JP2013172572A

JP2013172572A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2013172572A
Application number: JP2012035478A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tajima; 豊田島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】冷却性能に優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】第１のバスバー５０と、第１の絶縁膜８０を介して第１のバスバー５０の上面５１に積層された第２のバスバー６０と、接合材１６，２６で第１のバスバー５０に接続されていると共に、接合材１７，２７で第２のバスバー６０に接続されている半導体素子１０，２０と、を備えており、第１のバスバー５０は、第２のバスバー６０に向かって開口し、半導体素子１０，２０を収容可能な凹部５１ａ，５１ｂを有し、半導体素子１０，２０は、接合材１６，１７，２６，２７を除いて第１及び第２のバスバー５０，６０と電気的に絶縁された状態で、凹部５１ａ，５１ｂに埋め込まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。

インバータモジュールのＵ相・Ｖ相・Ｗ相の各相出力ユニットとして、負極板、半導体モジュール、端子板、半導体モジュール、及び正極板を順に積層しこれらをはんだ付けにて電気的に接続したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−３１９５６２号公報

上記のユニットでは、負極板と端子板の間に半導体モジュールのみが介在し、また正極板と端子板との間にも半導体モジュールのみが介在しており、半導体モジュールからの抜熱経路が制限されているという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能に優れた半導体装置を提供することである。

本発明は、第１のバスバーと第２のバスバーを第１の絶縁膜を介して積層すると共に、第１又は第２のバスバーの一方に、第２のバスバー又は第１のバスバーの他方に向かって開口する第１の凹部を形成し、当該第１の凹部に第１の半導体素子を埋め込むことによって上記課題を解決する。

本発明によれば、第１の半導体素子の周囲が第１のバスバー及び第２のバスバーで囲まれており、当該バスバーを介して第１の半導体素子から熱を広く拡散させることができるので、半導体装置の冷却性能の向上を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態における半導体装置の断面図である。図２は、図１に示す半導体装置の回路図である。図３は、図１のIII部の拡大分解図である。図４は、図１のIV-IV線に沿った断面図である。図５は、本発明の第２実施形態における半導体装置の断面図である。図６は、本発明の第３実施形態における半導体装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態における半導体装置の断面図、図２は図１に示す半導体装置の回路図、図３は図１のIII部の拡大分解図、図４は図１のIV-IV線に沿った断面図である。

本実施形態における半導体装置１は、例えば、自動車に搭載される三相電圧型ＰＭＷ（Pulse Width Modulation）インバータ等の電力変換装置に組み込まれる半導体モジュールである。なお、本実施形態における自動車には、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）が含まれる。

この半導体装置１は、図１及び図２に示すように、２つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０，３０と、２つのダイオード２０，４０と、３つのバスバー５０〜７０と、を備えており、インバータの電気的１相分を成す回路を構成している。なお、図２に示す回路図では、ＩＧＢＴ１０，３０、ダイオード２０，４０、及びバスバー５０〜７０の幾何学的な上下の位置関係を図１に合わせて図示している。

第１のＩＧＢＴ１０と第１のダイオード２０は、第１及び第２のバスバー５０，６０によって電気的に並列接続されていると共に、第２のＩＧＢＴ３０と第２のダイオード４０も、第１及び第３のバスバー５０，７０によって電気的に並列接続されており、これら２組の並列接続の組合せが、第１のバスバー５０を介して電気的に直列接続されている。

第１のダイオード２０は、第１のＩＧＢＴ１０の入出力方向とは逆向きに接続され、第２のダイオード４０も、第２のＩＧＢＴ３０の入出力方向とは逆向きに接続されており、いずれのダイオード２０，４０もフリーホイールダイオード（ＦＷＤ：Free Wheel Diode）として機能する。

因みに、第１のバスバー５０は、特に図示しないモータジェネレータの端子に接続されたＡＣ電位電極であり、第２及び第３のバスバー６０，７０は、特に図示しないバッテリの端子に接続されたＮ電位電極及びＰ電位電極である。これらの第１〜第３のバスバー５０〜７０は、例えば、銅（Ｃｕ）等の導電性を有する金属材料から構成されている。

