特開 2023-82987 半導体装置および電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023082987

(43)【公開日】2023-06-15

(54)【発明の名称】半導体装置および電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/467 20060101AFI20230608BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20230608BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230608BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 D

H01L23/36 A

H05K7/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021197051

(22)【出願日】2021-12-03

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前田 諒

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA09

5E322DA03

5E322EA11

5E322FA01

5F136CB07

5F136CB08

5F136CB11

5F136DA27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体素子の冷却効率を向上する半導体装置及び電力変換装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１は、半導体素子１１と、第１導電部材２１及び第２導電部材２２と、樹脂３０と、冷媒通路４０とを備える。第１導電部材２１及び第２導電部材２２は、半導体素子１１に接合される。樹脂３０は、半導体素子１１及び第１導電部材２１及び第２導電部材２２の一部を封止する。冷媒通路４０は、樹脂３０の内部において第１導電部材２１及び第２導電部材２２を冷却する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
前記半導体素子に接合された導電部材と、
前記半導体素子および前記導電部材の一部を封止する樹脂と、
前記樹脂の内部において前記導電部材を冷却する冷却部と
を備える、半導体装置。

【請求項2】

前記冷却部は、前記導電部材の内部に設けられ、絶縁冷媒を通過させる冷媒通路である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記導電部材は、前記樹脂の一つの側面から突出する突出部を有し、
前記冷媒通路は、２つ以上の開口を備え、前記２つ以上の開口が前記突出部に配置される、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記導電部材は、
前記樹脂の一つの側面から突出する第１突出部と、
前記樹脂の他の側面から突出する第２突出部と
を有し、
前記冷媒通路は、２つの開口を備え、前記２つの開口のうち一方の開口が前記第１突出部に配置され、他方の開口が前記第２突出部に配置される、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項5】

複数の前記導電部材を備え、
複数の前記導電部材は、
前記半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、
前記半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第２導電部材と
を含み、
前記冷媒通路は、前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方の内部に設けられる、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項6】

複数の前記半導体素子および複数の前記導電部材を備え、
複数の前記半導体素子は、第１半導体素子および第２半導体素子を含み、
複数の前記導電部材は、
前記第１半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、
前記第１半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合されるとともに、前記第２半導体素子の第１面に接合された第２導電部材と、
前記第２半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第３導電部材と
を含み、
前記冷媒通路は、前記第１導電部材および前記第３導電部材の各々、および前記第２導電部材の少なくとも一方の内部に設けられる、請求項２に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記冷却部は、前記導電部材に接合され、絶縁冷媒を通過させる冷媒配管である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記冷媒配管は、両端が前記樹脂の一つの側面から突出する、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記冷媒配管は、一端が前記樹脂の一つの側面から突出し、他端が前記樹脂の他の側面から突出する、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項10】

複数の前記導電部材を備え、
複数の前記導電部材は、
前記半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、
前記半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第２導電部材と
を含み、
前記冷媒配管は、前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方に設けられる、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項11】

複数の前記半導体素子および複数の前記導電部材を備え、
複数の前記半導体素子は、
第１半導体素子および第２半導体素子を含み、
複数の前記導電部材は、
前記第１半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、
前記第１半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合されるとともに、前記第２半導体素子の第１面に接合された第２導電部材と、
前記第２半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第３導電部材と
を含み、
前記冷媒配管は、前記第１導電部材および前記第３導電部材の各々に設けられる、請求項７に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記導電部材は、平面視で前記半導体素子と重なる領域に形成され、前記導電部材の幅方向に延びる貫通孔を有し、
前記冷却部は、
前記貫通孔の一方の開口に対して絶縁冷媒を供給する冷媒供給配管と、
前記貫通孔の他方の開口から絶縁冷媒を排出する冷媒排出配管と
を有する、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記導電部材は、複数の前記貫通孔を有し、
前記冷媒供給配管は、各前記貫通孔の一方の開口に対して絶縁冷媒を供給し、
前記冷媒排出配管は、各前記貫通孔の他方の開口から絶縁冷媒を排出する、請求項１２に記載の半導体装置。

【請求項14】

複数の前記半導体素子および複数の前記導電部材を備え、
複数の前記半導体素子は、
第１半導体素子および第２半導体素子を含み、
複数の前記導電部材は、
前記第１半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、
前記第１半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合されるとともに、前記第２半導体素子の第１面に接合された第２導電部材と、
前記第２半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第３導電部材と
を含み、
前記貫通孔は、前記第１導電部材および前記第３導電部材の各々、および前記第２導電部材の少なくとも一方に形成される、請求項１２に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記半導体素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタまたはパワーＭＯＳＦＥＴである、請求項１から１４のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置を備える、電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置および電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を備える半導体装置が知られている。このような半導体装置は、例えば、半導体素子が回路基板上に実装され、この回路基板がベース板に接合されて構成される。

【0003】

ＩＧＢＴ等の半導体素子は、動作時の発熱量が比較的に大きい。これに対し、液冷式の冷却部材をベース板に固定し、冷却部材内の冷媒によって半導体素子を冷却する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１７４９０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体素子の冷却効率を向上することが望まれている。

【0006】

本開示は、半導体素子の冷却効率を向上することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様による半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子に接合された導電部材と、前記半導体素子および前記導電部材の一部を封止する樹脂と、前記樹脂の内部において前記導電部材を冷却する冷却部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図3】図３は、第１実施形態の変形例１に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図4】図４は、第１実施形態の変形例２に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図7】図７は、第２実施形態の変形例１に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図8】図８は、第２実施形態の変形例２に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図9】図９は、第３実施形態に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図10】図１０は、第３実施形態に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図11】図１１は、第３実施形態の変形例に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図12】図１２は、第３実施形態の変形例に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図13】図１３は、第４実施形態に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図14A】図１４Ａは、第４実施形態に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図14B】図１４Ｂは、第４実施形態に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図14C】図１４Ｃは、第４実施形態に係る半導体装置の平断面を示す模式図である。

【図15】図１５は、第５実施形態に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図16】図１６は、第６実施形態に係る半導体装置の縦断面を示す模式図である。

【図17】図１７は、半導体装置が適用されたモータシステムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本願の開示する半導体装置および電力変換装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により開示技術が限定されるものではない。

【0011】

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を備える半導体装置が知られている。このような半導体装置は、例えば、半導体素子が回路基板上に実装され、この回路基板がベース板に接合されて構成される。

【0012】

ＩＧＢＴ等の半導体素子は、動作時の発熱量が比較的に大きい。これに対し、液冷式の冷却部材をベース板に固定し、冷却部材内の冷媒によって半導体素子を冷却する半導体装置が提案されている。

【0013】

しかしながら、液冷式の冷却部材をベース板に固定した半導体装置においては、半導体素子を十分に冷却することが困難であるという問題がある。すなわち、液冷式の冷却部材をベース板に固定した半導体装置は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造であるため、半導体素子と冷却部材内の冷媒との間に位置する複数の部材が半導体素子から冷媒への熱伝達を阻害することがある。例えば、半導体素子と冷却部材内の冷媒との間には、半導体素子と回路基板とを接合する接合材、回路基板、回路基板とベース板とを接合する接合材およびベース板が位置するため、半導体素子から冷媒への熱伝達が阻害される。半導体素子から冷媒への熱伝達が阻害されることにより、半導体素子で発生した熱が冷媒に十分に吸収されず、結果として、半導体素子の冷却効率が低下するおそれがあった。

【0014】

そこで、半導体素子の冷却効率を向上することが望まれている。

【0015】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図１に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１は、半導体素子１１と、ダイオード１２と、第１導電部材２１と、第２導電部材２２とを有する。半導体素子１１、ダイオード１２、第１導電部材２１の一部および第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって被覆されている。封止樹脂３０としては、例えばエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。

【0016】

以下においては、第１導電部材２１が接合される半導体素子１１の一方の面側を下方とし、第２導電部材２２が接合される半導体素子１１の他方の面側を上方として説明する。ただし、半導体装置１は、例えば上下反転して用いられても良く、任意の姿勢で用いられても良い。

【0017】

半導体素子１１は、例えば、ＩＧＢＴである。ダイオード１２は、例えば、還流ダイオード（ＦＷＤ：Free Wheeling Diode）等である。なお、半導体素子１１は、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＧＴＯ（Gate Turn-Off）サイリスタ等であっても良い。また、ここでは、ダイオード１２と半導体素子１１とを区別しているが、ダイオード１２も半導体素子の一種である。

