(57)【要約】【課題】低電圧側の端子が接続された金属ケース等の内部に回路を収容することにより、寄生インダクタンスを低減し、装置全体をコンパクトに形成する。【解決手段】金属ケース２の底部２Ａには、ベース金属板４、絶縁材５Ａ，７Ａ等を介して積層金属板５，７を積層し、その表面側には、インバータ回路２０を構成するＭＯＳＦＥＴ９，１０を実装する。また、金属ケース２には、電源１９の低電圧側に接続される低電圧端子３を設け、積層金属板５には、電源１９の高電圧側に接続される高電圧端子６を接続すると共に、積層金属板７には、交流を出力する出力端子８を接続する。これにより、金属ケース２を用いて低電圧側の電流経路の面積を大きくして寄生インダクタンスを低減でき、ＭＯＳＦＥＴをサージ電圧等から保護できると共に、薄型で放熱性の高い装置を形成することができる。【選択図】        図２
2004186504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料により底部と側壁部とをもって形成され電源の低電圧側に接続される低電圧端子が設けられた金属枠体と、
該金属枠体の底部に設けられ該金属枠体を介して前記低電圧端子と接続された第１の金属板と、
該第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され電源の高電圧側に接続される高電圧端子が設けられた第２の金属板と、
前記第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され外部に電流を出力する出力端子が設けられた第３の金属板と、
半導体素子により形成され前記第２の金属板の表面側に実装されると共に前記第３の金属板に接続された高電圧側素子と、
半導体素子により形成され前記第３の金属板の表面側に実装されると共に前記第１の金属板に接続された低電圧側素子と、
前記金属枠体内に設けられ前記高電圧側素子と低電圧側素子の通電状態を制御する制御回路基板とから構成してなる半導体装置。
【請求項２】
前記金属枠体内には前記制御回路基板を金属枠体の底部から離れた位置に支持する基板支持体を設けてなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の金属板は前記金属枠体の底部によって形成し、前記金属枠体の底部に前記絶縁材を介して前記第２，第３の金属板を積層する構成としてなる請求項１または２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大電流を出力するインバータ装置等として好適に用いられるの半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置としては、例えばバッテリ等の直流電源を交流に変換し、交流電流を出力する３相交流式のインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２２９６８０号公報
【０００４】
この種の従来技術によるインバータ装置は、その本体部分となるベースプレート上にＵ字状の金属フィンが垂直に立設されている。そして、金属フィンには、例えばトランジスタ等からなる複数個の半導体素子が垂直に立てた状態で取付けられ、これらの半導体素子は、互いに並列に接続されることによってインバータ装置の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の回路を構成している。
【０００５】
この場合、各半導体素子は、例えばドレインが金属フィンを用いて互いに接続されている。また、各半導体素子のソースは、ベースプレートから立上がるようにＬ字状に屈曲した導体板を用いて互いに接続されている。さらに、各半導体素子のゲートは、ベースプレートの上側に離して配置された制御回路基板に接続されている。
【０００６】
また、ベースプレートの表面側には、インバータ回路を電源のプラス極側、マイナス極側にそれぞれ接続する２個のバスバ電極が設けられている。そして、これらのバスバ電極は、前述した金属フィン、導体板等を介して各半導体素子のドレイン、ソースにそれぞれ接続されているものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、インバータ装置を電気機械等に搭載するときに、搭載作業の容易性や部品保護等の観点から、装置を構成する各部品を回路ケース等に予め収容し、これらをサブアッセンブリ化することが多い。
【０００８】
しかし、インバータ装置は、例えばベースプレート、金属フィン、導体板、半導体素子、制御回路基板、バスバ電極等からなる多数の部品により構成されている。しかも、従来技術のインバータ装置は、これらの部品レイアウトを円滑に行うためにベースプレート上に金属フィン、導体板等を立設し、その上側に制御回路基板を配置する構成としている。
【０００９】
このため、従来技術では、インバータ装置の各部品を回路ケース内に収容しようとすると、ケースの高さ寸法等が大型化し易くなり、装置をコンパクトに形成するのが難しいという問題がある。
【００１０】
