JP2006066464A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子１１により発生する熱が伝達する経路に存在する部品数を低減することにより、放熱性を向上できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子１１を第１金属ベース基板１２と第２金属ベース基板１３とにより挟み込まれるように配置する。さらに、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３は、半導体素子１１に熱的に接続されている。そして、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の金属ベース部１２ａ、１３ａに、冷媒が流通可能な冷媒流通孔１２１、１３１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばインバータなどに用いられる両面冷却構造の半導体装置に関するものである。

従来の両面冷却構造の半導体装置は、例えば、半導体素子から両外側に向けて、電極板、絶縁板、ヒートシンク、冷却管の順に配置されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３０８２４５号公報

従来の両面冷却構造の半導体装置の場合、半導体素子により発生する熱は、電極板、絶縁板、ヒートシンクを介して冷却管に伝達される。このように、半導体素子により発生する熱が多数の部品を介して伝達されるために、当該部品の熱抵抗により放熱性を低下させることになる。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、放熱性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、少なくとも１以上の半導体素子と、略平行に対向して配置されると共に内側に前記半導体素子を配置し前記半導体素子に熱的に接続されている一対の金属ベース基板と、を備える半導体装置において、少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板は、冷媒が流通可能な冷媒流通孔が形成された金属ベース部と、前記金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成され前記半導体素子に電気的接続された配線パターンと、を有することを特徴とする。

ここで、前記冷媒流通孔は、前記金属ベース部の面の法線方向に垂直の方向に形成されているのが好ましい。

また、前記金属ベース部は、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の何れかからなるようにするとよい。なお、前記金属ベース部は、上記金属を主成分とする金属であればよい。また、前記金属ベース部は、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の群から選択された２以上の何れかを組み合わせたクラッド材からなるようにしてもよい。例えば、前記金属ベース部は、銅−インバー−銅からなる３層のクラッド材や、銅−銅モリブデン合金−銅からなる３層のクラッド材などである。

さらに、少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板の外側面に配置されると共に該金属ベース基板に熱的に接続されている第２の半導体素子を備えるようにしてもよい。つまり、一の金属ベース基板が一対の金属ベース基板に挟み込まれている半導体素子と第２の半導体素子との間に挟み込まれるように配置されることになる。

さらに、前記第２の半導体素子の外側面に配置されると共に前記第２の半導体素子に熱的に接続されている第２の金属ベース基板を備えるようにしてもよい。つまり、この場合の半導体装置は、３以上の金属ベース基板と、それぞれの金属ベース基板の間に配置される少なくとも２以上の半導体素子とを備える。

本発明の半導体装置によれば、金属ベース基板そのものに対して冷媒が流通可能な冷媒流通孔を形成している。つまり、従来の半導体装置におけるヒートシンクと冷却管とが一体的に構成されたものに相当する。これにより、半導体素子により発生する熱が伝達する経路に存在する部品数を低減することができる。その結果、放熱経路における部品の熱抵抗を低減させることができるので、放熱性を向上させることができる。さらに、金属ベース基板の内部に冷媒を流通させることは、従来のヒートシンクに相当する部品そのものを内部から直接的に冷媒により冷却することになる。これにより、従来のヒートシンクに相当する部品の冷却性能をより向上させることができる。つまり、放熱性をより向上させることにつながる。

また、冷媒流通孔を金属ベース部の面の法線方向に垂直の方向に形成することにより、より冷却効率を高めることができる。さらに、金属ベース基板及び半導体素子の積層方向幅の小型化を図ることができる。

