JP5206102B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の半導体素子を含み、放熱効率を向上させた半導体装置に関する。
従来より、互いに異なる半導体材料で形成される複数種類の半導体素子を含む半導体装置が提案されている。例えば、モータ駆動用の電力変換装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、このＩＧＢＴと対をなすダイオードとを含むＩＧＢＴモジュールが用いられている。このＩＧＢＴモジュールに含まれるＩＧＢＴとダイオードの温度定格上限が異なる場合には、温度定格上限の高い方の素子を炭化珪素（ＳｉＣ）で作製し（すなわちＳｉＣ半導体素子で構成し）、温度定格上限の低い方の素子を珪素（Ｓｉ）で作製する（すなわちＳｉ半導体素子で構成する）ことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
炭化珪素は珪素よりも耐熱性が高いが、珪素製の半導体よりも製造が困難であることから、トランジスタのようなスイッチング素子よりも構造の簡単なダイオードに用いられている。
特開２００４−２２１３８１号公報
しかしながら、従来の半導体装置では、温度定格上限の異なる半導体素子同士が共通の放熱板に搭載されていたため、放熱効率の低下や、熱干渉によって半導体素子の動特性に影響が生じることによる信頼性の低下が生じるという課題があった。
そこで、本発明は、放熱効率を向上させ、これにより信頼性を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面の半導体装置は、第１放熱板、第１絶縁層、第１導電層、及び第１半導体素子をこの順で含む第１積層体と、第２放熱板、第２絶縁層、第２導電層、及び前記第１半導体とは異なる半導体材料で形成される第２半導体素子をこの順で含む第２積層体と、
前記第１導電層及び前記第２導電層を電気的に接続する接続部とを備え、前記第１放熱板と前記第２放熱板は分離されており、前記第２半導体素子は前記第１半導体素子よりも温度定格上限が高い半導体素子であり、前記第１放熱板及び前記第２放熱板を搭載する冷却装置をさらに備え、前記第１半導体素子は、前記冷却装置の冷媒の流路において、前記第２半導体素子よりも上流側に配設される。
また、前記第２半導体素子と前記第２導電層との間を電気的に接続する半田は、前記第１半導体素子と前記第１導電層との間を電気的に接続する半田よりも耐熱性の高い半田材料で構成されてもよい。
また、前記第２絶縁層と前記第２放熱板との間を接続する半田は、前記第１絶縁層と前記第１放熱板との間を接続する半田よりも耐熱性の高い半田材料で構成されてもよい。
また、前記第１放熱板が前記冷却装置の上に搭載される第１領域の面積は、前記第２放熱板が前記冷却装置の上に搭載される第２領域の面積よりも広くてもよい。
また、前記第１放熱板と前記第２放熱板とは、前記冷却装置への搭載位置が高さ方向で異なってもよい。
また、これらに代えて、前記第１半導体と前記第２半導体とは、温度定格上限が異なる半導体材料で構成されてもよい。
また、前記第１積層体と、前記第２積層体との間には、樹脂製の熱絶縁部が配設されてもよい。
また、前記第１半導体素子はＳｉ半導体素子であり、前記第２半導体素子はＳｉＣ半導体素子、ＧａＮ半導体素子、又はダイアモンド半導体素子であってもよい。
また、前記第１半導体素子は、インバータ又はコンバータに含まれるＩＧＢＴであり、前記第２半導体素子は前記ＩＧＢＴと対をなすダイオードであってもよい。
また、前記ＩＧＢＴ及び前記ダイオードの組を含むインバータ又はコンバータがモジュール化された電力変換装置群として構成されてもよい。
本発明によれば、放熱効率を向上させ、これにより信頼性を向上させた半導体装置を提供できるという特有の効果が得られる。
以下、本発明の半導体装置を適用した実施の形態について説明する。
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の半導体装置が用いられる回路構成を示す図である。実施の形態１の半導体装置は、車両の駆動をアシストするための電動機と、この電動機とは別に設けられる発電機（重荷はエンジンによって回転駆動されて発電を行う）とを含むハイブリッド車両の電力変換回路に用いられる。
この電力変換回路は、バッテリ１、リアクトル２、昇降圧コンバータ３、平滑コンデンサ４、アシスト用の電動機の駆動制御を行うためのインバータ５、及び発電機で発電される交流電力を直流電力に変換するためのコンバータ６を含む。この電力変換回路において、インバータ５とコンバータ６は直流伝送路７に接続されている。
