(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材の表面に、絶縁層を介して形成した回路パターン用導体を複数部分備え、該複数部分の回路パターン用導体の表面に半導体素子をろう付け接合した半導体モジュールにおいて、
前記絶縁層が合成樹脂絶縁層であって、
前記半導体素子がパワー半導体素子であり、
前記回路パターン用導体と半導体素子とが応力緩衝板を介してろう付け接合されており、
前記回路パターン用導体の、少なくとも前記半導体素子が接合される部分を、内部に流体の流通路が貫通している導体部材で形成し、
前記複数部分からなる回路パターン用導体の前記流通路の間が絶縁配管を介して接続し、
前記半導体素子を、前記流通路に通流される前記流体により冷却させることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記半導体モジュールが、前記流通路を有する導体部材を２個以上備え、これら導体部材の中の少なくとも２個が、それらの流通路の出口と入口が同一直線上に位置するように、前記ベース部材に配置されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２の何れかに記載の発明において、
前記半導体モジュールが前記流通路に冷媒を流すポンプを駆動する電気回路を備え、
該電気回路が前記ベース部材に設置されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の発明において、
前記半導体モジュールが、前記半導体素子の駆動回路部と、該駆動回路部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の発明において、
前記半導体素子がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項４の何れかに記載の発明において、
前記半導体素子がＩＧＢＴであることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の発明において、
前記ＩＧＢＴは、フリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴであることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項８】
ベース部材の表面に、絶縁層を介して形成した回路パターン用導体を備え、該回路パターン用導体の表面に半導体素子をろう付け接合した半導体モジュールにおいて、
前記回路パターン用導体の、少なくとも前記半導体素子が接合される部分を、内部に流体の流通路が貫通している導体部材で形成し、
前記半導体素子を、前記流通路に通流する流体により冷却し、
前記流通路に通流される流体を冷却する熱交換装置からなる循環系統と、
前記循環系統に冷媒を流すポンプと、
前記ポンプを駆動する電気回路を備え、
前記電気回路は、前記ベース部材に設置されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の発明において、
前記熱交換装置が風冷式であり、その冷却風により前記ベース部材が冷却されるように構成したことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載の発明において、
前記ベース部材が内部に流通路を有し、
該流通路に、前記熱交換装置で冷却された流体が通流されるように構成したことを特徴とした半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の半導体モジュールを主回路のスイッチング素子として用いたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベース部材の表面に、絶縁層を介して形成した回路パターン用導体部材を備え、該回路パターン用導体部材の表面に半導体チップをろう付け接合する方式の半導体モジュールに係り、特に電力変換用スイッチング素子に好適なパワー半導体モジュールと、それを用いた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング素子を内蔵したパワー半導体モジュールや、これに制御回路を内蔵したＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）は、近年、自動車や鉄道車両など高信頼性が要求される分野で大きく用途が拡がり、この結果、信頼性の向上が特に要求されている。
【０００３】
そして、このとき、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子も大容量化され、これに伴い、半導体素子（半導体チップ）の発熱量が多くなるので、冷却能力の向上が強く要求されるようになっている。
また、近年、ハイブリッド自動車の実用化が進んでいるが、ここで、発進時、主としてモータ（電動機）により走行する方式のハイブリッド自動車の場合、パワー半導体素子は発進毎に短時間だけ大きく発熱する。
【０００４】
従って、この様な用途では、パワー半導体素子の接合温度の最大値は低いが、パワー半導体素子の発熱変化幅が大きくなり、この結果、熱膨張と熱収縮による応力変化、いわゆる熱揺動も大きくなり、且つ、その回数も多くなる。
そして、この熱揺動は、特に半田などによるろう付接合部に熱疲労を与えるので、高信頼性の付与と保持には、効果的な冷却が必要になる。
【０００５】
ところで、このようなパワー半導体モジュールやＩＰＭでは、搭載されているパワー半導体素子の発熱量の多さを考慮し、通常、高熱伝導性の金属などからなるベースと、高熱伝導性で且つ高電気絶縁性の材料からなる絶縁基板と、回路パターンが形成された導電層とで構成されるのが一般的であり、このとき、搭載部品の発熱量に応じて絶縁基板の材料が選択されるのが通例である。
【０００６】
そして、発熱量が大きな中容量から大容量の製品では、絶縁基板として、高価ではあるが、熱伝導率の大きいアルミナセラミックス、窒化アルミニウムセラミックスなどのセラミックスが主として用いられている。
ここで、図２３と図２４に、従来技術によるパワー半導体モジュールの一例を示す。
【０００７】
このモジュールは、図示のように、例えば銅などのベース板１０１の一方の面（図では上側の面）に、絶縁基板となるセラミック板２１０１を張り合わせ、このセラミック板２１０１に形成してある回路パターン２１０２ａ上に、半田付接合されたパワー半導体素子１０４を設けたものである。
このとき、セラミック板２１０１は、裏面の銅パターン２１０２ｂを用いてベース板１０１に半田付接合されている。
【０００８】
そして、この回路パターン２１０２ａに金属線３０４による接続が施され、更にパワー用外部接続端子３０２ａと信号用外部接続端子３０２ｂに対する配線が施された上でケース３０３内に納められ、樹脂３０１により封止される。
なお、ここで、樹脂とは合成樹脂、いわゆるプラスチックのことである。
