(57)【要約】【課題】半導体素子の発熱を効果的に冷却する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ１１が設けられたバスバー１３と冷却ジャケット１６とを接合しているボルト１８とボルトとの間に、その端部がボルトにより押圧されるように配置した金属板１９を埋設する。その結果、ボルト１８の締め付け圧力は、この金属板１９を通してボルト１８間の樹脂モールド１４部分にも作用すると同時に、バスバー１３全体に対して均一的に冷却部材への押圧力が作用する。従って、バスバー１３と冷却ジャケット１６との圧接力が向上し、これらの間の熱抵抗が低下し、半導体チップ１１で発生した熱が効率よくバスバー１３を介して冷却ジャケット１６に伝達される。【選択図】　図２
2004128117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバーと、
前記バスバー上に設けられた半導体デバイスを含む所定の回路と、
前記所定の回路の一部又は全部を被覆し半導体モジュールを形成するモールド樹脂と、
前記バスバーの前記半導体デバイスが設けられている面の裏面側において、前記半導体モジュールと密着される冷却部材と、
前記半導体モジュールと前記冷却部材とを固着する複数のボルトと、
前記冷却部材に対して前記バスバーよりも遠い位置の前記モールド樹脂の内部の、少なくとも２つの前記ボルトの間に、端部が各々前記ボルトにより直接的に押圧される領域に配置されて埋設された剛体部材と
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記剛体部材は、隣接する２つのボルト間に、両端部が各々前記ボルトにより直接的に押圧される領域に配置されて埋設された直線状の部材を含む
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記剛体部材は、３以上の前記ボルトの間を埋めるように、当該各ボルトにより直接的に押圧される各領域に一部が配置されるように埋設された、複数の直線状の部材が一体的に形成された形状の部材を含む
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記剛体部材は、環状部材である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記剛体部材は、前記半導体装置の外周部に沿って設けられている
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記剛体部材は、前記半導体装置の前記回路の所定の部分回路ごとに、当該部分回路の周囲に設けられている
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記剛体部材は、前記半導体装置の前記回路の所定の部分回路ごとに設けられ、当該部分回路ごとの前記剛体部材は、前記樹脂モールドにより分離されている
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記剛体部材は、前記半導体モジュールと前記冷却部材との密着面を長手方向とする長方形の断面を有する平板状の部材である
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記剛体部材は、前記半導体モジュールと前記冷却部材との密着面に垂直な方向を長手方向とする縦長長方形の断面を有する部材である
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記剛体部材は、平板状部材を曲げ加工して形成した部材である
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
筒状に形成した部材である
に前記半導体モジュールと前記冷却部材との密着面を長手方向とする長方形の断面を有する平板状の部材である
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、電極バスバーに複数個の半導体チップを接合した半導体モジュールを冷却器に接合した半導体装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
トランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、サイリスタ等の電力制御素子半導体チップを用いてインバータ回路やコンバータ回路等の電力変換回路を構成し、これを１つのモジュールとしてパッケージングした半導体装置が広く使用されている。このような半導体装置においては、電力が大きいために発熱量も非常に大きく、放熱及び半導体装置の冷却を効率よく行うことが非常に重要である。
【０００３】
そのために、従来の記載の半導体装置においては、半導体チップが接合されたバスバーを絶縁体のみを介して冷却器に取り付けることにより、半導体チップで発した熱の放熱を冷却器より効率よく行えるようにしている（例えば特許文献１参照）。すなわち、各々半導体チップが接合された複数のバスバーを樹脂モールドにより固定して半導体モジュールを形成し、これを絶縁体を介して冷媒が流されている冷却ジャケットに固定する半導体装置において、バスバーを、冷却ジャケットの半導体モジュール取り付け面に対して樹脂モールよりも突き出した状態で形成するようにし、これにより、バスバーが樹脂モールドを介さずに絶縁体のみを介して直接的に冷却ジャケットに設置されるようにしている。
