JP2002270742A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2002270742A
JP2002270742A JP2001069118A JP2001069118A JP2002270742A JP 2002270742 A JP2002270742 A JP 2002270742A JP 2001069118 A JP2001069118 A JP 2001069118A JP 2001069118 A JP2001069118 A JP 2001069118A JP 2002270742 A JP2002270742 A JP 2002270742A
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Japan
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bus bar
bar electrode
base plate
semiconductor device
metal plate
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JP2001069118A
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Japanese (ja)
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Yutaka Tajima
豊 田島
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Unisia Jecs Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability and reliability by surely radiating heat generated by a semiconductor element. SOLUTION: On the surface 1A of a base plate 1, a projection part 3A is inserted to an opening part 2, and a peripheral part 3B is stuck so as to fit a bus-bar electrode 3. On the surface of the electrode 3, an IGBT 9 and a flow- back diode 12 are soldered via a stress relaxation metal plate 6. Thus, the heat generated by the IGBT 9 is radiated through the projection part 3A of the electrode 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱用のベースプ
レートに絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、
ＩＧＢＴという）、ＭＯＳトランジスタ（以下、ＭＯＳ
ＦＥＴという）等の半導体素子を実装した半導体装置に
関し、例えば電動モータの駆動制御等に用いて好適な半
導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate bipolar transistor
IGBT), MOS transistor (hereinafter, MOS)
The present invention relates to a semiconductor device on which a semiconductor element such as an FET is mounted, and to a semiconductor device suitable for use in, for example, drive control of an electric motor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体装置としてモータ制御に
用いるインバータ等のパワーモジュールが知られている
（例えば、特開２０００−２９９４１９号公報等）。そ
して、このような従来技術による半導体装置は、例えば
窒化アルミニウム等からなるセラミックス基板の表面
に、銅、アルミニウム等の金属箔を介してＩＧＢＴ等の
半導体素子を搭載されている。また、セラミックス基板
の裏面には、シリコーングリス等のオイルコンパウンド
を介してアルミニウム等の導電性金属材料からなる放熱
板が取付けられている。2. Description of the Related Art Generally, a power module such as an inverter used for motor control is known as a semiconductor device (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-299419). In such a conventional semiconductor device, a semiconductor element such as an IGBT is mounted on a surface of a ceramic substrate made of, for example, aluminum nitride via a metal foil such as copper or aluminum. Further, a heat radiating plate made of a conductive metal material such as aluminum is attached to the back surface of the ceramic substrate via an oil compound such as silicone grease.

【０００３】そして、半導体素子が動作するときには、
半導体素子が発生する熱を高熱伝導性を有するセラミッ
クス基板を通じて放熱板に伝達し、半導体素子からの熱
を放熱している。When a semiconductor device operates,
The heat generated by the semiconductor element is transmitted to the heat radiating plate through the ceramic substrate having high thermal conductivity, and the heat from the semiconductor element is radiated.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よる半導体装置では、セラミックス基板の裏面には、シ
リコーングリスを挟んだ状態で放熱板が接合されてい
る。そして、一般にシリコーングリス等のオイルコンパ
ウンドは大きな熱抵抗を有するから、半導体素子によっ
て発生した熱を十分に放熱板に伝達することができない
傾向がある。また、セラミックス基板と放熱板との間に
は、セラミックス基板等の反り等によって隙間が生じ易
く、この隙間によって熱抵抗が増大することがある。こ
の結果、半導体素子の温度上昇を十分に抑制することが
できず、耐久性、信頼性が劣るという問題がある。By the way, in the semiconductor device according to the prior art, a heat radiating plate is bonded to the back surface of the ceramic substrate with the silicone grease sandwiched therebetween. In general, an oil compound such as silicone grease has a large thermal resistance, and thus tends to be unable to sufficiently transmit heat generated by a semiconductor element to a heat sink. Further, a gap is easily formed between the ceramic substrate and the heat sink due to warpage of the ceramic substrate or the like, and this gap may increase thermal resistance. As a result, there is a problem that the temperature rise of the semiconductor element cannot be sufficiently suppressed, and the durability and reliability are poor.

【０００５】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、ＩＧＢＴ等の半導体素
子による熱を確実に放熱し、耐久性、信頼性を向上させ
ことができる半導体装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of reliably radiating heat generated by a semiconductor element such as an IGBT and improving durability and reliability. It is to provide a device.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明による半導体装置は、貫通した
開口部を有するベースプレートと、表面側に半導体素子
が設けられ、裏面側には該ベースプレートの開口部に挿
入される突出部を有すると共に該ベースプレートの表面
側に当接する周縁部を有するバスバ電極とを備え、前記
バスバ電極の裏面側のうち前記周縁部を前記ベースプレ
ートの表面に接着剤を用いて接合し、前記バスバ電極の
裏面側に位置する突出部を空冷もしくは水冷によって冷
却し、または該突出部を放熱器に接着剤を用いて接合す
る構成としたことにある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a base plate having a penetrating opening, a semiconductor element provided on a front side, and a semiconductor element provided on a back side. A busbar electrode having a projection inserted into the opening of the base plate and having a peripheral edge abutting on the front surface side of the base plate, and bonding the peripheral edge of the rear surface side of the busbar electrode to the surface of the base plate. The present invention is configured such that the protrusion is positioned by cooling with air or water, or the protrusion is bonded to a radiator by using an adhesive.

【０００７】このように構成したことにより、半導体素
子によって発生した熱は、直接的または応力緩和金属板
等を介して間接的にバスバ電極に伝達され、バスバ電極
の突出部を用いて放出することができる。即ち、放熱経
路の途中に熱抵抗の大きいシリコングリス部分がないの
で、全体の熱抵抗を小さくできる。[0007] With this configuration, the heat generated by the semiconductor element is directly or indirectly transmitted to the bus bar electrode via a stress relaxation metal plate or the like, and is released using the projecting portion of the bus bar electrode. Can be. That is, since there is no silicon grease portion having a large thermal resistance in the middle of the heat radiation path, the overall thermal resistance can be reduced.

【０００８】また、バスバ電極に突出部を設けたから、
バスバ電極全体の熱容量を大きくすることができる。こ
れにより、半導体素子が過渡的に温度上昇した場合で
も、この熱をバスバ電極によって吸収することができ
る。Further, since the bus bar electrode is provided with a protruding portion,
The heat capacity of the entire bus bar electrode can be increased. Thus, even when the temperature of the semiconductor element rises transiently, this heat can be absorbed by the bus bar electrode.

【０００９】また、バスバ電極の突出部をベースプレー
トの開口部に挿入するから、半導体装置全体の高さ寸法
を大きく変えずにバスバ電極を厚くすることができる。
このため、熱抵抗の小さいバスバ電極内で熱流を充分に
拡散できるから、バスバ電極の外表面全体を通じて放熱
することができる。この結果、バスバ電極と周辺大気、
冷却水、放熱器との間の熱抵抗を小さくすることがで
き、放熱を促進することができる。さらに、バスバ電極
には突出部を設けたから、突出部の裏面に加えて側面か
らも熱を放出することができ、放熱効率を高めることが
できる。Further, since the projecting portion of the bus bar electrode is inserted into the opening of the base plate, the bus bar electrode can be made thicker without largely changing the height of the entire semiconductor device.
For this reason, since the heat flow can be sufficiently diffused in the bus bar electrode having a small thermal resistance, heat can be radiated through the entire outer surface of the bus bar electrode. As a result, the bus bar electrode and the surrounding atmosphere,
The thermal resistance between the cooling water and the radiator can be reduced, and heat radiation can be promoted. Further, since the bus bar electrode is provided with the protruding portion, heat can be radiated not only from the back surface of the protruding portion but also from the side surface, and the heat radiation efficiency can be improved.

【００１０】さらに、バスバ電極の周縁部をベースプレ
ートに接着することによってバスバ電極とベースプレー
トとを接合するから、バスバ電極に半導体素子等を半田
付けし、バスバ電極に反り等が生じた場合でも、バスバ
電極とベースプレートとの接合を確実に、かつ半田によ
る接合部に過大な応力等を生じさせることなく行うこと
ができる。Further, since the bus bar electrode and the base plate are joined by bonding the peripheral portion of the bus bar electrode to the base plate, even if a semiconductor element or the like is soldered to the bus bar electrode, even if the bus bar electrode is warped, the bus bar electrode may be bonded. The electrode and the base plate can be securely bonded without causing excessive stress or the like at the bonding portion by solder.

【００１１】加えて、バスバ電極の底面に反りが生じて
も、バスバ電極底面とベースプレートが接続される構造
ではないので、全体の熱抵抗を増加させることはない。
さらに、バスバ電極の周縁部に接続剤を塗り、それを押
し潰すことで接着するため、バスバ電極底面の平坦度が
十分良くなくても問題なく接合できる。In addition, even if the bottom surface of the bus bar electrode is warped, the overall thermal resistance does not increase since the bottom surface of the bus bar electrode is not connected to the base plate.
Furthermore, since a connection agent is applied to the peripheral portion of the bus bar electrode and adhered by crushing the connection agent, bonding can be performed without any problem even if the flatness of the bottom surface of the bus bar electrode is not sufficiently good.

【００１２】また、バスバ電極の周縁部をベースプレー
トに接着し、バスバ電極とベースプレートとを接合する
から、全面に亘って接合するときに比べて、これらの接
合面積を小さくすることができる。このため、バスバ電
極とベースプレートとの間に熱膨張率の違いによる熱ス
トレスが作用した場合でも、この熱ストレスによる応力
を小さくすることができ、これらの部材が剥離するのを
防ぐことができる。Further, since the peripheral portion of the bus bar electrode is adhered to the base plate and the bus bar electrode and the base plate are joined, the joint area between them can be reduced as compared with the case where the entire surface is joined. For this reason, even when thermal stress due to a difference in the coefficient of thermal expansion acts between the bus bar electrode and the base plate, the stress due to this thermal stress can be reduced, and these members can be prevented from peeling.

【００１３】さらに、バスバ電極とベースプレートとの
接合面積が小さいから、不十分な平坦度や反りによって
これらの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗の増大を
防止できると共に、これらの剥離を防ぐことができる。Furthermore, since the joint area between the bus bar electrode and the base plate is small, there is no gap between them due to insufficient flatness or warpage, so that it is possible to prevent an increase in thermal resistance and to prevent separation of the bus bar electrode and the base plate. be able to.

【００１４】請求項２の発明は、バスバ電極の表面側に
は、直接的に半導体素子を実装し、または応力緩和金属
板を介してもしくは両面に金属薄膜を有するセラミック
ス基板を介して間接的に半導体素子を実装する構成とし
たことにある。According to a second aspect of the present invention, a semiconductor element is directly mounted on the surface side of the bus bar electrode, or indirectly via a stress relaxation metal plate or a ceramic substrate having a metal thin film on both surfaces. That is, a semiconductor element is mounted.

