(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面電極を有する半導体素子と、前記半導体素子を入り込ませる受け部と共に裏面側端部に絶縁物領域を有し、前記受け部に前記主面電極を位置させて前記半導体素子の主面側の一部を覆って配置され、絶縁性部材を介して前記半導体素子に接合された上面電極と、前記主面電極及び前記上面電極を電気的に接続するワイヤボンディング線に近接配置された伝熱領域を有し、前記主面電極及び前記上面電極の上に熱伝導性材料を介して実装されたヒートスプレッダと、を有する半導体素子主面電極側構造体と、前記半導体素子主面電極側構造体及び前記絶縁物領域のそれぞれの裏面にはんだ付け実装した基板と、前記基板を絶縁物を介して実装した放熱器とを有する電力変換装置。
【請求項２】
前記ヒートスプレッダの一面側に、前記半導体素子主面電極側構造体からなる第１半導体素子主面電極側構造体、前記基板からなる第１基板、及び前記放熱器からなる第１放熱器を、前記ヒートスプレッダの他面側に、前記半導体素子主面電極側構造体からなる第２半導体素子主面電極側構造体、前記基板からなる第２基板、及び前記放熱器からなる第２放熱器を積層し、前記第１半導体素子主面電極側構造体と前記第２半導体素子主面電極側構造体を前記ヒートスプレッダを境に対向配置した請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１半導体素子主面電極側構造体と前記第２半導体素子主面電極側構造体のそれぞれが、電気的に異なった動作をする第１半導体素子及び第２半導体素子の何れか一方若しくは両方を有し、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子を対向することなく配置した請求項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の前記ワイヤボンディング線の間に、前記伝熱領域として機能する第２ワイヤボンディング線を配置した請求項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は、前記第２ワイヤボンディング線との接続部分が、前記上面電極との接合部分より厚く形成されている請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記基板の主面に突設した、前記絶縁物領域の側面を接触させる突起部材、及び前記絶縁物領域の裏面側と前記基板の間に配置するスペーサの少なくとも一方を有する請求項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】
前記上面電極を平板状に形成し、前記絶縁物領域を長方形状平板を複数個、枠状に接合して形成する請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１半導体素子が制御端子を有し、前記制御端子を前記上面電極の上に配置した回路基板に電気的に接続する請求項２から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１半導体素子が制御端子を有し、前記ヒートスプレッダの前記第１半導体素子に対向する面に配線パターンを有し、前記制御端子と前記配線パターンを電気的に接続する請求項２から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１半導体素子主面電極側構造体及び前記第２半導体素子主面電極側構造体は、それぞれが前記第１半導体素子と前記第２半導体素子の何れか一方或いは両方を有すると共に、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子が対向しないように積層配置され、
前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子は、隣接配置されて電気的に異なった動作をする請求項２から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記上面電極は絶縁物材料と金属配線板を有する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記上面電極と前記ヒートスプレッダを、電気伝導性及び熱伝導性を有する接着材料により接合する請求項１から１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記第１半導体素子が絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又は金属酸化シリコン電界効果トランスミッタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、前記第２半導体素子がダイオードであり、インバータ回路を成すスイッチ回路を構成する請求項２から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体素子主面電極側構造体を形成する第１の工程と、
前記半導体素子主面電極側構造体を基板に実装する第２の工程と、
前記半導体素子主面電極側構造体をヒートスプレッダに接合する第３の工程とを有し、
前記第１の工程の後に、前記第２の工程と前記第３の工程を行なう電力変換装置の製造方法。
【請求項１５】
前記基板の主面に突起部材を突設し、前記半導体素子と前記上面電極を接合固定する絶縁物領域の裏面側と前記基板の間にスペーサを配置し、
前記絶縁物領域を前記突起部材に接触させると共に前記スペーサを介して前記半導体素子主面電極側構造体を前記基板にハンダ付け実装する請求項１４に記載の電力変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置及びその製造方法に関し、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及びその製造方法に関する。
【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１５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１５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。各部材を固定保持する際、各部材間に応力が発生し易いが、発生する応力を緩和したり応力の発生自体を防ぐための対応が困難である。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、応力集中を招くことなく、効率良く電極面からも冷却することができる電力変換装置及びその製造方法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、主面電極を有する半導体素子と、前記半導体素子を入り込ませる受け部と共に裏面側端部に絶縁物領域を有し、前記受け部に前記主面電極を位置させて前記半導体素子の主面側の一部を覆って配置され、絶縁性部材を介して前記半導体素子に接合された上面電極と、前記主面電極及び前記上面電極を電気的に接続するワイヤボンディング線に近接配置された伝熱領域を有し、前記主面電極及び前記上面電極の上に熱伝導性材料を介して実装されたヒートスプレッダと、を有する半導体素子主面電極側構造体と、前記半導体素子主面電極側構造体及び前記絶縁物領域のそれぞれの裏面にはんだ付け実装した基板と、前記基板を絶縁物を介して実装した放熱器とを有している。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、半導体素子主面電極側構造体は、主面電極を有する半導体素子と、半導体素子を入り込ませる受け部と共に裏面側端部に絶縁物領域を有し、受け部に主面電極を位置させて半導体素子の主面側の一部を覆って配置され、絶縁性部材を介して半導体素子に接合された上面電極と、主面電極及び上面電極を電気的に接続するワイヤボンディング線に近接配置された伝熱領域を有し、主面電極及び上面電極の上に熱伝導性材料を介して実装されたヒートスプレッダとを有しており、この半導体素子主面電極側構造体及び絶縁物領域のそれぞれの裏面に基板をはんだ付け実装し、基板を絶縁物を介して放熱器に実装している。
【０００７】
これにより、電力変換を行なう半導体素子の主面電極側に、熱抵抗増大化、応力集中を招くことなくヒートスプレッダを配置することができ、効率良く冷却することができる。