なお、金属ベース部の材料が上記金属若しくはクラッド材のうち特にアルミニウムの場合で、半導体素子と金属ベース部とが接合する場合には、はんだによる接着性を得るために、例えばニッケルメッキなどを施す必要がある。また、金属ベース部の材料としては、上記金属若しくはクラッド材のうち線膨張係数の小さな材料を用いるほどよい。すなわち、金属ベース部の線膨張係数と半導体素子に接合するために用いるはんだの線膨張係数との差を小さくすることができる。これにより、はんだが受ける温度ストレスを低減することができる。ここで、インバー、及びインバーを銅等により挟み込んで構成されたクラッド材（銅−インバー−銅）は、非常に線膨張係数が小さい材料である。また、銅モリブデン合金を銅により挟み込んで構成されたクラッド材（銅−銅モリブデン合金−銅）は、比較的に線膨張係数が小さい材料である。

また、少なくとも何れか一方の金属ベース基板の外側面に第２の半導体素子を配置することにより、多数の半導体素子を実装する必要がある半導体装置に対して適用した場合に、半導体装置全体の小型化を図ることができる。なお、この場合、金属ベース基板の両面側に配線パターンを形成するようにしてもよいし、必要に応じて配線パターンを金属ベース部の片面側のみに形成するようにしてもよい。

また、第２の半導体素子の外側面に第２の金属ベース基板を配置することにより、第２の半導体素子に対しても両面冷却構造とすることができる。従って、第２の半導体素子に対する冷却能力を向上することができる。

次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。本実施形態における第１の半導体装置１について図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１の半導体装置１の正面図を示す図である。図２は、図１の矢印Ａから見た第１の半導体装置１の右側面図を示す図である。図１及び図２に示すように、第１の半導体装置１は、半導体素子１１と、第１金属ベース基板１２と、第２金属ベース基板１３と、スペーサ１４と、電極端子１５〜１７と、樹脂ケース１８とを有している。

（１）第１の半導体装置１の概略構成
まず、第１の半導体装置１の構成について簡単に説明する。第１の半導体装置１は、図１に示すように、第１金属ベース基板（本発明における一対の金属ベース基板）１２と第２金属ベース基板（本発明における一対の金属ベース基板）１３とにより半導体素子１１を挟み込むように配置されている。ただし、半導体素子１１と第２金属ベース基板１３との間には、スペーサ１４が挟み込まれている。そして、各電極端子１５〜１７が、第１金属ベース基板１２、第２金属ベース基板１３、又は半導体素子１１にそれぞれ接続されて、外部側に延びるように配置している。さらに、樹脂ケース１８が、第１金属ベース基板１２と第２金属ベース基板１３、及び各電極端子１５〜１７を固定するために配置されている。以下に、第１の半導体装置１の詳細な構成について説明する。

（２）第１の半導体装置１の詳細構成
半導体素子１１は、シリコンからなる扁平矩形形状に形成されている。この半導体素子１１は、例えば、ＩＧＢＴ(Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)やダイオード等の素子である。ここでは、半導体素子１１としてＩＧＢＴを用いている。すなわち、半導体素子１１の一方側の面（図１の左側の面）がエミッタ側となり、他方側の面（図１の右側の面）がコレクタ側となる。さらに、半導体素子１１の他方側の面（図１の右側の面）の一部分がゲート側である。

第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３は、略矩形板状に形成されている。第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３は、それぞれ金属ベース部１２ａ、１３ａと配線パターン１２ｂ、１３ｂとを有している。

金属ベース部１２ａ、１３ａは、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３のほとんどの部位を占めており、略矩形板状に形成されている。この金属ベース部１２ａ、１３ａは、例えば銅からなる。さらに、この金属ベース部１２ａ、１３ａには、扁平方向、すなわち金属ベース部１２ａ、１３ａの面の法線方向に垂直の方向に冷媒流通孔１２１、１３１が２カ所ずつ形成されている。この冷媒流通孔１２１、１３１は、円形状または扁平形状に形成されている。さらに具体的には、冷媒流通孔１２１、１３１は、金属ベース部１２ａ、１３ａのほぼ中央付近から両端側（図１の上下端側）に向けて同一距離付近に略平行に形成されている。この冷媒流通孔１２１、１３１は、冷却水などの冷媒を流通させることが可能な孔である。つまり、冷媒流通孔１２１、１３１に冷媒を流通させることにより、金属ベース部１２ａ、１３ａを冷却している。さらには、冷媒流通孔１２１、１３１に冷媒を流通させた場合には、金属ベース部１２ａ、１３ａのほぼ中央付近が最もよく冷却される。

