JP2020053521A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能を向上しつつ他の回路部品の熱による劣化を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する積層ユニット１１では、複数のサブ冷却器１３は、隣り合う他のサブ冷却器１３と共に、コンデンサＣＳに接続されているＰバスバの電極部５３とパワーカード２１等の正極端子２１ｐ等とを重ねて挟み込む。また、コンデンサＣＳに接続されているＮバスバ６０の電極部６３とパワーカード２１等の負極端子２１ｎ等とを重ねて挟み込む。さらに、Ｏバスバ７０の電極部７３とパワーカード２１等の出力端子２１ｏ等を重ねて挟み込む。これにより、パワーカード２１等の正極端子２１ｐ等とＰバスバの電極部５３等は、いずれも隣り合うサブ冷却器１３の間に挟み込まれて夫々の両側からサブ冷却器１３により加圧されるため、溶接などを行わなくても、電気的に接続される。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。

特許文献１に、半導体素子（半導体チップ２０）を備えるパワーカードと、このパワーカードの両面に当該半導体素子を冷却する冷却器（６３、６４）を備える半導体装置（パワーモジュール６０）が開示されている。この半導体装置では、半導体素子の第１主電極に電気的に接続される第１ヒートシンク（３１）にバスバ（６１）を接続し、半導体素子の第２主電極に電気的に接続される第２ヒートシンク（３９）にバスバ（６２）を接続している。これにより、厚さの薄い外部端子などを介することなく、半導体素子とバスバ（６１、６２）の電気的な接続を可能にし、インダクタンスの増加を抑制している。つまり、半導体装置のスイッチング動作時に生じ得るサージ電圧の抑制を可能にしている。なお、括弧内の数字は、特許文献１に記載されている符号に対応するものである（以下、［発明が解決しようとする課題］の欄においても同じ）。

特開２０１６−１００４７９号公報

特許文献１の半導体装置では、半導体素子の発熱を外部に放出する第１ヒートシンク（３１）や第２ヒートシンク（３９）を介してバスバ（６１、６２）を電気的に接続している。そのため、インダクタンスの増加を抑制する反面、熱伝導効率が向上することから、バスバ（６１、６２）を介して他の回路部品などにも熱が伝わり易い。その回路部品が熱に対し脆弱である場合には当該部品の劣化を招くおそれがある。

また、特許文献１の半導体装置では、第１ヒートシンク（３１）や第２ヒートシンク（３９）にバスバ（６１、６２）を接続する接合方法として、典型的には溶接が採用される。そのため、これらのバスバ（６１、６２）が溶接された後のパワーカードは、その交換が容易ではないことから、製品出荷後などにおけるパワーカードの交換はメンテナンス費用の増加に繋がり得る。

さらに、特許文献１の半導体装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載される電力変換装置（１００）を構成する。そのため、バスバ（６１、６２）に高電圧が印加される場合において、例えば、製造途中でバスバ（６１、６２）間に導電性の異物が混入したときには回路ショートを招き得る虞がある。

本明細書は、放熱性能を向上しつつ他の回路部品の熱による劣化を抑制し得る技術を提供する。また、本明細書は、パワーカードの交換を容易にしたり、導電性の異物の混入による回路ショートの発生を抑制し得る技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、複数のパワーカード、複数の第１冷却器及び複数の第２冷却器を備えている。複数のパワーカードと複数の第１冷却器は、交互に積層されている。複数のパワーカードは、半導体素子を収容しており、一端側がモールド内において半導体素子に接続されており、他端側がモールドから突出している入力用又は出力用の板状端子を有している。複数の第２冷却器は、複数の第１冷却器と一体又は別体に設けられており、隣り合う他の第２冷却器と共に、他の回路部品に接続されている長板状のバスバと入力用又は出力用の板状端子とを重ねて挟み込んでいる。

