(57)【要約】【課題】半導体装置と冷却器を固定するには、電気抵抗が低く、熱抵抗が低く、熱応力を緩和する能力が高い部材を介して固定するが、全部の特性を満たす部材がない。【解決手段】グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａが重ね合されているが接合されていないブロック３６ａを介して半導体装置４０を冷却器２０ａに固定する。熱抵抗が低いグラファイト箔３２ａが半導体装置４０から冷却器２０ａに向けて延びるために伝熱性を損ねない。グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａが接合されていないためにブロック３６ａは柔軟に変形する。グラファイト箔３２ａは導電方向に延びており、電気抵抗も低い。ブロック３６ａを用いることで、導電性と伝熱性と熱応力緩和性が高いレベルで両立する。半導体装置４０の表裏両面にブロック３６ａ，３６ｂを配置することもできる。【選択図】図１
2015198187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面側冷却器と表面側重ね合わせブロックと半導体装置を備えているモジュールであり、
前記表面側冷却器の裏面に前記表面側重ね合わせブロックの表面が接合されており、
前記表面側重ね合わせブロックの裏面に前記半導体装置の表面電極が導通可能に接合されており、
前記表面側重ね合わせブロックは、グラファイト箔と金属箔で構成されており、前記表面電極に立てた法線が前記グラファイト箔と前記金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されており、前記グラファイト箔と前記金属箔の間が非接合状態で重ね合されており、前記法線方向から前記表面側重ね合わせブロックを観察すると前記当接面が前記表面側重ね合わせブロックの全域に亘って分布しており、
前記表面側重ね合わせブロックが、前記表面電極に導通するとともに、前記表面側冷却器と前記半導体装置の間に伝熱経路を提供し、前記表面側冷却器と前記半導体装置の間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力を緩和することを特徴とするモジュール。
【請求項２】
裏面側冷却器と裏面側重ね合わせブロックが付加されており、
前記裏面側冷却器の表面に前記裏面側重ね合わせブロックの裏面が接合されており、
前記裏面側重ね合わせブロックの表面に前記半導体装置の裏面電極が導通可能に接合されており、
前記裏面側重ね合わせブロックは、グラファイト箔と金属箔で構成されており、前記裏面電極に立てた法線が前記グラファイト箔と前記金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されており、前記グラファイト箔と前記金属箔の間が非接合状態で重ね合されており、前記法線方向から前記裏面側重ね合わせブロックを観察すると前記当接面が前記裏面側重ね合わせブロックの全域に亘って分布しており、
前記裏面側重ね合わせブロックが、前記裏面電極に導通するとともに、前記裏面側冷却器と前記半導体装置の間に伝熱経路を提供し、前記裏面側冷却器と前記半導体装置の間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力を緩和することを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記表面側重ね合わせブロックと前記半導体装置と前記裏面側重ね合わせブロックの周囲が、樹脂モールドで覆われており、
前記表面側重ね合わせブロックの前記表面と前記裏面側重ね合わせブロックの前記裏面が、前記樹脂モールドから露出していることを特徴とする請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
表面側冷却器と表面側重ね合わせブロックと表面側半導体装置と中間重ね合わせブロックと裏面側半導体装置と裏面側重ね合わせブロックと裏面側冷却器がその順序で積層されているモジュールであり、
前記表面側冷却器の裏面に前記表面側重ね合わせブロックの表面が接合されており、
前記表面側重ね合わせブロックの裏面に前記表面側半導体装置の表面電極が導通可能に接合されており、
前記表面側半導体装置の裏面電極に前記中間重ね合わせブロックの表面が導通可能に接合されており、
前記裏面側冷却器の表面に前記裏面側重ね合わせブロックの裏面が接合されており、
前記裏面側重ね合わせブロックの表面に前記裏面側半導体装置の裏面電極が導通可能に接合されており、
前記裏面側半導体装置の表面電極に前記中間重ね合わせブロックの裏面が導通可能に接合されており、
前記表面側冷却器の裏面に前記中間重ね合わせブロックの表面が接合されており、
前記裏面側冷却器の表面に前記中間重ね合わせブロックの裏面が接合されており、
前記表面側重ね合わせブロックと前記中間重ね合わせブロックと前記裏面側重ね合わせブロックは、グラファイト箔と金属箔で構成されており、前記表面側半導体装置と前記裏面側半導体装置の面電極に立てた法線が前記グラファイト箔と前記金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されており、前記グラファイト箔と前記金属箔の間が非接合状態で重ね合されており、前記法線方向から前記重ね合わせブロックを観察すると前記当接面が前記重ね合わせブロックの全域に亘って分布していることを特徴とするモジュール。
【請求項５】
前記表面側半導体装置と前記裏面側半導体装置の面電極に立てた法線が延びる方向をｚ方向とするｘ、ｙ、ｚ直交座標系を用いたときに、
前記中間重ね合わせブロックを構成するグラファイト箔はｘｚ面に沿って展開し、
前記表面側重ね合わせブロックと前記裏面側重ね合わせブロックを構成するグラファイト箔はｙｚ面に沿って展開することを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
【請求項６】
前記表面側重ね合わせブロックと前記表面側半導体装置と前記中間重ね合わせブロックと前記裏面側半導体装置と前記裏面側重ね合わせブロックの周囲が、樹脂モールドで覆われており、
前記表面側重ね合わせブロックの前記表面と前記中間重ね合わせブロックの前記表面と前記中間重ね合わせブロックの前記裏面と前記裏面側重ね合わせブロックの前記裏面が、前記樹脂モールドから露出しており、
前記表面側重ね合わせブロックの一部と前記中間重ね合わせブロックの一部と前記裏面側重ね合わせブロックの一部が、前記樹脂モールドから突出していることを特徴とする請求項４または５に記載のモジュール。
