JP2005228976A - 半導体モジュール、半導体装置および負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐震性に優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体素子部および冷却器が樹脂モールドによって一体成形された半導体モジュール５１が積層され、その積層された半導体モジュール５１からなる半導体モジュールＡＳＳＹ５０がハウジング５６，５８に挿入されて固定される。冷媒タンク５２，５４は、半導体モジュールＡＳＳＹ５０を両側から挟み込むようにしてそれぞれハウジング５６，５８に接続される。
【選択図】 図５

Description

この発明は、半導体モジュール、半導体装置および負荷駆動装置に関し、特に、半導体素子部およびそれを冷却する冷却部からなる半導体モジュール、ならびに積層された複数のその半導体モジュールを含む半導体装置および負荷駆動装置に関する。

近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きく注目されており、ハイブリッド自動車は、既に実用化されている。

ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

ハイブリッド自動車や電気自動車、あるいは電車などの車両システムにおいては、インバータやコンバータなどの電子部品において多数のパワー半導体素子が用いられる。そして、レイアウト面積や効率的な冷却性などの観点から、一般に、複数のパワー半導体素子は、冷却器と交互に連設され、上記の電子部品が構成される（以下では、このような構成を「半導体スタック」とも称する。）。

特開平９−２６０５８５号公報では、冷却性能の高い両面冷却型のパワー半導体素子が冷却器と交互に複数個直列に連設され、これらをばねによって狭圧した半導体スタックの構成が開示されている（特許文献１参照）。
特開平９−２６０５８５号公報 特開２００１−３０８２３７号公報 特開２００１−３０８２４５号公報

しかしながら、特開平９−２６０５８５号公報において開示されたばねで狭圧する半導体スタックの構成では、振動が大きい車両システムに搭載されるときなどには十分にスタック構成を保持することができない可能性がある。特に、システムの小型化を目的として、半導体スタックを含む負荷駆動装置がモータに直付けして配設されるときなどは、さらに振動が大きくなるので、従来のスタック構成では信頼性に欠ける。

また、半導体スタックにおける各冷却器に冷却水を通流する冷却系統をどのように構成するかは、半導体装置の構造や冷却性能などの観点から重要であるが、上述した特開平９−２６０５８５号公報では、かかる冷却系統の具体的な構造は、何ら開示されていない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、耐震性に優れた半導体モジュールを提供することである。

また、この発明の別の目的は、耐震性に優れた半導体装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、耐震性に優れた負荷駆動装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、簡易な冷却構造で半導体スタックを冷却可能な半導体装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、簡易な冷却構造で半導体スタックを冷却可能な負荷駆動装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、半導体スタックを効率的に冷却可能な半導体装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、半導体スタックを効率的に冷却可能な負荷駆動装置を提供することである。

この発明によれば、半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子を冷却する冷却器と、半導体素子および冷却器を封止し、かつ、半導体素子および冷却器の相対的な位置関係を固定する封止手段とを備える。

好ましくは、冷却器は、半導体素子を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の冷却部を含む。

好ましくは、冷却器は、セラミック材からなる。

好ましくは、冷却器は、絶縁シートを備えた金属部材からなる。

また、この発明によれば、半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子を封止する封止手段とを備え、封止手段は、半導体素子を冷却する冷媒が通流する冷媒路を有する。

また、この発明によれば、半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子に隣接する電極基板と、半導体素子および電極基板を封止し、かつ、半導体素子および電極基板の相対的な位置関係を固定する封止手段とを備え、電極基板および封止手段は、半導体素子を冷却する冷媒が通流する冷媒路を有する。

好ましくは、封止手段は、樹脂材である。

また、この発明によれば、半導体装置は、上述したいずれかの半導体モジュールを複数個積層した半導体モジュール群と、半導体モジュール群を一体的に固定するハウジングとを備える。

好ましくは、ハウジングは、半導体モジュールの積層方向に沿って半導体モジュール群の両側に設けられる第１および第２のハウジングからなり、半導体モジュール群は、第１および第２のハウジングに対向する両端がそれぞれ第１および第２のハウジングに挿入されて固定される。

好ましくは、半導体モジュール群を両側から挟み込むようにして第１および第２のハウジングにそれぞれ接続される第１および第２の冷媒タンクをさらに備え、積層された複数の半導体モジュールの各々は、第１および第２のハウジング側に冷媒の通流口を有する。

好ましくは、第１および第２の冷媒タンクの各々は、外部から冷媒が供給または排出される冷媒口を有し、かつ、第１または第２のハウジングに接続される開口部を有する。

好ましくは、第１および第２の冷媒タンクの各々は、半導体モジュール群に冷媒を供給するための第１のヘッダ部と、半導体モジュール群から冷媒を排水するための第２のヘッダ部とを含み、第１および第２のタンクの各々における第１および第２のヘッダ部は、半導体モジュールの積層方向に半導体素子を挟んで隣接する冷媒路において、冷媒の通流方向が互いに異なるように半導体モジュール群に接続される。

また、この発明によれば、負荷駆動装置は、電気負荷を駆動するインバータ装置と、インバータ装置を制御する制御装置とを備え、インバータ装置は、上述したいずれかの半導体モジュールを複数個積層した半導体モジュール群と、半導体モジュールの積層方向に沿って半導体モジュール群の両側に設けられ、半導体モジュール群を一体的に固定する第１および第２のハウジングと、半導体モジュール群を両側から挟み込むようにして第１および第２のハウジングにそれぞれ接続される第１および第２の冷媒タンクとを含み、積層された複数の半導体モジュールの各々は、第１および第２のハウジング側に冷媒の通流口を有し、半導体モジュール群は、第１および第２のハウジングに対向する両端がそれぞれ第１および第２のハウジングに挿入されて固定される。