上記の構成により、パワーカードの入力用又は出力用の板状端子とバスバは、溶接などを行わなくても電気的に接続される。そのため、製品出荷後などにおいて、パワーカードの交換を容易にすることが可能になる。また、バスバが第２冷却器に加圧されることによりバスバと第２冷却器は熱的にも結合する。そのため、半導体素子が発熱してもその熱は、第１冷却器に吸収されると共にバスバを介して第２冷却器にも吸収される。すなわち、上記の構造は、半導体素子の放熱性能を向上することが可能になる。また、他の回路部品に加わる熱も第２冷却器に吸収されるので、当該他の回路部品の熱による劣化も抑制することが可能になる。さらに、隣り合う第２冷却器同士の間にパワーカードの入力用又は出力用の板状端子とバスバが挟み込まれることによって、異物の混入も起こり難くなる。そのため、導電性の異物が混入することによる回路ショートを抑制することが可能になる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例の半導体装置を有するパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」と称する）を備えた電気自動車の電力系のブロック図である。 ＰＣＵの断面図である。 ＰＣＵを図２のIII−III線で切断した断面図である。 Ｐバスバ、Ｎバスバ、Ｏバスバ及び絶縁板の構成例を示す斜視図である。 図５（Ａ）は図３のＶ-A−Ｖ-A線で切断した断面図である。図５（Ｂ）は図３のＶ-B−Ｖ-B線で切断した断面図である。図５（Ｃ）は図３のＶ-C−Ｖ-C線で切断した断面図である。

図面を参照して実施例の半導体装置を説明する。実施例の半導体装置は、電気自動車に搭載されるＰＣＵを構成するものであり、例えば、積層ユニットと称されるものである。図１に電気自動車２の電力系のブロック図を示す。

電気自動車２は、走行用の駆動源として、２個のモータ６、７を備えている。これらのモータ６、７から出力される駆動トルクは、動力分配機構８で適宜に分配／合成されてドライブシャフト９へ伝達される。なお、図１は、本明細書が開示する技術の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない一部の部品については図示を省略していることに留意されたい。

モータ６、７を駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。メインバッテリ３の出力電圧は、例えば３００ボルトである。また、電気自動車２は、メインバッテリ３の他に、カーナビゲーション装置やルームランプなど、メインバッテリ３の出力電圧よりも低い電圧で駆動するデバイス群に電力を供給するための補機バッテリ（不図示）も備えている。なお、メインバッテリという呼称は、補機バッテリと区別するための便宜上のものである。

メインバッテリ３は、システムメインリレー４やパワーケーブル（不図示）を介してＰＣＵ５に接続されている。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の駆動系を接続したり切断したりするスイッチである。システムメインリレー４は、上位コントローラ（不図示）により切り換えられる。

ＰＣＵ５は、メインバッテリ３とモータ６、７の間に介在する電子回路である。ＰＣＵ５は、メインバッテリ３の電圧をモータ６、７の駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する電圧コンバータ２０、昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータ３０、４０や、これらを制御する制御ユニット（不図示）などで構成されている。なお、本明細書では、説明の便宜上、２個のモータのうち、一方を第１モータ６、他方を第２モータ７と称する。また、第１モータ６に交流電力を供給するインバータを第１インバータ３０、第２モータ７に交流電力を供給するインバータを第２インバータ４０と夫々称する。

電圧コンバータ２０は、フィルタコンデンサ２３とリアクトル２２、及び、２つのスイッチング素子ＳＷで主に構成される昇降圧コンバータである。これら２つのスイッチング素子ＳＷは、直列に接続されており、夫々にはダイオードが逆並列に接続されている。このダイオードは、フリーホイールダイオードや還流ダイオードと称される場合がある。高電位側に接続されるスイッチング素子ＳＷは上アーム（アッパーアーム）と称され、低電位側に接続されるスイッチング素子ＳＷは下アーム（ロアアーム）と称される。

第１インバータ３０は、第１モータ６のＵ、Ｖ、Ｗの各相の交流電流を生成すべくスイッチングを繰り返す、６つのスイッチング素子ＳＷで主に構成されている。また、第２インバータ４０も、同様にスイッチングを繰り返して第２モータ７のＵ、Ｖ、Ｗの各相の交流電流を生成し得る６つのスイッチング素子ＳＷで主に構成されている。これらのスイッチング素子ＳＷにも、夫々フリーホイールダイオードが接続されている。これら６つのスイッチング素子ＳＷも、高電位側のものは上アーム（アッパーアーム）と称され、低電位側のものは下アーム（ロアアーム）と称される。

