(57)【要約】【課題】  構成が簡単であり組付け容易性が向上する半導体素子の冷却構造を提供する。【解決手段】  半導体素子の冷却構造は、互いに対向する第一および第二主表面６１，６２を有する半導体素子６０と、第一主表面６１に接触し、貫通ビア４１および磁気センサ７０を含む多層配線基板３１と、第二主表面６２に接触する導電性接合材５０とを備える。多層配線基板３１を用いて半導体素子６０と大電流用リード１１との接続がなされる。【選択図】        図３
2007012685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第一および第二主表面を有する半導体素子と、
前記第一主表面と接触し、貫通ビアおよび電流センサ機能を含む多層配線基板と、
前記第二主表面に接触する接合部材とを備え、
前記多層配線基板を用いて前記半導体素子と電流用リードとの接続が行なわれる、半導体素子のモジュール構造。
【請求項２】
前記多層配線基板がビアおよび内層配線を含んで構成される、請求項１に記載の半導体素子のモジュール構造。
【請求項３】
互いに対向する第一および第二主表面を有する半導体素子と、
前記第一主表面と接触し、貫通ビアおよび電流センサ機能を含む多層配線基板と、
前記第二主表面に接触する接合部材とを備え、
前記多層配線基板を用いて前記半導体素子に流れる電流の測定を行う、半導体素子の冷却構造。
【請求項４】
前記冷却構造が、前記半導体素子の第一および第二主表面を冷却する両面冷却構造である、請求項３に記載の半導体素子の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体素子の冷却構造および半導体素子のモジュール構造に関し、より特定的には車両に搭載される半導体素子の冷却構造およびモジュール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の冷却構造は、たとえば特開平９−２８３８８７号公報（特許文献１）、特開２００１−３０８２３７号公報（特許文献２）および特許第３４４８１５９号公報（特許文献３）に開示されている。
【特許文献１】特開平９−２８３８８７号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８２３７号公報
【特許文献３】特許第３４４８１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図２５は従来の半導体素子の冷却構造の断面図である。図２５を参照して、半導体素子の冷却構造２００では、冷却水路９１に冷媒９４が満たされており、冷却水路９１内に電子部品ケース９０が収納されている。電子部品ケース９０内には絶縁部材９８が貼付けられており、絶縁部材９８に接触するように大電流用リード１１，１２、エミッタ電極に接続するスペーサ２０、導電性接合材５０および半導体素子６０が設けられる。半導体素子６０は第１主表面６１および第２主表面６２を有する。電子部品ケース９０の内部空間は絶縁性封止材８０で充填されている。
【０００４】
大電流用リード１２と半導体素子６０とはワイヤボンド３０およびスペーサ２０で接続されている。
【０００５】
上述のような従来の半導体素子６０の両面冷却構造では、ゲートへの信号を大電流用リード１２から得るために金やアルミニウムなどのワイヤボンド３０を必要としていた。そのため、第１主表面６１と大電流用リード１１との間隔を１〜３ｍｍとする必要がある。間隔を得るために、素子の上面に素子の電極パッドサイズに合わせたスペーサ２０が必要となる。
【０００６】
半導体素子６０を効率よく冷却するためには、なるべく発熱源から近い部分に大きなヒートシンクを接合することが重要である。この場合、スペーサ２０が存在するため、その分冷却効率が悪くなる。また、スペーサ２０の厚みの分だけ厚くする必要があり、小型化が困難であるという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、小型化が可能な半導体素子の冷却構造および半導体素子のモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った半導体素子のモジュール構造は、互いに対向する第一および第二主表面を有する半導体素子と、第一主表面と接触し、貫通ビアおよび電流センサ機能を含む多層配線基板と、第二主表面に接触する接合部材とを備え、多層配線基板を用いて半導体素子と電流用リードとの接続が行なわれる。
【０００９】
このように構成された半導体素子のモジュール構造では多層配線基板を用いて接続を実現するため、ワイヤボンドなどが不要となり、小型化が可能となる。
【００１０】
好ましくは、多層配線基板がビアおよび内層配線を含んで構成される。