【００１５】この場合、空冷方式に比べて水冷方式を採
用することによって、さらに冷却効率を向上することが
できる。一方、バスバ電極の裏面側に放熱器を接合する
ときには、比較的熱抵抗の小さい接着剤を用いることが
できるから、バスバ電極と放熱器との接合部における温
度差を小さくし、放熱器内部で熱流を拡散することがで
き、半導体素子の温度上昇をさらに抑制することができ
る。In this case, the cooling efficiency can be further improved by adopting the water cooling system as compared with the air cooling system. On the other hand, when joining the radiator to the back side of the bus bar electrode, an adhesive having a relatively small thermal resistance can be used, so that the temperature difference at the junction between the bus bar electrode and the radiator is reduced, and the inside of the radiator is reduced. The heat flow can be diffused, and the temperature rise of the semiconductor element can be further suppressed.

【００１６】請求項３の発明は、バスバ電極の裏面のう
ち少なくとも突出部の外表面には絶縁領域を形成したこ
とにある。A third aspect of the present invention resides in that an insulating region is formed on at least the outer surface of the protruding portion on the back surface of the bus bar electrode.

【００１７】これにより、バスバ電極の突出部を露出さ
せて空冷する場合であっても、突出部の外表面からの漏
電を防止することができる。また、絶縁領域によって突
出部と外部との間を絶縁状態に保つことができるから、
ベースプレートに複数のバスバ電極を取付けると共に、
バスバ電極に高電圧が印加される場合であっても、バス
バ電極の相互間での短絡を防ぐことができる。Thus, even when the projection of the bus bar electrode is exposed and air-cooled, leakage from the outer surface of the projection can be prevented. Also, since the insulating region can keep the protrusion and the outside insulated,
Attach multiple busbar electrodes to the base plate,
Even when a high voltage is applied to the bus bar electrodes, a short circuit between the bus bar electrodes can be prevented.

【００１８】請求項４の発明では、バスバ電極は、半導
体素子を実装する第１の金属板と、前記突出部をなす第
２の金属板とにより構成し、前記第１の金属板の裏面側
には、半田もしくは接着剤を用いて直接的に、または絶
縁基板を介して間接的に前記第２の金属板を接合する構
成としている。According to a fourth aspect of the present invention, the bus bar electrode comprises a first metal plate on which a semiconductor element is mounted, and a second metal plate forming the protruding portion, and a back side of the first metal plate. Has a configuration in which the second metal plate is joined directly using solder or an adhesive or indirectly via an insulating substrate.

【００１９】これにより、バスバ電極を２枚の金属板に
よって形成することができ、突出部を形成するための複
雑な加工を廃止することできる。また、第１の金属板の
厚さを薄くすることによって、Ｘ線等を透過し易くする
ことができる。このため、第１の金属板と応力緩和金属
板等とを半田を用いて接合したとき、この接合部にボイ
ド（隙間）の有無をＸ線透過等による方法を用いて確認
することができる。さらに、第１の金属板上に半導体素
子を実装した後に第１，第２の金属板を接合することが
できる。このため、第１の金属板に実装した状態で半導
体素子に異常が生じているか否かを確認した後に、第
１，第２の金属板を接合することができ、正常な半導体
素子だけをバスバ電極に取付けることができる。Thus, the bus bar electrode can be formed by two metal plates, and complicated processing for forming the protruding portion can be omitted. Further, by reducing the thickness of the first metal plate, it is possible to easily transmit X-rays and the like. For this reason, when the first metal plate and the stress relieving metal plate or the like are joined using solder, the presence or absence of a void (gap) at this joint can be confirmed using a method based on X-ray transmission or the like. Furthermore, after mounting the semiconductor element on the first metal plate, the first and second metal plates can be joined. For this reason, after confirming whether or not an abnormality has occurred in the semiconductor element while being mounted on the first metal plate, the first and second metal plates can be joined, and only the normal semiconductor element can be connected to the bus bar. Can be attached to electrodes.

【００２０】また、第１，第２の金属板を絶縁基板を挟
んだ状態で接合した場合には、第１，第２の金属板間を
絶縁することができ、第１の金属板に高電圧を印加する
場合であっても、放熱を行う第２の金属板からの漏電を
防止することができる。Further, when the first and second metal plates are joined with the insulating substrate interposed therebetween, the first and second metal plates can be insulated from each other, and the first and second metal plates can be insulated. Even when a voltage is applied, it is possible to prevent electric leakage from the second metal plate that radiates heat.

【００２１】請求項５の発明は、ベースプレートの裏面
側には、開口部に挿入されたバスバ電極の突出部を覆う
密閉箱を設け、該密閉箱の内部に液体を収容することに
よって前記バスバ電極を液冷または沸騰冷却し、該密閉
箱の外表面を空冷もしくは水冷によって冷却し、または
該密閉箱を放熱器に接着剤を用いて接合する構成とした
ことにある。According to a fifth aspect of the present invention, a closed box is provided on the back side of the base plate so as to cover the projecting portion of the bus bar electrode inserted into the opening, and a liquid is accommodated in the closed box to form the bus bar electrode. Liquid cooling or boiling cooling, the outer surface of the closed box is cooled by air cooling or water cooling, or the closed box is joined to a radiator using an adhesive.

【００２２】これにより、半導体素子が発生した熱を、
バスバ電極の裏面側に設けた突出部を通じて密閉室内に
伝達でき、密閉室の外表面から周辺大気等に放熱するこ
とができる。また、バスバ電極の熱容量に加えて、密閉
室内の液体の熱容量または沸騰冷却に伴う潜熱が作用す
るから、温度が過渡的に変化する場合でも、温度変化を
吸収し、温度上昇を抑制することができる。Thus, the heat generated by the semiconductor element is
The light can be transmitted into the closed chamber through the protrusion provided on the back surface side of the bus bar electrode, and the heat can be radiated from the outer surface of the closed chamber to the surrounding atmosphere. In addition to the heat capacity of the bus bar electrode, the heat capacity of the liquid in the closed chamber or the latent heat associated with boiling cooling acts, so that even if the temperature changes transiently, it can absorb the temperature change and suppress the temperature rise. it can.

【００２３】請求項６の発明は、放熱器には、バスバ電
極の裏面と接合する部分に凹陥した凹陥部を形成し、該
凹陥部に前記バスバ電極の突出部を挿入する構成とした
ことにある。According to a sixth aspect of the present invention, in the radiator, a concave portion is formed at a portion joined to the back surface of the bus bar electrode, and the projecting portion of the bus bar electrode is inserted into the concave portion. is there.

【００２４】これにより、バスバ電極と放熱器との接合
面積を広くすることができる。この結果、バスバ電極と
放熱器との間での熱流密度を小さくし、熱流を放熱器内
部に充分に拡散できる。また、バスバ電極の突出部側面
（端面）と放熱器の凹陥部側面とを嵌合させることがで
き、機械的な応力等が作用した場合でも、バスバ電極と
放熱器とが剥離することがなくなる。[0024] Thus, the joint area between the bus bar electrode and the radiator can be increased. As a result, the heat flow density between the bus bar electrode and the radiator can be reduced, and the heat flow can be sufficiently diffused into the radiator. Further, the side surface (end surface) of the projecting portion of the bus bar electrode and the side surface of the concave portion of the radiator can be fitted, so that even when a mechanical stress or the like is applied, the bus bar electrode and the radiator are not separated. .

【００２５】請求項７の発明は、バスバ電極の突出部の
側面と接着剤との間に位置して、ベースプレートの表面
とバスバ電極の周縁部との間にはＯリングを取り付ける
構成としたことにある。According to a seventh aspect of the present invention, an O-ring is provided between the surface of the base plate and the peripheral portion of the bus bar electrode so as to be located between the side surface of the projecting portion of the bus bar electrode and the adhesive. It is in.

【００２６】これにより、バスバ電極の裏面側を水冷す
る場合であっても、バスバ電極とベースプレートとの接
合部分をＯリングによって液密にシールすることがで
き、冷却水の漏洩を防ぐことができる。Thus, even when the back surface of the bus bar electrode is water-cooled, the joint between the bus bar electrode and the base plate can be sealed in a liquid-tight manner by the O-ring, and leakage of cooling water can be prevented. .

【００２７】請求項８の発明は、バスバ電極の突出部は
フィン形状に形成したことにある。これにより、突出部
の表面積（放熱面積）を大きくすることができ、突出部
を空冷または水冷するときの冷却効率を高めることがで
きる。また、バスバ電極を放熱器に接続する場合には、
バスバ電極と放熱器との接合面積を増加させることがで
き、これらの接合強度を高めることができる。The invention according to claim 8 is that the projecting portion of the bus bar electrode is formed in a fin shape. Thereby, the surface area (radiation area) of the protrusion can be increased, and the cooling efficiency when the protrusion is air-cooled or water-cooled can be increased. When connecting the bus bar electrode to the radiator,
The joint area between the bus bar electrode and the radiator can be increased, and the joint strength between them can be increased.

【００２８】請求項９の発明は、ベースプレートには複
数のバスバ電極を設ける構成としたことにある。これに
より、半導体装置全体を小型化することができると共
に、３相インバータ回路、Ｈブリッジ回路等を構成する
ことができる。According to a ninth aspect of the present invention, a plurality of bus bar electrodes are provided on the base plate. Thus, the size of the entire semiconductor device can be reduced, and a three-phase inverter circuit, an H-bridge circuit, and the like can be formed.

【００２９】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
半導体装置として３相インバータ回路に適用した場合を
例に挙げて添付図面を参照しつつ詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the present invention is applied to a three-phase inverter circuit.

【００３０】まず、図１ないし図３は第１の実施の形態
による半導体装置を示し、１は例えば銅、アルミニウム
等の導電性金属材料からなるベースプレートで、該ベー
スプレート１は、略四角形の平板状に形成されている。
また、ベースプレート１には例えば６個の開口部２が貫
通して設けられると共に、その表面１Ａには、開口部１
Ａに対応した位置に後述のバスバ電極３が配設されてい
る。そして、これらのバスバ電極３に実装したＩＧＢＴ
９等によって図２に示す３相インバータ回路が形成され
ている。FIGS. 1 to 3 show a semiconductor device according to a first embodiment. Reference numeral 1 denotes a base plate made of a conductive metal material such as copper or aluminum, and the base plate 1 has a substantially square plate shape. Is formed.
The base plate 1 is provided with, for example, six openings 2 penetrating therethrough.
A bus bar electrode 3 to be described later is provided at a position corresponding to A. The IGBT mounted on these bus bar electrodes 3
9 and the like form the three-phase inverter circuit shown in FIG.

