(57)【要約】【課題】複数の電力用半導体素子を備えていても、小型、かつ温度分布を制御して信頼性が高い電力用半導体素子を得ることを目的とする。【解決手段】回路面５ｆに接合された複数の電力用半導体素子２，３と、一方の面が回路基板５の回路面５ｆの反対側の面に接合される平板部６ｂと、平板部６ｂの他方の面に形成された放熱部６ｒとを有する冷却部材９と、平板部６ｂ内に埋設され、平板部６ｂの厚み方向の熱伝導率を、複数の電力用半導体素子２，３の位置に応じて調整する伝熱調整部材８と、を備える。【選択図】図１
2015015274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の主面に接合された複数の電力用半導体素子と、
一方の面が前記回路基板の主面の反対側の面に接合される平板部と、前記平板部の他方の面に形成された放熱部とを有する冷却部材と、
前記平板部内に埋設され、前記平板部の厚み方向の熱伝導率を、前記複数の電力用半導体素子の位置に応じて調整する伝熱調整部材と、
を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記伝熱調整部材は、前記平板部を構成する材料よりも熱伝導率の低い板材で構成されるとともに、当該伝熱調整部材を貫通し、前記平板部を構成する材料が充填された貫通孔が設けられ、
前記主面の延在方向における前記貫通孔の開口率によって、前記熱伝導率を調整することを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記伝熱調整部材は、前記回路基板を構成する主材料と線膨張率が同じ板材で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記複数の電力用半導体素子には、発熱量が異なる素子があり、
前記伝熱調整部材は、発熱量の大きな素子が接合された領域における熱伝導率が、発熱量の小さな素子が接合された領域における熱伝導率よりも大きくなるように、前記熱伝導率を調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記冷却部材には、前記放熱部に冷媒を流すための流路が形成されており、
前記伝熱調整部材は、前記複数の電力用半導体素子が接合された領域に対応する部分の前記冷媒の進行方向および流速のいずれかに基づいて、前記熱伝導率を調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記電力用半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、およびダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置の構成として、とくに複数の電力用半導体素子を配置した構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の中でも電力用半導体装置は、産業用機器から家電・情報端末まで幅広い機器の主電力（パワー）の制御に用いられ、とくに高い信頼性と小型化が求められている。近年、とくに大電流を流すことができ、高温動作も可能なワイドバンドギャップ半導体材料である炭化珪素（ＳｉＣ）がシリコン（Ｓｉ）に代わる半導体材料として開発が進められている。
【０００３】
一方、電力用半導体装置は、電力用半導体素子で生じた熱を除去するために冷却器を備えている。その際、面内での温度分布を均一化するため、半導体素子が設けられた中央領域よりも周縁部の方が、回路面から冷却水流路までの距離が長くなるように、冷却器を構成する壁部材に厚み分布を設けた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２０１１−１５９６６３号公報（段落００１９〜００２４、図１〜図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、壁部材に厚み分布をつけて熱抵抗を調整しようとすると、冷却器に余分な厚みを設ける必要が生じ、小型化の要請に応えることが困難になる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の電力用半導体素子を備えていても、小型、かつ温度分布を制御して信頼性が高い電力用半導体素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力用半導体装置は、回路基板の主面に接合された複数の電力用半導体素子と、一方の面が前記回路基板の主面の反対側の面に接合される平板部と、前記平板部の他方の面に形成された放熱