JP2019186390A - 半導体装置および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇時に半導体素子に生じる応力を低減可能な半導体装置を提供する。【解決手段】金属板１０１の上面１０１ａに金属接合される接合部を有する下面１０２ｂ、およびこの下面１０２ｂに対向し、接合部を有する上面１０２ａを備えた半導体素子１０２と、上面１０１ａに金属接合される接合部を有する下面１０３ｂ、および下面１０３ｂに対向し、接合部を有する上面１０３ａを備えた絶縁基板１０３と、半導体素子１０２の上面１０２ａの接合部と絶縁基板１０３の上面１０３ａの接合部とに接合された金属部材１０４と、を備え、半導体素子１０２は、下面１０２ｂが金属板１０１の上面１０１ａに対して絶縁されている半導体装置とした。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、半導体装置および電力変換装置に関する。

半導体素子を用いた半導体装置や電力変換装置において、動作中に発する半導体の熱を放熱する機能が必要である。
そこで、従来、半導体素子の上下の主面から放熱経路を形成するようにした半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術では、半導体素子の下面に接合される第１の導電性部材および半導体素子の上面に接合される第２の導電性部材を、それぞれ、第１の導電性部材の下面に接合されたヒートシンクに絶縁材を介して接合させた構造としている。これにより、半導体下面から第１の導電性部材を介してヒートシンクに至る第１の放熱経路と並行して、半導体上面から第２の導電性部材をヒートシンクに至る第２の放熱経路を形成し、放熱性を高めている。

特開２００４−４０８９９号公報

上記の従来技術では、半導体素子の下面はその直下に線膨張係数の小さな絶縁基板が接続されている一方、半導体素子の上面は線膨張係数の小さな絶縁基板を有しないことから、半導体素子の上面と下面とで、熱膨張率が異なる。
このため、半導体素子の駆動時の発熱の際に、半導体素子の上面と下面とで熱膨張率の違いによる応力が生じ、これを原因として半導体装置に反りが生じるおそれがある。そして、半導体装置に、このような反りが生じた場合、半導体素子とその接合物との接合密着性の悪化や、接合部分にクラックなどが生じ、半導体装置の信頼性の低下を招くおそれがある。

本開示は、上記問題に着目して成されたもので、駆動時に半導体素子に生じる応力を低減可能な半導体装置および電力変換装置の提供を目的とする。

本開示の半導体装置は、
金属板主面に、半導体素子の素子第１面の接合部と絶縁基板の基板第１面の接合部とが金属接合され、半導体素子の素子第２面の接合部と絶縁基板の基板第２面の接合部とに、金属部材が接合されている。
前記半導体素子は、前記素子第１面が前記金属板主面に対して絶縁されている。
また、本開示の電力変換装置は、前記金属板を共用する複数の本開示の半導体素子を複数備える。

本開示の半導体装置および電力変換装置は、半導体素子の作動時に生じる応力を低減可能となる。

実施の形態１の半導体装置１００を示す断面図である。 実施の形態１の半導体装置１００を示す平面図である。 実施の形態２の半導体装置２００を示す断面図である。 実施の形態２の半導体装置２００を示す平面図である。 実施の形態３の半導体装置３００を示す断面図である。 実施の形態３の半導体装置３００を示す平面図である。 実施の形態４の半導体装置４００を示す断面図である。 実施の形態４の半導体装置４００を示す平面図である。 実施の形態５の半導体装置５００を示す断面図である。 実施の形態５の半導体装置５００を示す平面図である。 実施の形態６の半導体装置６００を示す断面図である。 実施の形態６の半導体装置６００を示す平面図である。 実施の形態７の半導体装置７００を示す断面図である。 実施の形態７の半導体装置７００を示す平面図である。 実施の形態の電力変換装置８００を示す断面図である。 実施の形態の電力変換装置８００を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１Ａ、図１Ｂに基づいて、実施の形態１の半導体装置１００の構造について説明する。なお、図１Ａは実施の形態１の半導体装置１００を示す断面図であり、図１Ｂは実施の形態１の半導体装置１００を示す平面図である。

図１Ａ，図１Ｂに示すように、半導体装置１００は、金属板１０１と半導体素子１０２と絶縁基板１０３と金属部材１０４とを備える。なお、この半導体装置１００は、例えば、インバータのパワーモジュールなどとして用いることができる。

金属板１０１は、導電性および熱伝導性を有した金属（例えば、銅、アルミニウム、その他合金）により形成され、主面としての上面１０１ａおよび反対主面としての下面１０１ｂを備える。そして、上面１０１ａおよび下面１０１ｂが、図１Ｂに示すように、図中の左右方向（矢印Ｙ方向）を長辺とする長方形を成し、金属板１０１は、略直方体形状に形成されている。なお、上面１０１ａおよび下面１０１ｂの短辺に沿う方向を矢印Ｘにより示す。また、半導体装置１００において矢印Ｚ方向を上方とする。