【０００４】
ところで、このような、半導体チップが接合された複数のバスバーが樹脂モールドされた半導体モジュール、絶縁体及び冷却器等が一体化されて形成されているような従来の半導体装置においては、半導体モジュールは、ボルトによりねじ止めされて冷却器に固定されている。このとき、ボルトとボルトの間の各バスバーの圧接力を増大させれば熱抵抗が減少し、拘束力を増大させればハンダ付け部の接合信頼性が向上し好適である。そして、このバスバーの圧接力及び拘束力を向上させるためには、ボルト締め箇所を多くする必要がある。
【０００５】
しかしながら、ボルトはバスバーとの絶縁を確保しながら用いる必要があること、ボルト締めはワイヤボンディング後に実施するためボンディングワイヤの下にボルト締め箇所を設けることはできないこと、また、ボルト締め箇所を増やすと半導体装置の大型化や加工費の増大を招くこと等の理由により、ボルト締め箇所を十分に増やすことはできない。
従って、このような従来の半導体装置においては、半導体モジュール、絶縁体及び冷却器等を限られた数箇所においてボルト締めすることとなり、樹脂モールドを冷却器方向に押圧する力が不均等となり、その結果、半導体チップと冷却器との間の熱抵抗が大きい部分が生じ、半導体チップの発熱を効果的に冷却することができないという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１１０９８５号公報
【０００７】
【発明の開示】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体モジュールを冷却器方向に押圧する押圧力、すなわち半導体モジュールと冷却器との圧接力を均等にし、これにより半導体モジュールと冷却器との間の熱抵抗を小さくし、半導体チップからの発熱を効果的に放熱し半導体チップを冷却することのできる半導体装置を提供することにある。
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、バスバーと、前記バスバー上に設けられた半導体デバイスを含む所定の回路と、前記所定の回路の一部又は全部を被覆し半導体モジュールを形成するモールド樹脂と、前記バスバーの前記半導体デバイスが設けられている面の裏面側において、前記半導体モジュールと密着される冷却部材と、前記半導体モジュールと前記冷却部材とを固着する複数のボルトと、前記冷却部材に対して前記バスバーよりも遠い位置の前記モールド樹脂の内部の、少なくとも２つの前記ボルトの間に、端部が各々前記ボルトにより直接的に押圧される領域に配置されて埋設された剛体部材とを有する。
【０００９】
このような構成の半導体装置によれば、半導体モジュールと冷却部材とを接合しているボルトとボルトの間に、その端部がボルトにより押圧されるように配置して剛体部材を埋設している。従って、ボルトの締め付け圧力は、この剛体部材を通してボルト間の樹脂モールド部分にも作用すると同時に半導体モジュール全体に対して均一的に冷却部材への押圧力が作用する。その結果、バスバーと冷却部材との圧接力が向上し、これらの間の熱抵抗が低下し、半導体デバイスで発生した熱が効率よくバスバーを介して冷却部材に伝達されることとなる。
【００１０】
このように、本発明によれば、半導体モジュールを冷却部材方向に押圧する押圧力、すなわち半導体モジュールと冷却部材との圧接力を均等にし、これにより半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を小さくし、半導体チップからの発熱を効果的に放熱し半導体チップを冷却することのできる半導体装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態の半導体装置について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態の半導体装置１０の構成を示す回路図である。
また図２は、その半導体装置１０の構造を示す図であり、図２（Ａ）は半導体装置１０の斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図２（Ｃ）は半導体装置１０に埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
【００１２】
半導体装置１０は、図１にその回路図を示すように、ＩＧＢＴとフリーホイールダイオードを用いた、所望の電力にＰＷＭ制御された３相交流電力を生成する電源制御回路である。そして、この半導体装置１０は、樹脂モールドされた電極バスバーに複数個の半導体チップを接合して半導体モジュールを構成し、これを絶縁体を挟んで冷却器に取り付けた構造である。
【００１３】
この半導体装置１０の構造についてより詳細に説明する。
半導体装置１０は、半導体チップ１１、ボンディングワイヤ１２、Ｐ極バスバー１３ｃ、Ｎ極バスバー１３ｅ、出力バスバー１３ｅｃ、樹脂モールド１４、絶縁体１５、冷却ジャケット１６、冷媒１７、ボルト１８及び金属板１９を有する。
半導体チップ１１は、ハンダ等の導電性材料２０によりバスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃ上に接続されて設置されるとともに、さらに上面の入出力パッド及び電源パッドがボンディングワイヤ１２により、各バスバー及び他の半導体チップ１１のパッドあるいは回路配線等に接続されている。
【００１４】