【請求項７】
請求項４または５に記載のｕ相用モジュールと、請求項４または５に記載のｖ相用モジュールと、請求項４または５に記載のｗ相用モジュールが組み合わされた複合モジュールであり、
ｕ相用モジュールの前記表面側重ね合わせブロックと、ｖ相用モジュールの前記表面側重ね合わせブロックと、ｗ相用モジュールの前記表面側重ね合わせブロックが、相互に導通可能に連続しており、
ｕ相用モジュールの前記裏面側重ね合わせブロックと、ｖ相用モジュールの前記裏面側重ね合わせブロックと、ｗ相用モジュールの前記裏面側重ね合わせブロックが、相互に導通可能に連続していることを特徴とする複合モジュール。
【請求項８】
ｕ相用モジュールの前記中間重ね合わせブロックと、ｖ相用モジュールの前記中間重ね合わせブロックと、ｗ相用モジュールの前記中間重ね合わせブロックの各々の長手方向をｘ方向とし、
ｕ相用モジュールの前記表面側重ね合わせブロックと、ｖ相用モジュールの前記表面側重ね合わせブロックと、ｗ相用モジュールの前記表面側重ね合わせブロックを兼用する部材の長手方向をｙ方向とし、
前記表面側半導体装置と前記裏面側半導体装置の面電極に立てた法線が延びる方向をｚ方向としたときに、
ｘ方向とｙ方向とｚ方向は相互に直交し、
前記中間重ね合わせブロックを構成するグラファイト箔はｘｚ面に沿って延び、
前記表面側重ね合わせブロックと前記裏面側重ね合せブロックを構成するグラファイト箔はｙｚ面に沿って延びていることを特徴とする請求項７に記載の複合モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、半導体装置と導電体と冷却器等で構成されるモジュールを開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には導電体を導通可能に接合する必要がある。半導体装置のなかには動作すると発熱するために冷却を要するものが存在する。そこで、半導体装置と導電体と冷却器をその順序で積層したモジュールが知られている。特許文献１と２に、その種のモジュールが開示されている。
【０００３】
一般に、半導体装置と導電体の熱膨張率は相違し、導電体と冷却器の熱膨張率は相違する。半導体装置に導電体を接合し、導電体に冷却器を接合すると、半導体装置が動作して発熱する状態と動作を終えて冷却される状態を繰返すことによって、半導体装置と導電体と冷却器に熱応力が作用する。その熱応力がモジュールの長期信頼性を損ねる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１９４４７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（基本課題）
上記のモジュールでは、半導体装置と冷却器の間に導電体が介在する。その導電体には次の特性が求められる。
（１）電気抵抗が低いこと。
（２）熱抵抗が低いこと（半導体装置から冷却器に効率的に伝熱すること）。
（３）柔軟に変形すること（柔軟に変形すれば、半導体装置と導電体に大きな熱応力が発生することを防止でき、導電体と冷却器に大きな熱応力が発生することを防止できる）。
しかしながら、現状の技術では、前記（１）〜（３）の全部を高いレベルで満たすことは難しい。本明細書では、前記（１）〜（３）の全部を高いレベルで満たすことができるモジュールを開示する。
【０００６】
（更なる課題１）
半導体装置のなかには、表面電極と裏面電極を備えており、半導体装置の表裏両面に冷却器を配置して冷却するものがある。本明細書で開示する実施例のなかには、この形式のモジュールにおいて前記の基本課題を解決するものがある。
【０００７】
（更なる課題２）
例えばインバータは、２個のスイッチング用半導体装置を直列に接続し、その中間点から出力用導電体を引き出す。それをモジュール化するためには、２個の半導体装置に対する導通と、２個の半導体装置の冷却と、２個の半導体装置のヒートサイクルに伴って大きな熱応力が発生するのを防止する必要がある。本明細書で開示する実施例のなかには、２個の半導体装置を備えているモジュールにおいて前記の基本課題を解決するものがある。
（更なる課題３）
３相用インバータは、ｕ相用の２個の半導体装置と、ｖ相用の２個の半導体装置と、ｗ相用の２個の半導体装置を必要する。本明細書で開示する実施例のなかには、ｕ相用回路とｖ相用回路とｗ相用回路を内蔵しているモジュールにおいて前記の基本課題を解決するものがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（基本課題に解決するモジュール）
本出願人は、電気抵抗が低く、熱抵抗が低く、柔軟に変形する特性を併せ持った部材を開発し、特許出願した（特願２０１３−２５６２３７号）。その部材の詳細については、上記特許出願の明細書と図面に開示されている。なお、この特許出願は未だ公開されておらず、公知技術に当たらない。
本発明者らは、上記の特許出願に係る部材を活用すると、基本課題を解決するモジュールを実現できることを見いだして下記モジュールを創作した。
【０００９】
本モジュールは、少なくとも、表面側冷却器と表面側重ね合わせブロックと半導体装置を備えている。半導体装置の少なくとも一面には、その面に沿って延びている面電極が形成されている。以下では、その面電極が形成されている側を表面という。半導体装置の表裏両面に面電極が形成されている場合は、冷却器と重ね合わせブロックが配置されている側を表面という。後記のように、半導体装置の表裏両面に冷却器と重ね合わせブロックを配置することがある。その場合は、いずれか一方を表面といい、他方を裏面という。
本モジュールでは、表面側冷却器の裏面に表面側重ね合わせブロックの表面が接合されており、表面側重ね合わせブロックの裏面に半導体装置の表面電極が導通可能に接合されている。表面側重ね合わせブロックは、グラファイト箔と金属箔で構成されており、表面電極に立てた法線がグラファイト箔と金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されている。グラファイト箔と金属箔は重ね合されている。ただし、グラファイト箔と金属箔は単に重ね合されているだけであって、両者は接合されていない。例えば、グラファイト箔と金属箔は当接面に沿って滑ることができる。あるいはグラファイト箔と金属箔の重ね合わせ状態が変化可能であり、両者の密着力が増大した重ね合わせ状態に変化させることもできれば、両者の密着力が低下した重ね合わせ状態に変化させることもできる。本明細書では、グラファイト箔と金属箔が単に重ね合されているだけであって、両者間にそれ以上の拘束関係が講じられていない状態を、非接合状態という。
