JPWO2008035614A1 - 半導体モジュールと半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

半導体モジュール(１０)は、冷却媒体(１)と、電子部品(２)と、半導体素子(３)と、熱伝導性シート部材(４)とを備えている。熱伝導性シート部材(４)は、半導体素子(３)の一部を覆っており、下部(４ｂ)および側部(４ｃ)を有している。下部(４ｂ)は、冷却媒体(１)の実装面(１１ａ)に接触している。側部(４ｃ)は、下部(４ｂ)から延び、半導体素子(３)の第１側面(３ｃ)を覆っている。電子部品(２)は、半導体素子(３)に対して熱伝導性シート部材(４)の側部(４ｃ)を隔てた反対側に配置されている。

Description

本発明は、半導体素子および電子部品を含む半導体モジュールとその製法とに関する。
従来より、半導体パワーモジュール（半導体モジュール）では、半導体パワー素子（半導体パワーモジュールの動作により発熱し、その結果高温となる半導体素子）を冷却してその温度を半導体パワーモジュールの安全動作温度以下に保つために、半導体パワー素子をパッケージ基材（冷却媒体）に接触させるなどの熱設計が行われている。そのため、複数の半導体パワー素子を用いて半導体パワーモジュールを構成する場合には、半導体パワー素子のそれぞれをパッケージ基材に接触させる必要がある。
また、半導体パワーモジュールには、半導体パワー素子と半導体パワー素子を制御する制御回路またはコンデンサなどの受動素子とが同一のパッケージ基材に実装されたモジュールがある。例えば、特許文献１には、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、主回路（半導体素子）８３と制御回路８２とが同一パッケージ（筐体）８１内に収容された電力変換器（半導体モジュール）８０が開示されている。図２４（ａ）に示す電力変換器８０では、主回路８３と制御回路８２との間に板状の遮蔽部材８８が挿入されており、これにより主回路８３が発する熱および電磁ノイズは遮蔽される。
また、図２４（ｂ）に示す電力変換器１８０では、コの字形状に形成された遮蔽部材１８８が、筐体８１内を２分割するようにその筐体８１内に配置された構成も開示されている。この構成では、遮蔽部材１８８は、発熱する主回路８３を完全に覆っている。また、遮蔽部材１８８には、貫通孔が形成されており、この貫通孔には、遮蔽部材１８８の外に存する制御回路８２もしくは受動素子と半導体パワー素子とを電気的に接続するための信号線１８９、または、遮蔽部材１８８の外に存する制御回路８２もしくは受動素子から半導体パワー素子へ制御シグナルを供給するための信号線１８９等が通っている。
特開２００５−２３５９２９号公報
複数の半導体パワー素子を用いて半導体パワーモジュールを構成する場合には、それぞれの半導体パワー素子の放熱を十分行うとともに半導体パワー素子を互いに十分離して間隙を空けて配置することにより、温度上昇を防ぐ必要がある。よって、そのパッケージ基材の実装面としては、半導体パワー素子のそれぞれの下面の面積を加算した面積以上の大きさが必要である。従って、パッケージが非常に大きくなってしまい、半導体パワーモジュールの小型化を図ることが難しい。
また、半導体パワー素子と制御回路または受動素子とが同一のパッケージ基材に実装された半導体パワーモジュールでは、半導体パワーモジュールの動作により実装された部品の温度が上昇した場合に備え、実装される全ての部品は半導体パワー素子の保証温度範囲の上限値において動作可能なことが好ましい。この上限値は例えば120℃程度であり、このような高温においても動作可能な制御回路または受動素子は限られている。よって、実装される部品の選択範囲が狭くなり、半導体パワーモジュールを自由に設計できない。また、高温においても動作可能な制御回路または受動素子は高価な場合もあり、その場合には、半導体パワーモジュールのコストが高くなる。
また、図２４（ａ）に示す電力変換器８０では、遮蔽部材８８そのものの冷却を効率的に行うことが難しい。つまり、遮蔽部材８８は輻射熱を遮蔽できるが、遮蔽部材８８自身は冷却されない。そのため、遮蔽部材８８の上側に配置された制御回路８２などを低温に保つことが困難である。よって、図２４（ａ）に示す電力変換器８０では、主回路８３が長時間に亘って発した熱を完璧に遮蔽することは難しく、熱分離を完璧に行うことは難しい。
さらに、図２４（ｂ）に示す電力変換器１８０では、主回路８３などを実装する場合に、遮蔽部材１８８に設けたスルーホールを通して制御信号が伝達できるような配線をする必要があり、製造プロセスが複雑になり、電力変換器の生産コストを抑えることが難しい。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体素子が発熱して高温になったとしても、コンデンサまたは制御回路などを低温に保つことができる半導体モジュールを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の半導体モジュールは、実装面を有する冷却媒体と、実装面に実装され、動作時に相対的に多くの熱を発する半導体素子と、実装面に実装され、動作時に相対的に少ない熱を発する電子部品と、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品の一部を覆う熱伝導性シート部材とを備えている。熱伝導性シート部材は、実装面に接触している下部と、下部から延び対象部品の第１の側面を覆う側部とを有し、下部の表面積は熱伝導性シート部材の表面積の 1/5 以上である。また、対象部品とは異なる他方の部品は、対象部品に対して熱伝導性シート部材の側部を隔てた反対側に配置されている。
上記構成では、冷却媒体の熱（冷却熱）が、下部を介して熱伝導性シート部材全体に伝達される。これにより、効率よく熱分離を行うことができる。また、対象部品が半導体素子である場合には、半導体素子の発熱による熱伝導性シート部材の温度上昇を抑制できる。
さらに、熱伝導性シート部材の下部の表面積は熱伝導性シート部材の表面積の 1/5 以上であるので、冷却媒体の熱（冷却熱）を熱伝導性シート部材全体に効率良く伝達させることができる。
本明細書では、例えば「対象部品の一部を覆う」とは、熱伝導性シート部材が、対象部品の一部に接するように配置されていることだけでなく、対象部品の表面から離れた位置に配置されていることも意味する。
また、本明細書では、「熱分離」とは、半導体素子と電子部品との間で熱のやりとりが抑制されて遮蔽されていることであり、具体的には、半導体素子が発した熱の電子部品への伝達が小さいことである。
また、「対象部品とは異なる他の部品」は、対象部品が半導体素子である場合には電子部品であり、対象部品が電子部品である場合には半導体素子である。
本発明の半導体モジュールでは、熱伝導性シート部材の熱伝導率は、400 W/(m・K)以上であることが好適である。さらに好適には、熱伝導性シート部材は、グラファイトシートである。
本発明の半導体モジュールでは、熱伝導性シート部材は、側部から延び、対象部品の上面の少なくとも一部を覆う上部をさらに有していてもよい。
後述の好ましい実施形態では、熱伝導性シート部材の下部は、実装面と対象部品の下面との間に挟まれている。この場合、電極端子と、導電性細線とをさらに備え、導電性細線は、対象部品から、熱伝導性シート部材の上部と下部との間を通ってその熱伝導性シート部材の外へ延び、電極端子に接続されていてもよい。
後述のまた別の好ましい実施形態では、熱伝導性シート部材の下部は、実装面において対象部品と他方の部品との間に配置されている。この場合、電極端子と、導電性細線とをさらに備え、導電性細線は、対象部品から、熱伝導性シート部材の上部と実装面との間を通ってその熱伝導性シート部材の外へ延び、電極端子に接続されていてもよい。
本発明の半導体モジュールでは、対象部品と熱伝導性シート部材との間に介在する絶縁部材を備えていることが好ましい。これにより、対象部品と熱伝導性シート部材との短絡を防止することができる。
本発明の半導体モジュールでは、電子部品は、半導体素子の上面よりも上に配置されていてもよい。
本発明の半導体モジュールでは、さらに、実装面と半導体素子の下面との間に配置された放熱板を備えていることが好ましい。これにより、半導体素子が発した熱を放出させることができる。
本発明の第１の半導体モジュールの製造方法は、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するように、熱伝導性シート部材を実装面に配置する工程（ａ）と、熱伝導性シート部材の第１の部分に、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品を実装する工程（ｂ）と、熱伝導性シート部材の第２の部分が対象部品の第１の側面を覆うように熱伝導性シート部材を曲げる工程（ｃ）と、対象部品とは異なる他方の部品を、対象部品に対して熱伝導性シート部材の第２の部分を隔てた反対側に実装する工程（ｄ）とを備えている。
本発明の第２の半導体モジュールの製造方法は、冷却媒体の実装面に、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品を実装する工程（ａ）と、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するとともに第２の部分が対象部品の第１の側面を覆うように熱伝導性シート部材を曲げて、その熱伝導性シート部材を冷却部材の実装面に配置する工程（ｂ）と、対象部品とは異なる他方の部品を、対象部品に対して熱伝導性シート部材の第２の部分を隔てた反対側に実装する工程（ｃ）とを備えている。
本発明の第１または第２の半導体モジュールの製造方法を用いて半導体モジュールを製造すれば、熱伝導性シート部材を冷却媒体の一部に接触させて配置させることができるとともに、対象部品の一部を覆うことができる。よって、熱分離を効率良く行う半導体モジュールを提供することができる。
本発明の第３の半導体モジュールの製造方法は、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するように熱伝導性シート部材を実装面に配置し、熱伝導性シート部材の第１の部分に半導体素子を実装する工程（ａ）と、半導体素子の上面の上方に電子部品を配置する工程（ｂ）と、第２の部分が半導体素子の上面の少なくとも一部を覆うように熱伝導性シート部材を曲げる工程（ｃ）とを備えている。
本発明の第４の半導体モジュールの製造方法は、冷却媒体の実装面に半導体素子を実装し、半導体素子の上面よりも上に電子部品を配置する工程（ａ）と、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するとともに第２の部分が半導体素子の上面の少なくとも一部を覆うように熱伝導性シート部材を曲げて、その熱伝導性シート部材を冷却媒体上に配置する工程（ｂ）とを備えている。
本発明の第３または第４の半導体モジュールの製造方法を用いて半導体モジュールを製造すれば、熱伝導性シート部材を冷却媒体の一部に接触させて配置させることができるとともに、半導体素子の一部を覆うことができる。よって、熱分離を効率良く行う半導体モジュールを提供することができる。
本発明の第１乃至第４の半導体モジュールの製造方法では何れの方法においても、熱伝導性シート部材として、熱伝導率が 400 W/(m・K)以上の材質からなるシート部材を用いることが好ましい。
