１の電極及び第２の電極が形成され、
一方の半導体素子の前記第１の面と他方の半導体素子の前記第２の面とが同一平面内に位置するように両半導体素子が配置され、
前記一方の半導体素子の前記第１の電極と、前記他方の半導体素子の前記第２の電極とが、平板状に形成されたバスバーで電気的に接続され、
前記一方の半導体素子の前記第２の電極、及び前記他方の半導体素子の前記第１の電極に前記電極板がそれぞれ接合されている、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体に浸漬されて冷却される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を備える半導体装置は、半導体素子の作動に伴う発熱によって加熱される。特に、出力電力（又は消費電力）が比較的大きい半導体装置には、半導体素子の作動に伴う発熱量が大きい。このため、出力電力（又は消費電力）が比較的大きい半導体装置には、冷却装置（例えば、冷却フィン）が取り付けられる。
【０００３】
下記特許文献１に記載の半導体装置は、薄板状に形成された半導体素子と、半導体素子の両面にそれぞれ接合材を介して接合された一対の薄板状のヒートシンクを有する。この一対のヒートシンクの外側面に、冷却フィンがそれぞれ取り付けられている。従って、特許文献１に記載の半導体装置は、２つの冷却フィンの間に挟みこまれるように構成される。また、半導体装置と両冷却フィンとを密着させて半導体装置から両冷却フィンに効率良く熱が伝達されるように、バネを用いて両冷却フィンが半導体装置に押し当てられている。
【０００４】
また、例えば、下記特許文献２に記載されているように、車両のトランスミッションの潤滑油に浸漬されて冷却される半導体装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５０４２０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５６９８３号公報
【発明の概要】
【０００６】
特許文献１の半導体装置において、半導体素子の温度が上昇すると、その熱が接合材及びヒートシンクに伝わり、半導体素子、接合材及びヒートシンクの温度も上昇する。そして、これらの部材の温度が上昇すると、これらの部材が熱膨張する。また、半導体素子、接合材及びヒートシンクの線膨張係数がそれぞれ異なっている場合には、これらの部材の温度上昇による熱膨張量は、それぞれ異なる。この場合、熱膨張量の違いに起因して半導体装置に応力が作用する。ここで、半導体装置が拘束されていない場合、熱応力により半導体装置が例えば反るように変形する。半導体装置が反るように変形した場合、前記応力は緩和される。しかし、特許文献１の半導体装置においては、バネを用いて両冷却フィンが半導体装置に押し当てられているため、半導体装置は冷却フィンによって拘束される。そのため半導体装置の反り等の変形は抑制されるが、その反面、半導体装置内に応力が蓄積される。こうして応力が蓄積された状態で、半導体素子の温度が下降して半導体素子、接合材及びヒートシンクが元の大きさに戻る。このとき半導体装置内の応力が緩和される。このような、半導体素子の温度変化に伴う半導体装置内の応力の蓄積と緩和が繰り返されることにより、半導体装置の内部（とくに、半導体素子及び接合材）に疲労破壊（クラック、剥離など）が生じる虞がある。よって、特許文献１に記載の半導体装置の信頼性は低い。
【０００７】
また、特許文献１の半導体装置によれば、冷却フィンと半導体装置との密着度を向上させるため、冷却フィンの接合面を研磨する必要があり、冷却フィンのコストが高い。
【０００８】
また、特許文献２に記載の半導体装置が浸漬されるトランスミッションの潤滑油には、金属イオン及び金属微粒子が含まれる。すなわち、トランスミッションを構成する部材の表面から金属が金属イオンとして潤滑油中に溶出する。また、部材の磨耗に由来する金属微粒子が潤滑油中に浮遊している。そのため、半導体素子の表面にてエレクトロマイクレーション及びイオンマイグレーションが生じて半導体素子の電極同士（例えば、ドレイン電極とソース電極）が短絡し、半導体装置、電源装置などが破損する虞がある。よって、特許文献２に記載の半導体装置の信頼性も低い。
