JP2012228038A

JP2012228038A - 電力用半導体装置

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Publication number: JP2012228038A
Application number: JP2011092298A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hirata; 修一平田; Kenji Otsuka; 健司大塚
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】熱応力の集中を抑制すると共に他の部品への取り付けの自由度を向上させる。
【解決手段】第１モータを駆動するための半導体チップ５０，５２のうち一部のチップを基板７０に実装すると共に残余のチップを基板７２に実装し、第２モータを駆動するための半導体チップ５４，５６のうち一部のチップを基板７４に実装すると共に残余のチップを基板７６に実装し、バッテリ４４からの電力を昇圧するための半導体チップ５８，６０のうち一部のチップを基板７８に実装すると共に残余のチップを基板８０に実装し、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を冷却器９０の表面の冷却水路９１の上流側の領域に取り付けると共に基板７２，７６，８０を冷却器９０の冷却水路９１の下流側に取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力用半導体装置に関し、詳しくは、動力を入出力可能な第１電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第１の電力用半導体チップと、動力を入出力可能な第２電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第２の電力用半導体チップと、二次電池からの電力を昇圧して第１の電力用半導体素子および第２の電力用半導体素子に供給する複数の第３の電力用半導体素子が形成された複数の第３の電力用半導体チップと、内部に冷却媒体が流通する媒体流路を有し第１の電力用半導体チップおよび第２の電力用半導体チップおよび第３の電力用半導体チップを冷却媒体で冷却する冷却装置と、を備える電力用半導体装置に関する。

従来、この種の半導体装置としては、窒化けい素基板の一方の面に３０個以上の金属板が接合され、それぞれの金属板の表面に熱電素子が搭載されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、絶縁基板として窒化けい素基板を用いることにより、耐熱サイクルの向上を図ることができるとしている。

特開２００２−２０３９９３号公報

ところで、複数の種類の電力用半導体チップが搭載された基板を冷却する冷却装置を備える電力用半導体装置では、電力用半導体チップの種類毎に発熱量が異なる。こうした複数の種類の電力用半導体チップを１つの基板に搭載すると、基板内でより発熱量が多いチップが搭載された領域が局所的に加熱されるため、冷却装置での冷却が適正にできず、熱応力が基板の一部に集中する場合がある。また、基板のチップが搭載された面側で電力用半導体装置を他の部品に取り付ける際にはチップおよび基板を避けて取り付ける必要があるが、複数の種類の電力用半導体チップを１つの基板に搭載すると基板が比較的大きくなり取り付けの自由度が低下してしまう。

本発明の電力用半導体装置では、電力用半導体チップが搭載された基板の発熱による熱応力の集中を抑制すると共に他の部品への取り付けの自由度の向上を図ることを主目的とする。

本発明の電力用半導体装置では、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電力用半導体装置は、
動力を入出力可能な第１電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第１の電力用半導体チップと、動力を入出力可能な第２電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第２の電力用半導体チップと、二次電池からの電力を昇圧して前記第１の電力用半導体素子および前記第２の電力用半導体素子に供給する複数の第３の電力用半導体素子が形成された複数の第３の電力用半導体チップと、内部に冷却媒体が流通する媒体流路を有し前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップおよび前記第３の電力用半導体チップを前記冷却媒体で冷却する冷却装置と、を備える電力用半導体装置であって、
前記複数の第１の電力用半導体チップのうち一部のチップは第１の絶縁性能と第１の熱伝導性能とを有する第１の基板に実装されると共に前記複数の第１の電力用半導体チップのうち残余のチップは第２の絶縁性能と第２の熱伝導性能とを有する第２の基板に実装され、
前記複数の第２の電力用半導体チップのうち一部のチップは第３の絶縁性能と第３の熱伝導性能とを有する第３の基板に実装されると共に前記複数の第２の電力用半導体チップのうち残余のチップは第４の絶縁性能と第４の熱伝導性能とを有する第４の基板に実装され、
前記複数の第３の電力用半導体チップのうち一部のチップは第５の絶縁性能と第５の熱伝導性能とを有する第５の基板に実装されると共に前記複数の第３の電力用半導体チップのうち残余のチップは第６の絶縁性能と第６の熱伝導性能とを有する第６の基板に実装され、
前記第１の基板および前記第３の基板および前記第５の基板は前記冷却装置の表面の前記媒体流路の上流側に取り付けられ、前記第２の基板および前記第４の基板および前記第６の基板は前記冷却装置の表面の前記媒体流路の下流側に取り付けられてなる、
ことを要旨とする。