部とを有する冷却部材と、前記平板部内に埋設され、前記平板部の厚み方向の熱伝導率を、前記複数の電力用半導体素子の位置に応じて調整する伝熱調整部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電力用半導体装置によれば、複数の電力用半導体素子を備えていても、冷却部材としての厚みを厚くすることが無く、小型、かつ温度分布を制御して信頼性が高い電力用半導体素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置を主な部材ごとに分けた斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための冷却部材の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置を主な部材ごとに分けた斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための冷却部材の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置を主な部材ごとに分けた斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための冷却部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成について説明するためのものであって、図１は電力用半導体装置の模式的な断面図、図２は電力用半導体装置を主な部材ごとに分けたもので、回路部材部分と、冷却部材を構成する冷却フィン部分とケース部分ごとの斜視図で、一部を透過させている。図３は図１のＡ−Ａ線による断面図であるが、伝熱調整部材内の貫通孔の配置と電力用半導体素子が接合された領域との関係を説明するため、伝熱調整部材部分のハッチングを省略している。
【００１１】
本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１は、図１に示すように、回路基板５の回路面５ｆに複数の電力用半導体素子２、３が実装された回路部材に冷却部材９を接合したものである。回路基板５の回路面５ｆには、電力用半導体素子２、３をそれぞれ実装するために、導電パターン４が形成されており、図示しないメッキ層やはんだ層などの接合層を介して電力用半導体素子２、３の裏面電極が接合されている。回路基板５の回路面５ｆの反対側には、電力用半導体素子２、３で発生した熱を除去するために、冷却部材９が設けられている。
【００１２】
回路基板５は、０．６ｍｍ程度の厚みを有し、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどの絶縁材料で構成されている。回路面５ｆ上の導電パターン４は、厚みは１ｍｍ程度でアルミニウムや銅などの導電材料で構成されている。なお、図示しないが、冷却部材９との間に、べたに形成された導電パターンが形成されることもある。
【００１３】
電力用半導体素子２、３は、厚み０．１〜０．４ｍｍ程度で主面が２５ｍｍｍ角の矩形状をなしている。例えば、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いた場合、裏面にはコレクタ電極が形成され、主面には主電力電極であるエミッタ電極と、制御電極であるゲート電極が形成されている。さらに、電力用半導体素子２、３としては、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)の他、整流素子であるＳＢＤ（Schottky Barrier diode）、ＦＷＤ(Free Wheeling Diode)などを用いることができる。
【００１４】
そして、導電パターン４に接合された電力用半導体素子２、３は、互いに導通しないように、非接続状態となっている。一方、上述したように電力用半導体素子２、３の主面にも電極があり、主面側にも図示しない配線部材等が接合される。さらに、電力用半導体素子２、３を含む回路面５ｆが例えば封止樹脂によって封止されることもある。しかし、本発明の特徴的な部分は、後述する冷却部材９の構成にあり、素子を含む回路構成やパッケージ構成等は一般的なものでよい。そこで、回路面５ｆにおける電力用半導体素子２、３の配置と冷却部材９の構成以外の部分については、説明を省略し、電力用半導体素子２、３の配置と特性に対応した冷却部材９の構成に特化して説明する。
【００１５】