図１及び図３に示すように、本実施形態では、第１のバスバー５０の上面５１に２つの凹部５１ａ，５１ｂが形成されており、一方の凹部５１ａに第１のＩＧＢＴ１０が埋め込まれていると共に、他方の凹部５１ｂに第１のダイオード２０が埋め込まれている。本実施形態における第１のＩＧＢＴ１０や第１のダイオード２０が本発明における第１の半導体素子の一例に相当し、本実施形態における凹部５１ａ，５１ｂが本発明における第１の凹部の一例に相当する。なお、凹部５１ａ、５１ｂを第２のバスバー６０の下面６２に形成してもよい。

この際、第１のＩＧＢＴ１０は、コレクタ１１とエミッタ電極１２を除いて、絶縁材１４で覆われている。第１のダイオード２０も、カソード２１とアノード電極２２を除いて、絶縁材２４で覆われている。この絶縁材１４，２４は、電気絶縁性を有する樹脂材料等から構成されており、接着剤等で半導体デバイス１０，２０に固定されている。

なお、図４に示すように、第１のＩＧＢＴ１０のゲート電極１３も絶縁材１４に覆われており、このゲート電極１３は、絶縁材１４の裏面に形成された配線パターン１５の端部に接続されている。この配線パターン１５は、第１及び第２のバスバー５０，６０の外側まで延在しており、第１のＩＧＢＴ１０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御回路（不図示）に接続されている。なお、配線パターン１５の延在部分（配線パターン１５においてゲート電極１３に対向する端部から延在する部分）が第１の絶縁膜８０の上に位置してもよいし、絶縁材１４で配線パターン１５の延在部分の全周を被覆してもよい。

このように、配線パターン１５を、エミッタ電極１２が接続される第２のバスバー６０の近くに設けることで、外部ノイズ等によってゲート信号が乱されるのを抑制することができる。また、こうした配線パターン１５によって、バスバー５０，６０の間に間隔や部品を設ける必要がなくなるので、半導体装置１全体を薄くすることができる。

第１のＩＧＢＴ１０のコレクタ１１は、接合材１６によって第１のバスバー５０の凹部５１ａの底面に接合されており、第１のＩＧＢＴ１０と第１のバスバー５０とは電気的に導通している。同様に、第１のダイオード２０のカソード２１も、接合材２６によって第１のバスバー５０の凹部５１ｂの底面に接合されており、第１のダイオード２０と第１のバスバー５０とは電気的に導通している。接合材１６，２６の具体例としては、例えば、はんだ、導電性ペースト、導電性接着剤等を例示することができる。本実施形態における接合材１６，２６が、本発明における第１の接続部の一例に相当する。

第１のバスバー５０の上には、第１の絶縁膜８０を介して第２のバスバー６０が積層されおり、第１のバスバー５０と第２のバスバー６０は第１の絶縁膜８０によって接合されている。この２つのバスバー５０，６０の間に、第１のＩＧＢＴ１０と第１のダイオード２０とが挟み込まれている。この第１の絶縁膜８０は、電気絶縁性を有する樹脂材料等から構成されている。なお、バスバー５０，６０の接合方法は特に限定されず、例えば、第１のバスバー５０と、第１の絶縁膜８０と、第２のバスバー６０とを、接着剤を介して接合してもよいし、これらをクランプ等によって機械的に固定してもよい。

第１のＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１２は、第１の絶縁膜８０の開口８１（図３参照）を介して、接合材１７によって第２のバスバー６０の下面６２に接合されており、第１のＩＧＢＴ１０と第２のバスバー６０とは電気的に導通している。同様に、第１のダイオード２０のアノード電極２２も、第１の絶縁膜８０の開口を介して、接合材２７によって第２のバスバー６０の下面６２に接合されており、第１のダイオード２０と第２のバスバー６０とは電気的に導通している。接合材１７，２７の具体例としては、上述の接合材１６，２６と同様に、例えば、はんだ、導電性ペースト、導電性接着剤等を例示することができる。本実施形態における接合材１７，２７が、本発明における第２の接続部の一例に相当する。