配線パターン１２ｂ、１３ｂは、銅からなるパターンであって、金属ベース部１２ａ、１３ａの一方側の面に絶縁層１２ｃ、１３ｃを介して形成されている。配線パターン１２ｂ、１３ｂは、金属ベース部１２ａ、１３ａの周縁側を除く部分に形成されている。そして、この配線パターン１２ｂ、１３ｂは、適宜必要に応じて配線回路を構成するようにされている。

そして、第１金属ベース基板１２と第２金属ベース基板１３とは、略平行に対向して配置されている。さらには、第１金属ベース基板１２の配線パターン１２ｂと第２金属ベース基板１３の配線パターン１３ｂとが対向するように、第１金属ベース基板１２と第２金属ベース基板１３とが配置されている。つまり、配線パターン１２ｂ、１３ｂが、それぞれ金属ベース部１２ａ、１３ａの内側面に配置されている。

さらに、第１金属ベース基板１２の配線パターン１２ｂ上のほぼ中央付近には、半導体素子１１がはんだ２ａを介して配置されている。具体的には、半導体素子１１のエミッタ側の面がはんだ２ａにより配線パターン１２ｂに接着されている。このように、半導体素子１１がはんだ２ａにより配線パターン１２ｂに接着されることにより、半導体素子１１のエミッタ側と配線パターン１２ｂとが電気的接続されることになる。さらに、半導体素子１１がはんだ２ａにより第１金属ベース基板１２の配線パターン１２ｂに接着されることにより、半導体素子１１と第１金属ベース基板１２とが熱的に接続されている。

一方、第２金属ベース基板１３の配線パターン１３ｂ上のほぼ中央付近には、スペーサ１４がはんだ２ｂを介して配置されている。さらに、スペーサ１４のうちの配線パターン１３ｂの反対側面には、半導体素子１１がはんだ２ｃを介して配置されている。具体的には、半導体素子１１のコレクタ側の面がはんだ２ｃによりスペーサ１４の第１面に接着されている。さらに、スペーサ１４の第２面がはんだ２ｂにより配線パターン１３ｂに接着されている。ここで、スペーサ１４は、銅からなり、略矩形形状に形成されている。具体的には、スペーサ１４の第１面及び第２面が、半導体素子１１のコレクタ側の面とほぼ同等の面積からなるように形成されている。

このように、半導体素子１１のコレクタ側が、スペーサ１４及びはんだ２ｂ、２ｃにより第２金属ベース基板１３の配線パターン１３ｂと電気的接続されている。さらに、半導体素子１１がスペーサ１４及びはんだ２ｂ、２ｃにより第２金属ベース基板１３の配線パターン１３ｂに接着されることにより、半導体素子１１と第２金属ベース基板１３とが熱的に接続されている。なお、スペーサ１４は、半導体素子１１と第２金属ベース基板１３とを電気的かつ熱的に接続する役割と共に、放熱板としての役割を有している。すなわち、半導体素子１１により発生した熱をスペーサ１４自身からも外部に放熱している。

エミッタ側電極端子１５は、導電性金属材料からなり、図１及び図２の上方側に延びるように配置されている。具体的には、エミッタ側電極端子１５の一端側（図１の下端側）が、第１金属ベース基板１２の配線パターン１２ｂに接合されている。エミッタ側電極端子１５の他端側（図１の上端側）が、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の対向する領域から外側（図１の上側）に向かって突出されている。さらに、エミッタ側電極端子１５の他端側には、他の電気的接続部材に連結可能な取付穴が形成されている。