本発明によれば、制御回路や受動素子等の発熱量の少ない電子部品を半導体素子と同一の冷却媒体に実装させ、その半導体素子が発熱して高温になったとしても、電子部品を比較的低温に保つことができる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかる熱伝導性シート部材の斜視図である。 図３（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体モジュールの製造方法を示す上面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す上面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態にかかる熱伝導性シート部材の斜視図である。 図９（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第３の実施形態にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態の第３の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態の第４の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１６は、本発明の第５の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１７は、熱伝導性シート部材の形状を説明するための図である。 図１８（ａ）および（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図１９は、本発明の第５の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図２０（ａ）および（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図２１は、本発明の第５の実施形態の第３の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図２２（ａ）および（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の第３の変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図２３は、参考例の半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図２４（ａ）は、従来の半導体モジュールの構成を示す断面図であり、図２４（ｂ）は従来の別の半導体モジュールの構成を示す断面図である。
符号の説明
１，８１ 冷却媒体
２，８２ 電子部品
３，８３ 半導体素子
４，８４ 熱伝導性シート部材
４ａ 上部
４ｂ 下部
４ｃ 側部
５ 導電性細線
６ 絶縁部材
７ 放熱板
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，１８０ 半導体モジュール
１１ａ 実装面
１３ 電極端子
１６１ 第１の領域
１６２ 第２の領域
１６３ 第３の領域
以下に、本発明の半導体モジュールの実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示す。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。
《発明の実施形態１》
図１は実施形態１に係る半導体モジュール１０の構成図であり、図１（ａ）はその上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。なお、図１（ｂ）では、導電性細線５，５，…を省略している。また、図２は、本実施形態における熱伝導性シート部材４の斜視図である。
本実施形態にかかる半導体モジュール１０は、冷却媒体１と、半導体素子３と、電子部品２，２２と、熱伝導性シート部材４と、導電性細線５，５，…とを備えている。半導体素子３と電子部品２，２２とは、それぞれ、冷却媒体１の実装面１１ａに実装されており、導電性細線５，５，…を介して、例えば冷却媒体１に設けられた電極端子１３に電気的に接続されている。熱伝導性シート部材４は、半導体素子３の一部を覆っている。なお、電極端子１３に設けられた細かい電極（ブスバー）の図示を省略している。
本実施形態にかかる半導体モジュール１０を詳述する。冷却媒体１は、基板１１を有しており、電極端子１３は、例えば絶縁性を有する部材（不図示）を介して基板１１の実装面１１ａに設けられている。一方、実装面１１ａとは反対側の面には、複数の冷却用フィン１２，１２，…が互いに間隔を開けて設けられている。
半導体素子３は、半導体モジュール１０を動作させると、多くの熱を発して高温となる部品である。半導体素子３は、特に限定されることなく公知の半導体素子を用いることができ、例えば、ショットキーダイオード、ｐｎ接合ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）、ＭＥＳＦＥＴ（metal semiconductor field-effect transistor）、Ｊ−ＦＥＴ（junction Field Effect Transiter）もしくはサイリスタ等を用いることができる。また、半導体素子３は、後述のように、ワイドバンドギャップ半導体素子であることが好ましい。「ワイドバンドギャップ半導体」とは、本明細書では、伝導帯の下端と価電子帯の上端とのエネルギー差（バンドギャップ）が2.0eV以上である半導体を意味する。その具体例としては、炭化珪素(SiC)、GaN・AlN等のIII族窒化物もしくはダイヤモンド等を挙げることができるが、本実施形態では炭化珪素が好適である。
また、半導体素子３は、４つの側面を有している。第１側面（第１の側面）３ｃは、図１の右側の側面である。第２側面３ｄは、第１側面３ｃの隣りに存しており、図１の手前側の側面である。第３側面３ｅは、第１側面３ｃの反対側に存しており、図１の左側の側面である。第４側面（不図示）は、第２側面３ｄの反対側に存しており、図１の奥側の側面である。
半導体素子３と熱伝導性シート部材（後で詳述）４との間には、例えばシリコーン樹脂からなる絶縁部材６が配置されていることが好ましい。一般に、半導体素子の上面には、電極が設けられている場合が多い。そして、熱伝導性シート部材４が熱伝導性のみならず導電性も有する材質からなっていれば、熱伝導性シート部材４がその電極に接触することにより、接触箇所においてショートが発生する。しかし、絶縁部材６を介在させれば、熱伝導性シート部材４とその電極との接触を回避することができ、よって、ショートの発生を防止することができる。
電子部品２，２２は、それぞれ、半導体モジュール１０を動作させても発熱が小さいのでそれほど高温とはならない部品であり、例えば、半導体素子３を制御するための制御回路を有する制御素子、または、抵抗、コイルもしくはコンデンサなどの受動素子である。電子部品２，２２は、それぞれ、高温使用の電子部品に限定されることはなく、市販の様々な電子部品を使うことができる。例えばコンデンサは、チップコンデンサから大容量の電解コンデンサまたはフィルムコンデンサまで、市販の様々なコンデンサを使うことが出来る。
電子部品２は、半導体素子３に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃ（後述）を隔てた反対側に実装されている。電子部品２２は、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装されている。
熱伝導性シート部材４について詳述する。まず、熱伝導性シート部材４の構造を示す。
本実施形態にかかる熱伝導性シート部材４は、長手方向の一端（以下単に「熱伝導性シート部材の一端」という。）４１に長手方向の他端（以下単に「熱伝導性シート部材の他端」という。）４２が接触しない程度に近づくように曲げられており、上部４ａ、下部４ｂおよび側部４ｃを有している。上部４ａは他端４２側に存在しており、下部４ｂは一端４１側に存在しているので、上部４ａは下部４ｂに接触することなく存在している。また、側部４ｃは、上部４ａと下部４ｂとの間に存在しており、熱伝導性シート部材４が上述のように曲げられることにより形成された部分であり、半導体素子３の第１側面３ｃから遠ざかる方向に突出している。
上部４ａは半導体素子３の上面３ａを覆っており、下部４ｂは半導体素子３の下面３ｂと実装面１１ａとの間に介在しており、側部４ｃは半導体素子３の第１側面３ｃを覆っている。これにより、冷却媒体１の熱（冷却熱）が下部４ｂを介して熱伝導性シート部材４全体に亘って充分伝達される。そのため、半導体モジュール１０の動作により半導体素子３が発熱して高温になったとしても、熱伝導性シート部材４の温度を比較的低温（例えば冷却媒体１の温度）に保つことができる。よって、半導体素子３が発した熱が熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側へ伝達してしまうことを防止でき、電子部品２，２２の温度上昇を防止することができる。すなわち、熱分離を効率良く行うことができる。また、冷却媒体１の熱の一部が下部４ｂを介して半導体素子３に伝達するので、半導体素子３の温度上昇を抑制することができる。さらに、下部４ｂの表面積は後述のように熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上であるので、冷却媒体の熱（冷却熱）を熱伝導性シート部材４全体に効率良く伝達させることができる。
上述のように、熱伝導性シート部材４は、他端４２が一端４１に接触しない程度に近づくように曲げられているので、上部４ａと下部４ｂとの間４ｄから半導体素子３の第２側面３ｄ、第３側面３ｅおよび第４側面を見ることができる。この領域４ｄは、熱伝導性シート部材４の一端４１にその他端４２が接触しない程度に近づけて曲げたときに上部４ａと下部４ｂとの間に存する領域であり、熱伝導性シート部材４に孔を開けて形成された領域ではない。これにより、導電性細線５，５，…を用いて半導体素子３と冷却媒体１等とを電気的に接続させる場合であっても、導電性細線５，５，…を通すための貫通孔を熱伝導性シート部材４にわざわざ形成することなく上部４ａと下部４ｂとの間４ｄを通して導電性細線５，５，…を設けることができる。
さらに、熱伝導性シート部材４の一端４１が他端４２に接触していないので、熱伝導性シート部材４をループ状に流れる電流（誘導電流）の発生を抑制することができ、その結果、誘導電流の発生による発熱を抑制できる。
なお、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、図２に示すように、図１（ｂ）における手前側、奥側および左側の三方において下部４ｂに接触していない。しかし、例えば、導電性細線５，５，…をその三方のうち何れか二方にのみ設ける場合には、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、導電性細線５，５，…が設けられていない一方においては下部４ｂに接触していてもよい。熱伝導性シート部材４は、導電性細線５，５，…に接触しないように曲げられていればよい。
次に、熱伝導性シート部材４の物性（熱伝導率および熱拡散率など）を示す。
熱伝導性シート部材４の熱伝導率は、そのシートの平面方向では 400 W/(m・K)以上であることが好ましく、800 W/(m・K)以上であることがより好ましく、1600 W/(m・K)程度であることが最も好ましく、そのシートの厚み方向では8 W/(m・K)以上であり15 W/(m・K) 以下であることが好ましい。このように熱伝導性シート部材４では、熱伝導率の異方性が大きい方が好ましく、具体的にはシートの厚み方向の熱伝導率がシートの平面方向の熱伝導率の 1/20 以下であることが好ましい。
また、熱伝導性シート部材４の厚みは 0.025 mm 以上 0.3 mm 以下であることが好ましく、その熱拡散率は 3×10-4 m2/s 以上であり 10×10-4 m2/s であることが好ましい。因みに、銅では、熱伝導率が390 W/(m・K)程度であり、熱拡散率が1.4×10-4 m2/s 程度である。また、アルミニウムでは、熱伝導率が230 W/(m・K)程度であり、熱拡散率が0.9×10-4 m2/s 程度である。よって、熱伝導性シート部材４の平面方向の熱伝導率は銅またはアルミニウムの熱伝導率よりも大きく、熱伝導性シート部材４の熱拡散率は銅またはアルミニウムの熱拡散率よりも大きい。
