JP2017204580A - パワーモジュール、パワーモジュールの連結構造体、および電気自動車またはハイブリッドカー - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイスを封止したモジュール全体を冷却することで冷却性能を高めたパワーモジュールを提供する。【解決手段】パワーモジュール１０は、半導体デバイスを樹脂封止する第１モールド３０と、冷媒を取り込む取込口２３Ａと冷媒を取り出す取出口２３Ｂとを有し、第１モールド３０を取り囲む第２モールド２１と、第１モールドの第１・第２主表面に接合される第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓとを備え、第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓの備える冷却フィンのフィンは冷媒の移動方向に対して実質的に平行に配置される。【選択図】図１

Description

本実施の形態は、パワーモジュール、パワーモジュールの連結構造体、および電気自動車またはハイブリッドカーに関する。

従来から、半導体モジュールの１つとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のような半導体デバイスを含むパワー素子（パワーチップ）がリードフレーム上に載置され、系全体が樹脂でモールドされたパワーモジュールが知られている。動作状態において、半導体デバイスは発熱するため、リードフレームの裏面にヒートシンクを配置して放熱させ、半導体デバイスを冷却するのが一般的である。

また、冷却性能を高めるために、特許文献１のようにヒートシンクの裏面に形成された冷却水路によりシンク全体を水冷（または、液冷ともいう）するようにしたインバータ装置や、特許文献２のように周波数の大きいスイッチングデバイスが配置される４つの側面を有する直方体を中空形状に構成し、デバイスの高温化を抑制するようにしたパワーモジュールも知られている。

特開平１１−３４６４８０号公報 特開２００９−１８２２６１号公報

本実施形態は、半導体デバイスを封止したモジュール全体を冷却することで冷却性能を高めたパワーモジュール、パワーモジュールの連結構造体、および電気自動車またはハイブリッドカーを提供する。

本実施形態の一態様によれば、半導体デバイスを樹脂封止する第１モールドと、前記第１モールドとの間に空間を有するように前記第１モールドを取り囲む第２モールドとを有し、前記第２モールドは、前記空間に冷媒を取り込むための取込口と前記空間から前記冷媒を取り出すための取出口とを備えるパワーモジュールが提供される。

本実施形態の他の態様によれば、上記のパワーモジュールを複数（ｎ≧２）備え、複数の前記パワーモジュールを前記冷媒が流れるように連結させたことを特徴とするパワーモジュールの連結構造体が提供される。

本実施形態の他の態様によれば、上記のパワーモジュールの連結構造体を搭載する電気自動車またはハイブリッドカーが提供される。

本実施形態の他の態様によれば、半導体デバイスを封止した第１モールドを、ブロー成型用の注入口を有する樹脂チューブ内に挿入する工程と、前記第１モールドを挿入した前記樹脂チューブを金型に設置する工程と、前記金型を加熱した状態で、前記樹脂チューブの注入口に圧縮空気を注入する工程と、前記圧縮空気を注入した状態で、前記金型を冷却する工程と、前記金型から前記樹脂チューブを取り出し、前記樹脂チューブの端子部分の樹脂を取り除く工程とを有するパワーモジュールの製造方法が提供される。

本実施形態の他の態様によれば、半導体デバイスを樹脂でモールドした第１モールドを成型する工程と、前記第１モールドとの間に空間を形成するように、下側第２モールドと上側第２モールドで前記第１モールドを取り囲み、前記下側第２モールドと前記上側第２モールドとの接触部を溶着させる工程とを有するパワーモジュールの製造方法が提供される。

本実施形態によれば、半導体デバイスを封止したモジュール全体を冷却することができ、冷却性能を高めたパワーモジュール、パワーモジュールの連結構造体、および電気自動車またはハイブリッドカーを提供することができる。

第１の実施の形態に係るパワーモジュールの概略構成であって、（ａ）一部を透過して示すパワーモジュールの外観を示す模式的鳥瞰構成図、（ｂ）図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るパワーモジュールであって、（ａ）主表面から見た概略平面図、（ｂ）第１モールドの内部構造を示す平面パターン構成図。 第１の実施の形態に係る第１モールドの絶縁基板の模式的断面図。 第１の実施の形態に係るパワーモジュールであって、ツーインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的回路表現図。 第１の実施の形態に係る第１モールドの外観を示す模式的鳥瞰構成図。 第１の実施の形態に係る第１モールドの主表面に、放熱器を接合した外観の模式的鳥瞰構成図。 第１の実施の形態に係るパワーモジュールの下側第２モジュールと上側第２モジュールを示す模式的鳥瞰構成図。 第１の実施の形態の第１変形例に係るパワーモジュールであって、（ａ）模式的鳥瞰構成図、（ｂ）矢印Ｂ方向から見た模式的側面図、（ｃ）矢印Ｃ方向から見た模式的側面図。 第１の実施の形態の第２変形例に係るパワーモジュールであって、（ａ）模式的鳥瞰構成図、（ｂ）矢印Ｂ方向から見た模式的側面図、（ｃ）矢印Ｃ方向から見た模式的側面図。 第１の実施の形態の第３変形例に係るパワーモジュールであって、（ａ）模式的鳥瞰構成図、（ｂ）矢印Ｂ方向から見た模式的側面図、（ｃ）矢印Ｃ方向から見た模式的側面図。 ゲートドライバ基板を備える第１の実施の形態の第４変形例に係るパワーモジュールであって、（ａ）模式的鳥瞰構成図、（ｂ）矢印Ｂ方向から見た模式的側面図、（ｃ）矢印Ｃ方向から見た模式的側面図。 パワーモジュールを含む冷却システムの概略構成を示す模式的構成図。 冷媒の流量と冷却能力と圧力損失との関係を示す模式図。 第１の実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な冷却フィンの一例を示す模式的鳥瞰構成図。 第１の実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な冷却フィンの他の例を示す模式的鳥瞰構成図。 第２の実施の形態に係るパワーモジュールの外観を示す模式的鳥瞰構成図。 図１４のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 第３の実施の形態に係るパワーモジュールの外観を示す模式的鳥瞰構成図。 図１８のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 実施の形態に係るパワーモジュールの製造工程の例を示すものであって、（ａ）第１モールドを、ブロー成型用の注入口を有する樹脂チューブ内に挿入する工程を示す模式的断面構造図、（ｂ）第１モールドを挿入した樹脂チューブを、金型に設置する工程を示す模式的断面構造図、（ｃ）樹脂チューブを膨張させた状態で、金型を冷却する工程を示す模式的断面構造図、（ｄ）金型から樹脂チューブを取り出し、樹脂チューブの端子部分の樹脂を取り除き、端子が外部と接続するように加工する工程を示す模式的断面構造図。 実施の形態に係るパワーモジュールを３個直列に接続したパワーモジュールの連結構造体を示す模式的鳥瞰構成図。 実施の形態に係るパワーモジュールを３個並列に接続したパワーモジュールの連結構造体の概略構成を示す平面図。 実施の形態に係る二重モールド構造を有するパワーモジュールの模式的断面構造図。 絶縁基板上に成型された多フィラー樹脂と汎用樹脂との二重モールド構造例を示す模式的断面構造図。 多フィラー樹脂の単一モールド構造、汎用樹脂の単一モールド構造例、および多フィラー樹脂と汎用樹脂との二重モールド構造において、それぞれの反りと密着力の関係を例示する模式図。 樹脂の厚みと反り量との関係を検証するためのシミュレーションに用いた二重モールド構造の例を示す模式的断面構造図。 図２６に例示した二重モールド構造を用いて行ったシミュレーションの結果を例示する模式図。 二重モールド構造における反り量と熱膨張率（ＣＴＥ）との関係を説明するための模式図であって、（ａ）セラミックス基板と汎用樹脂層との間（下境界）の下反りを説明するための模式図、（ｂ）汎用樹脂と多フィラー樹脂との間（上境界）の上反りを説明するための模式図、（ｃ）二重モールド構造の全体的な反りを説明するための模式図。 二重モールド構造に用いられる樹脂層の寸法例を説明するための模式図。 （ａ）二重モールド構造の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）、（ｂ）二重モールド構造の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）、（ｃ）二重モールド構造の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その３）。 （ａ）二重モールド構造の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その４）、（ｂ）二重モールド構造の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その５）、（ｃ）二重モールド構造の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その６）。 モールド構造の実測試験の結果を示す模式図。 樹脂厚みと反り量との関係を検証するための別のシミュレーションに用いたモジュール構造であって、（ａ）単一モールド構造（汎用樹脂）の例を示す模式的断面構造図、（ｂ）単一モールド構造（多フィラー樹脂）の例を示す模式的断面構造図、（ｃ）二重モールド構造（多フィラー樹脂＋汎用樹脂）の例を示す模式的断面構造図。 図３３に示したモールド構造を用いたシミュレーションの結果を示す模式図。 単一モールド構造を用いた場合と二重モールド構造を用いた場合のそれぞれにおける反りと温度との関係を例示する模式図。 （ａ）実施の形態に係る第１モールドの構成例（その１）の模式的断面構造図、（ｂ）実施の形態に係る第１モールドの構成例（その２）の模式的断面構造図、（ｃ）実施の形態に係る第１モールドの構成例（その３）の模式的断面構造図、（ｄ）実施の形態に係る第１モールドの構成例（その４）の模式的断面構造図。 第５の実施の形態に係る電気自動車のパワーコントロールユニットの要部を示すブロック構成図。 第５の実施の形態に係るハイブリッドカーのパワーコントロールユニットの要部を示すブロック構成図。 実施の形態に係る第１モールドであって、ツーインワンモジュール（2 in 1 Module）（ハーフブリッジ内蔵モジュール）において、第２樹脂層を形成前の模式的平面パターン構成図。 実施の形態に係る第１モールドであって、半導体デバイスとしてＳｉＣ 絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を適用したツーインワンモジュール（ハーフブリッジ内蔵モジュール）の回路構成図。 実施の形態に係る第１モールドであって、ハーフブリッジ内蔵モジュールにおいて、第２樹脂層を形成後の模式的鳥瞰構成図。 実施の形態に係る第１モールドであって、ハーフブリッジ内蔵モジュールにおいて、上面板電極を形成後で第２樹脂層を形成前の模式的鳥瞰構成図。 実施の形態に係るパワーモジュールであって、（ａ）ワンインワンモジュール（1 in 1 Module）のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的回路表現図、（ｂ）ワンインワンモジュールのＩＧＢＴの模式的回路表現図。 実施の形態に係るパワーモジュールであって、ワンインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの詳細回路表現図。 実施の形態に係るパワーモジュールであって、（ａ）ツーインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的回路表現図、（ｂ）ツーインワンモジュールの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）の模式的回路表現図。 実施の形態に係るパワーモジュールに適用する半導体デバイスの例であって、（ａ）ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図、（ｂ）ＩＧＢＴの模式的断面構造図。 実施の形態に係るパワーモジュールに適用する半導体デバイスの例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。 実施の形態に係るパワーモジュールに適用する半導体デバイスの例であって、エミッタパッド電極ＥＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＩＧＢＴの模式的断面構造図。 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、ＳｉＣ ＤＩ（Double Implanted）ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。 実施の形態に係る半導体装置に適用可能な半導体デバイスの例であって、ＳｉＣ トレンチ（Ｔ：Trench）ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造図。 実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータの模式的回路構成において、（ａ）半導体デバイスとしてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用し、電源端子ＰＬ、接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサを接続した回路構成例、（ｂ）半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用し、電源端子ＰＬ、接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサを接続した回路構成例。 半導体デバイスとしてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用した実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータの模式的回路構成図。 半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用した実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータの模式的回路構成図。

次に、図面を参照して、本実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、平面図、側面図、底面図、断面図などは模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置などを特定するものではない。実施の形態は、特許請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１の実施の形態］
（パワーモジュール）
第１の実施の形態に係るパワーモジュール１０の一部を透過して示す模式的鳥瞰構成図は、図１（ａ）に示すように表わされ、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図は図１（ｂ）に示すように表わされる。

