JP2007059536A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温動作に対応可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体装置１００は、半導体スイッチング素子１０と、半導体スイッチング素子１０の端子にそれぞれ対応して設けられ、端子と熱的および電気的に接続された電極板１２，１４と、第１の樹脂材料からなり、半導体スイッチング素子１０と電極板１２，１４とを封止するモールド樹脂３０と、第２の樹脂材料からなり、半導体スイッチング素子１０と電極板１２，１４とに直接的に接触することなく、モールド樹脂３０を封止するモールド樹脂３２とを備える。モールド樹脂３０，３２は、半導体スイッチング素子１０の放熱経路の少なくとも一部が、第１の樹脂材料と第２の樹脂材料との界面を経ることなく形成されるように配置される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、高耐熱性を有するパワー半導体素子が搭載される半導体装置に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。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。つまり、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、その変換した交流電圧によりモータを回転す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。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、インバータに加えて、直流電源からの直流電圧を昇圧してインバータに供給し、または、インバータからの直流電圧を降圧して直流電源に供給する昇降圧コンバータが一般に備えられる。

このようなインバータおよび昇降圧コンバータとしては、上アームおよび下アームの各々に半導体スイッチング素子を接続して構成したパワーモジュールを複数個組み込んだ構成が知られている（たとえば特許文献１および２参照）。

これらの特許文献によれば、半導体スイッチング素子は、放熱基板上に配された回路基板の上面に配線導体とともに搭載され、エポキシ系樹脂などからなる樹脂封止体により封止されて保護される。

このような樹脂封止型の半導体装置においては、放熱基板や回路基板などの被封止部品と樹脂封止体との線膨張係数が大きく異なるため、半導体スイッチング素子が発熱すると、線膨張係数差に起因して発生する熱応力によって、被封止部品と樹脂封止体との界面において剥離が発生する、あるいは、樹脂封止体内部にクラックが発生するといった問題が生じていた。

そこで、最近では、このような界面での剥離やクラックの発生を防止する手段として、被封止部品を線膨張係数の異なる樹脂により封止成形する際に、被封止部品と樹脂封止体とが接する界面に、熱伸縮による応力を緩和する軟質材料を塗布した後に、封止成形を行なう電子部品の封止成形方法が検討されている（たとえば特許文献２および３参照）。

この封止成形方法によれば、シリコン系ゴムなどの軟質材料が電子部品と樹脂封止体との界面に塗布されると、この塗布層が、界面に生じる伸縮応力を吸収する働きをする。その結果、界面に剥離が生じたり、封止体内部にクラックが発生するのが抑えられる。
特開２００４−２９６９０６号公報 特開２００１−３０８２６３号公報 特開平５−３１５４７７号公報

ここで、パワーモジュールに搭載される半導体スイッチング素子については、近年、従来のＳｉ系パワー素子と比較して、耐熱性に優れ、かつ高温動作が可能なＳｉＣ（シリコンカーバイド）パワー半導体素子や、ＧａＮ系のパワー半導体素子が注目されている。

そのため、これらのパワー半導体素子を用いて上記の樹脂封止型の半導体装置を構成するには、樹脂封止体としては、パワー半導体素子の耐熱性に見合う耐熱性を有するものでなければならない。すなわち、樹脂封止体には、パワー半導体素子の動作温度（２５０℃程度）をカバーし得るだけの耐熱温度が要求される。

しかしながら、樹脂封止体として一般的に用いられるエポキシ系樹脂は、耐熱温度が１５０℃程度であるため、パワー半導体素子の動作時に最も高温となる素子周辺部においては、熱的な劣化の可能性が高くなる。

さらに、素子周辺部では、高温状態となることによって、パワー半導体素子と樹脂封止体との線膨張係数差に起因して発生する熱応力も増大することから、上述した界面の剥離や封止体内部のクラックの問題も顕著となる。

