JP4225310B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子に放熱用の金属体を接続したものを封止材により封止してなる半導体実装体を備え、金属体の放熱面を冷媒で冷却するようにした半導体装置に関し、さらに半導体実装体を複数個積層してなる半導体装置に関する。

この種の半導体装置は、一般に、半導体素子と、半導体素子と熱的に接続され半導体素子からの熱を伝達する金属体と、金属体の放熱面が露出するように半導体素子および金属体を包み込むように封止する封止材とを有する半導体実装体を備えている。そして、金属体の放熱面が冷媒により冷却されるようになっている。

このような半導体装置は、半導体素子に発生する熱を放熱しやすくするようになっており、たとえば、電力変換装置などとして適用されるが、近年、コスト低減の要求と小型化の要求が高まってきている。

従来より、このような放熱構成を有する半導体装置においては、簡素な冷却構成を有するものとして、ケースに、複数の半導体実装体をシール材により固定し、全体を底板で封止することにより冷媒流路を形成するようにした半導体装置が提案されている。（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１９６６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているような半導体装置では、冷媒流路は、半導体実装体を挟んでその上下にケースを接着することにより構成されるため、そのケースを配置するためのスペースが必要となり、その分、半導体実装体自身よりも装置の体格が大型化する。

本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子に放熱用の金属体を接続したものを封止材により封止してなる半導体実装体を備え、金属体の放熱面を冷媒で冷却するようにした半導体装置において、小型で簡素な冷却構成を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体素子（１１、１２）、半導体素子（１１、１２）と熱的に接続され半導体素子（１１、１２）からの熱を伝達する金属体（２０、３０）、および、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が露出するように半導体素子（１１、１２）および金属体（２０、３０）を包み込むように封止する封止材（５０）を有する半導体実装体（１）を備え、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、封止材（５０）の一部が、前記冷媒が流れる冷媒流路（５３）として構成されているものであって、封止材（５０）は、半導体素子（１１、１２）および金属体（２０、３０）を封止する封止部（５１）と、封止部（５１）の周囲に設けられ先端部が金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）よりも突出する壁部（５２）とからなり、冷媒流路は、封止部（５１）のうち金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）と壁部（５２）との間の部位に設けられた貫通穴（５３）として構成されていることを特徴としている

それによれば、半導体実装体（１）における封止材（５０）の一部を、冷媒が流れる冷媒流路（５３）として構成しているため、従来のような冷却チューブやケースなどの別部材が不要になるとともに、大型化を抑制することができる。

よって、本発明によれば、半導体素子（１１、１２）に放熱用の金属体（２０、３０）を接続したものを封止材（５０）により封止してなる半導体実装体（１）を備え、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）を冷媒で冷却するようにした半導体装置において、小型で簡素な冷却構成を実現することができる。

さらに、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体装置においては、壁
部（５２）は、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）を取り囲むように環状に設
けられたものにできる。

また、請求項３に記載の発明においては、封止材（５０）は、半導体素子（１１、１２）および金属体（２０、３０）を封止する封止部（５１）と、封止部（５１）の周囲に設けられ先端部が金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）よりも突出する壁部（５２）とからなり、冷媒流路は、壁部（５２）に設けられた貫通穴（５３）として構成されているものにできる。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の半導体装置においては、封止材（５０）は、樹脂からなるものにできる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４に記載の半導体装置において、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面は凹凸形状となっていることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項４に記載の半導体装置において、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面には当該表面から突出するフィン（８３）が設けられていることを特徴としている。

これら請求項５および請求項６に記載の発明によれば、半導体実装体（１）の放熱性を向上させることができる。

また、請求項７に記載の発明においては、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、半導体素子（１１、１２）と電気的に絶縁されていることを特徴としている。

それによれば、冷媒が水などの導電性を有するものであっても、半導体素子（１１、１２）による回路を適切に構成することができる。

ここで、請求項８に記載の発明のように、請求項７に記載の半導体装置においては、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、金属体（２０、３０）の表面に設けられた絶縁層（２１ａ、３１ａ）の表面として構成されているものにできる。

また、請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項６に記載の半導体装置において、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、半導体素子（１１、１２）と電気的に絶縁されていないことを特徴としている。

冷媒が、空気や油など電気絶縁性を有するものである場合には、このように、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、半導体素子（１１、１２）と電気的に導通されたものにできる。

また、請求項１０に記載の発明では、請求項１〜請求項９に記載の半導体装置において、冷媒流路（５３）の内壁面には、冷媒に対して耐食性を有する膜（８４）が形成されていることを特徴としており、それによれば、冷媒に対する耐食性が向上するため、好ましい。

また、請求項１１に記載の発明では、請求項１〜請求項１０に記載の半導体装置において、半導体実装体（１）の一側に主電流電極端子（６０）が突出して設けられており、半導体実装体（１）を挟んで半導体実装体（１）の一側とは直線方向の反対側に制御端子（７０）が設けられていることを特徴としている。

上述したように、本発明によれば、ケースなどが無いため、このように、主電流電極端子（６０）と制御端子（７０）とを、半導体実装体（１）を挟んで直線方向の２方向にそれぞれ突出させて配置することができる。

上記特許文献１に記載の半導体装置では、端子を直線２方向に出すと、ケースの底板にもシール箇所が増えて、構造も組み付けも煩雑になる。そのため、端子の引き出し方向は半導体実装体から１方向に制約されやすい。

このことは、端子に配線を結線した場合において、絶縁距離をとるべき配線が同一空間に交錯することを意味しており、それを防止するために装置の大型化が避けられない。その点、本発明によれば、端子を２方向に配置できるため、装置の小型化を図ることができ、好ましい。

また、請求項１２に記載の発明のように、請求項１〜請求項１１に記載の半導体装置においては、半導体実装体（１）が複数個積層されて連結されるとともに、それぞれの冷媒流路（５３）は連通しているものにできる。

また、請求項１３に記載の発明のように、請求項１〜請求項３に記載の半導体装置においては、半導体実装体（１）が複数個積層されて連結されるとともに、それぞれの冷媒流路（５３）は連通しており、壁部（５２）の側面または端面にて個々の半導体実装体（１）の連結が行われているものにできる。

半導体実装体が複数個積層されてなる半導体装置を構成した場合、従来では、次のような問題が生じる。

従来の一般的なこの種の半導体装置では、半導体実装体を冷却するための冷却チューブなどの冷却部材を半導体実装体とともに積層しているため、異種部材の積層体となる。そのため、複数個の冷却チューブを連結する必要が生じ、液封箇所が多数必要になるなど、組み付けが複雑となる。

また、冷却部材を金属体の放熱面に押しつけて、両者の接触を確保するために、冷却部材の押しつけのための加圧機構などが必要となったり、複数個の冷却部材間にベローズなどの可縮部を設けたりする必要がある。そのため、装置が大型化したり、構造が複雑になったりする。

また、半導体実装体と冷却部材との異種部材の積層を行うために、両者の累積公差が大きくなり、その積層方向の厚さのばらつきが大きくなる。すると、半導体実装体に設けられる端子の位置もばらついてしまい、半導体装置を回路基板などへ実装する際の端子の位置あわせが難しくなる。

これらの問題に対して、請求項１２、請求項１３に記載の半導体装置とした場合には、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに、半導体実装体を積層した半導体装置において、次のような特有の効果が発揮される。

半導体実装体（１）における封止材（５０）の一部が冷媒流路（５３）となっているため、個々の半導体実装体（１）の連結だけで、冷媒流路（５３）を構成することができる。そのため、従来のような加圧機構や別の冷却部材が不要となり、冷却構成を簡便に実現することができる。

また、半導体実装体（１）は封止材（５０）を成型してできあがるため、外形寸法精度としては、従来に比べて極力小さい値（たとえば、±０．１ｍｍ以下）を容易に達成することができる。そのため、半導体実装体（１）を多数連結しても、端子の位置精度を従来よりも向上させることができる。