同様に、図１に示すように、本実施形態では、第３のバスバー７０の上面７１に２つの凹部７１ａ，７１ｂが形成されており、一方の凹部７１ａに第２のＩＧＢＴ３０が埋め込まれていると共に、他方の凹部７１ｂに第２のダイオード４０が埋め込まれている。本実施形態における第２のＩＧＢＴ３０や第２のダイオード４０が本発明における第２の半導体素子の一例に相当し、本実施形態における凹部７１ａ，７１ｂが本発明における第２の凹部の一例に相当する。

なお、本実施形態では、第１のバスバー５０の２つの凹部５１ａ，５１ｂと、第３のバスバー７０の２つの凹部７１ａ，７１ｂとが、平面視（図１におけるＡ方向矢視）において相互にずれるように配置されている。これにより、半導体素子１０〜４０の発熱を分散させることができる。

凹部７１ａに挿入された第２のＩＧＢＴ３０は、第１のＩＧＢＴ１０と同様に、コレクタ３１とエミッタ電極３２を除いて、絶縁材３４で覆われている。凹部７１ｂに挿入された第２のダイオード４０も、カソード４１とアノード電極４２を除いて、絶縁材４４で覆われている。

なお、特に図示しないが、第２のＩＧＢＴ３０のゲート電極３３も、第１のＩＧＢＴ１０のゲート電極１３と同様に、絶縁材３４で覆われており、このゲート電極３３は、絶縁材３４の裏面に形成されて配線パターンの端部に接続されている。絶縁材３４，４４は、上述の絶縁材１４，２４と同様に、電気絶縁性を有する樹脂材料等から構成されており、接着剤等を介して半導体素子３０，４０に固定されている。

第２のＩＧＢＴ３０のコレクタ３１は、接合材３６によって第３のバスバー７０の凹部７１ａの底面に接合されており、第２のＩＧＢＴ３０と第３のバスバー７０とは電気的に導通している。同様に、第２のダイオード４０のカソード４１も、接合材４６によって第３のバスバー７０の凹部７１ｂの底面に接合されており、第２のダイオード４０と第３のバスバー７０とは電気的に導通している。接合材３６，４６の具体例としては、例えば、はんだ、導電性ペースト、導電性接着剤等を例示することができる。本実施形態における接合材３６，４６が、本発明における第４の接続部の一例に相当する。

第３のバスバー７０の上には、第２の絶縁膜９０を介して上述の第１のバスバー５０が積層されており、第１のバスバー５０と第３のバスバー７０は第２の絶縁膜９０によって接合されている。この２つのバスバー５０，７０の間に、第２のＩＧＢＴ３０と第２のダイオード４０とが挟み込まれている。この第２の絶縁膜９０は、上述の第１の絶縁膜８０の同様に、電気絶縁性を有する樹脂材料等から構成されている。なお、バスバー５０，７０の接合方法は特に限定されず、例えば、第１のバスバー５０と、第２の絶縁膜９０と、第３のバスバー７０とを、接着剤を介して接合してもよいし、これらをクランプ等によって機械的に固定してもよい。

第２のＩＧＢＴ３０のエミッタ電極３２は、第２の絶縁膜９０の開口を介して、接合材３７によって第１のバスバー５０の下面５２に接合されており、第２のＩＧＢＴ３０と第１のバスバー５０とは電気的に導通している。同様に、第２のダイオード４０のアノード電極４２も、第２の絶縁膜９０の開口を介して、接合材４７によって第１のバスバー５０の下面５２に接合されており、第２のダイオード４０と第１のバスバー５０とは電気的に導通している。接合材３７，４７の具体例としては、上述の接合材３６，４６と同様に、例えば、はんだ、導電性ペースト、導電性接着剤を例示することができる。本実施形態における接合材３７，４７が、本発明における第３の接続部の一例に相当する。

以上のように、本実施形態では、第１のバスバー５０と第２のバスバー６０を第１の絶縁膜８０を介して積層すると共に、第２のバスバー６０に向かって開口する凹部５１ａ，５１ｂを第１のバスバー５０に形成し、当該凹部５１ａ，５１ｂに半導体素子１０，２０を埋め込む。