これについては、上記のように、パワー半導体素子と樹脂封止体との界面に塗布層を設けることにより熱応力を吸収させることが考えられるが、パワー半導体素子が従来よりも高温となるため、塗布層とエポキシ系樹脂との線膨張係数差に起因して生じる熱応力によって、両者の接合面に剥離やクラックが発生する不具合が生じてしまう。

また、かかるパワー半導体素子からなる樹脂封止型の半導体装置の冷却手段として、カード状に成形された樹脂封止体の外側主面を冷却部材に接触させる、いわゆる両面冷却構造を採用した場合、パワー半導体素子の表面と冷却部材との間に介在する塗布層および樹脂封止体によって熱抵抗が高くなり（すなわち、熱伝導性が低くなり）、結果として冷却効率を低下させることになる。

それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高温動作に対応可能な半導体装置を提供することである。

この発明によれば、半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の端子にそれぞれ対応して設けられ、端子と熱的および電気的に接続された電極板とを含む半導体モジュールと、第１の樹脂材料からなり、半導体素子と電極板とを封止するための第１の樹脂成形部と、第２の樹脂材料からなり、半導体素子と電極板とに直接的に接触することなく、第１の樹脂成形部を封止するための第２の樹脂成形部とを備える。第１および第２の樹脂成形部は、半導体モジュールの一部が、冷却部材に対して露出する、または第１の樹脂成形部のみを介するように配置される。

上記の半導体装置によれば、高温となる半導体素子および電極板とそれ以外の部分とを異なる樹脂材料で封止し、かつ、半導体素子の放熱経路に樹脂材料間の界面を介在させないことにより、耐熱性と冷却性能とを確保しながら、半導体装置を高温動作させることができる。

好ましくは、第１の樹脂材料は、第２の樹脂材料よりも高い耐熱温度を有する。
上記の半導体装置によれば、半導体素子の発生する熱によって、第１の樹脂成形部が劣化するのを防止することができる。

好ましくは、第１の樹脂材料は、第２の樹脂材料よりも高い剛性を有する。
上記の半導体装置によれば、第１の樹脂成形体が熱応力を緩和させる働きをするため、半導体素子と第１の樹脂成形部との界面に生じる剥離やクラックを防止することができる。

好ましくは、前記第１の樹脂成形部と前記第２の樹脂成形部とは、所定値以上の表面粗さを有する界面により接合される。

上記の半導体装置によれば、接合面積が増加することによって接合強度が高められるため、両者の界面が剥離するのを防止することができる。

好ましくは、前記電極板の外側主面は、前記第１および第２の樹脂成形部によって封止されていない。

上記の半導体装置によれば、熱抵抗を低減できるため、半導体素子で発生した熱を効率良く放熱させることができる。

好ましくは、前記電極板の外側主面は、冷却部材に接触される。
上記の半導体装置によれば、半導体素子と冷却部材との間の熱抵抗が低減されるため、冷却性能を向上させることができる。

この発明によれば、最も高温となる半導体素子および電極板とそれ以外の部分とを異種の樹脂材料を用いてそれぞれ封止し、かつ、半導体素子の放熱経路に樹脂材料間の界面を介在させないことにより、耐熱性と冷却性能とを確保しながら、半導体装置を高温動作させることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う半導体装置の厚さ方向断面図である。
図１を参照して、半導体装置１００は、半導体スイッチング素子１０と、はんだ層２４，２６と、電極板１２，１４と、バスバー１２０，１４０と、信号線１６と、モールド樹脂３０，３２とを備える。なお、本実施の形態では、半導体装置１００は、単相インバータ回路の上下アームユニットのうち、上アームユニットを構成するものとする。

半導体スイッチング素子１０は、高耐熱性のパワー素子であって、たとえば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなるＳｉＣパワー素子である。ＳｉＣパワー素子は、近年注目を浴びているパワー半導体素子であって、従来のＳｉ系パワー素子と比較して禁制帯幅や熱伝導度が大きく、高耐電圧、高耐熱性、低損失、低オン抵抗などの特性を備えており、自動車エレクトロニクスに要求される多くの特性を備えている。