また、従来技術のインバータ装置にあっては、各半導体素子に電流が流れるときに、ベースプレート上に立設された金属フィンや、Ｌ字状に屈曲した導体板等が電流経路となる。この結果、インバータ装置の作動時には、バスバ電極から各半導体素子への電流経路が複雑で長尺となり、電流経路の寄生インダクタンスが増大して大きなサージ電圧等が発生し易くなるため、半導体素子がサージ電圧によって損傷する虞れがある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、各部品をケース等の内部にコンパクトに配置でき、この状態で寄生インダクタンスを抑えて半導体素子を保護できると共に、装置全体を小型化できるようにした半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、金属材料により底部と側壁部とをもって形成され電源の低電圧側に接続される低電圧端子が設けられた金属枠体と、該金属枠体の底部に設けられ該金属枠体を介して前記低電圧端子と接続された第１の金属板と、該第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され電源の高電圧側に接続される高電圧端子が設けられた第２の金属板と、前記第１の金属板の表面側に絶縁材を介して積層され外部に電流を出力する出力端子が設けられた第３の金属板と、半導体素子により形成され前記第２の金属板の表面側に実装されると共に前記第３の金属板に接続された高電圧側素子と、半導体素子により形成され前記第３の金属板の表面側に実装されると共に前記第１の金属板に接続された低電圧側素子と、前記金属枠体内に設けられ前記高電圧側素子と低電圧側素子の通電状態を制御する制御回路基板とからなる構成を採用している。
【００１３】
このように構成することにより、半導体装置の作動時には、高電圧端子から第２，第３の金属板、高電圧側素子等を介して出力端子に電流を通電でき、また出力端子から第３，第１の金属板、低電圧側素子、金属枠体等を介して低電圧端子に電流を通電することができる。このため、例えば高電圧側素子と低電圧側素子の通電状態を一定のタイミングで切換えることにより、インバータ回路等を構成することができる。
【００１４】
この場合、金属枠体の底部に第１ないし第３の金属板を積層しているので、高電圧端子から出力端子に至る高電圧側の電流経路と、出力端子から低電圧端子に至る低電圧側の電流経路とを、第１ないし第３の金属板によって電流の方向が逆向きとなるように積層することができる。これにより、電流経路の寄生インダクタンス等を低減でき、寄生インダクタンスによるサージ電圧等から半導体素子を保護することができる。この場合、金属枠体の底部等を低電圧側の電流経路として利用できるから、この電流経路の面積を大きくして低電圧側のインダクタンス低減を促進でき、例えば制御回路基板等の基準電位として用いられる低電圧側の電位を安定化することができる。
【００１５】
また、金属枠体の底部と第１ないし第３の金属板とを面接触状態で積層できるから、素子から発生する熱を各金属板を介して金属枠体へと良好に熱伝導することができる。そして、この熱を金属枠体の底部と側壁部から効率よく放熱でき、ケース全体を放熱体として利用できると共に、半導体素子の放熱性を高めることができる。
【００１６】
また、このときの熱伝導経路となる金属枠体の底部は、例えばプレス加工等の手段によって側壁部と一体に形成できるので、底部の反り等に対する強度を側壁部によって高めることができる。これにより、ケースの底部が半導体素子の熱等によって熱変形し、第１の金属板がケースの底部から剥がれたり、これらの間に隙間が生じて両者間の熱抵抗が増大するのを防止することができる。また、例えば第１の金属板と同様の金属材料を用いて金属枠体を形成できるから、両者の熱膨張率の差による金属板の剥がれ、反り等を防ぐことができる。
【００１７】
さらに、金属枠体の底部に第１ないし第３の金属板を積層し、その表面側に高電圧側素子と低電圧側素子とを実装しているので、これらの部品全体の厚さ寸法を小さく抑えることができ、各部品を金属枠体内に薄型でコンパクトに収容できると共に、装置全体を小型化することができる。また、半導体装置の組立時には、第１の金属板上に第２，第３の金属板、高電圧側素子および低電圧側素子を搭載できるから、これらの部品をサブアッセンブリ化した状態で金属枠体内に組付けることができ、組立作業を効率よく行うことができる。
【００１８】
また、請求項２の発明によると、金属枠体内には制御回路基板を金属枠体の底部から離れた位置に支持する基板支持体を設ける構成としている。これにより、金属枠体内には、基板支持体を用いて制御回路基板をケースの底部から離れた位置に取付けることができる。そして、この状態で金属枠体の底部と制御回路基板との間には、第１ないし第３の金属板、高電圧側素子、低電圧側素子等を配置でき、これらの素子を制御回路基板に接続することができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によると、第１の金属板は金属枠体の底部によって形成し、前記金属枠体の底部に絶縁材を介して第２，第３の金属板を積層する構成としている。
【００２０】