パワーモジュール１０は、半導体デバイスを樹脂封止する第１モールド３０と、冷媒を取り込む取込口２３Ａと冷媒を取り出す取出口２３Ｂとを有し、第１モールド３０を取り囲む第２モールド２１とを備える。

パワーモジュール１０は、第１モールド３０・第１放熱器４０Ｆ・第２放熱器４０Ｓ・下側第２モールド２１Ｓ・上側第２モールド２１Ｆ・下側金属枠２７Ｓ・上側金属枠２７Ｆ・出力端子Ｏ・正側電力端子Ｐ・負側電力端子Ｎ・第１半導体デバイスＱ１のゲート端子Ｇ１・第１半導体デバイスＱ１のソースセンス端子Ｓ１・第２半導体デバイスＱ４のゲート端子Ｇ４・第２半導体デバイスＱ４のソースセンス端子Ｓ４を備える。第１モールド３０は、図示を省略している絶縁基板と、絶縁基板上に搭載された半導体デバイスとを樹脂封止したものである。以降において、第１モールド３０と称する場合は、絶縁基板と半導体デバイスを含むものとして説明する。

下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆは、両者が組み合わされて第２モールド２１を構成する。下側金属枠２７Ｓと上側金属枠２７Ｆは、第１モールド３０を取り囲む。なお、下側金属枠２７Ｓと上側金属枠２７Ｆは、エンジニアリングプラスチックで構成された枠でも良いし、無くても良い。下側金属枠２７Ｓと上側金属枠２７Ｆの作用については、後述する。

パワーモジュール１０は、第１モールド３０の第１主表面３０Ｆに接合される第１放熱器４０Ｆを備える。また、第１主表面３０Ｆに対向する第２主表面３０Ｓに接合される第２放熱器４０Ｓを備えても良い。第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、第１・第２主表面３０Ｆ・３０Ｓの絶縁されたＣｕ面に、例えば半田付けで接合される。なお、図１においてＣｕ面の表記は省略している。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、放熱器４０Ｓ，４０Ｆが接合された第１モールド３０を、冷媒を取り込む取込口２３Ａと冷媒を取り出す取出口２３Ｂとを有する第２モールド２１が取り囲んでいる。第１モールド３０と第２モールド２１との間には、水路２９が構成される。水路２９は気密層と称しても良い。つまり、第２モールド２１の第１モールド３０側の表面には、気密層が形成される。

水路２９は、取込口２３Ａから取り込んだ冷媒を流す。第１モールド３０から熱を奪った冷媒は、取出口２３Ｂから取り出される。冷媒は、取込口２３Ａから流入し、取出口２３Ｂから一定流量で流出する。冷媒の流量を一定にすることで、冷却システム全体の設計が容易になる。なお、冷媒の流量は一定で無くても良い。例えば、脈動していても構わない。冷媒は、例えば、水または水とエチレングリコールとを５０％ずつの割合で混合させた混合液や冷却空気や冷却ガスが用いられる。

第１放熱器４０Ｆ若しくは第２放熱器４０Ｓは冷却フィンを備え、冷却フィンのフィンは、冷媒の移動方向に対して実質的に平行に配置される。第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓの表面は、冷媒との接触面積を大きくするため凸凹である。第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓの表面の凸部がフィンである。冷却フィンのフィンを、冷媒の移動方向に対して平行に配置することで、冷却システムの圧力損失を低減することができる。圧力損失について詳しくは後述する。なお、実質的に平行とは、厳密な平行でなくても同様の作用効果が得られる範囲を意味する。

また、第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは一方または両方が無くても良い。つまり、第１モールド３０の第１・第２主表面３０Ｆ・３０Ｓと冷媒との間の熱交換量が、必要十分であれば、第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは不要である。また、第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓの片方のみを備えるようにしても良い。

図２（ａ）に、第１モールド３０の第１主表面３０Ｆ側から見た概略平面図を示す。また、図２（ｂ）に、第１モールド３０の内部構造を示す平面パターン構成図を示す。

図２（ａ）に示すように、第１モールド３０は、Ｃｕ面３４・端子導出部３３を備える。Ｃｕ面３４は、第１主表面３０Ｆに配置され、絶縁されている。端子導出部３３は、各々の端子の第１モールド３０からの導出部分に配置され、第１モールド３０と一体である。

図２（ｂ）に示すように、絶縁基板３１の上に導電パターンＤ（Ｋ１）・Ｄ（Ｋ４）・ＥＰが配置される。絶縁基板３１は、例えばＤＢＣ（Direct Bonding Copper）基板である。絶縁基板３１の模式的断面構造図は、図３に示すように表され、例えば両面に導電層３１Ｕ・３１Ｄを備える。導電層３１Ｕをパターニングして導電パターンＤ（Ｋ１）・Ｄ（Ｋ４）・ＥＰを形成する。なお、第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４の実装面と反対側の表面の導電層３１Ｄは無くても良い。

導電パターンＤ（Ｋ１）に、第１半導体デバイスＱ１とダイオードＤ１が配置される。また、導電パターンＤ（Ｋ４）に、第２半導体デバイスＱ４とダイオードＤ２が配置される。

なお、図２（ｂ）は、第１半導体デバイスＱ１と第２半導体デバイスＱ４とを、それぞれ２個用いる例を示している。ダイオードＤ１・Ｄ２は、フリーホイールダイオードであり、第１半導体デバイスＱ１と第２半導体デバイスＱ４のソース・ドレイン間に逆並列に接続される。なお、ダイオードＤ１／Ｄ２は、半導体デバイスＱ１・Ｑ４内に形成されているものを用いるようにして、省略しても良い。

図２（ｂ）に例示する第１モールド３０は、ツーインワンモジュールであり、その回路構成は図４に示すように表される。導電パターンＤ（Ｋ１）は、第１半導体デバイスＱ１のドレイン電極と接続される。また、導電パターンＤ（Ｋ１）は、正側電力端子Ｐによって外部に取り出される。

第１半導体デバイスＱ１のソース電極は、図示しない例えばリード部材等で、第２半導体デバイスＱ４のドレイン電極が配置された導電パターンＤ（Ｋ４）に接続される。また、導電パターンＤ（Ｋ４）は、出力端子Ｏによって外部に取り出される。

導電パターンＥＰは、図示しない例えばリード部材等で、第２半導体デバイスＱ４のソース電極に接続される。また、導電パターンＥＰは、負側電力端子Ｎによって外部に取り出される。

また、第１半導体デバイスＱ１のゲート電極とソースセンス電極とは、それぞれ参照符号を省略している導電パターンとボンディングワイヤ（太い実線）で接続され、ゲート端子Ｇ１・ソースセンス端子Ｓ１によって外部に取り出される。第２半導体デバイスＱ４についても同様に、ゲート電極とソースセンス電極とが、ゲート端子Ｇ４・ソースセンス端子Ｓ４によって外部に取り出される。

絶縁基板３１・第１半導体デバイスＱ１・第２半導体デバイスＱ４は樹脂で覆われ、各々の端子Ｐ・Ｎ・Ｏ・Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４の先端部分のみが、他と導通する目的で樹脂から露出している。各々の端子Ｐ・Ｎ・Ｏ・Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４の第１モールド３０からの導出部は、端子導出部３３を構成する樹脂で覆われている。

第１モールド３０を図２の矢印Ａ方向から見た模式的鳥瞰構成図は、図５に示すように表される。第１・第２放熱器を接合した第１モールド３０を矢印Ａ方向から見た模式的鳥瞰構成図は、図６に示すように表される。また、第２モールド２１を構成する下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆの模式的鳥瞰構成図は、図７に示すように表される。

下側第２モールド２１Ｓの内側には、下側金属枠２７Ｓが配置されている。上側第２モールド２１Ｆの内側にも上側金属枠２７Ｆが配置されるが、図７ではその表記は省略している。下側・上側第２モールド２１Ｓ・２１Ｆは、第２モールド２１の防水性能を高める作用をする。

図５に示すように、第１モールド３０の第１主表面３０Ｆは、Ｃｕ面３４が露出している。図５では確認できない第２主表面３０ＳもＣｕ面３４が露出している。

第２主表面３０Ｓ上のＣｕ面３４は、例えば絶縁基板３１の裏面の導電層３１Ｄ（図３）を、露出させた状態で樹脂封止することで容易に構成することができる。また、第１主表面３０Ｆ上のＣｕ面３４は、例えば、第１主表面３０Ｆの面積とほぼ等しい面積の銅箔を、樹脂封止し、その表面を露出することで容易に構成することができる。

第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、Ｃｕ面３４に、例えば半田付け等で接合する。第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓが接合された第１モールド３０は、下側第２モールド２１Ｓの切欠き部２５に、横方向に導出された各々の端子Ｐ・Ｎ・Ｏ・Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４の端子導出部３３を嵌めて固定する。つまり、第１モールド３０を、端子Ｐ・Ｎ・Ｏ・Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４で支える構造である。また、各端子Ｐ・Ｎ・Ｏ・Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４は、第１主表面３０Ｆに対して実質的に平行方向に延伸して配置される。

そして、第１モールド３０を固定した下側第２モールド２１Ｓに、上側第２モールド２１Ｆをインロー構造で噛み合わせ、下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆとを接合する。下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆとは、例えば超音波溶着で接合する。なお、図７においてインロー構造の噛み合わせ部分の構造の表記は省略している。

ここで、第１モールド３０は、制御端子Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４・Ｏ若しくは電力端子Ｐ・Ｎを導出する端子導出部３３を備え、端子導出部３３は第２モールド２１の外側まで突出している。このように、第１モールド３０は、第２モールド２１によって取り囲まれる。なお、以後の説明においては、各制御端子および各電力端子を総称して「各端子」と称する。

第１モールド３０と第２モールド２１との間には、空間が形成される（図１（ｂ）の水路２９）。取込口２３Ａから冷媒を取り込み、取出口２３Ｂから冷媒を取り出すことで、水路２９に冷媒が流れる。

第２モールド２１の樹脂層の厚みの薄い各端子の先端部分は、第２モールド２１の外側に突出しているので、冷媒に曝されることがない。したがって、防水性の確保が難しい樹脂層の厚みの薄い各端子の先端部分から、第１モールド３０の内部に冷媒が浸入することはない。

第１モールド３０は、例えば撥水性の樹脂で一体成型すれば、一定の厚みの壁が水路２９と対向するので、水路２９から内部に冷媒が浸入することはない。このように、パワーモジュール１０は、冷媒に水等の冷却水を用いた場合での動作を可能にし、信頼性を高めることができる。

また、各端子の突出方向と直交する面において、端子導出部３３の断面は、長方形形状であり、長方形の長辺が冷媒の移動方向に対して実質的に平行に配置されている。この構成によれば、冷却フィンのフィンと同様に冷却システムの圧力損失を低減することができる。詳しくは後述する。

以上説明したパワーモジュール１０は、半導体デバイスを封止した第１モールド３０の周囲全体を冷却するので冷却性能を向上させる。その結果、パワーモジュール１０は、パワーモジュールのさらなる大電力化を図れる。

（変形例１）
変形例１のパワーモジュール１０Ａの模式的鳥瞰構成図は、図８（ａ）に示すように表される。また、図８（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見た模式的側面図は、図８（ｂ）に示すように表される。また、図８（ａ）に示す矢印Ｃ方向から見た模式的側面図は、図８（ｃ）に示すように表される。

パワーモジュール１０Ａは、パワーモジュール１０に対して各端子の延伸方向を変えた点で異なる。また、パワーモジュール１０Ａは、結合器（カプラ）１２を備える点で、パワーモジュール１０と異なる。結合器１２は、取込口２３Ａと取出口２３Ｂにそれぞれ挿入され、冷媒を流すパイプ若しくはホースの結合を容易にするためのものである。

パワーモジュール１０Ａの第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４の制御端子Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４・Ｏ若しくは電力端子Ｐ・Ｎは、第１主表面３０Ｆに対して実質的に鉛直方向に延伸して配置される。

