(57)【要約】【課題】冷却性能を向上させることができる半導体モジュールの提供を一つの課題とする。また、熱サイクルの厳しい環境の下で使用されても正常に動作を維持できる信頼性の高い、しかも小型で低コストな電力変換装置の提供を他の課題とする。【解決手段】上記課題を解決する解決手段の一つは、半導体チップ１１の両面側にそれぞれ接合され、かつ熱伝導性を有する導電性部材１２の一方を、半導体チップ１１と導電性部材１３の積層体を跨ぐように、導電性部材１３の設置面と同一の面上に導電性部材１３と電気的に絶縁した状態で接合することにある。【選択図】　図４
2004040899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に電極を有する半導体素子と、該半導体素子の両面側にそれぞれ接合されると共に、前記電極と電気的に接続され、かつ熱伝導性を有する導電性部材との積層体で構成され、前記導電性部材の一方が、前記半導体素子と前記導電性部材の他方の積層体を跨ぐように、前記導電性部材の他方の設置面と同一の面上に前記導電性部材の他方と電気的に絶縁されて接合されることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記導電性部材の他方は絶縁部材上に接合されて設置されており、前記導電性部材の一方は、前記絶縁部材に接合されることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１において、前記半導体チップと前記導電性部材は、金属片或いは金属粒子が樹脂に混合された導電性接着剤によって接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
請求項２において、前記半導体チップと前記導電性部材或いは前記導電性部材と前記絶縁部材は、金属片或いは金属粒子が樹脂に混合された導電性接着剤によって接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記金属片或いは前記金属粒子は、針状或いは花弁状の突起物を有するものであり、該突起物同士は前記樹脂中で緊密に接触していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
半導体素子，該半導体素子の両面側にそれぞれ接合されると共に、前記半導体素子と電気的に接続され、熱伝導性を有する導電性部材の積層体で構成され、前記導電性部材の一方が、前記半導体素子と前記導電性部材の他方の積層体を跨ぐように、前記導電性部材の他方の設置面と同一の面上に前記導電性部材の他方と電気的に絶縁されて接合された正極側及び負極側半導体モジュールと、前記半導体素子に電気的に接続された入出力配線と、前記導電性部材に熱伝達された熱を外部に放熱する放熱体とを有してなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６において、前記導電性部材の他方は絶縁部材上に接合されて設置されており、前記導電性部材の一方は、前記絶縁部材に接合されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項６において、前記入力配線は、前記正極側半導体モジュールの前記導電性部材の一方と前記負極側半導体モジュールの前記導電性部材の一方から構成されたものであり、前記出力配線は、前記正極側半導体モジュールの前記導電性部材の他方と前記負極側半導体モジュールの前記導電性部材の他方とが電気的に接続されて構成されたものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項６において、前記半導体素子と前記導電性部材は、金属片或いは金属粒子が樹脂に混合された導電性接着剤によって接合されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項７において、前記半導体素子と前記導電性部材或いは前記導電性部材と前記絶縁部材は、金属片或いは金属粒子が樹脂に混合された導電性接着剤によって接合されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、前記金属片或いは前記金属粒子は、針状或いは花弁状の突起物を有するものであり、前記突起物同士は緊密に接触していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項６において、前記正極側及び前記負極側半導体モジュールは、前記半導体素子を複数有し、該複数の半導体素子の両面側に前記導電性部材が接合されたものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