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法により、上記電力変換装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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の絶縁層及び放熱器を除いた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である。
図１から図３に示すように、電力変換装置１０は、２個の第１半導体素子１１ａ，１１ｂ、２個の第２半導体素子１２ａ，１２ｂ、第１基板１３、第２基板１４、第１電極（上面電極）１５、第２電極（上面電極）１６、第１放熱器１７、第２放熱器１８、及びヒートスプレッダ１９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。
【０００９】
第１半導体素子１１ａと第１半導体素子１１ｂ、第２半導体素子１２ａと第２半導体素子１２ｂは、それぞれ横並びに離間して配置されている。２個の第１半導体素子１１ａ，１１ｂと２個の第２半導体素子１２ａ，１２ｂの間には、金属体からなるヒートスプレッダ１９が挟み込まれており、第１半導体素子１１ａ，１１ｂ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１２ａ，１２ｂ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、２個の第１半導体素子１１ａ，１１ｂ、第１基板１３及び第１放熱器１７と、２個の第２半導体素子１２ａ，１２ｂ、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。
【００１０】
第１放熱器１７の主面上には、絶縁層２０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２１を介して第１半導体素子１１ａ，１１ｂが、それぞれ実装されている。第２放熱器１８の主面上には、絶縁層２２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２３を介して第２半導体素子１２ａ，１２ｂが、それぞれ実装されている。
図２に示すように、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面側に位置する第１電極１５は、裏面（第１放熱器１７側面）内側に、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを入り込ませる段差状受け部１５ａを有しており、この段差状受け部１５ａを、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの上面に被せるように、第１電極１５が配置されている。また、段差状受け部１５ａの外側の第１電極１５の裏面には、絶縁部材（絶縁物領域）２４が配置されており、この絶縁部材２４の裏面には、金属箔が装着されている。
【００１１】
そして、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの各上面と、第１電極１５の段差状受け部１５ａ及び絶縁部材２４の側面を、絶縁性接着剤２５で接合することにより、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを段差状受け部１５ａに嵌め込ませて、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面電極を第１電極１５で覆った状態になる。
更に、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面電極と第１電極１５を、ワイヤボンディング線２６で電気的に接続することにより、第１半導体素子主面電極側構造体２７が形成される。なお、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面電極と、第１電極１５の代わりに第１電極１５上に配置した接続電極（図示せず）を、ワイヤボンディング線２６で電気的に接続しても良い。
【００１２】
ヒートスプレッダ１９の下面側（第１半導体素子１１ａ，１１ｂ側）には、櫛状の突起部１９ａが、伝熱領域として形成されている。突起部１９ａは、隣接する突起部１９ａ間の凹部にワイヤボンディング線２６を配置するために設けても良い。このヒートスプレッダ１９を、第１半導体素子主面電極側構造体２７の主面上に、突起部（伝熱領域）１９ａと第１半導体素子１１ａ，１１ｂのワイヤボンディング線２６とが近接するように配置する。そして、第１半導体素子主面電極側構造体２７の主面側となる第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面電極、第１電極１５の段差状受け部１５ａ近傍部分、及びヒートスプレッダ１９を、熱伝導性部材２８により接合する。
【００１３】
また、第１半導体素子主面電極側構造体２７の裏面側となる、第１半導体素子１１ａ，１１ｂと絶縁部材２４のそれぞれの裏面を、はんだ付けによるはんだ層２１を介して、第１基板１３に実装し、更に、第１基板１３を、絶縁層２０を介して第１放熱器１７に実装する。
そして、ヒートスプレッダ１９を挟んで第２放熱器１８側にも、上述した、第１放熱器１７側に位置する第１半導体素子主面電極側構造体２７と同様の構成を有する第２半導体素子主面電極側構造体２９が、第１半導体素子主面電極側構造体２７と対称形状に位置している（図１参照）。
【００１４】
この第２半導体素子主面電極側構造体２９は、２個の第２半導体素子１２ａ，１２ｂ、第２基板１４、第２電極１６、第２放熱器１８、及びヒートスプレッダ１９を有している。第２半導体素子１２ａ，１２ｂと絶縁部材３０のそれぞれの裏面を、はんだ付けによるはんだ層２３を介して、第２基板１４に実装し、更に、第２基板１４を、絶縁層２２を介して第２放熱器１８に実装する。
【００１５】
また、第２半導体素子１２ａ，１２ｂの各上面と、第２電極１６の段差状受け部１６ａ及び絶縁部材３０の側面を、絶縁性接着剤３１で接合で接合することにより、第２半導体素子１２ａ，１２ｂを段差状受け部１６ａに嵌め込ませて、第２半導体素子１２ａ，１２ｂの主面電極を第２電極１６で覆った状態にし、第２半導体素子１２ａ，１２ｂの主面電極と第２電極１６を、ワイヤボンディング線３２で電気的に接続する。更に、第２半導体素子主面電極側構造体２９の主面側となる第２半導体素子１２ａ，１２ｂの主面電極、第２電極１６の段差状受け部１６ａ近傍部分、及びヒートスプレッダ１９を、熱伝導性部材３３により接合する。
【００１６】
つまり、ヒートスプレッダ１９は、下面側に有する突起部（伝熱領域）１９ａと同様の突起部（伝熱領域）１９ｂを、上面側（第２半導体素子１２ａ，１２ｂ側）にも有しており、このヒートスプレッダ１９の下面側に、第１半導体素子主面電極側構造体２７の主面側を接合すると共に、ヒートスプレッダ１９の上面側に、第２半導体素子主面電極側構造体２９の主面側を接合している。第１半導体素子主面電極側構造体２７の裏面は、第１基板１３に、第２半導体素子主面電極側構造体２９の裏面は、第２基板１４に、それぞれはんだ付け実装されており、第１基板１３の裏面は、絶縁層２０を介して第１放熱器１７に、第２基板１４の裏面は、絶縁層２２を介して第２放熱器１８に、それぞれ実装されている。
【００１７】
即ち、第１半導体素子１１の上に第２半導体素子１２が位置するように、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９が上下に積層配置されている。
このように、電力変換装置１０は、半導体素子主面電極側構造体と、半導体素子主面電極側構造体及び前記絶縁物領域のそれぞれの裏面にはんだ付け実装した基板と、基板を絶縁物を介して実装した放熱器とを有しており、半導体素子主面電極側構造体は、主面電極を有する半導体素子と、半導体素子を入り込ませる受け部と共に裏面側端部に絶縁物領域を有し、受け部に主面電極を位置させて半導体素子を覆って配置され、絶縁性部材を介して半導体素子に接合された上面電極と、主面電極及び上面電極を電気的に接続するワイヤボンディング線に近接配置された伝熱領域を有し、主面電極及び上面電極の上に熱伝導性材料を介して実装されたヒートスプレッダとを有している。
【００１８】
つまり、電力変換装置１０は、ヒートスプレッダ１９の一面側に、半導体素子主面電極側構造体からなる第１半導体素子主面電極側構造体２７、基板からなる第１基板１３、及び放熱器からなる第１放熱器１７を、ヒートスプレッダ１９の他面側に、半導体素子主面電極側構造体からなる第２半導体素子主面電極側構造体２９、基板からなる第２基板１４、及び放熱器からなる第２放熱器１８を積層し、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９をヒートスプレッダ１９を境に対向配置して形成されている。
