(57)【要約】  パワーモジュール装置（１０）は、電力のスイッチングを行う半導体デバイスと、半導体デバイスの外囲を封止するパッケージ（１１０）と、パッケージ（１１０）の一面に接合された放熱器（４２）とを有するパワーモジュール（１００Ａ）と、冷却水が流れる冷却水路（３３）を有し、パワーモジュール（１００Ａ）の放熱器（４２）が冷却水路（３３）の途中に設けられた開口部（３５）に装着される冷却装置（３０）とを備え、冷却水路（３３）の開口部（３５）の最上部（３３Ｔ）から最下部（３３Ｂ）までの高さｈａと、冷却水路（３３）の開口部（３５）の最下部（３３Ｂ）から放熱器（４２）のパッケージ（１１０）との接合面に対向する基端部（ＰＢ）までの高さｈｂとが、実質的に同一となるようにパワーモジュール（１００Ａ）の放熱器（４２）が冷却装置（３０）の開口部（３５）に装着される。冷却装置の上面部に形成された開口部に放熱器を装着するようにしたパワーモジュールを効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能なパワーモジュール装置を提供する。
2017094370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力のスイッチングを行う半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体と、前記封止体の一面に接合された放熱器とを有するパワーモジュールと、
冷却水が流れる冷却水路を有し、前記パワーモジュールの前記放熱器が前記冷却水路の途中に設けられた開口部に装着される冷却装置と
を備え、
前記冷却水路の前記開口部のある側の内面と前記開口部のある側と反対側の内面までの高さと、前記冷却水路の前記開口部のある側と反対側の内面から前記放熱器の前記封止体との接合面に対向する面までの高さとが、実質的に同一となるように前記パワーモジュールの前記放熱器が前記冷却装置の前記開口部に装着されることを特徴とするパワーモジュール装置。
【請求項２】
前記冷却装置は箱型の直方体形状を有し、
前記直方体形状の一方の面に設けられ、冷却水を前記冷却水路内に取り込む取込口と、
前記直方体形状の前記一方の面または他方の面に設けられ、前記冷却水を前記冷却水路内より取り出す取出口と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール装置。
【請求項３】
前記冷却装置には、前記開口部が１個または複数個配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール装置。
【請求項４】
前記放熱器は、前記封止体との接合面に対向する面に複数の冷却フィンまたは複数の冷却ピンを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項５】
前記放熱器と前記冷却水路との接触面に水密を保つためのＯリング装着用の溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項６】
前記パワーモジュールは、ＩＧＢＴ、ダイオード、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ系ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ系ＦＥＴのいずれかの素子、または、複数の素子を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項７】
前記封止体の前記放熱器の接合面と反対側の面には、さらに前記パワーモジュールのスイッチングを制御するための制御回路基板が搭載されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項８】
電力のスイッチングを行う半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体と、前記封止体の一面に接合された放熱器とを有するパワーモジュールと、
取込口および取出口と、前記取込口から前記取出口に冷却水が流れる冷却水路と、前記冷却水路の途中に設けられ、前記放熱器を装着するための開口部とを有するパワーモジュール用の冷却装置と
をそれぞれ複数個備え、
前記冷却水路の前記取込口と前記取出口とを互いに連結するようにして、複数個の冷却装置が立体的に組み立てられてなることを特徴とするパワーモジュール装置。
【請求項９】
ケース内に収納されたコンデンサモジュールと、
冷却水を前記冷却水路内に取り込む取込口および前記冷却水を前記冷却水路内より取り出す取出口と、前記取込口から前記取出口に前記冷却水が流れるコンデンサモジュール用の冷却水路を有し、前記コンデンサモジュールが前記コンデンサモジュール用の冷却水路の一面に装着されるコンデンサモジュール用の冷却装置と
をさらに備え、
前記冷却水路の連結の一部に組み込まれてなることを特徴とする請求項８に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１０】
前記冷却装置は箱型の直方体形状を有し、
前記取込口の形成されている面と前記取出口の形成されている面とは対向する面以外で、相互に隣接する前記冷却装置の、一方の冷却装置の前記取込口と他方の冷却装置の前記取出口とが互いに連結されることにより立体的構成となることを特徴とする請求項８または９に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１１】
前記冷却装置のいずれか１つは、前記冷却水路内に冷却水を注入するための注入口を備え、
前記冷却装置の他のいずれか１つは、前記冷却水路内を流れる前記冷却水を排出するための排出口を備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１２】
前記複数の冷却装置は、前記冷却水路内に冷却水を注入するための注入口と、前記冷却水路内を流れる前記冷却水を排出するための排出口とをさらに備える同一の形状を有し、
前記複数の冷却装置のいずれか１つを除く他の冷却装置の前記注入口は閉塞され、
前記複数の冷却装置の他のいずれか１つを除く他の冷却装置の前記排出口は閉塞されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１３】
前記放熱器は、前記封止体との接合面に対向する面に複数の冷却フィンまたは冷却ピンを備えることを特徴とする請求項８に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１４】
４つの前記冷却装置を環状に連結形成してなり、
前記冷却水は１つの前記注入口から注入された後、前記冷却水路を２方向に分流し、その後合流して１つの前記排出口から排出されるように流れることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１５】
前記冷却水路の前記開口部のある側の内面と前記開口部のある側と反対側の内面までの高さと、前記冷却水路の前記開口部のある側と反対側の内面から前記放熱器の前記封止体との接合面に対向する面までの高さとが、実質的に同一となるように前記パワーモジュールの前記放熱器が前記パワーモジュール用の冷却装置の前記開口部に装着されることを特徴とする請求項８に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１６】
前記パワーモジュールは、ＩＧＢＴ、ダイオード、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ系ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ系ＦＥＴのいずれかの素子、または、複数の素子を備えることを特徴とする請求項８に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１７】
前記封止体の前記放熱器の接合面と反対側の面には、さらに前記パワーモジュールのスイッチングを制御するためのゲートドライブ基板が搭載されることを特徴とする請求項８に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１８】
前記パワーモジュールがツーインワンモジュールを構成するようにして、前記パワーモジュール用の冷却装置上に装着された第１〜第３のユニットと、
前記コンデンサモジュールが前記コンデンサモジュール用の冷却装置上に装着された第４のユニットと
を備え、
前記第１〜前記第４のユニットを四角枠状に立体的に組み立て、シックスインワンモジュールタイプのインバータを構成することを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置。
【請求項１９】
冷却水路を有し、パワーモジュールが装着される複数個の冷却装置が、冷却水路を互いに連結するようにして立体的に組み立てられてなることを特徴とする冷却構造体。
【請求項２０】
冷却水路を有し、コンデンサモジュールが装着されるコンデンサモジュール用の冷却装置をさらに備え、
前記コンデンサモジュール用の冷却装置と、前記パワーモジュールが装着される３個のパワーモジュール用の冷却装置とを、冷却水路を互いに連結するようにして立体的に組み立てられてなることを特徴とする請求項１９に記載の冷却構造体。
【請求項２１】
請求項８〜１８のいずれか１項に記載のパワーモジュール装置と、前記パワーモジュール装置の動作を制御するＥＣＵ装置とを搭載することを特徴とする電気自動車またはハイブリッドカー。
【請求項２２】
前記パワーモジュール装置により温度が上がった前記冷却水を取り込み、取り込んだ前記冷却水の温度を下げて、冷却された前記冷却水を前記冷却器に送るための冷却系を備えることを特徴とする請求項２１に記載の電気自動車またはハイブリッドカー。
【請求項２３】
前記冷却系は、専用のラジエータおよびポンプで構成されることを特徴とする請求項２２に記載の電気自動車またはハイブリッドカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、パワーモジュール装置、冷却構造体、および電気自動車またはハイブリッドカーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体モジュールの１つとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のような半導体デバイスを含むパワー素子（パワーチップ）がリードフレーム上に載置され、系全体が樹脂でモールドされたパワーモジュールが知られている。動作状態において、半導体デバイスは発熱するため、リードフレームの裏面にヒートシンクを配置して放熱させ、半導体デバイスを冷却するのが一般的である。【０００３】
また、冷却性能を高めるために、ヒートシンクの裏面に形成された冷却水路によりシンク全体を水冷（または、液冷ともいう）するようにしたインバータ装置や、周波数の大きいスイッチングデバイスが配置される４つの側面を有する直方体を中空形状に構成し、デバイスの高温化を抑制するようにした半導体装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４６４８０号公報