【０００９】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、信頼性が向上した、安価な半導体装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、流体に浸漬されて冷却される半導体装置（１ｎ）であって、板状に形成され、表面に複数の電極が形成されている半導体素子（１１１）と、前記半導体素子の表面における前記複数の電極の間に設けられ、金属微粒子が前記複数の電極の間に付着することを抑制する絶縁手段（Ｒ，Ｆ）と、長尺の板状に形成され、長手方向における一端部の一方の面が前記半導体素子の電極に接合材を介して電気的に接合された電極板（１１２，１１３）と、前記流体の流路（ＡＴＰ）と前記電極板との間に設けられ、前記電極板の長手方向における他端部を支持する支持部材（２１）であって、弾性変形して前記半導体素子の温度変化に伴う前記半導体素子、前記接合材及び前記電極板の変形を許容する支持部材と、を備えた、半導体装置としたことにある。
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、流体に浸漬されて冷却される。そのため、特許文献１のような、電極板（特許文献１のヒートシンク及び冷却フィンに相当）を半導体素子に押し当てる機構を備えていなくても十分に半導体素子を冷却できる。また、電極板の接合面を研磨する必要も無い。したがって、半導体装置のコストを削減できる。
【００１２】
また、半導体素子の電極間には絶縁手段が設けられているので、特許文献２のように、半導体装置を、金属イオン及び金属微粒子が含まれる流体（例えば、トランスミッションの潤滑油）に浸漬させた場合であっても、電極間においては、前記流体に含まれる金属イオンが金属微粒子として析出し難い。また、電極間においては、前記流体に含まれる金属微粒子が堆積し難い。よって、イオンマイグレーション及びエレクトロマイグレーションに起因する、半導体素子の電極同士の短絡が生じ難い。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置は、流体の流路と電極板との間に設けられ、電極板の長手方向における他端部を支持する支持部材を備える。この支持部材が弾性変形することにより、半導体素子の温度変化に伴う半導体装置の変形、具体的には、半導体装置を構成する半導体素子、接合材及び電極板の変形が許容される。そのため、特許文献１のように半導体装置（半導体素子、接合材及び電極板）の変形が抑制されている場合に比べて、半導体素子、接合材、及び電極板の熱応力を緩和できる。したがって、本発明によれば、半導体素子及び接合材の疲労破壊を抑制でき、半導体装置の信頼性を向上できる。
【００１４】
また、この場合、非導電材で構成され、前記電極板と前記支持部材との間に挟み込まれたスペーサ（２２）を備えるとよい。
【００１５】
また、この場合、非導電材で構成され、前記流路と前記支持部材との間に挟み込まれたスペーサ（２３）を備えてもよい。
【００１６】
半導体素子及び電極板の製造誤差、並びに半導体装置の組み立て誤差などに起因して、電極板の位置が正規の位置から多少ずれることがある。この場合、厚さの異なる複数種類のスペーサを組み合わせることにより、電極板のずれを補償できる。
【００１７】
また、この場合、前記電極板の長手方向における一端部の他方の面に、放熱フィン（１１２Ｆ，１１３Ｆ）が形成されているとよい。さらに、この場合、前記放熱フィンは、前記流体の流れ方向に沿って延設されているとよい。これによれば、半導体素子の冷却効率を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の他の特徴は、同一構成の２つの前記半導体素子を備え、前記半導体素子の第１の面及び前記第１の面の反対側に位置する第２の面にそれぞれ第１の電極（ＳＰ）及び第２の電極（ＤＰ）が形成され、一方の半導体素子の前記第１の面と他方の半導体素子の前記第２の面とが同一平面内に位置するように両半導体素子が配置され、前記一方の半導体素子の前記第１の電極（ＳＰ）と、前記他方の半導体素子の前記第２の電極（ＤＰ）とが、平板状に形成されたバスバー（１２ｎ）で電気的に接続され、前記一方の半導体素子の前記第２の電極、及び前記他方の半導体素子の前記第１の電極に前記電極板がそれぞれ接合されている、半導体装置としたことにある。