ここで、第１半導体素子主面電極側構造体２７は、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの一方或いは両方を、第２半導体素子主面電極側構造体２９は、第２半導体素子１２ａ，１２ｂの一方或いは両方を、それぞれ有していても良い。
【００１９】
そして、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２を、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。
図３に示すように、第１半導体素子１１ａ，１１ｂ或いは第２半導体素子１２ａ，１２ｂの各主面電極上において、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａが無い部分では、ワイヤボンディング線２６がヒートスプレッダ１９に近接している（（ａ）参照）が、同じく主面電極上において、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａがある部分では、突起部（伝熱領域）１９ａが主面電極に近接している（（ｂ）参照）。
【００２０】
なお、この実施の形態では、第１半導体素子１１ａ，１１ｂが絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）又は金属酸化シリコン電界効果トランスミッタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ：ＭＯＳＦＥＴ）であり、第２の半導体素子がダイオードである。これにより、インバータ回路を構成して電動機を運転することができる。
また、この実施の形態に係る電力変換装置１０が、インバータ回路となるスイッチ回路を構成する場合は、次のようにすればよい。
【００２１】
第１半導体素子１１ａ，１１ｂとしてのＩＧＢＴと第２半導体素子１２ａ，１２ｂ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してスイッチ回路を構成し、このスイッチ回路を適宣電気的に接続してインバータ回路を形成する。このようなスイッチ回路を構成するためには、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを実装している第１基板１３と、第２半導体素子１２ａ，１２ｂを実装している第２基板１４を、電極で接続する。
【００２２】
つまり、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面に接合されている上面電極１５に、第１接続電極３４を、第２半導体素子１２ａ，１２ｂの主面に接合されている上面電極１６に第２接続電極３５を、それぞれ接続し、また、第１接続電極３４と第２接続電極３５を、接続する。更に、第１基板１３と第２基板１４を、第３接続電極３６で接続する。各接続電極３４，３５，３６の接続は、例えば、超音波接合やレーザ溶接等の従来の接続方法により行うことができる。
【００２３】
次に、この発明に係る電力変換装置１０の製造方法を説明する。
電力変換装置１０を製造するに際し、先ず、第１工程として、第１半導体素子主面電極側構造体２７及び第２半導体素子主面電極側構造体２９を形成する。その後、第２工程として、第１半導体素子主面電極側構造体２７を第１基板１３に、第２半導体素子主面電極側構造体２９を第２基板１４に、それぞれ実装し、次に、第３工程として、第１半導体素子主面電極側構造体２７及び第２半導体素子主面電極側構造体２９をヒートスプレッダ１９に接合する。
【００２４】
即ち、第１工程により、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを第１電極１５に固定する場合、固定した後に、第１半導体素子主面電極側構造体２７として、金属箔を有する絶縁部材２４と第１半導体素子１１ａ，１１ｂを一括してはんだ付けする。第１半導体素子１１ａ，１１ｂは、複数個であっても第１電極１５に固定されているので、はんだ付け位置ずれ時の両半導体素子１１ａ，１１ｂ同士の干渉を防ぐために、はんだ付けの際に両半導体素子１１ａ，１１ｂの間隔を大きく開ける必要はない。また、第１半導体素子主面電極側構造体２７は比較的重量があるので、これ自体は、はんだ付けの際に位置ずれを起こし難い。
なお、第１半導体素子主面電極側構造体２７は、例えば、以下の手順で容易に形成することができる。
【００２５】
図４は、図１の電力変換装置の製造工程において、第１半導体素子主面電極側構造体側のみについての製造工程（ａ）〜（ｅ）を示す断面説明図である。図４に示すように、先ず、第１電極１５の裏面側及び絶縁部材２４の側面に、絶縁性接着剤２５を塗布する（（ａ）参照）。塗布後、作業台等（図示せず）の平坦面上に、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを置き、その上に、絶縁性接着剤２５を塗布した第１電極１５を被せる（（ｂ）参照）。この際、第１半導体素子１１ａ，１１ｂと第１電極１５の位置合わせは、治具等を用いることにより容易にできる。
【００２６】
その後、絶縁性接着剤２５を熱硬化させることにより、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの裏面と第１電極１５の端部にある絶縁部材２４の裏面を、同一平面に形成して、第１半導体素子１１ａ，１１ｂと第１電極１５を接合することができ、第１半導体素子主面電極側構造体２７が形成される。
次に、第１基板１３の主面上にはんだを塗布して、第１半導体素子主面電極側構造体２７を載置する。これにより、第１基板１３上に、はんだ層２１を介して第１半導体素子主面電極側構造体２７が積層される（（ｃ）参照）。その後、第１半導体素子１１ａ，１１ｂ上に、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面電極と第１電極１５を電気的に接続するワイヤボンディング線２６を配置する（（ｄ）参照）。
【００２７】
ワイヤボンディング線２６を配置した後、ワイヤボンディング線２６を覆って、第１半導体素子１１ａ，１１ｂ及び第１電極１５の上に熱伝導性部材２８を塗布し、その上にヒートスプレッダ１９を被せる。このとき、ワイヤボンディング線２６が、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａの間の凹部に位置するようにする（（ｅ）参照）。これにより、第１半導体素子主面電極側構造体２７の主面側となる第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面電極、第１電極１５の段差状受け部１５ａ近傍部分、及びヒートスプレッダ１９が、熱伝導性部材２８により接合される。
なお、ここでは、電力変換装置１０の製造工程を、第１半導体素子主面電極側構造体２７の側のみについて説明したが、第２半導体素子主面電極側構造体２９についても、第１半導体素子主面電極側構造体２７の製造工程（ａ）〜（ｅ）と同様の工程で製造することができる。
【００２８】
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、ここで説明する、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを備えた第１半導体素子主面電極側構造体２７に関して得られる効果は、第２半導体素子１２ａ，１２ｂを備えた第２半導体素子主面電極側構造体２９に関しても同様に得られるが、第２半導体素子主面電極側構造体２９についての説明は省略する。また、以後、第１半導体素子１１ａ，１１ｂを第１半導体素子１１と、第２半導体素子１２ａ，１２ｂを第２半導体素子１２と、それぞれ省略して説明する。
【００２９】
先ず、以下に示す第１から第３の効果により、第１半導体素子１１において生じる発熱を、主面電極側からより一層放熱することができる。これにより、第１半導体素子１１の裏面から第１放熱器１７側への放熱に加えて第１半導体素子１１の主面電極からも放熱されるが、その第１半導体素子１１の主面電極からの放熱が増大するので、第１半導体素子１１の温度上昇を、更に抑制することができる。
【００３０】