冷却部材９は、回路基板５に伝熱接合される冷却フィン６と、冷却フィン６の伝熱接合された面の反対側を覆うように設置されたケース７と、複数の貫通孔８ｈが設けられ、冷却フィン６内に埋設された伝熱調整部材８とで構成している。なお、伝熱調整部材８の詳細については、後述する動作説明の際に説明する。
【００１６】
冷却フィン６は、回路基板５に伝熱接合され、厚みが５ｍｍ程度の板状の平板部６ｂと、平板部６ｂが伝熱接合された面の反対側で、一方向に延伸するように形成されたフィン形状を有する放熱部６ｒとを有する。また、放熱部６ｒとケース７によって、冷却水を流すための流路ＦＣが形成され、冷却フィン６とケース７との間は密封されており、冷却水の漏洩を防止する構造となっている。なお、冷却フィン６とケース７はネジによる固定やＯリングによるシール等で密閉されているが、これらの図示は省略している。
【００１７】
冷却フィン６はアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの熱伝導率が大きい材料で構成されており、電力用半導体素子２や３で発生した熱は、放熱部６ｒから流路ＦＣ内を流れる冷却水に効率的に伝達される。ここでいう冷却水は水に限定するものでは無く、冷却効果のある流体であれば良い。また、図２に示す矢印で冷却水の進行方向ＤＦを示しており、本実施の形態においては、電力用半導体素子２と３は、冷却水の進行方向ＤＦに対して並行の位置に配置されている。
【００１８】
つぎに、動作について説明する。
電力用半導体素子２や３内で導通することで発生した熱は導電パターン４、回路基板５を介し、冷却フィン６の平板部６ｂへ伝わる。平板部６ｂに伝わった熱は、厚み方向（ｙ方向）に移動して放熱部６ｒに達し、表面に複数の凹凸形状をなす放熱部６ｒから冷却水へ伝達（放熱）される。結果、電力用半導体素子２や３は冷却される。
【００１９】
ここで、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１では、電力用半導体素子２の方が、電力用半導体素子３よりも発熱量が高く、両者の発熱量（厳密には面積当たりの発熱量）が異なる場合を想定している。
【００２０】
その際、一般的な冷却部材では、電力用半導体素子２から冷却水までの伝熱経路と電力用半導体素子３から冷却水までの伝熱経路とは同様であるので、各伝熱経路の熱伝達係数は同等になる。そのため、発熱量の高い電力用半導体素子２の温度の方が、電力用半導体素子３の温度よりも高くなり、電力用半導体素子２の運転温度と電力用半導体素子３の運転温度が異なることになる。
【００２１】
しかしながら、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１では、冷却フィン６の平板部６ｂ内に、厚み０．５ｍｍ程度の伝熱調整部材８を埋設している。伝熱調整部材８は、平板部６ｂを構成する高伝熱材料よりも熱伝導率が低い（熱抵抗が高い）窒化アルミニウムなどの材料で構成されているとともに、厚み方向に貫通する複数の貫通孔８ｈが面内に配置されている。貫通孔８ｈは、図３に示すように、電力用半導体素子２、３直下の領域（実装された部分に対応する領域）Ｒ２、Ｒ３での配置密度（面積当たりの配置数＝開口率）が他の部分よりも大きく、また、領域Ｒ２の方が領域Ｒ３よりも配置密度を高くしている。
【００２２】
つまり、電力用半導体素子２、３に対応する領域Ｒ２、Ｒ３の開口率は、他の領域よりも高く、発熱量が大きい電力用半導体素子２に対応する領域Ｒ２の開口率が、発熱量が小さい電力用半導体素子３に対応する領域Ｒ３の開口率より高くなる。このような伝熱調整部材８は、シート成形等により板状に成形された後、例えば、溶湯法のような成形法を用いて、冷却フィン６と一体成形される。このとき、伝熱調整部材８は、平板部６ｂ内の厚み方向における所定位置に固定され、各貫通孔８ｈには冷却フィン６の主構成材料であるアルミニウムや銅などの高伝熱材料が充填される。
【００２３】
伝熱調整部材８を構成する材料は、冷却フィン６を構成する材料より熱伝導率が低いので、開口率が高くなるほど、熱伝導率の高いパスが増加し、厚み方向における熱伝導率が高くなる。そのため、貫通孔８ｈが多いほど、冷却水までの熱抵抗が低くなり、厚み方向における熱伝導率が大きくなる。つまり、開口率に分布を設けることにより、面内で厚みを変化させることなく、平板部６ｂの厚み方向における熱伝導率を面内で変化させることができる。
【００２４】
したがって、発熱量が大きい電力用半導体素子２に対応する領域Ｒ２では伝熱調整部材８の開口率が高いため、厚み方向における熱伝導率が、電力用半導体素子３に対応する領域３の熱伝導率よりも高くなる。そのため、発熱量が大きな電力用半導体素子２と発熱量が小さな電力用半導体素子３の温度差が伝熱調整部材８を用いないときよりも小さくなる。その際、開口率の分布によっては、電力用半導体素子２の温度と電力用半導体素子３の温度を同じに、場合によっては、逆転して電力用半導体素子２の方が電力用半導体素子３よりも低くなるように調整できる。
