半導(dǎo)體裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】在半導(dǎo)體芯片被冷卻器冷卻的半導(dǎo)體裝置中，省去半導(dǎo)體芯片和冷卻器之間的絕緣部件謀求簡(jiǎn)化構(gòu)造。設(shè)置有半導(dǎo)體芯片(21、22)和讓半導(dǎo)體芯片(21、22)與制冷劑進(jìn)行熱交換的冷卻器(23、24、25)。制冷劑為非導(dǎo)電性。半導(dǎo)體芯片(21、22)和冷卻器(23、24、25)經(jīng)由導(dǎo)電性連接部件(28)相連接或者直接連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片被冷卻器冷卻的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]存在交直流轉(zhuǎn)換電路等中所用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT=Insulated GateBipolar Transistor)被空冷式、水冷式冷卻器冷卻的情況(參照例如專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0003]該空冷式冷卻器一般都具有體積比較大的傾向。如果冷卻器這樣比較大，就難以將IGBT和內(nèi)裝有交直流轉(zhuǎn)換電路等的機(jī)體絕緣。就水冷式冷卻器而言，因?yàn)樗哂袑?dǎo)電性，所以在所謂的應(yīng)對(duì)強(qiáng)電的IGBT的情況下則需要將構(gòu)成該IGBT的半導(dǎo)體芯片和冷卻器電氣絕緣。因此，無(wú)論采用了空冷式、水冷式中的哪一種方式，一般情況下都要在半導(dǎo)體芯片和冷卻器之間設(shè)置絕緣部件(參照例如專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本公開(kāi)特許公報(bào)特開(kāi)2005-123233號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題一
[0006]然而，如果設(shè)置上述絕緣部件，則會(huì)IGBT和冷卻器之間的熱電阻增大而導(dǎo)致冷卻效率下降的問(wèn)題和裝置成本增加的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明正是為解決上述問(wèn)題而完成的。其目的在于:在半導(dǎo)體芯片被冷卻器冷卻的半導(dǎo)體裝置中，省去半導(dǎo)體芯片和冷卻器之間的絕緣部件，使冷卻效率提高，謀求簡(jiǎn)化冷卻機(jī)構(gòu)，降低裝置成本。
[0008]—用于解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案一
[0009]為解決上述問(wèn)題，第一方面發(fā)明是一種半導(dǎo)體裝置，包括:半導(dǎo)體芯片21、22和讓所述半導(dǎo)體芯片21、22與制冷劑進(jìn)行熱交換的冷卻器23、24、25。所述制冷劑為非導(dǎo)電性，所述半導(dǎo)體芯片21、22和所述冷卻器23、24、25經(jīng)導(dǎo)電性連接部件28相連接或者直接連接。
[0010]在該結(jié)構(gòu)下，因?yàn)橹评鋭榉菍?dǎo)電性，所以即使半導(dǎo)體芯片21、22和冷卻器23、24,25經(jīng)由導(dǎo)電性連接部件28相連接或者直接連接，電流也不會(huì)通過(guò)制冷劑從半導(dǎo)體芯片2U22流到例如制冷劑的提供源中。
[0011]第二方面發(fā)明是這樣的，在第一方面發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，所述冷卻器23、24、25被作為讓電流流動(dòng)的匯流條使用。
[0012]在該結(jié)構(gòu)下，冷卻器23、24、25兼作匯流條用。
[0013]第三方面發(fā)明是這樣的，在第一或者第二方面發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，
[0014]所述冷卻器23、24、25與所述半導(dǎo)體芯片21、22的電極E、C、…相連接。
[0015]第四方面發(fā)明是這樣的，在第一到第三方面中任一方面發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，所述冷卻器23、24、25設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片21、22的兩個(gè)面上。