これにより、金属枠体の底部には、絶縁材を介して第２，第３の金属板を直接的に積層でき、その表面側に高電圧側素子と低電圧側素子とを実装できるから、これらの素子と金属枠体の底部との間の熱抵抗を低減でき、熱伝導性をより高めることができる。また、装置全体の部品点数を削減でき、組立作業の効率化やコストダウンを図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による半導体装置を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２２】
ここで、図１ないし図６は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、半導体装置としてインバータ装置を例に挙げて述べる。
【００２３】
１はインバータ装置で、該インバータ装置１は、後述の金属ケース２、端子３，６，８、金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０、基板支持体１２、制御回路基板１４、放熱部材１５等を含んで構成されている。また、インバータ装置１は、例えば後述の図６に示す３相交流式のインバータ回路２０のうち、１相分の回路を搭載したパワーモジュールとして形成されているものである。
【００２４】
２はインバータ装置１の外郭を構成する金属枠体としての金属ケースで、該金属ケース２は、例えば金属板等にプレス加工を施すことにより、図１ないし図５に示す如く、上向きに開口した箱形状のケースとして一体に形成されている。この場合、金属ケース２の材料としては、例えば銅、アルミニウム、鉄、モリブデン、タングステン、またはこれらの合金等を含めて熱伝導性が良好な金属材料が用いられている。
【００２５】
そして、金属ケース２は、四角形の平板状に形成された底部２Ａと、該底部２Ａの周縁に沿って立設され、底部２Ａを取囲む四角形の枠状体として形成された側壁部２Ｂとにより構成されている。また、側壁部２Ｂの端面には、後述の端子３，６，８が挿通される２箇所の端子挿通溝２Ｃが形成されている。
【００２６】
また、金属ケース２内には、金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０、基板支持体１２、制御回路基板１４等の部品が収容されている。そして、金属ケース２は、後述の蓋板１７により施蓋され、これらの部品を外部のダスト、水分、油分等から保護すると共に、電磁気的なノイズ等から遮断するものである。
【００２７】
３は金属ケース２に設けられた低電圧端子で、該低電圧端子３は、例えば細長い金属板等をクランク状に屈曲させることにより形成されている。そして、低電圧端子３の基端側は金属ケース２内に配置され、例えば半田付け、溶接等の手段によって底部２Ａの表面側に接続されている。
【００２８】
また、低電圧端子３の先端側は、金属ケース２の端子挿通溝２Ｃから後述のシール材１８を介して外部に引出され、側壁部２Ｂの外側に突出している。そして、低電圧端子３の突出端側は、後述する電源１９の低電圧側（マイナス極側）に接続されるものである。
【００２９】
４は金属ケース２の底部２Ａに設けられた第１の金属板としてのベース金属板で、該ベース金属板４は、四角形の平板状に形成され、図１中の左，右方向（長さ方向）および前，後方向（幅方向）に延びている。この場合、ベース金属板４と後述の積層金属板５，７とは、例えば金属ケース２とほぼ同様の金属材料からなり、これらは互いにほぼ等しい熱膨張率を有している。
【００３０】
そして、ベース金属板４は、例えば半田、導電性の接着剤等からなる接合材４Ａを用いて、底部２Ａの表面側に面接触状態で接合されている。これにより、ベース金属板４は、底部２Ａに対して熱伝導性が良好な状態に保持されると共に、金属ケース２等を介して低電圧端子３と接続されている。
【００３１】
５はベース金属板４の表面側に絶縁材５Ａを介して積層された第２の金属板としての高電圧側の積層金属板で、該積層金属板５は、細長い四角形状の平板として形成され、ベース金属板４の幅方向に延びている。
【００３２】
６は高電圧側の積層金属板５に設けられた高電圧端子で、該高電圧端子６は、低電圧端子３とほぼ同様に、クランク状に屈曲した金属板等からなり、その基端側は、積層金属板５の表面側に接続されている。また、高電圧端子６の先端側は、金属ケース２の端子挿通溝２Ｃからシール材１８を介して外部に引出され、電源１９の高電圧側（プラス極側）に接続されるものである。
【００３３】
７は第３の金属板としての出力側の積層金属板で、該積層金属板７は、高電圧側の積層金属板５とほぼ同様に、ベース金属板４の表面側に絶縁材７Ａを介して積層されている。この場合、積層金属板５，７は、ベース金属板４の長さ方向に離間して配置され、互いに絶縁状態に保持されると共に、ベース金属板４の幅方向に沿って互いに並行に延びている。
【００３４】
８は出力側の積層金属板７に設けられた出力端子で、該出力端子８は、低電圧端子３とほぼ同様に、クランク状に屈曲した金属板等からなり、その基端側は、積層金属板７の表面側に接続されている。また、高電圧端子６の先端側は、金属ケース２の端子挿通溝２Ｃからシール材１８を介して外部に引出され、後述の負荷２１等に接続されるものである。
