(57)【要約】【課題】サージ電圧を低減しつつ、冷却器の簡素化及び冷却性能の信頼性向上を図ることのできるパワーモジュールを提供する。【解決手段】パワーモジュール（７０）は、半導体装置（１０）と、内部に冷媒が流通され、半導体装置の両面側にそれぞれ配置されて半導体装置を冷却する金属製の冷却器（７２，７４）を備え、半導体装置と冷却器は交互に積層される。半導体装置は、Ｚ方向において両面に主電極（１６Ｕ，１６Ｌ，１８Ｕ，１８Ｌ）を有するスイッチング素子（１２Ｕ，１２Ｌ）と、両面側にそれぞれ設けられ、主電極と電気的に接続されるヒートシンク（３６，４４，５６，６４）を有する。複数の半導体装置は、互いに同電位とされるヒートシンク同士が共通の冷却器を間に挟んで向き合うように配置される。そして、同電位とされるヒートシンクと該ヒートシンク間に介在される冷却器とが、電気的に接続されて、互いに同電位とされる。【選択図】図８
2015095560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向において両面に主電極（１６Ｕ，１６Ｌ，１８Ｕ，１８Ｌ）を有するスイッチング素子（１２Ｕ，１２Ｌ）と、前記両面側にそれぞれ設けられ、前記主電極と電気的に接続されるヒートシンク（３６，４４，５６，６４）と、を有する半導体装置（１０，１０Ｕ，１０Ｌ）と、
内部に冷媒が流通され、前記半導体装置の前記両面側にそれぞれ配置されて前記半導体装置を冷却する金属製の冷却器（７２，７４，７６）と、を備え、
前記半導体装置及び前記冷却器をそれぞれ複数有して、前記半導体装置と前記冷却器とが交互に積層され、
複数の前記半導体装置は、互いに同電位とされる前記ヒートシンク同士が共通の前記冷却器を間に挟んで向き合うように配置され、
同電位とされる前記ヒートシンクと該ヒートシンク間に介在される前記冷却器とが、電気的に接続されて、互いに同電位とされることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
各半導体装置（１０）は、
電源の高電位側と低電位側との間で直列に接続されるとともに、互いに並列に配置される少なくとも一対の前記スイッチング素子（１２Ｕ，１２Ｌ）と、
前記厚み方向において一面（８２ａ）及び該一面と反対の裏面（８２ｂ）を有し、各スイッチング素子を一体的に封止する封止樹脂体（８２）と、
前記ヒートシンクとしての、第１ヒートシンク（３６）、第２ヒートシンク（４４）、第３ヒートシンク（５６）、及び第４ヒートシンク（６４）と、
前記第２ヒートシンクと前記第３ヒートシンクとを電気的に接続する中継部（４４ｂ，５６ｃ）と、
前記第２ヒートシンクと前記第３ヒートシンクの一方から、前記封止樹脂体外まで延設される出力取り出し用の出力端子（５６ｂ）と、
を備え、
前記第１ヒートシンクは、一対の前記スイッチング素子のうち、高電位側とされる上アームスイッチング素子（１２Ｕ）の高電位側の前記主電極（１６Ｕ）と電気的に接続され、該主電極との接続面と反対の面（３６ａ）が前記封止樹脂体の一面から露出されており、
前記第２ヒートシンクは、前記上アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｕ）と電気的に接続されており、
前記第３ヒートシンクは、一対の前記スイッチング素子のうち、低電位側とされる下アームスイッチング素子（１２Ｌ）の高電位側の前記主電極（１６Ｌ）と電気的に接続されており、
前記第４ヒートシンクは、前記下アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｌ）と電気的に接続され、該主電極との接続面と反対の面（６４ａ）が前記封止樹脂体の裏面から露出されており、
複数の前記冷却器は、第１冷却器（７２）と、第２冷却器（７６）と、を有し、前記第１冷却器と前記第２冷却器とが、前記厚み方向において交互に配置され、
各半導体装置は、前記第１ヒートシンクが前記第１冷却器に対向し、前記第４ヒートシンクが前記第２冷却器に対向するように、前記第１冷却器と前記第２冷却器との間に配置され、
前記第１冷却器と前記第１ヒートシンクが電気的に接続されるとともに、前記第１冷却器と前記第３ヒートシンクとの間が絶縁分離され、
前記第２冷却器と前記第４ヒートシンクが電気的に接続されるとともに、前記第２冷却器と前記第２ヒートシンクとの間が絶縁分離されることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
複数の前記半導体装置（１０）は、電源の高電位側と低電位側との間で直列に接続されるとともに、互いに並列に配置される少なくとも一対の前記スイッチング素子として、高電位側とされる上アームスイッチング素子（１２Ｕ）を備える上アーム半導体装置（１０Ｕ）と、低電位側とされる下アームスイッチング素子（１２Ｌ）を備える下アーム半導体装置（１０Ｌ）と、を有し、
前記上アーム半導体装置は、
前記厚み方向において一面（３２ａ）及び該一面と反対の裏面（３２ｂ）を有し、前記上アームスイッチング素子を封止する第１封止樹脂体（３２）と、
前記ヒートシンクとして、前記上アームスイッチング素子の高電位側の前記主電極（１６Ｕ）と電気的に接続され、該主電極との接続面と反対の面（３６ａ）が前記第１封止樹脂体の一面から露出される第１ヒートシンク（３６）、及び、前記上アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｕ）と電気的に接続される第２ヒートシンク（４２）と、を備え、
前記下アーム半導体装置は、
前記厚み方向において一面（５２ａ）及び該一面と反対の裏面（５２ｂ）を有し、前記下アームスイッチング素子を封止する第２封止樹脂体（５２）と、
前記ヒートシンクとして、前記下アームスイッチング素子の高電位側の前記主電極（１６Ｌ）と電気的に接続される第３ヒートシンク（５６）、及び、前記下アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｌ）と電気的に接続され、該主電極との接続面と反対の面（６４ａ）が前記第２封止樹脂体の裏面から露出される第４ヒートシンク（６４）と、を備え、
前記第２ヒートシンクと前記第３ヒートシンクとは、出力取り出し用の出力端子（９２）によって電気的に接続され、
複数の前記冷却器は、第１冷却器（７２）と、第２冷却器（７４）と、を有し、前記第１冷却器と前記第２冷却器とが、前記厚み方向において交互に配置され、
前記出力端子によって電気的に接続された対をなす前記上アーム半導体装置及び前記下アーム半導体装置は、前記第１ヒートシンクが前記第１冷却器に対向し、前記第４ヒートシンクが前記第２冷却器に対向するように、前記第１冷却器と前記第２冷却器との間に配置され、
前記第１冷却器と前記第１ヒートシンクが電気的に接続されるとともに、前記第１冷却器と前記第３ヒートシンクとの間が絶縁分離され、
前記第２冷却器と前記第４ヒートシンクがそれぞれ電気的に接続されるとともに、前記第２冷却器と前記第２ヒートシンクとの間が絶縁分離されることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記第１冷却器（７２）は、一端から延設され、前記第１ヒートシンク（３６）を電源の高電位に固定するための第１接続部（７２ａ）を有し、
前記第２冷却器（７４）は、前記第１接続部が延設された前記第１冷却器の端部と同一側の端部から前記第１接続部と同一方向に延設され、前記第４ヒートシンク（６４）を電源の低電位に固定するための第２接続部（７４ａ）を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記第１冷却器（７２）及び前記第２冷却器（７４）をそれぞれ複数有し、
複数の前記第１接続部（７２ａ）は、前記厚み方向に沿って一列に配置され、
複数の前記第２接続部（７４ａ）は、前記厚み方向に直交する方向において前記第１接続部との間に所定間隔を有しつつ前記厚み方向に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第２ヒートシンク（４４）における前記上アームスイッチング素子（１２Ｕ）の低電位側の前記主電極（１８Ｕ）と反対の面（４４ａ）が、対応する前記封止樹脂体（３２，８２）の裏面（３２ｂ，８２ｂ）から露出され、
前記第３ヒートシンク（５６）における前記下アームスイッチング素子（１２Ｌ）の高電位側の前記主電極（１６Ｌ）と反対の面（５６ａ）が、対応する前記封止樹脂体（５２，８２）の一面（５２ａ，８２ａ）から露出され、
前記第２ヒートシンクと前記第２冷却器（７４）との間に、電気絶縁材料を用いて形成された第１絶縁シート（８６）が介在され、
前記第３ヒートシンクと前記第１冷却器（７２）との間に、電気絶縁材料を用いて形成された第２絶縁シート（８８）が介在されることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記厚み方向において、
前記第２ヒートシンク（４４）の厚みが、前記第４ヒートシンク（６４）の厚みよりも薄くされ、
前記第３ヒートシンク（５６）の厚みが、前記第１ヒートシンク（３６）の厚みよりも薄くされることを特徴とする請求項６に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記第１絶縁シート（８６）が前記第２ヒートシンク（４４）に貼り付けられるとともに、前記第２絶縁シート（８８）が前記第３ヒートシンク（５６）に貼り付けられ、
前記第１絶縁シートにおける前記第２ヒートシンクと反対の面が、前記第４ヒートシンク（６４）における前記下アームスイッチング素子（１２Ｌ）の低電位側の前記主電極（１８Ｌ）と反対の面（６４ａ）と面一とされ、
前記第２絶縁シートにおける前記第３ヒートシンクと反対の面が、前記第１ヒートシンク（３６）における前記上アームスイッチング素子（１２Ｕ）の高電位側の前記主電極（１８Ｕ）と反対の面（３６ａ）と面一とされることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記上アームスイッチング素子（１２Ｕ）を封止する前記封止樹脂体（８２）は、前記第２ヒートシンク（４４）における前記上アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｕ）と反対の面（４４ａ）を被覆する第１被覆部（８２ｃ）を有し、
前記下アームスイッチング素子（１２Ｌ）を封止する前記封止樹脂体（８２）は、前記第３ヒートシンク（５６）における前記下アームスイッチング素子の高電位側の前記主電極（１６Ｌ）と反対の面（５６ａ）を被覆する第２被覆部（８２ｄ）を有することを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記厚み方向において、