【００２５】
貫通孔８ｈは、直径３ｍｍ程度であり、この実施の形態では複数の丸孔をなしているが、その形状、数およびサイズは任意である。また、電力用半導体素子２に対応する領域Ｒ２では、Ｒ３に比べ、貫通孔８ｈの数（削孔密度）を多くして開口率を高くしているが、これに限ることはない。例えば、電力用半導体素子２とほぼ同等となる程の大きな穴を開けて、開口率を１００％とし、電力用半導体素子３に対応する領域Ｒ３では貫通孔８ｈを無しにして、開口率を０％としても良い。つまり、貫通孔８ｈのサイズや形も統一する必要はなく、開口率が適度な分布に調整されればよい。
【００２６】
なお、本実施の形態１では、伝熱調整部材８は、図１に示したように、冷却フィン６の平板部６ｂの厚み方向における中間部分に設置しているが、電力用半導体素子２、３と冷却水（厳密には放熱部６ｒ）間の厚み方向での熱伝導率を調整できれば、それに限ることはない。つまり、電力用半導体素子２、３と放熱部６ｒとの間（平板部６ｂの厚み範囲内）であれば、特に挿入位置、挿入方法、接合方法を限定するものでは無い。
【００２７】
なお、電力用半導体素子２、３の発熱に伴い、冷却部材９および回路基板５等が熱膨張するが、一般的には冷却部材９（とくに冷却フィン６）を構成する材料（例えば、金属材料）は熱膨張率が大きく、回路基板５を構成する材料（例えば、無機材料）は熱膨張率が小さい。この熱膨張率の違いにより、電力用半導体装置１全体に反りが発生する。また、回路基板５はセラミックス等の脆性破壊が発生しやすい部材を使用することが一般的である。そのため、動作に伴う発熱により、冷却部材９と回路基板５との間の伸び量の差に伴い反りが発生すると、セラミックス等の部材を使用した回路基板５は反りの影響でクラックが発生することが考えられる。
【００２８】
しかし、冷却フィン６内に、冷却フィン６（特に平板部６ｂ）を構成する材料（ＡｌまたはＣｕ）よりも熱膨張率が小さな材料である伝熱調整部材８を埋設したため、冷却フィン６の熱膨張による伸びを伝熱調整部材８で抑えることができる。そのため、冷却フィン６の熱膨張による伸びを回路基板５に近づけることができ、結果、セラミックス等の部材を使用した回路基板５の反りを低減し、クラックの発生を抑制することが出来る。そのため、伝熱調整部材８の熱膨張率は回路基板５と同等とすることがさらに好ましい。
【００２９】
なお、本実施の形態１では、回路面５ｆに２つの電力用半導体素子２、３を実装した場合について説明したが、これに限定されるものでは無く、３つ以上でも適用できるものである。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１によれば、回路基板５の主面（回路面５ｆ）に接合されたそれぞれ発熱量が異なる複数の電力用半導体素子２、３と、一方の面が回路基板５の主面（回路面５ｆ）の反対側の面に接合される平板部６ｂと、平板部６ｂの他方の面に形成された放熱部６ｒとを有する冷却部材９と、平板部６ｂ内に埋設され、平板部６ｂの厚み方向（ｚ方向）の熱伝導率（の面内分布）を、複数の電力用半導体素子２、３の位置に応じて、発熱量の大きな電力用半導体素子２が接合された領域Ｒ２における熱伝導率が、発熱量の小さな電力用半導体素子３が接合された領域Ｒ３における熱伝導率よりも大きくなるように、調整する伝熱調整部材８と、を備えるように構成したので、発熱量が異なる電力用半導体素子２、３が回路面５ｆ内に配置されていても、温度差を緩和して所望の温度分布を得ることができる。
【００３１】
とくに、伝熱調整部材８は、平板部６ｂを構成する材料よりも熱伝導率の低い板材で構成されるとともに、当該伝熱調整部材８を貫通し、平板部６ｂを構成する材料が充填された貫通孔８ｈが設けられ、発熱量の大きな電力用半導体素子２が接合された領域Ｒ２における貫通孔８ｈの開口率を、発熱量の小さな電力用半導体素子３が接合された領域Ｒ３における開口率よりも大きくするように開口率に変化をつけることで、上述した熱伝導率（の面内分布）を調整するようにしたので、厚みを増加させることがなく、所望の温度分布を得ることができる。
【００３２】
また、伝熱調整部材８は、回路基板５を構成する主材料と線膨張率が同じ板材で構成されているので、回路基板５の反りを低減し、クラックの発生を抑制することができる。
【００３３】
実施の形態２．