【００３５】
９は高電圧側の積層金属板５に面実装された例えば２個の高電圧側素子としてのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳトランジスタ）で、該各ＭＯＳＦＥＴ９は、例えばベアチップ型の汎用的な半導体素子等からなり、積層金属板５の幅方向に間隔をもって並んでいる。
【００３６】
そして、ＭＯＳＦＥＴ９の表面側には、ソースＳとゲートＧ（図６参照）とが設けられている。この場合、ソースＳは、例えばワイヤボンディング等の手段により金属線９Ａを用いて出力側の積層金属板７と接続され、ゲートＧは後述の制御回路基板１４と接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ９の裏面側にはドレインＤが設けられ、ドレインＤは積層金属板５と接続されている。
【００３７】
１０は出力側の積層金属板７に面実装された例えば２個の低電圧側素子としてのＭＯＳＦＥＴで、該各ＭＯＳＦＥＴ１０には、ＭＯＳＦＥＴ９とほぼ同様に、その表面側にソースＳとゲートＧとが設けられ、その裏面側にドレインＤが設けられている。そして、ＭＯＳＦＥＴ１０のソースＳは金属線１０Ａを用いてベース金属板４と接続され、ドレインＤは積層金属板７と接続されている。
【００３８】
ここで、インバータ装置１は、図６に示す如く、ＭＯＳＦＥＴ９，１０の内部ダイオード等からなる複数のダイオード１１がＭＯＳＦＥＴ９，１０とそれぞれ並列に接続されることにより、後述のインバータ回路２０を構成している。また、インバータ装置１は、例えば高電圧側のＭＯＳＦＥＴ９と低電圧側のＭＯＳＦＥＴ１０とを２個ずつ並列に接続することにより、装置全体として通電可能な電流量を増大し、また各ＭＯＳＦＥＴ９，１０の内部抵抗等による損失を小さく抑える構成となっている。
【００３９】
また、高電圧側と低電圧側のＭＯＳＦＥＴ９，１０は、積層金属板５，７の幅方向（例えば、図１中の前，後方向）に沿って互いに並行な位置関係をもつように並べて配置されている。これにより、インバータ装置１の作動中に高電圧側の各ＭＯＳＦＥＴ９等を介して積層金属板５，７の間に大電流が流れるとき、または低電圧側の各ＭＯＳＦＥＴ１０等を介してベース金属板４（金属ケース２）と積層金属板７との間に大電流が流れるときは、これらの電流経路が金属板４，５，７のほぼ全幅にわたって均等に形成された状態となる。従って、インバータ装置１は、高電圧側と低電圧側の電流経路を幅広に形成して寄生インダクタンスを低減でき、また大電流を個々のＭＯＳＦＥＴ９，１０にほぼ均等に分散できる構成となっている。
【００４０】
特に、本実施の形態では、金属ケース２の底部２Ａ等によって低電圧側の電流経路を形成しているため、この電流経路の面積を大きくして低電圧側のインダクタンス低減を促進でき、例えば制御回路基板１４等の基準電位として用いられる低電圧側の電位を安定化できるものである。
【００４１】
１２は金属ケース２内に設けられた基板支持体で、該基板支持体１２は、図４、図５に示す如く、例えば金属材料、樹脂材料等により四角形の枠状に形成され、金属ケース２の側壁部２Ｂの内側に嵌合されている。
【００４２】
そして、基板支持体１２は、例えば接着剤１３等を用いて側壁部２Ｂの内側に固定された固定部１２Ａと、該固定部１２Ａから内側に突出し、制御回路基板１４が取付けられる基板取付部１２Ｂと、該基板取付部１２Ｂよりも金属ケース２の底部２Ａに近い位置で固定部１２Ａから内側に突出し、ベース金属板４の表面側に当接する枠状の金属板当接部１２Ｃとを含んで構成されている。
【００４３】
ここで、基板取付部１２Ｂは、制御回路基板１４を金属ケース２の底部２Ａから離れた位置に支持し、これらの間に金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０等を配置するための空間を形成しているものである。また、金属板当接部１２Ｃは、金属ケース２の底部２Ａとの間にベース金属板４を挟持すると共に、金属板４を底部２Ａに押付け、これらを熱伝導性が良好な密着状態に保持している。また、基板取付部１２Ｂと金属板当接部１２Ｃには、図５に示す如く、端子３，６，８との干渉を避けるために複数の切欠き１２Ｄが形成されている。
【００４４】
１４はＭＯＳＦＥＴ９，１０の通電状態を制御する制御回路基板で、該制御回路基板１４は、図２に示す如く、例えば接着等の手段によって基板支持体１２の基板取付部１２Ｂに固定され、ＭＯＳＦＥＴ９，１０等に対して金属板４等の厚さ方向に離れた位置に保持されている。また、制御回路基板１４は、複数の配線１４Ａ等を介して各ＭＯＳＦＥＴ９，１０のゲートＧに接続され、これらを流れる電流を一定のタイミングで通電，遮断することによって交流を発生するものである。
【００４５】
１５は金属ケース２の底部２Ａの裏面側に設けられた例えば空冷式の放熱部材で、該放熱部材１５は、例えば金属材料等により形成され、複数の冷却フィン１５Ａを有している。また、金属ケース２と放熱部材１５との間には、両者を密着させて放熱性を高めるために、例えばシリコングリス、放熱シート等の熱伝導層１６が設けられている。そして、ＭＯＳＦＥＴ９，１０から発生する熱は、互いに面接触状態で積層された金属板４，５，７を介して放熱部材１５から効率よく放熱されるものである。