半導体素子１０２は、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）などから形成され、図１Ａ、図１Ｂに示すように、素子第２面としての上面１０２ａおよび素子第１面としての下面１０２ｂが、平面視で四角形状に形成されている。そして、半導体素子１０２は、上下方向の寸法（厚さ）が、上面１０２ａ、下面１０２ｂの長辺および短辺よりも小さな板状に形成されている。

そして、半導体素子１０２は、平面の四角形の対向する２辺が、金属板１０１の長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）に向けられて配置され、かつ、金属板１０１の短辺に沿う方向の略中央であって、長辺に沿う方向で図において左側に寄って配置されている。さらに、半導体素子１０２の下面１０２ｂの接合部（不図示）が、金属板１０１の上面１０１ａに金属接合されており、かつ、下面１０２ｂは、金属板１０１の上面１０１ａに対して絶縁機能を有する。

絶縁基板１０３は、ＳｉＮ（窒化珪素）、ＡＩＮ（窒化アルミニウム）などの絶縁材料を用いて形成されている。そして、絶縁基板１０３は、基板第２面としての上面１０３ａおよび基板第１面としての下面１０３ｂが、平面視で四角形に形成され、上下方向の寸法（厚さ）が、上面１０３ａ、下面１０３ｂの長辺および短辺よりも小さな板状に形成されている。

また、絶縁基板１０３は、半導体素子１０２と同様に、対向する２辺を金属板１０１の長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）に沿わせて配置され、かつ、金属板１０１の短辺に沿う方向の略中央であって、長辺に沿う方向で図において右側に寄って配置されている。そして、絶縁基板１０３は、半導体素子１０２に対して、矢印Ｙ方向に間隔Ｌの空間部１０５を介して配置されている。さらに、絶縁基板１０３は、上面１０３ａおよび下面１０３ｂには、銅、アルミニウムなどの導電性金属製の回路を形成する金属部（不図示）および金属部を絶縁する絶縁部を備える。また、絶縁基板１０３は、下面１０３ｂの接合部（不図示）が、金属板１０１の上面１０１ａに、圧接やはんだ付けなどの金属接合を用いて接合されている。
なお、金属板１０１の上面１０１ａには、半導体素子１０２との接合面と絶縁基板１０３との接合面に、段差（不図示）を備える場合がある。

金属部材１０４は、金属板１０１と同様に導電性および熱伝導性を有するもので、上面１０４ａおよび主面としての下面１０４ｂが略長方形を成す板状に形成されている。また、金属部材１０４は、空間部１０５を跨いで半導体素子１０２の上面１０２ａと、絶縁基板１０３の上面１０３ａとの一部を覆って両者の間に架け渡されている。

そして、金属部材１０４は、下面１０４ｂが、半導体素子１０２の上面１０２ａの接合部（不図示）と、絶縁基板１０３の上面１０３ａの接合部（不図示）と、それぞれ、圧接やはんだ付けなどの金属接合により接合されている。これにより、半導体素子１０２の上面１０２ａに設けられた電極などの接合部（不図示）が金属部材１０４を介して絶縁基板１０３の上面１０３ａの回路と接続される。

また、半導体素子１０２の上面１０２ａと、絶縁基板１０３の上面１０３ａとの高さが異なる場合は、金属部材１０４の下面１０４ｂには、両面１０２ａ，１０３ａの高さの差に応じた段差（不図示）を形成する。

（実施の形態１の作用）
＜半導体素子の放熱性能＞
駆動時に半導体素子１０２に生じた熱は、その下面１０２ｂから直接金属板１０１に伝わる第１の放熱経路に加え、金属部材１０４および絶縁基板１０３を介して金属板１０１に至る第２の放熱経路を有する。

したがって、半導体素子１０２の下面１０２ｂから金属板１０１に伝達する第１の放熱経路のみを有するものと比較して、放熱性に優れる。
加えて、第１の放熱経路では、半導体素子１０２と金属板１０１とで金属接合されている。さらに、第２の放熱経路では、半導体素子１０２と金属部材１０４とが、金属部材１０４と絶縁基板１０３の上面１０３ａとが、絶縁基板１０３の下面１０３ｂと金属板１０１の上面１０１ａとが、それぞれ金属接合されている。よって、熱伝導性に優れ、放熱性能に優れる。

