JP2007068302A - 電力用半導体素子及び半導体電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能を大幅に向上し且つ信頼性及び製造性に優れた小型の電力用半導体素子及び半導体電力変換装置を提供する。
【解決手段】１相の上側アームを構成する複数の第１半導体チップ１７１及び１８１と、１相の下側アームを構成する複数の第２半導体チップ１７４及び１８４と、複数の第１半導体チップの正極側に接合した第１導体１１と、複数の第２半導体チップの負極側に接合した第２導体１２と、複数の第１半導体チップの負極側及び複数の第２半導体チップの正極側に接合した第３導体１３と、複数の第１半導体チップ及び複数の第２半導体チップの熱を放熱する放熱手段１５とを備え、複数の第１半導体チップ及び複数の第２半導体チップと第１導体１１〜第３導体１３との各接合面が、放熱手段１５の表面に対して非平行となるように、第１導体１１，第２導体１２，第３導体１３，複数の第１半導体チップ及び複数の第２半導体チップを配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力用半導体素子及び半導体電力変換装置に関し、特に、電力用半導体素子及び半導体電力変換装置を小型化するとともに冷却性能及び信頼性を向上させるための技術に関する。

電気自動車では、電力用半導体素子及び半導体電力変換装置の小型化、高信頼性が要求されている。電力用半導体素子及び半導体電力変換装置の小型化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良い電力用半導体素子及び半導体電力変換装置が必要となる。

従来の半導体電力変換装置を図１５〜図１７を参照して説明する。図１５は従来の半導体電力変換装置の平面図である。図１６は図１５のＣ−Ｃ間の断面図である。図１７は図１５に示す従来の半導体電力変換装置の電力用半導体素子１００の内部断面図である。

この半導体電力変換装置は、図１５に示すように、取付けねじ１０３により半導体電力変換装置の筐体１０９に取り付けられた電力用半導体素子１００と、固定台１０５に固定されている電源平滑用コンデンサであるアルミ電解コンデンサ１０４、３相出力導体９１及び９２の電流を検出する電流検出器１０１及び１０２と、電流検出器１０１及び１０２により検出された電流情報やアルミ電解コンデンサ１０４に印加される電圧等に基づき、電力用半導体素子１００を制御する制御ユニット１１１とを備えている。

電力用半導体素子１００とアルミ電解コンデンサ１０４とは、正極側導体１０７及び負極側導体１０８により電気的に接続されている。正極側導体１０７及び負極側導体１０８は、ねじ止めにより電力用半導体素子１００及びアルミ電解コンデンサ１０４に接続されている。

また、この半導体電力変換装置は、図１６に示すように、筐体１０９の底面に流路１１３が設けられており、流路１１３内部を流れる冷媒１１２により電力用半導体素子１００は冷却される。冷媒１１２は、例えば不凍液等である。

図１７に示すように、電力用半導体素子１００は、放熱用金属板１１４の上部に絶縁基板１１５、絶縁基板１１５の上部に金属電極１１６、金属電極１１６の上部にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１７１及びダイオード１８１が積層され且つ接合されている。ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１、金属電極１１６、絶縁基板１１５は絶縁性を有する樹脂製パッケージ（図示せず）に収納されている。また、放熱用金属板１１４と樹脂製パッケージは端部で接着され、樹脂製パッケージの内部には、絶縁性のゲル（図示せず）が封入されている。

また、電力用半導体素子１００は、放熱用金属板１１４の裏面に、接触熱抵抗を低減する目的で熱伝導グリース１１９が塗布され、流路１１３が設けられた半導体電力変換装置の筐体１０９の底面に、取付けねじ１０３により取付けられている。

このように構成された電力用半導体素子１００においては、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１が通電されたときに熱損失が発生する。ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の上部には断熱材である絶縁性のゲルが封入されているので、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１で発生した熱損失の大部分は、下部の金属電極１１６に熱伝導する。金属電極１１６に熱伝導した熱損失は、絶縁基板１１５を伝わり放熱用金属板１１４に熱伝導する。放熱用金属板１１４は、図１５〜図１７に示すように取付けねじ１０３により半導体電力変換装置の筐体１０９の底面に加圧接触されているので、熱損失は冷媒１１２により放熱される。

しかし、図１５〜図１７に示した従来の半導体電力変換装置は、取付けねじ１０３により、放熱用金属板１１４を半導体電力変換装置の筐体１０９の底面に加圧接触させているので、加圧力が放熱用金属板１１４全体に均等にかからない。このため、放熱用金属板１１４の裏面全体から筐体１０９の底面に設けられた流路１１３に均一に伝熱することができない。

また、ＩＧＢＴ１７１の下部の絶縁基板１１５の厚みが薄いため、ＩＧＢＴ１７１で発生した損失を熱拡散させることができない。このため、放熱用金属板１１４と半導体電力変換装置の筐体１０９との間の接触熱抵抗は、電力用半導体素子１００内部の熱抵抗とほぼ同等と非常に大きくなり、冷却効率が悪い。

また、ＩＧＢＴ１７１の下部の絶縁基板１１５の厚みが薄いため、熱時定数（熱容量）が小さい。このため、特に、半導体電力変換装置の起動時は過渡熱抵抗が大きくなり、電力用半導体素子１００の温度上昇が大きくなる。

電力用半導体素子１００は使用できる温度に制限があり、温度上昇が大きいと半導体電力変換装置の電源電圧や出力電流を抑えなければならず、半導体電力変換装置の出力容量が制限される。

そこで、図１５〜図１７に示した従来の半導体電力変換装置の問題点を解決し、冷却性能を高めた半導体電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１）。図１８は特許文献１に記載の半導体電力変換装置の電力用半導体素子の断面図である。