コレクタ側電極端子１６は、導電性金属材料からなり、図１及び図２の上方側に延びるように配置されている。具体的には、コレクタ側電極端子１６は、エミッタ側電極端子１５に対向して配置されている。そして、コレクタ側電極端子１６の一端側（図１の下端側）が、第２金属ベース基板１３の配線パターン１３ｂに接合されている。コレクタ側電極端子１６の他端側（図１の上端側）が、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の対向する領域から外側（図１の上側）に向かって突出されている。さらに、コレクタ側電極端子１６の他端側には、他の電気的接続部材に連結可能な取付穴が形成されている。

ゲート側電極端子１７は、導電性金属材料からなり、図１及び図２の下方側に延びるように配置されている。具体的には、ゲート側電極端子１７の一端側（図１の上端側）が、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の対向する領域内であって、半導体素子１１のゲートに近接した位置に配置されている。さらに、ゲート側電極端子１７の一端側は、半導体素子１１のゲート側にワイヤボンディング１９により電気的接続されている。そして、ゲート側電極端子１７の他端側（図１の下端側）が、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の対向する領域から外側（図１の下側）に向かって突出されている。さらに、ゲート側電極端子１７の他端側には、他の電気的接続部材に連結可能な取付穴が形成されている。

樹脂ケース１８は、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の上端側と、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の下端側に配置されている。具体的には、樹脂ケース１８のうちの上側部分は、第１金属ベース基板１２の上端側と第２金属ベース基板１３の上端側とを一体的に連結するようにされている。さらに、樹脂ケース１８のうちの上側部分は、エミッタ側電極端子１５及びコレクタ側電極端子１６を固定している。そして、樹脂ケース１８のうちの上側部分の上方側には、エミッタ側電極端子１５及びコレクタ側電極端子１６の他端側（図１の上端側）が突出している。

一方、樹脂ケース１８のうちの下側部分は、第１金属ベース基板１２の下端側と第２金属ベース基板１３の下端側とを一体的に連結するようにされている。さらに、樹脂ケース１８のうちの下側部分は、ゲート側電極端子１７を固定している。そして、樹脂ケース１８のうちの下側部分の下方側には、ゲート側電極端子１７の他端側（図１の下端側）が突出している。なお、樹脂ケース１８の内部側領域２０、すなわち、第１金属ベース基板１２、第２金属ベース基板１３、及び樹脂ケース１８により挟まれた領域には、樹脂モールドまたは樹脂ポッティングがされている。

（３）上記の第１の半導体装置１の放熱効果についての説明
次に、上述した第１の半導体装置１において、半導体素子１１により発生した熱の放熱効果について説明する。半導体素子１１により発生した熱は、半導体素子１１のエミッタ側及びコレクタ側の両面から外部へ伝達されて放熱される。半導体素子１１のエミッタ側の放熱経路については、半導体素子１１のエミッタ側→はんだ２ａ→配線パターン１２ｂ→絶縁層１２ｃ→金属ベース部１２ａの経路となる。一方、半導体素子１１のコレクタ側の第１の放熱経路は、半導体素子１１のコレクタ側→はんだ２ｃ→スペーサ１４の経路となる。さらに、半導体素子１１のコレクタ側の第２の放熱経路は、半導体素子１１のコレクタ側→はんだ２ｃ→スペーサ１４→はんだ２ｂ→配線パターン１３ｂ→絶縁層１３ｃ→金属ベース部１３ａの経路となる。このように、従来の半導体装置に比べると、放熱経路に介在する部品点数が低減されるので、放熱効果を向上させることができる。

さらに、金属ベース部１２ａ、１３ｂに形成される冷媒流通孔１２１、１３１は、金属ベース部１２ａ、１３ａのほぼ中央付近が最も冷却能力を発揮するようにされている。ここで、半導体素子１１は、金属ベース基板１２、１３のほぼ中央付近に配置されている。従って、発熱源である半導体素子１１の配置付近に高い冷却能力を発揮させることにより、より効果的に半導体素子１１により発生する熱を放熱することができる。