＜発生応力および反りの抑制性能＞
半導体素子１０２は、金属板１０１と金属部材１０４とに上下を挟まれ、下面１０２ｂが金属板１０１の上面１０１ａに対して絶縁機能を有して接合されており、下面１０２ｂは、全面が同一素材に接合されている。そして、半導体素子１０２の下面１０２ｂで、その下方に配置された基板と接合する場合は、下面１０２ｂと、基板の配線とを接合させた構造となる。この場合、半導体素子１０２の下面１０２ｂは、配線を構成する導電性材料と絶縁材料との異種素材に接合することになる。これに対して、本実施の形態１では、半導体素子１０２の下面１０２ｂは、均一素材の金属板１０１に、絶縁状態で接合されている。
さらに、半導体素子１０２の上面１０２ａも、金属部材１０４に接合されており、下面１０２ｂと同一素材であって均一素材に接合されている。

このように、半導体素子１０２は、上面１０２ａと下面１０２ｂの接合相手（金属板１および金属部材１０４）が同一素材であるため、導電性材料と絶縁材料との異種素材に接合する場合と比較して、熱膨張率の均等化を図ることができる。

これにより、半導体素子１０２の上面１０２ａと下面１０２ｂとで、異なる素材に接合した場合と比較して、駆動時の発熱の際に半導体素子１０２の上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力を、抑えることができる。

また、絶縁基板１０３は、金属板１０１と金属部材１０４とに上下を挟まれ、その上面１０３ａと下面１０３ｂとが配線に接続するための接合部を備えることで、上面１０３ａ、下面１０３ｂの接合相手の素材の均等化を図ることができる。したがって、絶縁基板１０３の上面１０３ａ、下面１０３ｂのいずれか一方のみに接合部を備えるものと比較して、駆動時に発熱した際に絶縁基板１０３の上面１０３ａおよび下面１０３ｂに生じる応力を抑えることができる。

このように、駆動時に発熱した際に、半導体素子１０２および絶縁基板１０３に生じる応力を低減でき、半導体装置１００に生じる反りを低減し、各接合面にクラックなどが生じるのを抑え、半導体装置１００における信頼性や耐久性を向上できる。

加えて、上述の放熱性について説明したように、半導体素子１０２は、上面１０２ａと下面１０２ｂの両面の第１の放熱経路および第２の放熱経路が、共通する金属板１０１に至る経路となっている。したがって、半導体素子１０２の上面１０２ａと下面１０２ｂとで温度差が生じにくい。
すなわち、特許文献１に記載のものでは、半導体素子が上面と下面から、それぞれ、異なる部材を経由して放熱部材に至る放熱経路となっている。したがって、半導体素子の上面と下面は、放熱部材との距離が大きく異なり、温度差が生じやすく、この温度差によって応力が生じるおそれがある。

それに対し、実施の形態１は、第１、第２の放熱経路が金属板１０１に至る経路となっている。このため、仮に、金属板１０１に放熱部材を接触させた場合、上面１０２ａから金属板１０１を経由せずに他の部材を介して放熱部材に接触させた場合と比較して、上下面１０２ａ，１０２ｂに温度差が生じにくい。これによっても、半導体素子１０２に反りが生じるのを抑制できる。

（実施の形態１の効果）
以上説明したように、実施の形態１の半導体装置１００は、
金属板主面としての上面１０１ａを備えた金属板１０１と、
上面１０１ａと金属接合する接合部を有する素子第１面としての下面１０２ｂ、およびこの下面１０２ｂに対向し、接合部を有する素子第２面としての上面１０２ａを備えた半導体素子１０２と、
金属板１０１の上面１０１ａに金属接合する接合部を有する基板第１面としての下面１０３ｂ、および下面１０３ｂに対向し、接合部を有する基板第２面としての上面１０３ａを備えた絶縁基板１０３と、
半導体素子１０２の上面１０２ａの接合部と絶縁基板１０３の上面１０３ａの接合部とに接合された金属部材１０４と、
を備え、
半導体素子１０２は、下面１０２ｂが金属板１０１の上面１０１ａに対して絶縁されている。
したがって、半導体素子１０２の放熱経路として、その下面１０２ｂから直接金属板１０１に伝わる第１の放熱経路に加え、その上面１０２ａから金属部材１０４および絶縁基板１０３を介して金属板１０１に至る第２の放熱経路を有し、放熱性に優れる。

さらに、半導体素子１０２は、上面１０２ａと下面１０２ｂとで、それぞれ、同一素材の金属板１０１および金属部材１０４に接合されるため、駆動時の発熱の際に上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力を、抑えることができる。
また、絶縁基板１０３は、その上面１０３ａと下面１０３ｂとの接合部が、それぞれ、異種素材を有する配線に接合され、いずれか一方の面のみ配線に接続するものと比較して、駆動時の発熱の際に生じる応力を抑えることができる。
よって、半導体素子１０２および絶縁基板１０３に生じる応力を低減でき、半導体装置１００に生じる反りを低減し、各接合面にクラックなどが生じるのを抑え、半導体装置１００における信頼性や耐久性を向上できる。