図１８に示す特許文献１に記載の半導体電力変換装置は、冷却器１２２上にセラミックを含有したシート状絶縁体１２３を介して導体１２０が接着されている。導体１２０は、メッキ処理され，メッキ１２４上にはんだ１２１で半導体チップ（ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１）が接合されている。

半導体チップであるＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１は、サイズが□１０ｍｍ以下であり、複数個並列接続して１アームを構成している。また、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１が接合されている導体１２０は、厚みが１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

図１９は特許文献１に記載の半導体電力変換装置の他の実施例を示す図であり、３相の半導体電力変換装置のＷ相の上側アーム及び下側アームを構成する電力用半導体素子の斜視図である。図１９に示すように、この電力用半導体素子は、上側アームを構成する４並列接続されたＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｄ及び２並列接続されたダイオード１８１Ａ〜１８１Ｂを、上側アーム導体１２５に１列に配置し、同様に下側アームを構成する４並列接続されたＩＧＢＴ１７４Ａ〜１７４Ｄ及び２並列接続されたダイオード１８４Ａ〜１８４Ｂを、下側アーム導体１２６に１列に配置している。

上側アーム導体１２５及び下側アーム導体１２６の間に、上側アーム導体１２５上に配置されたＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｄ及びダイオード１８１Ａ〜１８１Ｂと出力端子１３２を接続する出力導体１２７を配置している。図１９は下側アーム導体１２６と出力導体１２７が同一の導体で構成されている実施例を示している。

また、上側アーム導体１２５及び下側アーム導体１２６の間に、下側アーム導体１２６上に配置されたＩＧＢＴ１７４Ａ〜１７４Ｄ及びダイオード１８４Ａ〜１８４Ｂと負極端子１３１を接続する負極導体１２８を配置している。ＩＧＢＴ及びダイオードと各導体間は、ボンディングワイヤ１２９により電気的に接続されている。

また、上側アーム導体１２５、下側アーム導体１２６、出力導体１２７及び負極導体１２８は、セラミックスを含有したシート状絶縁体１２３を介して冷却器１２２に接着されている。

図１８及び図１９に示す特許文献１に記載の半導体電力変換装置では、厚みが１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体１２０や上側アーム導体１２５及び下側アーム導体１２６に接合されたＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｄ及びダイオード１８１Ａ〜１８１Ｃが冷却器１２２にシート状絶縁体１２３を介して直接接着されている。

従って、特許文献１に記載の半導体電力変換装置は、図１７に示した従来の電力用半導体素子のような冷却器との接触部の接触熱抵抗が無くなり、導体１２０や上側アーム導体１２５及び下側アーム導体１２６による熱拡散の効果と併せて、電力用半導体素子内部のＩＧＢＴ及びダイオードチップの定常熱抵抗が半減する。

更に、ＩＧＢＴ１７１Ａ〜１７１Ｄ及びダイオード１８１Ａ〜１８１Ｃが厚み１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の導体１２０や上側アーム導体１２５及び下側アーム導体１２６に接合されているので、導体１２０や上側アーム導体１２５及び下側アーム導体１２６の熱容量の効果により熱時定数が大きくなり過渡熱抵抗が小さくなり、半導体電力変換装置の起動時の温度上昇が小さくなる。このため、電力用半導体素子の冷却効率が向上し、半導体電力変換装置を小型化することができる。
特許第３６４１２３２号公報

しかしながら、図１８及び図１９に示した特許文献１に記載の半導体電力変換装置は、ＩＧＢＴ及びダイオードの主回路配線にボンディングワイヤ１２９が用いられているため、複数のボンディングワイヤ１２９を配線するのに時間がかかり、製造時間が長くなる。

また、電力用半導体素子は、更なる冷却効率の向上が求められているが、従来の電力用半導体素子１００では、冷却効率を更に向上をしようとしても構造的に限界がある。

本発明の課題は、冷却性能を大幅に向上し且つ信頼性及び製造性に優れた小型の電力用半導体素子及び半導体電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力用半導体素子は、１相の上側アームを構成する複数の第１半導体チップと、１相の下側アームを構成する複数の第２半導体チップと、前記複数の第１半導体チップの正極側に接合した第１導体と、前記複数の第２半導体チップの負極側に接合した第２導体と、前記複数の第１半導体チップの負極側及び前記第２半導体チップの正極側に接合した第３導体と、前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップの熱を放熱する放熱手段とを備え、前記複数の第１半導体チップと前記第１導体との接合面，前記複数の第１半導体チップと前記第３導体との接合面，前記複数の第２半導体チップと前記第３導体との接合面及び前記複数の第２半導体チップと前記第２導体との接合面の各接合面が、前記放熱手段の表面に対して非平行となるように、前記第１導体，前記第２導体，前記第３導体，前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップを配置したことを特徴とする。

本発明に係る電力用半導体素子によれば、複数の第１半導体チップの正極側に第１導体を接合し、複数の第２半導体チップの負極側に第２導体を接合し、複数の第１半導体チップの負極側及び複数の第２半導体チップの正極側に第３導体を接合し、第１導体，第２導体，第３導体，複数の第１半導体チップ及び複数の第２半導体チップは、第１導体〜第３導体と複数の第１及び第２半導体チップとの接合面が放熱手段の表面に対して非平行となるように配置されているので、第１及び第２半導体チップの熱を、チップの正極側及び負極側の両面から第１導体〜第３導体を介して効率良く放熱するため、素子の冷却性能を大幅に向上し且つ信頼性及び製造性を向上することができるとともに素子を小型化できる。

以下、本発明の実施例に係る電力用半導体素子及び半導体電力変換装置を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、背景技術の欄で説明した電力用半導体素子及び半導体電力変換装置の構成部分と同一又は相当部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を用いて説明する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものと異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を斜酌して判断すべきものである。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

