JP2006203138A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数のパワー半導体素子を効果的に冷却することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】 インバータ１０，２０の各々は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相アームの上下各アームにそれぞれ対応する６つの半導体モジュールが冷却体７２〜８４と交互に積層されて形成され、インバータ１０，２０は、半導体モジュールの積層方向に沿って並設される。インバータ１０，２０の両側には、冷却体７２〜８４に接続される冷却水路５０，５５がそれぞれ配設される。そして、インバータ１０，２０の間には、冷却体７２〜８４に接続される冷却水路６０が配設され、冷却水路６０は、インバータ１０，２０の間からインバータ１０，２０を冷却する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、複数のパワー半導体素子が積層された半導体装置の冷却技術に関する。

特開平９−２６０５８５号公報（特許文献１）は、複数のパワー半導体素子が積層された半導体装置の構成を開示する。この半導体装置は、複数の両面冷却型の平型半導体素子と、複数の冷却体と、冷却水分配用ヘッダと、冷却水集合用ヘッダとを備える。

この半導体装置においては、両面冷却型の平型半導体素子と冷却体とが複数交互に積層される。そして、冷却水分配用ヘッダから各冷却体を介して冷却水集合ヘッダへ冷却水が流されることによって各平型半導体素子が両面から冷却される（特許文献１参照）。

このような積層型の半導体装置によれば、複数のパワー半導体素子が平面的に配設される場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
特開平９−２６０５８５号公報（第２図、第４図）

特開平９−２６０５８５号公報に開示されるような積層型の半導体装置においては、装置の小型化を図ることができる一方で、装置の集積度が高いために半導体装置内部に熱が蓄積されやすい。そこで、このような積層型の半導体装置においては、冷却水路を効率的に配設するなどして半導体素子を効果的に冷却することが重要である。

一方、近年、半導体装置としてのインバータを搭載したハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きく注目されている。このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。また、このハイブリッド自動車においては、エンジンの始動を行ない、かつ、エンジンからの動力を用いて発電するモータジェネレータを備えるものが知られている。そして、ハイブリッド自動車においては、搭載される各装置の小型化が強く要求され、上記のような積層型のインバータ装置が用いられることが多い。

図８は、従来よりハイブリッド自動車に搭載されているインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。図８を参照して、このインバータ装置は、インバータ５１０，５２０と、冷却体５４２〜５５４と、冷却水路５３０，５３５とを備える。インバータ５１０は、駆動輪に連結されるモータを駆動するためのインバータである。インバータ５２０は、エンジンに連結されるモータジェネレータを駆動するためのインバータである。インバータ５１０，５２０の各々においては、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相アームの上下各アームごとにモジュール化された６つの半導体モジュールが冷却体５４２〜５５４を介して積層される。そして、インバータ５１０，５２０は、冷却系統においてインバータ５１０が上流側となるように直列に配設され、各インバータ５１０，５２０における６つの半導体モジュールは、冷却系統において並設される。

冷却水路５３０は、ウォーターポンプ５６０に接続され、ウォーターポンプ５６０から供給される冷却水を冷却体５４２〜５５４へ供給する。冷却水路５３５は、ラジエータ５７０に接続され、冷却体５４２〜５５４から排出される冷却水をラジエータ５７０へ供給する。そして、ラジエータ５７０によって冷却された冷却水は、冷却水路５５６を介してウォーターポンプ５６０へ供給される。

このインバータ装置においては、インバータ５１０，５２０の各半導体モジュールは、冷却体５４２〜５５４によって両面から冷却されているものの、同一の冷却体によって冷却されるインバータ５１０，５２０の半導体モジュール間で熱干渉が発生し、インバータ５１０，５２０間に熱が蓄積されるという問題がある。そこで、このような熱干渉の発生を防止して効果的に半導体装置を冷却することが重要である。

また、冷却水路における圧力損失の影響により下流ほど冷却水路内の圧力は低下し、上流側の冷却体と下流側の冷却体とでは、一般に冷却性能に差異が発生する。そして、冷却性能に差異があると、冷却性能が低い冷却体を基準に冷却系を設計しなければならず、相対的に冷却性能が高い上流側の冷却体においては能力過剰となるので、全体として冷却効率は低下する。そこで、インバータ装置における冷却水の入力口から出力口までの冷却水路長をできる限り短くして各冷却体間の冷却性能のアンバランスを抑制し、全体として冷却効率を高めることが重要である。