さらに、請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載されている半導体装置において、壁部（５３）における連結が行われる面は、位置決め用のための凹凸形状となっていることを特徴としており、それによれば、壁部（５２）同士の連結を容易に行うことができる。

ここで、請求項１５に記載の発明のように、請求項１３または請求項１４に記載の半導体装置においては、壁部（５３）における連結は、接着によって行われているものにできる。

また、請求項１６に記載の発明では、請求項１３〜請求項１５に記載されている半導体装置において、積層された複数個の半導体実装体（１）において、互いの金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が対向するように配置されており、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面には当該表面から突出するフィン（８３）が設けられており、フィン（８３）の高さをｈｆとし、壁部（５２）の金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）からの高さをＤとしたとき、ｈｆ＜Ｄの関係となっていることを特徴としている。

また、請求項１７に記載の発明では、請求項１３〜請求項１５に記載されている半導体装置において、積層された複数個の半導体実装体（１）において、互いの金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が対向するように配置されており、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面には当該表面から突出するフィン（８３）が設けられており、フィン（８０）の高さをｈｆとし、壁部（５２）の金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）からの高さをＤとしたとき、ｈｆ≧Ｄの関係となっており、互いに対向する金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）において、一方の放熱面のフィン（８３）と他方の放熱面のフィン（８３）とは、位置がずれていることを特徴としている。

ここで、請求項１８に記載の発明のように、請求項１７に記載の半導体装置においては、フィン（８３）は、金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面から突出する櫛歯状のものであり、互いに対向する金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）において、一方の放熱面のフィン（８３）と他方の放熱面のフィン（８３）とは、互いの櫛歯がかみ合うように配置されているものにできる。

これら請求項１６〜請求項１８に記載の半導体装置によれば、積層された複数個の半導体実装体（１）において、互いに対向する金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）に設けられたフィン（８３）同士が干渉することがなく、好ましい。

また、請求項１９に記載の発明では、請求項１２〜請求項１５に記載の半導体装置において、複数個の金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が扇状につらなっていることを特徴としている。

本発明の半導体装置を、モータなどのインバータとして使用する場合、本発明の半導体装置は、モータなどの回転機と相似形状であるから、配線距離が短くでき、引き回しが簡便でノイズ対策に有効である。

また、請求項２０に記載の発明のように、請求項１２〜請求項１９に記載の半導体装置においては、積層された複数個の半導体実装体（１）によって電力回路が構成されているものにできる。

また、請求項２１に記載の発明のように、請求項２０に記載の半導体装置においては、電力回路の入力の結線となる第１のバスバー（９１）と第２のバスバー（９２）とが、近接して平行に配置されていることが好ましい。

また、請求項２２に記載の発明では、請求項２１に記載の半導体装置において、第１のバスバー（９１）と第２のバスバー（９２）との間に絶縁体（９４）が介在していることを特徴としている。

また、請求項２３に記載の発明では、請求項２１に記載の半導体装置において、第１のバスバー（９１）と第２のバスバー（９２）とは、絶縁体（９５）により包み込まれるように封止されていることを特徴としている。

これら請求項２２および請求項２３に記載の半導体装置のように、絶縁体（９４、９５）を用いた構成とすれば、第１のバスバー（９１）と第２のバスバー（９２）との間の電気的な絶縁が確保されるため、第１のバスバー（９１）と第２のバスバー（９２）との間隔を小さくすることができ、小型化と配線の寄生インダクタンス低減に有利である。

また、請求項２４に記載の発明のように、請求項１２〜請求項２３に記載の半導体装置においては、複数個の半導体実装体（１）とともに、半導体実装体（１）以外の発熱部品（８５、８６、８７）が積層されており、発熱部品（８５、８６、８７）に対しても冷媒による冷却が行われるようになっているものにできる。

また、請求項２５に記載の発明のように、請求項１〜請求項２４に記載の半導体装置においては、半導体実装体（１）において金属体（２０、３０）は、半導体素子（１１、１２）の少なくとも一面側に設けられており、この半導体素子（１１、１２）の一面側に設けられた金属体（２０、３０）の表面のみが封止材（５０）から露出しており、この露出した金属体（２０、３０）の表面が放熱面（２１、３１）として構成されているものにしてもよい。

また、請求項２６に記載の発明では、請求項１２〜請求項２４に記載の半導体装置において、積層された複数個の半導体実装体（１）において、積層状態にて目視可能な面が、半導体実装体（１）の印字面として構成されていることを特徴としている。

それによれば、複数個の半導体実装体（１）を積層した状態であっても、印字面を目視で確認できるため、製造品番などを確認することができ、好ましい。

また、請求項２７に記載の発明では、請求項１２〜請求項２４および請求項２６のいずれか１つに記載の半導体装置において、積層された複数個の半導体実装体（１）は、この積層体の両端に配置された蓋材（８０）によって当該積層体を挟むように加圧することにより連結されており、各々の半導体実装体（１）同士は、Ｏリング（８２ａ）を介して接触することにより、半導体実装体（１）同士の接触部がＯリング（８２ａ）により封止されていることを特徴としている。

それによれば、冷媒流路はＯリング（８２ａ）を介した加圧接触で形成されるため、積層した複数個の半導体実装体（１）の中に特性不良品が含まれている場合に、交換などの修理が容易に可能になる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ一点鎖線に沿った概略断面構成を示す図である。

［構成等］
図１に示されるように、本実施形態における半導体装置１００は、主として、半導体実装体１により構成されている。

この図１に示される半導体実装体１は、半導体素子としての第１の半導体チップ１１および第２の半導体チップ１２と、第１の金属体としての下側ヒートシンク２０と、第２の金属体としての上側ヒートシンク３０と、これらの間に介在する導電性接合部材としての各はんだ４１、４２と、さらに、封止材としてのモールド樹脂５０とを備えて構成されている。

本実施形態の半導体実装体１では、図１に示されるように、第１の半導体チップ１１と第２の半導体チップ１２とが互いに並列に平面方向に配置されている。なお、図１では、半導体素子は２個設けられているが、半導体素子は１個であってもよいし、３個以上設けられていてもよい。

この半導体実装体１の構成の場合には、それぞれの半導体チップ１１、１２の裏面（図１（ｂ）中の下面）と下側ヒートシンク２０の上面との間は、第１のはんだ４１によって接合されている。

また、図１に示されるように、それぞれの半導体チップ１１、１２の表面（図１（ｂ）中の上面）と上側ヒートシンク３０の下面との間は、第２のはんだ４２によって接合されている。

ここで、上側ヒートシンク３０の下面は、各半導体チップ１１、１２に対応した位置にて突出した面となっており、この突出した面と各半導体チップ１１、１２の上面とが、第２のはんだ４２を介して接合されている。

このような上側ヒートシンク３０において上記したような突出した面を設けるのは、図１では、図示しないけれども、各半導体チップ１１、１２からボンディングワイヤを引き出す際の当該ワイヤの高さを確保することなどのためである。そして、当該突出した面は、各半導体チップ１１、１２と上側ヒートシンク３０との間の高さを確保する役割を担っている。

なお、このような突出した面を設ける代わりに、各半導体チップ１１、１２の上面と上側ヒートシンク３０との間に、各々の半導体チップ１１、１２毎に別体のヒートシンクブロックを介在させて設けるようにしてもよい。

このようなヒートシンクブロックは、はんだなどを介して設けることができ、その場合、このヒートシンクブロックが、各半導体チップ１１、１２と上側ヒートシンク３０との間の高さを確保する役割を担うことになる。

また、本実施形態において、これら各はんだ４１、４２としては、一般的に用いられている各種のはんだ、たとえば、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだや、Ｓｎ−Ａｇ系はんだなどの鉛フリーはんだを採用することができる。

これにより、上記した構成においては、第１および第２の半導体チップ１１、１２の表面では、第２のはんだ４２および上側ヒートシンク３０を介して放熱が行われ、第１および第２の半導体チップ１１、１２の裏面では、第１のはんだ４１から下側ヒートシンク２０を介して放熱が行われる構成となっている。