このような熱伝導性シート部材は、従来、ヒートスプレッダーやヒートシンクとして、放熱特性を上げて放熱させるために使用されていた。しかし、本発明では、温度領域を分ける仕切部材として熱伝導性シート部材４を利用しており、発熱素子（半導体素子３）を放熱させるために使用するのではなく、冷却媒体１の温度を伝える冷たい熱分離シート部材として使用している。よって、本発明における熱伝導性シート部材４の用途は、従来の用途とは全く異なる。このような熱伝導性シート部材４を用いて発熱素子の一部を覆うことにより、発熱素子（半導体素子３）近傍では温度が上昇しても、熱伝導性シート部材４を隔てた反対側（電子部品２，２２）では、温度上昇を抑制することができる。
例えば、熱伝導性シート部材４として、シートの平面方向の熱伝導率が 400 W/(m・K)であり、シートの厚み方向の熱伝導率が 20 W/(m・K)であり、シートの厚みが 0.1 mm 以下であるシート部材を用いた場合、半導体素子の底面積を 1×1 cm2 とすると、熱伝導性シート部材を伝わる熱量 W は、シート部材の熱伝導度を TC(W/mK)とし、熱伝導方向に垂直な方向におけるシート部材の断面積を S(m2)とし、温度差を K(°K)とし、長さを LL(m)とすると、
W = (TS×S)/(LL×K)・・・・・・・・（１）
と表される。
シート部材の平面方向では、TS = 400であり、S = (1×10-2)×(1×10-4)=1×10-6であるので、シート部材の平面方向を伝わる熱量 W1 は、
W1 = (4×10-4)/(LL×K)・・・・・・・（２）
となる。
シート部材の厚み方向（実装面１１ａから半導体素子３へ向かう方向）では、TS = 20であり、S = (1×10-2)×(1×10-2)=1×10-4であるので、シート部材の厚み方向を伝わる熱量 W2 は、
W2 = (2×10-3)/(LL×K)・・・・・・・（３）
となり、W2 は W1 の５倍となる。これにより、熱伝導性シート部材４は、シートの厚み方向にはシートの平面方向の５倍の熱量を伝えることが出来ることがわかる。言い換えると、上記式の W1 と W2 とを略同一にするには、シートの厚み方向の面積（実装面１１ａに接触している熱伝導性シート部材４の面積）がシートの平面方向の面積の 1/5 であればよい。
本実施形態にかかる熱伝導性シート部材４では、冷却媒体１の熱（冷却熱）は、上述のように、まず下部４ｂに伝達され、その後下部４ｂから側部４ｃおよび上部４ａへ順に伝達される。すなわち、冷却媒体１の熱は、まず熱伝導性シート部材４の厚み方向に伝達してから（下部４ｂへの伝達）、熱伝導性シート部材４の平面方向へ伝達する（下部４ｂから側部４ｃおよび上部４ａへの伝達）。上記算出結果より同一の熱量を伝達するためにはシートの厚み方向の面積がシートの平面方向の面積の 1/5 であればよいので、下部４ｂの表面積が熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 程度であれば、冷却媒体１の熱を熱伝導性シート部材４の全体に亘って伝達することができる。
下部４ｂの表面積は、熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 であれば好ましいが、熱接触のことを考慮すれば熱伝導性シート部材４の表面積の 1/4 以上であることが好ましく、熱伝導性シート部材４の表面積の 1/3 以上であることがさらに好ましい。一方、半導体モジュール１０の小型化を図るためには、下部４ｂの表面積は小さい方が好ましい。以上より、冷却媒体１の熱伝導効率（冷却媒体１の冷却効率）の要請と、半導体モジュール１０の小型化の要請および使用状況とを考慮に入れて、1/5 を基準値として下部４ｂの表面積の割合を決定することが好ましい。
なお、本実施形態では、下部４ｂは冷却媒体１と半導体素子３の下面３ｂとの間に挟まれているので、下部４ｂの表面積は必然的に熱伝導性シート部材４の全表面積の 1/5 以上となる、と考えられる。
熱伝導性シート部材４は、上記熱伝導率を有している材質からなることが好ましいが、グラファイトシートからなることが最も好ましい。グラファイトシートは優れた熱伝導性および導電性を有しているので、熱伝導性シート部材４としてグラファイトシートを用いれば、半導体素子３が発する熱を遮断できるだけでなく、半導体素子３のスイッチングにより発生する電磁波のノイズを吸収でき、その結果、半導体素子３の発するノイズを低減できるためである。
上記グラファイトシートとしては、例えば松下電器産業株式会社から「PGSグラファイトシート」として市販されているものまたは株式会社ジェルテックから「スーパーλGS」として市販されているものを用いることができる。上記グラファイトシートでは、シートの平面方向での熱伝導率およびシートの厚み方向での熱伝導率は上記範囲内にある。すなわち、シートの平面方向の熱伝導率は、400 W/(m・K)以上であり、通常800 W/(m・K)程度であり、最良のグラファイトシートでは 1600 W/(m・K)程度である。また、シートの厚み方向の熱伝導率は、8 W/(m・K)以上 15 W/(m・K)以下である。よって、グラファイトシートの熱伝導率の異方性は大きい。
また、グラファイトシートを熱伝導性シート部材４として用いる場合には、シートの厚みおよび熱拡散率が上述の範囲内であるグラファイトシートを用いることが好ましい。
次に、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の製造方法を示す。図３（ａ）乃至（ｄ）は、半導体モジュール１０の製造方法を示す上面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに、熱伝導性シート部材４を配置する（工程（ａ））。そして、熱伝導性シート部材４の一端４１側（正確には、一端４１側のうち熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上の面積を有する部分（第１の部分））を冷却媒体１の実装面１１ａに接着する。
接着方法としては、熱伝導性シート部材としてグラファイトシートを用いる場合には、炭化した金属を介してグラファイトシートを実装面に接着させることが好ましい。具体的には、まず、Ti, Mo, W 等の金属をグラファイトシートの下面に蒸着し、蒸着された金属とグラファイトシートとの界面を加熱等して炭化させる。これにより、グラファイトシートの下面に炭化層を介して上記金属層が形成される。次に、上記金属層が実装面１１ａに接触するようにグラファイトシートを配置し、実装面１１ａに圧着させる。これにより、グラファイトシートを実装面に確実に接着することができる。
また、圧着させるのではなく、はんだを用いて接着させてもよい。具体的には、まず、はんだとなじみやすい金属（例えば、Al や Cu）からなる金属層と炭化層を形成可能な金属（例えば、Ti,Co等）をグラファイトシートの下面に蒸着し、蒸着された金属とグラファイトシートとの界面を炭化させて炭化層を形成する。その後、はんだ層を上記金属層の上面に設け、そのはんだ層が実装面１１ａに接触するようにグラファイトシートを配置してもよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、熱伝導性シート部材４の上記第１の部分の上に、半導体素子３を実装する（工程（ｂ））。このとき、第３側面３ｅが第１側面３ｃよりも熱伝導性シート部材４の一端４１側に配置されるように、半導体素子３を実装する。
続いて、導電性細線５，５，…を用いて、半導体素子３と冷却媒体１に設けられた電極端子１３とを電気的に接続する。このとき、熱伝導性シート部材４のうち第２および第４側面の周囲の部分４ｉ，４ｉを跨いで、導電性細線５，５，…をそれぞれ配置する。
それから、図３（ｃ）に示すように、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入してその上面３ａを覆う。このとき、半導体素子３の上面３ａのみならず導電性細線５，５，…を覆うように、絶縁部材６を注入することが好ましい。
その後、図３（ｄ）に示すように、熱伝導性シート部材４の他端４２を持ち上げ、その他端４２が一端４１の上方に配置されるように熱伝導性シート部材４を曲げる（工程（ｃ））。このとき、熱伝導性シート部材４の他端４２を一端４１に接触させないようにすることが好ましい。これにより、熱伝導性シート部材４の第２の部分（本実施形態では、側部４ｃ）が半導体素子３の第１側面３ｃを覆う。それから、電子部品２を、半導体素子３に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装する（工程（ｄ））。また、電子部品２２を、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装する。そして、導電性細線５，５，…を用いて、電子部品２，２２と冷却媒体１に設けられた電極端子１３とをそれぞれ電気的に接続する。これにより、図１に示す半導体モジュール１０を製造することができる。
以下では、熱伝導性シート部材を備えていない従来の半導体モジュールおよび図２３に示す半導体モジュール（以下、「参考例の半導体モジュール」という）７０と比較しながら、本実施形態にかかる半導体モジュール１０を説明する。また、半導体素子として、Si素子を用いた場合とワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合との差異を説明する。まず、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の利点を示す。
従来の半導体モジュールでは、半導体素子が発した熱は、半導体素子の周囲に拡散および伝達する。そのため、半導体素子の周囲に電子部品を実装すると、その電子部品の温度上昇を招来する。電子部品の温度上昇を防止するためには、半導体素子が発した熱が伝達しない程度に半導体素子から充分に離れた位置に、その電子部品を配置することが考えられる。しかし、電子部品をこのように配置すると、半導体モジュールの大型化を招来してしまう。また、導電性細線を用いて半導体素子と電子部品とを電気的に接続する場合、電子部品を半導体素子から充分離れた位置に配置すれば導電性細線が長尺になり、無視できない程度の大きな抵抗が導電性細線に発生してしまう。その結果、導電性細線において損失が生じてしまう。
また、半導体素子が発熱する場合を想定し、高温に耐えうる電子部品を実装することも考えられる。しかし、高温仕様の電子部品を実装すれば、半導体モジュールのコストの低廉化を図ることができない。
参考例の半導体モジュール７０では、熱伝導性シート部材７４は、冷却媒体１の実装面１１ａと半導体素子３の下面３ｂとの間にのみ設けられている。この場合、冷却媒体１からの熱（冷却熱）が半導体素子３に伝わるので、熱伝導性シート部材７４の表面積が半導体素子３の下面３ｂの面積に比べて十分広い場合には、半導体素子３からの発熱による温度上昇の低下を図ることはできる。しかし、上記従来の半導体モジュールと同じように、半導体素子３が発した熱は、拡散および伝達してしまう。
以上より、上記従来の半導体モジュールおよび参考例の半導体モジュール７０では、半導体素子の周囲に配置された電子部品の温度上昇を招来し、その温度上昇を回避するためには半導体モジュールの大型化および高コスト化を招来するとともに、長く引き回した導電性細線における損失の発生を招来する。