前記第１被覆部（８２ｃ）の表面が、前記第４ヒートシンク（６４）における前記下アームスイッチング素子（１２Ｌ）の低電位側の前記主電極（１８Ｌ）と反対の面（６４ａ）と面一とされ、
前記第２被覆部（８２ｄ）の表面が、前記第１ヒートシンク（３６）における前記上アームスイッチング素子（１２Ｕ）の高電位側の前記主電極（１６Ｕ）と反対の面（３６ａ）と面一とされることを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
前記厚み方向に直交する面に沿う方向において、
前記第２ヒートシンク（４４）の大きさは、前記第１ヒートシンク（３６）よりも大きくされ、
前記第３ヒートシンク（５６）の大きさは、前記第４ヒートシンク（６４）よりも大きくされることを特徴とする請求項２〜１０いずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
複数の前記半導体装置（１０）は、電源の高電位側と低電位側との間で直列に接続されるとともに、互いに並列に配置される少なくとも一対の前記スイッチング素子として、高電位側とされる上アームスイッチング素子（１２Ｕ）を備える上アーム半導体装置（１０Ｕ）と、低電位側とされる下アームスイッチング素子（１２Ｌ）を備える下アーム半導体装置（１０Ｌ）と、を有し、
前記上アーム半導体装置は、前記ヒートシンクとして、前記上アームスイッチング素子の高電位側の前記主電極（１６Ｕ）と電気的に接続される第１ヒートシンク（３６）、及び、前記上アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｕ）と電気的に接続される第２ヒートシンク（４４）と、を備え、
前記下アーム半導体装置は、前記ヒートシンクとして、前記下アームスイッチング素子の高電位側の前記主電極（１６Ｌ）と電気的に接続される第３ヒートシンク（５６）、及び、前記下アームスイッチング素子の低電位側の前記主電極（１８Ｌ）と電気的に接続される第４ヒートシンク（６４）と、を備え、
複数の前記冷却器は、第１冷却器（７２）、第２冷却器（７４）、及び第３冷却器（７６）を有し、
前記第１冷却器と前記第３冷却器との間に、前記上アーム半導体装置が配置され、
前記第３冷却器と前記第２冷却器との間に、前記下アーム半導体装置が配置され、
前記第１冷却器と前記第１ヒートシンクが電気的に接続され、
前記第２冷却器と前記第４ヒートシンクが電気的に接続され
前記第３冷却器の一方の面に、前記第２ヒートシンクが電気的に接続されるとともに、他方の面に、前記第３ヒートシンクが電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のように、半導体装置（電子部品）の両面側に、内部に冷媒が流通される金属製の冷却器（熱交換器）が配置された構成のパワーモジュール（電力モジュール）が知られている。
【０００３】
冷却器は、２枚のプレートと、該プレート間に介在される誘電体スペーサによって構成されている。冷却器は半導体装置と交互に積層されており、半導体装置の接触面に冷却器が接触して配置され、冷却器が半導体装置の接触面と同電位とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０００−５０２５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置が、厚み方向において両面に主電極を有するスイッチング素子と、両面側にそれぞれ設けられ、主電極と電気的に接続されるヒートシンクと、を有する場合、特許文献１の構成によれば、ヒートシンクが冷却器と同電位となる。したがって、冷却器を、バスバ（例えば電源バスバ）として用いることができる。これによれば、ヒートシンクから端子が延設され、この端子にバスバが接続される構成に較べて、スイッチング素子からバスバまでの配線長を短くすることができる。したがって、インダクタンスを低減し、ひいてはスイッチング時に生じるサージ電圧を小さくすることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、積層方向の隣り合う２つの半導体装置において、一方の半導体装置の下面に接触するプレートの電位と、他方の半導体装置の上面に接触するプレートの電位が異なる。このため、冷却器を構成するプレートを２分割し、間に電気絶縁性を有する誘電体スペーサを介在させなければならない。したがって、冷却器の構成が複雑となる。
【０００７】
また、半導体装置から伝達される熱と冷媒との温度差などにより、プレートと誘電体スペーサとの間に隙間が生じて、冷媒が漏れ出る虞がある。すなわち、冷却性能の信頼性が低いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、サージ電圧を低減しつつ、冷却器の簡素化及び冷却性能の信頼性向上を図ることのできるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
開示された発明のひとつは、厚み方向において両面に主電極（１６Ｕ，１６Ｌ，１８Ｕ，１８Ｌ）を有するスイッチング素子（１２Ｕ，１２Ｌ）と、両面側にそれぞれ設けられ、主電極と電気的に接続されるヒートシンク（３６，４４，５６，６４）と、を有する半導体装置（１０，１０Ｕ，１０Ｌ）と、内部に冷媒が流通され、半導体装置の両面側にそれぞれ配置されて半導体装置を冷却する金属製の冷却器（７２，７４，７６）と、を備え、半導体装置及び冷却器をそれぞれ複数有して、半導体装置と冷却器とが交互に積層され、複数の半導体装置は、互いに同電位とされるヒートシンク同士が共通の冷却器を間に挟んで向き合うように配置され、同電位とされるヒートシンクと該ヒートシンク間に介在される冷却器とが、電気的に接続されて、互いに同電位とされることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、ヒートシンクを冷却器に電気的に接続して同電位とし、冷却器をバスバとして用いることができる。このため、ヒートシンクから、外部接続用の端子（リード）を介してバスバに接続する構成に較べて、スイッチング素子からバスバまでの配線長を短くすることができる。したがって、インダクタンスを低減し、ひいてはスイッチング時に生じるサージ電圧を低減することができる。
【００１２】
また、冷却器全体を単一の電位とするために、互いに同電位とされるヒートシンク同士が共通の冷却器を間に挟んで向き合うように、複数の半導体装置を配置する。したがって、従来の構成に較べて、冷却器の構成を簡素化することができる。
【００１３】
また、上記したように、冷却器全体が単一の電位となるため、従来のように、冷却器を構成する金属部材を分割し、電気絶縁性のスペーサを間に挟まなくとも良い。したがって、熱応力により、金属部材とスペーサとの間に隙間が生じ、冷媒が漏れ出ること自体起こりえない。このため、冷却性能の信頼性を向上することができる。
【００１４】
開示された他の発明は、各半導体装置（１０）が、電源の高電位側と低電位側との間で直列に接続されるとともに、互いに並列に配置される少なくとも一対のスイッチング素子（１２Ｕ，１２Ｌ）と、厚み方向において一面（８２ａ）及び該一面と反対の裏面（８２ｂ）を有し、各スイッチング素子を一体的に封止する封止樹脂体（８２）と、ヒートシンクとしての、第１ヒートシンク（３６）、第２ヒートシンク（４４）、第３ヒートシンク（５６）、及び第４ヒートシンク（６４）と、第２ヒートシンクと第３ヒートシンクとを電気的に接続する中継部（４４ｂ，５６ｃ）と、第２ヒートシンクと第３ヒートシンクの一方から、封止樹脂体外まで延設される出力取り出し用の出力端子（５６ｂ）と、を備えている。第１ヒートシンクは、一対のスイッチング素子のうち、高電位側とされる上アームスイッチング素子（１２Ｕ）の高電位側の主電極（１６Ｕ）と電気的に接続され、該主電極との接続面と反対の面が封止樹脂体の一面から露出されており、第２ヒートシンクは、上アームスイッチング素子の低電位側の主電極（１８Ｕ）と電気的に接続されており、第３ヒートシンクは、一対のスイッチング素子のうち、低電位側とされる下アームスイッチング素子（１２Ｌ）の高電位側の主電極（１６Ｌ）と電気的に接続されており、第４ヒートシンクは、下アームスイッチング素子の低電位側の主電極（１８Ｌ）と電気的に接続され、該主電極との接続面と反対の面が封止樹脂体の裏面から露出されている。複数の冷却器は、第１冷却器（７２）と、第２冷却器（７６）と、を有し、第１冷却器と第２冷却器とが、厚み方向において交互に配置されている。そして、各半導体装置は、第１ヒートシンクが第１冷却器に対向し、第４ヒートシンクが第２冷却器に対向するように、第１冷却器と第２冷却器との間に配置され、第１冷却器と第１ヒートシンクが電気的に接続されるとともに、第１冷却器と第３ヒートシンクとの間が絶縁分離され、第２冷却器と第４ヒートシンクが電気的に接続されるとともに、第２冷却器と第２ヒートシンクとの間が絶縁分離されることを特徴とする。
【００１５】
これによれば、半導体装置が、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を備えながらも、電源の高電位側に接続される第１ヒートシンクと電源の低電位側に接続される第４ヒートシンクが、封止樹脂体の互いに異なる面に露出される。したがって、第１ヒートシンク及び第４ヒートシンクが封止樹脂体の同一面に露出される構成に較べて、冷却器の構成を簡素化することができる。このように、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を備える構成において、サージ電圧を低減しつつ、冷却器の構成を簡素化することができる。
【００１６】
また、封止樹脂体の一面側に配置される第１ヒートシンク及び第３ヒートシンクのうち、第３ヒートシンクについては、第１冷却器と絶縁分離される。したがって、第１ヒートシンクと第３ヒートシンクの短絡を抑制することができる。同様に、封止樹脂体の裏面側に配置される第２ヒートシンク及び第４ヒートシンクのうち、第２ヒートシンクについては、第２冷却器と絶縁分離される。したがって、第２ヒートシンクと第４ヒートシンクの短絡を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るパワーモジュールが適用される電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２】上アーム半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】下アーム半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図３に対応している。
【図５】パワーモジュールの概略構成を示す図である。
