(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１放熱器と、
前記第１放熱器の主面上に実装した第１基板と、
前記第１基板の主面上に実装した第１半導体素子と、
前記第１放熱器の主面上或いは前記第１基板の主面上に実装した第１電極と、
前記第１半導体素子の上面に配置され、前記第１半導体素子の第１上面電極と前記第１電極を電気的に接続する複数の第１ワイヤボンディング線、及び前記第１上面電極を接触させたヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの一面側に設けた、前記第１ワイヤボンディング線の間を通って前記第１上面電極に接触又は近接する凸部、及び前記第１ワイヤボンディング線に近接する凹部と、
前記ヒートスプレッダの他面側に実装した第２放熱器と
を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第２放熱器の主面上に実装した第２基板と、
前記第２基板の主面上に実装した第２半導体素子と、
前記第２放熱器の主面上或いは前記第２基板の主面上に実装した第２電極と、
前記第２半導体素子の第２上面電極と前記第２電極を電気的に接続する複数の第２ワイヤボンディング線を接触させた、前記ヒートスプレッダの他面側に設けた、前記第２ワイヤボンディング線の間を通って前記第２上面電極に接触又は近接する凸部、及び前記第２ワイヤボンディング線に近接する凹部とを有し、
前記第１電極と前記第２電極を電気的に接続し、前記第１半導体素子の上面電極と前記第２半導体素子の上面電極が電気的に同一電位であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１半導体素子と前記第２半導体素子は、同時に電気的に同一の動作をしない素子同士の組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ヒートスプレッダに設けた凹部の、前記ワイヤボンディングと前記上面電極のボンディング接続位置に対応する部分が、ボンディング接続位置に対応しない部分よりも浅く形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ヒートスプレッダの端部は、ヒートスプレッダ上面側に突出して前記半導体素子の側方に位置することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記各半導体素子の制御端子と前記ヒートスプレッダの一面側である主面に設けた配線パターンを、ゲート電極接続線で電気的に接続し、且つ、前記ヒートスプレッダの端部近傍に設けたゲート配線接続端子と前記配線パターンを、電気的に接続することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１基板上に実装した、制御端子を有する第１半導体素子と、
前記第２基板上に実装した、制御端子を有する第３半導体素子と、
前記ヒートスプレッダの一面側に設けた第１配線パターンと前記第１半導体素子の前記制御端子を電気的に接続する第１ゲート電極接続線、及び前記ヒートスプレッダの他面側に設けた第２配線パターンと前記第３半導体素子の前記制御端子を電気的に接続する第２ゲート電極接続線と、
前記ヒートスプレッダに設けた、前記第１配線パターンと前記第２配線パターンを前記ヒートスプレッダの端部近傍に設けたゲート配線接続端子に接続する貫通電極と、
前記第１半導体素子に対向する位置の前記第２基板上に実装した、前記第１半導体素子と同一の電気的動作を同時に行わない第２半導体素子と、
前記第２半導体素子に対向する位置の前記第１基板上に実装した、前記第２半導体素子と同一の電気的動作を同時に行わない第４半導体素子と
を有することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ヒートスプレッダの一面側に、前記第１ワイヤボンディング線の配線方向に沿って配置し、前記凸部とする第３ワイヤボンディングと、
前記ヒートスプレッダの他面側に、前記第２ワイヤボンディング線の配線方向に沿って配置し、前記凸部する第４ワイヤボンディングと
を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ヒートスプレッダを構成する、一面側と他面側に凹部を有する第１ヒートスプレッダ、及び平板状基部にフィン部を有する第２ヒートスプレッダを有し、
前記第２ヒートスプレッダの平板状基部が、前記各半導体素子の上面電極上にワイヤボンディング接続部分に対応する開口形状で実装されると共に、前記フィン部の先端が前記第１ヒートスプレッダの凹部に接続する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に関し、特に、多数の半導体素子を用いるために発熱に対する充分な対策を必要とする電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に電力変換を行なう電力変換装置として、例えば、「半導体装置」（特許文献１参照）が知られている。
図１９は、従来の半導体装置の構造を模式的に示す断面説明図である。図１９に示すように、従来の半導体装置１は、下側半導体素子２と上側半導体素子３を有している。下側半導体素子２は、はんだ４ａによって接続された、両側に金属パターンを有する絶縁基板５ａを介して、冷却器６ａに実装されており、上側半導体素子３は、はんだ４ｂによって接続された、両側に金属パターンを有する絶縁基板５ｂを介して、冷却器６ｂに実装されている。
【０００３】
下側半導体素子２の主面電極上には電極７ａが実装され、電極７ａ上には絶縁材８ａを介して冷却器６ｂが載置されており、上側半導体素子３の主面電極上には電極７ｂが実装され、電極７ｂ上には絶縁材８ｂを介して冷却器６ｃが載置されている。
この従来の半導体装置１は、下側半導体素子２と上側半導体素子３の何れも表面側及び裏面側にそれぞれ冷却器６ａ，６ｂ，６ｃを有することで、冷却性能を高め温度上昇を抑えようとしている。また、両半導体素子２，３を上下に重ねた積層構造とすることで、平面大きさの縮小化を図っている。
【特許文献１】特開２００１−２４４４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体装置１においては、以下の問題点がある。
半導体素子２もしくは３の両面を冷却する為には、半導体素子の両面側に熱抵抗を少なく、冷却器や放熱体を接合する必要がある。特に半導体素子の平面に活電位に接続する電極面を形成した場合、電極面と冷却器や放熱体と熱抵抗を少なく接合することは非常に困難となる。
この発明の目的は、電力変換を行なう半導体素子を、熱抵抗増大化を招くことなく、効率良く冷却することができる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明に係る電力変換装置は、第１放熱器と、前記第１放熱器の主面上に実装した第１基板と、前記第１基板の主面上に実装した第１半導体素子と、前記第１放熱器の主面上或いは前記第１基板の主面上に実装した第１電極と、前記第１半導体素子の上面に配置され、前記第１半導体素子の第１上面電極と前記第１電極を電気的に接続する複数の第１ワイヤボンディング線、及び前記第１上面電極を接触させたヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの一面側に設けた、前記第１ワイヤボンディング線の間を通って前記第１上面電極に接触又は近接する凸部、及び前記第１ワイヤボンディング線に近接する凹部と、前記ヒートスプレッダの他面側に実装した第２放熱器とを有している。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、第１放熱器の主面上には第１基板が実装され、第１基板の主面上には第１半導体素子が実装され、第１放熱器の主面上或いは第１基板の主面上には第１電極が実装され、第１半導体素子の上面には、第１半導体素子の第１上面電極と第１電極を電気的に接続する複数の第１ワイヤボンディング線、及び第１上面電極を接触させたヒートスプレッダが配置され、ヒートスプレッダの一面側には、第１ワイヤボンディング線の間を通って第１上面電極に接触又は近接する凸部、及び第１ワイヤボンディング線に近接する凹部が設けられ、ヒートスプレッダの他面側には第２放熱器が実装されている。