【特許文献２】特開２００９−１８２２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施の形態は、冷却装置の上面部に形成された開口部に放熱器を装着するようにしたパワーモジュールを効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能なパワーモジュール装置、冷却構造体、およびパワーモジュール装置を搭載する電気自動車またはハイブリッドカーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態の一態様によれば、電力のスイッチングを行う半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体と、前記封止体の一面に接合された放熱器とを有するパワーモジュールと、冷却水が流れる冷却水路を有し、前記パワーモジュールの前記放熱器が前記冷却水路の途中に設けられた開口部に装着される冷却装置とを備え、前記冷却水路の前記開口部のある側の内面と前記開口部のある側と反対側の内面までの高さと、前記冷却水路の前記開口部のある側と反対側の内面から前記放熱器の前記封止体との接合面に対向する面までの高さとが、実質的に同一となるように前記パワーモジュールの前記放熱器が前記冷却装置の前記開口部に装着されるパワーモジュール装置が提供される。【０００７】
実施の形態の他の態様によれば、電力のスイッチングを行う半導体デバイスと、前記半導体デバイスの外囲を封止する封止体と、前記封止体の一面に接合された放熱器とを有するパワーモジュールと、取込口および取出口と、前記取込口から前記取出口に冷却水が流れる冷却水路と、前記冷却水路の途中に設けられ、前記放熱器を装着するための開口部とを有するパワーモジュール用の冷却装置とをそれぞれ複数個備え、前記冷却水路の前記取込口と前記取出口とを互いに連結するようにして、複数個の冷却装置が立体的に組み立てられてなるパワーモジュール装置が提供される。【０００８】
実施の形態の他の態様によれば、冷却水路を有し、パワーモジュールが装着される複数個の冷却装置が、冷却水路を互いに連結するようにして立体的に組み立てられてなる冷却構造体が提供される。【０００９】
実施の形態の他の態様によれば、上記のパワーモジュール装置と、前記パワーモジュール装置の動作を制御するＥＣＵ装置とを搭載する電気自動車またはハイブリッドカーが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態によれば、冷却装置の上面部に形成された開口部に放熱器を装着するようにしたパワーモジュールを効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能なパワーモジュール装置、冷却構造体、およびパワーモジュール装置を搭載する電気自動車またはハイブリッドカーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置の概略構成を示すもので、（ａ）一部を透過して示すパワーモジュール装置の平面図、（ｂ）パワーモジュール装置の側面図。
【図２】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置であって、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿うパワーモジュールの模式的断面構造図。
【図３】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用可能な、（ａ）パワーモジュールの平面図、（ｂ）パワーモジュールの内部構造を示す平面パターン構成図。
【図４】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用可能なパワーモジュールの裏面側鳥瞰構成図。
【図５】第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置に適用可能な、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿うパワーモジュールの模式的断面構造図。
【図６】第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置に適用可能なパワーモジュールの裏面側鳥瞰構成図。
【図７】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置における冷却装置の概略構成を示すもので、（ａ）冷却装置の平面図、（ｂ）図７（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う冷却装置の模式的断面構造図。
【図８】第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置と比較例とを対比して示すもので、（ａ）第１変形例に係るパワーモジュール装置の要部の模式的断面構造図、（ｂ）比較例に係るパワーモジュール装置の要部の模式的断面構造図。
【図９】第１の実施の形態の第２変形例に係るパワーモジュール装置に適用可能な、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿うパワーモジュールの模式的断面構造図。
【図１０】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用されるツーインワンモジュールの一例を示すもので、（ａ）ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴの回路構成図、（ｂ）ＩＧＢＴの回路構成図。
【図１１】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用されるパワーチップの一例を示すもので、（ａ）ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図、（ｂ）ＩＧＢＴの模式的断面構造図。
【図１２】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用されるパワーチップの一例を示すものであって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。
【図１３】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用されるパワーチップの一例を示すものであって、エミッタパッド電極ＥＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＩＧＢＴの模式的断面構造図。
【図１４】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用されるパワーチップの一例を示すものであって、ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。
【図１５】第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用されるパワーチップの一例を示すものであって、ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。
【図１６】第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置であって、（ａ）一部を透過して示すパワーモジュール装置の平面図、（ｂ）図１６（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うパワーモジュール装置の模式的断面構造図。
【図１７】第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用される冷却装置の概略構成を示す平面図。
【図１８】第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置を用いて構成した３相交流インバータ（シックスインワンモジュール）の回路構成において、（ａ）ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサを接続した回路構成例、（ｂ）ＩＧＢＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサを接続した回路構成例。
【図１９】第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置の一例を示すものであって、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを適用して構成した３相交流インバータの応用回路構成図。
【図２０】第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置の一例を示すものであって、ＩＧＢＴを適用して構成した３相交流インバータの応用回路構成図。
【図２１】第３の実施の形態に係る冷却構造体の概略構成を示す鳥瞰図。
【図２２】第３の実施の形態に係る冷却構造体の概略構成を示すものであって、図２１のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。
【図２３】第３の実施の形態に係る冷却構造体の冷却体ブロック組み立て工程を示すもので、図２２に対応する組立図。
【図２４】第３の実施の形態に係る冷却構造体に適用される冷却体ブロックの概略構成を示すもので、（ａ）パワーモジュール用冷却体ブロックの平面図、（ｂ）パワーモジュール用冷却体ブロックの正面図、（ｃ）パワーモジュール用冷却体ブロックの側面図。
【図２５】第３の実施の形態に係る冷却構造体に適用されるパワーモジュールおよび冷却体ブロックの概略構成を示すもので、（ａ）図２４（ａ）のＶａ−Ｖａ線に沿うパワーモジュール用冷却体ブロックの模式的断面構造図、（ｂ）図２４（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿うパワーモジュール用冷却体ブロックの模式的断面構造図。
【図２６】第３の実施の形態に係る冷却構造体に適用されるパワーモジュール用冷却体ブロックに適用可能な冷却装置の概略構成を示すもので、（ａ）冷却装置の平面図、（ｂ）図２６（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う冷却装置の模式的断面構造図。
【図２７】第３の実施の形態に係る冷却構造体に適用される冷却体ブロックの概略構成を示すもので、（ａ）コンデンサモジュール用冷却体ブロックの平面図、（ｂ）コンデンサモジュール用冷却体ブロックの正面図、（ｃ）コンデンサモジュール用冷却体ブロックの側面図。
【図２８】第３の実施の形態に係る冷却構造体に適用される冷却体ブロックの概略構成を示すもので、（ａ）図２７（ａ）のＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に沿うコンデンサモジュール用冷却体ブロックの模式的断面構造図、（ｂ）図２７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿うコンデンサモジュール用冷却体ブロックの模式的断面構造図。
【図２９】第４の実施の形態に係る冷却構造体が適用される電気自動車のパワーコントロールユニットの要部を示すブロック構成図。