これにより、半導体素子１０，２０の周囲が第１及び第２のバスバー５０，６０で囲まれ、当該バスバー５０，６０を介して半導体デバイス１０，２０から熱を四方に拡散させることができるので、半導体装置１の冷却性能の向上を図ることができる。

同様に、本実施形態では、第１のバスバー５０と第３のバスバー７０を第２の絶縁膜９０を介して積層すると共に、第１のバスバー５０に向かって開口する凹部７１ａ，７１ｂを第３のバスバー７０に形成し、当該凹部７１ａ，７１ｂに半導体素子３０，４０を埋め込む。

これにより、半導体素子３０，４０の周囲が第１及び第３のバスバー５０，７０で囲まれ、当該バスバー５０，７０を介して半導体素子３０，４０から熱を四方に拡散させることができるので、半導体装置１の冷却性能の向上を図ることができる。

また、半導体装置１の一方の主面（例えば、図１における第２のバスバー６０の上面６１）のみに放熱器を設置した場合でも、本実施形態では、バスバー５０〜７０同士が積層されているので、半導体素子３０，４０からの抜熱経路として、半導体素子１０，２０のみならずバスバー５０〜７０全体を利用することができ、半導体装置１の冷却性能の更なる向上を図ることができる。

また、本実施形態では、第１〜第３のバスバー５０〜７０同士を積層するので、当該バスバー５０〜７０の間に空間が形成されず、寄生インダクタンスを低く抑えることができる。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０に半導体素子１０，２０を埋め込むと共に第３のバスバー７０にも半導体素子３０，４０を埋め込んだ上で、第１〜第３のバスバー５０〜７０を積層して接合している。このため、バスバー５０〜７０に外力が印加されても、半導体素子１０〜４０に応力が直接印加される可能性が低く、半導体素子１０〜４０の破損を抑制することができる。

また、第１〜第３のバスバー５０〜７０を接合するので、当該バスバー５０〜７０の折り曲げ加工の必要がなく、スペースの増大や反りの発生を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図５は本発明の第２実施形態における半導体装置の断面図である。

本実施形態では、第１のバスバー５０Ｂ及び第３のバスバー７０Ｂの構成が第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。以下に、第２実施形態における半導体装置について第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図５に示すように、第３のバスバー７０Ｂには凹部が形成されておらず、第１のバスバー５０Ｂの上面５１に２つの凹部５１ａ，５１ｂが形成されていると共に、当該第１のバスバー５０Ｂの下面５２にも２つの凹部５２ａ，５２ｂが形成されている。

なお、本実施形態では、上面４１の２つの凹部５１ａ，５１ｂと、下面５２の凹部５２ａ，５２ｂとが、平面視において相互にずれるように配置されている。これにより、半導体素子１０〜４０の発熱を分散させることができる。

第１のバスバー５０Ｂの上面５１の２つの凹部５１ａ，５１ｂには、第１実施形態と同様に、第１のＩＧＢＴ１０と第１のダイオード２０がそれぞれ埋め込まれている。一方、第１のバスバー５０Ｂの下面の２つの凹部５２ａ，５２ｂには、第２のＩＧＢＴ３０と第２のダイオード４０がそれぞれ埋め込まれている。

この際、第２のＩＧＢＴ３０は、コレクタ３１とエミッタ電極３２を除いて絶縁材３４で覆われており、コレクタ３１は接合材３６によって第３のバスバー７０Ｂの上面７１に接合され、エミッタ電極３２は接合材３７によって第１のバスバー５０Ｂの凹部５２ａの底面に接合されている。

同様に、第２のダイオード４０も、カソード４１とアノード電極４２を除いて、絶縁材４４で覆われており、カソード４１は接合材４６によって第３のバスバー７０の上面７１に接合され、アノード電極４２は接合材４７によって第１のバスバー５０Ｂの凹部５２ｂの底面に接合されている。

