特開 2024-175768 半導体装置および車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175768

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】半導体装置および車両

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/29 20060101AFI20241212BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 A

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093752

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(72)【発明者】

【氏名】神田 沢水

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BB04

5F136DA08

5F136DA27

5F136DA41

5F136EA13

5F136FA03

5F136FA12

(57)【要約】

【課題】 放熱を促進することが可能な半導体装置および車両を提供すること。
【解決手段】 半導体装置Ａ１は、熱交換基材１と、熱交換基材１に搭載された半導体素子と、熱交換基材１の一部および半導体素子を覆う封止樹脂７と、を備え、熱交換基材１は、外殻部１ａおよび外殻部１ａによって密閉された空間部１ｃと、空間部１ｃに封入された作動液１５とを含み、且つ封止樹脂７に覆われた被覆部１１と封止樹脂７から露出する露出部１２と、を有し、作動液１５が被覆部１１と露出部１２とを移動することにより、被覆部１１において吸収した熱を、露出部１２から放出する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換基材と、
前記熱交換基材に搭載された半導体素子と、
前記熱交換基材の一部および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、
前記熱交換基材は、外殻部および前記外殻部によって密閉された空間部と、前記空間部に封入された作動液とを含み、且つ前記封止樹脂に覆われた被覆部と前記封止樹脂から露出する露出部と、を有し、前記作動液が前記被覆部と前記露出部とを移動することにより、前記被覆部において吸収した熱を、前記露出部から放出する、半導体装置。

【請求項2】

複数の前記半導体素子を備え、
前記複数の半導体素子は、第１半導体素子および第２半導体素子を含み、
前記第１半導体素子が、上アーム回路を構成し、
前記第２半導体素子が、下アーム回路を構成する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１半導体素子は、厚さ方向において互いに反対側に配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に流れる電流を制御する制御信号が入力される第３電極と、を有し、
前記第２半導体素子は、前記厚さ方向において互いに反対側に配置された第４電極および第５電極と、前記第４電極および前記第５電極に流れる電流を制御する制御信号が入力される第６電極と、を有する、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１電極は、ドレイン電極であり、
前記第２電極は、ソース電極であり、
前記第３電極は、ゲート電極であり、
前記第４電極は、ドレイン電極であり、
前記第５電極は、ソース電極であり、
前記第６電極は、ゲート電極である、請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第２電極および前記第４電極が、前記熱交換基材に導通接合されている、請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記被覆部は、前記厚さ方向において互いに反対側に位置する主面および裏面を有し、
前記第２電極および前記第４電極は、前記主面に導通接合されている、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１半導体素子および前記第２半導体素子と前記熱交換基材との間に介在する絶縁層を備える、請求項４に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記絶縁層および前記絶縁層に対して前記熱交換基材とは反対側に積層された第１金属層を有する絶縁基板を備え、
前記第２電極および前記第４電極が、前記第１金属層に導通接合されている、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記絶縁基板は、前記絶縁層と前記熱交換基材との間に介在する第２金属層をさらに有する、請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する正極端子をさらに備える、請求項５ないし９のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第５電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する負極端子をさらに備える、請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記熱交換基材に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する出力端子をさらに備える、請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第３電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する第１ゲート端子と、
前記第６電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する第２ゲート端子と、をさらに備える、請求項１２に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記正極端子、前記負極端子および前記出力端子と前記第１ゲート端子および第２ゲート端子とは、前記封止樹脂から互いに異なる方向に突出している、請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記第１ゲート端子および第２ゲート端子と前記露出部とは、前記封止樹脂から同じ方向に突出している、請求項１４に記載の半導体装置。

【請求項16】

駆動源と、
請求項１に記載の半導体装置と、を備え、
前記半導体装置は、前記駆動源に導通している、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置および車両に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、従来の半導体装置が開示されている。特許文献１に記載の半導体装置は、半導体素子および封止樹脂を備えている。封止樹脂は、半導体素子を覆っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】再公表２０２０／１０５４７６号公報

【0004】

［概要］
半導体素子において生じる熱は、速やかに外部に放熱されることが好ましい。

【0005】

本開示は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、放熱を促進することが可能な半導体装置および車両を提供することをその課題とする。

【0006】

本開示の第１の側面によって提供される半導体装置は、熱交換基材と、前記熱交換基材に搭載された半導体素子と、前記熱交換基材の一部および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、前記熱交換基材は、外殻部および前記外殻部によって密閉された空間部と、前記空間部に封入された作動液とを含み、且つ前記封止樹脂に覆われた被覆部と前記封止樹脂から露出する露出部と、を有し、前記作動液が前記被覆部と前記露出部とを移動することにより、前記被覆部において吸収した熱を、前記露出部から放出する。