【００１９】
本発明によれば、一方の半導体素子の第１の電極と、他方の半導体素子の第２の電極とが、平板状に形成されたバスバーで電気的に接続されている。したがって、一方の半導体素子の第１の電極と、他方の半導体素子の第２の電極との間の電流経路を極力短く設定できる。よって、前記電流経路の寄生インダクタンスを小さくでき、その結果、サージ電圧を小さくできる。さらに、半導体装置の小型化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る半導体装置が適用されたインバータ装置の回路図である。
【図２】半導体装置の斜視図である。
【図３】半導体装置の分解斜視図である。
【図４】半導体素子の周端部を拡大した断面図である。
【図５】半導体装置の前後方向に垂直な断面図である。
【図６】板バネの変形を説明した概略図である。
【図７】本発明の変形例に係る半導体装置の前後方向に垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る半導体装置１ｎについて説明する。まず、半導体装置１ｎが適用されたインバータ装置ＩＮＶの概略について説明しておく。インバータ装置ＩＮＶは、図１に示すように、例えばハイブリッド車の走行用の電動モータＭＴ（三相交流モータ）を駆動する。すなわち、インバータ装置ＩＮＶは、直流電源装置から供給された直流電力を三相交流電力に変換して電動モータＭＴに供給する。インバータ装置ＩＮＶは、スイッチング回路部ＳＷＣと制御部ＣＴＬとを備える。
【００２２】
スイッチング回路部ＳＷＣは、電動モータＭＴのＵ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ対応した３つの半導体装置１ｎ（半導体装置１ｎ＝Ｕ、半導体装置１ｎ＝Ｖ、及び半導体装置１ｎ＝Ｗ）、を備える。また、スイッチング回路部ＳＷＣは、半導体装置１ｎ＝Ｕ、半導体装置１ｎ＝Ｖ、及び半導体装置１ｎ＝Ｗを直流電源装置のプラス端子に接続するバスバーＢＰ及びマイナス端子に接続するバスバーＢＮを備える。また、スイッチング回路部ＳＷＣは、半導体装置１ｎを制御部ＣＴＬに接続するバスバーＢＧｎ，ａ（ＢＧｎ＝Ｕ，ａ，ＢＧｎ＝Ｖ，ａ，ＢＧｎ＝Ｗ，ａ），ＢＧｎ，ｂ（ＢＧｎ＝Ｕ，ｂ，ＢＧｎ＝Ｖ，ｂ，ＢＧｎ＝Ｗ，ｂ）を備える。
【００２３】
つぎに、半導体装置１ｎの構成について詳しく説明する。半導体装置１ｎは、図２及び図３に示すように、アーム回路１０ｎ及び支持装置２０，２０を有する。
【００２４】
アーム回路１０ｎは、トランジスタ１１ｎ，ａ，１１ｎ，ｂ及びバスバー１２ｎを備える。トランジスタ１１ｎ，ａとトランジスタ１１ｎ，ｂの構成は同一である。トランジスタ１１ｎ，ａ（トランジスタ１１ｎ，ｂ）は、半導体素子１１１、ドレイン電極板１１２、ソース電極板１１３及び複数（例えば５つ）のゲート電極ピン１１４を備える。半導体素子１１１は、薄板状に形成されている。半導体素子１１１は、平面視において略正方形を呈する。半導体素子１１１の１辺の寸法は、例えば１０ｍｍである。半導体素子１１１の厚さは、例えば、１ｍｍである。以下の説明において、半導体素子１１１の厚さ方向を上下方向と呼ぶ。また、半導体素子１１１の一方の辺に沿う方向を左右方向と呼び、他方の辺に沿う方向（すなわち、上下方向及び左右方向に垂直な方向）を前後方向と呼ぶ。
【００２５】
半導体素子１１１の下面には、ドレイン電極ＤＰが形成されている（図３参照）。また、半導体素子１１１の上面には、ソース電極ＳＰ及びゲート電極ＧＰが形成されている。ゲート電極ＧＰは、半導体素子１１１の左端部に形成されている。半導体素子１１１の上面のうち、ゲート電極ＧＰを除く部分がソース電極ＳＰである。また、図４に示すように、半導体素子１１１の周端面ＥＳ（左面、右面、前面及び後面）には、微細な凹凸が形成されている。例えば、周端面ＥＳを平面状に形成しておき、周端面ＥＳにフェムト秒ファイバレーザービームを走査して、複数の凹溝Ｒを形成するとよい。凹溝Ｒの深さは、例えば、１００μｍである。凹溝Ｒの幅は、例えば、４０μｍである。周端面ＥＳに形成された凹凸の表面には、非導電材で構成された絶縁膜Ｆが形成される。この絶縁膜Ｆの膜厚は、例えば、８μｍである。なお、この凹凸が、本発明の絶縁手段に相当する。
【００２６】