【０００９】
次に、ベース板１０１は、グリース２１０５を介在させて、冷却部材に取り付けられるが、ここで、図２３は、水冷式の冷却部材２１０４に取り付けた場合で、図２４はフィンを有する空冷式の冷却部材２２０１に取り付けた場合であり、このとき、いずれも取付ボルト２１０３により冷却部材に固定される。
【００１０】
ところで、パワー半導体モジュールは、線膨張係数が異なる種々の材料が用いられているので、ベース板１０１に反りがあるのが一般的である。
ここで、この反りの方向は、部品及び製造工程により、ベース板１０１の冷却部材に対する接合面の中央が窪んでいる凹方向と、接合面の中央が膨らんでいる凸方向の双方の場合がある。
【００１１】
反りが凹方向の場合、ベースと冷却部材間にあるグリース２１０５の層厚が増してしまうので、ベースと冷却部材間の接触熱抵抗が大きくなり、冷却能力が低下し、動作時、パワー半導体素子１０４の温度上昇が抑えられず、性能が低下し破壊してしまう虞れもあり、また、熱揺動も大きくなるので、半田接合層１０７などによる接合部の寿命が低下してしまう。
【００１２】
一方、反りが凸方向の場合、取付用のボルト２１０３を締め付けた際に、セラミック基板２１０１に大きな曲げモーメントが現われ、しばしば割れが生じてしまう。
ここで、割れが生じたセラミック基板２１０１は、絶縁耐量が失われてしまうので、このような半導体モジュールは使用不能になってしまう。
【００１３】
このように、セラミック基板２１０１は高熱伝導で高絶縁であるが、脆く割れ易く、従って、図２３と図２４に示すセラミック基板２１０１を用いたパワー半導体モジュールは、冷却能力には特に問題はないが、セラミック基板２１０１の割れによる絶縁破壊という致命的な不良を生じる危険性があり、取付けに際しては細心の注意が必要である。
【００１４】
一方、発熱量が比較的少ない小容量のパワー半導体モジュールでは、絶縁基板として、熱伝導率はあまり高くないが、かなり安価な樹脂製の絶縁層が用いられている。
図２５は、従来技術による小容量パワー半導体モジュールの一例で、この場合絶縁基板の代りに樹脂絶縁層１０２が用いられている。
【００１５】
そして、この樹脂絶縁層１０２に回路パターンとなる導電層３０６を設け、この導電層３０６上にパワー半導体素子１０４が半田接合されているものであり、その他の構成は、図２４の場合と同じである。
ところで、この樹脂絶縁層１０２を用いた場合も、セラミック基板２１０１を用いた場合と同様に反りが生じる。
【００１６】
ここで、反りが凹方向の場合は、同様に接触熱抵抗が増大し、冷却能力が低下する。
一方、反りが凸方向の場合、樹脂絶縁層１０２は、セラミック基板２１０１と比較して縦弾性係数が小さく延びが大きいので、割れる虞はない。
【００１７】
以上の様に、樹脂絶縁層１０２は縦弾性係数が小さく、延びも大きいが、熱伝導率が小さく、従って、この図２５の樹脂絶縁板１０２を用いたパワー半導体モジュールは、取付けの際に絶縁基板が割れる虞れはないが、冷却能力に問題がある。
【００１８】
ところで、以上の半導体モジュールでは、いずれもグリース２１０５が用いられている。
ここで、このグリース２１０５は、シリコン樹脂とセラッミク粉末の複合材料なので、熱伝導率はあまり高くない。
【００１９】
このため、無いよりは数段優れてはいるものの、このグリース２１０５があるため、ベースと冷却部材間の熱抵抗が、パワー半導体素子１０４と冷却部材の間の熱抵抗の数割程度までを占めてしまうことになり、従って、この間の接触熱抵抗が低減できれば、冷却能力の向上に大きく寄与できることになる。
【００２０】
そこで、この接触熱抵抗による冷却能力の低下と、絶縁基板の割れによる絶縁破壊の対策として、図２６に示すパワー半導体モジュールがある。
この図２６に示すモジュールは、セラミック基板２１０１を直接、ろう付により冷却部材２２０１に接合したものであり、従って、例えば図２４に示した半導体モジュールにおけるベース板１０１と冷却部材２２０１間の接合部は、最初から存在しない。
【００２１】
従って、このモジュールの場合、勿論、接合部に介在すべきグリースの層も無く、接触熱抵抗は本質的に存在しないので、冷却能力は飛躍的に向上する。
また、この結果、ベース板１０１のねじ締めによる取付けも無いので、締め付けによる割れが発生する虞れも少ない。
【００２２】
しかも、このとき、冷却部材２２０１をＡｌ−ＳｉＣなどの線膨張係数の小さい材料で構成することにより、セラミック基板２１０１との接合時の温度変化による残留応力と、運転時での熱応力が低減され、この結果、セラミック基板２１０１に発生する割れの虞れを更に小さく抑えることができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、半導体素子の冷却能力向上に限度がある点に配慮がされておらず、半導体モジュールの大容量化と高信頼性の保持に問題があった。
まず、図２３乃至図２５に示した従来技術は、上記したように、絶縁基板の割れの問題があり、高信頼性が要求される用途への適用に不安があった。
【００２４】
また、これらの従来技術は、取付けにも細心の注意が必要であり、更に、グリースが低熱伝導であるため、これを用いてもフィンとベース間の接触熱抵抗を小さく抑えるのが困難で、冷却能力の向上に問題があった。
【００２５】
一方、図２６に示した従来技術では、上記したように、冷却部材に線膨張係数の小さい材料を用いることにより、セラミック基板接合時の温度変化による残留応力と運転時での熱応力が低減でき、この結果、セラミック基板が割れる虞れは少ない。
【００２６】
しかし、セラミックスは本質的に脆い材料であるから、大容量化によりセラミック基板の面積が大きくなった場合には、熱応力も大きくなるので、絶縁基板が割れる虞がある。
また、自動車など、振動が厳しい用途に適用した場合には、セラミック基板に割れが生じてしまう虞れがあり、セラミック基板を用いた場合、パワー半導体モジュールの取り扱いには細心の注意が必要で、保守に際しても充分な注意を払う必要がある。
【００２７】
本発明の目的は、冷却能力に優れ、絶縁基板の割れによる絶縁破壊の危険性の小さい、高信頼性のパワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ベース部材の表面に、絶縁層を介して形成した回路パターン用導体を複数部分備え、該複数部分の回路パターン用導体の表面に半導体素子をろう付け接合した半導体モジュールにおいて、前記絶縁層が合成樹脂絶縁層であって、前記半導体素子がパワー半導体素子であり、前記回路パターン用導体と半導体素子とが応力緩衝板を介してろう付け接合されており、前記回路パターン用導体の、少なくとも前記半導体素子が接合される部分を、内部に流体の流通路が貫通している導体部材で形成し、前記複数部分からなる回路パターン用導体の前記流通路の間が絶縁配管を介して接続し、前記半導体素子を、前記流通路に通流される前記流体により冷却させるようにして達成される。
【００２９】