一方、本実施形態にかかる半導体モジュール１０では、上述のように、熱伝導性シート部材４が熱分離を効率良く行うので、半導体素子３の周囲の温度上昇を抑制することができる。よって、半導体素子３から充分離れた位置に電子部品２，２２を実装しなくてよいので、半導体モジュール１０の小型化を図ることができ、さらには導電性細線５，５，…の短尺化を図ることができるので導電性細線５，５，…における損失の発生を防止することができる。
また、高温仕様の電子部品を用いなくてよいので、半導体モジュール１０の低コスト化を図ることができる。
次に、半導体素子として、ワイドバンドギャップ半導体素子を用いる利点を示す。
Siの熱伝導率はそれほど大きな値を示さないので、半導体素子としてSi素子を用いる場合には、半導体モジュールはSi素子が発する熱（動作時においてSi素子に電流を流すことによりそのSi素子が発する熱）を効率的に逃がすように熱設計されることが好ましい。さらに、Si素子は、その温度が150℃以上になると、半導体的な特性が弱まり、電流制御素子として機能しなくなり危険であるので、半導体モジュールは、Si素子において最も電流密度が高い部分での温度が150℃を超えないように熱設計されていることが好ましい。具体的には、動作時のSi素子内部の電流密度が10×104 A/m2 以上である場合には、Si素子での発熱を考慮する必要が生じ、特にSi素子内部の電流密度が50×104 A/m2 以上である場合には、Si素子からの発熱が顕著となり、上記した熱設計が必須となる。
すなわち、半導体素子としてSi素子を用いる場合には、熱設計において熱の放出経路を考えなければならず、熱放出パスとなる冷却媒体にSi素子をきちんと接触させる必要がある。具体的には、Si素子は、ダイボンドと呼ばれる方法を用いて半田などによってパッケージ基材に直接接合されている。そのため、複数のSi素子を備えた半導体モジュールでは、複数のSi素子は、積層されることはなく、互いに重ならないようにパッケージ基材の実装面１１ａに２次元的に配置されている。よって、パッケージ基材の実装面１１ａの面積は大きくなり、半導体モジュールの大型化を招来してしまう。
以上をまとめると、半導体素子としてSi素子を用いれば、50×104 A/m2 以上の電流密度の動作では Si-MOSFET はもとより Si-IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）であっても、損失による発熱が増大するので、Si素子の動作許容の温度150℃程度に保った状態で半導体モジュールを動作させ続けることは難しい。ここで、Si-MOSFETは半導体材料としてSiを用いて形成されたMOSFETであり、Si-IGBTは半導体材料としてSiを用いて形成されたIGBTである。
なお、Si-IGBT は、Si-MOSFETに比べて一桁以上電気抵抗を小さくできる。しかし、IGBTでは温度上昇によりその電気抵抗が減少する。そのため、電圧一定で IGBT を動作させれば、半導体素子を流れる電流量は増加し、IGBT での発熱量のさらなる増大を招来し、熱暴走して場合によっては IGBT の破壊を招来してしまう。このことは、一つのSi-IGBT内部の電流集中による破壊として、または、並列に接続された複数のSi-IGBTの一つへの電流集中による破壊として観測される。
一方、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合、半導体モジュールを小型化するためにワイドバンドギャップ半導体素子を小型化すると、ワイドバンドギャップ半導体素子における電流密度が増加し、その結果、ワイドバンドギャップ半導体素子における発熱量が増加してしまう。このような場合であっても、本実施形態における熱伝導性シート部材４を用いてワイドバンドギャップ半導体素子の一部を覆えば、効率良く熱分離を行うことができる。すなわち、本発明は、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合に特に有効である。
詳細に示すと、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化すると、ワイドバンドギャップ半導体素子からの発熱量は増加する。熱伝導性シート部材を備えていない従来の半導体モジュールでは、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合、電子部品をそのワイドバンドギャップ半導体素子から更に離して配置しなければ、ワイドバンドギャップ半導体素子からの熱が電子部品に伝達してしまう。以上より、従来の半導体モジュールでは、半導体モジュールの小型化を図るためにワイドバンドギャップ半導体素子を小型化したにも関わらず、モジュールの大型化を招来してしまう。
ところが、本実施形態における半導体モジュールでは、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合、電子部品をそのワイドバンドギャップ半導体素子の近くに実装しても、ワイドバンドギャップ半導体素子からの熱は電子部品へ伝達されない。以上より、本実施形態における半導体モジュールでは、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合であっても、電子部品を半導体素子に近づけて実装することができるので半導体モジュールの小型化を図ることができる。
また、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合、その熱伝導率はSiの熱伝導率に比べて数倍以上であり、例えば炭化珪素(SiC)の熱伝導率は490 W/(m・K)程度であり、ダイヤモンドの熱伝導率は2000 W/(m・K) 程度である。このように半導体素子の熱伝導率が高いので、半導体素子からの熱放出効率が高くなり、その結果、半導体素子内において高電流密度部分での温度の上昇を抑えることが出来る。
また、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いて形成された MOSFET を1kV程度の耐圧で使用すると、半導体素子としてSi素子を用いて形成された MOSFET を同耐圧で使用する場合に比べて一桁以上小さい損失を実現でき、半導体素子としてSi素子を用いて形成された IGBT を同耐圧で使用する場合に比べて半分以下の損失を実現できる。このような低損失性により、半導体素子が発する熱量の減少効果を期待できる。
さらに、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子により構成された MOSFET を用いると、半導体素子として Si素子により構成された IGBT を用いた場合を凌駕するほどの高耐圧低損失を達成できるため、 MOSFET の高速性を高電圧大電流制御に活かすことも出来る。つまり、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子により構成された MOSFET を用いれば、半導体素子の応答速度が半導体素子におけるスイッチング時間に対して遅い場合に生ずるスイッチング損失を低減することも出来る。
また、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いて MOSFET を構成すれば、50×104 A/m2 以上の電流密度の電流が流れても半導体素子の発熱を抑えることができ、その結果、半導体モジュールを良好に動作させることができる。よって、半導体モジュールにおいて、複数の半導体素子の少なくとも一つの活性領域がワイドバンドギャップ半導体素子により構成されていることが好ましく、そのような半導体モジュールは、50×104 A/m2 以上の電流密度の電流が流れる場合に適用することが好ましい。
実際、本願発明者は以下のことを確認している。すなわち、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いて MOSFET を構成した場合、50×104 A/m2 以上の電流密度で動作させてワイドバンドギャップ半導体素子を高温に保った場合の方が、ワイドバンドギャップ半導体素子を低温に保っている場合よりも、ワイドバンドギャップ半導体素子の電気抵抗が増大する。一般に、 MOSFET では電圧を一定にして動作させる場合が多いので、ワイドバンドギャップ半導体素子が高温になった結果その電気抵抗が増大すると、ワイドバンドギャップ半導体素子を流れる電流量は減少する。よって、MOSFETでの発熱量が低下する。そのため、上記Si-IGBTにおいて課題であった熱暴走による破壊が起こらず、たとえ発熱によりワイドバンドギャップ半導体素子の温度が200℃以上（さらに400℃以上）に上がっても、MOSFET を安定して良好に動作させることができる。
さらに、本願発明者は、半導体素子が炭化珪素（その中でも4H-SiC）からなる半導体素子であれば、他のワイドバンドギャップ半導体素子と比べて、低損失性、安定性および信頼性等の面で優れていることを確認している。これは、低欠陥密度のウェハが供給されていることに起因し、結晶中の欠陥に起因する絶縁破壊などの問題が起こりにくいことと対応している、と本願発明者は考えている。
以下に、本実施形態にかかる半導体モジュール１０が奏する効果をまとめて記載する。
本実施形態にかかる半導体モジュール１０は熱分離を効率良く行うことができるので、従来のモジュールに比べて電子部品２を半導体素子３の近くに実装することができる。よって、モジュールの小型化を図ることができ、さらには、モジュールの低コスト化および性能向上を図ることができる。
具体的には、熱伝導性シート部材４が下部４ｂを有しているので、半導体モジュール１０の動作により半導体素子３が高温となっても、熱伝導性シート部材４を冷却媒体１と略同温度に保つことができる。熱伝導性シート部材４が側部４ｃを有しているので、電子部品２，２２への熱の伝達を抑制することができる。熱伝導性シート部材４が上部４ａを有しているので、熱分離だけでなく電磁波のノイズを吸収することができる。すなわち、熱伝導性シート部材４が上部４ａを有していなくても熱分離を行うことができるが、熱伝導性シート部材４が上部４ａを有していれば熱分離を更に効率良く行うことができるとともに電磁波のノイズを吸収することができる。よって、熱伝導性シート部材４は後述の第１および第２の変形例に示す形状であってもよい。
また、熱伝導性シート部材４の上部４ａと下部４ｂとの間４ｄを通して導電性細線５，５，…を設けることができるので、導電性細線５，５，…を短時間且つ容易に配線することができる。その結果、半導体モジュール１０の製造時間の短縮および製造コストの低廉化を図ることができる。
なお、本実施形態では、熱伝導性シート部材は、ある一部分（第１の部分）が、それ以外の一部分（第２の部分）に近づくように曲げられていればよい。例えば、短尺方向の一端に、短尺方向の他端が近づくように曲げられていてもよく、また、長手方向の中程の部分に、長手方向の一端が近づくように曲げられていてもよい。
（第１の変形例）
図４は、実施形態１の第１の変形例にかかる半導体モジュール１１０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材１１４は、下部１１４ｂおよび側部１１４ｃを有しているが上部を有していない。このように熱伝導性シート部材１１４が上部を有していなくても側部１１４ｃを有しているので、電子部品２，２２への熱の伝達を抑制することができ、熱分離を行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール１１０の製法は、実施形態１に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材１１４を曲げる工程では、一端４１側が下部１１４ｂとなり他端４２側が側部１１４ｃとなるように、熱伝導性シート部材１１４を曲げる。
（第２の変形例）