この発明による半導体モジュールにおいては、半導体素子および冷却器が封止手段によって一体的にパッケージ化される。したがって、この発明によれば、耐震性が向上する。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、半導体素子を挟み込むように設けられる第１および第２の冷却部によって半導体素子が両側から冷却される。したがって、この発明によれば、効果的に半導体素子を冷却できる。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、冷却器が絶縁体のセラミック材からなるので、半導体素子と冷却器との間に絶縁体を設ける必要がなくなり、その結果、熱抵抗が低減される。したがって、この発明によれば、効率的に半導体素子を冷却できる。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、絶縁シートを備えた安価な金属部材で冷却器が構成される。したがって、この発明によれば、材料コストが低減される。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、封止手段自体が冷媒路を有するので、冷却器を別途設ける必要がない。したがって、この発明によれば、耐震性が向上するうえ、冷却器が不要な分だけ材料コストを低減できる。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、電極基板および封止手段自体が冷媒路を有するので、熱抵抗が低減される。したがって、この発明によれば、耐震性が向上するうえ、効率的に半導体素子を冷却できる。また、冷却器を別途設ける必要がないので、材料コストも低減できる。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、樹脂材によって半導体素子および／または冷却器が固定封止される。したがって、この発明によれば、簡易な構成で耐震性を向上させることができる。

また、この発明による半導体装置においては、複数の半導体モジュールを積層した半導体モジュール群をハウジングによって固定するので、ばねで狭圧して固定する従来の方法よりも頑強に複数の半導体モジュールが固定される。したがって、この発明によれば、半導体モジュール群を備える半導体装置の耐震性が向上する。

また、この発明による半導体装置においては、半導体モジュール群の両側を第１および第２のハウジングに挿入して固定するので、製造が容易である。したがって、この発明によれば、半導体装置の組付性が向上する。

また、この発明による半導体装置においては、半導体モジュール群の両側に設けられる第１および第２のハウジングにそれぞれ第１および第２の冷媒タンクを接続する構成としたので、製造が容易である。したがって、この発明によれば、半導体装置の組付性が向上する。

また、この発明による半導体装置においては、第１および第２の冷媒タンクの開口部を第１および第２のハウジングにそれぞれ接続するので、各半導体モジュールの冷却器ごとに対応する配管を設ける必要がない。したがって、この発明によれば、冷却構造が簡素化され、コスト低減および装置の小型化を図ることができる。

また、この発明による半導体装置においては、半導体素子を挟んで冷却水の通流方向が互いに異なるので、半導体素子の冷却むらが抑えられる。したがって、この発明によれば、冷却水を低流量化でき、その結果、冷却系統を小型化できる。

また、この発明による負荷駆動装置においては、複数の半導体モジュールを積層した半導体モジュール群が第１および第２のハウジングによって固定され、この第１および第２のハウジングにそれぞれ第１および第２の冷媒タンクを接続する構成としたので、頑強に複数の半導体モジュールが固定され、かつ、製造が容易である。したがって、この発明によれば、負荷駆動装置の耐震性が向上し、かつ、その組付性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明による負荷駆動装置が搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車１０は、バッテリ１２と、パワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下「ＰＣＵ」と称する。）１４と、動力出力装置１６と、ディファレンシャルギア（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａｒ、以下「ＤＧ」と称する。）１８と、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、フロントシート２４Ｒ，２４Ｌと、リアシート２６とを備える。

バッテリ１２は、たとえば、リアシート２６の後方に配設される。ＰＣＵ１４は、たとえば、フロントシート２４Ｒ，２４Ｌの下部に位置するフロア下領域に配設される。動力出力装置１６は、たとえば、ダッシュボード２８の前方のエンジンルームに配設される。そして、ＰＣＵ１４は、バッテリ１２および動力出力装置１６と電気的に接続される。動力出力装置１６は、ＤＧ１８と連結される。

直流電源であるバッテリ１２は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなり、直流電圧をＰＣＵ１４へ供給するとともに、ＰＣＵ１４からの直流電圧によって充電される。

ＰＣＵ１４は、バッテリ１２から受ける直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータ（図示せず）を駆動制御する。また、ＰＣＵ１４は、動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１２を充電する。

動力出力装置１６は、図示されないエンジンおよび／またはモータジェネレータによる動力をＤＧ１８へ出力する。また、動力出力装置１６は、前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力によって発電し、その発電された電力をＰＣＵ１４に供給する。

ＤＧ１８は、動力出力装置１６から受ける動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力を動力出力装置１６に伝達する。

図２は、図１に示されるＰＣＵ１４の主要部の構成を示す回路図である。

図２を参照して、ＰＣＵ１４は、インバータ１４２，１４４と、制御装置１４６と、平滑コンデンサＣ１と、スナバコンデンサＣ２と、電源ラインＬ１と、接地ラインＬ２と、出力ライン１５８，１６８とを含む。インバータ１４２は、パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６と、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６とを含み、インバータ１４４は、パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２６とを含む。

モータジェネレータＭＧ１は、３相交流同期発電機であって、図示されないエンジンからの動力を交流電力に変換し、その交流電力をインバータ１４２へ出力する。モータジェネレータＭＧ２は、３相交流同期電動機であって、インバータ１４４から受け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ＭＧ２は、ハイブリッド自動車１０の減速時に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電し、その交流電力をインバータ１４４へ出力する。

インバータ１４２は、Ｕ相アーム１５２、Ｖ相アーム１５４およびＷ相アーム１５６からなる。Ｕ相アーム１５２、Ｖ相アーム１５４およびＷ相アーム１５６は、電源ラインＬ１と接地ラインＬ２との間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム１５４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム１５６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。また、各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。

各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン１５８を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、パワートランジスタＱ１１，Ｑ１２の接続点にＵ相コイルの他端が接続され、パワートランジスタＱ１３，Ｑ１４の接続点にＶ相コイルの他端が接続され、パワートランジスタＱ１５，Ｑ１６の接続点にＷ相コイルの他端が接続されている。

インバータ１４４は、Ｕ相アーム１６２、Ｖ相アーム１６４およびＷ相アーム１６６からなる。Ｕ相アーム１６２、Ｖ相アーム１６４およびＷ相アーム１６６も、電源ラインＬ１と接地ラインＬ２との間に並列に接続される。Ｕ相アーム１６２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２１，Ｑ２２からなり、Ｖ相アーム１６４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２３，Ｑ２４からなり、Ｗ相アーム１６６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２５，Ｑ２６からなる。また、各パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続されている。

そして、インバータ１４４においても、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン１６８を介してモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。

