(57)【要約】      （修正有）【課題】良好に放熱のなされる、半導体素子を用いたパワーモジュールを提供する。【解決手段】半導体素子１０と、その面１０ａ側に、面２０ａが接続された第１の絶縁基板２０と、面１０ｂ側に、面３０ａが接続された第２の絶縁基板３０と、第１の絶縁基板２０の面２０ｂに、面５１ａが接続された第１の冷却器部材５１と、第２の絶縁基板３０の面３０ｂに、面５２ａが接続された第２の冷却器部材５２とを有し、第１の冷却器部材５１の面５１ｂには、複数の凹部５１ｃ、第２の冷却器部材５２の面５２ｂには、複数の凹部５２ｃが設けられ、複数のパワーモジュールを接続する際、一方のパワーモジュールの第１の冷却器部材５１の面５１ｂと、他方のパワーモジュールの第２の冷却器部材５２の面５２ｂとを接続することにより、第１の冷却器部材５１の凹部５１ｃと第２の冷却器部材５２の凹部５２ｃにより、冷媒の流れる冷媒流路５０ｃが形成されたパワーモジュール。【選択図】図５
2019021865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の一方の面の側に、一方の面が接続された第１の絶縁基板と、
前記半導体素子の他方の面の側に、一方の面が接続された第２の絶縁基板と、
を有するパワーモジュールであって、
前記第１の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第１の冷却器部材と、
前記第２の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第２の冷却器部材と、
を有し、
前記第１の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、
前記第２の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、
複数の前記パワーモジュールを接続する際、一方のパワーモジュールの前記第１の冷却器部材の他方の面と、他方のパワーモジュールの前記第２の冷却器部材の他方の面とを接続することにより、前記第１の冷却器部材の凹部と前記第２の冷却器部材の凹部によって、冷媒の流れる冷媒流路が形成されるパワーモジュール。
【請求項２】
前記第１の冷却器部材と前記第２の冷却器部材は、
前記第１の冷却器部材と前記第２の冷却器部材との接合面において対称となるように形成されている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
半導体素子と、
前記半導体素子の一方の面の側に、一方の面が接続された第１の絶縁基板と、
前記半導体素子の他方の面の側に、一方の面が接続された第２の絶縁基板と、
を有するパワーモジュールであって、
前記第１の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第１の冷却器部材と、
前記第２の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第２の冷却器部材と、
を有し、
前記第１の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、
複数の前記パワーモジュールを接続する際、一方のパワーモジュールの前記第１の冷却器部材の他方の面と、他方のパワーモジュールの前記第２の冷却器部材の他方の面とを接続することにより、前記第１の冷却器部材の凹部によって、冷媒の流れる冷媒流路が形成されるパワーモジュール。
【請求項４】
前記第１の絶縁基板と前記第１の冷却器部材は、金属材料を基材とする接合材により接合されており、
前記第２の絶縁基板と前記第２の冷却器部材は、金属材料を基材とする接合材により接合されている請求項１から３のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記半導体素子の一方の面の側に接合されている前記第１の絶縁基板は、金属材料を基材とする接合材により接合されており、
前記半導体素子の他方の面の側に接合されている前記第２の絶縁基板は、金属材料を基材とする接合材により接合されている請求項１から４のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記半導体素子の他方の面と前記第２の絶縁基板の一方の面との間に設けられた導電スペーサを有し、
前記半導体素子と前記導電スペーサは、金属材料を基材とする接合材により接合されており、