この発明に従った半導体素子の冷却構造は、互いに対向する第一および第二主表面を有する半導体素子と、第一主表面と接触し、貫通ビアおよび電流センサ機能を含む多層配線基板と、第二主表面に接触する接合部材とを備え、多層配線基板を用いて半導体素子に流れる電流の測定を行う。
【００１１】
このように構成された半導体素子の冷却構造では多層配線基板を用いて半導体素子に流れる電流の測定を行うため、ワイヤボンドなどが不要となり、小型化が可能となる。
【００１２】
好ましくは、冷却構造が、半導体素子の第一および第二主表面を冷却する両面冷却構造である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に従えば、小型化が可能な半導体素子の冷却構造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】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、この発明に従った半導体素子を有する負荷駆動装置の主要部の構成を示す電気回路図である。
【００１６】
図１を参照して、負荷駆動装置１０は、コンバータ２０と、インバータ３０と、制御装置４００と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン６２０，６４０，６６０とを備える。コンバータ２０は電源ラインＰＬ１，ＰＬ３を介してバッテリＢと接続され、インバータ３０は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３を介してコンバータ２０と接続される。またインバータ３０は、出力ライン６２０〜６６０を介して電気負荷としてのモータジェネレータＭＧと接続される。
【００１７】
バッテリＢは直流電源であって、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリＢは発生した直流電力をコンバータ２０に供給し、またコンバータ２０から受取る直流電力によって充電される。
【００１８】
モータジェネレータＭＧは、たとえば３相交流同期電動発電機であって、負荷駆動装置１０から受取る交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、発電機としても使用され、減速時の発電作用（回生発電）により交流電力を発生させ、その発生した交流電力を負荷駆動装置１０に供給する。
【００１９】
コンバータ２０は、各々が半導体モジュールからなる上アームおよび下アームと、リアクトルＬとを含む。上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、電源ラインＰＬ２に接続される上アームは、パワートランジスタＱ１と、パワートランジスタＱ１に逆並列に接続されるダイオードＤ１とからなり、電源ラインＰＬ１に接続される下アームは、パワートランジスタＱ２と、パワートランジスタＱ２に逆並列に接続されるダイオードＤ２とからなる。そして、リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１とパワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点との間に接続される。
【００２０】
このコンバータ２０は、バッテリＢから受ける直流電流をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ２０は、インバータ３０から受取る直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。なお、コンバータ２０は必ずしも設けられる必要はない。
【００２１】
インバータ３０は、Ｕ相アーム５２と、Ｖ相アーム５４と、Ｗ相アーム５６とを含む。Ｕ相アーム５２、Ｖ相アーム５４およびＷ相アーム５６の各々は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続され、半導体モジュールからなる上アームおよび下アームからなる。各相アームにおける上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続される。
【００２２】
