半導体装置
【課題】体格を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置１０は、電源調整用基板３１の回路パターン３５ａ，３５ｂ上にコンデンサ３２が実装される電源調整モジュール３０と、電源調整モジュール３０の下方に配置され、絶縁金属基板２２の銅パターン２４上に半導体素子２３が実装される半導体モジュール１２とを有する。また、半導体装置１０は、絶縁金属基板２２と熱的に結合されたヒートシンク１１と、直流電源４１に接続される正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８とを有する。正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、電源調整用基板３１の回路パターン３５ａ，３５ｂ、及び絶縁金属基板２２の銅パターン２４と電気的に接続されるとともに絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触して、このヒートシンク１１に熱伝達可能に結合されている。
【解決手段】半導体装置１０は、電源調整用基板３１の回路パターン３５ａ，３５ｂ上にコンデンサ３２が実装される電源調整モジュール３０と、電源調整モジュール３０の下方に配置され、絶縁金属基板２２の銅パターン２４上に半導体素子２３が実装される半導体モジュール１２とを有する。また、半導体装置１０は、絶縁金属基板２２と熱的に結合されたヒートシンク１１と、直流電源４１に接続される正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８とを有する。正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、電源調整用基板３１の回路パターン３５ａ，３５ｂ、及び絶縁金属基板２２の銅パターン２４と電気的に接続されるとともに絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触して、このヒートシンク１１に熱伝達可能に結合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源調整モジュールと、この電源調整モジュールの下方に配置された半導体モジュールと、この半導体モジュールの基板と熱的に結合されたヒートシンクと、電源と電気的に接続される電極部材と、を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を有するモジュールの上方に別のモジュールを配置した半導体装置として、例えば、特許文献１の回路モジュールが挙げられる。図５（ａ）に示すように、回路モジュール８０は、第１の基板８１に半導体素子８２を有する第１のモジュール基板８３と、第２の基板８７に、半導体素子８２制御用の駆動素子８４を有する第２のモジュール基板８５とを有する。そして、回路モジュール８０においては、ケース材８６によって第１のモジュール基板８３の上方に第２のモジュール基板８５が配置されている。第１のモジュール基板８３の第１の基板８１には外部リード８８が固着されるとともに、この外部リード８８は第２の基板８７に形成されたスルーホール８７ａに挿入されている。この外部リード８８により、第１の基板８１に形成された回路パターン８１ａと、第２の基板８７に形成された回路パターン８７ｂとが信号接続されている。
【０００３】
そして、特許文献１の回路モジュール８０においては、電源（図示せず）からの主電流は、図示しない電源調整部を流れた後、駆動素子８４に流れる。この駆動素子８４からの電気信号が外部リード８８を介して半導体素子８２に伝達されることで、半導体素子８２が駆動制御されるようになっている。よって、回路モジュール８０において、外部リード８８には電源からの主電流は流れず、外部リード８８はあまり発熱しないようになっている。
【０００４】
ところで、半導体素子を有するモジュールの上方に別のモジュールを配置した半導体装置であって、その別のモジュールに電源からの主電流が流れるように構成された半導体装置がある。図５（ｂ）に示すように、半導体装置９０は、半導体素子９１を有する半導体モジュール９２と、電源調整用の電子部品（例えば、コンデンサ）９３を有する電源調整用モジュール９４とを有する。電源調整用モジュール９４の回路パターン９４ａには外部接続電極９５（電極部材）を介して電源９９が電気的に接続されている。また、電源調整用モジュール９４には、内部接続電極９６（電極部材）を介して半導体モジュール９２の回路パターン９２ａが電気的に接続されている。そして、電源９９からの主電流は、外部接続電極９５から電子部品９３に流れ、この電子部品９３によって調整された電流は、内部接続電極９６を介して半導体モジュール９２の半導体素子９１に流れるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８８０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５（ｂ）に示す半導体装置９０において、外部接続電極９５には電源９９からの主電流が流れるため温度上昇し、この温度上昇に伴い外部接続電極９５周辺の電子部品９３や駆動回路（図示せず）等の温度も上昇してしまう。外部接続電極９５の温度上昇を抑えるためには、熱容量を大きくするために外部接続電極９５を大型化したり、高熱伝導率の材料（例えば、銅）で外部接続電極９５を製造したりすることが考えられるが、体格が大きくなったり、製造コストが嵩んでしまう。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、体格を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電源調整用基板の回路パターン上に電子部品が実装される電源調整モジュールと、該電源調整モジュールの下方に配置され、基板の回路パターン上に半導体素子が実装される半導体モジュールと、前記基板と熱的に結合されたヒートシンクと、電源に接続される電極部材と、を有する半導体装置に関する。そして、半導体装置において、前記電極部材が、前記電源調整用基板の回路パターン、及び前記基板の回路パターンと電気的に接続されるとともに前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触して該ヒートシンクに熱伝達可能に結合されている。
【０００９】
これによれば、電極部材に電源からの主電流が流れ、電極部材が発熱しても、その熱は電極部材から基板を介してヒートシンクに直接伝わる。このため、電極部材の冷却効率を高めることができ、電極部材の温度上昇を抑えることができる。したがって、電極部材の熱伝導率を高めるために電極部材を大型化したり、高熱伝導率の材料を用いる必要がなく、電極部材を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる。
【００１０】
また、前記電極部材は、前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触するとともに前記電源調整用基板の回路パターン及び前記基板の回路パターンと電気的に接続される第１電極部と、該第１電極部から立設されるとともに前記電源と電気的に接続される第２電極部と、を一体に備え、前記第１電極部は、前記第２電極部よりも大形状をなすように第２電極部の外面より外方へ延設されていてもよい。
【００１１】
これによれば、例えば、電極部材をリードやピンで形成する場合と比べると、ヒートシンクへの電極部材の熱的な接触面積を広く確保することができ、電極部材からヒートシンクへの熱伝導率をより高めて冷却効率を高めることができる。
【００１２】
また、前記第１電極部には、該第１電極部を前記ヒートシンクに固定する固定部材が挿通される挿通孔が形成されていてもよい。
これによれば、挿通孔に挿通した固定部材をヒートシンクに固定することで、電極部材をヒートシンクに固定することができる。したがって、電極部材が外部電極部材と内部電極部材に別れていた場合のように、各電極部材を別々に固定する場合と比べると、電極部材の固定作業を簡単に行うことができ、半導体装置の組立てを簡単に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、体格を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の半導体装置を示す斜視図。