前記導電スペーサと前記第２の絶縁基板は、金属材料を基材とする接合材により接合されている請求項１から５のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記半導体素子は、ＳｉＣを含む材料により形成されている請求項１から６のいずれかに記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車等には、大電流を流すことのできる半導体素子を有するパワーモジュールが複数設けられている。このようなパワーモジュールにおいては、半導体素子に大電流を流すことにより生じた熱を放熱するため、パワーモジュール間に冷却管が設けられている。一般に、冷却管はアルミニウムや銅等の熱伝導率の高い材料により形成されているが、アルミニウムや銅等は導電性を有しているため、パワーモジュールにおける半導体素子と冷却管との間には、絶縁性を有する絶縁材が設置されている。また、絶縁材と冷却管との間には、シリコーンオイル等からなるグリスが介在しており、半導体素子において生じた熱は、絶縁材、グリスを介して、冷却管に移動し放熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５２３２３号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のパワーモジュールの半導体素子において発生した熱は、絶縁材及びグリスを介し冷却管に移動するが、グリスの熱伝導率は極めて低いため、熱の移動がグリスにより阻まれ、半導体素子の冷却が十分になされない場合がある。このような傾向は、半導体素子を流れる電流が増えれば増えるほど、また、パワーモジュール全体の大きさが、小さくなればなるほど、顕著となる。
【０００５】
このため、半導体素子を用いたパワーモジュールにおいて、良好に放熱がなされるものが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の一観点によれば、パワーモジュールは、半導体素子と、半導体素子の一方の面の側に、一方の面が接続された第１の絶縁基板と、半導体素子の他方の面の側に、一方の面が接続された第２の絶縁基板と、を有している。また、第１の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第１の冷却器部材と、第２の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第２の冷却器部材と、を有しており、第１の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、第２の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、複数のパワーモジュールを接続する際、一方のパワーモジュールの第１の冷却器部材の他方の面と、他方のパワーモジュールの第２の冷却器部材の他方の面とを接続することにより、第１の冷却器部材の凹部と第２の冷却器部材の凹部によって、冷媒の流れる冷媒流路が形成される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、半導体素子を用いたパワーモジュールにおいて、良好に放熱のなされるパワーモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】パワーモジュールの構造図である。
【図２】他のパワーモジュールの構造図である。
【図３】他のパワーモジュールを設置した場合の説明図である。
【図４】本開示の第１の実施形態のパワーモジュールの構造図である。
【図５】本開示の第１の実施形態のパワーモジュールの説明図（１）である。
【図６】本開示の第１の実施形態のパワーモジュールの説明図（２）である。
【図７】本開示の第２の実施形態のパワーモジュールの構造図である。
【図８】本開示の第２の実施形態のパワーモジュールの変形例の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施するための形態について、以下に説明する。
【００１０】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００１１】
〔１〕  本開示の一態様に係るパワーモジュールは、半導体素子と、前記半導体素子の一方の面の側に、一方の面が接続された第１の絶縁基板と、前記半導体素子の他方の面の側に、一方の面が接続された第２の絶縁基板と、を有するパワーモジュールであって、前記第１の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第１の冷却器部材と、前記第２の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第２の冷却器部材と、を有し、前記第１の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、前記第２の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、複数の前記パワーモジュールを接続する際、一方のパワーモジュールの前記第１の冷却器部材の他方の面と、他方のパワーモジュールの前記第２の冷却器部材の他方の面とを接続することにより、前記第１の冷却器部材の凹部と前記第２の冷却器部材の凹部によって、冷媒の流れる冷媒流路が形成される。
【００１２】