制御端子Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４・Ｏは、冷媒の移動方向Ｗに対して平行な第１モールド３０の一辺に沿って第１主表面３０Ｆから鉛直方向に延伸される。電力端子Ｐ・Ｎは、制御端子Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４・Ｏと逆の鉛直方向に、第２主表面３０Ｓの反対側の一辺から延伸される。

パワーモジュール１０と同様に、各端子の端子導出部３３の断面は、長方形形状であり、長方形の長辺が冷媒の移動方向に対して実質的に平行になるように配置されている。

パワーモジュール１０Ａの各端子の配置によれば、第１・第２主表面３０Ｆ・３０Ｓと対向する範囲に、例えば制御系の回路若しくは電源系の回路を構成することが可能である。よって、パワーモジュール１０Ａは、パワーモジュールを含むシステムの平面サイズを小さくすることができる。

（変形例２）
変形例２のパワーモジュール１０Ｂの模式的鳥瞰構成図は、図９（ａ）に示すように表される。また、図９（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見た模式的側面図は、図９（ｂ）に示すように表される。また、図９（ａ）に示す矢印Ｃ方向から見た模式的側面図は、図９（ｃ）に示すように表される。

パワーモジュール１０Ｂは、パワーモジュールＡ（図８）に対して、電力端子Ｐ・Ｎを第１モールド３０の側面部から延伸するようにした点で異なる。パワーモジュール１０Ｂの電力端子Ｐ・Ｎは、制御端子Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４・Ｏと反対側の側面部から第２モールド２１の外側に向けて延伸されている。

電力端子Ｐ・Ｎの端子導出部３３の断面は、パワーモジュール１０・１０Ａと同様に長方形形状であり、長方形の長辺が冷媒の移動方向に対して実質的に平行になるように配置されている。

パワーモジュール１０Ａの各端子の配置によれば、第１・第２主表面３０Ｆ・３０Ｓと対向する範囲に、例えば制御系の回路を構成することが可能であり、パワーモジュールを含むシステムの平面サイズを小さくすることができる。

（変形例３）
変形例３のパワーモジュール１０Ｃの模式的鳥瞰構成図は、図１０（ａ）に示すように表される。また、図１０（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見た模式的側面図は、図１０（ｂ）に示すように表される。また、図１０（ａ）に示す矢印Ｃ方向から見た模式的側面図は、図１０（ｃ）に示すように表される。

パワーモジュール１０Ｃは、各端子を一方の鉛直方向に延伸した点で、パワーモジュールＡ（図８）と異なる。パワーモジュール１０Ｃの電力端子Ｐ・Ｎは、制御端子Ｇ１・Ｓ１・Ｇ４・Ｓ４・Ｏと同方向の鉛直方向に延伸される。

パワーモジュール１０Ｃの各端子の配置によれば、第１主表面３０Ｆと対向する範囲に、例えば制御系の回路若と電源系の回路を集約することが可能である。よって、パワーモジュール１０Ｃは、パワーモジュールを含むシステムの体積を小さくすることができる。

なお、各端子は、図１０とは逆の鉛直方向に、第２主表面３０Ｓから延伸させても良い。その場合でも、パワーモジュール１０Ｃは、パワーモジュールを含むシステムの体積を小さくすることができる。

（変形例４）
変形例４のパワーモジュール１０Ｄの模式的鳥瞰構成図は、図１１（ａ）に示すように表される。また、図１１（ａ）に示す矢印Ｂ方向から見た模式的側面図は、図１１（ｂ）に示すように表される。また、図１１（ａ）に示す矢印Ｃ方向から見た模式的側面図は、図１１（ｃ）に示すように表される。

変形例４は、ゲートドライバ基板２８を備える点で、パワーモジュール１０Ａと異なる。パワーモジュール１０Ｄは、第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４上に配置されたゲートドライバ基板２８と、ゲートドライバ基板２８上に搭載されたドライバ回路とを備える。ドライバ回路の表記は、省略している。

ドライバ回路は、第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４を駆動および制御する回路である。このようにドライバ回路をパワーモジュールと一体化することで、パワーモジュールを小型化することができる。

なお、ドライバ回路は、第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４がスイッチングする際に発生する電磁波雑音の影響を受ける場合がある。そこで、第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４とゲートドライバ基板２８との間にシールド層を備えるようにしても良い。
シールド層を備えることで、パワーモジュールの誤動作を防止することができる。

シールド層は、ゲートドライバ基板２８を例えば図３に示したＤＢＣ基板で構成し、第１・第２半導体デバイスＱ１・Ｑ４と対向する面の導電層３１Ｄで構成しても良い。また、例えば図１に示した上側・下側金属枠２７Ｆ・２７Ｓ若しくは第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、シールド層と同様に作用する。よって、専用のシールド層を用意しなくても同様の作用効果を得ることができる。

（冷却能力と圧力損失）
冷却システムの冷却能力と圧力損失との関係について説明する。

冷却システムの概略システム構成図は、図１２に示すように表される。冷却水量と冷却能力、および冷却水量と圧力損失との関係を示す模式的特性図は、図１３に示すように表される。

本実施形態のパワーモジュールを冷却する冷却システムは、例えばパワーモジュール１０を含む冷却器ＩＰＭと、パワーモジュール１０を冷却する冷媒６４と、冷却器ＩＰＭに冷媒６４を供給する流路６２と、冷媒６４を冷却するとともに冷却器ＩＰＭ方向への流量を与えるポンプ６０とを備える。冷媒６４は、気体または液体である。冷媒６４が気体の場合は、ポンプ６０はファンに置き換わる。

図１３に示す模式的特性図の横軸は、例えば、冷却水流量（Ｌ／ｍｉｎ）、縦軸は冷却能力Ｔ（Ｗ）と圧力損失ΔＥ（ｋｐａ）である。冷却水水量を増加させると、冷却能力Ｔは大きくなる。しかし、圧力損失ΔＥも冷却水水量の増加に伴って増加する特性を示す。

圧力損失ΔＥとは、流体が機械装置などを通過する際の単位時間単位流量あたりのエネルギー損失である。よって、冷却システム全体で消費するエネルギーは、冷却水水量を一定とした時の冷却能力ＴＥ１と圧力損失ΔＥ１との和（ＴＥ１＋ΔＥ１）で、主に表される。

したがって、冷却システムにおいては、圧力損失ΔＥを小さくすることが課題になる。この課題を解決する目的で、パワーモジュール１０の第１放熱器４０Ｆ若しくは第２放熱器４０Ｓの冷却フィンのフィンは、冷媒６４の移動方向に対して実質的に平行に配置する。また、各端子の延伸する方向と直交する面において、端子導出部３３の断面を長方形形状とし、長方形の長辺が冷媒の移動方向に対して実質的に平行に配置されるように構成する。

なお、冷媒６４の流量は、半導体デバイスの発熱量に応じて変動させる。流量は、ポンプ６０を制御することで容易に変動させることができる。

（放熱器）
第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓの具体例の模試的鳥瞰構成図は、図１４に示すように表される。また、第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓの他の具体例の模試的鳥瞰構成図は、図１５に示すように表される。

図１４に示す第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、基端部ＦＢ・フィン４４を備える。基端部ＦＢは、第１モールド３０の第１・第２主表面３０Ｆ・３０Ｓの表面のＣｕ面３４に、例えば半田付け等で接合される。フィン４４の向きは、冷媒の移動方向と一致する向きになるように配置される。

図１５に示す第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、形状の異なるフィン４２を備える。フィン４２の形状は、細い円柱形状であり、円柱が市松模様を形成するように基端部ＦＢ上に配置されている。

円柱形状のフィン４２は、冷媒の移動方向と対向する断面形状が円形である。よって、図１５に示す第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、第１モールド３０に固定する向きが限定されない。

なお、基端部ＦＢの四隅に示す円は、例えば、ねじ穴である。第１・第２放熱器４０Ｆ・４０Ｓは、第１モールド３０にねじ等で固定するようにしても良い。

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係るパワーモジュール１００の模式的鳥瞰構成図は、図１６に示すように表される。また、図１６に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図は、図１７に示すように表される。

図１６に示すようにパワーモジュール１００は、第２モールド１２１・取込口１１２・取出口１１２・端子導出部１３３・ソース端子１３８Ｓ・ドレイン端子１３８Ｆを備える。パワーモジュール１００は、半導体デバイスに例えばＳｉＣ ＭＯＳＭＯＳＦＥＴを１個用いたワンインワンパワーモジュールである。図１６において、電力端子Ｐ・Ｎの表記は省略している。

図１７を参照してパワーモジュール１００の詳しい構成を説明する。パワーモジュール１００は、第１モールド１３０・第１放熱器１４０Ｆ・第２放熱器１４０Ｓ・第１金属枠１２７Ｆ・第２金属枠１２７Ｓを備える。

第１モールド１３０は、半導体デバイス１３０_１・接合層７０・柱状電極１３０_２・第１厚銅１３９Ｆ・第２厚銅１３９Ｓ・第１絶縁基板１３６Ｆ・第２絶縁基板１３６Ｓ・第１放熱器１４０Ｆ・柱状電極１３０_２を備える。

半導体デバイス１３０_１のドレイン電極は、接合層７０で第１厚銅１３９Ｆに接続される。第１厚銅１３９Ｆは、接合層７０でドレイン端子１３８Ｆに接続される。

第１厚銅１３９Ｆの半導体デバイス１３０_１と反対側の面には、第１絶縁基板１３６Ｆの第１導電層１３５Ｆが接合層７０で接続される。第１絶縁基板１３６Ｆを挟んで第１導電層１３５Ｆと反対側の第２導電層１３７Ｆは、第１モールド１３０の表面に露出しており、露出した第２導電層１３７Ｆに、第１放熱器１４０Ｆが接合層７０で接続される。

半導体デバイス１３０_１のソース電極には、接合層７０で柱状電極１３０_２が接続される。柱状電極１３０_２の半導体デバイス１３０_１と反対側の面は、接合層７０で第２厚銅１３９Ｓに接続される。第２厚銅１３９Ｓは、接合層７０でソース端子１３８Ｓに接続される。

第２厚銅１３９Ｓの半導体デバイス１３０_１と反対側の面には、第２絶縁基板１３６Ｓの第１導電層１３５Ｓが接合層７０で接続される。第２絶縁基板１３６Ｓを挟んで第１導電層１３５Ｓと反対側の第２導電層１３７Ｓは、第１モールド１３０の表面に露出しており、露出した第２導電層１３７Ｓに、第２放熱器１４０Ｓが接合層７０で接続される。

半導体デバイス１３０_１を中心とした第２導電層１３７Ｆ〜第２導電層１３７Ｓの構成は、樹脂１３１で成型され、第１モールド１３０を構成する。第１モールド１３０の主表面の第２導電層１３７Ｆには第１放熱器１４０Ｆ、第１モールド１３０のもう一方の主表面の第２導電層１３７Ｓには第２放熱器１４０Ｓがそれぞれ接続される。第１・第２放熱器１４０Ｆ・１４０Ｓの両端は、この例では凹形状の第１金属枠１２７Ｆと第２金属枠１２７Ｓの底面内側の壁に突き当たっている。

第１金属枠１２７Ｆと第２金属枠１２７Ｓの凹形状の側壁の両先端部のそれぞれは、ドレイン端子１３８Ｆとソース端子１３８Ｓの端子導出部１３３の壁に突き当たっている。そして、第１金属枠１２７Ｆと第２金属枠１２７Ｓの外側は、第２モールド１２１で取り囲まれている。

第１モールド１３０と第１・第２金属枠１２７Ｆ・１２７Ｓとの間には、水路１６４が形成される。水路１６４は、取込口１１２から流入する冷媒６４で満たされる。

第１・第２金属枠１２７Ｆ・１２７Ｓは、水路１６４の防止性能を高める。また、第１・第２金属枠１２７Ｆ・１２７Ｓは、半導体デバイス１３０_１が発生する電磁波雑音を遮断するシールド層としても作用する。

[第３の実施の形態]
第３の実施の形態に係るパワーモジュール１００Ａの模式的鳥瞰構成図は、図１８に示すように表される。また、図１８に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図は、図１９に示すように表される。