平滑コンデンサＣ１は、電源ラインＬ１と接地ラインＬ２との間に接続され、電圧変動に起因するインバータ１４２，１４４への影響を低減する。スナバコンデンサＣ２は、電源ラインＬ１と接地ラインＬ２との間に接続され、サージ電圧を低減する。平滑コンデンサＣ１に並列にスナバコンデンサＣ２を別途設けたのは、後述するようにインバータ１４２，１４４にスナバコンデンサＣ２を近接して配置することによって、配線インダクタンスを極力抑えてサージ電圧の低減を十分に図るためである。

制御装置１４６は、インバータ１４４におけるパワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６のスイッチング動作を制御し、バッテリ１２から供給される電力に基づいてモータトルク指令に応じたトルクをモータジェネレータＭＧ２に発生させるためにインバータ１４４を制御する。また、制御装置１４６は、インバータ１４２におけるパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作を制御し、モータジェネレータＭＧ１によって発生された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２を充電するためにインバータ１４２を制御する。

このＰＣＵ１４においては、インバータ１４４は、バッテリ１２から電源ラインＬ１および接地ラインＬ２を介して直流電力を受け、その受けた直流電力を交流電力に変換し、出力ライン１６８を介してその交流電力をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。インバータ１４２は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を出力ライン１５８を介して受け、その受けた交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＬ１および接地ラインＬ２を介してバッテリ１２を充電する。また、インバータ１４４は、モータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を出力ライン１６８を介して受け、その受けた交流電力を直流電力に変換し、電源ラインＬ１および接地ラインＬ２を介してバッテリ１２を充電することもできる。

このように、ＰＣＵ１４は、バッテリ１２からの直流電力に基づいてモータジェネレータＭＧ２を駆動するとともに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力をバッテリ１２へ供給する。

図３は、図２に示されるＰＣＵ１４の構造を示す斜視図であり、図４は、その平面図である。

図３，図４を参照して、ＰＣＵ１４は、インバータ装置３０と、バスバーＡＳＳＹ３２と、電流センサ３４，３６と、平滑コンデンサＣ１と、スナバコンデンサＣ２と、制御基板１４７と、出力バスバー１５９，１６９と、ケース３８とを含む。インバータ装置３０は、図２に示したインバータ１４２，１４４を含む。インバータ装置３０については、後ほどその構造を詳説する。

バスバーＡＳＳＹ３２は、インバータ装置３０と平滑コンデンサＣ１との間であって、インバータ装置３０に隣接して配設される。バスバーＡＳＳＹ３２は、インバータ装置３０から引き出されるバスバーを装置レイアウトを考慮して配線する配線ケースである。出力バスバー１５９，１６９は、図２に示した出力ライン１５８，１６８にそれぞれ対応し、バスバーＡＳＳＹ３２の平滑コンデンサＣ２と対向する面の両側からそれぞれ水平に引き出される。

電流センサ３４，３６は、出力バスバー１５９，１６９に流れる電流を検出するセンサであって、バスバーＡＳＳＹ３２に隣接して出力バスバー１５９，１６９に取付けられる。なお、電流センサ３４，３６は、図２の回路図では図示されていない。スナバコンデンサＣ２は、電流センサ３４，３６に挟まれるようにして、バスバーＡＳＳＹ３２の平滑コンデンサＣ２と対向する面に隣接して配設される。

スナバコンデンサＣ２をバスバーＡＳＳＹ３２に隣接して配設したのは、上述したように、インバータ装置３０およびスナバコンデンサＣ２間の配線インダクタンスを低減するためである。また、バスバーＡＳＳＹ３２の中央部には開口部が設けられるところ、この開口部がスナバコンデンサＣ２によって覆われるので、バスバーＡＳＳＹ３２内への粉塵の侵入が防止され、バスバーＡＳＳＹ３２内の導電部における短絡が防止される。

制御基板１４７は、インバータ装置３０を挟んでバスバーＡＳＳＹ３２の反対側であって、インバータ装置３０に平行に配設される。そして、制御基板１４７上に図２に示した制御装置１４６が実装される。

図５は、図３，図４に示されるインバータ装置３０の斜視図である。

図５を参照して、インバータ装置３０は、半導体モジュールＡＳＳＹ５０と、冷媒タンク５２，５４と、ハウジング５６，５８とからなる。半導体モジュールＡＳＳＹ５０は、半導体モジュール５１が６段積層されて構成される。半導体モジュールＡＳＳＹ５０の上３段の半導体モジュール５１は、それぞれモータジェネレータＭＧ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各アームに対応する。また、半導体モジュールＡＳＳＹ５０の下３段の半導体モジュール５１は、それぞれモータジェネレータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各アームに対応する。

ハウジング５６，５８は、半導体モジュールＡＳＳＹ５０の両側に設けられ、積層された半導体モジュール５１を固定する。すなわち、半導体モジュールＡＳＳＹ５０は、その両側においてハウジング５６，５８に挿入され、たとえば、レーザや超音波などを用いてハウジング５６，５８に接着される。

冷媒タンク５２，５４は、それぞれハウジング５６，５８を介して半導体モジュールＡＳＳＹ５０を両側から挟み込むように設けられ、たとえば、レーザや超音波などを用いてそれぞれハウジング５６，５８に接着される。冷媒タンク５２，５４の各々は、冷媒が流入または流出される冷媒口を有する。

図６〜図８は、図５に示される各半導体モジュール５１の構造を説明するための図である。図６は、図５に示される半導体モジュール５１の斜視図であり、図７は、図６に示される半導体モジュール５１の長手方向に沿った垂直断面の断面図である。図８は、図７に示される半導体モジュール５１の断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面図である。

図６〜図８を参照して、半導体モジュール５１は、半導体チップＱ１，Ｑ２と、正極導体６０と、負極導体６２と、出力導体６４と、導体６６，６８と、絶縁シート７０，７２と、冷却器７４，７６と、モールド樹脂７８と、正極バスバー６１と、負極バスバー６３と、出力バスバー６５，６７と、制御端子８０，８２とからなる。

半導体チップＱ１は、上アームにおけるパワートランジスタおよびダイオードを構成し、半導体チップＱ２は、下アームにおけるパワートランジスタおよびダイオードを構成する。たとえば、この半導体モジュール５１が図２に示されるインバータ１４２のＵ相アーム１５２に対応するものであるときは、半導体チップＱ１は、パワートランジスタＱ１１およびダイオードＤ１１を構成し、半導体チップＱ２は、パワートランジスタＱ１２およびダイオードＤ１２を構成する。

