(57)【要約】【課題】簡易な構造によって制御基板上で発生した熱を除去することができる半導体装置を提供することである。【解決手段】半導体装置１０は、冷却部１８と、冷却部１８上に設けられる半導体素子３４と、半導体素子３４を制御する制御基板１４と、半導体素子３４と、制御基板１４との間に介在し、半導体素子３４が発する電磁波を遮蔽するシールド板１６とを備える。シールド板１６は、熱伝導性材料からなり、その端部は、制御基板１４および冷却部１８上に凸設された支持部材２２によって挟持、固定されている。シールド板１６の端部は、熱伝導部材３８を介して、冷却部１８と接続する熱伝導路３５を有する。この熱伝導路３５および熱伝導部材３８を利用して、制御基板１４から発生した熱を冷却部１８へ移動させる。熱伝導部材３８としては、例えば、シールド板１６の端部を冷却部１８へ固定する為の金属製固定用ボルト３８が用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却部と、
前記冷却部上に設けられる半導体素子と、
前記半導体素子を制御する制御基板と、
前記半導体素子と、前記制御基板との間に介在し、半導体素子が発する電磁波を遮蔽するシールド板と、
を備える半導体装置において、
前記シールド板は、熱伝導性材料からなり、端部が冷却部と接続して、前記制御基板から発生した熱を冷却部へ移動させることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記シールド板の端部は、冷却部上に凸設された支持部材と、制御基板との間に挟持、固定され、かつ、熱伝導部材を介して冷却部と接続される熱伝導路を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において、
前記熱伝導部材は、シールド板の端部の熱伝導路を冷却部へ固定する為の金属製固定用ボルトであることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子からの電磁波を遮蔽するシールド板を備えた半導体装置に関し、特に、その放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、スイッチング動作を行うＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子と、半導体素子を制御する制御基板とを備え、直流電流を交流電流に変換するインバータ装置が知られている。この種のインバータ装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の電動機（モータ）に駆動電流を供給する為に用いられる。車両に搭載されるインバータ装置としては、例えば、特許文献１において示されるように、モータと一体化したものが知られている。このインバータ装置では、小型化を図る為に、制御基板を半導体素子の上方へ分離して配置している。
【０００３】
この種のインバータ装置は、スイッチング動作に伴って半導体素子および制御基板から熱が発生する。特に、半導体素子は大きな発熱を伴う為、放熱が重要となる。その為、特許文献１で示されるインバータ装置は、半導体素子の下側に冷却部を備えており、半導体素子から発生した熱を下側の冷却部で放散している。これに対し、制御基板からも、半導体素子程ではないものの熱が発生する為、放熱する必要がある。制御基板から発生した熱は、制御基板の端部を支持し、冷却部から延設された側壁部を介して放散される。制御基板は、半導体素子の上方に配置しており、冷却部から離れた状態にある。その為、制御基板から発生した熱を、直接的に冷却部へ伝導し、放散することが出来ず、やむを得ず制御基板の端部から側壁部を介し、冷却部で放熱している。
【０００４】
なお、スイッチング動作に伴って半導体素子から電磁波（スイッチングノイズ）が発生する。発生した電磁波は、制御基板に誤作動等を引き起こす原因となる為、所定のシールド材によって遮蔽される。特許文献１においては、上記側壁部を利用して電磁波の遮蔽を行っている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３９７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、制御基板を冷却部から離して配置すると、制御基板から発生した熱を効率良く冷却部へ伝導し、制御基板を冷却することが難しくなる。特に、半導体素子と制御基板との間に、板状のシールド材を介在させて、半導体素子から発生する電磁波を遮蔽するインバータ装置においては、更に、制御基板が冷却部から離れた個所に配置されることになり、制御基板の冷却が難しくなる。なお、車両に搭載されるインバータ装置においては、搭載スペースに限りがある為、冷却ファンや冷却板等の冷却装置を新たに設けることは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、シールド板を備えた半導体装置において、効果的に放熱することが可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る半導体装置は、冷却部と、前記冷却部上に設けられる半導体素子と、