本モジュールで用いる表面側重ね合わせブロックは、前記法線方向から観察すると、グラファイト箔と金属箔の当接面が表面側重ね合わせブロックの全域に亘って分布していることを特徴とする。例えば、長尺のグラファイト箔と長尺の金属箔を重ね合わせた長尺多層箔を多重に巻くことで、半径方向の内側から外側に至るまでの全域に、グラファイト箔と金属箔の当接面が存在することとなる。そのような場合を、重ね合わせブロックの全域に亘って当接面が分布しているという。長尺多層箔を多重に巻く際に巻芯を用いることがある。その巻芯がある場合を含めて、重ね合わせブロックの全域に亘って当接面が分布しているという。
長尺多層箔を多重に巻いた状態を保持するために、最外周に位置する箔の端部を溶接等することによって、巻いた状態に維持することがある。あるいは外周を金属箔等で拘束することによって、巻いた状態に維持することがある。この場合、最外周の箔は柔軟に変形する。最外周の箔が柔軟に変形することから、グラファイト箔と金属箔は当接面に沿って滑ることができる。あるいはグラファイト箔と金属箔の密着力が増大した重ね合わせ状態に変化させることもできれば、密着力が低下した重ね合わせ状態に変化させることもできる。最外周にあって巻いた状態を保持する箔は、グラファイト箔と金属箔を重ね合わせた状態に維持するものであって、それ以上には拘束しない。最外周にあって巻いた状態を維持する箔は、グラファイト箔と金属箔を非接合状態に重ね合わせた状態を維持する。
第１グラファイト箔、第１金属箔、第２グラファイト箔、第２金属箔、第３グラファイト箔、第３金属箔等・・の順で次々に積層した積層体の外周を取り囲む箔についても同様であり、外周を取り囲む箔が柔軟に変形する限り、その箔はグラファイト箔と金属箔を単に重ね合わせた状態に維持するものであり、グラファイト箔と金属箔を非接合状態に維持するものである。
【００１０】
半導体装置の表面電極と表面側冷却器の裏面の間に前記した重ね合わせブロックが介在していると、下記の現象が得られる。（１）グラファイト箔と金属箔は、両者とも当接面に沿った方向の電気抵抗が低い。重ね合わせブロックは電気抵抗が低い導電体でもある。（２）グラファイト箔は半導体装置側から冷却器側に向けて連続的に延びている。グラファイト箔は、当接面に沿った方向の熱抵抗が非常に低い。重ね合わせブロックを介在させても、半導体装置と冷却器の間の熱抵抗を低い値に維持できる。（３）重ね合わせブロックは柔軟に変形する。グラファイト箔と金属箔は非接合状態にあり、相互に滑ったり、強く重なり合ったり、当接力が低下するように柔軟に変形する。半導体装置に対して冷却器が膨張・収縮するような際には、重ね合わせブロックが柔軟に変形するために、半導体装置に過度な応力が発生することもなければ、冷却器に過度な応力が発生することもない。応力緩和性が高い。
上記の重ね合わせブロックを用いると、表面側重ね合わせブロックが導電体となって表面電極に導通する。さらに、表面側重ね合わせブロックが、半導体装置と表面側冷却器の間に伝熱経路を提供し、半導体装置と表面側冷却器の間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力を緩和する。上記の重ね合わせブロックは、電気抵抗が低く、熱抵抗が低く、応力緩和性が高い。上記した重ね合わせブロックを利用すると、モジュールの長期信頼性が向上する。
【００１１】
（更なる課題１を解決するモジュール）
半導体装置が表面電極と裏面電極を備えており、表面側冷却器と裏面側冷却器で半導体装置を冷却する場合がある。その場合には、重ね合わせブロックを表裏両面に活用する。この場合のモジュールは、前記基本構成に加えて、裏面側冷却器と裏面側重ね合わせブロックを備えている。裏面側冷却器の表面に裏面側重ね合わせブロックの裏面が接合されており、裏面側重ね合わせブロックの表面に半導体装置の裏面電極が導通可能に接合されている。裏面側重ね合わせブロックは、表面側重ね合わせブロックと同一の構成を備えている。すなわちグラファイト箔と金属箔で構成されており、半導体装置の裏面電極に立てた法線がグラファイト箔と金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されている。グラファイト箔と金属箔の間は非接合状態で重ね合されており、前記法線方向から裏面側重ね合わせブロックを観察すると前記当接面が裏面側重ね合わせブロックの全域に亘って分布している。
上記のモジュールによると、裏面側重ね合わせブロックが導電体となって裏面電極に導通するとともに、半導体装置と裏面側冷却器の間に伝熱経路を提供し、半導体装置と裏面側冷却器の間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力を緩和する。
【００１２】
表面側冷却器と表面電極を絶縁し、裏面側冷却器と裏面電極を絶縁する必要がある場合には、表面側冷却器の裏面と表面側重ね合わせブロックの表面の間に表面側絶縁板を介在させ、裏面側冷却器の表面と裏面側重ね合わせブロックの裏面の間に裏面側絶縁板を介在させる。それによって絶縁が確保される。ここでいう絶縁板は、冷却器に固定されているものであってもよいし、冷却器から分離可能なものでもよい。冷却器の表面に絶縁層が形成されている場合には、絶縁板を省略することができる。本明細書で冷却器と重ね合わせブロックを接合するという場合は、両者の間に絶縁板が介在した状態で接合する場合を含む。冷却器自体が絶縁材料で形成されていることがあることから、絶縁板または絶縁層が不可欠というものではない。
【００１３】
モジュールの信頼性と耐久性を向上させるためには、表面側重ね合わせブロックと半導体装置と裏面側重ね合わせブロックの周囲を樹脂モールドで覆うことが好ましい。ここでいう樹脂モールドは、半導体装置等の周囲に溶融樹脂を充填して硬化させたものをいう。樹脂モールドで被覆する場合は、伝熱経路を確保するために、表面側重ね合わせブロックの表面と裏面側重ね合わせブロックの裏面が、樹脂モールドから露出する関係とする。すると、表面側重ね合わせブロックと表面側冷却器が樹脂モールドを介さないで接合し、裏面側重ね合わせブロックと裏面側冷却器が樹脂モールドを介さないで接合する関係を得ることができる。
【００１４】
（更なる課題２を解決するモジュール）