これにより、電力変換を行なう半導体素子を、大型化、コスト増加、熱抵抗増大化、応力集中を招くことなく、効率良く冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。図３は、図１のヒートスプレッダの裏面側の平面説明図である。図４は、図２においてヒートスプレッダを除いた平面説明図である。図５は、図４の各部断面構造を示し、（ａ）はＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、（ｄ）はＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
【０００８】
図１から図５に示すように、電力変換装置１０は、第１半導体素子１１、第２半導体素子１２、第１基板１３、第２基板１４、第１電極１５、第２電極１６、第１放熱器１７、第２放熱器１８、ヒートスプレッダ１９、及び回路基板２０を有しており、これらを層状に積み重ねて形成されている（図１参照）。
第１半導体素子１１と第２半導体素子１２は、金属体からなる熱拡散のための放熱性部材であるヒートスプレッダ１９をその間に挟み込んでおり、第１半導体素子１１の外側には第１基板１３を介して第１放熱器１７が、第２半導体素子１２の外側には第２基板１４を介して第２放熱器１８が、それぞれ位置している。つまり、第１半導体素子１１、第１基板１３及び第１放熱器１７と、第２半導体素子１２、第２基板１４及び第２放熱器１８は、ヒートスプレッダ１９を挟み、それぞれの主面側が向き合うように対向して（図中、上下に）配置されている（図１参照）。
【０００９】
第１放熱器１７の主面上には、絶縁層２１を介して第１基板１３が、第１基板１３の主面上には、はんだ層２２を介して第１半導体素子１１が、それぞれ実装されている（図１参照）。なお、第１基板１３は、絶縁層２１を介さず直接、或いは絶縁層２１の代わりにベースプレート（図示しない）を介して、第１放熱器１７の主面上に実装しても良い。
また、第１放熱器１７の主面上、第１基板１３に隣接させて、絶縁層２１を介し第１電極１５を実装し、第１半導体素子１１の第１上面電極２３（図４参照）と第１電極１５を、第１ワイヤボンディング線２４で電気的に接続する（図２参照）と共に、第１上面電極２３と第１ワイヤボンディング線２４を、第１半導体素子１１の上面側に位置するヒートスプレッダ１９に、高熱伝導性材料、例えば高熱伝導率接着剤２５を介して接触させる（図５参照）。
【００１０】
なお、第１電極１５は、絶縁層２１を介さず直接、第１放熱器１７の主面上に実装しても良く、第１放熱器１７の主面上ではなく第１基板１３の主面上に実装しても良い。
また、回路基板２０は、例えば、ゲート配線基板であり、接続線２６により第１半導体素子１１の制御端子２７に接続されている（図１，４参照）。
ここで、ヒートスプレッダ１９の一面側に凹凸部を設け、凸部が、第１ワイヤボンディング線２４の間を通って第１上面電極２３に接触又は近接した状態、凹部が、第１ワイヤボンディング線２４に近接した状態になるようにする。
【００１１】
即ち、一般に、大電力変換を行なう第１半導体素子１１への第１ワイヤボンディング線２４による接続は、径が３５０〜５００μｍ程度の金属線（例えば、アルミ線）を用いて行われ、しかも、これら複数の金属線は、ある程度規則的な間隔を空けて同方向へと引き出され、配線電極に接続される（図４参照）。
そこで、第１半導体素子１１の第１上面電極２３側に、第１ワイヤボンディング線２４と同方向に延びる溝形状の凹部１９ａを離間して横並びに複数設け、隣接する凹部１９ａの間の仕切り壁状の凸部１９ｂを有する、ヒートスプレッダ１９（図３参照）を実装する。ヒートスプレッダ１９の凹部１９ａは、第１ワイヤボンディング線２４に近接配置可能な形状とする。
【００１２】
これにより、隣接する凹部１９ａの間の凸部１９ｂが、第１半導体素子１１の第１上面電極２３に接続されている複数本の第１ワイヤボンディング線２４の間に入り込み、ヒートスプレッダ１９を第１上面電極２３に近接させる（図５参照）。
ヒートスプレッダ１９の一面側に設けた溝状の凹部１９ａは、第１ワイヤボンディング線２４の、第１半導体素子１１の第１上面電極２３に接続させるボンディング接続部分に対応する部分（図５（ｃ）参照）を、このボンディング接続部分に対応しない部分（図５（ｄ）参照）よりも浅くする。
そして、ヒートスプレッダ１９の他面側、即ち、第１放熱器１７が配置された主面側の反対側に、第２放熱器１８を実装する（図１参照）。
【００１３】
第２放熱器１８の主面上には、絶縁層２９を介して第２基板１４が、第２基板１４の主面上には、はんだ層３０を介して第２半導体素子１２が、それぞれ実装されている（図１参照）。なお、第２基板１４は、絶縁層２９を介さず直接、或いは絶縁層２９の代わりにベースプレート（図示しない）を介して、第２放熱器１８の主面上に実装しても良い。
また、第２放熱器１８の主面上、第２基板１４に隣接し、絶縁層２９を介して第２電極１６を実装し、第２半導体素子１２の第２上面電極（図示しない）と第２電極１６を、第２ワイヤボンディング線３１で電気的に接続する。そして、第２上面電極と第２ワイヤボンディング線３１を、ヒートスプレッダ１９の第２半導体素子１２側である他面側に、直接、或いは高熱伝導性材料、例えば高熱伝導率接着剤３２を介して接触させる（図１参照）。
【００１４】
なお、第２電極１６は、絶縁層２９を介さず直接、第２放熱器１８の主面上に実装しても良く、第２放熱器１８の主面上ではなく第２基板１４の主面上に実装しても良い。
更に、ヒートスプレッダ１９の他面側に、一面側と同様に、第２ワイヤボンディング線３１と同方向に延びる溝形状の複数の凹部と、隣接する凹部の間の仕切り壁状の凸部を設け、凸部が、第２ワイヤボンディング線３１の間を通って第２上面電極に接触又は近接した状態、凹部が、第２ワイヤボンディング線３１に近接した状態にする。
ヒートスプレッダ１９の他面側に設けた溝状の凹部は、ヒートスプレッダ１９の一面側に設けた溝状の凹部１９ａと同様に、第２ワイヤボンディング線３１の、第２半導体素子１２の第２上面電極に接続させるボンディング接続部分に対応する部分を、このボンディング接続部分に対応しない部分よりも浅くする。
【００１５】
また、第１電極１５と第２電極１６とを電気的に接続し、第１半導体素子１１の第１上面電極２３と第２半導体素子１２の第２上面電極が、電気的に同電位である構成とする。また、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２が、電気的に同一の動作をしない状態を有する素子同士の組み合わせとする。
なお、この実施の形態では、電力変換装置として、例えば電動機を駆動するインバータ装置とし、第１半導体素子１１がＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、第２半導体素子１２がダイオードとする。また、第１半導体素子１１は、エミッタ電極である第１上面電極２３、ゲート電極である制御端子２７を有している。ゲート電極（制御端子２７）は、ゲート接続線（接続線２６）を介してゲート配線基板（回路基板２０）に接続される（図４参照）。
【００１６】
そして、第１半導体素子１１としてのＩＧＢＴと第２半導体素子１２としてのダイオードを、電気的に通電方向を逆向きにする逆並列配置に接続して、スイッチ回路３３（図１参照）を形成する。このスイッチ回路３３は、例えば、３相インバータとしては、１つのハイサイド側アーム又はローサイド側アームを構成しており、このスイッチ回路３３を６個形成し、電気的に適切に接続することによって、３相インバータを構成することができる。
【００１７】
上述した構成を有することにより、電力変換装置１０は以下に示す効果を得ることができる。なお、電力変換装置１０は、第１半導体素子１１、第１基板１３及び第１放熱器１７からなる第１構成体と、第１構成体に対応する、第２半導体素子１２、第２基板１４及び第２放熱器１８からなる第２構成体とが、ヒートスプレッダ１９を挟んで対向配置された構造を有しており、第１構成体における効果について説明したことは、第２構成体についても同様に適用される。
【００１８】