昇降圧コンバータ３は、昇圧用と降圧用のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を１組ずつ含むハーフブリッジ回路であり、バッテリ１の充電率や電動機及び発電機の駆動状態に応じて、直流伝送路７の電圧値を昇圧（バッテリ１の放電）又は降圧（バッテリ１の充電）するための制御を行う。なお、昇圧用のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０は、図中下側の組であり、降圧用のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０は、図中上側の組である。
また、図１には、昇圧用と降圧用のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を１組ずつ含む昇降圧コンバータ３を示すが、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０の定格や電力変換回路で取り扱う電力に応じて複数組ずつ並列接続してもよい。
インバータ５は、アシスト用の電動機を三相駆動するためのＩＧＢＴとダイオード２０を６組含む三相インバータ回路であり、エンジンの負荷状態やバッテリ１の充電状態に応じてアシスト用の電動機の駆動制御を行う。なお、図１には、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を６組含むインバータ５を示すが、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０の定格や電力変換回路で取り扱う電力に応じて、このようなインバータ５を複数並列接続してもよい。
コンバータ６は、発電機によって発電される交流電力を直流電力に変換するためのＩＧＢＴとダイオード２０を６組含む三相コンバータ回路であり、エンジンの負荷状態やバッテリ１の充電状態に応じて発電機の駆動制御を行う。なお、図１には、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を６組含むコンバータ６を示すが、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０の定格や電力変換回路で取り扱う電力に応じて、このようなコンバータ６を複数並列接続してもよい。
このように、昇降圧コンバータ３、インバータ５、及びコンバータ６には、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が複数組含まれている。昇降圧コンバータ３、インバータ５、及びコンバータ６は、各々が複数組のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を含む電力変換装置群としてモジュール化されており、各モジュール（電力変換装置群）は、ＩＧＢＴ１０のスイッチングノイズの外部への漏洩を防ぐために、電磁波を遮蔽可能な筐体に収納されている。筐体やその他の構成については図２及び図３を用いて説明する。
なお、ハイブリッド車両の冷却系は、エンジンを冷却するための冷却系（冷却水温度の上限は９５℃）と、昇降圧コンバータ３、インバータ５、又はコンバータ６を冷却するための冷却系（冷却水温度の上限は６５℃）とを含む。
図２は、実施の形態１の半導体装置の断面構造を示す図である。ここでは、半導体装置は、Ｓｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０と、Ｓｉ半導体素子よりも熱膨張率が小さく、熱伝導率が高く、耐熱性の高いＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード１０とを含み、ＩＧＢＴ１０よりもダイオード２０の方が放熱量の多い動作環境で用いられる場合について説明する。
なお、Ｓｉ半導体素子の耐熱温度は約１７５℃、ＳｉＣ半導体素子の耐熱温度は約２５０℃である。
この半導体装置は、冷却器１００、冷却器１００の上に熱的に絶縁されて搭載される放熱板１１０及び１２０、放熱板１１０及び１２０の上に半田１１１及び１２１によって接続される絶縁基板１１２及び１２２、絶縁基板１１２及び１２２の上に搭載される導電基材１１３及び１２３、及び、導電基材１１３及び１２３の上に半田１１４及び１２４によって接続されるＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を備える。
また、導電基材１１３と１２３の間は、半田１１４ａ、１２４ａ、及び接続板１３０を介して電気的に接続されており、この接続板１３０によって電気的に接続されることにより、ＩＧＢＴ１０とダイオード２０は、図１に示すように１組として接続されている。
冷却器１００は、冷却水が通流する流路を内部に有し、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０から放熱板１１０及び１２０を介して放出される熱量を吸収し、冷却するための装置である。流路の詳細については後述するが、ここではＩＧＢＴ１０よりも放熱量の多いダイオード２０の方が下流側に位置するように配置される。