（４）第１の半導体装置１を適用した半導体システム
次に、上述した第１の半導体装置１を複数用いて構成した半導体システムについて図３を参照して説明する。当該半導体システムは、例えば、インバータ装置やコンバータ装置などに適用することができる。ここで、図３は、半導体システムを示す図である。この図３における各半導体装置１は、図１の矢印Ｂから見た半導体装置１の平面図に相当する。

半導体システムは、図３に示すように、半導体装置１を８個用いている。具体的には、半導体装置１を図３の左右方向に４列配置し、図３の上下方向に２列配置している。これらの半導体装置１は、冷媒流通孔１２１、１３１が図３の上下方向を向くように配置している。つまり、エミッタ側電極端子１５及びコレクタ側電極端子１６が、図３の手前側に突出するように配置されている。さらに、上列の半導体装置１と下列の半導体装置１との間には、出口冷却管４２を配置している。さらに、上列の半導体装置１の上側及び下列の半導体装置１の下側には、入口冷却管４１を配置している。詳細には、入口冷却管４１及び出口冷却管４２に形成された穴（図示せず）とそれぞれの半導体装置１の冷媒流通孔１２１、１３１とが、連通するようにされている。すなわち、入口冷却管４１から流入された冷却水が半導体装置１の冷媒流通孔１２１、１３１を通過して、出口冷却管４２から流出するようにされている。

（５）第２の半導体装置２
上述した第１の半導体装置１は、金属ベース部１２ａ、１３ａに形成した冷媒流通孔１２１、１３１に冷却水を流通させるようにしているが、これに限られるものではない。そこで、第２の半導体装置２について図４を参照して説明する。図４は、第２の半導体装置２を示す図である。図４は、第１の半導体装置１を示す図２に相当する向きから見た図である。

第２の半導体装置２は、図２に示すように、冷媒流通孔１２１、１３１に冷媒流通管２１を嵌合させている。つまり、冷媒流通管２１は、冷媒流通孔１２１、１３１の形状に合わせて円筒状又は扁平筒状などに形成されている。そして、冷媒流通管２１は、冷媒流通孔１２１、１３１の両端側から突出するように配置されている。なお、冷媒流通管２１は、例えば銅製からなる。これにより、第２の半導体装置２へ冷却水を流通させるための冷却管に連結が容易となる。例えば、図３に示すような入口冷却管４１及び出口冷却管４２と冷媒流通管２１との連結を容易にすることができる。さらに、冷媒流通管２１を用いることにより、冷媒による金属ベース部１２ａ、１３ａの腐食などを防止することもできる。

（６）第３の半導体装置３
また、上述した第１の半導体装置１は、一対の金属ベース基板１２、１３の間に半導体素子１１を挟み込むようにしているが、これに限られるものではない。第３の半導体装置３について図５を参照して説明する。図５は、第３の半導体装置３の正面図を示す図である。ここで、第１の半導体装置１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第３の半導体装置３は、第１の金属ベース基板（本発明における一対の金属ベース基板）３１、第１の半導体素子１１ａ、第２の金属ベース基板（本発明における一対の金属ベース基板）３２、第２の半導体素子１１ｂ、第３の金属ベース基板（本発明における第２の金属ベース基板）３３の順に積層されている。すなわち、第１の半導体素子１１ａは、第１の金属ベース基板３１と第２の金属ベース基板３２とに挟まれるように配置されている。また、第２の半導体素子１１ｂは、第２の金属ベース基板３２と第３の金属ベース基板３３とに挟まれるように配置されている。さらに、第２の金属ベース基板３２は、第１の半導体素子１１ａと第２の半導体素子１１ｂとに挟まれるように配置されている。つまり、第２の金属ベース基板３２の両面側に半導体素子１１ａ、１１ｂが配置されている。