【図２】半導体装置を模式的に示す断面図。
【図３】電極部材を示す斜視図。
【図４】半導体装置の回路構成図。
【図５】（ａ）は特許文献１の回路モジュールを示す図、（ｂ）は従来技術を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を車両に搭載される半導体装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、半導体装置１０に一体のヒートシンク１１はアルミニウム系金属や銅等で形成されるとともに、このヒートシンク１１上には、半導体モジュール１２が接合されている。図２に示すように、半導体モジュール１２は、基板としての絶縁金属基板２２に半導体素子２３が実装されてなる。半導体素子２３は、１個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）及び１個のダイオードが一つのデバイスとして組み込まれている。すなわち、半導体素子２３は、図４に示される一つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及び一つのダイオードＤ１〜Ｄ６を備えたデバイスとなる。
【００１６】
図２に示すように、絶縁金属基板２２の樹脂層２６は、表面に回路パターンとしての銅パターン２４を有するとともに、裏面に樹脂層２６とヒートシンク１１とを接合する接合層として機能するアルミ板２５を有する。なお、樹脂層２６は、電気的な絶縁機能を有するとともに、高熱伝導の機能を有するものである。そして、絶縁金属基板２２は、ボルトＢによってヒートシンク１１に接合され、絶縁金属基板２２はヒートシンク１１に熱的に結合されている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、絶縁金属基板２２上には、アルミニウムにより略棒状に形成された電極部材としての正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が配置されている。アルミニウム製の正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、絶縁金属基板２２上に配置される第１電極部２７ａ，２８ａを備える。図３に示すように、第１電極部２７ａ，２８ａは矩形板状に形成されるとともに、第１電極部２７ａ，２８ａの長辺方向の両側には、挿通孔２７ｂ，２８ｂが第１電極部２７ａ，２８ａを厚み方向に貫通して形成されている。そして、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、挿通孔２７ｂ，２８ｂに挿通された固定部材としてのボルトＢをヒートシンク１１に固定（螺合）することでヒートシンク１１に固定されている。なお、挿通孔２７ｂ，２８ｂ内には筒状の絶縁部材２１が挿入され、この絶縁部材２１によりボルトＢが第１電極部２７ａ，２８ａから絶縁されている。
【００１８】
正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８において、第１電極部２７ａ，２８ａの長辺方向の中央には丸棒状をなす第２電極部２７ｃ，２８ｃが立設されている。第１電極部２７ａ，２８ａは、第２電極部２７ｃ，２８ｃよりも大形状をなし、第２電極部２７ｃ，２８ｃの周面（外面）に対し、第１電極部２７ａ，２８ａの長辺方向両方（外方、図３では左右両方）、及び短辺方向の一方（外方、図３では前方）に向けて延設されている。
【００１９】
また、第１電極部２７ａ，２８ａの上面において、第２電極部２７ｃ，２８ｃ以外の部位は、後述の電源調整用基板３１を支持する支持面Ｓを構成している。さらに、第２電極部２７ｃ，２８ｃにおける第１電極部２７ａ，２８ａ寄りの周面から第１電極部２７ａ，２８ａの上面に至るまでの位置には、連結部２７ｄ，２８ｄが形成されるとともに、この連結部２７ｄ，２８ｄにより第１電極部２７ａ，２８ａに対する第２電極部２７ｃ，２８ｃの強度が確保されている。
【００２０】
そして、図２に示すように、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の第１電極部２７ａ，２８ａは、その下面が、半導体モジュール１２の絶縁金属基板２２に面接触するとともに、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触し、第１電極部２７ａ，２８ａとヒートシンク１１とは熱的に結合されている。また、第１電極部２７ａ，２８ａは、絶縁金属基板２２の銅パターン２４と電気的に接続されている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の第１電極部２７ａ，２８ａ（支持面Ｓ）上には、電源調整モジュール３０が支持され、半導体モジュール１２の上方に電源調整モジュール３０が配置されている。
【００２２】
この電源調整モジュール３０の電源調整用基板３１において、絶縁基板３４の一面（上面）には、負極用の回路パターン３５ａが設けられるとともに、絶縁基板３４の他面、すなわち、負極用の回路パターン３５ａが設けられた面と反対側の面（下面）には、正極用の回路パターン３５ｂが設けられている。本実施形態では、回路パターン３５ａ，３５ｂは銅で形成されている。電源調整用基板３１には電子部品として複数（この実施形態では４個）のコンデンサ３２が配置され、この電源調整用基板３１とコンデンサ３２とから電源調整モジュール３０が構成されている。
【００２３】
電源調整モジュール３０において、各コンデンサ３２は、正極端子（図示せず）が電源調整用基板３１の正極用の回路パターン３５ｂを介して正極用電極部材２７の第１電極部２８ａと電気的に接続されている。また、各コンデンサ３２は、負極端子（図示せず）が負極用の回路パターン３５ａを介して負極用電極部材２８の第１電極部２８ａと電気的に接続されている。
【００２４】
また、正極用電極部材２７の第２電極部２７ｃは、直流電源４１のプラスに接続され、負極用電極部材２８の第２電極部２８ｃは直流電源４１のマイナスに接続されている。そして、直流電源４１からの主電流が、正極用電極部材２７から電源調整モジュール３０のコンデンサ３２に流れると、コンデンサ３２で充電が行われる。コンデンサ３２が充電されていれば、コンデンサ３２を流れた電流は半導体モジュール１２へ流れる。すなわち、直流電源４１からの主電流は、電源調整モジュール３０で調整された後、半導体モジュール１２に流れるようになっている。
【００２５】
次に、半導体装置１０の回路構成を説明する。図４に示すように、半導体装置１０は、電源調整モジュール３０と半導体モジュール１２とからなるインバータ回路を有する。このインバータ回路は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor 電界効果トランジスタ）が使用されている。インバータ回路は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドレインとソース間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、逆並列に接続されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び各第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５に接続されたダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５の組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６及び第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に接続されたダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。
【００２６】