【図３０】第４の実施の形態に係る冷却構造体が適用されるハイブリッドカーのパワーコントロールユニットの要部を示すブロック構成図。
【図３１】実施の形態に係るパワーモジュール装置に適用可能な、（ａ）パワーモジュールの平面図、（ｂ）パワーモジュールの内部構造を示す平面パターン構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、平面図、側面図、底面図、断面図などは模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置などを特定するものではない。実施の形態は、特許請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
［第１の実施の形態］
（パワーモジュール装置）
第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０の平面構造は、図１（ａ）に示すように表わされ、パワーモジュール装置１０の側面（正面）構造は、図１（ｂ）に示すように表わされる。なお、図１（ｂ）は、図示矢印Ａ（出力端子電極Ｏ）側から見た場合を例示するものである。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、パワーモジュール装置１０は、水冷（または、液冷ともいう）式の冷却装置３０を備えたパワーモジュール１００であって、パワーモジュール１００と冷却装置３０とで構成される。
【００１６】
すなわち、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０は、後述する半導体デバイスの外囲を封止するパッケージ（封止体）１１０を含む半導体パッケージ装置１１２と、パッケージ１１０の下面に接合された放熱器４０と、パッケージ１１０の上面に搭載されたゲートドライブ基板２０とを有するパワーモジュール１００、および冷却水路３３を有し、放熱器４０を介してパワーモジュール１００が装着される冷却装置（冷却体）３０を備える。
【００１７】
パワーモジュール装置１０において、パワーモジュール１００は、冷却装置３０の上面部に形成された開口部に放熱器４０が装着される形で取り付けられ、ネジやボルトなどの固着具１０４により固着される。
【００１８】
ここで、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用されるパワーモジュール１００は、図２に示すように、実装する半導体デバイス（チップ）の外囲がパッケージ１１０によって方形状にモールドされた半導体パッケージ装置１１２の、そのパッケージ１１０の上面にゲートドライブ基板２０が搭載されると共に、パッケージ１１０の下面に接合材１０２を介して接合された放熱器４０を備える。なお、図２は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿うパワーモジュール１００の断面構造を模式的に示すものであり、パッケージ１１０内の詳細な構造については省略している。以下に示す、他の断面図においても同様である。
【００１９】
ゲートドライブ基板２０は、チップとして適用されるパワー素子などの駆動を制御するためのゲートドライブ用の制御回路を、例えばモールド樹脂によってパッケージングしたものであって、リード端子が上方に折り曲げられた状態で挿通される挿通孔２２を有する。ゲートドライブ基板２０は、挿通孔２２内へのリード端子の挿通により、リード端子との接続が行われる。
【００２０】
ゲートドライブ基板２０は、例えば放熱樹脂シートなどを介して、半導体パッケージ装置１１２のパッケージ１１０の上面に配置することとしても良い。
【００２１】
放熱器４０は、ヒートシンクとしても機能する取付部４０ａと、取付部４０ａの下面（裏面）側に段部４０ｄを有して配置された複数枚の冷却フィン（放熱フィンまたは平板フィン）４０ｃとを備える。放熱器４０は、段部４０ｄが収納されるようにして、後述する冷却装置３０の上面の装着部３１ａに開口された開口部３５に装着されることにより、冷却フィン４０ｃが冷却水路３３内に露出される。
【００２２】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体パッケージ装置１１２は、例えば、ダイオードＤＩ１・ＤＩ４、半導体デバイスＱ１・Ｑ４、板状電極（図示省略）、モールド樹脂からなるパッケージ１１０などを備える。なお、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用されるパワーモジュール１００において、半導体パッケージ装置１１２の外観構造（平面構成）は、図３（ａ）に示すように表わされ、半導体パッケージ装置１１２の内部構造（平面パターン構成）は、図３（ｂ）に示すように表わされる。
【００２３】
半導体パッケージ装置１１２は、パッケージ１１０の第１の辺に沿って設けられたドレイン端子電極Ｐおよび接地電位端子電極Ｎと、第１の辺に対向する第３の辺に設けられた出力端子電極Ｏと、第１、第３の辺と直交する第２、第４の辺に沿って設けられたリード端子（Ｇ１・Ｓ１、Ｇ４・Ｓ４）とが、それぞれパッケージ１１０の外部に延出されている。
【００２４】
半導体パッケージ装置１１２は、セラミックス基板１２０の表面上に配置された第１・第２パターンＤ（Ｋ１）・Ｄ（Ｋ４）上に、半導体デバイスＱ１・Ｑ４が２チップずつ配置され、かつ並列接続されている。すなわち、半導体デバイスＱ１において、２チップのゲート電極はゲート信号端子電極（リード端子）Ｇ１にワイヤボンディング接続され、２チップのソースセンス電極はソース信号端子電極（リード端子）Ｓ１にワイヤボンディング接続され、２チップのドレイン電極は各チップの裏面電極を介して第１パターンＤ（Ｋ１）に接続され、２チップのソース電極は図示しないチップ上面に設けられた配線を介して出力端子電極Ｏに接続されている。同様に、半導体デバイスＱ４において、２チップのゲート電極はゲート信号端子電極（リード端子）Ｇ４にワイヤボンディング接続され、２チップのソースセンス電極はソース信号端子電極（リード端子）Ｓ４にワイヤボンディング接続され、２チップのドレイン電極は各チップの裏面電極を介して第２パターンＤ（Ｋ４）に接続され、２チップのソース電極は図示しないチップ上面に設けられた配線を介してセラミックス基板１２０の表面上に配置された第３パターンＥＰに接続されている。
【００２５】
第１パターンＤ（Ｋ１）はドレイン端子電極Ｐに接続され、第２パターンＤ（Ｋ４）は出力端子電極Ｏに接続され、さらに第３パターンＥＰは接地電位端子電極Ｎに接続される。第３パターンＥＰ上には、配線兼ＣＴＥ（Coefficient of Thermal Expansion）調整用の柱状電極が配置されていても良い。
【００２６】
なお、図示していないが、２チップの半導体デバイスＱ１およびダイオードＤＩ１上には柱状電極を介して第１の上面板状電極が配置され、同様に、２チップの半導体デバイスＱ４およびダイオードＤＩ４上には柱状電極を介して第２の上面板状電極が配置される。
【００２７】
また、図２に示す放熱器４０が接合される半導体パッケージ装置１１２の裏面側のパッケージ１１０には、セラミックス基板１２０に接続されることにより、ヒートスプレッダとして機能する銅プレート層（図示省略）が露出している。
【００２８】
なお、図３（ｂ）においては、モジュールとしてツーインワン（２ in １）タイプを例示している。
【００２９】
ここで、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用されるパワーモジュール１００において、放熱器４０の下面側の鳥瞰構成は、例えば図４に示すように表わされる。
【００３０】
放熱器４０の取付部４０ａには、その上面上に、半導体パッケージ装置１１２の裏面側のパッケージ１１０より露出する銅プレート層（図示省略）が接合材１０２を介して接合されると共に、その接合面に対向する面（非接合面）側に、段部４０ｄと、段部４０ｄを基端部ＦＢとして配置された複数枚の冷却フィン４０ｃと、段部４０ｄの周囲を囲むように形成されたＯリング用の溝部４０ｅとが設けられる。また、取付部４０ａの四隅には、ネジやボルトなどの固着具１０４が挿通される貫通孔４０ｂが設けられている。
【００３１】
なお、放熱器４０は、各冷却フィン４０ｃの向きが、冷却装置３０の冷却水路３３内を流れる冷却水の流水方向と一致するように配置され、冷却フィン４０ｃが冷却水の流れを妨げることがないようになっている。また、詳細については後述するが、放熱器４０は、図２中に破線で示す冷却フィン４０ｃの基端部（非接合面）ＦＢが、冷却装置３０の冷却水路３３の最上部（装着部３１ａの内壁面）とほぼ同一面になるように取り付けられ、取り付け部分で冷却水路３３内を流れる冷却水の流れを妨げないようになっている。
【００３２】
接合材１０２としては、０．５Ｗ／ｍＫ〜３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するものが好ましく、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、もしくはポリイミドなどのいずれかの有機物を単体で用いることができる。また、上記のいずれかの有機物に、金属粉または各種のセラミックス粉が混合された合成樹脂であっても良い。もしくは、加熱硬化させて使用する各種の半田や焼成銀などを、接合材１０２として用いても良い。
【００３３】
放熱器４０は、例えば熱伝導性の高い金属を一体形成したものであっても良いし、取付部４０ａと冷却フィン４０ｃとを別途形成した後に接合することにより形成することもできる。
【００３４】
（第１変形例）
第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００Ａとしては、図５に示すように、放熱器４２が、ヒートシンクとしても機能する取付部４２ａと、固着具１０４が挿通される貫通孔４２ｂと、取付部４２ａの下面（裏面）側に段部４２ｄを有して配置された複数本の冷却ピン（放熱ピン）４２ｃと、Ｏリング用の溝部４２ｅとを備える構成としても良い。
【００３５】
すなわち、第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置１０に適用されるパワーモジュール１００Ａにおいて、放熱器４２の下面側の鳥瞰構成は、例えば図６に示すように表わされる。
【００３６】
放熱器４２の取付部４２ａには、その上面上に、半導体パッケージ装置１１２の裏面側のパッケージ１１０より露出する銅プレート層（図示省略）が接合材１０２を介して接合されると共に、その接合面に対向する面（非接合面）側に、段部４２ｄと、段部４２ｄを基端部ＰＢとして配置された複数本の冷却ピン４２ｃと、段部４２ｄの周囲を囲むように形成されたＯリング用の溝部４２ｅとが設けられる。また、取付部４２ａの四隅には、ネジやボルトなどの固着具１０４が挿通される貫通孔４２ｂが設けられている。
【００３７】
なお、放熱器４２は、複数本の冷却ピン４２ｃが市松模様を形成するように配置されている。また、詳細については後述するが、放熱器４２は、冷却ピン４２ｃの基端部（非接合面）ＰＢが、冷却装置３０の冷却水路３３の最上部（装着部３１ａの内壁面）とほぼ同一面になるように取り付けられる。
【００３８】