２個の半導体半導体装置を内蔵するモジュールが必要とされる場合がある。ここでは、一方の半導体装置を表面側半導体装置といい、他方の半導体装置を裏面側半導体装置という。上記のモジュールでは、表面側半導体装置の裏面電極と裏面側半導体装置の表面電極が向かい合う関係となり、それらの電極間に導電体と冷却器を配置することは難しい。本明細書に開示するモジュールでは、導電体と伝熱体を兼用する部材を利用する。
更なる課題２を解決するモジュールでは、表面側冷却器と表面側重ね合わせブロックと表面側半導体装置と中間重ね合わせブロックと裏面側半導体装置と裏面側重ね合わせブロックと裏面側冷却器がその順序で積層されている。以下の特徴を備えている。
表面側冷却器の裏面に表面側重ね合わせブロックの表面が接合されている。表面側重ね合わせブロックの裏面に表面側半導体装置の表面電極が導通可能に接合されている。表面側半導体装置の裏面電極に中間重ね合わせブロックの表面が導通可能に接合されている。
裏面側冷却器の表面に裏面側重ね合わせブロックの裏面が接合されている。裏面側重ね合わせブロックの表面に裏面側半導体装置の裏面電極が導通可能に接合されている。裏面側半導体装置の表面電極に中間重ね合わせブロックの裏面が導通可能に接合されている。
更なる課題２を解決するモジュールでは、表面側冷却器の裏面に中間重ね合わせブロックの表面が接合されている。同様に、裏面側冷却器の表面に中間重ね合わせブロックの裏面が接合されている。
表面側重ね合わせブロックと中間重ね合わせブロックと裏面側重ね合わせブロックは、前記したものと同じである。すなわち、グラファイト箔と金属箔で構成されており、表面側半導体装置と裏面側半導体装置の面電極に立てた法線がグラファイト箔と金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されている。グラファイト箔と金属箔の間が非接合状態で重ね合されている。前記法線方向から重ね合わせブロックを観察すると、前記当接面が重ね合わせブロックの全域に亘って分布している。
【００１５】
上記のモジュールの場合、表面側冷却器と表面側半導体装置の表面電極の間に、「基本課題を解決するモジュール」の項目で記載した事象が得られる。また裏面側冷却器と裏面側半導体装置の裏面電極の間でも、「更なる課題１を解決するモジュール」の項目で記載した事象が得られる。
表面側半導体装置の裏面電極と裏面側半導体装置の表面電極には、中間重ね合わせブロックが接合される。その中間重ね合わせブロックは、グラファイト箔と金属箔で構成されている。グラファイト箔と金属箔の当接面に沿った方向の電気抵抗が低いことから、表面側半導体装置の裏面電極と裏面側半導体装置の表面電極に対する低抵抗な導通路が確保される。
中間重ね合わせブロックは表面側冷却器と裏面側冷却器に接合されている。中間重ね合わせブロックを構成するグラファイト箔は、表面側半導体装置の裏面電極から表面側冷却器と裏面側冷却器まで連続的に延びている。グラファイト箔の展開面に沿った方向の熱抵抗が非常に低い。熱抵抗の低い中間重ね合わせブロックによって、表面側半導体装置の裏面電極から表面側冷却器と裏面側冷却器に至る伝熱経路が確保され、その伝熱経路の熱抵抗が低く抑えられる。同様に、裏面側半導体装置の表面電極から表面側冷却器と裏面側冷却器に至るまでの伝熱経路の熱抵抗が低く抑えられる。
しかも中間重ね合わせブロックは柔軟に変形する。表面側半導体装置にも裏面側半導体装置にも中間重ね合わせブロックにも表面側冷却器にも裏面側冷却器にも大きな応力が発生することがない。中間重ね合わせブロックが応力をよく緩和する。
表面側冷却器の裏面と表面側重ね合わせブロックの表面との間に表面側絶縁板を介在させ、裏面側冷却器の表面と裏面側重ね合わせブロックの裏面との間に裏面側絶縁板を介在させれば絶縁状態を確保できる。
【００１６】
表面側重ね合わせブロックと裏面側重ね合せブロックを構成するグラファイト箔の展開面と、中間重ね合せブロックを構成するグラファイト箔の展開面が直交する関係におくことが好ましい。グラファイト箔の展開面に沿った方向の熱膨張率は低い。上記の直交関係があると、グラファイト箔が直交する２方向に向けたモジュールの変形を抑制する。樹脂モールドで封止して保護する必要をなくすことが可能となる。
【００１７】
表面側重ね合わせブロックと表面側半導体装置と中間重ね合わせブロックと裏面側半導体装置と裏面側重ね合わせブロックの周囲を樹脂モールドで覆えば、モジュールの信頼性と耐久性が向上する。
表面側重ね合わせブロックの表面と中間重ね合わせブロックの表面が樹脂モールドから露出していれば、表面側重ね合わせブロックと中間重ね合わせブロックを表面側冷却器に接合することができる。裏面側重ね合わせブロックの裏面と中間重ね合わせブロックの裏面が樹脂モールドから露出していれば、裏面側重ね合わせブロックと中間重ね合わせブロックを裏面側冷却器に接合することができる。
表面側重ね合わせブロックの一部と中間重ね合わせブロックの一部と裏面側重ね合わせブロックの一部が樹脂モールドから突出していると、その突出部に導電体を接続することができ、モジュールに対する電気的導通路を完成することが可能となる。
【００１８】
（更なる課題３を解決するモジュール）
表面側半導体装置と裏面側半導体装置で１相分を構成できる。３相用の場合は、ｕ相用回路と、ｖ相用回路と、ｗ相用回路を複合してモジュール化することができる。このときには、ｕ相用の表面側重ね合せブロックと、ｖ相用の表面側重ね合せブロックと、ｗ相用の表面側重ね合せブロックを、一つの部材で構成することができる。それらのブロックは同電位となるからである。同様に、ｕ相用の裏面側重ね合せブロックと、ｖ相用の裏面側重ね合せブロックと、ｗ相用の裏面側重ね合せブロックを、一つの部材で構成することができる。
【００１９】
本明細書でいう「箔」は、半導体装置と冷却器等の間の相対的膨張・収縮に伴って簡単に撓むことができる可撓性が出現する程度にまで薄くされたものをいい、簡単には撓まない「板」と対比すべきものである。フィルム・シートと称されるものも「箔」の一種である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施例のモジュールの分解斜視図。
【図２】第２実施例のモジュールの分解斜視図。
【図３】第２実施例のモジュールの回路図。
【図４】第３実施例のモジュールの分解斜視図。
【図５】図４のV-V線断面図。
【図６】図５のVI-VI線断面図。
【図７】第３実施例のモジュールの平面図。
【図８】第３実施例のモジュールの回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本明細書で開示する技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