以上のように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１のバスバー５０Ｂと第２のバスバー６０を第１の絶縁膜８０を介して積層すると共に、第２のバスバー６０に向かって開口する凹部５１ａ，５１ｂを第１のバスバー５０Ｂに形成し、当該凹部５１ａ，５１ｂに半導体素子１０，２０を埋め込む。

これにより、半導体素子１０，２０の周囲が第１及び第２のバスバー５０Ｂ，６０で囲まれ、当該バスバー５０Ｂ，６０を介して半導体素子１０，２０から熱を四方に拡散させることができるので、半導体装置の冷却性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｂと第３のバスバー７０Ｂを第２の絶縁膜９０を介して積層すると共に、第３のバスバー７０Ｂに向かって開口する凹部５２ａ，５２ｂを第１のバスバー５０Ｂに形成し、当該凹部５２ａ，５２ｂに半導体素子３０，４０を埋め込む。

これにより、半導体素子３０，４０の周囲が第１及び第３のバスバー５０Ｂ，７０Ｂで囲まれ、当該バスバー５０Ｂ，７０Ｂを介して半導体素子５０Ｂ，７０Ｂから熱を四方に拡散させることができるので、半導体装置の冷却性能の向上を図ることができる。

また、半導体装置の一方の主面（例えば、図５における第２のバスバー６０の上面６１）のみに放熱器を設置した場合でも、本実施形態では、バスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂ同士が積層されているので、半導体素子３０，４０からの抜熱経路として、半導体素子１０，２０のみならずバスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂ全体を利用することができ、半導体装置の冷却性能の更なる向上を図ることができる。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１〜第３のバスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂ同士を積層するので、当該バスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂの間に空間が形成されず、寄生インダクタンスを低く抑えることができる。

さらに、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｂに全ての凹部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂが形成され、第２及び第３のバスバー６０，７０Ｂには凹部が形成されておらず半導体素子間の経路が絞られていないので、寄生インダクタンスをさらに低く抑えることができる。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｂに半導体素子１０〜４０を埋め込んだ上で、第１〜第３のバスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂを積層して接合している。このため、バスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂに外力が印加されても、半導体素子１０〜４０に応力が直接印加される可能性が低く、半導体素子１０〜４０の破損を抑制することができる。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１〜第３のバスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂを接合するので、当該バスバー５０Ｂ，６０，７０Ｂの折り曲げ加工の必要がなく、スペースの増大や反りの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｂのみに凹部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを形成し、第２のバスバー６０や第３のバスバー７０Ｂには凹部を形成する必要がなくなる。これにより、例えば、第２及び第３のバスバー６０，７０を薄くすることができる。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｂのみに凹部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂが形成されているので、当該中央の第１のバスバー５０Ｂを厚くすることで、冷却性能を容易に向上させることができる。また、この第１のバスバー５０Ｂを半導体装置１の外に引き出して放熱器等に熱的に接触させることで冷却性能を一層向上させることもできる。

＜第３実施形態＞
図６は本発明の第３実施形態における半導体装置の断面図である。

本実施形態では、第１のバスバー５０Ｃの構成が第２実施形態と相違するが、それ以外の構成は第２実施形態と同様である。以下に、第３実施形態における半導体装置について第２実施形態との相違点についてのみ説明し、第２実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図６に示すように、第１のバスバー５０Ｃが、金属板５３と、２つの熱伝導性部材５４，５５と、を備えている。第１の熱導電性部材５４は、金属板５３の上面５３ａに積層されており、第２の熱伝導性部材５５は、金属板５３の下面５３ｂに積層されている。この第１及び第２の熱導電性部材５４，５５は、例えばカーボンシートから構成されている。

第１の熱伝導性部材５４には、第２実施形態における凹部５１ａ，５１ｂに相当する２つの孔５４ａ，５４ｂが形成されており、それぞれの孔５４ａ，５４ｂに第１のＩＧＢＴ１０と第１のダイオード２０が挿入されている。本実施形態における孔５４ａ，５４ｂが、本発明における第１の凹部の一例に相当する。

