CN111373528A - 半导体装置、功率模块和电源装置 - Google Patents

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Abstract

半导体装置(2)具备：具有在工作状态发热的半导体设备的热源(8)(TS)、与热源(8)(TS)热连接且在与热源的相反方向上具有空间的热扩散部(10)以及配置在热扩散部(10)的空间内、一端与热扩散部连接的多个风冷散热片部(161·162·163·…·16n)，进而具备与热扩散部(10)连接的基座部(14)，多个风冷散热片部(161·162·163·…·16n)经由多个热接触部CP1·CP2·CP3·…·CPn与基座部(14)连接。本发明提供一种风冷式的高散热性能且能够轻量化的半导体装置、功率模块和电源装置。

Description

半导体装置、功率模块和电源装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置、功率模块和电源装置。
背景技术
作为功率模块之一，以往已知有在绝缘栅双极晶体管(IGBT：Insulated GateBipolar Transistor)这样的具有功率元件(芯片)的半导体设备的外围用树脂铸型而成的功率模块。
在工作状态下，由于半导体设备会发热，因此，一般要在基板的背面侧配置散热器、散热片等散热器件来散热从而冷却半导体设备。
近年来，电子材料的发热密度上升成为问题。与之相伴，为了将部件的接合温度Tj抑制在设计值以内，希望提高冷却器的性能。例如，在电动汽车的电力转换部所使用的功率模块中，冷却器以使用水冷式冷却器为主流。但是，水冷方式中需要储存致冷剂的罐、输送水的泵等，就冷却系统整体来看，系统复杂且巨大，因而变得重量大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-033799号公报
专利文献2：日本特开2009-277699号公报
专利文献3：日本特开2001-223308号公报
发明内容
发明要解决的课题
本实施方式提供一种风冷式的高散热性能且能够轻量化的半导体装置、功率模块和电源装置。
解决课题的方法
根据本实施方式的一个形态，提供一种半导体装置，具备：具有在工作状态发热的半导体设备的热源、与上述热源热连接且在与上述热源的相反方向具有空间的热扩散部以及配置在上述热扩散部的上述空间内且一端与上述热扩散部连接的多个散热片部。
根据本实施方式的其他形态，提供一种半导体装置，具备由在工作状态发热的半导体设备形成的热源、与上述热源热连接的热扩散部以及与上述热扩散部连接的多个散热部，上述热扩散部在空间上包含上述散热部。
根据本实施方式其他形态，提供一种功率模块，上述半导体设备具有一合一模块、二合一模块、四合一模块、六合一模块、七合一模块、八合一模块、十二合一模块或十四合一模块中的任一种的构成。
根据本实施方式的其他形态，提供一种电源装置，使用上述半导体装置或功率模块来将输入电压转换并输出。
发明效果
根据本实施方式，能够提供风冷式的高散热性能且能够轻量化的半导体装置、功率模块和电源装置。
附图说明
[图1]是说明来自功率模块(Power Module，以下表示为PM)的产生热移动的情况的概念图。
[图2]是因不同的冷却方法而产生的热传输能力的比较图。
[图3]是本实施方式涉及的半导体装置的示意性构成图。
[图4]是在本实施方式涉及的半导体装置中，设置有使用高热传导材料使热扩散的热扩散部和风冷散热片部的热接触空间部的构成的示意性截面图。
[图5]是说明本实施方式涉及的半导体装置中，使风冷散热片部与热扩散部在多个位置热接触来实现低热阻化的构成的热阻回路的示意性结构图。
[图6]是第一实施方式涉及的半导体装置的示意性截面结构图。
[图7]是第二实施方式涉及的半导体装置的示意性截面结构图。
[图8]是第三实施方式涉及的半导体装置的示意性截面结构图。
[图9]是第四实施方式涉及的半导体装置的示意性截面结构图。
[图10]是本实施方式涉及的半导体装置中、热流体模拟计算评价方法的说明图。
[图11]是本实施方式涉及的半导体装置中，适用于热流体模拟的各构成材料的说明图。
[图12]是本实施方式涉及的半导体装置中，(a)1片风冷散热片部的等价热阻的说明图，(b)1片风冷散热片部的等价热阻回路构成图。
[图13]是本实施方式涉及的半导体装置中，(a)3片风冷散热片部的等价热阻的说明图，(b)3片风冷散热片部的等价热阻回路构成图。
[图14]是本实施方式涉及的半导体装置中，将基座部与风冷散热片部为相同材料时的材料作为参数的热阻Rth(fin)(K/W)与风冷散热片长LF(mm)的关系的模拟结果。
[图15]是本实施方式涉及的半导体装置中，将基座部与风冷散热片部为相同材料时的材料作为参数的RATIO与风冷散热片长LF(mm)的关系的模拟结果。
[图16]是本实施方式涉及的半导体装置中，(a)基座部与风冷散热片部为相同材料时的示意性构成图，(b)基座部与风冷散热片部为不同材料时的示意性构成图，(c)显示石墨、铜、铝、合金、铁的各材料性能一览的图。
[图17]是本实施方式涉及的半导体装置中，基座部与风冷散热片部为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝80mm)。
[图18]是本实施方式涉及的半导体装置中，基座部与风冷散热片部为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝40mm)。
[图19]是本实施方式涉及的半导体装置中，基座部与风冷散热片部为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝20mm)。
[图20]是本实施方式涉及的半导体装置中，基座部与风冷散热片部为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝10mm)。
[图21]是本实施方式涉及的半导体装置中，(a)基座部-风冷散热片部为Cu-Cu、Cu-Gr、Al-Gr、合金-Gr、铁-Gr时的RATIO与热阻的模拟结果(风冷散热片长LF＝80mm)，(b)基座部-风冷散热片部为Cu-Cu、Cu-Gr、Al-Gr、合金-Gr、铁-Gr时的RATIO与热阻的模拟结果(风冷散热片长LF＝10mm)。
[图22]是本实施方式涉及的半导体装置中，(a)以风冷散热片长LF作为参数的热阻与散热片张数的关系的模拟结果，(b)以风冷散热片长LF作为参数的RATIO与散热片张数的关系的模拟结果。
[图23]是第五实施方式涉及的半导体装置的示意性截面结构图。
[图24]是第六实施方式涉及的半导体装置的示意性截面结构图。
[图25]是本实施方式涉及的SiC PM(2in 1)8，(a)是搭载于本实施方式涉及的半导体装置上的概观构成图，(b)是从图25(a)中箭头A方向看去的正面图，(c)俯视图。
[图26]是本实施方式涉及的半导体装置中搭载SiC PM的构成例的示意性截面结构图。
[图27]是本实施方式涉及的SiC PM(2in 1)的组装方法，(a)是将SiC PM安装于均热板的工序图，(b)是将风冷散热片部安装于均热板的工序图，(c)是安装散热片的工序图。
[图28]是本实施方式涉及的SiC PM(6in 1)，是搭载于本实施方式涉及的半导体装置的概观图构成图，(b)侧面图，(c)俯视图。
[图29]是本实施方式涉及的SiC PM(6in 1)的组装方法，(a)是将SiC PM安装于均热板的工序图，(b)是将风冷散热片部安装于均热板的工序图，(c)是安装散热片的工序图。
[图30]是本实施方式涉及的SiC PM(6in 1)的另一构成例的示意性截面结构图。
[图31]是能够适应于本实施方式涉及的半导体装置的均热板，(a)是上部容器的概观图，(b)下部容器的概观图，(c)工作原理的说明图。
[图32]是构成能够适用于本实施方式涉及的半导体装置的石墨基板的石墨板(石墨片)的层叠结构的示意性概观结构图。
[图33]是能够适用于本实施方式涉及的半导体装置的石墨基板的一例，(a)是例示XY取向的石墨基板的适用例的示意性概观构成图，(b)是例示XZ取向的石墨基板的适用例的示意性概观构成图，(c)是将XY取向的石墨基板90°旋转而得到XZ取向的石墨基板的情况的说明图。
[图34]是比较例涉及的冷却器的效果验证模拟结果。
[图35]是本实施方式(Cu)涉及的半导体装置的效果验证模拟结果。
[图36]是本实施方式(CuVC)涉及的半导体装置的效果验证模拟结果。
[图37]是比较例1、比较例2、实施方式(Cu)、实施方式(CuVC)涉及的半导体装置的热阻Rth(fin)的模拟结果。
[图38]是搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM，是一合一(1in 1)模块的SiCMOSFET的示意性回路表现图。
[图39]是搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM，是1in 1模块的SiC MOSFET(Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)的详细回路表现图。
[图40]是搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM，是二合一(2in 1)模块的SiCMOSFET的示意性回路表现图。
[图41]是能够适用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备的例子，是包括源极电极SP、栅极电极GP的SiC MOSFET的示意性截面结构图。
