专利名称：半导体装置的冷却构造的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及半导体装置的冷却构造，更特定地涉及应用于在车辆上搭载的变换器的半导体装置的冷却构造
背景技术：
关于以往的半导体装置的冷却构造，例如在日本特开2008 — 42074号公报中公开了用于防止装置大型化的半导体装置(专利文献I)。专利文献I所公开的半导体装置具有第一半导体元件和第二半导体元件；隔着第一电力基板相对于第一半导体元件而层叠的第一散热器；和隔着第二电力基板相对于第二半导体兀件而层叠的第二散热器。另外，日本特开平4 - 7860号公报中公开了能够使部件数量减少而组装、并能够实现小型重量轻的半导体叠层(stack)(专利文献2)。专利文献2所公开的半导体叠层具备热管式散热器，该热管式散热器中，在热管的一端部埋入受热部功能块、在热管的另一端部安装有散热翅片。具备如此结构的多个热管式散热器和多个半导体元件层叠成夹层(sandwich)构造。现有技术文献专利文献I :日本特开2008 - 42074号公报专利文献2 日本特开平4 - 7860号公报
发明内容
发明要解决的问题在使用于变换器电路等的半导体元件的工作中，由于伴随非常大的发热，采用了各种冷却构造。然而，在专利文献I所公开的半导体装置中，在第一半导体元件和第二半导体元件之间，没有配置对由各半导体元件产生的热进行隔热或者散热的部件。因此，由第一半导体元件和第二半导体元件产生的热彼此干涉，故而会产生无法得到充分的冷却效率的担心。于是，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种可实现优异的冷却效率的半导体装置的冷却构造。用于解决问题的手段本发明的半导体装置的冷却构造，具备电极；夹着电极而彼此相对配置的第一半导体兀件和第二半导体兀件；相对于第一半导体兀件配置于与电极相反一侧的第一散热器；以及相对于第二半导体元件配置于与电极相反一侧的第二散热器。电极包括元件安装部和热输送部。元件安装部与第一半导体元件以及第二半导体元件电连接，并由导电性材料形成。热输送部从元件安装部向第一散热器以及第二散热器延伸设置。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，能够将由第一半导体元件以及第二半导体元件产生的热通过输送部向第一散热器以及第二散热器传送。由此，能够提高第一半导体元件以及第二半导体元件的冷却效率。
另外，优选，热输送部在与第一半导体元件和第二半导体元件的相对方向正交的方向上从元件安装部延伸。热输送部由在热输送部的延伸方向上的传热系数比在第一半导体元件和第二半导体元件的相对方向上的传热系数大的导热系数各向异性部件形成。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，由于在第一半导体元件和第二半导体元件的相对方向上的热输送部的传热系数小，所以能够抑制由第一半导体元件和第二半导体元件产生的热彼此干涉。另外，由于热输送部在其延伸方向上的传热系数大，所以能够将由第一半导体元件以及第二半导体元件产生的热，通过热输送部高效地传送到第一散热器以及第二散热器。另外，优选，导热系数各向异性部件包括热管和定向石墨。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，使用热管或定向石墨来构成在热输送部的延伸方向上的传热系数比在半导体元件的相对方向上的传热系数大的导热系数各向异性部件。另外，优选，热输送部由高导热性的绝缘材料形成。热输送部被设置成介于第一散热器与元件安装部以及第二散热器与元件安装部之间。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，通过热输送部，能够使第一散热器与导电部以及第二散热器与导电部之间电绝缘。另外，优选，元件安装部是由铜或铝形成的汇流条。热输送部由被设置成覆盖汇流条的氮化铝或高导热性的树脂形成。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，通过氮化铝或高导热性的树脂，能够使第一散热器与由铜或铝形成的汇流条以及第二散热器与所述汇流条之间电绝缘。