図１は本発明の実施例１に係る電力用半導体素子の斜視図である。図２は本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を３相の半導体電力変換装置に適用したときの斜視図である。図３は本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を３相の半導体電力変換装置に適用したときの平面図である。図４は本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を用いた３相の半導体電力変換装置の回路図である。

図１に示すように、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子は、ＩＧＢＴ１７１及び１７４、ダイオード１８１及び１８４、第１導体１１、第２導体１２、第３導体１３、シート状絶縁体１４、放熱用金属板１５を備えて構成されている。

ＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４は、サイズがおおよそ□１０ｍｍ位の半導体チップである。ダイオード１８１及び１８４は、それぞれＩＧＢＴ１７１及び１７４に逆並列接続されている。また、この電力用半導体素子を３相インバータ装置等の半導体電力変換装置に適用した場合、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１は１相の上側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４は１相の下側アームを構成する。なお、図１はＩＧＢＴを２並列接続し、ダイオードを２並列接続した例を示している。

第１導体１１は、上側アームを構成するＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の正極側（それぞれコレクタ、カソード）に接合され、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の正極側の電極と電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１は、横一列に配置されている。このとき、ＩＧＢＴ１７１は、第１導体１１の長手部（接合面の長手方向）の略中央に配置され、ダイオード１８１は、第１導体１１の長手部の外周に配置されている。

第２導体１２は、下側アームを構成するＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の負極側の電極と電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４は、横一列に配置されている。このとき、ＩＧＢＴ１７４は、第２導体１２の長手部（接合面の長手方向）の略中央に配置され、ダイオード１８４は、第２導体１２の長手部の外周に配置されている。

第３導体１３は、第１導体１１と第２導体１２との間に配置され、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側及びＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側に接合されている。第３導体１３は、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側の電極及びＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側の電極と電気的に接続されている。即ち、第３導体１３は、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側とＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側とを電気的に接続している。

また、第３導体１３の一部には、電力用半導体素子の放熱用金属板１５を半導体電力変換装置の冷却器（図示しない）等に固定するネジを配置するための切り欠き部１３ａが設けられている。第３導体１３には、切り欠き部１３ａが設けられているが、ダイオード１８１及び１８４よりも熱損失が大きいＩＧＢＴ１７１及び１７４は、第１導体１１〜第３導体１３の略中央部に配置されているので、ＩＧＢＴ１７１及び１７４の熱拡散を妨げることはない。

放熱用金属板１５は、シート状絶縁体１４を介して第１導体１１，第２導体１２，第３導体１３に接着され、ＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４の熱を放熱する。このとき、放熱用金属板１５は、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１と第１導体１１との接合面、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１と第３導体１３との接合面、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４と第３導体１３との接合面及びＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４と第２導体１２との接合面の各接合面に対して非平行な面（例えば、略垂直な面）で第１導体１１、第２導体１２及び第３導体１３に接着される。即ち、ＩＧＢＴ及びダイオードの各半導体チップは、正極側及び負極側の面が放熱用金属板１５の表面に対して非平行になるように配置されている。

更に、放熱用金属板１５の裏面には、熱伝導グリース（図示せず）が塗布され、放熱用金属板１５は、熱伝導グリースを介して半導体電力変換装置の冷却器（図示せず）にネジ止め等により接着され、ＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４を冷却している。

また、図２〜図４に示すように、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を３相の半導体電力変換装置に適用した場合、電力用半導体素子は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相のアームを構成する。

図２〜図４に示す例では、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１はＷ相の上側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４はＷ相の下側アームを構成している。同様に、ＩＧＢＴ１７２及びダイオード１８２はＶ相の上側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７５及びダイオード１８５はＶ相の下側アームを構成している。ＩＧＢＴ１７３及びダイオード１８３はＵ相の上側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７６及びダイオード１８６はＵ相の下側アームを構成している。

また、図４において、半導体電力変換装置は、電力用半導体素子１と、バッテリ５０と、電力用半導体素子１の直流電圧を平滑する平滑コンデンサ５１と、三相出力用電極５３を介して半導体電力変換装置の負荷であるモータ５２へ流れる電流を検出する電流検出器５４と、電流検出器５４により検出された電流情報や平滑コンデンサ５１に印加される電圧等に基づき、電力用半導体素子を制御する制御ユニット５５と、制御ユニット５５の制御信号に基づき、ＩＧＢＴ１７１〜１７６のゲートを駆動するための駆動回路を設けた駆動基板５６とを備えている。駆動基板５６には、ＩＧＢＴ１７１〜１７６を駆動する駆動用ＩＣ５７がＩＧＢＴ１７１〜１７６に対して１対１対応で設けられている。即ち、この回路では、駆動用ＩＣ５７が６個設けられている。

また、図２に示すように、各相の第１導体１１には電力用半導体素子の正極端子１６が接続され、各相の第２導体１２には電力用半導体素子の負極端子１７が接続され、各相の第３導体１３には電力用半導体素子の出力端子１８が接続される。更に、ＩＧＢＴ１７１〜１７６にはゲート端子やセンス端子等の入出力端子１９が接続される。

第１導体１１，第２導体１２，第３導体１３の材質は、冷却の観点からすると銅が望ましいが、アルミニウム等の他金属や、Ａｌ−ＳｉＣ等の金属複合材料としても良い。また、本実施例において、第１導体１１〜第３導体１３の各導体と放熱用金属板１５との線膨張係数は、同一にする必要がある。例えば、第１導体１１〜第３導体１３の材質を銅とした場合、放熱用金属板１５の材質も銅でなければならない。