この第１変形例を含む、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用される冷却装置３０の平面構造は、図７（ａ）に示すように表わされ、図７（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う冷却装置３０の断面構造は、図７（ｂ）に示すように表わされる。
【００３９】
すなわち、冷却装置３０は、内部の冷却水路３３内に冷却装置３０の外部より冷却水を循環させ、その冷却水によって冷却フィン４０ｃまたは冷却ピン４２ｃを介してパワーモジュール１００・１００Ａを冷却するものであって、例えば箱型の直方体形状を有する冷却体部３１を有すると共に、その冷却体部３１の一方の側面に設けられ、冷却水路３３内に冷却水を取り込む取込口（入口）３２と、その一方の側面に対向する他方の側面に設けられ、冷却水路３３内の冷却水を取り出す取出口（出口）３４とを備える。取込口３２は、冷却水の流水方向に沿う冷却水路３３の一方の側壁の延長線上に配置され、取出口３４は、冷却水の流水方向に沿う冷却水路３３の他方の側壁の延長線上に配置される。
【００４０】
また、冷却装置３０の冷却体部３１を構成し、パワーモジュール１００・１００Ａが装着される装着部（上面部）３１ａのほぼ中央部には、冷却フィン４０ｃや冷却ピン４２ｃを冷却水路３３内に露出させるようにして取り付けるための、放熱器４０・４２の段部４０ｄ・４２ｄのサイズに応じた開口部３５が開口されている。さらに、装着部３１ａには、開口部３５の周囲を囲むようにＯリング１０６用の溝部３６が形成されている。
【００４１】
なお、図７では、取込口（入口）３２及び取出口（出口）３４の大きさを冷却水路３３の幅よりも大幅に小さくして冷却水漏れが起こりにくくしているが、冷却水路３３の幅と同程度の幅でも構わない。
【００４２】
なお、冷却水としては、例えば、水または水とエチレングリコールとを５０％ずつの割合で混合させた混合液が用いられる。
【００４３】
第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置１０においては、例えば図８（ａ）に示すように、冷却体部３１の溝部３６と放熱器４２の溝部４２ｅとの間にＯリング１０６を設けた状態で、パワーモジュール１００Ａが冷却装置３０上に装着され、さらに放熱器４２の取付部４２ａが固着具１０４によって固定されることにより、パワーモジュール１００Ａと冷却装置３０とが水密の状態で密着される。
【００４４】
その装着の際には、冷却体部３１の開口部３５における装着部３１ａの厚さと放熱器４２の段部４２ｄの厚さとを同程度とすることにより、冷却装置３０に対して、冷却ピン４２ｃの基端部ＰＢが装着部３１ａの内壁面とほぼ同一面となるように放熱器４２を取り付けることが可能となる。
【００４５】
すなわち、図８（ａ）において、冷却水路３３の最下部３３Ｂから最上部３３Ｔまで（高さｈａ）と冷却水路３３の最下部３３Ｂから冷却ピン４２ｃの基端部ＰＢまで（高さｈｂ）とが実質的に同一の高さ（ｈａ≒ｈｂ）となる、言い換えれば、冷却水路の開口部のある側の内面から開口部のある側と反対側の内面までの高さと、冷却水路の開口部のある側と反対側の内面から放熱器の封止体との接合面に対向する面までの高さとが、実質的に同一となるように放熱器４２を取り付けることにより、この第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置１０は、冷却水の流れが取り付け部分で妨げられるのを抑制することが可能となり、冷却ピン４２ｃの全体を、冷却水路３３内を流れる冷却水によって万遍なく冷却できるようになる。したがって、この第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュール装置１０によれば、冷却装置３０の上面部に形成された開口部３５に放熱器４２を装着するようにしたパワーモジュール１００Ａをも効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能となる。
【００４６】
（比較例）
これに対し、比較例に係るパワーモジュール装置２００は、図８（ｂ）に示すように、取付部４３ａの非接合面に段部がないため、放熱器４３の冷却ピン４３ｃの基端部と開口部３５における装着部３１ａの厚さとの段差により冷却水の流れが妨げられ、特に冷却ピン４３ｃの基端部において、冷却水路３３内を流れる冷却水が滞り易くなるために効率良く冷却できなくなり易い。
【００４７】
なお、第１変形例に係るパワーモジュール装置１０の場合に限らず、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０の場合においても、同様に、冷却装置３０に対して、冷却フィン４０ｃの基端部ＦＢが冷却水路３３の最上部とほぼ同一面となるように放熱器４０を取り付けることが可能となる。これにより、冷却水の流れが妨げられるのを抑制することができると共に、冷却フィン４０ｃの全体を、冷却水路３３内を流れる冷却水によって万遍なく冷却できるようになる結果、冷却装置３０の上面部に形成された開口部３５に放熱器４０を装着するようにしたパワーモジュール１００をも効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能となる。
【００４８】
（第２変形例）
また、図９に示すように、第１の実施の形態の第２変形例に係るパワーモジュール装置１０に適用されるパワーモジュール１００Ｂにおいて、放熱器４４を、ヒートシンクとしても機能する取付部４４ａと、固着具１０４が挿通される貫通孔４４ｂと、取付部４４ａの下面（裏面）側に設けられた段部４４ｄと、段部４４ｄを囲むＯリング用の溝部４４ｅとを備える構成としても良い。すなわち、放熱器４４を、複数枚の冷却フィンや複数本の冷却ピンを備えない構成とした場合においても、同様に、冷却装置３０に対して、段部４４ｄの基端部（非接合面）ＨＢが冷却水路３３の最上部とほぼ同一面となるように放熱器４４を取り付けることによって、冷却水の流れが妨げられるのを抑制することができるので、冷却装置３０の上面部に形成された開口部３５に放熱器４４を装着するようにしたパワーモジュール１００Ｂをも効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能となる。
【００４９】
（パワーモジュール）
次に、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００・１００Ａ・１００Ｂの具体例（分割リードフレーム構造）について説明する。
【００５０】
ここでは、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００であって、２個の半導体デバイスＱ１・Ｑ４が１つのパッケージ１１０内にモールドされた半導体パッケージ装置１１２、いわゆる２ in １タイプのモジュールについて説明する。
【００５１】
半導体デバイスＱ１・Ｑ４として、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を適用した２ in １モジュール１１２ａの回路構成は、例えば図１０（ａ）に示すように表わされる。
【００５２】
すなわち、２ in １モジュール１１２ａは、図１０（ａ）に示すように、２個のＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４が１つのモジュールとして内蔵された、ハーフブリッジ内蔵モジュールの構成を備える。
【００５３】
ここで、モジュールの各ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４は、それぞれ１つのトランジスタとして記載されているが、複数のチップを並列接続していても良い。また、モジュールにトランジスタ回路を複数組内蔵している場合がある。すなわち、モジュールには、１ in １（ワンインワン）、２ in １、４ in １（フォーインワン）、６ in １（シックスインワン）などがあり、例えば、１つのモジュール上において、２個分のトランジスタ（チップ）を内蔵したモジュールは２ in １、２ in １を２組み内蔵したモジュールは４ in １、２ in １を３組み内蔵したモジュールは６ in １と呼ばれている。
【００５４】
図１０（ａ）に示すように、２ in １モジュール１１２ａは、２個のＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４と、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４に逆並列接続されるダイオードＤＩ１・ＤＩ４が１つのモジュールとして内蔵されている。Ｇ１は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲート信号端子電極であり、Ｓ１は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のソース信号端子電極である。Ｇ４は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ４のゲート信号端子電極であり、Ｓ４は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ４のソースセンスのためのソース信号端子電極である。Ｐは、正側電源入力端子（ドレイン端子電極）であり、Ｎは、負側電源入力端子（接地電位端子電極）であり、Ｏは、出力端子電極である。
【００５５】
また、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００であって、半導体デバイスＱ１・Ｑ４として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を適用した２ in １モジュール１１２ｂの回路構成は、図１０（ｂ）に示すように表わされる。
【００５６】
図１０（ｂ）に示すように、２ in １モジュール１１２ｂは、２個のＩＧＢＴ  Ｑ１・Ｑ４と、ＩＧＢＴ  Ｑ１・Ｑ４に逆並列接続されるダイオードＤＩ１・ＤＩ４が１つのモジュールとして内蔵されている。Ｇ１は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート信号端子電極であり、Ｅ１は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタ端子電極である。Ｇ４は、ＩＧＢＴ  Ｑ４のゲート信号端子電極であり、Ｅ４は、ＩＧＢＴ  Ｑ４のエミッタ端子電極である。Ｐは、正側電源入力端子であり、Ｎは、負側電源入力端子であり、Ｏは、出力端子電極である。
【００５７】
（半導体デバイス）
第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００であって、半導体デバイスＱ１・Ｑ４として適用される、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａの模式的断面構造は、図１１（ａ）に示すように表わされ、ＩＧＢＴ  １１２Ｂの模式的断面構造は、図１１（ｂ）に示すように表わされる。
【００５８】