另外，优选，电极由高导热性的导电材料以使元件安装部和热输送部成为一体的形态来形成。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，能够通过简易的结构来实现兼具对半导体元件通电和高效率的传热这两方面功能的电极。另外，优选，热输送部具有受热部和散热部，所述受热部被配置于第一半导体元件和第二半导体元件相对的位置，并接受由第一半导体元件和第二半导体元件产生的热量，所述散热部被配置于第一散热器和第二散热器之间的空间，并排出由受热部传递来的热量。热输送部从受热部向散热部延伸。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，通过将由第一半导体元件和第二半导体元件产生的热量从受热部向散热部传递，能够提高第一半导体元件和第二半导体元件的冷却效率。另外，优选，元件安装部被设置成在第一散热器和第二散热器之间的空间覆盖散热部。半导体装置的冷却构造还具备绝缘基板，该绝缘基板被设置成介于第一半导体元件与第一散热器及元件安装部与第一散热器之间、以及第二半导体元件与第二散热器及元件安装部与第二散热器之间。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，通过绝缘基板，能够使第一半导体元件与第一散热器及元件安装部与第一散热器之间、以及第二半导体元件与第二散热器及元件安装部与第二散热器之间电绝缘。另外，优选，绝缘基板被设置成介于第一半导体元件与第一散热器之间的部分和介于元件安装部与第一散热器之间的部分彼此分开，并被设置成介于第二半导体元件与第二散热器之间的部分和介于元件安装部与第二散热器之间的部分彼此分开。根据如此构成的半导体装置的冷却构造，能够抑制随着温度变化而由热应力对绝缘基板产生损害。发明的效果 如以上进行的说明，根据本发明，能够提供一种可实现优异的冷却效率的半导体装置的冷却构造。
图I是示意表示混合动力汽车的驱动单元的图。图2是表示图I中的P⑶的结构的电气电路图。图3是表示应用于图2中的变换器的半导体装置的冷却构造的剖面图。图4是表示沿着图3中的IV-IV线上的半导体装置的冷却构造的剖面图。图5是表示图3中的半导体装置的冷却构造的第一变形例的剖面图。图6是表示图3中的半导体装置的冷却构造的第二变形例的剖面图。图7是表示图3中的半导体装置的冷却构造的第三变形例的剖面图。图8是表示本发明的实施方式2中的半导体装置的冷却构造的剖面图。
具体实施例方式参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下参照的附图中，对相同或与其相当的部件标记相同的标号。(实施方式I)图I是示意表示混合动力汽车的驱动单元的图。在本实施方式中，本发明应用于在作为车辆的混合动力汽车上搭载的变换器。首先，对用于驱动混合动力汽车的HV系统进行说明。参照图1，驱动单元I设置于将汽油发动机或柴油发动机等内燃机和可充放电的电池800作为动力源的混合动力汽车。驱动单元I构成为包含电动发电机100、机架(housing) 200、减速机构300、差动机构400、驱动轴接受部900、端子台600。电动发电机100是具有作为电动机或发动机的功能的旋转电机。电动发电机100包括旋转轴110、转子130、定子140。旋转轴110经由轴承120以能够旋转的方式安装于机架200。转子130与旋转轴110成为一体而旋转。从电动发电机100输出的动力，从减速机构300经由差动机构400传递到驱动轴接受部900。传递到驱动轴接受部900的驱动力，经由驱动轴传递到车轮作为旋转力，使车辆行驶。另一方面，在混合动力汽车的再生制动时，车轮通过车体的惯性力而旋转。通过来自车辆的旋转，经由驱动轴接受部900、差动机构400以及减速机构300驱动电动发电机100。此时，电动发电机100作为发电机进行工作。由电动发电机100发电产生的电力经由PCU (Power Control Unit :功率控制单兀)700供给到电池800。图2是表示图I中的P⑶的结构的电气电路图。参照图2，P⑶700包括转换器(converter) 710、变换器(inverter) 720、控制装置 730、电容器 C1、C2、电源线 PLl PL3、输出线 740U、740V、740W。转换器710经由电源线PL1、PL3而与电池800连接。变换器720经由电源线PL2、PL3而与转换器710连接。变换器720经由输出线740U、740V、740W而与电动发电机100连接。电池800是直流电源，例如由镍氢电池、锂离子电池等二次电池形成。电池800对转换器710供给所蓄积的直流电力，或者通过从转换器710接受的直流电力进行充电。