本願発明者は、パワー半導体素子を用いた研究を行った結果、冷却器を第１の冷却器部材と第２の冷却器部材とに分け、各々のパワーモジュールの一方の面に第１の冷却器部材を設け、他方の面に第２の冷却器部材を設ける構造に想到した。これにより、複数のパワーモジュールを接続した際に、第１の冷却器部材と第２の冷却器部材とにより冷媒流路を有する冷却器が形成され、複数のパワーモジュールを接続した際に、全体の大きさを小さくすることができることを見出した。本願発明は、このように本願発明者により見出された知見に基づくものである。
【００１３】
〔２〕  前記第１の冷却器部材と前記第２の冷却器部材は、前記第１の冷却器部材と前記第２の冷却器部材との接合面において対称となるように形成されている。
【００１４】
〔３〕  本開示の他の一態様に係るパワーモジュールは、半導体素子と、前記半導体素子の一方の面の側に、一方の面が接続された第１の絶縁基板と、前記半導体素子の他方の面の側に、一方の面が接続された第２の絶縁基板と、を有するパワーモジュールであって、前記第１の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第１の冷却器部材と、前記第２の絶縁基板の他方の面に、一方の面が接続された第２の冷却器部材と、を有し、前記第１の冷却器部材の他方の面には、複数の凹部が設けられており、複数の前記パワーモジュールを接続する際、一方のパワーモジュールの前記第１の冷却器部材の他方の面と、他方のパワーモジュールの前記第２の冷却器部材の他方の面とを接続することにより、前記第１の冷却器部材の凹部によって、冷媒の流れる冷媒流路が形成される。
【００１５】
〔４〕  前記第１の絶縁基板と前記第１の冷却器部材は、金属材料を基材とする接合材により接合されており、前記第２の絶縁基板と前記第２の冷却器部材は、金属材料を基材とする接合材により接合されている。
【００１６】
〔５〕  前記半導体素子の一方の面の側に接合されている前記第１の絶縁基板は、金属材料を基材とする接合材により接合されており、前記半導体素子の他方の面の側に接合されている前記第２の絶縁基板は、金属材料を基材とする接合材により接合されている。
【００１７】
〔６〕  前記半導体素子の他方の面と前記第２の絶縁基板の一方の面との間に設けられた導電スペーサを有し、前記半導体素子と前記導電スペーサは、金属材料を基材とする接合材により接合されており、前記導電スペーサと前記第２の絶縁基板は、金属材料を基材とする接合材により接合されている。
【００１８】
〔７〕  前記半導体素子は、ＳｉＣを含む材料により形成されている。
【００１９】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
〔第１の実施形態〕
最初に、半導体素子を用いたパワーモジュールであって、グリスが用いられているものについて、図１に基づき説明する。このパワーモジュールは、半導体素子１０の一方の面１０ａには、第１の絶縁基板２０が設けられており、他方の面１０ｂには、導電スペーサ１１を介し、第２の絶縁基板３０が設けられている。従って、半導体素子１０の他方の面１０ｂに導電スペーサ１１が接合されているものが、第１の絶縁基板２０と第２の絶縁基板３０により挟まれている。
【００２１】
第１の絶縁基板２０には、一方の面２０ａにＣｕ等により配線を形成するための金属層２１が形成されており、他方の面２０ｂに、Ｃｕ等により配線を形成するための金属層２２が形成されている。第２の絶縁基板３０には、一方の面３０ａにＣｕ等により配線を形成するための金属層３１が形成されており、他方の面３０ｂに、Ｃｕ等により配線を形成するための金属層３２が形成されている。
【００２２】
具体的には、半導体素子１０の一方の面１０ａと、第１の絶縁基板２０の一方の面２０ａに形成された金属層２１とを内側接合材６１により接合することにより、半導体素子１０と第１の絶縁基板２０とが接合されている。また、半導体素子１０の他方の面１０ｂと導電スペーサ１１の一方の面１１ａとを内側接合材６２により接合することにより、半導体素子１０と導電スペーサ１１とが接合されている。導電スペーサ１１の他方の面１１ｂと第２の絶縁基板３０の一方の面３０ａに形成された金属層３１とを内側接合材６３により接合することにより、導電スペーサ１１と第２の絶縁基板３０とが接合されている。
【００２３】
このように、半導体素子１０の他方の面１０ｂに導電スペーサ１１が接合され、更に、この両面に第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０が接合されているものを樹脂材料７１により固めることにより、半導体モジュール７０が形成される。この半導体モジュール７０には、上下方向、即ち、第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０の面方向に沿った方向に各々外部接続端子７２及び７３が設けられている。
【００２４】