【図６】第２実施形態に係るパワーモジュールのうち、半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図７】図６のVII-VII線に沿う断面図である。
【図８】パワーモジュールの概略構成を示す図である。
【図９】第３実施形態に係るパワーモジュールの概略構成を示す図である。
【図１０】第４実施形態に係るパワーモジュールのうち、半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第５実施形態に係るパワーモジュールのうち、半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】第６実施形態に係るパワーモジュールの概略構成を示す部分断面図である。
【図１３】第７実施形態に係るパワーモジュールのうち、半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】第８実施形態に係るパワーモジュールのうち、半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図１５】第９実施形態に係るパワーモジュールのうち、上アーム半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図１６】図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。
【図１７】パワーモジュールの概略構成を示す図である。
【図１８】上アーム半導体装置と下アーム半導体装置の電気的な接続構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００１９】
以下においては、スイッチング素子であるＩＧＢＴ素子、換言すれば半導体チップ、の厚み方向をＺ方向と示す。また、Ｚ方向に直交し、制御端子の延設方向をＹ方向と示す。また、Ｙ方向及びＺ方向の両方向に直交する方向をＸ方向と示す。上下アームを構成する上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子が互いに並列に配置される構成では、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の並び方向が、上記したＸ方向と一致する。また、平面形状とは、特に断わりのない限り、Ｘ方向及びＹ方向により規定される面に沿う形状を示す。
【００２０】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、パワーモジュールが適用される電力変換装置の一例について説明する。
【００２１】
図１に示す電力変換装置１００は、６つの半導体装置１０からなるインバータ部１０２と、インバータ部１０２の動作を制御する制御部１０４と、を備えている。このような電力変換装置１００は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される。
【００２２】
半導体装置１０は、直流電源１０６の正極（高電位側）と負極（低電位側）との間において、互いに直列に接続される上アーム半導体装置１０Ｕ及び下アーム半導体装置１０Ｌを有している。上アーム半導体装置１０Ｕは、直流電源１０６の高電位側に、下アーム半導体装置１０Ｌは、直流電源１０６の低電位側に配置される。
【００２３】
インバータ部１０２は、上記した上アーム半導体装置１０Ｕ及び下アーム半導体装置１０Ｌからなる上下アームを３対有している。そして、直流電力を３相交流に変換し、例えばモータ１０８に出力することができる。後述するパワーモジュールは、このインバータ部１０２を構成している。なお、図１に示す符号１１０は、平滑用のコンデンサである。
【００２４】
上アーム半導体装置１０Ｕは、ｎチャネル型のＩＧＢＴ素子１２Ｕと、該ＩＧＢＴ素子１２Ｕに逆並列に接続された還流用のＦＷＤ素子１４Ｕと、を備えている。このＩＧＢＴ素子１２Ｕが、特許請求の範囲に記載の上アームスイッチング素子（スイッチング素子）に相当する。本実施形態では、同一の半導体チップ（後述する半導体チップ３０）に、ＩＧＢＴ素子１２ＵとＦＷＤ素子１４Ｕが構成されている。しかしながら、ＩＧＢＴ素子１２ＵとＦＷＤ素子１４Ｕが別チップに構成されても良い。
【００２５】
ＩＧＢＴ素子１２Ｕは、主電極であるコレクタ電極１６Ｕ及びエミッタ電極１８Ｕと、制御電極であるゲート電極２０Ｕと、を有している。一方、ＦＷＤ素子１４Ｕは、コレクタ電極１６Ｕと共通化されたカソード電極と、エミッタ電極１８Ｕと共通化されたアノード電極と、を有している。
【００２６】
一方、下アーム半導体装置１０Ｌも、上アーム半導体装置１０Ｕと同じ構成を有している。この下アーム半導体装置１０Ｌは、ｎチャネル型のＩＧＢＴ素子１２Ｌと、該ＩＧＢＴ素子１２Ｕに逆並列に接続された還流用のＦＷＤ素子１４Ｌと、を備えている。このＩＧＢＴ素子１２Ｌが、特許請求の範囲に記載の下アームスイッチング素子（スイッチング素子）に相当する。これらＩＧＢＴ素子１２Ｌ及びＦＷＤ素子１４Ｌも、同一の半導体チップ（後述する半導体チップ５０）に構成されている。しかしながら、ＩＧＢＴ素子１２ＬとＦＷＤ素子１４Ｌが別チップに構成されても良い。
【００２７】
ＩＧＢＴ素子１２Ｌは、主電極であるコレクタ電極１６Ｌ及びエミッタ電極１８Ｌと、制御電極であるゲート電極２０Ｌと、を有している。一方、ＦＷＤ素子１４Ｌは、コレクタ電極１６Ｌと共通化されたカソード電極と、エミッタ電極１８Ｌと共通化されたアノード電極と、を有している。
【００２８】
また、インバータ部１０２において、ＩＧＢＴ素子１２Ｕのコレクタ電極１６Ｕは、直流電源１０６の正極に接続された高電位電源ライン２２と電気的に接続されている。ＩＧＢＴ素子１２Ｌのエミッタ電極１８Ｌは、直流電源１０６の負極に接続された低電位電源ライン２４（グランドラインとも言う）と電気的に接続されている。また、ＩＧＢＴ素子１２Ｕのエミッタ電極１８Ｕ及びＩＧＢＴ素子１２Ｌのコレクタ電極１６Ｌは、互いに電気的に接続されるとともに、インバータ部１０２からモータ１０８へ出力するための出力ライン２６に接続されている。
【００２９】
なお、図１中には、高電位電源ライン２２に正極を示す「Ｐ」、低電位電源ライン２４に負極を示す「Ｎ」、出力ライン２６に出力を示す「０」を付記している。また、各ゲート電極２０Ｕ，２０Ｌには、制御端子２８Ｕ，２８Ｌが接続されている。
【００３０】
制御部１０４は、制御端子２８Ｕ，２８Ｌと電気的に接続されており、ＩＧＢＴ素子１２Ｕ，１２Ｌのオン・オフを制御する。この制御部１０４としては、周知構成のものを採用することができる。
【００３１】
次に、図２〜図４に基づき、半導体装置１０の概略構成について説明する。なお、上アーム半導体装置１０Ｕと下アーム半導体装置１０Ｌの構成は基本的に同じであるため、下アーム半導体装置について平面の図示を省略し、断面のみを示す。図４に示す下アーム半導体装置１０Ｌの断面図は、図３に示す上アーム半導体装置１０Ｕの断面図、すなわち図２のIII-III線の断面に対応している。
【００３２】
先ず、図２及び図３に基づき、上アーム半導体装置１０Ｕについて説明する。図３に示すように、上アーム半導体装置１０Ｕは、半導体チップ３０を有している。半導体チップ３０には、上アームスイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１２Ｕと、ＦＷＤ素子１４Ｕが構成されている。図示を省略するが、半導体チップ３０には、Ｚ方向における紙面下方の表面に、高電位側の主電極であるコレクタ電極１６Ｕが形成され、紙面上方の表面に、低電位側の電極であるエミッタ電極１８Ｕと、ゲート電極２０Ｕが形成されている。
【００３３】
半導体チップ３０は、図２及び図３に示すように、電気絶縁性の樹脂材料からなる封止樹脂体３２によって封止されている。この封止樹脂体３２は、特許請求の範囲に記載の第１封止樹脂体に相当する。本実施形態では、封止樹脂体３２が、エポキシ樹脂を用いてトランスファーモールド法により成形されている。この封止樹脂体３２は、略直方体状をなしており、Ｚ方向において、一面３２ａ及び該一面３２ａと反対の裏面３２ｂを有している。
【００３４】
半導体チップ３０のコレクタ電極１６Ｕには、はんだ３４を介して、第１ヒートシンク３６が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第１ヒートシンク３６は、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。例えば、銅、銅合金、アルミ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料を採用することができる。
【００３５】
第１ヒートシンク３６のうち、半導体チップ３０（コレクタ電極１６Ｕ）との接続面及び側面は、封止樹脂体３２によって被覆されている。一方、上記接続面と反対の放熱面３６ａは、封止樹脂体３２の一面３２ａから露出されている。詳しくは、放熱面３６ａが、一面３２ａと略面一となっている。このように、第１ヒートシンク３６は、放熱面３６ａを除いて、封止樹脂体３２により封止されている。なお、はんだ３４も、封止樹脂体３２により封止されている。
【００３６】
半導体チップ３０のエミッタ電極１８Ｕには、はんだ３８を介して、ターミナル４０が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。このようにターミナル４０を有すると、半導体チップ３０と第２ヒートシンク４４との間に所定の間隔を確保することができる。したがって、図示しないボンディングワイヤにより、半導体チップ３０のゲート電極２０Ｕと制御端子２８Ｕとを電気的に接続することができる。なお、制御端子２８Ｕは、図２に示すように、Ｙ方向に延設されており、その一部が封止樹脂体３２の側面から外部に突出している。本実施形態では、５本の制御端子２８Ｕを有しており、うち１本がゲート電極２０Ｕと接続されている。残りは、温度測定ダイオード用が２本、エミッタセンス用が１本、電流センス用が１本となっている。
【００３７】
ターミナル４０は、後述する第２ヒートシンク４４と半導体チップ３０との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。例えば、銅やモリブデンなどの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料を採用することができる。
【００３８】
ターミナル４０における半導体チップ３０と反対の面には、はんだ４２を介して、第２ヒートシンク４４が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第２ヒートシンク４４も、第１ヒートシンク３６同様、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。
