(57)【要約】【課題】小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供すること。【解決手段】三個以上の半導体素子２と、該半導体素子２の放熱を行うための放熱部材３とを有するパワーモジュール１。該パワーモジュール１は、放熱部材３に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面３０に、三個以上の半導体素子２を分散して接触配置させてある。パワーモジュール１は、互いに非平行な四つの搭載表面３０を有する略四角錐形状からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三個以上の半導体素子と、該半導体素子の放熱を行うための放熱部材とを有するパワーモジュールであって、
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてあることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
非平坦面を有する非平坦部品に搭載されるとともに、複数の半導体素子と該半導体素子の放熱を行う放熱部材とを有するパワーモジュールであって、
上記放熱部材は、互いに非平行な状態で上記非平坦部品の上記非平坦面に対して取り付けられた複数の素子搭載部を有し、
上記複数の半導体素子は、上記放熱部材の上記複数の素子搭載部に分散して接触配置してあることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
請求項２において、上記非平坦部品は、略円柱形状からなることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項４】
請求項３において、上記放熱部材は、上記非平坦部品の側面に配設されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項５】
請求項３又は４において、上記非平坦部品の軸方向の端面は、中央部分において突出した突起部を有し、上記放熱部材は、上記突起部に隣接して配されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項において、上記非平坦部品は、回転電機であることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体素子と、半導体素子の放熱を行う放熱部材とを有するパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図７に示すごとく、複数の半導体素子９２を放熱板９３の搭載表面９３０に配設したパワーモジュール９が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかるパワーモジュール９においては、平板状の放熱板９３に複数の半導体素子９２を平面的に配置してある。そのため、半導体素子９２の搭載数が増えると、放熱板９３の面積を大きくする必要が生じ、パワーモジュール９の体格が大きくなってしまうおそれがある。そして、このパワーモジュール９の体格は、放熱板９３の搭載表面９３０が大きくなる方向（図７におけるＸ方向及びＹ方向）に平面的に拡大し、この平面に対して直交する方向（以下、便宜的に「高さ方向」という）には拡大しない。
【０００３】
そこで、半導体素子９２の搭載数に伴う放熱板９３の搭載表面９３０の拡大を上記高さ方向（図８におけるＺ方向）にも分散させることにより小型化を図ったパワーモジュール９が提案されている（特許文献２参照）。かかるパワーモジュール９は、図８、図９に示すごとく、放熱板９３に設けた互いに非平行な二つの搭載表面９３０に複数の半導体素子９２を分散して接触配置させてある。
【０００４】
これにより、放熱板９３を、その中央部分が高さ方向Ｚに隆起するように屈曲させることによって形成される屈曲辺９５に直交する方向（Ｘ方向）については、パワーモジュール９の体格を縮小することは可能である。ところが、かかる構成では、屈曲辺９５に平行な方向（図９におけるＹ方向）についてはパワーモジュール９の体格を縮小することができない。すなわち、縦方向であるＹ方向及び横方向であるＸ方向の双方においてパワーモジュール９の体格を小さくすることはできない。
【０００５】
また、図１０に示すごとく、例えば回転電機等の非平坦部品９４における非平坦面９４０に半導体素子９２を搭載してなるパワーモジュール９がある（特許文献３参照）。かかるパワーモジュール９においては、非平坦部品９４の側面９４１において外方に突出してなる平坦面を有する素子搭載部９４４に半導体素子９２を搭載する。ところが、上記素子搭載部９４４を形成した分、これに付随して無駄なスペースであるデッドスペースＤが形成されてしまうため、パワーモジュール９の体格が大きくなってしまうおそれがある。
【０００６】
また、図１１に示すごとく、上記非平坦部品９４において、半導体素子９２を非平坦部品９４の軸方向の端面９４２に搭載することも考えられる。かかるパワーモジュール９においては、非平坦部品９４の軸受け等として中央部分において突出した突起部９４３の周囲に平坦面を有する素子搭載部９４４を形成して、その表面に半導体素子９２を搭載する。ところが、この場合も、突起部９４３の周囲に大きなデッドスペースＤが形成されてしまうため、パワーモジュール９の体格が大きくなってしまうおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１７４５７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３９０９号公報