Ｕ相アーム５２の上アームは、パワートランジスタＱ３と、パワートランジスタＱ３に逆並列に接続されるダイオードＤ３とからなり、Ｕ相アーム５２の下アームは、パワートランジスタＱ４と、パワートランジスタＱ４に逆並列に接続されるダイオードＤ４とからなる。Ｖ相アーム５４の上アームは、パワートランジスタＱ５と、パワートランジスタＱ５に逆並列に接続されるダイオードＤ５とからなり、Ｖ相アーム５４の下アームは、パワートランジスタＱ６と、パワートランジスタＱ６に逆並列に接続されるダイオードＤ６とからなる。Ｗ相アーム５６の上アームは、パワートランジスタＱ７と、パワートランジスタＱ７に逆並列に接続されるダイオードＤ７とからなり、Ｗ相アーム５６の下アームは、パワートランジスタＱ８と、パワートランジスタＱ８に逆並列に接続されるダイオードＤ８とからなる。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、対応する出力ラインを介してモータジェネレータＭＧの対応する相のコイルの反中性点側に接続されている。
【００２３】
インバータ３０は、制御装置４００からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受取る直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。
【００２４】
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。
【００２５】
制御装置４００は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値、各相電流値、およびインバータ３０の入力電圧に基づいてモータジェネレータＭＧの各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してインバータ３０へ出力する。ここで、モータジェネレータＭＧの各相電流値は、インバータ３０の各アームを構成する半導体モジュールに組込まれた電流センサによって検出される。この電流センサは、Ｓ／Ｎ比が向上するように半導体モジュール内に配設されている。また、制御装置４００は、上述したトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ３０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ２０へ出力する。
【００２６】
さらに、制御装置４００は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電流を直流電力に変換してバッテリＢに充電するため、コンバータ２０およびインバータ３０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。
【００２７】
この負荷駆動装置１０においては、コンバータ２０は、制御装置４００からの制御信号に基づいて、バッテリＢから受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ３０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。
【００２８】
また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧの回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を昇圧してバッテリＢを充電する。
【００２９】
図２は、図１の発明に従った多層配線基板の平面図である。図３は図１で用いられるインバータおよびコンバータを構成する半導体素子の冷却構造の断面図であって、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２および図３を参照して、多層配線基板３１は板状であり、その平面形状はほぼ長方形状とされる。多層配線基板３１を貫通するように貫通ビア４１が設けられており、貫通ビア４１は導電材料により構成されて多層配線基板３１の表面から裏面へ貫通している。貫通ビア４１は格子状に配置されており、互いに一定の間隔を隔てて配置される。それぞれの貫通ビア４１は互いに絶縁されている。
【００３０】
貫通ビア４１を取囲むように磁性体４３が配置される。磁性体４３は矩形状に配置されている。磁性体４３に取囲まれた領域上に磁気センサ７０が配置される。磁気センサ７０は、電流により誘起される磁界を検出するためのセンサであり、たとえばＭＲ素子、ホール素子、磁界検出コイルなどにより構成される。この磁気センサ７０の検出感度を高めるために磁性体４３が多層配線基板３１に内蔵されている。
【００３１】
磁気センサ７０には内層配線４０が接続されている。内層配線４０はビア４２と接続されており、磁気センサ７０からの電気信号の通過経路となる。
【００３２】
また、図２中の左側には、磁気センサ７０と接続されないビア４２および内層配線４０も設けられる。
【００３３】
図３を参照して、半導体素子のモジュール構造としての冷却構造２００では、外装ケースである冷却水路９１内に冷媒９４が満たされている。冷媒９４は、たとえば水または油により構成される。