[图42]是能够适用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备的例子，是包括发射极电极EP、栅极电极GP的IGBT的示意性截面结构图。
[图43]是能够适用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备的例子，是SiC DI(Double Implanted，双重注入)MOSFET的示意性截面结构图。
[图44]是能够适用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备的例子，是SiC T(Trench，沟槽)MOSFET的示意性截面结构图。
[图45]是使用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM而构成的3相交流逆变器的电路构成中，作为半导体设备适用SiC MOSFET并在电源端子PL和接地端子NL之间连接缓冲电容器的电路构成例。
[图46]是使用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM构成的3相交流逆变器的电路构成中，作为半导体设备适用SiC MOSFET的3相交流逆变器的电路构成图。
具体实施方式
接下来，参照附图，对本实施方式进行说明。在以下说明的附图的记载中，对相同或类似的部分赋予相同或类似的符号。但是，应注意附图仅为示意性的图，各构成部件的厚度和平面尺寸的关系等与实际不同。因此，具体的厚度、尺寸应参考以下的说明来判断。此外，彼此附图之间也当然包括相互尺寸的关系、比率不同的部分。
此外，以下所示的实施方式是对用于将技术思想具体化的装置、方法的例示，各构成部件的材质、形状、结构、配置等没有特别限定。本实施方式可以在专利的权利要求的范围内进行各种变更。
[第一实施方式]
(基本技术)
如图1所示，表示对来自PM80的产生热移动的状况进行说明的概念图。PM80搭载于冷却器90上。冷却器90配置在致冷剂28中。致冷剂28在水冷的情形下为水，在空冷的情形下为空气。
PM80具有成为在工作状态发热的热源(Thermal Source，以下表示为TS)的半导体设备Q20。半导体设备Q20，例如，配置在陶瓷绝缘基板上。陶瓷绝缘基板，例如，可以由DBC(Direct Bonding Copper，陶瓷覆铜板)基板形成。图1的例子中，陶瓷绝缘基板具有陶瓷基板21、陶瓷基板21的表面电极层23和陶瓷基板21的背面电极层22，半导体设备Q20例如通过银烧成层27接合到表面电极层23上。此外，背面电极层22经由热传导层25与冷却器90连接。半导体设备Q20，例如，还可以具有IGBT、二极管、Si系MOSFET、SiC系MOSFET、GaN系FET中的任一者。热传导层25，例如，还可以具有热传导片层、焊锡层或银烧成层中的任一者。此外，PM80由有机硅树脂、聚酰亚胺树脂等铸型树脂层300树脂成型。
来自成为在工作状态发热的热源TS的半导体设备Q20产生的热，如粗箭头所示，经由银烧成层27、陶瓷绝缘基板(23/21/22)、热传导层25传输至冷却器90。进而，如细箭头所示，从冷却器90传输至水或空气等致冷剂28。
这里，将从半导体设备Q20直至致冷剂28的热阻Rja由热传导部TC的热阻和热传输部TT的热阻的总和来表示。
热传导部TC的热阻是PM80的热阻，用t/λA来表示。t表示热传导部TC的厚度，λ表示热传导部TC的热传导率，A表示传热面积。
热传输部TT的热阻是冷却器90的热阻，用1/HA来表示。H表示冷却器90的热传输系数。
热阻Rja用(1)式来表示。即，
Rja＝t/λA+1/HA (1)
水冷方式中，与热传导部TC的热阻相比，热传输部TT的热阻较低，但空冷方式中，热传导部TC的热阻与热传输部TT的热阻为相同程度，成为整体的热阻Rja的约50％左右。
这里，如图2所示表示因不同冷却方法的热传输能力的比较。
在致冷剂28为空气的空冷方式时，热传输率为数(W/m2·K)～数100(W/m2·K)。在致冷剂28为水的水冷方式时，热传输率为数10(W/m2·K)～数1000(W/m2·K)。空冷方式与水冷方式相比，热传输的效率差，冷却能力相对较低。此外，水冷方式中，因需要使水循环因而冷却系统整体上变得复杂。另一方面，空冷方式中，由于能大幅度简化使致冷剂循环的机构，因而与水冷方式相比系统能够简单化。因此，为了使冷却系统简单化，希望是空冷方式且在热传输部产生的热阻值与水冷方式为相同程度的冷却器。
图3所示的本实施方式涉及的半导体装置2具有热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10、与热扩散部10连接的基座部14以及经由热接触部CP1、CP2、CP3、…、CPn与基座部14连接的风冷散热片部161、162、163、…、16n。热接触部CP存在多个，基座部14在各个热接触部CP1、CP2、CP3、…、CPn与风冷散热片部161、162、163、…、16n连接。
此外，图4所示的本实施方式涉及的半导体装置2还可以具有热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10以及风冷散热片部(省略图示)的与热扩散部10的热接触空间部SPACE。
热扩散部10具有高热传导的材料，能够使热扩散。热扩散部10例如能够由铜(Cu)来作为高热传导的材料来形成，此外，热扩散部10还可以是使用均热板。热扩散部10与风冷散热片部(省略图示)通过热接触部CP来连接。
本实施方式涉及的半导体装置2具有使用高热传导的材料来使热扩散的热扩散部10、以及热扩散部10与风冷散热片部(省略图示)的热接触空间SPACE，由于风冷散热片部在多个位置与热扩散部10热接触，因而能够实现冷却器的低热阻化。
本实施方式涉及的半导体装置2中，多个风冷散热片部161、162、163、…、16n在多个热接触部CP1、CP2、CP3、…、CPn与热扩散部10热接触从而实现低热阻化，如图5中所示表示对这样的构成进行说明的热阻回路的示意性构成。
本实施方式涉及的半导体装置2具有使用高热传导的材料来使热扩散的热扩散部10、与热扩散部10连接的基座部14、以及使基座部14和多个风冷散热片部161、162、163、…、16n在多个位置热接触的热接触部CP1、CP2、CP3、…、CPn，由于多个风冷散热片部161、162、163、…、16n经由基座部14在多个位置与热扩散部10热接触，因而可以实现冷却器的低热阻化。
[第一实施方式的构成]
如图6所示表示第一实施方式涉及的半导体装置2的示意性截面结构。
具有图6中所示的第一实施方式涉及的冷却器的半导体装置2双系统地具有散热部6。
如图6所示，第一实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10以及与热扩散部10连接的多个风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、16FB1·16FB2·16FB3·…·16FBm。
此外，具有经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接的基座部14PA·14PB。热传导层12SA·12SB，例如，可以是热传导片层、焊锡层。此外，多个风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、16FB1·16FB2·16FB3·…·16FBm经由多个热接触部与基座部14PA·14PB连接。
此外，具有被热扩散部10和多个风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、16FB1·16FB2·16FB3·…·16FBm包围的、热扩散部10与多个风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、16FB1·16FB2·16FB3·…·16FBm的热接触空间部OA。这里，热接触空间部OA可以是自然空冷或强制空冷的空气层。
进而，还可以具有与外部空间的开口部AP。此外，只要是确保空气流通的结构，也可以不设置开口部AP。
此外，热扩散部10只要是使用高热传导的材料能够有效地使热扩散即可。例如，还可以具有铜(Cu)或均热板。
此外，基座部14PA·14PB可以与风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、16FB1·16FB2·16FB3·…·16FBm由相同材料构成，也可以由相互不同的材料构成。
此外，热扩散部10或基座部14PA·14PB还可以具有具备各向异性的热传导率的石墨基板。即，热扩散部10或基座部14PA·14PB还可以通过将石墨基板配置在石墨基板的热传导率相对较高的取向方向上，从而有效地利用石墨基板的各向异性的热传导率。
[第二实施方式]
如图7所示表示第二实施方式涉及的半导体装置2的示意性截面结构。
如图7所示，第二实施方式涉及的半导体装置2双系统地具有散热部6。
图7中所示的第二实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10以及与热扩散部10连接的多个风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、17FB1·17FB2·17FB3·…·17FBm。
此外，具有经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接的基座部14PA·15PB。热传导层12SA·12SB，例如，可以是热传导片层、焊锡层。此外，多个风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16FAm、17FB1·17FB2·17FB3·…·17FBm经由多个热接触部与基座部14PA·15PB连接。