なお、半導体スイッチング素子１０としては、ＳｉＣパワー素子以外に、ＧａＮ系のパワー半導体素子、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；ＩＧＢＴ）などが適用される。

電極板１２は、図示しない出力ラインに接続される出力電極を構成する。電極板１４は、図示しない電源ラインに接続されるハイサイド電極を構成する。なお、半導体装置１００が単相インバータ回路の下アームユニットを構成する場合、電極板１４は、図示しない接地ラインに接続されるローサイド電極となる。そして、電極板１２，１４はそれぞれ、半導体装置１００外方に突出して配されたバスバー１２０，１４０と一体化される。

半導体スイッチング素子１０は、電極板１４に固設され、電極板１４と電気的に接続される。半導体スイッチング素子と電極板１４との接合は、はんだ層２４により成される。また、半導体スイッチング素子１０は、はんだ層２６を介して電極板１２と電気的に接続される。

信号線１６は、ボンディングワイヤ２８を介して半導体スイッチング素子１０と電気的に接続される。信号線１６は、図示しない制御装置で生成された半導体スイッチング素子１０をオン／オフするための制御信号を、ボンディングワイヤ２８を介して半導体スイッチング素子１０へ伝達する。

モールド樹脂３０，３２は、半導体スイッチング素子１０、電極板１２，１４および信号線１６を封止する封止部材である。この発明は、以下に述べるように、封止部材を、異種類の樹脂材料を成形してなるモールド樹脂３０，３２で構成したことを第１の特徴とする。

詳細には、図１に示すように、半導体スイッチング素子１０と、半導体スイッチング素子１０の周辺部に位置する電極板１２，１４および信号線１６については、耐熱温度が相対的に高い（２５０℃程度）樹脂材料を用いて封止成形する。この樹脂材料としては、ポリイミド樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂（PolyEthylene Terephthalate resin）が用いられる。これらの樹脂は、耐熱性・絶縁性に優れ、剛性を有するものである。

そして、素子周辺部を封止したモールド樹脂３０は、さらに、耐熱温度が相対的に低い（１５０℃程度）樹脂材料を用いたモールド樹脂３２によって封止成形される。モールド樹脂３２に用いられる樹脂材料としては、樹脂封止型の半導体装置において一般的に用いられるエポキシ系樹脂が採用される。

すなわち、この発明によれば、半導体スイッチング素子１０と、電極板１２，１４および信号線１６とは、耐熱性の高いモールド樹脂３０によって直接的に封止される。そして、耐熱性の低いモールド樹脂３２により間接的に封止される。

このように封止部材を二重構造としたのは、半導体スイッチング素子１０に、耐熱性を有するパワー半導体素子が適用されるケースを想定したものであり、高温動作時における半導体装置の信頼性の確保を図ったものである。

詳細には、半導体スイッチング素子１０が２５０℃程度まで昇温した場合、エポキシ系樹脂のみで封止成形する構成では、モールド樹脂の耐熱温度が素子の動作温度に満たないために、モールド樹脂が損傷するおそれが生じる。また、線膨張係数差による熱応力によって、半導体スイッチング素子１０とモールド樹脂との界面に剥離やクラッキングが発生してしまう。

これに対し、この発明による半導体装置１００では、半導体スイッチング素子１０の動作時において最も高温となる素子周辺部が、より高い耐熱性を有する樹脂材料を用いて封止成形される。そのため、モールド樹脂３０は、半導体スイッチング素子１０の高温動作にも耐えることができる。また、モールド樹脂３０は、剛性を有することから、素子の高温動作に伴なって熱応力が増加することによっても、界面における剥離やクラックを防止することができる。