電圧コンバータ２０、第１インバータ３０及び第２インバータ４０は、不図示のＰＷＭユニットが生成するＰＷＭ信号によりスイッチング素子ＳＷがオンオフ制御される。ＰＷＭユニットは、車両制御用のＥＣＵなどの上位システム（不図示）に接続されており、車速、アクセルペダル及びブレーキペダルの踏込み量などに基づいたＰＷＭ信号を、電圧コンバータ２０、第１インバータ３０や第２インバータ４０に適宜出力する。なお、電圧コンバータ２０の高電圧側（インバータ３０、４０側）には、平滑用のコンデンサＣＳが電圧コンバータ２０と並列に接続されている。

これらを構成するスイッチング素子ＳＷとフリーホイールダイオードなどを含む周辺回路は、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）として平板形状にパッケージされている。本明細書では、そのような平板形状のパワーモジュールパッケージのことをパワーカードと称する。本実施例では、電圧コンバータ２０には１枚のパワーカード２１が含まれる。また、第１インバータ３０には３枚のパワーカード３１、３２、３３が含まれ、第２インバータ４０にも３枚のパワーカード４１、４２、４３が含まれる。

これら７枚のパワーカード２１、３１、３２、３３、４１、４２、４３（以下、総称して「パワーカード２１等」と称する）は、いずれも樹脂モールドにより２つのスイッチング素子ＳＷやフリーホイールダイオードなどをパッケージ内に封止している。スイッチング素子ＳＷは、典型的には、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどの電力用デバイス（パワーデバイス）であり、通電時（オン状態）の発熱量が大きい。そのため、スイッチング素子ＳＷが発した熱は、樹脂モールドの表面から露出する熱拡散板（不図示）などを介して後述の冷却器１２に放熱される。本実施例では、パワーカード２１等は、後述するように２種類の冷却器１２、１３と共に冷却可能に積層されて積層ユニット１１を構成する。

なお、パワーカード２１等の樹脂モールドからは、３本の板状の電極端子（板状端子）や細い棒状の制御端子が夫々突出している。本実施例のパワーカード２１、３１、３２、３３の場合、３本の板状端子のうちの１本は、高電位側のスイッチング素子ＳＷ（上アーム）に接続される正極端子２１ｐ、３１ｐ、３２ｐ、３３ｐであり、もう１本は、低電位側のスイッチング素子ＳＷ（下アーム）に接続される負極端子２１ｎ、３１ｎ、３２ｎ、３３ｎである。そして、残りの１本は、上アームと下アームの接続部に接続される出力端子２１ｏ、３１ｏ、３２ｏ、３３ｏである。なお、制御端子２１ｃ、３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、４１ｃ、４２ｃ、４３ｃは、夫々樹脂モールドから、例えば１０本突出している。

このようなパワーカード２１、３１、３２、３３の３本の板状端子は、夫々長板状のバスバに電気的に接続される。すなわち、上アームの高電位側に接続されている正極端子２１ｐ、３１ｐ、３２ｐ、３３ｐには、夫々共通のＰバスバ５０が接続され、下アームの低電位側に接続されている負極端子２１ｎ、３１ｎ、３２ｎ、３３ｎには、夫々共通のＮバスバ６０が接続される。また上アームと下アームの接続部に接続されている出力端子２１ｏ、３１ｏ、３２ｏ、３３ｏには、夫々別個のＯバスバ７０が接続される。

また、第２インバータ４０のパワーカード４１、４２、４３の３本の板状端子も、夫々長板状のバスバに電気的に接続される。すなわち、上アームの高電位側に接続されている正極端子４１ｐ、４２ｐ、４３ｐには、夫々共通のＰバスバ５０が接続され、下アームの低電位側に接続されている負極端子４１ｎ、４２ｎ、４３ｎには、夫々共通のＮバスバ６０が接続される。また上アームと下アームの接続部に接続されている出力端子４１ｏ、４２ｏ、４３ｏには、夫々別個のＯバスバ７０が接続される。

以下、正極端子２１ｐ、３１ｐ、３２ｐ、３３ｐ、４１ｐ、４２ｐ、４３ｐを総称して「正極端子２１ｐ等」と称する。また、負極端子２１ｎ、３１ｎ、３２ｎ、３３ｎ、４１ｎ、４２ｎ、４３ｎを総称して「負極端子２１ｎ等」と称する。出力端子２１ｏ、３１ｏ、３２ｏ、３３ｏ、４１ｏ、４２ｏ、４３ｏを総称して「出力端子２１ｏ等」と称する。