このように半導体チップ１１が設置されたバスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃが、Ｐ極バスバー１３ｃ、Ｎ極バスバー１３ｅ及び出力バスバー１３ｅｃが各々絶縁されるように樹脂によりモールドされて、半導体モジュールが形成される。この時、形成される樹脂モールド１４には、後に半導体モジュールを冷却ジャケット１６に固定するためのボルトを通すボルト用開口部２１が、半導体装置１０の全面に渡って設けられる。本実施の形態においては、図２（Ａ）に示すように、半導体装置１０の全面に渡って１１箇所のボルト用開口部２１が設けられる。
【００１５】
そして、このボルト用開口部２１とボルト用開口部２１との間の樹脂モールド１４の隆起部分に、換言すれば、バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃより上側（冷却ジャケット１６に固定される側とは反対方向）の位置の樹脂モールド１４の内部にボルト用開口部２１とボルト用開口部２１とをつなぐように、直線状の金属板１９が埋め込まれる。より厳密には、各金属板１９は、ボルト１８のピン部に接触しない程度にその端部がボルト１８の頭部により直接的に押圧されるボルト１８の頭部の下部にまでもぐり込むように配置される。本実施の形態においては、図２（Ａ）に示したような半導体チップ１１やボルト用開口部２１等の配置の半導体装置１０に対して、図２（Ｃ）に示すような実質的にボルト用開口部２１とボルト用開口部２１との間を全てつなぐように配置された各金属板１９が、樹脂モールド１４内に埋め込まれる。
【００１６】
そして、このような構成の半導体モジュール、すなわち半導体チップ１１が設置されたバスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃは、絶縁体１５を介して冷却ジャケット１６に、ボルト用開口部２１より挿入されたボルト１８によりボルト締めされる。
冷却ジャケット１６の内部には、冷媒１７が循環されており、冷却ジャケット１６に伝達された熱は冷媒１７を介して外部に放熱される。
【００１７】
なお、金属板１９の材料としては、黄銅などの銅系材料や、ステンレス、鉄、アルミニウム等が、樹脂モールド１４の材料としては、ＰＰＳ，ＰＢＴ，ＰＡ等が、また、絶縁体１５としてはシリコーンゴム等が好適である。
【００１８】
このような構造の半導体装置１０においては、ボルト締め時の力はモールドされた金属板１９により水平方向に分散され、金属板１９の下部のバスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃに均一に配分される。これにより、ボルト締め箇所を増やすことなく、バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃの圧接力を向上かつ均一化させることができる。その結果、各バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗が低下し、半導体チップ１１からの発熱を効果的にバスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃに放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
【００１９】
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態の半導体装置について、図３を参照して説明する。図３は、第２の実施の形態の半導体装置１０ｂの構造を示す図であり、図３（Ａ）は半導体装置１０ｂの斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図３（Ｃ）は半導体装置１０ｂに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
なお、第２の実施の形態の半導体装置１０ｂの回路構成及び基本的な構造は、前述した第１の実施の形態の半導体装置１０と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、第１の実施の形態の半導体装置１０と相違する点のみを説明する。
【００２０】
第２の実施の形態の半導体装置１０ｂにおいても、ボルト用開口部２１とボルト用開口部２１との間の樹脂モールド１４の隆起部分に金属板を設ける。しかし、第１の実施の形態の半導体装置１０の金属板１９においては、直線状の金属板を各ボルト用開口部２１の間に設けたものであるのに対して、第２の実施の形態の半導体装置１０ｂにおいては、図３（Ａ）及び図３（Ｃ）に示すように、ボルト用開口部２１の間の連続する面内に存在する金属板を１つの金属板１９ｂにより構成するようにした。
すなわち、図３（Ｃ）に示すように、３つのボルト用開口部２１の間のＴ字型の樹脂モールド１４の隆起部には、Ｔ字型の１枚の金属板１９ｂを埋め込み、４つのボルト用開口部２１の間の十字型の樹脂モールド１４の隆起部には、十字型の１枚の金属板１９ｂを埋め込むようにしている。
【００２１】
このような構造の半導体装置１０ｂにおいても、第１の実施の形態の半導体装置１０と同様に、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｂにより水平方向に分散され、金属板１９ｂの下部のバスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃに均一に配分され、ボルト締め箇所を増やすことなく、バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃの圧接力を向上かつ均一化させることができ、ひいては、各バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
