(57)【要約】  第１のヒートシンク（５１）は、第１の内面（ＦＩ１）と第１の外面（ＦＯ１）とを有しており、第１の貫通孔（ＴＨ１）を有している。第２のヒートシンク（５２）は、第１のヒートシンク（５１）の第１の内面（ＦＩ１）との間に間隔を開けて配置された第２の内面（ＦＩ２）と第２の内面（ＦＩ２）と反対の第２の外面（ＦＯ２）とを有しており、第２の貫通孔（ＴＨ２）を有している。半導体素子（７１０）は、第１のヒートシンク（５１）の第１の内面（ＦＩ１）と第２のヒートシンク（５２）の第２の内面（ＦＩ２）との間の間隔内に配置されている。封止材（７０）は、第１の内面（ＦＩ１）と第２の内面（ＦＩ２）との間の間隔内において半導体素子（７１０）を封止している。第１の中空管（３０）は、第１の貫通孔（ＴＨ１）と第２の貫通孔（ＴＨ２）とを互いにつなぎ、金属からなる。
2020105075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の内面（ＦＩ１）と前記第１の内面（ＦＩ１）と反対の第１の外面（ＦＯ１）とを有し、前記第１の内面（ＦＩ１）と前記第１の外面（ＦＯ１）との間の第１の貫通孔（ＴＨ１）を有する第１のヒートシンク（５１）と、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第１の内面（ＦＩ１）との間に間隔を開けて配置された第２の内面（ＦＩ２）と前記第２の内面（ＦＩ２）と反対の第２の外面（ＦＯ２）とを有し、前記第２の内面（ＦＩ２）と前記第２の外面（ＦＯ２）との間の第２の貫通孔（ＴＨ２）を有する第２のヒートシンク（５２）と、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第１の内面（ＦＩ１）と前記第２のヒートシンク（５２）の前記第２の内面（ＦＩ２）との間の前記間隔内に配置された半導体素子（７１０）と、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第１の内面（ＦＩ１）と前記第２のヒートシンク（５２）の前記第２の内面（ＦＩ２）との間の前記間隔内において前記半導体素子（７１０）を封止する封止材（７０）と、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第１の貫通孔（ＴＨ１）と前記第２のヒートシンク（５２）の前記第２の貫通孔（ＴＨ２）とを互いにつなぎ、金属からなる第１の中空管（３０）と、
を備える、半導体装置（８０１）。
【請求項２】
前記第１のヒートシンク（５１）と前記半導体素子（７１０）との間に配置された第１の絶縁板（７３１）をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置（８０１）。
【請求項３】
前記第１の絶縁板（７３１）はセラミックスからなる、請求項２に記載の半導体装置（８０１）。
【請求項４】
前記第１の絶縁板（７３１）は樹脂からなる、請求項２に記載の半導体装置（８０１）。
【請求項５】
前記第２のヒートシンク（５２）と前記半導体素子（７１０）との間に配置された第２の絶縁板（７３３）をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置（８０１）。
【請求項６】
前記第１の中空管（３０）は面内方向において楕円形状を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置（８０１）。
【請求項７】
前記第１の中空管（３４）は面内方向において多角形形状を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置（８０６）。
【請求項８】
前記第１のヒートシンク（５１Ｔ）の前記第１の外面（ＦＯ１）は、前記第１の貫通孔（ＴＨ１）に向かってのテーパ形状を有する空間をなしている、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置（８０８，８０８Ｖ）。
【請求項９】
前記第１の中空管（３０Ｔ）はテーパ状の内部空間を有している、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置（８０９）。
【請求項１０】
前記第１の中空管（３０Ｅ）と前記第１のヒートシンク（５１）との間は、均一な材料で連続的につながっている、請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１のヒートシンク（５１）および前記第２のヒートシンク（５２Ｌ）は互いに接している、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体装置（８１０）。
【請求項１２】
前記第１の中空管（３７）は、凹凸構造が設けられた内壁を有している、請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置（８１１）。
【請求項１３】
前記半導体素子（７１０）は、炭化珪素からなる部分を有している、請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置（８０１）。
【請求項１４】
前記第１のヒートシンク（５１）は前記第１の内面（ＦＩ１）と前記第１の外面（ＦＯ１）との間の第３の貫通孔（ＴＨ３）を有しており、第２のヒートシンク（５２）は前記第２の内面（ＦＩ２）と前記第２の外面（ＦＯ２）との間の第４の貫通孔（ＴＨ４）を有しており、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第３の貫通孔（ＴＨ３）と前記第２のヒートシンク（５２）の前記第４の貫通孔（ＴＨ４）とを互いにつなぎ、金属からなる第２の中空管（３０ｂ）をさらに備える、請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置（８０５Ａ）。
【請求項１５】
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第１の貫通孔（ＴＨ１）につながる第１の空間（ＳＰ１）を有する第１の水冷ジャケット（９１）と、
前記第２のヒートシンク（５２）の前記第２の貫通孔（ＴＨ２）につながる第２の空間（ＳＰ２）を有する第２の水冷ジャケット（９２）と、
をさらに備える、請求項１から１４のいずれか１項に記載の半導体装置（９０１）。
【請求項１６】
前記第２の水冷ジャケット（９２）を前記第１の水冷ジャケット（９１）に向かって押圧するボルト（８０）をさらに備える、請求項１５に記載の半導体装置（９０１）。
【請求項１７】
前記ボルトが通るケース（６０）をさらに備える、請求項１６に記載の半導体装置（９０１）。
【請求項１８】
前記第１のヒートシンク（５１）が前記第１の水冷ジャケット（９１Ｃ）に接合されることによって前記第１のヒートシンク（５１）が前記第１の水冷ジャケット（９１Ｃ）に固定されており、かつ、前記第２のヒートシンク（５２）が前記第２の水冷ジャケット（９２Ｃ）に接合されることによって前記第２のヒートシンク（５２）が前記第２の水冷ジャケット（９２Ｃ）に固定されている、請求項１５に記載の半導体装置（９０８）。
【請求項１９】
前記第１のヒートシンク（５１）は前記第１の内面（ＦＩ１）と前記第１の外面（ＦＯ１）との間の第３の貫通孔（ＴＨ３）を有しており、第２のヒートシンク（５２）は前記第２の内面（ＦＩ２）と前記第２の外面（ＦＯ２）との間の第４の貫通孔（ＴＨ４）を有しており、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第３の貫通孔（ＴＨ３）と前記第２のヒートシンク（５２）の前記第４の貫通孔（ＴＨ４）とを互いにつなぎ、金属からなる第２の中空管（３０ｂ）と、
前記第１のヒートシンク（５１）の前記第１の貫通孔（ＴＨ１）につながる第１の空間（ＳＰ１）と、前記第１のヒートシンク（５１）の前記第３の貫通孔（ＴＨ３）につながる第３の空間（ＳＰ３）とを有し、前記第１の空間（ＳＰ１）と前記第３の空間（ＳＰ３）とを隔てる第１の水冷ジャケット（９１Ａ〜９１Ｃ）と、