上述した特開平９−２６０５８５号公報に開示された半導体装置は、半導体素子と冷却体とを積層することにより装置の小型化を図ることはできるが、上記のような半導体装置の冷却性に関する課題を解決することはできない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多数のパワー半導体素子を効果的に冷却することができる半導体装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、多数のパワー半導体素子を効率的に冷却することができる半導体装置を提供することである。

この発明によれば、半導体装置は、所定の方向に対して並設され、かつ、各々において半導体素子および冷却体が所定の方向に複数交互に積層される第１および第２の半導体素子群と、第１および第２の半導体素子群の両側にそれぞれ所定の方向に沿って配設され、かつ、第１の半導体素子群の各冷却体および第２の半導体素子群の各冷却体にそれぞれ接続される第１および第２の冷媒路と、第１および第２の半導体素子群の間に所定の方向に沿って配設され、かつ、第１および第２の半導体素子群の各冷却体に接続される第３の冷媒路とを備える。

この発明による半導体装置においては、第１および第２の半導体素子群における複数の半導体素子の各々は、冷却体によって両面から冷却される。また、第１および第２の半導体素子群は、第１および第２の冷媒路によって両側から冷却される。さらに、第１および第２の半導体素子群は、第３の冷媒路によって第１および第２の半導体素子群の間から冷却される。

したがって、この発明によれば、第１および第２の半導体素子群間で発生する熱干渉を防止することができ、第１および第２の半導体素子群における複数の半導体素子を効果的に冷却することができる。

好ましくは、第１から第３の冷媒路は、第１から第３の冷媒路に冷媒を供給する供給手段に対して並列に設けられる。

この半導体装置においては、冷媒の入力口と出力口との間に複数の冷媒路が直列接続される場合に比べて、冷媒の入力口から出力口までの冷媒路の経路長が短く、冷媒路における圧力損失が小さい。したがって、この発明によれば、第１および第２の半導体素子群における複数の半導体素子を効率的に冷却することができる。

好ましくは、半導体装置は、供給手段と第１から第３の冷媒路との間に配設され、かつ、第１から第３の冷媒路に供給する冷媒を貯留する貯留部をさらに備える。

この半導体装置においては、貯留部が設けられることによって第１から第３の冷媒路へ冷媒が安定供給される。したがって、この発明によれば、第１および第２の半導体素子群における複数の半導体素子間の冷却ばらつきを抑えることができ、その結果、複数の半導体素子を効率的に冷却することができる。

好ましくは、半導体装置は、第３の冷媒路と第１および第２の半導体素子群の各冷却体との接続部にそれぞれ配設される複数の逆止弁をさらに備え、第３の冷媒路は、第１および第２の半導体素子群の各冷却体からの冷媒を通流し、複数の逆止弁は、第３の冷媒路から複数の冷却体を介して第１および第２の冷媒路へ冷媒が流されるのを防止する。

また好ましくは、半導体装置は、第１の冷媒路と第１の半導体素子群の各冷却体との接続部、および第２の冷媒路と第２の半導体素子群の各冷却体との接続部にそれぞれ配設される複数の逆止弁をさらに備え、第３の冷媒路は、第１および第２の半導体素子群の各冷却体へ冷媒を供給し、複数の逆止弁は、第１および第２の冷媒路から複数の冷却体を介して第３の冷媒路へ冷媒が流されるのを防止する。

上記の半導体装置においては、複数の逆止弁は、複数の冷却体に流された冷媒が複数の冷却体へ逆流するのを防止する。したがって、この発明によれば、冷媒の流れが安定化され、その結果、冷却のばらつきを抑制することができる。

好ましくは、複数の冷却体において冷媒が流される流路の面積は、所定の方向に沿って下流に配設される冷却体ほど大きい。

この半導体装置においては、所定の方向に沿って下流に配設される冷却体ほど冷媒流量が多くなるので、下流ほど大きくなる圧力損失による冷却効率の低下が補完され、上流側の冷却体と下流側の冷却体との冷却能力のバランスが図られる。したがって、この発明によれば、第１および第２の半導体素子群における複数の半導体素子の冷却ばらつきを抑えることができ、その結果、複数の半導体素子を効率的に冷却することができる。