（他の実施の形態）
以下に、他の実施の形態の半導体装置および電力変換装置について説明する。なお、他の実施の形態の半導体装置および電力変換装置について説明するのにあたり、共通する構成要素には共通する符号を付けて説明を省略する。

（実施の形態２）
次に、図２Ａ、図２Ｂに基づいて実施の形態２の半導体装置２００について説明する。
なお、図２Ａは実施の形態２の半導体装置２００を示す断面図であり、図２Ｂは実施の形態２の半導体装置２００を示す平面図である。

実施の形態２の半導体装置２００において、実施の形態１との相違点は、金属部材２０４の大きさである。すなわち、金属部材２０４は、その上面２０４ａおよび下面２０４ｂが、図２Ａ，図２Ｂに示すように、半導体素子１０２の上面１０２ａと、絶縁基板１０３の上面１０３ａとのそれぞれ全面を覆うことができる面積に形成されている。なお、この金属部材２０４の上下面２０４ａ，２０４ｂの面積は、金属板１０１の上面１０１ａの面積よりも小さい。

（実施の形態２の作用）
金属部材２０４は、その上面２０４ａおよび下面２０４ｂの面積および体積が、実施の形態１で示した金属部材１０４よりも大きくなり、半導体素子１０２と絶縁基板１０３との接合面が大きくなった。

このため、前述した第２の放熱経路における放熱性が向上し、半導体素子１０２の放熱性能が、さらに向上する。
加えて、金属部材２０４の体積が、実施の形態１で示した金属部材１０４よりも、金属板１０１の体積に近付く。このため、駆動時の発熱の際における金属部材２０４の熱収縮量が、金属板１０１の熱収縮量により近付く。これにより、半導体素子１０２の上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力、絶縁基板１０３の上面１０３ａおよび下面１０３ｂに生じる応力と、半導体装置２００に生じる反りを、いっそう低減することができる。

（実施の形態２の効果）
以上説明したように、実施の形態２の半導体装置２００は、
金属部材２０４は、半導体素子１０２の上面１０２ａの接合部と絶縁基板１０３の上面１０３ａの接合部とに接合された金属部材１０４の下面２０４ｂが、半導体素子１０２の上面１０２ａと、絶縁基板１０３の上面１０３ａとの全面を覆う大きさを有する。
したがって、半導体素子１０２の放熱性能が、さらに向上する。加えて、半導体素子１０２の上面１０２ａ、下面１０２ｂの熱膨張率差による応力、絶縁基板１０３の上面１０３ａ、下面１０３ｂの熱膨張率差による応力と、これにより生じる半導体装置２００の反りを、いっそう低減することができる。
よって、半導体装置２００に生じる反りを低減し、各接合面にクラックなどが生じるのを抑え、半導体装置２００における信頼性や耐久性を向上できる。
なお、他の作用効果は実施の形態１と同様である。

（実施の形態３）
次に、図３Ａ，図３Ｂに基づいて実施の形態３の半導体装置３００について説明する。
なお、図３Ａは実施の形態３の半導体装置３００を示す断面図であり、図３Ｂは実施の形態３の半導体装置３００を示す平面図である。

実施の形態３の半導体装置３００では、金属部材３０４は、その上面３０４ａおよび下面３０４ｂの面積が、実施の形態２で示した金属部材２０４と同様の大きさに形成されている。さらに、金属部材３０４は、その厚さＴ４（上面３０４ａと下面３０４ｂとの間隔）が、金属板１０１の厚さＴ１（上面１０１ａと下面１０１ｂとの間隔）よりも、厚く形成されている。よって、金属部材３０４は、実施の形態１，２と比較して、その体積（熱容量）が、金属板１０１の体積（熱容量）に近付けられている。

（実施の形態３の作用）
実施の形態３では、金属部材３０４の体積が、実施の形態１，２の金属部材１０４，２０４よりも大きく、熱容量がさらに大きくなる。これにより、半導体素子１０２の放熱性能がさらに向上する。

加えて、金属部材３０４は、その体積が金属板１０１の体積に近付くことで、駆動時の発熱の際の金属部材３０４の熱収縮量が金属板１０１の熱収縮量に近付く。これにより、半導体素子１０２の上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力、絶縁基板１０３の上面１０３ａおよび下面１０３ｂに生じる応力、半導体装置３００に生じる反りを、いっそう低減することができる。