次に、ＰＣＵ５の機械的な構成例を説明する。図２に、ＰＣＵ５の断面図を示す。図３に、ＰＣＵ５を図２のIII−III線で切断した断面図を示す。図２は、ＰＣＵ５３を図３のII−II線で切断した断面図である。

ＰＣＵ５は、ケース本体１０内に収容されている。ケース本体１０は、矩形状を有する有底の箱体であり、本実施例では、底部を上側（反重力方向側）にしてＰＣＵ５などが収容される。下側の開口は、ＰＣＵ５などが収容された後、カバー（不図示）などにより閉塞される。ケース本体１０内には、積層ユニット１１を収容するユニット室とリアクトル２２を収容するリアクトル室とを区画するセパレータ１０ａが形成されている。本実施例では、ユニット室には積層ユニット１１のほかにコンデンサＣＳなども収容される。

積層ユニット１１は、２種類の冷却器１２、１３とパワーカード２１等を交互に積層したものである。２種類の冷却器のうちの一方は、パワーカード２１等の樹脂モールドの表面から露出する放熱板（不図示）の部分を主に冷却する。［背景技術］の欄で述べた特許文献１（特開２０１６−１００４７９号公報）の冷却器など、典型的な積層ユニットを構成する冷却器では、パワーカードの放熱板に熱結合してスイッチング素子ＳＷが発する熱を外部に拡散させる。本明細書では、このような冷却器のことをメイン冷却器１２と称する。

もう一方の冷却器は、パワーカード２１等の３本の板状端子に熱結合してスイッチング素子ＳＷが発する熱を外部に拡散させる。スイッチング素子ＳＷは、樹脂モールド内において半導体チップなどが接続された電極板がヒートシンクの役割をも果たし得る構成を採る場合、典型的には樹脂モールド外に露出する板状端子が当該電極板と一体に形成されている。そのため、本実施例では、スイッチング素子ＳＷが発する熱をもう一方の冷却器により、パワーカード２１等の３本の板状端子を介して外部に拡散させる。本明細書では、このような冷却器１３をメイン冷却器１２と区別して、サブ冷却器１３と称する。

メイン冷却器１２は、主に、薄箱形状（平板形状）の金属製の筐体と筐体内に収容されるフィンとにより構成されている。フィンは、筐体内を流れる冷媒との接触面積を増やして伝熱効率を高める働きをする。メイン冷却器１２及びパワーカード２１等は、共に平板形状を有することから、夫々の平坦面が対向するように積層されている。本実施例では、積層方向の両端にもメイン冷却器１２が位置するように、７枚のパワーカード２１等に対して８個のメイン冷却器１２を配置している。

また、本実施例では、メイン冷却器１２とパワーカード２１等の間の電気絶縁を確保するため、両者間に絶縁シート１８ａを介在させている。絶縁シート１８ａは、例えば、板厚の薄いセラミック板である。メイン冷却器１２が樹脂製でありパワーカード２１等に対して電気的な絶縁をする必要がない場合には、絶縁シート１８ａは不要になる。

複数のメイン冷却器１２は、連結パイプ１５ａにより連結されている。積層方向の一端のメイン冷却器１２には、冷媒供給管１４ａと冷媒排出管１４ｂが連結されている。冷媒供給管１４ａを通じて供給される冷媒は、連結パイプ１５ａを通じて全てのメイン冷却器１２に分配される。メイン冷却器１２を通る冷媒は、当該メイン冷却器１２に隣接するパワーカードから熱を吸収（つまり熱交換）する。各メイン冷却器１２を通った冷媒は、連結パイプ１５ａを通り、冷媒排出管１４ｂから排出される。冷媒は、液体であり、典型的には水である。

サブ冷却器１３も、メイン冷却器１２と同様に、薄箱形状（平板形状）の金属製の筐体と筐体内に収容されるフィンとにより構成されている。サブ冷却器１３も平板形状を有する。そのため、パワーカード２１等の樹脂モールドから突出する、正極端子２１ｐ等、負極端子２１ｎ等及び出力端子２１ｏ等と、これらの夫々に接続されるべきＰバスバ５０、Ｎバスバ６０及びＯバスバ７０が、サブ冷却器１３の平坦面に対向するように積層されている。積層された複数のサブ冷却器１３は、連結パイプ１５ｂにより連結されている。また、メイン冷却器１２とサブ冷却器１３は、連結パイプ１６、１７で連結されている。