【００３１】３，３，…はベースプレート１の表面１Ａ
に取付けられたバスバ電極で、該バスバ電極３は、ベー
スプレート１と同様に銅等の導電性金属材料によって略
四角形の板状に形成されている。また、バスバ電極３
は、中央部側に位置して裏面側が突出した突出部３Ａ
と、該突出部３Ａを取囲んで周縁側に位置した鍔状の周
縁部３Ｂとによって構成されている。そして、バスバ電
極３は、その突出部３Ａが開口部２に挿入して嵌合され
ベースプレート１の裏面１Ｂよりも突出すると共に、そ
の周縁部３Ｂが開口部２の周囲に位置してベースプレー
ト１の表面１Ａに接着剤４によって接合されている。こ
こで、接着剤４は、酸化アルミニウム（アルミナ）等の
粒子が混入され、高熱伝導性を有するものである。.. Represent the surface 1A of the base plate 1.
The bus bar electrode 3 is formed in a substantially square plate shape using a conductive metal material such as copper similarly to the base plate 1. In addition, the bus bar electrode 3
Is a protruding portion 3A located on the center portion side and having a rear surface side protruding.
And a flange-shaped peripheral portion 3B surrounding the protruding portion 3A and located on the peripheral side. The bus bar electrode 3 has its protruding portion 3A inserted into and fitted into the opening 2 to protrude from the back surface 1B of the base plate 1, and its peripheral portion 3B is located around the opening 2 so that the bus bar electrode 3 It is joined to the surface 1A by the adhesive 4. Here, the adhesive 4 is mixed with particles such as aluminum oxide (alumina) and has high thermal conductivity.

【００３２】また、バスバ電極３の突出部３Ａは外気中
に露出し、空冷される。これにより、バスバ電極３は、
突出部３Ａを通じて後述のＩＧＢＴ９、還流ダイオード
１２等によって発生した熱を外気中に放出するものであ
る。The protruding portion 3A of the bus bar electrode 3 is exposed to the outside air and cooled by air. Thereby, the bus bar electrode 3 is
The heat generated by the IGBT 9, the reflux diode 12, and the like, which will be described later, is released into the outside air through the protrusion 3A.

【００３３】５はバスバ電極３の裏面側に形成された絶
縁領域で、該絶縁領域５は、例えば銅等の酸化膜やシリ
コン等の皮膜によって形成され、バスバ電極３の突出部
３Ａの外表面を全面に亘って覆っている。Reference numeral 5 denotes an insulating region formed on the back surface side of the bus bar electrode 3. The insulating region 5 is formed of an oxide film such as copper or a film of silicon or the like. Is covered over the entire surface.

【００３４】６，６，…はバスバ電極３の表面側に配置
された応力緩和金属板で、該応力緩和金属板６は、例え
ば銅とモリブデンとの合金によって形成され、後述する
ＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２等とバスバ電極３との
間に熱応力が作用するのを緩和するものである。このた
め、応力緩和金属板６の熱膨張率は、ＩＧＢＴ９等の熱
膨張率とバスバ電極３の熱膨張率との中間の値となるよ
うに設定されている。また、応力緩和金属板６は、例え
ば比較的低温で溶融する半田７（共晶半田）によってバ
スバ電極３の中央部側に接合されている。Reference numerals 6, 6,... Denote a stress relaxation metal plate disposed on the surface side of the bus bar electrode 3. The stress relaxation metal plate 6 is formed of, for example, an alloy of copper and molybdenum. This serves to reduce the thermal stress acting between the bus bar electrode 3 and the like 12. For this reason, the coefficient of thermal expansion of the stress relaxation metal plate 6 is set to an intermediate value between the coefficient of thermal expansion of the IGBT 9 or the like and the coefficient of thermal expansion of the bus bar electrode 3. The stress relaxation metal plate 6 is joined to the center of the bus bar electrode 3 by, for example, solder 7 (eutectic solder) that melts at a relatively low temperature.

【００３５】８，８，…は３相インバータのアームで、
該アーム８は、半導体素子として応力緩和金属板６に設
けられた後述のＩＧＢＴ９と還流ダイオード１２とによ
って構成されている。Are the arms of a three-phase inverter.
The arm 8 includes an IGBT 9 and a free wheel diode 12 described later provided on the stress relaxation metal plate 6 as semiconductor elements.

【００３６】９，９，…は応力緩和金属板６の表面に１
個ずつ設けられたＩＧＢＴで、該ＩＧＢＴ９は、その裏
面側に位置するコレクタ端子が例えば比較的高温で溶融
する半田１０（高温半田）を用いた半田付けによって応
力緩和金属板６に接合されると共に、表面側に位置する
エミッタ端子はワイヤボンディング１１によって後述す
る還流ダイオード１２に接続されている。また、ＩＧＢ
Ｔ９のゲート端子は、ＩＧＢＴ９の表面側に位置すると
共に、配線等によって駆動制御回路（図示せず）に接続
されている。9, 9, ... are 1 on the surface of the stress relaxation metal plate 6.
The IGBTs 9 are individually provided, and the IGBTs 9 are joined to the stress relieving metal plate 6 by soldering, for example, using a solder 10 (high-temperature solder) that melts at a relatively high temperature at the back side thereof, and The emitter terminal located on the front side is connected to a free-wheeling diode 12 described later by wire bonding 11. Also, IGB
The gate terminal of T9 is located on the front side of the IGBT 9 and is connected to a drive control circuit (not shown) by wiring or the like.

【００３７】１２，１２，…はＩＧＢＴ９の近傍に位置
して応力緩和金属板６の表面に１個ずつ設けられた還流
ダイオードで、該還流ダイオード１２は、その裏面側に
位置するカソード端子がＩＧＢＴ９と同様に例えば半田
１０を用いた半田付けによって応力緩和金属板６に接合
されると共に、表面側に位置するアノード端子がワイヤ
ボンディング１１によってＩＧＢＴ９のエミッタ端子に
接続されている。Reference numerals 12, 12,... Are freewheeling diodes provided one by one on the surface of the stress relaxation metal plate 6 in the vicinity of the IGBT9. The freewheeling diode 12 has a cathode terminal located on the back side thereof. In the same manner as described above, for example, by soldering using a solder 10, the anode terminal located on the front surface side is connected to the emitter terminal of the IGBT 9 by wire bonding 11.

【００３８】そして、このように構成される６個のアー
ム８のうち３個のアーム８は、図２に示すようにＩＧＢ
Ｔ９のコレクタ端子と還流ダイオード１２のカソード端
子が各応力緩和金属板６を通じて３相インバータ回路の
Ｐ相に接続されると共に、ＩＧＢＴ９のエミッタ端子と
還流ダイオード１２のアノード端子がＵ相、Ｖ相、Ｗ相
にそれぞれ接続される。As shown in FIG. 2, three arms 8 of the six arms 8 configured as described above
The collector terminal of T9 and the cathode terminal of the freewheel diode 12 are connected to the P phase of the three-phase inverter circuit through each stress relaxation metal plate 6, and the emitter terminal of the IGBT 9 and the anode terminal of the freewheel diode 12 are connected to the U phase, V phase, Each is connected to the W phase.

【００３９】また、残余の３個のアーム８は、図２に示
すようにＩＧＢＴ９のコレクタ端子と還流ダイオード１
２のカソード端子が各応力緩和金属板６を通じてＵ相、
Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されると共に、ＩＧＢＴ９の
エミッタ端子と還流ダイオード１２のアノード端子がＮ
相に接続される。これにより、６個のアーム８は、３相
インバータ回路を構成している。The remaining three arms 8 are connected to the collector terminal of the IGBT 9 and the freewheel diode 1 as shown in FIG.
2 cathode terminals through each stress relaxation metal plate 6
The emitter terminal of the IGBT 9 and the anode terminal of the freewheel diode 12 are connected to the V and W phases, respectively.
Connected to the phase. Thereby, the six arms 8 constitute a three-phase inverter circuit.

【００４０】本実施の形態による半導体装置は上述の如
き構成を有するもので、その作動について説明する。The semiconductor device according to the present embodiment has the above-described configuration, and its operation will be described.

【００４１】まず、ＩＧＢＴ９のコレクタ電流と還流ダ
イオード１２のカソード電流は、Ｐ相から応力緩和金属
板６を通じて流れ込む。そして、ＩＧＢＴ９のエミッタ
電流と還流ダイオード１２のアノード電流は、これらの
素子の表面に形成したワイヤボンディング（図示せず）
を介して他の応力緩和金属板６に流れる。これにより、
６個のアーム８は３相インバータとして３相誘導モータ
Ｍ等への電流のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切換えて制御
する。First, the collector current of the IGBT 9 and the cathode current of the reflux diode 12 flow from the P phase through the stress relaxation metal plate 6. The emitter current of the IGBT 9 and the anode current of the free wheel diode 12 are determined by the wire bonding (not shown) formed on the surface of these elements.
Through the other stress-relief metal plate 6. This allows
The six arms 8 are controlled as three-phase inverters by switching between the ON state and the OFF state of the current to the three-phase induction motor M and the like.

【００４２】然るに、本実施の形態では、バスバ電極３
の突出部３Ａをベースプレート１の表面１Ａ側の開口部
２に挿入し、周縁部３Ｂをベースプレート１の表面１Ａ
に接着剤４を用いて接合し、突出部３Ａを空冷する構成
としたから、ＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２によって
発生した熱を、応力緩和金属板６を介して間接的にバス
バ電極３に伝達し、バスバ電極３の突出部３Ａを用いて
外部に放出することができる。In this embodiment, however, the bus bar electrode 3
Is inserted into the opening 2 on the surface 1A side of the base plate 1 and the peripheral portion 3B is inserted into the surface 1A of the base plate 1.
And the protrusion 3A is air-cooled, so that the heat generated by the IGBT 9 and the reflux diode 12 is indirectly transmitted to the bus bar electrode 3 via the stress relaxation metal plate 6, It can be emitted to the outside using the protrusion 3A of the bus bar electrode 3.

【００４３】この場合、ＩＧＢＴ９等による熱をバスバ
電極３の一部である突出部３Ａを通じて放熱することが
できるから、従来技術のように放熱経路の途中に熱抵抗
の大きなオイルコンパウンド等を設ける必要がない。ま
た、突出部３Ａはバスバ電極３に一体的に形成するもの
としたから、放熱経路中に熱抵抗となる隙間が生じるこ
とがない。この結果、放熱経路中の熱抵抗を低減し、効
率よく放熱することができる。In this case, since the heat generated by the IGBT 9 and the like can be radiated through the protruding portion 3A which is a part of the bus bar electrode 3, it is necessary to provide an oil compound or the like having a large thermal resistance in the middle of the heat radiation path as in the prior art. There is no. Further, since the projecting portion 3A is formed integrally with the bus bar electrode 3, a gap serving as thermal resistance does not occur in the heat radiation path. As a result, the heat resistance in the heat radiation path can be reduced, and the heat can be efficiently radiated.