转换器710包括由半导体模块构成的上臂以及下臂、和电抗器L。上臂以及下臂串联连接在电源线PL2、PL3之间。连接于电源线PL2的上臂包括功率晶体管(IGBT InsulatedGate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)Q1、和反并联连接于功率晶体管Ql的二极管D1。连接于电源线PL3的下臂包括功率晶体管Q2、和反并联连接于功率晶体管Q2的二极管D2。电抗器L连接在电源线PLl和上臂与下臂的连接点之间。转换器710使用电抗器L对从电池800接受的直流电压进行升压，将该升压后的电压供给到电源线PL2。转换器710对从变换器720接受的直流电压进行降压，对电池800充电。变换器720包括U相臂750U、V相臂750V、W相臂750W。U相臂750U、V相臂750V、W相臂750W并联连接在电源线PL2、PL3之间。U相臂750U、V相臂750V、W相臂750W各自包括由半导体模块构成的上臂以及下臂。各相臂的上臂以及下臂串联连接在电源线PL2、PL3之间。U相臂750U的上臂包括功率晶体管(IGBT)Q3和反并联连接于功率晶体管Q3的二极管D3。U相臂750U的下臂包括功率晶体管Q4和反并联连接于功率晶体管Q4的二极管D4。V相臂750V的上臂包括功率晶体管Q5和反并联连接于功率晶体管Q5的二极管D5。V相臂750V的下臂包括功率晶体管Q6和反并联连接于功率晶体管Q6的二极管D6。W相臂750W的上臂包括功率晶体管Q7和反并联连接于功率晶体管Q7的二极管D7。W相臂750W的下臂包括功率晶体管Q8和反并联连接于功率晶体管Q8的二极管D8。各相臂的功率晶体管的连接点，经由对应的输出线740U、740V、740W连接于电动发电机100的对应的相的线圈的与中性点相反一侧。此外，图中，对从U相臂750U到W相臂750W的上臂以及下臂分别由包括功率晶体管和二极管的一个半导体模块构成的情况进行表示，但也可以由多个半导体模块来构成。变换器720基于来自控制装置730的控制信号，将从电源线PL2接受的直流电压转换成交流电压并输出到电动发电机100。变换器720将由电动发电机100发电产生的交流电压整流成直流电压并供给到电源线PL2。电容器Cl连接在电源线PL1、PL3之间，使电源线PLl的电压电平平滑化。电容器C2连接在电源线PL2、PL3之间，使电源线PL2的电压电平平滑化。控制装置730基于电动发电机100的转矩指令值、各相电流值以及变换器720的输入电压，运算电动发电机100的各相线圈电压。控制装置730基于该运算结果，生成导通/截止功率晶体管Q3 Q3的PWM (Pulse Width Modulation :脉冲宽度调制)信号并将其输出到变换器720。电动发电机100的各相电流值由组装入构成变换器720的各臂的半导体模块的电流传感器来检测。该电流传感器配置在半导体模块内以使S/N比提高。控制装置730基于上述的转矩指令值以及马达转速来运算用于使变换器720的输入电压最佳的功率晶体管Q1、Q2的占空比。控制装置730基于该结果生成导通/截止功率晶体管Q1、Q2的PWM信号并将其输出到转换器710。为了将由电动发电机100发电产生的交流电压转换成直流电压来对电池800充电，控制装置730控制转换器710以及变换器720中的功率晶体管Ql Q8的开关动作。接着，对本实施方式中的半导体装置的冷却构造进行详细说明。图3是应用于图 2中的变换器的半导体装置的冷却构造的剖面图。
参照图3，图中，示出了 U相臂750U、V相臂750V以及W相臂750W在单向上层叠而构成的半导体装置10。各相臂具有相同的构造，因此以下代表性地着眼于U相臂750U来对本实施方式中的半导体装置10的冷却构造进行说明。