半導体チップＱ１は、正極導体６０と導体６６との間に設けられ、半田などの導電性接合材によって正極導体６０および導体６６に固設される。半導体チップＱ２は、出力導体６４と導体６８との間に設けられ、半田などの導電性接合材によって出力導体６４および導体６８に固設される。また、導体６６，６８は、半田などの導電性接合材によってそれぞれ出力導体６４および負極導体６２にそれぞれ固設される。これによって、半導体チップＱ１は、正極導体６０および出力導体６４と電気的に接続され、半導体チップＱ２は、出力導体６４および負極導体６２と電気的に接続される。

正極導体６０、負極導体６２、出力導体６４、および導体６６，６８の各々は、たとえば銅からなる。正極導体６０および負極導体６２は、それぞれ正極バスバー６１および負極バスバー６３と接続される。出力導体６４および導体６６は、それぞれ出力バスバー６７，６５と接続される。出力バスバー６５，６７は、図示されないバスバーＡＳＳＹ３２内で共通のバスバーに接続される。

絶縁シート７０，７２は、半導体チップＱ１，Ｑ２、正極導体６０、負極導体６２、出力導体６４、および導体６６，６８（以下では、これらをまとめて「半導体素子部」とも称する。）を両側から挟み込むように平行に設けられる。絶縁シート７０，７２は、これらに密接する半導体素子部を冷却器７４，７６と電気的に絶縁する。一方、絶縁シート７０，７２は、たとえばアルミナなどの高熱伝導率を有するフィラーを含有しており、半導体チップＱ１，Ｑ２から発生する熱をそれぞれ冷却器７４，７６へ伝熱する。

冷却器７４，７６は、たとえばアルミからなる。冷却器７４，７６は、それぞれ絶縁シート７０，７２における上記半導体素子部との接合面と対向する面に密接して設けられ、それぞれ内部に冷媒路８４，８６を含む。絶縁シート７０，７２とそれぞれに対応する冷却器７４，７６との各接合面には、接触熱抵抗を低減するためにグリスが塗布される。

モールド樹脂７８は、たとえば、エポキシ樹脂などであって、半導体素子部、絶縁シート７０，７２、および冷却器７４，７６を一体的に固定封止する。すなわち、半導体素子部、絶縁シート７０，７２、および冷却器７４，７６がモールド樹脂７８によってパッケージ化される。ただし、冷却器７４，７６の長手方向の端面においては、冷媒の通流口を確保する必要があるので、モールド樹脂７８によって覆われていない。

再び図５を参照して、このインバータ装置３０においては、半導体素子部および冷却器７４，７６が樹脂モールド７８によって一体成形された半導体モジュール５１が積層され、その積層された半導体モジュール５１がハウジング５６，５８に挿入されて固定される。したがって、このインバータ装置３０は、ばねによる狭圧の構成を採る従来のインバータ装置よりも極めて耐震性に優れ、振動に対する信頼性が高い。また、上記のように、このインバータ装置３０は、製造が容易であるので、組付性に優れる。

図９は、図５に示されるインバータ装置３０の冷却構造を概略的に説明するための図である。図９では、インバータ装置３０を冷却構造に絞って説明するために、図５に示されるインバータ装置３０の前面に垂直な断面が模式的に示されている。

図９を参照して、冷媒タンク５２，５４は、中空構造となっており、半導体モジュールＡＳＳＹ５０と接続される面が開口している。そして、冷媒タンク５２，５４は、図示されないハウジング５６，５８を介して半導体モジュールＡＳＳＹ５０の両端にその開口面が接続される。

このインバータ装置３０においては、冷媒口５３から冷媒タンク５２内に冷却水が供給されると、冷媒タンク５２から半導体モジュールＡＳＳＹ５０を構成する各半導体モジュール５１の各冷却器７４，７６に冷却水が供給される。各半導体モジュール５１の各冷却器７４，７６を通流した冷却水は、冷媒タンク５４に集められ、冷媒タンク５４の冷媒口５５から外部に排水される。

このインバータ装置３０においては、各半導体モジュール５１に冷媒を供給または排水する配管を各半導体モジュールの各冷却器ごとに設けて接続する必要がなく、半導体モジュール５１が積層された半導体モジュールＡＳＳＹ５０の両側に冷媒タンク５２，５４を直付けする構造としたので、冷却構造が簡素化される。

図１０は、図４に示されるＰＣＵ１４の断面Ｘ−Ｘの断面図である。

図１０を参照して、バスバーＡＳＳＹ３２から水平に引き出された出力バスバー１６９は、ケース３８の下部から外部へ突出するバスバー１７０と接続される。なお、図示されないが、出力バスバー１５９も、ケース３８の下部から外部へ突出するバスバー１６０と接続される。

このＰＣＵ１４においては、インバータの出力ラインをＰＣＵ１４のケース３８の下部から引き出すことによって、ＰＣＵ１４をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に直付けすることができる。

図１１は、図３，図４に示されるＰＣＵ１４がモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に直付けされて配置される様子を示す概念図である。

図１１を参照して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の上部にＰＣＵ１４が直付けされる。ＰＣＵ１４は、その下部から引き出された、出力ライン１５８を構成するバスバー１６０を介してモータジェネレータＭＧ１と接続され、同様に、その下部から引き出された、出力ライン１６８を構成するバスバー１７０を介してモータジェネレータＭＧ２と接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間には、動力出力機構を構成するギアＧＲが設けられている。

このように、ＰＣＵ１４をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に直付けする配置とすることによって、装置レイアウトを効率化できる。そして、このＰＣＵ１４は、上述したように、耐震性に優れているので、振動の大きいモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に直付けしても、信頼性が確保される。

また、ＰＣＵ１４をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に直付けすることによって、ＰＣＵ１４をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とそれぞれバスバー１６０，１７０で接続する際の防水処理を簡易化できる。

なお、上記においては、各半導体モジュール５１は、それぞれインバータを構成する各相アームに対応するものとしたが、必ずしも半導体モジュール５１がアーム単位で構成される必要はない。