【００４４】また、バスバ電極３に突出部３Ａを設けた
から、突出部３Ａを設けない場合に比べてバスバ電極３
Ａ全体の熱容量を大きくすることができる。これによ
り、ＩＧＢＴ９等が過渡的に温度上昇した場合でも、こ
の熱をバスバ電極３によって吸収することができ、過渡
的な加熱によるＩＧＢＴ９等の損傷を防ぎ、信頼性、耐
久性を高めることができる。Further, since the bus bar electrode 3 is provided with the protruding portion 3A, the bus bar electrode 3 is not provided with the protruding portion 3A.
The heat capacity of the entire A can be increased. As a result, even when the temperature of the IGBT 9 or the like transiently rises, this heat can be absorbed by the bus bar electrode 3, and damage to the IGBT 9 or the like due to transient heating can be prevented, and reliability and durability can be improved. .

【００４５】また、バスバ電極３の突出部３Ａをベース
プレート１の開口部２に挿入するから、半導体装置全体
の高さ寸法を大きく変えずにバスバ電極３を厚くするこ
とができる。このため、図３中に矢示するように熱抵抗
の小さいバスバ電極３内で熱流を充分に拡散できるか
ら、バスバ電極３の外表面全体を通じて放熱することが
できる。この結果、バスバ電極３と周辺大気との間の熱
抵抗を小さくすることができ、放熱を促進することがで
きる。また、バスバ電極３の突出部３Ａは、その裏面に
加えて側面からも熱を放出することができ、放熱効率を
高めることができる。Further, since the projecting portion 3A of the bus bar electrode 3 is inserted into the opening 2 of the base plate 1, the bus bar electrode 3 can be made thicker without largely changing the height of the entire semiconductor device. For this reason, the heat flow can be sufficiently diffused in the bus bar electrode 3 having a small thermal resistance as indicated by an arrow in FIG. 3, so that heat can be radiated through the entire outer surface of the bus bar electrode 3. As a result, the thermal resistance between the bus bar electrode 3 and the surrounding atmosphere can be reduced, and heat radiation can be promoted. In addition, the projecting portion 3A of the bus bar electrode 3 can emit heat not only from the back surface but also from the side surface, and the heat radiation efficiency can be improved.

【００４６】さらに、バスバ電極３の周縁部３Ｂをベー
スプレート１に接着したから、バスバ電極３に応力緩和
金属板６を半田７を用いて接合した状態でバスバ電極３
に反り等が生じた場合でも、バスバ電極３とベースプレ
ート１との接合を確実に、かつ半田７による接合部に過
大な応力等を生じさせることなく行うことができる。こ
のため、接合部での半田７の剥離を防ぎ、信頼性、耐久
性を高めることができる。Further, since the peripheral portion 3 B of the bus bar electrode 3 is bonded to the base plate 1, the bus bar electrode 3 is joined to the bus bar electrode 3 with the stress relieving metal plate 6 using solder 7.
Even when warpage or the like occurs, the joining between the bus bar electrode 3 and the base plate 1 can be performed reliably and without causing excessive stress or the like at the joint portion by the solder 7. For this reason, peeling of the solder 7 at the joint portion can be prevented, and reliability and durability can be improved.

【００４７】また、バスバ電極３の周縁部３Ｂをベース
プレート１に接着し、バスバ電極３とベースプレート１
とを接合するから、全面に亘って接合するときに比べ
て、これらの接合面積を小さくすることができる。この
ため、バスバ電極３とベースプレート１との間に熱膨張
率の違いによる熱ストレスが作用した場合でも、この熱
ストレスによる応力を小さくすることができる。The peripheral portion 3B of the bus bar electrode 3 is adhered to the base plate 1, and the bus bar electrode 3 and the base plate 1
Therefore, these bonding areas can be made smaller than when bonding is performed over the entire surface. For this reason, even when a thermal stress due to a difference in the coefficient of thermal expansion acts between the bus bar electrode 3 and the base plate 1, the stress due to the thermal stress can be reduced.

【００４８】さらに、バスバ電極３とベースプレート１
との接合面積が小さいから、不十分な平坦度や反りによ
ってこれらの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗の増
大を防止できると共に、これらの剥離を防ぐことができ
る。Further, the bus bar electrode 3 and the base plate 1
Since the bonding area between them is small, there is no gap between them due to insufficient flatness or warpage, so that it is possible to prevent an increase in thermal resistance and to prevent their separation.

【００４９】加えて、バスバ電極３の底面に反りが生じ
ても、バスバ電極３底面とベースプレート１が接続され
る構造ではないので、全体の熱抵抗を増加させることは
ない。さらに、バスバ電極３の周縁部３Ｂに接着剤４を
塗り、それを押し潰すことで接着するため、バスバ電極
３底面の平坦度が十分良くなくても問題なく接合でき
る。In addition, even when the bottom surface of the bus bar electrode 3 is warped, the overall thermal resistance does not increase because the bottom surface of the bus bar electrode 3 and the base plate 1 are not connected. Further, since the adhesive 4 is applied to the peripheral portion 3B of the bus bar electrode 3 and is crushed and adhered, bonding can be performed without any problem even if the flatness of the bottom surface of the bus bar electrode 3 is not sufficiently good.

【００５０】また、バスバ電極３の裏面のうち少なくと
も突出部３Ａの外表面には絶縁領域５を形成したから、
バスバ電極３の突出部３Ａを露出させて空冷する場合で
あっても、突出部３Ａの外表面からの漏電を防止するこ
とができる。また、絶縁領域５によって突出部３Ａと外
部との間を絶縁状態に保つことができるから、ベースプ
レート１に複数のバスバ電極３を取付けると共に、バス
バ電極３に高電圧が印加される場合であっても、バスバ
電極３の相互間での短絡を防ぐことができ、信頼性を向
上することができる。Since the insulating region 5 is formed on at least the outer surface of the protruding portion 3A of the back surface of the bus bar electrode 3,
Even when the projecting portion 3A of the bus bar electrode 3 is exposed and air-cooled, it is possible to prevent electric leakage from the outer surface of the projecting portion 3A. In addition, since the insulating region 5 can keep the protruding portion 3A insulated from the outside, a plurality of busbar electrodes 3 are attached to the base plate 1 and a high voltage is applied to the busbar electrodes 3. Also, a short circuit between the bus bar electrodes 3 can be prevented, and the reliability can be improved.

【００５１】さらに、ベースプレート１には複数のバス
バ電極３を設ける構成としたから、複数のベースプレー
トを用いる場合に比べて、半導体装置全体を小型化する
ことができると共に、部品点数を削減し、製造コストを
低減することができる。Further, since a plurality of bus bar electrodes 3 are provided on the base plate 1, the whole semiconductor device can be reduced in size and the number of parts can be reduced as compared with the case where a plurality of base plates are used. Cost can be reduced.

【００５２】なお、前記第１の実施の形態では、バスバ
電極３の突出部３Ａを外気中で空冷するものとしたが、
図４に示す第１の変形例のようにベースプレート１の裏
面１Ｂに冷却水を流通させる水冷放熱器１３を取付け、
突出部３Ａを水冷する構成としてもよい。In the first embodiment, the projection 3A of the bus bar electrode 3 is air-cooled in the outside air.
A water-cooled radiator 13 for flowing cooling water is attached to the back surface 1B of the base plate 1 as in a first modification shown in FIG.
The protrusion 3A may be configured to be water-cooled.

【００５３】このように、空冷方式に比べて水冷方式を
採用することによって、さらに冷却効率を向上すること
ができる。As described above, by employing the water cooling system as compared with the air cooling system, the cooling efficiency can be further improved.

【００５４】また、図５に示す第２の変形例のようにベ
ースプレート１の裏面１Ｂにフィン形状（凹凸形状）の
裏面を有する銅等からなる放熱器１４を取付け、該放熱
器１４の表面にバスバ電極３′の突出部３Ａ′の裏面を
アルミナ等の粒子を混入した高熱伝導性の接着剤１５を
用いて接合する構成としてもよい。Further, as in the second modification shown in FIG. 5, a radiator 14 made of copper or the like having a fin-shaped (irregular shape) rear surface is attached to the back surface 1B of the base plate 1, and is attached to the surface of the radiator 14. The back surface of the protruding portion 3A 'of the bus bar electrode 3' may be joined using a high thermal conductive adhesive 15 mixed with particles such as alumina.

【００５５】このように、バスバ電極３′の裏面側に放
熱器１４を接合するときには、比較的熱抵抗の小さい接
着剤１５を用いることができるから、バスバ電極３′と
放熱器１４との接合部における温度差を小さくすること
ができる。このため、突出部３Ａ′を直接的に空冷また
は水冷するときに比べて、ＩＧＢＴ９、還流ダイオード
１２による熱をバスバ電極３から放熱器１４に容易に伝
達して放熱器１４内部で熱流を拡散することができ、Ｉ
ＧＢＴ９等２の温度上昇をさらに抑制することができ
る。As described above, when the radiator 14 is joined to the back surface side of the bus bar electrode 3 ′, the adhesive 15 having a relatively small thermal resistance can be used. The temperature difference in the part can be reduced. Therefore, compared with the case where the protruding portion 3A 'is directly cooled by air or water, the heat generated by the IGBT 9 and the return diode 12 is easily transmitted from the bus bar electrode 3 to the radiator 14, and the heat flow is diffused inside the radiator 14. I can
The temperature rise of the GBT 9 and the like 2 can be further suppressed.

【００５６】さらに、図６に示す第３の変形例のように
バスバ電極３″の突出部３Ａ″の底面（裏面）をフィン
形状（凹凸形状）に形成してもよい。また、ベースプレ
ート１の裏面１Ｂに取付ける第２の変形例による放熱器
１４と同様の放熱器１６と取付ける場合には、放熱器１
６の表面側にはフィン形状の突出部３Ａ″と対応した凹
凸形状のフィン係合部１６Ａを設ける。そして、フィン
係合部１６Ａとバスバ電極３″の突出部３Ａ″が噛合し
た状態で、これらの間を高熱伝導性の接着剤１７を用い
て接合する。Further, as in the third modification shown in FIG. 6, the bottom surface (back surface) of the projection 3A "of the bus bar electrode 3" may be formed in a fin shape (irregular shape). In addition, when the radiator 16 is attached to the radiator 16 similar to the radiator 14 according to the second modification attached to the back surface 1B of the base plate 1, the radiator 1
6 is provided with a fin-shaped engaging portion 16A having an uneven shape corresponding to the fin-shaped projecting portion 3A ". In a state where the fin engaging portion 16A and the projecting portion 3A" of the bus bar electrode 3 "are engaged with each other. These are joined together using an adhesive 17 having high thermal conductivity.

【００５７】これにより、突出部３Ａ″の表面積（放熱
面積）を大きくすることができ、突出部３Ａ″を空冷ま
たは水冷するときの冷却効率を高めることができる。ま
た、バスバ電極３″を放熱器１６に接続する場合には、
バスバ電極３″と放熱器１６との接合面積を増加させる
ことができ、これらの接合強度を高めることができる。As a result, the surface area (radiation area) of the projection 3A "can be increased, and the cooling efficiency when the projection 3A" is air-cooled or water-cooled can be increased. When connecting the bus bar electrode 3 ″ to the radiator 16,
The joining area between the bus bar electrode 3 ″ and the radiator 16 can be increased, and the joining strength of these can be increased.