また、シート状絶縁体１４は、第１導体１１〜第３導体１３に対して十分に剛性の低い材質からなる。例えば、接着性を有するエポキシ樹脂に窒化ホウ素等のセラミックフィラーを充填したものであり、熱伝導率は２〜４Ｗ／ｍＫ、厚みは０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度、弾性率は３６ＧＰａ程度である。第１導体１１〜第３導体１３及び放熱用金属板１５の弾性率は、材質を銅とした場合、約１１５ＧＰａであり、シート状絶縁体１４の剛性は第１導体１１〜第３導体１３及び放熱用金属板１５に対して十分に小さい。

上述した剛性が大きい銅を材質とした第１導体１１〜第３導体１３と放熱用金属板１５とを、剛性が小さいシート状絶縁体１４で接着した場合には、第１導体１１〜第３導体１３と放熱用金属板１５の線膨張係数が同一であるので、図１５に示した従来の電力用半導体素子とは異なり、放熱用金属板１５の裏面に反りがほとんど発生しない。

発明者らによる試験結果によれば、図１７に示した従来の電力用半導体素子では、放熱用金属板１１４の裏面の反りは最大約１２０μｍとなる。これに対し、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子では、第１導体１１〜第３導体１３及び放熱用金属板１５を銅とした場合、放熱用金属板１５の裏面の反りは最大で約２５μｍとなり、放熱用金属板１５の反りが非常に大きく低減された。

従って、第１導体１１〜第３導体１３及び放熱用金属板１５を銅とした場合では、放熱用金属板１５と冷却器との間のギャップが小さくなり熱伝導グリースの厚みも非常に薄くなるので接触熱抵抗が非常に小さくなる。

図５は本発明の実施例１の半導体チップの過渡熱抵抗の解析結果である。本発明では、ＩＧＢＴが第１導体１１〜第３導体１３により両面冷却されているので、図５に示すように、１０〜２０ｓｅｃの定常熱抵抗が特許文献１に記載されている電力用半導体素子の熱抵抗０．１６６K/Wに対し、０．１１２K/W位となり、３０％以上低減される。更に、半導体電力変換装置起動時に問題となる０．１〜０．３ｓｅｃの過渡熱抵抗も、第１導体１１〜第２導体１３の両面冷却及び熱容量の効果により、特許文献１に記載されている電力用半導体素子に比べ、約５０％低減する。

このように、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子は、第１導体１１が、１相の上側アームを構成するＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の正極側に接合し、第２導体１２が、１相の下側アームを構成するＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の負極側に接合し、第３導体１３が、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側，ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側に接合している。また、放熱用金属板１５は、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１と第１導体１１〜第３導体１３の接合面と非平行な面で、第１導体１１〜第３導体１３に接着している。

このため、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の熱を、ＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４の各半導体チップの正極側及び負極側の両面から第１導体１１〜第３導体１３を介して効率良く放熱するため、定常熱抵抗及び過渡熱抵抗が低減し、半導体電力変換装置の起動時及び定常状態のいずれのときも、ＩＧＢＴ及びダイオードチップの温度上昇が低くなり冷却効率が向上する。

また、ゲート端子やセンス端子等の入出力端子１９が接続されるＩＧＢＴ１７１，１７４を第１導体１１〜第３導体１３の長手部の略中央に配置したので、ダイオード１８１，１８４より損失が大きく熱的に厳しいＩＧＢＴ１７１，１７４の熱を第１導体１１〜第３導体１３で拡散することができ、温度上昇を低減することができる。

また、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相が構造的に分割しているとともに半導体電力変換装置の冷却器からも独立しているので、製造歩留まりが向上する。

また、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子は、第１導体１１，第２導体１２及び第３導体１３とＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４の各半導体チップとをはんだ等により接合すれば、主回路の電気的配線が完成するので、図１８及び図１９に示した特許文献１の電力用半導体素子のように複数のボンディングワイヤを配線するという工程が必要なくなり、製造時間が短縮される。

更に、本発明の実施例１に係る電力用半導体素子は、ＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４が正極側に接合された第１導体１１及び負極側に接合された第２導体１２により配線されているので、第１導体１１及び第２導体１２を流れる電流の向きが対向することになり、配線インダクタンスが従来の電力用半導体素子及び特許文献１の電力用半導体素子に比べ非常に小さくなる。

従って、電力用半導体素子及び半導体電力変換装置の信頼性向上・小型化が図れるとともに、電力用半導体素子の製造歩留まりも向上する。

（実施例１の変形例）
図６は本発明の実施例１に係る電力用半導体素子の変形例を示す平面図である。図７は図６のＡ−Ａ間の断面図である。図８は図６のＢ−Ｂ間の断面図である。

図６〜図８に示すように、この電力用半導体素子は、図１に示した実施例１の電力用半導体素子のＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１と第１導体１１との間に第１幅広導体２１を配置し、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１と第３導体１３との間に第２幅広導体２２を配置し、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４と第２導体１２との間に第３幅広導体２３を配置したものである。その他の構成は図１に示した実施例１の電力用半導体素子と同様である。

第１幅広導体２１は、はんだまたは導電性接着剤により、第１導体１１，ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１に接合されている。また、第１幅広導体２１は、電力用半導体素子の正極端子１６と一体化されて電気的に接続されている。

第２幅広導体２２は、はんだまたは導電性接着剤により、第３導体１３，ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１に接合されている。また、第２幅広導体２２は、電力用半導体素子の出力端子１８と一体化されて電気的に接続されている。

第３幅広導体２３は、はんだまたは導電性接着剤により、第２導体１２，ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４に接合されている。また、第３幅広導体２３は、電力用半導体素子の負極端子１７と一体化されて電気的に接続されている。第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３の厚みは、１〜１．５ｍｍ程度である。