[0016]第五方面發(fā)明是這樣的，在第一到第四方面中任一方面發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，所述半導(dǎo)體芯片21、22為多個(gè)，多個(gè)半導(dǎo)體芯片21、22共用一個(gè)冷卻器23、24、25。
[0017]第六方面發(fā)明是這樣的，在第一到第五方面中任一方面發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，所述制冷劑是進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷劑回路50中的制冷劑，所述冷卻器23、24、25經(jīng)由非導(dǎo)電性管道部件29與所述制冷劑回路50的管道51相連接。
[0018]在該結(jié)構(gòu)下，制冷劑回路50的管道51和冷卻器23、24、25被電氣絕緣。
[0019]第七方面發(fā)明是這樣的，在第一到第六方面中任一方面發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，所述半導(dǎo)體芯片21、22是用寬帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體元件。
[0020]因?yàn)閷拵栋雽?dǎo)體的損失比同電流的現(xiàn)有元件例如Si元件少，所以在該結(jié)構(gòu)下能夠使芯片尺寸更小。
[0021]一發(fā)明的效果一
[0022]根據(jù)第一方面發(fā)明，因?yàn)殡娏鞑粫?huì)經(jīng)制冷劑從半導(dǎo)體芯片21、22流出，所以在半導(dǎo)體芯片被冷卻器冷卻的半導(dǎo)體裝置中，能夠省去半導(dǎo)體芯片和冷卻器之間的絕緣部件謀求簡(jiǎn)化半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造。這樣一來(lái)，也就能夠提高半導(dǎo)體芯片的冷卻效率、簡(jiǎn)化冷卻機(jī)構(gòu)、抑制半導(dǎo)體裝置成本增加。
[0023]根據(jù)第二方面發(fā)明，能夠減少布線部件；能夠減少?gòu)陌雽?dǎo)體芯片傳遞到周邊部件的熱量，并且能夠?qū)⒅苓叢考鋮s；因?yàn)榘雽?dǎo)體芯片、周邊部件被冷卻器冷卻，所以能夠使布線部件的截面積更小。
[0024]根據(jù)第三方面發(fā)明，通過(guò)將半導(dǎo)體芯片的電極與冷卻器連接，那么當(dāng)電流流入半導(dǎo)體芯片的電極而發(fā)熱之際，則能夠充分地對(duì)該半導(dǎo)體芯片的電極進(jìn)行冷卻。特別是，因?yàn)樗谱鞯碾姌O電阻都較低，熱電阻也低，所以通過(guò)將冷卻器連在電極上，冷卻效果就會(huì)提高。而且，因?yàn)閺碾姎馍蟻?lái)看電極離半導(dǎo)體芯片的結(jié)(junction)比較近，所以在該結(jié)構(gòu)下能夠有效地對(duì)將結(jié)冷卻。
[0025]根據(jù)第四方面發(fā)明，能夠有效地對(duì)半導(dǎo)體芯片21、22進(jìn)行冷卻。而且，因?yàn)樵谠撾p面構(gòu)造下布線部件和半導(dǎo)體芯片21、22之間沒(méi)有絕緣層，所以與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)⒉季€部件布置在半導(dǎo)體芯片21、22附近。這樣一來(lái)，通過(guò)將布線的往返線路布置得較近，則能夠降低阻抗，改善電氣特性。
[0026]根據(jù)第五方面發(fā)明，因?yàn)槎鄠€(gè)半導(dǎo)體芯片21、22共用一個(gè)冷卻器23、24、25，所以能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置20的小型化。
[0027]根據(jù)第六方面發(fā)明，即使制冷劑回路50的管道51具有導(dǎo)電性，來(lái)自半導(dǎo)體芯片21的電流也不會(huì)經(jīng)由該管道51流出。
[0028]根據(jù)第七方面發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是示出功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
[0030]圖2是第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0031]圖3是第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0032]圖4是示出開(kāi)關(guān)元件的一構(gòu)造例的圖。
[0033]圖5是進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷劑回路之一例。