さらに、この発明によれば、素子周辺部よりも外側については、素子周辺部よりも相対的に温度上昇が小さいことから、従来と同様に、比較的廉価なエポキシ系樹脂を用いたモールド樹脂３２で対応することができる。これによれば、耐熱性が要求される素子周辺部のみを高い耐熱性と剛性とを備えたモールド樹脂３０で封止し、これ以外の部分については、比較的廉価なモールド樹脂３２で封止することから、低廉な装置構成で、半導体装置の高温動作を実現することが可能となる。

ここで、モールド樹脂３０とモールド樹脂３２との接合面においては、線膨張係数が互いに異なることから、素子が高温化すると、増加した熱応力によって剥離やクラックが生じるおそれがある。

これに対しては、図１に示すように、モールド樹脂３０とモールド樹脂３２との界面を意図的に所定値以上の表面粗さとすることで、接合面積を増やし、両者の接合強度をより高めることができる。

なお、界面の表面粗さを大きくするための具体的な方法としては、封止成形工程において、まず、内壁が凹凸状に加工された金型に樹脂材料を充填してモールド樹脂３０を成形し、続いて、このモールド樹脂３０をモールド樹脂３２で封止成形することにより行なうことができる。もしくは、モールド樹脂３０の成形後にその表面を意図的に粗くすることによって凹凸を形成し、これをモールド樹脂３２で封止成形することによっても行なうことができる。

以上のように、この発明による半導体装置１００は、封止部材を複数のモールド樹脂で構成することにより、高温動作における信頼性を確保することができる。その一方で、封止部材の熱抵抗が大きくなり、半導体スイッチング素子１０の放熱性が損なわれることが危惧される。

そこで、この発明による半導体装置１００は、半導体スイッチング素子１０から半導体装置１００の表面までの放熱経路の少なくとも一部が、モールド樹脂３０およびモールド樹脂３２の界面を経ることなく形成されることを第２の特徴とする。

具体的には、例えば図１に示すように、電極板１２，１４の外側主面については、モールド樹脂３０，３２で封止せずに露出した構成とする。これにより、電極板１２，１４の外側主面には、冷却部材を直接的に接触させることができる。その結果、半導体スイッチング素子１０で発生した熱を効率良く冷却することができる。

なお、図１の構成以外に、電極板１２，１４のいずれか一方の外側主面を露出させる構成とする、あるいは、電極板１２，１４の外側主面をモールド樹脂３０のみで覆う構成とすることによっても、熱抵抗を低減させることが可能である。

図２は、図１に示す半導体装置１００の外観図である。
図２を参照して、半導体装置１００は、薄いカード形状からなり、側面の一方面からバスバー１２０，１４０が互いに平行に突出している。また、側面の当該一方面と対向する他方面からは、信号線１６が突出している。

なお、バスバー１２０，１４０と信号線１６とを互いに逆向きに突出させることによって、半導体装置１００を複数個用いて多相インバータ回路を構成する場合においても、これらの間の電気的絶縁を容易に確保することが可能となる。

半導体装置１００において、カード形状の上面は、電極板１２の外側主面２２が露出されている。なお、図示しない下面においても、電極板１４の外側主面２４が露出される。したがって、半導体スイッチング素子１０で発生した熱は、電極板１２，１４を介して各々の外側主面２２，２４へ伝搬される。そして、外側主面２２，２４に伝搬された熱は、外側主面２２，２４に接触するように配された冷却部材（図示せず）に放熱される。このように、電極板１２，１４の外側主面を露出させることで、高い冷却効率を得ることができる。

図３は、半導体装置１００が搭載されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
図３を参照して、モータ駆動装置は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、昇圧コンバータ４１と、コンデンサＣ１と、インバータ５０と、電圧センサ４０，４２と、電流センサ４４と、制御装置６０とを備える。図３のモータ駆動装置において、この発明による半導体装置１００は、昇圧コンバータ４１とインバータ５０とに適用される。