この本発明の電力用半導体装置では、動力を入出力可能な第１電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第１の電力用半導体チップと、動力を入出力可能な第２電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第２の電力用半導体チップと、二次電池からの電力を昇圧して第１の電力用半導体素子および第２の電力用半導体素子に供給する複数の第３の電力用半導体素子が形成された複数の第３の電力用半導体チップと、内部に冷却媒体が流通する媒体流路を有し第１の電力用半導体チップおよび第２の電力用半導体チップおよび第３の電力用半導体チップを冷却媒体で冷却する冷却装置と、を備える電力用半導体装置において、複数の第１の電力用半導体チップのうち一部のチップを第１の絶縁性能と第１の熱伝導性能とを有する第１の基板に実装すると共に複数の第１の電力用半導体チップのうち残余のチップを第２の絶縁性能と第２の熱伝導性能とを有する第２の基板に実装し、複数の第２の電力用半導体チップのうち一部のチップを第３の絶縁性能と第３の熱伝導性能とを有する第３の基板に実装すると共に複数の第２の電力用半導体チップのうち残余のチップを第４の絶縁性能と第４の熱伝導性能とを有する第４の基板に実装し、複数の第３の電力用半導体チップのうち一部のチップを第５の絶縁性能と第５の熱伝導性能とを有する第５の基板に実装すると共に複数の第３の電力用半導体チップのうち残余のチップを第６の絶縁性能と第６の熱伝導性能とを有する第６の基板に実装し、第１の基板および第３の基板および第５の基板を冷却装置の表面の媒体流路の上流側に取り付け、第２の基板および第４の基板および第６の基板を冷却装置の表面の媒体流路の下流側に取り付けている。これにより、各基板を用いて冷却装置と各電力用半導体チップとを絶縁すると共に冷却装置により各基板を介して各電力用半導体チップを冷却することができる。そして、複数の第１の電力用半導体チップには第１電動機を駆動する電力用半導体素子が形成されており、複数の第２の電力用半導体チップには第２電動機を駆動する電力用半導体素子が形成されており、複数の第３の電力用半導体チップには二次電池からの電力を昇圧して第１の電力用半導体素子および第２の電力用半導体素子に供給する複数の第３の電力用半導体素子が形成されている。そのため、第１の電力用半導体チップ、第２の電力用半導体チップ、第３の電力用半導体チップのそれぞれの発熱量は、第１電動機の駆動状態，第２電動機の駆動状態，二次電池からの電力の昇圧動作を反映したものとなって、種類の異なる半導体チップ同士では発熱状態が異なると考えられる。したがって、複数の第１の電力用半導体チップのうち一部のチップを第１の基板に実装すると共に複数の第１の電力用半導体チップのうち残余のチップを第２の基板に実装し、複数の第２の電力用半導体チップのうち一部のチップを第３の基板に実装すると共に複数の第２の電力用半導体チップのうち残余のチップを第４の基板に実装し、複数の第３の電力用半導体チップのうち一部のチップを第５の基板に実装すると共に複数の第３の電力用半導体チップのうち残余のチップを第６の基板に実装することにより、各基板には発熱量が同程度のチップを実装することができ、基板内の熱分布をより均一にすることができ、冷却装置による冷却を適正に行って基板に局所的に熱応力が集中するのを抑制することができる。そして、第１の基板および第３の基板および第５の基板を冷却装置の表面の媒体流路の上流側に取り付け、第２の基板および第４の基板および第６の基板を冷却装置の表面の媒体流路の下流側に第１の基板および第３の基板および第５の基板と離間させて取り付けることにより、上流側に取り付けた第１の基板，第３の基板，第５の基板と下流側に取り付けた第２の基板，第４の基板、第６の基板との間に基板が取り付けられていない領域ができるから、各チップを１つの基板に搭載したものに比して、各基板のチップが搭載されていない面側で他の部品に取り付けられる際の取り付けの自由度の向上を図ることができる。