図５は、実施形態１の第２の変形例にかかる半導体モジュール２１０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材２１４は、実施形態１に記載のように上部２１４ａ、下部２１４ｂおよび側部２１４ｃを有しているが、その上部２１４ａは、半導体素子３の上面３ａ全体を覆っていない。このように熱伝導性シート部材２１４が半導体素子３の上面３ａ全体を覆っていなくても、熱分離を行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール２１０の製法は、実施形態１に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材２１４を曲げる工程では、一端側が下部２１４ｂとなり他端側が上部２１４ａとなるように、熱伝導性シート部材２１４を曲げる。
《発明の実施形態２》
図６は、実施形態２にかかる半導体モジュール２０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本実施形態では、上記実施形態１とは異なり、対象部品が電子部品２であり、対象部品とは異なる他方の部品が半導体素子３である。すなわち、熱伝導性シート部材４は、半導体素子３ではなく電子部品２の一部を覆っている。以下に、具体的に示す。
熱伝導性シート部材４は、上記実施形態１のように、上部４ａ、下部４ｂおよび側部４ｃを有している。上部４ａは、電子部品２の上面２ａを覆っている。下部４ｂは電子部品２の下面２ｂと実装面１１ａとの間に挟まれており、その表面積は上記実施形態１と同じく熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上である。側部４ｃは、電子部品２の第１側面（第１の側面）２ｃを覆っている。そして、半導体素子３は、電子部品２に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装されており、電子部品２２は、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装されている。
上記実施形態１と同じく、上部４ａは下部４ｂに接触していないので、導電性細線を通すための孔を熱伝導性シート部材４に形成しなくてもよい。
本実施形態にかかる半導体モジュール２０では、半導体素子３が熱伝導性シート部材４に覆われていないので、半導体素子３が発した熱はその周囲へ拡散および伝達する。しかし、電子部品２の一部が熱伝導性シート部材４に覆われており、上記実施形態１と同じく下部４ｂの表面積は熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上であるので、冷却媒体の熱（冷却熱）を熱伝導性シート部材４全体に効率良く伝達させることができる。よって、半導体素子３が発した熱が電子部品２に伝達することを防止できる。さらに、電子部品２２は半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装されているので、半導体素子３が発した熱が電子部品２２に伝達することをも防止できる。すなわち、本実施形態にかかる半導体モジュール２０であっても、熱分離を効率良く行うことができる。
本実施形態にかかる半導体モジュール２０の製法は、上記実施形態１に記載の半導体モジュール１０の製法と略同一であるが、上記実施形態１の図３（ｂ）に示す工程では、半導体素子３ではなく電子部品２を熱伝導性シート部材４の一端４１側に配置し、図３（ｃ）に示す工程では、絶縁部材を設けない。また、図３（ｄ）に示す工程では、他端４２が一端４１の上に配置されるように熱伝導性シート部材４を曲げ、その後、半導体素子３を電子部品２に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装する。
以上説明したように、本実施形態にかかる半導体モジュール２０は、上記実施形態１の半導体モジュール１０と略同一の効果を奏する。
なお、本実施形態は、以下に示す構成であってもよい。
本実施形態のように電子部品２を対象部品とする場合には、冷却媒体１はそれほど優れた冷却能力を有していなくてもよい。一方、上記実施形態１のように発熱する半導体素子３を対象部品とする場合には、冷却媒体１は優れた冷却能力を有していることが好ましく、金属製の冷却媒体を用いる場合には熱伝導率が大きい方が好ましい。
また、本実施形態にかかる半導体モジュールでは、図６に示すように絶縁部材を備えていなくても良い。なぜならば、電子部品の上面には電極が設けられていない場合が多いので、熱伝導性シート部材の一部が電子部品の上面に接触してもその接触箇所においてショートが発生する虞は極めて低いためである。もちろん、上記実施形態１のように絶縁部材を介在させてもよい。
さらに、熱伝導性シート部材は、上記実施形態１における図４に示すように上部を有していなくても良く、同実施形態における図５に示すように電子部品の上面の一部を覆っていても良い。
《発明の実施形態３》
図７は、実施形態３にかかる半導体モジュール３０の構成図であり、図７（ａ）はその上面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。図８は、本実施形態における熱伝導性シート部材４の斜視図である。
本実施形態では、熱伝導性シート部材４は、実施形態１と同じく半導体素子３の一部を覆っているが、半導体素子３の第１側面３ｃだけでなく第３側面３ｅも覆っている。以下では、本実施形態における熱伝導性シート部材４を具体的に示す。
本実施形態における熱伝導性シート部材４は、その一端４１側および他端４２側が実装面１１ａに接触するように半導体素子３の上から被せられており、上部４ａと、下部４ｂおよび下部４ｂと、側部４ｃと、第２の側部４ｅとを有している。上部４ａは、熱伝導性シート部材４の長手方向中央に存在しており、上記実施形態１と同じく半導体素子３の上面３ａを覆っている。下部４ｂおよび下部４ｂは、それぞれ、実装面のうち半導体素子３の外側に配置されており、熱伝導性シート部材４の一端４１側および他端４２側に存在している。側部４ｃおよび第２の側部４ｅはそれぞれ上記実施形態１と同じく上部４ａの一部と下部４ｂおよび下部４ｂとの間に存在しており、側部４ｃは半導体素子３の第１側面３ｃを覆っており、第２の側部４ｅは半導体素子３の第３側面３ｅを覆っている。これにより、冷却媒体１の熱（冷却熱）は、まず下部４ｂおよび下部４ｂにそれぞれ伝達され、次に側部４ｃおよび第２の側部４ｅへそれぞれ伝達され、その後上部４ａへ伝達され、このようにして熱伝導性シート部材４全体に伝達される。すなわち、冷却媒体１の熱は、熱伝導性シート部材４の一端４１および他端４２から長手方向における中央へ伝達される。
本実施形態にかかる熱伝導性シート部材４では、２つの下部４ｂ，４ｂの表面積の合計が、上記実施形態１に記載のように、熱伝導性シート部材４の全表面積の 1/5 以上であることが好ましい。
また、上部４ａは、実装面１１から離れて存在しており、導電性細線５，５，…は、上部４ａと実装面１１との間４ｄを通して設けられる。そのため、上記実施形態１と同じく、熱伝導性シート部材４に孔を設けなくても導電性細線５，５，…を設けることができる。
なお、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、図７（ｂ）における手前側および奥側の二方において実装面１１ａに接触していない。しかし、例えば導電性細線５，５，…を図７（ｂ）における手前側にのみ設ける場合には、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、同図における奥側では実装面１１ａに接触していてもよい。熱伝導性シート部材４は、導電性細線５，５，…に接触しないように曲げられていればよい。
図９（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態にかかる半導体モジュール３０の製造方法を示す上面図である。
まず、図９（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに、はんだ等の導電性接着剤（不図示）を用いて半導体素子３を固定する（工程（ａ））。その後、導電性細線（不図示）を用いて、冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）と半導体素子３とを電気的に接続する。
次に、図９（ｂ）に示すように、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入し、その上面３ａおよび上記導電性細線を覆う。その後、同図に示す矢印の方向から熱伝導性シート部材４を近づけ、絶縁部材６の上に熱伝導性シート部材４を被せる（工程（ｂ））。
このとき、熱伝導性シート部材４の一端４１側および他端４２側を実装面１１ａに接触させる一方、熱伝導性シート部材４全体を導電性細線（不図示）には接触させないようにする。なお、上記実施形態１に記載の接着方法を用いて、熱伝導性シート部材４の一端４１側および他端４２側を実装面１１ａに接着させることが好ましい。
また、上記実施形態１などで記載したように、熱伝導性シート部材４のうち実装面１１ａに接触する部分（第１の部分）の面積が熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上となるように、熱伝導性シート部材４を絶縁部材６の上に被せる。
その後、図９（ｃ）に示すように、電子部品２を、半導体素子３に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装する（工程（ｃ））。さらに、電子部品２２を、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装する。そして、導電性細線（不図示）を用いて、電子部品２，２２と冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）とをそれぞれ電気的に接続する。これにより、図７に示す半導体モジュール３０を製造することができる。
このような半導体モジュール３０では、上記実施形態１の半導体モジュール１０と同じように半導体素子３の発熱による熱伝導性シート部材４の温度上昇を防止することができるので、熱分離を効率よく行うことができる。
なお、上記実施形態１に記載のように、熱伝導性シート部材が上部を有していなくても半導体モジュールは熱分離を効率よく行うことができる。そのため、熱伝導性シート部材は、以下の変形例に示す構成であってもよい。
（第１の変形例）
図１０は、実施形態３の第１の変形例にかかる半導体モジュール１３０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材１３４は、下部１３４ｂと、側部１３４ｃとを有している。側部１３４ｃは、半導体素子３の第１側面３ｃを覆っており、下部１３４ｂは、側部１３４ｃから延びている。また、電子部品２は、半導体素子３に対して側部１３４ｃを隔てた反対側に実装されている。このように熱伝導性シート部材１３４が上部を有していなくても側部１３４ｃを有しているので、熱分離を効率良く行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール１３０の製法は、実施形態３に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材１３４を曲げる工程では、一端が下部１３４ｂとなり他端が側部１３４ｃとなるように、熱伝導性シート部材１３４を曲げる。
（第２の変形例）
図１１は、実施形態３の第２の変形例にかかる半導体モジュール２３０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材２３４は、上部２３４ａと、１つの下部２３４ｂと、側部２３４ｃとを有している。上部２３４ａは、半導体素子３の上面３ａ全体を覆っている。側部２３４ｃは、上部２３４ａから延び、半導体素子３の第１側面３ｃを覆っている。下部２３４ｂは、側部２３４ｃから延びて実装面１１ａに接触している。このように半導体素子３の第３側部３ｅが熱伝導性シート部材２３４に覆われていなくても、半導体素子３の側部３ｃが熱伝導性シート部材２３４に覆われていれば、電子部品２，２２への熱の伝達を抑制することができる。