前記第２のヒートシンク（５２）の前記第２の貫通孔（ＴＨ２）につながる第２の空間（ＳＰ２）を有する第２の水冷ジャケット（９２Ａ〜９２Ｃ）と、
をさらに備える、請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置（９０４Ａ〜９０４Ｃ）。
【請求項２０】
前記第２の水冷ジャケット（９２Ｂ）は、前記第２のヒートシンク（５２）の前記第４の貫通孔（ＴＨ４）につながる第４の空間（ＳＰ４）を有しており、前記第２の空間（ＳＰ２）と前記第４の空間（ＳＰ４）とを隔てている、請求項１９に記載の半導体装置（９０４Ｂ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ヒートシンクを有する電力用半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力のパワーモジュール（半導体装置）を、高信頼性を維持しつつ小型化することが求められている。このためのひとつの方法として、高出力のパワーモジュールにトランスファーモールド技術を適用する方法がある。この場合、パワーモジュール中で半導体素子が樹脂（典型的には、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂）によって封止される。またパワーモジュールの小型化の要請に対して、パワーモジュールに搭載される半導体素子の容量を大きくする技術が開発されてきている。大容量の半導体素子は動作時に高温となりやすいことから、高信頼性を維持するためには、これを十分に冷却する高性能の冷却機構を要する。冷却性能を高めつつ小型化の要請にも応えるためには、高性能の冷却機構を、パワーモジュールの大きさを過度に大きくしてしまうことなく、設ける技術が求められる。例えば、特開平２−１３０８６０号公報（特許文献１）に記載された技術によれば、ＩＣ（集積回路：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップを封止しているパッケージを貫通する孔が設けられ、この孔に冷却剤が流される。当該公報によれば、これにより、冷却を効果的に行うことができると主張されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１３０８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パワーモジュールを効果的に冷却する技術のひとつとして、直接水冷技術が広く知られている。直接水冷技術においては、典型的には、パワーモジュールのヒートシンクが冷却水（水または水と不凍液との混合液）の流れによって直接に冷却される。上記公報に記載の技術において、封止材として樹脂が用いられ、かつ「冷却剤」として冷却水が用いられると、冷却水と樹脂とが接触することによって封止材に吸湿が生じる。その結果、パワーモジュール（半導体装置）の信頼性が悪化してしまう。また、仮に水を含まない冷却液が用いられる場合であっても、冷却液と樹脂との間で反応が生じる限り、信頼性が悪化し得る。【０００５】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い出力を有する半導体装置を、高い信頼性を確保しつつ小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、第１のヒートシンクと、第２のヒートシンクと、半導体素子と、第１の中空管と、封止材とを有している。第１のヒートシンクは、第１の内面と、第１の内面と反対の第１の外面とを有しており、第１の内面と第１の外面との間の第１の貫通孔を有している。第２のヒートシンクは、前記第１のヒートシンクの第１の内面との間に間隔を開けて配置された第２の内面と、第２の内面と反対の第２の外面とを有しており、第２の内面と第２の外面との間の第２の貫通孔を有している。半導体素子は、第１のヒートシンクの第１の内面と第２のヒートシンクの第２の内面との間の間隔内に配置されている。封止材は第１のヒートシンクの第１の内面と第２のヒートシンクの第２の内面との間の間隔内において半導体素子を封止している。第１の中空管は、第１のヒートシンクの第１の貫通孔と第２のヒートシンクの第２の貫通孔とをつないでおり、金属からなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属からなる第１の中空管によって互いに熱的に密に連結された第１のヒートシンクおよび第２のヒートシンクが冷却水によって冷却されることによって、高い冷却性能を得ることができる。よって、高い出力を有する半導体装置を動作させることができる。さらに、第１の中空管を冷却水の経路として用いることによって、第１のヒートシンクと第２のヒートシンクとの間の冷却水経路を、広い空間を占有することなく配置することができる。よって、半導体装置を小型化することができる。さらに、第１の中空管が金属からなることによって、冷却水が第１の中空管中に浸透して封止材へと達することが防止される。よって封止材が冷却水を吸収することに起因しての信頼性劣化を防止することができる。以上から、高い出力を有する半導体装置を、高い信頼性を確保しつつ小型化することができる。【０００８】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２の分解斜視図である。
【図４】図２の一部構成の図示が省略された斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】図６の一部構成の図示が省略された斜視図である。
【図８】図７の一部構成の図示が省略された斜視図である。
【図９】図８の一部構成の図示が省略された斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における中空管を概略的に示す斜視図である。
【図１１】図１０に示された中空管の取付方法を模式的に説明する断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１２の半導体装置が有する中空管を概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１３に示された中空管の取付方法を模式的に説明する断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の変形例における中空管の取付方法を模式的に説明する断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１８】図１７の変形例を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態６における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す平面図である。
【図２０】本発明の実施の形態７における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す断面図である。
【図２１】図２０の第１の変形例を示す断面図である。
【図２２】図２０の第２の変形例を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態８における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す平面図である。
【図２４】本発明の実施の形態９における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態１０における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す断面図である。
【図２６】図２５の変形例を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態１１における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態１２における中空管と第１および第２のヒートシンクとを模式的に示す断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態１２の第１の変形例における中空管と第１および第２のヒートシンクとの構成を説明する斜視図である。