【特許文献３】特開２００４−１９０５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の発明は、三個以上の半導体素子と、該半導体素子の放熱を行うための放熱部材とを有するパワーモジュールであって、
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてあることを特徴とするパワーモジュールにある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてある。かかる構成によれば、放熱部材に設けた互いに非平行な搭載表面に、半導体素子が互いに角度を持った状態で配置されることとなる。それゆえ、パワーモジュールにおける一つの平面方向のみならず、これに直交する高さ方向も半導体素子を搭載するスペースとして利用することができる。したがって、パワーモジュールの上記高さ方向に投影される投影面積を小さくしてパワーモジュールの体格を小さくすることができる。
【００１１】
特に本発明のパワーモジュールにおいては、三つ以上の搭載表面に三個以上の半導体素子を接触配置してある。それゆえ、パワーモジュールの高さ方向に投影される投影面においてもその縦方向及び横方向の双方の寸法を縮小することが可能となる。その結果、パワーモジュールの体格を効果的に小さくすることができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。
【００１３】
第二の発明は、非平坦面を有する非平坦部品に搭載されるとともに、複数の半導体素子と該半導体素子の放熱を行う放熱部材とを有するパワーモジュールであって、
上記放熱部材は、互いに非平行な状態で上記非平坦部品の上記非平坦面に対して取り付けられた複数の素子搭載部を有し、
上記複数の半導体素子は、上記放熱部材の上記複数の素子搭載部に分散して接触配置してあることを特徴とするパワーモジュールにある（請求項２）。
【００１４】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記放熱部材は、互いに非平行な状態で上記非平坦部品の上記非平坦面に対して取り付けられた複数の素子搭載部を有し、該複数の素子搭載部に上記複数の半導体素子が分散して接触配置してある。かかる構成によれば、非平坦部品の非平坦面の形状に適宜対応させて放熱部材の素子搭載部を配設することが可能となる。すなわち、非平坦部品に、平坦な素子搭載部を有する放熱部材を配置して、その平坦な素子搭載部に複数の半導体素子を搭載しようとすると、どうしても非平坦部品と半導体素子との間に無駄なスペースであるデッドスペース（図１０、図１１における符号Ｄ参照）が生じてしまう。
【００１５】
これに対して、上記構成によれば、上述のごとく、非平坦部品の非平坦面の形状に適宜対応させて放熱部材の素子搭載部を配設することが可能となるため、デッドスペースが形成されることを抑制することができる。
その結果、半導体素子の搭載数を増やす場合においてもデッドスペースの形成を充分に抑制しつつ放熱部材に半導体素子を搭載することができ、パワーモジュールの体格を効果的に小さくすることができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上記第一の発明（請求項１）及び上記第二の発明（請求項２）において、上記半導体素子として、例えば、ＩＧＢＴ素子、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子等の汎用半導体素子を用いることができる。
上記第一の発明において、上記互いに非平行な三つ以上の搭載表面の数及び配置を種々変更することにより、略三角錐形状、略四角錐形状、略五角錐形状等、種々の形状のパワーモジュールを形成することができる。
【００１８】
なお、本明細書においては、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を用いて三次元空間を説明する。すなわち、図１におけるＺ方向をパワーモジュールの高さ方向と、図２におけるパワーモジュールの水平方向であるＸ方向及びＹ方向を、それぞれパワーモジュールの横方向及び縦方向というものとする。
【００１９】
また、上記第二の発明において、上記非平坦部品は、略円柱形状からなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、本発明の作用効果を効果的に発揮することができる。すなわち、略円柱形状からなる非平坦部品に半導体素子を搭載する場合には、上記のデッドスペースの問題が顕著に生じる。したがって、かかる非平坦部品に本発明を適用するとデッドスペースの形成を充分に抑制してパワーモジュールの小型化を図ることができる。
【００２０】
また、上記放熱部材は、上記非平坦部品の側面に配設することができる（請求項４）。
この場合には、デッドスペースの形成を抑制しつつ、上記側面に半導体素子を配設することができるため、パワーモジュールの小型化を容易に図ることができる。
【００２１】
また、上記非平坦部品の軸方向の端面は、中央部分において突出した突起部を有し、上記放熱部材は、上記突起部に隣接して配されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、突起部の周囲のスペースを有効に利用することができるため、パワーモジュールの小型化を容易に図ることができる。