本変形例にかかる半導体モジュール２３０の製法は、実施形態３に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材２３４を曲げる工程では、一端が下部２３４ｂとなり他端が上部２３４ａとなるように、熱伝導性シート部材２３４を曲げる。
（第３の変形例）
図１２は、実施形態３の第３の変形例にかかる半導体モジュール３３０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材３３４は、上部３３４ａと、１つの下部３３４ｂと、側部３３４ｃと、第２の側部３３４ｅとを有している。上部３３４ａは、半導体素子３の上面３ａ全体を覆っている。側部３３４ｃは、半導体素子３の第１側面３ｃを覆うように上部３３４ａから延びており、第２の側部３３４ｅは、半導体素子３の第３側面３ｅを覆うように上部３３４ａから延びている。下部３３４ｂは、実装面１１ａに接触するように第２の側部３３４ｅから延びている。言い換えると、熱伝導性シート部材３３４は、実施形態３の熱伝導性シート部材４とは異なり、側部３３４ｃから延びる下部を有していない。このような場合であっても、下部３３４ｂの表面積が熱伝導性シート部材３３４の表面積の 1/5 以上であれば冷却媒体１の冷却熱を熱伝導性シート部材３３４に伝達させることができ、よって、熱分離を効率良く行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール３３０の製法は、実施形態３に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材３３４を曲げる工程では、一端が側部３３４ｃとなり他端が下部３３４ｂとなるように、熱伝導性シート部材２３４を曲げる。
（第４の変形例）
図１３は、実施形態３の第４の変形例にかかる半導体モジュール４０の構成を示す側面図である。
本変形例では、対象部品が電子部品２である。半導体モジュール４０は、実施形態３の製法と略同一の製法に従って製法され、実施形態３と同じく熱分離を効率良く行うことができる。
なお、本変形例のように熱伝導性シート部材４を用いて電子部品２を覆う場合、その熱伝導性シート部材４の形状は、実施形態３の第１乃至第３の変形例に示す形状であってもよい。
《発明の実施形態４》
図１４は、実施形態４にかかる半導体モジュール５０の構成図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本実施形態にかかる半導体モジュール５０は、上記実施形態１と異なり、放熱板７を備えている。以下に具体的に示す。
本実施形態における放熱板７は、例えば、ＧａＮまたはＡｌ２Ｏ３からなる板であり、半導体素子３の下面３ｂと熱伝導性シート部材４の下部４ｂとの間に挟まれて配置されており、半導体素子３が発した熱を拡散させる。これにより、半導体素子３が発した熱を放熱板７において拡散させることができるので、上記実施形態１乃至３の場合に比べて半導体素子３の温度上昇を防止することができる。また、熱伝導性シート部材４は、冷却媒体１の実装面１１ａおよび放熱板７の下面７ｂに接触しているが、半導体素子３には直接接触していない。そのため、上記実施形態１または３のように熱伝導性シート部材４が半導体素子３に直接接触している場合に比べて、冷却媒体１の冷却能力が小さくても熱伝導性シート部材４の温度上昇を防止することができる。
また、放熱板７が絶縁材料（例えばＧａＮまたはＡｌ２Ｏ３）からなる場合には、半導体素子３の下面３ｂに設けられた電極と熱伝導性シート部材４との間を絶縁することができ、その結果、半導体素子３のアースと冷却媒体１のアースとを別々にとることができる。これにより、本実施形態にかかる半導体モジュール５０は、熱遮蔽効果だけでなくノイズ遮蔽効果を奏することもできる。
本実施形態にかかる半導体モジュール５０の製法は、上記実施形態１の半導体モジュール１０の製法と略同一であるが、図３（ｂ）に示す工程では、熱伝導性シート部材４の一端４１側の上に放熱板７を配置し、はんだ等の導電性接着剤を介して放熱板７の上に半導体素子３を固定する。
なお、本実施形態は、以下に示す構成であってもよい。
放熱板７は、上記実施形態３にかかる半導体モジュール３０に設けられていても良く、その場合には、半導体素子３の下面３ｂと実装面１１ａとの間に介在されていることが好ましい。これにより、上述のように放熱板７において半導体素子３が発する熱を拡散させることができ、半導体素子３の温度上昇を抑制することができる。
また、放熱板７は、上記実施形態２および上記実施形態３の第４の変形例のように対象部品が電子部品２である場合であっても、半導体素子３の下面３ｂと実装面１１ａとの間に介在されていてもよい。これにより、放熱板７において半導体素子３が発する熱を拡散させることができるので、上記実施形態２および上記実施形態３の第４の変形例のように放熱板７が設けられていない場合に比べて、半導体素子３の温度上昇を防止することができる。
さらに、熱伝導性シート部材は、上記実施形態１の第１の変形例（図４）に示すように上部を有していなくても良く、同実施形態の第２の変形例（図５）に示すようにその上部が半導体素子の上面の一部を覆っていても良い。また、熱伝導性シート部材は、上記実施形態３およびその変形例に示す形状であってもよい。
《発明の実施形態５》
図１５は、実施形態５にかかる半導体モジュール６０の構成図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本実施形態にかかる半導体モジュール６０は、上記実施形態４にかかる半導体モジュール５０と略同一であるが、電子部品２と半導体素子３との相対的な位置関係を異にする。以下に、具体的に示す。
本実施形態にかかる半導体モジュール６０では、冷却媒体１の実装面１１ａには支柱６１が立てられており、支柱６１には、第２の基板６２が冷却媒体１の基板１１と略平行となるように固定されている。第２の基板６２には、電子部品２が実装されている。
なお、支柱６１および第２の基板６２は、冷却媒体１と略同一の材質（金属）からなってもよく、冷却媒体１とは異なる材質（例えば樹脂）からなってもよい。第２の基板６２には電子部品２が設けられるので、支柱６１および第２の基板６２が冷却機能を有していなくてもよいからである。
本実施形態における熱伝導性シート部材４は、上記実施形態１および４に記載のように半導体素子３の一部を覆っている。そのため、熱分離を効率良く行うことができるので、図１５に示すように半導体素子３の上方に電子部品２を配置しても、電子部品２への熱伝達を抑制することができる。
本実施形態にかかる半導体モジュール６０は、上記実施形態１に記載の製法に従って製造することができる。
なお、半導体モジュールは、上記実施形態１乃至３に記載のように放熱板７を備えていなくてもよい。また、半導体モジュールは、以下の変形例に示す構成であってもよい。
（第１の変形例）
図１６は、実施形態５の第１の変形例にかかる半導体モジュール１６０の構成を示す側面図である。図１７は、熱伝導性シート部材１６４の上部１６４ａの形状を説明するための図である。なお、図１６では、導電性細線を省略している。また、図１７では、図を明瞭にするため、絶縁部材、放熱部材および冷却媒体１の冷却用フィンを省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材１６４の上部１６４ａは、実施形態５とは異なり半導体素子３の上面３ａ全体を覆っていない。以下に、具体的に示す。
上部１６４ａは、第１の領域１６１と第２の領域１６２とで挟まれた第３の領域１６３（図１７に示す斜線領域）内に存在している。第１の領域１６１は、半導体素子３の第１側面（第１の側面）３ｃと電子部品２の第１側面（第１の側面）２ｃとを結んで形成される領域であり、第２の領域１６２は、半導体素子３の第３側面（第２の側面）３ｅと電子部品２の第３側面（第２の側面）２ｅとを結んで形成される領域である。
ここで、上記実施形態１等に記載のように、半導体素子３の第１側面３ｃは、熱伝導性シート部材１６４の側部１６４ｃに覆われている側面であり、半導体素子３の第３側面３ｅは、その第１側面３ｃとは反対側の側面である。また、図１７に示すように、電子部品２の第１側面２ｃは、電子部品２の側面のうち半導体素子３の第１側面３ｃを正面から見たときに正面に配置された側面であり、電子部品２の第３側面２ｅは、その第１側面２ｃとは反対側の側面である。
このように熱伝導性シート部材１６４の上部１６４ａの一部が第３の領域１６３内に存在しているので、熱伝導性シート部材が半導体素子の上面を覆っていない場合に比べて、半導体素子３からの熱が電子部品２へ伝達することを阻止でき、熱分離を行うことができる。
図１８（ａ）および（ｂ）は、本変形例にかかる半導体モジュール１６０の製造方法を示す側面図である。
まず、図１８（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに支柱６１および第２の基板６２が取り付けられた本体を用意する。そして、他端４２側が一端４１側よりも支柱６１寄りとなるように熱伝導性シート部材１６４を実装面１１ａに配置する。それから、熱伝導性シート部材１６４の一端４１側（正確には、一端４１側のうち熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上の面積を有する部分（第１の部分））に、第１側面３ｃが第３側面３ｅよりも支柱６１寄りとなるように半導体素子３を実装する。その後、導電性細線（不図示）を用いて半導体素子３と冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続し、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入して上面３ａおよびその導電性細線を覆う。
次に、第２の基板６２に、第１側面２ｃが第３側面２ｅよりも支柱６１寄りとなるように電子部品２を実装し（工程（ｂ））、導電性細線（不図示）を用いて電子部品２と第２の基板６２に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続する。
続いて、図１８（ｂ）に示すように、熱伝導性シート部材１６４の他端４２が第３の領域１６３内に存在するように、熱伝導性シート部材１６４を曲げる（工程（ｃ））。これにより、熱伝導性シート部材１６４の第２の部分（本変形例では、熱伝導性シート部材１６４の側部１６４ｃ）が半導体素子３の第１側面３ｃを覆うように配置され、本変形例にかかる半導体モジュール１６０を製造することができる。
なお、本変形例では、電子部品が半導体素子の直上に配置されていてもよい。この場合、熱伝導性シート部材は、本変形例のように曲げられていても良く、実施形態５に記載のように曲げられていても良い。
（第２の変形例）
図１９は、実施形態５の第２の変形例にかかる半導体モジュール２６０の構成を示す側面図である。
本変形例では、熱伝導性シート部材１６４は、実施形態５の第１の変形例と同様に上部１６４ａ、下部１６４ｂおよび側部１６４ｃを有している。しかし、側部１６４ｃは、同変形例とは異なり、支柱６１に対して半導体素子３を隔てた反対側に存在している。これにより、半導体素子３と支柱６１との間に、側部１６４ｃを設けるためのスペースを用意しなくてもよいので、実施形態５の第１の変形例と比べて半導体素子３を支柱６１に近づけて実装することができる。よって、本変形例では、実施形態５の第１の変形例に比べて、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