また、上記においては、半導体モジュール５１を構成する正極導体６０、負極導体６２、出力導体６４、および導体６６，６８は銅からなり、冷却器７４，７６はアルミからなるものとしたが、これらを構成する部材は、銅やアルミに限られるものではない。すなわち、正極導体６０、負極導体６２、出力導体６４、および導体６６，６８の各々は、導電性かつ伝熱性に優れ、冷却器７４，７６は、伝熱性に優れるものであればよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、複数の半導体モジュール５１からなる半導体モジュールＡＳＳＹ５０をハウジング５６，５８によって両側から固定するので、半導体モジュールＡＳＳＹ５０が頑強に構成される。したがって、インバータ装置３０およびそれが搭載されるＰＣＵ１４の耐震性が向上する。その結果、装置レイアウトの効率化を目的に、振動の大きいモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にＰＣＵ１４を直付けしても、装置の信頼性が確保され、ハイブリッド自動車１０の信頼性も向上する。

また、この実施の形態１によれば、半導体モジュールＡＳＳＹ５０をその両側に設けられるハウジング５６，５８に挿入して固定し、さらに、そのハウジング５６，５８にそれぞれ冷媒タンク５２，５４を接続する構成としたので、製造が容易である。したがって、装置の組付性が向上し、製造コストを低減できる。

また、この実施の形態１によれば、冷媒タンク５２，５４の開口部をハウジング５６，５８にそれぞれ接続する構成としたので、各半導体モジュール５１の冷却器７４，７６ごとに対応する配管を設ける必要がない。したがって、インバータ装置３０の冷却構造が簡素化され、コスト低減および装置の小型化を図ることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２は、ＰＣＵにおけるインバータ装置を構成する各半導体モジュールの構成が実施の形態１と異なる。

図１２，図１３は、実施の形態２における各半導体モジュール５１Ａの構造を説明するための図である。図１２は、実施の形態２における半導体モジュール５１Ａの長手方向に沿った垂直断面の断面図であり、図１３は、図１２に示される半導体モジュール５１Ａの断面ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩの断面図である。

図１２，図１３を参照して、半導体モジュール５１Ａは、実施の形態１における半導体モジュール５１の構成において、冷却器７６および絶縁シート７２を含まず、モールド樹脂７８に代えてモールド樹脂７８Ａを含む。モールド樹脂７８Ａは、半導体素子部、絶縁シート７０および冷却器７４を一体的に固定封止する。

すなわち、実施の形態１における半導体モジュール５１が半導体素子部の両面に冷却器７４，７６が設けられる両面冷却型であったのに対し、この実施の形態２における半導体モジュール５１Ａは、半導体素子部を片面のみから冷却する片面冷却型である。

なお、実施の形態２によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態２によれば、実施の形態１における半導体モジュール５１と比べて冷却性は劣るが、薄型化されるので、半導体モジュール５１Ａを複数積層して構成される半導体モジュールＡＳＳＹを小型化できる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、ＰＣＵにおけるインバータ装置を構成する各半導体モジュールの他の構成が示される。

図１４，図１５は、実施の形態３における各半導体モジュール５１Ｂの構造を説明するための図である。図１４は、実施の形態３における半導体モジュール５１Ｂの長手方向に沿った垂直断面の断面図であり、図１５は、図１４に示される半導体モジュール５１Ｂの断面ＸＶ−ＸＶの断面図である。

図１４，図１５を参照して、半導体モジュール５１Ｂは、実施の形態１における半導体モジュール５１の構成において、冷却器７４，７６および絶縁シート７０，７２を含まず、モールド樹脂７８に代えてモールド樹脂７８Ｂを含む。モールド樹脂７８Ｂは、半導体素子部を一体的に固定封止する。そして、モールド樹脂７８Ｂは、半導体素子部の下部側および上部側にそれぞれ冷媒路８７，８８を有する。

すなわち、この実施の形態３における半導体モジュール５１Ｂは、冷却器を別途設けずに、半導体モジュール５１Ｂの長手方向に沿ってモールド樹脂７８Ｂに貫通路を直接設けて、これを冷媒路としている。

この半導体モジュール５１Ｂは、冷媒路８７，８８に対応する部分に型棒を仮設して半導体素子部とともにモールド樹脂７８Ｂによってモールド成形し、成形後に型棒を除去することによって製造される。

なお、実施の形態３によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態３によれば、アルミなどからなる冷却器を別途設ける必要がなくなるので、材料コストが低減される。

［実施の形態４］
実施の形態４では、ＰＣＵにおけるインバータ装置を構成する各半導体モジュールのさらに他の構成が示される。

図１６，図１７は、実施の形態４における各半導体モジュール５１Ｃの構造を説明するための図である。図１６は、実施の形態４における半導体モジュール５１Ｃの長手方向に沿った垂直断面の断面図であり、図１７は、図１６に示される半導体モジュール５１Ｃの断面ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩの断面図である。

図１６，図１７を参照して、半導体モジュール５１Ｃは、半導体チップＱ１，Ｑ２と、正極導体９０と、負極導体９２と、出力導体９４と、導体９６，９８と、モールド樹脂７８Ｃとからなる。正極導体９０、負極導体９２、出力導体９４、および導体９６，９８の各々は、半導体モジュール５１Ｃの長手方向に沿って内部に冷媒路を有する。たとえば、図１７に示されるように、正極導体９０および導体９６は、それぞれ複数の冷媒路１００，１０２を有する。

モールド樹脂７８Ｃは、半導体チップＱ１，Ｑ２、正極導体９０、負極導体９２、出力導体９４、および導体９６，９８からなる半導体素子部を一体的に固定封止する。そして、モールド樹脂７８Ｃは、正極導体９０、負極導体９２、出力導体９４、および導体９６，９８に設けられる冷媒路に対応して、半導体モジュール５１Ｃの長手方向に冷媒路１０１，１０３を有する。

すなわち、この実施の形態４における半導体モジュール５１Ｃは、冷却器を別途設けずに、半導体モジュール５１Ｃの長手方向に沿って半導体素子部の導体部分およびモールド樹脂７８Ｃに貫通路を直接設けて、これを冷媒路としている。

この半導体モジュール５１Ｃは、冷媒路１００〜１０３に対応する部分に型棒を仮設して半導体素子部とともにモールド樹脂７８Ｃによってモールド成形し、成形後に型棒を除去することによって製造される。

なお、実施の形態４によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態４によれば、半導体素子部の各導体内を直接冷媒が流れるので、半導体チップＱ１，Ｑ２を効率的に冷却できる。また、冷却器を別途設ける必要がなくなるので、材料コストが低減される。