【００２２】
また、上記非平坦部品は、回転電機とすることができる（請求項６）。
上記パワーモジュールは、回転電機とともに高電圧回路を形成するため一般に回転電機に隣接配置されることが多い。そこで、パワーモジュールを回転電機に搭載する構成において本発明を適用することにより、本発明の効果を有効に発揮することができる。
なお、非平坦部品としては、回転電機以外に、例えばコンプレッサやトランスミッション等がある。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
本発明の実施例に係るパワーモジュールにつき、図１、図２を用いて説明する。
本例のパワーモジュール１は、三個以上の半導体素子２と、該半導体素子２の放熱を行うための放熱部材３とを有する。
また、パワーモジュール１は、上記放熱部材３に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面３０に、上記三個以上の半導体素子２を分散して接触配置させてある。
【００２４】
本例のパワーモジュール１の放熱部材３は、四つの搭載表面３０が互いに非平行な状態で組み合わされて立体的に構成されている。
本例のパワーモジュール１における半導体素子２として、例えば、ＩＧＢＴ素子を用いることができる。なお、本例では、計八個の半導体素子２を、二個一組として四つの搭載表面３０に分散配置してある。
そして、半導体素子２の裏面２０と放熱部材３の搭載表面３０とは、例えば、グリス（図示略）を介して密着させてある。
【００２５】
放熱部材３は、半導体素子２に対する放熱効率を向上させるため、例えば、アルミニウム製等の熱伝導性に優れた金属材料によって構成することができる。
また、放熱部材３は、内部に水などの冷却媒体を流通させる冷媒流路３２を有する。該冷媒流路３２は、放熱部材３における半導体素子２を搭載する搭載表面３０と略平行に形成されている。これにより、半導体素子２の熱を放熱部材３を介して冷媒流路３２を流れる冷却媒体に放熱することができるとともに、半導体素子２の全体を略均一に冷却することができる。
なお、半導体素子２を搭載する放熱部材３の搭載表面３０のＸＹ平面に対する傾斜角θは、例えば、４５°以上であることが好ましい。
【００２６】
次に、本例の作用効果につき説明する。
放熱部材３に設けた互いに非平行な三つ以上の表面３０に、三個以上の半導体素子２を分散して接触配置させてある。かかる構成によれば、放熱部材３に設けた互いに非平行な搭載表面３０に、半導体素子２が互いに角度を持った状態で配置されることとなる。それゆえ、パワーモジュール１における一つの平面方向（図１におけるＸ方向、Ｙ方向）のみならず、これに直交する高さ方向（図２におけるＺ方向）も半導体素子２を搭載するスペースとして利用することができる。したがって、パワーモジュール１の高さ方向Ｚに投影される投影面積を小さくしてパワーモジュール１の体格を小さくできる。
【００２７】
特に本例のパワーモジュールにおいては、四つの搭載表面３０に四個の半導体素子２を接触配置してある。それゆえ、投影面においてもその縦方向Ｙ及び横方向Ｘの双方の寸法を縮小させることが可能となる。その結果、パワーモジュール１の体格を効果的に小さくすることができる。
【００２８】
以上のごとく、本例によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。
【００２９】
（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、半導体素子２が、放熱部材３に設けられた凹部３０１の搭載表面３０に搭載されているパワーモジュール１の例である。すなわち、本例のパワーモジュール１の放熱部材３は、−Ｚ方向に窪ませた凹部３０１を有し、その搭載表面３０に半導体素子２を搭載している。
また、この凹部３０１の形状は、実施例１と同様に互いに非平行な四つの搭載表面３０が組み合わされた形状を有し、実施例１に示した放熱部材３を裏返しにした形状を有する。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。
【００３０】
（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、略円柱形状の回転電機４の側面４０１に搭載されるパワーモジュール１の例である。ここで、回転電機４の側面４０１は、曲面、すなわち非平坦面であって、回転電機４は非平坦部品である。
放熱部材３は、互いに非平行な状態で回転電機４の側面４０１に対して取り付けられた二つの素子搭載部４１を有する。
【００３１】
二つの半導体素子２は、放熱部材３の複数の素子搭載部４１に分散して接触配置してある。
放熱部材３は、回転電機４の側面４０１の全周を覆うように配設されている。そして、その回転電機４の外周の一部に素子搭載部４１が二つ設けられており、該素子搭載部４１における互いに非平行な搭載表面３０に、複数の半導体素子２が分散して密着配置されている。
また、放熱部材３は半導体素子２の放熱を行うとともに、回転電機４の放熱をも行うことができる。
【００３２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