（実施の形態３の効果）
以上説明したように、実施の形態３の半導体装置３００は、
金属部材３０４は、上面３０４ａおよび下面３０４ｂの面積が、金属板１０１の上面１０１ａおよび下面１０１ｂの面積よりも小さく形成されている一方、
金属部材３０４の下面３０４ｂと上面３０４ａとの間隔である厚さＴ４が、金属板１０１の上面１０１ａと下面１０１ｂとの間隔である厚さＴ１よりも厚く形成されている。
したがって、半導体素子１０２の放熱性能がさらに向上する。加えて、半導体素子１０２の上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力、絶縁基板１０３の上面１０３ａおよび下面１０３ｂに生じる応力を低減し、半導体装置３００に生じる反りを、いっそう低減することができる。
よって、半導体装置３００に生じる反りを低減し、各接合面にクラックなどが生じるのを抑え、半導体装置３００における信頼性や耐久性を向上できる。
なお、他の作用効果は、実施の形態１，２と同様である。

（実施の形態４）
次に、図４Ａ，図４Ｂに基づいて実施の形態４の半導体装置４００について説明する。
なお、図４Ａは実施の形態４の半導体装置４００を示す断面図であり、図４Ｂは実施の形態４の半導体装置４００を示す平面図である。

実施の形態４の半導体装置４００は、実施の形態３の半導体装置３００の変形例であり、半導体装置３００との相違点は、金属板４０１の形状である。
金属板４０１は、上面４０１ａおよび下面４０１ｂの平面形状（面積）が、半導体素子１０２と絶縁基板１０３とが並ぶ方向（矢印Ｙ方向）に長く、その直交方向（矢印Ｘ方向）に短い長方形状に形成されている。すなわち、実施の形態１〜３に用いた金属板１０１よりも短辺の長さを短くした長方形形状に形成され、金属部材３０４の平面形状および面積に近付けられている。

このように、金属部材３０４の体積（熱容量）と、金属板１０１の体積（熱容量）との均等化を、金属板１０１の平面面積により調整することもできる。

（実施の形態４の作用）
実施の形態４では、上記のように金属板４０１の平面積が、金属部材３０４の平面積に近付き、駆動時の発熱の際の金属板４０１の熱収縮量を金属部材３０４の熱収縮量に近付けることができる。これにより、半導体素子１０２の上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力、絶縁基板１０３の上面１０３ａおよび下面１０３ｂに生じる応力と、半導体装置４００に生じる反りを、いっそう低減することができる。

（実施の形態４の効果）
以上説明したように、実施の形態４の半導体装置４００は、
金属板４０１の上面４０１ａが長方形であり、半導体素子１０２と絶縁基板１０３とは金属板４０１の長辺に沿う方向に並んで配置されている。
したがって、金属板４０１の平面積を、半導体素子１０２および絶縁基板１０３を覆って金属接合された金属部材３０４の平面積に近付けることが可能となり、金属板４０１と金属部材３０４との熱収縮量を近付けることができる。
これにより、半導体素子１０２の上面１０２ａおよび下面１０２ｂに生じる応力、絶縁基板１０３の上面１０３ａおよび下面１０３ｂに生じる応力と、半導体装置４００に生じる反りを、いっそう低減することができる。
なお、他の作用効果は、実施の形態３と同様である。

（実施の形態５）
次に、図５Ａ，図５Ｂに基づいて実施の形態５の半導体装置５００について説明する。
なお、図５Ａは実施の形態５の半導体装置５００を示す断面図であり、図５Ｂは実施の形態５の半導体装置５００を示す平面図である。

この実施の形態５は、実施の形態４の変形例であり、金属板５０１および金属部材５０４の上面５０１ａ，５０４ａおよび下面５０１ｂ，５０４ｂが、それぞれ、金属板４０１および金属部材３０４と比較して、長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）に長く形成されている。

そして、絶縁基板として、第１の絶縁基板５１３と第２の絶縁基板５２３とを備える。
これらの絶縁基板５１３，５２３は、金属板５０１および金属部材５０４の長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）で、両者の間に半導体素子１０２を挟んで、半導体素子１０２の短辺との間に、それぞれ、間隔Ｌ５の空間部５１５，５２５を介して配置されている。なお、各絶縁基板５１３，５２３は、実施の形態１で説明した絶縁基板１０３と同様に、上面５１３ａ，５２３ａと下面５１３ｂ，５２３ｂとに、接続部（不図示）を有している。そして、各接続部は、当接する金属板５０１の上面５０１ａと、金属部材５０４の下面５０４ｂとに金属接合されている。

（実施の形態５の作用）
半導体素子１０２は、金属部材５０４を介した第２の放熱経路として、金属部材５０４および第１の絶縁基板５１３を介して金属板５０１に至る放熱経路に加え、金属部材５０４および第２の絶縁基板５２３を介して金属板５０１に至る放熱経路を備える。このため、半導体素子１０２の放熱性能がさらに向上する。