第１の効果として、電力変換を行なう第１半導体素子１１は、第１半導体素子１１の裏面側からだけでなく、第１半導体素子１１の上面（主面）側からも、即ち、第１半導体素子１１の両面側から放熱することができる。しかも、第１半導体素子１１の第１上面電極２３に対する電気的接続は、第１ワイヤボンディング線２４により、容易、且つ、確実に実施できる状態のまま、第１半導体素子１１の上面側からの放熱も低熱抵抗で容易に行うことができる。
【００１９】
即ち、第１半導体素子１１の第１上面電極２３とヒートスプレッダ１９の間は、大部分が第１ワイヤボンディング線２４とヒートスプレッダ１９の凸部１９ｂによる金属体が占めることになる。そして、配線された第１ワイヤボンディング線２４が山形に浮いた状態になるが故に生じる隙間を、高熱伝導率接着剤２５が埋めるような形状になる。このため、第１半導体素子１１の上面側、即ち、ヒートスプレッダ１９側からの熱流は、金属体であるヒートスプレッダ１９を通って第２放熱器１８に伝わることになる。この際、高熱伝導率接着剤２５も、熱伝達に寄与する。
【００２０】
よって、第１半導体素子１１の第１上面電極２３と第２放熱器１８の間を、大部分が金属体による低熱抵抗で熱結合することができる。このため、第１半導体素子１１で生じた熱を、従来構造による第１半導体素子１１裏面側、即ち、第１放熱器１７側からの放熱に加え、上面側、即ち、ヒートスプレッダ１９側からも低熱抵抗で放熱することができるので、電力変換装置１０の大幅な小型化を容易に図ることができる。
第２の効果として、第１半導体素子１１の直上に金属体であるヒートスプレッダ１９を載置することになるので、このヒートスプレッダ１９が、第１半導体素子１１を発生源とするノイズに対しシールド体として機能する。特に、第１半導体素子１１に極めて近接して配置できるので、高いシールド効果を得ることができる。
【００２１】
第３の効果として、装置構成物の高さばらつきや平行度違いによる隙間不均一があっても、その影響を受けないようにすることができ、また、製造が一層容易になる。
一般に、電力変換装置は複数の半導体素子から構成されている。また、第１半導体素子１１上面側に配置する第２放熱器１８は、電力変換装置全体として１つである方が部品点数の削減や製造工程の簡略化の観点から望ましい。このような状況において、第１半導体素子１１の厚さは必ずしも均一ではなく、その上、第１基板１３に対する第２放熱器１８の平行度も常に合致するとは限らない。
【００２２】
この電力変換装置１０の構成にあっては、これら構成部材の高さばらつきや平行度違いによる隙間不均一があっても、第２放熱器１８又はヒートスプレッダ１９の押圧時の高熱伝導率接着剤２５の潰れにより、第１半導体素子１１の第１上面電極２３と、第２放熱器１８或いはヒートスプレッダ１９との間を、確実に埋めることができる。
つまり、電力変換装置１０のような複数の構成部材を積層する構造、更に、各半導体素子関連部分の厚さが必ずしも均一とは限らない構造の場合、各構成部材の寸法公差による精度ばらつきが発生するのは避けられない。しかしながら、本構成での高熱伝導率接着剤２５が備える、熱硬化処理前は容易に変形可能という性質を利用して、高熱伝導率接着剤２５の潰れにより、各構成部材の精度ばらつきを容易に吸収しその影響を受けないようにすることができる。
【００２３】
よって、第１半導体素子１１やヒートスプレッダ１９等の各構成部材における精度ばらつきの発生に、容易に対処することができ、第１半導体素子１１の第１上面電極２３と第２放熱器１８との間を、常時、確実に熱結合することができる。
更に、電力変換装置１０の製造が一層容易になる。即ち、高熱伝導率接着剤２５は、塗布後に熱硬化処理を行なえばよいので、本構成のような、第１半導体素子１１の上に第２放熱器１８或いはヒートスプレッダ１９を載せる積層構造体であっても、常温で高熱伝導率接着剤２５を塗布した後、熱硬化を行えば、容易に構造体を形成することができる。
【００２４】
第４の効果として、熱応力による信頼性上の懸念の発生を極力回避することができる。一般に、第２放熱器１８やヒートスプレッダ１９には、材料コストの面から銅やアルミニウム等が用いられるが、これら金属材料は、半導体とは熱膨張率が大きく異なる。これに対し、本構成にあっては、高熱伝導率接着剤２５や第１ワイヤボンディング線２４の変形により、熱膨張率が大きく異なる材料を接合していても熱応力を緩和することができる。
【００２５】
第５の効果として、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の温度上昇を顕著に抑制することができる。即ち、第１半導体素子１１が通電により発熱している場合、その熱は、第１半導体素子１１裏面（第１放熱器１７側）から、第１基板１３を介して第１放熱器１７に伝わり、加えて、第１半導体素子１１上面（ヒートスプレッダ１９側）から、ヒートスプレッダ１９を介して第２半導体素子１２、更に、第２基板１４を介して第２放熱器１８へも伝わる。これにより、第１半導体素子１１の温度上昇を顕著に抑えることができ、第２半導体素子１２についても同様に、温度上昇を顕著に抑制することができる。
ここで、本構成では、第１半導体素子１１の上面電極と第２半導体素子１２の上面電極が電気的に同電位であることにより、両半導体素子１１，１２を十分に近接配置することができる。つまり、電気的な絶縁を得るために間隔を空ける必要が無い。
【００２６】
即ち、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２は、インバータ装置の各アームとして働くスイッチ回路３３であるので、両半導体素子１１，１２の上面電極同士及び裏面電極同士が電気的に同電位になる。更に、両半導体素子１１，１２の上面電極を結合する高熱伝導性材料、例えば高熱伝導率接着剤２５も、絶縁体である必要が無い。一般に電気伝導性を有する接合材料は、絶縁性を有する接合材料よりも熱伝導性が良い上に、薄くして熱抵抗を更に下げることができる。
【００２７】
つまり、第１半導体素子１１の上面電極とヒートスプレッダ１９の間、及び第２半導体素子１２の上面電極とヒートスプレッダ１９の間で、十分な電気的絶縁を図るために生じる熱抵抗の増加を招くことがない。この結果、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２から生じた熱を、それぞれの上面側に対向配置された他方の半導体素子に低熱抵抗で伝えることができる。そして、この他方の半導体素子も、裏面側が低熱抵抗で放熱器（第１放熱器１７或いは第２放熱器１８）に熱結合していることにより、温度上昇を抑えることができる。
よって、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２のそれぞれの発熱を、上下両面に低熱抵抗で伝えることができ、放熱器（第１放熱器１７或いは第２放熱器１８）へと導くことができるので、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の温度上昇を大幅に抑制することができる。
【００２８】
第６の効果として、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２のそれぞれの上面側に、放熱経路を、簡便、且つ、確実に設けることができる。つまり、第１半導体素子１１の上面側に対向して第２半導体素子１２を載置する状態になるが、その際、第１半導体素子１１に対して第２半導体素子１２を固定する部分の形状精度によって、両半導体素子１１，１２の上面電極間隔がばらつく懸念は否定できない。この場合でも、本構成では、高熱伝導率接着剤２５の潰れによって寸法ばらつきを吸収することができるので、寸法ばらつきを吸収した後に硬化させて接合することができる。
【００２９】
更に、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２のそれぞれの上面電極が同電位であるので、間に絶縁材料を介在させる必要が無い。このため、この絶縁材料の厚さばらつきによる接合不十分や、絶縁材料の表裏面と両半導体素子１１，１２の各上面電極の接合を共に行なうことによる製造工程の煩雑さも、生じない。
【００３０】
第７の効果として、電力変換装置１０は、第１半導体素子１１の上面にヒートスプレッダ１９を介して第２半導体素子１２を載置する、上下積層構造を有することから、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２を実装する投影面積を、左右並置構造に比べ大幅に減らすことができる。更に、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２のそれぞれの上面電極の間に新たに絶縁材料を介在させず、且つ、両上面電極が同電位であるので、両半導体素子１１，１２を十分に近接配置することができる。よって、電力変換装置１０の厚み増加を抑えると共に、半導体素子の実装部分の投影面積を大幅に抑えることが可能になるので、装置全体の小型化へ大きく寄与することができる。