以上のように、この発明によれば、積層された多数のパワー半導体素子を効果的かつ効率的に冷却することができる。また、複数のパワー半導体素子が積層されるので、半導体装置を小型化することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置を含む負荷駆動装置の概略ブロック図である。図１を参照して、この負荷駆動装置１は、バッテリＢと、コンデンサＣと、インバータ１０，２０と、制御装置３０と、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬとを含む。

この負荷駆動装置１は、たとえば、ハイブリッド自動車に搭載される。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組み込まれる。

この負荷駆動装置１によって駆動されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機からなる。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ１０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ１０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ２０へ出力する。

バッテリＢは、直流電源であって、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、発生した直流電圧をインバータ１０，２０へ出力し、また、インバータ１０，２０から出力される直流電圧によって充電される。

インバータ１０は、Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６を含む。Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム１４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム１６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

このインバータ１０は、制御装置３０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬから供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１０は、エンジンからの出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬへ出力する。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２１，Ｑ２２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２３，Ｑ２４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２５，Ｑ２６からなる。各パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６も、たとえばＩＧＢＴからなる。各パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。そして、インバータ２０においても、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

このインバータ２０は、制御装置３０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬから供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、車両の回生制動時、駆動軸からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬへ出力する。

コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

制御装置３０は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間の電圧、ならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ１０へ出力する。また、制御装置３０は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間の電圧、ならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ２０へ出力する。

図２は、図１に示したインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。図２を参照して、インバータ装置は、インバータ１０，２０と、冷却体７２〜８４と、冷却水路５０，５５，６０，１２２〜１２６と、冷却水タンク９０と、ウォーターポンプ１００と、ラジエータ１１０とを含む。

インバータ１０においては、図１に示したＵ相アーム１２の上アームおよび下アーム、Ｖ相アーム１４の上アームおよび下アーム、ならびにＷ相アーム１６の上アームおよび下アームごとにモジュール化され、合計６つの半導体モジュールが冷却体７２〜８４を介して積層される。また、インバータ２０においても、図１に示したＵ相アーム２２の上アームおよび下アーム、Ｖ相アーム２４の上アームおよび下アーム、ならびにＷ相アーム２６の上アームおよび下アームごとにモジュール化され、合計６つの半導体モジュールが冷却体７２〜８４を介して積層される。そして、インバータ１０，２０は、半導体モジュールの積層方向に沿って並設される。

冷却体７２〜８４は、インバータ１０，２０の各々における６つの半導体モジュールと交互に積層して配設され、冷却水路５０，５５，６０と接続される。そして、冷却体７２〜８４は、冷却水路５０，５５から冷却水が供給されることによって、インバータ１０，２０の各々における６つの半導体モジュールを両面から冷却する。

冷却水路５０は、半導体モジュールの積層方向に沿って、インバータ１０を挟んでインバータ２０の反対側に配設される。冷却水路５０は、冷却体７２〜８４と接続され、冷却水タンク９０から供給される冷却水を冷却体７２〜８４へ供給する。また、冷却水路５０は、冷却水タンク９０から供給される冷却水によってインバータ１０を側面から冷却する。

冷却水路５５は、半導体モジュールの積層方向に沿って、インバータ２０を挟んでインバータ１０の反対側に配設される。冷却水路５５も、冷却体７２〜８４と接続され、冷却水タンク９０から供給される冷却水を冷却体７２〜８４へ供給する。また、冷却水路５５は、冷却水タンク９０から供給される冷却水によってインバータ２０を側面から冷却する。

冷却水路６０は、半導体モジュールの積層方向に沿って、インバータ１０とインバータ２０との間に配設される。冷却水路６０は、冷却体７２〜８４と接続され、冷却体７２〜８４から排出される冷却水を出側の冷却水路１２２へ供給する。また、冷却水路６０は、冷却水タンク９０から供給される冷却水によって、インバータ１０とインバータ２０との間からインバータ１０，２０を冷却する。