項６において、前記半導体素子に制御信号を印加する制御信号配線部材を有し、該制御信号配線部材は球状の導電性接着剤によって前記半導体素子に接合されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項６において、前記半導体素子に制御信号を印加する制御信号配線部材を有し、該制御信号配線部材は引出線を介して前記半導体素子に電気的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項６において、前記半導体素子に制御信号を印加する制御信号配線部材を有し、該制御信号配線部材は、前記導電性部材に設けられた切欠或いは貫通孔を通して外部に引き出された引出配線を介して前記半導体素子に電気的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項６において、前記放熱体は、前記導電性部材の一方或いは両方に接合されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換装置は、チップ状の半導体素子がパッケージで包まれてＩＣ化されたものを実装した半導体モジュールから構成される場合もあるが、大半はチップ状の半導体素子をそのまま実装した半導体モジュールから構成される。これは、半導体素子の発熱を直接放熱し、半導体モジュールの冷却効果を向上させるためである。
【０００３】
従来、この種の半導体モジュールとしては、例えば特開平１０−５６１３１号公報に記載されたものが知られている。この公報では、半導体チップの発熱を半導体チップの２つの主面から放熱するようにしたものが種々提案されている。例えば半導体チップを絶縁基板で挟み込み、これをさらに銅板で挟み込み、半導体チップの発熱を半導体チップの２つの主面から放熱するようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱サイクルの厳しい環境の下で使用される電力変換装置、例えば自動車に搭載される電力変換装置では、電源の高規格化に伴って半導体素子に流れる電流が大きくなり、半導体素子の発熱が増加し、さらに熱サイクルが厳しくなる。このため、電力変換装置を構成する半導体モジュールの冷却性能を従来のものよりもさらに向上させることが要求されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却性能を向上させることができる半導体モジュールを提供するものである。また、本発明は、熱サイクルの厳しい環境の下で使用されても正常に動作を維持できる信頼性の高い、しかも小型で低コストな電力変換装置を提供するものである。
【０００６】
このため、本発明は、半導体素子の両面側にそれぞれ接合され、かつ熱伝導性を有する導電性部材の一方を、半導体素子と導電性部材の他方の積層体を跨ぐように、導電性部材の他方の設置面と同一の面上に導電性部材の他方と電気的に絶縁した状態で接合した半導体モジュールを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１乃至図８に基づいて説明する。図８は本実施例の電力変換装置の回路構成を示す。本実施例では電力変換装置として、自動車の電動機駆動システム（例えば電気自動車やハイブリッド自動車を駆動する電動機の駆動システム，自動車の電動負荷（例えばエアコンやブレーキなど）を駆動する電動機の駆動システムなど）に搭載されるものであり、車載の直流電源であるバッテリ２００（例えば充電電圧４２Ｖ）からの直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機３００（例えば同期電動機，誘導電動機など）に供給するインバータ装置１００を例にとり説明する。
【０００８】
インバータ装置１００は、正極側直流ＢＵＳ１１０と負極側直流ＢＵＳ１２０を介して供給されたバッテリ２００の直流電力を、制御回路部１５０からのゲート制御信号１５１によって制御されるＭＯＳ−ＦＥＴ１７１〜１７２，１８１〜１８３のスイッチング動作で各相毎に交流電力に変換し、各相に対応する交流出力ＢＵＳ１６１〜１６３を介して交流電動機３００に供給するように構成されている。具体的には、上アーム１４１を構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１７１〜１７３及び下アーム１４２を構成するＭＯＳ−ＦＥＴ１８１〜１８３で変換回路１３１〜１３３が構成されている。
【０００９】