【００３１】
第８の効果として、上記効果によって電力変換器の投影面積が減少すれば、半導体素子から平滑コンデンサまで連結するバスバを大幅に短くすることができる。よって、このバスバにおける寄生インダクタンスが減少するので、電力変換装置の大電流動作に対する安定度が著しく増大する。
第９の効果として、ヒートスプレッダ１９が有する熱容量によって、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の温度上昇を、更に抑制することができる。例えば、電力変換装置１０が自動車等へ搭載して用いられる場合、一般的に、最大出力は車両発進時等の短時間に限られる場合が多い。この場合、ヒートスプレッダ１９の熱容量によって、半導体素子の温度上昇が遅くなる効果が得られる。最大出力の継続時間が限定的になるならば、結果として、半導体素子の温度を低い状態に保持することが可能になる。
【００３２】
第１０の効果として、第１半導体素子１１の制御端子２７を、回路基板２０に容易に接続することができる。これは、電力変換装置１０の製造コスト低減に繋がる。即ち、ヒートスプレッダ１９が無い状態において、第１半導体素子１１の上面電極と第２半導体素子１２の上面電極を、熱結合のために近接させると、結果として、これら半導体素子１１，１２を実装している第１基板１３と第２基板１４の間隔も小さくなる。
この状態で、半導体素子の制御端子２７を接続する回路基板２０を、第１基板１３又は第２基板１４に実装すると、この電気接続にかかる接続線２６や回路基板２０上の配線パターンや抵抗等の電子部品を配置する空間的余裕を、十分確保することができない。この結果、複雑な配置構造を採用せざるを得ない事態になってコスト増加をもたらすことが懸念される。
【００３３】
本構成では、ヒートスプレッダ１９を有することにより、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の間を十分に小さい熱抵抗により放熱することができる状態を保ったまま、両半導体素子１１，１２の間及び第１基板１３と第２基板１４の間隔を、広くすることができる。よって、制御端子２７の接続線２６や回路基板２０及び電子部品等を実装配置する空間を、容易に確保することができる。これにより、製造コストを削減することができる。
第１１の効果として、第１ワイヤボンディング線２４と第１電極１５、及び第２ワイヤボンディング線３１と第２電極１６を、容易に接続することができる。これも、電力変換装置１０の製造コストの削減に繋がる。
【００３４】
即ち、ヒートスプレッダ１９が無い状態では、上述したように、第１基板１３と第２基板１４の間隔が小さくなる。この状態では、第１電極１５上での第１ワイヤボンディング線２４の接続部分と、第２電極１６上での第２ワイヤボンディング線３１の接続部分が、干渉接触してしまう懸念がある。そこで、これら２つの接続部分を、干渉防止のためずらすような配置構成にすると、電力変換装置１０の大型化を招いてしまう。
更に、これら接続部分の間隔に余裕を得るために、第１電極１５を第１基板１３より低くする形状、また、第２電極１６を第２基板１４より低くする形状にしたとしても、以下の問題が生じ易くなる。
【００３５】
第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１は、半導体素子の上面電極に接続された後に、この上面電極より低い第１電極１５及び第２電極１６に接続されることになる。このため、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１と、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の端部が近接し過ぎてしまう虞がある。第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１と、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の端部は、電気的に電位が異なっているため電気絶縁を確保する必要がある。よって、複雑な配置構造を採用せざるを得ない事態になってコスト増加をもたらすことが懸念される。
【００３６】
本構成では、ヒートスプレッダ１９を設けたことにより、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の間を十分に小さい熱抵抗によって放熱できる状態を保ったまま、各半導体素子の上面電極より第１電極１５及び第２電極１６を高く位置させることが容易にできる。よって、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１と、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の端部の隙間を、容易に広くすることができる。この結果、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１と、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の端部の間の、電気絶縁を確保するための製造コストが、増加しないようにすることができる。
【００３７】
第１２の効果として、電力変換装置１０の内部の電気絶縁を容易に実現することができる。この結果、製造コストを低減することができる。即ち、各半導体素子を実装している第１基板１３及び第２基板１４と、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１や第１電極１５及び第２電極１６、更に、制御端子２７の接続線２６や回路基板２０は、それぞれ電気的に電位が異なっており電気絶縁を確保する必要がある。
本構成では、ヒートスプレッダ１９を設けているため、これら電気的に電位が異なっている各構成部材の間隔を広くすることができる。よって、容易に、つまり、低コストに電気絶縁を図ることができる。
【００３８】
ところで、電力変換器１０として、例えば３相インバータを例にすると、電力変換を行なうスイッチ回路３３は、ＩＧＢＴに高速整流ダイオード（Ｆａｓｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｄｉｏｄｅｓ：ＦＲＤ）が並列接続されている。並列接続されているＩＧＢＴとＦＲＤには、スイッチング動作での極短時間の遷移状態を除けば、その両方に電流が流れることは無い。更に、当該インバータが、電動機を力行状態にしているときは主にＩＧＢＴに電流が流れ、電動機を回生状態にしているときは主にＦＲＤに電流が流れる。
このため、例えば、第１半導体素子１１をＩＧＢＴ、第２半導体素子１２をＦＲＤとすると、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２のそれぞれの裏面電極は同電位になり、それぞれの上面電極も同電位になる。
【００３９】
これら第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２に同時に大電流が流れ、大きな発熱が生じることは無い。即ち、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２のそれぞれの上面電極を高熱伝導率接着剤２５で接合しているので、電動機を力行駆動している間は、主にＩＧＢＴである第１半導体素子１１が発熱し、第１半導体素子１１の裏面側と主面側の両方から放熱される。このとき、第２半導体素子１２の発熱は小さく、第１半導体素子１１の温度抑制に悪影響を与えない。また、電動機を回生駆動している間は、主にＦＲＤである第２半導体素子１２が発熱し、第２半導体素子１２の裏面側と主面側の両方から放熱される。このとき、第１半導体素子１１の発熱は小さく、第２半導体素子１２の温度抑制に悪影響を与えない。
【００４０】