【0018】

第１導電部材２１は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、半導体素子１１およびダイオード１２に接合される。第１導電部材２１は、導電性の接合材１１１によって半導体素子１１の下面１１ａに接合されるとともに、導電性の接合材１２１によってダイオード１２の下面１２ａに接合される。半導体素子１１およびダイオード１２との接合部位を含む第１導電部材２１の一部は、封止樹脂３０によって半導体素子１１およびダイオード１２とともに封止されている。第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから外方に突出して突出部２１ａを形成する。突出部２１ａには、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子２１１が設けられる。

【0019】

第２導電部材２２は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、半導体素子１１およびダイオード１２に接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１２によって半導体素子１１の上面１１ｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２２によってダイオード１２の上面１２ｂに接合される。半導体素子１１およびダイオード１２との接合部位を含む第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって半導体素子１１およびダイオード１２とともに封止されている。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから外方に突出して突出部２２ａを形成する。突出部２２ａには、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子２２１が設けられる。

【0020】

第１導電部材２１および第２導電部材２２の各々の内部には、絶縁冷媒（以下適宜「冷媒」とも呼ぶ。）を通過させる冷媒通路４０が設けられる。絶縁冷媒としては、短絡の発生を抑制する観点から、例えば、フッ素系不活性液体または油等の絶縁性液体を用いることができる。以下においては、第１導電部材２１の内部に設けられた冷媒通路４０を「冷媒通路４０－１」と記載し、第２導電部材２２の内部に設けられた冷媒通路４０を「冷媒通路４０－２」と記載する。また、冷媒通路４０－１および冷媒通路４０－２を区別しない場合にはこれらを纏めて「冷媒通路４０」と記載する。冷媒通路４０は、冷却部の一例である。第１導電部材２１は、冷媒通路４０－１を通過する冷媒によって冷却され、第２導電部材２２は、冷媒通路４０－２を通過する冷媒によって冷却される。

【0021】

このように、第１導電部材２１および第２導電部材２２が冷媒通路４０内の冷媒によって冷却されることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２に接合された半導体素子１１およびダイオード１２が冷却される。半導体装置１は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、半導体素子１１およびダイオード１２と冷媒通路４０内の冷媒との間に位置する部材の数が少ない。このため、半導体素子１１およびダイオード１２から冷媒への熱伝達が促進される。したがって、第１実施形態によれば、半導体素子１１およびダイオード１２で発生する熱を冷媒へ円滑に吸収させることができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。また、第１導電部材２１の一部および第２導電部材２２の一部が封止樹脂３０によって被覆されていることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２が外部環境に直接曝されることを抑制することができる。したがって、第１実施形態によれば、半導体素子１１およびダイオード１２で発生する熱が冷媒へ伝達される際に、外部環境に起因する冷媒の温度上昇を抑制することができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。

【0022】

次に、第１導電部材２１の内部に形成された冷媒通路４０－１の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図２においては、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面が示されている。また、図２においては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。

【0023】

図２に示すように、封止樹脂３０は、平面視で四角形状に形成されており、第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する突出部２１ａを有する。

【0024】

冷媒通路４０－１は、第１導電部材２１の内部にＵ字状に形成される。冷媒通路４０－１の両方の開口４１ａ、４１ｂは、第１導電部材２１の突出部２１ａに配置される。冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒通路４０－１の他方の開口４１ｂは、冷媒が流出する流出口となる。冷媒通路４０－１の両方の開口４１ａ、４１ｂを第１導電部材２１の突出部２１ａに配置することにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の一つの側面３０ａ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0025】

冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａには、絶縁性材料により形成された入口配管４１１が接続される。冷媒通路４０－１の他方の開口４１ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管４１２が接続される。入口配管４１１および出口配管４１２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管４１１および出口配管４１２を介して冷媒通路４０－１に冷媒が循環供給されることにより、第１導電部材２１が冷却される。

【0026】

冷媒通路４０－１の平面視で半導体素子１１およびダイオード１２と重なる領域には、他の領域よりも幅が広い幅広部４１ｃが形成される。冷媒通路４０－１に幅広部４１ｃを形成することにより、半導体素子１１およびダイオード１２から冷媒通路４０－１内の冷媒への熱伝達を円滑化させることができる。これにより、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率をより向上することができる。

【0027】

なお、第２導電部材２２の内部に形成された冷媒通路４０－２の構成は、冷媒通路４０－１の構成と基本的には同様である。冷媒通路４０－２は、両方の開口４２ａ、４２ｂが第２導電部材２２の突出部２２ａ（図１参照）に配置される。冷媒通路４０－２の両方の開口４２ａ、４２ｂを第２導電部材２２の突出部２２ａに配置することにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の側面３０ｂ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0028】

冷媒通路４０－２の一方の開口４２ａには、絶縁性材料により形成された入口配管４２１（図１参照）が接続される。冷媒通路４０－２の他方の開口４２ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管４２２（図１参照）が接続される。入口配管４２１および出口配管４２２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管４２１および出口配管４２２を介して冷媒通路４０－２に冷媒が循環供給されることにより、第２導電部材２２が冷却される。

【0029】

（第１実施形態の各種変形例）
次に、第１実施形態に係る半導体装置１の各種変形例について、図３および図４を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。

【0030】

図３は、第１実施形態の変形例１に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図３においては、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面が示されている。また、図３においては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。図３に示すように、第１実施形態の変形例１では、第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する突出部２１ａと、封止樹脂３０の側面３０ａと隣接する側面３０ｃから突出する突出部２１ｂとを有する。突出部２１ａは、第１突出部の一例であり、突出部２１ｂは、第２突出部の一例である。

【0031】

冷媒通路４０－１は、第１導電部材２１の内部にＬ字状に形成される。冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａは、第１導電部材２１の突出部２１ａに配置され、冷媒通路４０－１の他方の開口４１ｂは、第１導電部材２１の突出部２１ｂに配置される。冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒通路４０－１の他方の開口４１ｂは、冷媒が流出する流出口となる。冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａを突出部２１ａに配置し且つ他方の開口４１ｂを突出部２１ｂに配置することにより、冷媒の流入口および流出口が封止樹脂３０の側面３０ａ及び側面３０ｃに分散され、冷媒の流通経路の自由度を向上することができる。

【0032】

なお、第２導電部材２２の内部に形成された冷媒通路４０－２の構成は、図３に示した冷媒通路４０－１の構成と同様であっても良い。

【0033】

また、変形例１では、第１導電部材２１の突出部２１ｂが封止樹脂３０の側面３０ａと隣接する側面３０ｃから突出する場合を例に示したが、開示技術はこれに限られない。例えば、第１導電部材２１の突出部２１ｂは、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから突出しても良い。かかる場合、一方の開口４１ａおよび他方の開口４１ｂがお互いに対向する側面に配置されることにより、冷媒通路４０－１は、第１導電部材２１の内部に直線状に形成されても良い。

【0034】

図４は、第１実施形態の変形例２に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図４に示すように、第１実施形態の変形例２では、冷媒通路４０は、第１導電部材２１および第２導電部材２２の一方の内部に設けられる。すなわち、第１導電部材２１の内部に冷媒通路４０－１が設けられ、第２導電部材２２の内部に冷媒通路４０－２（図１参照）が設けられていない。

【0035】

これにより、変形例２では、簡易な構成で半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。

【0036】

また、変形例２に示したように、第２導電部材２２の突出部２２ａに外部接続端子２２１（図１参照）が設けられなくても良い。すなわち、第２導電部材２２の突出部２２ａが、外部接続端子として用いられても良い。これにより、変形例２では、部品の数を削減することができることから、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0037】

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態における冷却部のバリエーションに関する。

【0038】

図５は、第２実施形態に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図５に示すように、第２実施形態に係る半導体装置１は、半導体素子１１と、ダイオード１２と、第１導電部材２１と、第２導電部材２２とを有する。半導体素子１１、ダイオード１２、第１導電部材２１の一部および第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって被覆されている。封止樹脂３０としては、例えばエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。

【0039】

以下においては、第１導電部材２１が接合される半導体素子１１の一方の面側を下方とし、第２導電部材２２が接合される半導体素子１１の他方の面側を上方として説明する。ただし、半導体装置１は、例えば上下反転して用いられても良く、任意の姿勢で用いられても良い。

【0040】

半導体素子１１は、例えば、ＩＧＢＴである。ダイオード１２は、例えば、ＦＷＤ等である。なお、半導体素子１１は、パワーＭＯＳＦＥＴやＧＴＯサイリスタ等であっても良い。また、ここでは、ダイオード１２と半導体素子１１とを区別しているが、ダイオード１２も半導体素子の一種である。