第１の効果として、ヒートスプレッダ１９を、第１半導体素子１１に更に近接して配置することが容易にできる。即ち、第１半導体素子１１の主面側を第１電極１５により覆っている状態であるため、この第１電極１５にヒートスプレッダ１９を載せることにより、ヒートスプレッダ１９の伝熱領域１９ａを第１半導体素子１１の主面電極に、接触させることなく十分に近接させることが容易にできる。伝熱領域１９ａと第１半導体素子１１の主面電極との間隔は、主に第１電極１５の厚さや高さで決まるが、第１電極１５の加工に際しては、通常の機械加工により十分な精度を確保することができる。
【００３１】
よって、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａが第１半導体素子１１に接触して、第１半導体素子１１を傷つけてしまう事態の発生を防ぎつつ、第１半導体素子１１とヒートスプレッダ１９を低い熱抵抗で熱結合することができる。このため、主面電極からヒートスプレッダ１９への放熱効果が大きくなる。
なお、第１半導体素子１１の主面電極の電気接続は、ワイヤボンディング線２６により行なうため、電気接続に支障は出ない。また、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａ間にワイヤボンディング線２６を嵌め込む構造であるため、突起部（伝熱領域）１９ａがワイヤボンディング線２６に悪影響を与えることはない。更に、ワイヤボンディング線２６自体も金属であることから、主面電極からの熱流がワイヤボンディング線２６を経てヒートスプレッダ１９に達することにより、更に、ヒートスプレッダ１９への放熱効果が大きくなる。
【００３２】
第２の効果として、第１半導体素子１１の主面電極からの熱伝導には、突起部（伝熱領域）１９ａやワイヤボンディング線２６だけでなく、第１電極１５も寄与する。即ち、主面電極からの熱流は、第１電極１５側へも広がってヒートスプレッダ１９にも達する。このため、熱抵抗が金属よりは相対的に大きい熱伝導性部材２８や絶縁性接着剤２５における熱流密度を低減して、これらの部分で生じる温度勾配を抑制することができる。よって、主面電極側からの放熱効果が向上する。
第３の効果として、第１電極１５自体も放熱に寄与することができる。即ち、第２の効果で述べたように、第１電極１５にも熱流が流れることにより、熱流の全てがヒートスプレッダ１９を流れるのではなく、第１電極１５も放熱経路とすることができる。これにより、熱抵抗が下がり、更に、放熱効果が向上する。
【００３３】
以上により、第１半導体素子１１の主面電極からヒートスプレッダ１９へ、更に、ヒートスプレッダ１９から第１電極１５を経て第１放熱器１７へと熱流路が形成され、第１半導体素子１１の温度を下げる放熱効果を向上させることができる。
第４の効果として、ヒートスプレッダ１９を、第１半導体素子１１上に高い位置精度を以って配置することが容易に、且つ、広いスペースを必要とせずにできる。
【００３４】
図５は、効果の説明に用いる第１半導体素子主面電極側構造体を示し、（ａ）はヒートスプレッダ装着前の断面説明図、（ｂ）はヒートスプレッダ装着後の断面説明図である。図５に示すように、第１半導体素子主面電極側構造体２７において、第１半導体素子１１の主面電極の上にヒートスプレッダ１９を配置する際、第１電極１５の端部を位置合わせの基準としてヒートスプレッダ１９の端部を合わせれば、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａが第１電極１５の段差状受け部１５ａに干渉することなく、ヒートスプレッダ１９を容易に配置することができる。更に、段差状受け部１５ａを必要以上に大きくすることがないので、段差状受け部１５ａを大きくしたことによる放熱効果の悪化も起きない。
【００３５】
即ち、Ｄ−Ｄ線を基準として、第１半導体素子１１の実装位置Ｘやワイヤボンディング線２６の位置Ｙを決めることができる（（ａ）参照）。また、同様に、Ｄ−Ｄ線を基準として、ヒートスプレッダ１９を配置すれば、突起部（伝熱領域）１９ａの位置Ｚ（（ｂ）参照）を容易に高精度に定めることができる。このことにより、ワイヤボンディング線２６の間に突起部（伝熱領域）１９ａを容易に入れ込むことができる。
【００３６】
以上より、ヒートスプレッダ１９の突起部（伝熱領域）１９ａがワイヤボンディング線２６に干渉することを容易に防止することができる。そして、突起部（伝熱領域）１９ａとワイヤボンディング線２６の間に過剰な隙間を設けることによる、放熱効果の悪化も防ぐことができる。更に、ヒートスプレッダ１９を配置する際に、突起部（伝熱領域）１９ａとワイヤボンディング線２６の嵌め合い部分が直接目視し難いとしても、容易に嵌め合わせて配置することができる。その上、ヒートスプレッダ１９は、第１電極１５上に熱伝導性部材２８を介して接合されるので、このヒートスプレッダ１９を保持固定するための特別な部品は不要となり、小型化を図ることができる。
【００３７】
第５の効果として、第１電極１５を第１半導体素子１１の近傍に配置しても、容易に電気絶縁を確保することができる。即ち、第１半導体素子１１の主面電極からの放熱効果を良くするためには、ヒートスプレッダ１９のみならず、第１電極１５も金属であることが望ましい。更に、熱伝導性部材２８も、一般的に導電性を有する材料の方が熱伝導性も良い。よって、ヒートスプレッダ１９や第１電極１５は、熱伝導性部材２８を介して第１半導体素子１１の主面電極と同電位になることもある。
【００３８】
一方、第１半導体素子１１の側面は、一般的に第１半導体素子１１の裏面や基板と同電位である。本構成では、第１半導体素子１１の側面を絶縁性接着剤２５を介して第１電極１５に接合するので、第１半導体素子１１の側面と第１電極１５の電気的絶縁を容易に、且つ、確実に確保することができる。更に、熱伝導性部材２８が第１半導体素子１１の側面に回り込むことも、この絶縁性接着剤２５により防止することができる。よって、熱伝導性部材２８を介しての、第１半導体素子１１の主面電極と側面の電気的短絡も、容易に、且つ、確実に防止することができる。
【００３９】
第６の効果として、第１半導体素子１１の主面電極を、容易、且つ、確実に保護することができる。即ち、第１半導体素子１１の主面電極側は、熱伝導性部材２８を介してヒートスプレッダ１９により覆われており、また、第１半導体素子１１の側面は、絶縁性接着剤２５を介して第１電極１５により囲われている。よって、外部から直接湿気等が進入し難く、第１半導体素子１１自体を容易に保護することができる。
第７の効果として、電力変換装置１０は、第１半導体素子１１が複数個で構成される場合でも、各第１半導体素子１１の放熱効果を上げると共に装置を小型化することができる。例えば、電流容量を大きくするために、第１半導体素子１１が複数個で構成されている場合、一方の第１半導体素子１１を第１半導体素子主面電極側構造体２７に配置し、他方の第１半導体素子１１を第２半導体素子主面電極側構造体２９に配置することができる。
【００４０】
このような構成により、各第１半導体素子１１を、裏面側からだけでなく主面電極側からも冷却することができるので、放熱効果を向上させることができる。更に、第１半導体素子１１の主面側放熱のために、複雑な形状のヒートスプレッダ１９を用いること無く、ヒートスプレッダ１９の一面側と他面側の突起部（伝熱領域）１９ａ，１９ｂを活用することにより、主面電極側からの放熱効果を発揮することができる。よって、装置の小型化も可能になる。
【００４１】
即ち、予め、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９を形成しておき、或いは両半導体素子主面電極側構造体２７，３１をそれぞれの基板１３，１４にはんだ付け実装しておく。その後、両半導体素子主面電極側構造体２７，３１の主面側に、ヒートスプレッダ１９を配置すれば良い。このため、ヒートスプレッダ１９を保持固定するための特別な部品を必要としないので、装置サイズの小型化が可能になり、合わせて製造コストの削減も可能になる。
第８の効果として、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９のそれぞれの内部において、ヒートスプレッダ１９を介して対向している複数の第１半導体素子１１の主面電極が同電位であるならば、例えば、電力変換装置１０の電流容量を大きくするために、複数の第１半導体素子１１を並列接続している場合等は、更に、次の効果も得ることができる。
【００４２】
各第１半導体素子１１の主面電極とヒートスプレッダ１９の間に、絶縁材を介在させる必要が無い。一般に、導電性を有する材料の方が絶縁材料よりも熱伝導率が高い。よって、熱伝導性部材２８として、熱伝導率の高い銀ペースト等の導電性接着材料を活用して、放熱効果を上げることができる。また、各第１半導体素子１１の主面電極とヒートスプレッダ１９の間にも、絶縁材料を介在させる必要が無いので、放熱効果を向上させることができる。合わせて絶縁材料と、ヒートスプレッダ１９や各第１半導体素子１１の主面電極を接合する際に生じる、材料が有する熱膨張率差に基づく熱応力を起因とする信頼性低下の発生も、防止することができる。