本实施方式中的半导体装置10的冷却构造，作为其主要结构，具有分别包含图2中的功率晶体管(IGBT) Q3以及功率晶体管Q4而构成的半导体元件31和半导体元件36 ；输入电极26和输入电极27 ;输出电极50 ;散热器41和散热器42。半导体元件31和半导体元件36在箭头101所示的方向上彼此隔着距离相对配置(以下，将箭头101所示的方向也称为半导体元件31和半导体元件36的相对方向)。输出电极50使用未图示的连接器和/或配线等连接于图2中的输出线740U。输出电极50配置在半导体元件31与半导体元件36之间。换言之，半导体元件31和半导体元件36配置成从两侧夹着输出电极50。输出电极50经由焊料33连接于半导体元件31，经由焊料38连接于半导体元件36。输出电极50在与半导体元件31和半导体元件36的相对方向正交的、箭头102所示的方向上延伸而形成。在从半导体元件31和半导体元件36的相对方向观察半导体装置10的情况下，输出电极50在箭头102所示的方向上呈带状延伸而形成。输出电极50在与半导体元件31和半导体元件36的相对方向正交的一个方向和其相反的方向上从半导体元件31和半导体元件36相对的位置延伸而形成。输入电极26配置成在输入电极26与输出电极50之间对半导体兀件31进行定位。输入电极26经由焊料32连接于半导体元件31。输入电极26使用未图示的连接器和/或配线连接于图2中的电源线PL2。输入电极27配置成在输入电极27与输出电极50之间对半导体元件36进行定位。输入电极27经由焊料37连接于半导体元件36。输入电极27使用未图示的连接器和/或配线连接于图2中的电源线PL3。输入电极26和输入电极27平行地配置。由此,在输入电极26和输入电极27之间寄生电感抵消，能够降低开关损失。散热器41相对于半导体兀件31配置于与输出电极50相反一侧。散热器41配置成在散热器41与半导体兀件31之间对输入电极26进行定位。散热器41经由绝缘基板46连接于输入电极26。散热器46相对于半导体兀件36配置于与输出电极50相反一侧。散热器46配置成在散热器46与半导体兀件36之间对输入电极27进行定位。散热器46经由绝缘基板47连接于输入电极27。散热器41、42在与半导体兀件31和半导体兀件36的相对方向正交的一个方向上从半导体元件31和半导体元件36相对的位置延伸而形成。散热器41、42由流通作为冷媒的冷却液的冷却液通路、和配置在该冷却液通路上并由具有高导热性的金属例如铝形成的散热翅片构成。此外，散热器41、42的结构并没有特别限定，例如也可以是空气冷却方式的结构。绝缘基板46由绝缘性材料构成的平板状的部件形成。绝缘基板46由例如绝缘性陶瓷形成。绝缘基板46例如通过焊接(口々付K)连接于输入电极26以及散热器41。绝缘基板47例如通过焊接连接于输入电极27以及散热器42。本实施方式中的半导体装置10的冷却构造中，在散热器41与输出电极50之间配置一个半导体元件31，在散热器42与输出电极50之间配置一个半导体元件36。U相臂750U和V相臂750V设置成在两者的边界处共用一个散热器，V相臂750V和W相臂750W设置成在两者的边界处共用一个散热器。输出电极50构成为具有元件安装部51和热输送部56。元件安装部51由铜等导电材料形成。元件安装部51设置为与半导体元件31、36电连接。也就是说，半导体元件31、36经由焊料33、38安装于元件安装部51。元件安装部51具有将半导体元件31、36电连接于作为外部配线的输出线740U的通电功能。热输送部56从安装有半导体元件31、36的元件安装部51向散热器41、42延伸设置。热输送部56在与半导体兀件31和半导体兀件36的相对方向正交的箭头102所不的方向上从安装有半导体元件31、36的元件安装部51延伸(以下，将箭头102所示的方向也称为热输送部56的延伸方向)。热输送部56在远离半导体兀件31和半导体兀件36相对的位置的方向上从安装有半导体元件31、36的元件安装部51延伸。热输送部56与散热器41、42平行地延伸。热输送部56具有将由半导体元件31、36产生的热向散热器41、42传递的传热功能。热输送部56具有配置在半导体元件31和半导体元件36相对的位置的受热部60、和配置在散热器41和散热器42之间的空间的散热部59。热输送部56从受热部60向散热部59延伸。受热部60接受由半导体元件31、36产生的热，散热部59将从受热部60传递来的热向散热器41、42排出。