【００４６】
１７は金属ケース２を施蓋する蓋板で、該蓋板１７は、例えばゴムパッキン（図示せず）等を介して金属ケース２の側壁部２Ｂの端面に衝合される。この場合、金属ケース２の各端子挿通溝２Ｃ内には、蓋板１７と端子挿通溝２Ｃとの間で端子３，６，８の周囲をシールする絶縁性のシール材１８が設けられている。
【００４７】
そして、インバータ装置１は、図６に示す如く、これとほぼ同様に構成された他のインバータ装置１′，１″と共に電源１９に対して並列に接続され、例えば３相交流式のインバータ回路２０を構成すると共に、電動モータ等の負荷２１に対して交流電流を出力するものである。
【００４８】
本実施の形態によるインバータ装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００４９】
まず、インバータ装置１の作動時には、各ＭＯＳＦＥＴ９，１０が制御回路基板１４により所定のタイミングでＯＮ，ＯＦＦされると、高電圧端子６と出力端子８との間には、金属板５，７、各ＭＯＳＦＥＴ９等を介して大電流が流れる。また、出力端子８と低電圧端子３との間には、金属ケース２、金属板４，７、各ＭＯＳＦＥＴ１０等を介して大電流が流れる。そして、これらの高電圧側と低電圧側の電流は、出力端子８から交流の駆動電流として負荷２１に出力される。
【００５０】
この場合、各ＭＯＳＦＥＴ９，１０は、互いに並行な位置関係をもって金属板４，５，７の幅方向に配置されている。このため、高電圧端子６から出力端子８に至る高電圧側の電流経路と、出力端子８から低電圧端子３に至る低電圧側の電流経路とは、金属板４，５，７の幅方向にわたって均等に形成されると共に、電流の方向が逆向きとなるように金属板４，５によって積層された状態となる。
【００５１】
これにより、金属板４，５，７のほぼ全幅を利用して電流経路を幅広に形成でき、その寄生インダクタンスを低減できると共に、寄生インダクタンスによるサージ電圧等からＭＯＳＦＥＴ９，１０を保護することができる。また、大電流が個々のＭＯＳＦＥＴ９，１０にほぼ均等に分散して通電されるようになるため、一部のＭＯＳＦＥＴが電流の集中等により損傷するのを防止することができる。さらに、低電圧側の電流経路は、金属ケース２の底部２Ａを利用して大きな面積に形成されているため、そのインダクタンスをより小さく抑えることができる。
【００５２】
また、インバータ装置１の作動時には、例えば１００アンペア以上の大電流がＭＯＳＦＥＴ９，１０に通電されるため、これらは多量の熱を発生する。しかし、各ＭＯＳＦＥＴ９，１０の裏面側には、金属ケース２の底部２Ａ、金属板４，５，７、放熱部材１５等が面接触状態で積層され、これらは密着して熱伝導性が良好な状態に保持されている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ９，１０の熱は、金属板４，５，７等を介して金属ケース２および放熱部材１５へと良好に伝わるようになるため、この熱を放熱部材１５から効率よく逃すことができ、また金属ケース２の側壁部２Ｂによっても放熱することができる。
【００５３】
この場合、熱伝導経路となる金属ケース２、金属板４，５，７等は、ほぼ同様の金属材料により形成されているため、これらの部材の温度が変化する場合でも、各部材の熱膨張率の差によって金属ケース２と金属板４，５，７との間に応力が加わり、剥がれ、反り等の異常が生じるのを防止でき、これらを密着状態に保持してＭＯＳＦＥＴ９，１０の放熱性を維持することができる。
【００５４】
かくして、本実施の形態によれば、金属ケース２の底部２Ａにベース金属板４等を介して積層金属板５，７を積層し、これらの表面側にＭＯＳＦＥＴ９，１０を実装する構成としたので、高電圧側の電流経路と低電圧側の電流経路とは、これらの金属板４，５，７によって電流の方向が逆向きとなるように積層でき、電流経路の寄生インダクタンスを低減することができる。
【００５５】
そして、金属ケース２の底部２Ａ等を低電圧側の電流経路として利用できるから、この電流経路の面積を金属ケース２によって大きくすることができ、低電圧側のインダクタンス低減を促進することができる。これにより、例えば制御回路基板１４等の基準電位として用いられる低電圧側の電位を安定化できるから、例えば基準電位の変動等によって制御回路基板１４が誤動作するのを防止でき、信頼性を高めることができる。
【００５６】
また、金属ケース２の底部２Ａと金属板４，５，７とを面接触状態で積層できるから、ＭＯＳＦＥＴ９，１０の熱を金属ケース２の底部２Ａおよび側壁部２Ｂから効率よく放熱でき、ケース２全体を放熱体として利用することができる。しかも、金属ケース２の裏面側に放熱部材１５を配置したので、ＭＯＳＦＥＴ９，１０に大電流を通電する場合でも、これらの放熱性を十分に高めることができる。
【００５７】