ドレイン電極板１１２は、板状にそれぞれ形成された上段部１１２Ｕ、下段部１１２Ｌ及び接続部１１２Ｃを有する。上段部１１２Ｕ及び下段部１１２Ｌは左右方向に延設されている。上段部１１２Ｕが下段部１１２Ｌの右方且つ上方に位置している。上段部１１２Ｕ及び下段部１１２Ｌの板厚方向が上下方向に平行である。接続部１１２Ｃは、上段部１１２Ｕと下段部１１２Ｌとの間に位置している。接続部１１２Ｃの板厚方向が左右方向に平行である。接続部１１２Ｃの上端が上段部１１２Ｕの左端に接続され、接続部１１２Ｃの下端が下段部１１２Ｌの右端に接続されている。上段部１１２Ｕの下面には、５枚の冷却フィン１１２Ｆが形成され、左右方向に並設されている。それぞれの冷却フィン１１２Ｆは、前後方向に延びるように薄板状に形成されている。アルミニウム合金材を押出加工して、上段部１１２Ｕ、下段部１１２Ｌ及び接続部１１２Ｃ、並びに冷却フィン１１２Ｆが、一体的に形成されている。
【００２７】
ドレイン電極板１１２の前後方向の寸法は、例えば、１２ｍｍである。上段部１１２Ｕの左右方向の寸法は、例えば、２５ｍｍである。下段部１１２Ｌの左右方向の寸法は、例えば、８ｍｍである。冷却フィン１１２Ｆの左右方向の寸法は、例えば、１．２ｍｍである。冷却フィン１１２Ｆの上下方向の寸法は、例えば、５ｍｍである。また、隣り合う２つの冷却フィン１１２Ｆの間隔は、例えば、３ｍｍである。上段部１１２Ｕの上面が、接合材Ｓ（例えば、はんだ）を介して、半導体素子１１１のドレイン電極ＤＰに接合される（図５参照）。
【００２８】
ソース電極板１１３は、板状にそれぞれ形成された上段部１１３Ｕ、下段部１１３Ｌ及び接続部１１３Ｃを有する。上段部１１３Ｕ及び下段部１１３Ｌは左右方向に延設されている。上段部１１３Ｕが下段部１１３Ｌの左方且つ上方に位置している。上段部１１３Ｕ及び下段部１１３Ｌの板厚方向が上下方向に平行である。接続部１１３Ｃは、上段部１１３Ｕと下段部１１３Ｌとの間に位置している。接続部１１３Ｃの板厚方向が左右方向に平行である。接続部１１３Ｃの上端が上段部１１３Ｕの右端に接続され、接続部１１３Ｃの下端が下段部１１３Ｌの左端に接続されている。上段部１１３Ｕの上面には、４枚の冷却フィン１１３Ｆが形成され、左右方向に並設されている。冷却フィン１１３Ｆは、前後方向にそれぞれ延びる薄板状に形成されている。アルミニウム合金材を押出加工して、上段部１１３Ｕ、下段部１１３Ｌ及び接続部１１３Ｃ、並びに冷却フィン１１３Ｆが、一体的に形成されている。
【００２９】
ソース電極板１１３の前後方向の寸法は、例えば、１２ｍｍである。上段部１１３Ｕの左右方向の寸法は、例えば、２２ｍｍである。下段部１１３Ｌの左右方向の寸法は、例えば、１２ｍｍである。冷却フィン１１３Ｆの前後方向の寸法は、例えば、５ｍｍである。冷却フィン１１３Ｆの前後方向の寸法は、例えば、５ｍｍである。また、冷却フィン１１３Ｆの左右方向の寸法は、例えば、１．２ｍｍである。冷却フィン１１３Ｆの上下方向の寸法は、例えば、８ｍｍである。また、隣り合う２つの冷却フィン１１３Ｆの間隔は、例えば、３ｍｍである。上段部１１３Ｕの下面が、接合材Ｓ（例えば、はんだ）を介して、半導体素子１１１のソース電極ＳＰに接合される（図４参照）。
【００３０】
また、半導体素子１１１のゲート電極ＧＰは、ソース電極板１１３の左端よりも左方に位置している。また、ソース電極板１１３の下段部１１３Ｌの下面とドレイン電極板１１２の下段部１１２Ｌの下面の高さが揃うように、ソース電極板１１３の上下方向の寸法（上段部１１３Ｕと下段部１１３Ｌとの段差）がドレイン電極板１１２の上下方向の寸法（上段部１１２Ｕと下段部１１２Ｌとの段差）よりも少し大きく設定されている。
【００３１】
ゲート電極ピン１１４は、左右方向に延びる金属棒（例えば、アルミニウム製の棒材、銅製の棒材など）である。ゲート電極ピン１１４の長手方向に垂直な断面は正方形であり、その１辺の寸法は、例えば、１ｍｍである。各ゲート電極ピン１１４は、半導体素子１１１の左方に配置されている。ゲート電極ピン１１４は、前後方向に等間隔に整列配置されている。隣り合う２つのゲート電極ピン１１４の間隔は、例えば、３ｍｍである。各ゲート電極ピン１１４は、図示しない治具によって支持された状態で、半導体素子１１１のゲート電極ＧＰに金属製（例えば、アルミニウム製）のボンディングワイヤＷを介して電気的に接続される。そして、各ゲート電極ピン１１４の右端部及びボンディングワイヤＷが、合成樹脂製の封止材Ｐによって封止されるとともに半導体素子１１１の左方に固定される。