第１の絶縁基板２０の他方の面２０ｂに形成された金属層２２の側及び第２の絶縁基板３０の他方の面３０ｂに形成された金属層３２の側には、シリコーングリス９６０を介し、各々冷却器９５０が設けられている。冷却器９５０には、内部に冷媒が流れる冷媒流路９５１が形成されており、冷媒流路９５１に冷媒を流すことにより冷却することができる。複数の半導体モジュール７０を設置する場合には、半導体モジュール７０と冷却器９５０とを交互に配置し、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間には、シリコーングリス９６０が入れられる。
【００２５】
ところで、図１に示す構造のパワーモジュールでは、第１の絶縁基板２０の他方の面２０ｂの金属層２２と冷却器９５０との間、第２の絶縁基板３０の他方の面３０ｂの金属層３２と冷却器９５０との間には、シリコーングリス９６０が入れられている。このように、シリコーングリス９６０を用いることにより、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間における隙間をなくして、半導体モジュール７０において発生した熱が冷却器９５０に移動し放熱することができる。
【００２６】
しかしながら、シリコーングリス９６０は、シリコーンオイル等により形成されており、熱伝導率が約１Ｗ／ｍ・Ｋであり、金属材料の熱伝導率と比較して２桁程度低い。このため、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間においては熱は伝わりにくく、半導体素子１０を十分に冷却することができない。
【００２７】
また、シリコーングリス９６０は流動性を有しているため、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間のシリコーングリス９６０は、ポンプアウト現象により外に向かって流動し、元には戻らない場合がある。この場合には、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間に空間が発生するが、このような空間は、シリコーングリス９６０よりも熱伝導が低いため、半導体素子１０の放熱は、更に放熱がなされにくくなる。
【００２８】
このため、図２に示されるように、半導体モジュール７０と冷却器９５０とを金属材料を基材とする接合材により接合する方法が考えられる。この方法では、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間に、シリコーングリス９６０が用いられてはいないため、半導体モジュール７０と冷却器９５０との間の熱伝導の低下を防ぐことができ、半導体素子１０を十分に冷却することができる。
【００２９】
具体的には、図２に示されるパワーモジュールでは、半導体モジュール７０の第１の絶縁基板２０の他方の面２０ｂに形成された金属層２２と冷却器９５０とが外側接合材６４により接合されている。また、第２の絶縁基板３０の他方の面３０ｂに形成された金属層３２と冷却器９５０とが外側接合材６５により接合されている。外側接合材６４及び外側接合材６５には、金属材料が基材として用いられており、熱伝導率は、シリコーングリス９６０と比較して、１桁〜２桁程度高い。このように、発熱する半導体素子１０と冷却器９５０との間には、熱伝導率の低いシリコーングリス９６０を用いることなく熱伝導率の高い金属材料を用いている。これにより、半導体素子１０において生じた熱を効率よく冷却器９５０に伝えることができ、冷却効率を高めることができる。
【００３０】
このようなパワーモジュールを複数配置する場合には、図３に示すように、各々のパワーモジュールの冷却器９５０同士が対向するように配置する。この場合には、各々のパワーモジュールの冷却器９５０と冷却器９５０の間が最も温度が低くなる。尚、各々のパワーモジュールを接続する場合には、各々のパワーモジュールの冷却器９５０同士を熱伝導率の低い材料を用いて接続しても、冷却効率に影響を与えることはない。
【００３１】
ところで、図３に示されるパワーモジュールでは、一つの半導体モジュール７０の両面に、各々冷却器９５０が設けられているため、複数のパワーモジュールを設置した場合には全体として大型化してしまう。しかしながら、複数のパワーモジュールを設置した場合においても、全体として小型である方が好ましく、例えば、自動車等の移動車両に用いる場合には、できるだけ小型で軽量なものが好ましい。
【００３２】
（パワーモジュール）
次に、本実施形態におけるパワーモジュールについて説明する。本実施形態におけるパワーモジュールは、図４に示されるように、半導体モジュール７０の一方の面に第１の冷却器部材５１が設けられており、他方の面に第２の冷却器部材５２が設けられている。
【００３３】
本実施形態におけるパワーモジュールでは、半導体モジュール７０の第１の絶縁基板２０の他方の面２０ｂに形成された金属層２２と表面がメタライズされた第１の冷却器部材５１の一方の面５１ａとが外側接合材６４により接合されている。また、第２の絶縁基板３０の他方の面３０ｂに形成された金属層３２と表面がメタライズされた第２の冷却器部材５２の一方の面５２ａとが外側接合材６５により接合されている。