第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３は、取付け時は直立した状態で取り付けられ、電力用半導体素子を覆う樹脂パッケージ２４を取り付けた後に、図６及び図７に示すように、先端部を折り曲げて正極端子１６，負極端子１７及び出力端子１８とする。

即ち、正極端子１６及び出力端子１８は第１導体１１の上部に配置された状態になり、負極端子１７は第２導体１２の上部に配置された状態になる。このため、電力用半導体素子を大幅に小型化することができる。

また、第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３は樹脂パッケージ２４の取付け後に折り曲げられるので、電力用半導体素子の製造効率を向上することができる。

また、第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３は、第１導体１１〜第３導体１３の各導体及びＩＧＢＴ１７１，１７４及びダイオード１８１，１８４と、はんだまたは導電性接着剤にて接合されているので、第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３を流れる電流は第１導体１１〜第３導体１３に広がって流れる。

例えば、正極端子１６を通り第１幅広導体２１を流れる電流は、第１幅広導体２１と接合されている第１導体１１の内部にも広がって流れ、２並列接続されているＩＧＢＴ１７１の両者に均等に流入し、更に第３導体１３に流入し、更に出力端子１８に流出する。

また、第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３には、図７に示すように、中間部２１ａ〜２３ａに、例えばＵの字型や波型の応力緩衝部を設けても良い。第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３の中間部２１ａ〜２３ａに応力緩衝部を設けることで、それぞれ正極端子１６，出力端子１８，負極端子１７に接続される外部配線から受ける応力を緩和することができる。

また、図６〜図８に示すように、正極端子１６，出力端子１８，負極端子１７は、それぞれ第１幅広導体２１，第２幅広導体２２，第３幅広導体２３の端部に設けられている。これに対して、ゲート端子やセンス端子等の入出力端子１９が接続されるＩＧＢＴ１７１及び１７４は、第１幅広導体２１〜第３幅広導体２３の略中央部に配置されている。このため、正極端子１６，出力端子１８，負極端子１７と入出力端子１９とが構造的に緩衝することはない。

図９は実施例１の変形例の半導体チップの過渡熱抵抗の解析結果である。この場合、ＩＧＢＴ及びダイオードと第１導体１１〜第３導体１３との間に、第１幅広導体２１〜２３が新たに付加されるため、図１〜図３に示した実施例１に比べ、定常熱抵抗で約５％熱抵抗が増加し、０．１１８K/W位となるが、特許文献１に記載されている電力用半導体素子の定常熱抵抗０．１６６K/Wに対しては十分低減される。

図１０は本発明の実施例２に係る３相の電力用半導体素子の斜視図である。図１１は本発明の実施例２に係る３相の電力用半導体素子の半導体チップ（ＩＧＢＴ及びダイオード）が各導体に実装された様子を示す斜視図である。図１２は本発明の実施例２に係る３相の電力用半導体素子に出力用電極を接続したときの平面図である。図１３は本発明の実施例２に係る３相の電力用半導体素子に出力用電極、入出力端子及び制御・駆動基板を接続したときの側面図である。図１４は本発明の実施例２に係る電力用半導体素子を用いた半導体電力変換装置の回路図である。

図１０〜図１４に示すように、本発明の実施例２に係る電力用半導体素子は、ＩＧＢＴ１７１〜１７６、ダイオード１８１〜１８６、第１導体３１、第２導体３２、Ｕ相第３導体３３ａ、Ｖ相第３導体３３ｂ、Ｗ相第３導体３３ｃ、シート状絶縁体３４、放熱用金属板３５、制御・駆動基板３６を備えて構成されている。

ＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６は、サイズがおおよそ□１０ｍｍ位の半導体チップであり、ダイオード１８１〜１８６は、それぞれＩＧＢＴ１７１〜１７６に逆並列接続されている。図１０〜図１３はＩＧＢＴが２並列、ダイオードが２並列の場合の例を示している。

ＩＧＢＴ１７３及びダイオード１８３は半導体電力変換装置のＵ相の上側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７２及びダイオード１８２はＶ相の上側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１はＷ相の上側アームを構成している。

また、ＩＧＢＴ１７６及びダイオード１８６は半導体電力変換装置のＵ相の下側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７５及びダイオード１８５はＶ相の下側アームを構成し、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４はＷ相の下側アームを構成している。

第１導体３１は、ＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３の正極側（それぞれコレクタ、カソード）に接合され、ＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３の正極側の電極と電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３は、上下に２段に配置されている。このとき、ＩＧＢＴ１７１〜１７３は、上段に配置され、ダイオード１８１〜１８３は、下段に配置されている。

第２導体３２は、ＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６の負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、ＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６の負極側の電極と電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６は、上下に２段に配置されている。このとき、ＩＧＢＴ１７４〜１７６は、上段に配置され、ダイオード１８４〜１８６は、下段に配置されている。

Ｕ相第３導体３３ａは、ＩＧＢＴ１７３及びダイオード１８３の負極側に接合されるとともにＩＧＢＴ１７６及びダイオード１８６の正極側に接合され、ＩＧＢＴ１７３及びダイオード１８３の負極側の電極、ＩＧＢＴ１７６及びダイオード１８６の正極側の電極に電気的に接続されている。即ち、Ｕ相第３導体３３ａは、ＩＧＢＴ１７３及びダイオード１８３の負極側の電極とＩＧＢＴ１７６及びダイオード１８６の正極側の電極とを電気的に接続している。

Ｖ相第３導体３３ｂは、ＩＧＢＴ１７２及びダイオード１８２の負極側に接合されるとともにＩＧＢＴ１７５及びダイオード１８５の正極側に接合され、ＩＧＢＴ１７２及びダイオード１８２の負極側の電極、ＩＧＢＴ１７５及びダイオード１８５の正極側の電極に電気的に接続されている。即ち、Ｖ相第３導体３３ｂは、ＩＧＢＴ１７２及びダイオード１８２の負極側の電極とＩＧＢＴ１７５及びダイオード１８５の正極側の電極とを電気的に接続している。