【００４３】
第９の効果として、例えば、電力変換装置１０がインバータ装置であるとし、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してスイッチ回路を構成し、このスイッチ回路を適宣接続してインバータ装置を構成したとする。
この場合、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２は、両素子のオン・オフが切り替わる極短時間の遷移状態を除き、両半導体素子１１，１２に同時に電流が流れることはなく、加えて、両半導体素子１１，１２の主面電極は、電気的には同電位である。
よって、先ず、第１半導体素子主面電極側構造体２７が有する第１半導体素子１１の上には、第２半導体素子主面電極側構造体２９が有する第２半導体素子１２が位置する構成とすると、次の効果が生じる。
【００４４】
第１０の効果として、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の放熱効果が、更に、向上する。即ち、両半導体素子１１，１２が同時に通電して、共に大きな発熱を生じる事態を回避することができる。例えば、電力変換装置１０を電動自動車車両に用いる場合、車両発進時には、主に、ＩＧＢＴである第１半導体素子１１が発熱し、回生時には、ダイオードである第２半導体素子１２が発熱する。よって、本構成により、車両発進時のような第１半導体素子１１が主に発熱する場合は、この素子の裏面と主面の双方から放熱できる。この場合、第２半導体素子１２の発熱は小さく、第１半導体素子１１の放熱の妨げにはならない。
【００４５】
また、第２半導体素子１２も、裏面と主面側の双方から放熱されており、温度上昇を抑制することができる。同様に、回生時等、第２半導体素子１２が主に発熱する場合も、第２半導体素子１２の放熱効果を向上させることができ、加えて、第１半導体素子１１の温度上昇も抑制することができる。
なお、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の各主面電極は同電位であるので、上述した第２の効果にあるように、導電性を有しても熱伝導性の良い熱伝導性部材２８を使用することができ、その上、ヒートスプレッダ１９への放熱経路にも絶縁材を介在する必要が無いので、更に大きな放熱効果を得ることができる。
第１１の効果として、この発明に係る電力変換装置１０の製造工程を採用することにより、以下の効果も追加して得ることができる。
【００４６】
その１、第１の工程の後に、第２の工程と第３の工程を行なうことにより、第１半導体素子１１をはんだ付け実装する際に、その位置ずれが生じることを防止することができる。これにより、はんだ付け位置ずれを考慮してレイアウト設計することによる、電力変換装置のサイズの大型化や、はんだ付け部分の形状変化による当該部分における熱応力耐量の低下を、防止することができる。
また、第２工程でのはんだ付け実装を容易に実施することができ、更に、第１半導体素子１１の側面と第１電極１５の端部や絶縁部材２４の側面の間に位置する絶縁性接着剤２５が、はんだ付け時にはんだ２１が第１半導体素子１１の主面電極側に回り込むのを防いで、はんだ２１が回り込んだ場合に起こる電気的短絡の発生を、確実に防止することができる。
【００４７】
その２、第１電極１５を、容易に実装配置することができる。即ち、予め、第１半導体素子１１を第１基板１３にはんだ付け実装した後に、第１電極１５を固定するならば、はんだ付け実装はし難くなる。つまり、第１電極１５を固定するためのはんだ付けをするならば、第１半導体素子１１を実装しているはんだ付け部分への悪影響を及ぼすことは避け難い。特に、はんだ付けの際に、所謂鉛フリーはんだを用いると、はんだ付け温度の設定自由度が少なく、はんだ付け温度が異なる２種類のはんだ材を使い分けることが著しく困難になりかねない。
【００４８】
これに対し、この発明に係る工程手順により、前述したように、第１半導体素子１１と絶縁部材２４の裏面を同一平面にした上で、第１半導体素子１１と第１電極１５を固定することができるので、１回のはんだ付けにより、第１半導体素子主面電極側構造体２７として、第１半導体素子１１と第１電極１５を容易に実装固定することができる。
その３、複数の第１半導体素子１１を第１電極１５に固定する場合、各第１半導体素子１１に多少の厚さばらつきがあっても、支障が生じない。一般に、半導体素子は、製造上の都合によって厚さに幾ばくかのばらつきが生じることは避け難いが、この発明に係る工程手順では、絶縁性接着剤２５の潰れ程度により、これらの厚さばらつきがあったとしても、各第１半導体素子１１と絶縁部材２４のそれぞれの裏面を容易に同一平面にすることができる。よって、このような場合でも、容易に、即ち、製造コストを抑えて電力変換装置１０を形成することができる。
【００４９】
以上のように、第２の工程により、第１半導体素子１１の裏面を第１基板１３にはんだ付け実装し、ヒートスプレッダ１９を接合する第３の工程に先立って、第１の工程を行なうことにより、上記その１からその３の効果を得ることができる。
なお、第１半導体素子１１の裏面に、第１基板１３とはんだ付けした際の熱応力を緩和するために、第１半導体素子１１と第１基板１３の中間程度の熱膨張率を有する熱応力緩衝板（図示せず）を予めはんだ付け接合してから、上記第１の工程を行なっても、同様の効果を得ることができる。
（第２実施の形態）
【００５０】
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構成を示す断面説明図である。図６に示すように、電力変換装置４０は、ヒートスプレッダ１９に代えて、ヒートスプレッダ４１を有している。このヒートスプレッダ４１は、薄板状に形成されたその一面側（第１放熱器１７側）及び他面側（第２放熱器１８側）に、伝熱領域（図中、破線で示す）として機能する第２ワイヤボンディング線４２を配置しており、第２ワイヤボンディング線４２は、第１半導体素子１１の主面電極に接続されているワイヤボンディング線２６の間、及び第２半導体素子１２の主面電極に接続されているワイヤボンディング線３２の間に、望ましくは近接して、それぞれ配置されている。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０と同様である。
【００５１】
上記構成を有することにより、第１実施の形態において得られた効果に加え、以下の効果も得ることができる。
第１の効果として、ヒートスプレッダ４１は、加工が容易になって、製造コストの低減が可能になる。即ち、ヒートスプレッダ４１は、ヒートスプレッダ１９に比べ、突起部（伝熱領域）１９ａを形成するための微細な凸部加工を施す必要が無く、特に、一面側と他面側の双方に施す必要が無くなる。一方、第２ワイヤボンディング線４２は、容易に接続することができる。よって、ヒートスプレッダ４１の加工に関するコストを、更に低減することができる。
【００５２】
なお、第２ワイヤボンディング線４２も金属であるため、第２ワイヤボンディング線４２は、ヒートスプレッダ１９に設けた突起部（伝熱領域）１９ａと同様に、伝熱領域として放熱に寄与する。
（第３実施の形態）
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７に示すように、電力変換装置４５は、ヒートスプレッダ４１に代えて、ヒートスプレッダ４６を有している。このヒートスプレッダ４６は、第２ワイヤボンディング線４２が接続されているボンディング線接続部分４６ａが、第１電極１５（第２電極１６）に接合されている電極接合部分４６ｂよりも厚く（第１放熱器１７から第２放熱器１８に向かう方向の長さが長く）形成されている。
【００５３】
その他の構成及び作用は、第２実施の形態に係る電力変換装置４０と同様である。
上記構成を有することにより、第２実施の形態において得られた効果に加え、以下の効果も得ることができる。
第２ワイヤボンディング線４２を、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）の主面電極に一層近づけることができるので、更に、放熱効果が向上する。
【００５４】