[0034]圖6是第二實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0035]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做說(shuō)明。此外，以下實(shí)施方式是本質(zhì)上優(yōu)選的示例，并沒(méi)有對(duì)本發(fā)明、本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象或本發(fā)明的用途范圍加以限制的意圖。
[0036](發(fā)明的第一實(shí)施方式)
[0037] 作為本發(fā)明的實(shí)施方式，以用在功率轉(zhuǎn)換裝置中的半導(dǎo)體裝置為例做說(shuō)明。圖1是示出功率轉(zhuǎn)換裝置10的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖2是第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置20的俯視圖。圖3是第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置20的剖視圖。此外，圖3示出了圖2中的A — A剖面。在圖2和圖3中，除示出半導(dǎo)體裝置20以外，還示出構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置10的一部分部件。
[0038]〈功率轉(zhuǎn)換裝置10的電路結(jié)構(gòu)〉
[0039]功率轉(zhuǎn)換裝置10包括直流電源11、平滑電容12以及半導(dǎo)體裝置20。直流電源11包括橋式連接的六個(gè)二極管D，對(duì)從三相交流電源60輸入的交流進(jìn)行全波整流。平滑電容12是將直流電源11的輸出平滑化的電解電容，經(jīng)電抗線圈L與直流電源11相連接。
[0040]〈半導(dǎo)體裝置20〉
[0041]—回路結(jié)構(gòu)一
[0042]半導(dǎo)體裝置20構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置10中的交直流轉(zhuǎn)換電路40。多個(gè)(該例中為六個(gè))開(kāi)關(guān)元件21橋式連接構(gòu)成交直流轉(zhuǎn)換電路40。詳細(xì)而言，交直流轉(zhuǎn)換電路中包括三個(gè)由兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件21彼此串聯(lián)而構(gòu)成的開(kāi)關(guān)腿(switching leg)41。各開(kāi)關(guān)腿41中，上臂開(kāi)關(guān)元件21和下臂開(kāi)關(guān)元件21的中點(diǎn)與馬達(dá)70相連接?；亓鞫O管22與各開(kāi)關(guān)元件21逆并聯(lián)。交直流轉(zhuǎn)換電路40的輸入節(jié)點(diǎn)與平滑電容12連接。
[0043]—整體構(gòu)造一
[0044]如圖2、圖3所示，半導(dǎo)體裝置20包括開(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22、傳導(dǎo)塊27、控制引腳30 (control pin)、絕緣封裝材31以及三種匯流條(N相條23、P相條24以及輸出條25。該例中，N相條、P相條23、24分別設(shè)置有一個(gè)。輸出條25設(shè)置有三個(gè)。開(kāi)關(guān)元件
21、回流二極管22以及控制引腳30分別設(shè)置有六個(gè)。此外，圖3等中構(gòu)成要素有多個(gè)的，根據(jù)需要給符號(hào)加注-1、-2…以便于識(shí)別。
[0045]如圖3所示，在半導(dǎo)體裝置20中，按照開(kāi)關(guān)元件21、傳導(dǎo)塊27-1、輸出條25、開(kāi)關(guān)元件21以及傳導(dǎo)塊27-2這樣的順序?qū)盈B(詳情后述)而構(gòu)成開(kāi)關(guān)腿41。圖3示出W相開(kāi)關(guān)腿41的剖面。其它的U相和V相具有同樣的構(gòu)造。
[0046]U相、V相以及W相的各開(kāi)關(guān)腿41由N相和P相條23、24夾住。半導(dǎo)體裝置20由具有絕緣性的絕緣封裝材31封裝起來(lái)。由此而能夠保證半導(dǎo)體裝置20與其它部件絕緣。絕緣封裝材31例如為樹(shù)脂。利用所述封裝而在各開(kāi)關(guān)腿41附近分別固定有兩個(gè)控制引腳(pin)30。
[0047]—開(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22-