第二实施方式涉及的半导体装置2中，基座部14PA与风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16Fam由相同材料构成。此外，基座部14PB与风冷散热片部17FB1·17FB2·17FB3·…·17FBm由相同材料构成。
另一方面，基座部14PA与基座部14PB由相互不同的材料构成，风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16Fam与风冷散热片部17FB1·17FB2·17FB3·…·17FBm由相互不同的材料构成。
例如，基座部14PA可以由相对较低的热传导的材料构成，基座部14PB可以由相对较高的热传导的材料构成。同样地，风冷散热片部16FA1·16FA2·16FA3·…·16Fam可以由相对较低的热传导的材料构成，风冷散热片部17FB1·17FB2·17FB3·…·17FBm可以由相对较高的热传导的材料构成。其他的构成与第一实施方式涉及的半导体装置相同。
[第三实施方式]
如图8所示表示第三实施方式涉及的半导体装置2的示意性截面结构。
如图8所示，第三实施方式涉及的半导体装置2双系统地具有散热部6。
图8所示的第三实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10以及与热扩散部10连接的多个风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS、16FB1L·16FB2L·16FB3L·…·16FBmL。
此外，具有经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接的基座部14PA·14PB。热传导层12SA·12SB，例如，可以是热传导片层、焊锡层。此外，多个风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS、16FB1L·16FB2L·16FB3L·…·16FBmL经由多个热接触部与基座部14PA·14PB连接。
此外，基座部14PA·14PB与风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS、16FB1L·16FB2L·16FB3L·…·16FBmL由相同材料构成。
第三实施方式涉及的半导体装置2中，风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS的长度与风冷散热片部16FB1L·16FB2L·16FB3L·…·16FBmL的长度相比，构成为相对较短。其他的构成与第一实施方式涉及的半导体装置相同。
[第四实施方式]
如图9所示表示第四实施方式涉及的半导体装置2的示意截面结构。
如图9所示，第四实施方式涉及的半导体装置2双系统地具有散热部6。
图9所示的第四实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10以及与热扩散部10连接的多个风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS、17FB1L·17FB2L·17FB3L·…·17FBmL。
此外，具有经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接的基座部14PA·15PB。热传导层12SA·12SB，例如，可以是热传导片层、焊锡层。此外，多个风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS、17FB1L·17FB2L·17FB3L·…·17FBmL经由多个热接触部与基座部14PA·15PB连接。
第四实施方式涉及的半导体装置2中，基座部14PA与风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS由相同材料构成。此外，基座部14PB与风冷散热片部17FB1L·17FB2L·17FB3L·…·17FBmL由相同材料构成。
另一方面，基座部14PA与基座部14PB由相互不同的材料构成，风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS与风冷散热片部17FB1L·17FB2L·17FB3L·…·17FBmL由相互不同的材料构成。
例如，基座部14PA可以由相对较低的热传导的材料构成，基座部14PB可以由相对较高的热传导的材料构成。同样地，风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS可以由相对较低的热传导的材料构成，风冷散热片部17FB1L·17FB2L·17FB3L·…·17FBmL可以由相对较高的热传导的材料构成。
第四实施方式涉及的半导体装置2中，风冷散热片部16FA1S·16FA2S·16FA3S·…·16FAmS的长度与风冷散热片部16FB1L·16FB2L·16FB3L·…·16FBmL的长度相比，构成为相对较短。其他的构成与第三实施方式涉及的半导体装置相同。
如上述说明，本实施方式涉及的半导体装置2，如图5所示，具有使用高热传导的材料来使热扩散的热扩散部10、与热扩散部10连接的基座部14以及在多个位置与基座部14和多个风冷散热片部161、162、163、…、16n热接触的热接触部CP1、CP2、CP3、…、CPn，由于多个风冷散热片部161、162、163、…、16n在多个位置经由基座部14与热扩散部10热接触，因而能够在受限的空间(热接触空间部OA)内实现冷却器的低热阻化。
对于占有空间(热接触空间部OA)内的风冷散热片部(基座部14+风冷散热片部161、162、163、…、16n)能够有各种组合的方法。例如，可以形成为均匀的材质，也可以使用不同材料来形成。此外，还可以使用相对较高热传导的材料、相对较低热传导的材料或其组合。
(热流体模拟)
本实施方式涉及的半导体装置中，热流体模拟计算评价方法的说明图如图10所示来表示。热流体模拟模型中，热源8(TS)以整面加热的方式配置在基座部14上。图10中，T1表示基座部表面温度，T2表示风冷散热片部的根部温度，T3表示风冷散热片部的前端温度。此外，W1表示冷却器厚度，WP表示风冷散热片宽度，LF表示风冷散热片长度，L表示基座长度，L1表示基座宽度。冷却器厚W1＝70mm，基座长度LB＝5mm，基座宽度L1＝70mm，风冷散热片空间FS＝LF/20。冷却条件是散热片前表面的风速为10m/sec的空冷，外气的空气温度Ta＝20℃。以下的计算中，固定舌比(LF/FS)＝20，改变风冷散热片长LF，调查风冷散热片部16的热阻。
作为散热片评价项目，如下式(2)、(3)来定义散热片的热阻Rth(fin)(K/W)和散热片内部的温度差比率RATIO并适用。
Rth(fin)(K/W)＝(T1－Ta)/W (2)
RATIO＝(T2－T3)/(T1－T2) (3)
(2)式中，W表示热源8(TS)的消耗电力，相当于例如半导体设备的消耗电力。RATIO是表示风冷散热片部16内部的温度分布的指标，对应于风冷散热片部16的温度差/基座部的温度差。
本实施方式涉及的半导体装置中，适用于热流体模拟的各构成材料的说明如图11所示来表示。这里，作为构成由基座部14、风冷散热片部16形成的风冷散热片的材质，假设使用石墨、铜(Cu)、铝(Al)、合金、铁。石墨的热传导率在x方向为1500(W/mK)，在y方向为5(W/mK)，在z方向为1500(W/mK)。铜(Cu)、铝(Al)、合金、铁的热传导率分别为400(W/mK)、237(W/mK)、100(W/mK)、50(W/mK)。风冷散热片长LF为10mm～80mm，风冷散热片空间FS为0.5mm～4mm，散热片张数为61张～16张。
本实施方式涉及的半导体装置的热流体模拟中，改变风冷散热片的材质·风冷散热片长LF而用风冷散热片部的热阻Rth(fin)(K/W)来进行评价。此外，还引入散热片内部的温度差比率RATIO，来评价热阻Rth(fin)与散热片内部的温度差的相关关系。
(等价热阻回路)
本实施方式涉及的半导体装置的热流体模拟中，将风冷散热片部分割成任意的要素数来进行。以下的例子中，将宽度Δ分割成2份。
本实施方式涉及的半导体装置中，风冷散热片部1片的等价热阻的说明如图12(a)中所示来表示，1片风冷散热片部的等价热阻回路如图12(b)所示来表示。图12(b)中，r1、r2、r3表示热阻，V1、V2、V3表示温度，I1、I2、I3表示热流。
同样地，本实施方式涉及的半导体装置中，3片风冷散热片部的等价热阻的说明如图13(a)中所示来表示，3片风冷散热片部的等价热阻回路如图13(b)所示来表示。图13(b)中，r1、r2、r3、r1’、r2’、r3’、r1”、r2”、r3”表示热阻，V1、V2、V3、V1’、V2’、V3’、V1”、V2”、V3”表示温度，I1、I2、I3、I1’、I2’、I3’、I1”、I2”、I3”表示热流。
(热流体模拟结果)
本实施方式涉及的半导体装置中，以基座部14与风冷散热片部16为相同材料时的散热片的构成材料作为参数的热阻Rth(fin)(K/W)与风冷散热片长LF(mm)的关系的模拟结果如图14所示来表示。
本实施方式涉及的半导体装置中，以基座部14与风冷散热片部16为相同材料时的散热片的构成材料作为参数的RATIO与风冷散热片长LF(mm)的关系的模拟结果如图15所示来表示。