【0007】

本開示の第２の側面によって提供される車両は、駆動源と、本開示の第１の側面によって提供される半導体装置と、を備え、前記半導体装置は、前記駆動源に導通している。

【0008】

本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。

【図2】図２は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す底面図である。

【図3】図３は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す部分平面図である。

【図4】図４は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す部分底面図である。

【図5】図５は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す正面図である。

【図6】図６は、図３のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。

【図7】図７は、図３のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。

【図8】図８は、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。

【図9】図９は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す部分拡大断面図である。

【図10】図１０は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す部分拡大断面図である。

【図11】図１１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。

【図12】図１２は、本開示の第１実施形態にかかる半導体装置が搭載された車両を示す構成図である。

【図13】図１３は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置の第１変形例を示す平面図である。

【図14】図１４は、本開示の第２実施形態に係る半導体装置を示す部分平面図である。

【図15】図１５は、図１４のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図である。

【図16】図１６は、図１４のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。

【図17】図１７は、図１４のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。

【0010】

［詳細な説明］
以下、本開示の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

【0011】

本開示における「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、単に識別のために用いたものであり、それらの対象物に順列を付することを意図していない。

【0012】

本開示において、「ある物Ａがある物Ｂに形成されている」、および、「ある物Ａがある物Ｂ上に形成されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接形成されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに形成されていること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂに配置されている」および「ある物Ａがある物Ｂ上に配置されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに直接配置されていること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物を介在させつつ、ある物Ａがある物Ｂに配置されていること」を含む。同様に、「ある物Ａがある物Ｂ上に位置している」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂに接して、ある物Ａがある物Ｂ上に位置していること」、および、「ある物Ａとある物Ｂとの間に他の物が介在しつつ、ある物Ａがある物Ｂ上に位置していること」を含む。また、「ある物Ａがある物Ｂにある方向に見て重なる」とは、特段の断りのない限り、「ある物Ａがある物Ｂのすべてに重なること」、および、「ある物Ａがある物Ｂの一部に重なること」を含む。また、本開示において「ある面Ａが方向Ｂ（の一方側または他方側）を向く」とは、面Ａの方向Ｂに対する角度が９０°である場合に限定されず、面Ａが方向Ｂに対して傾いている場合を含む。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１～図１１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示している。本実施形態の半導体装置Ａ１は、熱交換基材１、半導体素子および封止樹脂７を備える。また、本実施形態の半導体装置Ａ１は、複数の半導体素子を備えている。複数の半導体素子は、１以上の第１半導体素子４および１以上の第２半導体素子５を含んでいてもよい。本例においては、半導体装置Ａ１は、複数の第１半導体素子４および複数の第２半導体素子５を備えるが、第１半導体素子４および第２半導体素子５のそれぞれの個数は、何ら限定されない。また、半導体装置Ａ１は、正極端子８１、負極端子８２、出力端子８３、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５を備えていてもよい。図示された例のように、半導体装置Ａ１は、１以上の制御端子８６および１以上の制御端子８７を備えていてもよい。

【0014】

これらの図において、本開示の厚さ方向を厚さ方向ｚと定義する。厚さ方向ｚの第１側をｚ１側、ｚ方向の第１側とは反対側の第２側をｚ２側と称する。また、厚さ方向ｚと直交する一方向を第１方向ｘと定義する。第１方向ｘの第１側をｘ１側、ｘ１側とは反対側の第２側をｘ２側と称する。また、厚さ方向ｚおよび第１方向ｘと直交する方向を第２方向ｙと定義する。第２方向ｙの第１側をｙ１側、ｙ１側とは反対側の第２側をｙ２側と称する。

【0015】

半導体装置Ａ１の具体的な用途等は何ら限定されない。半導体装置Ａ１においては、第１半導体素子４が上アーム回路を構成し、第２半導体素子５が下アーム回路を構成することにより、ハーフブリッジ回路が構成されている。半導体装置Ａ１は、たとえば直流電力を交流電力に変換し、モータ等の駆動源に電力供給するためのインバータを構成する。本実施形態の半導体装置Ａ１は、１つのハーフブリッジ回路を有する場合を例に説明するが、たとえば３つのハーフブリッジ回路を有することにより、いわゆる三相交流モータに電力供給する構成であってもよい。

【0016】

熱交換基材１は、第１半導体素子４および第２半導体素子５から生じた熱を外部に放出するためのものであり、その一例は、ヒートパイプと称される場合がある。図６～図１０に示すように、熱交換基材１は、外殻部１ａ、多孔質部１ｂ、空間部１ｃおよび作動液１５を含む。