パワーモジュール１００Ａは、パワーモジュール１００の第１モールド１３０と第１・第２放熱器１４０Ｆ・１４０Ｓを、反時計方向に９０°回転させ、第２モールド１２１の一面からドレイン端子１３８Ｆとソース電極１３８Ｓを取り出したものである。

パワーモジュール１００Ａの構成要素は、パワーモジュール１００と同じである。よって、図１８と図１９に参照符号を示して説明は省略する。

図１７と図１９とを対比することで明らかなように、パワーモジュールのドレイン端子１３８Ｆとソース電極１３８Ｓは、第２モールド１２１のいずれの面から取り出しても良い。電力端子Ｐ・Ｎについても同様である。

（パワーモジュールの製造方法）
パワーモジュール１０・１００・１００Ａの製造方法について説明する。その製造方法の一例は、図２０（ａ）〜（ｄ）に示すように表される。図２０（ａ）〜（ｄ）は、製造工程例を示す模式的断面構造図である。

パワーモジュール１０・１００・１００Ａの製造方法は、半導体デバイスを封止した第１モールド３０を、ブロー成型用の注入口２１Ｂを有する樹脂チューブ２１Ａ内に挿入する工程と、第１モールド３０を挿入した樹脂チューブ２１Ａを金型５２に設置する工程と、金型５２を加熱した状態で、樹脂チューブ２１Ａの注入口に圧縮空気を注入する工程と、圧縮空気を注入した状態で、金型５２を冷却する工程と、金型５２から樹脂チューブ２１Ａを取り出し、樹脂チューブ２１Ａの端子部分Ｇ１・Ｏの樹脂を取り除く工程とを有する。

まず、第１モールド３０を、ブロー成型用の注入口２１Ｂを有する樹脂チューブ２１Ａ内に挿入する（図２０（ａ））。第１モールド３０の製造方法については後述する。

次に、第１モールド３０を挿入した樹脂チューブ２１Ａを、金型５２に設置する（図２０（ｂ））。金型５２は、第１モールド３０を収容するキャビティ５２Ｃを備える。キャビティ５２Ｃの断面形状は、第１モールド３０を収容する中央部分が長方形であり、第１モールド３０の両端の端子Ｇ１・Ｏに向けてテーパ状である。金型５２は上下に２つに分かれる金型であり、樹脂チューブ２１Ａを上下２つの金型で挟んで固定する。図２（ｂ）において、金型５２が上下に分かれる構成の表記は省略している。

次に、金型５２を加熱した状態で、注入口２１Ｂから圧縮空気（ブロー）を注入し、樹脂チューブ２１Ａ内の内圧を上げ、樹脂チューブ２１Ａを膨張させる。この時、注入口２１Ｂの他に、図示しない排出口２１Ｃを設け、圧縮空気を金型５２の外側に排出させても良い。注入口２１Ｂを取込口２３Ａ、排出口２１Ｃを取出口２３Ｂとして用いると都合が良い。

次に、樹脂チューブ２１Ａを膨張させた状態で、金型５２を冷却する（図２（ｃ））。次に、金型５２から樹脂チューブ２１Ａを取り出し、樹脂チューブ２１Ａの端子部分Ｇ１・Ｏの樹脂を取り除き、端子Ｇ１・Ｏが外部と接続するように加工する（図２（ｄ））。

以上の工程を有することで、パワーモジュール１０・１００・１００Ａを製造することができる。なお、図２０（ａ）に示す工程において、樹脂チューブ２１Ａはチューブで無くても良い。樹脂チューブ２１Ａを、２枚の樹脂膜で構成し、２枚の樹脂膜を金型５２で挟むことで樹脂チューブを構成するようにしても良い。

また、パワーモジュール１０・１００・１００Ａの製造方法は、半導体デバイスを樹脂でモールドした第１モールド３０を成型する工程と、第１モールド３０を、冷媒を取り込む取込口２３Ａと冷媒を取り出す取出口２３Ｂとを有する下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆで囲み、下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆとを溶着させる工程とを有する方法でも良い。

まず、半導体デバイスと、半導体デバイスを搭載した絶縁基板３１等を樹脂で封止した第１モールド３０を成型する（図２参照）。次に、第１モールド３０の端子導出部３３を、下側第２モールド２１Ｓの切欠き部２５に嵌めて固定する。そして、第１モールド３０が固定された下側第２モールド２１Ｓと、上側第２モールド２１Ｆとを組み合わせる（図７参照）。以上の工程を有することで、パワーモジュール１０・１００・１００Ａを製造することができる。

下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆとを組み合わせる場合、両者の接合面をインロー構造にすると位置決めが容易である。下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆの接合面は、例えば超音波溶着で接合させる。

また、下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆとは、ねじ等で固定するようにしても良い。その場合は、例えば、第１放熱器４０Ｆと下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆと第２放熱器４０Ｓとをねじで固定する（図１４参照）。この場合、インロー構造にした下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆの接合面に、Ｏリングを配置するようにしても良い。なお、Ｏリングは超音波溶着で接合させる場合に用いても良い。

また、第１モールド３０を、下側第２モールド２１Ｓの切欠き部２５に嵌めて固定した後、第１モールド３０が固定された下側第２モールド２１Ｓと、上側第２モールド２１Ｆとをかみ合わせ（溶着）、下側第２モールド２１Ｓと上側第２モールド２１Ｆの全体を樹脂でモールドしても良い。

（パワーモジュールの連結構造体）
パワーモジュール１０・１００・１００Ａを複数備え、複数のパワーモジュールを連結させたパワーモジュールを構成しても良い。例えば、ツーインワンのパワーモジュール１０を３個連結し、パワーモジュールの連結構造体１３０（シックスインワンパワーモジュール（３相交流インバータ））を構成した模式的鳥瞰構造図は、図２１に示すように表される。

パワーモジュールの連結構造体１３３は、ｎ個目のパワーモジュール１０ｎ（ｎ≧２）の取出口２３Ｂに、ｎ＋１個目のパワーモジュール１０の取込口２３Ａを接続し、複数のパワーモジュール１０を直列に接続したものである。

パワーモジュールの連結構造体１３０は、３個のパワーモジュール１０_１〜１０_３・結合器１２を備える。１個目のパワーモジュール１０_１の取出口２３Ｂと２個目のパワーモジュール１０_２の取込口２３Ａとは、結合器１２で結合される。また、２個目のパワーモジュール１０_２の取出口２３Ｂと３個目のパワーモジュール１０_３の取込口２３Ａとは、別の結合器１２で結合される。

１個目のパワーモジュール１０_１の取込口２３Ａから流入した冷媒は、３個目のパワーモジュール１０_３の取出口２３Ｂから流出する。

このように本実施形態に係るパワーモジュール１０を複数組み合わせることで、結合器１２による取り付けのみで水路が一系統でかつ両面冷却が可能な例えば３相交流インバータを簡単に構成することができる。また、冷媒の流路を、極めて簡単に構成することができる。

なお、複数のパワーモジュール１０は並列に接続しても良い。パワーモジュール１０を３個並列に連結したパワーモジュールの連結構造体１４３の模式的鳥瞰構造図は、図２２に示すように表される。パワーモジュールの連結構造体１４３は、３相交流インバータを構成する点で、パワーモジュールの連結構造体１３３と同じである。

パワーモジュールの連結構造体１４０は、ｎ個目のパワーモジュール１０の取込口２３Ａとｎ＋１個目のパワーモジュール１０の取込口２３Ａとを接続し、ｎ個目のパワーモジュール１０の取出口２３Ｂとｎ＋１個目のパワーモジュールの取出口２３Ｂとを接続し、複数のパワーモジュールを並列に接続したものである。

パワーモジュールの連結構造体１４３は、流路６２Ａ・流路６２Ｂ・３個のパワーモジュール１０・結合器１２を備える。図２２に示すように、パワーモジュール１０_１・１０_２・１０_３のそれぞれの取込口２３Ａは、流路６２Ａと結合器１２で接続する。また、パワーモジュール１０_１・１０_２・１０_３のそれぞれの取出口２３Ｂは、流路６２Ｂと結合器１２で接続する。

パワーモジュールの連結構造体１４３は、各パワーモジュール１０_１・１０_２・１０_３に並列に冷媒を供給することができるので、冷却能力を向上させることができる。

なお、複数のパワーモジュール１０_１〜１０_３を積層したパワーモジュールの連結構造体を構成しても良い。また、複数のパワーモジュール１０_１〜１０_３を組み合わせて立体化（例えば三角柱・立方体）したパワーモジュールの連結構造体を構成しても良い。

なお、パワーモジュール１０の内部に収容される第１モールド３０は、樹脂や絶縁基板等の熱膨張率の異なるもの同士が密着して構成される。第１モールド３０を構成する樹脂は、例えば約２００℃といった高温で成型されるため、成型後に常温に戻った際に、熱膨張率の差によってパワーモジュールに反りが生じる。

この反りを吸収するために、十分な厚さの放熱器接着層が必要になる。この放熱器接着層が、放熱器を含む第１モールド３０の厚みを厚くしてしまう。放熱器を含む第１モールド３０の厚みが厚くなると、水路２９の容積が減少し冷却能力が低下する。また、反りが大きいと、パワーモジュールの加熱と冷却の温度サイクルによる歪みがより多く蓄積され、パワーモジュールの信頼性を悪化させる場合も想定される。

よって、反り量を減らす必要がある。次に、反り量を減少させるように構成した第４の実施の形態について説明する。

[第４の実施の形態]
第４の実施の形態に係るパワーモジュール２５０の主要部の断面を示す模式的断面構造部は、図２３に示すように表される。

パワーモジュール２５０は、第１モールド３０と、放熱器接着層２６を介して第１モールド３０の下面に接着された放熱器１０５とを備える。第１モールド３０は、半導体デバイス４０と、半導体デバイス４０を搭載した絶縁基板８０とを封止する第１樹脂層１５と、第１樹脂層１５を封止する第２樹脂層１８とを備える。

第１モールド３０は、絶縁基板８０と、絶縁基板８０上に配置されたシリコンカーバイトデバイスやワイドバンドギャップ型のデバイス等からなるパワー回路用の半導体デバイス（半導体チップ）４０（４０_１・４０_２・４０_３）と、半導体チップ４０（４０_１・４０_２・４０_３）および絶縁基板８０上に配置され、半導体チップ４０（４０_１・４０_２・４０_３）を覆うように形成される第１樹脂層１５（例えば汎用樹脂）と、第１樹脂層１５の熱膨張率（ＣＴＥ）よりも小さい熱膨張率（ＣＴＥ）を有するとともに、第１樹脂層１５の弾性率よりも大きい弾性率を有する第２樹脂層１８（例えば多フィラー樹脂）とを備え、第２樹脂層１８は、第１樹脂層１５の少なくとも上面を覆うように形成される。

絶縁基板８０は、例えば、セラミックスの基板と、当該基板の上下に配置された銅箔を備えてもよい。

また、第１樹脂層１５および第２樹脂層１８は、ハードレジンである。

また、第１樹脂層１５の熱膨張率と第２樹脂層１８の熱膨張率は、それぞれ絶縁基板８０（或いは銅箔）の熱膨張率よりも大きくなされていても良い。

また、半導体チップ４０は、単一のチップでもよいし、図２３に例示するように複数個の半導体チップ４０_１・４０_２・４０_３でもよい。

このような、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８とを組み合わせた二重モールド構造を用いることで、単一モールド構造を有する第１モールド３０における反り量に比べて、実施の形態に係るパワーモジュール２５０の反り量（図２３の例では、反り量Ｗ１）を大幅に低減することができる（詳細は後述する）。

また、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８とを組み合わせた二重モールド構造を用いることで、モールド成型の温度を（例えば、約２００℃から約１８０℃に）低減することができ、信頼性の向上や高効率化を図ることができる。

（二重モールド構造）
実施の形態に係るパワーモジュール２５０に適用する封止樹脂として、図２４に示すような第２樹脂層１８（熱膨張率が比較的低く、反り量が比較的小さい多フィラー樹脂）と、第１樹脂層１５（密着力が比較的高い汎用樹脂）とを用いる。