この場合、熱の伝導経路となる金属ケース２の底部２Ａは、例えばプレス加工等の手段によって側壁部２Ｂと容易に一体形成できるから、底部２Ａの反り等に対する強度を側壁部２Ｂによって高めることができる。これにより、ケース２の底部２ＡがＭＯＳＦＥＴ９，１０の熱等によって熱変形し、ベース金属板４が底部２Ａから剥がれたり、これらの間に隙間が生じて両者間の熱抵抗が増大するのを防止でき、装置の耐熱性を長期間にわたって良好に維持することができる。
【００５８】
また、金属ケース２の底部２Ａに金属板４，５，７を積層してＭＯＳＦＥＴ９，１０を面実装することにより、これらの部品全体の厚さ寸法を小さく抑えることができ、各部品を金属ケース２内に薄型でコンパクトに収容できると共に、装置全体を小型化することができる。
【００５９】
また、インバータ装置１の組立時には、例えば図５に示すように、ベース金属板４、積層金属板５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０、基板支持体１２等を予め組立てることにより、これらの部品をサブアッセンブリ化した状態で金属ケース２内に組付けることができ、組立作業を効率よく行うことができる。
【００６０】
また、例えば自動車等の車体にインバータ装置１を搭載するときには、低電圧端子３と接続されている金属ケース２を車体側に対して直接的に取付けることになる。しかし、自動車等の車体は接地（ボディアース）されることが多く、金属ケース２と直流的にほぼ等しい電位に保持されるので、これらの間には、比較的簡単な絶縁構造を設けるだけでよくなり、インバータ装置１を車両に対して容易に搭載することができる。
【００６１】
一方、金属ケース２内には枠状の基板支持体１２を設けたので、例えば金属ケース２をプレス加工で形成するときに、側壁部２Ｂの内側に制御回路基板１４用の支持構造を形成し難い場合でも、金属ケース２内には、基板支持体１２の基板取付部１２Ｂ等を用いて制御回路基板１４を安定的に取付けることができる。
【００６２】
この場合、基板支持体１２の固定部１２Ａを四角形の枠状に形成したので、その四辺を金属ケース２の側壁部２Ｂの内側にそれぞれ取付けることができ、その取付強度を高めることができる。そして、この状態で金属ケース２の底部２Ａと制御回路基板１４との間には、金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０等を配置するためのスペースを基板支持体１２によって容易に確保することができる。
【００６３】
また、基板支持体１２には金属板当接部１２Ｃを設けたので、この金属板当接部１２Ｃによってベース金属板４を金属ケース２の底部２Ａに押付けることができ、例えばインバータ装置１に振動、衝撃等が加わる場合でも、両者間の熱伝導性をより安定させることができる。
【００６４】
次に、図７は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、金属ケースの底部を第１の金属板として、その表面側に第２，第３の金属板を積層する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６５】
３１はインバータ装置で、該インバータ装置３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、金属ケース３２、端子３，６，８、金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０、基板支持体１２、制御回路基板１４、放熱部材１５等を含んで構成されている。そして、金属ケース３２は、底部３２Ａ、側壁部３２Ｂ、端子挿通溝３２Ｃ等を有している。
【００６６】
しかし、金属ケース３２の底部３２Ａは、その中央寄りの部位がベース金属板３３として形成され、該ベース金属板３３の表面側には、積層金属板５，７が絶縁材５Ａ，７Ａを介してそれぞれ積層されている。
【００６７】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、金属ケース３２の底部３２Ａによってベース金属板３３を構成したので、この底部３２Ａ側には、積層金属板５，７を直接的に積層することができる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ９，１０と金属ケース３２の底部３２Ａとの間の熱抵抗を低減でき、熱伝導性をより高めることができる。また、装置全体の部品点数を削減でき、組立作業の効率化やコストダウンを図ることができる。
【００６８】
また、金属板５，７は、シリコン材料を含んで形成されるＭＯＳＦＥＴ９，１０と熱膨張率を整合するために、例えば銅合金等を用いて形成されることが多い。このため、金属ケース３２も銅合金等を用いてを形成することにより、これらの間に熱変形等によって加わる応力等を低減することができる。これにより、例えば金属板５，７（絶縁材５Ａ，７Ａ）と金属ケース３２との間に設ける接着剤等の層を薄くすることができ、両者間の熱伝導性をより高めることができる。
【００６９】
次に、図８は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、金属ケースの底部を放熱部材と一体に形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７０】