なお、冷却器１００の流路に通流する冷却水は、昇降圧コンバータ３、インバータ５、又はコンバータ６を冷却するための冷却系（冷却水温度の上限は６５℃）である。
放熱板１１０及び１２０は、例えば、熱伝導率及び熱膨張率の制御が容易なアルミ炭素珪素（ＡｌＳｉＣ）、又は銅モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）で構成される放熱板である。この放熱板１１０及び１２０は、冷却器１００の上に搭載される。この放熱板１１０と１２０の幅（図中における幅）は同一に設定されている。なお、放熱板１１０及び１２０の厚さは、例えば３ｍｍ程度である。
絶縁基板１１２及び１２２は、放熱板１１０及び１２０と導電基材１１３及び１２３のそれぞれの間における絶縁を確保するために配設される絶縁基板であり、半田１１１及び１２１によって放熱板１１０及び１２０の上面に接合される。この絶縁基板１１２及び１２２は、例えば、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）等のセラミックで構成され、厚さは、例えば０．６ｍｍ程度である。
導電基材１１３及び１２３は、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０と外部配線との電気的接続を確保するために配設される導電基材であり、例えば、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）で構成され、厚さは、例えば０．４ｍｍ程度である。
ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０は、半田１１４及び１２４によって導電基材１１３及び１２３の上に接合されており、導電基材１１３と１２３の間が半田１１４ａ、１２４ａ、及び接続板１３０を介して電気的に接続されることにより、ＩＧＢＴ１０のドレイン−ソース間にダイオード２０が挿入されている。
このように、実施の形態１の半導体装置は、放熱板１１０、絶縁基板１１２、導電基材１１３、及びＩＧＢＴ１０を含む第１積層体と、放熱板１２０、絶縁基板１２２、導電基材１２３、及びダイオード２０を含む第２積層体とが、熱的に絶縁された状態で、冷却器１００の上に近接して搭載されており、また、冷却水の流路において、ＩＧＢＴ１０よりも放熱量の多いダイオード２０を含む第２積層体の方が下流側に位置するように配置されている。
このため、ダイオード２０からＩＧＢＴ１０への熱伝導を抑制することにより、ＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができるとともに、ダイオード２０の過冷却を抑制することができる。
また、冷却水の温度は最高で６５℃であるが、比較的耐熱性の低いＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０を先に冷却できるので、ＩＧＢＴ１０を確実に冷却することができ、高温に対してロバスト性が比較的低いＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０の温度上昇を緩和することができる。
また、ＩＧＢＴ１０を冷却した後に、比較的耐熱性の高いＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード２０を冷却するので、ダイオード２０を確実に冷却できるとともに、ＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード２０の過冷却を防止することができる。
このように、実施の形態１の半導体装置によれば、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を効率的に冷却することができる。
図３は、実施の形態１の半導体装置がモジュール化されて電力変換装置群として構成された回路を示す平面図である。この電力変換装置群は、図１に示すインバータ５及びコンバータ６が複数並列接続された構造を有する。
既に図２に示す断面構造を説明したように、実施の形態１の半導体装置は、冷却器１００の上に、放熱板１１０、絶縁基板１１２、導電基材１１３、及びＩＧＢＴ１０を含む第１積層体と、放熱板１２０、絶縁基板１２２、導電基材１２３、及びダイオード２０を含む第２積層体とが、熱的に絶縁された状態で搭載されている。
図３に示すように、インバータ５は、冷却器１００の上に、図中上から下に向かって、放熱板１１０と放熱板１２０が交互に（３行）６列ずつ配列された構成を有する。同様に、コンバータ６は、冷却器１００の上に、図中上から下に向かって、放熱板１１０と放熱板１２０が交互に（２行）６列ずつ配列された構成を有する。