第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のドレイン用の銅パターン２４が、正極用電極部材２７の第１電極部２７ａに接続され、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のソース用の銅パターン２４が、負極用電極部材２８の第１電極部２８ａに接続されている。すなわち、半導体モジュール１２の銅パターン２４は、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に電気的に接続されている。
【００２７】
また、正極用電極部材２７と負極用電極部材２８の間にはコンデンサ３２が複数並列に接続されている。そして、コンデンサ３２の正極端子が、正極用の回路パターン３５ｂを介して正極用電極部材２７の第１電極部２７ａに接続され、コンデンサ３２の負極端子が、負極用の回路パターン３５ａを介して負極用電極部材２８の第１電極部２８ａに接続されている。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点はＵ相端子Ｕに、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点はＶ相端子Ｖに、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点はＷ相端子Ｗに、それぞれ接続されている。そして、Ｕ相端子Ｕ、Ｖ相端子Ｖ及びＷ相端子Ｗはモータ（図示せず）に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートは駆動信号入力端子Ｇ１〜Ｇ６に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のソースは信号端子Ｓ１〜Ｓ６に接続されている。駆動信号入力端子Ｇ１〜Ｇ６及び信号端子Ｓ１〜Ｓ６は制御装置（図示せず）に接続されている。正極用電極部材２７の第２電極部２７ｃは、直流電源４１のプラスに接続され、負極用電極部材２８の第２電極部２８ｃは直流電源４１のマイナスに接続されている。
【００２９】
次に、上記構成の半導体装置１０の作用について説明する。半導体装置１０は、例えば、車両の電源装置の一部を構成するものとして使用される。
直流電源４１からの直流電流が、正極用電極部材２７の第２電極部２７ｃから第１電極部２７ａを流れて、電源調整モジュール３０の回路パターン３５ｂからコンデンサ３２を流れるとともに、半導体モジュール１２の銅パターン２４から半導体素子２３に流れる。絶縁金属基板２２において、上アームの第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び下アームの第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６がそれぞれ所定周期でオン、オフ制御されることによりモータに交流が供給されてモータが駆動される。そして、電流は負極用電極部材２８から直流電源４１に流れる。
【００３０】
半導体装置１０において、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の第２電極部２７ｃ，２８ｃが、主電流が流れることに伴い発熱すると、この熱は第２電極部２７ｃ，２８ｃから第１電極部２７ａ，２８ａを伝わり、半導体モジュール１２の絶縁金属基板２２に伝わる。このとき、電源調整用基板３１は、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の支持面Ｓに支持されているだけであり、電源調整用基板３１が正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８での熱伝導の妨げ（熱抵抗）にならない。
【００３１】
そして、絶縁金属基板２２に伝わった熱は、ヒートシンク１１に伝わり、ヒートシンク１１から放熱される結果、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が冷却され、温度上昇が抑えられる。また、第１電極部２７ａ，２８ａは、第２電極部２７ｃ，２８ｃより大形状をなすように矩形状をなし、しかも、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触しているため、第１電極部２７ａ，２８ａからヒートシンク１１への熱伝導率が高まる。
【００３２】
さらに、コンデンサ３２が通電に伴い発熱するが、この熱は電源調整用基板３１を介して正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に伝わり、コンデンサ３２が冷却される。加えて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が通電に伴い発熱するが、この熱は絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に伝わり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が冷却される。
【００３３】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）直流電源４１と電気的に接続される正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に、電源調整用基板３１の回路パターン３５ａ，３５ｂ、及び絶縁金属基板２２の銅パターン２４を電気的に接続した。そして、この正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触させ、熱的に結合させた。このため、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に直流電源４１からの主電流が流れ、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が発熱しても、熱を正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８から絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に直接伝え、両電極部材２７，２８の冷却効率を高めることができる。したがって、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を大型化することなく、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の温度上昇を抑えることができる。
【００３４】
（２）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触させ、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の熱をヒートシンク１１に直接伝えるようにし、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の冷却効率を高めるようにした。このため、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、銅のように高熱伝導率の材料で形成しなくてもよく、本実施形態のようにアルミニウムで形成することができる。アルミニウムは、銅に比べて安価であり、成形も容易であることから、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の温度上昇を抑えることができながらも、その製造コスト、ひいては半導体モジュール１２の製造コストを抑えることができる。
【００３５】
（３）半導体装置１０において、半導体モジュール１２に設けられた半導体素子２３は、電源調整モジュール３０に設けられたコンデンサ３２に比べ発熱量が大きいが、ヒートシンク１１によって冷却される。電源調整モジュール３０においては、コンデンサ３２の発熱量は半導体素子２３に比べて小さいがヒートシンク１１が存在せず、熱容量も小さい。このため、電源調整モジュール３０は半導体モジュール１２より発熱量が大きい。しかし、電源調整モジュール３０で発生した熱を、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８から絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に伝えることができる。したがって、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８により、電源調整モジュール３０の温度上昇も抑えることができる。