【図３０】本発明の実施の形態１２の第１の変形例における中空管を模式的に示す部分断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態１２の第２の変形例における中空管の構成を説明する部分断面図である。
【図３２】本発明の実施の形態１３における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態１４における半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す平面図である。
【図３４】図３３の断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態１５おける半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３６】本発明の実施の形態１６おける半導体装置（パワーモジュール）の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３７】本発明の実施の形態１６における半導体装置（水冷モジュールユニット）の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１１】
＜実施の形態１＞
（構成の概要）
図１は、本実施の形態１における水冷モジュールユニット９０１（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。なお図１は簡略化して描かれており、封止材７０によって封止されている部材（後述する半導体素子など）の図示が省略されている。図２は、水冷モジュールユニット９０１の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、図２の分解斜視図である。図４は、図２の上部の図示が省略された斜視図である。
【００１２】
水冷モジュールユニット９０１は、パワーモジュール８０１（半導体装置）と、第１の水冷ジャケット９１と、第２の水冷ジャケット９２と、ボルト８０と、Ｏリング１００とを有している。パワーモジュール８０１の下面および上面のそれぞれには第１の水冷ジャケット９１および第２の水冷ジャケットが複数のボルト８０によって取り付けられている。第１の水冷ジャケット９１および第２の水冷ジャケット９２の各々と、パワーモジュール８０１との間には、水密性を高めるためにＯリング１００が配置されている。
【００１３】
パワーモジュール８０１は、第１のヒートシンク５１と、第２のヒートシンク５２と、中空管３０（第１の中空管）と、封止材７０と、ケース６０とを有している。ケース６０は、ボルト８０が通されるボルト孔８０Ｔを有している。ボルト８０は第２の水冷ジャケット９２を第１の水冷ジャケット９１に向かって押圧している。なおパワーモジュール８０１の詳しい構造は後述する。
【００１４】
第１のヒートシンク５１は、内面ＦＩ１（第１の内面）と、内面ＦＩ１と反対の外面ＦＯ１（第１の外面）とを有している。また第１のヒートシンク５１は内面ＦＩ１と外面ＦＯ１との間の貫通孔ＴＨ１（第１の貫通孔）を有している。第２のヒートシンク５２は、内面ＦＩ２（第２の内面）と、内面ＦＩ２と反対の外面ＦＯ２（第２の外面）とを有している。内面ＦＩ２は、第１のヒートシンク５１の内面ＦＩ１との間に間隔を開けて配置されている。第２のヒートシンク５２は内面ＦＩ２と外面ＦＯ２との間の貫通孔ＴＨ２（第２の貫通孔）を有している。
【００１５】
中空管３０は金属からなる。中空管３０は、厚み方向に延在することによって、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１と第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２とを互いにつないでいる。これにより、第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２とが熱的に密に連結される。中空管３０は、貫通孔ＴＨ１と貫通孔ＴＨ２とを互いにつなぐ空間ＳＰ０を有している。中空管３０は、筒形状を有する部分を含む。言い換えれば、中空管３０は、カラー（ｃｏｌｌａｒ）形状を有する部分を含む。
【００１６】
第１の水冷ジャケット９１は、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１につながる空間ＳＰ１（第１の空間）を有している。第２の水冷ジャケット９２は、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２につながる空間ＳＰ２（第２の空間）を有している。空間ＳＰ１と空間ＳＰ２とは互いに中空管３０内の空間ＳＰ０によってつながっている。第１の水冷ジャケット９１は、空間ＳＰ１にとっての開口ＯＰ１を有している。第２の水冷ジャケット９２は、空間ＳＰ２にとっての開口ＯＰ２を有している。この構成により、パワーモジュール８０１を冷却するための冷却水は、第１の水冷ジャケット９１の開口ＯＰ１から空間ＳＰ１内へ導入され（図１の矢印ＬＩ参照）、そして中空管３０内の空間ＳＰ０を経由して空間ＳＰ２へ導入され、そして第２の水冷ジャケット９２の開口ＯＰ２から排出される（図１の矢印ＬＯ参照）ことが可能である。冷却水が空間ＳＰ１から空間ＳＰ２へと流れる際に、冷却水と封止材７０との間は、金属からなる中空管３０によって隔てられている。よって封止材７０中へ水分が浸透することが避けられる。
【００１７】
（構成の詳細）
図５および図６のそれぞれは、パワーモジュール８０１の構成を模式的に示す断面図および斜視図である。図７は、図６の一部構成の図示が省略された斜視図である。図８は、図７の一部構成の図示が省略された斜視図である。図９は、図８の一部構成の図示が省略された斜視図である。パワーモジュール（半導体装置）８０１は、半導体素子７１０と、封止材７０と、中空管３０と、第１の絶縁板７３１と、第２の絶縁板７３３と、複数の電極７４０と、ケース６０と、回路パターン７３０と、導電体層７３２とを有している。
【００１８】
第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２の各々と中空管３０との間は、例えば、溶接または圧着によって接合されている。なお接合方法はこれに限定されるものではない。
【００１９】
中空管３０は、面内方向において、言い換えれば平面視において、楕円形状を有している。なお本明細書において、円は楕円の一種である。
【００２０】
封止材７０は、第１のヒートシンク５１の内面ＦＩ１と第２のヒートシンク５２の内面ＦＩ２との間の間隔内において半導体素子７１０を封止している。封止材７０は、中空管３０の側面に接していることが好ましく、ケース６０内かつ中空管３０外の空間を実質的に空洞なく充填していることがより好ましい。変形例として、ケース６０に対応する部分も封止材７０によって構成されることによってケース６０が省略されてもよい。
【００２１】
封止材７０は絶縁体からなる。封止材７０は、樹脂からなることが好ましく、モールド樹脂（トランスファーモールド技術に適した樹脂）からなることがより好ましい。言い換えれば、パワーモジュール８０１は、トランスファーモールド形パワーモジュール（Ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｍｏｌｄｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）であることが好ましい。モールド樹脂は、好ましくはエポキシ系樹脂である。トランスファーモールド形パワーモジュールの封止材７０は、通常、ゲルを含有せず、言い換えれば、非ゲルからなる。
【００２２】