【００５８】次に、図７は第２の実施の形態による半導
体装置を示し、本実施の形態の特徴はバスバ電極を２枚
の金属板を接合することによって形成したことにある。
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構
成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものと
する。Next, FIG. 7 shows a semiconductor device according to a second embodiment, which is characterized in that the bus bar electrode is formed by joining two metal plates.
In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【００５９】２１は本実施の形態によるバスバ電極で、
該バスバ電極２１は、略四角形の平板状に形成された第
１の金属板２２と、該第１の金属板２２の裏面側に設け
られ第１の金属板２２よりも小さい面積を有する第２の
金属板２３とによって構成されている。また、第２の金
属板２３は、例えば第１の金属板２２よりも大きな厚さ
寸法を有すると共に、第１の金属板２２の中央部に位置
し、高熱伝導率を有する接着剤２４によって第１の金属
板２２の裏面側に接合されている。Reference numeral 21 denotes a bus bar electrode according to the present embodiment.
The bus bar electrode 21 has a first metal plate 22 formed in a substantially rectangular flat plate shape, and a second metal plate 22 provided on the back surface side of the first metal plate 22 and having a smaller area than the first metal plate 22. And the metal plate 23. Further, the second metal plate 23 has, for example, a thickness dimension larger than that of the first metal plate 22 and is located at the center of the first metal plate 22, and is provided with an adhesive 24 having a high thermal conductivity. The first metal plate 22 is joined to the back surface side.

【００６０】これにより、バスバ電極２１は、第２の金
属板２３によって突出部２１Ａが形成されると共に、第
１の金属板２２の外周縁によって周縁部２１Ｂが形成さ
れている。そして、突出部２１Ａをなす第２の金属板２
３はベースプレート１の開口部２に挿入して嵌合され、
周縁部２１Ｂは接着剤４によってベースプレート１の表
面１Ａに接合されている。As a result, the bus bar electrode 21 has a protruding portion 21 A formed by the second metal plate 23, and a peripheral portion 21 B formed by the outer peripheral edge of the first metal plate 22. Then, the second metal plate 2 forming the protrusion 21A
3 is inserted and fitted into the opening 2 of the base plate 1,
The peripheral portion 21B is joined to the surface 1A of the base plate 1 by the adhesive 4.

【００６１】２５は第２の金属板２２の外表面を全面に
亘って覆う絶縁領域で、該絶縁領域２５は、第１の実施
の形態による絶縁領域５と同様に例えば銅等の酸化膜や
シリコン等の皮膜によって形成されている。An insulating region 25 covers the entire outer surface of the second metal plate 22. The insulating region 25 is, like the insulating region 5 according to the first embodiment, an oxide film such as copper or the like. It is formed of a film such as silicon.

【００６２】かくして本実施の形態でも第１の実施の形
態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本実
施の形態では、バスバ電極２１をＩＧＢＴ９等を実装す
る第１の金属板２２と、突出部２１Ａをなす第２の金属
板２３とによって構成したから、第１の実施の形態のよ
うにバスバ電極３を一体形成した場合に比べて、突出部
２１Ａを形成するための複雑な加工を廃止でき、生産性
を向上することできる。Thus, in the present embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. However, in the present embodiment, the bus bar electrode 21 is composed of the first metal plate 22 on which the IGBT 9 and the like are mounted and the second metal plate 23 forming the protrusion 21A. As compared with the case where the bus bar electrode 3 is integrally formed, complicated processing for forming the protruding portion 21A can be eliminated, and productivity can be improved.

【００６３】また、第１の金属板２２の厚さを薄くする
ことによって、Ｘ線等を透過し易くすることができる。
このため、第１の金属板２２と応力緩和金属板６等とを
半田７を用いて接合したとき、この接合部にボイド（隙
間）の有無をＸ線透過等による方法を用いて確認するこ
とができる。この結果、接合部分のボイドの含有率が低
いものを使用することができ、ボイドの増大による放熱
性の悪化を防ぎ、信頼性を高めることができる。Further, by reducing the thickness of the first metal plate 22, X-rays and the like can be easily transmitted.
Therefore, when the first metal plate 22 and the stress relieving metal plate 6 and the like are joined by using the solder 7, it is necessary to confirm the presence or absence of a void (gap) in the joint using a method such as X-ray transmission. Can be. As a result, it is possible to use a material having a low void content at the bonding portion, to prevent deterioration of heat radiation due to an increase in voids, and to enhance reliability.

【００６４】さらに、第１の金属板２２上にＩＧＢＴ
９、還流ダイオード１２を実装した後に第１，第２の金
属板２２，２３を接合することができる。このため、第
１の金属板２２に実装した状態でＩＧＢＴ９等に異常が
生じているか否かを確認した後に、第１，第２の金属板
２２，２３を接合することができ、正常なＩＧＢＴ９等
だけをバスバ電極２１に取付けることができ、歩留まり
を向上することができる。Further, the IGBT is placed on the first metal plate 22.
9. After mounting the freewheel diode 12, the first and second metal plates 22, 23 can be joined. For this reason, after confirming whether or not an abnormality has occurred in the IGBT 9 or the like in a state where the IGBT 9 is mounted on the first metal plate 22, the first and second metal plates 22, 23 can be joined, and a normal IGBT 9 can be joined. And the like can be attached to the bus bar electrode 21 and the yield can be improved.

【００６５】なお、前記第２の実施の形態では、第１の
金属板２２に第２の金属板２３を接着剤２４を用いて直
接的に接合するものとしたが、図８に示す変形例のよう
に第１，第２の金属板２２，２３間に絶縁基板２６を挟
んだ状態で間接的に接合する構成としてもよい。この場
合、第１，第２の金属板２２，２３と絶縁基板２６とは
接着剤２７を用いて接合してもよく、絶縁基板２６の両
面に金属薄膜等が形成してあるときには半田を用いて接
合してもよい。In the second embodiment, the second metal plate 23 is directly joined to the first metal plate 22 by using the adhesive 24. However, a modification shown in FIG. As described above, the configuration may be such that the insulated substrate 26 is indirectly joined with the insulating substrate 26 interposed between the first and second metal plates 22 and 23. In this case, the first and second metal plates 22 and 23 and the insulating substrate 26 may be joined using an adhesive 27. When a metal thin film or the like is formed on both surfaces of the insulating substrate 26, solder is used. May be joined together.

【００６６】これにより、第１，第２の金属板２２，２
３間を絶縁することができ、第１の金属板２２に高電圧
を印加する場合であっても、放熱を行う第２の金属板２
３からの漏電を防止でき、信頼性を向上させることがで
きる。また、第２の金属板２３には絶縁領域２５を形成
する必要がないから、製造工程を簡略化することがで
き、生産性を向上することができる。Thus, the first and second metal plates 22 and 2
3 can be insulated, and even when a high voltage is applied to the first metal plate 22, the second metal plate
3 can be prevented, and reliability can be improved. Further, since it is not necessary to form the insulating region 25 in the second metal plate 23, the manufacturing process can be simplified, and the productivity can be improved.

【００６７】次に、図９は第３の実施の形態による半導
体装置を示し、本実施の形態の特徴はベースプレートの
裏面側にはバスバ電極の突出部を覆う密閉箱を設け、該
密閉箱の内部に液体を収容することによってバスバ電極
を液冷または沸騰冷却する構成としたことにある。な
お、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成
要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。Next, FIG. 9 shows a semiconductor device according to a third embodiment. The feature of this embodiment is that a closed box is provided on the back side of the base plate to cover the projecting portion of the bus bar electrode. The bus bar electrode is configured to be liquid-cooled or boil-cooled by containing a liquid therein. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【００６８】３１は本実施の形態によるバスバ電極で、
該バスバ電極３１は、第２の実施の形態によるバスバ電
極２１と同様に第１，第２の金属板３２，３３を接着剤
３４を用いて接合することによって形成されている。ま
た、バスバ電極３１は、第２の金属板３３によって突出
部３１Ａが形成されると共に、第１の金属板３２の外周
縁によって周縁３１Ｂが形成されている。そして、突出
部３１Ａをなす第２の金属板３３はベースプレート１の
開口部２に挿入して嵌合され、周縁部３１Ｂは接着剤４
によってベースプレート１の表面１Ａに接合されてい
る。Reference numeral 31 denotes a bus bar electrode according to the present embodiment.
The bus bar electrode 31 is formed by joining the first and second metal plates 32 and 33 using an adhesive 34 in the same manner as the bus bar electrode 21 according to the second embodiment. The bus bar electrode 31 has a protruding portion 31A formed by the second metal plate 33 and a peripheral edge 31B formed by the outer peripheral edge of the first metal plate 32. Then, the second metal plate 33 forming the protruding portion 31A is inserted and fitted into the opening 2 of the base plate 1, and the peripheral portion 31B is
To the surface 1A of the base plate 1.

【００６９】３５はベースプレート１の裏面１Ｂ側に取
付けられた密閉箱で、該密閉箱３５は開口部２から突出
した突出部３１Ａを覆って設けられ、その内部には例え
ば冷却水、フロン等の液体３６が収容され、所謂ヒート
シンクを構成している。そして、半導体装置は液体３６
に接触可能となるようにベースプレート１の裏面１Ｂが
上側に位置する状態で使用されるものである。Reference numeral 35 denotes a closed box attached to the back surface 1B side of the base plate 1. The closed box 35 is provided so as to cover the protruding portion 31A protruding from the opening 2, and contains therein, for example, cooling water, Freon or the like. The liquid 36 is accommodated and constitutes a so-called heat sink. The semiconductor device is a liquid 36
It is used in a state where the back surface 1B of the base plate 1 is located on the upper side so that the base plate 1 can be contacted.

【００７０】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、ベースプレート１の裏面１Ｂ側には突
出部３１Ａを覆う密閉箱３５を設け、該密閉箱３５の内
部に液体３６を収容することによってバスバ電極３１を
液冷または沸騰冷却する構成としたから、ＩＧＢＴ９、
還流ダイオード１２が発生した熱を、バスバ電極３１の
突出部３１Ａを通じて密閉室３５の液体３６に伝達でき
る。そして、密閉箱３５の大きな外表面を通じて周辺大
気等に放熱するから、放熱抵抗をさらに低減し、放熱を
促進することができる。また、バスバ電極３１の熱容量
の加えて、密閉箱３５内の液体３２の熱容量または沸騰
冷却に伴う潜熱が作用するから、温度が過渡的に変化す
る場合でも、温度変化を吸収し、温度上昇を抑制するこ
とができる。Thus, in the present embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. However, in the present embodiment, a closed box 35 is provided on the back surface 1B side of the base plate 1 so as to cover the protruding portion 31A, and the bus bar electrode 31 is liquid-cooled or boil-cooled by storing the liquid 36 inside the closed box 35. IGBT9,
The heat generated by the reflux diode 12 can be transmitted to the liquid 36 in the closed chamber 35 through the protrusion 31A of the bus bar electrode 31. Then, since the heat is radiated to the surrounding atmosphere and the like through the large outer surface of the closed box 35, the heat radiation resistance can be further reduced, and the heat radiation can be promoted. Further, in addition to the heat capacity of the bus bar electrode 31, the heat capacity of the liquid 32 in the closed box 35 or the latent heat associated with the boiling cooling acts, so that even if the temperature changes transiently, the temperature change is absorbed and the temperature rise is reduced. Can be suppressed.