図１１（ａ）に示すように、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａは、ｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６と、半導体基板２２６の表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたソース領域２３０と、ｐボディ領域２２８間の半導体基板２２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜２３２と、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８と、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４と、半導体基板２２６の表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ ドレイン領域２２４と、ｎ+ ドレイン領域２２４に接続されたドレイン電極２３６とを備える。このようなＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａが１チップ内に複数形成され、並列接続されている。
【００５９】
図１１（ａ）において、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａは、プレーナゲート型のｎチャネル縦型ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴで構成されているが、後述する図１５に示すように、ｎチャネル縦型ＳｉＣ  Ｔ（Trench）  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｃなどで構成されていても良い。
【００６０】
または、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４としては、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａの代わりに、ＧａＮ系ＦＥＴなどを採用することもできる。つまり、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４としては、ＳｉＣ系、ＧａＮ系のいずれかのパワー素子を採用可能である。
【００６１】
さらには、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４には、バンドギャップエネルギーが、例えば、１．１ｅＶ〜８ｅＶの半導体を用いることができ、ＧａＮやダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体と称されるものを用いる場合には発熱量が大きくなる場合が多いので特に有効となる。
【００６２】
同様に、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００であって、半導体デバイスＱ１・Ｑ４として適用されるＩＧＢＴ  １１２Ｂは、図１１（ｂ）に示すように、ｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６と、半導体基板２２６の表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたエミッタ領域２３０Ｅと、ｐボディ領域２２８間の半導体基板２２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜２３２と、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８と、エミッタ領域２３０Ｅおよびｐボディ領域２２８に接続されたエミッタ電極２３４Ｅと、半導体基板２２６の表面と反対側の裏面に配置されたｐ+ コレクタ領域２２４Ｐと、ｐ+ コレクタ領域２２４Ｐに接続されたコレクタ電極２３６Ｃとを備える。
【００６３】
図１１（ｂ）において、ＩＧＢＴ  １１２Ｂは、プレーナゲート型のｎチャネル縦型ＩＧＢＴで構成されているが、トレンチゲート型のｎチャネル縦型ＩＧＢＴなどで構成されていても良い。
【００６４】
第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４の例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａの模式的断面構造は、図１２に示すように表わされる。
【００６５】
ゲートパッド電極ＧＰは、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８に接続され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４に接続される。また、ゲートパッド電極ＧＰおよびソースパッド電極ＳＰは、図１２に示すように、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ａの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜２４４上に配置される。
【００６６】
なお、ゲートパッド電極ＧＰおよびソースパッド電極ＳＰの下方の半導体基板２２６内には、図示していないが、図１１（ａ）の中央部と同様に、微細構造のトランジスタ構造が形成されていても良い。
【００６７】
さらに、図１２に示すように、中央部のトランジスタ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４上にソースパッド電極ＳＰが延在して配置されていても良い。
【００６８】
第１の実施の形態に係るパワーモジュ−ル装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４の例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＩＧＢＴ  １１２Ｂの模式的断面構造は、図１３に示すように表わされる。
【００６９】
ゲートパッド電極ＧＰは、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８に接続され、エミッタパッド電極ＥＰは、エミッタ領域２３０Ｅおよびｐボディ領域２２８に接続されたエミッタ電極２３４Ｅに接続される。また、ゲートパッド電極ＧＰおよびエミッタパッド電極ＥＰは、図１３に示すように、ＩＧＢＴ  １１２Ｂの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜２４４上に配置される。
【００７０】
なお、ゲートパッド電極ＧＰおよびエミッタパッド電極ＥＰの下方の半導体基板２２６内には、図示していないが、図１１（ｂ）の中央部と同様に、微細構造のＩＧＢＴ構造が形成されていても良い。
【００７１】
さらに、図１３に示すように、中央部のＩＧＢＴ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４上にエミッタパッド電極ＥＰが延在して配置されていても良い。
【００７２】
半導体デバイス  Ｑ１・Ｑ４としては、ＳｉＣ  ＤＩ（Double Implanted）  ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ  Ｔ（Trench）  ＭＯＳＦＥＴなどのＳｉＣ系パワーデバイス、あるいはＧａＮ系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ: High Electron Mobility Transistor）などのＧａＮ系パワーデバイスを適用可能である。また、場合によっては、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワーデバイスも適用可能である。
【００７３】
―ＳｉＣ  ＤＩ（Double Implanted）  ＭＯＳＦＥＴ―
第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００として適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４の例であって、ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｄの模式的断面構造は、図１４に示すように表わされる。
【００７４】
図１４に示すように、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用されるＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｄは、ｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６と、半導体基板２２６の表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたｎ+ ソース領域２３０と、ｐボディ領域２２８間の半導体基板２２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜２３２と、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８と、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４と、半導体基板２２６の表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ ドレイン領域２２４と、ｎ+ ドレイン領域２２４に接続されたドレイン電極２３６とを備える。
【００７５】
図１４において、ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｄは、ｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたｎ+ ソース領域２３０が、ダブルイオン注入（ＤＩ）で形成され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４に接続される。
【００７６】
ゲートパッド電極ＧＰは、図示を省略しているが、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたゲート電極２３８に接続される。また、ソースパッド電極ＳＰおよびゲートパッド電極ＧＰは、図１４に示すように、ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｄの表面を覆うように、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４上に配置される。
【００７７】
ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴは、図１４に示すように、ｐボディ領域２２８に挟まれたｎ- 高抵抗層からなる半導体基板２２６内に、破線で示されるような空乏層が形成されるため、接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）効果に伴うチャネル抵抗ＲJFETが形成される。また、ｐボディ領域２２８／半導体基板２２６間には、図１４に示すように、ボディダイオードＢＤが形成される。
【００７８】
―ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴ―