【００３２】
バスバー１２ｎは、前後方向に延びる長尺状の金属板（例えば、アルミニウム製の板材、銅製の板材など）である。トランジスタ１１ｎ，ａのソース電極板１１３の下段部１１３Ｌと、トランジスタ１１ｎ，ｂのドレイン電極板１１２の下段部１１２Ｌがバスバー１２ｎに接続されている。
【００３３】
各アーム回路１０ｎは、図５に示すように、オートマチックトランスミッションの潤滑油ＡＴＦに浸漬されている。図５において、潤滑油ＡＴＦが流れる方向は、紙面に直交する方向である。各アーム回路１０ｎは、それが備えるトランジスタ１１ｎ，ａとトランジスタ１１ｎ，ｂとを結ぶ方向（つまり、アーム回路１０ｎの左右方向）が、潤滑油ＡＴＦの流れ方向と直交する方向であるように、潤滑油ＡＴＦ内に浸漬される。すなわち、各アーム回路１０ｎは、パイプＡＴＰを流れる潤滑油ＡＴＦの流れ方向（つまり、アーム回路１０ｎの前後方向）に沿って整列配置している。各アーム回路１０ｎが備えるトランジスタ１１ｎ，ａのドレイン電極板１１２が、バスバーＢＰに接続され、各アーム回路１０ｎが備えるトランジスタ１１ｎ，ｂのソース電極板１１３がバスバーＢＮに接続される。
【００３４】
バスバーＢＰ及びバスバーＢＮは、パイプＡＴＰを流れる潤滑油ＡＴＦの流れ方向（つまり、アーム回路１０ｎの前後方向）に延在している。バスバーＢＰ及びバスバーＢＮは、長尺状の金属板（例えば、アルミニウム製の板材、銅製の板材など）である。バスバーＢＰ及びバスバーＢＮは左右方向に間隔をおいて配置されている。バスバーＢＰの左右方向の寸法は、トランジスタ１１ｎ，ａのドレイン電極板１１２の下段部１１２Ｌの左右方向の寸法よりも大きい。バスバーＢＮの左右方向の寸法は、トランジスタ１１ｎ，ｂのソース電極板１１３の下段部１１３Ｌの左右方向の寸法よりも大きい。各アーム回路１０ｎが備えるトランジスタ１１ｎ，ａのドレイン電極板１１２の下段部１１２Ｌが、バスバーＢＰの上面の右部に接続されている。各アーム回路１０ｎが備えるトランジスタ１１ｎ，ｂのソース電極板１１３の下段部１１３Ｌが、バスバーＢＮの上面の左部に接続されている。
【００３５】
バスバーＢＰの左部であって、トランジスタ１１ｎ，ａのドレイン電極板１１２より左方に位置する部分には、上下方向に貫通する貫通孔ＨＢＰが形成されている（図３参照）。また、バスバーＢＮの右部であって、トランジスタ１１ｎ，ｂのソース電極板１１３より右方に位置する部分には、上下方向に貫通する貫通孔ＨＢＮが形成されている。つまり、バスバーＢＰ及びバスバーＢＮには、各アーム回路１０ｎに対応した左右一対の貫通孔ＨＢＰ，ＨＢＮが設けられている。この左右一対の貫通孔ＨＢＰ，ＨＢＮに、次に説明する支持装置２０，２０が締結されている。すなわち、各アーム回路１０ｎは、バスバーＢＰ及びバスバーＢＮを介して、左右一対の支持装置２０，２０によって支持される。
【００３６】
支持装置２０は、板バネ２１、上側スペーサ２２及び下側スペーサ２３を備える。板バネ２１は、左右方向に延びる金属板（例えば、鋼板）を段曲げ加工して形成されている。板バネ２１の上段部２１Ｕ及び下段部２１Ｌの板厚方向が上下方向に平行である。上段部２１Ｕと下段部２１Ｌとを接続する接続部２１Ｃの板厚方向が左右方向に平行である。板バネ２１の上段部２１Ｕ及び下段部２１Ｌには、上下方向に貫通する貫通孔Ｈ２１Ｕ及び貫通孔Ｈ２１Ｌがそれぞれ形成されている。上側スペーサ２２及び下側スペーサ２３は、非導電材（例えば、合成樹脂、合成ゴムなど）で円板状に形成されている。上側スペーサ２２及び下側スペーサ２３の中央には、上下方向に貫通する貫通孔Ｈ２２及び貫通孔Ｈ２３がそれぞれ形成されている。
【００３７】