第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンクのそれぞれは空間ＳＰ１および空間ＳＰ２へと露出されている。よって第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンクは、空間ＳＰ１および空間ＳＰ２を通る冷却水に接する。それに起因しての錆の発生を防止するために、これら表面に防錆処理が施されていることが好ましい。具体的には、防錆のためのめっき層が設けられていてよい。このめっき層は、例えば、ニッケル、クローム、またはスズからなる。
【００２３】
第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２は、高熱伝導材料（約１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料）からなることが好ましい。具体的には、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２は、金属からなることが好ましく、非鉄金属からなることがより好ましい。さらに、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２は、耐腐食性を有する材料からなることが好ましい。これらの条件を満たす材料として例えば、Ｃｕ（銅）、アルミニウム（Ａｌ）、もしくはＭｏ（モリブデン）などの金属、またはカーボンが用いられる。
【００２４】
第１のヒートシンク５１は、第１の絶縁板７３１の下面上にろう材７２１および導電体層７３２を介して配置されている。言いかえれば、第１のヒートシンク５１は、ろう材７２１によって、第１の絶縁板７３１に設けられた導電体層７３２に接合されている。変形例として、ろう材７２１が省略され、第１のヒートシンク５１と導電体層７３２とが直接に接合されてもよい。そのためには、例えば、固相拡散接合またはダイキャストが用いられる。また、さらに導電体層７３２も省略され、第１のヒートシンク５１と第１の絶縁板７３１とが直接接合されてもよい。
【００２５】
第２のヒートシンク５２は、第２の絶縁板７３３の上面上に配置されている。第２の絶縁板７３３は、第２のヒートシンク５２と半導体素子７１０または電極７４０との間を確実に絶縁する目的で用いられてよい。
【００２６】
第１の絶縁板７３１は、平面レイアウトにおいて貫通孔ＴＨ１に重なる貫通孔を有している。第２の絶縁板７３３は、平面レイアウトにおいて貫通孔ＴＨ２に重なる貫通孔を有している。第１の絶縁板７３１は第１のヒートシンク５１と半導体素子７１０との間に配置されている。第１の絶縁板７３１はセラミックスからなっていてよく、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる。あるいは、第１の絶縁板７３１は樹脂からなっていてよい。第１の絶縁板７３１は、半導体素子７１０を実装するための絶縁基板として用いられていてよい。具体的には、図５において、半導体素子７１０が、ろう材７２０および回路パターン７３０を介して、絶縁基板としての第１の絶縁板７３１に支持されていてよい。第２の絶縁板７３３は第２のヒートシンク５２と半導体素子７１０との間に配置されている。第２の絶縁板７３３はセラミックスからなっていてよく、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる。あるいは、第２の絶縁板７３３は樹脂からなっていてよい。
【００２７】
回路パターン７３０は、導電体からなり、例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）からなる。回路パターン７３０は、ろう材７２０によって半導体素子７１０の下面と接合されている。また回路パターン７３０は、異なる電位へのパスとしての機能を有している。
【００２８】
導電体層７３２は、例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）からなる。導電体層７３２の上面は第１の絶縁板７３１に接合されている。導電体層７３２の下面は、ろう材７２１によって第１のヒートシンク５１に接合されている。
【００２９】
半導体素子７１０は、第１のヒートシンク５１の内面ＦＩ１と第２のヒートシンク５２の内面ＦＩ２との間の間隔内に配置されている。半導体素子７１０は、平面レイアウトにおいてケース６０に囲まれている。半導体素子７１０の下面は、ろう材７２０によって回路パターン７３０に接合されている。パワーモジュール８０１が有する半導体素子７１０の数は任意である。半導体素子７１０は、パワー半導体素子であり、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属・酸化物・半導体・電界効果トランジスタ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または還流ダイオードである。半導体素子７１０は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる部分を有していてよい。言い換えれば、半導体素子７１０は炭化珪素半導体素子であってよい。パワーモジュール８０１が複数の半導体素子７１０を有する場合、図９に示されているように、平面レイアウトにおいて複数の半導体素子７１０の間に中空管３０が配置されていることが好ましい。
【００３０】
複数の電極７４０は、導電体からなり、例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）からなる。複数の電極７４０はケース６０へインサート成型されている電極を含んでいてよい。また複数の電極７４０は、ろう材７２０によって回路パターン７３０の上面に接合された電極を含んでいてよい。また複数の電極７４０は、外部配線とのパスとしての機能を有する電極を含んでいてよい。また複数の電極７４０は、ろう材７２２によって半導体素子７１０の上面に接合された電極、すなわちＤＬＢ（ダイレクトリード接合：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｌｅａｄ  Ｂｏｎｄ）電極、を含んでいてよい。ＤＬＢ電極の厚みは、周囲の他の部材（例えば、ワイヤボンド配線、第２の絶縁板７３３および第２のヒートシンク５２）との干渉を考慮して定められてよい。また、第１のヒートシンク５１、第２のヒートシンク５２、第１の絶縁板７３１および第２の絶縁板７３３の少なくともいずれかが、放熱性の向上または高さ合わせなどのために複数の電極７４０の一部と接触していてもよい。
【００３１】
第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２は共通の寸法を有していてもよい。第１の絶縁板７３１および第２の絶縁板７３３は共通の寸法を有していてもよい。
【００３２】
水冷モジュールユニット９０１は１つのパワーモジュール８０１を有しているが、変形例として、並列に配置された複数のパワーモジュール８０１を有していてもよい。
【００３３】
水冷モジュールユニット９０１の製造において、予めＯリング１００が取り付けられたパワーモジュール８０１に第１の水冷ジャケット９１が取り付けられてもよいし、予めＯリング１００が取り付けられた第１の水冷ジャケット９１にパワーモジュール８０１が取り付けられてもよい。同様に、予めＯリング１００が取り付けられたパワーモジュール８０１に第２の水冷ジャケット９２が取り付けられてもよいし、予めＯリング１００が取り付けられた第２の水冷ジャケット９２にパワーモジュール８０１が取り付けられてもよい。
【００３４】
（効果のまとめ）
本実施の形態（図１参照）によれば、金属からなる中空管３０によって互いに熱的に密に連結された第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２が冷却水によって冷却されることによって、高い冷却性能を得ることができる。具体的には、中空管３０が第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンクとの間で熱を拡散させる効果と、中空管３０自体が放熱する効果とによって、高い冷却性能を得ることができる。よって、高い出力を有するパワーモジュール８０１を動作させることができる。さらに、中空管３０を冷却水の経路として用いることによって、第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２との間の冷却水経路を、水冷モジュールユニット９０１において広い空間を占有することなく、配置することができる。よって、パワーモジュール８０１を小型化することができる。さらに、中空管３０が金属からなることによって、冷却水が中空管３０中に浸透して封止材へと達することが防止される。よって封止材７０が冷却水を吸収することに起因しての信頼性劣化を防止することができる。以上から、高い出力を有するパワーモジュール８０１を、高い信頼性を確保しつつ小型化することができる。