Ｗ相第３導体３３ｃは、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側に接合されるとともにＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側に接合され、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側の電極、ＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側の電極に電気的に接続されている。即ち、Ｗ相第３導体３３ｃは、ＩＧＢＴ１７１及びダイオード１８１の負極側の電極とＩＧＢＴ１７４及びダイオード１８４の正極側の電極とを電気的に接続している。

放熱用金属板３５は、シート状絶縁体３４を介して第１導体３１、第２導体３２及びＵ相・Ｖ相・Ｗ相第３導体３３ａ・３３ｂ・３３ｃと接着されている。シート状絶縁体３４は、例えば接着性を有するエポキシ樹脂に窒化ホウ素等のセラミックフィラーを充填したものであり、熱伝導率は２〜４Ｗ／ｍＫ、厚みは０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。

このとき、放熱用金属板３５は、ＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３と第１導体３１との接合面、ＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３と第３導体３３ａ〜３３ｃとの接合面、ＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６と第３導体３３ａ〜３３ｃとの接合面、ＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６と第２導体３２との接合面の各接合面に対して非平行な面（例えば、略垂直な面）で第１導体３１、第２導体３２及び第３導体３３ａ〜３３ｃに接着される。

上記のように、放熱用金属板３５を第１導体３１〜第３導体３３に接着することで、ＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６の熱を正極側及び負極側の両面から第１導体３１〜第３導体３３を介して放熱する。

更に、放熱用金属板３５の下方には、熱伝導グリース（図示せず）を介して冷却器（図示せず）が接着され、ＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６を冷却している。

また、図１２及び図１３に示すように、Ｕ相第３導体３３ａの上面にはＵ相出力用電極３７ａが接続され、Ｖ相第３導体３３ｂの上面にはＶ相出力用電極３７ｂが接続され、Ｗ相第３導体３３ｃの上面にはＷ相出力用電極３７ｃが接続されている。Ｕ相出力用電極３７ａ、Ｖ相出力用電極３７ｂ及びＷ相出力用電極３７ｃは、第３導体３３ａ〜３３ｃの上面と略平行に設けられ、絶縁物３８を介して積層されている。

更に、ＩＧＢＴ１７１〜１７６のゲート端子及びセンス端子等の入出力端子３９は、第３導体３３ａ〜３３ｃと負荷の各相とを結ぶ出力用電極３７ａ〜３７ｃに対し、直交して設置されている。即ち、入出力端子３９は上方向に伸びた状態で設置されている。

制御・駆動基板３６は、図１４に示すように、ＩＧＢＴ１７１〜１７６を駆動する駆動用ＩＣ５７を搭載している。また、制御・駆動基板３６は、図１３に示すように、第１導体３１〜第３導体３３から見て、第１導体３１〜第３導体３３と放熱用金属板３５との接着面と反対側、即ち第１導体３１〜第３導体３３の直上に設けられている。

また、特に半導体電力変換装置の起動時の温度上昇を低減し、且つ第１導体３１〜第３導体３３の熱拡散の効果により定常熱抵抗を低減するためには、図１２に示す第１導体３１，第２導体３２及び第３導体３３ａ〜３３ｃと放熱用金属板３５との接着面の総面積は、図３に示した実施例１のＷ・Ｖ・Ｕ各相の第１導体１１，第２導体１２及び第３導体１３と放熱用金属板１５との接着面の総面積と同等である必要がある。

即ち、図３に示す各導体の接着面積Ｓ＝Ａ１×（Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）×３と、図１２に示す各導体の接着面積Ｓ＝Ｂ１×（Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４）は同等である。

更に、図１３に示すように、上下２段に配置された半導体チップの中で、ゲート端子及びセンス端子等の入出力端子３９が接続されるＩＧＢＴ１７１〜１７６を上段に設置し、入出力端子３９が接続されないダイオード１８１〜１８６を下段に設置することで、更にＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６の各チップ間距離を最小にし、第１導体３１，第２導体３２及び第３導体３３ａ〜３３ｃと接合している。このように、半導体チップを上下に配置し且つチップを密集配置することにより、図１２の第１導体３１及び第２導体３２の幅Ｂ１を最小にしている。

このため、第１導体３１〜第３導体３３と放熱用金属板３５との接着面の総接着面積Ｓを確保するために、半導体チップと接合する第１導体３１の側面の長さＢ４，第２導体３２の側面の長さＢ２及び第３導体３３ａ〜３３ｃの側面の長さＢ３の合計の長さは、第１導体３１及び第２導体３２の幅Ｂ１（接合面の長さ）よりも大きくなっている。

更に、図１２において、第３導体３３ａ〜３３ｃの側面の長さＢ３は、出力電流を通電するのに必要最小限とし、第１導体３１の側面の長さＢ４及び第２導体３２の側面の長さＢ２よりも小さくなっている。

第３導体３３ａ〜３３ｃを流れる電流Ｉと配線インダクタンスＬｓ１により発生するサージ電圧ΔＶ１は、ΔＶ１＝Ｌｓ１×ｄＩ／ｄｔとなる。配線インダクタンスＬｓ１は第３導体３３ａ〜３３ｃの側面の長さＢ３にほぼ比例する。本実施例では、Ｂ３の長さを最小としているため、サージ電圧ΔＶ１を最小にすることができる。

更に、Ｂ３の長さを最小にすると、第１導体３１と第２導体３２との距離が近接するので、相互インダクタンスによる配線インダクタンスの低減効果により、電力用半導体素子の正極端子から負極端子に至る配線経路の配線インダクタンスも低減される。