なお、冷却水路５０，５５の各々と出側の冷却水路１２２との接続部分の流路面積は、冷却水路６０と冷却水路１２２との接続部分の流路面積よりも小さくなっており、これにより、冷却水路５０，５５から冷却体７２〜８４を介して冷却水路６０への冷却水の流れが形成される。

また、冷却水路６０と冷却体７２〜８４との各接続部には逆止弁が設けられ（図示せず）、冷却体７２〜８４から冷却水路６０へ流された冷却水が冷却体７２〜８４へ逆流することが防止される。

冷却水タンク９０は、ウォーターポンプ１００から供給される冷却水を一時的に貯留し、その貯留した冷却水を冷却水路５０，５５，６０へ供給する。この冷却水タンク９０は、３つの冷却水路５０，５５，６０へ冷却水を安定供給するために設けられる。

ウォーターポンプ１００は、ラジエータ１１０からの冷却水に所定の吐出圧を付与して冷却水タンク９０へ供給し、このインバータ装置における冷却水を循環させる。ラジエータ１１０は、インバータ１０，２０から受熱した冷却水を冷却する。

このインバータ装置においては、ウォーターポンプ１００は、冷却水タンク９０へ冷却水を供給し、冷却水タンク９０は、冷却水路５０，５５，６０へ冷却水を供給する。冷却水路５０，５５は、冷却水タンク９０から供給される冷却水を出側の冷却水路１２２へ出力するとともに冷却体７２〜８４へ供給する。冷却水路６０は、冷却水タンク９０から供給される冷却水および冷却体７２〜８４からの冷却水を出側の冷却水路１２２へ出力する。

図３は、図２に示したＡ部の拡大図である。図３を参照して、冷却水路６０と冷却体８４との接続部には、逆止弁１５２，１５４が配設される。逆止弁１５２，１５４は、冷却体８４から冷却水路６０へは冷却水を流すことができるが、冷却水路６０から冷却体８４へは冷却水を流さない構造になっている。

なお、特に図示しないが、このような逆止弁は、冷却水路６０と冷却体７２〜８４の各接続部に配設されている。

以上のように、この実施の形態１によれば、インバータ１０，２０の各々において半導体モジュールが積層されるので、インバータ装置を小型化することができる。そして、インバータ１０とインバータ２０との間に冷却水路６０が配設され、インバータ１０とインバータ２０との間からインバータ１０，２０が冷却されるので、インバータ１０とインバータ２０との熱干渉を防止することができる。

また、ウォーターポンプ１００に対して冷却水路５０，５５，６０が並列に接続されるので、冷却水路が直列に接続される従来のインバータ装置に比べて冷却水路の経路長が短く、冷却水の圧力損失が小さい。したがって、上流側と下流側とで冷却性能のばらつきを抑えることができ、効率的な冷却が実現される。

さらに、冷却水路５０，５５，６０の上流に冷却水タンク９０を設けたので、冷却水路５０，５５，６０へ冷却水が安定供給される。また、さらに、冷却水路６０から冷却体７２〜８４へ冷却水が逆流するのを防止する逆止弁を設けたので、インバータ装置内での冷却水の流れが安定化される。したがって、これらの点からも、冷却性能のばらつきの発生を抑制でき、効率的な冷却を実現できる。

［実施の形態１の変形例］
図４は、実施の形態１の変形例によるインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。図４を参照して、このインバータ装置においては、冷却水路６０と出側の冷却水路１２２との接続部分の流路面積は、冷却水路５０，５５の各々と冷却水路１２２との接続部分の流路面積よりも小さくなっており、これにより、冷却水路６０から冷却体７２〜８４を介して冷却水路５０，５５への冷却水の流れが形成される。

また、図２に示した実施の形態１によるインバータ装置において冷却水路６０と冷却体７２〜８４との各接続部に設けられていた逆止弁は、冷却水路５０，５５と冷却体７２〜８４との各接続部に設けられており、この逆止弁によって、冷却体７２〜８４から冷却水路５０，５５へ流された冷却水が冷却体７２〜８４へ逆流することが防止される。