如图14所示可知，即使适用任一种材料，在风冷散热片长LF为20(mm)以下时，热阻Rth(fin)(K/W)有变小的倾向。风冷散热片长LF＝20mm时，风冷散热片部的构成材料为铜(Cu)时，风冷散热片长LF＝20mm时，得到最低热阻Rth(fin)(K/W)。
此外，如图15所示，在RATIO值低至5以下时，与风冷散热片部的构成材料无关，发现低热阻化的倾向。
根据以上的热流体模拟结果，通过缩短风冷散热片长LF(20mm以下)，从而能够降低风冷散热片内部的温度差(RATIO为5以下)。此外，散热片间隔变窄的结果能够增加散热片的张数，扩大效率良好地向空气传热的面积，能够低热阻化。此外，可知受到散热片材料的热传导率的影响小。
根据以上的热流体模拟结果，本实施方式涉及的半导体装置中，将小型风冷散热片部多个连接的结构由于低热阻化而有效。
―适用复合材料的例子―
本实施方式涉及的半导体装置中，以铜(Cu)散热片为基准，通过对基座部14和风冷散热片部16组合不同的材料，来研究风冷散热片的性能究竟如何。
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14与风冷散热片部16为相同材料时的示意性构成如图16(a)中所示来表示，基座部14与风冷散热片部16为不同材料时的示意性构成如图16(b)中所示来表示，显示石墨、铜、铝、合金、铁的各材料的性能一览的图如图16(c)所示来表示。作为性能项目，考虑热传导率(W/mK)、材料费、重量。
对于热传导率，相对于铜(Cu)散热片的400(W/mK)，石墨在取向方向上为1500(W/mK)的高值，铝、合金、铁为237、100、50的低值。
对于材料费，以(Cu)散热片为基准，石墨高，铝、铁便宜。合金取决于材料。
对于重量，以(Cu)散热片为基准，石墨、铝轻，铁重。合金取决于材料。
―热阻计算结果(使用复合材料的例子)―
对于各材料，计算并解析使用复合材料时的优点。作为基座部14，适用铜(Cu)、铝(Al)、合金、铁，作为风冷散热片部16，使用石墨(Gr)、铜(Cu)、铝(Al)、合金、铁。以下的图17～图20中的数值表示热阻Rth(fin)(K/W)。此外，百分比(％)值以基座部14与风冷散热片部16都为铜(Cu)时为基准，▼表示热阻Rth(fin)(K/W)的降低率，△表示热阻Rth(fin)(K/W)的增加率。
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14与风冷散热片部16为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝80mm)如图17所示来表示。
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14与风冷散热片部16为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝40mm)如图18所示来表示。
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14与风冷散热片部16为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝20mm)如图19所示来表示。
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14与风冷散热片部16为不同材料时的热阻模拟结果(风冷散热片长LF＝10mm)如图20所示来表示。
由以上结果可知，在风冷散热片部16的风冷散热片长LF相对较长时，通过风冷散热片部16使用高热传导率的材料，能够增大热阻的降低效果。这是因为，RATIO大的散热片受到风冷散热片部16的热传导率的影响大。
另一方面，可知在风冷散热片部16的风冷散热片长LF相对较短时，风冷散热片部16和基座部14即使都使用低热传导率的材料，热阻増大效果也不明显。这是因为，RATIO小的散热片受到风冷散热片部16的热传导率的影响小。
―RATIO与热阻Rth(fin)(K/W)的模拟结果―
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14-风冷散热片部16为Cu-Cu、Cu-Gr、Al-Gr、合金-Gr、铁-Gr时的RATIO与热阻Rth(fin)(K/W)的模拟结果(风冷散热片部16的长度LF＝80mm)如图21(a)所示来表示。如图21(a)所示，作为基准而显示的基座部14-风冷散热片部16为Cu-Cu时，RATIO增大，有冷却效率变差的倾向。相对于该结果，在风冷散热片部16使用石墨(Gr)并高热传导化时，能够低热阻化。百分比(％)值表示相对于基准值的热阻的降低率。在基座部14-风冷散热片部16为Cu-Gr时，热阻最大降低约30％。同样地，RATIO值也降低约30％。
本实施方式涉及的半导体装置中，基座部14-风冷散热片部16为Cu-Cu、Cu-Gr、Al-Gr、合金-Gr、铁-Gr时的RATIO与热阻Rth(fin)(K/W)的模拟结果(风冷散热片部16的长度LF＝10mm)如图21(b)所示来表示。如图21(b)所示，作为基准而显示的基座部14-风冷散热片部16为Cu-Cu时，RATIO小，有冷却效率高的倾向。相对于该结果，即使风冷散热片部16使用石墨(Gr)且进行高热传导化，冷却能力也不怎么发生变化。基座部14-风冷散热片部16即使使用廉价、轻的材料，冷却能力也不怎么发生变化。百分比(％)值表示相对于基准值的热阻的增加率。基座部14-风冷散热片部16为铁-Gr时，热阻最大增加约13％。另一方面，RATIO降低。
―热阻Rth(fin)(K/W)与RATIO的模拟结果―
在风冷散热片长LF较短的区域(20mm以下)，通过增大舌比(LF/FS)而变窄散热片空间FS，增加风冷散热片张数，即使更小型的风冷散热片部，是否能够计算低热阻化。风冷散热片部使用热传导率400(W/mK)的铜(Cu)，风冷散热片长LF为2mm～20mm，散热片空间FS为0.2mm～1mm，散热片张数为40张～100张。
本实施方式涉及的半导体装置中，以风冷散热片长LF作为参数的热阻Rth(fin)(K/W)与散热片张数的关系的模拟结果如图22(a)中所示来表示，以风冷散热片长LF作为参数的RATIO与散热片张数的关系的模拟结果如图22(b)所示来表示。
如图22(a)所示，在增加散热片张数时，热阻Rth(fin)(K/W)的降低效果随着风冷散热片长LF变短而效果越显著。例如，在微细加工散热片的情形下，风冷散热片空间FS甚至可以为约0.2mm的程度。
如图22(b)所示，在增加散热片张数时，RATIO的降低效果随着风冷散热片长LF增长而效果越显著。如图15所示，在RATIO为5以下时，与风冷散热片部的材料相关性变小。RATIO希望为5以下。
另外，由以上结果可知，在风冷散热片部的材质为具有热传导率237(W/mK)的铝来计算时，计算结果也未见到大的变化。
[第五实施方式]
第五实施方式涉及的半导体装置2的示意性截面结构如图23所示来表示。
第五实施方式涉及的半导体装置2四系统地具有散热部6。
第五实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)热连接的热扩散部10和与热扩散部10连接的多个散热部6，热扩散部10具有在空间上(由热接触空间部OA)包含的散热部6的冷却器。
热扩散部10具有开口部AP，包含散热部6的空间(热接触空间部OA)在开口部AP处开口。或者，热扩散部10还可以以空间上封闭(没有开口部AP)的状态包含散热部6。
散热部6具有基座部14PA·14PB和与基座部14PA·14PB连接的多个风冷散热片部16FA·16FB，基座部14PA·14PB也可以与热扩散部10接触。例如，基座部14PA·14PB经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接。热传导层12SA·12SB，例如，与可以是热传导片层、焊锡层。
此外，散热部6的一部分还可以具有热扩散部10和开口部AP以外的非接触部NC。这是为了避免风冷散热片部16FA·16FB与热扩散部10直接接触来确保散热性能。
这里，如果T1为基座部的表面温度，T2为风冷散热片部的根部温度，T3为风冷散热片部的前端温度，LB(mm)为基座部基座长度，则RATIO＝(T2－T3)/(T1－T2)的值为25/LB(mm)以下。例如，LB(mm)＝5(mm)时，RATIO＝25/LB(mm)＝5以下。
此外，构成热扩散部10的材料的热传导率希望为构成散热部6的材料的热传导率以上。这是因为，提高散热性能有效地散热。
此外，图23中所示的第五实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10、与热扩散部10连接的多个风冷散热片部16FA·16FB以及热扩散部10与多个风冷散热片部16FA·16FB的热接触空间部OA。这里，热接触空间部OA也可以是自然空冷或强制空冷的空气层。
此外，具有经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接的基座部14PA·14PB。此外，多个风冷散热片部16FA·16FB经由多个热接触部与基座部14PA·14PB连接。
进而，还可以具有与外部空间的开口部AP。此外，只要是确保空气流动的结构，也可以不具备开口部AP。
此外，热扩散部10只要是使用高热传导的材料能够有效地使热扩散即可。例如，还可以具有铜(Cu)或铜制均热板(CuVC)。
此外，基座部14PA·14PB与风冷散热片部16FA·16FB由相同材料构成。