図１２の第２導体３２の幅Ｂ１は、図１３のＩＧＢＴ１７４のエミッタ（負極）側Ｘ２とＩＧＢＴ１７６のエミッタ（負極）側Ｘ１を結ぶ配線の経路長に相当する。

一方、図３に示した実施例１のＷ相の第２導体１２とＵ相の第２導体１２とを結ぶ距離Ａ５は、図４のＩＧＢＴ１７４のエミッタ（負極）側Ｙ２とＩＧＢＴ１７６のエミッタ（負極）側Ｙ１を結ぶ配線の経路長に相当する。

上述したように、本実施例ではＢ１が最小化されている。一方、図３に示したＡ５は、Ｕ・Ｖ・Ｗ各相の第２導体１２が分散配置されているので長くなる。Ｂ１は、おおよそＡ５の半分以下となる。

これにより、図１４のＸ１−Ｘ２間を流れる電流と配線インダクタンスＬｓ２により発生するサージ電圧ΔＶ２は、ΔＶ２＝Ｌｓ２×ｄＩ／ｄｔとなり、Ｂ１は実施例１のＡ５に比べ半減されているので、サージ電圧ΔＶ２も実施例１に比べ半減する。

これにより、実施例１ではＩＧＢＴ１７１〜１７６を駆動するＩＧＢＴ駆動用ＩＣ５７が６個必要であったが、本実施例では図１４に示すように、高圧用のＩＧＢＴ駆動用ＩＣ５７を１個で、ＩＧＢＴ１７１〜１７６を駆動することが可能となる。これにより、ＩＧＢＴ１７１〜１７６を駆動する駆動基板５６の部品点数削減・小型化が可能となる。

従って、電力用半導体素子内部のＩＧＢＴ及びダイオードチップの熱抵抗が低減し、冷却効率が向上する。これにより、半導体電力変換装置の信頼性向上・小型化が図れるとともに、電力用半導体素子の製造歩留まりも更に向上する。更に、ＩＧＢＴ駆動用の駆動基板５６の部品点数削減・小型化が可能となる。

このように、本発明の実施例２に係る電力用半導体素子は、第１導体３１が、上側アームを構成するＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３の正極側に接合し、第２導体３２が、下側アームを構成するＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６の負極側に接合し、第３導体３３ａ〜３３ｃが、ＩＧＢＴ１７１〜１７３及びダイオード１８１〜１８３の負極側，ＩＧＢＴ１７４〜１７６及びダイオード１８４〜１８６の正極側に接合している。

また、放熱用金属板３５は、ＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６と第１導体３１〜第３導体３３の接合面と非平行な面で、第１導体３１、第２導体３２、第３導体３３ａ〜３３ｃに接着している。

このため、ＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６の熱を、ＩＧＢＴ１７１〜１７６及びダイオード１８１〜１８６の正極側及び負極側の両面から第１導体３１〜第３導体３３を介して効率良く放熱するため、定常熱抵抗及び過渡熱抵抗が低減し、冷却効率が向上する。

また、制御・駆動基板３６は、第１導体３１〜第３導体３３から見て第１導体３１〜第３導体３３と放熱用金属板３５との接着面と反対側、即ち第１導体３１〜第３導体３３の直上に設けられ、ＩＧＢＴ１７１〜１７６の入出力端子３９と接続されているので、入出力端子３９が制御・駆動基板３６に最短で接続することができ、ノイズによる誤動作等が著しく減少して半導体電力変換装置の信頼性が向上するとともに装置の小型化を図ることができる。

本発明の実施例１に係る電力用半導体素子の斜視図である。 本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を３相の半導体電力変換装置に適用したときの斜視図である。 本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を３相の半導体電力変換装置に適用したときの平面図である。 本発明の実施例１に係る電力用半導体素子を用いた半導体電力変換装置の回路図である。 本発明の実施例１の半導体チップの過渡熱抵抗の解析結果である。 本発明の実施例１に係る電力用半導体素子の変形例を示す平面図である。 図６のＡ−Ａ間の断面図である。 図６のＢ−Ｂ間の断面図である。 本発明の実施例１の変形例の半導体チップの過渡熱抵抗の解析結果である。 本発明の実施例２に係る電力用半導体素子の斜視図である。 本発明の実施例２に係る電力用半導体素子に半導体チップを実装した様子を示す斜視図である。 本発明の実施例２に係る電力用半導体素子の平面図である。 本発明の実施例２に係る電力用半導体素子の側面図である。 本発明の実施例２に係る電力用半導体素子を用いた半導体電力変換装置の回路図である。 従来の半導体電力変換装置の平面図である。 図１５のＣ−Ｃ間の断面図である。 従来の電力用半導体素子の断面図である。 特許文献１に記載の電力用半導体素子の断面図である。 特許文献１に記載の電力用半導体素子の他の実施例の斜視図である。

符号の説明

１１…第１導体
１２…第２導体
１３…第３導体
１３ａ…切り欠き部
１４…シート状絶縁体
１５…放熱用金属板
１６…正極端子
１７…負極端子
１８…出力端子
１９…入出力端子
２１…第１幅広導体
２２…第２幅広導体
２３…第３幅広導体
２４…樹脂パッケージ
３１…第１導体
３２…第２導体
３３ａ〜３３ｃ…第３導体
３４…シート状絶縁体
３５…放熱用金属板
３６…制御・駆動基板
３７ａ〜３７ｃ…出力用電極
３８…絶縁物
３９…入出力端子
５０…バッテリ
５１…平滑コンデンサ
５２…モータ
５３…三相出力用電極
５４…電流検出器
５５…制御ユニット
５６…駆動基板
５７…駆動用ＩＣ
９１〜９３…３相出力導体
１００…電力用半導体素子
１０１，１０２…電流検出器
１０４…アルミ電解コンデンサ
１０５…固定台
１０７…正極側導体
１０８…負極側導体
１０９…筐体
１１１…制御ユニット
１１２…冷媒
１１３…流路
１１４…放熱用金属板
１１５…絶縁基板
１１６…金属電極
１１９…熱伝導グリース
１２０…導体
１２１…はんだ
１２２…冷却器
１２３…シート状絶縁体
１２４…メッキ
１２５…上側アーム導体
１２６…下側アーム導体
１２７…出力導体
１２８…負極導体
１２９…ボンディングワイヤ
１３０…正極端子
１３１…負極端子
１３２…出力端子
１７１〜１７６…ＩＧＢＴ
１８１〜１８６…ダイオード