左右一対の支持装置２０，２０は左右方向に離間した状態でパイプＡＴＰの底面に固定される。左右一対の支持装置２０，２０の前後方向の位置は同一である。また、左側の支持装置２０は、その板バネ２１の上段部２１Ｕが下段部２１Ｌから見て左側に位置するように配置される。また、右側の支持装置２０は、その板バネ２１の上段部２１Ｕが下段部２１Ｌから見て右側に位置するように配置される。各支持装置２０の板バネ２１の下段部２１Ｌの下面とパイプＡＴＰの底面との間に下側スペーサ２３が挟み込まれた状態で、下段部２１Ｌの上方から貫通孔Ｈ２１Ｌ及び貫通孔Ｈ２３にボルトＢＴが挿入され、ボルトＢＴの先端がパイプＡＴＰの底面に設けられたナットＮＴ１に締結される（図５参照）。左側の支持装置２０の板バネ２１の貫通孔Ｈ２１Ｕと右側の支持装置２０の板バネ２１の貫通孔Ｈ２１Ｕとの間隔（左右方向の距離）がバスバーＢＰの貫通孔ＨＢＰとバスバーＢＮの貫通孔ＨＢＮとの間隔（左右方向の距離）に一致するように、ナットＮＴ１の間隔（左右方向の距離）が設定されている。そして、左側の支持装置２０の板バネ２１の上段部２１Ｕの上面とバスバーＢＰの下面との間に上側スペーサ２２が挟み込まれた状態で、貫通孔ＨＢＰ、貫通孔Ｈ２２、及び貫通孔Ｈ２１ＵにボルトＢＴが挿入され、ボルトＢＴの先端がナットＮＴ２に締結される。また、右側の支持装置２０の板バネ２１の上段部２１Ｕの上面とバスバーＢＮの下面との間に上側スペーサ２２が挟み込まれた状態で、貫通孔ＨＢＰ、貫通孔Ｈ２２、及び貫通孔Ｈ２１ＵにボルトＢＴが挿入され、ボルトＢＴの先端がナットＮＴ２に締結される。
【００３８】
パイプＡＴＰには、図示しない開口部が設けられており、バスバーＢＰ、バスバーＢＮ及びバスバー１２ｎは、前記開口部を通ってパイプＡＴＰの外側（つまり潤滑油ＡＴＦの循環経路の外部）へ延びている。また、トランジスタ１１ｎ，ａ及びトランジスタ１１ｎ，ｂのゲート電極ピン１１４には、バスバーＢＧｎ，ａ及びバスバーＢＧｎ，ｂがそれぞれ接続されている。バスバーＢＧｎ，ａ及びバスバーＢＧｎ，ｂは、前後方向に延びる長尺状の金属板（例えば、アルミニウム製の板材、銅製の板材など）である。バスバーＢＧｎ，ａ及びバスバーＢＧｎ，ｂは、バスバーＢＰ，ＢＮ，１２ｎと同様に、前記開口部を通ってパイプＡＴＰの外側（つまり潤滑油ＡＴＦの循環経路の外部）へ延びている。なお、潤滑油ＡＴＦが漏れ出ないように、前記開口部が、非導電性の封止材によって封止されている。
【００３９】
バスバーＢＰ及びバスバーＢＮは、直流電源装置のプラス電極及びマイナス電極にそれぞれ接続されている（図１参照）。バスバー１２ｎ＝Ｕ，１２ｎ＝Ｖ，１２ｎ＝Ｗは、電動モータＭＴのＵ相、Ｖ相及びＷ相の端子にそれぞれ接続されている。また、バスバーＢＧｎ，ａ及びバスバーＢＧｎ，ｂは、制御部ＣＴＬに接続されている。制御部ＣＴＬは、バスバーＢＧｎ，ａ及びバスバーＢＧｎ，ｂを介して、トランジスタ１１ｎ，ａ及びトランジスタ１１ｎ，ｂのゲート電極ＧＰに、制御信号（ＰＷＭ信号）をそれぞれ供給して、電動モータＭＴに三相交流電力を供給する。
【００４０】
本実施形態では、半導体装置１ｎは、潤滑油ＡＴＦに浸漬されて冷却される。そのため、特許文献１のような、ドレイン電極板１１２及びソース電極板１１３（特許文献１のヒートシンク及び冷却フィンに相当）を半導体素子１１１に押し当てる機構を備えていなくても、半導体装置１ｎの熱を潤滑油ＡＴＦに放散させることにより十分に半導体素子１１１を冷却できる。また、ドレイン電極板１１２及びソース電極板１１３の接合面を研磨する必要も無い。したがって、半導体装置１ｎのコストを削減できる。
【００４１】
また、半導体素子１１１の周端面ＥＳのうちの左面は、封止材Ｐによって封止されている。また、周端面ＥＳのうちの前面、後面及び右面は露出しているが、これらの面には微細な凹凸が形成されるとともに、その凹凸が絶縁膜Ｆによって覆われている。この凹凸は、流体を撥じく性質（濡れ状態になり難い性質）を有している。そのため、周端面ＥＳに対する流体の接触が抑制される。これにより、周端面ＥＳのうちの前面、後面及び右面には、潤滑油ＡＴＦに含まれる金属イオンが金属微粒子として析出し難い。また、周端面ＥＳのうちの前面、後面及び右面には、潤滑油ＡＴＦ中に浮遊している金属微粒子が堆積し難い。よって、周端面ＥＳにおいては、イオンマイグレーション及びエレクトロマイグレーションは生じ難い。また、周端面ＥＳに凹凸が形成されていない場合に比べて、周端面ＥＳに沿って半導体素子１１１の上面（下面）から下面（上面）へ向かう距離（沿面距離）が長い。そのため、たとえ、周端面ＥＳにおいて金属微粒子が析出又は堆積して導電経路が成長したとしても、両電極が短絡するほどに前記導電経路が成長するまでには非常に長い時間がかかる。よって、イオンマイグレーション及びエレクトロマイグレーションに起因するドレイン電極ＤＰとソース電極ＳＰとの短絡は生じ難い。