在热输送部56的延伸方向上,热输送部56的传热系数为兀件安装部51的传热系数以上。图3中所示的本实施方式中的半导体装置10的冷却构造中，在热输送部56的延伸方向上，热输送部56的传热系数大于元件安装部51的传热系数。图4是表示沿着图3中的IV-IV线上的热输送部的剖面图。参照图3以及图4，热输送部56由在热输送部56的延伸方向上的传热系数比在半导体兀件31和半导体兀件36的相对方向上的传热系数大的导热系数各向异性部件形成。在本实施方式中，作为该导热系数各向异性部件，使用自励式热管。对自励式热管的构造进行说明，热输送部56具有形成有载热体路58的金属板57。金属板57由铝、铜、不锈钢等金属形成。载热体路58在金属板57的内部形成为由真空密封的状态。载热体路58在受热部60与散热部59之间延伸。载热体路58在金属板57延伸的平面内蜿蜒延伸，形成封闭的路径(loop hole :换气孔)。在载热体路58的内部封入水、氟利昂、乙醇、氨水等载热体。载热体例如以体积比50%的比例封入载热体路58中。在具备如此结构的自励式热管中，通过受热部60处的由冷媒蒸发产生的压力上升和散热部59处的由蒸气凝结产生的压力下降引起的泵效果，冷媒在受热部60与散热部59之间振动同时进行热输送。因此,与使用毛细结构(wick structure)的热管相比,在所输送的热中，除了受热部60处的由冷媒蒸发产生的潜热，还包括液态冷媒移动的显热量，能够发挥较大的输送力。另外，与使用毛细构造的热管相比，还具有设置姿势的影响小这样的优点。由自励式热管构成的载热体路58具有金属板57的厚度方向上的传热系数比金属板58的面方向上的传热系数小的特性，例如，面方向上的传热系数为约800 数1000W/mK，与此相对，厚度方向上的传热系数为其十分之一以下(铝200W/mK、铜400W/mK)。、
此外，在本实施方式中，热输送部56使用了自励式热管，但也可以使用具有毛细构造的热管。
参照图3，元件安装部51具有接合部51p、外部连接部51q、传热部51r。接合部51p配置于半导体元件31和半导体元件36相对的位置。在接合部51p分别经由焊料33和焊料38与半导体元件31和半导体元件36接合。接合部5Ip设置成覆盖受热部60。外部连接部51q和传热部51r配置成在热输送部56的延伸方向上在两者之间对接合部51p进行定位。在外部连接部51q上连接有未图示的连接器和/或配线，元件安装部51与图2中的输出线740U电连接。传热部51r设置成覆盖散热部59并填埋散热器41与散热器46之间的空间。传热部51r经由绝缘基板46连接于散热器41，经由绝缘基板47连接于散热器42。由此，散热器41、42和传热部51r之间电绝缘。传热部51r具有其厚度比接合部51p以及外部连接部51q的厚度大的加厚构造。接着，对由本实施方式中的半导体装置10的冷却构造起到的作用、效果进行说明。图3中，以箭头示出由半导体元件31、36产生的热的路径。参照图3，伴随图2中的变换器720的工作，由半导体元件31、36产生大量发热。在本实施方式中的半导体装置10的冷却构造中，由半导体元件31、36产生的热，通过焊料33、38以及元件安装部51的接合部51p传递到热输送部56的受热部60。另外，形成热输送部56的导热系数各向异性部件具有在热输送部56的厚度方向上的传热系数比在热输送部56的延伸方向上的传热系数小的特性。因此，能够有效地抑制由半导体元件31产生的热与由半导体元件36产生的热发生干涉的现象。通过热输送部56具有的导热系数各向异性，传递到受热部60的热有效地从受热部60传递到散热部59。传递到散热部59的热，进而通过元件安装部51的传热部51r传递到散热器41、42，通过与散热器41、42内部的冷却液之间的热交换而散热。另外，作为与上述不同的热路径，由半导体元件31产生的热，通过输入电极26传递到散热器41，由半导体元件36产生的热，通过输入电极27传递到散热器42。结果，可得到分别从两面侧冷却半导体元件31、36的两面冷却的效果。另外，本实施方式中的半导体装置10的冷却构造通过具有元件安装部51的通电功能和热输送部56的传热功能的一体部件即输出电极50来实现，因此能够减少半导体装置10的部件数量，削减其制造成本。