特に、ヒートスプレッダ４６の端部は、第１電極１５（第２電極１６）に接続するために薄く形成する、或いは第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）の主面電極から離れた高さにヒートスプレッダ４６の一面側或いは他面側が位置する形状になる、可能性がある。この場合でも、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）の主面電極と、その直上のヒートスプレッダ４６を近接配置することができる。更に、これらの間の大部分の空間を、ワイヤボンディング線２６と第２ワイヤボンディング線４２による金属体で占めることができるので、この空間内部の熱抵抗も低減することができる。
なお、ヒートスプレッダ４６の端部を適切な治具で固定することにより、ヒートスプレッダ４６の一面側と他面側の双方に第２ワイヤボンディング線４２を設けることは、容易である。
【００５５】
（第４実施の形態）
図８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８に示すように、電力変換装置５０は、第１基板１３（第２基板１４）の主面に突設した突起部材５１ａ（５１ｂ）、及び絶縁部材２４（３０）の裏面側の金属箔と第１基板１３（第２基板１４）の主面側の間に配置したスペーサ５２ａ（５２ｂ）を有している。そして、突起部材５１ａ（５１ｂ）に絶縁部材２４（３０）の側面を接触させて、絶縁部材２４（３０）を位置決め配置すると共に、スペーサ５２ａ（５２ｂ）を介して、はんだ付け実装を行なう。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０と同様である。
【００５６】
上記構成を有することにより、第１実施の形態において得られた効果に加え、以下の効果も得ることができる。
第１半導体素子主面電極側構造体２７（第２半導体素子主面電極側構造体２９）を第１基板１３（第２基板１４）にはんだ付け実装する際に、はんだ付け位置を高精度に合わせることができる。
特に、この発明に係る製造工程によって、予め、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）と第１電極１５（第２電極１６）が絶縁性接着剤２５により接合固定されているので、絶縁部材２４（３０）を、突起部材５１ａ（５１ｂ）に接触させてはんだ付け実装することにより、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）のはんだ付け位置を高精度に合わせることが容易にできる。
【００５７】
また、はんだ付け形状が変動することが無いので、はんだ付け部分の熱応力耐量が変動することは無く、更に、この突起部材５１ａ（５１ｂ）を、直接、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）に接触或いは近接させることではないので、突起部材５１ａ（５１ｂ）の存在が、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）のはんだ付け部分に悪影響を与えることは無い。
また、絶縁部材２４（３１）の裏面側の金属箔と第１基板１３（第２基板１４）の間にスペーサ５２ａ（５２ｂ）を介してはんだ付け実装すれば、はんだ付け厚さを所定の値に容易に制御することができる。特に、この発明に係る製造工程によれば、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）と第１基板１３（第２基板１４）の間のはんだ付け厚さを、容易に制御することができる。これにより、はんだ付け部の熱応力耐量が変動してしまう事態を確実に防止することができる。
【００５８】
なお、スペーサ５２ａ（５２ｂ）も、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）の下方或いは近傍に位置することはないので、スペーサ５２ａ（５２ｂ）の存在が第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）と第１基板１３（第２基板１４）の間のはんだ付け部分や、第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）の裏面への電流の流れに対して悪影響を与えることは無い。
なお、上記効果は、突起部材５１ａ（５１ｂ）及びスペーサ５２ａ（５２ｂ）を有する構成を、第２実施の形態に係る電力変換装置４０及び第３実施の形態に係る電力変換装置４５において適用しても、同様に得ることができる。
（第５実施の形態）
【００５９】
図９は、この発明の第５実施の形態に係る電力変換装置の電極部分と絶縁部領域の構成を示し、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は下面側説明図である。図９に示すように、第１電極１５（第２電極１６）に代えて、略平板形状に形成された第１電極５５（第２電極、図示しない）を有すると共に、第１電極５５（第２電極、図示しない）の裏面外周部分に、裏面外周に沿った長方形枠状の絶縁物領域５６を有している。この絶縁物領域５６は、例えば、窒化アルミニウムやアルミナにより、略長方形状平板を複数個、枠状に接合して形成されている。なお、以後の説明において、第２電極についての説明は省略するが、第２電極についても第１電極５５と同様である。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る第１電極１５（第２電極１６）と同様である。
【００６０】
上記構成を有することにより、上記各実施の形態において得られた効果に加え、以下の効果も得ることができる。
第１電極５５を、更に、容易に形成することができる。第１電極５５の端部と絶縁物領域５６を合わせた高さの必要値は、凡そ数百μｍから１ｍｍ程度である。よって、第１電極５５を略平板状にして、絶縁物領域５６を、従来技術により、例えば、表裏面に金属箔を有するセラミックス基板を接合して形成しても、本構成に必要な第１電極５５と絶縁物領域５６を形成することができる。
これにより、第１電極５５を形成する際に、複雑な加工を施すことによる製造コストの増加を防止することができる。また、絶縁物領域５６側の面もある程度の厚さを有するので、はんだが第１電極５５の端部に接触して電気的短絡が生じる事態を容易に防止することができる。
【００６１】
（第６実施の形態）
図１０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し、（ａ）は図３の（ａ）と同様の断面説明図、（ｂ）は図３の（ｂ）と同様の断面説明図である。図１０に示すように、電力変換装置６０は、第１半導体素子１１が制御端子６１を有すると共に、第１電極１５の上に回路基板６２を配置し、制御端子６１と回路基板６２を導電部材６１ａにより電気的に接続している（（ａ）参照）。また、ヒートスプレッダ１９が、第１半導体素子１１に対向する面に配線パターン６３を有し、制御端子６１と配線パターン６３をピン６４等によって、電気的に接続している（（ｂ）参照）。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０と同様である。
【００６２】
上記構成を有することにより、以下の効果を得ることができる。
第１の効果として、第１半導体素子１１が、例えば、ＩＧＢＴ等であり、ゲートによる制御端子６１を有する場合においても、この制御端子６１と回路基板６２を、容易に、且つ、省スペースで電気的に接続することができる。特に、第１電極１５上に回路基板６２を配置するので、第１基板１３上に回路基板６２を配置するための特段のスペースを設ける必要がない。よって、電力変換装置を小型化することができる。
【００６３】
第２の効果として、第１半導体素子１１の電気的動作が、更に、安定化する。即ち、ＩＧＢＴ等では、主面電極であるエミッタの電位に対して、制御端子６１であるゲートの電位を設定して、第１半導体素子１１の電気的動作を制御する。この実施の形態に係る構成では、エミッタ電位である第１電極１５の直上に回路基板６２を配置して、ゲートに対する電気的接続を行う。これにより、ゲート接続線が、エミッタ電極側とより一層容量結合し易くなると共に、第１電極１５が第１半導体素子１１の裏面電位と同じである第１基板１３や、その他の電位の配線等からのシールド効果も得られる。よって、第１半導体素子１１のゲート（制御端子６１）電位がノイズ等で乱される悪影響が低減し、第１半導体素子１１の電気的動作が安定化する。
【００６４】
第３の効果として、ヒートスプレッダ１９に設けたピン６４等の配線部材により、ヒートスプレッダ１９を載置する際に、配線パターン６３と制御端子６１を接続することができる。よって、制御端子６１と回路基板６２をワイヤボンディングにより接続する工程を省くことができ、製造コストを更に低減させることができる。
（第７実施の形態）