またさらに、半導体装置１０ｂにおいては、金属板１９ｂが２箇所以上の箇所でボルト締めされることにより、バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃの温度変化による変位を抑制することができ、半導体モジュールの変形を抑えることができる。その結果、ハンダ付け部の応力が低下し、ハンダ付け部の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態の半導体装置について、図４を参照して説明する。図４は、第３の実施の形態の半導体装置１０ｃの構造を示す図であり、図４（Ａ）は半導体装置１０ｃの斜視図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図４（Ｃ）は半導体装置１０ｃに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
なお、第３の実施の形態の半導体装置１０ｃの回路構成及び基本的な構造は、前述した第１の実施の形態の半導体装置１０及び第２の実施の形態の半導体装置１０ｂと同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、第１の実施の形態の半導体装置１０及び第２の実施の形態の半導体装置１０ｂと相違する点のみを説明する。
【００２３】
第３の実施の形態の半導体装置１０ｃにおいても、ボルト用開口部２１とボルト用開口部２１との間の樹脂モールド１４の隆起部分に金属板を設けるが、第１の実施の形態の半導体装置１０及び第２の実施の形態の半導体装置１０ｂが、全てのボルト用開口部２１の間に金属板を設けたのに対して、第３の実施の形態の半導体装置１０ｃにおいては、図４（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すように、半導体装置１０ｃの外周部のボルト用開口部２１の間にのみ、金属板１９ｃを設けるおうにした。
【００２４】
このような構造の半導体装置１０ｃにおいても、第１の実施の形態の半導体装置１０及び第２の実施の形態の半導体装置１０ｂと同様に、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｃにより水平方向に分散されて金属板１９ｃの下部のバスバーに均一に配分され、ボルト締め箇所を増やすことなく、バスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、ひいては、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特にこのような外周部のみに金属板１９ｃを有するような構造の半導体装置１０ｃにおいては、内部のバスバーのレイアウトが違う種々の半導体装置に対しても、同一の構成の金属板１９ｃを適用することができ、製造の容易さ、コスト等の面において有効である。
【００２５】
第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態の半導体装置について、図５を参照して説明する。図５は、第４の実施の形態の半導体装置１０ｄの構造を示す図であり、図５（Ａ）は半導体装置１０ｄの斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図５（Ｃ）は半導体装置１０ｄに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
第４の実施の形態の半導体装置１０ｄの回路構成及び基本的な構造は、前述した第３の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００２６】
第３の実施の形態の半導体装置１０ｃにおいては、半導体装置１０ｃの外周部に金属板１９ｃを設けるようにし、いかなる回路配置の半導体装置に対しても同様に金属板１９ｃを適用することができるようにした。しかしながら、例えば特定の回路モジュールの周囲を囲むように金属板を設け、その分より多くの金属板を設けることとしてもよい。
その一具体例を第４の実施の形態の半導体装置１０ｄとして図５に示す。
図５に示す半導体装置１０ｄにおいては、６個の電力制御回路のうち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電力を制御する各回路の周囲に、金属板１９ｄを埋め込んだ構成である。
【００２７】
このような構造の半導体装置１０ｄにおいても、第３の実施の形態の半導体装置１０ｃと同様に、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｃにより水平方向に分散され、金属板１９ｃの下部のバスバーに均一に配分され、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、ひいては、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｄにおいては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電力制御という特定の回路モジュールの周囲に金属板１９ｄを埋め込むようにしている。従って、各モジュール内の回路構成については、これが異なるものであっても同様に金属板１９ｄを適用することができ、汎用性が高くなる。一方で、埋め込む金属板１９ｄの量も多くすることができ、バスバーの圧接力を強くし半導体チップ１１の冷却効率を高くすることもできる。すなわち、汎用性と冷却効率の双方を適度かつ十分に備える構造の半導体装置を実現することができる。