なお、図１６と図１９とを比較すると、半導体素子３は、図１６では、第１側面３ｃが第３側面３ｅよりも支柱６１寄りとなるように実装されているが、図１９では、第３側面３ｅが第１側面３ｃよりも支柱６１寄りとなるように実装されている。これは、本明細書において、半導体素子の第１側面を、熱伝導性シート部材の側部に覆われている側面として定義しているためである。また、電子部品２は、図１６では、第１側面２ｃが第３側面２ｅよりも支柱６１寄りとなるように実装されているが、図１９では、第３側面２ｅが第１側面２ｃよりも支柱６１寄りとなるように実装されている。これは、本明細書では、電子部品の第１側面を、半導体素子の第１側面を正面から見たときに正面に配置されている電子部品の側面として定義しているためである。
図２０（ａ）および（ｂ）は、本変形例にかかる半導体モジュール２６０の製造方法を示す側面図である。なお、以下では、実施形態５の第１の変形例における製法との相違点を主に示す。
図２０（ａ）に示す工程では、図１８（ａ）に示す工程とは異なり、一端４１側が他端４２側よりも支柱６１寄りとなるように、熱伝導性シート部材１６４を実装面１１ａの上に配置する。
図２０（ｂ）に示す工程では、図１８（ｂ）に示す工程と同じく、熱伝導性シート部材１６４の他端４２が第３の領域１６３内に存在するように、熱伝導性シート部材１６４を曲げる（工程（ｃ））。これにより、本変形例にかかる半導体モジュール２６０を製造することができる。
なお、半導体素子３の発熱による支柱６１の温度上昇を防止するためには、実施形態５の第１の変形例に示す構成をとることが好ましいが、半導体モジュールの小型化および製造の簡便化を図るためには、本変形例に示す構成をとることが好ましい。
（第３の変形例）
図２１は、実施形態５の第３の変形例にかかる半導体モジュール３６０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材３６４は、上部３６４ａ、下部３６４ｂおよび側部３６４ｃを有している。上部３６４ａは、実施形態５の第１の変形例に記載の上部１６４ａと同じく、第３の領域１６３内に存在している。また、下部３６４ｂは、上記実施形態３と同じく実装面１１ａにおいて半導体素子３の外側に存在している。このような場合であっても、熱分離を行うことができる。
図２２（ａ）および（ｂ）は、本変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す図である。
まず、図２２（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに支柱６１および第２の基板６２が取り付けられた本体を用意する。そして、実装面１１ａに半導体素子３を実装し、電子部品２を第２の基板６２に実装する（工程（ａ））。その後、導電性細線（不図示）を用いて、半導体素子３と冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続し、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入して、上面３ａおよびその導電性細線（不図示）を覆う。また、導電性細線を用いて、電子部品２と第２の基板６２に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続する。
次に、図２２（ｂ）に示すように、熱伝導性シート部材３６４を用いて半導体素子３の第１側面３ｃを覆う。このとき、熱伝導性シート部材３６４の一端４１側を冷却媒体１の実装面１１ａに接触させ、熱伝導性シート部材３６４の他端４２が第３の領域１６３内に存在するように熱伝導性シート部材３６４を曲げる（工程（ｂ））。本変形例においても、熱伝導性シート部材３６４のうち実装面１１ａに接触している部分の面積が熱伝導性シート部材３６４の表面積の 1/5 以上となるように、熱伝導性シート部材３６４を設けることが好ましい。これにより、本変形例にかかる半導体モジュール３６０を製造することができる。
なお、熱伝導性シート部材の形状は、上記実施形態３（図７）や上記実施形態３の第２および第３の変形例（図１１、図１２）に示す形状であってもよい。また、熱伝導性シート部材は、側部が支柱に対して半導体素子を隔てた反対側に存在するように、曲げられていても良い。
《その他の実施形態》
上記実施形態１乃至５は、以下に示す構成であってもよい。
冷却媒体は、冷却用フィンを有する代わりに、基板を冷却するための冷却経路を有していても良い。その冷却経路では、水や油などの液体を用いてもよく、空気を用いてもよい。また、冷却媒体は、上記冷却経路が基板内に埋め込まれた構成であってもよい。
半導体モジュールは、パッケージにより封止されていてもよく、パッケージとしては、公知のものを特に制限なく用いることができ、例えば、樹脂封止パッケージ、セラミックパッケージ、金属パッケージもしくはガラスパッケージ等が挙げられる。
上記実施形態１、２、４および５に示すように熱伝導性シート部材の下部の上に対象部品を実装する場合、この下部に孔が開いていても良い。下部に孔が形成されていると、はんだなどの導電性接着剤を孔に充填させ、その導電性接着剤を介して対象部品を冷却媒体に固定することができる。なお、上記実施形態１に記載のように、孔が形成された下部の表面積はその全表面積の 1/5 以上であることが好ましい。
半導体モジュールにおける半導体素子および電子部品の個数は、上記記載に限定されない。いずれの場合であっても、半導体素子と電子部品との間において熱分離を行うことができるように、熱伝導性シート部材を用いて半導体素子または電子部品の一部を覆えばよい。
熱伝導性シート部材は、一枚のシートが曲げられているとしたが、複数枚のシート部材を有していてもよい。この場合には、上部、下部および側部が相異なるシート部材からなり、それらのシート部材が互いに接続されていることが好ましい。
上記実施形態１および３乃至５において、電子部品を実装するタイミングは上記タイミングに限定されない。
本実施例では、上記実施形態１乃至４の半導体モジュールを動作させた場合に、半導体素子および電子部品の温度変化を調べた。
（実施例１）
実施例１では、上記実施形態１にかかる半導体モジュールと実質的に同一の半導体モジュール（以下、「本実施例の半導体モジュール」と記す）を用いた。また、図２３に示す参考例の半導体モジュールを用いた。
本実施例の半導体モジュールを、上記実施形態１に記載の方法に従って製造した。このとき、図３（ａ）に示す工程において用意する熱伝導性シート部材には孔が開いており、図３（ｂ）に示す工程では孔にはんだを充填させ、孔を蓋するように半導体素子を設けた。
一方、参考例の半導体モジュールでは、半導体素子と電子部品との間の距離を、本実施例の半導体モジュールにおける半導体素子と電子部品との間の距離と略同一に設定した。すなわち、本実施例で用いた参考例の半導体モジュールでは、上記距離は図２３に示すその距離よりも短かった。
その後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、本実施例の半導体モジュールおよび参考例の半導体モジュールを動作させた。動作終了後、各モジュールにおける半導体素子および電子部品の温度を測定した。すると、本実施例の半導体モジュールでは、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。一方、参考例の半導体モジュールでは、電子部品の温度は110℃程度であった。
また、熱伝導性シート部材を配置していない半導体モジュールと、本実施例の半導体モジュールとを準備し、各々のモジュールの半導体素子を 100 kHz でスイッチングさせ、半導体モジュールから 5 cm 離れた位置において電子ノイズを測定した。すると、熱伝導性シート部材を配置することにより、電子ノイズを一桁以上小さくすることができた。
（実施例２）
実施例２では、上記実施形態２にかかる半導体モジュールを用いた。すなわち、図６に示す半導体モジュールを用いた。
まず、上記実施形態２にかかる半導体モジュールを製造後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、半導体モジュールを動作させた。動作終了後、半導体素子および電子部品の温度を測定すると、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。
（実施例３）
実施例３では、上記実施形態３にかかる２つの半導体モジュール、すなわち、図７に示す半導体モジュールと図１３に示す半導体モジュールとを用いた。
まず、上記実施形態３に記載の方法に従って図７および図１３に示す半導体モジュールを製造後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、半導体モジュールをそれぞれ動作させた。動作終了後、半導体素子および電子部品の温度を測定すると、図７に示す半導体モジュールでは、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。図１３に示す半導体モジュールでは、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下であった。
（実施例４）
実施例４では、上記実施形態４にかかる半導体モジュールと実質的に同一の半導体モジュールを用いた。すなわち、図１４に示す半導体モジュールを用いた。
まず、上記実施形態４にかかる半導体モジュールを製造した。このとき、上記実施例１に記載するように、熱伝導性シート部材には孔が開いており、孔にはんだを充填させその孔を蓋するように半導体素子を配置した。その後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、半導体モジュールをそれぞれ動作させた。動作終了後、半導体素子および電子部品の温度を測定すると、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。
以上、実施例１乃至４に示すように、電子部品の温度上昇を阻止でき、半導体素子の温度上昇を小さく抑えることができた。
以上説明したように、本発明は、半導体素子と電子部品などとを一体化することができ、低損失、小型且つ低コストの半導体モジュールを提供することが可能となる。本発明の半導体モジュールは、例えば、炭化珪素、ＧａＮ、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体素子により構成される半導体素子を備えた半導体モジュールに用いると好適である。
本発明は、半導体素子および電子部品を含む半導体モジュールとその製法とに関する。
従来より、半導体パワーモジュール（半導体モジュール）では、半導体パワー素子（半導体パワーモジュールの動作により発熱し、その結果高温となる半導体素子）を冷却してその温度を半導体パワーモジュールの安全動作温度以下に保つために、半導体パワー素子をパッケージ基材（冷却媒体）に接触させるなどの熱設計が行われている。そのため、複数の半導体パワー素子を用いて半導体パワーモジュールを構成する場合には、半導体パワー素子のそれぞれをパッケージ基材に接触させる必要がある。
また、半導体パワーモジュールには、半導体パワー素子と半導体パワー素子を制御する制御回路またはコンデンサなどの受動素子とが同一のパッケージ基材に実装されたモジュールがある。例えば、特許文献１には、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、主回路（半導体素子）８３と制御回路８２とが同一パッケージ（筐体）８１内に収容された電力変換器（半導体モジュール）８０が開示されている。図２４（ａ）に示す電力変換器８０では、主回路８３と制御回路８２との間に板状の遮蔽部材８８が挿入されており、これにより主回路８３が発する熱および電磁ノイズは遮蔽される。