【００３９】
第２ヒートシンク４４のうち、半導体チップ３０（エミッタ電極１８Ｕ）との接続面及び側面は、封止樹脂体３２により被覆されている。一方、上記接続面と反対の放熱面４４ａは、封止樹脂体３２の裏面３２ｂから露出されている。詳しくは、放熱面４４ａが、裏面３２ｂと略面一となっている。このように、第２ヒートシンク４４は、放熱面４４ａを除いて、封止樹脂体３２により封止されている。なお、はんだ４２も、封止樹脂体３２により封止されている。
【００４０】
次に、図４に基づき、下アーム半導体装置１０Ｌについて説明する。下アーム半導体装置１０Ｌは、上アーム半導体装置１０Ｕと基本的に同じ構造を有している。図４に示すように、下アーム半導体装置１０Ｌは、半導体チップ５０を有している。半導体チップ５０には、下アームスイッチング素子であるＩＧＢＴ素子１２Ｌと、ＦＷＤ素子１４Ｌが構成されている。図示を省略するが、半導体チップ５０には、Ｚ方向における紙面下方の表面に、高電位側の主電極であるコレクタ電極１６Ｌが形成され、紙面上方の表面に、低電位側の電極であるエミッタ電極１８Ｌと、ゲート電極２０Ｌが形成されている。
【００４１】
半導体チップ５０も、電気絶縁性の樹脂材料からなる封止樹脂体５２によって封止されている。この封止樹脂体５２は、特許請求の範囲に記載の第２封止樹脂体に相当する。封止樹脂体５２は、封止樹脂体３２同様、エポキシ樹脂を用いてトランスファーモールド法により成形されている。封止樹脂体５２は、略直方体状をなしており、Ｚ方向において、一面５２ａ及び該一面５２ａと反対の裏面５２ｂを有している。
【００４２】
半導体チップ５０のコレクタ電極１６Ｌには、はんだ５４を介して、第３ヒートシンク５６が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第３ヒートシンク５６も、第１ヒートシンク３６などと同様に、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。また、第１ヒートシンク３６とほぼ同じ厚さを有している。
【００４３】
第３ヒートシンク５６のうち、半導体チップ５０（コレクタ電極１６Ｌ）との接続面及び側面は、封止樹脂体５２により被覆されている。一方、上記接続面と反対の放熱面５６ａは、封止樹脂体５２の一面５２ａから露出されている。詳しくは、放熱面５６ａが、一面５２ａと略面一となっている。このように、第３ヒートシンク５６は、放熱面５６ａを除いて、封止樹脂体５２により封止されている。なお、はんだ５４も、封止樹脂体５２により封止されている。
【００４４】
半導体チップ５０のエミッタ電極１８Ｌには、はんだ５８を介して、ターミナル６０が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。ターミナル６０の機能、構成材料、形状は、上記したターミナル４０と同じである。なお、制御端子２８Ｌも、制御端子２８Ｕ同様に設けられている。
【００４５】
ターミナル６０における半導体チップ５０と反対の面には、はんだ６２を介して、第４ヒートシンク６４が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第４ヒートシンク６４も、第３ヒートシンク５６などと同様に、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。また、第２ヒートシンク４４とほぼ同じ厚さを有している。
【００４６】
第４ヒートシンク６４のうち、半導体チップ５０（エミッタ電極１８Ｌ）との接続面及び側面は、封止樹脂体５２により被覆されている。一方、上記接続面と反対の放熱面６４ａは、封止樹脂体５２の裏面５２ｂから露出されている。詳しくは、放熱面６４ａが裏面５２ｂと略面一となっている。このように、第４ヒートシンク６４は、放熱面６４ａを除いて、封止樹脂体５２により封止されている。なお、はんだ６２も、封止樹脂体５２により封止されている。
【００４７】
以上に示したように、上アーム半導体装置１０Ｕは、半導体チップ３０の両面側にヒートシンク３６，４４が配置された両面放熱構造の半導体装置となっている。また、下アーム半導体装置１０Ｌも、半導体チップ３０の両面側にヒートシンク３６，４４が配置された両面放熱構造の半導体装置となっている。また、いずれの半導体装置１０Ｕ，１０Ｌも、１ｉｎ１パッケージ構造となっている。また、Ｚ方向における厚みは、上アーム半導体装置１０Ｕと下アーム半導体装置１０Ｌでほぼ等しく、放熱面３６ａ，５６ａを基準とする半導体チップ３０，５０の位置も、互いにほぼ等しいものとなっている。
【００４８】
次に、図５に基づき、上記した半導体装置１０（１０Ｕ，１０Ｌ）を備えるパワーモジュールの概略構成について説明する。図５では、冷却器７２，７４，７６と半導体装置１０との電気的な接続状態をわかりやすくするために、各ヒートシンク３６，４４，５６，６４を破線で図示している。また、各ヒートシンク３６，４４，５６，６４にハッチングを施している。
【００４９】
図５に示すように、パワーモジュール７０は、上記した半導体装置１０に加え、内部に冷媒が流通され、各半導体装置１０の両面側にそれぞれ配置されて、半導体装置１０を両面側から冷却する金属製の冷却器７２，７４，７６を備えている。
【００５０】
先ず、冷却器７２，７４，７６の構成について説明する。これら冷却器７２，７４，７６は、冷媒が流れる通路を内部に有するように、金属材料を用いて管状（チューブ状）に形成されている。また、Ｚ方向において、半導体装置１０と冷却器７２，７４，７６とが交互に積層されるように、隣り合う冷却器７２，７４，７６の間に所定間隔を有して配置されている。
【００５１】
第１冷却器７２は、直流電源１０６の正極側と接続され、上記した高電位電源ライン２２としての機能を果たす。換言すれば、第１冷却器７２は、直流電源１０６の正極に接続される電源バスバとしての機能を果たす。このため、図５では、第１冷却器７２上に正極（高電位）を示す「Ｐ」を付記している。
【００５２】
第１冷却器７２は、直流電源１０６側と接続するために、Ｘ方向における一端から延設された第１接続部７２ａを有している。この第１接続部７２ａに直流電源１０６の正極側が接続されることで、第１冷却器７２全体が所定の高電位（Ｐ電位）に固定される。
【００５３】
第２冷却器７４は、直流電源１０６の負極側と接続され、上記した低電位電源ライン２４としての機能を果たす。換言すれば、第２冷却器７４は、直流電源１０６の負極に接続される電源バスバとしての機能を果たす。このため、図５では、第２冷却器７４上に負極（低電位）を示す「Ｎ」を付記している。
【００５４】
第２冷却器７４は、直流電源１０６側と接続するために、第１接続部７２ａと同じ側の端部から第１接続部７２ａと同一方向に延設された第２接続部７４ａを有している。この第２接続部７４ａに直流電源１０６の負極側が接続されることで、第２冷却器７４全体が所定の低電位（Ｎ電位）に固定される。実際は、上記した第１接続部７２ａと第２接続部７４ａにコンデンサ１１０が接続され、このコンデンサ１１０を介して、直流電源１０６に接続される。
【００５５】
第３冷却器７６は、上下アームとモータ１０８とをつなぐ出力ライン２６としての機能を果たす。換言すれば、第３冷却器７６は、出力バスバとしての機能を果たす。このため、図５では、第３冷却器７６上に出力を示す「Ｏ」を付記している。第３冷却器７６は、Ｘ方向における他端側、すなわち第１接続部７２ａとは反対側から延設された、外部接続用の第３接続部７６ａを有している。
【００５６】
これら冷却器７２，７４，７６は、Ｘ方向の一端側で、上流側連結部７８により、Ｚ方向に隣り合う冷却器７２，７４，７６同士が連結されている。この上流側連結部７８は、供給された冷媒を、各冷却器７２，７４，７６に分配する機能を果たす。一方、Ｘ方向の他端側で、下流側連結部８０により、隣り合う冷却器７２，７４，７６同士が連結されている。この下流側連結部８０は、各冷却器７２，７４，７６に分配された冷媒を合流させる機能を果たす。
【００５７】
上記したように、本実施形態では、各冷却器７２，７４，７６をバスバとして用いる。このため、電気絶縁性の冷媒を用いる。このような冷媒としては、例えばフロリナート等のフッ化炭素系冷媒を採用することができる。
【００５８】
次に、冷却器７２，７４，７６と半導体装置１０（１０Ｕ，１０Ｌ）の配置について、詳細に説明する。
【００５９】
上アーム半導体装置１０Ｕは、第１ヒートシンク３６が、第１冷却器７２と電気的に接続され、第２ヒートシンク４４が、第３冷却器７６と電気的に接続されるように配置されている。一方、下アーム半導体装置１０Ｌは、第３ヒートシンク５６が、第３冷却器７６と電気的に接続され、第４ヒートシンク６４が、第２冷却器７４と電気的に接続されるように配置されている。
【００６０】
詳しくは、図５に示すように、紙面下方から上方に向けて、第１冷却器７２、上アーム半導体装置１０Ｕ、第３冷却器７６、下アーム半導体装置１０Ｌ、第２冷却器７４、下アーム半導体装置１０Ｌ、第３冷却器７６、上アーム半導体装置１０Ｕ、第１冷却器７２、上アーム半導体装置１０Ｕ、第３冷却器７６、下アーム半導体装置１０Ｌ、第２冷却器７４の順に積層されている。そして、紙面下方から２つずつの半導体装置１０により、それぞれ上下アームが構成されている。
【００６１】
したがって、第１冷却器７２のうち、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４，７６の端部となるものを除けば、第１ヒートシンク３６が第１冷却器７２を間に挟んで向き合うように、第１冷却器７２の両面側に上アーム半導体装置１０Ｕがそれぞれ配置されている。そして、両面側の第１ヒートシンク３６と第１冷却器７２とが電気的に接続されている。
【００６２】
また、第２冷却器７４のうち、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４，７６の端部となるものを除けば、第４ヒートシンク６４が第２冷却器７４を間に挟んで向き合うように、第２冷却器７４の両面側に下アーム半導体装置１０Ｌがそれぞれ配置されている。そして、両面側の第４ヒートシンク６４と第２冷却器７４とが電気的に接続されている。
【００６３】
また、全ての第３冷却器７６について、第３冷却器７６の一方の面側には、第２ヒートシンク４４が対向するように上アーム半導体装置１０Ｕが配置され、他方の面側には、第３ヒートシンク５６が対向するように下アーム半導体装置１０Ｌが配置されている。すなわち、上下アームにおいて、互いに同電位とされる第２ヒートシンク４４及び第３ヒートシンク５６が、第３冷却器７６を間に挟んで向き合うように配置されている。そして、第２ヒートシンク４４及び第３ヒートシンク５６と第３冷却器７６とが電気的に接続されている。
【００６４】