半導体チップ４０を封止する樹脂の主材料は、エポキシ樹脂と反応に必要な硬化剤であるが、それ以外に主材料の半分以上をＳｉＯ_２のフィラー１３が占めている。フィラー１３は、樹脂の熱膨張率（ＣＴＥ）よりも小さい熱膨張率（ＣＴＥ）を有するため、このようなフィラー１３を樹脂に含有させることで、樹脂の実効熱膨張率を下げることができる。

例えば、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８に含まれるフィラー１３は、５０容量パーセント濃度（ｖｏｌ％）以上のフィラー１３を用いても良い。

より具体的には、図２５に例示するように、密着力の高い第１樹脂層１５（汎用樹脂）を基板８０側に成型し、反りを抑制する効果のある第２樹脂層１８（多フィラー樹脂）を第１樹脂層１５の上面に付加することで、反り量と密着度のトレードオフを解消する。

図２６は、樹脂の厚みと反り量との関係（樹脂をどの程度の厚みにすれば、反りが抑制できるのか）を検証するためのシミュレーションに用いた二重モールド構造の例を模式的示す。シミュレーションに用いた二重モールド構造は、図２６に例示するように、セラミックス基板８０（ＣＴＥ＝３）の上に汎用樹脂を用いた第１樹脂層１５（ＣＴＥ＝１６）を形成し、第１樹脂層１５の上面に多フィラー樹脂を用いた第２樹脂層１８（ＣＴＥ＝９）を形成した二重モールド構造である。この例では、第１樹脂層１５の厚さは、第２樹脂層１８の厚さよりも薄く形成されていても良い。

図２７は、樹脂の厚みと反り量との関係を検証するためのシミュレーションの結果を模式的に示す。このシミュレーションにおいては、例えば、約５０ｍｍ×約４０ｍｍの大きさの基板上に全樹脂厚ｔ０＝７．６ｍｍに対し第１樹脂層１５の厚みｔ（ｍｍ）を横軸とし、反り量を縦軸としている。図２７において、ｔ＝０ｍｍ（符号１８）は、多フィラー樹脂（第２樹脂層１８）による単一モールド構造でのシミュレーション結果に対応し、ｔ＝７．６ｍｍ（第１樹脂層１５）は、汎用樹脂（第１樹脂層１５）による単一モールド構造でのシミュレーション結果に対応する。

図２７において、反り量をプロットした結果、二重モールド構造の反り量は、第１樹脂層１５の厚みｔが１〜３ｍｍの範囲において極小値が得られ、これは、多フィラー樹脂（第２樹脂層１８）による単一モールド構造でのシミュレーション結果の反り量（単一モールド構造での最小値）よりも優れた値（反りがさらに抑制された値）になっている。

単一モールド構造の場合は、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８のそれぞれの熱膨張率と基板８０の熱膨張率の差によって、反り量が決まる。この場合、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８のそれぞれの熱膨張率（ＣＴＥ＝９、ＣＴＥ＝１６）の方が基板８０（ＣＴＥ＝３）の熱膨張率よりも大きいので、必ず下方向に反ることになる。

一方で、二重モールド構造の場合、図２８に例示するように、基板８０と第１樹脂層１５との間の境界（下境界）と、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８との間の境界（上境界）の２つの境界がある。ここで、下境界と上境界においてそれぞれ反りが発生すると考えると、図２８（ａ）に例示するように、基板８０（ＣＴＥ＝３）と第１樹脂層１５（ＣＴＥ＝１６）との間の下境界では下反りが生じ、図２８（ｂ）に例示するように、第１樹脂層１５（ＣＴＥ＝１６）と第２樹脂層１８（ＣＴＥ＝９）との間の上境界では、ＣＴＥ値の関係が下境界とは逆転しており、上反りが生じる。

このように、上境界における上反りの効果が高まることにより、下境界における下反りを抑制できる（図２８（ｃ））。

上境界における上反りの効果を高めるためには、（１）式に例示するように曲げ剛性を考慮する必要がある（互いの曲げ剛性のバランスで反り量が決まる（反りを０にすることも可能））。

剛性ｋ_B＝ＥＩ／Ｌ、Ｉ_x＝∫Aｙ²ｄＡ＝ａｔ³／１２ （１）
ここで、Ｅはヤング率、Ｌは長さ、ａは幅、Ｉは断面二次モーメント、Ａは断面積である（図２９参照）。特に、剛性ｋBは、厚みｔの３乗に比例するため、厚みｔのバランスを調整することで、単一モールド構造よりもさらに反り量を低減させることができる。

（二重モールド構造の製造方法）
実施の形態に係るパワーモジュール２５０に適用する二重モールド構造の製造方法の一
例は、図３０〜３１に示すように表される。

二重モールド構造の製造方法は、金型３５０内に半導体デバイスが表面に搭載された基板８０を設置するステップと、金型３５０内に入れ子３１０を挿入するステップと、入れ子３１０を挿入した状態の金型３５０に対して第１の樹脂を投入して、基板８０の表面を覆うように第１樹脂層１５を形成するステップと、金型３５０から入れ子３１０を取り除くステップと、第１樹脂層１５を入れ子が取り除かれた金型に設置するステップと、入れ子３１０が取り除かれた金型３５０に対して第２の樹脂を投入して、第１樹脂層１５の少なくとも上面を覆うように第１樹脂層１５の上に第２樹脂層１８を形成するステップと、金型３５０を取り外すステップとを有し、第２樹脂層１８は、第１樹脂層１５の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有するとともに、第１樹脂層１５の弾性率よりも大きい弾性率を有する。

まず、図３０（ａ）に例示するように、金型の厚さを可変できる入れ子金型３５０を用意し、金型３５０内に基板８０を設置する。

次に、入れ子３１０を挿入した状態の金型３５０（小金型）に対して（図３０（ｂ））、汎用樹脂を投入して第１樹脂層１５（例えば樹脂厚２．５ｍｍ）を成型する（図３０（ｃ））。第１樹脂層１５は、例えばトランスファーモールドで成型される。

次に、入れ子３１０を抜いた状態の金型３５０（大金型）に対して（図３１（ａ））、多フィラー樹脂を投入して第２の樹脂層１８（例えば樹脂厚７．６ｍｍ）を成型する（図３１（ｂ））。

次に、金型３５０を取り外すと、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８とが配置された二重モールド構造が得られる（図３１（ｃ））。

以上説明したように実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法は、第１の樹脂による１次モールドの後、さらに第２の樹脂による２次モールドを行う。１次モールドと２次モールドによって、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８の組成を任意に設計することが可能である。

例えば、第２樹脂層１８は、第１樹脂層１５の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有するとともに、第１樹脂層１５の弾性率よりも大きい弾性率を有するようにすることもできる。

（樹脂層の厚みと反り量との関係の検証）
図３２は、先に図２７に示したシミュレーション結果（折線）の模式的グラフ上に、この実測試験による反り量の実測値Ｍ１〜Ｍ４をプロットした図である。実測値Ｍ１は、多フィラー樹脂を用いた第２樹脂層１８の単一モールド構造による反り量の実測値であり、実測値Ｍ２は、汎用樹脂を用いた第１樹脂層１５の単一モールド構造による反り量の実測値であり、実測値Ｍ３およびＭ４は、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８との二重モールド構造による反り量の実測値である。

シミュレーションした単一モールド構造は、約４０ｍｍ×約３０ｍｍの大きさのセラミック基板８０上に汎用樹脂を用いた第１樹脂層１５または第２樹脂層１８を厚みｔ＝７．６ｍｍで形成している。また、実測値Ｍ３の二重モールド構造は、セラミック基板８０上に汎用樹脂を用いた第１樹脂層１５厚みｔ＝２．５ｍｍで形成し、さらに第１樹脂層１５の上面に多フィラー樹脂を用いた第２樹脂層１８を形成している。実測値Ｍ４の二重モールド構造は、第１樹脂層１５厚み＝６．２ｍｍである。

それぞれの実測値Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、図２７に示したシミュレーション結果（折線）のデータと略一致している。尚、第２樹脂層１８の単一モールド構造による実測試験の結果、第２樹脂層１８と基板８０との密着性が弱いことがわかった。

また、図３３は、樹脂厚みと反り量との関係を検証するための別のシミュレーションに用いたモールド構造であって、基板８０の端面が第１樹脂層１５または第２樹脂層１８の端面と面一な場合を示している。図３３（ａ）は、単一モールド構造（多フィラー樹脂）の例を模式的に示し、図３３（ｂ）は、単一モールド構造（汎用樹脂）の例を模式的示し、図３３３（ｃ）は、二重モールド構造（第１樹脂層１５＋第２樹脂層１８）の例を模式的示している。また、図３４は、図３３に示した各モールド構造を用いたシミュレーションの結果を模式示す。

このシミュレーションにおいては、全樹脂厚ｔ０＝７ｍｍに対し第１樹脂層１５の厚みｔ（ｍｍ）を横軸とし、反り量を縦軸としている。図３４において、ポイントＳ１（ｔ＝０）は、多フィラー樹脂（第２樹脂層１８）の単一モールド構造でのシミュレーション結果に対応し、ポイントＳ２（ｔ＝７）は、汎用樹脂（第１樹脂層１５）による単一モールド構造でのシミュレーション結果に対応し、ポイントＳ３は、二重モールド構造（第１樹脂層１５＋第２樹脂層１８）によるシミュレーション結果に対応する。図１５から明らかなように、二重モールド構造の反り量は、第１樹脂層１５の厚みｔが２．５ｍｍ付近において極小値（約３７μｍ）が得られ、これも、多フィラー樹脂（第２樹脂層１８）の単一モールド構造での反り量（約４２μｍ：単一モールド構造での最小値）よりも優れた値になっている。汎用樹脂（第１樹脂層１５）による単一モールド構造での反り量は、約１２１μｍであった。

（反りの温度特性）
図３５は、図３２に示した実測試験にそれぞれ用いた単一モールド構造と二重モールド構造のそれぞれの反りと温度との関係を例示する模式的グラフである。図３５において、ポイントＭ１３は、樹脂モールドの成型温度（１７５℃：反り量＝０μｍ）であり、ポイントＭ１１は、単一モールド構造を用いた場合の反り量（約５６μｍ）であり、ポイントＭ１２は、二重モールド構造を用いた場合の反り量（約１２μｍ）である。

図３５から明らかなように、反りは、温度によって変化し、単一モールド構造を用いた場合の反り量は、成型温度（１７５℃）ではゼロであり、常温で約５６μｍとなる。一般的なパワーモジュール等の場合、信頼性の面から−５０℃程度までの動作補償が求められており、単一モールド構造を用いた場合の反りは、−５０℃では常温のときの約２倍の１００μｍ程度も反ることになる。そうすると、１．５倍程度の設計マージンを考慮すると、単一モールド構造を用いた場合の放熱器接着層２６の厚みは、１５０μｍ程度の反りを吸収するために、１５０μｍ程度必要になる。

その一方で、二重モールド構造を用いた場合の反り量は、常温で約１２μｍであり、−５０℃においても約２０μｍ程度であると考えられる。したがって、１．５倍程度の設計マージンを考慮しても、二重モールド構造を用いた場合の放熱器接着層２６の厚みは、５０μｍ弱の反りを吸収できる、約５０μｍ程度に設定される。

（第１モールドの構成例）
実施の形態に係る第１モールド３０の構成例（その１）は、図３６（ａ）に例示するように、セラミックス基板８０と、セラミックス基板８０上に配置された単一の半導体チップ４０と、半導体チップ４０およびセラミックス基板８０上に配置され、半導体チップ４０を覆うように形成される第１樹脂層１５（例えば汎用樹脂）と、第１樹脂層１５の熱膨張率（ＣＴＥ）よりも小さい熱膨張率（ＣＴＥ）を有するとともに、第１樹脂層１５の弾性率よりも大きい弾性率を有する第２樹脂層１８（例えば多フィラー樹脂）とを備え、第２樹脂層１８は、第１樹脂層１５の少なくとも上面を覆うように形成される。