【0041】

第１導電部材２１は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、半導体素子１１およびダイオード１２に接合される。第１導電部材２１は、導電性の接合材１１１によって半導体素子１１の下面１１ａに接合されるとともに、導電性の接合材１２１によってダイオード１２の下面１２ａに接合される。半導体素子１１およびダイオード１２との接合部位を含む第１導電部材２１の一部は、封止樹脂３０によって半導体素子１１およびダイオード１２とともに封止されている。第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから外方に突出して突出部２１ａを形成する。突出部２１ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0042】

第２導電部材２２は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、半導体素子１１およびダイオード１２に接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１２によって半導体素子１１の上面１１ｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２２によってダイオード１２の上面１２ｂに接合される。半導体素子１１およびダイオード１２との接合部位を含む第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって半導体素子１１およびダイオード１２とともに封止されている。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから外方に突出して突出部２２ａを形成する。突出部２２ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0043】

第１導電部材２１および第２導電部材２２の各々には、絶縁冷媒（以下適宜「冷媒」とも呼ぶ。）を通過させる冷媒配管５０が設けられる。絶縁冷媒としては、短絡の発生を抑制する観点から、例えば、フッ素系不活性液体または油等の絶縁性液体を用いることができる。以下においては、第１導電部材２１に設けられた冷媒配管５０を「冷媒配管５０－１」と記載し、第２導電部材２２に設けられた冷媒配管５０を「冷媒配管５０－２」と記載する。また、冷媒配管５０－１および冷媒配管５０－２を区別しない場合にはこれらを纏めて「冷媒配管５０」と記載する。冷媒配管５０は、冷却部の一例である。冷媒配管５０－１は、導電性の接合材１１３によって第１導電部材２１に接合され、冷媒配管５０－２は、導電性の接合材１１４によって第２導電部材２２に接合される。第１導電部材２１は、冷媒配管５０－１を通過する冷媒によって冷却され、第２導電部材２２は、冷媒配管５０－２を通過する冷媒によって冷却される。

【0044】

このように、第１導電部材２１および第２導電部材２２が冷媒配管５０内の冷媒によって冷却されることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２に接合された半導体素子１１およびダイオード１２が冷却される。半導体装置１は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、半導体素子１１およびダイオード１２と冷媒配管５０内の冷媒との間に位置する部材の数が少ない。このため、半導体素子１１およびダイオード１２から冷媒への熱伝達が促進される。したがって、第２実施形態によれば、半導体素子１１およびダイオード１２で発生する熱を冷媒へ円滑に吸収させることができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。また、第１導電部材２１の一部および第２導電部材２２の一部が封止樹脂３０によって被覆されていることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２が外部環境に直接曝されることを抑制することができる。したがって、第２実施形態によれば、半導体素子１１およびダイオード１２で発生する熱が冷媒へ伝達される際に、外部環境に起因する冷媒の温度上昇を抑制することができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。

【0045】

次に、第１導電部材２１に接合された冷媒配管５０－１の構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図６においては、図５のＶＩ－ＶＩ線における断面が示されている。また、図６においては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。

【0046】

冷媒配管５０－１は、封止樹脂３０の内部にＵ字状に形成される。冷媒配管５０－１の両方の端部５１ａ、５１ｂは、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する。冷媒配管５０－１の両方の端部５１ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂは、冷媒が流出する流出口となる。冷媒配管５０－１の両方の端部５１ａ、５１ｂを封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出させることにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の一つの側面３０ａ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0047】

冷媒配管５０－１の一方の端部５１ａには、絶縁性材料により形成された入口配管５１１が接続される。冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管５１２が接続される。入口配管５１１および出口配管５１２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管５１１および出口配管５１２を介して冷媒配管５０－１に冷媒が循環供給されることにより、第１導電部材２１が冷却される。

【0048】

冷媒配管５０－１の平面視で半導体素子１１およびダイオード１２と重なる領域には、他の領域よりも幅が広い幅広部５１ｃが形成される。冷媒配管５０－１に幅広部５１ｃを形成することにより、半導体素子１１およびダイオード１２から冷媒配管５０－１内の冷媒への熱伝達を円滑化させることができる。これにより、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率をより向上することができる。

【0049】

なお、第２導電部材２２に接合された冷媒配管５０－２の構成は、冷媒配管５０－１の構成と基本的には同様である。冷媒配管５０－２は、両方の端部５２ａ、５２ｂ（図５参照）が封止樹脂３０の側面３０ｂから突出する。冷媒配管５０－２の両方の端部５２ａ、５２ｂを封止樹脂３０の側面３０ｂから突出させることにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の側面３０ｂ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0050】

冷媒配管５０－２の一方の端部５２ａには、絶縁性材料により形成された入口配管５２１（図５参照）が接続される。冷媒配管５０－２の他方の端部５２ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管５２２（図５参照）が接続される。入口配管５２１および出口配管５２２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管５２１および出口配管５２２を介して冷媒配管５０－２に冷媒が循環供給されることにより、第２導電部材２２が冷却される。

【0051】

（第２実施形態の各種変形例）
次に、第２実施形態に係る半導体装置１の各種変形例について、図７および図８を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。

【0052】

図７は、第２実施形態の変形例１に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図７においては、図５のＶＩ－ＶＩ線における断面が示されている。また、図７においては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。図７に示すように、第２実施形態の変形例１では、冷媒配管５０－１は、封止樹脂３０の内部にＬ字状に形成される。冷媒配管５０－１の一方の端部５１ａは、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出し、冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂは、封止樹脂３０の側面３０ａと隣接する側面３０ｃから突出する。冷媒配管５０－１の一方の端部５１ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂは、冷媒が流出する流出口となる。

【0053】

このように、変形例１では、冷媒配管５０－１の一方の端部５１ａを封止樹脂３０の側面３０ａから突出させ且つ冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂを封止樹脂３０の側面３０ｃから突出させることにより、冷媒の流通経路の自由度を向上することができる。

【0054】

なお、第２導電部材２２に接合された冷媒配管５０－２の構成は、図７に示した冷媒配管５０－１の構成と同様であっても良い。

【0055】

また、変形例１では、冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂが封止樹脂３０の側面３０ａと隣接する側面３０ｃから突出する場合を例に示したが、開示技術はこれに限られない。例えば、冷媒配管５０－１の他方の端部５１ｂは、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから突出しても良い。かかる場合、冷媒配管５０－１は、封止樹脂３０の内部に直線状に形成されても良い。

【0056】

図８は、第２実施形態の変形例２に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図８に示すように、第２実施形態の変形例２では、冷媒配管５０は、第１導電部材２１および第２導電部材２２の一方に設けられる。すなわち、第１導電部材２１に導電性の接合材１１３を介して冷媒配管５０－１が接合され、第２導電部材２２に冷媒配管５０－２（図５参照）が接合されていない。

【0057】

これにより、変形例２では、簡易な構成で半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。

【0058】

（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態における冷却部のバリエーションに関する。

【0059】

図９は、第３実施形態に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図１０は、第３実施形態に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図１０においては、図９のＸ－Ｘ線における断面が示されている。また、図１０においては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。

【0060】

図９および図１０に示すように、第３実施形態に係る半導体装置１は、半導体素子１１と、ダイオード１２と、第１導電部材２１と、第２導電部材２２とを有する。半導体素子１１、ダイオード１２、第１導電部材２１の一部および第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって被覆されている。封止樹脂３０としては、例えばエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。

【0061】

以下においては、第１導電部材２１が接合される半導体素子１１の一方の面側を下方とし、第２導電部材２２が接合される半導体素子１１の他方の面側を上方として説明する。ただし、半導体装置１は、例えば上下反転して用いられても良く、任意の姿勢で用いられても良い。

【0062】

半導体素子１１は、例えば、ＩＧＢＴである。ダイオード１２は、例えば、ＦＷＤ等である。なお、半導体素子１１は、パワーＭＯＳＦＥＴやＧＴＯサイリスタ等であっても良い。また、ここでは、ダイオード１２と半導体素子１１とを区別しているが、ダイオード１２も半導体素子の一種である。

【0063】

第１導電部材２１は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、半導体素子１１およびダイオード１２に接合される。第１導電部材２１は、導電性の接合材１１１によって半導体素子１１の下面１１ａに接合されるとともに、導電性の接合材１２１によってダイオード１２の下面１２ａに接合される。半導体素子１１およびダイオード１２との接合部位を含む第１導電部材２１の一部は、封止樹脂３０によって半導体素子１１およびダイオード１２とともに封止されている。第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから外方に突出して突出部２１ａを形成する。突出部２１ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0064】