【0017】

外殻部１ａは、金属を含み、たとえばＣｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）等、またはこれらの合金を含む。外殻部１ａは、熱交換基材１の外表面を含む部分である。空間部１ｃは、外殻部１ａによって密閉された空間である。多孔質部１ｂは、外殻部１ａと空間部１ｃとの間に介在しており、多孔質の部位である。多孔質部１ｂの材質は、たとえば外殻部１ａと同じ材質であってもよい。作動液１５は、空間部１ｃに封入されており、種々の揮発性の液体が適宜選択される。

【0018】

また、図１～図８に示すように、熱交換基材１は、被覆部１１および露出部１２を有する。被覆部１１は、封止樹脂７に覆われた部位である。露出部１２は、封止樹脂７から突出部位である。熱交換基材１は、被覆部１１において吸収した熱を、露出部１２から放出する。

【0019】

被覆部１１および露出部１２の形状および大きさは、何ら限定されない。本実施形態においては、被覆部１１は、主面１１１および裏面１１２を有する。主面１１１は、厚さ方向ｚのｚ１側を向く面である。裏面１１２は、厚さ方向ｚのｚ２側を向く面である。

【0020】

第１半導体素子４、第２半導体素子５の各々は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を主とする半導体材料を用いて構成されている。なお、当該半導体材料は、ＳｉＣに限定されず、Ｓｉ（シリコン）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）あるいはＧａＮ（窒化ガリウム）などであってもよい。また、本実施形態において、第１半導体素子４、第２半導体素子５は、ＭＯＳＦＥＴである。なお、第１半導体素子４、第２半導体素子５は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor FET）を含む電界効果トランジスタや、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のようなバイポーラトランジスタ、ＬＳＩなどのＩＣチップ、ダイオード、コンデンサなどであってもよい。本実施形態においては、第１半導体素子４、第２半導体素子５は、いずれも同一素子であり、かつ、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである場合を示す。第１半導体素子４、第２半導体素子５は、ｚ方向に見て（以下、「平面視」ともいう。）、矩形状であるが、これに限定されない。

【0021】

図９に示すように、第１半導体素子４は、第１電極４１、第２電極４２および第３電極４３を有する。第１電極４１は、厚さ方向ｚのｚ１側に配置されており、本実施形態においては、ドレイン電極である。第２電極４２は、厚さ方向ｚのｚ２側に配置されており、本実施形態においては、ソース電極である。接合材５９は、厚さ方向ｚのｚ２側に配置されており、本実施形態においては、ゲート電極である。

【0022】

本実施形態においては、第２電極４２が、主面１１１に導通接合されている。この導通接合の具体的態様は、何ら限定されない。図示された例においては、第２電極４２は、中間部材４５を介して、主面１１１に導通接合されている。

【0023】

中間部材４５は、たとえばＣｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）等の金属またはこれらの合金を含む。中間部材４５と主面１１１との接合形態は、何ら限定されない。この導通接合は、たとえば図示しない導通接合材を介して実現されていてもよいし、たとえば溶接等の手法によって実現されていてもよいし、たとえば固相拡散接合によって実現されてもよいし、たとえば中間部材４５と被覆部１１とが一体的に形成されていてもよい。

【0024】

第２電極４２と中間部材４５との導通接合の接合形態は、何ら限定されない。図示された例においては、第２電極４２と中間部材４５とは、接合材４９を介して導通接合されている。接合材４９は、たとえばはんだ、Ａｇ（銀）ペースト、金属焼結材等であってもよい。

【0025】

本実施形態においては、複数の第１半導体素子４が、第２方向ｙに沿って配列されているが、複数の第１半導体素子４の配置は、何ら限定されない。

【0026】

図１０に示すように、第２半導体素子５は、第４電極５１、第５電極５２および第６電極５３を有する。第４電極５１は、厚さ方向ｚのｚ１側に配置されており、本実施形態においては、ドレイン電極である。第５電極５２は、厚さ方向ｚのｚ２側に配置されており、本実施形態においては、ソース電極である。接合材５９は、厚さ方向ｚのｚ２側に配置されており、本実施形態においては、ゲート電極である。

【0027】

本実施形態においては、第４電極５１が裏面１１２に導通接合されている。この導通接合の具体的態様は、何ら限定されない。図示された例においては、第４電極５１は、接合材５９を介して裏面１１２に導通接合されている。接合材５９は、たとえばはんだ、Ａｇ（銀）ペースト、金属焼結材等であってもよい。

【0028】

本実施形態においては、複数の第２半導体素子５が、第２方向ｙに沿って配列されているが、複数の第２半導体素子５の配置は、何ら限定されない。

【0029】

封止樹脂７は、図１～図１０に示すように、熱交換基材１の一部である被覆部１１と、複数の第１半導体素子４および複数の第２半導体素子５を覆う。また、本実施形態においては、封止樹脂７は、正極端子８１、負極端子８２、出力端子８３、第１ゲート端子８４、第２ゲート端子８５、複数の制御端子８６および複数の制御端子８７の一部ずつを覆う。