４１はインバータ装置で、該インバータ装置４１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、後述の金属ケース４２、放熱部材４３と、端子３，６，８、金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０、基板支持体１２、制御回路基板１４とを含んで構成されている。
【００７１】
４２はインバータ装置４１の外郭を構成する箱形状の金属ケースで、該金属ケース４２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、底部４２Ａ、側壁部４２Ｂ、端子挿通溝４２Ｃ等によって形成されている。
【００７２】
４３は金属ケース４２の底部４２Ａの裏面側に設けられた例えば空冷式の放熱部材で、該放熱部材４３は、金属ケース４２の底部４２Ａと一体に形成され、複数の冷却フィン４３Ａを有している。
【００７３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、金属ケース４２の底部４２Ａに放熱部材４３を一体に形成する構成としたので、これらの間にシリコングリス、放熱シート等の熱伝導層を設ける必要がなくなり、両者間の熱抵抗をより低減できると共に、部品点数を削減することができる。
【００７４】
次に、図９は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、放熱部材に冷却配管を設け、この冷却配管を金属ケースの底部に接合する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７５】
５１はインバータ装置で、該インバータ装置５１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、金属ケース２、端子３，６，８、金属板４，５，７、ＭＯＳＦＥＴ９，１０、基板支持体１２、制御回路基板１４と、後述の放熱部材５２とを含んで構成されている。
【００７６】
５２は金属ケース２の底部２Ａの裏面側に設けられた例えば水冷式の放熱部材で、該放熱部材５２は、例えばアルミニウム等の金属材料により形成され、その内部には、外部から冷却水が循環される２個の冷却配管５３が設けられている。
【００７７】
ここで、各冷却配管５３は、金属ケース２とほぼ同様に、例えば銅等の金属材料によって形成されている。また、冷却配管５３は、金属ケース２の底部２Ａに沿って扁平に形成され、放熱部材５２のうち金属ケース２に面した部位に露出すると共に、この露出部位の表面は平坦面５３Ａとして形成されている。
【００７８】
そして、放熱部材５２は、例えば半田付け、溶接、接着等の手段によって各冷却配管５３の平坦面５３Ａが金属ケース２の底部２Ａの裏面側に接合され、これによって金属ケース２に固着されている。
【００７９】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、放熱部材５２の各冷却配管５３を金属ケース２の底部２Ａに接合する構成としたので、水冷式の放熱部材５２を用いることによりインバータ装置５１の放熱性をより高めることができる。
【００８０】
また、各冷却配管５３を金属ケース２とほぼ同様の金属材料により形成し、祖の平坦面５３Ａを金属ケース２の底部２Ａに接合したので、これらの間に熱膨張率の差による剥がれ、反り等が生じるのを防止でき、両者の接合強度と熱伝導性とを高めることができる。
【００８１】
なお、前記各実施の形態では、低電圧端子３を金属ケース２の内側で底部２Ａに接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２中に仮想線で示す如く、低電圧端子３′を金属ケース２の側壁部２Ｂの外側に接続する構成としてもよい。
【００８２】
また、実施の形態では、高電圧側素子として２個のＭＯＳＦＥＴ９を実装し、これと同数のＭＯＳＦＥＴ１０を低電圧側素子として実装する構成とした。しかし、本発明における半導体素子の個数は実施の形態に限定されるものではなく、例えば高電圧側素子と低電圧側素子とを１個または３個ずつ配置する構成としてもよく、さらには４個以上の複数個ずつ配置する構成としてもよい。
【００８３】
また、実施の形態では、半導体素子をＭＯＳＦＥＴ９，１０により構成したが、本発明はＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）や通常のバイポーラトランジスタ等を用いる構成としてもよい。
【００８４】
また、実施の形態では、半導体装置としてインバータ装置１，３１，４１，５１を例に挙げて述べた。しかし、本発明はこれに限らず、大電流を通電する各種の半導体装置に適用できるのは勿論である。
【００８５】
さらに、上記実施の形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその構成及び作用効果を記載する。
【００８６】