第２導電部材２２は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、半導体素子１１およびダイオード１２に接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１２によって半導体素子１１の上面１１ｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２２によってダイオード１２の上面１２ｂに接合される。半導体素子１１およびダイオード１２との接合部位を含む第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって半導体素子１１およびダイオード１２とともに封止されている。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから外方に突出して突出部２２ａを形成する。突出部２２ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0065】

第１導電部材２１および第２導電部材２２の各々の平面視で半導体素子１１およびダイオード１２と重なる領域には、第１導電部材２１の幅方向に延びる貫通孔６０が設けられる。以下においては、第１導電部材２１に設けられた貫通孔６０を「貫通孔６０－１」と記載し、第２導電部材２２に設けられた貫通孔６０を「貫通孔６０－２」と記載する。また、貫通孔６０－１および貫通孔６０－２を区別しない場合にはこれらを纏めて「貫通孔６０」と記載する。

【0066】

貫通孔６０－１の一方の開口６１ａは、冷媒が流入する流入口となり、貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂは、冷媒が流出する流出口となる。貫通孔６０－１の一方の開口６１ａには、貫通孔６０－１の一方の開口６１ａに対して絶縁冷媒（以下適宜「冷媒」とも呼ぶ。）を供給する冷媒供給配管７１が接続される。貫通孔６０－１の一方の開口６１ａと冷媒供給配管７１との接続は、例えば、はんだ接合、焼結またはレーザ加工等の既知の手法により実現される。貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂには、貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂから絶縁冷媒を排出する冷媒排出配管７２が接続される。貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂと冷媒排出配管７２との接続は、例えば、はんだ接合、焼結またはレーザ加工等の既知の手法により実現される。

【0067】

冷媒供給配管７１および冷媒排出配管７２は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する。冷媒供給配管７１は、絶縁性材料により形成された入口配管６１１に接続され、冷媒排出配管７２は、絶縁性材料により形成された出口配管６１２に接続される。入口配管６１１および出口配管６１２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管６１１、冷媒供給配管７１、冷媒排出配管７２および出口配管６１２を介して貫通孔６０－１に冷媒が循環供給されることにより、第１導電部材２１が冷却される。冷媒供給配管７１および冷媒排出配管７２は、冷却部の一例である。

【0068】

なお、第２導電部材２２に設けられた貫通孔６０－２の構成は、貫通孔６０－１の構成と基本的には同様である。貫通孔６０－２には、貫通孔６０－１と同様に、冷媒供給配管および冷媒排出配管が接続され、これら冷媒供給配管および冷媒排出配管は、絶縁性材料により形成された入口配管および出口配管によって最終的に冷媒循環ユニットに接続されている。そして、冷媒循環ユニットから貫通孔６０－２に冷媒が循環供給されることにより、第２導電部材２２が冷却される。

【0069】

このように、第１導電部材２１および第２導電部材２２が貫通孔６０内の冷媒によって冷却されることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２に接合された半導体素子１１およびダイオード１２が冷却される。半導体装置１は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、半導体素子１１およびダイオード１２と貫通孔６０内の冷媒との間に位置する部材の数が少ない。このため、半導体素子１１およびダイオード１２から冷媒への熱伝達が促進される。したがって、第３実施形態によれば、半導体素子１１およびダイオード１２で発生する熱を冷媒へ円滑に吸収させることができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。また、第１導電部材２１の一部および第２導電部材２２の一部が封止樹脂３０によって被覆されていることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２が外部環境に直接曝されることを抑制することができる。したがって、第３実施形態によれば、半導体素子１１およびダイオード１２で発生する熱が冷媒へ伝達される際に、外部環境に起因する冷媒の温度上昇を抑制することができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率を向上することができる。

【0070】

（第３実施形態の変形例）
次に、第３実施形態に係る半導体装置１の変形例について、図１１および図１２を参照しながら説明する。なお、以下に示す変形例では、第３実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。

【0071】

図１１は、第３実施形態の変形例に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図１２は、第３実施形態の変形例に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図１２においては、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線における断面が示されている。また、図１２においては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。

【0072】

図１１および図１２に示すように、第３実施形態の変形例では、第１導電部材２１および第２導電部材２２の各々に複数の貫通孔６０が設けられる。ここで、第２導電部材２２に設けられた複数の貫通孔６０－２の構成は、第１導電部材２１に設けられた複数の貫通孔６０－１の構成と同様であるので、その説明を省略する。冷媒供給配管７１は、各貫通孔６０－１の一方の開口６１ａに対して絶縁冷媒（以下適宜「冷媒」とも呼ぶ。）を供給する。冷媒排出配管７２は、各貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂから絶縁冷媒を排出する。これにより、冷媒供給配管７１および冷媒排出配管７２は、複数の貫通孔６０に冷媒を循環させることができる。

【0073】

これにより、変形例では、第１導電部材２１に一つの貫通孔６０が設けられる場合と比べて、第１導電部材２１と冷媒との接触面積を増大させることができることから、半導体素子１１およびダイオード１２の冷却効率をより向上することができる。

【0074】

（第４実施形態）
図１３は、第４実施形態に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図１３に示すように、第４実施形態に係る半導体装置１は、いわゆる２ｉｎ１型の半導体モジュールである。半導体装置１は、第１半導体素子１１Ａと、第１ダイオード１２Ａと、第２半導体素子１１Ｂと、第２ダイオード１２Ｂとを有する。また、半導体装置１は、第１導電部材２１と、第２導電部材２２と、第３導電部材２３とを有する。第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂ、第２ダイオード１２Ｂ、第１導電部材２１の一部、第２導電部材２２の一部および第３導電部材２３の一部は、封止樹脂３０によって被覆されている。封止樹脂３０としては、例えばエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。

【0075】

以下においては、第１導電部材２１が接合される第１半導体素子１１Ａの一方の面側を下方とし、第２導電部材２２が接合される第１半導体素子１１Ａの他方の面側を上方として説明する。ただし、半導体装置１は、例えば上下反転して用いられても良く、任意の姿勢で用いられても良い。

【0076】

第１半導体素子１１Ａおよび第２半導体素子１１Ｂは、例えば、ＩＧＢＴである。第１ダイオード１２Ａおよび第２ダイオード１２Ｂは、例えば、ＦＷＤ等である。第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａの組みと、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの組みとは、封止樹脂３０の内部において上下方向に間隔を空けて配置される。なお、第１半導体素子１１Ａおよび第２半導体素子１１Ｂは、パワーＭＯＳＦＥＴやＧＴＯサイリスタ等であっても良い。また、ここでは、第１ダイオード１２Ａと第１半導体素子１１Ａとを区別しているが、第１ダイオード１２Ａも半導体素子の一種である。また、第２ダイオード１２Ｂと第２半導体素子１１Ｂとを区別しているが、第２ダイオード１２Ｂも半導体素子の一種である。

【0077】

第１導電部材２１は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａに接合される。第１導電部材２１は、導電性の接合材１１１によって第１半導体素子１１Ａの下面１１Ａａに接合されるとともに、導電性の接合材１２１によって第１ダイオード１２Ａの下面１２Ａａに接合される。第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａとの接合部位を含む第１導電部材２１の一部は、封止樹脂３０によって第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａとともに封止されている。第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから外方に突出して突出部２１ａを形成する。突出部２１ａには、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子２１１が設けられる。

【0078】

第２導電部材２２は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂに接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１２によって第１半導体素子１１Ａの上面１１Ａｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２２によって第１ダイオード１２Ａの上面１２Ａｂに接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１５によって第２半導体素子１１Ｂの下面１１Ｂａに接合されるとともに、導電性の接合材１２５によって第２ダイオード１２Ｂの下面１２Ｂａに接合される。第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとの接合部位を含む第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとともに封止されている。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから外方に突出して突出部２２ａを形成する。突出部２２ａには、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子２２１が設けられる。

【0079】

第３導電部材２３は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂに接合される。第３導電部材２３は、導電性の接合材１１６によって第２半導体素子１１Ｂの上面１１Ｂｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２６によって第２ダイオード１２Ｂの上面１２Ｂｂに接合される。第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとの接合部位を含む第３導電部材２３の一部は、封止樹脂３０によって第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとともに封止されている。第３導電部材２３は、封止樹脂３０の側面３０ａから外方に突出して突出部２３ａを形成する。突出部２３ａには、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子２３１が設けられる。