このとき、前記流通路を有する導体部材が２個以上で、これら導体部材の中の少なくとも２個については、それらの流通路の出口と入口が同一直線上に位置するようにして、前記ベース部材に配置されていてもよく、前記流通路に通流される流体を冷却する熱交換装置からなる循環系統と、前記循環系統に冷媒を流すポンプと、前記ポンプを駆動する電気回路を備え、前記電気回路が、前記ベース部材に設置されているようにしてもよい。
【００３０】
また、このとき、前記熱交換装置が風冷式であり、その冷却風により前記ベース部材が冷却されるようにしてもよく、或いは、前記ベース部材が内部に流通路を有し、該流通路に、前記熱交換装置で冷却された流体が通流されるようにしてもよい。
【００３１】
更には、前記流通路を有する導体部材の当該流通路に対する前記流体の通流が絶縁配管を介して行なわれ、この絶縁配管の融点が、前記ろう付け接合に使用されるろう材の融点よりも高くなるように構成してもよく、前記流体が、別途設置されているエアコン装置から分岐された冷媒であるようにしてもよい。
【００３２】
同じく上記目的は、前記いずれかに記載の半導体モジュールを主回路のスイッチング素子として用い、電力変換装置を構成することによっても達成される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態について具体的に説明する前に、ここで、この実施形態の基本的な構成について、図１の平面図と図２の側面図により、簡単に説明する。
これら図１と図２において、まず、１０１はベース板で、このベース板１０１の一方の面に樹脂絶縁層１０２が設けてある。
次に、１０３は導体部材で、図示のように、幾つかの部分に分かれていて、これにより、半導体素子が接合される回路パターン導体を形成するようになっている。
【００３４】
そして、各導体部材１０３は、樹脂絶縁層１０２を介して、ベース板１０１の上に配列され、樹脂絶縁層１０２によりベース板１０１に接合されていて、これら各導体部材１０３の露出面に、各々のパワー半導体素子１０４が半田接合層１０７により接合されている。
【００３５】
ここで、各導体部材１０３は、例えば銅などの導電材料で作られ、図２に表わされているように、所定の厚さを持ち、その内部に、夫々厚み方向と直角に、冷却用流体の通路となる孔が、往復２本の流通路１０６として形成してある。
【００３６】
そして、これらの流通路１０６は、絶縁材で作られている配管、つまり絶縁配管１０５により相互に連通され、各導体部材１０３の往復２本の流通路１０６を通って、一連の冷却用流体通路が折り返えされた経路として形成されるように作られている。
【００３７】
そこで、配管１０５を介して、各導体部材１０３の流通路１０６に、所定の冷却材となる流体、例えば所定の温度の水を通流させてやれば、各導体部材１０３は、それぞれに接合されている各々のパワー半導体素子１０４に対する回路パターン導体を形成すると共に、各パワー半導体素子１０４を冷却する部材としても働くことになる。
【００３８】
ここで、これら図１と図２の構成によれば、各導体部材１０３とパワー半導体素子１０４間の伝熱経路には、半田接合層１０７が介在しているだけであり、絶縁物は一切ないから、流通路１０６内の冷却水とパワー半導体素子１０４の間の熱抵抗は極めて小さく、従来の絶縁基板が介在していた場合と比較して大幅に低減されているので、高い冷却性能が容易に得られる。
【００３９】
また、このとき、配管１０５が絶縁配管にしてあるので、異った電位にある各導体部材１０３の間で必要とする絶縁が容易に得られ、導体部材１０３による回路パターンの形成も容易になる。
また、このとき、各導体部材１０３は、ベース板１０１上に複数個並べて配置される。
【００４０】
そこで、各導体部材１０３の流通路１０６の入口と出口は、同一直線上に配置する。
これにより、各流通路１０６の入口と出口が直線上に向き合って配置させることができ、容易に配管の接続ができ、簡潔な配管が形成できる。
【００４１】
ところで、各導体部材１０３は、その中に流通路１０６が形成されるので、一般の回路パターンにおける導体層に比して遥かに厚くする必要がある。
ここで、この導体部材１０３の厚みが増すと、ベース板１０１との線膨張係数の差により、加工時及び運転時に発生する熱応力が大きくなる。
【００４２】
しかし、ここでは、樹脂絶縁層１０２に、縦弾性係数が小さく、延びが大きい材料を適用することにより、厚さが大きな導体部材１０３をベース板１０１に接合しても、熱応力による樹脂絶縁層１０２に割れや、割れによる絶縁低下を招く虞れがない。
【００４３】
このとき、パワー半導体素子１０４の放熱は、導体部材１０３の流通路１０６内を流れる冷却水の熱伝達によるので、樹脂絶縁層１０２の熱伝導の値は全く問題にならないから、上記したように、割れの発生が起こらない材質が任意に選べることになる。
【００４４】
次に、本発明によるパワー半導体モジュールについて、図示の実施の形態により、具体的に説明する。
ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態に限られるものではない。
【００４５】
まず、図３、図４、図５は、本発明を３相パワー回路を含むパワー半導体モジュールに適用した場合の一実施の形態で、ここで、図３は平面構造を表わし、図４は、図３のＡ−Ａ'断面を、そして、図５は、図３のＢ−Ｂ'断面を表わす。
【００４６】
また、図６は、この３相パワー回路の等価回路で、各端子部分の符号は、図３の端子における符号と同じである。なお、この等価回路は、例えば３相のインバータとして使用されるものである。
【００４７】
これらの図において、この実施形態によるパワー半導体モジュールは、ベース板１０１の一方の面（図４では上側になっている方の面）に絶縁基板となる樹脂絶縁層１０２を設け、その上に流通路１０６を有する導体部材１０３と、他の回路パターンとなる導電層３０６を接合し、この導体部材１０３上の所定の位置にパワー半導体素子１０４を、半田接合層１０７により接合させたものである。
【００４８】
そして、各導体部材１０３の流通路１０６は、相互に絶縁配管１０５ａにより連通され、外部に引き出されている。
また、各導体部材１０３上には、絶縁層４０１を介して、別の回路パターン３０５が、接合されている。
【００４９】
更に、パワー半導体素子１０４と導体部材１０３、回路パターン３０５、それに導電層３０６は、それぞれ金属細線３０４により接続されている（図４では省略されている）。
ここで、これらの金属細線３０４には、３００〜５００μｍφ程度のアルミニウム合金のワイヤが用いられている。
【００５０】
また、導体部材１０３、回路パターン３０５、及び導電層３０６には、適宜、内部接続端子３０８と外部接続端子３０２が設けてあり、内部接続端子３０８にはプリント基板３０７が接続されていて（図３にはプリント基板３０７の外形のみ破線で示している）、更に、このリント基板３０７には外部接続端子３０２ｂが適宜設けられている。
【００５１】