【００３５】
特に、封止材７０がエポキシ系樹脂からなる場合は、仮に中空管３０がなかったとすると、エポキシ樹脂への水分の浸透に起因しての信頼性劣化が懸念される。本実施の形態によれば、それを効果的に防止することができる。
【００３６】
仮に中空管３０による冷却水経路がなかったとすると、第１の空間ＳＰ１から第２の空間ＳＰ２への冷却水経路をパワーモジュール８０１の外部に有する水冷ジャケットが必要となる。その場合、冷却水の流れを考慮した複雑な設計が必要となり、その結果、水冷ジャケットが複雑な構造（例えば、フィン形状を有する構造）を必要とする。本実施の形態によれば、そのような複雑な構造が必要でなく、比較的単純な形状を有する第１の水冷ジャケット９１および第２の水冷ジャケット９２を用いることができる。これにより、水冷ジャケットを小型化することができる。
【００３７】
第１の絶縁板７３１（図５）がセラミックスからなる場合は、第１の絶縁板７３１が樹脂からなる場合に比して、第１の絶縁板７３１の剛性を高めることができる。これにより、熱に起因してのパワーモジュール８０１の変形が抑制される。よってパワーモジュール８０１の信頼性をより高めることができる。第２の絶縁板７３３についても同様である。
【００３８】
第１の絶縁板７３１（図５）が樹脂からなる場合は、第１の絶縁板７３１がセラミックスからなる場合に比して、貫通孔ＴＨ１の周りでの第１の絶縁板７３１のクラックの発生を抑制することができる。よってパワーモジュール８０１の信頼性をより高めることができる。第２の絶縁板７３３についても同様である。
【００３９】
中空管３０が楕円形状を有することに対応して、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１および第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２も楕円形状を有する。これにより、貫通孔ＴＨ１および貫通孔ＴＨ２は鋭利な角を有しない。よって貫通孔ＴＨ１および貫通孔ＴＨ２の周りでのクラックの発生を抑制することができる。よってパワーモジュール８０１の信頼性をより高めることができる。
【００４０】
半導体素子７１０は炭化珪素半導体素子であってよい。これによりパワーモジュール８０１を、より小型化することができる。
【００４１】
第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２がＣｕからなる場合、熱伝導性を特に高めることができる。第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２がＡｌからなる場合、重量を抑えることができる。第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２がＭｏからなる場合、熱変形が抑制されることによって信頼性がより向上する。なお、第１のヒートシンク５１の材料と、第２のヒートシンク５２の材料とは、同じであってもよく、異なってもよい。
【００４２】
＜実施の形態２＞
図１０は、本実施の形態２における中空管３１を概略的に示す斜視図である。図１１は、第１のヒートシンク５１ａへの中空管３１の取付方法を模式的に説明する断面図である。
【００４３】
本実施の形態２においては、中空管３０および第１のヒートシンク５１（図１：実施の形態１）のそれぞれに代わって、中空管３１および第１のヒートシンク５１ａが用いられる。図１１に示されているように、中空管３１と第１のヒートシンク５１ａとの間は、ろう材１０１を用いて接合される。この接合は、例えば、中空管３１が有する鍔部と、第１のヒートシンク５１ａのうち厚みが低減された部分との間で、ろう材１０１が潰されることによって得られる。鍔部には、ろう材１０１を配置するための溝が設けられていてよい。変形例として、溝が第１のヒートシンク５１ａに設けられていてもよい。また、ろう材１０１に代わってＯリングが用いられてもよい。水密性をさらに向上させるために、中空管３１の鍔部の外周と第１のヒートシンク５１ａとの間が溶接または圧接されてもよい。
【００４４】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４５】
＜実施の形態３＞
図１２は、本実施の形態３におけるパワーモジュール８０２（半導体装置）の構成を模式的に示す斜視図である。図１３は、パワーモジュール８０２が有する中空管３２を概略的に示す斜視図である。図１４は、中空管３２の取付方法を模式的に説明する断面図である。
【００４６】
本実施の形態３においては、中空管３０、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２（図１：実施の形態１）のそれぞれに代わって、中空管３２、第１のヒートシンク５１ａおよび第２のヒートシンク５２ａが用いられる。第１のヒートシンク５１ａは実施の形態２のものと同様である。第２のヒートシンク５２と第２のヒートシンク５２ａとの相違は、第１のヒートシンク５１と第１のヒートシンク５１ａとの相違とほぼ同様である。中空管３２は、おおよそ上下対称な部分３２ａおよび部分３２ｂが互いに溶接されることによって構成されている。言い換えれば、部分３２ａと部分３２ｂとの間が溶接層１３２ｗによって互いに接合されている。なお、部分３２ａと第１のヒートシンク５１ａとの接合方法は、実施の形態２と同様であってよい。部分３２ｂと第２のヒートシンク５２ａとの接合方法もこれと同様であってよい。
【００４７】
図１５は、変形例における中空管の取付方法を模式的に説明する断面図である。本変形例においては、部分３２ａおよび部分３２ｂ（図１４）のそれぞれに代わって、部分３３ａおよび部分３３ｂが用いられる。部分３３ａと部分３３ｂとの間で、ろう材１０１が潰されることによって、部分３３ａと部分３３ｂとが、水密性を確保しつつ互いに接合される。部分３３ａと部分３３ｂとが対向する箇所には、これらが互いに嵌合するための凹部および凸部が設けられている。この凹部内にろう材１０１が配置される。なお、ろう材１０１に代わってＯリングが用いられてもよい。
【００４８】
＜実施の形態４＞
図１６は、本実施の形態４におけるパワーモジュール８０３（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。パワーモジュール８０３は、高さ合わせのために、Ｃｕブロック７４２（金属ブロック）を電極７４０上に有している。これにより、電極７４０上にＣｕブロック７４２を介して第２の絶縁板７３３が配置されている。なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１から３の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４９】
＜実施の形態５＞
図１７は、本実施の形態５における水冷モジュールユニット９０２（半導体装置）の構成を模式的に示す斜視図である。水冷モジュールユニット９０２は、図中、第１の水冷ジャケット９１Ｍと、その上面および下面の各々に取り付けられたパワーモジュール８０１と、各々のパワーモジュール８０１に取り付けられた第２の水冷ジャケット９２とを有している。第１の水冷ジャケット９１Ｍの上面上においてパワーモジュール８０１および第２の水冷ジャケット９２によって構成されるユニットと、第１の水冷ジャケット９１Ｍの下面上においてパワーモジュール８０１および第２の水冷ジャケット９２によって構成されるユニットとは、上下対称の構造を有しいていてよい。第１の水冷ジャケット９１（図１：実施の形態１）は、上面に配置されたパワーモジュール８０１の貫通孔ＴＨ１につながる空間ＳＰ１を有しているが、第１の水冷ジャケット９１Ｍ（図１６）は、上面および下面の各々に配置されたパワーモジュール８０１の貫通孔ＴＨ１（図１６において図示せず）につながる空間を有している。この空間は開口ＯＰ１を有している。例えば、冷却水は、開口ＯＰ１から導入され、開口ＯＰ２の各々から排出される。なお冷却水の流れは逆であってもよい。