第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００として適用される半導体デバイスＱ１・Ｑ４の例であって、ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図１５に示すように表わされる。
【００７９】
図１５に示すように、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００に適用されるＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｃは、ｎ層からなる半導体基板２２６Ｎと、半導体基板２２６Ｎの表面側に形成されたｐボディ領域２２８と、ｐボディ領域２２８の表面に形成されたｎ+ ソース領域２３０と、ｐボディ領域２２８を貫通し、半導体基板２２６Ｎまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜２３２および層間絶縁膜２４４Ｕ・２４４Ｂを介して形成されたトレンチゲート電極２３８ＴＧと、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４と、半導体基板２２６Ｎの表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ ドレイン領域２２４と、ｎ+ ドレイン領域２２４に接続されたドレイン電極２３６とを備える。
【００８０】
図１５において、ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｃは、ｐボディ領域２２８を貫通し、半導体基板２２６Ｎまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜２３２および層間絶縁膜２４４Ｕ・２４４Ｂを介してトレンチゲート電極２３８ＴＧが形成され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域２３０およびｐボディ領域２２８に接続されたソース電極２３４に接続される。
【００８１】
ゲートパッド電極ＧＰは、図示を省略しているが、ゲート絶縁膜２３２上に配置されたトレンチゲート電極２３８ＴＧに接続される。また、ソースパッド電極ＳＰおよびゲートパッド電極ＧＰは、図１５に示すように、ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｃの表面を覆うように、パッシベーション用の層間絶縁膜２４４Ｕ上に配置される。
【００８２】
ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｃでは、ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴ  １１２Ｄのような接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）効果に伴うチャネル抵抗ＲJFETは形成されない。また、ｐボディ領域２２８／半導体基板２２６Ｎ間には、図１４と同様に、ボディダイオードＢＤが形成される。
【００８３】
なお、詳細な説明は省略するが、第１の実施の形態の第１・第２変形例に係るパワーモジュール装置１０に適用可能なパワーモジュール１００Ａ・１００Ｂの場合も、放熱器４２・４４の構造が異なるだけであり、上記したパワーモジュール１００の場合と同様である。
【００８４】
［第２の実施の形態］
（パワーモジュール装置）
第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａの平面構造は、図１６（ａ）に示すように表わされ、図１６（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うパワーモジュール装置１０Ａの模式的断面構造は、図１６（ｂ）に示すように表わされる。また、第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａに適用可能な冷却装置３０Ａの平面構造は、図１７に示すように表わされる。
【００８５】
冷却装置３０Ａは、図１７に示すように、冷却体部３１Ａが平面視で示す短冊（矩形）形状に形成されると共に、その装着部（上面部）３１Ａａ側に、それぞれ、冷却水路３３Ａを露出させるようにして、Ｏリング用の溝部３６Ａを有する３つの開口部３５Ａが、冷却水の取込口３２と取出口３４との間に直線状に配置されている。
【００８６】
第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａに適用可能なパワーモジュール１００は、上記した第１の実施の形態に係るパワーモジュール１００と基本的に同様であり、詳細な説明は省略する。
【００８７】
すなわち、第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａは、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、同一の構成とされた３個の２ in １タイプのパワーモジュール１００・１００・１００を冷却装置３０Ａ上に装着し、３相交流インバータ（６ in １タイプのパワーモジュール）を形成するようにした場合の例であって、この例の場合にも、各パワーモジュール１００において、冷却水路３３Ａの最下部から最上部までの高さ（ｈａ）と冷却水路３３Ａの最下部から基端部ＦＢまでの高さ（ｈｂ）とが実質的に同一の高さとなるように放熱器４０を取り付けることにより、冷却装置３０Ａの上面部に複数形成された開口部３５Ａにそれぞれ放熱器４０を装着するようにしたパワーモジュール１００をも効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能となる。
【００８８】
なお、第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａに適用可能なパワーモジュール１００としては、各パワーモジュール１００が備えるゲートドライブ基板２０を一体化させた構成（一体型ゲートドライブ基板）とすることも可能である。
【００８９】
また、パワーモジュール１００に限らず、パワーモジュール１００Ａ・１００Ｂの場合にも同様に適用可能である。
【００９０】
（応用例）
第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａを用いて構成される３相交流インバータ１４０において、半導体デバイスとしてＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサＣを接続した回路構成例は、図１８（ａ）に示すように表わされる。
【００９１】
同様に、第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａを用いて構成される３相交流インバータ１４０Ａにおいて、半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用し、電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサＣを接続した回路構成例は、図１８（ｂ）に示すように表わされる。
【００９２】
第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａを電源Ｅと接続する際、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのスイッチング速度が速いため、接続ラインの有するインダクタンスＬによって、大きなサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔを生ずる。例えば、電流変化ｄｉ＝３００Ａとし、スイッチングに伴う時間変化ｄｔ＝１００ｎｓｅｃとすると、ｄｉ／ｄｔ＝３×１０9 （Ａ／ｓ）となる。
【００９３】
インダクタンスＬの値により、サージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔの値は変化するが、電源Ｅに、このサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔが重畳される。電源端子ＰＬ・接地端子ＮＬ間に接続されるスナバコンデンサＣによって、このサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔを吸収または抑制することができる。
【００９４】
（具体例）
次に、図１９を参照して、半導体デバイスとしてＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを適用した第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａを用いて構成した３相交流インバータ応用回路１４０について説明する。
【００９５】
図１９に示すように、３相交流インバータ応用回路１４０は、ゲートドライブ基板２０と、ゲートドライブ基板２０に接続されるパワーモジュール装置１０Ａと、３相交流モータ部１５４とを備える。パワーモジュール装置１０Ａは、３相交流モータ部１５４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータが接続されている。
【００９６】
ここで、ゲートドライブ基板２０からの各出力は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２・Ｑ５、およびＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ３・Ｑ６の各ゲート電極にそれぞれ接続されている。
【００９７】
パワーモジュール装置１０Ａは、電源もしくは蓄電池（Ｅ）１４６が接続されたコンバータ１４８のプラス端子（＋）とマイナス端子（−）との間に接続され、インバータ構成のＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４、Ｑ２・Ｑ５、およびＱ３・Ｑ６を備える。また、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ６のソース・ドレイン間には、フリーホイールダイオードＤＩ１〜ＤＩ６がそれぞれ逆並列に接続されている。
【００９８】
次に、図２０を参照して、半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用した第２の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０Ａを用いて構成した３相交流インバータ応用回路１４０Ａについて説明する。
【００９９】
図２０に示すように、３相交流インバータ応用回路１４０Ａは、ゲートドライブ基板２０と、ゲートドライブ基板（制御回路基板）２０に接続されるパワーモジュール装置１０Ａと、３相交流モータ部１５４Ａとを備える。パワーモジュール装置１０Ａは、３相交流モータ部１５４ＡのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータが接続されている。
【０１００】
ここで、ゲートドライブ基板２０からの各出力は、ＩＧＢＴ  Ｑ１・Ｑ４、ＩＧＢＴ  Ｑ２・Ｑ５、およびＩＧＢＴ  Ｑ３・Ｑ６の各ゲート電極にそれぞれ接続されている。
【０１０１】