これにより、サブ冷却器１３内を流れる冷媒は、サブ冷却器１３よりも上方（反重力方向）に配置されているメイン冷却器１２から連結パイプ１６を経由して供給され、連結パイプ１７を経由して上方のメイン冷却器１２に排出される。また、サブ冷却器１３内を流れる冷媒は、後述するように、パワーカード２１等の正極端子２１ｐ等やＰバスバ５０の電極部５３等から熱を吸収（つまり熱交換）する。

なお、本実施例では、サブ冷却器１３は、このような連結パイプ１６、１７を介してメイン冷却器１２と一体に構成されるが、これらの連結パイプ１６、１７を設けることなく、メイン冷却器１２と別体に構成してもよい。別体に構成する場合には、サブ冷却器１３専用に外部から冷媒を供給する冷媒供給管や、熱交換後の冷媒を外部に排出する冷媒排出管をサブ冷却器１３に設ける必要がある。

ここで、Ｐバスバ５０、Ｎバスバ６０やＯバスバ７０などの構成について、図４も併せて参照しながら説明する。図４に、Ｐバスバ５０、Ｎバスバ６０、Ｏバスバ７０及び絶縁板８０の構成例を表した斜視図を示す。なお、図４においては、コンデンサＣＳは、プラス端子Ｔｐやマイナス端子Ｔｎだけが想像線（二点鎖線）により表されており、他の部分については図示を省略している。

Ｐバスバ５０は、全体が長板状に形成されており、一端側がコンデンサＣＳのプラス端子Ｔｐに接続されている。この接続は、例えば、溶接やねじ締結などにより行われる。Ｐバスバ５０の他端側は、一端側からＴ字形状に直角に突出して延びる基部５１と、この基部５１から櫛歯状に枝分かれする複数の枝部５２と、これらの枝部５２から夫々Ｌ字形状に垂下する電極部５３と、により構成されている。

枝部５２の長さは、積層ユニット１１がケース本体１０内に収容された状態において、コンデンサＣＳのプラス端子Ｔｐとパワーカード２１の正極端子２１ｐとの位置関係に基づいて負極端子２１ｎに電極部５３が重なり得るように定められる（図３参照）。本実施例では、枝部５２及び電極部５３は、パワーカード２１等の枚数７と同数の７本形成されている。

Ｎバスバ６０は、枝部６２の軸長が枝部５２よりも長い点を除いて、Ｐバスバ５０とほぼ同様に構成されている。すなわち、一端側がコンデンサＣＳのマイナス端子Ｔｎに接続されており、他端側は、一端側からＴ字形状に直角に突出して延びる基部６１と、この基部６１から櫛歯状に枝分かれする複数の枝部６２と、これらの枝部６２から夫々Ｌ字形状に垂下する電極部６３と、により構成されている。

枝部６２の長さは、積層ユニット１１がケース本体１０内に収容された状態において、コンデンサＣＳのマイナス端子Ｔｎとパワーカード２１の負極端子２１ｎとの位置関係に基づいて負極端子２１ｎに電極部６３が重なり得るように定められる（図３参照）。枝部６２及び電極部６３は、パワーカード２１等の枚数７と同数の７本形成されている。

Ｐバスバ５０とＮバスバ６０の間には、絶縁板８０が配置されている。この絶縁板８０は、Ｐバスバ５０から、電極部５３を除いた形状に形成されている。すなわち、絶縁板８０は、一端側からＴ字形状に直角に突出して延びる基部８１と、この基部８１から櫛歯状に枝分かれする複数の枝部８２と、により構成されている。枝部８２は、パワーカード２１等の枚数７と同数の７本形成されている。絶縁板８０は、例えばセラミック製である。