ｕ相の変換回路１３１は、上アーム１４１のＭＯＳ−ＦＥＴ１７１と下アーム１４２のＭＯＳ−ＦＥＴ１８１から構成されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１７１のドレイン側は正極側直流ＢＵＳ１１０に接続されており、そのソース側は交流出力ＢＵＳ１６１に接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１８１のソース側は負極側直流ＢＵＳ１２０に接続されており、そのドレイン側は交流出力ＢＵＳ１６１に接続されている。
【００１０】
ｖ相の変換回路１３２は、上アーム１４１のＭＯＳ−ＦＥＴ１７２と下アーム１４２のＭＯＳ−ＦＥＴ１８２から構成されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１７２のドレイン側は正極側直流ＢＵＳ１１０に接続されており、そのソース側は交流出力ＢＵＳ１６２に接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１８２のソース側は負極側直流ＢＵＳ１２０に接続されており、そのドレイン側は交流出力ＢＵＳ１６２に接続されている。
【００１１】
ｗ相の変換回路１３３は、上アーム１４１のＭＯＳ−ＦＥＴ１７３と下アーム１４２のＭＯＳ−ＦＥＴ１８３から構成されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１７３のドレイン側は正極側直流ＢＵＳ１１０に接続されており、そのソース側は交流出力ＢＵＳ１６３に接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１８３のソース側は負極側直流ＢＵＳ１２０に接続されており、そのドレイン側は交流出力ＢＵＳ１６３に接続されている。
【００１２】
尚、本実施例では、変換回路を構成する半導体素子としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いた例を説明したが、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタなど他のスイッチング素子を用いて変換回路を構成してもよい。
【００１３】
図１乃至図５は、図８の回路構成を有する実際のインバータ装置１００の構成を示す。インバータ装置１００は、上アーム１４１を構成する正極側半導体モジュール１０と、下アーム１４２を構成する負極側半導体モジュール２０と、正極側直流ＢＵＳ１１０及び負極側直流ＢＵＳ１２０を構成する直流用ＢＵＳバー
３０と、交流出力ＢＵＳ１６１〜１６３を構成する交流用ＢＵＳバー４０と、絶縁部材５０と、放熱部材６０とを備えて構成されている。尚、インバータ装置
１００には、図８で述べた制御回路部１５０が備わっているが、本図においては図示省略している。
【００１４】
正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０は絶縁部材５０上に並設されている。絶縁部材５０は、熱伝導率の高い窒化アルミ材などから形成されたセラミック製の平板状或いはシート状の部材である。絶縁部材５０の下面には放熱部材６０が接合されている。放熱部材６０は金属製（例えばアルミニウム製）のフィン状の熱伝導性部材である。
【００１５】
正極側半導体モジュール１０は、図８で述べたＭＯＳ−ＦＥＴ１７１〜１７３を構成する半導体チップ１１を３つ有する。負極側半導体モジュール２０は、図８で述べたＭＯＳ−ＦＥＴ１８１〜１８３を構成する半導体チップ２１を３つ有する。
【００１６】
正極側半導体モジュール１０，負極側半導体モジュール２０において半導体チップ１１，２１は、正極側半導体モジュール１０，負極側半導体モジュール２０の配列方向（以下、「第１方向」と称する）に対して直角な方向（以下、「第２方向」と称する）に並設されている。正極側半導体モジュール１０，負極側半導体モジュール２０において、同相の変換回路を構成する半導体チップ１１，２１は、第１方向に対向する位置関係にある。
【００１７】
半導体チップ１１は、上面と下面と４つの側面とで構成された平板状のものであって、ソース電極２，ゲート電極６（制御電極）及びガードリング７を上面に有すると共に、ドレイン電極５を下面に有するシリコンチップ１と、ソース電極２に半田３によって接合されたソース電極接続部材４とを備えて構成された構造体である。半導体チップ２１は、半導体チップ１１と同一構造でその上下を逆転させて実装されたもの（図５の上下方向を軸として１８０度回転させたもの）であり、シリコンチップの上面にドレイン電極が、下面にソース電極，ゲート電極及びガードリングが位置する。ソース電極接続部材４は平板状の導電性部材であり、金属製（例えば銅製）のものである。ガードリング７はシリコンチップ１の上面或いは下面の周縁部に設けられたものであり、シリコンチップ１の上面側と下面側の電位領域の境界を形成するものである。