また、半導体素子１０２の対向する２つの短辺に隣接して第１の絶縁基板５１３と第２の絶縁基板５２３とが配置されている。このため、金属板５０１おおび金属部材５０４において、半導体素子１０２を挟んで、その長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）の熱膨張率が対称の関係となる。よって、駆動時の発熱の際に、半導体素子１０２上下面１０２ａ，１０２ｂ、絶縁基板５１３，５２３の上下面５１３ａ，５１３ｂ，５２３ａ，５２３ｂに生じる応力と、半導体装置５００の反りをさらに低減することができる。

（実施の形態５の効果）
以上説明したように、実施の形態５の半導体装置５００は、
金属板５０１の上面５０１ａ上に、半導体素子１０２を挟んで第１の絶縁基板５１３の反対側の位置に第２の絶縁基板５２３が配置され、
第２の絶縁基板５２３は、対向した第２基板第１面としての下面５２３ｂと第２基板第２面としての上面５２３ａとに接続部を有し、かつ、下面５２３ｂの接続部が金属板５０１の上面５０１ａに金属接合され、上面５２３ａの接続部が金属部材５０４の下面５０４ｂに金属接合されている。
したがって、半導体素子１０２の放熱性能がさらに向上し、かつ、半導体素子１０２の上下面１０２ａ，１０２ｂ、絶縁基板５１３，５２３の上下面５１３ａ，５１３ｂ，５２３ａ，５２３ｂに生じる応力と、半導体装置５００の反りをさらに低減できる。
なお、他の作用効果は、実施の形態１〜４と同様である。

（実施の形態６）
次に、図６Ａ，図６Ｂに基づいて実施の形態６の半導体装置６００について説明する。
なお、図６Ａは実施の形態６の半導体装置６００を示す断面図であり、図６Ｂは実施の形態６の半導体装置６００を示す平面図である。

この実施の形態６は、実施の形態５の変形例であり、半導体素子６０２は、その上面６０２ａに、異なる２つの電極（不図示の接続部）を備える。そして、両電極の一方と第１の絶縁基板５１３の上面５１３ａの接続部とに第１の金属部材６１４の主面としての下面６１４ｂが金属接合され、両電極のもう一方と第２の絶縁基板５２３の上面５２３ａの接続部とに第２の金属部材６２４が金属接合されている。また、第１の金属部材６１４と第２の金属部材６２４とは、同一のものが用いられ、両金属部材６１４，６２４の間には、間隔Ｌ６の空間部６０５が設けられている。

例えば、半導体素子６０２の上面６０２ａの第１の電極（不図示）は、ダイオードの場合アノード、ＭＯＳＦＥＴの場合ドレインとすることができる。そして、半導体素子５０２の上面６０２ａの第２の電極（不図示）は、ダイオードの場合カソード、ＭＯＳＦＥＴの場合ソースとすることができる。なお、他の半導体（バイポーラトランジスタなど）や半導体素子の上面に異なる３つの電極がある場合も本実施の形態６と同様の構造を用いて、それぞれ、金属部材を用いて各絶縁基板と接続することができる。

（実施の形態６の作用）
この実施の形態６では、半導体素子６０２は、金属部材６１４および第１の絶縁基板５１３を介して金属板５０１に至る放熱経路に加え、金属部材６２４および第２の絶縁基板５２３を介して金属板５０１に至る放熱経路を備える。このため、半導体素子６０２の放熱性能がさらに向上する。

また、半導体素子６０２の対向する２つの短辺に隣接して第１の絶縁基板５１３と第２の絶縁基板５２３とが対称に配置されているとともに、同一の第１の金属部材６１４と第２の金属部材６２４とが対称に配置されている。このため、半導体素子６０２を挟んで、その長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）の熱膨張率が対称の関係となる。よって、駆動時の発熱の際に、半導体素子６０２の上下面６０２ａ，６０２ｂ、絶縁基板５１３，５２３の上下面５１３ａ，５１３ｂ，５２３ａ，５２３ｂに生じる応力と、半導体装置６００の反りをさらに低減することができる。

（実施の形態６の効果）
以上説明したように、実施の形態６の半導体装置６００は、
半導体素子６０２は、上面６０２ａに２つの電極（不図示）を備え、
２つの電極（不図示）の一方と、第１の絶縁基板５１３の上面５１３ａの接続部とが、第１の金属部材６１４の下面６１４ｂに金属接合され、
２つの電極（不図示）のもう一方と、第２の絶縁基板５２３の上面５２３ａの接続部とが、第２の金属部材６２４の下面６２４ｂに金属接合されている。
したがって、半導体素子６０２の放熱性能がさらに向上する。