実施の形態に係る第１モールド３０の構成例（その２）では、図３６（ｂ）に例示するように、図３６（ａ）の構成例（その１）に比べて、第１樹脂層１５の厚みを薄く形成している。図３６（ｂ）の例では、第１樹脂層１５の厚みは、半導体チップ４０の高さよりも少し低く設定されている。また、第１樹脂層１５の厚みを薄くした分、第２樹脂層１８の厚みを増加させて、二重モールド構造全体の厚みを、構成例（その１）のものと同程度に形成している。

実施の形態に係る第１モールド３０の構成例（その３）では、図３６（ｃ）に例示するように、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８との間に第３樹脂層１７ａを挿入している。第３樹脂層１７ａの熱膨張率は、第１樹脂層１５の熱膨張率よりも小さく、かつ第２樹脂層１８の熱膨張率よりも大きくなされていても良い。また、第３樹脂層１７ａの弾性率は、第１樹脂層１５の弾性率よりも大きく、かつ第２樹脂層１８の弾性率よりも小さくなされていても良い。

実施の形態に係る第１モールド３０の構成例（その４）では、図３６（ｄ）に例示するように、第１樹脂層１５と第２樹脂層１８との間に第４樹脂層１７ｂを挿入している。第４樹脂層１７ｂは、比較的高い熱膨張率を有する樹脂（例えば第１樹脂層１５に用いられる樹脂）と比較的低い熱膨張率を有する樹脂（例えば第２樹脂層１８に用いられる樹脂）とが混合された樹脂を含有する。第４樹脂層１７ｂの熱膨張率は、第１樹脂層１５の熱膨張率よりも小さく、かつ第２樹脂層１８の熱膨張率よりも大きい。また、第４樹脂層１７ｂの弾性率は、第１樹脂層１５の弾性率よりも大きく、かつ第２樹脂層１８の弾性率よりも小さい。

尚、実施の形態に係る第１モールド３０の構成例（その１〜その４）においては、単一の半導体チップ４０を搭載する例を示したが、搭載する半導体チップ４０の数はこれに限定されず、必要に応じて、２以上の半導体チップ４０を搭載しても良い。

以上説明したように、実施の形態に係る第１モールド３０は、反り量を小さくすることができる。反り量が小さいと温度サイクルにおける信頼性を高めることができる。よって、実施の形態に係る第１モールド３０は、高い信頼性が要求される車載用のパワーモジュールに用いるのに好適である。次に、実施の形態に係るパワーモジュールの連結構造体を用いた第５の実施の形態について説明する。

[第５の実施の形態]
（電気自動車）
第５の実施の形態に係る電気自動車のパワーコントロールユニット７００に適用可能なパワーモジュールの連結構造体１３３において、モジュール用冷却系６１４を含む冷却機構部６１２のシステムブロック構造は、図３７に示すように表される。

第５の実施の形態に係る電気自動車は、実施の形態に係るパワーモジュール１０の連結構造体１３０を搭載する。また、パワーモジュールの連結構造体１３３に冷却水を循環させるためのモジュール用冷却系６１４を備える。

図３７に示すように、第５の実施の形態に係る電気自動車のパワーコントロールユニット７００に適用可能な冷却機構部６１２は、例えば、自動車用エンジンとなるモータ（図示省略）に３相の駆動電流を供給する３相交流インバータとして構成されるパワーモジュールの連結構造体１３３を、モジュール用冷却系６１４を用いて冷却するように構成される。

冷却機構部６１２において、モジュール用冷却系６１４は、ラジエータ６１６とポンプ６１８とを有する。ラジエータ６１６は、パワーモジュールの連結構造体１３０より熱を吸収することによって上昇した冷却水の温度を、ある温度まで低下させる。ポンプ６１８は、ラジエータ６１６によって一定の温度に保持された冷却水を、パワーモジュールの連結構造体１３３の流路に繰り返し供給する。

このような構成を備える冷却機構部６１２は、例えば、電気自動車のパワーコントロールユニット７００において、モータの駆動などをコントロールするＥＣＵ（Engine Control Unit）７０２によって制御されるようにしても良いし、ＥＣＵ７０２の制御によらず常にパワーモジュールの連結構造体１３３を冷却できるようにしても良い。

なお、この冷却機構部６１２を、モータとは別に、自動車用エンジンを搭載したハイブリッドカーのパワーコントロールユニット７１０に適用する場合においては、図３８に示すように、パワーモジュールの連結構造体１３３をモジュール用冷却系６１４により冷却する場合に限らず、エンジン冷却用に搭載されているエンジン用ラジエータ７１６とポンプ７１８とを有するハイブリッド用冷却系７１４を用いて冷却するようにしても良い。ハイブリッド用冷却系７１４によってパワーモジュールの連結構造体１３０を冷却できるようにしたハイブリッドカーにおいては、モジュール用冷却系６１４による冷却とハイブリッド用冷却系７１４による冷却とをＥＣＵ７１２によって切換可能に構成することは勿論のこと、冷却機構部６１２におけるモジュール用冷却系６１４の搭載を省略することも可能である。

電気自動車のパワーコントロールユニット７００またはハイブリッドカーのパワーコントロールユニット７１０においては、パワーモジュールの連結構造体１３０に限らず、いずれの実施の形態に係るパワーモジュール１０・１０Ａ等も適用可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、半導体デバイスを封止したモジュール全体を冷却することで冷却性能を高め、温度サイクルに対する信頼性も高めた電気自動車またはハイブリッドカーを提供することができる。

（第１モールドおよび半導体チップの詳細構成例）
実施の形態に係る第１モールド３０であって、ツーインワンモジュール（2 in 1 Module：ハーフブリッジ内蔵モジュール）において、第２樹脂層１８を形成前の模式的平面パターン構成は図３９に示すように表され、第２樹脂層１８を形成後の模式的鳥瞰構成は図４１に示すように表される。また、実施の形態に係るパワーモジュールであって、半導体デバイス（チップ）としてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用した図３９に対応したツーインワンモジュール（ハーフブリッジ内蔵モジュール）の回路構成は、図４０に示すように表される。

実施の形態に係る第１モールド３０は、２つのＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４が１つのモジュールに内蔵されたハーフブリッジ内蔵モジュールの構成を備える。

図３９においては、ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４は、それぞれ４チップ並列に配置されている例が示されている。

実施の形態に係る第１モールド３０は、図３９に示すように、樹脂層１５ｎに被覆されたＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４を搭載するセラミックス基板８の第１の辺に配置された正側電力端子Ｐおよび負側電力端子Ｎと、第１の辺に隣接する第２の辺に配置されたゲート端子ＧＴ１・ソースセンス端子ＳＳＴ１と、第１の辺に対向する第３の辺に配置された出力端子Ｏと、第２の辺に対向する第４の辺に配置されたゲート端子ＧＴ４・ソースセンス端子ＳＳＴ４とを備える。ここで、図３９に示すように、ゲート端子ＧＴ１・ソースセンス端子ＳＳＴ１は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート用信号配線パターンＧＬ１・ソース用信号配線パターンＳＬ１に接続され、ゲート端子ＧＴ４・ソースセンス端子ＳＳＴ４は、ＭＯＳＦＥＴＱ４のゲート用信号配線パターンＧＬ４・ソース用信号配線パターンＳＬ４に接続される。

図３９に示すように、ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４から信号基板２４1・２４4上に配置されたゲート用信号配線パターンＧＬ１・ＧＬ４およびソースセンス用信号配線パターンＳＬ１・ＳＬ４に向けてゲート用ワイヤＧＷ１・ＧＷ４およびソースセンス用ワイヤＳＳＷ１・ＳＳＷ４が接続される。また、ゲート用信号配線パターンＧＬ１・ＧＬ４およびソースセンス用信号配線パターンＳＬ１・ＳＬ４には、外部取り出し用のゲート端子ＧＴ１・ＧＴ４およびＳＳＴ１・ＳＳＴ４が半田付けなどによって接続される。

信号基板２４₁・２４₄は、セラミックス基板８上に、半田付けなどによって接続される。

また、実施の形態に係る第１モールド３０であって、ハーフブリッジ内蔵モジュールにおいて、上面板電極２２₁・２２₄を形成後で第２樹脂層１８を形成前の模式的鳥瞰構成は、図４２に示すように表される。４チップ並列に配置されたＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４のソースＳ１・Ｓ４は、上面板電極２２₁・２２₄によって共通に接続される。尚、図４２においては、ゲート用ワイヤＧＷ１・ＧＷ４およびソースセンス用ワイヤＳＳＷ１・ＳＳＷ４は図示を省略している。

また、図３９〜図４２においては、図示は省略されているが、ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４のＤ１・Ｓ１間およびＤ４・Ｓ４間に逆並列にダイオードが接続されていても良い。

図３９〜図４２に示された例では、４チップ並列に配置されたＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４のソースＳ１・Ｓ４は、上面板電極２２₁・２２₄によって共通に接続されているが、上面板電極２２₁・２２₄の代わりにソース同士がワイヤで導通されていても良い。

正側電力端子Ｐ・負側電力端子Ｎ、外部取り出し用のゲート端子ＧＴ１・ＧＴ４およびＳＳＴ１・ＳＳＴ４は、例えば、Ｃｕで形成可能である。

信号基板２４₁・２４₄は、セラミックス基板で形成可能である。セラミックス基板は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＳｉＣ、若しくは少なくとも表面が絶縁性のＳｉＣなどで形成されていても良い。

主配線導体（電極パターン）３２₁・３２₄・２２nは、例えば、Ｃｕ、Ａｌなどで形成可能である。

ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４のソースＳ１・Ｓ４と上面板電極２２_１・２２₄を接続する柱状電極２５₁・２５₄および上面板電極２２_１・２２₄部分は、例えば、Ｃｕ、ＣｕＭｏなどで形成されていても良い。ＣＴＥの値が同等である同じ大きさの材料を比較すると、発生応力は、ヤング率の値が大きい材料の方が大きくなる。このため、ヤング率×ＣＴＥの数値が、より小さい材料を選定することによって、発生応力の値の小さな部材を達成することができる。ＣｕＭｏは、このような利点を有している。また、ＣｕＭｏは、Ｃｕには劣るが、電気抵抗率も相対的に低い。また、上面板電極２２_１・２２₄間の表面に沿った離隔距離は、沿面距離と呼ばれる。沿面距離の値は、例えば、約２ｍｍである。

ゲート用ワイヤＧＷ１・ＧＷ４およびソースセンス用ワイヤＳＳＷ１・ＳＳＷ４は、例えば、Ａｌ、ＡｌＣｕなどで形成可能である。

ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４としては、ＳｉＣ ＤＩＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＴＭＯＳＦＥＴなどのＳｉＣ系パワーデバイス、或いはＧａＮ系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ: High Electron Mobility Transistor）などのＧａＮ系パワーデバイスを適用可能である。また、場合によっては、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワーデバイスも適用可能である。

実施の形態に係る第１モールド３０においては、４チップ構成のＭＯＳＦＥＴＱ１は、主配線導体（電極パターン）３２₁上に半田層などを介して配置された第１器部材１０₁内の主配線導体（電極パターン）３２₁上にチップ下接合層２を介して配置されている。さらに、第１器部材１０₁内には、第１樹脂層１５₁が充填され、４チップ構成のＭＯＳＦＥＴＱ１を樹脂封止している。同様に、４チップ構成のＭＯＳＦＥＴＱ４は、主配線導体（電極パターン）３２₄上に半田層などを介して配置された第２器部材１０4内の主配線導体（電極パターン）３２₄上にチップ下接合層２を介して配置されている。さらに、第２器部材１０₄内には、第１樹脂層１５₄が充填され、４チップ構成のＭＯＳＦＥＴＱ４を樹脂封止している。第１樹脂層１５₁と第１樹脂層１５₄は同一材料で形成される。尚、器部材１０₁・１０₄は、図３７および図３５に示す例では複数のＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４を内包しているが、複数のＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４をそれぞれ内包するように配置しても良い。