【００７１】なお、密閉箱３５はその外表面を空冷また
は水冷する構成としてもよく、密閉箱３５に放熱器に接
合し、この放熱器によって冷却する構成としてもよい。The outer surface of the closed box 35 may be air-cooled or water-cooled. Alternatively, the closed box 35 may be joined to a radiator and cooled by the radiator.

【００７２】次に、図１０は第４の実施の形態による半
導体装置を示し、本実施の形態の特徴は放熱器にバスバ
電極の裏面と接合する部分に凹陥した凹陥部を形成し、
該凹陥部にバスバ電極の突出部を挿入する構成としたこ
とにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。Next, FIG. 10 shows a semiconductor device according to a fourth embodiment. The feature of this embodiment is that a radiator is formed with a recessed portion at a portion joined to the back surface of a bus bar electrode.
The configuration is such that the projection of the bus bar electrode is inserted into the recess. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【００７３】４１はベースプレート１の裏面１Ｂに取付
けられた金属材料等からなる放熱器で、該放熱器４１
は、その裏面側にフィン形状の放熱部４１Ａが形成され
ると共に、その表面側にはバスバ電極３の突出部３Ａに
対応した位置に略四角形状に凹陥された有底の凹陥部４
１Ｂが形成されている。そして、放熱器４１の凹陥部４
１Ｂには、ベースプレート１の裏面１Ｂよりも突出した
バスバ電極３の突出部３Ａが挿入、嵌合され、突出部３
Ａと凹陥部４１Ｂとは高熱伝導率を有する接着剤４２に
よって接合されている。Reference numeral 41 denotes a radiator made of a metal material or the like attached to the back surface 1B of the base plate 1.
A fin-shaped heat dissipating portion 41A is formed on the back surface side, and a bottomed concave portion 4 recessed in a substantially square shape at a position corresponding to the protruding portion 3A of the bus bar electrode 3 on the front surface side.
1B is formed. And, the concave portion 4 of the radiator 41
1B, a projection 3A of the bus bar electrode 3 projecting from the back surface 1B of the base plate 1 is inserted and fitted into the projection 1B.
A and the recess 41B are joined by an adhesive 42 having a high thermal conductivity.

【００７４】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、放熱器４１には凹陥部４１Ｂを形成
し、該凹陥部４１Ｂにバスバ電極３の突出部３Ａを挿入
する構成としたから、バスバ電極３と放熱器４１との接
合面積を広くすることができる。この結果、バスバ電極
３と放熱器４１との間での熱流密度を小さくし、熱流を
放熱器４１内部に充分に拡散できる。このため、大きな
面積を有する放熱器４１の外表面を通じて放熱すること
ができ、放熱効率を高めることができる。Thus, in the present embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. However, in the present embodiment, since the radiator 41 is formed with the concave portion 41B and the projecting portion 3A of the bus bar electrode 3 is inserted into the concave portion 41B, the joining between the bus bar electrode 3 and the radiator 41 is performed. The area can be increased. As a result, the heat flow density between the bus bar electrode 3 and the radiator 41 is reduced, and the heat flow can be sufficiently diffused into the radiator 41. Therefore, heat can be radiated through the outer surface of the radiator 41 having a large area, and the heat radiation efficiency can be increased.

【００７５】また、バスバ電極３の突出部３Ａ側面（端
面）と放熱器４１の凹陥部４１Ｂ側面とを嵌合させるこ
とができ、機械的な応力等が作用した場合でも、バスバ
電極３と放熱器４１とが剥離することがなくなり、信頼
性、耐久性が向上する。Further, the side surface (end surface) of the projecting portion 3A of the bus bar electrode 3 and the side surface of the concave portion 41B of the radiator 41 can be fitted, so that even when a mechanical stress or the like is applied, the bus bar electrode 3 and the The device 41 is not peeled off, and the reliability and durability are improved.

【００７６】次に、図１１は第５の実施の形態による半
導体装置を示し、本実施の形態の特徴はバスバ電極の突
出部の側面と接着剤との間に位置して、ベースプレート
の表面とバスバ電極の周縁部との間にはＯリングを取付
ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、
第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。Next, FIG. 11 shows a semiconductor device according to a fifth embodiment. The feature of this embodiment is that the semiconductor device is located between the side surface of the projecting portion of the bus bar electrode and the adhesive so that the surface of the base plate and the surface of the base plate are separated from each other. An O-ring is provided between the busbar electrode and the peripheral edge. In the present embodiment,
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【００７７】５１はバスバ電極３の突出部３Ａの基端側
を取囲んで装着されたＯリングで、該Ｏリング５１は、
周縁部３Ｂとベースプレート１とを接合する接着剤４よ
りも突出部３Ａ側に位置して突出部３Ａの側面と接着剤
４との間に配置されている。そして、Ｏリング５１は、
弾性材料によって形成され、ベースプレート１の表面１
Ａとバスバ電極３の周縁部３Ｂとの間に挟持されること
によって弾性変形している。これにより、Ｏリング５１
は、周縁部３Ｂとベースプレート１との間をシールする
ものである。Reference numeral 51 denotes an O-ring mounted around the base end of the protruding portion 3A of the bus bar electrode 3;
It is located closer to the protruding portion 3A than the adhesive 4 joining the peripheral portion 3B and the base plate 1, and is disposed between the side surface of the protruding portion 3A and the adhesive 4. And the O-ring 51
The surface 1 of the base plate 1 is formed of an elastic material.
A is elastically deformed by being sandwiched between A and the peripheral portion 3B of the bus bar electrode 3. Thereby, the O-ring 51
Is for sealing between the peripheral portion 3B and the base plate 1.

【００７８】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、バスバ電極３の周縁部３Ｂとベースプ
レート１との間にはＯリング５１を設けたから、例えば
バスバ電極３の裏面側を水冷する場合であっても、バス
バ電極３とベースプレート１との接合部分をＯリング５
１によって液密にシールすることができ、冷却水の漏洩
を防ぐことができる。Thus, in the present embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. However, in the present embodiment, since the O-ring 51 is provided between the peripheral portion 3B of the bus bar electrode 3 and the base plate 1, even if the back surface of the bus bar electrode 3 is water-cooled, for example, Connect the O-ring 5 to the joint with the base plate 1.
1 enables a liquid-tight seal and prevents leakage of cooling water.

【００７９】次に、図１２は第６の実施の形態による半
導体装置を示し、本実施の形態の特徴はベースプレート
の表面にはセラミックス基板を介してＩＧＢＴ、還流ダ
イオードを取付ける構成としたことにある。なお、本実
施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同
一の符号を付し、その説明を省略するものとする。Next, FIG. 12 shows a semiconductor device according to a sixth embodiment, which is characterized in that an IGBT and a free wheel diode are mounted on the surface of a base plate via a ceramic substrate. . In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【００８０】６１はアルミナ等のセラミックス材料によ
って形成された平板状のセラミックス基板である。ま
た、セラミックス基板６１は、その両面に金属薄膜６１
Ａ，６１Ａが形成され、これらの金属薄膜６１ＡはＩＧ
ＢＴ９、還流ダイオード１２、バスバ電極３に半田６２
を用いてそれぞれ接合されている。Reference numeral 61 is a flat ceramic substrate formed of a ceramic material such as alumina. The ceramic substrate 61 has a metal thin film 61 on both surfaces thereof.
A, 61A are formed, and these metal thin films 61A are IG
Solder 62 to BT 9, freewheel diode 12, bus bar electrode 3
Respectively.

【００８１】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。Thus, in this embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.

【００８２】なお、前記第１ないし第５の実施の形態で
は、バスバ電極３には応力緩和金属板６を介してＩＧＢ
Ｔ９、還流ダイオード１２を取付ける構成としたが、第
６の実施の形態のように応力緩和金属板６に代えてセラ
ミックス基板を介してＩＧＢＴ等を取付ける構成として
もよく、ＩＧＢＴ等を直接的にバスバ電極に半田付け
し、実装する構成としてもよい。In the first to fifth embodiments, the IGB is connected to the bus bar electrode 3 via the stress relaxation metal plate 6.
T9, the freewheeling diode 12 is attached. However, as in the sixth embodiment, an IGBT or the like may be attached via a ceramics substrate instead of the stress relaxation metal plate 6, and the IGBT or the like may be directly connected to the bus bar. It may be configured to be soldered to the electrodes and mounted.

【００８３】また、前記各実施の形態では、半導体装置
として３相インバータを構成した場合を例に挙げて説明
したが、例えばＨブリッジ回路等を構成してもよい。In each of the above embodiments, the case where a three-phase inverter is configured as a semiconductor device has been described as an example. However, for example, an H-bridge circuit or the like may be configured.

【００８４】また、前記各実施の形態では、半導体素子
としてＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２を用いるものと
したが、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、また
は静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）を用いる構成として
もよい。In each of the above embodiments, the IGBT 9 and the freewheeling diode 12 are used as semiconductor elements. However, a configuration using a MOSFET, a bipolar transistor, or an electrostatic induction transistor (SIT) may be used.

【００８５】[0085]

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、バスバ電極の突出部をベースプレートの表面側の
開口部に挿入し、周縁部をベースプレートの表面に接着
剤を用いて接合し、バスバ電極の突出部を空冷等によっ
て冷却し、または突出部を放熱器に接着剤を用いて接合
する構成としたから、半導体素子によって発生した熱
を、直接的または応力緩和金属板等を介して間接的にバ
スバ電極に伝達し、バスバ電極の突出部を用いて外部に
放出することができる。As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, the projecting portion of the bus bar electrode is inserted into the opening on the front side of the base plate, and the peripheral portion is joined to the surface of the base plate using an adhesive. The projecting portion of the bus bar electrode is cooled by air cooling or the like, or the projecting portion is joined to the radiator by using an adhesive. It can be transmitted indirectly to the bus bar electrode via the bus bar electrode, and can be emitted to the outside using the protrusion of the bus bar electrode.