この際、第１のＩＧＢＴ１０は、コレクタ１１とエミッタ電極１２を除いて絶縁材１４で覆われており、コレクタ１１は接合材１６によって第１のバスバー５０Ｃの金属板５３の上面５３ａに接合され、エミッタ電極１２は接合材１７によって第２のバスバー６０の下面６２に接合されている。

同様に、第１のダイオード２０も、カソード２１とアノード電極２２を除いて、絶縁材２４で覆われており、カソード２１は接合材２６によって第１のバスバー５０Ｃの金属板５３の上面５３ａに接合され、アノード電極２２は接合材２７によって第２のバスバー６０の下面６２に接合されている。

第２の熱伝導性部材５５にも、第２実施形態における凹部５２ａ，５２ｂに相当する２つの孔５５ａ，５５ｂが形成されており、それぞれの孔５５ａ，５５ｂに第２のＩＧＢＴ３０と第２のダイオード４０が挿入されている。本実施形態における孔５５ａ，５５ｂが、本発明における第２の凹部の一例に相当する。

この際、第２のＩＧＢＴ３０は、コレクタ３１とエミッタ電極３２を除いて絶縁材３４で覆われており、コレクタ３１は接合材３６によって第３のバスバー７０Ｂの上面７１に接合され、エミッタ電極３２は接合材３７によって第１のバスバー５０Ｃの金属板５３の下面５３ｂに接合されている。

同様に、第２のダイオード４０も、カソード４１とアノード電極４２を除いて、絶縁材４４で覆われており、カソード４１は接合材４６によって第３のバスバー７０Ｂの上面７１に接合され、アノード電極４２は接合材４７によって第１のバスバー５０Ｃの金属板５３の下面５３ｂに接合されている。

なお、本実施形態では、第１の熱伝導性部材５４の２つの孔５４ａ，５４ｂと、第２の熱伝導性部材５５の２つの孔５５ａ，５５ｂとが、平面視において相互にずれるように配置されている。これにより、半導体素子１０〜４０の発熱を分散させることができる。

以上のように、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｃと第２のバスバー６０を第１の絶縁膜８０を介して積層すると共に、第２のバスバー６０に向かって開口する孔５４ａ，５４ｂを第１のバスバー５０Ｃに形成し、当該孔５４ａ，５４ｂに半導体素子１０，２０を埋め込む。

このため、半導体素子１０，２０の周囲が第１及び第２のバスバー５０Ｃ，６０に囲まれ、当該バスバー５０Ｃ，６０を介して半導体素子１０，２０から熱を四方に拡散させることができるので、半導体装置の冷却性能が向上する。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｃと第３のバスバー７０Ｂを第２の絶縁膜９０を介して積層すると共に、第３のバスバー７０Ｂに向かって開口する孔５５ａ，５５ｂを第１のバスバー５０Ｃに形成し、当該孔５５ａ，５５ｂに半導体素子３０，４０を埋め込む。

このため、半導体素子３０，４０の周囲が第１及び第３のバスバー５０Ｃ，７０Ｂで囲まれ、当該バスバー５０Ｃ，７０Ｂを介して半導体素子５０Ｃ，７０Ｂから熱を四方に拡散させることができるので、半導体装置の冷却性能が向上する。

また、半導体装置の一方の主面（例えば、図６における第２のバスバー６０の上面６１）のみに放熱器を設置した場合でも、本実施形態では、バスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂ同士が積層されているので、半導体素子３０，４０からの抜熱経路として、半導体素子１０，２０のみならずバスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂ全体を利用することができ、半導体装置の冷却性能の更なる向上を図ることができる。

また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１〜第３のバスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂ同士を積層するので、当該バスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂの間に空間が形成されず、寄生インダクタンスを低く抑えることができる。

さらに、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１のバスバー５０Ｃに全ての孔５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂが形成され、第２及び第３のバスバー６０，７０Ｂには凹部が形成されておらず半導体素子間の経路が絞られていないので、寄生インダクタンスをさらに低く抑えることができる。

また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１のバスバー５０Ｃに半導体素子１０〜４０を埋め込んだ上で、第１〜第３のバスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂを接合している。このため、バスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂに外力が印加されても、半導体素子１０〜４０に応力が直接印加される可能性が低く、半導体素子１０〜４０の破損を抑制することができる。