前記第１の基板および前記第２の基板は、前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップを前記冷却装置とを良好に絶縁可能な絶縁性能と前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な熱伝導性能を有する基板であり、前記第３の基板および前記第４の基板は、前記第３の電力用半導体チップおよび前記第４の電力用半導体チップを前記冷却装置とを良好に絶縁可能な絶縁性能と前記第３の電力用半導体チップおよび前記第４の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な熱伝導性能を有する基板であり、前記第５の基板および前記第６の基板は、前記第５の電力用半導体チップおよび前記第６の電力用半導体チップを前記冷却装置とを良好に絶縁可能な絶縁性能と前記第５の電力用半導体チップおよび前記第６の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な熱伝導性能を有する基板である、ものとすることもできる。こうすれば、各基板により各電力用半導体チップと冷却装置とを良好に絶縁すると共に冷却装置により各電力半導体チップを良好に冷却することができる。この場合において、前記第１の基板および前記第２の基板および前記第３の基板および前記第４の基板および前記第５の基板および前記第６の基板は、前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップおよび前記第３の電力用半導体チップと前記冷却装置とを良好に絶縁可能な所定の絶縁性能と前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップおよび前記第３の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な所定の熱伝導性能を有する基板である、であるものとすることもできる。

また、本発明の電力用半導体装置において前記第１の基板および前記第２の基板および前記第３の基板および前記第４の基板および前記第５の基板および前記第６の基板は、アルミニウムからなる第１の層と窒化アルミニウムからなる第２の層とアルミニウムからなる第３の層とが順に積層されてなる基板である、ものとすることもできる。

本発明の一実施例としての電力用半導体装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。ハイブリッド自動車２０が備える電気系の構成の概略を示す構成図である。インバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６のＩＧＢＴやダイオードを含む電力用半導体装置の外観を示す外観図である。電力用半導体装置の断面の概略を示す断面図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電力用半導体装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、ハイブリッド自動車２０が備える電気系の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ４１，４２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ４４と、インバータ４１，４２が接続された電力ライン（以下、高電圧系電力ラインという）４７とバッテリ４４が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという）４８とに接続されて電池電圧系電力ライン４８の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４７に供給可能な昇圧コンバータ４６とを備える。

インバータ４１は、図２に示すように、６個の絶縁ゲートトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor，以下、「トランジスタ」という）と、６個のトランジスタに逆方向に並列接続された６個のダイオードとにより構成されている。６個のトランジスタと６個のダイオードとは、モータＭＧ１の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相からみて高電圧系電力ライン４７の正極母線側と負極母線側とに各々接続されている。

インバータ４２は、図２に示すように、１２個のトランジスタと、各トランジスタに逆方向に並列接続された１２個のダイオードとにより構成されている。１２個のトランジスタと１２個のダイオードとは、モータＭＧ２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相からみて高電圧系電力ライン４７の正極母線側と負極母線側とに各々２つずつ並列接続されている。

昇圧コンバータ４６は、図２に示すように、４個のトランジスタと、各トランジスタに逆方向に並列接続された４個のダイオードと、リアクトルＬとにより構成されている。４個のトランジスタのうち２個は高電圧系電力ライン４７の正極母線に対して並列接続されており、残余の２個は高電圧系電力ライン４７の負極母線に対して並列接続されており、前者の２個のトランジスタ（上アーム）と後者の２個のトランジスタ（下アーム）との接続点とバッテリ４４の正極端子とにはリアクトルＬが接続されている。

こうした電気自動車では、基本的に、駆動軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊が出力されるようエンジン２２における燃料噴射制御やインバータ４１，４２の各トランジスタのスイッチング制御、昇圧コンバータ４６の各トランジスタのスイッチング制御が実行される。なお、トランジスタとしては、ＩＧＢＴに限定されるものではなく、パワーＭＯＳ(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタなど、比較的高い電力で用いられる電力用トランジスタであれば如何なるものを用いても構わない。