Claims (14)

1. １相の上側アームを構成する複数の第１半導体チップと、
   １相の下側アームを構成する複数の第２半導体チップと、
   前記複数の第１半導体チップの正極側に接合した第１導体と、
   前記複数の第２半導体チップの負極側に接合した第２導体と、
   前記複数の第１半導体チップの負極側及び前記第２半導体チップの正極側に接合した第３導体と、
   前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップの熱を放熱する放熱手段と、
   を備え、前記複数の第１半導体チップと前記第１導体との接合面，前記複数の第１半導体チップと前記第３導体との接合面，前記複数の第２半導体チップと前記第３導体との接合面及び前記複数の第２半導体チップと前記第２導体との接合面の各接合面が、前記放熱手段の表面に対して非平行となるように、前記第１導体，前記第２導体，前記第３導体，前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップを配置したことを特徴とする電力用半導体素子。
2. 前記第１導体，前記第２導体及び前記第３導体と前記放熱手段との間にシート状絶縁体を設け、前記第１導体，前記第２導体及び前記第３導体は前記シート状絶縁体を介して前記放熱手段に接着固定されていることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体素子。
3. 前記第１半導体チップと前記第１導体との間に設けられ、前記電力用半導体素子の正極端子と電気的に接続された第１幅広導体と、
   前記第１半導体チップと前記第３導体との間に設けられ、前記電力用半導体素子の出力端子と電気的に接続された第２幅広導体と、
   前記第２半導体チップと前記第２導体との間に設けられ、前記電力用半導体素子の負極端子と電気的に接続された第３幅広導体と、
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力用半導体素子。
4. 前記第３導体は、
   前記放熱手段を外部の装置に固定するネジを配置するための切り欠き部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電力用半導体素子。
5. 前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップの内の、入出力端子が接続される半導体チップは、前記第１導体，前記第２導体及び前記第３導体の長手部の略中央に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電力用半導体素子。
6. 複数相の上側アームを構成する複数の第１半導体チップと、
   前記複数相の下側アームを構成する複数の第２半導体チップと、
   前記複数の第１半導体チップの正極側に接合した第１導体と、
   前記複数の第２半導体チップの負極側に接合した第２導体と、
   前記複数の第１半導体チップの負極側及び前記第２半導体チップの正極側に接合した前記複数相に対応した複数の第３導体と、
   前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップの熱を放熱する放熱手段と、
   を備え、前記複数の第１半導体チップと前記第１導体との接合面，前記複数の第１半導体チップと前記複数の第３導体との接合面，前記複数の第２半導体チップと前記複数の第３導体との接合面及び前記複数の第２半導体チップと前記第２導体との接合面の各接合面が、前記放熱手段の表面に対して非平行となるように、前記第１導体，前記第２導体，前記複数の第３導体，前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップを配置したことを特徴とする電力用半導体素子。
7. 前記第１導体，前記第２導体及び前記複数の第３導体と前記放熱手段との間にシート状絶縁体を設け、前記第１導体，前記第２導体及び前記複数の第３導体は前記シート状絶縁体を介して前記放熱手段に接着固定されていることを特徴とする請求項６記載の電力用半導体素子。
8. 前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップのそれぞれは、上下に複数段に配置され、前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップの内の、入出力端子が接続される半導体チップは、前記複数段の最上段に配置されていることを特徴とする請求項６または請求項７記載の電力用半導体素子。
9. 前記複数の第１半導体チップと接合する前記第１導体の接合面，前記複数の第２半導体チップと接合する前記第２導体の接合面，前記複数の第１半導体チップと接合する前記複数の第３導体の接合面及び前記複数の第２半導体チップと接合する前記複数の第３導体の接合面の各接合面の長さは、前記各接合面と直交する前記第１導体の側面の長さと、前記各接合面と直交する前記複数の第３導体の側面の長さと、前記各接合面と直交する前記第２導体の側面の長さとを足し合わせた長さよりも小さいことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項記載の電力用半導体素子。
10. 前記複数の第３導体の側面の長さは、前記第１導体の側面の長さ及び前記第２導体の側面の長さよりも小さいことを特徴とする請求項９記載の電力用半導体素子。
11. 前記複数の第３導体と負荷とを結ぶ複数の出力用電極を備え、前記複数の出力用電極は、前記複数の第３導体の上面と略平行に配置され、絶縁物を介して積層されていることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか１項記載の電力用半導体素子。
12. 前記複数の出力用電極に対して略直交するように前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップに接続される入出力端子を備えることを特徴とする請求項１１記載の電力用半導体素子。
13. 前記第１導体，前記第２導体及び前記複数の第３導体の上方に配置され、前記複数の第１半導体チップ及び前記複数の第２半導体チップを制御・駆動するための制御・駆動回路を設けた基板を備えることを特徴とする請求項６乃至請求項１２のいずれか１項記載の電力用半導体素子。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載の電力用半導体素子を備えることを特徴とする半導体電力変換装置。

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