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジンを始動し得るようなモータである。

昇圧コンバータ４１は、リアクトルＬ１と、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオード素子Ｄ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端は半導体スイッチング素子Ｑ１と半導体スイッチング素子Ｑ２との中間点、すなわち、半導体スイッチング素子Ｑ１のエミッタと半導体スイッチング素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。

半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される。半導体スイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、半導体スイッチング素子Ｑ２のエミッタは接地ラインに接続される。また、各半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオード素子Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ配されている。半導体スイッチング素子Ｑ１とダイオード素子Ｄ１とは、上アームユニットを構成し、半導体スイッチング素子Ｑ２とダイオード素子Ｄ２とは、下アームユニットを構成する。

インバータ５０は、三相インバータであって、Ｕ相アーム５１と、Ｖ相アーム５２と、Ｗ相アーム５３とからなる。Ｕ相アーム５１、Ｖ相アーム５２およびＷ相アーム５３は、電源ラインと接地ラインとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム５１は、直列接続された半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム５２は、直列接続された半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム５３は、直列接続された半導体スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、各半導体スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８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素子Ｄ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームは、図１および２に示すカード形状の半導体装置１００が２個直列に接続され、かつ、これら２個の半導体装置１００を３組並列に配設してインバータ５０が構成される。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端が半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端が半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端が半導体スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなる。電圧センサ４０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、検出した電圧Ｖｂを制御装置６０へ出力する。

昇圧コンバータ４１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ１に供給する。より具体的には、昇圧コンバータ４１は、制御装置６０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによって半導体スイッチング素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ１に供給する。

また、昇圧コンバータ４１は、制御装置６０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサＣ１を介してインバータ５０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。

コンデンサＣ１は、昇圧コンバータ４１から出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ５０へ供給する。

電圧センサ４２は、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置６０へ出力する。

インバータ５０は、コンデンサＣ１から直流電圧が供給されると、制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。

また、インバータ５０は、モータ駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ１を介して昇圧コンバータ４１へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

電流センサ４４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ４２から電圧Ｖｍを受け、図示しない電流センサからリアクトルＬ１を流れるリアクトル電流ＩＬを受け、電流センサ４４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。制御装置６０は、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ５０が交流モータＭを駆動するときにインバータ５０の半導体スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭを生成し、生成した信号ＰＷＭをインバータ５０へ出力する。出力された信号ＰＷＭは、図１に示す信号線１６を介して、各半導体スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のゲートに与えられる。

また、制御装置６０は、インバータ５０が交流モータＭ１を駆動するとき、電圧Ｖｂ、Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ４１の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。出力された信号ＰＷＣは、図１に示す信号線１６を介して、各半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに与えられる。

さらに、制御装置６０は、モータ駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭを生成し、生成した信号ＰＷＭをインバータ５０へ出力する。この場合、インバータ５０の半導体スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御される。これにより、インバータ５０は、交流モータＭが発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ４１へ供給する。

さらに、制御装置６０は、回生制動時、電圧Ｖｂ，Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、インバータ５０から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＣを生成し、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ４１へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

以上の構成において、昇圧コンバータ４１およびインバータ５０に図１および図２に示す半導体装置１００を適用することにより、高温の動作条件下においても、モータ駆動装置の信頼性を確保できる。

さらに、昇圧コンバータ４１およびインバータ５０は、両面冷却可能な構成であることから、図４に示す冷却構造を用いることによって高い冷却効率が実現される。

図４は、本実施の形態に従う半導体装置１００の冷却構造を示す概略図である。本図では、半導体装置１００は、３個が並列に配列され、図３に示す３相インバータ５０の一方のアームを構成する。

図４を参照して、半導体装置１００の上面と下面とには、冷却器１１０，１１２が設置される。冷却器１１０，１１２は、長手方向に冷却媒体を流通させるための流路を有する。したがって、３個の半導体装置１００は、いずれにおいても、上面および下面が冷却媒体の流路に接するように、長手方向に並列に配列される。