[0048]各開(kāi)關(guān)元件21是IGBT。圖4示出開(kāi)關(guān)元件21的結(jié)構(gòu)之例。一個(gè)開(kāi)關(guān)元件21作為一個(gè)裸芯片(bare chip)而形成。如圖4所示，集電極C形成在裸芯片的一個(gè)面上，發(fā)射極E和基極G分別形成在另一個(gè)面上。開(kāi)關(guān)元件21是本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片之一例。
[0049]一個(gè)回流二極管22作為一個(gè)裸芯片而形成。在構(gòu)成回流二極管22的裸芯片的一個(gè)面上形成有陽(yáng)極K，在另一個(gè)面上形成有陰極A?；亓鞫O管22也是本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片之一例。
[0050]—匯流條-
[0051]各匯流條23、24、25具有讓電流流動(dòng)的布線部件的功能，還具有對(duì)開(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22進(jìn)行冷卻的冷卻器的功能。如圖2、圖3所示，各匯流條23、24、25呈板狀。各匯流條23、24、25由鋁或銅等具有導(dǎo)電性和傳熱性的材料形成。在各匯流條23、24、25的一端分別形成有電極部23a、24a、25a。如圖2、圖3所示，各電極部23a、24a、25a從絕緣封裝材31露出來(lái)。
[0052]由銅形成的管道26被埋在各匯流條23、24、25的內(nèi)部。如圖3所示，這些管道26從各開(kāi)關(guān)元件21和各傳導(dǎo)塊27的正下方或者正上方通過(guò)。管道26中從各開(kāi)關(guān)元件21、各傳導(dǎo)塊27的正下方或者正上方通過(guò)的部分的表面積根據(jù)開(kāi)關(guān)元件21和回流二極管22的放熱(后述)量決定。該例中，如圖2所示，N相條和P相條23、24的管道26被布置成蛇爬行狀。輸出條25的管道26大致呈“U”字形。
[0053]非導(dǎo)電性連接管道29與各條管道26的兩端相連接。連接管道29由陶瓷形成。連接管道29是本發(fā)明的非導(dǎo)電性管道部件之一例。
[0054]-匯流條與開(kāi)關(guān)元件等的連接一
[0055]在本實(shí)施方式中，將開(kāi)關(guān)元件21等的上、下朝向(上側(cè)、下側(cè)、上表面、下表面等)定為圖3中的上、下。
[0056]如上所述，輸出條25有三個(gè)，一個(gè)輸出條25上連接有對(duì)應(yīng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)腿41的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件21。因在各開(kāi)關(guān)腿41中各匯流條23、24、25和開(kāi)關(guān)元件21等的連接情況都相同，故以圖3所示之W相為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0057]圖3所示的例子中，圖示于上側(cè)的開(kāi)關(guān)元件21為下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件，圖示于下側(cè)的開(kāi)關(guān)元件21為上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件。在圖3之例中，上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21安裝在P相條24上。具體而言，如圖3所示，開(kāi)關(guān)元件21的集電極C通過(guò)焊錫28與P相條24的上表面連接。通過(guò)這樣用焊錫28進(jìn)行連接，二者便會(huì)電氣且熱連接在一起。焊錫28是本發(fā)明的連結(jié)部件之一例。
[0058]上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的發(fā)射極E利用焊錫28與傳導(dǎo)塊27-1的下表面相連接；傳導(dǎo)塊27-1的上表面通過(guò)焊錫28與輸出條25的下表面相連接。這樣一來(lái)，上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的發(fā)射極E分別便經(jīng)傳導(dǎo)塊27-1與輸出條25電氣且熱連接。上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的基極G通過(guò)金屬細(xì)線布線W與附近的控制引腳30-1相連接。