ここで、この実施形態では、ケース３０３が樹脂絶縁層１０２を介してベース板１０１に接着されている（図３にはケースの外形のみ破線で示している）が、このとき、ケース３０３の材料として、耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂を用いることにより、パワー半導体素子１０４と導体部材１０３の半田による接合と同時に、ケース３０３を樹脂絶縁層１０２に接着することができる。
【００５２】
そして、これら導体部材１０３、絶縁配管１０５の一部、導電層３０５、回路パターン３０５、パワー半導体素子１０４、金属細線３０４、内部配線３０８、それに外部接続端子３０２の一部は、熱伝導率の高い樹脂３０１によって封止され、パワー半導体モジュールとして完成される。
【００５３】
このとき、この封止用の樹脂３０１には、エポキシ樹脂などの比較的硬い熱硬化性樹脂を使用するのが一般的であるが、封止の際や、使用時に封止樹脂が金属細線や素子に悪影響を与えることを防止するために、シリコンゲルなどの比較的柔らかい材料を用いるようにしてもよい。
【００５４】
更に具体的に説明すると、まず、ベース板１０１は、軽量で安価なアルミニウム若しくはアルミニウム合金で作られている。
これは、このベース板１０１が、パワー半導体モジュール内で比較的大きな体積を有するので、銅と比較して、安価で軽量にできるアルミニウムがパワー半導体モジュールを作製するのに適しているからである。
【００５５】
一方、冷却性能が重視される場合は、更に熱伝導率の高い銅を用いる。
このとき、ベース板１０１は、内部での熱の広がりによる熱抵抗の低減が充分に得られるように、少なくとも２ｍｍの厚さにしてあり、３０ｍｍ程度の厚さにすることもある。ここで、このベース板１０１に、更に強制空冷用のフィン、又は水冷用の水冷管を設けても良い。
【００５６】
次に、絶縁基板となる樹脂絶縁層１０２には、高絶縁性が要求されるので、このため、フィラーが分散されたエポキシ樹脂を用いるようになっている。なお、これにより低熱抵抗性も与えられる。
【００５７】
そして、このフィラーが分散されたエポキシ樹脂による樹脂絶縁層１０２は、セラミック板と比較して縦弾性率が小さく、延びが大きいので、接合時と運転時の熱応力によっても、割れる虞れがない。
【００５８】
ここで、フィラーには、例えば酸化珪素、酸化アルミニウムなどの高熱伝導性の無機化合物で作られたものを用いればよく、このとき、フィラーの含有率を増すほど、樹脂絶縁層１０２の熱抵抗が低減できる。
【００５９】
しかし、エポキシ樹脂中に分散可能なフィラー量には限界があるので、通常はフィラーの含有率を７５〜９５％の範囲にすると良く、この場合、樹脂絶縁層１０２の熱伝導率は２〜５Ｗ／ｍＫの範囲となる。
【００６０】
一方、樹脂絶縁層１０２の熱抵抗を低減するのに有効な別の方法は、それを薄くすることである。
しかし、樹脂絶縁層１０２を薄くすると、その分、絶縁耐圧が低下してしまう上、樹脂絶縁層にピンホールなどが発生し易くなって、信頼性が低下する虞れがあり、従って、樹脂絶縁層１０２の厚さの下限には限界があり、要求される絶縁耐圧にもよるが、５０〜２５０μｍ程度が下限になる。
【００６１】
ここで、本発明の場合、この樹脂絶縁層については、熱抵抗の低減よりも、加工時及び運転時の熱応力の緩和が要求されるので、従来のパワー半導体モジュールの場合よりも厚めの方がよい。
【００６２】
また、この樹脂絶縁層１０２は、導体部材１０３及び導電層３０６をベース板１０１から絶縁するものであるから、これらの周囲にも絶縁耐圧に相当する沿面距離が必要であり、このため、足りない分は、ベース板１０１の表面を絶縁層で覆うことで補う必要がある。
【００６３】
そこで、この実施形態では、図示のように、この樹脂絶縁層１０２をベース板１０１の導体部材１０３側の全面に設けてある。
次に、導体部材１０３の材料としては、熱伝導を優先する場合は、銅若しくはアルミニウムの合金が選択される。
【００６４】
このとき、アルミニウムは軽量であるという利点があるが、線膨張係数が大きいので、パワー半導体素子１０４を接合する半田接合層１０７の信頼性に問題があり、高信頼性を要求される用途には向かない。
一方、銅はアルミニウムと比較して、低熱膨張性且つ高熱伝導性であり、従って、導体部材１０３に適している。
【００６５】
また、パワー半導体素子１０４と導体部材１０３を接合する半田接合層１０７の信頼性を考慮する場合は、導体部材１０３として、線膨張係数がパワー半導体素子１０４を形成するシリコンに比較的近く、且つ、熱伝導率が高い材料を選択する。
【００６６】
このとき該当する材料としては、モリブデン、アルミニウム・シリコンカーバイド（Ａｌ−ＳｉＣ）、銅と銅酸化物の複合材料などがあるが、この導体部材１０３には流通路１０６を設ける必要があるので、加工性を考慮し、銅と銅酸化物の複合材料が最適であるといえる。
【００６７】
この銅と銅酸化物の複合材料は、銅と銅酸化物の比率により、線膨張係数、熱伝導率を変えることができ、ここで銅酸化物の比率が３０％のとき、線膨張係数が１３．５×１０−６／Ｋで、熱伝導率が２４０Ｗ／ｍＫとなり、これが導体部材１０３に適している。
【００６８】
次に、各導体部材１０３は流通路１０６の入口と出口が直線上にあるようにする。
入口と出口が直線上にあるようにすると、同一部品で構成でき、容易に配管接続できるという利点がある。
【００６９】
ここで、図３の実施形態では、１個の導体部材１０３ａの他に、同一形状の導体部材１０３ｂが３個並んで配置されているが、このとき、図示のように、入口と出口が直線上に並んでいると、同一部品を並べて配置した場合、それぞれの入口と出口をそのまま配管接続できる。
【００７０】
次に、このときの配管接続方法について説明する。
図３の実施形態では、配管接続した後で導電層３０６及び導体部材１０３を樹脂絶縁層１０２に接合するようになっており、このときの配管接続の手順を図７から図９により説明する。
【００７１】
これらの図は配管接続順序を示したもので、矢印方向に配管１０５と導体部材１０３を移動させることにより、配管の接続を行なう。
ここで、効率的な組立てのためには、各導体部材１０３ｂにおける流通路１０６の入口と出口が直線上にあることと、配管接続方向の反対側に十分なスペースを設けることが要件となり、更に、配管経路が図示のように、一筆書きになるようにするとよい。
【００７２】
ところで、各導体部材１０３は回路パターンを形成する導体であり、図６に示す回路の一部の配線になっているので、導体部材１０３同士が異なる電位となる場合があり、この場合、導体部材１０３の流通路１０６をつなぐのに絶縁配管を使用する必要がある。
【００７３】
図３の実施形態では、導電部材１０３がそれぞれ電位を異にするので、絶縁配管１０５ａにより配管している。
しかし、同電位になる導体部材同士の配管は絶縁配管である必要はない。ここで、図３の配管１０５ｂは絶縁配管でない。
【００７４】
一方、外部にある冷却水循環用のポンプに接続する配管と、パワー半導体素子の発熱により温度上昇した水の冷却用熱交換器に接続する配管には、一部、絶縁配管１０５ａを設け、ポンプや熱交換器から絶縁されるようにする。