このとき、半導体装置１００は、上述したように、電極板１２，１４の外側主面２０，２２が露出されていることから、冷却器１１０，１１２に直接的に接触させることができる。このため、半導体装置１００と冷却器１１０，１１２との接触熱抵抗を小さくでき、高い熱伝導性が得られる。

なお、本実施の形態では、半導体装置１００の冷却構造として、両面冷却構造を採用した場合について説明したが、半導体装置１００の外側主面の一方にのみ冷却部材を配した片面冷却構造にも対応することができる。この場合は、図５に示すように、半導体スイッチング素子１０が接合される電極板１４の外側主面２０を露出させ、この面に冷却部材を接触させるように構成すれば良い。

なお、図５の構成においても、半導体スイッチング素子１０と電極板１４とは、耐熱性の高い樹脂材料からなるモールド樹脂３０により封止成形される。そして、モールド樹脂３０は、耐熱性の低い樹脂材料からなるモールド樹脂３２により封止成形される。

以上のように、この発明の実施の形態によれば、半導体スイッチング素子と電極板とを高い耐熱性と剛性とを備えた樹脂材料を用いて封止成形することにより、高温動作時においても半導体装置の信頼性を確保することができる。

さらに、高い耐熱性が要求されない部分については比較的廉価な樹脂材料を用いて封止成形することにより、廉価な装置構成で半導体装置を実現することができる。

また、半導体スイッチング素子の放熱経路の少なくとも一部が異なる樹脂材料の界面を経ることなく形成されることから、半導体装置の冷却性能を保持することができる。

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説明ではなく、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。

この発明は、モータ駆動装置に搭載される半導体装置に適用することができる。

この発明の実施の形態に従う半導体装置の厚さ方向断面図である。 図１に示す半導体装置の外観図である。 本実施の形態に従う半導体装置が搭載されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。 本実施の形態に従う半導体装置の冷却構造を示す概略図である。 本実施の形態に係る半導体装置の変更例を示す図である。

符号の説明

１０，Ｑ１〜Ｑ８ 半導体スイッチング素子、１２，１４ 電極板、１６ 信号線、２０，２２ 外側主面、２４，２６ はんだ層、２８ ボンディングワイヤ、３０，３２ モールド樹脂、４０，４２ 電圧センサ、４１ 昇圧コンバータ、４４ 電流センサ、５０ インバータ、５１ Ｕ相アーム、５２ Ｖ相アーム、５３ Ｗ相アーム、６０ 制御装置、１００ 半導体装置、１１０，１１２ 冷却器、１２０，１４０ バスバー、Ｂ 直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード素子、Ｌ１ リアクトル、Ｃ１ コンデンサ、Ｍ１ 交流モータ。

Claims (6)

1. 半導体素子と、前記半導体素子の端子にそれぞれ対応して設けられ、前記端子と熱的および電気的に接続された電極板とを含む半導体モジュールと、
   第１の樹脂材料からなり、前記半導体素子と前記電極板とを封止するための第１の樹脂成形部と、
   第２の樹脂材料からなり、前記半導体素子と前記電極板とに直接的に接触することなく、前記第１の樹脂成形部を封止するための第２の樹脂成形部とを備え、
   前記第１および第２の樹脂成形部は、前記半導体モジュールの一部が、冷却部材に対して露出する、または前記第１の樹脂成形部のみを介するように配置される、半導体装置。
2. 前記第１の樹脂材料は、前記第２の樹脂材料よりも高い耐熱温度を有する、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の樹脂材料は、前記第２の樹脂材料よりも高い剛性を有する、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第１の樹脂成形部と前記第２の樹脂成形部とは、所定値以上の表面粗さを有する界面により接合される、請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記電極板の外側主面は、前記第１および第２の樹脂成形部によって封止されていない、請求項１に記載の半導体装置。
6. 前記電極板の外側主面は、冷却部材に接触される、請求項５に記載の半導体装置。

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