このように、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、半導体素子としての第１および第２の半導体チップ１１、１２と熱的に接続されこれら各半導体チップ１１、１２からの熱を伝達する金属体として構成されている。

そして、下側ヒートシンク２０においては、図１（ｂ）中の下面が放熱面２１として構成され、上側ヒートシンク３０においては、図１（ｂ）中の上面が放熱面３１として構成されている。そして、図１に示されるように、各放熱面２１、３１は、モールド樹脂５０から露出している。

ここで、第１の半導体チップ１１としては、特に限定されるものではないが、本実施形態において半導体素子として用いられている上記第１の半導体チップ１１は、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成することができる。

また、同じく本実施形態において半導体素子として用いられている第２の半導体チップ１２は、たとえば、ＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等からなるものにできる。また、具体的には、上記第１および第２の半導体チップ１１、１２の形状は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる。

ここで、第１および第２の半導体チップ１１、１２の表面はトランジスタなどの素子が形成された素子形成面であり、裏面はそのような素子が形成されていない非形成面となっている。

また、本実施形態の第１および第２の半導体チップ１１、１２の表面および裏面には、図示しない電極が形成されている。そして、この電極は、各はんだ４１、４２と電気的に接続されている。

このように、本実施形態においては、第１および第２の半導体チップ１１、１２の裏面側の電極は、第１の金属体である下側ヒートシンク２０に対して、第１のはんだ４１を介して電気的に接続され、第１および第２の半導体チップ１１、１２の表面側の電極は、第２のはんだ４２を介して第２の金属体である上側ヒートシンク３０に対して、電気的に接続されている。

ここで、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、たとえば、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属で構成されている。また、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材とすることができる。

また、主電流電極端子６０は、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０と一体であり、これらヒートシンク２０、３０からモールド樹脂５０の外部へ突出するように設けられている。

これら主電流電極端子６０は、半導体チップ１１、１２の取り出し電極などとして機能するものであり、これによって、半導体装置１００はバスバーなどの外部配線部材等との接続が可能になっている。

このように、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、それぞれ、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体および第２の金属体として構成されており、半導体装置１００において半導体チップ１１、１２からの放熱を行う機能を有するとともに半導体チップ１１、１２の電極としての機能も有する。

なお、ここにおいて、導電性接合部材としては、はんだ４１、４２の代わりに導電性接着剤などを用いても、半導体チップ１１、１２とヒートシンク２０、３０との熱的・電気的な接続が、同様に可能であることは明らかである。

また、制御端子７０は、半導体チップ１１、１２の周囲に設けられたリードフレーム等からなるもので、この制御端子７０はモールド樹脂５０により封止固定されるとともに、先端部がモールド樹脂５０の外部へ突出して設けられている。

この制御端子７０の先端部には、たとえば外部の制御回路基板などが電気的に接続されるようになっており、それによって半導体装置１００と当該制御回路基板とが電気的に接続されるものである。

この制御端子７０は、半導体チップ１１、１２の表面に設けられている信号電極（たとえばゲート電極）などと導通する端子や基準端子となるものである。そして、図１では示さないが、この制御端子７０と半導体チップ１１、１２とはボンディングワイヤなどによって結線され、電気的に接続されている。

ここで、半導体実装体１の一側に主電流電極端子６０が突出して設けられており、半導体実装体１を挟んで半導体実装体１の一側とは直線方向の反対側に制御端子７０が設けられた形となっている。つまり、半導体実装体１を挟んで直線の２方向に、主電流電極端子６０と制御端子７０とが配置されている。

さらに、本実施形態の半導体実装体１においては、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が露出するように、半導体実装体１のほぼ全体が、封止材としてのモールド樹脂５０によりモールドされ封止されている。具体的には、図１に示されるように、一対のヒートシンク２０、３０の隙間、および、半導体チップ１１、１２の周囲部分に、モールド樹脂５０が充填されている。

このモールド樹脂５０は、たとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、ヒートシンク２０、３０等をモールド樹脂５０でモールドするにあたっては、成形型を使用したトランスファーモールド法やポッティングなどによって容易に行うことができる。

このように、本実施形態の半導体装置１００は、基本的には、半導体素子としての半導体チップ１１、１２、半導体チップ１１、１２と熱的に接続され半導体チップ１１、１２からの熱を伝達する金属体としてのヒートシンク２０、３０、および、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が露出するように半導体チップ１１、１２およびヒートシンク２０、３０を包み込むように封止する封止材としてのモールド樹脂５０を有する半導体実装体１により構成されている。

さらに、本実施形態の半導体装置１００は、この半導体実装体１におけるヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が冷媒により冷却されるようになっている。ここで、冷媒とは、空気、水、油などの流体である。より具体的には、たとえば、この半導体装置１００を自動車に搭載した場合、この冷媒は、自動車の冷却水やオイルなどである。

その冷却構成は、本実施形態独自のものであり、図１に示されるように、半導体実装体１における封止材としてのモールド樹脂５０の一部が、冷媒が流れる冷媒流路５３として構成されたものとなっている。

具体的には、図１に示されるように、モールド樹脂５０は、半導体チップ１１、１２およびヒートシンク２０、３０を封止する封止部５１と、この封止部５１の周囲に設けられ先端部がヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１よりも突出する壁部５２とからなっている。本例では、壁部５２は、放熱面２１、３１を取り囲むように環状に設けられたものである。

そして、本実施形態の半導体装置１００においては、封止部５１のうちヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１と壁部５２との間の部位に、貫通穴５３が設けられており、この貫通穴５３が冷媒流路として構成されている。

なお、このようなモールド樹脂５０の構成は、型成形などにより容易に実現できる。また、モールド樹脂５０において、封止部５１と壁部５２とは別体であってもよく、たとえば封止部５１を形成した後に、壁部５２を接着などにより封止部５１に一体化させるようにしてもよい。

［製造方法等］
次に、上記した構成の半導体装置１００の製造方法について、図１を参照して、簡単に説明する。

まず、下側ヒートシンク２０の上面に、上記第１および第２の半導体チップ１１、１２をはんだ付けする工程を実行する。この場合、下側ヒートシンク２０の上面に、たとえばＳｎ系はんだからなるはんだ箔を介して上記第１および第２の半導体チップ１１、１２を積層する。

この後、たとえば、加熱装置（リフロー装置）によって、はんだの融点以上に昇温することにより、上記はんだ箔を溶融させてから、冷却して硬化させる。続いて、必要に応じて、各半導体チップ１１、１２と制御端子７０とをワイヤボンディングする工程を実行する。

次いで、第１および第２の半導体チップ１１、１２の上に上側ヒートシンク３０をはんだ付けする工程を実行する。この場合、これら各半導体チップ１１、１２の上にはんだ箔を介して上側ヒートシンク３０を載せる。そして、加熱装置によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。

こうして、溶融した各々のはんだ箔が硬化すれば、この硬化したはんだが、上記した第１のはんだ４１および第２のはんだ４２として構成されることになる。そして、これら各はんだ４１、４２を介して、下側ヒートシンク２０、第１および第２の半導体チップ１１、１２、上側ヒートシンク３０間の機械的接合および電気的・熱的接続を実現することができる。

なお、上述したように、導電性接合部材としては、はんだ４１、４２の代わりに導電性接着剤も使用可能であるが、その場合には、上記のはんだ付け工程に代えて導電性接着剤を用いた接合工程を行えばよい。

しかる後、トランスファーモールド法やポッティングなどにより、ヒートシンク２０、３０の隙間および外周部等にモールド樹脂５０を充填する工程を実行する。このとき冷媒流路としての貫通穴５３も形成する。