Ｏバスバ７０は、パワーカード２１等の出力端子２１ｏ等に夫々対応するように別個に設けられている。本実施例では、パワーカード２１等の枚数７と同数の７本設けられている。Ｏバスバ７０も、Ｐバスバ５０やＮバスバ６０と同様に、全体が長板状に形成されている。Ｏバスバ７０の一端側は、第１モータ６のパワーケーブル（不図示）に接続され得る出力コネクタ（不図示）に接続可能な任意形状に形成されている。Ｏバスバ７０の他端側である基部７１は、Ｏバスバ７０の一端側との位置関係において、基部７１からＬ字形状に垂下する電極部７３とパワーカード２１等の出力端子２１ｏ等とが重なり得るように長さや形状が定められる（図３参照）。

また、メイン冷却器１２と同様に、正極端子２１ｐ等、負極端子２１ｎ等及び出力端子２１ｏ等とサブ冷却器１３の間には、電気絶縁を確保するため、絶縁シート１８ｂを介在させている。また、Ｐバスバ５０の電極部５３、Ｎバスバ６０の電極部６３及びＯバスバ７０の電極部７３とサブ冷却器１３の間にも、絶縁シート１８ｂを介在させている。絶縁シート１８ｂは、例えば、板厚の薄いセラミック板である。サブ冷却器１３が樹脂製であり、正極端子２１ｐ等、負極端子２１ｎ等、出力端子２１ｏ等や電極部５３等に対して電気的な絶縁をする必要がない場合には、絶縁シート１８ｂは不要になる。

積層ユニット１１は、ケース本体１０のユニット室に収容される際、積層方向の一端側に２つの板バネ１９ａ、１９ｂが挿入される。このうちの一方の板バネ１９ａにより、メイン冷却器１２とパワーカード２１等と絶縁シート１８ａに対して、積層方向の両側から所定荷重が加えられる。また、他方の板バネ１９ｂにより、サブ冷却器１３とパワーカード２１等の正極端子２１ｐ等、負極端子２１ｎ等及び出力端子２１ｏ等と電極部５３、６３、７３と絶縁シート１８ｂに対して、積層方向の両側から所定荷重が加えられる。

メイン冷却器１２と絶縁シート１８ａの間、パワーカード２１等と絶縁シート１８ａの間、サブ冷却器１３と絶縁シート１８ｂの間、電極部５３、６３、７３と絶縁シート１８ｂの間や、パワーカード２１等の正極端子２１ｐ等、負極端子２１ｎ等、出力端子２１ｏ等と絶縁シート１８ｂの間には、熱電効率を向上させ得る放熱グリスなどが塗布される。

以上のとおり、本実施例の積層ユニット１１では、複数のサブ冷却器１３は、隣り合う他のサブ冷却器１３と共に、コンデンサＣＳに接続されているＰバスバ５０の電極部５３とパワーカード２１等の正極端子２１ｐ等とを重ねて挟み込む。また、コンデンサＣＳに接続されているＮバスバ６０の電極部６３とパワーカード２１等の負極端子２１ｎ等とを重ねて挟み込む。さらに、Ｏバスバ７０の電極部７３とパワーカード２１等の出力端子２１ｏ等を重ねて挟み込む。

これにより、図５（Ａ）−（Ｃ）に示すように、パワーカード２１等の正極端子２１ｐ等とＰバスバ５０の電極部５３、パワーカード２１等の負極端子２１ｎ等とＮバスバ６０の電極部６３や、パワーカード２１等の出力端子２１ｏ等とＯバスバ７０の電極部７３は、いずれも隣り合うサブ冷却器１３の間に挟み込まれて夫々の両側からサブ冷却器１３により加圧される（図５に示す矢印）。そのため、正極端子２１ｐ等と電極部５３、負極端子２１ｎ等と電極部６３、出力端子２１ｏ等と電極部７３は、例えば、溶接などを行わなくても、電気的に接続されることから、ＰＣＵ５やこれを搭載した電気自動車２を出荷した後などにおいても、パワーカード２１等の交換を容易にすることが可能になる。