【0030】

封止樹脂７の材質は、絶縁性であり、たとえばエポキシ樹脂を含む。封止樹脂７の形状は何ら限定されず、図示された例においては、封止樹脂７は、樹脂第１面７１、樹脂第２面７２、樹脂第３面７３、樹脂第４面７４、樹脂第５面７５および樹脂第６面７６を有する。

【0031】

樹脂第１面７１は、厚さ方向ｚのｚ１側を向く面である。樹脂第２面７２は、厚さ方向ｚのｚ２側を向く面である。樹脂第３面７３は、第１方向ｘのｘ１側を向く面である。樹脂第４面７４は、第１方向ｘのｘ２側を向く面である。樹脂第５面７５は、第２方向ｙのｙ１側を向く面である。樹脂第６面７６は、第２方向ｙのｙ２側を向く面である。

【0032】

正極端子８１は、図２、図４、図６および図９に示すように、第１電極４１に導通している。本実施形態においては、正極端子８１は、端子部８１１、複数の接続部８１２および中継部８１３を有する。

【0033】

端子部８１１は、封止樹脂７から突出した部位である。図示された例においては、端子部８１１は、封止樹脂７の樹脂第３面７３から第１方向ｘのｘ１側に突出している。端子部８１１は、半導体装置Ａ１を後述の車両Ｂ１等に搭載される際に用いられる。

【0034】

接続部８１２は、第１電極４１に電気的に接続された部位であり、封止樹脂７によって覆われている。本実施形態においては、正極端子８１は、複数の第１半導体素子４の個数と同数の複数の接続部８１２を有する。本実施形態の接続部８１２は、接合材４９を介して第１電極４１に導通接合されている。

【0035】

中継部８１３は、端子部８１１と複数の接続部８１２との間に介在する部位である。中継部８１３は、封止樹脂７によって覆われている。中継部８１３は、主面１１１から厚さ方向ｚのｚ１側に離れている。

【0036】

負極端子８２は、図１、図３、図８および図１０に示すように、第５電極５２に導通している。本実施形態においては、負極端子８２は、端子部８２１、複数の接続部８２２および中継部８２３を有する。

【0037】

端子部８２１は、封止樹脂７から突出した部位である。図示された例においては、端子部８２１は、封止樹脂７の樹脂第３面７３から第１方向ｘのｘ１側に突出している。また、端子部８２１は、端子部８１１に対して、第２方向ｙのｙ１側に位置している。端子部８２１は、半導体装置Ａ１を後述の車両Ｂ１等に搭載される際に用いられる。

【0038】

接続部８２２は、第５電極５２に電気的に接続された部位であり、封止樹脂７によって覆われている。本実施形態においては、負極端子８２は、複数の第２半導体素子５の個数と同数の複数の接続部８２２を有する。本実施形態の接続部８２２は、接合材５９を介して第５電極５２に導通接合されている。

【0039】

中継部８２３は、端子部８２１と複数の接続部８２２との間に介在する部位である。中継部８２３は、封止樹脂７によって覆われている。中継部８２３は、裏面１１２から厚さ方向ｚのｚ２側に離れている。

【0040】

出力端子８３は、図１～図５および図７に示すように、熱交換基材１に導通している。本実施形態においては、半導体装置Ａ１は、２つの出力端子８３を有する。各出力端子８３は、端子部８３１および接続部８３２を有する。

【0041】

端子部８３１は、封止樹脂７から突出した部位である。図示された例においては、端子部８３１は、封止樹脂７の樹脂第３面７３から第１方向ｘのｘ１側に突出している。また、端子部８３１は、第２方向ｙにおいて端子部８１１および端子部８２１の間に位置している。端子部８３１は、半導体装置Ａ１を後述の車両Ｂ１等に搭載される際に用いられる。

【0042】

接続部８３２は、被覆部１１に導通接合されている。一方の出力端子８３の端子部８３１は、主面１１１に導通接合されている。他方の出力端子８３の端子部８３１は、裏面１１２に導通接合されている。接続部８３２と被覆部１１との導通接合は、たとえば図示しない導通接合材を介して実現されていてもよいし、たとえば溶接等の手法によって実現されていてもよいし、たとえば固相拡散接合によって実現されてもよいし、たとえば出力端子８３と被覆部１１とが一体的に形成されていてもよい。

【0043】

半導体装置Ａ１は、いずれかの出力端子８３のみを備える構成であってもよいし、３つ以上の出力端子８３を備えていてもよい。

【0044】

第１ゲート端子８４は、図２、図４、図６および図９に示すように、第３電極４３に導通している。本実施形態においては、第１ゲート端子８４は、端子部８４１、複数の接続部８４２および中継部８４３を有する。