これによって、図１に示されるように、ヒートシンク２０、３０の隙間および外周部等に、モールド樹脂５０が充填され、半導体チップ１１、１２およびヒートシンク２０、３０の封止がなされるとともに、冷媒流路としての貫通穴５３も形成される。こうして、上記半導体実装体１が完成する。すなわち、半導体装置１００が完成する。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、半導体素子としての半導体チップ１１、１２、半導体チップ１１、１２と熱的に接続され半導体チップ１１、１２からの熱を伝達する金属体としてのヒートシンク２０、３０、および、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が露出するように半導体チップ１１、１２およびヒートシンク２０、３０を包み込むように封止する封止材としてのモールド樹脂５０を有する半導体実装体１を備え、放熱面２１、３１が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、モールド樹脂５０の一部が、冷媒が流れる冷媒流路５３として構成されていることを特徴とする半導体装置１００が提供される。

それによれば、半導体実装体１におけるモールド樹脂５０の一部を、冷媒が流れる冷媒流路５３として構成しているため、従来のような冷却チューブやケースなどの別部材が不要になるとともに、大型化を抑制することができる。

よって、本実施形態によれば、半導体チップ１１、１２に放熱用のヒートシンク２０、３０を接続したものをモールド樹脂５０により封止してなる半導体実装体１を備え、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１を冷媒で冷却するようにした半導体装置１００において、小型で簡素な冷却構成を実現することができる。

つまり、従来では、樹脂などの封止材による半導体封止パッケージとしての半導体実装体の外側に、さらに、冷却チューブや冷却フィン、あるいは冷媒流路を形成するためのケースなどを設けていたため、装置の大型化を招いていたが、本実施形態の半導体装置１００によれば、装置の体格を、実質的に封止材の外形の大きさすなわち半導体封止パッケージの大きさにとどめることができるのである。

また、本実施形態では、モールド樹脂５０は、半導体チップ１１、１２およびヒートシンク２０、３０を封止する封止部５１と、封止部５１の周囲に設けられ先端部がヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１よりも突出する壁部５２とからなり、冷媒流路は、封止部５１のうち放熱面２１、３１と壁部５２との間の部位に設けられた貫通穴５３として構成されていることも特徴のひとつである。

さらに、本実施形態では、壁部５２は、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１を取り囲むように環状に設けられたものであることも特徴のひとつである。本実施形態では、このようなモールド樹脂５０の構成により、冷媒流路としての貫通穴５３を適切に実現している。

また、本実施形態では、封止材としてモールド樹脂５０すなわち樹脂を採用しているが、もちろん電気的に絶縁性を有するもので各部を封止可能な材料であれば、樹脂以外でも、セラミックなど適宜、採用が可能である。

また、本実施形態においては、上記図１（ａ）に示されるように、半導体実装体１の一側に主電流電極端子６０が突出して設けられており、半導体実装体１を挟んで半導体実装体１の一側とは直線方向の反対側に制御端子７０が設けられていることも特徴のひとつである。

上述したように、本実施形態の半導体装置１００によれば、ケースなどが無いため、このように、主電流電極端子６０と制御端子７０とを、半導体実装体１を挟んで直線方向の２方向にそれぞれ突出させて配置することができる。

従来の半導体装置では、端子の引き出し方向は半導体実装体から１方向に制約されやすいため、端子に配線を結線した場合に絶縁距離をとるべき配線が同一空間に交錯することから、それを防止するために装置の大型化が避けられない。

その点、本実施形態によれば、２種類の端子６０、７０を、それぞれ直線上における異なる２方向に配置することができるため、半導体装置１００の小型化を図ることができ、好ましい。

［変形例等］
図２は、本第１実施形態の変形例を示す図であり、半導体装置１００におけるヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１の近傍を拡大して示す概略断面図である。

図２に示されるように、ヒートシンク２０、３０におけるモールド樹脂５０からの露出側の表面には、電気絶縁性を有する絶縁層２１ａ、３１ａが設けられており、この絶縁層２０ａ、３０ａの表面が放熱面２１、３１として構成されている。

なお、図２では、絶縁層２１ａと３１ａとを共通の図にて示してあるが、実際には、絶縁層２１ａは下側ヒートシンク２０の表面に設けられており、絶縁層３１ａは上側ヒートシンク３０の表面に設けられていることは、いうまでもない。

このような構成とすることによって、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１は、半導体チップ２０、３０と電気的に絶縁されている。それによれば、冷媒が水などの導電性を有するものであっても、半導体チップ１１、１２による回路を適切に構成することができる。

このような絶縁層２１ａ、３１ａは、たとえばアルミナやガラスフィラーが配合されたポリアミド等の高熱伝導の樹脂などにより構成してもよいし、メタライズや金属箔をロウ付けしたセラミック基板をヒートシンク２０、３０に対してはんだ付けすることによっても、実現することができる。

なお、冷媒が、空気や油など電気絶縁性を有するものである場合には、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１は、半導体チップ１１、１２と電気的に絶縁されていないもの、すなわち導通しているものであってもよい。つまり、この場合には、絶縁層２１ａ、３１ａを設けない構成とし、ヒートシンク２０、３０の表面がそのまま放熱面２１、３１となる。

［複数個の半導体実装体の積層構成等］
上記図１に示される半導体装置１００は、半導体実装体１が１個のものであったが、さらに、本実施形態においては、半導体装置は、半導体実装体１が複数個連結されたものとして構成されていてもよい。

図３は、半導体実装体１を複数個積層して連結するとともに、それぞれの冷媒流路５３を連通させてなる本実施形態の半導体装置の構成を示す図であり、（ａ）は本半導体装置の分解斜視図、（ｂ）は本半導体装置を（ａ）中のＢ−Ｂ一点鎖線に沿った断面にて示す概略断面図である。

図３に示される半導体装置では、半導体実装体１が複数個（図示例では３個）積層されて連結されているとともに、それぞれの冷媒流路としての貫通穴５３は、互いに連通している。

また、積層体における最初の半導体実装体１には、冷媒の入口８１ａおよび出口８１ｂを有する蓋材８０が連結されており、これら入口８１ａおよび出口８１ｂと貫通穴５３とが連通している。

また、積層体における最後の半導体実装体１には、蓋材８０が連結されており、貫通穴５３が、この蓋材８０により閉塞されている。こうして、入口８１ａおよび出口８１ｂおよび貫通穴５３が接続され、入口８１ａから入った冷媒が貫通穴５３を通って出口８１ｂから出るようになっている。

これら入口８１ａおよび出口８１ｂを持つ蓋材８０と、入口８１ａおよび出口８１ｂを持たない蓋材８０は、ともに、たとえば、樹脂、金属、セラミックなどの材料から成形、プレス加工などにより作成することができる。

なお、積層された複数個の半導体実装体１において、互いの放熱面２１、３１が対向するように配置されており、この対向する放熱面２１、３１の間も冷媒流路として冷媒が流れるようになっている。

ここで、壁部５２の端面にて、個々の半導体実装体１の連結および半導体実装体１と蓋材８０との連結が行われており、この壁部５２における各々の連結は、接着剤８２を介した接着により行われている。

さらに、図３（ｂ）に示されるように、壁部５２における連結が行われる面は、位置決め用のための凹凸形状となっていることが好ましい。図３（ｂ）では、壁部５２における連結が行われる面に凸部５２ａ、およびこれに対応する凹部が形成されており、これら凸部５２ａと凹部とがかみ合っている。

この図３に示される半導体装置によれば、半導体実装体１が複数個積層されたものとした場合において、半導体実装体１におけるモールド樹脂５０の一部が冷媒流路５３となっているため、個々の半導体実装体１を連結するだけで、冷媒流路５３を構成することができる。

そのため、冷媒流路を構成するときに、従来のような加圧機構や別の冷却部材が不要となり、冷却構成を簡便に実現することができ、その結果、装置の小型化や構造の簡素化、組付けの簡素化を図ることができる。

また、半導体実装体１はモールド樹脂５０を成型してできあがるため、外形寸法精度としては、従来に比べて極力小さい値（たとえば、±０．１ｍｍ以下）を容易に達成することができる。

そのため、半導体実装体１を多数連結しても、積層された半導体実装体１における端子、すなわち上記主電流電極端子６０や制御端子７０の位置精度を従来よりも向上させることができ、半導体装置を外部の回路基板などへ実装する際の端子の位置あわせが容易になるという利点がある。