【００３４】
冷却水路９１内に電子部品ケース９０が収納されている。電子部品ケース９０の外表面が冷媒９４と接触しており、外表面が冷媒９４により冷却されている。これにより、電子部品ケース９０内の温度が低く保たれている。電子部品ケース９０は所定の内部空間を有し、この内部空間内にさまざまな部品が収納されている。電子部品ケース９０表面に接触するように絶縁部材９８が設けられる。絶縁部材９８はたとえば接着剤により構成されて大電流用リード１１，１２を保持している。大電流用リード１１，１２は、たとえばリードフレームにより構成される。なお、バスバーにより大電流用リード１１，１２が構成されていてもよい。大電流用リード１１，１２の表面には導電性接合材５０が設けられ、大電流用リード１２側では導電性接合材５０上にパワートランジスタとしての半導体素子６０が位置決めされている。半導体素子６０は図１中のコンバータ２０およびインバータ３０を構成している。半導体素子６０は第一主表面６１および第二主表面６２を有し、第二主表面６２が導電性接合材５０と接触し、第一主表面６１は多層配線基板３１と接触している。半導体素子６０で発生した熱は第一主表面６１から多層配線基板３１へ伝わり、かつ第二主表面６２から導電性接合材５０および大電流用リード１２へ伝わる。多層配線基板３１の第一主表面１４１が半導体素子６０の第一主表面６１と向かい合っている。多層配線基板３１の第一主表面１４１から第二主表面２４１まで貫通ビア４１が貫通している。貫通ビア４１は半導体素子６０と大電流用リード１１との間に介在し、大電流用リード１１から供給される大電流を半導体素子６０へ伝える働きをする。貫通ビア４１の外周側には磁性体４３が埋込まれている。また、多層配線基板３１内には内層配線４０が埋込まれ、内層配線４０はビア４２により半導体素子６０と電気的に接続されている。冷却構造は、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子６０と、多層配線基板３１とを備える。多層配線基板３１は、モータ駆動時の大電流を流すことが可能な数の貫通ビア４１と、ゲート電極やＯＮチップ電流センサ、ＯＮチップ温度センサに接続する制御ラインとを備える。多層配線基板３１は、ガラスエポキシ基板、フレキシブル配線基板などにより構成される。大電流用リード１１，１２は、モータ駆動時に大電流を流すためのリードフレームである。大電流用リード１１，１２には、それぞれを電気的および機械的に接合する導電性接合材５０が設けられる。導電性接合材５０は、はんだ、導電性接着剤、導電性樹脂シート、異方性導電ペースト等により構成される。多層配線基板３１には、ビア４２に流れる電流により誘起される磁界を検知するセンサが実装されている。また、この磁気センサ７０の検出感度を高めるための磁性体４３が内蔵されている。これらにより、各電子部品からの熱を効果的に回収および放熱することが可能となり、さらに電子部品に流れる電流を正確に知ることが可能となる。
【００３５】
リードの代わりに多層配線基板３１を利用することで、ワイヤボンドが不要となり、エミッタ電極に接合するスペーサも貫通ビア４１で代用可能となる。その結果、素子の熱をより効率よく逃がすことが可能となる。さらに、磁性体４３を貫通ビア４１の周囲に配置し、磁気センサ７０を実装することで電流センサ機能を内蔵することが可能である。
【００３６】
半導体素子６０の冷却構造は、互いに対向する第一および第二主表面６１，６２を有する半導体素子６０と、第一主表面６１に接触し、貫通ビア４１および磁気センサ７０を含む多層配線基板３１と、第二主表面６２に接触する接合部材としての導電性接合材５０とを備える。多層配線基板３１を用いて半導体素子６０と大電流用リード１１との接続が行なわれる。
【００３７】
本発明に従った構造では、大電流用リード１１と接続するために、エミッタ電極に接合するスペーサの代わりに貫通ビア４１を用いる。制御回路基板への接続には、ビア４２および内層配線４０を用いる。これにより外部との接続が可能となる。厚みが０．５ｍｍ程度の多層配線基板３１を用いることにより、ワイヤボンドに必要な間隔が不要となり、上下の大電流用リード１１，１２の間隔を狭めることが可能となる。これにより、より効果的な冷却が可能となる。さらに、ワイヤボンドに必要な間隔がなくなり、装置全体の厚みも小さくすることが可能となる。
【００３８】
また、多層配線基板３１を実装することにより、素子の実装工程で大電流用リード１１および１２ならびに制御回路への接続を同時に行なうことが可能となり、工程が単純化する。
【００３９】
また、磁性体４３を内層に埋込み、その内側に磁気センサ７０を実装することにより、貫通ビア４１を流れる電流により生じる磁場の変化を感知することが可能となり、素子に流れる電流の大きさを測定することが可能となる。