此外，热扩散部10或基座部14PA·14PB还可以具备具有各向异性的热传导率的石墨基板。即，热扩散部10或基座部14PA·14PB还可以通过将石墨基板配置在石墨基板的热传导率相对较高的取向方向上，从而有效地利用石墨基板的各向异性的热传导率。
[第六实施方式]
第六实施方式涉及的半导体装置2的示意性截面结构如图24所示来表示。
第六实施方式涉及的半导体装置2四系统地具有散热部6。
第六实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)热连接的热扩散部10和与热扩散部连接的多个散热部6，热扩散部10具有在空间上(由热接触空间部OA)包含散热部6的冷却器。
热扩散部10具备开口部AP，包含散热部6的空间(热接触空间部OA)在开口部AP处开口。或者，热扩散部10还可以以空间上封闭(没有开口部AP)的状态包含散热部6。
散热部6具有基座部14PA·14PB·14PA·15PB和与基座部14PA·14PB·14PA·15PB连接的多个风冷散热片部16FA·17FB·16FAS·17FBL，基座部14PA·14PB·14PA·15PB也可以与热扩散部10接触。基座部14PA·14PB·14PA·15PB经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接。热传导层12SA·12SB，例如，也可以是热传导片层、焊锡层。
此外，散热部6的一部分也可以具有热扩散部10和开口部AP以外的非接触部NC。这是为了避免风冷散热片部16FA·17FB·16FAS·17FBL与热扩散部10直接接触来确保散热性能。
这里，如果T1为基座部的表面温度，T2为风冷散热片部的根部温度，T3为风冷散热片部的前端温度，LB(mm)为基座部的基座长度，则RATIO＝(T2－T3)/(T1－T2)的值希望为25/LB(mm)以下。例如，LB(mm)＝5(mm)时，希望RATIO＝25/LB(mm)＝5以下。
此外，希望构成热扩散部10的材料的热传导率为构成散热部6的材料的热传导率以上。
此外，图24中所示的第六实施方式涉及的半导体装置2具有由在工作状态发热的半导体设备形成的热源8(TS)、与热源8(TS)连接的热扩散部10和与热扩散部10连接的多个风冷散热片部16FA·17FB·16FAS·17FBL。
此外，具有经由热传导层12SA·12SB与热扩散部10连接的基座部14PA·14PB·14PA·15PB。此外，多个风冷散热片部16FA·17FB·16FAS·17FBL经由多个热接触部与基座部14PA·14PB·14PA·15PB连接。
此外，具有被热扩散部10和多个风冷散热片部16FA·17FB·16FAS·17FBL包围的、热扩散部10与多个风冷散热片部16FA·17FB·16FAS·17FBL的的热接触空间部OA。这里，热接触空间部OA与可以是自然空冷或强制空冷的空气层
进而，还可以具有与外部空间的开口部AP。此外，只要是确保空气流通的结构，也可以不具有开口部AP。
此外，热扩散部10只要使用高热传导的材料能够有效地使热扩散即可。例如，还可以具有铜(Cu)或铜制的均热板(CuVC)。
第六实施方式涉及的半导体装置2中，基座部14PA·14PB与风冷散热片部16FA由相同材料构成。此外，风冷散热片部16FA与风冷散热片部17FB由相互不同的材料构成。
另一方面，基座部14PA与风冷散热片部16FAS由相同材料构成。基座部15PB与风冷散热片部17FBL由相同材料构成。风冷散热片部16FAS与风冷散热片部17FBL由相互不同的材料构成。
例如，基座部14PA·14PB可以由相对较低的热传导的材料或相对较高的热传导的材料构成。另一方面，风冷散热片部16FA可以由相对较低的热传导的材料构成，风冷散热片部17FB可以由相对较高的热传导的材料构成。
此外，第六实施方式涉及的半导体装置2中，基座部14PA与风冷散热片部16FAS由相同材料构成。此外，基座部15PB与风冷散热片部17FBL由相同材料构成。
另一方面，基座部14PA与基座部15PB由相互不同的材料构成，风冷散热片部16FAS与风冷散热片部17FBL由相互不同的材料构成。
例如，基座部14PA可以由相对较低的热传导的材料构成，基座部15PB可以由相对较高的热传导的材料构成。同样地，风冷散热片部16FA·16FAS可以由相对较低的热传导的材料构成，风冷散热片部17FB·17FBL可以由相对较高的热传导的材料构成。
第六实施方式涉及的半导体装置2中，风冷散热片部16FAS的长度与风冷散热片部16FBL的长度相比，构成为相对较短。其他的构成与第五实施方式涉及的半导体装置相同。
本实施方式涉及的半导体装置2具有使用高热传导的材料而使热扩散的热扩散部、与热扩散部连接的基座部和在多个位置与基座部和多个风冷散热片部热接触的热接触部，由于经由基座部多个风冷散热片部在多个位置与热扩散部热接触，因而在受限的空间(热接触空间部OA)内能够实现冷却器的低热阻化。
此外，热扩散部10或基座部14PA·14PB·14PA·15PB还可以具备具有各向异性的热传导率的石墨基板。即，热扩散部10或基座部14PA·14PB·14PA·15PB通过将石墨基板配置在石墨基板的热传导率相对较高的取向方向上，从而还可以有效地利用石墨基板的各向异性的热传导率。
(SiC PM的构成例(2in 1))
将本实施方式涉及的SiC PM(2in 1)8搭载于本实施方式涉及的半导体装置2的立体构成如图25(a)中所示来表示，从图25(a)中的箭头A方向看去的正面图如图25(b)中所示来表示，俯视图如图25(c)所示来表示。
图25(a)～图25(c)中所示的本实施方式涉及的SiC PM8能够搭载于本实施方式所公开的半导体装置2。此外，本实施方式涉及的SiC PM8还可以搭载于第一～第六实施方式所公开的半导体装置2中的任一者。
本实施方式涉及的SiC PM8被加压配置在加压板40与热扩散部10之间。这里，加压还可以通过螺旋夹来实施。作为热扩散部10，例如，可以由铜(Cu)或铜制的均热板形成。
本实施方式涉及的SiC PM8具有2in 1构成。电路构成与后述的图40同样地表示。
图25(a)～图25(c)中，SS1·GT1表示具有2in 1构成的SiC PM8的上臂侧晶体管Q1的源极感测端子电极·栅极信号端子电极，SS4·GT4表示具有2in 1构成的SiC PM8的下臂侧晶体管Q4的源极感测端子电极·栅极信号端子电极。此外，P·N表示具有2in 1构成的SiC PM8的正侧电源输入端子电极(第一电源)·负侧电源输入端子电极(第二电源)，O表示输出端子电极。
此外，在第一实施方式涉及的半导体装置2的热扩散部10的中央部搭载SiC PM8的构成例的示意性截面结构如图26所示来表示。
PM8具有成为在工作状态发热的热源TS的半导体设备Q20。半导体设备Q20，例如，配置在陶瓷绝缘基板上。陶瓷绝缘基板，例如，能够由DBC基板形成。图26的例子中，陶瓷绝缘基板具有陶瓷基板21、陶瓷基板21的表面电极层23和陶瓷基板21的背面电极层22，半导体设备Q20在表面电极层23上例如通过银烧成层27来接合。此外，背面电极层22经由热传导层25与半导体装置2连接。半导体设备Q20，例如，可以是IGBT、二极管、Si系MOSFET、GaN系FET中的任一者。热传导层25，例如，可以具有热传导片层、焊锡层或银烧成层中的任一者。此外，PM8由有机硅树脂、聚酰亚胺树脂等铸型树脂层300而被树脂成型。
来着成为在工作状态发热的热源TS的半导体设备Q20的热经由银烧成层27、陶瓷绝缘基板(23/21/22)、热传导层25传输至半导体装置2。
(SiC PM(2in 1)的组装方法)
此外，本实施方式涉及的SiC PM(2in 1)8的组装方法中，将SiC PM8安装于均热板10的工序如图27(a)中所示来表示，将风冷散热片部16F安装于均热板10的工序如图27(b)中所示来表示，安装散热片50F的工序如图27(c)所示来表示。
(A)首先，如图27(a)所示，将热传导片设置在SiC PM8的底面，在SiC PM8上配置加压板40。加压板40用螺栓连接来加压，将SiC PM8安装于均热板10。这里，也可以实施焊锡焊接来代替热传导片。图27(a)中省略了热传导片和螺栓。
(B)接下来，如图27(b)所示那样，将热传导片设置在风冷散热片部16F的基座部14A·14B与均热板10之间，用螺栓连接对加压板加压，将风冷散热片部16F安装于均热板10。这里，也可以实施焊锡焊接来代替热传导片。图27(b)中省略了热传导片和螺栓。
(C)接下来，如图27(c)所示，在风冷散热片部16F的正面安装散热片50F。
(SiC PM的构成例(6in 1))
将本实施方式涉及的SiC PM(6in 1)8搭载于本实施方式涉及的半导体装置2的立体构成如图28(a)中所示来表示，侧面图如图28(b)中所示来表示，俯视图如图28(c)所示来表示。
本实施方式涉及的SiC PM8，如图28(a)～图28(c)所示那样，能够搭载于本实施方式所公开的半导体装置2。此外，本实施方式涉及的SiC PM8还可以搭载于第一～第六实施方式所公开的半导体装置2。这里，图28(a)～图28(c)所示的半导体装置的结构对应于将第5～第六实施方式所公开的半导体装置2进一步扩张而成的结构。即，如后述的图30所示，具有3个被热扩散部10包围的热接触空间部OA。此外，图28(a)～图28(c)中，冷却器正面和背面也与图3同样地配置了热扩散部(相当于10V·10W的均热板)，但为了显示内部结构而省略了图示。
如图28(a)～图28(c)所示，本实施方式涉及的SiC PM8被加压并配置在加压板40和热扩散部10之间。这里，加压可以由螺旋夹来实施。作为热扩散部10，例如，可以由铜(Cu)或铜制的均热板形成。
本实施方式涉及的SiC PM具有6in 1构成。电路构成与后述的图45同样地表示。