【００４２】
また、半導体装置１ｎにおいては、図６に示すように、板バネ２１，２１の上段部２１Ｕ，２１Ｕの上面が、自然状態に対して傾斜するように弾性変形可能である。これにより、半導体素子１１１の温度が上昇した際、半導体素子１１１、接合材Ｓ、ドレイン電極板１１２（とくに上段部１１２Ｕ）、及びソース電極板１１３（とくに上段部１１３Ｕ）の反り（長手方向における両端部が中央部よりも上方又は下方に位置するような変形）が許容される。そのため、特許文献１のように半導体素子１１１、接合材Ｓ、ドレイン電極板１１２、及びソース電極板１１３の反りが抑制されている場合に比べて、半導体素子１１１、接合材Ｓ、ドレイン電極板１１２、及びソース電極板１１３の熱応力を緩和できる。したがって、本実施形態によれば、半導体素子１１１及び接合材Ｓの疲労破壊を抑制でき、半導体装置１ｎの信頼性を向上できる。また、アーム回路１０ｎは板バネ２１，２１を介してパイプＡＴＰに固定されているので、車体の振動がアーム回路１０ｎに伝わり難い。また、たとえ、アーム回路１０ｎが多少振動したとしても、潤滑油ＡＴＦがダンパーとして機能し、アーム回路１０ｎの振動が抑えられる。よって、アーム回路１０ｎが直接的にパイプＡＴＰに固定されている場合に比べて、半導体素子１１１及び接合材Ｓに印加される振動を小さくでき、振動による半導体素子１１１及び接合材Ｓの損傷を抑制できる。
【００４３】
また、上記のように、本実施形態では、トランジスタ１１ｎにおいてドレイン電極板１１２の下面とソース電極板１１３の下面の上下方向位置が揃うように、両電極板の高さ方向の寸法が設定されている。しかし、ドレイン電極板１１２及びソース電極板１１３の製造誤差、トランジスタ１１ｎの組み立て誤差などに起因して、ドレイン電極板１１２の下面とソース電極板１１３の下面の上下方向位置が多少ずれることがある。この場合、厚さの異なる複数種類の上側スペーサ２２及び下側スペーサ２３を組み合わせることにより、ドレイン電極板１１２の下面とソース電極板１１３の下面の上下方向位置のずれを補償できる。
【００４４】
また、仮に、冷却フィン１１２Ｆ，１１３Ｆが上段部１１２Ｕ，１１３Ｕの長手方向に延設されている場合には、冷却フィン１１２Ｆ，１１３Ｆは、上段部１１２Ｕ，１１３Ｕの反りを抑制するリブとして機能する。これに対し、本実施形態では、冷却フィン１１２Ｆ，１１３Ｆは、上段部１１２Ｕ，１１３Ｕの長手方向に垂直な方向に延設されている。よって、上段部１１２Ｕ，１１３Ｕの反りが許容される。また、潤滑油ＡＴＦの流れ方向に冷却フィン１１２Ｆ，１１３Ｆが延設されている。よって、潤滑油ＡＴＦの流れ方向に垂直な方向に冷却フィン１１２Ｆ，１１３Ｆが延設されている場合に比べて冷却効率が高い。なお、パイプＡＴＰの内壁面と冷却フィン１１３Ｆとの距離が短い場合は、パイプＡＴＰの内壁面と冷却フィン１１３Ｆとが接触して短絡することが想定される。そこで、図５に示すように、パイプＡＴＰの内壁面に合成樹脂製（非導電材製）の絶縁シート３０を設けると良い。
【００４５】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、図７に示すように、トランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１を裏返して配置しても良い。すなわち、図７の例では、トランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１のドレイン電極ＤＰが上方へ向けられ、ソース電極ＳＰ及びゲート電極ＧＰが下方へ向けられている。一方、トランジスタ１１ｎ，ａの半導体素子１１１のドレイン電極ＤＰが下方へ向けられ、ソース電極ＳＰ及びゲート電極ＧＰが上方へ向けられている。また、トランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１のドレイン電極ＤＰが形成されている面と、トランジスタ１１ｎ，ａの半導体素子１１１のソース電極ＳＰ及びゲート電極ＧＰが形成されている面とが、互いに上向きであって且つ同一平面内に位置するように、トランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１とトランジスタ１１ｎ，ａの半導体素子１１１が配置される。