【００５０】
図１８は、変形例の水冷モジュールユニット９０３（半導体装置）を示す斜視図である。本変形例においては、水冷モジュールユニット９０１（図２：実施の形態１）におけるパワーモジュール８０１と第２の水冷ジャケットとの間に、第３の水冷ジャケット９３と、追加のパワーモジュール８０１とが配置されている。追加のパワーモジュール８０１は、第２の水冷ジャケット９２と第３の水冷ジャケット９３との間に配置されている。第３の水冷ジャケット９３は、その下面に取り付けられたパワーモジュールの貫通孔ＴＨ２（図１参照）と、その上面に取り付けられたパワーモジュールの貫通孔ＴＨ１（図１参照）とをつなぐ空間を有している。
【００５１】
本実施の形態またはその変形例によれば、複数のパワーモジュール８０１が厚み方向に積層された構造を得ることができる。なお、パワーモジュール８０１（実施の形態１または２）に代わってパワーモジュール８０２（実施の形態３）またはパワーモジュール８０３（実施の形態４）が用いられてよい。
【００５２】
＜実施の形態６＞
図１９は、本実施の形態６におけるパワーモジュール８０４（半導体装置）の構成を模式的に示す平面図である。パワーモジュール８０１（図１：実施の形態１）においては、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２のそれぞれに、１つの貫通孔ＴＨ１（第１の貫通孔）および1つの貫通孔ＴＨ２（第２の貫通孔）が設けられているが、パワーモジュール８０４においては、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２のそれぞれに、複数の貫通孔ＴＨ１および複数の貫通孔ＴＨ２（具体的には、図１９における貫通孔ＴＨ２ａ〜ＴＨ２ｃ）が設けられている。言い換えれば、パワーモジュール８０４においては、第１のヒートシンク５１（図１）は内面ＦＩ１と外面ＦＯ１との間に、貫通孔ＴＨ１（図１：実施の形態１）に加えてさらなる少なくとも１つの貫通孔（第３の貫通孔）を有しており、第２のヒートシンク５２は内面ＦＩ２と外面ＦＯ２との間にさらなる少なくとも１つの貫通孔（第４の貫通孔）を有している。
【００５３】
またパワーモジュール８０１（図１）においては、金属からなる１つの中空管３０が設けられているが、パワーモジュール８０４においては、金属からなる複数の中空管３０（具体的には、図１９における中空管３０ａ〜３０ｃ）が設けられている。言い換えれば、パワーモジュール８０４は、中空管３０（図１：実施の形態１）に加えてさらなる中空管（少なくとも１つの第２の中空管）を有している。このさらなる中空管は、第１のヒートシンク５１の上述したさらなる貫通孔（第３の貫通孔）と、第２のヒートシンク５２の上述したさらなる貫通孔（第４の貫通孔）とを互いにつないでいる。
【００５４】
なお、上記以外の構成については、前述したパワーモジュール８０１〜８０３の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５５】
本実施の形態によれば、中空管３０ａ（第１の中空管）に加えてさらに中空管３０ｂ（第２の中空管）が設けられる。これにより、中空管３０ａに加えて中空管３０ｂから冷却水へ放熱がなされ、また冷却水の圧力損失が抑制される。よって、より高い出力を有するパワーモジュール８０３を動作させることができる。なお図１９においては、複数の中空管３０として３つの中空管３０ａ〜３０ｃが設けられているが、複数の中空管３０の数は、２つ以上の任意の数であってよい。
【００５６】
＜実施の形態７＞
図２０は、本実施の形態７における水冷モジュールユニット９０４Ａ（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。水冷モジュールユニット９０４Ａは、パワーモジュール８０５Ａと、第１の水冷ジャケット９１Ａと、第２の水冷ジャケット９２Ａとを有している。パワーモジュール８０５Ａにおいて、第１のヒートシンク５１は内面ＦＩ１と外面ＦＯ１との間の貫通孔ＴＨ３（第３の貫通孔）を有しており、第２のヒートシンク５２は内面ＦＩ２と外面ＦＯ２との間の貫通孔ＴＨ４（第４の貫通孔）を有している。またパワーモジュール８０５Ａは、貫通孔ＴＨ３と貫通孔ＴＨ４とを互いにつなぎ、金属からなる中空管３０ｂを有している。第１の水冷ジャケット９１Ａは、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１につながる空間ＳＰ１（第１の空間）と、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ３につながる空間ＳＰ３（第２の空間）とを有しており、空間ＳＰ１と空間ＳＰ３とを隔てている。第２の水冷ジャケット９２Ａは、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２および貫通孔ＴＨ４につながる空間ＳＰ２（第２の空間）を有している。空間ＳＰ１および空間ＳＰ３のそれぞれは、開口ＯＰ１および開口ＯＰ２を有している。
【００５７】
なお、上記以外の構成については、水冷モジュールユニット９０１（図１：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５８】
本実施の形態によれば、第１の水冷ジャケット９１Ａは、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１につながる空間ＳＰ１と、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ３につながる空間ＳＰ３とを隔てている。これにより、第１の水冷ジャケット９１Ａ内で冷却水の流れ方向を規制することができる。よって、冷却水の経路の配置を、水冷モジュールユニット９０４Ａが取り付けられる環境に応じて最適化することが容易となる。よって、冷却水の流路の設計自由度が向上し、水冷モジュールユニット９０４Ａのユーザにとっての取扱い性が向上する。
【００５９】
（第１の変形例）
図２１は、第１の変形例の水冷モジュールユニット９０４Ｂ（半導体装置）を示す断面図である。水冷モジュールユニット９０４Ｂは、パワーモジュール８０５Ｂと、第１の水冷ジャケット９１Ｂと、第２の水冷ジャケット９２Ｂとを有している。パワーモジュール８０５Ｂにおいて、第１のヒートシンク５１は内面ＦＩ１と外面ＦＯ１との間の貫通孔ＴＨ３（第３の貫通孔）および貫通孔ＴＨ５を有しており、第２のヒートシンク５２は内面ＦＩ２と外面ＦＯ２との間の貫通孔ＴＨ４（第４の貫通孔）および貫通孔ＴＨ６を有している。またパワーモジュール８０５Ｂは、貫通孔ＴＨ３と貫通孔ＴＨ４とを互いにつなぎ金属からなる中空管３０ｂと、貫通孔ＴＨ５と貫通孔ＴＨ６とを互いにつなぎ金属からなる中空管３０ｃとを有している。
【００６０】
第１の水冷ジャケット９１Ｂは、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１につながる空間ＳＰ１（第１の空間）と、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ３および貫通孔ＴＨ５につながる空間ＳＰ３（第３の空間）とを有しており、空間ＳＰ１と空間ＳＰ３とを隔てている。第２の水冷ジャケット９２Ｂは、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２および貫通孔ＴＨ６につながる空間ＳＰ２（第２の空間）と、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ４につながる空間ＳＰ４（第４の空間）とを有しており、空間ＳＰ２と空間ＳＰ４とを隔てている。空間ＳＰ１および空間ＳＰ４のそれぞれは、開口ＯＰ１および開口ＯＰ２を有している。