各放熱板１１０の上には、絶縁基板１１２、導電基材１１３、及びＩＧＢＴ１０が積層されている。また、各放熱板１２０の上には、絶縁基板１２２、導電基材１２３、及びインバータ２０が積層されている。
なお、図３では、説明の便宜上、接続板１３０を省略するが、図２に示す断面構造は、図３におけるＡ−Ａ矢視断面に相当し、これは、６行５列で３０組あるＩＧＢＴ１０及びダイオード２０のすべて組の断面構造において同一である。
ここで、図３に示す、６行５列（３０組）のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を搭載する放熱板１１０及び１２０に対して、符号１１０−１〜１１−６及び１２０−１〜１２０−６を付す。符号１１０と１２０に付加されるサフィックスは、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０の行数（１〜６行）に対応する。
また、図３に示す６行５列（３０組）のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０は、各列に含まれる６組で図１に示す三相インバータ回路又は三相コンバータ回路を構成しており、図中左３列は互いに並列に接続される三相インバータ回路、図中右２列は互いに並列に接続される三相コンバータ回路である。これは、図１に示すインバータ５が３つ並列接続され、図１に示すコンバータ６が２つ並列接続されていることを示している。
なお、６行５列（３０組）のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０は、筐体の側壁１４０に覆われている。筐体は、図３における上面も覆っており、底部側では側壁１４０と冷却器１００が密封されている。
図４は、実施の形態１の半導体装置の冷却器１００における冷却水の流路を概念的に示す図である。
図４中に矢印で示すように、冷却器１００の冷却水の流路は、１〜２行目、３〜４行目、５〜６行目の３系統に分かれて循環するように形成されている。
１〜２行目では、図中左側から放熱板１１０−１及び１１０−２の下を図中右方向に通流し、折り返して合流し、放熱板１２０−１及び１２０−２の間の下を図中左方向へ通流するように流路が形成されている。
３〜４行目では、図中左側から放熱板１１０−３及び１１０−４の下を図中右方向に通流し、折り返して合流し、放熱板１２０−３及び１２０−４の間の下を図中左方向へ通流するように流路が形成されている。
５〜６行目では、図中左側から放熱板１１０−５及び１１０−６の下を図中右方向に通流し、折り返して合流し、放熱板１２０−５及び１２０−６の間の下を図中左方向へ通流するように流路が形成されている。
このように、実施の形態１の半導体素子をモジュール化した電力変換装置群では、６行５列（３０組）のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０は、単位面積あたりの放熱量の少ないＩＧＢＴ１０が上流側になり、単位面積あたりの放熱量の多いダイオード２０が下流側になるように、冷却器１００の流路の形状に合わせて配列されている。
このため、ダイオード２０からＩＧＢＴ１０への熱伝導を抑制することにより、比較的耐熱性の低いＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができる。また、比較的耐熱性の高いＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード２０を確実に冷却できるとともに、ＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード２０の過冷却を防止することができる。このように、実施の形態１の半導体装置をモジュール化した電力変換装置群によれば、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０を効率的に冷却することができる。
また、流路を共通化することで冷却水の水量を少なくすることができ、冷却系統の簡素化を図ることができる。
以上では、ＩＧＢＴ１０とダイオード２０を搭載する放熱板１１０と１２０が分離されている実施の形態１の半導体装置をインバータ５とコンバータ６の両方に適用した形態について説明したが、このような半導体装置の構成は、昇降圧コンバータ３、インバータ５、又はコンバータ６の少なくともいずれか一つに適用されていればよく、３つのうちの任意の２つ、又は３つのすべてに適用されてもよい。
この場合、実施の形態１の半導体装置の構成が適用されないものについては、ＩＧＢＴ１０とダイオード２０とが共通の放熱板に搭載されてよい。