[0059]下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的集電極C通過(guò)焊錫28與輸出條25的上表面相連接；下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的發(fā)射極E通過(guò)焊錫28與傳導(dǎo)塊27-2的下表面相連接；下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的基極G與通過(guò)金屬細(xì)線布線W與附近的控制引腳30-2相連接；傳導(dǎo)塊27-2的上表面通過(guò)焊錫28與N相條23的下表面相連接。
[0060]此外，雖然在圖3等中省略了圖示，但回流二極管22與開(kāi)關(guān)元件21并列設(shè)置，回流二極管22與開(kāi)關(guān)元件21 —樣與N相條和P相條23、24電氣且熱連接。例如，上臂側(cè)回流二極管22的陽(yáng)極K通過(guò)焊錫28與P相條24的上表面相連接，陰極A通過(guò)焊錫28與傳導(dǎo)塊27-1的下表面相連接。
[0061]如圖2、圖3所示，N相條、P相條23、24的電極部23a、24a形成為平板狀，夾著絕緣材32彼此相對(duì)。在這些電極部23a、24a設(shè)置有端子(例如通孔)，連接有平滑電容12。輸出條25的電極部25a具有交直流轉(zhuǎn)換電路40的輸出端子的功能。此外，如圖2、圖3所示，各電極部23a、24a、25a從絕緣封裝材31露出來(lái)。
[0062]一與制冷劑回路50的連接狀況一
[0063]各匯流條23、24、25的管道26經(jīng)連接管道29與進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷劑回路50相連接，制冷劑在管道26內(nèi)部流通。圖5是進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷劑回路50之一例。制冷劑回路50包括壓縮機(jī)52、室外熱交換器53、膨脹閥54、四通換向閥55以及室內(nèi)熱交換器56，它們通過(guò)管道51連接在一起。制冷劑在制冷劑回路50中循環(huán)而進(jìn)行蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。制冷劑回路50中所用制冷劑為非導(dǎo)電性。
[0064]室內(nèi)熱交換器56由橫肋型管片式熱交換器構(gòu)成,讓制冷劑與室外空氣進(jìn)行熱交換。壓縮機(jī)52可以采用例如渦旋式壓縮機(jī)等各種壓縮機(jī)。室外熱交換器53由橫肋型管片式熱交換器構(gòu)成，讓制冷劑與室外空氣進(jìn)行熱交換。膨脹閥54與室外熱交換器53和室內(nèi)熱交換器56相連接，讓流入的制冷劑膨脹，將制冷劑減壓到規(guī)定壓力后再讓該制冷劑流出。該例中，膨脹閥54由開(kāi)度可變的的電子膨脹閥構(gòu)成。四通換向閥55上設(shè)置有第一到第四通口，四通換向閥55在第一通口與第三通口連通同時(shí)第二通口與第四通口連通的第一狀態(tài)(圖1中實(shí)線所示狀態(tài))、第一通口與第四通口連通同時(shí)第二通口與第三通口連通的第二狀態(tài)(圖1中虛線所示狀態(tài))之間切換。四通換向閥55的第一通口與壓縮機(jī)52的噴氣口連接，第二通口與壓縮機(jī)52的吸氣口連接。第三通口經(jīng)室外熱交換器53和膨脹閥54與室內(nèi)熱交換器56的一端相連接，第四通口與室內(nèi)熱交換器56的另一端相連接。當(dāng)在制冷劑回路50中進(jìn)行制冷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下四通換向閥55被切換為第一狀態(tài)，進(jìn)行制熱運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下被切換為第二狀態(tài)。
[0065]該例中，各匯流條23、24、25的管道26連接在室外熱交換器53與膨脹閥54之間，制冷劑循環(huán)。
[0066]〈對(duì)開(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22的冷卻〉
[0067]因?yàn)楦鏖_(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22的端子通過(guò)焊錫28與任一個(gè)匯流條23、24、25電連接，所以電流根據(jù)開(kāi)關(guān)元件21的開(kāi)關(guān)流經(jīng)匯流條23、24、25。而且，伴隨著該開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22會(huì)發(fā)熱。