【００３４】
半導体素子１０は、大電流を流すことのできるパワートランジスタ、ＦＥＴ（Field effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子であり、ＳｉやＳｉＣ等の半導体材料により形成されている。尚、Ｓｉは、線膨張係数が約３．９ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約１５７Ｗ／ｍ・Ｋである。ＳｉＣは、線膨張係数が約３．７ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約４００Ｗ／ｍ・Ｋである。また、半導体素子１０の厚さは、約３５０μｍである。
【００３５】
第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０は、絶縁性を有するセラミックス材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等により形成されている。尚、ＡｌＮは、線膨張係数が約４．５ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約１７０Ｗ／ｍ・Ｋである。Ａｌ２Ｏ３は、線膨張係数が約７．２ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約３３Ｗ／ｍ・Ｋである。Ｓｉ３Ｎ４は、線膨張係数が約２．７ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約９０Ｗ／ｍ・Ｋである。また、第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０の厚さは、３００〜７００μｍである。
【００３６】
内側接合材６１、６２及び６３には、鉛フリーはんだや金属焼結体、例えば、Ｓｎ−Ｃｕはんだや焼結銅もしくは焼結銀等が用いられる。外側接合材６４及び６５には、鉛フリーはんだや金属焼結体、例えば、Ｓｎ−Ｃｕはんだや焼結銅もしくは焼結銀等が用いられる。尚、銀の熱伝導率は約４２０Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の熱伝導率は約３９８Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｓｎ−Ｃｕはんだの熱伝導率は約６３Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３７】
本実施形態においては、第１の冷却器部材５１及び第２の冷却器部材５２は、熱伝導率の高いアルミニウムや銅により形成されている。尚、本実施形態においては、第１の冷却器部材５１及び第２の冷却器部材５２は、線膨張係数の低い等方性黒鉛等のグラファイト、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｍｇ−ＳｉＣ等により形成してもよい。グラファイトは、例えば、等方性黒鉛等であり、線膨張係数が約４．４〜５．５ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約１００Ｗ／ｍ・Ｋである。Ａｌ−ＳｉＣは、線膨張係数が約７．５ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約１８５Ｗ／ｍ・Ｋである。Ｍｇ−ＳｉＣは、線膨張係数が約７．５ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率が約２３０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３８】
第１の冷却器部材５１の他方の面５１ｂには複数の凹部５１ｃが形成されており、第２の冷却器部材５２の他方の面５２ｂには複数の凹部５２ｃが形成されている。本実施形態におけるパワーモジュールは、複数のパワーモジュールを設置することを前提としている。具体的には、図５に示されるように、一方のパワーモジュールの第１の冷却器部材５１の他方の面５１ｂと他方のパワーモジュールの第２の冷却器部材５２の他方の面５２ｂとが対向するように接続し、複数のパワーモジュールを設置する。即ち、対応する凹部５１ｃと凹部５２ｃとが対向するように、第１の冷却器部材５１と第２の冷却器部材５２とを接続することにより、複数のパワーモジュールが設置される。尚、第１の冷却器部材５１の凹部５１ｃの両側、即ち、凹部５１ｃと凹部５１ｃとの間、及び、両端の凹部５１ｃの外側には凸部５１ｄとなっている。第２の冷却器部材５２の凹部５２ｃの両側、即ち、凹部５２ｃと凹部５２ｃとの間、及び、両端の凹部５２ｃの外側には凸部５２ｄとなっている。
【００３９】