【0045】

端子部８４１は、封止樹脂７から突出した部位である。図示された例においては、端子部８４１は、封止樹脂７の樹脂第４面７４から第１方向ｘのｘ２側に突出している。また、端子部８４１は、樹脂第４面７４から第１方向ｘのｘ２側に延びる部分と、当該部分から厚さ方向ｚのｚ２側に延びる部分とを有する。図示された例においては、端子部８４１は、露出部１２に対して第２方向ｙのｙ２側に位置する。端子部８４１は、半導体装置Ａ１を後述の車両Ｂ１等に搭載される際に用いられる。

【0046】

接続部８４２は、第３電極４３に電気的に接続された部位であり、封止樹脂７によって覆われている。本実施形態においては、第１ゲート端子８４は、複数の第１半導体素子４の個数と同数の複数の接続部８４２を有する。本実施形態の接続部８４２は、接合材４９を介して第３電極４３に導通接合されている。

【0047】

また、本実施形態においては、半導体装置Ａ１は、絶縁部材８９を有する。絶縁部材８９の材質は絶縁性であり、たとえば樹脂等を含む。絶縁部材８９は、第１ゲート端子８４と主面１１１との間に介在しており、第１ゲート端子８４と熱交換基材１とを絶縁している。中間部材４５の厚さ方向ｚの大きさは、接続部８４２の厚さ方向ｚの大きさと絶縁部材８９の厚さ方向ｚの大きさとの合計以上であることが好ましい。

【0048】

中継部８４３は、端子部８４１と複数の接続部８４２との間に介在する部位である。中継部８４３は、封止樹脂７によって覆われている。中継部８４３は、主面１１１から厚さ方向ｚのｚ１側に離れている。

【0049】

また、半導体装置Ａ１は、１以上の制御端子８６を備えていてもよい。１以上の制御端子８６としては、たとえば第２電極４２に導通するソースセンス端子、図示しないサーミスタまたは熱電対に導通する温度検出端子、等が挙げられる。

【0050】

第２ゲート端子８５は、図１、図３、図８および図１０に示すように、第６電極５３に導通している。本実施形態においては、第２ゲート端子８５は、端子部８５１、複数の接続部８５２および中継部８５３を有する。

【0051】

端子部８５１は、封止樹脂７から突出した部位である。図示された例においては、端子部８５１は、封止樹脂７の樹脂第４面７４から第１方向ｘのｘ２側に突出している。また、端子部８５１は、樹脂第４面７４から第１方向ｘのｘ２側に延びる部分と、当該部分から厚さ方向ｚのｚ２側に延びる部分とを有する。図示された例においては、端子部８５１は、露出部１２に対して第２方向ｙのｙ１側に位置する。端子部８５１は、半導体装置Ａ１を後述の車両Ｂ１等に搭載される際に用いられる。

【0052】

接続部８５２は、第６電極５３に電気的に接続された部位であり、封止樹脂７によって覆われている。本実施形態においては、第２ゲート端子８５は、複数の第２半導体素子５の個数と同数の複数の接続部８５２を有する。本実施形態の接続部８５２は、接合材５９を介して第６電極５３に導通接合されている。

【0053】

中継部８５３は、端子部８５１と複数の接続部８５２との間に介在する部位である。中継部８５３は、封止樹脂７によって覆われている。中継部８５３は、裏面１１２から厚さ方向ｚのｚ２側に離れている。

【0054】

また、半導体装置Ａ１は、１以上の制御端子８７を備えていてもよい。１以上の制御端子８７としては、たとえば第５電極５２に導通するソースセンス端子、図示しないサーミスタまたは熱電対に導通する温度検出端子、等が挙げられる。

【0055】

図１１は、半導体装置Ａ１を示す回路図である。同図に示すように、第１半導体素子４が上アーム回路を構成しており、第２半導体素子５が下アーム回路を構成している。正極端子８１および負極端子８２は、直流電力が入力される端子である。出力端子８３は、交流電力が供給される駆動源等に接続される端子である。第１ゲート端子８４には、第１半導体素子４を制御する制御信号が入力される。第２ゲート端子８５には、第２半導体素子５を制御する制御信号が入力される。

【0056】

次に、図１２に基づき、半導体装置Ａ１が搭載された車両Ｂ１について説明する。車両Ｂ１は、たとえば電気自動車（ＥＶ）である。

【0057】

図１２に示すように、車両Ｂ１は、車載充電器９１、蓄電池９２および駆動系統９３を備える。車載充電器９１には、屋外に設置された給電施設（図示略）から無線により電力が供給される。この他、給電施設から車載充電器９１への電力の供給手段は、有線でもよい。車載充電器９１には、昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータが構成されている。車載充電器９１に供給された電力の電圧は、当該コンバータにより昇圧された後、蓄電池９２に給電される。昇圧された電圧は、たとえば６００Ｖである。