上記実施の形態１にかかる電力用半導体装置では、回路面内に配置した電力用半導体素子の発熱量に応じて熱伝導率に分布をつける例について説明した。本実施の形態２にかかる電力用半導体装置では、回路面内に配置した電力用半導体素子の冷却水流路における位置に応じて、熱伝導率に分布をつける例について説明する。
【００３４】
図４と図５は、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成について説明するためのものであって、図４は電力用半導体装置を主な部材ごとに分けたもので、回路部材部分と、冷却部材を構成する冷却フィン部分とケース部分ごとの斜視図で、一部を透過させている。図５は実施の形態１の説明で用いた図１に対応する断面図で、図１と同様、伝熱調整部材部分のハッチングを省略している。その他、実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１においては、２つの電力用半導体素子２と３は、それぞれ同仕様で、発熱量が同じ場合を想定しており、図４、図５に示すように、冷却水の進行方向ＤＦにおいて上流側と下流側の関係になるように、配置されている。そして、伝熱調整部材８には、上流側に配置された電力用半導体素子２が実装された領域Ｒ２より、下流側に配置された電力用半導体素子３が実装された領域Ｒ３の方が、開口率が高くなるように貫通孔８ｈが形成されている。
【００３６】
つまり、複数の電力用半導体素子２と３に対し、伝熱調整部材８の開口率に分布を設けた構成となっている。電力用半導体素子２、３から冷却水への熱伝導（放熱）は、電力用半導体素子２、３と冷却水との温度差を駆動力とするので、基本的に冷却水は電力用半導体素子２、３に比べ、温度が低くなっている。そして、冷却水は顕熱によって熱を奪うので、冷却流路ＦＣの上流に配置された電力用半導体素子２の熱を奪うと、奪った熱に応じて温度が上昇する。そのため、下流に配置された電力用半導体素子３の冷却に用いる（直下を流れる）冷却水の温度は、電力用半導体素子２の冷却に用いる（直下を流れる）冷却水の温度よりも高くなる。
【００３７】
その際、一般的な冷却部材では、電力用半導体素子２から冷却水までの伝熱経路と電力用半導体素子３から冷却水までの伝熱経路とは同様であるので、各伝熱経路の熱伝達係数は同等になる。そのため、温度の低い冷却水が直下に流れる電力用半導体素子２の温度の方が、電力用半導体素子３の温度よりも低くなり、電力用半導体素子２の運転温度と電力用半導体素子３の運転温度が異なることになる。
【００３８】
電力用半導体素子２、３と記載したものが、例えば、アレーアンテナのようなアンテナ装置等に用いられる素子である場合、温度によって特性が変化することがある。その際はアンテナ装置内の複数の素子（電力用半導体素子２、３）の温度が各々違った場合にアンテナ特性が劣化するため、複数の素子（電力用半導体素子２、３）の各々の温度を均一化することが課題となっている。
【００３９】
しかしながら、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置１では、冷却フィン６の平板部６ｂ内に埋設した伝熱調整部材８に面内で開口率に分布がつくように貫通孔８ｈを形成している。これにより、冷却構造全体としての厚みを厚くすること無く、電力用半導体素子２、３の冷却水の進行方向ＤＦに対する位置に関わらず、複数の電力用半導体素子２、３の温度差を低減して、温度を均一化させることが可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態２では、電力用半導体素子２、３を２つ配置した場合について説明したが、これに限定されるものでは無く、３つ以上でも適用できるものである。また、本実施の形態２では、電力用半導体素子２、３が１枚の回路基板５上に実装されているが、これに限定するものでは無く、複数の回路基板５に分かれて実装されていても良い。
【００４１】
以上のように、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１によれば、回路基板５の主面（回路面５ｆ）に接合された複数の電力用半導体素子２、３と、一方の面が回路基板５の主面（回路面５ｆ）の反対側の面に接合される平板部６ｂと、平板部６ｂの他方の面に形成された放熱部６ｒと、放熱部６ｒに冷媒を流すために形成された流路ＦＣとを有する冷却部材９と、平板部６ｂ内に埋設され、平板部６ｂの厚み方向（ｚ）での熱伝導率を、複数の電力用半導体素子２、３のそれぞれの位置に応じて、冷媒の進行方向ＤＦの上流側に位置する電力用半導体素子２が接合された領域Ｒ２における熱伝導率が、下流側に位置する電力用半導体素子３が接合された領域Ｒ３における熱伝導率よりも小さくなるように、冷媒の進行方向ＤＦにおける位置（上流／下流）に基づいて調整する伝熱調整部材８と、を備えるように構成したので、冷却水の温度が異なる位置に配置された電力用半導体素子２、３の、温度差を緩和して所望の温度分布を得ることができる。