このように複数のパワーモジュールを接続することにより、一方のパワーモジュールの第１の冷却器部材５１の凹部５１ｃと他方のパワーモジュールの第２の冷却器部材５２の凹部５２ｃとにより冷媒流路５０ｃが形成される。よって、一方のパワーモジュールの第１の冷却器部材５１と他方のパワーモジュールの第２の冷却器部材５２とにより冷却器５０が形成される。これにより、複数のパワーモジュールの半導体モジュール７０間の間隔を図３に示す構造のものよりも狭くすることができ、複数のパワーモジュールが設置されているものの全体の大きさを小さくすることができる。尚、本実施形態においては、第１の冷却器部材５１と第２の冷却器部材５２は、各々の他方の面５１ｂ及び５２ｂの接合面において対称となるように形成されている。
【００４０】
本実施形態におけるパワーモジュールは、半導体素子１０において発生した熱は、一方の面１０ａより、第１の絶縁基板２０を介し、第１の冷却器部材５１に移動し、他方の面１０ｂより、第２の絶縁基板３０を介し、第２の冷却器部材５２に移動する。第１の冷却器部材５１と第２の冷却器部材５２とにより、冷媒流路５０ｃを有する冷却器５０が形成されており、冷媒流路５０ｃに冷媒が流され冷却される。
【００４１】
本実施形態においては、上記のように、内側接合材６１、６２及び６３、外側接合材６４及び６５には、鉛フリーはんだや金属焼結体等の金属材料を用いており、熱伝導率の低いシリコーングリス等は用いられてはいない。よって、半導体素子１０において発生した熱は、第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０を介し、冷却器５０に円滑に移動するため、半導体素子１０を効率よく冷却することができる。
【００４２】
即ち、本実施形態においては、第１の絶縁基板２０と冷却器５０との間は、熱伝導率の高い外側接合材６４により接合されており、第２の絶縁基板３０と第２の冷却器５０との間は、熱伝導率の高い外側接合材６５により接合されている。よって、第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０から冷却器５０への熱伝導が効率よくなされ、半導体素子１０を効率よく冷却することができる。
【００４３】
また、半導体素子１０は、Ｓｉにより形成されたものよりも、ＳｉＣにより形成されたものの方が、大電流を流すことができることから、ＳｉＣにより形成されたものは、Ｓｉにより形成されたものに比べて、発熱量が多く、また、小型化にすることが可能である。従って、本実施形態におけるパワーモジュールは、半導体素子１０がＳｉＣにより形成されているものに適用することにより、顕著な効果を得ることができる。
【００４４】
また、第１の冷却器部材５１及び第２の冷却器部材５２は、第１の絶縁基板２０及び第２の絶縁基板３０を形成している材料の線膨張係数に近い値の材料により形成してもよい。これにより、第１の絶縁基板２０と第１の冷却器部材５１との熱膨張率差、及び、第２の絶縁基板３０と第２の冷却器部材５２との熱膨張率差が少なくなるため、外側接合材６４、６５により接合しても、温度が上昇した際に生じる応力は小さくなる。
【００４５】
一方のパワーモジュールの第１の冷却器部材５１と他方のパワーモジュールの第２の冷却器部材５２とを接続する方法としては様々な方法が考えられる。
【００４６】
具体的には、第１の冷却器部材５１の各々の凸部５１ｄの上面５１ｅと、これに対応する第２の冷却器部材５２の各々の凸部５２ｄの上面５２ｅとが一致するように位置合わせを行い、図面の左右方向より加圧する。これにより、凸部５１ｄの上面５１ｅと凸部５２ｄの上面５２ｅとを密着させ、凹部５１ｃと凹部５２ｃにより冷媒流路５０ｃを形成する方法がある。
【００４７】
また、第１の冷却器部材５１の各々の凸部５１ｄの上面５１ｅと、これに対応する第２の冷却器部材５２の各々の凸部５２ｄの上面５２ｅとを接合材料により接合する方法も考えられる。この際用いられる接合材料は、鉛フリーはんだ等の他、比較的熱伝導率の低い材料を用いることも可能である。このような材料を接合材料として用いても、冷却効率に悪影響を及ぼすことはないからである。更には、図６に示すように、第１の冷却器部材５１の各々の凸部５１ｄの上面５１ｅと、これに対応する第２の冷却器部材５２の各々の凸部５２ｄの上面５２ｅとの間に、Ｏリング９０等を設置し、図面の左右方向より加圧してもよい。凹部５１ｃと凹部５２ｃにより冷媒流路５０ｃが形成され、この冷媒流路５０ｃに冷媒を流した際には、第１の冷却器部材５１の各々の凸部５１ｄの上面５１ｅ及び第２の冷却器部材５２の各々の凸部５２ｄの上面５２ｅにおける温度が最も低くなる。このため、比較的熱伝導率の低いゴム等により形成されたＯリング９０を用いても、冷却効率に悪影響を与えることはない。また、本実施形態は、Ｏリング９０に代えてガスケット等を用いてもよい。
【００４８】