なお、第１ヒートシンク３６と第１冷却器７２との電気的な接続構造、第４ヒートシンク６４と第２冷却器７４との電気的な接続構造、ヒートシンク４４，５６と第３冷却器７６との電気的な接続構造としては、例えば接触導通を採用することができる。それ以外にも、異方性導電シート、Ａｇペースト、導電性ゲル(導電性グリース)などを介在させた接続を採用することもできる。
【００６５】
次に、本実施形態に係るパワーモジュール７０の効果について説明する。
【００６６】
本実施形態では、第１ヒートシンク３６と第１冷却器７２とを電気的に接続し、第１ヒートシンク３６及び第１冷却器７２とを同電位とする。また、第４ヒートシンク６４と第２冷却器７４とを電気的に接続し、第４ヒートシンク６４及び第２冷却器７４とを同電位とする。そして、第１冷却器７２を、直流電源１０６の正極側のバスバとして用い、第２冷却器７４を、直流電源１０６の負極側のバスバとして用いる。このため、ヒートシンクから、外部接続用の端子（リード）を介してバスバに接続する従来の構成に較べて、ＩＧＢＴ素子１２Ｕ，１２Ｌ（スイッチング素子）からバスバまでの配線長を短くすることができる。したがって、インダクタンスを低減し、ひいてはスイッチング時に生じるサージ電圧を小さくすることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、第１冷却器７２のうち、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４，７６の端部となるものを除けば、第１冷却器７２の両側に、互いに同電位とされる第１ヒートシンク３６が配置され、第１冷却器７２と電気的に接続されている。また、第２冷却器７４のうち、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４，７６の端部となるものを除けば、第２冷却器７４の両側に、互いに同電位とされる第４ヒートシンク６４が配置され、第２冷却器７４と電気的に接続されている。また、互いに同電位とされる第２ヒートシンク４４及び第３ヒートシンク５６が、第３冷却器７６を挟むように配置され、第３冷却器７６と電気的に接続されている。このように、Ｚ方向において、各冷却器７２，７４，７６全体を単一の電位とする。したがって、誘電体スペーサにより、冷却器をＺ方向に分割しなくとも良く、従来の構成に較べて、冷却器７２，７４，７６の構成を簡素化することができる。なお、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４，７６の端部の冷却器７２，７４についても、単一の電位となる。
【００６８】
また、上記したように、それぞれの冷却器７２，７４，７６は単一の電位となるため、従来のように、誘電体スペーサにより、冷却器をＺ方向に分割しなくとも良い。したがって、誘電体スペーサを備えないため、熱応力により、冷却器を構成する金属部材とスペーサとの間に隙間が生じ、冷媒が漏れ出ること自体起こりえない。このように、従来に較べて、冷却性能の信頼性を向上することができる。
【００６９】
さらに、本実施形態では、電源バスバとして機能する第１冷却器７２と第２冷却器７４の接続部７２ａ，７４ａが、ともにＸ方向において同一側に設けられている。このため、第１接続部７２ａ及び第２接続部７４ａと、直流電源１０６側との接続構造、例えばコンデンサ１１０との接続構造を簡素化することができる。
【００７０】
（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００７１】
第１実施形態では、１ｉｎ１パッケージの半導体装置１０Ｕ，１０Ｌを用いて、パワーモジュール７０を構成する例を示した。これに対し、本実施形態では、直流電源１０６と電気的に接続される第１ヒートシンク３６及び第４ヒートシンク６４が、共通の封止樹脂体の互いに反対の面に露出される２ｉｎ１パッケージの半導体装置を用いて、パワーモジュール７０を構成する例を示す。
【００７２】
先ず、図６及び図７に基づき、半導体装置１０の概略構成について説明する。
【００７３】
本実施形態に係る半導体装置１０は、第１実施形態に示した、上下アームを構成する１組の上アーム半導体装置１０Ｕと下アーム半導体装置１０Ｌを、一体的に備えている。図７に示すように、半導体装置１０は、上記した半導体チップ３０，５０をともに有している。半導体チップ３０，５０は、Ｚ方向にほぼ同じ厚みを有している。半導体チップ３０には、上アームスイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子１２Ｕと、ＦＷＤ素子１４Ｕが構成されている。半導体チップ５０には、下アームスイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子１２Ｌと、ＦＷＤ素子１４Ｌが構成されている。これら半導体チップ３０，５０は、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置、すなわち並列に配置されている。
【００７４】
なお、図示を省略するが、半導体チップ３０には、Ｚ方向における紙面下方の表面に、高電位側の主電極であるコレクタ電極１６Ｕが形成され、紙面上方の表面に、低電位側の電極であるエミッタ電極１８Ｕと、ゲート電極２０Ｕが形成されている。同様に、半導体チップ５０には、Ｚ方向における紙面下方の表面に、高電位側の主電極であるコレクタ電極１６Ｌが形成され、紙面上方の表面に、低電位側の電極であるエミッタ電極１８Ｌと、ゲート電極２０Ｕが形成されている。
【００７５】
これら半導体チップ３０，５０は、封止樹脂体８２によって一体的に封止されている。この封止樹脂体８２は、上記した封止樹脂体３２同様、エポキシ樹脂を用いてトランスファーモールド法により成形されている。封止樹脂体８２は、略直方体状をなしており、Ｚ方向において、一面８２ａ及び該一面５２ａと反対の裏面８２ｂを有している。
【００７６】
半導体チップ３０のコレクタ電極１６Ｕには、はんだ３４を介して、第１ヒートシンク３６が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第１ヒートシンク３６は、放熱面３６ａを除いて、封止樹脂体８２により封止されている。放熱面３６ａは、一面８２ａと略面一となっている。
【００７７】
半導体チップ３０のエミッタ電極１８Ｕには、はんだ３８を介して、ターミナル４０が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。なお、制御端子２８Ｕは、図６に示すように、Ｙ方向に延設されており、その一部が封止樹脂体８２の側面から外部に突出している。
【００７８】
ターミナル４０における半導体チップ３０と反対の面には、はんだ４２を介して、第２ヒートシンク４４が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第２ヒートシンク４４は、放熱面４４ａを除いて、封止樹脂体８２により封止されている。放熱面４４ａは、裏面８２ｂと略面一となっている。
【００７９】
半導体チップ５０のコレクタ電極１６Ｌには、はんだ５４を介して、第３ヒートシンク５６が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第３ヒートシンク５６は、放熱面５６ａを除いて、封止樹脂体８２により封止されている。放熱面５６ａは、一面８２ａと略面一となっている。この第３ヒートシンク５６は、第１ヒートシンク３６とほぼ同じ厚みを有している。
【００８０】
また、第３ヒートシンク５６から出力端子５６ｂが延設されている。この出力端子５６ｂは、Ｙ方向であって、半導体チップ５０に対する制御端子２８Ｌの延設方向と反対の方向に延設されており、その一部が封止樹脂体８２の外部に突出している。出力端子５６ｂは、後述するように冷却器には接続されず、別途設けられる図示しない出力ライン２６（出力用のバスバ）と電気的に接続される。
【００８１】
半導体チップ５０のエミッタ電極１８Ｌには、はんだ５８を介して、ターミナル６０が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。ターミナル６０は、ターミナル４０とほぼ同じ厚みを有している。なお、制御端子２８Ｌも、制御端子２８Ｕ同様に設けられている。
【００８２】
ターミナル６０における半導体チップ５０と反対の面には、はんだ６２を介して、第４ヒートシンク６４が、電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。第４ヒートシンク６４は、放熱面６４ａを除いて、封止樹脂体８２により封止されている。放熱面６４ａは、裏面８２ｂと略面一となっている。この第４ヒートシンク６４は、第２ヒートシンク４４とほぼ同じ厚みを有している。
【００８３】
また、第２ヒートシンク４４は、Ｘ方向における半導体チップ５０側の端部から、半導体チップ５０側に延設された第１中継部４４ｂを有している。一方、第３ヒートシンク５６は、Ｘ方向における半導体チップ３０側の端部から、半導体チップ３０側に延設された第２中継部５６ｃを有している。これら中継部４４ｂ，５６ｃは、はんだ８４を介して、電気的且つ機械的に接続されている。この接続により、ＩＧＢＴ素子１２Ｕのエミッタ電極１８ＵとＩＧＢＴ素子１２Ｌのコレクタ電極１６Ｌとが電気的に接続され、上下アームが図７に示すように略Ｎ字状をなしている。なお、第１中継部４４ｂ、第２中継部５６ｃ、及びはんだ８４は、封止樹脂体８２によって封止されている。
【００８４】
さらに本実施形態では、図６及び図７に示すように、半導体装置１０が、第１絶縁シート８６と、第２絶縁シート８８と、を有している。第１絶縁シート８６は、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａ全体を被覆するように、放熱面４４ａ及び裏面８２ｂの周囲部分に貼り付けられている。第２絶縁シート８８は、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａ全体を被覆するように、放熱面５６ａ及び一面８２ａの周囲部分に貼り付けられている。
【００８５】
第１絶縁シート８６は、半導体装置１０の裏面８２ｂ側を第２冷却器７４に対向配置させた際に、第２冷却器７４と第２ヒートシンク４４とが電気的に接続されるのを防ぐために設けられている。また、第２絶縁シート８８は、半導体装置１０の一面８２ａ側を第１冷却器７２に対向配置させた際に、第１冷却器７２と第３ヒートシンク５６とが電気的に接続されるのを防ぐために設けられている。すなわち、これら絶縁シート８６，８８は、第２冷却器７４と第２ヒートシンク４４、第１冷却器７２と第３ヒートシンク５６、を絶縁分離するために設けられている。
【００８６】