图28(a)～图28(c)中，SS·GT·CS表示具有6in 1构成的SiC PM8的各晶体管Q1～Q6的源极感测端子电极·栅极信号端子电极·电流感测端子电极。此外，TH1·TH2表示用于温度感测的热敏电阻端子电极。此外，P·N表示具有6in 1构成的SiC PM8的正侧电源输入端子电极(第一电源)·负侧电源输入端子电极(第二电源)。此外，U·V·W表示输出端子电极。
(SiC PM(6in 1)的组装方法)
此外，本实施方式涉及的SiC PM(6in 1)8的组装方法中，将SiC PM8安装于均热板10的工序如图29(a)中所示来表示，将风冷散热片部16F安装于均热板10的工序如图29(b)中所示来表示，安装散热片50F1·50F2的工序如图29(c)所示来表示。
(A)首先，如图29(a)所示，将热传导片设置在SiC PM8的底面，在SiC PM8上配置加压板40。加压板40用螺栓连接进行加压，将SiC PM8安装于均热板10。这里，也可以实施焊锡焊接来代替热传导片。图29(a)中省略了热传导片和螺栓。
(B)接下来，如图29(b)所示，将热传导片设置在风冷散热片部16F的基座部14PA·14PB与均热板10之间，加压板用螺栓连接来加压，将风冷散热片部16F安装于均热板10。这里，也可以实施焊锡焊接来代替热传导片。图29(b)中省略了热传导片和螺栓。
(C)接下来，如图29(c)所示，在风冷散热片部16F的正面安装散热片50F1·50F2。
(SiC PM的另一构成例(6in 1))
将本实施方式涉及的SiC PM(6in 1)搭载于本实施方式涉及的半导体装置2的另一构成如图30所示来表示。
能够适用于本实施方式涉及的半导体装置的均热板10可以具有一体结构，也可以如图30所示，具有相互分割的结构。
图30的构成中，具有被分割的热扩散部10U·10V·10W。此外，将PM分割为U相、V相、W相的PM80U·80V·80W，并配置在各自分割的热扩散部10U·10V·10W上，从而进一步提高散热效率。此外，图30中，与图23同样地形成与风冷散热片部16F连接的基座部、热传导层，省略图示。
(均热板)
对于能够适用于本实施方式涉及的半导体装置的均热板10，上部容器10UP的概观图如图31(a)中所示来表示，下部容器10DW的概观图如图31(b)中所示来表示，工作原理的说明图如图31(c)所示来表示。下部容器10DW中形成多个孔芯(ウイック)10WK。通过多个孔芯10WK能够产生因表面张力导致的液流。
(A)首先，由于与均热板10相接的PM8(TS)工作而发热，工作液蒸发(VP)而产生蒸气。
(B)接下来，通过在因工作液的蒸发(VP)而产生的高压部HP和低压部LP之间的压力差，蒸气产生移动，如图31(c)所示，产生蒸气流VF。
(C)接下来，在均热板10的端部放出热，蒸气流VF会因为凝缩作用而转变为液体(COD)状态。
(D)接下来，伴随着因多个孔芯10WK导致的表面张力而产生毛细管力，由于该毛细管力，如图31(c)所示，会产生液流LP(SURFACE TENSION，表面张力)。
能够适用于本实施方式涉及的半导体装置的均热板10中，因相变而使得热的移动效率非常高，热传导率的值例如能够为约3000(W/mK)的程度。
(石墨板)
构成能够适用于实施方式涉及的半导体装置的石墨基板的石墨板(石墨片)的层叠结构如图32所示来表示。
如图32所示，由n层形成的各面的石墨片GS1·GS2·GS3·…·GSn中，每一层叠结晶结构中具有多个六方晶系的共价键，各面的石墨片GS1·GS2·GS3·…·GSn之间由范德华力结合在一起。
即，作为碳系各向异性传热材料的石墨是碳原子的六角形网状结构的层状结晶体，热传导也具有各向异性，如图32中所示的石墨片GS1·GS2·GS3·…·GSn在结晶面方向(XY面)具有比Z轴的厚度方向高的热传导率。
能够适用于实施方式涉及的半导体装置的石墨基板的一例中，XY取向的石墨基板GP(XY)的示意立体构成如图33(a)中所示来表示，XZ取向的石墨基板GP(XZ)的示意性立体构成如图33(b)中所示来表示，将XY取向的石墨基板GP(XY)90°旋转而得到的XZ取向的石墨基板GP(XZ)的状况的说明图如图33(c)所示来表示。
实施方式涉及的半导体装置中，热扩散部10中可以适用2种石墨基板。即，能够适用具有与面方向相比厚度方向的热传导率高的XZ取向的石墨基板GP(XZ)和具有与厚度方向相比面方向的热传导率高的XY取向的石墨基板GP(XY)。
如图33(a)所示，在具有XY取向的石墨基板GP(XY)时，例如，具有X＝1500(W/mK)、Y＝1500(W/mK)、Z＝5(W/mK)的热传导率。
而相对于此，如图33(b)所示，在具有XZ取向的石墨基板GP(XZ)时，例如，具有X＝1500(W/mK)、Y＝5(W/mK)、Z＝1500(W/mK)的热传导率。
需说明的是，石墨基板GP(XY)·GP(XZ)的密度均为2.2(g/cm3)左右，厚度例如为约0.7mm～10mm的程度，大小例如为约40mm×40mm的程度。
此外，实施方式涉及的半导体装置2中，散热部6中也可以适用石墨基板。即，构成散热部6的风冷散热片部的基座部14中可以适用石墨基板。能够适用2种石墨基板这点与上述相同。
实施方式中，使用虽具有各向异性但也具有高热传导率的石墨基板GP(XY)·GP(XZ)，热扩散性良好，结构也简单，能够提供可更低热阻化的半导体装置。
(效果验证模拟结果)
比较例涉及的冷却器90的效果验证模拟结果如图34所示来表示。图34中，热扩散部配置在基座面作为铜(Cu)或铜均热板(CuVC)，风冷散热片部从该基座面延伸至垂直方向。图34中，基座宽度L1＝70mm，基座长度LB＝5mm。风冷散热片部由风冷散热片宽度WP＝0.6mm、散热片空间FS＝2.5mm、风冷散热片长LF＝80mm的铜(Cu)形成。冷却器厚W1＝70mm。
根据比较例涉及的冷却器90的效果验证模拟结果如图34所示，可知没有传热至风冷散热片部前端部。
具有实施方式(Cu)涉及的冷却器的半导体装置2的效果验证模拟结果如图35所示来表示。图35中，与图6同样地构成热扩散部和风冷散热片部。图35中，热扩散部由基座宽度L1＝80mm、基座长度LB＝5mm的铜(Cu)形成，风冷散热片部由风冷散热片宽度WP＝0.3mm、散热片空间FS＝1.5mm、风冷散热片长LF＝30mm的铜(Cu)形成。冷却器厚W1＝70mm。
根据具有实施方式(Cu)涉及的冷却器的半导体装置2的效果验证模拟结果如图35所示，可知与基座部接触的热扩散部侧面相对地降低传热状态。
具有实施方式(CuVC)涉及的冷却器的半导体装置2的效果验证模拟结果如图36所示来表示。图36中，也如图6同样地构成热扩散部和风冷散热片部。图36中，热扩散部由基座宽度L1＝80mm、基座长度LB＝5mm的铜均热板(CuVC)形成，风冷散热片部由风冷散热片宽度WP＝0.3mm、散热片空间FS＝1.5mm、风冷散热片长LF＝30mm的铜(Cu)形成。冷却器厚W1＝70mm。
根据具有实施方式(CuVC)涉及的冷却器的半导体装置2的效果验证模拟结果如图36所示，可知能够传热至风冷散热片部前端部。
具有比较例1·2、实施方式(Cu)、实施方式(CuVC)涉及的冷却器的半导体装置的热阻Rth(fin)的模拟结果如图37所示来表示。这里，具有比较例1涉及的冷却器的半导体装置是以图34的构成由铜(Cu)形成热扩散部的例子，具有比较例2涉及的冷却器的半导体装置是以图34的构成由铜均热板(CuVC)形成热扩散部的例子。具有实施方式(Cu)涉及的冷却器的半导体装置对应于图35的构成，具有实施方式(CuVC)涉及的冷却器的半导体装置对应于图36的构成。
比较例1、比较例2、实施方式(Cu)、实施方式(CuVC)的热阻Rth(fin)(K/W)的值分别为约0.12(K/W)、约0.12(K/W)、约0.14(K/W)、约0.065(K/W)。
具有比较例2涉及的冷却器的半导体装置中，由于热在基座面扩散，因而通过由铜均热板(CuVC)来形成热扩散部的方式不能得到低热阻效果。
具有实施方式(Cu)涉及的冷却器的半导体装置中，在与风冷散热片部的基座部接触的热扩散部侧面降低热的移动。
具有实施方式(CuVC)涉及的冷却器的半导体装置中，热可以移动直至与风冷散热片部的基座部接触的热扩散部侧面。因此，与比较例1·2相比，冷却效率提高，热阻Rth(fin)(K/W)降低约46％。
(半导体设备的具体例)
搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM、且作为半导体设备能够适用的1in 1模块型的PM52的SiC MOSFET的示意性回路表现如图38所示来表示。
图38中，显示了与SiC MOSFET Q反并联连接的二极管DI。当使用寄生二极管作为二极管DI时也可以省略。SiC MOSFET Q的主电极由漏极端子DT和源极端子ST来表示。
此外，搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM、且作为半导体设备能够适用的1in1模块型的PM52的SiC MOSFET的详细回路表现如图39所示来表示。
搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM，例如，半导体设备具有1in 1模块型的PM52的构成。即，1个SiC MOSFET Q内藏于1个模块中。作为一例，能搭载5个芯片(MOSFET×5)，各个SiC MOSFET Q最多能并联连接5个。需说明的是，还在5个芯片内，可以将一部分用作二极管DI进行搭载。
更详细地如图39所示，SiC MOSFET Q并列地与感测用MOSFET Qs连接。感测用MOSFET Qs在与SiC MOSFET Q共同的芯片内形成为微细晶体管。