【００２８】
第５の実施の形態
本発明の第５の実施の形態の半導体装置について、図６を参照して説明する。図６は、第５の実施の形態の半導体装置１０ｅの構造を示す図であり、図６（Ａ）は半導体装置１０ｅの斜視図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図６（Ｃ）は半導体装置１０ｅに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
第５の実施の形態の半導体装置１０ｅの回路構成及び基本的な構造は、前述した第３の実施の形態及び第４の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００２９】
第４の実施の形態の半導体装置１０ｄにおいては、特定の回路モジュールの周囲を囲むように金属板を設けた構成の一具体例として、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電力を制御する各回路の周囲に金属板１９ｄを埋め込んだ構成を示した。第５の実施の形態の半導体装置１０ｅは、その別の具体例として、Ｐ相及びＮ相の電力を制御する各回路モジュールの周囲に金属板１９ｅを埋め込んだものである。
すなわち、半導体装置１０ｅにおいては、図６（Ａ）及び図６（Ｃ）に示すように、各バスバーの露出部分の対向する２辺に沿って、金属板１９ｅが配置される。
【００３０】
このような構造の半導体装置１０ｅにおいても、第４の実施の形態の半導体装置１０ｄと同様に、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｃにより水平方向に分散され、金属板１９ｃの下部のバスバーに均一に配分され、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、ひいては、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｅにおいては、Ｐ相及びＮ相の電力制御という特定の回路モジュールの周囲に金属板１９ｅを埋め込むようにしている。従って、各モジュール内の回路構成については、これが異なるものであっても同様に金属板１９ｅを適用することができ、汎用性が高くなる。一方で、埋め込む金属板１９ｅの量も多くすることができ、バスバーの圧接力を強くし半導体チップ１１の冷却効率を高くすることもできる。すなわち、汎用性と冷却効率の双方を適度かつ十分に備える構造の半導体装置を実現することができる。
【００３１】
第６の実施の形態
本発明の第６の実施の形態の半導体装置について、図７を参照して説明する。図７は、第６の実施の形態の半導体装置１０ｆの構造を示す図であり、図７（Ａ）は半導体装置１０ｆの斜視図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図７（Ｃ）は半導体装置１０ｆに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
第６の実施の形態の半導体装置１０ｆの回路構成及び基本的な構造は、前述した第３の実施の形態〜第５の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００３２】
第６の実施の形態の半導体装置１０ｆも、第４の実施の形態の半導体装置１０ｄ及び第５の実施の形態の半導体装置１０ｅと同様に、特定の回路モジュールの周囲を囲むように金属板を設けた構成の一具体例であって、ＵＰ，ＵＮ、ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ及びＷＮの各相の電力制御を行う各回路モジュールの周囲に金属板１９ｆを埋め込んだものである。
すなわち、半導体装置１０ｆは、図７（Ａ）及び図７（Ｃ）に示すように、各バスバーの露出部分のそれぞれ３辺に沿って、金属板１９ｆを配置したものである。
【００３３】
このような構造の半導体装置１０ｆにおいても、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｃにより水平方向に分散され、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｆにおいては、ＵＰ，ＵＮ、ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ及びＷＮの各相の電力制御という特定の回路モジュールの周囲に金属板１９ｆを埋め込むようにしており、汎用性と冷却効率の双方を適度かつ十分に備える構造の半導体装置を実現することができる。
【００３４】
第７の実施の形態
本発明の第７の実施の形態の半導体装置について、図８を参照して説明する。図８は、第７の実施の形態の半導体装置１０ｇの構造を示す図であり、図８（Ａ）は半導体装置１０ｇの斜視図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図８（Ｃ）は半導体装置１０ｇに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