[0068]另一方面，如果在制冷劑回路50進(jìn)行制冷循環(huán)，制冷劑則會(huì)在該各匯流條23、24、25中流通。因?yàn)楦鏖_(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22通過(guò)焊錫28與任一個(gè)匯流條23、24、25熱連接，所以開(kāi)關(guān)元件21和回流二極管22在所連接的匯流條23、24、25中向所述制冷劑放熱而被冷卻。該例中，在對(duì)U相、V相以及W相各相的開(kāi)關(guān)元件21進(jìn)行冷卻時(shí)都使用N相條23和P相條24。對(duì)開(kāi)關(guān)腿41內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件21進(jìn)行冷卻時(shí)都使用各輸出條25。也就是說(shuō)，由多個(gè)半導(dǎo)體芯片共用一個(gè)冷卻器。
[0069]如上所述，電流根據(jù)開(kāi)關(guān)元件21的開(kāi)關(guān)電流流經(jīng)各匯流條23、24、25。但因各匯流條23、24、25經(jīng)非導(dǎo)電性連接管道29與制冷劑回路50的管道51相連接，所以匯流條23、24,25的管道26和制冷劑回路50的管道51被電氣絕緣。
[0070]例如，在管道51采用非導(dǎo)電性材料形成，制冷劑卻具有導(dǎo)電性的情況下，匯流條
23、24、25和制冷劑回路50會(huì)電連接。但是，在本實(shí)施方式中，因?yàn)橹评鋭┮矠榉菍?dǎo)電性，所以匯流條23、24、25不會(huì)經(jīng)制冷劑與制冷劑回路50電連接。因此，在本實(shí)施方式中，確保了半導(dǎo)體裝置20和制冷劑回路50的電氣絕緣。
[0071]〈本實(shí)施方式的效果〉
[0072]如上所述，在本實(shí)施方式中，無(wú)在冷卻器匯流條23、24、25和半導(dǎo)體芯片開(kāi)關(guān)元件21等之間設(shè)置絕緣部件，就能夠確保半導(dǎo)體裝置20和制冷劑回路50電氣絕緣。因此，在半導(dǎo)體芯片被冷卻器冷卻的半導(dǎo)體裝置中，省去半導(dǎo)體芯片和冷卻器之間的絕緣部件而能夠謀求簡(jiǎn)化半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造。這樣一來(lái)，也能夠提高半導(dǎo)體芯片的冷卻效率，簡(jiǎn)化冷卻機(jī)構(gòu)，抑制半導(dǎo)體裝置成本增加。還能夠防止開(kāi)關(guān)元件21開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的噪音傳到半導(dǎo)體裝置20的外部。
[0073]因?yàn)镻相條24的電極部24a和N相條23的電極部23a正相對(duì)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)N相條、P相條23、24的低阻抗化。
[0074]因?yàn)榘雽?dǎo)體芯片與P相條24和N相條23直接連接，所以能夠增大半導(dǎo)體芯片和匯流條的接合面積，減少半導(dǎo)體芯片和匯流條之間的布線阻抗。這樣就能夠抑制施加給半導(dǎo)體芯片的浪涌電壓，將開(kāi)關(guān)高速化。
[0075](發(fā)明的第二實(shí)施方式)
[0076]圖6是第二實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置20的剖視圖。第二實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置20與第一實(shí)施方式不同的地方在開(kāi)關(guān)腿41的構(gòu)造上。此外，在本實(shí)施方式中，將開(kāi)關(guān)元件21等的上下朝向(上側(cè)、下側(cè)、上表面、下表面等)定為圖6中的上下。
[0077]〈半導(dǎo)體裝置20的構(gòu)造〉
[0078]圖6示出W相的開(kāi)關(guān)腿41。其它U相和V相也具有相同的構(gòu)造。該半導(dǎo)體裝置20中，輸出條25也設(shè)置有三個(gè)，N相條、P相條23、24也分別設(shè)置有一個(gè)。圖6之例中，該圖左側(cè)的開(kāi)關(guān)元件21為上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件，右側(cè)的開(kāi)關(guān)元件21為下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件。因各開(kāi)關(guān)腿41中各匯流條23、24、25和開(kāi)關(guān)元件21等的連接狀況都相同，故以圖6所示W(wǎng)相為例做說(shuō)明。