【0080】

第１導電部材２１、第２導電部材２２および第３導電部材２３の各々の内部には、絶縁冷媒（以下適宜「冷媒」とも呼ぶ。）を通過させる冷媒通路４０が設けられる。絶縁冷媒としては、例えば、フッ素系不活性液体または油等の絶縁性液体を用いることができる。以下においては、第１導電部材２１の内部に設けられた冷媒通路４０を「冷媒通路４０－１」と記載し、第２導電部材２２の内部に設けられた冷媒通路４０を「冷媒通路４０－２」と記載し、第３導電部材２３の内部に設けられた冷媒通路４０を「冷媒通路４０－３」と記載する。また、冷媒通路４０－１、冷媒通路４０－２および冷媒通路４０－３を区別しない場合にはこれらを纏めて「冷媒通路４０」と記載する。冷媒通路４０は、冷却部の一例である。第１導電部材２１は、冷媒通路４０－１を通過する冷媒によって冷却され、第２導電部材２２は、冷媒通路４０－２を通過する冷媒によって冷却され、第３導電部材２３は、冷媒通路４０－３を通過する冷媒によって冷却される。

【0081】

このように、第１導電部材２１および第２導電部材２２が冷媒通路４０内の冷媒によって冷却されることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２に接合された第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａが冷却される。第２導電部材２２および第３導電部材２３が冷媒通路４０内の冷媒によって冷却されることにより、第２導電部材２２および第３導電部材２３に接合された第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂが冷却される。半導体装置１は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、第１半導体素子１１Ａ（第２半導体素子１１Ｂ）および第１ダイオード１２Ａ（第２ダイオード１２Ｂ）と冷媒通路４０内の冷媒との間に位置する部材の数が少ない。このため、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂから冷媒への熱伝達が促進される。したがって、第４実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂで発生する熱を冷媒へ円滑に吸収させることができる。結果として、第４実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率を向上することができる。また、第１導電部材２１の一部、第２導電部材２２の一部および第３導電部材２３の一部が封止樹脂３０によって被覆されていることにより、第１導電部材２１、第２導電部材２２および第３導電部材２３が外部環境に直接曝されることを抑制することができる。したがって、第４実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂで発生する熱が冷媒へ伝達される際に、外部環境に起因する冷媒の温度上昇を抑制することができる。結果として、第４実施形態によれば、２ｉｎ１型の半導体モジュールにおいて、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率を向上することができる。

【0082】

次に、第１導電部材２１、第２導電部材２２および第３導電部材２３の各々の内部に形成された冷媒通路４０（冷媒通路４０－１～４０－３）の構成について、図１４を参照しながら説明する。図１４Ａ～図１４Ｃは、第４実施形態に係る半導体装置１の平断面を示す模式図である。図１４Ａにおいては、図１３のＸＩＶＡ－ＸＩＶＡ線における断面が示されている。図１４Ｂにおいては、図１３のＸＩＶＢ－ＸＩＶＢ線における断面が示されている。図１４Ｃにおいては、図１３のＸＩＶＣ－ＸＩＶＣ線における断面が示されている。また、図１４Ａ～図１４Ｃにおいては、冷媒の流れを破線の矢印で示している。上述の通り、第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する突出部２１ａを有する。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから突出する突出部２２ａを有する。第３導電部材２３は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する突出部２３ａを有する。

【0083】

冷媒通路４０－１は、図１４Ａに示すように、第１導電部材２１の内部にＵ字状に形成される。冷媒通路４０－１の両方の開口４１ａ、４１ｂは、第１導電部材２１の突出部２１ａに配置される。冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒通路４０－１の他方の開口４１ｂは、冷媒が流出する流出口となる。冷媒通路４０－１の両方の開口４１ａ、４１ｂを第１導電部材２１の突出部２１ａに配置することにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の一つの側面３０ａ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0084】

冷媒通路４０－１の一方の開口４１ａには、絶縁性材料により形成された入口配管４１１が接続される。冷媒通路４０－１の他方の開口４１ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管４１２が接続される。入口配管４１１および出口配管４１２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管４１１および出口配管４１２を介して冷媒通路４０－１に冷媒が循環供給されることにより、第１導電部材２１が冷却される。

【0085】

冷媒通路４０－１の平面視で第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａと重なる領域には、他の領域よりも幅が広い幅広部４１ｃが形成される。冷媒通路４０－１に幅広部４１ｃを形成することにより、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａから冷媒通路４０－１内の冷媒への熱伝達を円滑化させることができる。これにより、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａの冷却効率をより向上することができる。

【0086】

冷媒通路４０－２は、図１４Ｂに示すように、第２導電部材２２の内部にＵ字状に形成される。冷媒通路４０－２の両方の開口４２ａ、４２ｂは、第２導電部材２２の突出部２２ａに配置される。冷媒通路４０－２の一方の開口４２ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒通路４０－２の他方の開口４２ｂは、冷媒が流出する流出口となる。冷媒通路４０－２の両方の開口４２ａ、４２ｂを第２導電部材２２の突出部２２ａに配置することにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の一つの側面３０ｂ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0087】

冷媒通路４０－２の一方の開口４２ａには、絶縁性材料により形成された入口配管４２１が接続される。冷媒通路４０－２の他方の開口４２ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管４２２が接続される。入口配管４２１および出口配管４２２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管４２１および出口配管４２２を介して冷媒通路４０－２に冷媒が循環供給されることにより、第２導電部材２２が冷却される。

【0088】

冷媒通路４０－２の平面視で第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂと重なる領域には、他の領域よりも幅が広い幅広部４２ｃが形成される。冷媒通路４０－２に幅広部４２ｃを形成することにより、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂから冷媒通路４０－２内の冷媒への熱伝達を円滑化させることができる。これにより、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率をより向上することができる。

【0089】

冷媒通路４０－３は、図１４Ｃに示すように、第３導電部材２３の内部にＵ字状に形成される。冷媒通路４０－３の両方の開口４３ａ、４３ｂは、第３導電部材２３の突出部２３ａに配置される。冷媒通路４０－３の一方の開口４３ａは、冷媒が流入する流入口となり、冷媒通路４０－３の他方の開口４３ｂは、冷媒が流出する流出口となる。冷媒通路４０－３の両方の開口４３ａ、４３ｂを第３導電部材２３の突出部２３ａに配置することにより、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂３０の一つの側面３０ａ側に集約することができ、半導体装置１の小型化を図ることができる。

【0090】

冷媒通路４０－３の一方の開口４３ａには、絶縁性材料により形成された入口配管４３１が接続される。冷媒通路４０－３の他方の開口４３ｂには、絶縁性材料により形成された出口配管４３２が接続される。入口配管４３１および出口配管４３２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管４３１および出口配管４３２を介して冷媒通路４０－３に冷媒が循環供給されることにより、第３導電部材２３が冷却される。

【0091】

冷媒通路４０－３の平面視で第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂと重なる領域には、他の領域よりも幅が広い幅広部４３ｃが形成される。冷媒通路４０－３に幅広部４３ｃを形成することにより、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂから冷媒通路４０－３内の冷媒への熱伝達を円滑化させることができる。これにより、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率をより向上することができる。

【0092】

冷媒通路４０の流入口および流出口が配置された突出部２１ａ～２３ａは、図１４Ａ～図１４Ｃに示すように、平面視で互いにずれた位置に配置される。これにより、冷媒通路４０の流入口および流出口に対して入口配管４１１および出口配管４１２等の配管を接続する際の作業性を向上することができる。

【0093】

（第５実施形態）
第５実施形態は、第４実施形態における冷却部のバリエーションに関する。

【0094】

図１５は、第５実施形態に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図１５に示すように、第５実施形態に係る半導体装置１は、いわゆる２ｉｎ１型の半導体モジュールである。半導体装置１は、第１半導体素子１１Ａと、第１ダイオード１２Ａと、第２半導体素子１１Ｂと、第２ダイオード１２Ｂとを有する。また、半導体装置１は、第１導電部材２１と、第２導電部材２２と、第３導電部材２３とを有する。第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂ、第２ダイオード１２Ｂ、第１導電部材２１の一部、第２導電部材２２の一部および第３導電部材２３の一部は、封止樹脂３０によって被覆されている。封止樹脂３０としては、例えばエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。

【0095】

以下においては、第１導電部材２１が接合される第１半導体素子１１Ａの一方の面側を下方とし、第２導電部材２２が接合される第１半導体素子１１Ａの他方の面側を上方として説明する。ただし、半導体装置１は、例えば上下反転して用いられても良く、任意の姿勢で用いられても良い。