【００８６】この場合、半導体素子による熱をバスバ電
極の一部である突出部を通じて放熱することができるか
ら、従来技術のように放熱経路の途中に熱抵抗の大きな
オイルコンパウンド等を設ける必要がなく、放熱経路中
の熱抵抗を低減し、効率よく放熱することができる。In this case, the heat generated by the semiconductor element can be dissipated through the protruding portion which is a part of the bus bar electrode, so that there is no need to provide an oil compound or the like having a large thermal resistance in the heat dissipation path as in the prior art. In addition, the heat resistance in the heat radiation path can be reduced, and the heat can be efficiently radiated.

【００８７】また、バスバ電極に突出部を設けたから、
バスバ電極全体の熱容量を大きくすることができる。こ
れにより、半導体素子が過渡的に温度上昇した場合で
も、この熱をバスバ電極によって吸収することができ、
加熱による半導体素子の損傷を防ぎ、信頼性、耐久性を
高めることができる。Further, since the bus bar electrode is provided with a protruding portion,
The heat capacity of the entire bus bar electrode can be increased. As a result, even when the temperature of the semiconductor element rises transiently, this heat can be absorbed by the bus bar electrode,
The semiconductor element can be prevented from being damaged by heating, and reliability and durability can be improved.

【００８８】また、バスバ電極の突出部をベースプレー
トの開口部に挿入するから、半導体装置全体の高さ寸法
を大きく変えずにバスバ電極を厚くすることができる。
このため、熱抵抗の小さいバスバ電極内で熱流を充分に
拡散できるから、バスバ電極の外表面全体を通じて放熱
することができる。この結果、バスバ電極と周辺大気、
冷却水、放熱器との間の熱抵抗を小さくすることがで
き、放熱を促進することができる。また、バスバ電極の
突出部は、その裏面に加えて側面からも熱を放出するこ
とができ、放熱効率を高めることができる。Further, since the projecting portion of the bus bar electrode is inserted into the opening of the base plate, the bus bar electrode can be made thicker without largely changing the height of the entire semiconductor device.
For this reason, since the heat flow can be sufficiently diffused in the bus bar electrode having a small thermal resistance, heat can be radiated through the entire outer surface of the bus bar electrode. As a result, the bus bar electrode and the surrounding atmosphere,
The thermal resistance between the cooling water and the radiator can be reduced, and heat radiation can be promoted. Further, the projecting portion of the bus bar electrode can emit heat not only from the back surface but also from the side surface, and the heat radiation efficiency can be improved.

【００８９】さらに、バスバ電極の周縁部をベースプレ
ートに接着することによってバスバ電極とベースプレー
トとを接合するから、バスバ電極に半島体素子等を半田
付けした状態でバスバ電極に反り等が生じた場合でも、
バスバ電極とベースプレートとの接合を確実に、かつ半
田による接合部に過大な応力等を生じさせることなく行
うことができる。このため、接合部での半田の剥離を防
ぎ、信頼性、耐久性を高めることができる。Further, since the bus bar electrode and the base plate are joined by bonding the peripheral portion of the bus bar electrode to the base plate, even if the bus bar electrode is warped while the peninsula element or the like is soldered to the bus bar electrode. ,
The connection between the bus bar electrode and the base plate can be performed reliably and without causing an excessive stress or the like at the connection portion by the solder. For this reason, the peeling of the solder at the joint can be prevented, and the reliability and durability can be improved.

【００９０】また、バスバ電極の周縁部をベースプレー
トに接着し、バスバ電極とベースプレートとを接合する
から、全面に亘って接合するときに比べて、これらの接
合面積を小さくすることができる。このため、バスバ電
極とベースプレートとの間に熱膨張率の違いによる熱ス
トレスが作用した場合でも、この熱ストレスによる応力
を小さくすることができ、これらの部材が剥離するのを
防ぐことができる。Further, since the peripheral portion of the bus bar electrode is adhered to the base plate and the bus bar electrode and the base plate are joined, the joint area can be reduced as compared with the case where the entire surface is joined. For this reason, even when thermal stress due to a difference in the coefficient of thermal expansion acts between the bus bar electrode and the base plate, the stress due to this thermal stress can be reduced, and these members can be prevented from peeling.

【００９１】さらに、バスバ電極とベースプレートとの
接合面積が小さいから、不十分な平坦度や反りによって
これらの間に隙間が生じることがなく、熱抵抗の増大を
防止できると共に、これらの剥離を防ぐことができる。Further, since the joint area between the bus bar electrode and the base plate is small, there is no gap between them due to insufficient flatness or warpage, so that it is possible to prevent an increase in thermal resistance and to prevent the separation thereof. be able to.

【００９２】請求項２の発明によれば、バスバ電極の表
面側には直接的に半導体素子を実装し、または応力緩和
金属板を介してもしくは両面に金属薄膜を有するセラミ
ックス基板を介して間接的に半導体素子を実装する構成
としたから、空冷方式に比べて水冷方式を採用すること
によって、さらに冷却効率を向上することができる。一
方、バスバ電極の裏面側に放熱器を接合するときには、
比較的熱抵抗の小さい接着剤を用いることができるか
ら、バスバ電極と放熱器との接合部における温度差を小
さくし、放熱器内部で熱流を拡散することができ、半導
体素子の温度上昇をさらに抑制することができる。According to the second aspect of the present invention, a semiconductor element is directly mounted on the surface side of the bus bar electrode, or indirectly via a stress relief metal plate or a ceramic substrate having a metal thin film on both sides. Since the semiconductor element is mounted on the substrate, the cooling efficiency can be further improved by adopting the water cooling system as compared with the air cooling system. On the other hand, when joining a radiator to the back side of the bus bar electrode,
Since an adhesive having a relatively small thermal resistance can be used, the temperature difference at the junction between the bus bar electrode and the radiator can be reduced, the heat flow can be diffused inside the radiator, and the temperature of the semiconductor element can be further increased. Can be suppressed.

【００９３】請求項３の発明によれば、バスバ電極の裏
面のうち少なくとも突出部の外表面には絶縁領域を形成
したから、バスバ電極の突出部を露出させて空冷する場
合であっても、突出部の外表面からの漏電を防止するこ
とができる。また、絶縁領域によって突出部と外部との
間を絶縁状態に保つことができるから、ベースプレート
に複数のバスバ電極を取付けると共に、バスバ電極に高
電圧が印加される場合であっても、バスバ電極の相互間
での短絡を防ぐことができる。According to the third aspect of the present invention, since the insulating region is formed on at least the outer surface of the protruding portion on the back surface of the bus bar electrode, even when the protruding portion of the bus bar electrode is exposed and air-cooled, Electric leakage from the outer surface of the protrusion can be prevented. Further, since the insulating region can keep the protruding portion and the outside insulated from each other, a plurality of busbar electrodes can be attached to the base plate, and even when a high voltage is applied to the busbar electrodes, the busbar electrodes can be maintained. Short circuit between each other can be prevented.

【００９４】請求項４の発明によれば、バスバ電極は半
導体素子を実装する第１の金属板と、突出部をなす第２
の金属板とにより構成し、第１の金属板の裏面側には、
半田もしくは接着剤を用いて直接的に、または絶縁基板
を介して間接的に第２の金属板を接合する構成としたか
ら、バスバ電極を２枚の金属板によって形成することが
でき、突出部を形成するための複雑な加工を廃止でき、
生産性を向上することできる。According to the fourth aspect of the present invention, the bus bar electrode has the first metal plate on which the semiconductor element is mounted and the second metal plate forming the projecting portion.
, And on the back side of the first metal plate,
Since the second metal plate is joined directly using solder or adhesive or indirectly via an insulating substrate, the bus bar electrode can be formed by two metal plates, and the projecting portion can be formed. Can eliminate complicated processing for forming
Productivity can be improved.

【００９５】また、第１の金属板の厚さを薄くすること
によって、Ｘ線等を透過し易くすることができる。この
ため、第１の金属板と応力緩和金属板等とを半田を用い
て接合したとき、この接合部にボイド（隙間）の有無を
Ｘ線透過等による方法を用いて確認することができる。
この結果、接合部分のボイドの含有率が低いものを用い
ることができ、ボイドの増大による放熱性の悪化を防
ぎ、信頼性を高めることができる。Further, by reducing the thickness of the first metal plate, X-rays and the like can be easily transmitted. For this reason, when the first metal plate and the stress relieving metal plate or the like are joined using solder, the presence or absence of a void (gap) at this joint can be confirmed using a method based on X-ray transmission or the like.
As a result, it is possible to use a material having a low content of voids in the joint portion, prevent deterioration of heat dissipation due to an increase in voids, and improve reliability.

【００９６】さらに、第１の金属板上に半導体素子を実
装した後に第１，第２の金属板を接合することができ
る。このため、第１の金属板に実装した状態で半導体素
子に異常が生じているか否かを確認した後に、第１，第
２の金属板を接合することができ、正常な半導体素子だ
けをバスバ電極に取付けることができ、歩留まりを向上
することができる。Furthermore, after mounting the semiconductor element on the first metal plate, the first and second metal plates can be joined. For this reason, after confirming whether or not an abnormality has occurred in the semiconductor element while being mounted on the first metal plate, the first and second metal plates can be joined, and only the normal semiconductor element can be connected to the bus bar. It can be attached to the electrode, and the yield can be improved.

【００９７】また、第１，第２の金属板を絶縁基板を挟
んだ状態で接合した場合には、第１，第２の金属板間を
絶縁することができ、第１の金属板に高電圧を印加する
場合であっても、放熱を行う第２の金属板からの漏電を
防止することができる。When the first and second metal plates are joined with the insulating substrate interposed therebetween, the first and second metal plates can be insulated from each other, and the first and second metal plates can be insulated. Even when a voltage is applied, it is possible to prevent electric leakage from the second metal plate that radiates heat.

【００９８】請求項５の発明によれば、ベースプレート
の裏面側には、開口部に挿入されたバスバ電極の突出部
を覆う密閉箱を設け、該密閉箱の内部に液体を収容する
ことによって前記バスバ電極を液冷または沸騰冷却し、
該密閉箱の外表面を空冷もしくは水冷し、または該密閉
箱を放熱器に接着剤を用いて接合する構成としたから、
半導体素子が発生した熱を、バスバ電極の裏面側に設け
た突出部を通じて密閉室内に伝達でき、密閉室の外表面
から周辺大気等に放熱することができる。また、バスバ
電極の熱容量の加えて、密閉室内の液体の熱容量または
沸騰冷却に伴う潜熱が作用するから、温度が過渡的に変
化する場合でも、温度変化を吸収し、温度上昇を抑制す
ることができる。According to the fifth aspect of the present invention, a closed box is provided on the back surface side of the base plate to cover the projecting portion of the bus bar electrode inserted into the opening, and the liquid is stored in the closed box. Liquid or boil the busbar electrode,
Because the outer surface of the closed box was air-cooled or water-cooled, or the closed box was bonded to a radiator using an adhesive,
The heat generated by the semiconductor element can be transmitted into the closed chamber through the protrusion provided on the back surface side of the bus bar electrode, and can be radiated from the outer surface of the closed chamber to the surrounding atmosphere. In addition to the heat capacity of the bus bar electrode, the heat capacity of the liquid in the closed chamber or the latent heat associated with boiling cooling acts, so that even if the temperature changes transiently, it can absorb the temperature change and suppress the temperature rise. it can.