[0079]本實(shí)施方式中的開(kāi)關(guān)腿41中，如圖6所示，上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的集電極C側(cè)的面通過(guò)焊錫28與輸出條25的上表面相連接。上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的發(fā)射極E通過(guò)焊錫28與傳導(dǎo)塊27-1相連接。
[0080]P相條24通過(guò)焊錫28與傳導(dǎo)塊27_1的上表面相連接。上臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的發(fā)射極E因此而與P相條24電氣且熱連接。
[0081]傳導(dǎo)塊27-2與上臂側(cè)開(kāi)關(guān)兀件21并列著設(shè)置在輸出條25的上表面上。輸出條25和傳導(dǎo)塊27-2通過(guò)焊錫28相連接。下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的發(fā)射極E通過(guò)焊錫28與傳導(dǎo)塊27-2的上表面相連接。N相條23通過(guò)焊錫28與下臂側(cè)開(kāi)關(guān)元件21的集電極C相連接。
[0082]由銅形成的管道26被埋在各匯流條23、24、25的內(nèi)部。如圖6所示，這些管道26從各開(kāi)關(guān)元件21和各傳導(dǎo)塊27的正下方或者正上方通過(guò)。管道26中從各開(kāi)關(guān)元件21、各傳導(dǎo)塊27的正下方或者正上方通過(guò)的部分的表面積根據(jù)開(kāi)關(guān)元件21和回流二極管22的放熱(后述)量決定。非導(dǎo)電性連接管道29與各條管道26的兩端相連接。
[0083]半導(dǎo)體裝置20由具有絕緣性的絕緣封裝材31封裝起來(lái)。由此而能夠保證半導(dǎo)體裝置20與其它部件絕緣。絕緣封裝材31例如為樹(shù)脂。利用所述封裝在各個(gè)相的開(kāi)關(guān)腿41附近固定有控制引腳30。各開(kāi)關(guān)元件21的基極G通過(guò)金屬細(xì)線布線W與相鄰的控制引腳30相連接。各匯流條23、24、25的管道26經(jīng)連接管道29與制冷劑回路50的管道51相連接，所述制冷劑在各管道26中循環(huán)。
[0084]〈本實(shí)施方式的效果〉
[0085]本實(shí)施方式中也是如此，因?yàn)楦鏖_(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22的端子通過(guò)焊錫28與任一個(gè)匯流條23、24、25電氣連接，所以電流會(huì)根據(jù)開(kāi)關(guān)元件21的開(kāi)關(guān)而流經(jīng)各匯流條23、24,25ο
[0086]因?yàn)楦鏖_(kāi)關(guān)元件21、回流二極管22通過(guò)焊錫28與任一個(gè)匯流條23、24、25熱連接，所以開(kāi)關(guān)元件21和回流二極管22在所連接的匯流條23、24、25中向所述制冷劑放熱而被冷卻。
[0087]因此，本實(shí)施方式也能夠收到與第一實(shí)施方式一樣的效果。
[0088](其它實(shí)施方式)
[0089]此外，并非一定需要讓制冷劑流過(guò)所有的匯流條23、24、25。制冷劑流過(guò)哪一個(gè)匯流條23、24、25只要根據(jù)開(kāi)關(guān)元件21等的放熱量決定即可。
[0090]回流二極管22還可以設(shè)置在半導(dǎo)體裝置20外部。
[0091]通過(guò)讓各管道26串聯(lián)連接，那么在與制冷劑回路50的連接上，制冷劑的入口和出口成對(duì)，而能夠易于連接。
[0092]還可以讓管道26的一部分從匯流條23、24、25露出來(lái)而做到能夠檢測(cè)溫度。這樣一來(lái)就能夠?qū)χ评鋭┻M(jìn)行溫度控制。
[0093]作為開(kāi)關(guān)元件21而采用的IGBT為示例。除此以外，開(kāi)關(guān)元件21還可以采用FET
坐寸ο
[0094]例如，開(kāi)關(guān)元件21采用由寬帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體元件(以下，寬帶隙半導(dǎo)體元件)更合適。SiC(Silicon carbide)即為寬帶隙半導(dǎo)體之一個(gè)。
[0095]通過(guò)使用寬帶隙半導(dǎo)體元件能夠?qū)崿F(xiàn)元件的小型化。也就是說(shuō)，因?yàn)閷拵栋雽?dǎo)體(例如SiC元件)的損失比現(xiàn)有元件(例如Si元件)少，所以能夠使芯片尺寸比同電流的現(xiàn)有元件小。