加えて、駆動時の発熱の際に、半導体素子６０２の上下面６０２ａ，６０２ｂ、絶縁基板５１３，５２３の上下面５１３ａ，５１３ｂ，５２３ａ，５２３ｂに生じる応力と、半導体装置６００の反りをさらに低減することができる。
さらに、第１の金属部材６１４と第２の金属部材６２４との共通化を図ったことにより、両者が異なる場合と比較して、部品点数を削減できる。
なお、他の作用効果は、実施の形態１〜４と同様である。

（実施の形態７）
次に、図７Ａ，図７Ｂに基づいて実施の形態７の半導体装置７００について説明する。
なお、図７Ａは実施の形態７の半導体装置７００を示す断面図であり、図７Ｂは実施の形態７の半導体装置７００を示す平面図である。

実施の形態７の半導体装置７００は、実施の形態５の変形例であり、実施の形態５との相違点は、金属板７０１に冷媒が短辺に沿う方向（矢印Ｘ方向）に流れて循環される複数の冷媒路７０１ｃを備える点である。

なお、冷媒路７０１ｃは、周知の細管を並設して形成する多穴管構造や、一対のチューブ板の間に波状の板を挟むコルゲートフィン構造により形成することができる。また、このほかに、櫛歯断面の部材と平板とを組み合わせた構造や、ピン状のフィンを多数設けたピンフィン構造などを用いてもよい。また、冷媒としては、冷却水などの液体、冷却風などの気体を用いることができる。

（実施の形態７の作用）

冷媒路７０１ｃを循環する冷媒により金属板７０１を冷却するため、半導体素子１０２の放熱性能がさらに向上する。なお、他の作用効果については、実施の形態５と同様である。

（実施の形態７の効果）
以上説明したように、実施の形態７の半導体装置７００は、
金属板７０１は、冷媒が流れる冷媒路７０１ｃを備える。
したがって、半導体素子１０２の放熱性能が、さらに向上する。

また、実施の形態７の半導体装置７００は、
金属板７０１の冷媒路７０１ｃの冷媒の流れる方向を金属板７０１の短辺に沿う方向とした。
よって、冷媒が複数の発熱部位を直列に通過することがなく、金属板７０１の長辺に沿う方向に冷媒を流すものよりも、高い冷却性能を得ることができる。
なお、他の作用効果は、実施の形態５と同様である。

（実施の形態８）
次に、図８Ａ，図８Ｂに基づいて実施の形態８の第１の半導体装置８００ａ、第２の半導体装置８００ｂおよびこれらを備えた電力変換装置８００について説明する。
なお、図８Ａは実施の形態８の第１、第２の半導体装置８００ａ，８００ｂおよびこれらを備えた電力変換装置８００を示す断面図であり、図８Ｂは実施の形態８の両半導体装置８００ａ，８００ｂおよびこれらを備えた電力変換装置８００を示す平面図である。

実施の形態８は、実施の形態７の変形例であり、金属板８０１の長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）の長さが、実施の形態７の金属板７０１の２倍程度の長さとしている。そして、金属板８０１に、第１の半導体装置８００ａと第２の半導体装置８００ｂとが、長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）に並設されている。なお、両半導体装置８００ａ，８００ｂどうしの間には、空間部８０５が設けられている。また、これら各半導体装置８００ａ，８００ｂの構成は実施の形態７と同様であり、かつ、両半導体装置８００ａ，８００ｂが金属板８０１を共用して設置された構造となっている。
また、金属板８０１は、上面８０１ａおよび下面８０１ｂを備えるとともに、実施の形態７にて説明した冷媒路７０１ｃと同様の冷媒路８０１ｃを複数備える。

なお、電力変換装置８００は、第１の半導体装置８００ａと第２の半導体装置８００ｂとの２個の半導体装置を示しているが、半導体装置を３以上併設してもよい。例えば、半導体装置を３個並設して電力変換装置としてのインバータの上アームや下アームを形成することができる。

（実施の形態８の作用）
第１の半導体装置８００ａと第２の半導体装置８００ｂとの複数の半導体装置を並設するにあたり、金属板８０１を共用し、部品点数を削減できる。特に、冷媒路７０１ｃを、それぞれ、独立して設けるものと比較して、冷媒回路の構成の簡略化を図ることができる。 他の作用効果については、実施の形態７と同様である。

（実施の形態８の効果）
以上説明したように、実施の形態８の複数の半導体装置８００ａ，８００ｂを備えた電力変換装置８００は、
複数の半導体装置８００ａ，８００ｂが、金属板８０１を共用している。
したがって、部品点数を削減することができる。これにより、コストを削減できるとともに、小型化を図ることが可能となる。