【００３６】
（４）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、絶縁金属基板２２に面接触する第１電極部２７ａ，２８ａと、この第１電極部２７ａ，２８ａから立設されるとともに直流電源４１に接続される第２電極部２７ｃ，２８ｃとを一体に備える。そして、第１電極部２７ａ，２８ａは第２電極部２７ｃ，２８ｃより大形状をなす。このため、絶縁金属基板２２を介したヒートシンク１１への正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の接触面積を広く確保することができ、各電極部材２７，２８からヒートシンク１１への熱伝導率をより高めて冷却効率を高めることができる。
【００３７】
（５）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成した。このため、例えば、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８がリードやピンで形成される場合と比べて、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の熱容量を大きくして熱伝導率を高めることができる。
【００３８】
（６）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成した。そして、第１電極部２７ａ，２８ａの支持面Ｓに電源調整用基板３１を支持させた状態で、その回路パターン３５ａ，３５ｂを第１電極部２７ａ，２８ａと電気的に接続した。このため、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、電源調整用基板３１によってヒートシンク１１との熱的な結合が分断されることがなく、各電極部材２７，２８の熱を絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に効率良く伝えることができる。
【００３９】
（７）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成し、第１電極部２７ａ，２８ａに挿通孔２７ｂ，２８ｂを形成した。そして、挿通孔２７ｂ，２８ｂに挿通したボルトＢをヒートシンク１１に固定することで、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８をヒートシンク１１に固定することができる。したがって、第１電極部２７ａ，２８ａと第２電極部２７ｃ，２８ｃを一度の固定作業でヒートシンク１１に固定することができ、半導体装置１０の組立てを簡単に行うことができる。
【００４０】
（８）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成した。そして、絶縁金属基板２２上に第１電極部２７ａ，２８ａを配置するとともに、第１電極部２７ａ，２８ａの支持面Ｓ上に電源調整用基板３１を支持させた状態で、電源調整用基板３１、第１電極部２７ａ，２８ａ、及び絶縁金属基板２２を貫通させたボルトＢをヒートシンク１１に固定し、両電極部材２７，２８をヒートシンク１１に固定した。よって、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８のヒートシンク１１への固定と同時に、絶縁金属基板２２及び電源調整用基板３１を位置決め配置することができ、半導体装置１０の組立てを簡単に行うことができる。
【００４１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、半導体装置１０の正極及び負極共に本発明の電極部材（正極用電極部材２７と負極用電極部材２８）を用いたが、正極及び負極のいずれか一方のみに本発明の電極部材を採用し、他方は本発明の電極部材以外の電極であってもよい。
【００４２】
○ 正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触するのであれば、第１電極部２７ａ，２８ａが第２電極部２７ｃ，２８ｃより大形状をなさなくてもよく、例えば、円柱状や角筒状、錐形状であってもよい。
【００４３】
○ 実施形態では、ヒートシンク１１を金属製としたが、ヒートシンク１１を熱伝導率の高い合成樹脂製に変更してもよい。
○ 実施形態では、電源調整モジュール３０を、電子部品としてのコンデンサ３２を電源調整用基板３１に備えるものに具体化したが、電源調整用基板３１に他の電子部品を備えるものであってもよい。
【００４４】
○ 実施形態では、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、ボルトＢを用いてヒートシンク１１に固定した。しかし、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触するのであれば、ボルトＢによる固定の代わりに、接着剤による接着等で正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を固定してもよい。
【００４５】
○ 実施形態では、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を直流電源４１と電気的に接続したが、電源としての交流電源と電極部材とを電気的に接続してもよい。
○ 電子部品装置の用途は、車両に搭載されるものに限らず、家電製品や産業機械に適用してもよい。
【００４６】
○ コンデンサ３２の数は４個に限らず、半導体装置１０の定格電流値及び使用するコンデンサの容量により決まり、３個以下でも５個以上でもよい。
○ スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳＦＥＴに限らず、他のパワートランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ））やサイリスタを使用してもよい。
【００４７】
○ 半導体装置１０は、インバータ回路に限らず、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００４８】
（イ）前記電子部品はコンデンサである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
（ロ）前記第１電極部には、前記電源調整用基板を支持する支持面が設けられている請求項２、請求項３、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
【００４９】
（ハ）前記支持面上に前記電源調整用基板を支持した状態で前記固定部材を前記電源調整用基板、第１電極部、及び基板を貫通させて前記ヒートシンクに固定する技術的思想（ロ）に記載の半導体装置。
【符号の説明】
【００５０】
Ｂ…固定部材としてのボルト、１０…半導体装置、１１…ヒートシンク、１２…半導体モジュール、２２…基板としての絶縁金属基板、２３…半導体素子、２４…回路パターンとしての銅パターン、２７…正極用電極部材、２８…負極用電極部材、２７ａ，２８ａ…第１電極部、２７ｂ，２８ｂ…挿通孔、２７ｃ，２８ｃ…第２電極部、３０…電源調整モジュール、３１…電源調整用基板、３２…電子部品としてのコンデンサ、３５ａ，３５ｂ…回路パターン、４１…電源としての直流電源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源調整モジュールと、この電源調整モジュールの下方に配置された半導体モジュールと、この半導体モジュールの基板と熱的に結合されたヒートシンクと、電源と電気的に接続される電極部材と、を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を有するモジュールの上方に別のモジュールを配置した半導体装置として、例えば、特許文献１の回路モジュールが挙げられる。図５（ａ）に示すように、回路モジュール８０は、第１の基板８１に半導体素子８２を有する第１のモジュール基板８３と、第２の基板８７に、半導体素子８２制御用の駆動素子８４を有する第２のモジュール基板８５とを有する。そして、回路モジュール８０においては、ケース材８６によって第１のモジュール基板８３の上方に第２のモジュール基板８５が配置されている。第１のモジュール基板８３の第１の基板８１には外部リード８８が固着されるとともに、この外部リード８８は第２の基板８７に形成されたスルーホール８７ａに挿入されている。この外部リード８８により、第１の基板８１に形成された回路パターン８１ａと、第２の基板８７に形成された回路パターン８７ｂとが信号接続されている。