図３はインバータ４１，４２，昇圧コンバータ４６のトランジスタやダイオードを含む電力用半導体装置の外観を示す外観図であり、図４は電力用半導体装置の半導体チップ５８の断面の概略を示す断面図である。なお、図３中、太線の矢印は冷却媒体としての冷却水の流れる方向を示している。電力用半導体装置は、インバータ４１の６個のトランジスタがそれぞれ形成された６個の半導体チップ５０と、インバータ４１の６個のダイオードがそれぞれ形成された６個の半導体チップ５２と、インバータ４２の１２個のトランジスタがそれぞれ形成された１２個の半導体チップ５４と、インバータ４２の１２個のダイオードがそれぞれ形成された１２個の半導体チップ５６と、昇圧コンバータ４６の４個のトランジスタがそれぞれ形成された４個の半導体チップ５８と、昇圧コンバータ４６の４個のダイオードがそれぞれ形成された４個の半導体チップ６０と、６個の半導体チップ５０のうちの３個および６個の半導体チップ５２のうちの３個が実装された基板７０と、６個の半導体チップ５０のうちの残余の３個および６個の半導体チップ５２のうち残余の３個が実装された基板７２と、１２個の半導体チップ５４のうちの６個および１２個の半導体チップ５６のうちの６個が実装された基板７４と、１２個の半導体チップ５４のうちの残余の６個および１２個の半導体チップ５６のうち残余の６個が実装された基板７６と、４個の半導体チップ５８のうちの２個および４個の半導体チップ６０のうち２個が実装された基板７８と、４個の半導体チップ５８のうちの残余の２個および４個の半導体チップ６０のうち残余の２個が実装された基板８０と、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０が表面に取り付けられ内部に図示しない電動ポンプによって圧送される冷却水が流通する冷却水路９１が形成された冷却器９０とから構成されている。

基板７０，７２，７４，７６，７８，８０は、図４に示すように、アルミニウム（Ａｌ）からなるアルミ層９２と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる絶縁層９４とＡｌからなるアルミ層９６とが順に積層された積層基板として構成されている。アルミ層９２，９６、絶縁層９４は、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を介して半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０と冷却器９０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有する厚さにそれぞれ形成されている。基板７０，７４，７８は、冷却器９０の表面の一部に各基板が実装されていない領域ができるよう、冷却器９０の表面の冷却水路９１の上流側の領域に取り付けられ、基板７２，７６，８０は、冷却器９０の冷却水路９１の下流側に取り付けられている。アルミ層９２，９６、絶縁層９４を上述した厚さに形成することにより、冷却器９０と半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０との絶縁を保持しながら、冷却器９０により基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を介して半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０を良好に冷却することができる。また、基板７０，７４，７８を冷却器９０の冷却水路９１の上流側に取り付け、基板７２，７６，８０を冷却器９０の冷却水路９１の下流側に取り付けることにより、冷却器９０の表面側に他の部品を取り付ける際に、表面の基板が実装されていない領域に他の部品を取り付けることができ、取り付け方法の自由度を向上させることができる。

こうして構成された電力用半導体装置では、モータＭＧ１，ＭＧ２や昇圧コンバータ４６の駆動状態によって、半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の発熱量が変化する。例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力すべきトルクが急増するときや高電圧系電力ライン４７の電圧ＶＨを急上昇させる必要があるときなどは、インバータ４１，４２や昇圧コンバータ４６に流れる電流が増えるため、半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の発熱量が大きくなる。また、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力すべきトルクが少ないときや高電圧系電力ライン４７の電圧ＶＨを急上昇させる必要がないときなどは、インバータ４１，４２や昇圧コンバータ４６に流れる電流が少ないため、半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の発熱量が小さくなる。こうした半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の発熱量は、同一の装置を駆動するチップ、例えば、モータＭＧ１を駆動するための半導体チップ５２，５４の間でほぼ同一となり、異なる装置を駆動するためのチップ、例えば、モータＭＧ１を駆動するための半導体チップ５２とモータＭＧ２を駆動するための半導体チップ５６との間で異なると考えられる。したがって、６個の半導体チップ５０のうちの３個および６個の半導体チップ５２のうちの３個を基板７０に実装すると共に６個の半導体チップ５０のうちの残余の３個および６個の半導体チップ５２のうち残余の３個を基板７２に実装し、１２個の半導体チップ５４のうちの６個および１２個の半導体チップ５６のうちの６個を基板７４に実装すると共に１２個の半導体チップ５４のうちの残余の６個および１２個の半導体チップ５４のうち残余の６個を基板７６に実装し、４個の半導体チップ５８のうちの２個および４個の半導体チップ６０のうち２個を基板７８に実装すると共に４個の半導体チップ５８のうちの残余の２個および４個の半導体チップ６０のうち残余の２個を基板８０に実装し、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を冷却器９０の表面であり冷却水路９１の上流側の領域に取り付けると共に基板７２，７６，８０を冷却器９０の冷却水路９１の下流側に取り付けることにより、基板７０および基板７２には互いに発熱量が同程度のチップが実装されていることになり、基板７４および基板７６には互いに発熱量が同程度のチップが実装されていることになり、基板７８および基板８０には互いに発熱量が同程度のチップが実装されていることになる。したがって、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０内の熱分布をより均一にすることができ、冷却器９０による冷却を適正に行って基板７０，７２，７４，７６，７８，８０に局所的に熱応力が集中するのを抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載される電力用半導体装置によれば、個６の半導体チップ５０のうちの３個および６個の半導体チップ５２のうちの３個を基板７０に実装すると共に６個の半導体チップ５０のうちの残余の３個および６個の半導体チップ５２のうち残余の３個を基板７２に実装し、１２個の半導体チップ５４のうちの６個および１２個の半導体チップ５６のうちの６個を基板７４に実装すると共に１２個の半導体チップ５４のうちの残余の６個および１２個の半導体チップ５４のうち残余の６個を基板７６に実装し、４個の半導体チップ５８のうちの２個および４個の半導体チップ６０のうち２個を基板７８に実装すると共に４個の半導体チップ５８のうちの残余の２個および４個の半導体チップ６０のうち残余の２個を基板８０に実装し、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を冷却器９０の表面であり冷却水路９１の上流側の領域に取り付けると共に基板７２，７６，８０を冷却器９０の冷却水路９１の下流側に取り付けることにより、冷却器９０による冷却を適正に行って基板７０，７２，７４，７６，７８，８０に局所的に熱応力が集中するのを抑制することができると共に他の部品への取り付けの自由度を向上させることができる。