また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１〜第３のバスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂを接合するので、当該バスバー５０Ｃ，６０，７０Ｃの折り曲げ加工の必要がなく、スペースの増大や反りの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、第１及び第２の熱伝導性部材５４，５５のみに孔５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂを形成すればよく、金属板５３には加工は不要であるので、加工が容易となる。

また、本実施形態では、第１のバスバー５０Ｃがその両面に熱伝導性部材５４，５５を有しているので、半導体素子１０〜４０からの熱拡散を速めることができ、半導体装置の冷却性能を一層向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１〜第３のバスバー５０Ｃ，６０，７０Ｂの間に半導体素子１０〜４０を挟み込む際に、接合材１６〜４６，１７〜４７の収縮を熱伝導性部材５４，５５によって吸収することができる。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述の実施形態では、電力変換装置に組み込まれる半導体装置に本発明を適用した例について説明したが、特にこれに限定されず、本発明における半導体素子として、ＩＧＢＴやダイオードに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やサイリスタ等の他のパワーデバイスを用いてもよい。

１…半導体装置
１０…第１のＩＧＢＴ
１４…絶縁材
１５…配線パターン
１６，１７…接合材
２０…第１のダイオード
２４…絶縁材
２６，２７…接合材
３０…第２のＩＧＢＴ
３４…絶縁材
３６，３７…接合材
４０…第２のダイオード
４４…絶縁材
４６，４７…接合材
５０，５０Ｂ，５０Ｃ…第１のバスバー
５１ａ，５１ｂ…凹部
５２ａ，５２ｂ…凹部
５３…金属板
５４…第１の熱伝導性部材
５４ａ，５４ｂ…孔
５５…第２の熱伝導性部材
５５ａ，５５ｂ…孔
６０…第２のバスバー
７０，７０Ｂ…第３のバスバー
７１ａ，７１ｂ…凹部
８０…第１の絶縁膜
９０…第２の絶縁膜

Claims

第１のバスバーと、
第１の絶縁膜を介して前記第１のバスバーの一方の主面に積層された第２のバスバーと、
第１の接続部で前記第１のバスバーに接続されていると共に、第２の接続部で前記第２のバスバーに接続されている第１の半導体素子と、を備えており、
前記第１のバスバー又は前記第２のバスバーの一方は、前記第２のバスバー又は前記第１のバスバーの他方に向かって開口し、前記第１の半導体素子を収容可能な第１の凹部を有し、
前記第１の半導体素子は、前記第１の接続部及び前記第２の接続部を除いて前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーと電気的に絶縁された状態で、前記第１の凹部に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１のバスバーは、
金属板と、
前記金属板の一方の主面に積層された熱伝導性部材と、を有し、
前記熱伝導性部材は、前記第１の凹部を構成する孔を有することを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置であって、
第２の絶縁膜を介して前記第１のバスバーの他方の主面に積層された第３のバスバーと、
前記第３の接続部で前記第１のバスバーに接続されていると共に、第４の接続部で前記第３のバスバーに接続された第２の半導体素子と、をさらに備えており、
前記第３のバスバー又は前記第１のバスバーの一方は、前記第１のバスバー又は前記第３のバスバーの他方に向かって開口し、前記第２の半導体素子を収容可能な第２の凹部を有し、
前記第２の半導体素子は、前記第３の接続部及び前記第４の接続部を除いて前記第１のバスバー及び前記第３のバスバーと電気的に絶縁された状態で、前記第２の凹部に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記第１のバスバーは、
金属板と、
前記金属板の少なくとも一方の主面に積層された熱伝導性部材と、を有し、
前記熱伝導性部材は、前記第１の凹部又は前記第２の凹部の少なくとも一方を構成する孔を有することを特徴とする半導体装置。
請求項３又は４に記載の半導体装置であって、
前記第１の半導体素子と、前記第２の半導体素子とは、平面視において相互にずれるように配置されていることを特徴とする半導体装置。