パワーモジュール装置１０Ａは、蓄電池（Ｅ）１４６Ａが接続されたコンバータ１４８Ａのプラス端子（＋）とマイナス端子（−）との間に接続され、インバータ構成のＩＧＢＴ  Ｑ１・Ｑ４、Ｑ２・Ｑ５、およびＱ３・Ｑ６を備える。また、ＩＧＢＴ  Ｑ１〜Ｑ６のエミッタ・コレクタ間には、フリーホイールダイオードＤＩ１〜ＤＩ６がそれぞれ逆並列に接続されている。
【０１０２】
［第３の実施の形態］
（冷却構造体）
第３の実施の形態に係る冷却構造体１の鳥瞰構造は、図２１に示すように表わされる。また、図２１のＩＶ−ＩＶ線に沿う冷却構造体１の模式的断面構造は、図２２に示すように表わされる。
【０１０３】
図２１に示すように、第３の実施の形態に係る冷却構造体１は、冷却装置を備えてそれぞれユニット化された、例えば複数のパワーモジュールおよび冷却体ブロック（冷却体ユニット）を立体的に組み合わせたものであって、冷却水路が互いに接続されるように、冷却体ブロックの相互が連結されている。
【０１０４】
すなわち、第３の実施の形態に係る冷却構造体１は、図２２に示すように、４つの冷却体ブロック３Ａ〜３Ｄが四角枠状に組み立てられた構成を有する。この場合、冷却体ブロック３Ａ〜３Ｄは、図２３に示すように、例えば、冷却体ブロック３Ａの取出口３３４ａが冷却体ブロック３Ｄの取込口３３２ａと連結され、冷却体ブロック３Ｄの取出口３３４ａが冷却体ブロック３Ｂの取込口３３２ａと連結され、冷却体ブロック３Ｂの取出口３３４ａが冷却体ブロック３Ｃの取込口３３２ａと連結され、冷却体ブロック３Ｃの取出口３３４ａが冷却体ブロック３Ａの取込口３３２ａと連結される。各冷却体ブロック３Ａ・３Ｂ・３Ｃ・３Ｄ間において、取出口３３４ａと取込口３３２ａとの間は、それぞれＯリング１０８によって水密に連結される。
【０１０５】
連結をより強固なものとするために、冷却体ブロック３Ａと冷却体ブロック３Ｄとの連結部、冷却体ブロック３Ｄと冷却体ブロック３Ｂとの連結部、冷却体ブロック３Ｂと冷却体ブロック３Ｃとの連結部、および冷却体ブロック３Ｃと冷却体ブロック３Ａとの連結部を、例えばＬ字型の締結具（図示省略）などを用いてそれぞれ固定するようにしても良い。
【０１０６】
また、冷却体ブロック３Ａには冷却水路３３３内に冷却水を注水するための注水口（注入口）７が設けられ、対向する冷却体ブロック３Ｂには冷却水路３３３内を流れる冷却水を排水するための排水口（排出口）９が設けられる。
【０１０７】
これにより、冷却体ブロック３Ａの注水口７より注水された冷却水は、図２２中に矢印で示すように、冷却体ブロック３Ａの冷却水路３３３から冷却体ブロック３Ｃの冷却水路３３３および／または冷却体ブロック３Ｄの冷却水路３３３を通り、冷却体ブロック３Ｂの冷却水路３３３を経た後、冷却体ブロック３Ｂの排水口９より排水される。冷却水が冷却体ブロック３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの各冷却水路３３３を通過する際に、各パワーモジュール１００などからの発熱の吸収が行われる。
【０１０８】
なお、第３の実施の形態に係る冷却構造体１は、図２１に示すように、冷却体ブロック３Ａ〜３Ｄを覆うようにして設けられる側面カバー５を備える。側面カバー５は、冷却体ブロック３Ａ〜３Ｄの組立後に取り付けられる。
【０１０９】
例えば、第３の実施の形態に係る冷却構造体１を用いて３相交流インバータを構成する場合、冷却体ブロック３Ｂ〜３Ｄがパワーモジュール用であり、冷却体ブロック３Ａがコンデンサモジュール用である。
【０１１０】
第３の実施の形態に係る冷却構造体１を構成する冷却体ブロック（パワーモジュール用）３Ｂの平面構成は図２４（ａ）に示すように表わされ、冷却体ブロック３Ｂの図示矢印Ａ方向の側面構成は図２４（ｂ）に示すように表わされ、冷却体ブロック３Ｂの図示矢印Ｂ方向の側面構成は図２４（ｃ）に示すように表わされる。また、図２４（ａ）のＶａ−Ｖａ線に沿う模式的断面構造は図２５（ａ）に示すように表わされ、図２４（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿う模式的断面構造は図２５（ｂ）に示すように表わされる。
【０１１１】
図２４および図２６に示すように、冷却体ブロック３Ｂにおいて、冷却装置３３０Ｂは、冷却水路３３３を備えた箱型の直方体形状を有する冷却体部３３１の、パワーモジュール１００が装着される装着部（上面部）３３１ａに設けられ、冷却水路３３３に供給するための冷却水を取り込む取込口３３２ａと、Ｏリング用の溝部３３６を有する開口部３３５とを備える。また、冷却体部３３１の隣接する冷却体ブロック３Ｃとの接合面部３３１ｃには、冷却体ブロック３Ｃの取込口３３２ａに連結される取出口３３４ａが設けられる。取込口３３２ａの内周面には、Ｏリング１０８用の溝部１０８ａが設けられ、取出口３３４ａの外周面には、Ｏリング１０８用の溝部１０８ａが設けられる。
【０１１２】
そして、冷却体部３３１の装着部３３１ａと対向する面３３１ｂには、冷却水路３３３内の冷却水を排水するための排水口９が設けられている。
【０１１３】
なお、その他の構成は、上記した第１の実施の形態で示したパワーモジュール装置１０と同様なので詳しい説明は省略する。
【０１１４】
また、冷却体ブロック３Ｃ、３Ｄの冷却装置３３０Ｃ、３３０Ｄは、排水口９を備えていないことを除けば、冷却体ブロック３Ｂの冷却装置３３０Ｂと同様の構成なので、詳しい説明は省略する。
【０１１５】
また、図２５（ｂ）に示す断面において、冷却体部３３１の壁厚が側面の一部のみ厚くなっているが、全ての部分において一様になるように、冷却水路３３３の壁厚を形成するようにしても良い。
【０１１６】
第３の実施の形態に係る冷却構造体１を構成する冷却体ブロック（コンデンサモジュール用）３Ａの平面構成は図２７（ａ）に示すように表わされ、冷却体ブロック３Ａの図示矢印Ａ方向の側面構成は図２７（ｂ）に示すように表わされ、冷却体ブロック３Ａの図示矢印Ｂ方向の側面構成は図２７（ｃ）に示すように表わされる。また、図２７（ａ）のＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に沿う模式的断面構造は図２８（ａ）に示すように表わされ、図２７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う模式的断面構造は図２８（ｂ）に示すように表わされる。
【０１１７】
図２７および図２８に示すように、冷却体ブロック３Ａにおいて、冷却装置３３０Ａは、冷却水路３３３を備えた箱型の直方体形状を有する冷却体部３３１の装着部３３１ａに設けられ、冷却水路３３３に供給するための冷却水を取り込む取込口３３２ａを備える。また、冷却体部３３１の隣接する冷却体ブロック３Ｄとの接合面部３３１ｃには、冷却体ブロック３Ｄの取込口３３２ａに連結される取出口３３４ａが設けられる。取込口３３２ａの内周面には、Ｏリング１０８用の溝部１０８ａが設けられ、取出口３３４ａの外周面には、Ｏリング１０８用の溝部１０８ａが設けられる。
【０１１８】
そして、冷却体部３３１の装着部３３１ａと対向する面３３１ｂには、冷却水路３３３内に冷却水を注水するための注水口７が設けられている。
【０１１９】
装着部３３１ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相用の各端子がケースの外部に引き出されたコンデンサモジュール３００が取り付けられているが、パワーモジュール用と同様に開口部を設けて取り付けるようにすれば、より一層効果的に冷却できるようになると共に、容量値を適宜変更できる。
【０１２０】
この冷却体ブロック（第４のユニット）３Ａは、例えば、冷却体ブロック（第１〜第３のユニット）３Ｂ〜３Ｄを用いて６ in １モジュールを四角形状に構成する際には余剰となるため、パワーチップ以外の、冷却が必要な他の電子部品などの装着に用いて好適となる。
【０１２１】
コンデンサモジュール３００としては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するコンデンサが搭載されているだけでなく、パワーモジュール用のスナバコンデンサが搭載されていても良い。
【０１２２】
また、図２８（ａ）、（ｂ）に示す断面において、冷却体部３３１の壁厚が一様になるように、冷却水路３３３を形成するようにしても良い。
【０１２３】
３相交流インバータを構成する場合において、冷却構造体１は、冷却水路３３３を有し、パワーモジュール１００が装着される複数個のパワーモジュール用の冷却装置３３０Ｂ、３３０Ｃ、３３０Ｄが、冷却水路３３３を互いに連結するようにして立体的に組み立てられる。
【０１２４】
また、冷却構造体１は、さらに、冷却水路３３３を有し、コンデンサモジュール３００が装着されるコンデンサモジュール用の冷却装置３３０Ａを備え、このコンデンサモジュール用の冷却装置３３０Ａと、パワーモジュール用の３個の冷却装置３３０Ｂ、３３０Ｃ、３３０Ｄとを、冷却水路３３３を互いに連結するようにして立体的に組み立てられる。
【０１２５】
このように、第３の実施の形態に係る冷却構造体１は、冷却体ブロック３Ｂ〜３Ｄに装着されるパワーモジュール１００を２ in １タイプとすることによって、２ in １モジュールを３組み内蔵した６ in １タイプの３相交流インバータを構成できる。これにより、上記で説明した通り、各パワーモジュール１００において、冷却水路３３３の最下部から最上部までの高さ（ｈａ）と冷却水路３３３の最下部から基端部ＦＢまでの高さ（ｈｂ）とが実質的に同一の高さとなるように放熱器４０を取り付けることにより、冷却装置３３０Ｂ・３３０Ｃ・３３０Ｄの上面部に形成された開口部３３５に放熱器４０を装着するようにしたパワーモジュール１００をも効率よく冷却でき、過熱による劣化を抑えることが可能となる。
【０１２６】
しかも、コンデンサモジュール３００などの放熱が必要な他の電子部品をも、冷却体ブロック３Ｂ〜３Ｄ以外の冷却体ブロック３Ａに装着させることができるので、冷却構造体１としての冷却性能を格段に向上できる。
【０１２７】
特に、第３の実施の形態に係る冷却構造体１によれば、第１の実施の形態に係るパワーモジュール装置１０を配置する場合のスペースとほぼ同等のスペースに３相交流インバータを配置できるので、平面的に配置する場合に比して、配置面積の大幅な縮小化を実現できる。
【０１２８】
なお、パワーモジュール１００に代えて、第１変形例に係るパワーモジュール１００Ａも適用できる。
【０１２９】
また、第３の実施の形態に係る冷却構造体１において、冷却装置３３０Ａ・３３０Ｂ・３３０Ｃ・３３０Ｄは同一の構成としても良い。例えば、冷却装置３３０Ｂのみを用いて構成するようにした場合、冷却体ブロック３Ａを除く、冷却体ブロック３Ｃ・３Ｄにおいては、排水口９を閉塞させるようにすれば良いし、冷却体ブロック３Ａにおいては、排水口９を注水口７として使用すると共に、開口部３３５を閉塞させるようにすれば良い。すなわち、注水口７、排水口９、および開口部３３５を、適用する冷却体ブロック３Ａ〜３Ｄに応じて使い分けることにより、第３の実施の形態に係る冷却構造体１は同一形状の冷却装置３３０Ｂを用いて構成することが可能である。
【０１３０】
また、図９に示した第２変形例のパワーモジュール１００Ｂの場合、冷却装置３３０Ａのみを用いて構成することが可能である。
【０１３１】
［第４の実施の形態］
（電気自動車）
第４の実施の形態に係る電気自動車のパワーコントロールユニット５００に適用可能な冷却構造体１において、モジュール用冷却系１４を含む冷却機構部１２の回路ブロック構成は図２９に示すように表わされる。