ここで、第１の金属ベース基板３１は、上述した第１の半導体装置１における第１金属ベース基板１２に相当する。つまり、第１の金属ベース基板３１の金属ベース部には、冷媒流通孔が形成されている。そして、第１の金属ベース基板３１の配線パターンは、第１の半導体素子１１ａのエミッタ側に電気的接続されている。さらに、第１の金属ベース基板３１の配線パターンには、第１の半導体素子１１ａのエミッタ側電極端子１５が接合されている。さらに、第１の金属ベース基板３１は、第１の半導体素子１１ａに熱的に接続されている。

第３の金属ベース基板３３は、上述した第１の半導体装置１における第２金属ベース基板１３に相当する。つまり、第３の金属ベース基板３３の金属ベース部には、冷媒流通孔が形成されている。そして、第３の金属ベース基板３３の配線パターンは、スペーサ１４及びはんだを介して第２の半導体素子１１ｂのコレクタ側に電気的接続されている。さらに、第３の金属ベース基板３３の配線パターンには、第２の半導体素子１１ｂのコレクタ側電極端子１６が接合されている。さらに、第３の金属ベース基板３３は、第２の半導体素子１１ｂに熱的に接続されている。なお、第１の半導体素子１１ａ及び第２の半導体素子１１ｂは、上述した第１の半導体装置１における半導体素子１１に相当する。

そして、第２の金属ベース基板３２は、第１の金属ベース基板３１及び第３の金属ベース基板３３と同様に略矩形形状に形成されている。この第２の金属ベース基板３２は、金属ベース部３２ａと、第１配線パターン３２ｂと、第２配線パターン３２ｃとを有している。金属ベース部３２ａは、例えば銅からなり、略矩形形状に形成されている。この金属ベース部３２ａには、第１の金属ベース基板３１及び第３の金属ベース基板３３の金属ベース部に形成された冷媒流通孔と同様の冷媒流通孔が形成されている。

第１配線パターン３２ｂは、銅からなるパターンであって、金属ベース部３２ａの一方側の面（図５の左側面）に絶縁層を介して形成されている。第２配線パターン３２ｃは、銅からなるパターンであって、金属ベース部３２ａの他方側の面（図５の右側面）に絶縁層を介して形成されている。第１配線パターン３２ｂ及び第２配線パターン３２ｃは、金属ベース部３２ａの周縁側を除く部分に形成されている。そして、これらの第１配線パターン３２ｂ及び第２配線パターン３２ｃは、適宜必要に応じて配線回路を構成するようにされている。

そして、第１配線パターン３２ｂ上のほぼ中央付近には、第１の半導体素子１１ａのコレクタ側がスペーサ１４及びはんだを介して接着されている。すなわち、第１配線パターン３２ｂは、第１の半導体素子１１ａのコレクタ側に電気的接続されている。さらに、第１の半導体素子１１ａは、スペーサ１４及びはんだを介して、第２の金属ベース基板３２に熱的に接続されている。また、第２配線パターン３２ｃ上のほぼ中央付近には、第２の半導体素子１１ｂのエミッタ側がはんだを介して接着されている。すなわち、第２配線パターン３２ｃは、第２の半導体素子１１ｂのエミッタ側に電気的接続されている。さらに、第２の半導体素子１１ｂは、はんだを介して、第２の金属ベース基板３２に熱的に接続されている。

さらに、第１配線パターン３２ｂには、第１の半導体素子１１ａのコレクタ側電極端子１６が接合されている。また、第２配線パターン３２ｃには、第２の半導体素子１１ｂのエミッタ側電極端子１５が接合されている。さらに、樹脂ケース１８により、第１の金属ベース基板３１と第２の金属ベース基板３２、及び、第２の金属ベース基板３２と第３の金属ベース基板３３とがそれぞれ一体的に固定されている。

このように、第２の金属ベース基板３２の両側面に半導体素子を配置することにより、半導体装置３の小型化を図ることができる。さらに、第２の金属ベース基板３２の金属ベース部には、冷媒が流通可能な冷媒流通孔を形成しているので、良好な放熱性を確保することができる。