【００４２】
実施の形態３．
上記実施の形態２にかかる電力用半導体装置では、電力用半導体素子の冷却水流路における位置のうち、冷却水の進行方向における位置に対応して、熱伝導率に分布をつける例について説明した。本実施の形態３にかかる電力用半導体装置では、回路面内に配置した電力用半導体素子の冷却水流路における位置のうち、冷却水の流れ易さに応じて、熱伝導率に分布をつける例について説明する。
【００４３】
図６と図７は、本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成について説明するためのものであって、図６は電力用半導体装置を主な部材ごとに分けたもので、回路部材部分と、冷却部材を構成する冷却フィン部分とケース部分ごとの斜視図で、一部を透過させている。図７は実施の形態１の説明で用いた図１に対応する断面図で、図１と同様、伝熱調整部材部分のハッチングを省略している。その他、実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態３にかかる電力用半導体装置１においては、２つの電力用半導体素子２と３は、それぞれ同仕様で、発熱量が同じ場合を想定しており、図６、図７に示すように、冷却水の進行方向ＤＦにおいて並列の関係になるように、配置されている。しかし、冷却水の流入口７ｆｅおよび、排出口７ｆｘは、電力用半導体素子３が設置された方に偏って配置されている。そして、伝熱調整部材８には、電力用半導体素子３が実装された領域Ｒ３より、電力用半導体素子２が実装された領域Ｒ２の方が、開口率が高くなるように貫通孔８ｈが形成されている。
【００４５】
つまり、複数の電力用半導体素子２と３に対し、冷却水の通りやすさに応じて、伝熱調整部材８の開口率に分布を設けた構成となっている。具体的には、冷却水の流入口７ｆｅと排出口７ｆｘの配置に起因して、電力用半導体素子３が実装された領域の方が、電力用半導体素子２が実装された領域よりも冷却水の流れが良い（流速が速い）。この場合、フィンの形状が同じだとすると、フィン表面と冷却水間の熱伝達係数は、流速が速い方が大きくなる。そこで、電力用半導体素子３よりも直下の冷却水の流れが悪い（流速が遅い）電力用半導体素子２が実装された領域Ｒ２の開口率を、電力用半導体素子３が実装された領域Ｒ３よりも高くした。
【００４６】
これにより、流れの偏りに起因して生じた電力用半導体素子２と電力用半導体素子３でのフィン表面と冷却水間の熱伝達係数の差を、伝熱調整部材８の開口率の分布による熱伝導率の面内分布で補償することができる。
【００４７】
そのため、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に電力用半導体素子２、３がアンテナ装置等に用いられる場合、電力用半導体素子２、３の各々の温度を均一化することが可能となる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置１によれば、回路基板５の主面（回路面５ｆ）に接合された複数の電力用半導体素子２、３と、一方の面が回路基板５の主面（回路面５ｆ）の反対側の面に接合される平板部６ｂと、平板部６ｂの他方の面に形成された放熱部６ｒと、放熱部６ｒに冷媒を流すために形成された流路ＦＣとを有する冷却部材９と、平板部６ｂ内に埋設され、平板部６ｂの厚み方向（ｚ）の熱伝導率を、複数の電力用半導体素子２、３の位置に応じて、冷媒（冷却水）の流速が速い部分に配置された電力用半導体素子３が接合された領域Ｒ３における熱伝導率が、冷媒（冷却水）の流速が遅い部分に配置された電力用半導体素子２が接合された領域Ｒ２における熱伝導率よりも小さくなるように、冷媒の流速に基づいて調整する伝熱調整部材８と、を備えるように構成したので、冷媒（冷却水）の流速が異なる位置に配置された電力用半導体素子２、３の、温度差を緩和して所望の温度分布を得ることができる。
【００４９】
実施の形態４．
上記各実施の形態１〜３においては、回路面内に発熱量が異なる電力用半導体素子を配置、あるいは同仕様の電力用半導体素子が配置された部分での冷却水側の状態が異なる場合に、温度を均一に保つ例について説明した。しかしながら、実際の電力用半導体装置においては、こうした条件が組み合わさることが多い。
【００５０】