【0058】

駆動系統９３は、車両Ｂ１を駆動する。駆動系統９３は、インバータ９３１および駆動源９３２を有する。半導体装置Ａ１は、インバータ９３１の一部を構成する。蓄電池９２に蓄えられた電力は、インバータ９３１に給電される。蓄電池９２からインバータ９３１に給電される電力は、直流電力である。この他、図１２に示す電力系統とは異なり、蓄電池９２とインバータ９３１との間に昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータをさらに設けてもよい。インバータ９３１は、直流電力を交流電力に変換する。半導体装置Ａ１を含めたインバータ９３１は、駆動源９３２に導通している。

【0059】

駆動源９３２は、交流モータおよび変速機を有する。インバータ９３１によって変換された交流電力が駆動源９３２に供給されると、交流モータが回転するとともに、その回転が変速機に伝達される。変速機は、交流モータから伝達された回転数を適宜減じた上で、車両Ｂ１の駆動軸を回転させる。これにより、車両Ｂ１が駆動する。車両Ｂ１の駆動にあたっては、アクセルペダルの変動量などの情報に基づき交流モータの回転数を自在に操作する必要がある。インバータ９３１における半導体装置Ａ１は、要求される交流モータの回転数に対応させるべく、周波数が適宜変化された交流電力を出力するために必要である。

【0060】

次に、半導体装置Ａ１および車両Ｂ１の作用について説明する。

【0061】

図７に示す例においては、露出部１２にヒートシンクＨｓが取り付けられている。ヒートシンクＨｓは、たとえば車両Ｂ１の構成部品である。本実施形態においては、熱交換基材１は、出力端子８３と導通している。このため、ヒートシンクＨｓと露出部１２との間に、絶縁部材１９が設けられている。絶縁部材１９は、たとえば樹脂、セラミック、絶縁テープ等である。

【0062】

図７に示すように、熱交換基材１内においては、空間部１ｃに封入された作動液１５の一部が、たとえば毛細管現象により多孔質部１ｂに吸収される。第１半導体素子４および第２半導体素子５が発熱すると、被覆部１１に熱が伝えられる。この熱は、外殻部１ａを介して多孔質部１ｂに吸収されている作動液１５に伝わる。これにより、作動液１５が蒸発すると、潜熱の吸収により、第１半導体素子４および第２半導体素子５からの熱がさらに吸収される。

【0063】

蒸発した作動液１５の気体は、空間部１ｃを通じて露出部１２に移動する。一方、被覆部１１の多孔質部１ｂにおいて作動液１５が蒸発すると、毛細管現象により、露出部１２の多孔質部１ｂに吸収されていた作動液１５が被覆部１１の多孔質部１ｂへと移動する。露出部１２に移動した作動液１５の気体は、ヒートシンクＨｓによる吸熱等により冷やされ、凝縮する。この際、潜熱の放出により、作動液１５からヒートシンクＨｓへと熱が放出される。一方、被覆部１１の多孔質部１ｂに移動してきた作動液１５は、第１半導体素子４および第２半導体素子５からの熱により蒸発する。

【0064】

このように、熱交換基材１内に封入された作動液１５の被覆部１１における蒸発および露出部１２における凝縮が継続的に生じる。これにより、潜熱の吸収および放出が生じ、第１半導体素子４および第２半導体素子５からの熱がヒートシンクＨｓに放出される。したがって、本実施形態によれば、半導体装置Ａ１の放熱を促進することができる。

【0065】

図１に示すように、正極端子８１、負極端子８２および出力端子８３が第１方向ｘのｘ１側に突出し、露出部１２、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５は、第１方向ｘのｘ２側に突出している。封止樹脂７の第２方向ｙには、いずれの端子等も突出していない。このため、複数の半導体装置Ａ１を車両Ｂ１等に搭載する際に、複数の半導体装置Ａ１を第２方向ｙに配列することが可能である。

【0066】

露出部１２は、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５等よりも、第１方向ｘのｘ２側に突出している。これにより、図７に示すように、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５等とヒートシンクＨｓとの干渉を抑制することができる。

【0067】

図９および図１０に示すように、第１半導体素子４の第２電極４２および第２半導体素子５の第４電極５１は、熱交換基材１に導通接合されている。これにより、第１半導体素子４および第２半導体素子５からの熱を、より速やかに熱交換基材１に伝えることが可能であり、半導体装置Ａ１の放熱促進に好ましい。

【0068】

第１半導体素子４が主面１１１に搭載され、第２半導体素子５が裏面１１２に搭載されている。これにより、第１半導体素子４および第２半導体素子５を厚さ方向ｚに視て互いに重なるような位置関係で配置することが可能である。したがって、半導体装置Ａ１の小型化を図ることができる。