【０００３】
そして、特許文献１の回路モジュール８０においては、電源（図示せず）からの主電流は、図示しない電源調整部を流れた後、駆動素子８４に流れる。この駆動素子８４からの電気信号が外部リード８８を介して半導体素子８２に伝達されることで、半導体素子８２が駆動制御されるようになっている。よって、回路モジュール８０において、外部リード８８には電源からの主電流は流れず、外部リード８８はあまり発熱しないようになっている。
【０００４】
ところで、半導体素子を有するモジュールの上方に別のモジュールを配置した半導体装置であって、その別のモジュールに電源からの主電流が流れるように構成された半導体装置がある。図５（ｂ）に示すように、半導体装置９０は、半導体素子９１を有する半導体モジュール９２と、電源調整用の電子部品（例えば、コンデンサ）９３を有する電源調整用モジュール９４とを有する。電源調整用モジュール９４の回路パターン９４ａには外部接続電極９５（電極部材）を介して電源９９が電気的に接続されている。また、電源調整用モジュール９４には、内部接続電極９６（電極部材）を介して半導体モジュール９２の回路パターン９２ａが電気的に接続されている。そして、電源９９からの主電流は、外部接続電極９５から電子部品９３に流れ、この電子部品９３によって調整された電流は、内部接続電極９６を介して半導体モジュール９２の半導体素子９１に流れるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８８０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５（ｂ）に示す半導体装置９０において、外部接続電極９５には電源９９からの主電流が流れるため温度上昇し、この温度上昇に伴い外部接続電極９５周辺の電子部品９３や駆動回路（図示せず）等の温度も上昇してしまう。外部接続電極９５の温度上昇を抑えるためには、熱容量を大きくするために外部接続電極９５を大型化したり、高熱伝導率の材料（例えば、銅）で外部接続電極９５を製造したりすることが考えられるが、体格が大きくなったり、製造コストが嵩んでしまう。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、体格を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電源調整用基板の回路パターン上に電子部品が実装される電源調整モジュールと、該電源調整モジュールの下方に配置され、基板の回路パターン上に半導体素子が実装される半導体モジュールと、前記基板と熱的に結合されたヒートシンクと、電源に接続される電極部材と、を有する半導体装置に関する。そして、半導体装置において、前記電極部材が、前記電源調整用基板の回路パターン、及び前記基板の回路パターンと電気的に接続されるとともに前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触して該ヒートシンクに熱伝達可能に結合されている。
【０００９】
これによれば、電極部材に電源からの主電流が流れ、電極部材が発熱しても、その熱は電極部材から基板を介してヒートシンクに直接伝わる。このため、電極部材の冷却効率を高めることができ、電極部材の温度上昇を抑えることができる。したがって、電極部材の熱伝導率を高めるために電極部材を大型化したり、高熱伝導率の材料を用いる必要がなく、電極部材を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる。
【００１０】
また、前記電極部材は、前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触するとともに前記電源調整用基板の回路パターン及び前記基板の回路パターンと電気的に接続される第１電極部と、該第１電極部から立設されるとともに前記電源と電気的に接続される第２電極部と、を一体に備え、前記第１電極部は、前記第２電極部よりも大形状をなすように第２電極部の外面より外方へ延設されていてもよい。
【００１１】
これによれば、例えば、電極部材をリードやピンで形成する場合と比べると、ヒートシンクへの電極部材の熱的な接触面積を広く確保することができ、電極部材からヒートシンクへの熱伝導率をより高めて冷却効率を高めることができる。
【００１２】
また、前記第１電極部には、該第１電極部を前記ヒートシンクに固定する固定部材が挿通される挿通孔が形成されていてもよい。
これによれば、挿通孔に挿通した固定部材をヒートシンクに固定することで、電極部材をヒートシンクに固定することができる。したがって、電極部材が外部電極部材と内部電極部材に別れていた場合のように、各電極部材を別々に固定する場合と比べると、電極部材の固定作業を簡単に行うことができ、半導体装置の組立てを簡単に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、体格を大型化せず、かつ低コストで電極部材の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の半導体装置を示す斜視図。
【図２】半導体装置を模式的に示す断面図。
【図３】電極部材を示す斜視図。
【図４】半導体装置の回路構成図。
【図５】（ａ）は特許文献１の回路モジュールを示す図、（ｂ）は従来技術を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を車両に搭載される半導体装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、半導体装置１０に一体のヒートシンク１１はアルミニウム系金属や銅等で形成されるとともに、このヒートシンク１１上には、半導体モジュール１２が接合されている。図２に示すように、半導体モジュール１２は、基板としての絶縁金属基板２２に半導体素子２３が実装されてなる。半導体素子２３は、１個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）及び１個のダイオードが一つのデバイスとして組み込まれている。すなわち、半導体素子２３は、図４に示される一つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及び一つのダイオードＤ１〜Ｄ６を備えたデバイスとなる。
【００１６】
図２に示すように、絶縁金属基板２２の樹脂層２６は、表面に回路パターンとしての銅パターン２４を有するとともに、裏面に樹脂層２６とヒートシンク１１とを接合する接合層として機能するアルミ板２５を有する。なお、樹脂層２６は、電気的な絶縁機能を有するとともに、高熱伝導の機能を有するものである。そして、絶縁金属基板２２は、ボルトＢによってヒートシンク１１に接合され、絶縁金属基板２２はヒートシンク１１に熱的に結合されている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、絶縁金属基板２２上には、アルミニウムにより略棒状に形成された電極部材としての正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が配置されている。アルミニウム製の正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、絶縁金属基板２２上に配置される第１電極部２７ａ，２８ａを備える。図３に示すように、第１電極部２７ａ，２８ａは矩形板状に形成されるとともに、第１電極部２７ａ，２８ａの長辺方向の両側には、挿通孔２７ｂ，２８ｂが第１電極部２７ａ，２８ａを厚み方向に貫通して形成されている。そして、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、挿通孔２７ｂ，２８ｂに挿通された固定部材としてのボルトＢをヒートシンク１１に固定（螺合）することでヒートシンク１１に固定されている。なお、挿通孔２７ｂ，２８ｂ内には筒状の絶縁部材２１が挿入され、この絶縁部材２１によりボルトＢが第１電極部２７ａ，２８ａから絶縁されている。