图39中，SS是源极感测端子，CS是电流(current)感测端子，G是栅极端子。需说明的是，本实施方式中，MOSFET Q也可以在与感测用MOSFET Qs共同的芯片内形成为微细晶体管。
(电路构成)
接下来，对于搭载于实施方式涉及的半导体装置PM中的半导体设备的电路构成例，进行更具体的说明。
这里，对于作为搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备能够适用的模块、且2个半导体设备被封闭在1个铸型树脂内的PM，即所谓2in1模块型的PM进行说明。
作为半导体设备，适用SiC MOSFET Q1·Q4的2in 1模块型的PM(2in 1模块)100的电路构成例如如图40所示来表示。
即，2in 1模块100如图40所示，2个SiC MOSFET Q1·Q4具有作为1个模块而被内藏的半桥式内藏模块的构成。
这里，内藏于模块的SiC MOSFET Q1·Q4各自可以被视作一个大晶体管，但有时1个芯片或多个芯片会并联连接。此外，模块还有1in 1、2in 1、4in 1、6in 1等，例如，将1个模块中内藏有2个晶体管(芯片)的模块称为2in 1，将2组内藏有2in 1的模块称为4in 1，将3组内藏有2in 1的模块称为6in 1。
如图40所示，2in 1模块100将2个SiC MOSFET Q1·Q4和与SiC MOSFET Q1·Q4逆并联连接的二极管DI1·DI4作为1个模块而被内藏。
图40中，G1是SiC MOSFET Q1的栅极信号用引线端子(即栅极端子)，S1是SiCMOSFET Q1的源极信号用引线端子(即源极感测端子)。同样地，G4是SiC MOSFET Q4的栅极信号用引线端子，S4是SiC MOSFET Q4的源极信号用引线端子。
此外，P是正侧电源输入端子电极，N是负侧电源输入端子电极，O是输出端子电极。
对于能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备(Q2·Q5)和半导体设备(Q3·Q6)也是同样的。
―电源装置―
本实施方式涉及的电源装置具有搭载于上述实施方式涉及的半导体装置的PM。提供使用上述半导体装置或功率模块来转换输入电压并输出的电源装置。
根据搭载于实施方式涉及的半导体装置2in 1模块100，如图40所示，在正侧电源输入端子电极(第一电源)P与负侧电源输入端子电极(第二电源)N之间，SiC MOSFET(第一开关设备)Q1和SiC MOSFET(第二开关设备)Q4串联连接，能够构成为将该连接点的电压通过输出端子电极O而输出的电源装置(电源电路)。
需说明的是，作为搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM不限于1in1模块、2in1模块，也可以适用4in 1(四合一)模块、6in 1(六合一)模块、6in 1模块中具有缓冲电容器等的7in 1(七合一)模块、8in 1(八合一)模块、12in 1(十二合一)模块、14in 1(十四合一)模块等。
(设备结构)
作为能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备(Q1·Q4)的例子，包含源极电极SP、栅极电极GP的SiC MOSFET 130A的示意性截面结构如图41所示来表示。
如图41所示，SiC MOSFET 130A具有由n-高电阻层形成的半导体层31、在半导体层31表面侧形成的p体区域32、在p体区域32的表面形成的源极区域33、在p体区域32之间的半导体层31的表面上配置的栅极绝缘膜34、在栅极绝缘膜34上配置的栅极电极35、与源极区域33和p体区域32连接的源极电极36、在与半导体层31的表面的相反侧的背面配置的n+漏极区域37以及与n+漏极区域37连接的漏极电极38。
栅极电极GP与栅极绝缘膜34上配置的栅极电极35连接，源极电极SP与源极区域33和p体区域32连接的源极电极36连接。此外，栅极电极GP和源极电极SP，如图41所示，在覆盖SiC MOSFET 130A的表面的钝化用的层间绝缘膜39上配置。
需说明的是，在栅极电极GP和源极电极SP的下方的半导体层31内，虽未图示，但还可以形成微细结构的晶体管结构。
进而，如图41所示，在中央部的晶体管结构中，也可以在钝化用的层间绝缘膜39上延伸配置源极电极SP。
图41中，SiC MOSFET 130A由平面栅极型的n通道纵型SiC MOSFET构成，但也可以如后述的图44所示，由沟槽栅极型的n通道纵型SiC T MOSFET 130C等构成。
或者，作为能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备也可以采用GaN系FET等来替代SiC MOSFET 130A。
对于能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备(Q2·Q5、Q3·Q6)也是同样。
进而，对于能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备Q1～Q6，可以使用带隙能量为例如1.1eV～8eV的被称为宽带隙型的半导体。
同样地，作为能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备(Q1·Q4)的例子，包含发射极电极EP、栅极电极GP的IGBT 130B的示意性截面结构如图42所示来表示。
如图42所示，IGBT 130B具有由n-高电阻层形成的半导体层31、在半导体层31的表面侧形成的p体区域32、在p体区域32的表面形成的发射区域33E、在p体区域32之间的半导体层31的表面上配置的栅极绝缘膜34、在栅极绝缘膜34上配置的栅极电极35、与发射区域33E和p体区域32连接的发射电极36E、在与半导体层31表面的相反侧的背面配置的p+集电区37P以及与p+集电区37P连接的集电电极38C。
栅极电极GP与在栅极绝缘膜34上配置的栅极电极35连接，发射极电极EP与发射电极36E连接，该发射电极36E与发射区域33E和p体区域32连接。此外，栅极电极GP和发射极电极EP，如图42所示，配置在覆盖IGBT 130B的表面的钝化用的层间绝缘膜39上。
需说明的是，在栅极电极GP和发射极电极EP的下方的半导体层31内，虽未图示，但也可以形成微细结构的IGBT结构。
进而，如图42所示，在中央部的IGBT结构中，还可以在钝化用的层间绝缘膜39上延伸配置发射极电极EP。
图42中，IGBT 130B由平面栅极型的n通道纵型IGBT构成，也可以由沟槽栅极型的n通道纵型IGBT等构成。
对于能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备(Q2·Q5、Q3·Q6)也是同样。
作为半导体设备Q1～Q6，可以适用SiC DI MOSFET、SiC T MOSFET等SiC系功率设备或GaN系高电子迁移率晶体管(HEMT：High Electron Mobility Transistor)等GaN系功率设备。此外，不同情况下，也可以适用Si系MOSFET、IGBT等功率设备。
―SiC DI MOSFET―
作为能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备的例子，SiCDI MOSFET 130C的示意性截面结构如图43所示来表示。
图43中所示的SiC DI MOSFET 130C具有由n-高电阻层形成的半导体层31、在半导体层31的表面侧形成的p体区域32、在p体区域32的表面形成的n+源极区域33、在p体区域32之间的半导体层31的表面上配置的栅极绝缘膜34、在栅极绝缘膜34上配置的栅极电极35、与源极区域33和p体区域32连接的源极电极36、在与半导体层31表面的相反侧的背面配置的n+漏极区域37以及与n+漏极区域37连接的漏极电极38。
图43中，SiC DI MOSFET 130C中，p体区域32、在p体区域32表面形成的n+源极区域33由双重离子注入(DII)形成，源极电极SP与和源极区域33与p体区域32连接的源极电极36连接。
省略了图示的栅极电极GP与在栅极绝缘膜34上配置的栅极电极35连接。此外，源极电极SP和栅极电极GP如图43所示，配置在钝化用的层间绝缘膜39上以覆盖SiC DIMOSFET 130C的表面。
SiC DI MOSFET 130C如图43所示，在被p体区域32夹着的由n-高电阻层形成的半导体层31内，形成由虚线表示的空乏层，因此，形成伴随接合型FET(JFET)效应的通道电阻RJFET。此外，如图43所示，在p体区域32/半导体层31之间，形成体二极管BD。
―SiC T MOSFET―
作为能够适用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备的例子，SiCT MOSFET的示意性截面结构如图44所示来表示。
图44中所示的SiC T MOSFET 130D具有由n层形成的半导体层31N、在半导体层31N的表面侧形成的p体区域32、在p体区域32的表面形成的n+源极区域33、在贯通p体区域32且直至半导体层31N而形成的沟槽内隔着栅极绝缘膜34和层间绝缘膜39U·39B形成的沟槽栅极电极35TG、与源极区域33和p体区域32连接的源极电极36、配置在与半导体层31N的表面的相反侧的背面的n+漏极区域37以及与n+漏极区域37连接的漏极电极38。
图44中，SiC T MOSFET 130D在贯通p体区域32且直至半导体层31N形成的沟槽内隔着栅极绝缘膜34和层间绝缘膜39U·39B形成沟槽栅极电极35TG，源极电极SP与和源极区域33与p体区域32连接的源极电极36连接。