【００４０】
半導体素子６０のエミッタ電極に接合するスペーサへの接続とゲート電極への接続の絶縁を確保する必要がある。その方法として、電極間を十分に空けて絶縁を確保したり、電極間に封止材を流し込む、あるいはアンダフィル剤を流し込む、熱可塑性樹脂シートにてはんだの周りを囲み、はんだ接合と同時に樹脂を溶解し接着させる、異方性導電ペーストその他を利用して絶縁を確保するなどの方法がある。
【００４１】
次に、貫通ビアの構造について説明する。図４から図７は貫通ビアの構造を示す平面図である。図４では、貫通ビア４１が格子状に配置されている。図５では、貫通ビア４１が矩形状に配置されている。図６では貫通ビア４１が千鳥状に配置されている。図７では、貫通ビア４１が四角形状に配置されている。図４から図７で示すように、リードと接触する貫通ビア４１の形状については、最大電流を流すことができるだけの断面積を確保する必要がある。さらに、できる限り広い断面積を確保することで、抵抗の低減および放熱性能の向上に効果が得られる。そのため、上記のような配置や形状が考えられる。但し、接合部の信頼性を考慮する必要がある。貫通ビア４１の形状は六角形状などの多角形状でもよい。さらに、図４および図６では、円形状の貫通ビア４１を示しているが、これに限られず楕円形状の貫通ビアであってもよい。
【００４２】
また、図２で示すように、電流センサとしての磁気センサ７０の配置に関し、貫通ビア４１の周りを磁性体４３が取囲む形状が好ましい。これにより、信号ラインにより誘起される磁界の影響を少なくすることが可能となる。なお、磁性体４３は必ずしも設ける必要はない。
【００４３】
貫通ビア４１に電流が流れることにより磁界が誘起される。これにより磁性体４３が励磁される。磁気センサ７０がその励磁によって変化する磁界の状態を検知し、電流値を求める。磁性体４３は、基板の表面または内部に形成される。すなわち、図２および３では多層配線基板３１の内部に磁性体４３が埋込まれていたが、磁性体４３は多層配線基板３１の表面に露出していてもよい。多層配線基板３１にキャビティを形成し、その中に磁気センサ７０を実装すると、より小型化が可能となる。さらに、電磁吸収体で蓋を設けることにより、外部からのノイズの影響を低減し、より精度の高い磁気センサ７０が得られる。
【００４４】
さらに、電流センサ機能が得られる方法であれば、磁性体４３と磁気センサ７０の代わりに、ロゴスキーコイルを多層配線基板３１に形成し、それにより磁界の強度変化を検出してもよい。
【００４５】
さらに、ノイズフィルタ、積分回路等の電子部品、ＶＩＣを多層配線基板３１に実装してもよい。これにより、さらに多層配線基板３１を有効活用することが可能となる。
【００４６】
図８は多層配線基板の分解斜視図である。図８を参照して、多層配線基板３１は、最表層１３１，１３４と、最表層１３１，１３４に囲まれる内層１３２，１３３を有する。内層１３２，１３３では、貫通ビア４１を磁性体４３が取囲んでいる。そして、磁性体４３が導電性である場合、上述のように最表層１３１，１３４では絶縁がなされている。最表層１３４を構成する絶縁層には、貫通ビア４１の他に、素子との信号のやり取りを行なうためのビア４２が設けられている。ビア４２は内層１３３にも設けられており、ビア４２は内層配線４０と接続されている。ビア４２によって素子のゲートおよび外部の端子との接続が行なわれる。この構造により、ワイヤボンドの工程を削減し、工程の簡略化を図ることができる。
【００４７】
但し、磁性体４３が完全な絶縁体の場合には、最表層１３１，１３４の絶縁層は必ずしも必要なくなり、より単純な構造が得られる。さらに、電流を検出するのに十分な感度が得られる場合には、磁性体４３が埋込まれている内層の数を減らしてもよい。貫通ビア４１、ビア４２は、レーザやドリル等で穴あけがなされ、導電性ペーストあるいはめっき等により導通される。
【００４８】
図９は、別の例に従った半導体素子の冷却構造の断面図である。図９では半導体素子６０の第一主表面６１にバンプ５１が接触しており、バンプ５１を介して半導体素子６０と貫通ビア４１とが接触している。バンプ５１は金、はんだなどで構成され半導体素子６０および多層配線基板３１のいずれかの上に形成される。
【００４９】
図１０は別の例に従った半導体素子の冷却構造の断面図である。図１０では、多層配線基板３１にキャビティ１３５を設けている。キャビティ１３５を設けることにより、実装時の半導体素子６０のずれを低減する。さらに、キャビティ１３５内部に磁性体４３を内蔵する構造とすることにより、磁性体４３の断面積を大きくすることが可能となる。これにより、磁気検出感度が向上する。さらに、磁性体４３を埋込むスペースを厚み方向に増やすことが可能となるため、エミッタ部分の接続部を薄くすることが可能となり、放熱性がさらに向上する。