実施の形態に係る第１モールド３０の主要部は、セラミックス基板８と、セラミックス基板８上に配置された半導体デバイスＱ１・Ｑ４と、セラミックス基板８上に配置され、半導体デバイスＱ１・Ｑ４を囲む器部材１０₁・１０₄と、器部材１０₁・１０₄の内側に配置され、半導体デバイスＱ１・Ｑ４を封止する第１樹脂層１５₁・１５₄と、器部材１０₁・１０₄の外側および第１樹脂層１５₁・１５₄上に配置され、第１樹脂層１５₁・１５₄およびセラミックス基板８を封止する第２樹脂層１８とを備える。

（パワーモジュールの具体例）
実施の形態に係るパワーモジュール２０であって、ワンインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的回路表現は、図４３（ａ）に示すように表され、ワンインワンモジュールのＩＧＢＴの模式的回路表現は、図４３（ｂ）に示すように表される。

図４３（ａ）には、ＭＯＳＦＥＴＱに逆並列接続されるダイオードＤＩが示されている。ＭＯＳＦＥＴＱの主電極は、ドレイン端子ＤＴおよびソース端子ＳＴで表される。同様に、図４３（ｂ）には、ＩＧＢＴＱに逆並列接続されるダイオードＤＩが示されている。ＩＧＢＴＱの主電極は、コレクタ端子ＣＴおよびエミッタ端子ＥＴで表される。
また、実施の形態に係るパワーモジュール２０であって、ワンインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの詳細回路表現は、図４４に示すように表される。

実施の形態に係るパワーモジュール２０は、１つのＭＯＳＦＥＴＱが１つのモジュールに内蔵されている。一例として５チップ（ＭＯＳＦＥＴ×５）搭載可能であり、それぞれのＭＯＳＦＥＴＱは、５個まで並列接続可能である。尚、５チップの内、一部をダイオードＤＩ用として搭載することも可能である。

さらに詳細には、図４４に示すように、ＭＯＳＦＥＴＱに並列にセンス用ＭＯＳＦＥＴＱｓが接続される。センス用ＭＯＳＦＥＴＱｓは、ＭＯＳＦＥＴＱと同一チップ内に、微細トランジスタとして形成されている。図４４において、ＳＳは、ソースセンス端子、ＣＳは、電流センス端子であり、Ｇは、ゲート信号端子である。尚、実施の形態においても半導体デバイスＱには、センス用ＭＯＳＦＥＴＱｓが同一チップ内に、微細トランジスタとして形成されている。

また、実施の形態に係るパワーモジュール２０Ｔであって、ツーインワンモジュールのＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的回路表現は、図４５（ａ）に示すように表される。

図４５（ａ）に示すように、２つのＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４と、ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４に逆並列接続されるダイオードＤ１・Ｄ４が１つのモジュールに内蔵されている。Ｇ１は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート信号端子であり、Ｓ１は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のソース端子である。Ｇ４は、ＭＯＳＦＥＴＱ４のゲート信号端子であり、Ｓ４は、ＭＯＳＦＥＴＱ４のソース端子である。Ｐは、正側電源入力端子であり、Ｎは、負側電源入力端子であり、Ｏは、出力端子である。

また、実施の形態に係るパワーモジュール２０Ｔであって、ツーインワンモジュールのＩＧＢＴの模式的回路表現は、図４５（ｂ）に示すように表される。図４５（ｂ）に示すように、２つのＩＧＢＴＱ１・Ｑ４と、ＩＧＢＴＱ１・Ｑ４に逆並列接続されるダイオードＤ１・Ｄ４が１つのモジュールに内蔵されている。Ｇ１は、ＩＧＢＴＱ１のゲート信号端子であり、Ｅ１は、ＩＧＢＴＱ１のエミッタ端子である。Ｇ４は、ＩＧＢＴＱ４のゲート信号端子であり、Ｅ４は、ＩＧＢＴＱ４のエミッタ端子である。Ｐは、正側電源入力端子であり、Ｎは、負側電源入力端子であり、Ｏは、出力端子である。

（半導体デバイスの構成例）
実施の形態に適用可能な半導体デバイスの例であって、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図４６（ａ）に示すように表され、ＩＧＢＴの模式的断面構造は、図４６（ｂ）に示すように表される。

実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０（Ｑ）の例として、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図４６（ａ）に示すように、ｎ-高抵抗層からなる半導体基板１２６と、半導体基板１２６の表面側に形成されたｐボディ領域１２８と、ｐボディ領域１２８の表面に形成されたソース領域１３０Ｓと、ｐボディ領域１２８間の半導体基板１２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜１３２と、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８と、ソース領域１３０Ｓおよびｐボディ領域１２８に接続されたソース電極１３４と、半導体基板１２６の表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ドレイン領域１２４と、ｎ+ドレイン領域１２４に接続されたドレイン電極１３６とを備える。

図４６（ａ）では、半導体デバイス１１０は、プレーナゲート型ｎチャネル縦型ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴで構成されているが、後述する図５０に示すように、ｎチャネル縦型ＳｉＣ ＴＭＯＳＦＥＴなどで構成されていても良い。

また、実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０（Ｑ）には、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの代わりに、ＧａＮ系ＦＥＴなどを採用することもできる。

実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０には、ＳｉＣ系、ＧａＮ系のいずれかのパワーデバイスを採用可能である。

さらには、実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０には、バンドギャップエネルギーが、例えば、１．１ｅＶ〜８ｅＶのワイドバンドギャップ型と称される半導体を用いることができる。

同様に、実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０Ａ（Ｑ）の例として、ＩＧＢＴは、図４６（ｂ）に示すように、ｎ-高抵抗層からなる半導体基板１２６と、半導体基板１２６の表面側に形成されたｐボディ領域１２８と、ｐボディ領域１２８の表面に形成されたエミッタ領域１３０Ｅと、ｐボディ領域１２８間の半導体基板１２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜１３２と、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８と、エミッタ領域１３０Ｅおよびｐボディ領域１２８に接続されたエミッタ電極１３４Ｅと、半導体基板１２６の表面と反対側の裏面に配置されたｐ+コレクタ領域１２４Ｐと、ｐ+コレクタ領域１２４Ｐに接続されたコレクタ電極１３６Ｃとを備える。

図４６（ｂ）では、半導体デバイス１１０Ａは、プレーナゲート型のｎチャネル縦型ＩＧＢＴで構成されているが、トレンチゲート型ｎチャネル縦型ＩＧＢＴなどで構成されていても良い。

実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０の例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図４７に示すように表される。ゲートパッド電極ＧＰは、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８に接続され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域１３０Ｓおよびｐボディ領域１２８に接続されたソース電極１３４に接続される。

また、ゲートパッド電極ＧＰおよびソースパッド電極ＳＰは、図４７に示すように、半導体デバイス１１０の表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜１４４上に配置される。尚、ゲートパッド電極ＧＰおよびソースパッド電極ＳＰの下方の半導体基板１２６内には、図４６（ａ）或いは、図４７の中央部と同様に、微細構造のトランジスタ構造が形成されていても良い。

さらに、図４７に示すように、中央部のトランジスタ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜１４４上にソースパッド電極ＳＰが延在して配置されていても良い。

実施の形態に適用する半導体デバイス１１０Ａの例であって、ソースパッド電極ＳＰ、ゲートパッド電極ＧＰを含むＩＧＢＴの模式的断面構造は、図４１に示すように表される。ゲートパッド電極ＧＰは、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８に接続され、エミッタパッド電極ＥＰは、エミッタ領域１３０Ｅおよびｐボディ領域１２８に接続されたエミッタ電極１３４Ｅに接続される。

また、ゲートパッド電極ＧＰおよびエミッタパッド電極ＥＰは、図４８に示すように、半導体デバイス１１０Ａの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜１４４上に配置される。尚、ゲートパッド電極ＧＰおよびエミッタパッド電極ＥＰの下方の半導体基板１２６内には、図４６（ｂ）或いは、図４８の中央部と同様に、微細構造のＩＧＢＴ構造が形成されていても良い。

さらに、図４８に示すように、中央部のＩＧＢＴ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜１４４上にエミッタパッド電極ＥＰが延在して配置されていても良い。

―ＳｉＣ ＤＩＭＯＳＦＥＴ―
実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０の例であって、ＳｉＣ ＤＩＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図４９に示すように表される。

実施の形態に適用可能なＳｉＣ ＤＩＭＯＳＦＥＴは、図４９に示すように、ｎ-高抵抗層からなる半導体基板１２６と、半導体基板１２６の表面側に形成されたｐボディ領域１２８と、ｐボディ領域１２８の表面に形成されたｎ+ソース領域１３０Ｓと、ｐボディ領域１２８間の半導体基板１２６の表面上に配置されたゲート絶縁膜１３２と、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８と、ソース領域１３０Ｓおよびｐボディ領域１２８に接続されたソース電極１３４と、半導体基板１２６の表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ドレイン領域１２４と、ｎ+ドレイン領域１２４に接続されたドレイン電極１３６とを備える。

図４９では、半導体デバイス１１０は、ｐボディ領域１２８と、ｐボディ領域１２８の表面に形成されたｎ+ソース領域１３０Ｓが、ダブルイオン注入（ＤＩ）で形成され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域１３０Ｓおよびｐボディ領域１２８に接続されたソース電極１３４に接続される。ゲートパッド電極ＧＰ（図示省略）は、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８に接続される。また、ソースパッド電極ＳＰおよびゲートパッド電極ＧＰ（図示省略）は、図４９に示すように、半導体デバイス１１０の表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜１４４上に配置される。

ＳｉＣ ＤＩＭＯＳＦＥＴは、図４９に示すように、ｐボディ領域１２８に挟まれたｎ-高抵抗層からなる半導体基板１２６内に、破線で示されるような空乏層が形成されるため、接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）効果に伴うチャネル抵抗ＲJFETが形成される。また、ｐボディ領域１２８／半導体基板１２６間には、図４９に示すように、ボディダイオードＢＤが形成される。

―ＳｉＣ ＴＭＯＳＦＥＴ―
実施の形態に適用可能な半導体デバイス１１０の例であって、ＳｉＣ ＴＭＯＳＦＥＴの模式的断面構造は、図５０に示すように表される。

実施の形態に適用可能なＳｉＣ ＴＭＯＳＦＥＴは、図５０に示すように、ｎ層からなる半導体基板１２６Ｎと、半導体基板１２６Ｎの表面側に形成されたｐボディ領域１２８と、ｐボディ領域１２８の表面に形成されたｎ+ソース領域１３０Ｓと、ｐボディ領域１２８を貫通し、半導体基板１２６Ｎまで形成されたトレンチの内にゲート絶縁層１３２および層間絶縁膜１４４Ｕ・１４４Ｂを介して形成されたトレンチゲート電極１３８ＴＧと、ソース領域１３０Ｓおよびｐボディ領域１２８に接続されたソース電極１３４と、半導体基板１２６Ｎの表面と反対側の裏面に配置されたｎ+ドレイン領域１２４と、ｎ+ドレイン領域１２４に接続されたドレイン電極１３６とを備える。

図５０では、半導体デバイス１１０は、ｐボディ領域１２８を貫通し、半導体基板１２６Ｎまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁層１３２および層間絶縁膜１４４Ｕ・１４４Ｂを介して形成されたトレンチゲート電極１３８ＴＧが形成され、ソースパッド電極ＳＰは、ソース領域１３０Ｓおよびｐボディ領域１２８に接続されたソース電極１３４に接続される。ゲートパッド電極ＧＰ（図示省略）は、ゲート絶縁膜１３２上に配置されたゲート電極１３８に接続される。また、ソースパッド電極ＳＰおよびゲートパッド電極ＧＰ（図示省略）は、図５０に示すように、半導体デバイス１１０の表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜１４４Ｕ上に配置される。

ＳｉＣ ＴＭＯＳＦＥＴでは、ＳｉＣ ＤＩＭＯＳＦＥＴのような接合型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）効果に伴うチャネル抵抗ＲJFETは形成されない。また、ｐボディ領域１２８／半導体基板１２６Ｎ間には、ボディダイオードＢＤが形成される。