【００６１】
本変形例によれば、第２の水冷ジャケット９２Ｂは、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２につながる空間ＳＰ２と、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ４につながる空間ＳＰ４とを隔てている。これにより、第１の水冷ジャケット９１Ｂ内だけでなく第２の水冷ジャケット９２Ｂ内でも冷却水の流れ方向を規制することができる。よって、冷却水の経路の配置を、水冷モジュールユニット９０４Ｂが取り付けられる環境に応じて最適化することが容易となる。よって、冷却水の流路の設計自由度が向上し、水冷モジュールユニット９０４Ａのユーザにとっての取扱い性が向上する。
【００６２】
（第２の変形例）
図２２は、第２の変形例の水冷モジュールユニット９０４Ｃ（半導体装置）を示す断面図である。水冷モジュールユニット９０４Ｃは、パワーモジュール８０５Ｃと、第１の水冷ジャケット９１Ｃと、第２の水冷ジャケット９２Ｃとを有している。パワーモジュール８０５Ｃにおいて、第１のヒートシンク５１は内面ＦＩ１と外面ＦＯ１との間の貫通孔ＴＨ３（第３の貫通孔）および貫通孔ＴＨ５を有しており、第２のヒートシンク５２は内面ＦＩ２と外面ＦＯ２との間の貫通孔ＴＨ４（第４の貫通孔）および貫通孔ＴＨ６を有している。またパワーモジュール８０５Ｃは、貫通孔ＴＨ３と貫通孔ＴＨ４とを互いにつなぎ金属からなる中空管３０ｂと、貫通孔ＴＨ５と貫通孔ＴＨ６とを互いにつなぎ金属からなる中空管３０ｃとを有している。
【００６３】
第１の水冷ジャケット９１Ｃは、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１につながる空間ＳＰ１（第１の空間）と、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ３につながる空間ＳＰ３（第３の空間）と、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ５につながる空間ＳＰ５とを有している。第１の水冷ジャケット９１Ｃは、空間ＳＰ１と、空間ＳＰ３および空間ＳＰ５の各々とを隔てている。また第１の水冷ジャケット９１Ｃは空間ＳＰ３と空間ＳＰ５とを隔てていてよい。第２の水冷ジャケット９２Ｃは、第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２、貫通孔ＴＨ４および貫通孔ＴＨ６につながる空間ＳＰ２（第２の空間）を有している。空間ＳＰ１は開口ＯＰ１を有している。空間ＳＰ３および空間ＳＰ５の各々は開口ＯＰ２を有している。
【００６４】
＜実施の形態８＞
図２３は、本実施の形態８におけるパワーモジュール８０６（半導体装置）の構成を模式的に示す平面図である。パワーモジュール８０６は中空管３４（第１の中空管）を有している。中空管３４は、面内方向において（言い換えれば、図２３に示された平面視において）、多角形形状を有している。多角形は、例えば、四角形、三角形、または台形である。なお、これ以外の構成については、パワーモジュール８０１（図６：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６５】
中空管３４が多角形形状を有することによって、第１のヒートシンク５１の貫通孔ＴＨ１（図２３において図示せず）、および第２のヒートシンク５２の貫通孔ＴＨ２も、多角形形状を有する。これにより、貫通孔ＴＨ１および貫通孔ＴＨ２が、直線的な辺を有する。よってこの辺に沿って半導体素子７１０（図９参照）を効率的に配置することができる。よって、パワーモジュールをより小型化することができる。また、上記のような配置が特に求められない場合であっても、中空管の形状が楕円形状に限定される場合に比して、設計自由度が向上する。
【００６６】
＜実施の形態９＞
図２４は、本実施の形態９における水冷モジュールユニット９０５（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。水冷モジュールユニット９０５はパワーモジュール８０７（半導体装置）を有している。パワーモジュール８０７は、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２上に、フィン構造５５を有している。フィン構造は、例えば、ピン状、波形状、または柱状である。変形例として、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２の一方のみの上にフィン構造５５が設けられてもよい。なお、これ以外の構成については、水冷モジュールユニット９０１（図１：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。本実施の形態によれば、フィン構造が設けられることによって、冷却水との接触面積が増加する。これにより冷却性能がより向上する。
【００６７】
＜実施の形態１０＞
図２５は、本実施の形態１０における水冷モジュールユニット９０６（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。水冷モジュールユニット９０６はパワーモジュール８０８（半導体装置）を有している。パワーモジュール８０８は第１のヒートシンク５１Ｔおよび第２のヒートシンク５２Ｔを有している。第１のヒートシンク５１Ｔの外面ＦＯ１は、貫通孔ＴＨ１に向かってのテーパ形状を有する空間ＳＰ１をなしている。第２のヒートシンク５２Ｔの外面ＦＯ２は、貫通孔ＴＨ２に向かってのテーパ形状を有する空間ＳＰ２をなしている。なお、これ以外の構成については、水冷モジュールユニット９０１（図１：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６８】
図２６は、変形例の水冷モジュールユニット９０６Ｖ（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。本変形例においては、水冷モジュールユニット９０６は、実施の形態１と同様、平坦な外面ＦＯ２を有する第２のヒートシンク５２を含む。これ以外は上記水冷モジュールユニット９０６（図２５）と同様である。
【００６９】
本実施の形態またはその変形例によれば、第１のヒートシンク５１Ｔの外面ＦＯ１は、貫通孔ＴＨ１に向かってのテーパ形状を有する空間をなしている。これにより、第１のヒートシンク５１Ｔからの放熱が促進され、また冷却水の圧力損失が抑制される。よって、より高い出力を有するパワーモジュール８０８を動作させることができる。
【００７０】
＜実施の形態１１＞
図２７は、本実施の形態１１における水冷モジュールユニット９０７（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。水冷モジュールユニット９０７はパワーモジュール８０９（半導体装置）を有している。パワーモジュール８０９は中空管３０Ｔ（第１の中空管）を有している。中空管３０Ｔは、テーパ状の内部空間を有している。なお、これ以外の構成については、水冷モジュールユニット９０１（図１：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。本実施の形態によれば、中空管３０Ｔがテーパ状の内部空間を有している。これにより、中空管３０Ｔからの放熱が促進され、また冷却水の圧力損失が抑制される。よって、より高い出力を有するパワーモジュール８０９を動作させることができる。
【００７１】
＜実施の形態１２＞
図２８は、本実施の形態１２における中空管３０Ｅ（第１の中空管）と、第１のヒートシンク５１と、第２のヒートシンク５２とを模式的に示す断面図である。中空管３０Ｅと第１のヒートシンク５１との間は、均一な材料で連続的につながっている。言い換えれば、中空管３０Ｅおよび第１のヒートシンク５１は一体化されている。中空管３０Ｅと第２のヒートシンク５２とは、例えば、溶接層１５２Ｗによって接合されていてよい。なおこれら以外の構成については、水冷モジュールユニット９０１（図１：実施の形態１）とほぼ同じであるため、その説明を繰り返さない。本実施の形態によれば、中空管３０Ｅと第１のヒートシンク５１との間を接続するための部材（例えば、ろう材（図１１：実施の形態２））を省略することができる。よって、性能を保ちつつ、部品点数を削減することができる。