【0069】

図１３～図１７は、本開示の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。また、各変形例および各実施形態における各部の構成は、技術的な矛盾を生じない範囲において相互に適宜組み合わせ可能である。

【0070】

＜第１実施形態 第１変形例＞
図１３は、半導体装置Ａ１の第１変形例を示している。本変形例の半導体装置Ａ１１は、熱交換基材１の構成が上述の半導体装置Ａ１と異なっている。

【0071】

本変形例では、熱交換基材１は、２つの露出部１２を有する。一方の露出部１２は、封止樹脂７の樹脂第５面７５から第２方向ｙのｙ１側に突出している。他方の露出部１２は、封止樹脂７の樹脂第６面７６から第２方向ｙのｙ２側に突出している。

【0072】

本変形例によっても、半導体装置Ａ１１の放熱を促進することができる。また、露出部１２が、正極端子８１、負極端子８２、出力端子８３、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５のいずれとも異なる方向に突出している。これにより、上述のヒートシンクＨｓを露出部１２に当接させる場合に、ヒートシンクＨｓと正極端子８１、負極端子８２、出力端子８３、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５のいずれかと干渉することを回避しやすいという利点がある。本変形例から理解されるように、露出部１２の具体的な構成は、何ら限定されない。

【0073】

＜第２実施形態＞
図１４～図１７は、本開示の第２実施形態に係る半導体装置を示している。本実施形態の半導体装置Ａ２は、絶縁層６１を備える。また、半導体装置Ａ２においては、絶縁層６１を有する絶縁基板６が採用されている。

【0074】

絶縁基板６は、第１半導体素子４および第２半導体素子５と熱交換基材１との間に介在しており、第１半導体素子４および第２半導体素子５と熱交換基材１とを絶縁している。このため、本実施形態の熱交換基材１は、正極端子８１、負極端子８２、出力端子８３、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５のいずれとも導通していない。

【0075】

絶縁基板６は、絶縁層６１、第１金属層６２および第２金属層６３を有する。絶縁層６１は、絶縁性を有し、たとえばセラミックからなる。第１金属層６２は、絶縁層６１に対して厚さ方向ｚのｚ２側に積層されており、たとえば銅（Ｃｕ）等の金属または合金を含む。第２金属層６３は、絶縁層６１に対して厚さ方向ｚのｚ１側に積層されており、たとえば銅（Ｃｕ）等の金属または合金を含む。

【0076】

本実施形態においては、第２金属層６３が主面１１１に接合されている。第２金属層６３と主面１１１との接合手法は、何ら限定されず、たとえば図示しない導通接合材を介して実現されていてもよいし、たとえば溶接等の手法によって実現されていてもよいし、たとえば固相拡散接合によって実現されてもよいし、たとえば第２金属層６３と被覆部１１とが一体的に形成されていてもよい。

【0077】

また、本実施形態においては、第２電極４２および第４電極５１が、第１金属層６２に導通している。第２電極４２は、中間部材４５を介して第１金属層６２に導通接合されていてもよい。第４電極５１は、接合材５９を介して第１金属層６２に導通接合されていてもよい。

【0078】

出力端子８３は、第１金属層６２に導通接合されている。接続部８３２と第１金属層６２との接合手法は、何ら限定されず、たとえば図示しない導通接合材を介して実現されていてもよいし、たとえば溶接等の手法によって実現されていてもよいし、たとえば固相拡散接合によって実現されてもよいし、たとえば出力端子８３と第１金属層６２とが一体的に形成されていてもよい。

【0079】

本実施形態によっても、半導体装置Ａ２の放熱を促進することができる。また、熱交換基材１が第１半導体素子４および第２半導体素子５や、正極端子８１、負極端子８２、出力端子８３、第１ゲート端子８４および第２ゲート端子８５のいずれとも導通していない。このため、たとえば、図１６に示すように露出部１２とヒートシンクＨｓとを、絶縁部材等を用いることなく、直接当接させることができる。

【0080】

本開示に係る半導体装置および車両は、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示に係る半導体装置および車両の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【0081】