【００１８】
正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８において、第１電極部２７ａ，２８ａの長辺方向の中央には丸棒状をなす第２電極部２７ｃ，２８ｃが立設されている。第１電極部２７ａ，２８ａは、第２電極部２７ｃ，２８ｃよりも大形状をなし、第２電極部２７ｃ，２８ｃの周面（外面）に対し、第１電極部２７ａ，２８ａの長辺方向両方（外方、図３では左右両方）、及び短辺方向の一方（外方、図３では前方）に向けて延設されている。
【００１９】
また、第１電極部２７ａ，２８ａの上面において、第２電極部２７ｃ，２８ｃ以外の部位は、後述の電源調整用基板３１を支持する支持面Ｓを構成している。さらに、第２電極部２７ｃ，２８ｃにおける第１電極部２７ａ，２８ａ寄りの周面から第１電極部２７ａ，２８ａの上面に至るまでの位置には、連結部２７ｄ，２８ｄが形成されるとともに、この連結部２７ｄ，２８ｄにより第１電極部２７ａ，２８ａに対する第２電極部２７ｃ，２８ｃの強度が確保されている。
【００２０】
そして、図２に示すように、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の第１電極部２７ａ，２８ａは、その下面が、半導体モジュール１２の絶縁金属基板２２に面接触するとともに、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触し、第１電極部２７ａ，２８ａとヒートシンク１１とは熱的に結合されている。また、第１電極部２７ａ，２８ａは、絶縁金属基板２２の銅パターン２４と電気的に接続されている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の第１電極部２７ａ，２８ａ（支持面Ｓ）上には、電源調整モジュール３０が支持され、半導体モジュール１２の上方に電源調整モジュール３０が配置されている。
【００２２】
この電源調整モジュール３０の電源調整用基板３１において、絶縁基板３４の一面（上面）には、負極用の回路パターン３５ａが設けられるとともに、絶縁基板３４の他面、すなわち、負極用の回路パターン３５ａが設けられた面と反対側の面（下面）には、正極用の回路パターン３５ｂが設けられている。本実施形態では、回路パターン３５ａ，３５ｂは銅で形成されている。電源調整用基板３１には電子部品として複数（この実施形態では４個）のコンデンサ３２が配置され、この電源調整用基板３１とコンデンサ３２とから電源調整モジュール３０が構成されている。
【００２３】
電源調整モジュール３０において、各コンデンサ３２は、正極端子（図示せず）が電源調整用基板３１の正極用の回路パターン３５ｂを介して正極用電極部材２７の第１電極部２８ａと電気的に接続されている。また、各コンデンサ３２は、負極端子（図示せず）が負極用の回路パターン３５ａを介して負極用電極部材２８の第１電極部２８ａと電気的に接続されている。
【００２４】
また、正極用電極部材２７の第２電極部２７ｃは、直流電源４１のプラスに接続され、負極用電極部材２８の第２電極部２８ｃは直流電源４１のマイナスに接続されている。そして、直流電源４１からの主電流が、正極用電極部材２７から電源調整モジュール３０のコンデンサ３２に流れると、コンデンサ３２で充電が行われる。コンデンサ３２が充電されていれば、コンデンサ３２を流れた電流は半導体モジュール１２へ流れる。すなわち、直流電源４１からの主電流は、電源調整モジュール３０で調整された後、半導体モジュール１２に流れるようになっている。
【００２５】
次に、半導体装置１０の回路構成を説明する。図４に示すように、半導体装置１０は、電源調整モジュール３０と半導体モジュール１２とからなるインバータ回路を有する。このインバータ回路は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor 電界効果トランジスタ）が使用されている。インバータ回路は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のドレインとソース間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、逆並列に接続されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び各第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５に接続されたダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５の組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６及び第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に接続されたダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。
【００２６】
第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のドレイン用の銅パターン２４が、正極用電極部材２７の第１電極部２７ａに接続され、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のソース用の銅パターン２４が、負極用電極部材２８の第１電極部２８ａに接続されている。すなわち、半導体モジュール１２の銅パターン２４は、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に電気的に接続されている。
【００２７】
また、正極用電極部材２７と負極用電極部材２８の間にはコンデンサ３２が複数並列に接続されている。そして、コンデンサ３２の正極端子が、正極用の回路パターン３５ｂを介して正極用電極部材２７の第１電極部２７ａに接続され、コンデンサ３２の負極端子が、負極用の回路パターン３５ａを介して負極用電極部材２８の第１電極部２８ａに接続されている。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点はＵ相端子Ｕに、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点はＶ相端子Ｖに、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点はＷ相端子Ｗに、それぞれ接続されている。そして、Ｕ相端子Ｕ、Ｖ相端子Ｖ及びＷ相端子Ｗはモータ（図示せず）に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートは駆動信号入力端子Ｇ１〜Ｇ６に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のソースは信号端子Ｓ１〜Ｓ６に接続されている。駆動信号入力端子Ｇ１〜Ｇ６及び信号端子Ｓ１〜Ｓ６は制御装置（図示せず）に接続されている。正極用電極部材２７の第２電極部２７ｃは、直流電源４１のプラスに接続され、負極用電極部材２８の第２電極部２８ｃは直流電源４１のマイナスに接続されている。
【００２９】
次に、上記構成の半導体装置１０の作用について説明する。半導体装置１０は、例えば、車両の電源装置の一部を構成するものとして使用される。
直流電源４１からの直流電流が、正極用電極部材２７の第２電極部２７ｃから第１電極部２７ａを流れて、電源調整モジュール３０の回路パターン３５ｂからコンデンサ３２を流れるとともに、半導体モジュール１２の銅パターン２４から半導体素子２３に流れる。絶縁金属基板２２において、上アームの第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び下アームの第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６がそれぞれ所定周期でオン、オフ制御されることによりモータに交流が供給されてモータが駆動される。そして、電流は負極用電極部材２８から直流電源４１に流れる。
【００３０】