【００７２】
図２９は、第１の変形例における中空管３５（第１の中空管）と、第１のヒートシンク５１と、第２のヒートシンク５２との構成を説明する斜視図である。中空管３５は部分３５ａおよび部分３５ｂを有している。部分３５ａと第１のヒートシンク５１との間は、均一な材料で連続的につながっている。部分３５ｂと第２のヒートシンク５２との間は、均一な材料で連続的につながっている。
【００７３】
図３０は、部分３５ａと部分３５ｂとの境界近傍を示す模式的に示す部分断面図である。部分３５ａと部分３５ｂとは、溶接層３５Ｗによって互いに接合されていてよい。
【００７４】
図３１は、第２の変形例における中空管の構成を説明する部分断面図である。本変形例においては、上述した部分３５ａおよび部分３５ｂ（図３０）のそれぞれに代わって、部分３６ａおよび３６ｂが用いられている。部分３６ａと部分３６ｂとが対向する箇所には、これらが互いに嵌合するための凹部および凸部が設けられている。この凹部内にろう材１０１が配置されている。なお、ろう材１０１に代わってＯリングが用いられてもよい。あるいは、圧着が行われてもよい。
【００７５】
＜実施の形態１３＞
図３２は、本実施の形態１３におけるパワーモジュール８１０（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。パワーモジュール８１０は第２のヒートシンク５２Ｌを有している。第２のヒートシンク５２Ｌは、第１のヒートシンク５１の方へ延びる脚ＬＧを有している。これにより第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２Ｌは互いに接している。脚ＬＧは、第２のヒートシンク５２Ｌの外周に配置されていることが好ましい。また脚ＬＧは、平面レイアウトとして、枠状であることが好ましい。
【００７６】
本実施の形態によれば、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２Ｌは互いに接している。これにより、第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２Ｌとの間での熱拡散が促進される。よって第１のヒートシンク５１および第２のヒートシンク５２Ｌ全体としての放熱性能を高めることができる。よって、より高い出力を有するパワーモジュール８１０を動作させることができる。また、製造時に、第１のヒートシンク５１と第２のヒートシンク５２Ｌとの相対位置を容易に定めることができる。これにより、アセンブリ性が向上する。
【００７７】
＜実施の形態１４＞
図３３は、本実施の形態１４におけるパワーモジュール８１１（半導体装置）の構成を模式的に示す平面図である。図３４はパワーモジュール８１１の断面図である。パワーモジュール８１１は中空管３７（第１の中空管）を有している。中空管３７は、凹凸構造が設けられた内壁を有している。なお、これ以外の構成については、パワーモジュール８０１（図６：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。本実施の形態によれば、中空管３７による放熱性能を高めることができる。よって、より高い出力を有するパワーモジュール８１１を動作させることができる。
【００７８】
＜実施の形態１５＞
図３５は、本実施の形態１５おけるパワーモジュール８１３（半導体装置）の構成を模式的に示す斜視図である。パワーモジュール８１３はケース６０Ａを有している。ケース６０Ａは、各ボルト８０（図３参照）の周囲を部分的にのみ囲むことになる切欠８０Ｈを有している。切欠８０Ｈは、ボルト孔８０Ｔ（図６：実施の形態１）と異なり、ケース側面に開放されている。例えば、切欠８０Ｈは、平面視において円弧状の形状を有している。なお、これ以外の構成については、パワーモジュール８０１（図６：実施の形態１）とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００７９】
本実施の形態によれば、各ボルト８０（図３参照）の周囲を部分的にのみ囲むことになる切欠８０Ｈを有している。これにより、ボルト孔８０Ｔを有するケース６０に比して、より小さなケース６０Ａを用いることができる。よってパワーモジュール８１３をより小型化することができる。
【００８０】
＜実施の形態１６＞
図３６は、本実施の形態１６おけるパワーモジュール８１４（半導体装置）の構成を模式的に示す斜視図である。パワーモジュール８１４はケース６０Ｂを有している。ケース６０Ｂは、ボルト孔８０Ｔ（図１および図６：実施の形態１）および切欠８０Ｈ（図３５：実施の形態１５）のいずれも有していない。これにより、上記実施の形態１５に比して、さらに小さなケース６０Ｂを得ることができる。
【００８１】
図３７は、本実施の形態１６における水冷モジュールユニット９０８（半導体装置）の構成を模式的に示す断面図である。水冷モジュールユニット９０８においては、ボルト８０（図１：実施の形態１）を用いることなく第１の水冷ジャケット９１Ｃおよび第２の水冷ジャケット９２Ｃが取り付けられている。具体的には、第１のヒートシンク５１が第１の水冷ジャケット９１Ｃに接合されることによって第１のヒートシンク５１が第１の水冷ジャケット９１Ｃに固定されている。また第２のヒートシンク５２が第２の水冷ジャケット９２Ｃに接合されることによって第２のヒートシンク５２が第２の水冷ジャケット９２Ｃに固定されている。この接合は、例えば、接着剤１２０を用いて行われる。接着剤１２０を用いる代わりに溶接が用いられてもよい。
【００８２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００８３】
ＦＩ１  内面（第１の内面）、ＦＩ２  内面（第２の内面）、ＦＯ１  外面（第１の外面）、ＦＯ２  外面（第２の外面）、ＬＧ  脚、ＴＨ１  貫通孔（第１の貫通孔）、ＴＨ２  貫通孔（第２の貫通孔）、ＴＨ３  貫通孔（第３の貫通孔）、ＴＨ４  貫通孔（第４の貫通孔）、ＴＨ５，ＴＨ６  貫通孔、８０Ｈ  切欠、８０Ｔ  ボルト孔、ＯＰ１，ＯＰ２  開口、ＳＰ０  空間、ＳＰ１  空間（第１の空間）、ＳＰ２  空間（第２の空間）、ＳＰ３  空間（第３の空間）、ＳＰ４  空間（第４の空間）、ＳＰ５  空間、３０，３０ａ〜３０ｃ，３０Ｅ，３０Ｔ，３１，３２，３４，３５，３７  中空管、３５Ｗ，１３２ｗ，１５２Ｗ  溶接層、７４０  電極、５１，５１Ｔ，５１ａ  第１のヒートシンク、５２，５２ａ，５２Ｌ，５２Ｔ  第２のヒートシンク、５５  フィン構造、６０，６０Ａ，６０Ｂ  ケース、７０  封止材、８０  ボルト、９１，９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｍ  第１の水冷ジャケット、９２，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ  第２の水冷ジャケット、９３  第３の水冷ジャケット、１００  Ｏリング、１２０  接着剤、７１０  半導体素子、７３０  回路パターン、７３１  第１の絶縁板、７３２  導電体層、７３３  第２の絶縁板、７４２  Ｃｕブロック（金属ブロック）、８０１〜８０４，８０５Ａ〜８０５Ｃ，８０６〜８１１，８１３，８１４  パワーモジュール（半導体装置）、９０１〜９０３，９０４Ａ〜９０４Ｃ，９０５，９０６，９０６Ｖ，９０７，９０８  水冷モジュールユニット（半導体装置）。
【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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【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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