また、ＩＧＢＴ１０とダイオード２０は放熱量が異なるので、放熱板１１０と絶縁基板１１２との間を接合する半田１１１と、放熱板１２０と絶縁基板１２２との間を接合する半田１２１とでは、使用温度領域や接合する材料の熱膨張率等に応じて、熱膨張率の異なる半田材料を用いてもよい。すなわち、ダイオード２０の方が高温になるため、半田１２１の方が熱膨張率が小さく、半田１１１の方が熱膨張率の大きい半田材料を用いてもよい。
このように使用温度領域や接合する材料の熱膨張率等に応じて、半田１１１と１２１とに異なる半田材料を用いることにより、半田の剥離や変形等を抑制することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
同様に、導電基材１１３とＩＧＢＴ１０との間を接合する半田１１４と、導電基材１２３とダイオード２０との間を接合する半田１２４とでは、半田１２４の方が熱膨張率が小さく、半田１１４の方が熱膨張率の大きい半田材料を用いてもよく、半田１１１及び１２１の場合と同様に、半田の剥離や変形等を抑制することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
また、以上では、放熱量の多いダイオード２０の半導体材料としてＳｉＣを用いる形態について説明したが、ＳｉＣの代わりに、窒化ガリウム（ＧａＮ）やダイアモンド（Ｃ）をダイオード２０の半導体材料として用いてもよい。ＧａＮやＣ（ダイアモンド）もＳｉＣと同様に、熱膨張率が小さく、熱伝導率が高く、耐熱性が高いため、放熱量の多いダイオード２０の半導体材料として好適である。
［実施の形態２］
図５は、実施の形態２の半導体装置の断面構造を示す図である。実施の形態２の半導体装置は、第１積層体と第２積層体との間に熱絶縁部２００が配設される点が実施の形態１の半導体装置と異なる。その他の構成は実施の形態１の半導体装置と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
熱絶縁部２００は、放熱板１１０、半田１１１、及び絶縁基板１１２と、放熱板１２０、半田１２１、及び絶縁基板１２２との間を熱的に絶縁する部材であり、例えば、ポリカーボネート等の樹脂で構成される。
このような熱絶縁部２００を備えることにより、放熱板１１０、絶縁基板１１２、導電基材１１３、及びＩＧＢＴ１０を含む第１積層体と、放熱板１２０、絶縁基板１２２、導電基材１２３、及びダイオード２０を含む第２積層体とが熱的に絶縁されるため、互いの間における輻射熱等の伝導が抑制され、熱的な絶縁性がさらに良好になる。
このため、実施の形態２によれば、ダイオード２０からＩＧＢＴ１０への熱伝導を抑制することにより、ＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができる。
なお、熱絶縁部２００は、導電基材１１３と１２３の間にも配設されるように構成されていてもよい。
また、熱絶縁部２００は、図３に示す筐体の側壁１４０と一体的に形成されていてもよい。
［実施の形態３］
図６は、実施の形態３の半導体装置の断面構造を示す図である。実施の形態３の半導体装置は、第１積層体と第２積層体と高さ位置が異なる点が実施の形態２の半導体装置と異なる。その他の構成は実施の形態２の半導体装置と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図６に示すように、実施の形態３の半導体装置に含まれる冷却器１００は段差を有しており、放熱板１１０と放熱板１２０とは、高さ位置が異なるように配設されている。これにより、放熱板１１０に搭載される半田１１１、絶縁基板１１２、導電基材１１３、半田１１４、及びＩＧＢＴ１０の高さは、放熱板１２０に搭載される半田１２１、絶縁基板１２２、導電基材１２３、半田１２４、及びダイオード２０の高さと異なっている。なお、熱絶縁部２００の高さ方向の長さは、段差が生じた分だけ伸びている。
このように、放熱板１１０と１２０の高さ位置をずらしたことにより、放熱板１１０と１２０との間の距離を長く取ることができるので、放熱板１１０と１２０との間の熱伝導を抑制することができ、ＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができるとともに、ダイオード２０の過冷却を抑制した半導体装置を提供することができる。
［実施の形態４］
図７は、実施の形態４の半導体装置の断面構造を示す図である。実施の形態４の半導体装置は、第１積層体に含まれる放熱板１１０と第２積層体に含まれる放熱板１２０との平面視における面積が異なるようにされている点が実施の形態２の半導体装置と異なる。その他の構成は実施の形態２の半導体装置と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態４の半導体装置では、耐熱性が比較的低いＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０の放熱性を向上させるために、図７に示すように、放熱板１１０は、放熱板１２０よりも幅が広くされている。