よって、第１３の効果として、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２が上下に積層された状態であるが、大きな発熱を生じる素子は１個であり、その発熱も上下に放熱することができる。従って、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２同士の熱が加わって過剰に発熱させてしまう虞もない。また、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の上面電極が同電位であることにより、間に熱抵抗となる絶縁材料を必ずしも介在させる必要が無い。
このため、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の間は低熱抵抗で熱結合することができる。更に、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２と放熱器１７と放熱器１８の間の熱結合は、従来通り、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の裏面側を絶縁層２１を介して実装することにより行われており、この部分の熱結合を、十分、且つ、確実に行なうことは困難では無い。
【００４１】
これらにより、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２から生じた熱を上下両方向（表裏両面側）に流して、更に、効率良く冷却することができる。
第１４の効果として、上面電極からの放熱に係る熱抵抗を小さくすることができる。第１ワイヤボンディング線２４の第１半導体素子１１の上面電極に対する高さ、及び第２ワイヤボンディング線３１の第２半導体素子１２の上面電極に対する高さは、一定ではない。よって、例えば、ワイヤボンディング線を半導体素子の上面電極に接続している部分は、必然的にワイヤボンディング線の位置が低くなる。この部分は、ヒートスプレッダ１９の凹部１９ａも浅くして、ワイヤボンディング線とヒートスプレッダ１９の空隙を小さいまま保つことができるので、上面電極からの放熱に係る熱抵抗を、更に小さくすることができる。加えて、半導体素子の冷却を図ることが可能になる。
（第２実施の形態）
【００４２】
図６は、この発明の第２実施の形態に係る電力変換装置の各部断面構造を示す図５と同様の、（ａ）はＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、（ｄ）はＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
図６に示すように、電力変換装置３５は、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２を覆うヒートスプレッダ３６を有している。つまり、ヒートスプレッダ３６は、全周囲に、ヒートスプレッダ３６の上面側である第１半導体素子１１側に突出し、先端が第１半導体素子１１の側方に位置して第１基板１３側面に達する、突出壁部３７を有している。第２半導体素子１２側にも同様に、全周囲に、第２半導体素子１２側に突出し、先端が第２半導体素子１２の側方に位置して第２基板１４側面に達する、突出壁部（図示しない）を有している。
【００４３】
また、図６（ａ）に示すように、第１半導体素子１１側の突出壁部３７の、第１ワイヤボンディング線２４が引き出される側には、第１ワイヤボンディング線２４を引き出すための配線口３７ａが切り欠かれている。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態のヒートスプレッダ１９と同様である。
なお、電力変換装置３５は、第１半導体素子１１側の第１構成体と、第１構成体に対応する、第２半導体素子１２側の第２構成体とが、ヒートスプレッダ３６を挟んで対向配置された構造を有しており、第１構成体における構成及び効果について説明したことは、第２構成体についても同様に適用される。
【００４４】
上記構成を有することにより、電力変換装置３５は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０によって得られる効果に加え、以下の効果も得ることができる。
第１の効果として、電力変換装置３５の製造工程において、ヒートスプレッダ３６を、半導体素子（第１半導体素子１１と第２半導体素子１２）の上面、即ち、ヒートスプレッダ３６側面に合わせる位置合わせが容易になる。
【００４５】
つまり、ヒートスプレッダ３６の上下両面に形成されたそれぞれの凹部１９ａ，（図示しない）を、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１へ嵌め込む際、嵌め込み部分が必ずしも容易に目視することができる形状であるとは限らないが、ヒートスプレッダ３６の突出壁部３７を第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の各端部に合わせることで、ヒートスプレッダ３６の一方の凹部１９ａに第１ワイヤボンディング線２４を、他方の凹部（図示しない）に第２ワイヤボンディング線３１を、容易に嵌め込むことができる。
ここで、ヒートスプレッダ３６を、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の形状に基づいて、突出壁部３７や凹部１９ａの寸法・間隔を決定して形成することは容易にできる。
【００４６】
なお、高熱伝導率接着剤２５として、絶縁性を備えた材料を用いれば、ヒートスプレッダ４１と、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の端部や、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２を実装している第１基板１３及び第２基板１４との間も、容易に電気絶縁状態にすることができる。
第２の効果として、第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２の各上面電極からヒートスプレッダ３６の突出壁部３７を介して、第１半導体素子１１を実装している第１基板１３から第１放熱器１７に放熱することもできる。
【００４７】
つまり、第１放熱器１７が実際に冷却に寄与しているのは、主に第１半導体素子１１の下部分、即ち、第１基板１３側部分である。本構成により、従来、第１放熱器１７が冷却に大きく寄与しなかった、第１半導体素子１１周辺部分も、その周辺部分の周囲に突出壁部３７が位置することにより、突出壁部３７を介して、第１半導体素子１１周辺部分の冷却に第１放熱器１７を活用することができる。更に、電力変換装置の構造の都合上、第２放熱器１８を用いない場合でも、第１放熱器１７のみを活用して、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２のそれぞれの上面電極からも放熱することができる。このことは、第２放熱器１８が配置された側についても同様である。
これにより、上述した電力変換装置を、更に、容易に形成することができると共に、冷却性能を一層向上させることができる。
（第３実施の形態）
【００４８】
図７は、この発明の第３実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。図８は、図７のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。図９は、図８のＸから見た側面説明図である。図１０は、図７のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。図１１は、図７のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
図７から図１１に示すように、電力変換装置４０は、ヒートスプレッダ４１、配線パターン４２及びゲート配線接続端子４３を有している（図７，９，１０参照）。ヒートスプレッダ４１は、突出壁部３７が形成されたヒートスプレッダ３６と同様の構成（図１１参照）を有するのに加え、ヒートスプレッダ４１の上下両端面を貫通する貫通電極４１ａ（図８〜１０参照）を有している。
【００４９】