【００７５】
ここで、絶縁配管１０５ａは、例えばテフロン（商品名）製とすれば良い。テフロンは高絶縁性である上、可撓性に富み容易に曲げられるので、配管接続が容易になり、化学的にも安定しているので、高信頼性が得られる。
【００７６】
次に、導体部材１０３に設ける流通路１０６は、導体部材１０３の熱抵抗が小さくなるように、パワー半導体素子１０４に近い部分に設ける。
このとき、複数の流通路１０６を設けると、熱伝達面積が増すので冷却効率が向上する。
【００７７】
一方、熱伝達面積を増すためには、図１０（ａ）に示すように、流通路１０６を折り曲げて渦巻状にしても良く、同じく、図１０（ｂ）に示すように、流通路１０６の内面にひれを設けるようにしても良い。
【００７８】
次に、流通路１０６を設ける方法について説明する。
まず、第一の方法は、ドリルなどの穿孔工具により、そのまま導体部材１０３に孔を開けて流通路１０６を形成する方法である。
【００７９】
また、第二の方法は、予め導体部材１０３を、その厚み方向に分割された状態の２枚の部材としておき、双方の向かい合う面を切削加工て溝を形成する方法であり、この場合は、切削した面をろう付け等により貼り合わせることにより流通路１０６が得られる。
【００８０】
ここで、第一の方法は、工程は少ないが、形状に制約があり、流通路の形状は直線になった単純なものに限られる。
一方、第二の方法は、工程は多くなるが、図１０に示したように、曲がった複雑な形状や、複雑の断面の通路が作成可能である。
ここで、上記した銅と銅酸化物の複合材料は、切削加工が可能なので、導体部材に向いている。
【００８１】
次に、導電層３０６は、電気伝導を考慮して、銅若しくはアルミニウムの合金で作られ、樹脂絶縁層１０２の表面に張り合わせてある。
ここで、アルミニウムは軽量、安価であると共に、前述のように、ベース板１０１と同じ材料であり、このため、加工時、樹脂絶縁層１０２に生じる熱応力が小さくなるので、導電層を構成する材料として適している。
【００８２】
次に、導体部材１０３と導電層３０６を樹脂絶縁層１０２に接合する方法について説明すると、これは、樹脂絶縁層１０２上の所定の位置に接着材を塗布し、各々所定の位置に導体部材１０３と導電層３０６を載置した後、加熱、加圧することにより接合するのである。
【００８３】
従って、ここで導体部材１０３と導電層３０６の厚さが概ね等しければ、加圧したとき、導体部材１０３及び導電層３０６と樹脂絶縁層１０２の接合面に均一な圧力が掛かるので、良好な接合を得ることができる。
【００８４】
一方、回路パターン３０５は、絶縁層４０１を介して導体部材１０３に接合されているが、このときの絶縁層４０１の形成方法には、まず第一の方法として樹脂を用いる方法がある。
この場合、シリコン樹脂系の接着剤を絶縁層４０１に用いることにより、回路パターン３０５の導体部材１０３に対する接合と絶縁が同時に達成できることになる。
【００８５】
ここで、回路パターン３０５と、この回路パターンに適宜に設ける内部配線は抵抗が低く、運転時に生じる発熱は少ないから、それらについては冷却の必要はなく、従って、シリコン樹脂の低熱伝導性は問題とならない。
【００８６】
一方、接着剤塗布時の気泡などにより絶縁層４０１にピンホールが形成されていると、絶縁強度が落ちてしまうので、このときの接着剤は１００μｍから６００μｍ程度の厚さに塗るのが望ましい。また、回路パターン３０５の接着は、パワー半導体素子１０４の半田接合のための加熱と同時に行なうとよい。
【００８７】
絶縁層４０１の形成方法の第二は、セラミック基板を用いる方法で、この方法の場合、銀を表面と裏面に蒸着したアルミナ板を用いる。
そして、まず、このアルミナ板の一方の面を、半田を介して導体部材１０３と導電層３０６に接合し、その他方の面に、回路パターン３０５を半田接合するのである。
【００８８】
このとき使用する半田の融点は、導体部材１０３とパワー半導体素子１０４を接合する半田接合層１０７の融点と概ね同等とするのが望ましい。こうすることにより、パワー半導体素子１０４と導体部材１０３の半田接合と同時に、半田接合が得られるからである。
【００８９】
パワー半導体素子１０４には、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ、又はＩＧＢＴを用いる。
ここで、低耐圧の場合にはＭＯＳＦＥＴを用い、高耐圧が必要な場合にはＩＧＢＴを用いるといった選択が可能である。
この実施形態は、図６から明らかなように、ＭＯＳＦＥＴが用いられており、ここで、フリーホイールダイオードには、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを用いている。
【００９０】
他方、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合には、別途、ＩＧＢＴと逆並列接続したフリーホイールダイオードを搭載する。
また、この実施形態は、ベアチップを実装した構成について示しているが、導体部材１０３上にトランスファーモールドされたディスクリートデバイスを実装しても、ベアチップの場合と同様に実施可能で、導体部材１０３により効果的に冷却される
次に、各導体部材１０３と導電層３０６には、図示のように、外部接続端子が適宜設けてある。
ここで、まず、外部接続端子３０２ａは外部パワー回路に接続される。
このため、この外部接続端子３０２ａは、ケース３０３に予めインサート形成しておき、パワー半導体素子１０４を導体部材１０３に半田付けするとき、及びケース３０３をベース板１０１に接着するとき、これと同時に、導体部材１０３と導電層３０６に半田接合するとよい。
【００９１】
次に、回路パターン３０５には、内部接続端子３０８が適宜設けてある。
このため、内部接続端子３０８は、プリント基板３０７に半田接合されるが、このプリント基板３０７には、パワー半導体素子１０４を駆動するドライバＩＣと、このドライバＩＣ及びパワー半導体素子で構成されるパワー回路を制御するマイコン、ゲート抵抗、サージ吸収用のコンデンサ等の電子部品を搭載してもよい。
【００９２】
また、このプリント基板３０７には、更に外部接続端子３０２ｂが適宜設けてあり、これにより、外部信号系回路に接続できるようになっている。
ところで、上記実施形態において、導体部材１０３の表面に、半田濡れ性が良好な、例えばＮｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｄ  の群から選択された少なくとも１種の金属、又は、これらの群から選択された少なくとも２種の金属を含む合金を被覆するようにしてもよい。
【００９３】
ここで、上記した金属又は合金は、良好な半田濡れ性を備えているので、これらで導体部材１０３の表面を覆うことにより、パワー半導体素子１０４の半田付け性が大きく改善され、この結果、良好な接合が確実に得られることになり、より一層の信頼性向上を得ることができる。
ここで、図３に示した実施形態では、導体部材１０３の表面をＮi でメッキしたものである。