前記半導体素子を制御する制御基板と、前記半導体素子と、前記制御基板との間に介在し、半導体素子が発する電磁波を遮蔽するシールド板と、を備える半導体装置において、前記シールド板は、熱伝導性材料からなり、端部が冷却部と接続して、前記制御基板から発生した熱を冷却部へ移動させることを特徴とする。
【０００９】
上記半導体装置において、シールド板の端部は、冷却部上に凸設された支持部材と、制御基板との間に挟持、固定され、かつ、熱伝導部材を介して冷却部と接続される熱伝導路を有することが好ましい。
【００１０】
上記半導体装置において、熱伝導部材は、シールド板の端部の熱伝導路を冷却部へ固定する為の金属製固定用ボルトであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シールド板を備えた半導体装置において、効果的に放熱することが可能な半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、半導体装置である車両用インバータ装置１０の概略構成を示す断面図である。車両用インバータ装置１０（以下、単にインバータ装置と称する）は、電気自動車やハイブリッド自動車等のモータを原動機とする車両に搭載される。インバータ装置１０は、車両に備えられるバッテリ等の電源の電力を、交流に変換してモータに電力を供給する装置である。このインバータ装置１０から供給された電力によって、モータが駆動回転し、車両が走行する。
【００１４】
インバータ装置１０は、駆動電流が流れるパワー回路（図示せず）を実装するパワー基板１２と、パワー回路を制御する制御回路（図示せず）を実装する制御基板１４と、パワー基板１２と、制御基板１４との間に配置し、電磁波を遮蔽するシールド板１６とを備える。また、インバータ装置１０は、発熱したパワー基板１２等を冷却する為の冷却部１８を備える。なお本実施形態のインバータ装置１０は、モータ（図示せず）と一体化されており、冷却部１８の下方に、モータ（図示せず）が配置されている。
【００１５】
パワー基板１２は、冷却部１８の上面２０に、接触した状態で配置される。パワー基板１２の上方には、シールド板１６が配置され、更にシールド板１６の上方には、制御基板１４が配置される。インバータ装置１０は、パワー基板１２が下側に配置し、制御基板１４がパワー基板１２と離れて上側に配置する階層構造となっている。パワー基板１２の上方に配置する制御基板１４およびシールド板１６は、冷却部１８の上面２０に凸設された樹脂製の支持部材２２によって、支持され、固定されている。支持部材２２は、制御基板１４およびシールド板１６の端部を、下面側から支持する。支持部材２２は、所謂、樹脂モールドであり、冷却部１８の上面２０に固定される脚部２４と、脚部２４上に立設する立壁部２６とからなる。支持部材２２の立壁部２６は、パワー基板１２の周りを囲んだ状態にある。パワー基板１２の上面は、樹脂２８で封止されている。樹脂２８は、冷却部１８の上面１６であって、パワー基板１２を囲う支持部材２２の立壁部２６内に充填されている。支持部材２２によって端部が支持、固定されたシールド板１６の中央部分は、下側の配置するパワー基板１２へ向けて凹んだ状態にある。凹んだシールド板１６の中央部分の上面と制御基板１４との間には、隙間３０が形成される。また、凹んだシールド板１６の中央部分の下面とパワー基板１２との間には隙間３２が形成される。
【００１６】
パワー基板１２に実装されるパワー回路は、例えば、６個のスイッチング素子（半導体素子）３４を有する三相ブリッジ回路を含む回路によって構成される。スイッチング素子３４は、半導体スイッチング素子であり、例えば、ＩＧＢＴからなる。スイッチング素子３４は、制御基板１４の有する制御回路からの指令に応じてスイッチング動作（オン／オフ）を行う。このスイッチング動作により、パワー回路は、バッテリからの直流電流を交流電流に変換し、駆動電流をモータに供給することが出来る。なお、スイッチング素子３４のスイッチング動作に伴って熱が発生し、電磁波（スイッチングノイズ）が発生する。
【００１７】
制御基板１４は、パワー回路にスイッチング動作の指令を出す為の制御回路を実装する多層基板である。制御回路は、例えば、駆動ＩＣ、トランス等の発熱を伴う制御部品（図示せず）を含む。制御回路は、モータを制御する電子制御ユニット（Electronic Control Unit, ＥＣＵ）または各種検出器からの信号に基づいて、パワー回路のスイッチング素子３４に対して、スイッチング動作の指令を出す。なお制御基板１４の制御回路と、パワー基板１２のパワー回路とは、リードフレーム（図示せず）によって接続されている。
【００１８】
シールド板１６は、パワー基板１２上のスイッチング素子３４から発生した電磁波を遮蔽し、制御基板１４の制御回路の誤作動等を防止する。シールド板１６は、アルミニウム等の遮蔽性に優れ、かつ熱伝導性に優れる材料からなる。シールド板１６の端部は、支持部材２２の立壁部２６の頂面と、制御基板１４の端部の裏面との間で、挟持、固定される。シールド板１６の端部には、熱伝導路３５が延設されている。熱伝導路３５は、シールド板１６の一部（端部の一部）であり、同様の材料からなる。図２は、シールド板１６の平面図である。シールド板１６は、略矩形状であり、その端部に短冊状の平板部材からなる熱伝導路３５が設けられている。本実施形態において、熱伝導路３５は冷却部１８上の支持部材２２へ固定する個所としての機能も兼備する。その為、熱伝導路３５には、固定する際、利用される固定孔３６が備えられている。