ヒートスプレッダ４１の一面側（第１半導体素子１１側）主面に設けられた、制御信号線の配線パターン４２は、ゲート電極接続線４２ａを介して、第１半導体素子１１の制御端子２７と電気的に接続し、ヒートスプレッダ４１の端部近傍に設けたゲート配線接続端子４３を、貫通電極４１ａを介して、配線パターン４２と電気的に接続する（図９，１０参照）。なお、貫通電極４１ａは、その周囲を絶縁部材により形成し、ヒートスプレッダ４１との絶縁を図っている。また、貫通電極４１ａを介さずに、直接、ゲート配線接続端子４３と配線パターン４２を接続しても良い。
その他の構成及び作用は、第２実施の形態の電力変換装置３５（図６参照）と同様である。
【００５０】
なお、電力変換装置４０は、第１半導体素子１１側の第１構成体と、第１構成体に対応する、第２半導体素子１２側の第２構成体とが、ヒートスプレッダ４１を挟んで対向配置された構造を有しており、第１構成体における構成及び効果について説明したことは、第２構成体についても同様に適用される。
上記構成を有することにより、電力変換装置４０は、第２実施の形態に係る電力変換装置３５によって得られる効果に加え、以下の効果も得ることができる。
【００５１】
第１の効果として、制御端子（例えば、ゲート電極）２７の接続に係るスペースを著しく小さくすることができる。第１半導体素子１１の横にゲート配線基板２０（図１参照）を配置した場合、そのゲート配線基板２０に対しゲート接続線２６を接続していたため、ゲート配線基板２０自体の大きさや、ゲート配線基板２０と半導体素子等が干渉するのを防ぐための空間分だけ電力変換装置が大型化してしまっていた。
本構成では、第１半導体素子１１の上側に、ヒートスプレッダ４１を活用してゲート配線基板２０を配置することができるため、投影面積でみた場合に、ゲート配線基板２０を配置するために用意しなければならないスペースを殆ど無くすことができる。これにより、電力変換装置を、更に、小型化することができる。
【００５２】
第２の効果として、電力変換装置４０の電気的動作を、更に、安定化させることができる。制御端子２７を有する第１半導体素子１１としてＩＧＢＴを例に挙げると、一般にエミッタ電位に対してゲート電位を定めることにより、電気的なオン・オフ動作をさせる。このエミッタ電位は、即ち、第１上面電極（エミッタ電極）２３の電位である。本構成においては、ヒートスプレッダ４１を、喩え、高熱伝導率接着剤２５として絶縁性を備えた材料を用いたとしても、第１ワイヤボンディング線２４の一部に接触すると見なせる。よって、エミッタ電位と同電位になるヒートスプレッダ４１上に、ゲート配線基板２０を配置することができる。
【００５３】
以上により、ヒートスプレッダ４１がシールド材として機能するため、ノイズ等によるゲート電位への悪影響を防ぐと共に、ゲート配線がエミッタ電位を有する金属体と容量結合できることにより、ＩＧＢＴ等の半導体素子に与えるゲート電位を、更に、安定化させることができる。
【００５４】
第３の効果として、第１半導体素子１１の上面に湿気等が侵入することを容易に防止することができる。従来、湿気等の侵入を防止するためには、第１半導体素子１１の上面側を全て覆うようにゲル剤等を流し込み、熱硬化させていた。このため、製造工程が増えて製造コストの上昇が避けられなかった。本構成では、第１半導体素子１１の上面側を、第１上面電極２３や制御端子２７及び制御端子２７の接続線（ゲート電極接続線４２ａや配線パターン４２）や回路基板部分も含めて、接着剤で容易に覆うことができる。よって、製造工程が増えることなく、湿気等の侵入を容易に防止することができる。
（第４実施の形態）
【００５５】
図１２は、この発明の第４実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。図１３は、図１２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。図１４は、図１２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
図１２から図１４に示すように、電力変換装置４５は、第３実施の形態に係る電力変換装置４０のヒートスプレッダ４１と同様のヒートスプレッダ４６を有しており（図４参照）、電力変換装置４０の第１半導体素子１１と同様の第１半導体素子４７及び第３半導体素子４９、第２半導体素子１２と同様の第２半導体素子４８及び第４半導体素子５０の、４個の半導体素子を有している（図１２，１３参照）。
【００５６】
そして、第１放熱器１７側に、第１半導体素子４７に加えて第４半導体素子５０が、第２放熱器１８側に、第２半導体素子４８に加えて第３半導体素子４９が、それぞれ実装されている。つまり、第１半導体素子４７に対向する第２基板１４の位置に、第１半導体素子４７と同一の電気的動作を行わない第２半導体素子４８が、第３半導体素子４９に対向する第１基板１３の位置に、第３半導体素子４９と同一の電気的動作を行わない第４の半導体素子５０が、それぞれ配置されている。
【００５７】
また、電力変換装置４５は、ヒートスプレッダ４６と共に、配線パターン４２と同様の第１配線パターン５１をヒートスプレッダ４６の一面側に、第２配線パターン５２をヒートスプレッダ４６の他面側に、それぞれ有している。そして、第１半導体素子４７の制御端子４７ａは、第１ゲート電極接続線５１ａを介して第１配線パターン５１に、第３半導体素子４９の制御端子４９ａは、第２ゲート電極接続線５２ａを介して第２配線パターン５２に、それぞれ電気的に接続されている。
更に、第１配線パターン５１と第２配線パターン５２を、ヒートスプレッダ４６の上下両端面を貫通する貫通電極４６ａを介して、ヒートスプレッダ４６の端部近傍に設けたゲート配線接続端子（図示せず）に接続する。
【００５８】
その他の構成及び作用は、第３実施の形態に係る電力変換装置４０（図７〜１１参照）と同様である。
なお、電力変換装置４５は、第１半導体素子１１側の第１構成体と、第１構成体に対応する、第２半導体素子１２側の第２構成体とが、ヒートスプレッダ４６を挟んで対向配置された構造を有しており、第１構成体における構成及び効果について説明したことは、第２構成体についても同様に適用される。
上記構成を有することにより、電力変換装置４５は、第３実施の形態に係る電力変換装置４０によって得られる効果に加え、以下の効果も得ることができる。
【００５９】
この実施の形態に係る電力変換装置４５にあっては、大容量化するために半導体素子としてＩＧＢＴとＦＲＤを複数個ずつ並列に接続しており、第１半導体素子４７と第３半導体素子４９をＩＧＢＴ、第２半導体素子４８と第４半導体素子５０をＦＲＤとする。
第１の効果として、冷却性能の更なる向上を図ることができる。複数のＩＧＢＴ４７，４９は、電気的に同一に動作し同時に発熱するため、ＩＧＢＴのすぐ横に他のＩＧＢＴを配置すると、お互いの熱流が干渉して、更に、素子温度を上昇させてしまう。これは、ＦＲＤも同様である。本構成においては、複数のＩＧＢＴとＦＲＤを並列させる場合でも、素子間隔を必要以上に開けることなく、ＩＧＢＴの横に近接してＦＲＤを配置することができるため、電気的に同一に動作する半導体素子同士が熱干渉することを防止して、半導体素子の冷却性能を、更に、向上させることができる。
【００６０】
第２の効果として、半導体素子の実装投影面積を削減することができる。一般に同じ電流容量の場合、ＩＧＢＴの方がＦＲＤよりも大型であることから、同一平面上に複数のＩＧＢＴとＦＲＤを配置すると、ＩＧＢＴとＦＲＤの大きさの違いにより無駄なスペースが生じ易い。本構成では、第１半導体素子４７としてＩＧＢＴを、その上面側にヒートスプレッダ４６を挟んで第２半導体素子４８としてＦＲＤを、それぞれ配置する。そして、このＦＲＤの横並びに第３半導体素子４９としてＩＧＢＴを、第１半導体素子４７の横並びに第４半導体素子５０としてＦＲＤを、それぞれ実装配置する。
【００６１】
第２半導体素子４８と第３半導体素子４９は、前述した第１の効果により、近接配置しても素子温度を上昇させず、第１半導体素子４７と第４半導体素子５０も同様に、近接配置しても素子温度を上昇させない。この結果、各半導体素子を近接配置することにより、半導体素子の温度上昇を抑えつつ、第１半導体素子４７としてのＩＧＢＴの上面側の一部に、第３半導体素子４９としてのＩＧＢＴの端部がかかる程度まで近づけることができ、容易に高密度配置することができる。
これにより、半導体素子の温度上昇を抑えつつ、投影面積で見て各半導体素子の端部が重なった状態まで近づける高密度配置が容易に可能になるため、電力変換装置を、更に、小型化することができる。
（第５実施の形態）
【００６２】