【００９４】
次に、この実施形態において、上記した良好な半田濡れ性を備えている金属若しくは合金を導体部材１０３の表面に被覆する範囲について説明する。
まず、本発明の実施形態としては、この被覆範囲は、導体部材１０３の全表面であっても良いが、一部でもよい。すなわち少なくとも一部であれば良い。
【００９５】
ここで、まず、導体部材１０３の表面の一部に被覆したとすると、この場合、以下の効果が得られる。
例えば、Ａｇ  など、半田濡れは良好だが、アルミニウムとの接合性が乏しい材料を用いる場合、一部にだけ被覆することにより、パワー半導体素子１０４の半田接合部ではＡｇ  メッキによる良好な半田接合が得られる。
【００９６】
他方、アルミニウムの金属細線３０４が接続される部分にはＡｇ  メッキが無いので、パワー半導体素子１０４と金属細線３０４の双方共に良好な接合を得ることができる。
次に、一部だけの被覆により、半田接合時でのパワー半導体素子１０４の位置ずれを抑えることができる。
【００９７】
このとき、被覆した材料の半田濡れ性が良好な場合には、接合時に半田が溶融したとき、パワー半導体素子１０４が浮いて所定の位置から動いてしまうことがあるが、このとき、予め、パワー半導体素子１０４が半田接合される部分にのみ半田濡れ性が良好な材料で被覆しておけば、この部分の外には溶融した半田が流れ出さないので、パワー半導体１０４が動く虞れはなく、従って、所定の位置に半田接合することができるのである。
【００９８】
この場合、半田のフィレット（流れ面）がパワー半導体素子１０４の周囲に綺麗に形成されるようにするためには、このときの半田の厚さ（後述）と同じか、数倍分程度、パワー半導体１０４の接合面より広い大きさの範囲を半田濡れが良好な材料で被覆すればよい。
【００９９】
このときの半田接合層１０７の厚さとしては、半田接合部に発生する熱歪みの低減の見地から、５０μｍ以上になるようにするのが望ましい。
従って、上記した被覆処理部がパワー半導体１０４の周囲からはみ出してしまう範囲は、５０μｍから数１００μｍ程度となる。
【０１００】
このときのパワー半導体素子１０４と導電層１０３の接合に使用する半田接合層１０７の材質としては、プロセス温度が低い点からみると、６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂ  などの錫と鉛の共晶組成に近い合金が望ましいが、鉛を含有していない半田が要求される場合には、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ（ビスマス）系の半田を使用すればよい。
【０１０１】
ここで、半田の選定の際、半田の接合時の最高温度を、前期絶縁配管の耐熱温度よりも低くすることにより、配管接続後の半田接合が可能となる。
このとき、半田接合は、一般的に融点より５０℃程度高い温度で行なうので、半田の融点を、絶縁配管１０５の耐熱温度より５０℃以上低くするとよい。
【０１０２】
一方、半田接合の最高温度を、絶縁配管１０５の耐熱温度より高くする必要がある場合には、半田接合の後で配管を接続してやれば良い。
ここで、導体部材１０３を樹脂絶縁層１０２に接合する際は、前述のように、加圧を要する。従って、半田接合は、導体部材１０３を樹脂絶縁層１０２に接合する工程よりも後の工程となるので、半田接合後に配管接続する際には、導体部材１０３は既にベース板１０１上に固定されている。
【０１０３】
このような場合には、図１１に示すように、導体部材１０３に形成してある流通路１０６の入口と出口が外側を向いている構成とすることにより、半田接合後での配管接続を可能にすることができる。
【０１０４】
次に、パワー半導体素子１０４を導体部材１０３に接合するための半田接合層１０７について、図１２と図１３により説明する。
ここで、図１３は、図１２のＡ部の拡大図であり、これらの図から明らかなように、この半田接合層１０７には、その層の間に応力緩衝板１００１が設けてある。
【０１０５】
そこで、この応力緩衝板１００１の材料として、その線膨張係数の値が、パワー半導体素子１０４を構成するシリコンと導体部材１０３を構成する材料の間にある材料を用いることにより、半田接合層１０７に生じる熱ひずみを低減させることができる。
【０１０６】
そして、このような応力緩衝板１００１の材料としては、比較的、線膨張係数が低いにもかかわらず、熱伝導率が高く、しかも半田濡れ性が良好なことから、ニッケル若しくはニッケル合金が適している。
【０１０７】
このとき、半田接合層１０７に、予めこの半田接合層１０７の厚さと同等の直径のニッケルのボールを混入しておくことにより、応力緩衝板１００１が半田接合層１０７の層中で傾くのが防止でき、半田接合層１０７の層厚の均一性が保持されるので、更に高信頼性が得られる。
【０１０８】
従って、以上に説明した実施形態によれば、冷却能力に優れ、絶縁基板の割れによる絶縁破壊の危険性が少なく、高信頼性のパワー半導体モジュールを容易に得ることができる。
また、この結果、この実施形態に係るパワー半導体モジュールを用いることにより、高信頼性の電力変換装置を容易に得ることができる。
【０１０９】
次に、本発明の他の実施形態に係る半導体モジュールついて、図１４〜図１７により説明する。
このとき、図１４は平面構造を表わし、図１５は図１４のＡ−Ａ'断面、図１６は図１４のＢ−Ｂ'断面を表わす。
一方、図１７は、図１４における配管接続方法を説明するため、導体部材１０３と配管１０５、流通路１０６、樹脂絶縁層１０２、それにパワー半導体素子１０４だけを抜き出して示したものである。
【０１１０】
ここで、まず、これらの図１４〜図１７に示した実施形態が、図３〜図５で説明した実施形態と異なる点は、図１４と図３を比較すれぱ明らかなように、主として導体部材間の配管の接続形式にある。なお、その他の点では、ほとんど共通しているので、同じ構成については同じ符号を付すだけで、詳しい説明は割愛する。
【０１１１】
すなわち、図３の実施形態では、各導体部材１０３の流通路１０６が、図では横方向になっていて、一連の冷却用流体通路の最後で折り返えされた経路として形成されているのに対して、この図１４の実施形態では、流通路１０６が縦方向になっていて、一連の冷却用流体通路が、各導体部材１０３を順次往復して通過して行く経路として形成されている。
【０１１２】
また、この結果、これらの実施形態の間の大きな相違点は、一連の冷却用流体通路における絶縁配管１０５ａの適用個所にもある。
つまり、外部との接続部に絶縁配管１０５ａが設けてある点は、図３の実施形態と同様であるが、この図１４の実施形態では、導体部材１０３間の配管については、絶縁配管１０５ａが長さの短い個所で、且つ曲がりの無い個所にだけに設けられているからである。
【０１１３】
詳しく説明すると、この図１４の実施形態では、図１７を見れば更に明らかなように、絶縁配管１０５ａは、図で上側にある１個の導体部材１０３ｅと、下側にある３個の導体部材１０３ｆの間の直線部分にだけ設けられている。