省略了图示的栅极电极GP与配置在栅极绝缘膜34上的沟槽栅极电极35TG连接。此外，如图44所示，源极电极SP和栅极电极GP配置在钝化用的层间绝缘膜39U上以覆盖SiC TMOSFET 130D的表面。
SiC T MOSFET 130D中，没有形成像SiC DI MOSFET 130C那样的伴随接合型FET(JFET)效应的通道电阻RJFET。此外，在p体区域32/半导体层31N之间，与图43同样地形成体二极管BD。
(应用例)
作为使用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM而构成的3相交流逆变器42，适用SiC MOSFET来作为半导体设备并在在电源端子PL·接地端子NL之间连接缓冲电容器C的电路构成例如图45所示来表示。
在将PM连接至电源E并进行开关动作时，因连接线所具有的电感L，SiC MOSFET、IGBT的开关速度快，因而产生大的浪涌电压Ldi/dt。例如，如果电流变化di＝300A，伴随开关的时间变化dt＝100nsec，则di/dt＝3×109(A/s)。
随着电感L的值，浪涌电压Ldi/dt的值发生变化，对于电源E，该浪涌电压Ldi/dt会叠加。通过在电源端子PL·接地端子NL之间连接的缓冲电容器C，能够吸收该浪涌电压Ldi/dt。
(具体例)
接下来，参考图46，对适用SiC MOSFET作为半导体设备并使用搭载于实施方式涉及的半导体装置的PM而构成的3相交流逆变器44进行说明。
图46所示，3相交流逆变器44具有与栅极驱动(GD)180连接的PM部200、3相交流电机部51、电源或蓄电池(E)53和转换器55。PM部200对应于3相交流电机部51的U相、V相、W相，与U相、V相、W相的逆变器连接。
这里，GD180与SiC MOSFET Q1·Q4、SiC MOSFET Q2·Q5和SiC MOSFET Q3·Q6连接。
PM部200连接在与电源或蓄电池(E)53连接的转换器55的正端子(+)P和负端子(－)N之间，具有逆变器构成的SiC MOSFET Q1·Q4、Q2·Q5、和Q3·Q6。此外，在SiC MOSFETQ1～Q6的源极·漏极之间，分别逆并联地连接续流二极管DI1～DI6。
如以上说明，根据本实施方式，能够提供风冷式的高散热性能且能够轻量化的半导体装置、PM和电源装置。
需说明的是，作为能够适用搭载于本实施方式涉及的半导体装置的PM的半导体设备不限于SiC系功率设备，也可以采用GaN系、Si系的功率设备等被称为宽带隙型的功率设备。
此外，不限于经过树脂铸型的模塑型PM，也可以适用于壳体型包装而包装成的PM。
[其他实施方式]
如上述所述，记载了多个实施方式，但成为公开的一部分的论述和附图仅是例示，不应被理解为限定性的。基于该公开，本领域技术人员对于各种替代实施方式、实施例和运用技术是显而易见的。
因此，本实施方式也包括这里未记载的各种实施方式等。
产业上的利用可能性
本实施方式的半导体装置、PM和电源装置可以利用于IGBT模块、二极管模块、MOS模块(Si、SiC、GaN)等各种半导体模块技术，能够适用于HEV(Hybrid Electric Vehicle，混动汽车)/EV(Electric Vehicle，电动汽车)中的逆变器、工业中的逆变器、转换器等包含电源装置的广泛的应用领域。
符号说明
2…半导体装置，
6…散热部，
8、80、80U、80V、80W…PM(功率模块)(TS)，
10、10U、10V、10W…热扩散部(均热板)，
12、12SA、12SB…热传导层(热传导片层、焊锡层)，
14、14PA、14PB、14C、14P…基座部，
15PB…基座部(高热传导材)，
16、16FA、16FB、16C、16F、161、162、163、…、16n…风冷散热片部
17FB…风冷散热片部
20、Q、Q1～Q6…半导体设备(SiC MOSFET)
21…陶瓷基板
22…背面电极图案(陶瓷基板的背面电极层)
23…表面电极图案(陶瓷基板的表面电极层)
25…热传导层(热传导片层、焊锡层、银烧成层)
26…焊锡层
27…银烧成层
40…加压板
42、44…3相交流逆变器
50、50F1、50F2…散热片
51…3相交流电机部
52…1in 1模块型的PM
53…电源或蓄电池(E)
55…转换器
90…冷却器
100…2in 1模块型PM
130A…平面栅极型的n通道纵型SiC MOSFET
130B…平面栅极型的n通道纵型IGBT
130C…沟槽栅极型的n通道纵型SiC T MOSFET
130D…SiC DI MOSFET
180…栅极驱动(GD)
200…PM部
300…铸型树脂层
GS(GS1·GS2·GS3·…·GSn)…石墨片
GP(XY)、GP(XZ)…石墨基板
CP1、CP2、CP3、…、CPn…热接触部
AP…开口部
OA、SPACE…热接触空间部
NC…非接触部
T1…基座部的表面温度
T2…风冷散热片部的根部温度
T3…风冷散热片部的前端温度
Ta…外气的空气温度
W1…冷却器厚度
WP…风冷散热片宽度
LF…风冷散热片长度
FS…散热片空间
LB…基座长度
L1…基座宽度
Rth(fin)…风冷散热片的热阻(K/W)
RATIO…风冷散热片内部温度差比率
r1、r2、r3、r1’、r2’、r3’、r1”、r2”、r3”…热阻
V1、V2、V3、V1’、V2’、V3’、V1”、V2”、V3”…温度
I1、I2、I3、I1’、I2’、I3’、I1”、I2”、I3”…热流
SS1、SS4…源极感测端子电极
GT1、GT4…栅极信号端子电极
P…正侧电源输入端子电极(第一电源)
N…负侧电源输入端子电极(第二电源)
O、U、V，W…输出端子电极

Claims (22)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
具有在工作状态发热的半导体设备的热源，
与所述热源热连接的同时、在与所述热源的相反方向具有空间的热扩散部，和
配置在所述热扩散部的所述空间内且一端与所述热扩散部连接的多个散热片部。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，
具有与所述热扩散部连接的基座部，
所述多个散热片部的各一端与所述基座部连接。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
具有被所述热扩散部和所述多个散热片部包围的、所述热扩散部与所述多个散热片部的热接触空间部。
4.如权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述热扩散部具有铜(Cu)或均热板。
5.如权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述热扩散部具备具有各向异性的热传导率的石墨基板。
6.如权利要求2所述的半导体装置，其中，
所述基座部具备具有各向异性的热传导率的石墨基板。
7.如权利要求5或6所述的半导体装置，其中，
在所述石墨基板的热传导率相对较高的取向方向配置所述石墨基板。
8.一种半导体装置，其特征在于，包括：
由在工作状态发热的半导体设备形成的热源，
与所述热源热连接的热扩散部，和
与所述热扩散部连接的多个散热部；
所述热扩散部具有在空间上包含所述散热部的冷却器。
9.如权利要求8所述的半导体装置，其中，
所述热扩散部具有开口部，包含所述散热部的空间在所述开口部开口。
10.如权利要求8所述的半导体装置，其中，
所述热扩散部以空间上封闭的状态包含所述散热部。
11.如权利要求9所述的半导体装置，其中，
所述散热部具有基座部以及与所述基座部连接的多个风冷散热片部，
所述基座部与所述热扩散部接触。
12.如权利要求9或11所述的半导体装置，其中，
所述散热部的一部分具有所述热扩散部与所述开口部以外的非接触部。
13.如权利要求11或12所述的半导体装置，其中，
以T1作为所述基座部的表面温度、T2作为所述风冷散热片部的根部温度、T3作为所述风冷散热片部的前端温度、LB(mm)作为所述基座部的基座长度，
RATIO＝(T2－T3)/(T1－T2)的值为25/LB(mm)以下。
14.如权利要求8～13中任一项所述的半导体装置，其中，
构成所述热扩散部的材料的热传导率为构成所述散热部的材料的热传导率以上。
15.如权利要求8～14中任一项所述的具有冷却器的半导体装置，其中，
所述热扩散部具有铜(Cu)或均热板。
16.如权利要求8～14中任一项所述的具有冷却器的半导体装置，其中，
所述热扩散部具备具有各向异性的热传导率的石墨基板。
17.如权利要求11所述的半导体装置，其中，
所述基座部具备具有各向异性的热传导率的石墨基板。
18.如权利要求16或17所述的半导体装置，其中，
在所述石墨基板的热传导率相对较高的取向方向配置所述石墨基板。
19.如权利要求1～18中任一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体设备具有Si系或SiC系的IGBT、二极管、MOSFET、GaN系FET中的任一种。
20.如权利要求1～18中任一项所述的功率模块，其中，
所述半导体设备具有一合一模块、二合一模块、四合一模块、六合一模块、七合一模块、八合一模块、十二合一模块或十四合一模块中的任一种的构成。
21.如权利要求20所述的功率模块，其中，
所述半导体设备构成所述六合一模块型的逆变器或转换器。
22.一种电源装置，其特征在于，
使用权利要求1～18中任一项所述的半导体装置或功率模块转换输入电压来进行输出。
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