【００６５】
図１１は、この発明の第７実施の形態に係る電力変換装置の絶縁層及び放熱器を除いた構成を示す断面説明図である。図１１に示すように、電力変換装置６５は、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９のそれぞれが、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の何れか一方、若しくは両方を有する。更に、第１半導体素子１１の上には、第２半導体素子１２が位置するように、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９が積層配置される。更に、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９の内部において、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２が隣接して配置されている。加えて、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２は、電気的に異なる動作を行なうものである。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０と同様である。
【００６６】
上記構成を有することにより、上記各実施の形態により得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
電力変換装置６５が、電流容量を大きくするために半導体素子を複数個、つまり、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２を並列接続する場合、第１の効果として、第１半導体素子主面電極側構造体２７や第２半導体素子主面電極側構造体２９の内部において、電気的に同一の動作を行なう第１半導体素子１１同士や第２半導体素子１２同士を隣接させるレイアウトにする必要が無くなり、この隣接レイアウトにしなくても、電力変換装置の小型化を図ることができる。そして、この構成により、隣接している半導体素子同士の熱干渉、即ち、電気的に同一の動作をする隣接半導体素子によって自らの温度が上昇する事態を、防止することができる。
【００６７】
第２の効果として、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２の大きさが異なる場合でも、電力変換装置をより一層小型化することができる。即ち、例えば、第１半導体素子主面電極側構造体２７に大きい第１半導体素子１１を実装したことにより、第２半導体素子主面電極側構造体２９に実装されている小さい第２半導体素子１２の周辺に、無駄なスペースが生じることを防止することができる。両半導体素子１１，１２を隣り合わせて配置した状態で、第１半導体素子主面電極側構造体２７と第２半導体素子主面電極側構造体２９を共に高密度実装、即ち、両半導体素子１１，１２を近接配置した実装ができるので、電力変換装置の更なる小型化を図ることができる。
（第８実施の形態）
【００６８】
図１２は、この発明の第８実施の形態に係る電力変換装置の絶縁層及び放熱器を除いた構成を示し、（ａ）は図１１と同様の断面説明図、（ｂ）は図３（ａ）と同様の断面説明図である。図１２に示すように、電力変換装置７０は、第１電極１５（第２電極１６）に代えて、絶縁物材料で形成された第１電極７１（第２電極７２）を有している。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０と同様である。
上記構成を有することにより、上記各実施の形態により得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
【００６９】
上面電極（第１電極７１、第２電極７２）を金属体で形成した場合には、基板に対する電気的絶縁を行うために絶縁部材２４（図１参照）を接合する必要があったが、上面電極（第１電極７１、第２電極７２）を絶縁物材料で形成したことにより、上面電極に絶縁部材を接合する必要がない。よって、製造コストを、更に低減することができる。なお、第１半導体素子１１，１２の主面電極に対する電気的接続は、この絶縁物材料による第１電極７１（第２電極７２）上に金属配線板（図示せず）を設けて行えば良い。
（第９実施の形態）
【００７０】
図１３は、この発明の第９実施の形態に係る電力変換装置の構成を示し、（ａ）は図３（ａ）と同様の断面説明図、（ｂ）は図３（ｂ）と同様の断面説明図である。図１３に示すように、電力変換装置７５は、ヒートスプレッダ１９に代えて金属体からなるヒートスプレッダ７６を有している。ヒートスプレッダ７６は、第１接続電極３４及び第２接続電極３５（図３参照）を兼ねており、このヒートスプレッダ７６と第１電極１５（第２電極１６）を、電気伝導性と熱伝導性を共に備える接着部材７７により接合している。
その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る電力変換装置１０と同様である。
上記構成を有することにより、上記各実施の形態により得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
【００７１】
第１半導体素子１１（第２半導体素子１２）の主面電極を、ワイヤボンディング線２６（３２）を介して第１電極１５（第２電極１６）に電気的に接続しており、この第１電極１５（第２電極１６）に何らかの接続電極を設けて、電力変換装置７５の電気的接続を成す必要があるが、この実施の形態に係る構成によれば、金属体のヒートスプレッダ７６が接続電極として機能し、電力変換装置７５の電気的接続を成すことができる。よって、電力変換装置７５の更なる小型化と製造コストの低減を図ることができる。
なお、上記各実施の形態では、第１半導体素子１１の上に第２半導体素子１２が、ヒートスプレッダ１９（４１，４６，７６）を挟んで対向配置された構造において説明したが、本発明にあっては、両半導体素子１１，１２の対向配置構造に限るものではない。
【００７２】
図１４は、この発明に係る電力変換装置の変形例を示す断面説明図である。図１４に示すように、電力変換装置８０は、第１放熱器１７の主面上に、絶縁層２０を介して第１基板１３が、第１基板１３の主面上に、はんだ層２１を介して第１半導体素子１１ａ，１１ｂが、それぞれ実装されており、第１半導体素子１１ａ，１１ｂの主面上には、ヒートスプレッダ８１が配置されている。
ヒートスプレッダ８１は、第１半導体素子１１ａ，１１ｂ側の面とは反対側の面、即ち、第２半導体素子１２ａ，１２ｂ側の面が、伝熱領域となる突起部１９ａを設けない平坦面からなる他は、ヒートスプレッダ１９と同様の構成及び作用を有している。このヒートスプレッダ８１の上に、記載順に積層した絶縁物８２、第２基板８３、絶縁物８４を介して、第２放熱器８５を実装した構成を有している。なお、ヒートスプレッダ８１の上に、絶縁物８２を介して第２放熱器８５を実装しても良い。
【００７３】
このような構成を有する電力変換装置８０においても、上記各実施の形態で得られた効果を同様に得ることができる。
また、ヒートスプレッダ８１の上に第２放熱器８５を配置せず、第２基板８３が第１基板１３又は第１放熱器１７に接続される構成とし、第２基板８３からの熱流を第１放熱器１７に流すようにしても、上記各実施の形態で得られた効果を同様に得ることができる。
また、上記各実施の形態及び変形例については、何れも金属からなる基板上に半導体素子を実装する構造において説明したが、本発明はこれに限るものではなく、セラミックス基板若しくは表裏面双方に金属箔を有するセラミックス基板の上に半導体素子を実装した構造においても、また、そのセラミックス基板が裏面にベースプレートを介して放熱器に実装される構造においても、上記各実施の形態及び変形例で得られた効果を同様に得ることができる。
【００７４】
このように、この発明に係る電力変換装置は、主面電極を有する半導体素子と、前記半導体素子を入り込ませる受け部と共に裏面側端部に絶縁物領域を有し、前記受け部に前記主面電極を位置させて前記半導体素子を覆って配置され、絶縁性部材を介して前記半導体素子に接合された上面電極と、前記主面電極及び前記上面電極を電気的に接続するワイヤボンディング線に近接配置された伝熱領域を有し、前記主面電極及び前記上面電極の上に熱伝導性材料を介して実装されたヒートスプレッダと、を有する半導体素子主面電極側構造体と、前記半導体素子主面電極側構造体及び前記絶縁物領域のそれぞれの裏面にはんだ付け実装した基板と、前記基板を絶縁物を介して実装した放熱器とを有することを特徴としている。
【００７５】