ここで、金属の配管と異なり、絶縁配管１０５ａには大きな曲率を設けない方が、絶縁劣化の虞れがない点で優れていることは言うまでもない。
【０１１４】
そこで、この図１４〜図１７に示した実施形態では、配管に曲がりが必要な個所については、配管の入口と出口が同電位となるように、導体部材１０３を配置し、これにより、導体部材１０３ｅと導体部材１０３ｆ間の配管にだけ絶縁配管１０５ａを用いれば済むようにしてある。
【０１１５】
そして、この結果、導体部材１０３ｅ同士と、導体部材１０３ｆ同士の配管には、成型が容易な金属など、導電材料の配管１０５ｂを用いることができ、配管を曲げたことによる信頼性の低下が起こらないようにすることができる。
【０１１６】
従って、この実施形態によれば、絶縁配管１０５ａは直線に限られ、絶縁配管１０５ａを曲げる必要がなく、従って、曲げによる絶縁配管の劣化の虞れは極めて少なく、高信頼性である。
また、この結果、高価な絶縁配管１０５ａの使用量が少なくて済み、低価格化が図れることになる。
【０１１７】
次に、この図１４の実施形態では、上記の配管配置を可能にするため、回路パターンとなる導電層３０６が絶縁層４０１を介して、導体部材１０３ｅの上に設けてあり、この点でも、図３の実施形態とは異なっている。
【０１１８】
そして、この導電層３０６が導体部材１０３ｅ上に設けられた結果、導体部材１０３ｅと導体部材１０３ｆの間が空間になり、曲がりの無い管路で配管することができ、且つ配管距離が小さくなるので、絶縁配管１０５ａの寸法を短くすることができる。
【０１１９】
このとき、この導体層３０６は、銅、アルミニウムなどの良導体で形成できるので、図３の実施形態における導電層３０６のように、厚さを大にする必要はない。
しかも、この導電層３０６には、導体部材１０３ｅと対向する電流が流れるので、相対的にインダクタンスが低下される。
【０１２０】
そして、このインダクタンスの低下により、パワー半導体素子１０４がオフしたときの電圧の跳ね上がりが小さくなり、過電圧によるパワー半導体素子１０４の破壊の虞れが少なくできる。
【０１２１】
次に、図１８と図１９は、図３に示したパワー半導体モジュールに、熱交換器１８０２と冷却水循環用のポンプ１８０１、ファン１８０３、それに、これらポンプとファンなどからなる補機駆動用の電気回路を設けた場合の本発明の一実施形態で、図１８は平面構造を示し、図１９は、図１８のＡ−Ａ’断面を示したものである。
【０１２２】
ここで、図３〜図５で説明した実施形態と同じ構成については、同一の符号を付してあり、従って、これらの部分についての詳しい説明は割愛する。
これら図１８と図１９において、補機を駆動する電気回路は、補機用のパワー半導体素子１７０１と、このパワー半導体素子１７０１を搭載するための導電層からなる第１のプリント基板１７０２、それに第２のプリント基板１７０３で構成されている。
【０１２３】
そして、まずプリント基板１７０２は、導体部材１０３と同時に加熱、加圧により樹脂絶縁層１０２に接合してある。
ここで、このプリント基板１７０２は、導体部材１０３より薄いが、厚さの差が生じる部分に治具等を挿入することにより、導体部材１０３と同一の面圧で接合させることができるようにする。
【０１２４】
次に、第２のプリント基板１７０３も、プリント基板１７０２と同時に樹脂絶縁層１０２に接合する。
そして、この後、プリント基板１７０２にパワー半導体素子１７０１を半田接合するのであるが、このときの半田接合は、主機を駆動するパワー半導体素子１０４と同時に行なう。
【０１２５】
第２のプリント基板１７０３には、補機の駆動を制御する回路と、その他の電子部品が搭載されるが、更に、主機の駆動を制御する回路と電子部品を搭載しても良い。
そして、このプリント基板１７０３は、適宜、内部接続端子３０８を介してプリント基板３０７と電気的に接続される。
【０１２６】
各導電部材１０３の流通路１０６は、絶縁配管１０５ａを介して熱交換器１８０２とポンプ１８０１に連接され、冷却水１８０４がポンプ１８０１により循環され、パワー半導体素子１０３で発生した熱により、温度が上昇した冷却水１８０４は、熱交換器１８０２の中で、ファン１８０３から供給される冷却風１８０５により強制空冷される。
【０１２７】
このとき、ベース板１０１の下面にもファン１８０３から供給される冷却風１８０５を誘導させることにより、このベース板１０１からの放熱が促進されるようにする。
これにより、プリント基板１７０２上に搭載してある補機用のパワー半導体素子１７０１と第２のプリント基板１７０３に搭載されている回路素子の冷却が図れることになる。
【０１２８】
このとき、主機の駆動回路は流通路１０６を設けた導体部材１０３により冷却されるが、補機の駆動回路は、ベース板１０１下面からの熱伝達だけで放熱される。
従って、第１のプリント基板１７０２と第２のプリント基板１７０３は、図示のように、冷却風１８０５の流れの上流側に位置するようにしてある。
【０１２９】
但し、補機に対して主機の電力が大きく、主機の下部のベース下面の方が補機の下部のベース下面の温度より高くなる場合には、主機の駆動回路が冷却風１８０５の風上になるように配置してもよい。
【０１３０】
次に、図２０は、ベース板１０１も水冷式にした場合の本発明の一実施形態であり、このため、図示のように、ベース板１０１にも流通路１０６を設けると共に、ポンプ１８０１も２台設け、熱交換器１８０１で放熱された冷却水１８０４ｂが、ベース板１０１に設けた流通路１０６を循環するように構成してある。
【０１３１】
従って、この図２０の実施形態によれば、補機用駆動回路の発熱量が多くなっても容易に対応して、常に効率よく冷却することができ、高信頼性が図れることになる。
【０１３２】
次に、図２１は、本発明に係る半導体モジュールを、エアコン（エアコンデショナ：空気調和装置）が装備されている自動車の電子部品に適用した場合の一実施形態で、ここに示した自動車用のエアコンは、主要部が圧縮機２００１と凝縮器２００２、膨張弁２００３、それに蒸発器２００４で構成され、これらの内部と配管内には、例えば代替フロンなどの所定の冷媒が封入されている。
【０１３３】
圧縮機２００１は、図示してない自動車のエンジンで駆動され、これにより、圧縮機２００１は、蒸発器２００４からガス状の冷媒を吸入して圧縮し、温度が常温以上の高温に上昇したガス状の冷媒を凝縮器２００２に供給する動作を行ない、結果として、凝縮器２００２の内部は高温高圧状態になり、蒸発器２００４の内部は低圧状態になるように動作する。
【０１３４】
このとき、膨張弁２００３は、液化された冷媒だけを通過させる働きをし、これにより、凝縮器２００２側での高圧状態と、蒸発器２００４側での低圧状態が破られないで保持されるようにする。
【０１３５】
そこで、図示してないファンなどにより、凝縮器２００２を常温の大気に曝された状態にし、自動車の車室内の空気が蒸発器２００４に曝されるようにしておくと、凝縮器２００２の中の高温にあるガス状の冷媒は、常温の大気により熱を奪われて温度が低下し、液化する。
【０１３６】