［実施の形態５］
実施の形態５では、実施の形態１における半導体モジュールの構成において、冷却器が絶縁体で構成される。

図１８，図１９は、実施の形態５における各半導体モジュール５１Ｄの構造を説明するための図である。図１８は、実施の形態５における半導体モジュール５１Ｄの長手方向に沿った垂直断面の断面図であり、図１９は、図１８に示される半導体モジュール５１Ｄの断面ＸＩＸ−ＸＩＸの断面図である。

図１８，図１９を参照して、半導体モジュール５１Ｄは、実施の形態１における半導体モジュール５１の構成において、絶縁シート７０，７２を含まず、冷却器７４，７６に代えて冷却器１０４，１０６を含み、モールド樹脂７８に代えてモールド樹脂７８Ｄを含む。冷却器１０４，１０６は、絶縁体からなり、たとえばセラミック材からなる。冷却器１０４，１０６は、それぞれ内部に冷媒路１０８，１１０を含む。モールド樹脂７８Ｄは、半導体素子部および冷却器１０４，１０６を一体的に固定封止する。

なお、実施の形態５によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態５によれば、冷却器１０４，１０６を絶縁体のセラミック材で構成したので、半導体素子部を冷却器と絶縁する絶縁シートが不要になる。したがって、接触熱抵抗が低減され、半導体チップＱ１，Ｑ２を効率的に冷却できる。

［実施の形態６］
実施の形態６では、実施の形態２における半導体モジュールの構成において、冷却器が絶縁体で構成される。

図２０，図２１は、実施の形態６における各半導体モジュール５１Ｅの構造を説明するための図である。図２０は、実施の形態６における半導体モジュール５１Ｅの長手方向に沿った垂直断面の断面図であり、図２１は、図２０に示される半導体モジュール５１Ｅの断面ＸＸＩ−ＸＸＩの断面図である。

図２０，図２１を参照して、半導体モジュール５１Ｅは、実施の形態２における半導体モジュール５１Ａの構成において、絶縁シート７０を含まず、冷却器７４およびモールド樹脂７８に代えてそれぞれ冷却器１０４およびモールド樹脂７８Ｅを含む。モールド樹脂７８Ｅは、半導体素子部および冷却器１０４を一体的に固定封止する。

なお、実施の形態６によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態６においては、冷却器１０４が絶縁体のセラミック材で構成されるので、半導体素子部を冷却器と絶縁する絶縁シートが不要になる。これにより、熱抵抗が低減されるので、この実施の形態６では、片面冷却による冷却能力の劣化を上記の熱抵抗の低減によって補完することができる。

したがって、この実施の形態６によれば、冷却性を劣化させることなく、半導体モジュール５１Ｅを複数積層して構成される半導体モジュールＡＳＳＹを小型化できる。

［実施の形態７］
実施の形態７では、インバータおよび冷媒タンクを有するインバータ装置の冷却構造について他の構成が示される。

図２２は、実施の形態７におけるインバータ装置３０Ａの冷却構造を概念的に説明するための図である。図２２では、実施の形態１における図９に対応させて、実施の形態７におけるインバータ装置３０Ａの前面に垂直な断面が模式的に示されている。

図２２を参照して、この実施の形態７におけるインバータ装置３０Ａは、図９に示される実施の形態１におけるインバータ装置３０の構成において、冷媒タンク５２，５４に代えてそれぞれ冷媒タンク５２Ａ，５４Ａを含む。冷媒タンク５２Ａは、各半導体モジュール５１の冷却器７６，７４にそれぞれ接続されるヘッダ部１２０，１２２からなる。冷媒タンク５４Ａは、各半導体モジュール５１の冷却器７４，７６にそれぞれ接続されるヘッダ部１２４，１２６からなる。

なお、実施の形態７によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

このインバータ装置３０Ａにおいては、たとえば、冷媒タンク５２Ａ，５４Ａの各ヘッダ部１２０，１２４から冷却水が供給され、半導体モジュールＡＳＳＹ５０を通流した冷却水が冷媒タンク５２Ａ，５４Ａの各ヘッダ部１２２，１２６から排水される。このとき、各半導体モジュール５１において、半導体素子部の上部の冷却器７６には冷媒タンク５２Ａから冷媒タンク５４Ａの方向に冷却水が流れ、半導体素子部の下部の冷却器７４には冷媒タンク５４Ａから冷媒タンク５２Ａの方向に冷却水が流れる。

ここで、複数の半導体チップが冷却器に沿って配置される各半導体モジュール５１において、各冷却器７４，７６内を流れる冷却水のフロー方向が同じ場合、下流側に配置される半導体チップは、上流側の半導体チップによる発熱の影響を受ける。すなわち、上流側の半導体チップの発熱量が大きいと、冷却水の温度上昇によって下流側の半導体チップの冷却性が悪くなり、上流側と下流側との半導体チップ間に温度ばらつきが発生する可能性がある。

そして、この素子温度のばらつきは、インバータ装置の性能に悪影響を及ぼすところ、この実施の形態７におけるインバータ装置３０Ａでは、半導体素子部を挟む両冷却器７４，７６において互いに異なる方向に冷却水が流れるので、半導体チップＱ１，Ｑ２の冷却条件は同じである。

したがって、この実施の形態７によれば、半導体チップ間の温度ばらつきを抑えることができるので、最悪の冷却条件を緩和することによって冷却水の流量を低流量化できる。その結果、冷媒ポンプの小型化や冷却器の小径化を図ることができ、冷却系統を小型化することができる。

［実施の形態８］
実施の形態７では、半導体モジュールＡＳＳＹを構成する各半導体モジュールが、両面冷却型であったのに対し、実施の形態８では、各半導体モジュールが片面冷却型の場合が示される。

図２３は、実施の形態８におけるインバータ装置３０Ｂの冷却構造を概念的に説明するための図である。図２３でも、実施の形態１における図９に対応させて、実施の形態８におけるインバータ装置３０Ｂの前面に垂直な断面が模式的に示されている。