このような絶縁シート８６，８８としては、樹脂シートやセラミックシートなど、電気絶縁材料からなるシートを採用することができる。好ましくは、半導体チップ３０，５０からの放熱性を考慮して、熱抵抗の小さいものを採用すると良い。なお、本実施形態に示す絶縁シート８６，８８は、封止樹脂体８２を成形後に貼り付けられる。
【００８７】
次に、図８に基づき、上記した半導体装置１０を備えるパワーモジュール７０について説明する。図８では、冷却器７２，７４と半導体装置１０との電気的な接続状態をわかりやすくするために、各ヒートシンク３６，６４を破線で図示するとともに、各ヒートシンク３６，６４にハッチングを施している。また、各絶縁シート８６，８８を実線で図示するとともに、各絶縁シート８６，８８にハッチングを施している。すなわち、図８では、絶縁シート８６，８８により被覆されたヒートシンク４４，５６を図示していない。
【００８８】
図８に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール７０は、上記した半導体装置１０に加え、第１実施形態に示した金属製の冷却器７２，７４を備えている。第１冷却器７２と第２冷却器７４は、Ｚ方向において交互に配置されている。そして、隣り合う第１冷却器７２と第２冷却器７４の間に、半導体装置１０が配置されている。
【００８９】
半導体装置１０は、第１ヒートシンク３６が第１冷却器７２に対向し、第４ヒートシンク６４が第２冷却器７４に対向するように、第１冷却器７２と第２冷却器７４との間に配置されている。そして、第１冷却器７２と第１ヒートシンク３６が電気的に接続されている。第１ヒートシンク３６と同一の一面８２ａに露出する第３ヒートシンク５６については、第２絶縁シート８８により、第１冷却器７２と絶縁分離されている。
【００９０】
同様に、第２冷却器７４と第４ヒートシンク６４が電気的に接続されている。一方、第４ヒートシンク６４と同一の裏面８２ｂに露出する第２ヒートシンク４４については、第１絶縁シート８６により、第２冷却器７４と絶縁分離されている。
【００９１】
詳しくは、図８に示すように、紙面下方から上方に向けて、第１冷却器７２、半導体装置１０、第２冷却器７４、半導体装置１０、第１冷却器７２、半導体装置１０、第２冷却器７４の順に積層されている。したがって、第１冷却器７２のうち、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４の端部となるものを除けば、第１冷却器７２の両面に、異なる半導体装置１０の第１ヒートシンク３６が電気的に接続されている。すなわち、両面側の第１ヒートシンク３６と、間に位置する第１冷却器７２とが同電位となっている。なお、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４の端部となる第１冷却器７２についても、単一の電位となる。
【００９２】
同様に、第２冷却器７４のうち、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４の端部となるものを除けば、第２冷却器７４の両面に、異なる半導体装置１０の第４ヒートシンク６４が電気的に接続されている。すなわち、両面側の第４ヒートシンク６４と、間に位置する第２冷却器７４とが同電位となっている。なお、Ｚ方向に配置された冷却器７２，７４の端部となる第２冷却器７４についても、単一の電位となる。
【００９３】
なお、本実施形態では、第４ヒートシンク６４の放熱面６４ａと第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａが略面一とされ、この放熱面４４ａ上に第１絶縁シート８６が貼り付けられている。また、第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａと第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａが略面一とされ、この放熱面５６ａ上に第２絶縁シート８８が貼り付けられている。したがって、これら絶縁シート８６，８８の厚み分を考慮し、第１ヒートシンク３６と第１冷却器７２との間、第４ヒートシンク６４と第２冷却器７４との間に、異方性導電シート、Ａｇペースト、導電性ゲル(導電性グリース)などを介在させると良い。これにより、第１ヒートシンク３６から第１冷却器７２、第４ヒートシンク６４から第２冷却器７４への放熱性を向上することができる。
【００９４】
次に、本実施形態に係るパワーモジュール７０の効果について説明する。本実施形態では、第１実施形態に記載の効果に加え、さらに下記の効果を奏することができる。
【００９５】
本実施形態に示す半導体装置１０によれば、ＩＧＢＴ素子１２Ｕ，１２Ｌを備えながらも、直流電源１０６に電気的に接続される第１ヒートシンク３６と第４ヒートシンク６４が、封止樹脂体８２の互いに異なる面に露出される。したがって、第１ヒートシンク３６及び第４ヒートシンク６４が封止樹脂体８２の同一面に露出される構成に較べて、冷却器７２，７４の構成を簡素化することができる。このように、ＩＧＢＴ素子１２Ｕ，１２Ｌを備える構成において、サージ電圧を低減しつつ、冷却器７２，７４の構成を簡素化することができる。
【００９６】
また、封止樹脂体８２の一面８２ａ側に配置される第１ヒートシンク３６及び第３ヒートシンク５６のうち、第３ヒートシンク５６は第１冷却器７２と絶縁分離される。したがって、第１ヒートシンク３６と第３ヒートシンク５６の短絡を抑制することができる。同様に、封止樹脂体８２の裏面８２ｂ側に配置される第２ヒートシンク４４及び第４ヒートシンク６４のうち、第２ヒートシンク４４は第２冷却器７４と絶縁分離される。したがって、第２ヒートシンク４４と第４ヒートシンク６４の短絡を抑制することができる。
【００９７】
（第３実施形態）
本実施形態において、第２実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００９８】
第２実施形態では、第１実施形態同様、電源バスバとして機能する第１冷却器７２と第２冷却器７４の接続部７２ａ，７４ａが、ともにＸ方向において同一側に設けられている例を示した。これに加え、本実施形態では、図９に示すように、複数の第１冷却器７２の第１接続部７２ａが、Ｚ方向に沿って一列に配置されている。また、複数の第２冷却器７４の第２接続部７４ａが、Ｙ方向において第１接続部７２ａとの間に所定間隔を有しつつＺ方向に沿って一列に配置されている。図９は、図８をＺ方向の紙面上方側から見た平面図に相当する。
【００９９】
次に、本実施形態に係るパワーモジュール７０の効果について説明する。本実施形態では、第２実施形態に記載の効果に加え、さらに下記の効果を奏することができる。
【０１００】
本実施形態では、接続部７２ａ，７４ａがともにＸ方向において同一側に設けられるのみならず、複数の第１接続部７２ａがＺ方向に沿って一列配置されている。また、複数の第２接続部７４ａは、Ｙ方向において第１接続部７２ａに並んで配置されるとともにＺ方向に沿って一列配置されている。このため、第１接続部７２ａ及び第２接続部７４ａと、直流電源１０６側との接続構造、例えばコンデンサ１１０との接続構造をさらに簡素化することができる。
【０１０１】
（第４実施形態）
本実施形態において、第２実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【０１０２】
第２実施形態では、第４ヒートシンク６４の放熱面６４ａと第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａが略面一とされ、この放熱面４４ａ上に第１絶縁シート８６が貼り付けられている。また、第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａと第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａが略面一とされ、この放熱面５６ａ上に第２絶縁シート８８が貼り付けられている例を示した。
【０１０３】
これに対し、本実施形態では、図１０に示すように、Ｚ方向において、第２ヒートシンク４４の厚みが第４ヒートシンク６４の厚みよりも薄くなっている。そして、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａに貼り付けた第１絶縁シート８６の、第２ヒートシンク４４と反対の面８６ａ（以下、一面８６ａと示す）が、放熱面６４ａと略面一となっている。さらには、封止樹脂体８２の裏面８２ｂとも略面一となっている。
【０１０４】
また、第３ヒートシンク５６の厚みが第１ヒートシンク３６の厚みよりも薄くなっている。そして、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａに貼り付けた第２絶縁シート８８の、第３ヒートシンク５６と反対の面８８ａ（以下、一面８８ａと示す）が、放熱面３６ａと略面一となっている。さらには、封止樹脂体８２の一面８２ａとも略面一となっている。
【０１０５】
このような半導体装置１０は、例えば、予め第４ヒートシンク６４と厚みの異なる第２ヒートシンク４４を準備する。このとき、厚みの差を第１絶縁シート８６の厚みの差とする。また、第１ヒートシンク３６と厚みの異なる第３ヒートシンク５６を準備する。このとき、厚みの差を、第２絶縁シート８８の厚みの差とする。そして、リフローはんだ付け後、封止樹脂体８２を成形する前に、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａに第１絶縁シート８６を貼り付ける。また、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａに第２絶縁シート８８を貼り付ける。そして、第１絶縁シート８６の一面８６ａ及び第４ヒートシンク６４の放熱面６４ａが、裏面８２ｂと略面一となり、第２絶縁シート８８の一面８８ａ及び第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａが、一面８２ａと略面一となるように、封止樹脂体８２を成形する。これにより、半導体装置１０を得ることができる。
【０１０６】
次に、本実施形態に係るパワーモジュール７０の効果について説明する。本実施形態では、第２実施形態に記載の効果に加え、さらに下記の効果を奏することができる。
【０１０７】
本実施形態では、第２ヒートシンク４４の厚みが第４ヒートシンク６４の厚みよりも薄くなっており、これにより、Ｚ方向において、放熱面４４ａが放熱面６４ａよりも半導体チップ３０，５０に近い位置となっている。また、第３ヒートシンク５６の厚みが第１ヒートシンク３６の厚みよりも薄くなっており、これにより、Ｚ方向において、放熱面５６ａが放熱面３６ａよりも半導体チップ３０，５０に近い位置となっている。
【０１０８】