（第１特徴）グラファイト箔とアルミ箔によって重ね合わせブロックを形成する。金属箔にアルミ箔を用いる。
（第２特徴）グラファイト箔と金属箔を重ね合わせた物の外周を金属箔で包んで外形を拘束する
（第３特徴）グラファイト箔と金属箔を重ね合わせた長尺物を巻き、最外周金属箔をその内側にある金属箔に固定して巻いた状態を維持する。
（第４特徴）中間重ね合わせブロックはほぼH字形状をしている。
（第５特徴）グラファイト箔と金属箔の当接面は、重ね合わせブロックの長手方向に延びている。
【実施例】
【００２２】
（基本課題と、更なる課題１を解決する実施例）
図１は、表面側冷却器２０ａと、表面側重ね合わせブロック３０ａと、半導体装置４０と、裏面側重ね合わせブロック３０ｂと、裏面側冷却器２０ｂを順に積層して構成した第１実施例のモジュール１０の分解斜視図を示している。
表面側冷却器２０ａは、熱抵抗が低い金属（アルミ）で形成されており、内部に冷却液の通過経路が形成されている。表面側冷却器２０ａには、冷却液の流入管と流出管が形成されている。裏面側冷却器２０ｂは、表面側冷却器２０ａと同じ形状と構造である。表面側冷却器２０ａの裏面と裏面側冷却器２０ｂの表面には、絶縁層が形成されており、それによって、後記する重ね合わせブロックと冷却器の間の絶縁を確保している。表面側冷却器２０ａの裏面と裏面側冷却器２０ｂの表面は、ｘｙ面に沿って延びている。
表面側重ね合わせブロック３０ａは、多数枚のグラファイト箔３２ａと多数枚の金属箔３４ａが交互に重ね合されたブロック３６ａと、そのブロック３６ａに導通可能に接続されている金属板３８ａで構成されている。金属板３８ａはｙ方向に長く延びており、個々のグラファイト箔３２ａと個々の金属箔３４ａはｙｚ面に沿って延びている。グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａの当接面は、半導体装置４０の表面電極に立てた法線（ｚ軸）に沿って延び、表面側重ね合わせブロック３０ａの長手方向（ｙ軸）に沿って延びている。なお、図では、個々のグラファイト箔３２ａと個々の金属箔３４ａの厚みが実際よりも厚く表示されている。実際の積層枚数はもっと多い。裏面側重ね合わせブロック３０ｂは、表面側重ね合わせブロックと同じ構造と形状に形成されている。
半導体装置４０は、図示しない表面電極と裏面電極を備えており、その他に図示しない制御電極を備えている。半導体装置４０は、制御電極に加える電圧によって、表面電極と裏面電極の間の抵抗を切換える。大電流をスイッチングするものであり、動作すると発熱する。冷却しないと半導体装置４０が過熱することから、冷却を要する。
【００２３】
半導体装置４０の表面電極と表面側冷却器２０ａの裏面の間に金属板を介在させれば、その金属板が導電体となって半導体装置４０の表面電極に対する導電路が確保される。しかし、金属板の熱抵抗は、本実施例で用いる重ね合わせブロックの熱抵抗よりも大きい。金属板を介在させる技術では、半導体装置４０と表面側冷却器２０ａの間の熱抵抗が大きくなってしまい、半導体装置４０が過熱してしまう。また、半導体装置４０の熱膨張係数と金属板の熱膨張係数が相違することから、半導体装置と金属板に大きな熱応力が発達し、それがモジュールの長期信頼性を損ねる。その問題を解決するために、半導体装置４０の表面電極と表面側冷却器２０ａの裏面の間に、表面側重ね合わせブロック３０ａを用いる。
【００２４】
図１の第１実施例では、多数枚のグラファイト箔３２ａと多数枚の金属箔３４ａを交互に重ね合わせてブロック３６ａを形成している。グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａは単に重ね合わされているだけで、それ以上の拘束関係はない。重ね合わせた形状を維持するために、ブロック３６ａの外周側面は、金属箔で包まれている。最外周を覆っている金属箔は柔軟であって、グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａが変形・変位することを妨げない。また、金属板３８ａは最外周を覆っている金属箔に導通し、各々のグラファイト箔３２ａと各々の金属箔３４ａは、ブロック３６ａの最外周を覆っている金属箔に導通している。全部のグラファイト箔３２ａと全部の金属箔３４ａが、金属板３８ａに導通している。
【００２５】
ブロック３６ａの表面は、表面側冷却器２０ａの裏面にろう付けされている。ブロック３６ａの裏面は、半導体装置４０の表面電極にろう付けされている。モジュール１０を形成した段階では、表面側重ね合わせブロック３６ａの表面は表面側冷却器２０ａで拘束され、表面側重ね合わせブロック３６ａの裏面は半導体装置４０で拘束されている。
【００２６】
裏面側冷却器２０ｂと裏面側重ね合わせブロック３０ｂと半導体装置４０の関係は、表面側に同じである。ただし、表面側と裏面側では、上下関係が反転している。表面側部材の裏面が裏面側部材の表面となり、表面側部材の表面が裏面側部材の裏面となる。実質的に重複する説明は省略する。参照番号４０ｐは、裏面側重ね合せブロック３０ｂの表面と半導体装置４０の裏面電極が接する範囲を示し、参照番号３６ｐは、裏面側重ね合せブロック３６ｂの裏面と裏面側冷却器２０ｂの表面が接する範囲を示している。
【００２７】
半導体装置４０の表面電極には表面側重ね合わせブロック３０ａを介して給電される。金属板３８ａも金属箔３４ａもグラファイト箔３２ａも導電体である。金属箔３４ａとグラファイト箔３２ａのｙ方向の電気抵抗は低い。同様に、半導体装置４０の裏面電極には裏面側重ね合わせブロック３０ｂを介して給電される。
半導体装置４０が動作すると、半導体装置４０が発熱する。半導体装置４０の温度＞表面側重ね合わせブロック３０ａの温度＞表面側冷却器２０ａの温度の関係となる。本実施例では、表面側重ね合わせブロック３０ａを構成するグラファイト箔３２ａがｚ方向に延びて半導体装置４０と表面側冷却器２０ａの間に伝熱経路を提供している。ｚ方向に延びているグラファイト箔３２ａの熱抵抗は、金属板３８ａの熱抵抗よりも低い。半導体装置４０と表面側冷却器２０ａの間の熱抵抗は非常に低い。金属板３８ａで伝熱する場合に比して、半導体装置４０と表面側冷却器２０ａの温度差は小さく抑えられる。
裏面側も同じであって、半導体装置４０と裏面側冷却器２０ｂの温度差は小さく抑えられる。
【００２８】
半導体装置４０の熱膨張率に比して表面側冷却器２０ａの熱膨張率が格段に大きいために、半導体装置４０が発熱すると、半導体装置４０に比して表面側冷却器２０ａの方が相対的に大きく膨張する。図示の場合、半導体装置４０に対して表面側冷却器２０ａが、ｘ方向にもｙ方向にも膨張する。