【００１８】
半導体チップ１１（２１）は、その両面（シリコンチップ１の上面と下面）と対向する側に配置されて接合され導電性部材１２，１３（２２，２３）によってその両面と対向する側から挟み込まれている。
【００１９】
半導体チップ１１の上面（シリコンチップ１の上面）と対向する導電性部材
１２の対向面（半導体チップ１１との接合面）は、ソース電極接続部材４と電気的に接続されるように、半導体チップ１１の上面側（ソース電極接続部材４）に導電性接着剤１４によって接合されている。半導体チップ２１の上面（シリコンチップ１の上面）と対向する導電性部材２２の対向面（半導体チップ２１との接合面）は、ドレイン電極５と電気的に接続されるように、半導体チップ２１の上面側（シリコンチップ１の上面）に導電性接着剤２４によって接合されている。導電性部材１２，２２は、金属製（例えば銅製）の熱伝導性を有するブロック部材である。
【００２０】
半導体チップ１１の下面（シリコンチップ１の下面）と対向する導電性部材
１３の対向面（半導体チップ１１との接合面）は、ドレイン電極５と電気的に接続されるように、半導体チップ１１の下面側（シリコンチップ１の下面）に導電性接着剤１５によって接合されている。半導体チップ２１の下面（シリコンチップ１の下面）と対向する導電性部材２３の対向面（半導体チップ２１との接合面）は、ソース電極接続部材４と電気的に接続されるように、半導体チップ２１の下面側（ソース電極接続部材４）に導電性接着剤２５によって接合されている。導電性部材１３，２３は、金属製（例えば銅製）の熱伝導性を有するブロック部材である。
【００２１】
このように本実施例では、導電性部材１２，１３（２２，２３）で半導体チップ１１（２１）をその上下両面側から挟み込み込んで両面配線構造を実現し、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０における構成部品点数の削減及びワイヤレスボンディングレス化を図っている。これにより、本実施例では、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の電流経路を構成する部品間の配線接続点が削減され、破断などに対するリスクが大幅に減少する。従って、本実施例によれば、インバータ装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
導電性部材１２（２２）には、第１方向に貫通した貫通孔が３つ並行に形成されている。貫通孔の第１方向中央部分には半導体チップ１１（２１）が接合されている。すなわち導電性部材１２（２２）は、上壁部，上壁部の第２方向両端部に設けられた側壁部，上壁部の下部に設けられ、側壁部間の空間を第２方向に３等分する２つの支柱壁部から、半導体チップ１１（２１）と導電性部材１３（２３）との積層体のそれぞれを跨ぐように、ブリッジ状或いはアーチ状に一体形成されたものである。導電性部材１２（２２）の側壁部及び支柱壁部のそれぞれは、導電性部材１３（２３）の設置面と同一の面上に導電性部材１２（２３）と電気的に絶縁されて、すなわち絶縁部材５０上に接合されている。導電性部材１２（２２）の３等分された各空間には、半導体チップ１１（２１）と導電性部材１３（２３）との積層体がその積層方向両側から導電性部材１２，１３（２２，２３）によって挟み込まれるように収納されている。導電性部材１２（２３）の板厚は、半導体チップ１１（２１）の厚みより大きい。
【００２３】
導電性接着剤１４，１５，２４，２５は金属片（金属フィラー）或いは金属粒子が樹脂に混合されたものである。図６は、塗布されて硬化された本実施例の導電性接着剤１４，１５，２４，２５の断面構造を示す。本実施例では導電性接着剤１４，１５，２４，２５として、針状の突起物を有する銀粒子５００がエポキシ樹脂４００に混合されたものを用いている。図から明らかなように、本実施例の導電性接着剤１４，１５，２４，２５ではエポキシ樹脂４００中において、隣り合う銀粒子５００同士が緊密に組み合わさり、かつ銀粒子５００の突起物の中にエポキシ樹脂４００が隙間無く回り込んでいる。
【００２４】
このような本実施例の導電性接着剤１４，１５，２４，２５では、球形の金属フィラー７００を樹脂６００に混合された導電性接着剤に比べて、少量の金属片或いは金属粒子で良好な導電性を実現することができると共に、機械的強度が強い。すなわち球形の金属フィラーを樹脂に混合させた導電性接着剤（図７参照）において、本実施例と同様の導電率を達成するためには、隙間無く金属フィラーを埋める必要がある。しかし、樹脂量が少なくなるので、機械的強度が弱くなる。従って、少量の金属片或いは金属粒子で良好な導電性を実現し、かつ強い機械強度を得るためには、本実施例のような導電性接着剤１４，１５，２４，２５を用いることが好ましい。