［付記１］
熱交換基材と、
前記熱交換基材に搭載された半導体素子と、
前記熱交換基材の一部および前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、
前記熱交換基材は、外殻部および前記外殻部によって密閉された空間部と、前記空間部に封入された作動液とを含み、且つ前記封止樹脂に覆われた被覆部と前記封止樹脂から露出する露出部と、を有し、前記作動液が前記被覆部と前記露出部とを移動することにより、前記被覆部において吸収した熱を、前記露出部から放出する、半導体装置。
［付記２］
複数の前記半導体素子を備え、
前記複数の半導体素子は、第１半導体素子および第２半導体素子を含み、
前記第１半導体素子が、上アーム回路を構成し、
前記第２半導体素子が、下アーム回路を構成する、付記１に記載の半導体装置。
［付記３］
前記第１半導体素子は、厚さ方向において互いに反対側に配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に流れる電流を制御する制御信号が入力される第３電極と、を有し、
前記第２半導体素子は、前記厚さ方向において互いに反対側に配置された第４電極および第５電極と、前記第４電極および前記第５電極に流れる電流を制御する制御信号が入力される第６電極と、を有する、付記２に記載の半導体装置。
［付記４］
前記第１電極は、ドレイン電極であり、
前記第２電極は、ソース電極であり、
前記第３電極は、ゲート電極であり、
前記第４電極は、ドレイン電極であり、
前記第５電極は、ソース電極であり、
前記第６電極は、ゲート電極である、付記３に記載の半導体装置。
［付記５］
前記第２電極および前記第４電極が、前記熱交換基材に導通接合されている、付記４に記載の半導体装置。
［付記６］
前記被覆部は、前記厚さ方向において互いに反対側に位置する主面および裏面を有し、
前記第２電極および前記第４電極は、前記主面に導通接合されている、付記５に記載の半導体装置。
［付記７］
前記第１半導体素子および前記第２半導体素子と前記熱交換基材との間に介在する絶縁層を備える、付記４に記載の半導体装置。
［付記８］
前記絶縁層および前記絶縁層に対して前記熱交換基材とは反対側に積層された第１金属層を有する絶縁基板を備え、
前記第２電極および前記第４電極が、前記第１金属層に導通接合されている、付記７に記載の半導体装置。
［付記９］
前記絶縁基板は、前記絶縁層と前記熱交換基材との間に介在する第２金属層をさらに有する、付記８に記載の半導体装置。
［付記１０］
前記第１電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する正極端子をさらに備える、付記５ないし９のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１１］
前記第５電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する負極端子をさらに備える、付記１０に記載の半導体装置。
［付記１２］
前記熱交換基材に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する出力端子をさらに備える、付記１１に記載の半導体装置。
［付記１３］
前記第３電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する第１ゲート端子と、
前記第６電極に導通し、且つ前記封止樹脂から突出する部分を有する第２ゲート端子と、をさらに備える、付記１２に記載の半導体装置。
［付記１４］
前記正極端子、前記負極端子および前記出力端子と前記第１ゲート端子および第２ゲート端子とは、前記封止樹脂から互いに異なる方向に突出している、付記１３に記載の半導体装置。
［付記１５］
前記第１ゲート端子および第２ゲート端子と前記露出部とは、前記封止樹脂から同じ方向に突出している、付記１４に記載の半導体装置。
［付記１６］
駆動源と、
付記１ないし１５のいずれかに記載の半導体装置と、を備え、
前記半導体装置は、前記駆動源に導通している、車両。

【符号の説明】

【0082】

Ａ１，Ａ１１，Ａ２：半導体装置
Ｂ１ ：車両
１ ：熱交換基材
１ａ ：外殻部
１ｂ ：多孔質部
１ｃ ：空間部
４ ：第１半導体素子
５ ：第２半導体素子
６ ：絶縁基板
７ ：封止樹脂
１１ ：被覆部
１２ ：露出部
１５ ：作動液
１９ ：絶縁部材
４１ ：第１電極
４２ ：第２電極
４３ ：第３電極
４５ ：中間部材
４９ ：接合材
５１ ：第４電極
５２ ：第５電極
５３ ：第６電極
５９ ：接合材
６１ ：絶縁層
６２ ：第１金属層
６３ ：第２金属層
７１ ：樹脂第１面
７２ ：樹脂第２面
７３ ：樹脂第３面
７４ ：樹脂第４面
７５ ：樹脂第５面
７６ ：樹脂第６面
８１ ：正極端子
８２ ：負極端子
８３ ：出力端子
８４ ：第１ゲート端子
８５ ：第２ゲート端子
８６ ：制御端子
８７ ：制御端子
８９ ：絶縁部材
９１ ：車載充電器
９２ ：蓄電池
９３ ：駆動系統
１１１ ：主面
１１２ ：裏面
８１１ ：端子部
８１２ ：接続部
８１３ ：中継部
８２１ ：端子部
８２２ ：接続部
８２３ ：中継部
８３１ ：端子部
８３２ ：接続部
８４１ ：端子部
８４２ ：接続部
８４３ ：中継部
８５１ ：端子部
８５２ ：接続部
８５３ ：中継部
９３１ ：インバータ
９３２ ：駆動源
Ｈｓ ：ヒートシンク
ｘ ：第１方向
ｙ ：第２方向
ｚ ：厚さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】