（７）その他
なお、上述した金属ベース基板１２、１３、３１、３２、３３の金属ベース部１２ａ、１３ａ、３２ａの材料は銅に限られることなく、銅モリブデン合金、インバー、アルミニウムを用いることもできる。さらに、銅−インバー−銅からなる３層のクラッド材や、銅−銅モリブデン合金−銅からなる３層のクラッド材などを用いても良い。特に、例えばインバーを用いたクラッド材などは線膨張係数が小さなので、はんだの線膨張係数との差を小さくすることができる。その結果、はんだが受ける温度ストレスを低減することができる。

また、上述した金属ベース基板１２、１３、３１、３２、３３の配線パターン１２ｂ、１３ｂ、３２ｂ、３２ｃは、銅に限られることなく、アルミニウム等を用いてもよい。ただし、配線パターンにアルミニウムを用いる場合には、はんだとの接合性を得るために、ニッケルメッキなどの表面処理がなされる。

また、上述したスペーサ１４は銅に限られることなく、上述したように金属ベース部１２ａ、１３ａ、３２ａに用いる材料をスペーサ１４に用いることもできる。ただし、スペーサ１４にアルミニウムを用いる場合には、はんだとの接合性を得るために、ニッケルメッキなどの表面処理がなされる。

また、冷媒流通孔１２１、１３１は、各金属ベース部１２ａ、１３ａ、３２ａに１つ形成するようにしてもよいし、３以上形成するようにしてもよい。また、上記実施形態においては、半導体素子１１としてＩＧＢＴを１つとしたが、複数の半導体素子が一対の金属ベース基板に挟み込まれるようにしてもよい。この場合、それぞれの半導体素子の厚みが異なる場合には、スペーサ１４により厚み調整をすることができる。

第１の半導体装置１の正面図を示す図である。 第１の半導体装置１の右側面図を示す図である。 第１の半導体装置１を複数用いて構成した半導体システムを示す図である。 第２の半導体装置２を示す図である。 第３の半導体装置３の正面図を示す図である。

符号の説明

１：第１の半導体装置、 ２：第２の半導体装置、 ３：第３の半導体装置、 １１、１１ａ、１１ｂ：半導体素子、 １２：第１金属ベース基板、 １３：第２金属ベース基板、 １２ａ、１３ａ：金属ベース部、 １２ｂ、１３ｂ：配線パターン、 １４：スペーサ、 １５：エミッタ側電極端子、 １６：コレクタ側電極端子、 １７：ゲート側電極端子、 １８：樹脂ケース、 ３１：第１の金属ベース基板、 ３２：第２の金属ベース基板、 ３２ａ：金属ベース部、 ３２ｂ：第１配線パターン、 ３２ｃ：第２配線パターン、 ３３：第３の金属ベース基板、 ４１：入口冷却管、 ４２：出口冷却管、 １２１、１３１：冷媒流通孔

Claims (5)

1. 少なくとも１以上の半導体素子と、
   略平行に対向して配置されると共に内側に前記半導体素子を配置し前記半導体素子に熱的に接続されている一対の金属ベース基板と、
   を備える半導体装置において、
   少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板は、
   冷媒が流通可能な冷媒流通孔が形成された金属ベース部と、
   前記金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成され前記半導体素子に電気的接続された配線パターンと、
   を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記冷媒流通孔は、前記金属ベース部の面の法線方向に垂直の方向に形成されている請求項１記載の半導体装置。
3. 前記金属ベース部は、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の何れか、若しくは、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の群から選択された２以上の何れかを組み合わせたクラッド材からなる請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. さらに、少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板の外側面に配置されると共に該金属ベース基板に熱的に接続されている第２の半導体素子を備える請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. さらに、前記第２の半導体素子の外側面に配置されると共に前記第２の半導体素子に熱的に接続されている第２の金属ベース基板を備える請求項４記載の半導体装置。
   

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