表面側重ね合わせブロック３０ａの表面は表面側冷却器２０ａで拘束され、表面側重ね合わせブロック３０ａの裏面は半導体装置４０に拘束されている。半導体装置４０に比して表面側冷却器２０ａの方が相対的に大きく膨張するのに追従して、表面側重ね合わせブロック３０ａの裏面に比して表面の方が相対的に大きく変形すれば、半導体装置４０にも表面側冷却器２０ａにも大きな熱応力が発生しない。
【００２９】
表面側重ね合わせブロック３０ａでは、グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａが重ね合わされているだけであり、グラファイト箔３２ａと金属箔３４ａは当接面に沿って滑ることもできれば、両者の密着力が増大した状態に変化することもできれば、両者の密着力が低下した状態に変化することもできる。表面側重ね合わせブロック３０ａは、柔軟に変形できる。半導体装置４０に対して表面側冷却器２０ａが膨張・収縮する際には、重ね合わせブロック３０ａが柔軟に変形する。半導体装置４０に対して表面側冷却器２０ａが膨張・収縮しても、半導体装置４０に大きな熱応力が発生することもなければ、表面側冷却器２０ａに大きな熱応力が発生することもない。さらに、表面側重ね合わせブロック３０ａ自体にも大きな熱応力が発生することがない。
裏面側重ね合わせブロック３０ｂも、前記と同様の応力緩和作用を発揮する。半導体装置４０に大きな熱応力が発生することもなければ、裏面側冷却器２０ｂに大きな熱応力が発生することもなければ、裏面側重ね合わせブロック３０ｂにも大きな熱応力が発生することもない。
図１に示すモジュール１０では、半導体装置４０の表面電極に対する導電路の電気抵抗が低く、半導体装置４０と表面側冷却器２０ａの間の伝熱経路の熱抵抗が低く、十分に柔軟な重ね合わせブロック３０ａを利用することで大きな熱応力が発生するのを防止している。同様に、半導体装置４０の裏面電極に対する導電路の電気抵抗が低く、半導体装置４０と裏面側冷却器２０ｂの間の伝熱経路の熱抵抗が低く、十分に柔軟な重ね合わせブロック３０ｂを利用することで大きな熱応力が発生するのを防止している。
【００３０】
本実施例では、各々のグラファイト箔３２ａと各々の金属箔３４ａが、ｙｚ面に沿って延びている。この場合、ブロック３６ａのｙ方向の電気抵抗が低い。そのために、金属板３８ａを用いるのに代えて、ブロック３６自体をｙ方向に長くのばして導電路としてもよい。金属板３８ａを併用する場合には、各々のグラファイト箔３２ａと各々の金属箔３４ａがｘｚ面に沿って延びるようにしてもよい。また、重ね合わせブロック３６は、長尺のグラファイト箔と長尺の金属箔を重ねたものを多重に巻くことで形成してもよい。
【００３１】
図１では図示されていないが、表面側重ね合わせブロック３０ａと半導体装置４０と裏面側重ね合わせブロック３０ｂを接合したものを、射出成形型内に収容し、表面側重ね合わせブロック３０ａと半導体装置４０と裏面側重ね合わせブロック３０ｂの周囲に溶融樹脂を充填し、その溶融樹脂が硬化した樹脂モールドで半導体装置４０等を封止することができる。それによってモジュールの信頼性と耐久性を向上させることができる。
樹脂モールドは、その表面近傍の外形を仮想線９０で示すように、ブロック３６ａの側方を覆う。重ね合わせブロック３０ａの一部は樹脂モールドから突出し、図示しない導電体に接続可能となっている。樹脂モールド９０の表面はブロック３６ａの表面と面一であり、ブロック３６ａの表面は樹脂モールド９０の表面に露出している。そのために、ブロック３６ａの表面を表面側冷却器２０ａの裏面に（樹脂モールドを介することなく）接合することができる。同様に、樹脂モールド９０の裏面は裏面側ブロック３６ｂの裏面と面一であり、裏面側ブロック３６ｂの裏面は樹脂モールド９０の裏面に露出している。そのために、ブロック３６ｂの裏面を裏面側冷却器２０ｂの表面に（樹脂モールドを介することなく）接合することができる。
【００３２】
本実施例では、裏面側にも表面側と同じ構造を配置している。本実施例は、半導体装置４０が表裏両面に電極を備えており、表裏両面に冷却器を配置する場合に対応するものである。すなわち、更なる課題１の解決に向けたものである。
それに対して、半導体装置４０の裏面が絶縁基板に固定されている場合もあるし、半導体装置４０の裏面が大気にさらされている場合もある。そのような場合は、表面側冷却器２０ａと表面側重ね合わせブロック３０ａを用いるものの、裏面側冷却器２０ｂと裏面側重ね合わせブロック３０ｂは用いない。上記のケースでは、表面側冷却器２０ａと表面側重ね合わせブロック３０ａを用いるだけで、課題（基本的課題）が解決される。
【００３３】
（基本課題と更なる課題２を解決する実施例）
図２に示すように、この実施例のモジュール８０は、２個の半導体装置４０ａ，４０ｂを内蔵する。この明細書では、一方の半導体装置４０ａを表面側半導体装置といい、他方の半導体装置４０ｂを裏面側半導体装置という。図２では、表面側半導体装置４０ａと表面側重ね合わせブロック３０ａが、中間重ね合わせブロック７０に対して組み付けられた位置に示され、裏面側半導体装置４０ｂと裏面側重ね合わせブロック３０ｂが、中間重ね合わせブロック７０から分離した状態で示されている。添え字ａは表面側の部材であることを示し、添え字ｂは裏面側の部材であることを示し、図１と参照番号が同じ部材は、図１の部材に対応することを示している。
【００３４】
図３に示すように、表面側半導体装置４０ａはダイオードとＩＧＢＴを内蔵している。同様に、裏面側半導体装置４０ｂもダイオードとＩＧＢＴを内蔵している。表面側半導体装置４０ａの表面電極は、ＩＧＢＴのドレイン電極であり、導電体でもある表面側重ね合わせブロック３０ａを介して、直流電源の正極に接続される。実際には、後記する樹脂モールド９０から突出する金属板３８ａを利用して直流電源の正極に接続される。裏面側半導体装置４０ｂの裏面電極は、ＩＧＢＴのソース電極であり、導電体でもある裏面側重ね合わせブロック３０ｂを介して、直流電源の負極に接続される。実際には、後記する樹脂モールド９０から突出する金属板３８ｂを利用して直流電源の負極に接続される。表面側半導体装置４０ａの裏面電極はＩＧＢＴのソース電極であり、裏面側半導体装置４０ｂの表面電極はＩＧＢＴのドレイン電極であり、両者は導電体でもある中間重ね合わせブロック７０によって接続される。２個のＩＧＢＴを直列に接続した電子回路が得られる。中間重ね合わせブロック７０の一部７８は、樹脂モールド９０から突出しており、その突出部７８に導電体を接続することができる。なお、ＩＧＢＴのゲート電極に制御電圧を加える端子も、図示はしないものの樹脂モールド９０から突出している。モジュール８０は図３に示す昇圧コンバータ回路を内蔵している。