また、実施の形態８の実施の形態８の半導体装置８００ａ，８００ｂを備えた電力変換装置８００は、
金属板８０１の主面としての上面８０１ａが長方形であり、
両半導体装置８００ａ，８００ｂが、金属板８０１の上面８０１ａ上に、長辺に沿う方向（矢印Ｙ方向）に並んで配置されている。
したがって、高い放熱性能を備えるとともに、半導体素子１０２および絶縁基板５１３，５２３に生じる応力を低減可能、かつ、反りを低減可能な両半導体装置８００ａ，８００ｂを備える電力変換装置８００を提供することができる。さらに、電力変換装置８００の反りも抑えることが可能となる。
また、金属板８０１の共用化により部品点数を削減して、コストを削減できるとともに、小型化を図ることが可能となる。
なお、他の作用効果は、実施の形態７と同様である。

以上、本開示の半導体装置および電力変換装置を実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られず、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。

１００ 半導体装置
１０１ 金属板
１０１ａ 上面（金属板主面）
１０１ｂ 下面（金属板反対主面）
１０２ 半導体素子
１０２ａ 上面（素子第２面）
１０２ｂ 下面（素子第１面）
１０３ 絶縁基板
１０３ａ 上面（基板第２面）
１０３ｂ 下面（基板第１面）
１０４ 金属部材
１０４ａ 上面（金属部材反対主面）
１０４ｂ 下面（金属部材主面）
２００ 半導体装置
２０４ 金属部材
２０４ａ 上面（金属部材反対主面）
２０４ｂ 下面（金属部材主面）
３００ 半導体装置
３０４ 金属部材
３０４ａ 上面（金属部材反対主面）
３０４ｂ 下面（金属部材主面）
４００ 半導体装置
４０１ 金属板
４０１ａ 上面（金属板主面）
４０１ｂ 下面（金属板反対主面）
５００ 半導体装置
５０１ 金属板
５０１ａ 上面（金属板主面）
５０１ｂ 下面（金属板反対主面）
５０２ 半導体素子
５０４ 金属部材
５０４ａ 上面（金属部材反対主面）
５０４ｂ 下面（金属部材主面）
５１３ （第１の）絶縁基板
５１３ａ 上面（基板第２面）
５１３ｂ 下面（基板第１面）
５２３ （第２の）絶縁基板
５２３ａ 上面（基板第２面）
５２３ｂ 下面（基板第１面）
６００ 半導体装置
６０２ 半導体素子
６０２ａ 上面（素子第２面）
６０２ｂ 下面（素子第１面）
６１４ 金属部材
６１４ｂ 下面（金属部材主面）
６２４ 金属部材
６２４ｂ 下面（金属部材主面）
７００ 半導体装置
７０１ 金属板
７０１ｃ 冷媒路
８００ 電力変換装置
８００ａ （第１の）半導体装置
８００ｂ （第２の）半導体装置
８０１ａ 上面（金属板主面）
８０１ｂ 下面（金属板反対主面）
８０１ｃ 冷媒路

Claims (8)

1. 金属板主面を備えた金属板と、
   前記金属板主面と金属接合する接合部を有する素子第１面、およびこの素子第１面に対向し、接合部を有する素子第２面を備えた半導体素子と、
   前記金属板主面と金属接合する接合部を有する基板第１面、およびこの基板第１面に対向し、接合部を有する基板第２面を備えた絶縁基板と、
   前記半導体素子の前記素子第２面の前記接合部と前記絶縁基板の前記基板第２面の前記接合部とに接合された金属部材と、
   を備え、
   前記半導体素子は、前記素子第１面が前記金属板主面に対して絶縁されている半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記金属部材は、前記素子第２面と前記基板第２面とに接合された金属部材主面が、前記素子第２面と前記基板第２面との全面を覆う大きさを有する半導体装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
   前記金属部材は、前記素子第２面の前記接合部と前記基板第２面の前記接合部とに接合された金属部材主面と、これに対向する金属部材反対主面との間隔である厚さが、前記金属板主面と、これに対向する金属板反対主面との間隔である厚さよりも厚く形成されている半導体装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記金属板主面が長方形であり、前記半導体素子と前記絶縁基板とは前記金属板の長辺に沿う方向に並んで配置されている半導体装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記金属板主面上に、前記半導体素子を間に挟んで前記絶縁基板の反対側の位置に第２の絶縁基板が配置され、
   前記第２の絶縁基板は、対向した第２基板第１面と第２基板第２面とに接続部を有し、かつ、前記第２基板第１面の前記接続部が前記金属板主面に金属接合され、前記第２基板第２面の前記接続部が前記金属部材に金属接合されている半導体装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記金属板は、冷媒が流れる冷媒路を備える半導体装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置を複数有した電力変換装置であって、
   前記半導体装置は、前記金属板を共用して設置されている電力変換装置。
8. 請求項７に記載の電力変換装置において、
   前記金属板主面が長方形であり、
   複数の前記半導体装置が、前記金属板主面上に、長辺に沿う方向に並んで配置されている電力変換装置。