なお、実施の形態１の変形例によるインバータ装置のその他の構造は、図２に示した実施の形態１によるインバータ装置の構造と同じである。

図５は、図４に示したＢ部の拡大図である。図５を参照して、冷却水路５０と冷却体８４との接続部には、逆止弁１５６が配設される。逆止弁１５６は、冷却体８４から冷却水路５０へは冷却水を流すことができるが、冷却水路５０から冷却体８４へは冷却水を流さない構造になっている。

なお、特に図示しないが、このような逆止弁は、冷却水路５０，５５と冷却体７２〜８４の各接続部に配設されている。

この実施の形態１の変形例によっても、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態２］
図６は、実施の形態２によるインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。図６を参照して、この実施の形態２によるインバータ装置は、図２に示した実施の形態１によるインバータ装置の構造において、冷却体７２〜８４に代えて冷却体７２Ａ〜８４Ａを含む。冷却体７２Ａ〜８４Ａは、ウォーターポンプ１００に対して下流に配設される冷却体ほど冷却水の流路面積が大きくなっている。

このような構造にした理由は、ウォーターポンプ１００に対して下流に配設される冷却体ほど圧力損失の影響により冷却効率が低下するところ、この実施の形態２では、下流に配設される冷却体の流路面積を上流に配設される冷却体の流路面積よりも大きくすることによって、下流に配設される冷却体ほど冷却水の流量を多くし、上流側の冷却体と下流側の冷却体との冷却能力の均一化を図ったものである。

なお、上記においては、冷却水路５０，５５の各々と出側の冷却水路１２２との接続部分の流路面積を冷却水路６０と冷却水路１２２との接続部分の流路面積よりも小さくするより、冷却水路５０，５５から冷却体７２Ａ〜８４Ａを介して冷却水路６０への冷却水の流れを形成しているが、冷却水路６０と冷却水路１２２との接続部分の流路面積を冷却水路５０，５５の各々と冷却水路１２２との接続部分の流路面積よりも小さくするより、冷却水路６０から冷却体７２Ａ〜８４Ａを介して冷却水路５０，５５への冷却水の流れを形成してもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、下流側の冷却体ほど冷却水の流量を多くしたので、上流側の冷却体と圧力損失が発生する下流側の冷却体との冷却性能のばらつきをさらに抑制できる。したがって、さらに効率的な冷却を実現することができる。

［実施の形態３］
図７は、実施の形態３によるインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。図７を参照して、この実施の形態３によるインバータ装置は、図２に示した実施の形態１によるインバータ装置の構造において、冷却水タンク９０を含まず、ウォーターポンプ１００およびラジエータ１１０に代えてウォーターポンプ１０２〜１０６およびラジエータ１１２を含む。

ウォーターポンプ１０２は、ラジエータ１１２と冷却水路５０との間に配設され、冷却水路１６２からの冷却水に所定の吐出圧を付与して冷却水路５０へ供給する。ウォーターポンプ１０４は、ラジエータ１１２と冷却水路５５との間に配設され、冷却水路１６４からの冷却水に所定の吐出圧を付与して冷却水路５５へ供給する。ウォーターポンプ１０６は、ラジエータ１１２と冷却水路６０との間に配設され、冷却水路１６６からの冷却水に所定の吐出圧を付与して冷却水路６０へ供給する。

ウォーターポンプ１０２，１０４の吐出能力は、互いに同じであり、ウォーターポンプ１０６の吐出能力よりも大きい。これにより、ウォーターポンプ１０２〜１０６によって冷却水路５０，５５，６０に安定して冷却水が供給されるとともに、冷却水路５０，５５から冷却体７２〜８４を介して冷却水路６０への冷却水の流れが形成される。

なお、ウォーターポンプ１０６の吐出能力をウォーターポンプ１０２，１０４の吐出能力よりも大きくしてもよい。この場合は、冷却水路６０から冷却体７２〜８４を介して冷却水路５０，５５への冷却水の流れが形成される。

以上のように、この実施の形態３によれば、冷却水路５０，５５，６０のそれぞれに冷却水を供給するウォーターポンプ１０２，１０４，１０６を設けたので、より安定的に冷却水路５０，５５，６０へ冷却水を供給することができる。また、ウォーターポンプ１０２，１０４，１０６に吐出能力差を設けることによって、冷却水路５０，５５，６０および冷却体７２〜８４に流される冷却水を所望の流れに制御することができる。