半導体装置１０において、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の第２電極部２７ｃ，２８ｃが、主電流が流れることに伴い発熱すると、この熱は第２電極部２７ｃ，２８ｃから第１電極部２７ａ，２８ａを伝わり、半導体モジュール１２の絶縁金属基板２２に伝わる。このとき、電源調整用基板３１は、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の支持面Ｓに支持されているだけであり、電源調整用基板３１が正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８での熱伝導の妨げ（熱抵抗）にならない。
【００３１】
そして、絶縁金属基板２２に伝わった熱は、ヒートシンク１１に伝わり、ヒートシンク１１から放熱される結果、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が冷却され、温度上昇が抑えられる。また、第１電極部２７ａ，２８ａは、第２電極部２７ｃ，２８ｃより大形状をなすように矩形状をなし、しかも、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触しているため、第１電極部２７ａ，２８ａからヒートシンク１１への熱伝導率が高まる。
【００３２】
さらに、コンデンサ３２が通電に伴い発熱するが、この熱は電源調整用基板３１を介して正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に伝わり、コンデンサ３２が冷却される。加えて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が通電に伴い発熱するが、この熱は絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に伝わり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６が冷却される。
【００３３】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）直流電源４１と電気的に接続される正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に、電源調整用基板３１の回路パターン３５ａ，３５ｂ、及び絶縁金属基板２２の銅パターン２４を電気的に接続した。そして、この正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触させ、熱的に結合させた。このため、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８に直流電源４１からの主電流が流れ、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が発熱しても、熱を正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８から絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に直接伝え、両電極部材２７，２８の冷却効率を高めることができる。したがって、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を大型化することなく、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の温度上昇を抑えることができる。
【００３４】
（２）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触させ、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の熱をヒートシンク１１に直接伝えるようにし、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の冷却効率を高めるようにした。このため、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、銅のように高熱伝導率の材料で形成しなくてもよく、本実施形態のようにアルミニウムで形成することができる。アルミニウムは、銅に比べて安価であり、成形も容易であることから、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の温度上昇を抑えることができながらも、その製造コスト、ひいては半導体モジュール１２の製造コストを抑えることができる。
【００３５】
（３）半導体装置１０において、半導体モジュール１２に設けられた半導体素子２３は、電源調整モジュール３０に設けられたコンデンサ３２に比べ発熱量が大きいが、ヒートシンク１１によって冷却される。電源調整モジュール３０においては、コンデンサ３２の発熱量は半導体素子２３に比べて小さいがヒートシンク１１が存在せず、熱容量も小さい。このため、電源調整モジュール３０は半導体モジュール１２より発熱量が大きい。しかし、電源調整モジュール３０で発生した熱を、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８から絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に伝えることができる。したがって、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８により、電源調整モジュール３０の温度上昇も抑えることができる。
【００３６】
（４）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、絶縁金属基板２２に面接触する第１電極部２７ａ，２８ａと、この第１電極部２７ａ，２８ａから立設されるとともに直流電源４１に接続される第２電極部２７ｃ，２８ｃとを一体に備える。そして、第１電極部２７ａ，２８ａは第２電極部２７ｃ，２８ｃより大形状をなす。このため、絶縁金属基板２２を介したヒートシンク１１への正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の接触面積を広く確保することができ、各電極部材２７，２８からヒートシンク１１への熱伝導率をより高めて冷却効率を高めることができる。
【００３７】
（５）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成した。このため、例えば、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８がリードやピンで形成される場合と比べて、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８の熱容量を大きくして熱伝導率を高めることができる。
【００３８】
（６）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成した。そして、第１電極部２７ａ，２８ａの支持面Ｓに電源調整用基板３１を支持させた状態で、その回路パターン３５ａ，３５ｂを第１電極部２７ａ，２８ａと電気的に接続した。このため、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、電源調整用基板３１によってヒートシンク１１との熱的な結合が分断されることがなく、各電極部材２７，２８の熱を絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に効率良く伝えることができる。
【００３９】
（７）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成し、第１電極部２７ａ，２８ａに挿通孔２７ｂ，２８ｂを形成した。そして、挿通孔２７ｂ，２８ｂに挿通したボルトＢをヒートシンク１１に固定することで、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８をヒートシンク１１に固定することができる。したがって、第１電極部２７ａ，２８ａと第２電極部２７ｃ，２８ｃを一度の固定作業でヒートシンク１１に固定することができ、半導体装置１０の組立てを簡単に行うことができる。
【００４０】