对以上说明的本发明的实施方式I中的半导体装置10的冷却构造的基本结构进行总结性说明，本实施方式中的半导体装置10的冷却构造具备作为电极的输出电极50 ；夹着输出电极50而彼此相对配置的作为第一半导体元件的半导体元件31和作为第二半导体元件的半导体元件36 ;相对于半导体元件31配置在与输出电极50相反一侧的作为第一散热器的散热器41 ;相对于半导体兀件36配置在与输出电极50相反一侧的作为第二散热器的散热器42。输出电极50包括元件安装部51和热输送部56。元件安装部51与半导体元件31以及半导体元件36电连接，并由导电性材料形成。热输送部56从元件安装部51向散热器41以及散热器42延伸设置。根据如此构成的本发明的实施方式I中的半导体装置10的冷却构造，夹着输出电极50而在其两侧配置半导体元件31和半导体元件36，进而在输出电极50设置热输送部56，通过该结构，能够提高半导体元件31、36的冷却效率。此外，图3中所示的U相臂750U、V相臂750V以及W相臂750W的层叠构造只是一个例子，例如可以使半导体装置为进一步多级层叠的构造，也可以使多个臂为在与半导体元件31和半导体元件36的相对方向正交的平面内并排的构造。接着，对图3中所示的半导体装置10的冷却构造的各种变形例进行说明。图5是表示图3中的半导体装置的冷却构造的第一变形例的剖面图。参照图5，在本变形例中，输出电极50构成为具有热输送部66来代替图3中的热输送部56。热输送部66具有配置于半导体元件31和半导体元件36相对的位置的受热部67、和配置于散热器41和散热器42之间的空间的散热部68,热输送部66从受热部67向散热部68延伸。热输送部66由在热输送部66的延伸方向上的传热系数比在半导体兀件31和半导体元件36的相对方向上的传热系数大的导热系数各向异性部件形成。在本实施方式 中，作为该导热系数各向异性部件使用高导热性石墨。高导热性石墨具有密集的两维结晶构造，作为针对面方向而显著提高声子的导热的材料而使用。此外，图5中，示出了形成为散热部68中厚度大的热输送部66，但在元件安装部51的传热部51r的传热系数比高导热性石墨的厚度方向上的传热系数小的情况下，也可以将散热部68的加厚部分置换为形成元件安装部51的金属。图6是表示图3中的半导体装置的冷却构造的第二变形例的剖面图。参照图6，在本变形例中，输出电极50由高导热性的导电材料以使兀件安装部51和热输送部56成为一体的形态而形成。作为这样的高导热性的导电材料，例如举例有铜。对更具体的构造进行说明，输出电极50具有配置在半导体元件31和半导体元件36相对的位置的受热侧的接合部50p ;设置成填埋散热器41与散热器46之间的空间的散热侧的传热部50r ;相对于接合部50p配置在与传热部50r相反一侧并与未图示的连接器和/或配线等连接的外部连接部50q。由半导体元件31、36产生的热，通过焊料33、38传递到接合部50p。传递到接合部50p的热向传热部50r传递,通过散热器41、42散热。另一方面，由于输出电极50由导电材料形成，因此可确保通过接合部50p以及外部连接部50q的、半导体元件31以及半导体元件36与外部之间的通电。图7是表示图3中的半导体装置的冷却构造的第三变形例的剖面图。参照图7，在本变形例中，绝缘基板46由第一部分46a和与第一部分46a分开的第二部分46b构成,绝缘基板47由第一部分47a和与第一部分47a分开的第二部分47b构成。第一部分46a介于输入电极26与散热器41之间,第二部分46b介于兀件安装部51与散热器41之间。第一部分47a介于输入电极27与散热器42之间,第二部分47b介于兀件安装部51与散热器42之间。在连接于散热器41、42和/或输入电极26、27的绝缘基板46、47上，伴随这些连接部件的热变形而产生应变，因此存在绝缘基板47、47损坏的担心。特别是在绝缘基板47、47的固定上使用了焊接的情况下，由于绝缘基板47、47被牢靠固定，所以这种问题变得显著。与此相对，在本变形例中，使绝缘基板46、47为分开构造，将各基基板的大小抑制得较小，由此能够更切实地防止绝缘基板46、47的损坏。