図２３を参照して、この実施の形態８におけるインバータ装置３０Ｂは、半導体モジュールＡＳＳＹ５０Ａと、冷媒タンク５２Ｂ，５４Ｂとからなる。半導体モジュールＡＳＳＹ５０Ａは、半導体モジュール５１Ａが６段積層されて構成される。冷媒タンク５２Ｂは、最下部から偶数段目の半導体モジュール５１Ａの冷却器７４に接続されるヘッダ部１３０と、最下部から奇数段目の冷却器７４に接続されるヘッダ部１３２とからなる。冷媒タンク５４Ｂは、最下部から奇数段目の冷却器７４に接続されるヘッダ部１３４と、最下部から偶数段目の冷却器７４に接続されるヘッダ部１３６とからなる。

なお、実施の形態８によるハイブリッド自動車の全体構成およびＰＣＵの全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

このインバータ装置３０Ｂにおいては、たとえば、冷媒タンク５２Ｂ，５４Ｂの各ヘッダ部１３０，１３４から冷却水が供給され、半導体モジュールＡＳＳＹ５０Ａを通流した冷却水が冷媒タンク５２Ｂ，５４Ｂの各ヘッダ部１３２，１３６から排水される。このとき、半導体モジュールＡＳＳＹ５０Ａにおいて上下方向に並設される冷却器７４において、交互に異なる方向に冷却水が流れる。したがって、両側から冷却器７４に挟まれる半導体チップＱ１，Ｑ２については、上述したように、冷却条件は同じである。

なお、最上層の半導体モジュールについては、下流側の半導体チップの冷却性に配慮して、冷却器内の冷媒路の内径を多少大きくしたり、最上層の半導体モジュールの上層に別途冷却器を設けてもよい。

以上のように、この実施の形態８によれば、実施の形態７と同様の効果を得つつ、インバータ装置を小型化できる。

［実施の形態９］
実施の形態１におけるＰＣＵ１４では、電流センサ３４，３６によって検出された検出信号を制御装置１４６に送信する必要があるので、電流センサ３４，３６から制御基板１４７まで信号線を配線する必要がある。実施の形態９では、この信号線を不要とする構成が示される。

図２４は、実施の形態９によるＰＣＵ１４Ａの断面図である。ここで、この図２４で示されるＰＣＵ１４Ａの断面は、実施の形態１におけるＰＣＵ１４の図１０に示される断面に対応するものである。

図２４を参照して、このＰＣＵ１４Ａは、図１０に示される実施の形態１におけるＰＣＵ１４の構成において、制御基板１４７に代えて制御基板１３２を含み、電流センサ３６に代えてホール素子１３４を含む。制御基板１３２は、その形状を加工可能なフレキシブル基板である。制御基板１３２は、インバータ装置３０を挟んでバスバーＡＳＳＹ３２の反対側から、インバータ装置３０およびバスバーＡＳＳＹ３２の上部を介して出力バスバー１６９の近傍に至るように、折り曲げ加工されて配設される。

ホール素子１３４は、制御基板１３２上であって、出力バスバー１６９に近接する位置に配設される。ホール素子１３４は、磁界の強さを検出して電圧に変換するセンサであって、出力バスバー１６９から発生する磁界の強さを検出し、その磁界の強さから出力バスバー１６９に流れる電流を算出することができる。

なお、特に図示しないが、ＰＣＵ１４Ａは、図１０に示される実施の形態１におけるＰＣＵ１４の構成において、電流センサ３４についてもそれに代えてホール素子を含む。

また、実施の形態９によるＰＣＵ１４Ａのその他の構成およびハイブリッド自動車の全体構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態９におけるＰＣＵ１４Ａにおいては、出力バスバー１６９の電流を検出するために設けられるホール素子１３４、および出力バスバー１６９における出力電流を演算に用いる制御装置１４６は、同一の制御基板１３２上に実装されるので、センサおよび制御基板間の信号線を不要にすることができる。

なお、上記においては、制御基板１３２は、インバータ装置３０およびバスバーＡＳＳＹ３２の上部を渡すように配設されたが、制御基盤１３２は、たとえば、インバータ装置３０およびバスバーＡＳＳＹ３２の側面を通るように設けてもよい。

以上のように、この実施の形態９によれば、ＰＣＵ１４Ａ内のセンサ信号線を廃止したので、信号線の断線やノイズ等を防止することができる。

なお、上記の各実施の形態において、ＰＣＵ１４，１４Ａは、「負荷駆動装置」を構成し、インバータ装置３０，３０Ａ，３０Ｂは、「インバータ装置」を構成する。また、半導体モジュールＡＳＳＹ５０，５０Ａは、「半導体モジュール群」を構成し、ハウジング５６，５８は、「第１および第２のハウジング」を構成する。さらに、冷媒タンク５２，５２Ａ，５２Ｂは、「第１の冷媒タンク」を構成し、冷媒タンク５４，５４Ａ，５４Ｂは、「第２の冷媒タンク」を構成する。また、さらに、モールド樹脂７８，７８Ａ〜７８Ｅは、「封止手段」を構成する。

また、上記の各実施の形態においては、この発明がハイブリッド自動車に適用される場合を代表的に例示して説明したが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に限られるものではなく、電気自動車や電車など他の車両システムのほか、その他の電力システムにおいてもこの発明を適用することができる。

また、上記の各実施の形態においては、半導体スタックの構成を有するインバータ装置を代表的に例示して説明したが、この発明の適用範囲は、インバータ装置に限定されるものではなく、半導体スタックの構成を有する様々な半導体装置にこの発明を適用することができる。

また、上記の各実施の形態において、ＰＣＵ１４，１４Ａは、バッテリ１２からの直流電圧を昇圧する昇圧回路をさらに含み、その昇圧回路によってバッテリ電圧を昇圧した直流電圧を交流電圧に変換するようにしてもよい。そして、この場合の昇圧回路の構成としては、種々の公知な回路構成をとることができる。

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、上記した実施の形態の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。