したがって、放熱面６４ａと略面一の放熱面４４ａに第１絶縁シート８６を貼り付け、放熱面３６ａと略面一の放熱面５６ａに第２絶縁シート８８を貼り付ける場合に較べて、放熱面３６ａと第１冷却器７２との距離、放熱面６４ａと第２冷却器７４との距離を短くすることができる。このため、半導体チップ３０から第１ヒートシンク３６を介した第１冷却器７２への放熱性、半導体チップ５０から第４ヒートシンク６４を介した第２冷却器７４への放熱性を向上することができる。
【０１０９】
さらに本実施形態では、第１絶縁シート８６の一面８６ａが、放熱面６４ａと略面一となっている。また、第２絶縁シート８８の一面８８ａが、放熱面３６ａと略面一となっている。したがって、第２冷却器７４に第１絶縁シート８６を接触された状態で、第２冷却器７４と第４ヒートシンク６４の放熱面６４ａとの間には殆ど隙間が生じない。同様に、第１冷却器７２に第２絶縁シート８８を接触された状態で、第１冷却器７２と第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａとの間には殆ど隙間が生じない。したがって、上記した接触導通や、異方性導電シート、Ａｇペースト、導電性ゲル(導電性グリース)などを介在させた接続のいずれを採用しても、電気的な接続状態を確保しつつ、放熱性を向上することができる。
【０１１０】
また、絶縁シート８６，８８によって、封止樹脂体８２の成形時に半導体チップ３０，５０が成形型から受ける力を緩和することができる。また、絶縁シート８６，８８に離型性をもたせることで、離型シートを不要とすることもできる。
【０１１１】
なお、本実施形態に示す構成は、第２実施形態にのみならず、第３実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。
【０１１２】
（第５実施形態）
本実施形態において、第４実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【０１１３】
第４実施形態では、封止樹脂体８２の成形前に、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａに第１絶縁シート８６を貼り付け、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａに第２絶縁シート８８を貼り付ける。これにより、第１絶縁シート８６の一面８６ａが放熱面６４ａ及び裏面８２ｂと略面一とされ、第２絶縁シート８８の一面８８ａが放熱面３６ａと略面一とされる例を示した。
【０１１４】
これに対し、本実施形態では、封止樹脂体８２の成形後、第１絶縁シート８６及び第２絶縁シート８８が貼り付けられて、図１１に示すように、第１絶縁シート８６の一面８６ａが放熱面６４ａ及び裏面８２ｂと略面一とされ、第２絶縁シート８８の一面８８ａが放熱面３６ａと略面一とされている。また、封止樹脂体８２の一面８２ａのうち、Ｘ方向において第３ヒートシンク５６側の部分が、第１ヒートシンク３６側の部分に対して凹んだ凹部９０ａとなっている。同様に、封止樹脂体８２の裏面８２ｂのうち、Ｘ方向において第２ヒートシンク４４側の部分が、第４ヒートシンク６４側の部分に対して凹んだ凹部９０ｂとなっている。
【０１１５】
このような半導体装置１０は、例えば以下に示す製造方法により形成することができる。先ず第４実施形態同様、予め第４ヒートシンク６４と厚みの異なる第２ヒートシンク４４を準備する。このとき、厚みの差を第１絶縁シート８６の厚みの差とする。また、第１ヒートシンク３６と厚みの異なる第３ヒートシンク５６を準備する。このとき、厚みの差を、第２絶縁シート８８の厚みの差とする。そして、リフローはんだ付け後、封止樹脂体８２を成形する。
【０１１６】
この成形時に、例えば各放熱面３６ａ，４４ａ，５６ａ，６４ａが露出されるように、封止樹脂体８２を成形する。そして、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａに第１絶縁シート８６を貼り付ける。また、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａに第２絶縁シート８８を貼り付ける。これにより、半導体装置１０を得ることができる。
【０１１７】
なお、封止樹脂体８２の成形後、一面８２ａ側及び裏面８２ｂ側を切削加工することによって、凹部９０ａ，９０ｂを設ける。そして、凹部９０ａ，９０ｂの形成後、絶縁シート８６，８８を貼り付けても良い。
【０１１８】
本実施形態によれば、第４実施形態同様、放熱面３６ａと第１冷却器７２との距離、放熱面６４ａと第２冷却器７４との距離を短くすることができる。このため、半導体チップ３０から第１ヒートシンク３６を介した第１冷却器７２への放熱性、半導体チップ５０から第４ヒートシンク６４を介した第２冷却器７４への放熱性を向上することができる。
【０１１９】
また、第１絶縁シート８６の一面８６ａが、放熱面６４ａと略面一となっている。また、第２絶縁シート８８の一面８８ａが、放熱面３６ａと略面一となっている。したがって、電気的な接続状態を確保しつつ、放熱性を向上することができる。
【０１２０】
なお、本実施形態に示す構成は、第２実施形態に示した構成のみならず、第３実施形態に示した構成と組み合わせることができる。
【０１２１】
（第６実施形態）
本実施形態において、第５実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【０１２２】
第５実施形態では、一面８２ａに凹部９０ａを有し、裏面８２ｂに凹部９０ｂを有する封止樹脂体８２を形成する。そして、その後、凹部９０ａの底面に露出する放熱面５６ａに第２絶縁シート８８を貼り付け、凹部９０ｂの底面に露出する放熱面４４ａに第１絶縁シート８６を貼り付ける例を示した。
【０１２３】
本実施形態では、封止樹脂体８２に凹部９０ａ，９０ｂを設けるとともに、凹部９０ａ，９０ｂの底面に放熱面５６ａ，４４ａを露出させた半導体装置１０を得る。ここまでは、第５実施形態と同じである。次に、図１２に示すように、第１絶縁シート８６を、第２冷却器７４における凹部９０ｂに対応する箇所に貼り付け、第２絶縁シート８８を、第１冷却器７２における凹部９０ａに対応する箇所に貼り付ける。そして、半導体装置１０と冷却器７２，７４とを組み付けてパワーモジュール７０を形成する際に、第１絶縁シート８６が第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａに接触して放熱面４４ａ全体を覆う。また、第２絶縁シート８８が第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａに接触して放熱面５６ａ全体を覆う。
【０１２４】
このように、絶縁シート８６，８８を冷却器７２，７４に貼り付けても、第５実施形態同様のパワーモジュール７０を得ることができる。なお、本実施形態についても、第２実施形態に示した構成のみならず、第３実施形態に示した構成と組み合わせることができる。
【０１２５】
なお、凹部９０ａの深さ、すなわち第１ヒートシンク３６と第３ヒートシンク５６の厚みの差と、第２絶縁シート８８の厚みをほぼ等しくすると良い。この場合、第１冷却器７２に第２絶縁シート８８を接触させた状態で、第１冷却器７２と第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａとの間に殆ど隙間が生じない。また、凹部９０ａの深さ、すなわち第１ヒートシンク３６と第３ヒートシンク５６の厚みの差と、第２絶縁シート８８の厚みをほぼ等しくすると良い。この場合、第１冷却器７２に第２絶縁シート８８を接触させた状態で、第１冷却器７２と第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａとの間に殆ど隙間が生じない。したがって、電気的な接続状態を確保しつつ、放熱性を向上することができる。しかしながら、パワーモジュール７０の状態で、凹部９０ａ，９０ｂの深さよりと絶縁シート８６，８８の厚みが異なる構成を採用することもできる。
【０１２６】
なお、本実施形態に示す構成は、第２実施形態に示した構成のみならず、第３実施形態に示した構成と組み合わせることができる。
【０１２７】
（第７実施形態）
本実施形態において、第４実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【０１２８】
第４実施形態では、放熱面４４ａ，５６ａに貼り付けられた絶縁シート８６，８８により、第２ヒートシンク４４と第２冷却器７４が絶縁分離され、第３ヒートシンク５６と第１冷却器７２が絶縁分離される例を示した。
【０１２９】
これに対し、本実施形態では、図１３に示すように、封止樹脂体８２が、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａを被覆し、第２ヒートシンク４４と第２冷却器７４を絶縁分離する第１被覆部８２ｃを有している。また、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａを被覆し、第３ヒートシンク５６と第１冷却器７２を絶縁分離する第２被覆部８２ｄを有している。
【０１３０】
図１３に示す例では、第１被覆部８２ｃの外面が、第４ヒートシンク６４の放熱面６４ａ及び裏面８２ｂの他の部分と略面一となっている。また、第２被覆部８２ｄの外面が、第１ヒートシンク３６の放熱面３６ａ及び一面８２ａの他の部分と略面一となっている。
【０１３１】
これによっても、第４実施形態同様の効果を奏することができる。また、封止樹脂体８２によって絶縁分離を行うため、絶縁シート８６，８８が不要であり、パワーモジュール７０の部品点数を削減することもできる。
【０１３２】
なお、本実施形態に示す構成は、第２実施形態に示した構成のみならず、第３実施形態に示した構成と組み合わせることができる。
【０１３３】
また、第１被覆部８２ｃの外面が放熱面６４ａと面一とされない構成を採用することもできる。例えば、第１被覆部８２ｃの外面が放熱面６４ａに対して凸や凹となるようにしても良い。第２被覆部８２ｄと放熱面３６ａとの関係についても同様である。
【０１３４】
（第８実施形態）
本実施形態において、第４実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【０１３５】
第４実施形態では、Ｚ方向に直交するＸＹ面に沿う方向において、第１ヒートシンク３６と第２ヒートシンク４４の大きさ（面積）の関係、第３ヒートシンク５６と第４ヒートシンク６４の大きさ（面積）の関係について、特に言及しなかった。
【０１３６】
これに対し、本実施形態では、図１４に示すように、第２ヒートシンク４４が第１ヒートシンク３６よりも大きくされている。また、第３ヒートシンク５６が第４ヒートシンク６４よりも大きくされている。