(实施方式2)图8是表示本发明的实施方式2中的半导体装置的冷却构造的剖面图。本实施方式中的半导体装置的冷却构造与实施方式I的半导体装置10的冷却构造相比，基本上具有同样的构造。以下，对重复的构造不重复其说明。参照图8，在本实施方式中，输出电极50构成为具有元件安装部71和热输送部W。元件安装部71作为由铜或铝形成的汇流条而设置。元件安装部71具有接合部71p，其配置在半导体元件31和半导体元件36相对的位置，并经由焊料33、38与半导体元件31、36接合；和外部连接部71q，其设置在从接合部71单向延伸的前方，并与未图示的连 接器和/或配线连接。热输送部76由高导热性的绝缘材料形成。作为这种材料的一例，举例有氮化铝(AlN)0另外，作为其他的例子，举例高导热性的树脂，例如作为导热性的无机填充物，含有氧化铝、二氧化硅、氧化锌、氧化镁等氧化物、和/或氮化硅、氮化硼、氮化铝等氮化物的微粒子的树脂。热输送部76具有受热部77，其与接合部71p连接设置，并接受由半导体元件31、36产生的热；和散热部78，其配置在散热器41与散热器42之间的空间，并排出从受热部77传递来的热。热输送部76从受热部77向散热部78延伸。由半导体元件31、36产生的热通过焊料33、38传递到受热部77。传递到受热部77的热通过热输送部76传递到散热部78，通过散热器41、42散热。热输送部76的散热部78具有其厚度比受热部77的厚度大的框形状。在本实施方式中，由于热输送部76由绝缘材料形成，所以散热部78设置成不经由绝缘基板46、47而直接与散热器41、42接触。根据如此结构，可以使绝缘基板46、47仅介于输入电极26、27与散热器41、42之间，能够将绝缘基板46、47的大小抑制得较小。由此，能够抑制由热应变导致的绝缘基板46,47的损坏。另外，由于在散热器41与散热器42之间散热部78的厚度增大，所以能够将热输送部76的绝缘耐压设定得较低。根据如此构成的本发明的实施方式2的半导体装置的冷却构造，能够同样取得实施方式I所记载的效果。此外，也可以适当组合以上说明的实施方式、变形例中的半导体装置的冷却构造的结构，构成新的半导体装置的冷却构造。另外，也可以将本发明应用于在将燃料电池和二次电池作为动力源的燃料电池混合动力车(FCHV :Fuel Cell Hybrid Vehicle)或者电动汽车(EV :Electric Vehicle)上搭载的电抗器中。在本实施方式中的混合动力汽车中，在燃料经济性最佳工作点驱动内燃机，与此相对，在燃料电池混合动力车中，在发电效率最佳工作点驱动燃料电池。另外，关于二次电池的使用，在两方的混合动力汽车中基本上没有变化。应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。产业上的可利用性
本发明除了可应用于在车辆上搭载的电力变换装置以外，还可应用于各种功率模块。标号说明10半导体装置；26、27输入电极；31、36半导体元件；41、42散热器；46、47绝缘基板；46a、47a 第一部分、46b、47b 第二部分;50 输出电极;50p、51p、71p 接合部;50q、51q、71q外部连接部；50r、51r传热部；51、71元件安装部；56、66、76热输送部；57金属板；58载热体路；59、68、78散热部；60、67、77受热部；100电动发电机；110旋转轴；120轴承；130转子；140定子；200机架；300减速机构；400差动机构；600端子台；710转换器；720变换器； 730控制装置;740U、740V、740W输出线；750U U相臂；750V V相臂；750ff W相臂。
权利要求
1.一种半导体装置的冷却构造，具备 电极(50)； 夹着所述电极(50)而彼此相对配置的第一半导体元件(31)和第二半导体元件(36)； 相对于所述第一半导体元件(31)配置于与所述电极(50)相反一侧的第一散热器(41);以及 相对于所述第二半导体元件(36)配置于与所述电极(50)相反一侧的第二散热器(42)， 所述电极(50 )包括元件安装部(51、71)和热输送部(56、66、76 )，所述元件安装部与所述第一半导体元件(31)以及所述第二半导体元件(36)电连接，并由导电性材料形成，所述热输送部从所述元件安装部(51、71)向所述第一散热器(41)以及所述第二散热器(42)延伸设置。