なお、上記の実施の形態３において、ウォーターポンプのコストや騒音などを考慮して、ウォーターポンプ１０２，１０４を備えない構成、あるいは、ウォーターポンプ１０６を備えない構成としてもよい。すなわち、ウォーターポンプ１０２，１０４を備えない構成では、ウォーターポンプ１０６から冷却水路６０および冷却体７２〜８４を介して冷却水路５０，５５へ冷却水が供給され、ウォーターポンプ１０６を備えない構成では、ウォーターポンプ１０２，１０４から冷却水路５０，５５および冷却体７２〜８４を介して冷却水路６０へ冷却水が供給される。

また、上記の各実施の形態においては、半導体モジュールと冷却体とを複数交互に積層するものとしたが、冷却体も含めてモジュール化し、その半導体モジュールを複数積層してもよい。

なお、上記の各実施の形態において、インバータ１０，２０は、それぞれこの発明における「第１の半導体素子群」および「第２の半導体素子群」に対応し、冷却水路５０，５５，６０は、それぞれこの発明における「第１の冷媒路」、「第２の冷媒路」および「第３の冷媒路」に対応する。また、冷却水タンク９０は、この発明における「貯留部」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による半導体装置の一例として示されるインバータ装置を含む負荷駆動装置の概略ブロック図である。 図１に示すインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。 図２に示すＡ部の拡大図である。 実施の形態１の変形例によるインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。 図４に示すＢ部の拡大図である。 実施の形態２によるインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。 実施の形態３によるインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。 従来よりハイブリッド自動車に搭載されているインバータ装置の冷却構造を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１ 負荷駆動装置、１０，２０ インバータ、１２，２２ Ｕ相アーム、１４，２４ Ｖ相アーム、１６，２６ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、５０，５５，６０，１２２〜１２６，１６２〜１６６ 冷却水路、７２〜８４，７２Ａ〜８４Ａ 冷却体、９０ 冷却水タンク、１００，１０２，１０４，１０６ ウォーターポンプ、１１０，１１２ ラジエータ、１５２，１５４，１５６ 逆止弁、Ｂ バッテリ、Ｃ コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ パワートランジスタ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、ＰＬ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン。

Claims (6)

1. 所定の方向に対して並設され、各々において半導体素子および冷却体が前記所定の方向に複数交互に積層される第１および第２の半導体素子群と、
   前記第１および第２の半導体素子群の両側にそれぞれ前記所定の方向に沿って配設され、前記第１の半導体素子群の各冷却体および前記第２の半導体素子群の各冷却体にそれぞれ接続される第１および第２の冷媒路と、
   前記第１および第２の半導体素子群の間に前記所定の方向に沿って配設され、前記第１および第２の半導体素子群の各冷却体に接続される第３の冷媒路とを備える半導体装置。
2. 前記第１から第３の冷媒路は、前記第１から前記第３の冷媒路に冷媒を供給する供給手段に対して並列に設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記供給手段と前記第１から第３の冷媒路との間に配設され、前記第１から第３の冷媒路に供給する冷媒を貯留する貯留部をさらに備える、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第３の冷媒路と前記第１および第２の半導体素子群の各冷却体との接続部にそれぞれ配設される複数の逆止弁をさらに備え、
   前記第３の冷媒路は、前記第１および第２の半導体素子群の各冷却体からの冷媒を通流し、
   前記複数の逆止弁は、前記第３の冷媒路から複数の前記冷却体を介して前記第１および第２の冷媒路へ冷媒が流されるのを防止する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第１の冷媒路と前記第１の半導体素子群の各冷却体との接続部、および前記第２の冷媒路と前記第２の半導体素子群の各冷却体との接続部にそれぞれ配設される複数の逆止弁をさらに備え、
   前記第３の冷媒路は、前記第１および第２の半導体素子群の各冷却体へ冷媒を供給し、
   前記複数の逆止弁は、前記第１および第２の冷媒路から複数の前記冷却体を介して前記第３の冷媒路へ冷媒が流されるのを防止する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 複数の前記冷却体において冷媒が流される流路の面積は、前記所定の方向に沿って下流に配設される冷却体ほど大きい、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
   

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