【００９９】請求項６の発明によれば、放熱器には、バ
スバ電極の裏面と接合する部分に凹陥した凹陥部を形成
し、該凹陥部に前記バスバ電極の突出部を挿入する構成
としたから、バスバ電極と放熱器との接合面積を広くす
ることができる。この結果、バスバ電極と放熱器との間
での熱流密度を小さくし、熱流を放熱器内部に充分に拡
散できる。このため、大きな面積を有する放熱器の外表
面を通じて放熱することができ、放熱効率を高めること
ができる。また、バスバ電極の突出部側面（端面）と放
熱器の凹陥部側面とを嵌合させることができ、機械的な
応力等が作用した場合でも、バスバ電極と放熱器とが剥
離することがなくなる。According to the sixth aspect of the present invention, the radiator has a configuration in which a recessed portion is formed at a portion joined to the back surface of the bus bar electrode, and the projection of the bus bar electrode is inserted into the recessed portion. Therefore, the joint area between the bus bar electrode and the radiator can be increased. As a result, the heat flow density between the bus bar electrode and the radiator can be reduced, and the heat flow can be sufficiently diffused into the radiator. Therefore, heat can be radiated through the outer surface of the radiator having a large area, and the heat radiation efficiency can be increased. Further, the side surface (end surface) of the projecting portion of the bus bar electrode and the side surface of the concave portion of the radiator can be fitted, so that even when a mechanical stress or the like is applied, the bus bar electrode and the radiator are not separated. .

【０１００】請求項７の発明によれば、バスバ電極の突
出部の側面と接着剤との間に位置して、ベースプレート
の表面とバスバ電極の周縁部との間にはＯリングを取り
付ける構成としたから、バスバ電極の裏面側を水冷する
場合であっても、バスバ電極とベースプレートとの接合
部分をＯリングによって液密にシールすることができ、
冷却水の漏洩を防ぐことができる。According to the seventh aspect of the present invention, an O-ring is provided between the surface of the base plate and the peripheral portion of the bus bar electrode, between the side surface of the projecting portion of the bus bar electrode and the adhesive. Therefore, even when the back side of the bus bar electrode is water-cooled, the joint between the bus bar electrode and the base plate can be sealed in a liquid-tight manner by the O-ring,
Leakage of cooling water can be prevented.

【０１０１】請求項８の発明によれば、バスバ電極の突
出部はフィン形状に形成したから、突出部の表面積（放
熱面積）を大きくすることができ、突出部を空冷または
水冷するときの冷却効率を高めることができる。また、
バスバ電極を放熱器に接続する場合には、バスバ電極と
放熱器との接合面積を増加させることができ、これらの
接合強度を高めることができる。According to the eighth aspect of the present invention, since the projecting portion of the bus bar electrode is formed in a fin shape, the surface area (radiation area) of the projecting portion can be increased, and cooling when the projecting portion is air-cooled or water-cooled. Efficiency can be increased. Also,
When connecting the bus bar electrode to the radiator, the joining area between the bus bar electrode and the radiator can be increased, and the joining strength between them can be increased.

【０１０２】請求項９の発明によれば、ベースプレート
には複数のバスバ電極を設ける構成としたから、半導体
装置全体を小型化することができると共に、３相インバ
ータ回路、Ｈブリッジ回路等を構成することができる。According to the ninth aspect of the present invention, since a plurality of bus bar electrodes are provided on the base plate, the entire semiconductor device can be reduced in size, and a three-phase inverter circuit, an H-bridge circuit and the like can be formed. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体装置を
示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】第１の実施の形態による半導体装置に設けた３
相インバータを示す電気回路図である。FIG. 2 illustrates a semiconductor device according to the first embodiment;
It is an electric circuit diagram showing a phase inverter.

【図３】半導体装置を図１中の矢示III−III方向からみ
た断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device as viewed from a direction indicated by arrows III-III in FIG. 1;

【図４】第１の実施の形態の第１の変形例による半導体
装置を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a first modification of the first embodiment.

【図５】第１の実施の形態の第２の変形例による半導体
装置を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second modification of the first embodiment.

【図６】第１の実施の形態の第３の変形例による半導体
装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment.

【図７】第２の実施の形態による半導体装置を示す断面
図である。FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment;

【図８】第２の実施の形態の変形例による半導体装置を
示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.

【図９】第３の実施の形態による半導体装置を示す断面
図である。FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment.

【図１０】第４の実施の形態による半導体装置を示す断
面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【図１１】第５の実施の形態による半導体装置を示す断
面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fifth embodiment;

【図１２】第６の実施の形態による半導体装置を示す断
面図である。FIG. 12 is a sectional view showing a semiconductor device according to a sixth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ベースプレート ２ 開口部 ３，３′，３″，２１，３１ バスバ電極 ３Ａ，３Ａ′，３Ａ″，２１Ａ，３１Ａ 突出部 ３Ｂ，３Ｂ′，３Ｂ″，２１Ｂ，３１Ｂ 周縁部 ５，２５ 絶縁領域 ６ 応力緩和金属板 ９ ＩＧＢＴ（半導体素子） １２ 還流ダイオード（半導体素子） １３ 水冷放熱器 １４，１６，４１ 放熱器 ２２，３２ 第１の金属板 ２３，３３ 第２の金属板 ２６ 絶縁基板 ３５ 密閉室 ４１Ｂ 凹陥部 ５１ Ｏリング ６１ セラミックス基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base plate 2 Opening 3,3 ', 3 ", 21,31 Bus bar electrode 3A, 3A', 3A", 21A, 31A Projecting part 3B, 3B ', 3B ", 21B, 31B Peripheral part 5,25 Insulating area 6 Stress relaxation metal plate 9 IGBT (semiconductor element) 12 circulating diode (semiconductor element) 13 water-cooled radiator 14, 16, 41 radiator 22, 32 first metal plate 23, 33 second metal plate 26 insulating substrate 35 closed chamber 41B Recess 51 O-ring 61 Ceramic substrate

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 貫通した開口部を有するベースプレート
と、表面側に半導体素子が設けられ、裏面側には該ベー
スプレートの開口部に挿入される突出部を有すると共に
該ベースプレートの表面側に当接する周縁部を有するバ
スバ電極とを備え、 前記バスバ電極の裏面側のうち前記周縁部を前記ベース
プレートの表面に接着剤を用いて接合し、 前記バスバ電極の裏面側に位置する突出部を空冷もしく
は水冷によって冷却し、または該突出部を放熱器に接着
剤を用いて接合する構成としてなる半導体装置。1. A base plate having a penetrating opening, and a peripheral edge provided with a semiconductor element on the front side and having a projecting part inserted into the opening of the base plate on the back side and contacting the front side of the base plate. A bus bar electrode having a portion, the peripheral portion of the back side of the bus bar electrode is bonded to the surface of the base plate using an adhesive, and the protrusion located on the back side of the bus bar electrode is air-cooled or water-cooled. A semiconductor device having a configuration in which the projection is cooled or bonded to the radiator by using an adhesive. 【請求項２】 前記バスバ電極の表面側には、直接的に
半導体素子を実装し、または応力緩和金属板を介しても
しくは両面に金属薄膜を有するセラミックス基板を介し
て間接的に半導体素子を実装する構成としてなる請求項
１に記載の半導体装置。2. The semiconductor element is directly mounted on the surface side of the bus bar electrode, or the semiconductor element is mounted indirectly via a stress relieving metal plate or a ceramic substrate having a metal thin film on both surfaces. The semiconductor device according to claim 1, wherein 【請求項３】 前記バスバ電極の裏面のうち少なくとも
前記突出部の外表面には絶縁領域を形成してなる請求項
１または２に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating region is formed on at least an outer surface of said projecting portion on a back surface of said bus bar electrode. 【請求項４】 前記バスバ電極は、前記半導体素子を実
装する第１の金属板と、前記突出部をなす第２の金属板
とにより構成し、 前記第１の金属板の裏面側には、半田もしくは接着剤を
用いて直接的に、または絶縁基板を介して間接的に前記
第２の金属板を接合してなる請求項１，２または３に記
載の半導体装置。4. The bus bar electrode includes a first metal plate on which the semiconductor element is mounted, and a second metal plate forming the protruding portion, and a back surface of the first metal plate includes: 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal plate is bonded directly using solder or an adhesive or indirectly via an insulating substrate. 5. 【請求項５】 前記ベースプレートの裏面側には、前記
開口部に挿入された前記バスバ電極の突出部を覆う密閉
箱を設け、該密閉箱の内部に液体を収容することによっ
て前記バスバ電極を液冷または沸騰冷却し、該密閉箱の
外表面を空冷もしくは水冷によって冷却し、または該密
閉箱を放熱器に接着剤を用いて接合する構成としてなる
請求項１，２，３または４に記載の半導体装置。5. A closed box is provided on the back side of the base plate to cover the projecting portion of the bus bar electrode inserted into the opening, and a liquid is accommodated in the closed box so that the bus bar electrode is liquid. 5. The structure according to claim 1, wherein the enclosure is cooled by cooling or boiling, the outer surface of the enclosure is cooled by air or water, or the enclosure is joined to a radiator using an adhesive. Semiconductor device. 【請求項６】 前記放熱器には、前記バスバ電極の裏面
と接合する部分に凹陥した凹陥部を形成し、該凹陥部に
前記バスバ電極の突出部を挿入する構成としてなる請求
項２，３，４または５に記載の半導体装置。6. The radiator has a configuration in which a recessed portion is formed at a portion joined to the back surface of the bus bar electrode, and a projection of the bus bar electrode is inserted into the recessed portion. , 4 or 5. 【請求項７】 前記バスバ電極の突出部の側面と前記接
着剤との間に位置して、前記ベースプレートの表面と前
記バスバ電極の周縁部との間にはＯリングを取り付ける
構成としてなる請求項１，２，３，４，５または６に記
載の半導体装置。7. An O-ring is provided between a surface of the base plate and a peripheral portion of the bus bar electrode, which is located between a side surface of the projecting portion of the bus bar electrode and the adhesive. 7. The semiconductor device according to 1, 2, 3, 4, 5, or 6. 【請求項８】 前記バスバ電極の突出部はフィン形状に
形成してなる請求項１，２，３，４，５，６または７に
記載の半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 1, wherein said projecting portion of said bus bar electrode is formed in a fin shape. 【請求項９】 前記ベースプレートには複数のバスバ電
極を設ける構成としてなる請求項１，２，３，４，５，
６，７または８に記載の半導体装置。9. The system according to claim 1, wherein a plurality of bus bar electrodes are provided on said base plate.
9. The semiconductor device according to 6, 7, or 8.
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