また、この図３に示される半導体装置では、好ましい形態として、壁部５２における連結が行われる面を、位置決め用のための凹凸形状としているが、それによれば、壁部５２同士の連結を容易に行うことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１に、フィンなどを設けることで放熱性の向上を図るようにしたものである。

図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００の概略構成を示す斜視図であり、図５（ａ）は、図４中のＣ−Ｃ一点鎖線に沿った概略断面構成の一例を示す図である。また、図５（ｂ）は、図４中のＣ−Ｃ一点鎖線に沿った概略断面構成のもうひとつの例を示す図である。

上記実施形態における半導体装置においては、金属体であるヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１から放熱が行われるため、放熱性能をより向上させるためには、当該放熱面２１、３１の表面は凹凸形状となっていることが好ましい。

この放熱面２１、３１の表面は凹凸形状とすることは、たとえば、エッチングや機械的加工などにより、当該放熱面２１、３１の表面を荒くしたり、当該表面に溝を形成したりすることなどを意味する。

また、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１からの放熱性を向上させるためには、図４、図５に示されるように、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１の表面に当該表面から突出するフィン８３を設けることが好ましい。

このフィン８３は、たとえば、銅やアルミなどからなるものであり、プレス加工による一体成形や、フィンをヒートシンク２０、３０に接合したりすることなどによって形成できる。

ここで、図４、図５に示される半導体装置２００も、半導体実装体１が複数個連結されたものとして構成されている。その連結構成および作用効果は、基本的には上記図３に示される半導体装置と同様にできる。

つまり、この図４、図５に示される本実施形態の半導体装置２００によっても、半導体実装体１が複数個積層されたものとした場合において、個々の半導体実装体１を連結するだけで、冷媒流路５３を構成することができ、冷却構成を簡便に実現できる結果、装置の小型化や構造の簡素化、組付けの簡素化を図ることができる。

また、本半導体装置２００によっても、半導体実装体１を多数連結しても、端子の位置精度を従来よりも向上させることができ、半導体装置を回路基板などへ実装する際の端子の位置あわせが容易になる。

さらに、本実施形態の半導体装置２００においては、図４、図５に示されるように、積層された複数個の半導体実装体１において、互いのヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が対向するように配置されており、放熱面２１、３１の表面にフィン８３が設けられている。

ここにおいて、図４に示されるように、フィン８３の高さをｈｆ、壁部５２の放熱面２１、３１からの高さをＤとし、以下、これらをそれぞれ、フィン高さｈｆ、壁部高さＤとする。

このとき、図５（ａ）に示される例では、壁部５２の方がフィン８３よりも突出して高くなっている。すなわち、フィン高さｈｆと壁部高さＤとが、ｈｆ＜Ｄの関係となっているため、互いに対向する放熱面２１、３１に設けられたフィン８３同士が干渉することがなく、好ましい。

一方、図５（ｂ）に示される例では、フィン８３の方が壁部５２よりも突出して高くなっている。すなわち、フィン高さｈｆと壁部高さＤとが、ｈｆ＞Ｄの関係を持った構成となっている。

そして、互いに対向する放熱面２１、３１において、一方の放熱面のフィン８３と他方の放熱面のフィン８３とは、位置がずれているため、互いに対向する放熱面２１、３１に設けられたフィン８３同士が干渉することがなく、好ましい。

なお、互いに対向する放熱面２１、３１において、一方の放熱面のフィン８３と他方の放熱面のフィン８３とを、位置をずらすことは、フィン高さｈｆと壁部高さＤとが、ｈｆ＝Ｄの関係の場合にも行うことがよい。それによれば、上記のフィン８３同士が干渉するのを防止することができ、好ましい。

また、図４、図５に示される例では、フィン８３は、ヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１の表面から突出する櫛歯状のものである。

そのため、フィン高さｈｆと壁部高さＤとが、ｈｆ≧Ｄの関係の場合には、互いに対向する放熱面２１、３１において、一方の放熱面のフィン８３と他方の放熱面のフィン８３とは、互いの櫛歯がかみ合うように配置されたものとなっている。

なお、上述したような上記したヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１の表面を凹凸形状とすること、および、放熱面２１、３１の表面に当該表面から突出するフィン８３を設けることは、半導体実装体１が１個である半導体装置に対しても適用できることはもちろんであり、それによれば、放熱性能の向上を図ることができる。

なお、図５においては、上記した主電流電極端子６０の一方が、上側ヒートシンク３０と一体に形成されており、モールド樹脂５０の外部へ突出する様子が示されている。

また、図５においては、半導体チップ１１、１２の周囲に設けられた制御端子７０が、モールド樹脂５０の外部へ突出するとともに、半導体チップ１１とボンディングワイヤ７１を介して電気的に接続されている様子が示されている。

また、本実施形態においても、上記実施形態にて述べた各種の変形例を、可能な限り採用することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、モールド樹脂５０において冷媒流路としての貫通穴を設ける位置を、上記実施形態と比べて変形したものである。図６は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置３００の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の矢印Ａ’方向から視た側面図である。

上記実施形態では、冷媒流路５３は、モールド樹脂５０における封止部５１のうちヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１と壁部５２との間の部位に設けられた貫通穴５３として構成されていた。

それに対して、本実施形態の半導体装置３００では、図６に示されるように、モールド樹脂５０は、封止部５１と壁部５２とからなり、冷媒流路５３は、壁部５２に設けられた貫通穴５３として構成されている。この貫通穴５３は、図６（ｂ）においては、便宜上ハッチングを施した領域として示してある。

そして、本実施形態によっても、半導体素子としての半導体チップ１１、１２、金属体としてのヒートシンク２０、３０、および、封止材としてのモールド樹脂５０を有する半導体実装体１を備え、半導体実装体１におけるヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、モールド樹脂５０の一部が、冷媒が流れる冷媒流路５３として構成されていることを特徴とする半導体装置３００が提供される。

そして、本実施形態の半導体装置３００においても、従来のような冷却チューブやケースなどの別部材が不要になるとともに、大型化を抑制することができ、その結果、小型で簡素な冷却構成を実現することができる。

さらに、本実施形態においても、半導体装置は、半導体実装体１が１個のものだけでなく、半導体実装体１が複数個連結されたものとして構成されていてもよい。

図７は、半導体実装体１を複数個積層して連結するとともに、それぞれの冷媒流路５３を連通させてなる本実施形態の半導体装置の構成を示す図であり、（ａ）は本半導体装置の斜視図、（ｂ）は本半導体装置を（ａ）中のＤ−Ｄ一点鎖線に沿った断面にて示す概略断面図である。

図７に示される半導体装置では、半導体実装体１が複数個（図示例では２×３個）積層されて連結されているとともに、それぞれの冷媒流路としての貫通穴５３は互いに連通している。

また、この積層体は、冷媒の入口８１ａを有する蓋材８０と、冷媒の出口８１ｂを有する蓋材８０と、入口８１ａおよび出口８１ｂを持たない蓋材８０とに連結されており、入口８１ａおよび出口８１ｂと貫通穴５３とが連通している。こうして、入口８１ａおよび出口８１ｂおよび貫通穴５３が接続され、入口８１ａから入った冷媒が貫通穴５３を通って出口８１ｂから出るようになっている。

ここで、図７に示される例では、壁部５２の側面にて、個々の半導体実装体１の連結および半導体実装体１と蓋材８０との連結が行われており、この側面５２における各々の連結は、接着剤８２を介した接着により行われている。

さらに、本実施形態においても、壁部５２における連結が行われる面、すなわち壁部５２の側面は、上記図３に示したように、位置決め用のための凹凸形状を有するものであってもよい。

こうして、本実施形態においても、半導体実装体１を複数個積層して連結するとともに、それぞれの冷媒流路５３を連通させてなる半導体装置を構成することができる。そして、この半導体装置によれば、装置の小型化や構造の簡素化、組付けの簡素化を図れるとともに、半導体実装体１を多数連結しても、端子の位置精度を従来よりも向上させることができる。