【０１３２】
図２９に示すように、第４の実施の形態に係る電気自動車のパワーコントロールユニット５００に適用可能な冷却機構部１２は、例えば、自動車用エンジンとなるモータ５０４に３相の駆動電流を供給する３相交流インバータとして構成される冷却構造体１を、モジュール用冷却系１４を用いて冷却するように構成される。
【０１３３】
冷却機構部１２において、モジュール用冷却系１４は、ラジエータ１６とポンプ１８とを有する。ラジエータ１６は、冷却構造体１より熱を吸収することによって上昇した冷却水の温度を、ある温度まで低下させる。ポンプ１８は、ラジエータ１６によって一定の温度に保持された冷却水を、冷却構造体１の冷却水路３３３に繰り返し供給する。
【０１３４】
このような構成を備える冷却機構部１２は、例えば、電気自動車のパワーコントロールユニット５００において、モータ５０４の駆動などをコントロールするＥＣＵ（Engine Control Unit）５０２によって制御されるようにしても良いし、ＥＣＵ５０２の制御によらず常に冷却構造体１を冷却できるようにしても良い。
【０１３５】
なお、この冷却機構部１２を、モータ５０４とは別に、自動車用エンジンを搭載したハイブリッドカーのパワーコントロールユニット５１０に適用する場合においては、図３０に示すように、冷却構造体１をモジュール用冷却系１４により冷却する場合に限らず、エンジン冷却用に搭載されているエンジン用ラジエータ５１６とポンプ５１８とを有するハイブリッド用冷却系５１４を用いて冷却するようにしても良い。ハイブリッド用冷却系５１４によって冷却構造体１を冷却できるようにしたハイブリッドカーにおいては、モジュール用冷却系１４による冷却とハイブリッド用冷却系５１４による冷却とをＥＣＵ５１２によって切換可能に構成することは勿論のこと、冷却機構部１２におけるモジュール用冷却系１４の搭載を省略することも可能である。
【０１３６】
電気自動車のパワーコントロールユニット５００またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニット５１０においては、冷却構造体１に限らず、上記したいずれの実施の形態に係るパワーモジュール装置１０・１０Ａも適用可能であるが、自動車といった限られたスペースに配置することを考慮した場合、配置面積を大幅に縮小できる冷却構造体１の適用が特に有効である。
【０１３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、放熱器の一部を冷却装置の上面に嵌め込む構成のパワーモジュール装置において、放熱器を嵌め込むことによって冷却水の流れが妨げられるのを抑制することができる。したがって、チップが過熱により破壊されたり、配線が溶断されたりするのを抑制でき、より信頼性の高いパワーモジュール装置、およびそれを実装するための冷却構造体、および冷却構造体を搭載した電気自動車またはハイブリッドカーを提供することができる。
【０１３８】
なお、本実施の形態において、パワーモジュールに適用可能な半導体パッケージ装置としては、端子電極Ｐ・Ｎ・Ｏを１本ずつ備える構造の半導体パッケージ装置に限らず、例えば図３１に示すように、出力端子電極Ｏを複数備えるような構造の半導体パッケージ装置６００などであっても良い。
【０１３９】
ここで、半導体パッケージ装置６００において、パッケージ６０２を形成後の平面構成（外観構造）は、図３１（ａ）に示すように表わされ、パッケージ６０２を形成前の平面パターン構成（内部構造）は、図３１（ｂ）に示すように表わされる。
【０１４０】
すなわち、半導体パッケージ装置６００は、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、複数からなる２組のＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４が内蔵されたハーフブリッジ内蔵モジュールの構成を備える。図３１（ｂ）には、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４が、それぞれ４チップ並列に配置されている例が示されている。例えば、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４は、最大で５個のトランジスタ（チップ）を搭載することが可能であり、５チップの一部をダイオードＤＩ用として使用することも可能である。
【０１４１】
半導体パッケージ装置６００は、パッケージ６０２に被覆されたセラミックス基板６０４の第１の辺に配置された正側電源入力端子Ｐ（Ｄ１）および負側電源入力端子Ｎ（Ｓ４）と、第１の辺に隣接する第２の辺に配置されたゲート端子（ゲート信号端子電極）ＧＴ１・ソースセンス端子（ソース信号端子電極）ＳＳＴ１と、第１の辺に対向する第３の辺に配置された出力端子電極Ｏ（Ｓ１）・Ｏ（Ｄ４）と、第２の辺に対向する第４の辺に配置されたゲート端子ＧＴ４・ソースセンス端子ＳＳＴ４とを備える。
【０１４２】
図３１（ｂ）に示すように、ゲート端子ＧＴ１・ソースセンス端子ＳＳＴ１は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲート信号電極パターンＧＬ１・ソース信号電極パターンＳＬ１に接続され、ゲート端子ＧＴ４・ソースセンス端子ＳＳＴ４は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ４のゲート信号電極パターンＧＬ４・ソース信号電極パターンＳＬ４に接続される。
【０１４３】
ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４から信号基板６２４1 ・６２４4 上に配置されたゲート信号電極パターンＧＬ１・ＧＬ４およびソース信号電極パターンＳＬ１・ＳＬ４に向けて、ゲート用ワイヤＧＷ１・ＧＷ４およびソースセンス用ワイヤＳＳＷ１・ＳＳＷ４が接続される。また、ゲート信号電極パターンＧＬ１・ＧＬ４およびソース信号電極パターンＳＬ１・ＳＬ４には、外部取り出し用のゲート端子ＧＴ１・ＧＴ４およびソースセンス端子ＳＳＴ１・ＳＳＴ４が半田付けなどによって接続される。
【０１４４】
４チップ並列に配置されたＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４のソースＳ１・Ｓ４は、上面板電極６２２1 ・６２２4 によって共通に接続される。
【０１４５】
なお、図３１（ａ）においては、図示が省略されているが、図１８などで説明したように、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１・Ｑ４のドレインＤ１・ソースＳ１間およびドレインＤ４・ソースＳ４間に逆並列にダイオードが接続されていても良い。
【０１４６】
また、本実施の形態に係るパワーモジュール装置のパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスとしては、ＳｉＣ系パワーデバイスに限らず、ＧａＮ系やＳｉ系のパワーデバイスも採用可能である。
【０１４７】
また、樹脂モールドされた半導体パッケージ装置に限らず、ケース型のパッケージによってパッケージングされた半導体パッケージ装置にも適用可能である。
【０１４８】
また、内蔵するパワー素子が１つまたは複数個である各種のパワーモジュールに適用できる。
【０１４９】
さらに、パワーモジュールを冷却装置に装着する場合において、シリコンなどのサーマルコンパウンドや半田などの接合材を用いるようにしても良い。
【０１５０】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態を変形例と共に記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１５１】
このように、本実施の形態は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本実施形態のパワーモジュール装置は、ＩＧＢＴモジュール、ダイオードモジュール、ＭＯＳモジュール（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ）などの半導体モジュール作製技術に利用することができ、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）／ＥＶ（Electric Car）向けのインバータ、産業向けのインバータ、コンバータなど、幅広い応用分野に適用可能である。
【符号の説明】
【０１５３】
１…冷却構造体
１０、１０Ａ…パワーモジュール装置
３Ａ〜３Ｄ…冷却体ブロック（冷却体ユニット）
５…側面カバー
７…注水口（注入口）
９…排水口（排出口）
１２…冷却機構部
１４…モジュール用冷却系
１６…ラジエータ
１８…ポンプ
２０…ゲートドライブ基板
２２…挿通孔
３０、３０Ａ、３３０Ａ、３３０Ｂ、３３０Ｃ、３３０Ｄ…冷却装置（冷却体）
３１、３１Ａ、３３１…冷却体部
３１ａ、３１Ａａ、３３１ａ…装着部
３２、３３２ａ…取込口
３３、３３Ａ、３３３…冷却水路
３３Ｂ…最下部
３３Ｔ…最上部
３４、３３４ａ…取出口
３５、３５Ａ、３３５…開口部
３６、３６Ａ、１０８ａ、３３６…溝部
４０、４２、４４…放熱器
４０ａ、４２ａ、４４ａ…取付部
４０ｂ、４２ｂ、４４ｂ…貫通孔
４０ｃ…冷却フィン（放熱フィンまたは平板フィン）
４０ｄ、４２ｄ、４４ｄ…段部
４０ｅ、４２ｅ、４４ｅ…溝部
４２ｃ…冷却ピン（放熱ピン）
１００、１００Ａ、１００Ｂ…パワーモジュール
１０２…接合材
１０４…固着具
１０６、１０８…Ｏリング
１１０、６０２…パッケージ（封止体）
１１２、６００…半導体パッケージ装置
１１２ａ、１１２ｂ…２ in １モジュール
１１２Ａ…ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ
１１２Ｂ…ＩＧＢＴ
１１２Ｃ…ＳｉＣ  Ｔ  ＭＯＳＦＥＴ
１１２Ｄ…ＳｉＣ  ＤＩ  ＭＯＳＦＥＴ
１２０、６０４…セラミックス基板
１４０、１４０Ａ…３相交流インバータ
１４６、１４６Ａ…電源もしくは蓄電池
１４８…コンバータ
１５４…３相交流モータ部
２２４…ｎ+ ドレイン領域
２２４Ｐ…ｐ+ コレクタ領域
２２６、２２６Ｎ…半導体基板
２２８…ｐボディ領域
２３０…ソース領域
２３０Ｅ…エミッタ領域
２３２…ゲート絶縁膜
２３４…ソース電極
２３４Ｅ…エミッタ電極
２３６…ドレイン電極
２３６Ｃ…コレクタ電極
２３８…ゲート電極
２３８ＴＧ…トレンチゲート電極
２４４、２４４Ｕ、２４４Ｂ…層間絶縁膜
３００…コンデンサモジュール
３３１ｃ…接合面部
５００、５１０…パワーコントロールユニット
５０２、５１２…ＥＣＵ
５０４…モータ
５１４…ハイブリッド用冷却系
５１６…エンジン用ラジエータ
５１８…ポンプ
６２４1 、６２４4 …信号基板
６２２1 、６２２4 …上面板電極
Ｑ１〜Ｑ６…半導体デバイス（ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ）
ＦＢ、ＰＢ…基端部
【図１】
2017094370.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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