【００３５】
図２に示すように、表面側半導体装置４０ａの表面電極に表面側重ね合わせブロック３０ａの裏面が接合され、表面側重ね合わせブロック３０ａの表面に表面側冷却器２０ａの裏面が接合される。表面側冷却器２０ａの裏面は絶縁層で被覆されており、導電体である表面側重ね合わせブロック３６ａと表面側冷却器２０ａの間が絶縁されている。表面側重ね合わせブロック３０ａは、図１で説明した重ね合わせブロック３０と同じ構造と同じ形状を備えおり、ｙｚ面内を延びるグラファイト箔３２ａと金属箔３４ａが交互に多数枚が積層されてブロック３６ａを形成し、そこから金属板３８ａが延びている。金属板３８ａは樹脂モールド９０から突出する。上記構成によって得られる作用効果は図１を参照して説明したとおりであり、表面側半導体装置４０ａの表面電極に対する低電気抵抗の導電路が確保され、表面側半導体装置４０ａから表面側冷却器２０ａに至る低熱抵抗な伝熱経路が確保され、表面側半導体装置４０ａと表面側重ね合わせブロック３０ａと表面側冷却器２０ａに大きな熱応力が発生するのを防止する。
【００３６】
裏面側も同様であり、裏面側半導体装置４０ｂの裏面電極に裏面側重ね合わせブロック３０ｂの表面が接合され、裏面側重ね合わせブロック３０ｂの裏面に裏面側冷却器２０ｂの表面が接合される。表面側と同じ関係が得られ、裏面側半導体装置４０ｂの裏面電極に対する低電気抵抗な導電路が確保され、裏面側半導体装置４０ｂから裏面側冷却器２０ｂに至る低熱抵抗な伝熱経路が確保され、裏面側半導体装置４０ｂと裏面側重ね合わせブロック３０ｂと裏面側冷却器２０ｂに大きな熱応力が発生するのを防止する。
【００３７】
表面側半導体装置４０ａの裏面電極は中間重ね合わせブロック７０の表面に接合され、裏面側半導体装置４０ｂの表面電極は中間重ね合わせブロック７０の裏面に接合される。中間重ね合わせブロック７０は、Ｈ型ブロック７６と、それに導通可能に接合されている金属板７８で形成されている。Ｈ型ブロック７６は、Ｈ型をしているグラファイト箔７２と、Ｈ型をしている金属箔７４が、交互にｙ方向に重ね合わせることで形成されている。各々のグラファイト箔７２と金属箔７４は、ｘｚ面内を延びている。グラファイト箔７２と金属箔７４は単に重ね合されているだけで、それ以上の拘束関係は講じられていない。重ね合わせた状態を維持するために、Ｈ型ブロック７６の外表面は薄い金属箔で被覆されている。その金属箔は極めて柔軟であり、Ｈ型ブロック７６を形成するグラファイト箔７２と金属箔７４が柔軟に変形することを邪魔しない。Ｈ型ブロック７６のｘ方向とｚ方向の熱抵抗と電気抵抗は低い。Ｈ型ブロック７６から延びている金属板７８の先端は、樹脂モールド９０から突出している。
【００３８】
Ｈ型ブロック７６は、ｘ方向の両端部からｚ方向に延びる２本の重ね合わせ部を備えている。各々のｚ方向重ね合わせ部の表面は、表面側ブロック３６ａの表面と面一である。また、各々のｚ方向重ね合わせ部の裏面は、裏面側ブロック３６ｂの裏面と面一である。
【００３９】
表面側重ね合わせブロック３０ａと表面側半導体装置４０ａの側方（中間重ね合わせブロック７０との隙間を含む）と、裏面側重ね合わせブロック３０ｂと裏面側半導体装置４０ｂの側方（中間重ね合わせブロック７０との隙間を含む）と、中間重ね合わせブロック７０の側方は、樹脂モールド９０で覆われている。ただし、表面側ブロック３６ａの表面とＨ型ブロック７６の表面は、樹脂モールド９０の表面に露出している。また、裏面側ブロック３６ｂの裏面とＨ型ブロック７６の裏面は、樹脂モールド９０の裏面に露出している。
樹脂モールド９０の表面に表面側冷却器２０ａの裏面を被せると、表面側重ね合わせブロック３０ａの表面と中間重ね合わせブロック７０の表面が、表面側冷却器２０ａの裏面に接触する。樹脂モールド９０の裏面に裏面側冷却器２０ｂの表面を被せると、裏面側重ね合わせブロック３０ｂの裏面と中間重ね合わせブロック７０の裏面が、裏面側冷却器２０ｂの表面に接触する。
表面側重ね合わせブロック３０ａは、表面側半導体装置４０ａと表面側冷却器２０ａの間に低熱抵抗な伝熱経路を提供する。裏面側重ね合わせブロック３０ｂは、裏面側半導体装置４０ｂと裏面側冷却器２０ｂの間に低熱抵抗な伝熱経路を提供する。さらに、中間重ね合わせブロック７０は、表面側半導体装置４０ａと裏面側半導体装置４０ｂと表面側冷却器２０ａと裏面側冷却器２０ｂの間に低熱抵抗な伝熱経路を提供する。
【００４０】
上記実施例によると、中間重ね合わせブロック７０を利用することで、表面側半導体装置４０ａの裏面電極と裏面側半導体装置４０ｂの表面電極に対する低電気抵抗な導電路が確保され、表面側半導体装置４０ａの裏面電極から表面側冷却器２０ａに至る低熱抵抗な伝熱路が確保され、表面側半導体装置４０ａの裏面電極から裏面側冷却器２０ｂに至る低熱抵抗な伝熱路が確保され、裏面側半導体装置４０ｂの表面電極から表面側冷却器２０ａに至る低熱抵抗な伝熱路が確保され、裏面側半導体装置４０ｂの表面電極から裏面側冷却器２０ｂに至る低熱抵抗な伝熱路が確保され、表面側冷却器２０ａと表面側重ね合わせブロック３０ａと表面側半導体装置４０ａと中間重ね合わせブロック７０と裏面側半導体装置４０ｂと裏面側重ね合わせブロック３０ｂと裏面側冷却器２０ｂに大きな熱応力が発生するのを防止する。
【００４１】
上記の実施例では、表面側重ね合わせブロック３０ａと裏面側重ね合せブロック３０ｂを構成するグラファイト箔３２ａ，３２ｂはｙｚ面に沿って展開しており、中間重ね合せブロック７０を構成するグラファイト箔７２はｘｚ面に沿って展開しており、両者の展開面が直交している。グラファイト箔の展開面に沿った方向の熱膨張率は非常に低い。グラファイト箔３２ａ，３２ｂは、モジュールがｙ方向に変形することを抑制し、ｚ方向に変形することを抑制する。グラファイト箔７２は、モジュールがｘ方向に変形することを抑制し、ｚ方向に変形することを抑制する。グラファイト箔３２ａ，３２ｂ，７２によって、モジュールがｘ、ｙ，ｚの全方向に向けて変形することが抑制される。モジュールが直交する３つの全方向について変形することが抑制されると、樹脂モールドで封止して保護する必要をなくすことできる。樹脂モールドを不用化することができる。
【００４２】
（３相インバータ回路をモジュール化した実施例）