例えば、発熱量、許容温度が各々違うとともに、温度によってアンテナ特性が変化する電力用半導体素子２と３がアンテナ装置等に用いられた場合を想定する。その際は、冷却水の状態および各電力用半導体素子２、３の発熱量を考慮して、電力用半導体素子２、３がそれぞれ適した温度になるように、制御する必要がある。その際、電力用半導体素子２と３の発熱量、冷却水の状態を考慮して、伝熱調整部材８の開口率を調整すれば、電力用半導体素子２、３のそれぞれを所望の温度範囲に制御することができる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態４にかかる電力用半導体装置１によれば、回路基板５の主面（回路面５ｆ）に接合された複数の電力用半導体素子２、３と、一方の面が回路基板５の主面（回路面５ｆ）の反対側の面に接合される平板部６ｂと、平板部６ｂの他方の面に形成された放熱部６ｒと、放熱部６ｒに冷媒（例えば、冷却水、空気等）を流すために形成された流路ＦＣとを有する冷却部材９と、平板部６ｂ内に埋設され、平板部６ｂの厚み方向（ｚ）の熱伝導率を、複数の電力用半導体素子２、３の特性（特に最適温度と発熱量）および、それぞれの位置に対応した冷媒（冷却水）の状態（温度、流速）の少なくともいずれかに応じて、調整する伝熱調整部材８と、を備えるように構成したので、様々な条件が組み合わさった状態でも、厚みを増すことなく、各電力用半導体素子２、３の温度分布を最適化して、所望の温度分布を実現し、信頼性の高い電力用半導体装置１を得ることができる。
【００５２】
また、上述した各実施の形態にかかる電力用半導体装置１によれば、回路基板５の主面（回路面５ｆ）に接合された複数の電力用半導体素子２、３と、一方の面が回路基板５の主面（回路面５ｆ）の反対側の面に接合される平板部６ｂと、平板部６ｂの他方の面に形成された放熱部６ｒとを有する冷却部材９と、平板部６ｂ内に埋設され、平板部６ｂの厚み方向（ｚ）の熱伝導率を、複数の電力用半導体素子２、３の位置に応じて調整する伝熱調整部材８と、を備えるように構成した。そのため、複数の電力用半導体素子２、３が主面（回路面５ｆ）内に配置されていても、冷却部材９としての厚みを厚くすることが無く、小型、かつ各電力用半導体素子２、３の温度分布を制御して信頼性が高い電力用半導体装置１を得ることができる。
【００５３】
なお、上記各実施の形態においては、電力用半導体素子２、３には、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でも良いが、本発明においては炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を用い、高耐圧および高温動作が可能な半導体素子を用いた場合に、特に顕著な効果が現れる。特に炭化ケイ素を用いた電力用半導体素子に好適に用いることができる。
【００５４】
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子や整流素子は、ケイ素で形成された素子よりも電力損失が低いため、スイッチング素子や整流素子における高効率化が可能であり、ひいては、電力用半導体装置の高効率化が可能となる。さらに、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子や整流素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子や整流素子を用いることにより、電力用半導体装置も小型化が可能となる。また耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、電力用半導体装置の一層の小型化が可能になる。
【００５５】
その際、本発明による効果を発揮することで、ワイドバンドギャップ半導体の特性を活かすことができるようになる。なお、複数の半導体素子全てが、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていても、一部の半導体素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１：電力用半導体装置、２，３：電力用半導体素子  ４：導電パターン、
５：回路基板、５ｆ：回路面（主面）、６：冷却フィン、６ｂ：平板部、
６ｒ：放熱部、７：ケース、８：伝熱調整部材、８ｈ：貫通孔、９：冷却部材、
ＤＦ：冷却水の進行方向、  ＦＣ：冷却水流路、  Ｒ２：電力用半導体素子２に対応する領域、  Ｒ３：電力用半導体素子３に対応する領域。
【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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