【０１３７】
このように、半導体チップ３０の両側に位置するヒートシンク３６，４４のうち、対向する冷却器７２，７４と絶縁分離される第２ヒートシンク４４を大きくすると、第２ヒートシンク４４と第２冷却器７４を絶縁分離しつつ、第２ヒートシンク４４の放熱面積を増やして、第２冷却器７４への放熱性を向上することができる。同様に、半導体チップ５０の両側に位置するヒートシンク５６，６４のうち、対向する冷却器７２，７４と絶縁分離される第３ヒートシンク５６を大きくすると、第３ヒートシンク５６と第１冷却器７２を絶縁分離しつつ、第３ヒートシンク５６の放熱面積を増やして、第１冷却器７２への放熱性を向上することができる。
【０１３８】
本実施形態に示す構成は、第４実施形態にのみならず、第２実施形態、第３実施形態、第５実施形態〜第７実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。
【０１３９】
（第９実施形態）
本実施形態において、第２実施形態に示したパワーモジュール７０と共通する部分についての説明は割愛する。
【０１４０】
第２実施形態では、隣り合う第１冷却器７２と第２冷却器７４との間に配置される半導体装置１０として、上下アームを構成する半導体チップ３０，５０が共通の封止樹脂体８２によって封止されてなる２ｉｎ１パッケージ構造の半導体装置の例を示した。
【０１４１】
これに対し、本実施形態では、第１実施形態に示したように、１ｉｎ１パッケージ構造の半導体装置１０Ｕ，１０Ｌを用いて、同様の構成を実現している。
【０１４２】
先ず、図１５〜図１７に基づき、本実施形態に適用される半導体装置１０Ｕ，１０Ｌの構成について説明する。図１７では、冷却器７２，７４と半導体装置１０Ｕ，１０Ｌとの電気的な接続状態をわかりやすくするために、各ヒートシンク３６，６４を破線で図示するとともに、各ヒートシンク３６，６４にハッチングを施している。また、各絶縁シート８６，８８を実線で図示するとともに、各絶縁シート８６，８８にハッチングを施している。すなわち、図１７では、絶縁シート８６，８８により被覆されたヒートシンク４４，５６を図示していない。
【０１４３】
本実施形態に係る半導体装置１０Ｕ，１０Ｌは、第１実施形態に示した半導体装置１０Ｕ，１０Ｌとほぼ同じ構成を有している。異なる点は、図１５、図１６、及び図１７に示すように、上アーム半導体装置１０Ｕが、ＩＧＢＴ素子１２Ｕのコレクタ電極１６Ｕと電気的に接続され、封止樹脂体３２の側面から外部に突出するコレクタ端子３６ｂを有している。また、エミッタ電極１８Ｕと電気的に接続され、封止樹脂体３２の側面から外部に突出するエミッタ端子４４ｃを有している。これら端子３６ｂ，４４ｃは、制御端子２８Ｕの突出する側面と反対の側面から、制御端子２８Ｕの延設方向と反対の方向に延びている。さらに、第２ヒートシンク４４の放熱面４４ａ全体を覆うように、放熱面４４ａ及び裏面３２ｂに第１絶縁シート８６が貼り付けられている。
【０１４４】
また、図１７に示すように、下アーム半導体装置１０Ｌが、上アーム半導体装置１０Ｕ同様、ＩＧＢＴ素子１２Ｌのコレクタ電極１６Ｌと電気的に接続され、封止樹脂体５２の側面から外部に突出するコレクタ端子５６ｄを有している。また、エミッタ電極１８Ｌと電気的に接続され、封止樹脂体５２の側面から外部に突出するエミッタ端子６４ｂを有している。これら端子５６ｄ，６４ｂは、制御端子２８Ｌの突出する側面と反対の側面から、制御端子２８Ｌの延設方向と反対の方向に延びている。さらに、第３ヒートシンク５６の放熱面５６ａ全体を覆うように、放熱面５６ａ及び一面５２ａに第２絶縁シート８８が貼り付けられている。
【０１４５】
次いで、図１７及び図１８に基づき、パワーモジュール７０の構成について説明する。
【０１４６】
図１７に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール７０は、上記した半導体装置１０Ｕ，１０Ｌに加え、第２実施形態同様、金属製の冷却器７２，７４を備えている。第１冷却器７２と第２冷却器７４は、Ｚ方向において交互に配置されている。そして、隣り合う第１冷却器７２と第２冷却器７４の間に、それぞれ１組の半導体装置１０Ｕ，１０Ｌが配置されている。すなわち、隣り合う第１冷却器７２と第２冷却器７４の間に上下アームが１つずつ配置されている。
【０１４７】
上下アームを構成する半導体装置１０Ｕ，１０Ｌは、隣り合う第１冷却器７２と第２冷却器７４の間において、半導体チップ３０，５０が並列となるように配置されている。すなわち、第１ヒートシンク３６及び第２絶縁シート８８が第１冷却器７２に対向し、第４ヒートシンク６４及び第１絶縁シート８６が第２冷却器７４に対向するように配置されている。
【０１４８】
そして、封止樹脂体３２の一面３２ａに露出する第１ヒートシンク３６と、封止樹脂体５２の一面５２ａに露出する第３ヒートシンク５６のうち、第１ヒートシンク３６が第１冷却器７２と電気的に接続されている。第３ヒートシンク５６については、第２絶縁シート８８により、第１冷却器７２と絶縁分離されている。
【０１４９】
同様に、封止樹脂体３２の裏面３２ｂに露出する第２ヒートシンク４４と、封止樹脂体５２の裏面５２ｂに露出する第４ヒートシンク６４のうち、第４ヒートシンク６４が第２冷却器７４と電気的に接続されている。一方、第２ヒートシンク４４については、第１絶縁シート８６により、第２冷却器７４と絶縁分離されている。
【０１５０】
また、図１７及び図１８に示すように、上下アームを構成する半導体装置１０Ｕ，１０Ｌにおいて、第２ヒートシンク４４と３ヒートシンク５６とは、出力取り出し用の出力端子９２によって電気的に接続されている。詳しくは、上アーム半導体装置１０Ｕのエミッタ端子４４ｃの封止樹脂体３２の外部に突出する部分と、下アーム半導体装置１０Ｌのコレクタ端子５６ｄの封止樹脂体５２の外部に突出する部分とが、出力端子９２によって電気的に接続されている。この出力端子９２は、第２実施形態に示した半導体装置１０の、出力端子５６ｂと中継部４４ｂ，５６ｃの機能を併せもっている。
【０１５１】
以上の構成によっても、第２実施形態同様の効果を奏することができる。なお、本実施形態に示す構成は、第２実施形態にのみならず、第３実施形態〜第８実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。
【０１５２】
なお、本実施形態では、上アーム半導体装置１０Ｕが、封止樹脂体３２から突出する端子として、コレクタ端子３６ｂとエミッタ端子４４ｃを有し、下アーム半導体装置１０Ｌが、封止樹脂体５２から突出する端子として、コレクタ端子５６ｄとエミッタ端子６４ｂを有する例を示した。しかしながら、上記したように、出力端子９２によって接続されるのは、エミッタ端子４４ｃとコレクタ端子５６ｄである。したがって、上アーム半導体装置１０Ｕがコレクタ端子３６ｂを有さずにエミッタ端子４４ｃのみを有し、下アーム半導体装置１０Ｌがエミッタ端子６４ｂを有さずにコレクタ端子５６ｄのみを有する構成を採用することもできる。ただし、各半導体装置１０Ｕ，１０Ｌは、絶縁シート８６，８８の配置を除けば実質的に同じ構造であるため、コレクタ端子及びエミッタ端子がともに突出する構成とすると部品を共通化することができる。
【０１５３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１５４】
スイッチング素子として、ＩＧＢＴ素子１２Ｕ，１２Ｌの例を示したが、これに限定されるものではない。例えばＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。
【０１５５】
半導体装置１０，１０Ｕ，１０Ｌが、ターミナル４０，６０を有する例を示した。しかしながら、ターミナル４０，６０を有さない構成を採用することもできる。
【０１５６】
第２ヒートシンク４４と第３ヒートシンク５６を電気的に中継する中継部として、第２ヒートシンク４４が第１中継部４４ｂを有し、第３ヒートシンク５６が第２中継部５６ｃを有する例を示した。しかしながら、中継部は、第２ヒートシンク４４及び第３ヒートシンク５６の少なくとも一方に設けられればよい。
【０１５７】
パワーモジュール７０として、上アーム側の３つの半導体チップ３０と、下アーム側の３つの半導体チップ５０を有する、すなわち３つの上下アームを有する例を示した。しかしながら、半導体チップ３０，５０の個数は上記例に限定されるものではない。また、Ｚ方向において隣り合う冷却器の間に配置される半導体装置１０（１０Ｕ，１０Ｌ）の個数も上記例に限定されるものではない。３つの上下アームを有する半導体装置１０、すなわち６ｉｎ１パッケージ構造を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０・・・半導体装置、１０Ｕ・・・上アーム半導体装置、１０Ｌ・・・下アーム半導体装置、１２Ｕ，１２Ｌ・・・ＩＧＢＴ素子、１４Ｕ，１４Ｌ・・・ＦＷＤ素子、１６Ｕ，１６Ｌ・・・コレクタ電極、１８Ｕ，１８Ｌ・・・エミッタ電極、２０Ｕ，２０Ｌ・・・ゲート電極、２２・・・高電位電源ライン、２４・・・低電位電源ライン、２６・・・出力ライン、２８Ｕ，２８Ｌ・・・制御端子、３０・・・半導体チップ、３２・・・封止樹脂体、３２ａ・・・一面、３２ｂ・・・裏面、３４，３８，４２・・・はんだ、３６・・・第１ヒートシンク、３６ａ・・・放熱面、３６ｂ・・・コレクタ端子、４０・・・ターミナル、４４・・・第２ヒートシンク、４４ａ・・・放熱面、４４ｂ・・・第１中継部、４４ｃ・・・エミッタ端子、５０・・・半導体チップ、５２・・・封止樹脂体、５２ａ・・・一面、５２ｂ・・・裏面、５４，５８，６２・・・はんだ、５６・・・第３ヒートシンク、５６ａ・・・放熱面、５６ｂ・・・出力端子、５６ｃ・・・第２中継部、５６ｄ・・・コレクタ端子、６０・・・ターミナル、６４・・・第４ヒートシンク、６４ａ・・・放熱面、６４ｂ・・・エミッタ端子、７０・・・パワーモジュール、７２・・・第１冷却器、７２ａ・・・第１接続部、７４・・・第２冷却器、７４ａ・・・第２接続部、７６・・・第３冷却器、７６ａ・・・第３接続部、７８・・・上流側連結部、８０・・・下流側連結部、８２・・・封止樹脂体、８２ａ・・・一面、８２ｂ・・・裏面、８２ｃ・・・第１被覆部、８２ｄ・・・第２被覆部、８４・・・はんだ、８６・・・第１絶縁シート、８６ａ・・・一面、８８・・・第２絶縁シート、８８ａ・・・一面、９０ａ，９０ｂ・・・凹部、９２・・・出力端子、１００・・・電力変換装置、１０２・・・インバータ部、１０４・・・制御部、１０６・・・直流電源、１０８・・・モータ、１１０・・・コンデンサ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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