そして、互いに上方に向けられたトランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１のドレイン電極ＤＰとトランジスタ１１ｎ，ａの半導体素子１１１のソース電極ＳＰが、平板状に形成された一本の直線状のバスバー１２ｎに直接的に接続されている。つまり、上記実施形態におけるトランジスタ１１ｎ，ａのソース電極板１１３と、上記実施形態におけるトランジスタ１１ｎ，ｂのドレイン電極板１１２とが、図７の例では省略されている。また、トランジスタ１１ｎ，ａの半導体素子１１１のドレイン電極板１１２は、平板状に形成され、トランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１のソース電極板１１３は平板状に形成されている。その他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００４７】
図５の実施形態では、トランジスタ１１ｎ，ａのドレイン電極板１１２は、上段部１１２Ｕ、接続部１１２Ｃ及び下段部１１２Ｌを有する。また、トランジスタ１１ｎ，ｂのソース電極板１１３は、上段部１１３Ｕ、接続部１１３Ｃ及び上段部１１３Ｕを有する。そして、トランジスタ１１ｎ，ａのソース電極板１１３の下段部１１３Ｌとトランジスタ１１ｎ，ｂのドレイン電極板１１２の下段部１１２Ｌとがバスバー１２ｎに接続されている。この場合、トランジスタ１１ｎ，ａがオン状態であるとき、トランジスタ１１ｎ，ａのソース電極ＳＰから、ソース電極板１１３の上段部１１３Ｕ、接続部１１３Ｃ、下段部１１３Ｌ、バスバー１２ｎの順に電気が流れる。また、トランジスタ１１ｎ，ｂがオン状態であるとき、バスバー１２ｎ、トランジスタ１１ｎ，ｂのドレイン電極板１１２の下段部１１２Ｌ、接続部１１２Ｃ、上段部１１２Ｕ、ドレイン電極ＤＰの順に電気が流れる。このように、トランジスタ１１ｎ，ａのソース電極ＳＰからバスバー１２ｎに至るまでの電流経路が比較的長い。また、バスバー１２ｎからトランジスタ１１ｎ，ｂのドレイン電極ＤＰに至るまでの電流経路が比較的長い。
【００４８】
これに対し、図７の例では、トランジスタ１１ｎ，ａの半導体素子１１１のソース電極ＳＰと、トランジスタ１１ｎ，ｂの半導体素子１１１のドレイン電極ＤＰとが、平板状のバスバー１２ｎに直接的に接続されている。したがって、トランジスタ１１ｎ，ａのソース電極ＳＰからバスバー１２ｎに至るまでの電流経路を図５の例よりも短く設定できる。また、バスバー１２ｎからトランジスタ１１ｎ，ｂのドレイン電極ＤＰに至るまでの電流経路を図５の例よりも短く設定できる。よって、前記電流経路の寄生インダクタンスを小さくでき、サージ電圧を小さくできる。また、半導体素子１１１の左右方向の寸法を短くできる。よって、半導体装置１ｎの小型化を図ることができる。
【００４９】
また、上記実施形態では、半導体装置１ｎをオートマチックトランスミッションの潤滑油ＡＴＦに浸漬させているが、これに代えて、半導体装置１ｎを他の流体（例えば、エンジンオイル）に浸漬させてもよい。
【００５０】
また、本発明は、トランジスタ装置のみならず、他の半導体装置（例えば、ダイオード装置）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１ｎ・・・半導体装置、１０ｎ・・・アーム回路、１１ｎ，ａ，１１ｎ，ｂ・・・トランジスタ、２０・・・支持装置、２１・・・板バネ、２２・・・上側スペーサ、２３・・・下側スペーサ、３０・・・絶縁シート、１１１・・・半導体素子、１１２・・・ソース電極板、１１２Ｆ・・・冷却フィン、１１３・・・ソース電極板、１１３Ｆ・・・冷却フィン、１１４・・・ゲート電極ピン、ＡＴＦ・・・潤滑油、ＡＴＰ・・・パイプ、ＢＧｎ，ａ，ＢＧｎ，ｂ，ＢＰ，ＢＮ，１２ｎ・・・バスバー、ＤＰ・・・ドレイン電極、ＥＳ・・・周端面、Ｆ・・・絶縁膜、ＧＰ・・・ゲート電極、ＩＮＶ・・・インバータ装置、ＭＴ・・・電動モータ、Ｐ・・・封止材、Ｒ・・・凹溝、Ｓ・・・接合材、ＳＰ・・・ソース電極、ＳＷＣ・・・スイッチング回路部、Ｗ・・・ボンディングワイヤ
【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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