【００５０】
図１１は別の例に従った多層配線基板の分解斜視図である。図１１では、内層１３２および内層１３３には内層配線４０がパターニングされており、また内層１３２，１３３の表裏を導通するビア４２が形成されている。これらによりロゴスキーコイルが形成される。このロゴスキーコイルに生じる起電力を測定することにより、貫通ビア４１に流れる電流の大きさを見積もることが可能となる。
【００５１】
次に、実施の形態１に従った半導体装置の冷却構造の製造方法について説明する。図１２は多層配線基板の製造方法を説明するための平面図である。図１３は図１２中の矢印ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。図１４から図１８は、半導体基板装置の冷却構造を説明するための図である。図１２および図１３を参照して、貫通ビア４１、表層パターン４４、内層配線４０および磁性体４３を具備した多層配線基板３１を作製する。貫通ビア４１の配置は、格子状、千鳥状、矩形状、ベタパターンなどを構成することができる。さらに、酸化から守るためにこれらの表面にめっきを施してもよい。この多層配線基板３１に、磁気センサ７０を所定の位置に実装する。
【００５２】
図１４を参照して、大電流用リード１２とパワートランジスタとしての半導体素子６０とを導電性接合材５０により接合する。接合方法として、はんだ箔を間に挟むはんだペースト、導電性樹脂ペースト等をリードに塗布し、加熱し接合を行なうなどの方法を採用することができる。
【００５３】
図１５を参照して、残りの大電流用リード１１および多層配線基板３１を接合する。この場合、半導体素子６０を実装した大電流用リード１２に多層配線基板３１、大電流用リード１１の順に接合してもよい。先に大電流用リード１１に多層配線基板３１を接合してから半導体素子６０と多層配線基板３１とを接合してもよい。
【００５４】
図１６を参照して、絶縁部材９８を大電流用リード１１，１２の表面に接合し、電子部品ケース９０に挿入する。最後に電子部品ケース９０の内部に絶縁性封止材８０を流し込んで封止を行なう。
【００５５】
このように構成された実施の形態１に従った半導体素子の冷却構造では、エミッタ電極に接合するスペーサをなくし、装置の厚みをなくすることにより、半導体素子６０の両面を冷却することで冷却効率を向上させることができる。さらに、電子部品単体での電流測定を行なうことが可能となる。また、多層配線基板３１を用いて接続を実現するため構成が容易となり、組付けの容易性が向上する。
【００５６】
また、ビア４２および内層配線４０を含んで構成される多層配線基板３１を用いてパワー素子とゲートとの接続を行なうためワイヤボンドをなくし厚みを薄くして両面冷却構造を実現することができる。
【００５７】
図１７および図１８を参照して、別の製造方法を説明する。図１７で示すように、多層配線基板３１に、先に半導体素子６０および磁気センサ７０を実装することも可能である。このようにすることにより、後での工程の取扱が容易となる。
【００５８】
図１８を参照して、大電流用リード１１を接合する。段階的に１つずつ接合してもよいが、同時に上下接合を行なってもよい。このとき、先に半導体素子６０の実装を行なった際に利用した導電性の接合材の融点よりも低い温度で接合が完了する接合材を用いることが好ましい。この状態で、上述の製法と同様に絶縁部材９８を接合し、電子部品ケース９０へ挿入および絶縁性封止材８０を封入して半導体素子の冷却構造が完成する。
【００５９】
（実施の形態２）
図１９は、この発明の実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の断面図である。図１９を参照して、この発明の実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造では、電子部品ケース９０が２分割となっている点で、実施の形態１に従った半導体素子の冷却構造と異なる。電子部品ケース９０が分割されていることにより、電子部品ケース９０内への各装置の挿入が容易となる。図２０から図２４は、図１９で示す実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の製造方法を示す断面図である。
【００６０】
図２０を参照して、大電流用リード１２を準備する。
図２１を参照して、大電流用リード１２に絶縁部材９８を接合する。接合方法としては、接着、ロウ付け、はんだ付けなどがある。
【００６１】
図２２を参照して、絶縁部材９８の両側に大電流用リード１２を設けてもよい。