図１５は、この発明の第５実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。図１６は、図１５のヒートスプレッダの主面形状の平面説明図である。
図１５，１６に示すように、電力変換装置５５は、第４実施の形態に係る電力変換装置４５のヒートスプレッダ４６に代えて、主面上に更にワイヤボンディング線を接続したヒートスプレッダ５６を有している。ヒートスプレッダ５６は、主面上に、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１に加えて、第３ワイヤボンディング線５７及び第４ワイヤボンディング線５８を接続することにより、恰も突部と凹部を有するヒートスプレッダ形状としている。
【００６３】
即ち、ヒートスプレッダ５６の主面の一面側（第１基板１３側）に、第３ワイヤボンディング線５７を、第１ワイヤボンディング線２４と略平行に（図１５参照）、且つ、半導体素子の上面電極が接合される領域を覆うように配置して、複数本設ける。また、ヒートスプレッダ５６の主面の他面側（第２基板１４側）に、第４ワイヤボンディング線５８を、第２ワイヤボンディング線３１と略並行に（図１５参照）、且つ、半導体素子の上面電極が接合される領域Ｓを覆うように配置して複数本設ける（図１６参照）。
これにより、第３ワイヤボンディング線５７及び第４ワイヤボンディング線５８が、第４実施の形態で示したヒートスプレッダ４６の突部と同様な形状となる。また、第３ワイヤボンディング線５７の間及び第４ワイヤボンディング線５８の間の各空間が、それぞれ第４実施の形態に示すヒートスプレッダ４６の溝部と同様な形状となる。
【００６４】
その他の構成及び作用は、第４実施の形態と同様である。
なお、電力変換装置５５は、第１半導体素子１１側の第１構成体と、第１構成体に対応する、第２半導体素子１２側の第２構成体とが、ヒートスプレッダ５６を挟んで対向配置された構造を有しており、第１構成体における構成及び効果について説明したことは、第２構成体についても同様に適用される。
また、上記説明では、第４実施の形態に係る電力変換装置４５に第３ワイヤボンディング線５７及び第４ワイヤボンディング線５８を付加する構成として説明したが、第１実施の形態から第３実施の形態に係る電力変換装置に対しても、同様に、第３ワイヤボンディング線５７及び第４ワイヤボンディング線５８を付加する構成としてもよい。
【００６５】
上記構成を有することにより、電力変換装置５５は、第４実施の形態に係る電力変換装置４５によって得られる効果に加え、以下の効果も得ることができる。
主面の一面側と他面側のそれぞれに凹部と突部を有するヒートスプレッダを、更に、容易に形成することができる。これによって、電力変換装置の製造コストを、更に低減することができる。即ち、第３ワイヤボンディング線５７及び第４ワイヤボンディング線５８を、第１〜４実施の形態の各ヒートスプレッダの突部として、半導体素子の上面電極を経ての熱伝導に寄与させることができる。
【００６６】
また、第３ワイヤボンディング線５７及び第４ワイヤボンディング線５８の間のヒートスプレッダ５６部分が、第１〜４実施の形態の各ヒートスプレッダの凹部、即ち、溝部と同様に、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１を介しての熱伝導に寄与させることができる。
よって、ヒートスプレッダ５６として、微細な凹凸加工を施す必要が無く、従来の一般的な技術であるワイヤボンディング線接続により、同様な効果を得ることができる。この結果、電力変換装置の製造コストを、更に低減することができる。
（第６実施の形態）
【００６７】
図１７は、この発明の第６実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。図１７に示すように、電力変換装置６０は、第４実施の形態に係る電力変換装置４５のヒートスプレッダ４６に代えて、第１ヒートスプレッダ６１と第２ヒートスプレッダ６２の二つのヒートスプレッダを有している。
つまり、第１ヒートスプレッダ６１は、一面側に第１半導体素子４７及び第４半導体素子５０を、他面側に第２半導体素子４８及び第３半導体素子４９を、それぞれ入り込ませることができる溝状の凹部６１ａを有し、第２ヒートスプレッダ６２は、平板状基部の一方の面から略直交して突出する壁状部を並設したフィン部６２ａを有している。
【００６８】
そして、第２ヒートスプレッダ６２は、平板状基部を、第１半導体素子４７、第２半導体素子４８、第３半導体素子４９、及び第４半導体素子５０の上面電極上に載置し、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１の接続部分に対応する位置を開口した形状で実装されると共に、フィン部６２ａの先端が第１ヒートスプレッダ６１の凹部６１ａに接続している。なお、第２ヒートスプレッダ６２の平板状基部は、第１半導体素子４７、第２半導体素子４８、第３半導体素子４９、及び第４半導体素子５０の上面電極に高熱伝導率接着剤等で接合しても良い。
その他の構成及び作用は、第４実施の形態に係る電力変換装置４５と同様である。
【００６９】
なお、上記説明では、第４実施の形態に係る電力変換装置４５のヒートスプレッダ４６に代えて第１ヒートスプレッダ６１及び第２ヒートスプレッダ６２を有する構成として説明したが、第１実施の形態から第３実施の形態に係る電力変換装置に対しても、同様に、ヒートスプレッダに代えて第１ヒートスプレッダ６１及び第２ヒートスプレッダ６２を有する構成としてもよい。
上記構成を有することにより、電力変換装置６０は、第４実施の形態に係る電力変換装置４５によって得られる効果に加え、以下の効果も得ることができる。
第１の効果として、更に上面電極側からの放熱に係る熱抵抗を低減することができると共に、ヒートスプレッダ（６１，６２）を半導体素子（４７，４８，４９，５０）の上面電極上に実装することが、更に容易になる。
【００７０】
この熱抵抗の低減は以下の理由による。本構成によれば、予め、第１半導体素子４７、第２半導体素子４８、第３半導体素子４９、及び第４半導体素子５０の各上面電極に、第２ヒートスプレッダ６２を高熱伝導率接着剤等で接合した後に、ワイヤボンディング線（２４，３１）を接続することができる。よって、ワイヤボンディング線（２４，３１）の下側にも、金属から成る第２ヒートスプレッダ６２を配置することができるので、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１の下側も、高熱伝導率接着剤より更に低熱抵抗の第２ヒートスプレッダ６２を設けることができる。このため、熱抵抗を、更に低減することができる。
【００７１】
第２の効果として、実装作業が容易になる。これは以下の理由による。第１半導体素子４７、第２半導体素子４８、第３半導体素子４９、及び第４半導体素子５０の各上面電極上に第２ヒートスプレッダ６２を実装した後の、第１ヒートスプレッダ６１の位置合わせは、第１ヒートスプレッダ６１の溝状の凹部６１ａに、第２ヒートスプレッダ６２のフィン部６２ａの先端部を、単純に嵌め込めば良い。よって、ヒートスプレッダの位置合わせと接合が容易にできる。なお、この接合には、高熱伝導率接着剤を用いれば良い。
更に、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１それ自体に、ヒートスプレッダが接触する可能性を排除することができるので、本構成を形成する実装作業において、第１ワイヤボンディング線２４及び第２ワイヤボンディング線３１に何らかの損傷を与えてしまう虞も無い。
【００７２】
上述した第１実施の形態から第６実施の形態においては、何れも、主面側に第１半導体素子１１と第１放熱器１７を配置したヒートスプレッダの他面側に、第２半導体素子１２と第２放熱器１８を配置する構成として説明した。しかしながら、必ずしもこの配置構成に限るものではない。
図１８は、半導体素子と放熱器の配置構成の他の例を示す断面説明図である。図１８に示すように、第１放熱器１７上に、第１半導体素子１１（４７）及び第４半導体素子５０を配置し、その上面電極の上に、ヒートスプレッダ６５を配置する構成、即ち、ヒートスプレッダを挟んでその両面側に半導体素子と放熱器を配置するのではなく、ヒートスプレッダの一面側にのみ半導体素子と放熱器を配置する構成においても、上記各実施の形態で説明した各効果は、第１半導体素子１１（４７）及び第４半導体素子５０に対し同様に得ることができる。