［変形例］
図８は、本第３実施形態の変形例としての半導体装置を示す斜視図である。

このように、ヒートシンク２０、３０を壁部５２の形状に合わせるように変形して、ヒートシンク２０、３０の露出面積を多くすれば、ヒートシンク２０、３０が冷媒に触れる面積が増えて、放熱性が向上する。

ここで、本変形例の半導体装置も、半導体実装体１が１個のものだけでなく、半導体実装体１が複数個連結されたものとして構成されていてもよい。

なお、本実施形態の半導体装置においては、可能な限り、上記した実施形態やその中の各変形例との組み合わせが適宜可能である。

たとえば、本実施形態においても、上記絶縁層２１ａ、３１ａ（上記図２参照）によりヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１を構成したり、当該放熱面２１、３１を凹凸形状としたり、当該放熱面２１、３１に上記フィン８３（上記図４、図５参照）を設けたりしてもよい。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態は、冷媒流路内を流れる冷媒に対する耐食性を向上させるようにしたものである。図９は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置４００の概略断面構成を示す図である。

図９に示されるように、本実施形態の半導体装置４００は、冷媒流路としての貫通穴５３の内壁面に、冷媒に対して耐食性を有する膜８４が形成されている。この膜８４としては、たとえばセラミックからなる膜や、ガラスからなる膜、あるいは、パリレン等からなる膜などを、採用することができる。

このように、本実施形態によれば、半導体素子としての半導体チップ１１、１２、金属体としてのヒートシンク２０、３０、および、封止材としてのモールド樹脂５０を有する半導体実装体１を備え、半導体実装体１におけるヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、モールド樹脂５０の一部が、冷媒が流れる冷媒流路５３として構成されているとともに、冷媒流路５３の内壁面に、冷媒に対して耐食性を有する膜８４が形成されていることを特徴とする半導体装置４００が提供される。

本実施形態の半導体装置４００によれば、従来のような冷却チューブやケースなどの別部材が不要になるとともに、大型化を抑制することができ、その結果、小型で簡素な冷却構成を実現することができるとともに、さらに、冷媒に対する耐食性を向上させることができる。

なお、本実施形態の半導体装置４００においても、放熱面への凹凸形成、フィン形成、さらには、半導体実装体１を複数個積層連結することなど、可能な限り、上記した実施形態やその中の各変形例との組み合わせが適宜可能である。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態は、半導体実装体１の積層方法を変化させたものであり、積層方向に角度を付け、積層方向を傾斜させたものである。また、本実施形態は、このような積層方法を実現するための半導体実装体１が１個である半導体装置を提供するものである。

図１０は、本発明の第５実施形態に係る半導体実装体１が１個である半導体装置５００の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ一点鎖線に沿った概略断面構成を示す図である。

図１０に示されるように、本実施形態の半導体装置５００は、上記実施形態における半導体装置において、モールド樹脂５０における対向する壁部５２の一方を他方よりも低くした構成としている。

具体的に図１０に示される例では、上記図６に示される半導体装置において、下方に位置する壁部５２を、上方に位置する壁部５２よりも低くしたものとなっている。それによって、図１０（ｂ）に示されるように、半導体装置５００の断面形状を、扇形状とすることができる。

そして、このような本実施形態の半導体装置５００においても、モールド樹脂５０の一部が、冷媒が流れる冷媒流路５３として構成されていることを特徴とする半導体装置５００が提供され、小型で簡素な冷却構成を実現することができる。

さらに、本実施形態において、半導体装置５００の断面形状を扇形状としたことの効果は、半導体実装体１が複数個連結されたものとした場合に、顕著となる。図１１は、半導体実装体１を複数個積層して連結するとともに、それぞれの冷媒流路５３を連通させてなる本実施形態の半導体装置の構成を示す概略断面図である。

図１１に示されるように、本実施形態では、積層されて連結された複数個の半導体実装体１において、複数個のヒートシンク２０、３０の放熱面２１、３１が扇状につらなっていることを特徴とする半導体装置が提供される。

ここで、複数個の放熱面２１、３１が扇状につらなっていることとは、半導体実装体１をさらに連結して、環状につらなるようにしてもよいし、多角形状に連なる場合も含むものである。

本実施形態の半導体装置を、モータなどのインバータとして使用する場合、この半導体装置は、モータなどの回転機と相似形状であるから、配線距離が短くでき、引き回しが簡便でノイズ対策に有効である。

なお、図１０に示される半導体装置５００では、冷媒流路５３は、壁部５２に設けられた貫通穴５３として構成されているが、本実施形態においては、冷媒流路は、封止部５１のうち放熱面２１、３１と壁部５２との間の部位に設けられた貫通穴５３として構成されていてもよい。

つまり、上記図１に示される半導体装置に対しても、図１０と同様に上下の壁部５２の高さを変えることにより、本実施形態特有の断面扇状の半導体装置を形成するようにしてもよい。

また、本実施形態の半導体装置においても、可能な限り、上記した実施形態やそのなかの各変形例との組み合わせが適宜可能である。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態は、積層された複数個の半導体実装体１によって電力回路が構成されている半導体装置を提供するものである。

図１２は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置６００の全体構成を示す概略断面図である。この図１２に示される電力変換装置６００は、上記第１実施形態の半導体実装体１を用いた電力変換装置の一例を示すものである。

この電力変換装置６００は、複数個の半導体実装体１とその他の発熱部品であるコンデンサ８５、８６やリアクトル８７とをいっしょに積層し、これらを第１のバスバー９１、第２のバスバー９２、第３のバスバー９３で電気的に接続することにより、電力回路を構成したものである。

なお、第１のバスバー９１、第２のバスバー９２は、電力回路の入力の結線となるもので入力用バスバーであり、第３のバスバー９３は、出力の結線となるもので出力用バスバーである。

ここで、発熱部品である第１コンデンサ８５、第２コンデンサ８６やリアクトル８７は、半導体実装体１と同じように、封止材であるモールド樹脂５０で封止されるとともに冷媒流路としての貫通穴５３が形成されたものとしている。

そして、これら半導体実装体１、コンデンサ８５、８６およびリアクトル８７は、図１２に示されるように、積層され、この積層体の両端部には、入口８１ａおよび出口８１ｂを持つ蓋材８０と、入口８１ａおよび出口８１ｂを持たない蓋材８０とが設けられ、各部が接着剤８２を介して接着され連結されている。

このように構成された電力変換装置６００においては、互いに連通する貫通穴５３によって冷媒流路が構成され、入口８１ａ、冷媒流路、出口８１ｂというように冷媒が流れることによって、半導体実装体１に加えて、コンデンサ８５、８６やリアクトル８７も冷却されるようになっている。

ちなみに、この電力変換装置６００の回路構成は、図１３に示されるようになっている。複数個の半導体実装体１および第２コンデンサ８６によってインバータ１０１が構成され、半導体実装体１、第１コンデンサ８５およびリアクトル８７によってコンバータ１０２が構成されている。

このように、本実施形態によれば、半導体実装体１が複数個積層されて連結されるとともに、それぞれの冷媒流路５３は連通しており、さらに、積層された複数個の半導体実装体１によって電力回路が構成されていることを特徴とする半導体装置としての電力変換回路６００が提供される。

それによれば、上記実施形態にて述べられている複数個の半導体実装体１を連結してなる半導体装置と同様の作用効果が、本実施形態の電力変換回路６００においても、発揮される。

さらに、本実施形態では、複数個の半導体実装体１とともに、半導体実装体１以外の発熱部品８５、８６、８７が積層されており、これら発熱部品８５、８６、８７に対しても冷媒による冷却が行われるようになっていることも特徴点のひとつである。

また、図１２に示されるように、本実施形態の電力変換回路６００においては、電力回路の入力の結線となる第１のバスバー９１と第２のバスバー９２とが、近接して平行に配置されていることも特徴点のひとつである。このようなバスバーの配置を採用することにより、装置の小型化が図れる。