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、前記半導体素子主面電極側構造体からなる第１半導体素子主面電極側構造体、前記基板からなる第１基板、及び前記放熱器からなる第１放熱器を、前記ヒートスプレッダの他面側に、前記半導体素子主面電極側構造体からなる第２半導体素子主面電極側構造体、前記基板からなる第２基板、及び前記放熱器からなる第２放熱器を積層し、前記第１半導体素子主面電極側構造体と前記第２半導体素子主面電極側構造体を前記ヒートスプレッダを境に対向配置することが好ましい。
【００７６】
また、この発明において、前記第１半導体素子主面電極側構造体と前記第２半導体素子主面電極側構造体のそれぞれが、電気的に異なった動作をする第１半導体素子及び第２半導体素子の何れか一方若しくは両方を有し、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子を対向することなく配置したことが好ましい。
また、この発明において、前記ヒートスプレッダの前記ワイヤボンディング線の間に、前記伝熱領域として機能する第２ワイヤボンディング線を配置したことが好ましい。
また、この発明において、前記ヒートスプレッダは、前記第２ワイヤボンディング線との接続部分が、前記上面電極との接合部分より厚く形成されていることが好ましい。
【００７７】
また、この発明において、前記基板の主面に突設した、前記絶縁物領域の側面を接触させる突起部材、及び前記絶縁物領域の裏面側と前記基板の間に配置するスペーサの少なくとも一方を有することが好ましい。
また、この発明において、前記上面電極を平板状に形成し、前記絶縁物領域を長方形状平板を複数個、枠状に接合して形成することが好ましい。
また、この発明において、前記第１半導体素子が制御端子を有し、前記制御端子を前記上面電極の上に配置した回路基板に電気的に接続することが好ましい。
【００７８】
また、この発明において、前記第１半導体素子が制御端子を有し、前記ヒートスプレッダの前記第１半導体素子に対向する面に配線パターンを有し、前記制御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。
また、この発明において、前記第１半導体素子主面電極側構造体及び前記第２半導体素子主面電極側構造体は、それぞれが前記第１半導体素子と前記第２半導体素子の何れか一方或いは両方を有すると共に、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子が対向しないように積層配置され、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子は、隣接配置されて電気的に異なった動作をすることが好ましい。
【００７９】
また、この発明において、前記上面電極が絶縁物材料で形成されていることが好ましい。
また、この発明において、前記上面電極と前記ヒートスプレッダを、電気伝導性及び熱伝導性を有する接着材料により接合することが好ましい。
また、この発明において、前記第１半導体素子が絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又は金属酸化シリコン電界効果トランスミッタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、前記第２半導体素子がダイオードであり、インバータ回路を成すスイッチ回路を構成することが好ましい。
【００８０】
また、この発明に係る電力変換装置の製造方法は、上記半導体素子主面電極側構造体を形成する第１の工程と、前記半導体素子主面電極側構造体を基板に実装する第２の工程と、前記半導体素子主面電極側構造体をヒートスプレッダに接合する第３の工程とを有し、前記第１の工程の後に、前記第２の工程と前記第３の工程を行なうことを特徴としている。
また、この発明において、前記基板の主面に突起部材を突設し、前記半導体素子と前記上面電極を接合固定する絶縁物領域の裏面側と前記基板の間にスペーサを配置し、前記絶縁物領域を前記突起部材に接触させると共に前記スペーサを介して前記半導体素子主面電極側構造体を前記基板にハンダ付け実装することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【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の絶縁層及び放熱器を除いた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である。
【図４】図１の電力変換装置の製造工程において、第１半導体素子主面電極側構造体側のみについての製造工程（ａ）〜（ｅ）を示す断面説明図である。
【図５】効果の説明に用いる第１半導体素子主面電極側構造体を示し、（ａ）はヒートスプレッダ装着前の断面説明図、（ｂ）はヒートスプレッダ装着後の断面説明図である。
【図６】この発明の第２実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す断面説明図である。
【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】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９】この発明の第５実施の形態に係る電力変換装置の電極部分と絶縁部領域の構成を示し、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は下面側説明図である。
【図１０】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し、（ａ）は図３の（ａ）と同様の断面説明図、（ｂ）は図３の（ｂ）と同様の断面説明図である。
【図１１】この発明の第７実施の形態に係る電力変換装置の絶縁層及び放熱器を除いた構成を示す断面説明図である。
【図１２】この発明の第８実施の形態に係る電力変換装置の絶縁層及び放熱器を除いた構成を示し、（ａ）は図１１と同様の断面説明図、（ｂ）は図３（ａ）と同様の断面説明図である。
【図１３】この発明の第９実施の形態に係る電力変換装置の構成を示し、（ａ）は図３（ａ）と同様の断面説明図、（ｂ）は図３（ｂ）と同様の断面説明図である。
【図１４】この発明に係る電力変換装置の変形例を示す断面説明図である。
【図１５】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】
【００８２】
１０，４０，４５，５０，６０，６５，７０，７５，８０  電力変換装置
１１ａ，１１ｂ  第１半導体素子
１２ａ，１２ｂ  第２半導体素子
１３  第１基板
１４，８３  第２基板
１５，５５，７１  第１電極
１５ａ，１６ａ  段差状受け部
１６，７２  第２電極
１７  第１放熱器
１８，８５  第２放熱器
１９，４１，４６，７６，８１  ヒートスプレッダ
１９ａ，１９ｂ  突起部
２０，２２  絶縁層
２１，２３  はんだ層
２４，３０  絶縁部材
２５，３１  絶縁性接着剤
２６，３２  ワイヤボンディング線
２７  第１半導体素子主面電極側構造体
２８，３３  熱伝導性部材
２９  第２半導体素子主面電極側構造体
３４  第１接続電極
３５  第２接続電極
３６  第３接続電極
４２  第２ワイヤボンディング線
４６ａ  ボンディング線接続部分
４６ｂ  電極接合部分
５１ａ，５１ｂ  突起部材
５２ａ，５２ｂ  スペーサ
５６  絶縁物領域
６１  制御端子
６２  回路基板
６３  配線パターン
６４  ピン
７７  接着部材
８２，８４  絶縁物
【図１】
0005217015.tif 000002
【図２】
0005217015.tif 000003
【図３】
0005217015.tif 000004
【図４】
0005217015.tif 000005
【図５】
0005217015.tif 000006
【図６】
0005217015.tif 000007
【図７】
0005217015.tif 000008
【図８】
0005217015.tif 000009
【図９】
0005217015.tif 000010
【図１０】
0005217015.tif 000011
【図１１】
0005217015.tif 000012
【図１２】
0005217015.tif 000013
【図１３】
0005217015.tif 000014
【図１４】
0005217015.tif 000015
【図１５】
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