【００７３】
このように、この発明に係る電力変換装置は、第１放熱器と、前記第１放熱器の主面上に実装した第１基板と、前記第１基板の主面上に実装した第１半導体素子と、前記第１放熱器の主面上或いは前記第１基板の主面上に実装した第１電極と、前記第１半導体素子の上面に配置され、前記第１半導体素子の第１上面電極と前記第１電極を電気的に接続する複数の第１ワイヤボンディング線、及び前記第１上面電極を接触させたヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの一面側に設けた、前記第１ワイヤボンディング線の間を通って前記第１上面電極に接触又は近接する凸部、及び前記第１ワイヤボンディング線に近接する凹部と、前記ヒートスプレッダの他面側に実装した第２放熱器とを有している。
【００７４】
また、この発明において、前記第２放熱器の主面上に実装した第２基板と、前記第２基板の主面上に実装した第２半導体素子と、前記第２放熱器の主面上或いは前記第２基板の主面上に実装した第２電極と、前記第２半導体素子の第２上面電極と前記第２電極を電気的に接続する複数の第２ワイヤボンディング線を接触させた、前記ヒートスプレッダの他面側に設けた、前記第２ワイヤボンディング線の間を通って前記第２上面電極に接触又は近接する凸部、及び前記第２ワイヤボンディング線に近接する凹部とを有し、前記第１電極と前記第２電極を電気的に接続し、前記第１半導体素子の上面電極と前記第２半導体素子の上面電極が電気的に同一電位であることが好ましい。
また、この発明において、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子は、同時に電気的に同一の動作をしない素子同士の組み合わせであることが好ましい。
【００７５】
また、この発明において、前記ヒートスプレッダに設けた凹部の、前記ワイヤボンディングと前記上面電極のボンディング接続位置に対応する部分が、ボンディング接続位置に対応しない部分よりも浅く形成されていることが好ましい。
また、この発明において、前記ヒートスプレッダの端部は、ヒートスプレッダ上面側に突出して前記半導体素子の側方に位置することが好ましい。
また、この発明において、前記各半導体素子の制御端子と前記ヒートスプレッダの一面側である主面に設けた配線パターンを、ゲート電極接続線で電気的に接続し、且つ、前記ヒートスプレッダの端部近傍に設けたゲート配線接続端子と前記配線パターンを、電気的に接続することが好ましい。
【００７６】
また、この発明において、前記第１基板上に実装した、制御端子を有する第１半導体素子と、前記第２基板上に実装した、制御端子を有する第３半導体素子と、前記ヒートスプレッダの一面側に設けた第１配線パターンと前記第１半導体素子の前記制御端子を電気的に接続する第１ゲート電極接続線、及び前記ヒートスプレッダの他面側に設けた第２配線パターンと前記第３半導体素子の前記制御端子を電気的に接続する第２ゲート電極接続線と、前記ヒートスプレッダに設けた、前記第１配線パターンと前記第２配線パターンを前記ヒートスプレッダの端部近傍に設けたゲート配線接続端子に接続する貫通電極と、前記第１半導体素子に対向する位置の前記第２基板上に実装した、前記第１半導体素子と同一の電気的動作を同時に行わない第２半導体素子と、前記第２半導体素子に対向する位置の前記第１基板上に実装した、前記第２半導体素子と同一の電気的動作を同時に行わない第４半導体素子とを有することが好ましい。
【００７７】
また、この発明において、前記ヒートスプレッダの一面側に、前記第１ワイヤボンディング線の配線方向に沿って配置し、前記凸部とする第３ワイヤボンディングと、前記ヒートスプレッダの他面側に、前記第２ワイヤボンディング線の配線方向に沿って配置し、前記凸部する第４ワイヤボンディングとを有することが好ましい。
また、この発明において、前記ヒートスプレッダを構成する、一面側と他面側に凹部を有する第１ヒートスプレッダ、及び平板状基部にフィン部を有する第２ヒートスプレッダを有し、前記第２ヒートスプレッダの平板状基部が、前記各半導体素子の上面電極上にワイヤボンディング接続部分に対応する開口形状で実装されると共に、前記フィン部の先端が前記第１ヒートスプレッダの凹部に接続することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の第１実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
【図３】図１のヒートスプレッダの裏面側の平面説明図である。
【図４】図２においてヒートスプレッダを除いた平面説明図である。
【図５】図４の各部断面構造を示し、（ａ）はＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、（ｄ）はＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
【図６】この発明の第２実施の形態に係る電力変換装置の各部断面構造を示す図５と同様の、（ａ）はＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、（ｄ）はＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
【図７】この発明の第３実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
【図９】図８のＸから見た側面説明図である。
【図１０】図７のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
【図１１】図７のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
【図１２】この発明の第４実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
【図１４】図１２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
【図１５】この発明の第５実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。
【図１６】図１５のヒートスプレッダの主面形状の平面説明図である。
【図１７】この発明の第６実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。
【図１８】半導体素子と放熱器の配置構成の他の例を示す断面説明図である。
【図１９】従来の半導体装置の構造を模式的に示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０，３５，４０，４５，５５，６０  電力変換装置
１１，４７  第１半導体素子
１２，４８  第２半導体素子
１３  第１基板
１４  第２基板
１５  第１電極
１６  第２電極
１７  第１放熱器
１８  第２放熱器
１９，３６，４１，４６，５６，６５  ヒートスプレッダ
１９ａ，６１ａ  凹部
１９ｂ  凸部
２０  回路基板
２１，２９  絶縁層
２２，３０  はんだ層
２３  第１上面電極
２４  第１ワイヤボンディング線
２５，３２  高熱伝導率接着剤
２６  接続線
２７，４７ａ，４９ａ  制御端子
３１  第２ワイヤボンディング線
３３  スイッチ回路
３７  突出壁部
３７ａ  配線口
４１ａ，４６ａ  貫通電極
４２  配線パターン
４２ａ  ゲート電極接続線
４３  ゲート配線接続端子
４９  第３半導体素子
５０  第４半導体素子
５１  第１配線パターン
５１ａ  第１ゲート電極接続線
５２  第２配線パターン
５２ａ  第２ゲート電極接続線
５７  第３ワイヤボンディング線
５８  第４ワイヤボンディング線
６１  第１ヒートスプレッダ
６２  第２ヒートスプレッダ
６２ａ  フィン部
【図１】
0005125530.tif 000002
【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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【図１９】
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