【００２５】
尚、このような針状の突起物を有する金属フィラーを混合した導電性接着剤としては、電子材料，２００１年７月，８９頁〜９６頁，導電性接着剤に記載されている。
【００２６】
積層構造の２部材間の接合に一般的に用いられている半田は、低インピーダンスで熱抵抗が小さいので、導電性及び熱伝導性に優れている。また、半導体チップの両面から熱放熱するものでは、熱応力分担によって半田の接合沿面にかかる熱疲労が軽減される。
【００２７】
しかし、本実施例のように、自動車に搭載されて熱サイクルの厳しい条件の下で使用され、電源の高規格化に伴って半導体素子に流れる電流がさらに大きくなるインバータ装置の２部材間接合であって、セラミックス製の絶縁基板と銅製のブロック部材との接合においては、両者の大きい線膨張率差によって半田接合沿面に熱疲労がかかり、そこから破断する懸念がある。このため、半田の代替接合剤として、半田のように低インピーダンスで熱抵抗が小さく、かつ半田よりも機械的強度の強い接合剤が必要になる。
【００２８】
そこで、本実施例では、上述のような導電性接着剤を２部材間接合に用いている。従って、本実施例では、自動車に搭載されて熱サイクルの厳しい条件の下で使用され、電源の高規格化に伴って半導体素子に流れる電流がさらに大きくなるインバータ装置の線膨張率差の大きい２部材間接合であっても、接合沿面にかかる熱疲労を軽減し、インバータ装置を熱サイクルの厳しい条件の下で安定に作動させることができる。よって、本実施例では、インバータ装置の信頼性を向上させることができる。また、本実施例では、半導体チップの両面から熱放熱するように構成しているので、接合沿面にかかる熱疲労をさらに軽減し、インバータ装置の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２９】
尚、本実施例では、導電性接着剤１４，１５（２４，２５）を半導体チップ
１１（２１）と導電性部材１２，１３（２２，２３）との間の接合に用いた例について説明したが、シリコンリップ１のソース電極２とソース電極接続部材４との間の接合や導電性部材１２，１３，２２，２３と絶縁部材５０との間の接合などに用いることができる。これにより、インバータ装置の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３０】
直流用ＢＵＳバー３０は入力配線に相当し、正極側直流ＢＵＳバー３１，負極側直流ＢＵＳバー３２から構成されている。正極側直流ＢＵＳバー３１は導電性部材１２から構成（導電性部材１２と一体形成）されたものであり、その平板状の外部接続端子部３１ａが、導電性部材１２を構成する上壁部の第２方向一方側端部で負極側半導体モジュール２０側端部を外方に突出させたように形成されている。負極側直流ＢＵＳバー３２は導電性部材２２から構成（導電性部材２２と一体形成）されたものであり、その平板状の外部接続端子部３２ａが、導電性部材２２を構成する上壁部の第２方向一方側端部で正極側半導体モジュール１０側端部分を外方に突出させたように形成されている。
【００３１】
交流用ＢＵＳバー４０は、ｕ相交流ＢＵＳバー４１，ｖ相交流ＢＵＳバー４２及びｗ相交流ＢＵＳバー４３から構成されている。ｕ相交流ＢＵＳバー４１，ｖ相交流ＢＵＳバー４２及びｗ相交流ＢＵＳバー４３は、正極側半導体モジュール１０の導電性部材１２と負極側半導体モジュール２０の導電性部材２２が、対応する相毎に一体化して形成されたものであり、それぞれ第１方向を負極側半導体モジュール２０から正極側半導体モジュール１０に延び、正極側半導体モジュール１０から負極側半導体モジュール２０側とは反対側に突出した平板状のものである。
【００３２】
ｕ相交流ＢＵＳバー４１の正極側半導体モジュール１０から負極側半導体モジュール２０側とは反対側に突出した部分には外部接続端子部４１ａが形成されている。ｖ相交流ＢＵＳバー４２の正極側半導体モジュール１０から負極側半導体モジュール２０側とは反対側に突出した部分には外部接続端子部４２ａが形成されている。ｗ相交流ＢＵＳバー４３の正極側半導体モジュール１０から負極側半導体モジュール２０側とは反対側に突出した部分には外部接続端子部４３ａが形成されている。
【００３３】
本実施例によれば、正極側半導体モジュール１０の導電性部材１２及び負極側半導体モジュール２０の導電性部材２２を用いて直流用ＢＵＳバー３０を、正極側半導体モジュール１０の導電性部材１３及び負極側半導体モジュール２０の導電性部材２３を用いて交流用ＢＵＳバー４０をそれぞれ構成しているので、インバータ装置１００の構成部品点数を減らすことができ、インバータ装置１００の構成を簡単にすることができる。従って、本実施例によれば、小型で低コストなインバータ装置１００を提供することができる。