ここで、図１４は、上記電力変換装置６００中の半導体実装体１におけるバスバーによる結線構成の詳細な形態を示す図であり、（ａ）は正面視図、（ｂ）は（ａ）の上面視図、（ｃ）は当該結線構成の等価回路図である。なお、図１４（ｂ）においては、半導体実装体１におけるモールド樹脂５０の構成を断面的に示してある。

この図１４に示されるように、電力変換装置６００における入力端子となる半導体実装体１の主電流電極端子６０に対して、入力用バスバーである第１のバスバー９１および第２のバスバー９２がネジ止めや溶接により接続されており、出力端子となる半導体実装体１の主電流電極端子６０に対して、出力用バスバーである第３のバスバー９３がネジ止めや溶接により接続されている。

また、半導体実装体１の制御端子７０は、制御回路基板１１０に電気的に接続されている。制御端子７０は、たとえば制御回路基板１１０に形成された穴に挿入され、はんだ付けなどにより電気的に接続される。

この場合、図１４（ｃ）に示されるように、１個の半導体実装体１に２個の電力回路が収納された構成となっているが、図１５に示されるように、２個の半導体実装体１を使って、図１４に示される回路と同等の回路構成を実現してもよい。その場合の構成を図１５に示す。

図１５は、上記電力変換装置６００中の半導体実装体１におけるバスバーによる結線構成の他の例を示す図であり、（ａ）は正面視図、（ｂ）は（ａ）の上面視図、（ｃ）は当該結線構成の等価回路図である。なお、図１５（ｂ）においても、半導体実装体１におけるモールド樹脂５０の構成を断面的に示してある。

図１５に示される例においては、入力端子となる主電流電極端子６０に対して、入力用バスバー９１、９２がネジ止めや溶接により接続され、出力端子となる主電流電極端子６０に対して、出力用バスバー９３がネジ止めや溶接により接続されている。また、制御端子７０は、制御回路基板１１０に電気的に接続されている。

このように、図１５に示される構成は、積層された２個の半導体実装体１の間が、バスバー９１〜９３によって電気的に接続されることにより、上記図１４に示される回路と同等の回路構成を実現した例を示しており、この構成を、上記電力変換装置６００において適用してもよい。

［変形例］
図１６および図１７は、それぞれ本実施形態の第１の変形例、第２の変形例を示す図である。

図１６に示される第１の変形例では、近接して平行に配置される第１のバスバー９１と第２のバスバー９２との間に、樹脂やセラミックなどからなる電気絶縁性の絶縁体９４を介在させている。

また、図１７に示される第２の変形例では、近接して平行に配置される第１のバスバー９１と第２のバスバー９２とを、樹脂やセラミックなどからなる電気絶縁性の絶縁体９５により包み込むように封止している。

これら絶縁体９４、９５を用いた構成によれば、近接して平行に配置される第１のバスバー９１と第２のバスバー９２との間の電気的な絶縁が確保されるため、入力用バスバーである第１のバスバー９１と第２のバスバー９２との間隔を小さくすることができ、小型化と配線の寄生インダクタンス低減に有利である。

また、本実施形態の半導体装置においても、可能な限り、上記した実施形態やそのなかの各変形例との組み合わせが適宜可能である。

（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態においては、半導体実装体１が複数個連結されてなる半導体装置を構成する場合、積層された半導体実装体１同士の連結は、接着剤８２を介して行っていたが、この半導体実装体１同士の連結は接着に限定されるものではない。

たとえば、上記図３に示される半導体装置において、接着剤８２に代えてＯリング８２ａを採用してもよい（図３参照）。

このＯリング８２ａを採用した場合、積層された複数個の半導体実装体１は、この積層体の両端に配置された蓋材８０によって当該積層体を挟むように加圧することにより連結される。具体的には、図３では示さないが、たとえば、両蓋材８０同士をネジ部材などの締結手段により、固定すればよい。

そのようにした場合、図３に示される半導体装置においては、各々の半導体実装体１同士は、Ｏリング８２ａを介して接触することにより、半導体実装体１同士の接触部がＯリング８２ａにより封止された形となる。

それによれば、冷媒流路５３はＯリング８２ａを介した加圧接触で形成されるため、積層した複数個の半導体実装体１の中に特性不良品が含まれている場合に、交換などの修理が容易に可能になる。なお、このＯリングを用いた連結構成は、上記実施形態において、可能な限り採用することができる。

また、上記実施形態において、半導体実装体１が複数個連結されてなる半導体装置を構成する場合、積層された複数個の半導体実装体１において、積層状態にて目視可能な面が、半導体実装体１の印字面として構成されていることが好ましい。

たとえば、上記図３に示される半導体装置において、個々の半導体実装体１をみると、モールド樹脂５０の壁部５２の外側の側面が、積層状態であっても目視可能な面となっている。そこで、この面に印字を行う。

このようにすれば、複数個の半導体実装体１が積層された状態であっても、印字面を目視で確認できるため、半導体実装体１の製造品番などを確認することができ、メンテナンスなどの面から好ましい。

また、上記実施形態においては、半導体素子１１、１２の両面にそれぞれ金属体としてのヒートシンク２０、３０を設け、これら両ヒートシンク２０、３０の両方の放熱面２１、３１をモールド樹脂５０から露出させた構成としているが、両ヒートシンク２０、３０のうちのどちらか一方のヒートシンクの放熱面のみ、モールド樹脂５０から露出させるようにしてもよい。

さらには、半導体素子１１、１２の片面側にのみヒートシンクを設け、そのヒートシンクの放熱面をモールド樹脂５０から露出させるようにしてもよい。たとえば、上記図１に示される半導体装置１００において、下側ヒートシンク２０は省略して上側ヒートシンク３０のみ設けた構成としてもよい。あるいは、逆に、上側ヒートシンク３０は省略して下側ヒートシンク２０のみ設けた構成としてもよい。

つまり、半導体実装体１において金属体としてのヒートシンク２０、３０は、半導体素子としての半導体チップ１１、１２の少なくとも一面側に設けられており、この半導体チップ１１、１２の一面側に設けられたヒートシンク２０、３０の表面のみが封止材としてのモールド樹脂５０から露出しているものとしてもよい。

また、上記図１においては、冷媒流路は、封止部５１のうち放熱面２１、３１と壁部５２との間の部位に設けられた貫通穴５３として構成されており、この貫通穴５３は大きな１個の穴であったが、貫通穴５３は複数個の穴であってもよい。

また、上記図６においては、冷媒流路５３は、壁部５２に設けられた貫通穴５３として構成されており、壁部５２の一部が切りかかれた形の穴であったが、この壁部５２に形成する貫通穴は、外枠を残した穴であってもよいことはいうまでもない。

要するに、本発明は、半導体素子、半導体素子と熱的に接続され半導体素子からの熱を伝達する金属体、および、金属体の放熱面が露出するように半導体素子および金属体を包み込むように封止する封止材を有する半導体実装体を備え、放熱面が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、封止材の一部が、冷媒が流れる冷媒流路として構成されていることを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図である。 上記第１実施形態の変形例を示すものであって放熱面の近傍を拡大して示す概略断面図である。 上記第１実施形態における半導体実装体を複数個連結してなる半導体装置の構成を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略斜視図である。 （ａ）は、図４中のＣ−Ｃ概略断面構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、図４中のＣ−Ｃ概略断面構成のもうひとつの例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＡ’矢視側面図である。 上記第３実施形態における半導体実装体を複数個連結してなる半導体装置の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＤ−Ｄ概略断面図である。 上記第３実施形態の変形例としての半導体装置を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ概略断面図である。 上記第５実施形態における半導体実装体を複数個連結してなる半導体装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置の全体構成を示す概略断面図である。 図１２に示される電力変換装置の等価回路図である。 図１３に示される電力変換装置における半導体実装体の結線構成の詳細形態を示す図であり、（ａ）は正面視図、（ｂ）は（ａ）の上面視図、（ｃ）は等価回路図である。 図１３に示される電力変換装置における半導体実装体の結線構成の他の例を示す図であり、（ａ）は正面視図、（ｂ）は（ａ）の上面視図、（ｃ）は等価回路図である。 上記第６実施形態の第１の変形例を示す図である。 上記第６実施形態の第２の変形例を示す図である。