2.根据权利要求I所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述热输送部(56、66)在与所述第一半导体元件(31)和所述第二半导体元件(36)的相对方向正交的方向上从所述兀件安装部(51)延伸， 所述热输送部(56、66)由在所述热输送部(56、66)的延伸方向上的传热系数比在所述第一半导体元件(31)和所述第二半导体元件(36)的相对方向上的传热系数大的导热系数各向异性部件形成。
3.根据权利要求2所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述导热系数各向异性部件包括热管或定向石墨。
4.根据权利要求I所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述热输送部(76)由高导热性的绝缘材料形成，并被设置成介于所述第一散热器(41)与所述元件安装部(71)以及所述第二散热器(42)与所述元件安装部(71)之间。
5.根据权利要求4所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述元件安装部(71)是由铜或铝形成的汇流条， 所述热输送部(76)由被设置成覆盖所述汇流条的氮化铝或高导热性的树脂形成。
6.根据权利要求I所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述电极(50 )由高导热性的导电材料以使所述元件安装部(51)和所述热输送部(56 )成为一体的形态来形成。
7.根据权利要求I所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述热输送部(56、66、76)具有受热部(60、67、77)和散热部(59、68、78)，并从所述受热部(60、67、77)向所述散热部(59、68、78)延伸，所述受热部被配置于所述第一半导体元件(31)和所述第二半导体元件(36)相对的位置，并接受由所述第一半导体元件(31)和所述第二半导体元件(36)产生的热量，所述散热部被配置于所述第一散热器(41)和所述第二散热器(42)之间的空间，并排出由所述受热部(60、67、77)传来的热量。
8.根据权利要求I所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述元件安装部(51)被设置成在所述第一散热器(41)和所述第二散热器(42 )之间的空间覆盖所述散热部(59、68 )， 所述半导体装置的冷却构造还具备绝缘基板(46、47)，该绝缘基板被设置成介于所述第一半导体元件(31)与所述第一散热器(41)及所述元件安装部(51)与所述第一散热器(41)之间、以及所述第二半导体元件(36)与所述第二散热器(42)及所述元件安装部(51)与所述第二散热器(42)之间。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的冷却构造，其中， 所述绝缘基板(46、47)被设置成介于所述第一半导体元件(31)与所述第一散热器(41)之间的部分和介于所述元件安装部(51)与所述第一散热器(41)之间的部分彼此分开，并被设置成介于所述第二半导体元件(36)与所述第二散热器(42)之间的部分和介于所述元件安装部(51)与所述第二散热器(42)之间的部分彼此分开。
全文摘要
半导体装置(10)的冷却构造，具备输出电极(50)；夹着输出电极(50)而彼此相对配置的半导体元件(31)和半导体元件(36)；相对于半导体元件(31)配置于与输出电极(50)相反一侧的散热器(41)；以及相对于半导体元件(36)配置于与输出电极(50)相反一侧的散热器(42)。输出电极(50)包括元件安装部(51)和热输送部(56)。元件安装部(51)与半导体元件(31)以及半导体元件(36)电连接，并由导电性材料形成。热输送部(56)从元件安装部(51)向散热器(41)以及散热器(42)延伸设置。根据这样的结构，能够提供一种可实现优异的冷却效率的半导体装置的冷却构造。
文档编号H01L23/427GK102648519SQ20098016261
公开日2012年8月22日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者上野孝史, 北见明朗 申请人:丰田自动车株式会社