【００３４】
半導体チップ１１（２１）のゲート電極６には、導電性部材１２，２２の第１方向に開口した開口部で、正極側半導体モジュール１０と負極側半導体モジュール２０との対向側とは反対側に開口した開口部から正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の内部に挿入された配線部材７０が金属ボール７１によって接合されている。これにより、配線部材７０はゲート電極６と電気的に接続される。配線部材７０は、制御回路部１５０からＭＯＳ−ＦＥＴ１７１〜１７３，１８１〜１８３のゲートにゲート制御信号１５１（ＭＯＳ−ＦＥＴをオン・オフさせるスイッチング制御信号）を印加する薄板状或いはシート状の信号伝送部材であり、導電性部材が樹脂フィルムによって覆われたもの或いは導電性部材が樹脂フィルムの片面に貼り付けられたものである。樹脂フィルムは、絶縁性樹脂から形成されたフレキシブル性のあるものである。金属ボール７１は、半田から形成された球形状の導電性接着部材である。
【００３５】
ゲート電極６と配線部材７０とを接合するために本実施例では上述のような配線接合を用いている。これは、シリコンチップ１の上面或いは下面の片面に設けられたガードリング７で囲われた領域内でソース電極２よりも外側にゲート電極６があり、ガードリング７の電界設計に影響を与えることのない必要距離を確保しながらゲート電極６との配線接合を行う必要があるからである。また、本実施例では、上述のような配線接合を実施可能にするために、ソース電極２と導電性部材１２，２３との電気的な接続を、次のような方法により実施している。
【００３６】
すなわちソース電極２と導電性部材１２，２３とをソース電極接続部材４を介して電気的に接続している。そして、配線部材７０とゲート電極６との配線接合スペースが得られるようにソース電極接続部材４の接合面のサイズをソース電極２の電極面サイズに限定している。また、ガードリング７と配線部材７０との間で必要な隔離距離が得られるようにソース電極接続部材４を板厚としている。これにより、シリコンチップ１と導電性部材１２，２３との間には配線接合に必要なスペースが確保される。
【００３７】
以上説明した本実施例によれば、半導体チップ１１（２１）をその両面側から導電性部材１２，１３（２２，２３）で挟み込んで半導体チップ１１（２１）の両面に放熱路を形成し、半導体チップ１１（２１）及び導電性部材１３（２３）の積層体を跨ぐように、導電性部材１２（２２）を導電性部材１３（２３）の設置面と同一の面上（絶縁部材５０上）に接合して放熱路の熱流路断面積を拡大したので、半導体チップ１１（２１）の上面側から放熱されて積層体の積層方向上側の一方向に流れる熱流８０は、積層体の積層方向に垂直な面に対して四方八方の流れ（図では、積層体の積層方向に垂直な面に対して直角横方向の流れのみ示す）の熱流８１に拡散され、半導体チップ１１（２１）の下面側から放熱されて積層体の積層方向下側に流れる熱流８２と共に絶縁部材５０を介して放熱部材
６０から外部に放熱される。
【００３８】
これにより、本実施例では、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の熱抵抗を大幅に低減し、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の温度上昇を大幅に低減することができる。本願発明者によれば、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の熱抵抗を従来の１／３程度に低減することができ、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の温度上昇を従来の１／３程度に低減する（冷却性能を従来の１．５　倍程度に向上させる）ことができることを実験によって確認することができた。
【００３９】
従って、本実施例によれば、より小型な半導体チップ１１，２１を採用して正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０を小型化することができると共に、自動車の車載電源であるバッテリ２００の高規格化に伴って半導体チップ１１，２１に流れる電流が増加しても、正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の温度上昇を半導体チップ１１，２１の許容温度範囲内に抑えることができる。
【００４０】
よって、本実施例では、熱サイクルの厳しい環境の下で使用されても正常に動作を維持することができる信頼性の高い、しかも小型で低コストなインバータ装置１００を提供することができる。