図４に示すように、３相インバータ回路をモジュール化することができる。この場合は各相に対して図２の構造を用いる。添え字は、ｕ相、ｖ相、ｗ相を示している。図８に示すように、表面側半導体装置４０ａｕ、４０ａｖ，４０ａｗのドレインは、共通電位に接続する。そこで、図４に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相に亘って延びる金属板３８ａを利用する。金属板３８ａには３つの開孔が形成されており、そこに、ｕ相用表面側重ね合わせブロック３６ａｕ、ｖ相用表面側重ね合わせブロック３６ａｖ、ｗ相用表面側重ね合わせブロック３６ａｗがはめ込まれている。金属板３８ａとブロック３６ａｕ，３６ａｖ，３６ａｗを組み合わせる代わりに、図４の仮想線に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相に亘って延びる一個の重ね合わせブロック３０ａを利用してもよい。各グラファイト箔３２ａと各金属箔３４ａがｙ方向に長く延びていれば、必要な導通性を確保することができる。
同様に、図８に示すように、裏面側半導体装置４０ｂｕ、４０ｂｖ，４０ｂｗのソースは、共通電位に接続する。そこで、図４に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相に亘って延びる金属板３８ｂを利用する。金属板３８ｂには３つの開孔が形成されており、そこに、ｕ相用裏面側重ね合わせブロック３６ｂｕ、ｖ相用裏面側重ね合わせブロック３６ｂｖ、ｗ相用裏面側重ね合わせブロック３６ｂｗがはめ込まれている。金属板３８ｂとブロック３６ｂｕ，３６ｂｖ，３６ｂｗを組み合わせる代わりに、図示はしないが、ｕ相、ｖ相、ｗ相に亘って延びる一個の重ね合わせブロックを利用してもよい。各グラファイト箔３２ｂと各金属箔３４ｂがｙ方向に長く延びていれば、必要な導通性を確保することができる。
この実施例では、ｕ相用とｖ相用とｗ相用の回路が、共通の樹脂モールド９０に封止されている。金属板３８ａ，３８ｂ，７８ｕ，７８ｖ，７８ｗの一端が樹脂モールド９０の外に延びている。
【００４３】
図５は図４のＶ−Ｖ線断面図を示す。冷却器２０ａ，２０ｂの内部にある冷却液経路の断面が図示されている。参照番号２２ａは表面側冷却器２０ａの裏面に沿って延びる絶縁板であり、参照番号２２ｂは裏面側冷却器２０ｂの表面に沿って延びる絶縁板である。絶縁板２２ａ，２２ｂは、冷却器に固定されていてもよいし、冷却器の表面に形成されていてもよい。樹脂モールド９０が、異なる電位の導電体の間を絶縁していることがわかる。
【００４４】
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図を示し、図７はモジュールの平面図を示す。参照番号４２は、制御端子を示す。ｕ相用制御端子４２ｕとｖ相用制御端子４２ｖとｗ相用制御端子４２ｗは、樹脂モールド９０外に延びている。表面側重ね合わせブロック３０ａｕ，３０ａｖ，３０ａｗの表面と、Ｈ側重ね合わせ合わせブロック７０ｕ，７０ｖ，７０ｗの表面が、樹脂モールド９０の表面に露出している。同様に、図示はしないが、裏面側重ね合わせブロック３０ｂｕ，３０ｂｖ，３０ｂｗの裏面と、Ｈ側重ね合わせブロック７０ｕ，７０ｖ，７０ｗの裏面が、樹脂モールド９０の裏面に露出している。
【００４５】
上記実施例では、３個の表面側ブロック３６ａｕ，３６ａｖ，３６ａｗを金属板３８ａに組み付けることで表面側重ね合せブロック３０ａを構成している。これに代えて、ｕ相・ｖ相・ｗ相に跨って延びるグラファイト箔３２ａと金属箔３４ａの重ね合わせブロック３６ａ自体を表面側重ね合せブロック３０ａとしてもよい。すなわち、金属板３８ａを用いない実施例がある。表面側重ね合わせブロック３０ａを構成するグラファイト箔３２ａと金属箔３４ａの当接面が、半導体装置４０ａの表面に対して垂直であり（すなわちｚ方向に延びており）、表面側重ね合わせブロック３０ａの長手方向に延びていれば（すなわちｙ方向に延びていれば）、必要な伝熱性と導電性を確保することができる。表面側重ね合わせブロック３０ａ自体を導電体として用いるために金属板３８ａを用いない場合、図７の平面図では、ｙ方向に長い表面側重ね合わせブロック３０ａの表面がモジュールの表面に露出し、表面側冷却器に密着する。裏面側重ね合わせブロック３０ｂについても同様である。
上記の実施例では、グラファイト箔３２ａ、３２ｂがｙｚ方向に延びている。グラファイト箔は、その展開面に沿った方向の熱膨張率が非常に低い。そのために、図４のモジュールのｙ方向の変形率とｚ方向の変形率は非常に低い。また、グラファイト箔７２がｘｚ方向に延びている。そのために、図４のモジュールのｘ方向の変形率とｚ方向の変形率は非常に低い。以上の結果、図４のモジュールでは、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のいずれの方向においても熱によって膨張・収縮する変形率が小さい。そのために、樹脂モールド９０で保護する必要がない。樹脂モールド９０で保護しなくても必要な信頼性を確保することができる。樹脂モールド９０を省略することで製造コストを低減できる。
上記実施例では、導電体である表面側重ね合わせブロック３０ａと裏面側重ね合わせブロック３０ｂはわずかな距離を隔てて向い合って延びている。インバータ回路の動作時には、わずかな距離を隔てて平行している導電体に反対方向の電流が流れる。そのために、相互インダクタスが低く抑えられる。寄生インダクタンスに起因して発熱することを抑制でき、寄生インダクタンスによって大きなサージ電圧が発生することを防止できる。
【００４６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。
また、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し得るものであり、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】
【００４７】
１０：第１実施例のモジュール
２０：冷却器
２２：絶縁板
３０：重ね合わせブロック
３２：グラファイト箔
３４：金属箔
３６：ブロック
３８：金属板
４０：半導体装置
４２：制御端子
７０：中間重ね合わせブロック
７２：グラファイト箔
７４：金属箔
７６：ブロック
７８：金属板
８０：第２実施例のモジュール
９０：樹脂モールド
添え字ａ：表面側
添え字ｂ：裏面側
【図１】
2015198187.tif 000003
【図２】
2015198187.tif 000004
【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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