[0096]但是，因?yàn)橐话闱闆r下布線匯流條的截面積由電流的大小決定，所以SiC元件等寬帶隙半導(dǎo)體元件需要與電流大小相匹配的布線。其結(jié)果是，就現(xiàn)有裝置而言，即使使用寬帶隙半導(dǎo)體元件，作為裝置整體也難以實(shí)現(xiàn)的小型化。相對(duì)于此，在本實(shí)施方式中，因?yàn)閷⒗鋮s器23、24、25作為匯流條使用，所以能夠?qū)崿F(xiàn)匯流條的小型化。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置整體的小型化。
[0097]若使用寬帶隙半導(dǎo)體元件，則能夠在低溫環(huán)境下使用周邊部件。寬帶隙半導(dǎo)體元件能夠在高溫(例如400°C以上)下使用。但是，周?chē)碾娙莸鹊氖褂脺囟葏s比它低(例如100°C左右)。因此，在要使用現(xiàn)有的銅匯流條連接寬帶隙半導(dǎo)體元件和周邊部件的情況下，需要將周邊部件布置得較遠(yuǎn)，或者降低元件的使用溫度等，而無(wú)法發(fā)揮寬帶隙半導(dǎo)體元件的優(yōu)點(diǎn)。
[0098]相對(duì)于此，在本實(shí)施方式中，因?yàn)橛弥评鋭?duì)匯流條23、24、25進(jìn)行冷卻，所以半導(dǎo)體芯片21、22(元件)的溫度難以傳遞給周邊部件。其結(jié)果是，能夠在高溫下使用寬帶隙半導(dǎo)體元件。而且還具有將電容等冷卻的效果，使用壽命能夠加長(zhǎng)。
[0099]若使用寬帶隙半導(dǎo)體元件，則能夠減小元件的熱電阻，實(shí)現(xiàn)小型元件。寬帶隙半導(dǎo)體元件的導(dǎo)熱率比現(xiàn)有元件(例如Si元件)大(熱電阻小)。因此，絕緣層(冷卻器和半導(dǎo)體芯片之間的絕緣部件)的熱電阻在總熱電阻中所占的比例增大。在本實(shí)施方式中，通過(guò)去掉絕緣層，裝置整體的熱電阻減小，而能夠?qū)崿F(xiàn)更加小型化的元件。
[0100]一產(chǎn)業(yè)實(shí)用性一
[0101]本發(fā)明作為半導(dǎo)體芯片被冷卻器冷卻的半導(dǎo)體裝置有用。
[0102]—符號(hào)說(shuō)明一
[0103]20半導(dǎo)體裝置
[0104]21開(kāi)關(guān)元件(半導(dǎo)體芯片)
[0105]22回流二極管(半導(dǎo)體芯片)
[0106]23 N相條(冷卻器)
[0107]24 P相條(冷卻器)
[0108]25輸出條(冷卻器)
[0109]28焊錫(連接部件)
[0110]29連接管道(管道部件)
[0111]50制冷劑回路
[0112]51 管道
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其包括:半導(dǎo)體芯片(21、22)、讓所述半導(dǎo)體芯片(21、22)與制冷劑進(jìn)行熱交換的冷卻器(23、24、25)，其特征在于: 所述制冷劑為非導(dǎo)電性， 所述半導(dǎo)體芯片(21、22)和所述冷卻器(23、24、25)經(jīng)由導(dǎo)電性連接部件(28)相連接或者直接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述冷卻器(23、24、25)被作為讓電流流動(dòng)的匯流條使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述冷卻器(23、24、25)與所述半導(dǎo)體芯片(21、22)的電極(E、C、…)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述冷卻器(23、24、25)設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片(21、22)的兩個(gè)面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述半導(dǎo)體芯片(21、22)為多個(gè)，多個(gè)半導(dǎo)體芯片(21、22)共用一個(gè)冷卻器(23、24、25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述制冷劑是進(jìn)行制冷循環(huán)的制冷劑回路(50)中的制冷劑， 所述冷卻器(23、24、25)經(jīng)由非導(dǎo)電性管道部件(29)與所述制冷劑回路(50)的管道(51)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述半導(dǎo)體芯片(21、22)是用寬帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體元件。
【文檔編號(hào)】H01L23/473GK103918073SQ201280054332
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】周越強(qiáng), 前田敏行 申請(qǐng)人:大金工業(yè)株式會(huì)社