【0096】

第１半導体素子１１Ａおよび第２半導体素子１１Ｂは、例えば、ＩＧＢＴである。第１ダイオード１２Ａおよび第２ダイオード１２Ｂは、例えば、ＦＷＤ等である。第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａの組みと、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの組みとは、封止樹脂３０の内部において上下方向に間隔を空けて配置される。なお、第１半導体素子１１Ａおよび第２半導体素子１１Ｂは、パワーＭＯＳＦＥＴやＧＴＯサイリスタ等であっても良い。また、ここでは、第１ダイオード１２Ａと第１半導体素子１１Ａとを区別しているが、第１ダイオード１２Ａも半導体素子の一種である。また、第２ダイオード１２Ｂと第２半導体素子１１Ｂとを区別しているが、第２ダイオード１２Ｂも半導体素子の一種である。

【0097】

第１導電部材２１は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａに接合される。第１導電部材２１は、導電性の接合材１１１によって第１半導体素子１１Ａの下面１１Ａａに接合されるとともに、導電性の接合材１２１によって第１ダイオード１２Ａの下面１２Ａａに接合される。第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａとの接合部位を含む第１導電部材２１の一部は、封止樹脂３０によって第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａとともに封止されている。第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから外方に突出して突出部２１ａを形成する。突出部２１ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子２１１として利用することができる。

【0098】

第２導電部材２２は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂに接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１２によって第１半導体素子１１Ａの上面１１Ａｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２２によって第１ダイオード１２Ａの上面１２Ａｂに接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１５によって第２半導体素子１１Ｂの下面１１Ｂａに接合されるとともに、導電性の接合材１２５によって第２ダイオード１２Ｂの下面１２Ｂａに接合される。第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとの接合部位を含む第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとともに封止されている。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから外方に突出して突出部２２ａを形成する。突出部２２ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0099】

第３導電部材２３は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂに接合される。第３導電部材２３は、導電性の接合材１１６によって第２半導体素子１１Ｂの上面１１Ｂｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２６によって第２ダイオード１２Ｂの上面１２Ｂｂに接合される。第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとの接合部位を含む第３導電部材２３の一部は、封止樹脂３０によって第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとともに封止されている。第３導電部材２３は、封止樹脂３０の側面３０ａから外方に突出して突出部２３ａを形成する。突出部２３ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0100】

第１導電部材２１および第３導電部材２３の各々には、絶縁冷媒（以下適宜「冷媒」とも呼ぶ。）を通過させる冷媒配管５０が設けられる。絶縁冷媒としては、短絡の発生を抑制する観点から、例えば、フッ素系不活性液体または油等の絶縁性液体を用いることができる。以下においては、第１導電部材２１に設けられた冷媒配管５０を「冷媒配管５０－１」と記載し、第３導電部材２３に設けられた冷媒配管５０を「冷媒配管５０－３」と記載する。また、冷媒配管５０－１および冷媒配管５０－３を区別しない場合にはこれらを纏めて「冷媒配管５０」と記載する。冷媒配管５０は、冷却部の一例である。冷媒配管５０－１は、導電性の接合材１１３によって第１導電部材２１に接合され、冷媒配管５０－３は、導電性の接合材１３３によって第３導電部材２３に接合される。第１導電部材２１は、冷媒配管５０－１を通過する冷媒によって冷却され、第３導電部材２３は、冷媒配管５０－３を通過する冷媒によって冷却される。

【0101】

このように、第１導電部材２１が冷媒配管５０内の冷媒によって冷却されることにより、第１導電部材２１に接合された第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａが冷却される。第３導電部材２３が冷媒配管５０内の冷媒によって冷却されることにより、第３導電部材２３に接合された第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂが冷却される。半導体装置１は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、第１半導体素子１１Ａ（第２半導体素子１１Ｂ）および第１ダイオード１２Ａ（第２ダイオード１２Ｂ）と冷媒配管５０内の冷媒との間に位置する部材の数が少ない。このため、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂから冷媒への熱伝達が促進される。したがって、第５実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂで発生する熱を冷媒へ円滑に吸収させることができる。結果として、第５実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率を向上することができる。また、第１導電部材２１の一部および第３導電部材２３の一部が封止樹脂３０によって被覆されていることにより、第１導電部材２１および第３導電部材２３が外部環境に直接曝されることを抑制することができる。したがって、第５実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂで発生する熱が冷媒へ伝達される際に、外部環境に起因する冷媒の温度上昇を抑制することができる。結果として、第５実施形態によれば、２ｉｎ１型の半導体モジュールにおいて、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率を向上することができる。

【0102】

（第６実施形態）
第６実施形態は、第４実施形態における冷却部のバリエーションに関する。

【0103】

図１６は、第６実施形態に係る半導体装置１の縦断面を示す模式図である。図１６に示すように、第６実施形態に係る半導体装置１は、いわゆる２ｉｎ１型の半導体モジュールである。半導体装置１は、第１半導体素子１１Ａと、第１ダイオード１２Ａと、第２半導体素子１１Ｂと、第２ダイオード１２Ｂとを有する。また、半導体装置１は、第１導電部材２１と、第２導電部材２２と、第３導電部材２３とを有する。第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂ、第２ダイオード１２Ｂ、第１導電部材２１の一部、第２導電部材２２の一部および第３導電部材２３の一部は、封止樹脂３０によって被覆されている。封止樹脂３０としては、例えばエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を用いることができる。

【0104】

以下においては、第１導電部材２１が接合される第１半導体素子１１Ａの一方の面側を下方とし、第２導電部材２２が接合される第１半導体素子１１Ａの他方の面側を上方として説明する。ただし、半導体装置１は、例えば上下反転して用いられても良く、任意の姿勢で用いられても良い。

【0105】

第１半導体素子１１Ａおよび第２半導体素子１１Ｂは、例えば、ＩＧＢＴである。第１ダイオード１２Ａおよび第２ダイオード１２Ｂは、例えば、ＦＷＤ等である。第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａの組みと、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの組みとは、封止樹脂３０の内部において上下方向に間隔を空けて配置される。なお、第１半導体素子１１Ａおよび第２半導体素子１１Ｂは、パワーＭＯＳＦＥＴやＧＴＯサイリスタ等であっても良い。また、ここでは、第１ダイオード１２Ａと第１半導体素子１１Ａとを区別しているが、第１ダイオード１２Ａも半導体素子の一種である。また、第２ダイオード１２Ｂと第２半導体素子１１Ｂとを区別しているが、第２ダイオード１２Ｂも半導体素子の一種である。

【0106】

第１導電部材２１は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａに接合される。第１導電部材２１は、導電性の接合材１１１によって第１半導体素子１１Ａの下面１１Ａａに接合されるとともに、導電性の接合材１２１によって第１ダイオード１２Ａの下面１２Ａａに接合される。第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａとの接合部位を含む第１導電部材２１の一部は、封止樹脂３０によって第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａとともに封止されている。第１導電部材２１は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから外方に突出して突出部２１ａを形成する。突出部２１ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0107】

第２導電部材２２は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂに接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１２によって第１半導体素子１１Ａの上面１１Ａｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２２によって第１ダイオード１２Ａの上面１２Ａｂに接合される。第２導電部材２２は、導電性の接合材１１５によって第２半導体素子１１Ｂの下面１１Ｂａに接合されるとともに、導電性の接合材１２５によって第２ダイオード１２Ｂの下面１２Ｂａに接合される。第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとの接合部位を含む第２導電部材２２の一部は、封止樹脂３０によって第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとともに封止されている。第２導電部材２２は、封止樹脂３０の側面３０ａとは反対側の側面３０ｂから外方に突出して突出部２２ａを形成する。突出部２２ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0108】

第３導電部材２３は、例えば銅等の金属製の板状部材であり、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂに接合される。第３導電部材２３は、導電性の接合材１１６によって第２半導体素子１１Ｂの上面１１Ｂｂに接合されるとともに、導電性の接合材１２６によって第２ダイオード１２Ｂの上面１２Ｂｂに接合される。第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとの接合部位を含む第３導電部材２３の一部は、封止樹脂３０によって第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂとともに封止されている。第３導電部材２３は、封止樹脂３０の側面３０ａから外方に突出して突出部２３ａを形成する。突出部２３ａは、例えば配線や外部部品等に接続可能な外部接続端子として利用することができる。

【0109】

第１導電部材２１、第２導電部材２２および第３導電部材２３の各々の平面視で第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂと重なる領域には、第１導電部材２１の幅方向に延びる貫通孔６０が設けられる。以下においては、第１導電部材２１に設けられた貫通孔６０を「貫通孔６０－１」と記載し、第２導電部材２２に設けられた貫通孔６０を「貫通孔６０－２」と記載し、第３導電部材２３に設けられた貫通孔６０を「貫通孔６０－３」と記載する。また、貫通孔６０－１、貫通孔６０－２および貫通孔６０－３を区別しない場合にはこれらを纏めて「貫通孔６０」と記載する。