また、パワーカード２１等の正極端子２１ｐ等とＰバスバ５０の電極部５３、パワーカード２１等の負極端子２１ｎ等とＮバスバ６０の電極部６３や、パワーカード２１等の出力端子２１ｏ等とＯバスバ７０の電極部７３が、夫々の両側からサブ冷却器１３に加圧されることにより、これらとサブ冷却器１３が熱的にも結合する。そのため、スイッチング素子ＳＷが発熱してもその熱は、メイン冷却器１２に逃げると共にサブ冷却器１３にも逃げるので、放熱性能を向上することが可能になる。また、Ｐバスバ５０やＮバスバ６０もサブ冷却器１３により冷却されることによって、これらのバスバ５０、６０を介してコンデンサＣＳに加わる熱も減少する。そのため、当該コンデンサＣＳの熱による劣化も抑制することが可能になる。

さらに、隣り合うサブ冷却器１３同士の間に、パワーカード２１等の正極端子２１ｐ等とＰバスバ５０の電極部５３、パワーカード２１等の負極端子２１ｎ等とＮバスバ６０の電極部６３や、パワーカード２１等の出力端子２１ｏ等が、夫々挟み込まれることにより、これらの間に異物などが混入し難くなる。そのため、導電性の異物が混入することによる回路ショートを抑制することが可能になる。

上記の実施例では、本明細書が開示する技術として、上方（反重力方向）にメイン冷却器１２を配置し、下方（重力方向）にサブ冷却器１３を配置するＰＣＵ５の例を挙げて説明したが、メイン冷却器１２及びサブ冷却器１３を上下逆に配置してもよい。この場合、上方（反重力方向）に配置されたサブ冷却器１３に対して、冷媒供給管１４ａや冷媒排出管１４ｂを設けると共に、下方（重力方向）に配置したメイン冷却器１２とサブ冷却器１３を連結パイプ１６、１７により接続する構成を採る。

実施例技術に関する留意点を述べる。積層ユニット１１が半導体装置の一例に相当する。メイン冷却器１２が第１冷却器の一例に相当する。サブ冷却器１３が第２冷却器の一例に相当する。正極端子２１ｐ、３１ｐ、３２ｐ、３３ｐ、負極端子２１ｎ、３１ｎ、３２ｎ、３３ｎ及び出力端子２１ｏ、３１ｏ、３２ｏ、３３ｏが、夫々板状端子の一例に相当する。Ｐバスバ５０、Ｎバスバ６０及びＯバスバ７０、が夫々バスバの一例に相当する。スイッチング素子ＳＷが半導体素子の一例に相当する。コンデンサＣＳが他の回路部品の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
３：メインバッテリ
５：ＰＣＵ
６：第１モータ
７：第２モータ
１０：ケース本体
１１：積層ユニット
１２：メイン冷却器
１３：サブ冷却器
１４ａ：冷媒供給管
１４ｂ：冷媒排出管
１５ａ、１５ｂ、１６、１７：連結パイプ
１８ａ、１８ｂ：絶縁シート
１９ａ、１９ｂ：板バネ
２０：電圧コンバータ
２１、３１、３２、３３、４１、４２、４３：パワーカード
２１ｃ、３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、４１ｃ、４２ｃ、４３ｃ：制御端子
２１ｎ、３１ｎ、３２ｎ、３３ｎ、４１ｎ、４２ｎ、４３ｎ：負極端子
２１ｏ、３１ｏ、３２ｏ、３３ｏ、４１ｏ、４２ｏ、４３ｏ：出力端子
２１ｐ、３１ｐ、３２ｐ、３３ｐ、４１ｐ、４２ｐ、４３ｐ：正極端子
２２：リアクトル
２３：フィルタコンデンサ
３０：第１インバータ
４０：第２インバータ
５０：Ｐバスバ
６０：Ｎバスバ
７０：Ｏバスバ
８０：絶縁板
ＳＷ：スイッチング素子
ＣＳ：コンデンサ
Ｔｐ：プラス端子
Ｔｎ：マイナス端子

Claims (1)

1. 半導体素子を収容している複数のパワーカードと、
   前記パワーカードと交互に積層されている複数の第１冷却器と、
   前記複数の第１冷却器と一体又は別体に設けられている複数の第２冷却器と、
   を備えており、
   前記パワーカードは、一端側がモールド内において前記半導体素子に接続されており他端側が前記モールドから突出している入力用又は出力用の板状端子を有しており、
   前記複数の第２冷却器は、隣り合う他の前記第２冷却器と共に、他の回路部品に接続されている長板状のバスバと前記板状端子とを重ねて挟み込んでいる、
   ことを特徴とする半導体装置。

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