そこで、この液化した冷媒が膨張弁２００３を通過して蒸発器２００４に供給されると、ここは低圧状態にあるので、ここで液体の冷媒は、車室内の空気から気化潜熱を奪って急激に蒸発沸騰し、ガス化して急激に温度が低下する。
【０１３７】
このとき、蒸発器２００４内でガス化した冷媒は、次々と圧縮機２００１に吸入されるので、蒸発器２００４内が高圧になることはなく、冷媒の連続した蒸発が維持され、この結果、凝縮器２００２が曝されている車室内の空気が冷され、エアコンとしての働きが得られることになる。
【０１３８】
そこで、この図２１の実施形態では、このエアコンに上記した本発明の実施形態による半導体モジュールの何れかを適用し、蒸発器２００４から圧縮機２００１に至る冷媒の経路に、半導体モジュールの導体部材１０３を通る一連の冷却用流体通路が含まれるように構成したものである。
【０１３９】
ここで、蒸発器２００４から出てくるガス状の冷媒は、エアコンにより冷されてる車室内の空気とほぼ同じ温度で、常温よりもかなり低温にあり、従って、この実施形態によれば、パワー半導体素子１０３を更に効果的に冷却することができる。
【０１４０】
次に、図２２は、図２１の実施形態において、半導体モジュールの導体部材１０３を通る一連の冷却用流体通路に、制御弁２００５を備えた分岐配管２００６を設けたものである。
従って、この実施形態の場合、制御弁２００５があるので、半導体モジュールの使用状況に応じて、そこに通流される冷媒の流量を変えることができる。
【０１４１】
上記実施形態によるパワー半導体モジュールを自動車に適用した場合、対象となる負荷にスタータジェネレータがある。
このスタータジェネレータは、発進時に電動機で走行する方式のハイブリッド自動車に備えられているものであり、従って、その制御に適用したパワー半導体モジュールは、発進時に短時間使用される。
【０１４２】
つまり、この場合、パワー半導体モジュールの発熱は短時間であり、従って、図２２の実施形態によれば、パワー半導体素子が発熱するときだけ制御弁２００５を開き、エアコンの冷媒を導体部材１０３に循環させることにより、パワー半導体素子を効果的に冷却できる。
【０１４３】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却能力に優れ、絶縁基板の割れによる絶縁破壊の虞れが少なく、高信頼性のパワー半導体モジュールと、それを用いた電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体モジュールの一概要を示す平面図である。
【図２】本発明による半導体モジュールの一概要を示す正面図である。
【図３】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明による半導体モジュールの第１の横実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明による半導体モジュールの第１の縦実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明による半導体モジュールの第１実施形態の等価回路である。
【図７】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態の配管接続方法の説明図である。
【図８】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態の配管接続方法の説明図である。
【図９】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態の配管接続方法の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態における導体部材の一例を示す説明図である。
【図１１】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態における変形例の説明図である。
【図１２】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態における接合部の説明図である。
【図１３】本発明による半導体モジュールの第１の実施形態における接合部の拡大説明図である。
【図１４】本発明による半導体モジュールの第２の実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明による半導体モジュールの第２の実施形態を示す断面図である。
【図１６】本発明による半導体モジュールの第２の実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明による半導体モジュールの第２の実施形態の配管接続方法を示す平面図である。
【図１８】本発明による半導体モジュールの第３の実施形態を示す平面図である。
【図１９】本発明による半導体モジュールの第３の実施形態を示す断面図である。
【図２０】本発明による半導体モジュールの第４の実施形態を示す断面図である。
【図２１】本発明による半導体モジュールの第５の実施形態を示す構成図である。
【図２２】本発明による半導体モジュールの第５の実施形態を示す構成図である。
【図２３】従来技術による半導体モジュールの第１の例を示す断面図である。
【図２４】従来技術による半導体モジュールの第２の例を示す断面図である。
【図２５】従来技術による半導体モジュールの第３の例を示す断面図である。
【図２６】従来技術による半導体モジュールの第４の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１  ベース板
１０２  樹脂絶縁層
１０３  導体部材
１０４  パワー半導体素子
１０５、１０５ａ  絶縁配管
１０５ｂ  配管（導体）
１０６  流通路
１０７  半田接合層
３０１  樹脂（封止用）
３０２  外部接続端子
３０３  ケース
３０４  金属細線
３０５  回路パターン
３０６  導電層
３０７  プリント基板
３０８  内部接続端子
４０１  絶縁層
１００１  応力緩衝板
１７０１  補機用パワー半導体素子
１７０２  第１のプリント基板（補機用パワー半導体素子を搭載する導電層）
１７０３  第２のプリント基板
１８０１  ポンプ
１８０２  熱交換器
１８０３  ファン
１８０４  冷却水
１８０５  冷却風
２００１  圧縮機
２００２  凝縮器
２００３  膨張弁
２００４  蒸発器
２００５  制御弁
２００６  分岐配管
２１０１  セラミック基板
２１０２  回路パターン
２１０３  取付ボルト
２１０４  水冷フィン
２１０５  グリース
２２０１  空冷フィン
【図１】
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【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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