放熱部材３は、互いに非平行な状態で回転電機４の非平坦面４０に対して取り付けられた複数の素子搭載部４１を有し、複数の素子搭載部４１に複数の半導体素子２が分散して接触配置してある。かかる構成によれば、回転電機４の非平坦面４０の形状に適宜対応させて放熱部材３の素子搭載部４１を配設することが可能となる。すなわち、回転電機４に、平坦な素子搭載部４１を有する放熱部材３を配置して、その平坦な素子搭載部４１に複数の半導体素子２を搭載しようとすると、どうしても回転電機４と半導体素子２との間に無駄なスペースであるデッドスペース（図１０、図１１における符号Ｄ参照）が生じてしまう。
【００３３】
これに対して、上記構成によれば、上述のごとく、回転電機４の非平坦面４０の形状に適宜対応させて放熱部材３の素子搭載部４１を配設することが可能となるため、デッドスペースが形成されることを抑制することができる。
その結果、半導体素子２の搭載数を増やす場合においてもデッドスペースの形成を充分に抑制しつつ放熱部材３に半導体素子２を搭載することができ、パワーモジュール１の体格を効果的に小さくすることができる。
【００３４】
また、回転電機４は、略円柱形状からなるため、本発明の作用効果を効果的に発揮することができる。すなわち、略円柱形状からなる回転電機４に半導体素子２を搭載する場合には、デッドスペースの問題が顕著に生じる。したがって、かかる回転電機４に本発明を適用するとデッドスペースの形成を充分に抑制してパワーモジュール１の小型化を図ることができる。
【００３５】
また、放熱部材３は、回転電機４の側面４０１に配設されているため、本発明の作用効果を一層効果的に発揮することができる。すなわち、デッドスペースの形成を抑制しつつ、側面４０１に半導体素子２を配設することができるため、パワーモジュール１の小型化を容易に図ることができる。
【００３６】
また、本例において非平坦部品は、回転電機４である。パワーモジュール１は、回転電機４とともに高電圧回路を形成するため一般に回転電機４に隣接配置されることが多い。そこで、パワーモジュール１を回転電機４に搭載する構成において本発明を適用することにより、本発明の効果を有効に発揮することができる。
【００３７】
以上のごとく、本例によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。
【００３８】
（実施例４）
本例は、図５に示すごとく、半導体素子２が、回転電機４の軸方向の端面４０２に配設されているパワーモジュール１の例である。
端面４０２は、中央部分において突出した突起部４３を有する。この突起部４３は、回転電機４の軸受けである。
【００３９】
また、放熱部材３は、突起部４３に隣接して配されている。すなわち、素子搭載部４１は、その搭載表面３０が突起部４３の頂面４３１の周縁部４３２から回転電機４の端面４０２の周縁部４０３にわたって平面的に形成されるように配設されている。そして、この素子搭載部４１が突起部４３の四方位置に同様に配され、互いに非平行な搭載表面３０を有する。
【００４０】
なお、図６に示すごとく、回転電機４の側面４０１にも素子搭載部４１を設けて、この素子搭載部４１に半導体素子２を配置することもできる。
その他は、実施例３と同様である。
【００４１】
回転電機４の軸方向の端面４０２は、突起部４３を有し、放熱部材３は、突起部４３に隣接して配されている。これにより、突起部４３の周囲のスペースを有効に利用することができるため、パワーモジュール１の小型化を図ることができる。すなわち、上記構成によれば、図５（ａ）における符号Ｅに示されるスペース分のデッドスペースを低減することができる。そのため、このスペースＥに周辺部材を配置するなどして、突起部４３の周囲のスペースを有効利用することが可能となる。
その他は、実施例３と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１における、パワーモジュールの側面図。
【図２】実施例１における、パワーモジュールの上面図。
【図３】実施例２における、パワーモジュールの側面図。
【図４】実施例３における、パワーモジュールの軸方向から見た側面図。
【図５】実施例４における、（ａ）パワーモジュールの側面図、（ｂ）（ａ）のパワーモジュールの軸方向から見た側面図。
【図６】実施例４における、（ａ）別のパワーモジュールの側面図、（ｂ）（ａ）のパワーモジュールの軸方向から見た側面図。
【図７】従来例における、パワーモジュールの上面図。
【図８】従来例における、パワーモジュールの側面図。
【図９】従来例における、パワーモジュールの上面図。
【図１０】従来例における、パワーモジュールの軸方向から見た側面図。
【図１１】従来例における、パワーモジュールの側面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  パワーモジュール
２  半導体素子
３  放熱部材
３０  搭載表面
【図１】
2008311467.tif 000003
【図２】
2008311467.tif 000004
【図３】
2008311467.tif 000005
【図４】
2008311467.tif 000006
【図５】
2008311467.tif 000007
【図６】
2008311467.tif 000008
【図７】
2008311467.tif 000009
【図８】
2008311467.tif 000010
【図９】
2008311467.tif 000011
【図１０】
2008311467.tif 000012
【図１１】
2008311467.tif 000013