【００４１】
しかも、本実施例によれば、導電性部材１２（２２）の形状をブリッジ形状或いはアーチ形状にしているので、導電性部材１２（２２）の大きさを半導体チップ１１（２１）及び導電性部材１３（２３）の積層体の積層方向やその直角方向に必要以上に大きくすることなく、インバータ装置１００の自動車搭載寸法を満足する範囲内で熱流断面積を拡大することができる。
【００４２】
尚、本実施例では、放熱部材６０を絶縁部材５０の下面に接合した場合について説明したが、さらに放熱体を導電性部材１２，２２の上面にも接合することによって、さらに正極側半導体モジュール１０及び負極側半導体モジュール２０の熱抵抗を１／２程度低減することができる。
【００４３】
また、本実施例では、ゲート電極６と配線部材７０との接合を金属ボール７１を用いて配線接合を行う場合について説明したが、図９に示すように、ゲート電極６に引出線７２（導電性のワイヤー線材）の一端を接合し、他端をガードリング７との必要距離をとりながら半導体チップ１１，２１外に引き出して配線部材７０に接合する方法でもよい。
【００４４】
また、図１０乃至図１３に示すように、ゲート電極６がガードリング７で囲われた領域内でソース電極２よりも内側にある場合もある。このような場合は、ゲート電極６に一端側が接合された引出線７２の他端側を、ソース電極接続部材４に切欠７４によって形成された引出部７３、或いは溝７４と孔７５の組み合わせから形成された引出部７３、若しくは孔によって形成された引出部を介して半導体チップ１１，２１外に引き出して配線部材７０に接合すればよい。また、ソース電極接続部材４を用いることなく導電性部材１２，２３とを接合させるような場合は、導電性部材１２，２３に同様の引出部を設けることにより、同様の配線接続を行うことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、冷却性能を向上させることができる半導体モジュールを提供することができる。また、本発明によれば、熱サイクルの厳しい環境の下で使用されても正常に動作を維持できる信頼性の高い、しかも小型で低コストな電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるインバータ装置の構成を示す上平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】図２の１相分の構成を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】図４の半導体チップの構成を拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図１のインバータ装置の２部品間の接合に用いられる導電性接着剤の材料構成を示す断面図である。
【図７】図６の比較例であって、導電性接着剤の材料構成を示す断面図である。
【図８】図１のインバータ装置の回路構成を示す回路図である。
【図９】半導体チップのゲート電極と配線部材との他の配線接続構造を示すものであって、半導体チップの断面構造を示す断面図である。
【図１０】半導体チップのゲート電極と配線部材との他の配線接続構造を示すものであって、半導体チップを上方から視た平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。
【図１２】半導体チップのゲート電極と配線部材との他の配線接続構造を示すものであって、半導体チップを上方から視た平面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
１０…正極側半導体モジュール、１１，２１…半導体チップ、１２，１３，２２，２３…導電性部材、１４，１５，２４，２５…導電性接着剤、２０…負極側半導体モジュール、３０…直流用ＢＵＳバー、４０…交流用ＢＵＳバー、５０…絶縁部材、６０…放熱部材。
【図１】
2004040899.tif 000003
【図２】
2004040899.tif 000004
【図３】
2004040899.tif 000005
【図４】
2004040899.tif 000006
【図５】
2004040899.tif 000007
【図６】
2004040899.tif 000008
【図７】
2004040899.tif 000009
【図８】
2004040899.tif 000010
【図９】
2004040899.tif 000011
【図１０】
2004040899.tif 000012
【図１１】
2004040899.tif 000013
【図１２】
2004040899.tif 000014
【図１３】
2004040899.tif 000015