【００１９】
図１において示されるように、熱伝導路３５は、支持部材２２の脚部２４上に固定される。短冊状の熱伝導路３５は、所定形状に折り曲げられて脚部２４上に固定される。熱伝導路３５と脚部２４との固定は、金属等の熱伝導性に優れる部材（熱伝導部材）からなる固定手段によって行われる。本実施形態においては、金属製固定用ボルト３８（以下、単にボルトと称する）が用いられる。ボルト３８は、熱伝導路３５の固定孔３６および脚部２４の備える固定孔４０内を貫通する。ボルト３８の先端は、冷却部１８まで達し、ボルト３８と冷却部１８は接触した状態にある。なおボルト３８は、支持部材２２を冷却部１８へ固定する為のものでもある。
【００２０】
冷却部１８は、冷却水（図示せず）を収容する収容室４２と、収容室４２の天井に備えられる複数の冷却フィン４４を有する。収容室４２中には、所定のラジエーター（図示せず）内を循環し、冷却された冷却水が収容されている。収容室４２内の冷却水は、冷却フィン４４と接触している。冷却部１８は、熱伝導性に優れた材料からなり、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ステンレス等の金属材料からなる。
【００２１】
インバータ装置１０は、ケース４６によって覆われている。ケース４６は、冷却部１８から延設された側壁部４８と、側壁部４８の頂面に載置され、固定される蓋板５０からなる。インバータ装置１０の有するパワー基板１２および制御基板１４は、このケース４６内に収容されている。ケース４６は、熱伝導性に優れた材料からなり、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ステンレス等の金属材料からなる。このケース４６は、上記冷却部１８と一体として製造されてもよい。
【００２２】
ここで、インバータ装置１０の放熱構造の機能について説明する。このインバータ装置１０において、発熱する部品は、主として、パワー基板１２上のスイッチング素子３４と、制御基板１４上の制御部品である。
【００２３】
スイッチング素子３４等を含むパワー基板１２から発せられた熱は、パワー基板１２の下側に位置する冷却部１８へ移動する。パワー基板１２の上側は、熱伝導率が金属材料よりも劣る樹脂２８によって封止されている為、パワー基板１２から発せられた熱を、主として下側の金属材料からなる冷却部１８へ移動させることが出来る。冷却部１８へ移動した熱は、冷却フィン４４から収容室４２中の冷却水へ放散される。収容室４２中の冷却水は、ラジエーターを介して循環し、冷却される。このようにして、パワー基板１２から発せられた熱は、冷却部１８へ移動し、冷却水へ放散される。
【００２４】
これに対し、制御部品等を含む制御基板１４から発せられた熱は、シールド板１６を介し、冷却部１８において放散される。本実施形態においては、シールド板１６の端部の一部であり、シールド板１６を固定する個所である短冊状の平板部材を、熱伝導路３５として用い、かつ、この熱伝導路３５を、熱伝導部材からなる固定手段（ボルト３８）を用いて冷却部１８へ固定する為、シールド板１６が冷却部１８と熱的に接続することになる。その為、制御基板１４から発せられた熱を、制御基板１４の端部等からシールド板１６へ移動し、更に、熱伝導路３５およびボルト３８を介して、冷却部１８へ移動させることが出来る。なお、冷却部１８へ移動した熱は、冷却フィン４４から冷却水へ放散される。このようにして、制御基板１４から発せられた熱は、シールド板１６を介して冷却部１８へ移動し、冷却部１８において放散される。
【００２５】
本実施形態において、シールド板１６は、常時、冷却部１８によって冷やされることになる。したがって、シールド板１６を、電磁波を遮蔽する目的以外に、所謂、冷却装置として利用することが出来る。なお、シールド板１６は、制御基板１４のみならず、インバータ装置１０内（ケース４６内）を冷却するものでもある。本実施形態によれば、制御基板１４等を冷却する為に、冷却ファン、冷却板等の冷却装置を新たに設ける必要がなく、簡易な構造によって冷却することが出来る。その為、インバータ装置１０の小型化にも対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】車両用インバータ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】シールド板の平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  半導体装置（車両用インバータ装置）、１２  パワー基板、１４  制御基板、１６  シールド板、１８  冷却部、２０  冷却部の上面、２２  支持部材、２４  脚部、２６  立壁部、２８  樹脂、３０，３２  隙間、３４  半導体素子（スイッチング素子）、３６  固定孔、３８  熱伝導部材（金属製固定用ボルト）、４０  固定孔、４２  収容室、４４  冷却フィン、４６  ケース、４８  側壁部、５０  蓋板。
【図１】
2007335735.tif 000003
【図２】
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