図２３を参照して、絶縁部材９８と電子部品ケース９０とを接合する。接合方法として、接着、ロウ付け、はんだ付けなどがある。なお、この図では、電子部品ケース９０が絶縁材の場合または接合材が絶縁材の場合、大電流用リード１２と電子部品ケース９０との間に絶縁部材９８を介在させずに大電流用リード１２と電子部品ケース９０とを直接接合してもよい。
【００６２】
図２４を参照して、図２２の大電流用リード１２を電子部品ケース９０に接合してもよい。
【００６３】
以上のように構成された実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造２００では、実施の形態１に従った半導体素子の冷却構造２００と同様の効果がある。
【００６４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
この発明は、たとえば車両に搭載される半導体素子の冷却構造の分野で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明に従った半導体素子を有する負荷駆動装置の主要部の構成を示す電気回路図である。
【図２】図１の発明に従った多層配線基板の平面図である。
【図３】図１で用いられるインバータおよびコンバータを構成する半導体素子の冷却構造の断面図であって、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】貫通ビアの構造を示す平面図である。
【図５】貫通ビアの構造を示す平面図である。
【図６】貫通ビアの構造を示す平面図である。
【図７】貫通ビアの構造を示す平面図である。
【図８】多層配線基板の分解斜視図である。
【図９】別の例に従った半導体素子の冷却構造の断面図である。
【図１０】別の例に従った半導体素子の冷却構造の断面図である。
【図１１】別の例に従った多層配線基板の分解斜視図である。
【図１２】多層配線基板の製造方法を説明するための平面図である。
【図１３】図１２中の矢印ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１４】図３で示す実施の形態１に従った半導体基板装置の冷却構造を説明するための図である。
【図１５】図３で示す実施の形態１に従った半導体基板装置の冷却構造を説明するための図である。
【図１６】図３で示す実施の形態１に従った半導体基板装置の冷却構造を説明するための図である。
【図１７】図３で示す実施の形態１に従った半導体基板装置の冷却構造を説明するための図である。
【図１８】図３で示す実施の形態１に従った半導体基板装置の冷却構造を説明するための図である。
【図１９】この発明の実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の断面図である。
【図２０】図１９で示す実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の製造方法を示す断面図である。
【図２１】図１９で示す実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の製造方法を示す断面図である。
【図２２】図１９で示す実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の製造方法を示す断面図である。
【図２３】図１９で示す実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の製造方法を示す断面図である。
【図２４】図１９で示す実施の形態２に従った半導体素子の冷却構造の製造方法を示す断面図である。
【図２５】従来の半導体素子の冷却構造の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  負荷駆動装置、１１，１２  大電流用リード、２０  コンバータ、３０  インバータ、３１  多層配線基板、４０  内層配線、４１  貫通ビア、４２  ビア、４３  磁性体、４４  表層パターン、５０  導電性接合材、５１  バンプ、６０  半導体素子、６１  第一主表面、６２  第二主表面、７０  磁気センサ、８０  絶縁性封止材、９０  電子部品ケース、９１  冷却水路、９４  冷媒、９８  絶縁部材、１３１，１３４  最表層、１３２，１３３  内層、１３５  キャビティ、１４１  第一主表面、２００  冷却構造、２４１  第二主表面、４００  制御装置、６２０，６４０，６６０  出力ライン。
【図１】
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【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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