実施例の電力用半導体装置では、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０は、それぞれＡｌからなるアルミ層９２とＡｌＮからなる絶縁層９４とＡｌからなるアルミ層９６とが順に積層された積層基板として構成されているものとしたが、冷却器９０により基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を介して半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の冷却を比較的良好に行なうと共に半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０と冷却器９０とを十分に絶縁可能であればよいから、例えば、Ａｌからなるアルミ層９２，９６に代えて銅（Ｃｕ）からなる層を用いたり、ＡｌＮからなる絶縁層９４に代えて窒化シリコン（ＳｉＮ）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる層を用いたりしてもよい。また、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０は、複数の層が積層された積層基板に限定されたものではなく、単層の基板として構成されているものとしてもよい。

実施例の電力用半導体装置では、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を冷却器９０により基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を介して半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０の冷却を比較的良好に行なうと共に半導体チップ５０，５２，５４，５６，５８，６０と冷却器９０とを十分に絶縁可能であるものとしたが、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０は、それぞれ冷却器９０により各基板を介して実装している半導体チップの冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に実装している半導体チップと冷却器９０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有するものであればよいから、例えば、基板７０を冷却器９０により半導体チップ５０，５２の冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に半導体チップ５０，５２と冷却器９０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有するものとし、基板７２を冷却器９０により半導体チップ５０，５２の冷却を比較的良好に行なう熱伝導性能を有すると共に半導体チップ５０，５２と冷却器９０とを十分に絶縁可能な絶縁性能を有する基板７０と異なる材料や厚さの基板として構成するものとするなど、基板７０，７２，７４，７６，７８，８０を互いに異なる材料や厚さからなる層が積層された積層基板として構成してもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ１を駆動するトランジスタが形成された６個の半導体チップ５０とダイオードが形成された６個の半導体チップ５２とが「複数の第１の電力用半導体チップ」に相当し、モータＭＧ２を駆動するトランジスタが形成された１２個の半導体チップ５４とダイオードが形成された１２個の半導体チップ５６とが「複数の第２の電力用半導体チップ」に相当し、バッテリ４４からの電力を昇圧するためのトランジスタが形成された４個の半導体チップ５８と４個のダイオードが形成された４個の半導体チップ６０とが「複数の第３の電力半導体チップ」に相当し、冷却器９０が「冷却装置」に相当し、６個の半導体チップ５０のうちの３個のチップと６個の半導体チップ５２のうち３個のチップとが取り付けられた基板７０が「第１の基板」に相当し、６個の半導体チップ５０のうち残余の３個のチップと６個の半導体チップ５２のうち残余の３個のチップとが取り付けられた基板７２が「第２の基板」に相当し、１２個の半導体チップ５４のうちの６個のチップと１２個の半導体チップ５６のうち６個のチップとが取り付けられた基板７４が「第３の基板」に相当し、１２個の半導体チップ５４のうち残余の６個のチップと１２個の半導体チップ５６のうち残余の６個のチップとが取り付けられた基板７６が「第４の基板」に相当し、４個の半導体チップ５８のうちの２個のチップと４個の半導体チップ６０のうち２個のチップとが取り付けられた基板７８が「第５の基板」に相当し、４個の半導体チップ５８のうち残余の２個のチップと４個の半導体チップ６０のうち残余の２個のチップとが取り付けられた基板８０が「第６の基板」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電力用半導体装置の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２６クランクシャフト、３０プラネタリギヤ、３２駆動軸、３８デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ駆動輪、４１，４２インバータ、４４バッテリ、４６昇圧コンバータ、４７高電圧系電力ライン、４８電池電圧系電力ライン、５０，５２，５４，５６，６８，６０半導体チップ、７０，７２，７４，７６，７８，８０基板、９０冷却器、９１冷却水路、９２，９６アルミ層、９４絶縁層、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