（イ）請求項１に記載の半導体装置において、前記金属枠体内には当該金属枠体の側壁部に沿って枠状に形成され前記制御回路基板を前記金属枠体の底部から離れた位置に支持する基板支持体を設け、該基板支持体には前記第１の金属板の表面側に当接する金属板当接部を形成する構成としたことを特徴とする半導体装置。
【００８７】
上記構成によれば、金属枠体内には、基板支持体を用いて制御回路基板をケースの底部から離れた位置に取付けることができ、この状態で金属枠体の底部と制御回路基板との間には、第１ないし第３の金属板、高電圧側素子、低電圧側素子等を配置することができる。また、基板支持体の金属板当接部は、第１の金属板を金属枠体の底部側に押付けることができるから、これらを密着状態に保持して両者間の熱伝導性を高めることができる。
【００８８】
（ロ）請求項１，２または３に記載の半導体装置において、前記金属枠体の底部の裏面側には前記高電圧側素子と低電圧側素子から発生する熱を外部に逃す放熱部材を設ける構成としたことを特徴とする半導体装置。
【００８９】
上記構成によれば、半導体素子により発生する熱を金属枠体から放熱するだけでなく、放熱部材によっても効率よく逃すことができ、半導体装置に大電流を通電する場合でも、素子の放熱性を十分に高めることができる。
【００９０】
（ハ）請求項１，２または３に記載の半導体装置において、高電圧側素子と低電圧側素子とをそれぞれ複数個設け、これら複数個の高電圧側素子と複数個の低電圧側素子とを互いに並行な位置関係をもって並べる構成としたことを特徴とする半導体装置。
【００９１】
上記構成によれば、半導体装置の作動中に高電圧側素子等を介して第２，第３の金属板間に大電流が流れるとき、または低電圧側素子を介して第１，第３の金属板間に大電流が流れるときは、これらの電流経路が金属板の幅方向（素子が並行に並んだ方向）にわたって均等に形成された状態となる。従って、高電圧側と低電圧側の電流経路を幅広に形成して寄生インダクタンスをより低減でき、また電流を個々の半導体素子にほぼ均等に分散できると共に、これによってサージ電圧や電流の集中等から半導体素子を保護することができる。
【００９２】
（ニ）請求項１，２または３に記載の半導体装置において、高電圧側素子と低電圧側素子とはこれらの素子間に接続された出力電極を介して交流電流を出力するインバータ回路を構成したことを特徴とする半導体装置。
【００９３】
上記構成によれば、半導体装置により交流を出力するインバータ回路を構成でき、このインバータ回路を薄型でコンパクトに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるインバータ装置を一部破断して示す平面図である。
【図２】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図３】図１中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図４】図１中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向からみたインバータ装置の断面図である。
【図５】インバータ装置を組立てる前の状態で示す断面図である。
【図６】インバータ装置を示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるインバータ装置を図２と同様位置からみた断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるインバータ装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態によるインバータ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３１，４１，５１  インバータ装置（半導体装置）
２，３２，４２  金属ケース（金属枠体）
２Ａ，３２Ａ，４２Ａ  底部
２Ｂ，３２Ｂ，４２Ｂ  側壁部
２Ｃ，３２Ｃ，４２Ｃ  端子挿通溝
３，３′  低電圧端子
４，３３  ベース金属板（第１の金属板）
４Ａ  接合材
５，７  積層金属板（第２，第３の金属板）
５Ａ，７Ａ  絶縁材
６  高電圧端子
８  出力端子
９  ＭＯＳＦＥＴ（高電圧側素子）
９Ａ，１０Ａ  金属線
１０  ＭＯＳＦＥＴ（低電圧側素子）
１１  ダイオード
１２  基板支持体
１２Ａ  固定部
１２Ｂ  基板取付部
１２Ｃ  金属板当接部
１２Ｄ  切欠き
１３  接着剤
１４  制御回路基板
１４Ａ  配線
１５，４３，５２  放熱部材
１５Ａ，４３Ａ  冷却フィン
１６  熱伝導層
１７  蓋板
１８  シール材
１９  電源
２０  インバータ回路
２１  負荷
【図１】
2004186504.tif 000003
【図２】
2004186504.tif 000004
【図３】
2004186504.tif 000005
【図４】
2004186504.tif 000006
【図５】
2004186504.tif 000007
【図６】
2004186504.tif 000008
【図７】
2004186504.tif 000009
【図８】
2004186504.tif 000010
【図９】
2004186504.tif 000011