なお、絶縁基板１１２及び導電基材１１３と、絶縁基板１２２及び導電基材１２３の幅は、実施の形態２と同一であり、このような構成により、熱絶縁部２００の断面はクランク状に折れ曲げられている。
このように、放熱板１１０の幅を放熱板１２０よりも広くしたことにより、耐熱性が比較的低いＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０を冷却する放熱板１１０の放熱性を向上させることができるので、ダイオード２０の冷却性を確保しつつ、ＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができる半導体装置を提供することができる。
［実施の形態５］
図８は、実施の形態５の半導体装置がモジュール化されて電力変換装置群として構成された回路を示す平面図である。実施の形態５の半導体装置は、冷却器１００に形成される冷却水の流路が実施の形態１の半導体装置（図４）と異なる。その他の構成は実施の形態１の半導体装置と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図８に示すように、実施の形態５の冷却器１００では、各行（１行目から６行目）に含まれる放熱板１１０（１１０−１〜１１０−６）の下に形成される流路と、放熱板１２０（１２０−１〜１２０−６）の下に形成される流路とが別系統にされるとともに、放熱板１１０（１１０−１〜１１０−６）の下に形成される流路は並列に配置され、かつ、放熱板１２０（１２０−１〜１２０−６）の下に形成される流路が並列に配置されている。
また、耐熱性が比較的低いＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０を冷却するための放熱板１１０（１１０−１〜１１０−６）の下に形成される流路には、冷却水温度の上限が６５℃の冷却系が接続され、耐熱性が比較的高いＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード２０を冷却するための放熱板１２０（１２０−１〜１２０−６）の下に形成される流路には、冷却水温度の上限が９５℃の冷却系が接続される。
このように、冷却器１００の冷却系統をＩＧＢＴ１０とダイオード２０とで分けると共に、ＩＧＢＴ１０の冷却系統に水温の低い方の冷却水を通流させるようにしたことにより、ＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができるとともに、ダイオード２０の過冷却を抑制した半導体装置を提供することができる。
なお、このようにＩＧＢＴ１０とダイオード２０との冷却系統を分ける場合において、十分な冷却性能を確保することができるのであれば、いずれか一方の冷媒を空気にしてもよい。
［実施の形態６］
図９は、実施の形態６の半導体装置がモジュール化されて電力変換装置群として構成された回路を示す平面図である。実施の形態６の半導体装置は、隣接する放熱板１１０同士、及び隣接する１２０同士を一体化するとともに、冷却器１００に形成される冷却水の流路を変更した点が実施の形態１の半導体装置（図４）と異なる。その他の構成は実施の形態１の半導体装置と同一であるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態６の放熱板１１０は、図３における放熱板１１０−２と１１０−３、及び放熱板１１０−４と１１０−５をそれぞれ一体化したものである。
また、放熱板１２０は、図３における放熱板１２０−１と１２０−２、放熱板１２０−３と１２０−４、及び放熱板１２０−５と１２０−６をそれぞれ一体化したものである。
図１０は、実施の形態６の半導体装置の冷却器１００における冷却水の流路を概念的に示す図である。
すべての流路は一体化されており、流入口（ＩＮ）は図中左側における４箇所であり、流出口（ＯＵＴ）は図中左側における３箇所である。
このような流路の構成により、ＩＧＢＴ１０を流路の上流側に配置し、ダイオード２０を流路の下流側に配置することができる。
このように、６行５列（３０組）のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が配列されるモジュール型の電力変換装置群において、ＩＧＢＴ１０が列方向に隣接して配列される行同士放熱板１１０と、ダイオード２０が列方向に隣接して配設される行同士の放熱板１２０を一体化した形態においても、冷却器１００の流路における上流側にＳｉ半導体素子で構成されるＩＧＢＴ１０を配置するとともに、下流側にＳｉＣ半導体素子で構成されるダイオード２０を配置することにより、ＩＧＢＴ１０を効率的に冷却することができるとともに、ダイオード２０の過冷却を抑制した半導体装置を提供することができる。