動力を入出力可能な第１電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第１の電力用半導体チップと、動力を入出力可能な第２電動機を駆動する電力用半導体素子が形成された複数の第２の電力用半導体チップと、二次電池からの電力を昇圧して前記第１の電力用半導体素子および前記第２の電力用半導体素子に供給する複数の第３の電力用半導体素子が形成された複数の第３の電力用半導体チップと、内部に冷却媒体が流通する媒体流路を有し前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップおよび前記第３の電力用半導体チップを前記冷却媒体で冷却する冷却装置と、を備える電力用半導体装置であって、
前記複数の第１の電力用半導体チップのうち一部のチップは第１の絶縁性能と第１の熱伝導性能とを有する第１の基板に実装されると共に前記複数の第１の電力用半導体チップのうち残余のチップは第２の絶縁性能と第２の熱伝導性能とを有する第２の基板に実装され、
前記複数の第２の電力用半導体チップのうち一部のチップは第３の絶縁性能と第３の熱伝導性能とを有する第３の基板に実装されると共に前記複数の第２の電力用半導体チップのうち残余のチップは第４の絶縁性能と第４の熱伝導性能とを有する第４の基板に実装され、
前記複数の第３の電力用半導体チップのうち一部のチップは第５の絶縁性能と第５の熱伝導性能とを有する第５の基板に実装されると共に前記複数の第３の電力用半導体チップのうち残余のチップは第６の絶縁性能と第６の熱伝導性能とを有する第６の基板に実装され、
前記第１の基板および前記第３の基板および前記第５の基板は前記冷却装置の表面の前記媒体流路の上流側に取り付けられ、前記第２の基板および前記第４の基板および前記第６の基板は前記冷却装置の表面の前記媒体流路の下流側に前記第１の基板および前記第３の基板および前記第５の基板と離間させて取り付けられてなる、
電力用半導体装置。
請求項１記載の電力用半導体装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板は、前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップを前記冷却装置とを良好に絶縁可能な絶縁性能と前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な熱伝導性能を有する基板であり、
前記第３の基板および前記第４の基板は、前記第３の電力用半導体チップおよび前記第４の電力用半導体チップを前記冷却装置とを良好に絶縁可能な絶縁性能と前記第３の電力用半導体チップおよび前記第４の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な熱伝導性能を有する基板であり、
前記第５の基板および前記第６の基板は、前記第５の電力用半導体チップおよび前記第６の電力用半導体チップを前記冷却装置とを良好に絶縁可能な絶縁性能と前記第５の電力用半導体チップおよび前記第６の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な熱伝導性能を有する基板である、
電力用半導体装置。
請求項２記載の電力用半導体装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板および前記第３の基板および前記第４の基板および前記第５の基板および前記第６の基板は、前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップおよび前記第３の電力用半導体チップと前記冷却装置とを良好に絶縁可能な所定の絶縁性能と前記第１の電力用半導体チップおよび前記第２の電力用半導体チップおよび前記第３の電力用半導体チップからの熱を前記冷却装置に良好に伝導可能な所定の熱伝導性能を有する基板である、
電力用半導体装置。
請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の電力用半導体装置であって、
前記第１の基板および前記第２の基板および前記第３の基板および前記第４の基板および前記第５の基板および前記第６の基板は、アルミニウムからなる第１の層と窒化アルミニウムからなる第２の層とアルミニウムからなる第３の層とが順に積層されてなる基板である、
電力用半導体装置。