この発明による負荷駆動装置が搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。 図１に示されるＰＣＵの主要部の構成を示す回路図である。 図２に示されるＰＣＵの構造を示す斜視図である。 図２に示されるＰＣＵの構造を示す平面図である。 図３，図４に示されるインバータ装置の斜視図である。 図５に示される半導体モジュールの斜視図である。 図６に示される半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面の断面図である。 図７に示される半導体モジュールの断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの断面図である。 図５に示されるインバータ装置の冷却構造を概略的に説明するための図である。 図４に示されるＰＣＵの断面Ｘ−Ｘの断面図である。 図３，図４に示されるＰＣＵがモータジェネレータに直付けされて配置される様子を示す概念図である。 実施の形態２における半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面の断面図である。 図１２に示される半導体モジュールの断面ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩの断面図である。 実施の形態３における半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面の断面図である。 図１４に示される半導体モジュールの断面ＸＶ−ＸＶの断面図である。 実施の形態４における半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面の断面図である。 図１６に示される半導体モジュールの断面ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩの断面図である。 実施の形態５における半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面の断面図である。 図１８に示される半導体モジュールの断面ＸＩＸ−ＸＩＸの断面図である。 実施の形態６における半導体モジュールの長手方向に沿った垂直断面の断面図である。 図２０に示される半導体モジュールの断面ＸＸＩ−ＸＸＩの断面図である。 実施の形態７におけるインバータ装置の冷却構造を概念的に説明するための図である。 実施の形態８におけるインバータ装置の冷却構造を概念的に説明するための図である 実施の形態９によるＰＣＵの断面図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド自動車、１２ バッテリ、１４，１４Ａ パワーコントロールユニット、１６ 動力出力装置、１８ ディファレンシャルギア、２０Ｒ，２０Ｌ 前輪、２２Ｒ，２２Ｌ 後輪、２４Ｒ，２４Ｌ フロントシート、２６ リアシート、２８ ダッシュボード、３０，３０Ａ，３０Ｂ インバータ装置、３２ バスバーＡＳＳＹ、３４，３６ 電流センサ、３８ ケース、５０，５０Ａ 半導体モジュールＡＳＳＹ、５１，５１Ａ〜５１Ｅ 半導体モジュール、５２，５４，５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂ 冷媒タンク、５３，５５ 冷媒口、５６，５８ ハウジング、６０，９０ 正極導体、６１ 正極バスバー、６２，９２ 負極導体、６３ 負極バスバー、６４，９４ 出力導体、６５，６７ 出力バスバー、６６，６８，９６，９８ 導体、７０，７２ 絶縁シート、７４，７６，１０４，１０６ 冷却器、７８，７８Ａ〜７８Ｅ モールド樹脂、８０，８２ 制御端子、８４，８６，８７，８８，１００，１０２，１０８，１１０ 冷媒路、１２０〜１２６，１３０〜１３６ ヘッダ部、１４２，１４４ インバータ、１４６ 制御装置、１３２，１４７ 制御基板、１５２，１６２ Ｕ相アーム、１５４，１６４ Ｖ相アーム、１５６，１６６ Ｗ相アーム、１５８，１６８ 出力ライン、１５９，１６９ 出力バスバー、１６０，１７０ バスバー、Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｃ２ スナバコンデンサ、Ｌ１ 電源ライン、Ｌ２ 接地ライン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ パワートランジスタ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｑ１，Ｑ２ 半導体チップ、ＧＲ ギア。

Claims (13)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を冷却する冷却器と、
   前記半導体素子および前記冷却器を封止し、かつ、前記半導体素子および前記冷却器の相対的な位置関係を固定する封止手段とを備える半導体モジュール。
2. 前記冷却器は、前記半導体素子を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の冷却部を含む、請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記冷却器は、セラミック材からなる、請求項１または請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記冷却器は、絶縁シートを備えた金属部材からなる、請求項１または請求項２に記載の半導体モジュール。
5. 半導体素子と、
   前記半導体素子を封止する封止手段とを備え、
   前記封止手段は、前記半導体素子を冷却する冷媒が通流する冷媒路を有する、半導体モジュール。
6. 半導体素子と、
   前記半導体素子に隣接する電極基板と、
   前記半導体素子および前記電極基板を封止し、かつ、前記半導体素子および前記電極基板の相対的な位置関係を固定する封止手段とを備え、
   前記電極基板および前記封止手段は、前記半導体素子を冷却する冷媒が通流する冷媒路を有する、半導体モジュール。
7. 前記封止手段は、樹脂材である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体モジュールを複数個積層した半導体モジュール群と、
   前記半導体モジュール群を一体的に固定するハウジングとを備える半導体装置。
9. 前記ハウジングは、前記半導体モジュールの積層方向に沿って前記半導体モジュール群の両側に設けられる第１および第２のハウジングからなり、
   前記半導体モジュール群は、前記第１および第２のハウジングに対向する両端がそれぞれ前記第１および第２のハウジングに挿入されて固定される、請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記半導体モジュール群を両側から挟み込むようにして前記第１および第２のハウジングにそれぞれ接続される第１および第２の冷媒タンクをさらに備え、
    前記積層された複数の半導体モジュールの各々は、前記第１および第２のハウジング側に冷媒の通流口を有する、請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記第１および第２の冷媒タンクの各々は、外部から前記冷媒が供給または排出される冷媒口を有し、かつ、前記第１または第２のハウジングに接続される開口部を有する、請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記第１および第２の冷媒タンクの各々は、
    前記半導体モジュール群に冷媒を供給するための第１のヘッダ部と、
    前記半導体モジュール群から冷媒を排水するための第２のヘッダ部とを含み、
    前記第１および第２のタンクの各々における前記第１および第２のヘッダ部は、前記半導体モジュールの積層方向に前記半導体素子を挟んで隣接する冷媒路において、前記冷媒の通流方向が互いに異なるように前記半導体モジュール群に接続される、請求項１０に記載の半導体装置。
13. 電気負荷を駆動するインバータ装置と、
    前記インバータ装置を制御する制御装置とを備え、
    前記インバータ装置は、
    請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体モジュールを複数個積層した半導体モジュール群と、
    前記半導体モジュールの積層方向に沿って前記半導体モジュール群の両側に設けられ、前記半導体モジュール群を一体的に固定する第１および第２のハウジングと、
    前記半導体モジュール群を両側から挟み込むようにして前記第１および第２のハウジングにそれぞれ接続される第１および第２の冷媒タンクとを含み、
    前記積層された複数の半導体モジュールの各々は、前記第１および第２のハウジング側に冷媒の通流口を有し、
    前記半導体モジュール群は、前記第１および第２のハウジングに対向する両端がそれぞれ前記第１および第２のハウジングに挿入されて固定される、負荷駆動装置。
    

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