また、以上の説明における寸法は一例に過ぎず、その数値以外の値を除外する趣旨ではない。
以上、本発明の例示的な実施の形態の半導体装置用放熱板について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
実施の形態１の半導体装置が用いられる回路構成を示す図である。 実施の形態１の半導体装置の断面構造を示す図である。 実施の形態１の半導体装置がモジュール化されて電力変換装置群として構成された回路を示す平面図である。 実施の形態１の半導体装置の冷却器１００における冷却水の流路を概念的に示す図である。 実施の形態２の半導体装置の断面構造を示す図である。 実施の形態３の半導体装置の断面構造を示す図である。 実施の形態４の半導体装置の断面構造を示す図である。 実施の形態５の半導体装置がモジュール化されて電力変換装置群として構成された回路を示す平面図である。 実施の形態６の半導体装置がモジュール化されて電力変換装置群として構成された回路を示す平面図である。 実施の形態６の半導体装置の冷却器１００における冷却水の流路を概念的に示す図である。
符号の説明
１ バッテリ
２ リアクトル
３ 昇降圧コンバータ
４ 平滑コンデンサ
５ インバータ
６ コンバータ
７ 直流伝送路
１０ ＩＧＢＴ
２０ ダイオード
１００ 冷却器
１１０、１１０−１、１１０−２、１１０−３、１１０−４、１１０−５、１１０−６、１２０、１２０−１、１２０−２、１２０−３、１２０−４、１２０−５、１２０−６ 放熱板
１１１、１２１、１１４、１２４、１１４ａ、１２４ａ 半田
１１２、１２２ 絶縁基板
１１３、１２３ 導電基材
１３０ 接続板
１４０ 側壁（筐体）
２００ 熱絶縁部

Claims (10)

  1. 第１放熱板、第１絶縁層、第１導電層、及び第１半導体素子をこの順で含む第１積層体と、
    第２放熱板、第２絶縁層、第２導電層、及び前記第１半導体とは異なる半導体材料で形成される第２半導体素子をこの順で含む第２積層体と、
    前記第１導電層及び前記第２導電層を電気的に接続する接続部と
    を備え、前記第１放熱板と前記第２放熱板は分離されており、
    前記第２半導体素子は前記第１半導体素子よりも温度定格上限が高い半導体素子であり、
    前記第１放熱板及び前記第２放熱板を搭載する冷却装置をさらに備え、
    前記第１半導体素子は、前記冷却装置の冷媒の流路において、前記第２半導体素子よりも上流側に配設される、半導体装置。
  2. 前記第２半導体素子と前記第２導電層との間を電気的に接続する半田は、前記第１半導体素子と前記第１導電層との間を電気的に接続する半田よりも耐熱性の高い半田材料で構成される、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第２絶縁層と前記第２放熱板との間を接続する半田は、前記第１絶縁層と前記第１放熱板との間を接続する半田よりも耐熱性の高い半田材料で構成される、請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記第１放熱板が前記冷却装置の上に搭載される第１領域の面積は、前記第２放熱板が前記冷却装置の上に搭載される第２領域の面積よりも広い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記第１放熱板と前記第２放熱板とは、前記冷却装置への搭載位置が高さ方向で異なる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記第１半導体と前記第２半導体とは、温度定格上限が異なる半導体材料で構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記第１積層体と、前記第２積層体との間には、樹脂製の熱絶縁部が配設される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記第１半導体素子はＳｉ半導体素子であり、前記第２半導体素子はＳｉＣ半導体素子、ＧａＮ半導体素子、又はダイアモンド半導体素子である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 前記第１半導体素子は、インバータ又はコンバータに含まれるＩＧＢＴであり、前記第２半導体素子は前記ＩＧＢＴと対をなすダイオードである、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記ＩＧＢＴ及び前記ダイオードの組を含むインバータ又はコンバータがモジュール化された電力変換装置群として構成される、請求項９に記載の半導体装置。
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