符号の説明

１…半導体実装体、１１…半導体素子としての第１の半導体チップ、
１２…半導体素子としての第２の半導体チップ、
２０…金属体としての下側ヒートシンク、２１…下側ヒートシンクの放熱面、
２１ａ、３１ａ…絶縁層、３０…金属体としての上側ヒートシンク、
３１…上側ヒートシンクの放熱面、５０…封止材としてのモールド樹脂、
５１…封止部、５２…壁部、５３…冷媒流路としての貫通穴、
６０…主電流電極端子、７０…制御端子、８２ａ…Ｏリング、８３…フィン、
８４…冷媒に対して耐食性を有する膜、８５…発熱部品としての第１コンデンサ、
８６…発熱部品としての第２コンデンサ、８７…発熱部品としてのリアクトル、
９１…第１のバスバー、９２…第２のバスバー。

Claims (27)

1. 半導体素子（１１、１２）、前記半導体素子（１１、１２）と熱的に接続され前記半導体素子（１１、１２）からの熱を伝達する金属体（２０、３０）、および、前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が露出するように前記半導体素子（１１、１２）および前記金属体（２０、３０）を包み込むように封止する封止材（５０）を有する半導体実装体（１）を備え、
   前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、
   前記封止材（５０）の一部が、前記冷媒が流れる冷媒流路（５３）として構成されているものであって、
   前記封止材（５０）は、前記半導体素子（１１、１２）および前記金属体（２０、３０）を封止する封止部（５１）と、前記封止部（５１）の周囲に設けられ先端部が前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）よりも突出する壁部（５２）とからなり、
   前記冷媒流路は、前記封止部（５１）のうち前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）と前記壁部（５２）との間の部位に設けられた貫通穴（５３）として構成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記壁部（５２）は、前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）を取り囲むように環状に設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 半導体素子（１１、１２）、前記半導体素子（１１、１２）と熱的に接続され前記半導体素子（１１、１２）からの熱を伝達する金属体（２０、３０）、および、前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が露出するように前記半導体素子（１１、１２）および前記金属体（２０、３０）を包み込むように封止する封止材（５０）を有する半導体実装体（１）を備え、
   前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、
   前記封止材（５０）の一部が、前記冷媒が流れる冷媒流路（５３）として構成されているものであって、
   
   前記封止材（５０）は、前記半導体素子（１１、１２）および前記金属体（２０、３０）を封止する封止部（５１）と、前記封止部（５１）の周囲に設けられ先端部が前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）よりも突出する壁部（５２）とからなり、
   前記冷媒流路は、前記壁部（５２）に設けられた貫通穴（５３）として構成されていることを特徴とする半導体装置。
4. 前記封止材（５０）は、樹脂からなるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面は凹凸形状となっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面には当該表面から突出するフィン（８３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
7. 半導体素子（１１、１２）、前記半導体素子（１１、１２）と熱的に接続され前記半導体素子（１１、１２）からの熱を伝達する金属体（２０、３０）、および、前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が露出するように前記半導体素子（１１、１２）および前記金属体（２０、３０）を包み込むように封止する封止材（５０）を有する半導体実装体（１）を備え、
   前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が冷媒により冷却されるようになっている半導体装置において、
   前記封止材（５０）の一部が、前記冷媒が流れる冷媒流路（５３）として構成されているものであって、
   前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、前記半導体素子（１１、１２）と電気的に絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
8. 前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、前記金属体（２０、３０）の表面に設けられた絶縁層（２１ａ、３１ａ）の表面として構成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）は、前記半導体素子（１１、１２）と電気的に絶縁されていないことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。
10. 前記冷媒流路（５３）の内壁面には、前記冷媒に対して耐食性を有する膜（８４）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の半導体装置。
11. 前記半導体実装体（１）の一側に主電流電極端子（６０）が突出して設けられており、
    前記半導体実装体（１）を挟んで前記半導体実装体（１）の一側とは直線方向の反対側に制御端子（７０）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の半導体装置。
12. 前記半導体実装体（１）が複数個積層されて連結されるとともに、それぞれの冷媒流路（５３）は連通していることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の半導体装置。
13. 前記半導体実装体（１）が複数個積層されて連結されるとともに、それぞれの冷媒流路（
    ５３）は連通しており、
    前記壁部（５２）の側面または端面にて個々の前記半導体実装体（１）の連結が行われていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
14. 前記壁部（５３）における連結が行われる面は、位置決め用のための凹凸形状となっていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
15. 前記壁部（５３）における連結は、接着により行われていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
16. 前記積層された複数個の前記半導体実装体（１）において、互いの前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が対向するように配置されており、
    前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面には当該表面から突出するフィン（８３）が設けられており、
    前記フィン（８３）の高さをｈｆ、前記壁部（５２）の前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）からの高さをＤとしたとき、ｈｆ＜Ｄの関係となっていることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
17. 前記積層された複数個の前記半導体実装体（１）において、互いの前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が対向するように配置されており、
    前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面には当該表面から突出するフィン（８３）が設けられており、
    前記フィン（８０）の高さをｈｆ、前記壁部（５２）の前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）からの高さをＤとしたとき、ｈｆ≧Ｄの関係となっており、
    互いに対向する前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）において、一方の放熱面の前記フィン（８３）と他方の放熱面の前記フィン（８３）とは、位置がずれていることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
18. 前記フィン（８３）は、前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）の表面から突出する櫛歯状のものであり、
    互いに対向する前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）において、一方の放熱面の前記フィン（８３）と他方の放熱面の前記フィン（８３）とは、互いの櫛歯がかみ合うように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
19. 複数個の前記金属体（２０、３０）の放熱面（２１、３１）が扇状につらなっていることを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
20. 前記積層された複数個の前記半導体実装体（１）によって電力回路が構成されていることを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれか１つに記載の半導体装置。
21. 前記電力回路の入力の結線となる第１のバスバー（９１）と第２のバスバー（９２）とが、近接して平行に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。
22. 前記第１のバスバー（９１）と前記第２のバスバー（９２）との間に絶縁体（９４）が介在していることを特徴とする請求項２１に記載の半導体装置。
23. 前記第１のバスバー（９１）と前記第２のバスバー（９２）とは、絶縁体（９５）により包み込まれるように封止されていることを特徴とする請求項２１に記載の半導体装置。
24. 前記複数個の半導体実装体（１）とともに、前記半導体実装体（１）以外の発熱部品（８５、８６、８７）が積層されており、
    前記発熱部品（８５、８６、８７）に対しても前記冷媒による冷却が行われるようになっていることを特徴とする請求項１２ないし２３のいずれか１つに記載の半導体装置。
25. 前記半導体実装体（１）において前記金属体（２０、３０）は、前記半導体素子（１１、１２）の少なくとも一面側に設けられており、
    この半導体素子（１１、１２）の一面側に設けられた前記金属体（２０、３０）の表面のみが前記封止材（５０）から露出しており、この露出した前記金属体（２０、３０）の表面が前記放熱面（２１、３１）として構成されていることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１つに記載の半導体装置。
26. 前記積層された複数個の前記半導体実装体（１）において、積層状態にて目視可能な面が、前記半導体実装体（１）の印字面として構成されていることを特徴とする請求項１２ないし２４のいずれか１つに記載の半導体装置。
27. 前記積層された複数個の半導体実装体（１）は、この積層体の両端に配置された蓋材（８０）によって当該積層体を挟むように加圧することにより連結されており、
    各々の前記半導体実装体（１）同士は、Ｏリング（８２ａ）を介して接触することにより、前記半導体実装体（１）同士の接触部が前記Ｏリング（８２ａ）により封止されていることを特徴とする請求項１２ないし２４および２６のいずれか１つに記載の半導体装置。

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