第７の実施の形態の半導体装置１０ｇの回路構成及び基本的な構造は、前述した第１の実施の形態〜第６の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００３５】
第７の実施の形態の半導体装置１０ｇは、環状の金属板１９ｇを使用し、これを半導体装置１０ｇの外周部に埋め込んだ構成である。
このような構造の半導体装置１０ｆにおいても、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｃにより水平方向に分散されることにより、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｇにおいては、環状の金属板１９ｇを用いているので、半導体装置１０ｇの捩り剛性が向上し、半導体装置の捩れが防止できる。これにより、各相ごとのボルト締めによる圧接力を均一化できるため、各相ごとの熱抵抗のバラツキを低減することができる。また、金属板９の任意の箇所でのボルト締めが可能となるため、設計の自由度が増え、半導体装置を小型化することができる。
【００３６】
第８の実施の形態
本発明の第８の実施の形態の半導体装置について、図９を参照して説明する。図９は、第８の実施の形態の半導体装置１０ｈの構造を示す図であり、図９（Ａ）は半導体装置１０ｈの斜視図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図９（Ｃ）は半導体装置１０ｈに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
なお、第８の実施の形態の半導体装置１０ｈの回路構成及び基本的な構造は、前述した第１の実施の形態〜第７の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００３７】
第８の実施の形態の半導体装置１０ｈは、ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ及びＷＮの各相の電極バスバーの露出部分ごと、すなわち、半導体チップ１１の実装部分ごとに、その半導体チップ１１部分を囲むように、環状の金属板１９ｈを設けた構成である。
また、その金属板１９ｈは、図９（Ｃ）に示すように、縦方向の厚みを横方向よりも厚くした、すなわち縦長の断面となるようにした。
【００３８】
このような構造の半導体装置１０ｈにおいても、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｈにより水平方向に分散されることにより、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｈにおいては、各相の電力制御回路ごとに金属板１９ｈを設けているので、Ｐ極バスバー１３ｃの影響を受けずに金属板１９ｈを設けることができ、半導体装置１０ｈを小型化することができる。
また、本実施の形態の半導体装置１０ｈにおいては、金属板１９ｈの断面を縦長としたため、縦方向の剛性が向上する。その結果、金属板１９ｈを薄くすることができ、金属板１９ｈを小型、軽量化することができる。
【００３９】
また、本発明のような構成においては、図１０（Ａ）に示すように、半導体装置の底面の電極バスバー１３の剛性が金属板１９の剛性よりも大きい場合には問題ないが、図１０（Ｂ）に示すように、電極バスバー１３の剛性よりも樹脂内部に埋め込まれた金属板１９の剛性が大きくなった場合には、半導体装置は逆反りを起こしてしまう場合がある。逆反りしてしまうと、冷却ジャケット１６へボルト締めをしたとしても、冷却ジャケット１６と半導体装置１０との間に隙間ができ、熱抵抗が増加してしまう。しかしながら、本実施の形態の半導体装置１０ｈにおいては、金属板１９ｈが各回路モジュールごとに分かれており、その間は樹脂でつながっており剛性は低いため、半導体装置１０ｈの逆反りは防止することができる。
【００４０】
第９の実施の形態
本発明の第９の実施の形態の半導体装置について、図１１を参照して説明する。
図１１は、第９の実施の形態の半導体装置１０ｉの構造を示す図であり、図１１（Ａ）は半導体装置１０ｉの斜視図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図１１（Ｃ）は半導体装置１０ｉに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
なお、第９の実施の形態の半導体装置１０ｉの回路構成及び基本的な構造は、前述した第８の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００４１】
第９の実施の形態の半導体装置１０ｉは、第８の実施の形態の半導体装置１０ｈと同様に、ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ及びＷＮの各相の電極バスバーの露出部分ごと、すなわち、半導体チップ１１の実装部分ごとに、その半導体チップ１１部分を囲むように、環状の金属板を設けた構成であるが、その金属板１９ｉは、断面形状がＬ字型になっているものである。
なお、この断面がＬ字型の金属板１９ｉは、平板形状の金属板１９を曲げあるいはプレスすることにより形成する。
【００４２】