実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータ１４０の模式的回路構成において、半導体デバイスとしてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用し、電源端子ＰＬ、接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサＣを接続した回路構成例は、図５１（ａ）に示すように表される。同様に、実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータ１４０Ａの模式的回路構成において、半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用し、電源端子ＰＬ、接地端子ＮＬ間にスナバコンデンサＣを接続した回路構成例は、図５１（ｂ）に示すように表される。

実施の形態に係るパワーモジュールを電源Ｅと接続する際、接続ラインの有するインダクタンスＬによって、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのスイッチング速度が速いため、大きなサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔを生ずる。例えば、電流変化ｄｉ＝３００Ａ、スイッチングに伴う時間変化ｄｔ＝１００ｎｓｅｃとすると、ｄｉ／ｄｔ＝３×１０⁹(Ａ／ｓ)となる。インダクタンスＬの値により、サージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔの値は変化するが、電源Ｖにこのサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔが重畳される。電源端子ＰＬと接地端子ＮＬ間に接続されるスナバコンデンサＣによって、このサージ電圧Ｌｄｉ／ｄｔを一部吸収することができる。

（パワーモジュールを適用した応用例）
次に、図５２を参照して、半導体デバイスとしてＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを適用した実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した３相交流インバータ１４０について説明する。

図５２に示すように、３相交流インバータ１４０は、ゲートドライブ部１５０と、ゲートドライブ部１５０に接続された半導体装置部１５２と、３相交流モータ部１５４とを備える。半導体装置部１５２は、３相交流モータ部１５４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータが接続されている。ここで、ゲートドライブ部１５０は、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴＱ２・Ｑ５、およびＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴＱ３・Ｑ６に接続されている。

パワーモジュール１５２は、蓄電池（Ｅ）１４６が接続されたコンバータ１４８のプラス端子（＋）とマイナス端子（−）間に接続され、インバータ構成のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴＱ１・Ｑ４、Ｑ２・Ｑ５、およびＱ３・Ｑ６を備える。また、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６のソース・ドレイン間には、フリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ逆並列に接続されている。

次に、図５３を参照して、半導体デバイスとしてＩＧＢＴを適用した実施の形態に係るパワーモジュール２０Ｔを用いて構成した３相交流インバータ１４０Ａについて説明する。

図５３に示すように、３相交流インバータ１４０Ａは、ゲートドライブ部１５０Ａと、ゲートドライブ部１５０Ａに接続されたパワーモジュール１５２Ａと、３相交流モータ部１５４Ａとを備える。パワーモジュール１５２Ａは、３相交流モータ部１５４ＡのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータが接続されている。ここで、ゲートドライブ部１５０Ａは、ＩＧＢＴＱ１・Ｑ４、ＩＧＢＴＱ２・Ｑ５、およびＩＧＢＴＱ３・Ｑ６に接続されている。

パワーモジュール１５２Ａは、蓄電池（Ｅ）１４６Ａが接続されたコンバータ１４８Ａのプラス端子（＋）とマイナス端子（−）間に接続され、インバータ構成のＩＧＢＴＱ１・Ｑ４、Ｑ２・Ｑ５、およびＱ３・Ｑ６を備える。さらに、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のエミッタ・コレクタ間には、フリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ逆並列に接続されている。

本実施の形態に係るパワーモジュールは、ワンインワン、ツーインワン、フォーインワン、シックスインワン若しくはセブンインワン型のいずれにも形成可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、半導体デバイスを封止したモジュール全体を冷却することができ、冷却性能を高めたパワーモジュール、パワーモジュールの連結構造体、および電気自動車またはハイブリッドカーを提供することができる。

［その他の実施の形態］
上記のように、実施の形態について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本実施の形態のパワーモジュールおよびパワーモジュールの連結構造体は、ＩＧＢＴモジュール、ダイオードモジュール、ＭＯＳモジュール（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ）等の半導体モジュール作製技術に利用することができ、ＨＥＶ／ＥＶ向けのインバータ、産業機器向けのインバータ、コンバータなど幅広い応用分野に適用可能である。

１０・１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ・１０Ｄ・２０・２０Ｔ・１００・１００Ａ・１４０・１４０Ａ・１５２・１５２Ａ・２５０…パワーモジュール
１２…結合器
１３…フィラー
１５…第１樹脂層
１７ａ…第３樹脂層
１７ｂ…第４樹層
１８…第２樹脂層
２１…第２モールド
２１Ａ…樹脂チューブ
２１Ｂ…注入口
２１Ｃ…排出口
２１Ｆ…上側第２モールド
２１Ｓ…下側第２モールド
２３Ａ…取込口
２３Ｂ…取出口
２５…切欠き部
２６…放熱器接着層
２７Ｆ…上側金属枠
２７Ｓ…下側金属枠
２８…ゲートドライバ基板
２９…水路
３０・１３０…第１モールド
３０Ｆ…第１主表面
３０Ｓ…第２主表面
８・３１・８０…絶縁基板（セラミック基板）
３３…端子導出部
３４…Ｃｕ面
４０Ｆ…第１放熱器
４０Ｓ…第２放熱器
４４…フィン（冷却フィン）
１３３・１４３…パワーモジュールの連結構造体
１１０・１１０Ａ…半導体デバイス
６１４…モジュール用冷却系
６１６…ラジエータ
６１８…ポンプ
７００・７１０…パワーコントロールユニット
Ｑ１〜Ｑ６…半導体デバイス（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ）
ＦＢ…基端部

Claims (30)

1. 半導体デバイスを樹脂封止する第１モールドと、
   前記第１モールドとの間に空間を有するように前記第１モールドを取り囲む第２モールドとを有し、
   前記第２モールドは、前記空間に冷媒を取り込むための取込口と前記空間から前記冷媒を取り出すための取出口と
   を備えることを特徴とするパワーモジュール。
2. 前記第１モールドの第１主表面に接合される第１放熱器を備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記第２モールドの前記第１モールド側の表面には、気密層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
4. 前記第１放熱器は、冷却フィンを備え、
   前記冷却フィンのフィンは、前記冷媒の移動方向に対して実質的に平行に配置されることを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
5. 前記半導体デバイスの制御端子若しくは電力端子は、前記第１主表面に対して実質的に鉛直方向に延伸して配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
6. 前記半導体デバイスの制御端子若しくは電力端子は、前記第１主表面に対して実質的に平行方向に延伸して配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
7. 前記第１モールドは、前記制御端子若しくは前記電力端子を導出する端子導出部を備え、前記端子導出部は前記第２モールドの外側まで突出していることを特徴とする請求項５または６に記載のパワーモジュール。
8. 前記突出方向と直交する面において、前記端子導出部の断面は、長方形形状であり、前記長方形の長辺が前記冷媒の移動方向に対して実質的に平行に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュール。
9. 前記半導体デバイス上に配置されて前記半導体デバイスを駆動するための回路が形成されたゲートドライバ基板を備えたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
10. 前記半導体デバイスと前記ゲートドライバ基板との間にシールド層を備えることを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュール。
11. 前記冷媒は、水または水とエチレングリコールとを５０％ずつの割合で混合させた混合液、または冷却気体であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
12. 前記冷媒の流量は、変動することを特徴とする請求項１１に記載のパワーモジュール。
13. 前記第１モールドは、前記半導体デバイスと、前記半導体デバイスを搭載した絶縁基板とを封止する第１樹脂層と、
    前記第１樹脂層を封止する第２樹脂層と
    を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
14. 前記第１樹脂層の熱膨張率と前記２樹脂層の熱膨張率は、それぞれ前記絶縁基板の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載のパワーモジュール。
15. 前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との間に挿入される第３樹脂層を備え、
    前記第３樹脂層の熱膨張率は、前記第１樹脂層の前記熱膨張率よりも小さく、かつ前記第２樹脂層の前記熱膨張率よりも大きく、
    前記第３樹脂層の弾性率は、前記第１樹脂層の弾性率よりも大きく、かつ前記第２樹脂層の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１３または１４に記載のパワーモジュール。
16. 前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との間に挿入される第４樹脂層をさらに備え、
    前記第４樹脂層は、前記第１樹脂層に用いられる樹脂と前記第２樹脂層に用いられる樹脂とが混合された樹脂を含有し、
    前記第４樹脂層の熱膨張率は、前記第１樹脂層の前記熱膨張率よりも小さく、かつ前記第２樹脂層の前記熱膨張率よりも大きく、
    前記第４樹脂層の弾性率は、前記第１樹脂層の前記弾性率よりも大きく、かつ前記第２樹脂層の前記弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
17. 前記第１樹脂層と前記第２樹脂層に含有されるフィラーは、それぞれ５０容量パーセント濃度（ｖｏｌ％）以上であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
18. 前記第１樹脂層の厚さは、前記第２樹脂層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
19. 前記第１モールドは、ワンインワン、ツーインワン、フォーインワン、シックスインワン、セブンインワンのいずれかの構成を備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
20. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載のパワーモジュールを複数（ｎ≧２）備え、
    複数の前記パワーモジュールを前記冷媒が流れるように連結させたことを特徴とするパワーモジュールの連結構造体。
21. ｎ個目のパワーモジュールの前記取出口に、ｎ＋１個目のパワーモジュールの前記取込口を接続し、複数の前記パワーモジュールを直列に接続したことを特徴とする請求項２０に記載のパワーモジュールの連結構造体。
22. ｎ個目のパワーモジュールの前記取込口とｎ＋１個目のパワーモジュールの前記取込口とを接続し、前記ｎ個目のパワーモジュールの前記取出口と前記ｎ＋１個目のパワーモジュールの前記取出口とを接続し、複数の前記パワーモジュールを並列に接続したことを特徴とする請求項２１に記載のパワーモジュールの連結構造体。
23. 複数の前記パワーモジュールを積層したことを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のパワーモジュールの連結構造体。
24. 複数の前記パワーモジュールを組み合わせて立体化したことを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のパワーモジュールの連結構造体。
25. 請求項１８〜２４のいずれか１項に記載のパワーモジュールの連結構造体を搭載することを特徴とする電気自動車またはハイブリッドカー。
26. 前記パワーモジュールの連結構造体に前記冷媒を循環させるためのモジュール用冷却系を備えることを特徴とする請求項２５に記載の電気自動車またはハイブリッドカー。
27. 前記モジュール用冷却系は、ラジエータおよびポンプで構成されることを特徴とする請求項２６に記載の電気自動車またはハイブリッドカー。
28. 半導体デバイスを封止した第１モールドを、ブロー成型用の注入口を有する樹脂チューブ内に挿入する工程と、
    前記第１モールドを挿入した前記樹脂チューブを金型に設置する工程と、
    前記金型を加熱した状態で、前記樹脂チューブの注入口に圧縮空気を注入する工程と、
    前記圧縮空気を注入した状態で、前記金型を冷却する工程と、
    前記金型から前記樹脂チューブを取り出し、前記樹脂チューブの端子部分の樹脂を取り除く工程と
    を有することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
29. 半導体デバイスを樹脂でモールドした第１モールドを成型する工程と、
    前記第１モールドとの間に空間を形成するように、下側第２モールドと上側第２モールドで前記第１モールドを取り囲み、前記下側第２モールドと前記上側第２モールドとの接触部を溶着させる工程と
    を有することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
30. 前記第１モールドを成型する工程は、
    金型内に半導体デバイスが表面に搭載された基板を設置するステップと、
    前記金型内に入れ子を挿入するステップと、
    前記入れ子を挿入した状態の前記金型に対して第１の樹脂を投入して、前記基板の表面を覆うように第１樹脂層を形成するステップと、
    前記金型から前記入れ子を取り除くステップと、
    前記第１樹脂層を、入れ子が取り除かれた金型に設置するステップと、
    前記入れ子が取り除かれた前記金型に対して第２の樹脂を投入して、前記第１樹脂層の少なくとも上面を覆うように前記第１樹脂層の上に第２樹脂層を形成するステップと、
    前記金型を取り外すステップと
    を有することを特徴とする請求項２９に記載のパワーモジュールの製造方法。
    

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