【0110】

貫通孔６０－１の一方の開口６１ａ（図１０参照）は、冷媒が流入する流入口となり、貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂ（図１０参照）は、冷媒が流出する流出口となる。貫通孔６０－１の一方の開口６１ａには、貫通孔６０－１の一方の開口６１ａに対して冷媒を供給する冷媒供給配管７１（図１０参照）が接続される。貫通孔６０－１の一方の開口６１ａと冷媒供給配管７１との接続は、例えば、はんだ接合、焼結またはレーザ加工等の既知の手法により実現される。貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂには、貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂから冷媒を排出する冷媒排出配管７２（図１０参照）が接続される。貫通孔６０－１の他方の開口６１ｂと冷媒排出配管７２との接続は、例えば、はんだ接合、焼結またはレーザ加工等の既知の手法により実現される。

【0111】

冷媒供給配管７１および冷媒排出配管７２（図１０参照）は、封止樹脂３０の一つの側面３０ａから突出する。冷媒供給配管７１は、絶縁性材料により形成された入口配管６１１（図１０参照）に接続され、冷媒排出配管７２は、絶縁性材料により形成された出口配管６１２（図１０参照）に接続される。入口配管６１１および出口配管６１２は、図示しない冷媒循環ユニットに接続されている。冷媒循環ユニットから入口配管６１１、冷媒供給配管７１、冷媒排出配管７２および出口配管６１２を介して貫通孔６０－１に冷媒が循環供給されることにより、第１導電部材２１が冷却される。冷媒供給配管７１および冷媒排出配管７２は、冷却部の一例である。

【0112】

なお、第２導電部材２２に設けられた貫通孔６０－２および第３導電部材２３に設けられた貫通孔６０－３の構成は、貫通孔６０－１の構成と基本的には同様である。貫通孔６０－２には、貫通孔６０－１と同様に、冷媒供給配管および冷媒排出配管が接続され、これら冷媒供給配管および冷媒排出配管は、絶縁性材料により形成された入口配管および出口配管によって最終的に冷媒循環ユニットに接続されている。そして、冷媒循環ユニットから貫通孔６０－２に冷媒が循環供給されることにより、第２導電部材２２が冷却される。また、貫通孔６０－３には、貫通孔６０－１と同様に、冷媒供給配管および冷媒排出配管が接続され、これら冷媒供給配管および冷媒排出配管は、絶縁性材料により形成された入口配管および出口配管によって最終的に冷媒循環ユニットに接続されている。そして、冷媒循環ユニットから貫通孔６０－３に冷媒が循環供給されることにより、第３導電部材２３が冷却される。

【0113】

このように、第１導電部材２１および第２導電部材２２が貫通孔６０内の冷媒によって冷却されることにより、第１導電部材２１および第２導電部材２２に接合された第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａが冷却される。第２導電部材２２および第３導電部材２３が貫通孔６０内の冷媒によって冷却されることにより、第２導電部材２２および第３導電部材２３に接合された第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂが冷却される。半導体装置１は、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、第１半導体素子１１Ａ（第２半導体素子１１Ｂ）および第１ダイオード１２Ａ（第２ダイオード１２Ｂ）と貫通孔６０内の冷媒との間に位置する部材の数が少ない。このため、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂから冷媒への熱伝達が促進される。したがって、第６実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂで発生する熱を冷媒へ円滑に吸収させることができる。結果として、第６実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率を向上することができる。また、第１導電部材２１の一部、第２導電部材２２の一部および第３導電部材２３の一部が封止樹脂３０によって被覆されていることにより、第１導電部材２１、第２導電部材２２および第３導電部材２３が外部環境に直接曝されることを抑制することができる。したがって、第６実施形態によれば、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂで発生する熱が冷媒へ伝達される際に、外部環境に起因する冷媒の温度上昇を抑制することができる。結果として、第６実施形態によれば、２ｉｎ１型の半導体モジュールにおいて、第１半導体素子１１Ａ、第１ダイオード１２Ａ、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの冷却効率を向上することができる。

【0114】

（その他の変形例）
上述した第１実施形態および第４実施形態では、冷媒通路４０が２つの開口（例えば、開口４１ａ、４１ｂ）を備える場合の例について説明したが、冷媒通路４０が備える開口の数は、２つに限られない。すなわち、冷媒通路４０は、２つ以上の開口を備えても良い。この場合、冷媒通路４０が備える２つ以上の開口のうち少なくとも一つの開口が冷媒の流入口となり、他の少なくとも一つの開口が冷媒の流出口となっても良い。

【0115】

また、上述した第４～第６実施形態では、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａの組みと、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの組みとが上下方向に間隔を空けて配置される場合の例について説明したが、開示技術はこれに限られない。例えば、第１半導体素子１１Ａおよび第１ダイオード１２Ａの組みと、第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂの組みとが同一の高さ位置に配置されても良い。この場合、第２導電部材２２に第１導電部材２１の高さ位置まで斜め下方に延びる延伸部を設け、かかる延伸部に第２半導体素子１１Ｂおよび第２ダイオード１２Ｂを接合すれば良い。

【0116】

（応用例）
上述した各実施形態および変形例に係る半導体装置１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載されるモータシステムに適用されても良い。

【0117】

図１７は、半導体装置１が適用されたモータシステム１００の構成を示す図である。図１７に示すように、モータシステム１００は、モータ１１０と、電源１２０と、電力変換装置１３０とを備える。

【0118】

モータ１１０は、負荷の一例である。モータ１１０は、三相モータであり、Ｕ相端子１１０Ｕ、Ｖ相端子１１０ＶおよびＷ相端子１１０Ｗを有する。モータ１１０には、Ｕ相端子１１０Ｕ、Ｖ相端子１１０ＶおよびＷ相端子１１０Ｗに対して、回転軸を回転させるような３相の駆動電圧が印加される。

【0119】

電源１２０は、直流電力を発生する。電源１２０は、正側端子１２０Ｐおよび負側端子１２０Ｎを有する。電源１２０は、正側端子１２０Ｐから正側の電源電圧を出力する。電源１２０は、負側端子１２０Ｎから負側の電源電圧または０Ｖを出力する。

【0120】

電力変換装置１３０は、電源１２０から直流電力を受け取って、電力変換を行い、負荷であるモータ１１０へ交流電力を供給する。すなわち、電力変換装置１３０は、電源１２０から受け取った直流電力を３相の交流電力に変換し、３相の交流電圧をモータ１１０に供給する。

【0121】

また、電力変換装置１３０の内部には、直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング回路１３１が搭載される。このスイッチング回路１３１に、上述した各実施形態および変形例に係る半導体装置１が適用され得る。すなわち、電力変換装置１３０は、スイッチング回路１３１として半導体装置１を備えても良い。

【0122】

なお、電力変換装置１３０は、モータ１１０に限らず、如何なる負荷に電力を供給しても良い。例えば、電力変換装置１３０は、３相以外のモータに電力を供給しても良い。

【0123】

上述してきたように、実施形態に係る半導体装置（例えば、半導体装置１）は、半導体素子（例えば、半導体素子１１、第１半導体素子１１Ａ、第２半導体素子１１Ｂ）と、導電部材（例えば、第１導電部材２１、第２導電部材２２、第３導電部材２３）と、樹脂（例えば、封止樹脂３０）と、冷却部とを備える。導電部材は、半導体素子に接合される。樹脂は、半導体素子および導電部材の一部を封止する。冷却部は、樹脂の内部において導電部材を冷却する。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、半導体素子の冷却効率を向上することができる。また、実施形態に係る半導体装置によれば、半導体素子を高効率で冷却することができることから、半導体素子の動作の安定化、半導体素子の長寿命化および半導体素子の電力効率の向上を実現することができる。また、実施形態に係る半導体装置によれば、半導体素子、回路基板、ベース板および冷却部材を積層した構造と比べて、部材の数を削減することができることから、半導体装置の小型化を図ることができる。

【0124】

冷却部は、導電部材の内部に設けられ、絶縁冷媒を通過させる冷媒通路（例えば、冷媒通路４０）であっても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0125】

導電部材は、樹脂の一つの側面（例えば、側面３０ａ、３０ｂ）から突出する突出部（例えば、突出部２１ａ、２２ａ、２３ａ）を有しても良い。冷媒通路は、２つ以上の開口（例えば、開口４１ａ、４１ｂ、開口４２ａ、４２ｂ、開口４３ａ、４３ｂ）を備え、２つ以上の開口が突出部に配置されても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂の一つの側面側に集約することができ、半導体装置の小型化を図ることができる。