（８）正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、矩形板状の第１電極部２７ａ，２８ａと、丸棒状の第２電極部２７ｃ，２８ｃとから形成した。そして、絶縁金属基板２２上に第１電極部２７ａ，２８ａを配置するとともに、第１電極部２７ａ，２８ａの支持面Ｓ上に電源調整用基板３１を支持させた状態で、電源調整用基板３１、第１電極部２７ａ，２８ａ、及び絶縁金属基板２２を貫通させたボルトＢをヒートシンク１１に固定し、両電極部材２７，２８をヒートシンク１１に固定した。よって、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８のヒートシンク１１への固定と同時に、絶縁金属基板２２及び電源調整用基板３１を位置決め配置することができ、半導体装置１０の組立てを簡単に行うことができる。
【００４１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、半導体装置１０の正極及び負極共に本発明の電極部材（正極用電極部材２７と負極用電極部材２８）を用いたが、正極及び負極のいずれか一方のみに本発明の電極部材を採用し、他方は本発明の電極部材以外の電極であってもよい。
【００４２】
○ 正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８は、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触するのであれば、第１電極部２７ａ，２８ａが第２電極部２７ｃ，２８ｃより大形状をなさなくてもよく、例えば、円柱状や角筒状、錐形状であってもよい。
【００４３】
○ 実施形態では、ヒートシンク１１を金属製としたが、ヒートシンク１１を熱伝導率の高い合成樹脂製に変更してもよい。
○ 実施形態では、電源調整モジュール３０を、電子部品としてのコンデンサ３２を電源調整用基板３１に備えるものに具体化したが、電源調整用基板３１に他の電子部品を備えるものであってもよい。
【００４４】
○ 実施形態では、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を、ボルトＢを用いてヒートシンク１１に固定した。しかし、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８が、絶縁金属基板２２を介してヒートシンク１１に面接触するのであれば、ボルトＢによる固定の代わりに、接着剤による接着等で正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を固定してもよい。
【００４５】
○ 実施形態では、正極用電極部材２７及び負極用電極部材２８を直流電源４１と電気的に接続したが、電源としての交流電源と電極部材とを電気的に接続してもよい。
○ 電子部品装置の用途は、車両に搭載されるものに限らず、家電製品や産業機械に適用してもよい。
【００４６】
○ コンデンサ３２の数は４個に限らず、半導体装置１０の定格電流値及び使用するコンデンサの容量により決まり、３個以下でも５個以上でもよい。
○ スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳＦＥＴに限らず、他のパワートランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ））やサイリスタを使用してもよい。
【００４７】
○ 半導体装置１０は、インバータ回路に限らず、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００４８】
（イ）前記電子部品はコンデンサである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
（ロ）前記第１電極部には、前記電源調整用基板を支持する支持面が設けられている請求項２、請求項３、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
【００４９】
（ハ）前記支持面上に前記電源調整用基板を支持した状態で前記固定部材を前記電源調整用基板、第１電極部、及び基板を貫通させて前記ヒートシンクに固定する技術的思想（ロ）に記載の半導体装置。
【符号の説明】
【００５０】
Ｂ…固定部材としてのボルト、１０…半導体装置、１１…ヒートシンク、１２…半導体モジュール、２２…基板としての絶縁金属基板、２３…半導体素子、２４…回路パターンとしての銅パターン、２７…正極用電極部材、２８…負極用電極部材、２７ａ，２８ａ…第１電極部、２７ｂ，２８ｂ…挿通孔、２７ｃ，２８ｃ…第２電極部、３０…電源調整モジュール、３１…電源調整用基板、３２…電子部品としてのコンデンサ、３５ａ，３５ｂ…回路パターン、４１…電源としての直流電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源調整用基板の回路パターン上に電子部品が実装される電源調整モジュールと、
該電源調整モジュールの下方に配置され、基板の回路パターン上に半導体素子が実装される半導体モジュールと、
前記基板と熱的に結合されたヒートシンクと、
電源に接続される電極部材と、を有する半導体装置であって、
前記電極部材が、前記電源調整用基板の回路パターン、及び前記基板の回路パターンと電気的に接続されるとともに前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触して該ヒートシンクに熱伝達可能に結合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極部材は、前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触するとともに前記電源調整用基板の回路パターン及び前記基板の回路パターンと電気的に接続される第１電極部と、該第１電極部から立設されるとともに前記電源と電気的に接続される第２電極部と、を一体に備え、前記第１電極部は、前記第２電極部よりも大形状をなすように第２電極部の外面より外方へ延設されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極部には、該第１電極部を前記ヒートシンクに固定する固定部材が挿通される挿通孔が形成されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１】
電源調整用基板の回路パターン上に電子部品が実装される電源調整モジュールと、
該電源調整モジュールの下方に配置され、基板の回路パターン上に半導体素子が実装される半導体モジュールと、
前記基板と熱的に結合されたヒートシンクと、
電源に接続される電極部材と、を有する半導体装置であって、
前記電極部材が、前記電源調整用基板の回路パターン、及び前記基板の回路パターンと電気的に接続されるとともに前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触して該ヒートシンクに熱伝達可能に結合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極部材は、前記基板を介して前記ヒートシンクに面接触するとともに前記電源調整用基板の回路パターン及び前記基板の回路パターンと電気的に接続される第１電極部と、該第１電極部から立設されるとともに前記電源と電気的に接続される第２電極部と、を一体に備え、前記第１電極部は、前記第２電極部よりも大形状をなすように第２電極部の外面より外方へ延設されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極部には、該第１電極部を前記ヒートシンクに固定する固定部材が挿通される挿通孔が形成されている請求項２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９５３７４（Ｐ２０１２−１９５３７４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６８４９（Ｐ２０１１−５６８４９）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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