尚、上記のように複数のパワーモジュールを接続した場合には、両端において第１の冷却器部材５１の他方の面５１ｂ及び第２の冷却器部材５２の他方の面５２ｂが露出する。このため、両端において露出している第１の冷却器部材５１の他方の面５１ｂ及び第２の冷却器部材５２の他方の面５２ｂに不図示の平板を被せてもよい。これにより、凹部５１ｃと不図示の平板で囲まれた領域及び凹部５２ｃと不図示の平板で囲まれた領域により、冷媒流路を形成することができる。尚、平板に代えて、露出している第１の冷却器部材５１の他方の面５１ｂには、第２の冷却器部材５２に対応する形状の冷却器部材を接続してもよい。同様に、露出している第２の冷却器部材５２の他方の面５２ｂには、第１の冷却器部材５１に対応する形状の冷却器部材を接続してもよい。
【００４９】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態におけるパワーモジュールについて説明する。本実施形態におけるパワーモジュールは、第１の冷却器部材と第２の冷却器部材とが対称ではない形状により形成されている。
【００５０】
具体的には、図７に示すように、第１の冷却器部材１５１の他方の面１５１ｂには複数の凹部１５１ｃが形成されており、第２の冷却器部材１５２の他方の面１５２ｂは平らである。尚、第１の冷却器部材１５１の一方の面１５１ａは、第１の絶縁基板２０の他方の面２０ｂに形成された金属層２２と、外側接合材６４により接合されている。また、第２の冷却器部材１５２の一方の面１５２ａは、第２の絶縁基板３０の他方の面３０ｂに形成された金属層３２と、外側接合材６５により接合されている。
【００５１】
図７に示す構造のパワーモジュールでは、第１の冷却器部材１５１の凹部１５１ｃと凹部１５１ｃとの間、及び、両端の凹部１５１ｃの外側は凸部１５１ｄとなっている。本実施の形態においては、第１の冷却器部材１５１の凸部１５１ｄの上面１５１ｅと、第２の冷却器部材１５２の他方の面１５２ｂとを接続または接合する。これにより、第１の冷却器部材１５１の凹部１５１ｃと第２の冷却器部材１５２の他方の面１５２ｂとにより囲まれた領域に冷媒流路１５０ｃが形成され、第１の冷却器部材１５１と第２の冷却器部材１５２とにより冷却器１５０が形成される。
【００５２】
本実施形態においては、第１の冷却器部材１５１の凹部１５１ｃが形成されている面と第２の冷却器部材１５２の他方の面１５２ｂがともに冷媒と接するように、第１の冷却器部材１５１、及び、第２の冷却器部材１５２が形成されている。第１の冷却器部材１５１の外側の面のいずれかの部分、及び、第２の冷却器部材１５２の外側の面のいずれかの部分が、冷媒と接するように形成されていれば、対称な形状ではなくとも、冷却器としては機能する。尚、第１の実施形態のように、第１の冷却器部材と第２の冷却器部材は、接合面において対称となるように形成されている方が冷却効率は高く好ましい。
【００５３】
また、本実施形態においては、第１の冷却器部材１５１と第２の冷却器部材１５２とを接合等する際に、厳密な位置合わせが不要となるため、第１の冷却器部材１５１と第２の冷却器部材１５２とを容易に接合等することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、図８に示すように、第２の冷却器部材１５２の他方の面１５２ｂの冷媒流路１５０ｃを形成する部分に突起部１５２ｃを設けてもよい。これにより、冷媒流路１５０ｃにおける第１の冷却器部材１５１と第２の冷却器部材１５２の表面積を近づけることができ、第１の冷却器部材１５１の側と第２の冷却器部材１５２の側との冷却効率の差が小さくなり、更には、一致させることも可能である。尚、第２の冷却器部材１５２の突起部１５２ｃの上面が、第１の冷却器部材１５１の凹部１５１ｃの底面に接触しているものであってもよい。
【００５５】
尚、上記以外の内容については、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０        半導体素子
１０ａ      一方の面
１０ｂ      他方の面
２０        第１の絶縁基板
２０ａ      一方の面
２０ｂ      他方の面
３０        第２の絶縁基板
３０ａ      一方の面
３０ｂ      他方の面
５０        冷却器
５０ｃ      冷媒流路
５１        第１の冷却器部材
５１ａ      一方の面
５１ｂ      他方の面
５１ｃ      凹部
５１ｄ      凸部
５１ｅ      上面
５２        第２の冷却器部材
５２ａ      一方の面
５２ｂ      他方の面
５２ｃ      凹部
５２ｄ      凸部
５２ｅ      上面
６１        内側接合材
６２        内側接合材
６３        内側接合材
６４        外側接合材
６５        外側接合材
【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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