【0126】

導電部材は、樹脂の一つの側面（例えば、側面３０ａ）から突出する第１突出部（例えば、突出部２１ａ）と、樹脂の他の側面（例えば、側面３０ｃ）から突出する第２突出部（例えば、突出部２１ｂ）とを有しても良い。冷媒通路は、２つの開口を備え、２つの開口のうち一方の開口（例えば、開口４１ａ）が第１突出部に配置され、他方の開口（例えば、開口４１ｂ）が第２突出部に配置されても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、冷媒の流入口および流出口が封止樹脂の２つの側面に分散され、冷媒の流通経路の自由度を向上することができる。

【0127】

実施形態に係る半導体装置は、複数の導電部材を備えても良い。複数の導電部材は、半導体素子の第１面（例えば、下面１１ａ、１１Ａａ）に接合された第１導電部材（例えば、第１導電部材２１）と、半導体素子の第１面とは反対側の第２面（例えば、上面１１ｂ、１１Ａｂ）に接合された第２導電部材（例えば、第２導電部材２２）とを含んでも良い。冷媒通路は、第１導電部材および第２導電部材の少なくとも一方の内部に設けられても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、第１導電部材および第２導電部材が接合される半導体素子の両面または一方の面側から半導体素子を高効率に冷却することができる。

【0128】

実施形態に係る半導体装置は、複数の半導体素子および複数の導電部材を備えても良い。複数の半導体素子は、第１半導体素子（例えば、第１半導体素子１１Ａ）および第２半導体素子（例えば、第２半導体素子１１Ｂ）を含んでも良い。複数の導電部材は、第１半導体素子の第１面（例えば、下面１１Ａａ）に接合された第１導電部材（例えば、第１導電部材２１）と、第１半導体素子の第１面とは反対側の第２面（例えば、上面１１Ａｂ）に接合されるとともに、第２半導体素子の第１面（例えば、下面１１Ｂａ）に接合された第２導電部材（例えば、第２導電部材２２）と、第２半導体素子の第１面とは反対側の第２面（例えば、上面１１Ｂｂ）に接合された第３導電部材（例えば、第３導電部材２３）とを含んでも良い。冷媒通路は、第１導電部材および第３導電部材の各々、および第２導電部材の少なくとも一方の内部に設けられても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、第１導電部材および第２導電部材が接合される第１半導体素子の両面または一方の面側から第１半導体素子を高効率に冷却することができる。また、実施形態に係る半導体装置によれば、第２導電部材および第３導電部材が接合される第２半導体素子の両面または一方の面側から第２半導体素子を高効率に冷却することができる。すなわち、実施形態に係る半導体装置によれば、２ｉｎ１型の半導体モジュールにおいて、第１半導体素子および第２半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0129】

冷却部は、導電部材に接合され、絶縁冷媒を通過させる冷媒配管（例えば、冷媒配管５０）であっても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0130】

冷媒配管は、両端（例えば、端部５１ａ、５１ｂ、端部５２ａ、５２ｂ）が樹脂の一つの側面（例えば、側面３０ａ、３０ｂ）から突出しても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、冷媒の流入口および流出口を封止樹脂の一つの側面側に集約することができ、半導体装置の小型化を図ることができる。

【0131】

冷媒配管は、一端（例えば、端部５１ａ）が樹脂の一つの側面（例えば、側面３０ａ）から突出し、他端（例えば、端部５１ｂ）が樹脂の他の側面（例えば、側面３０ｃ）から突出しても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、冷媒の流入口および流出口が封止樹脂の２つの側面に分散され、冷媒の流通経路の自由度を向上することができる。

【0132】

実施形態に係る半導体装置は、複数の導電部材を備えても良い。複数の導電部材は、半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第２導電部材とを含んでも良い。冷媒配管は、第１導電部材および第２導電部材の少なくとも一方に設けられても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、第１導電部材および第２導電部材が接合される半導体素子の両面または一方の面側から半導体素子を高効率に冷却することができる。

【0133】

実施形態に係る半導体装置は、複数の半導体素子および複数の導電部材を備えても良い。複数の半導体素子は、第１半導体素子および第２半導体素子を含んでも良い。複数の導電部材は、第１半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、第１半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合されるとともに、第２半導体素子の第１面に接合された第２導電部材と、第２半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第３導電部材とを含んでも良い。冷媒配管は、第１導電部材および第３導電部材の各々に設けられても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、第１導電部材が接合される第１半導体素子の一方の面側から第１半導体素子を高効率に冷却することができる。また、実施形態に係る半導体装置によれば、第３導電部材が接合される第２半導体素子の一方の面側から第２半導体素子を高効率に冷却することができる。すなわち、実施形態に係る半導体装置によれば、２ｉｎ１型の半導体モジュールにおいて、第１半導体素子および第２半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0134】

導電部材は、平面視で半導体素子と重なる領域に形成され、導電部材の幅方向に延びる貫通孔（例えば、貫通孔６０）を有しても良い。冷却部は、貫通孔の一方の開口（例えば、開口６１ａ）に対して絶縁冷媒を供給する冷媒供給配管（例えば、冷媒供給配管７１）と、貫通孔の他方の開口（例えば、開口６１ｂ）から絶縁冷媒を排出する冷媒排出配管（例えば、冷媒排出配管７２）とを有しても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0135】

導電部材は、複数の貫通孔を有しても良い。冷媒供給配管は、各貫通孔の一方の開口に対して絶縁冷媒を供給しても良い。冷媒排出配管は、各貫通孔の他方の開口から絶縁冷媒を排出しても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、導電部材と冷媒との接触面積を増大させることができることから、半導体素子の冷却効率をより向上することができる。

【0136】

実施形態に係る半導体装置は、複数の半導体素子および複数の導電部材を備えても良い。複数の半導体素子は、第１半導体素子および第２半導体素子を含んでも良い。複数の導電部材は、第１半導体素子の第１面に接合された第１導電部材と、第１半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合されるとともに、第２半導体素子の第１面に接合された第２導電部材と、第２半導体素子の第１面とは反対側の第２面に接合された第３導電部材とを含んでも良い。貫通孔は、第１導電部材および前記第３導電部材の各々、および第２導電部材の少なくとも一方に形成されても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、第１導電部材および第２導電部材が接合される第１半導体素子の両面または一方の面側から第１半導体素子を高効率に冷却することができる。また、実施形態に係る半導体装置によれば、第２導電部材および第３導電部材が接合される第２半導体素子の両面または一方の面側から第２半導体素子を高効率に冷却することができる。すなわち、実施形態に係る半導体装置によれば、２ｉｎ１型の半導体モジュールにおいて、第１半導体素子および第２半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0137】

半導体素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであっても良い。これにより、実施形態に係る半導体装置によれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの冷却効率を向上することができる。

【0138】

半導体素子の材料は、シリコンまたはシリコンカーバイドまたはガリウムナイトライドであっても良い。

【0139】

実施形態に係る電力変換装置（例えば、電力変換装置１３０）は、半導体装置（例えば、半導体装置１）を備えても良い。これにより、実施形態に係る電力変換装置によれば、半導体素子の冷却効率を向上することができる。

【0140】

今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されても良い。

【符号の説明】

【0141】

１ 半導体装置
１１ 半導体素子
１１ａ 下面
１１ｂ 上面
１１Ａ 第１半導体素子
１１Ａａ 下面
１１Ａｂ 上面
１１Ｂ 第２半導体素子
１１Ｂａ 下面
１１Ｂｂ 上面
１２ ダイオード
１２ａ 下面
１２ｂ 上面
１２Ａ 第１ダイオード
１２Ａａ 下面
１２Ａｂ 上面
１２Ｂ 第２ダイオード
１２Ｂａ 下面
１２Ｂｂ 上面
２１ 第１導電部材
２１ａ、２１ｂ 突出部
２２ 第２導電部材
２２ａ 突出部
２３ 第３導電部材
２３ａ 突出部
３０ 封止樹脂
３０ａ～３０ｃ 側面
４０、４０－１～４０－３ 冷媒通路
４１ａ、４１ｂ 開口
４１ｃ 幅広部
４２ａ、４２ｂ 開口
４２ｃ 幅広部
４３ａ、４３ｂ 開口
４３ｃ 幅広部
５０、５０－１、５０－２ 冷媒配管
５１ａ、５１ｂ 端部
５１ｃ 幅広部
５２ａ、５２ｂ 端部
６０ 貫通孔
６１ａ、６１ｂ 開口
７１ 冷媒供給配管
７２ 冷媒排出配管
１３０ 電力変換装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16】

【図17】