このような構造の半導体装置１０ｉにおいても、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｉにより水平方向に分散されることにより、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｉにおいては、金属板１９ｉの断面をＬ字型にしているので、金属板１９ｉの垂直方向の剛性が向上し、その結果、金属板１９ｉを薄くすることができ、コストを低減できる。
また、樹脂モールド１４のボルト用開口部２１とバスバー１３との隙間が大きい場合には、図１１（Ｂ）に示すように金属板１９ｉを配置することにより、ボルト１８の締め力を効率よくバスバー１３に伝えることができる。
また、絶縁を確保するためにボルト１８とバスバー１３との間隔を広げることができる。
【００４３】
第１０の実施の形態
本発明の第１０の実施の形態の半導体装置について、図１２を参照して説明する。
図１２は、第１０の実施の形態の半導体装置１０ｊの構造を示す図であり、図１２（Ａ）は半導体装置１０ｊの斜視図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＡ−Ａの断面図、図１２（Ｃ）は半導体装置１０ｊに埋め込まれる金属板の構成を示す図である。
なお、第１０の実施の形態の半導体装置１０ｊの回路構成及び基本的な構造は、前述した第８の実施の形態及び第９の実施の形態の半導体装置と同一なので、同一箇所については同一の符号を付して説明は省略するものとし、ここでは、それらの半導体装置と相違する点のみを説明する。
【００４４】
第１０の実施の形態の半導体装置１０ｊは、第８の実施の形態の半導体装置１０ｈと同様に、ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ及びＷＮの各相の電極バスバーの露出部分ごと、すなわち、半導体チップ１１の実装部分ごとに、その半導体チップ１１部分を囲むように環状の金属板を設けた構成であるが、その金属板１９ｊは、断面形状が図１２（Ｂ）に示すような特殊な形状となっている。すなわち、ロの字型に一周曲げられる一方で、その一方の端部は外部方向に突き出した形状となっている。そして、この外部方向に突き出した部分が、ボルト１８のボルト用開口部２１と、バスバー１３との間に配置されるように、金属板１９ｊを埋め込んでいる。
【００４５】
このような構造の半導体装置１０ｊにおいても、ボルト締め時の力がモールドされた金属板１９ｊにより水平方向に分散されることにより、ボルト締め箇所を増やすことなくバスバーの圧接力を向上かつ均一化させることができ、バスバーと冷却ジャケット１６との間の熱抵抗を低下させ、半導体チップ１１からの発熱を効果的に放熱し、半導体チップ１１を効率よく冷却することができる。
そして特に半導体装置１０ｊにおいては、金属板１９ｊの断面を一辺が突き出た形状のロの字型にしているので、金属板１９ｊの垂直方向の剛性が向上し、その結果、金属板１９ｉを薄くすることができ、コストを低減できる。
また、樹脂モールド１４のボルト用開口部２１とバスバー１３との隙間が狭い場合には、図１２（Ｂ）に示すように金属板１９ｊを配置することにより、ボルト１８の締め力を効率よくバスバー１３に伝えることができる。
【００４６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
金属板１９とボルト１８とは間隔をあけて配置されているが、各バスバー１３ｃ，１３ｅ，１３ｅｃとボルト１８との絶縁が確保されているのであれば、金属板１９はボルト１８に接触するように配置してもよい。
また、前述した実施の形態においては、３相交流電力を制御する電力制御回路を例示して本発明を説明したが、単層の電力制御回路、２相の電力制御回路等を含む任意の回路に対して適用可能であり、回路構成にはなんら限定されない。
また、図８を参照して前述した第７の実施の形態の半導体装置１０ｇにおいて、環状の金属板１９ｇは、本実施の形態においては一連につながったものを例示したが、一部に切れている箇所があるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の半導体装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第６の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第７の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第８の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示した半導体装置の作用を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の第９の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１０の実施の形態の半導体装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体装置
１１…半導体チップ
１２…ボンディングワイヤ
１３…バスバー
１４…樹脂モールド
１５…絶縁体
１６…冷却ジャケット
１７…冷媒
１８…ボルト
１９…金属板
２０…ハンダ
２１…ボルト用開口部
【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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