また、図２４（ｂ）に示す電力変換器１８０では、コの字形状に形成された遮蔽部材１８８が、筐体８１内を２分割するようにその筐体８１内に配置された構成も開示されている。この構成では、遮蔽部材１８８は、発熱する主回路８３を完全に覆っている。また、遮蔽部材１８８には、貫通孔が形成されており、この貫通孔には、遮蔽部材１８８の外に存する制御回路８２もしくは受動素子と半導体パワー素子とを電気的に接続するための信号線１８９、または、遮蔽部材１８８の外に存する制御回路８２もしくは受動素子から半導体パワー素子へ制御シグナルを供給するための信号線１８９等が通っている。
特開２００５−２３５９２９号公報
複数の半導体パワー素子を用いて半導体パワーモジュールを構成する場合には、それぞれの半導体パワー素子の放熱を十分行うとともに半導体パワー素子を互いに十分離して間隙を空けて配置することにより、温度上昇を防ぐ必要がある。よって、そのパッケージ基材の実装面としては、半導体パワー素子のそれぞれの下面の面積を加算した面積以上の大きさが必要である。従って、パッケージが非常に大きくなってしまい、半導体パワーモジュールの小型化を図ることが難しい。
また、半導体パワー素子と制御回路または受動素子とが同一のパッケージ基材に実装された半導体パワーモジュールでは、半導体パワーモジュールの動作により実装された部品の温度が上昇した場合に備え、実装される全ての部品は半導体パワー素子の保証温度範囲の上限値において動作可能なことが好ましい。この上限値は例えば120℃程度であり、このような高温においても動作可能な制御回路または受動素子は限られている。よって、実装される部品の選択範囲が狭くなり、半導体パワーモジュールを自由に設計できない。また、高温においても動作可能な制御回路または受動素子は高価な場合もあり、その場合には、半導体パワーモジュールのコストが高くなる。
また、図２４（ａ）に示す電力変換器８０では、遮蔽部材８８そのものの冷却を効率的に行うことが難しい。つまり、遮蔽部材８８は輻射熱を遮蔽できるが、遮蔽部材８８自身は冷却されない。そのため、遮蔽部材８８の上側に配置された制御回路８２などを低温に保つことが困難である。よって、図２４（ａ）に示す電力変換器８０では、主回路８３が長時間に亘って発した熱を完璧に遮蔽することは難しく、熱分離を完璧に行うことは難しい。
さらに、図２４（ｂ）に示す電力変換器１８０では、主回路８３などを実装する場合に、遮蔽部材１８８に設けたスルーホールを通して制御信号が伝達できるような配線をする必要があり、製造プロセスが複雑になり、電力変換器の生産コストを抑えることが難しい。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体素子が発熱して高温になったとしても、コンデンサまたは制御回路などを低温に保つことができる半導体モジュールを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の半導体モジュールは、実装面を有する冷却媒体と、実装面に実装され、動作時に相対的に多くの熱を発する半導体素子と、実装面に実装され、動作時に相対的に少ない熱を発する電子部品と、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品の一部を覆う熱伝導性シート部材とを備えている。熱伝導性シート部材は、実装面に接触している下部と、下部から延び対象部品の第１の側面を覆う側部とを有し、下部の表面積は熱伝導性シート部材の表面積の 1/5 以上である。また、対象部品とは異なる他方の部品は、対象部品に対して熱伝導性シート部材の側部を隔てた反対側に配置されている。
上記構成では、冷却媒体の熱（冷却熱）が、下部を介して熱伝導性シート部材全体に伝達される。これにより、効率よく熱分離を行うことができる。また、対象部品が半導体素子である場合には、半導体素子の発熱による熱伝導性シート部材の温度上昇を抑制できる。
さらに、熱伝導性シート部材の下部の表面積は熱伝導性シート部材の表面積の 1/5 以上であるので、冷却媒体の熱（冷却熱）を熱伝導性シート部材全体に効率良く伝達させることができる。
本明細書では、例えば「対象部品の一部を覆う」とは、熱伝導性シート部材が、対象部品の一部に接するように配置されていることだけでなく、対象部品の表面から離れた位置に配置されていることも意味する。
また、本明細書では、「熱分離」とは、半導体素子と電子部品との間で熱のやりとりが抑制されて遮蔽されていることであり、具体的には、半導体素子が発した熱の電子部品への伝達が小さいことである。
また、「対象部品とは異なる他の部品」は、対象部品が半導体素子である場合には電子部品であり、対象部品が電子部品である場合には半導体素子である。
本発明の半導体モジュールでは、熱伝導性シート部材の熱伝導率は、400 W/(m・K)以上であることが好適である。さらに好適には、熱伝導性シート部材は、グラファイトシートである。
本発明の半導体モジュールでは、熱伝導性シート部材は、側部から延び、対象部品の上面の少なくとも一部を覆う上部をさらに有していてもよい。
後述の好ましい実施形態では、熱伝導性シート部材の下部は、実装面と対象部品の下面との間に挟まれている。この場合、電極端子と、導電性細線とをさらに備え、導電性細線は、対象部品から、熱伝導性シート部材の上部と下部との間を通ってその熱伝導性シート部材の外へ延び、電極端子に接続されていてもよい。
後述のまた別の好ましい実施形態では、熱伝導性シート部材の下部は、実装面において対象部品と他方の部品との間に配置されている。この場合、電極端子と、導電性細線とをさらに備え、導電性細線は、対象部品から、熱伝導性シート部材の上部と実装面との間を通ってその熱伝導性シート部材の外へ延び、電極端子に接続されていてもよい。
本発明の半導体モジュールでは、対象部品と熱伝導性シート部材との間に介在する絶縁部材を備えていることが好ましい。これにより、対象部品と熱伝導性シート部材との短絡を防止することができる。
本発明の半導体モジュールでは、電子部品は、半導体素子の上面よりも上に配置されていてもよい。
本発明の半導体モジュールでは、さらに、実装面と半導体素子の下面との間に配置された放熱板を備えていることが好ましい。これにより、半導体素子が発した熱を放出させることができる。
本発明の第１の半導体モジュールの製造方法は、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するように、熱伝導性シート部材を実装面に配置する工程（ａ）と、熱伝導性シート部材の第１の部分に、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品を実装する工程（ｂ）と、熱伝導性シート部材の第２の部分が対象部品の第１の側面を覆うように熱伝導性シート部材を曲げる工程（ｃ）と、対象部品とは異なる他方の部品を、対象部品に対して熱伝導性シート部材の第２の部分を隔てた反対側に実装する工程（ｄ）とを備えている。
本発明の第２の半導体モジュールの製造方法は、冷却媒体の実装面に、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品を実装する工程（ａ）と、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するとともに第２の部分が対象部品の第１の側面を覆うように熱伝導性シート部材を曲げて、その熱伝導性シート部材を冷却部材の実装面に配置する工程（ｂ）と、対象部品とは異なる他方の部品を、対象部品に対して熱伝導性シート部材の第２の部分を隔てた反対側に実装する工程（ｃ）とを備えている。
本発明の第１または第２の半導体モジュールの製造方法を用いて半導体モジュールを製造すれば、熱伝導性シート部材を冷却媒体の一部に接触させて配置させることができるとともに、対象部品の一部を覆うことができる。よって、熱分離を効率良く行う半導体モジュールを提供することができる。
本発明の第３の半導体モジュールの製造方法は、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するように熱伝導性シート部材を実装面に配置し、熱伝導性シート部材の第１の部分に半導体素子を実装する工程（ａ）と、半導体素子の上面の上方に電子部品を配置する工程（ｂ）と、第２の部分が半導体素子の上面の少なくとも一部を覆うように熱伝導性シート部材を曲げる工程（ｃ）とを備えている。
本発明の第４の半導体モジュールの製造方法は、冷却媒体の実装面に半導体素子を実装し、半導体素子の上面よりも上に電子部品を配置する工程（ａ）と、表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するとともに第２の部分が半導体素子の上面の少なくとも一部を覆うように熱伝導性シート部材を曲げて、その熱伝導性シート部材を冷却媒体上に配置する工程（ｂ）とを備えている。
本発明の第３または第４の半導体モジュールの製造方法を用いて半導体モジュールを製造すれば、熱伝導性シート部材を冷却媒体の一部に接触させて配置させることができるとともに、半導体素子の一部を覆うことができる。よって、熱分離を効率良く行う半導体モジュールを提供することができる。
本発明の第１乃至第４の半導体モジュールの製造方法では何れの方法においても、熱伝導性シート部材として、熱伝導率が 400 W/(m・K)以上の材質からなるシート部材を用いることが好ましい。
本発明によれば、制御回路や受動素子等の発熱量の少ない電子部品を半導体素子と同一の冷却媒体に実装させ、その半導体素子が発熱して高温になったとしても、電子部品を比較的低温に保つことができる。
以下に、本発明の半導体モジュールの実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示す。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。
《発明の実施形態１》
図１は実施形態１に係る半導体モジュール１０の構成図であり、図１（ａ）はその上面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。なお、図１（ｂ）では、導電性細線５，５，…を省略している。また、図２は、本実施形態における熱伝導性シート部材４の斜視図である。
本実施形態にかかる半導体モジュール１０は、冷却媒体１と、半導体素子３と、電子部品２，２２と、熱伝導性シート部材４と、導電性細線５，５，…とを備えている。半導体素子３と電子部品２，２２とは、それぞれ、冷却媒体１の実装面１１ａに実装されており、導電性細線５，５，…を介して、例えば冷却媒体１に設けられた電極端子１３に電気的に接続されている。熱伝導性シート部材４は、半導体素子３の一部を覆っている。なお、電極端子１３に設けられた細かい電極（ブスバー）の図示を省略している。
本実施形態にかかる半導体モジュール１０を詳述する。冷却媒体１は、基板１１を有しており、電極端子１３は、例えば絶縁性を有する部材（不図示）を介して基板１１の実装面１１ａに設けられている。一方、実装面１１ａとは反対側の面には、複数の冷却用フィン１２，１２，…が互いに間隔を開けて設けられている。
半導体素子３は、半導体モジュール１０を動作させると、多くの熱を発して高温となる部品である。半導体素子３は、特に限定されることなく公知の半導体素子を用いることができ、例えば、ショットキーダイオード、ｐｎ接合ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）、ＭＥＳＦＥＴ（metal semiconductor field-effect transistor）、Ｊ−ＦＥＴ（junction Field Effect Transiter）もしくはサイリスタ等を用いることができる。また、半導体素子３は、後述のように、ワイドバンドギャップ半導体素子であることが好ましい。「ワイドバンドギャップ半導体」とは、本明細書では、伝導帯の下端と価電子帯の上端とのエネルギー差（バンドギャップ）が2.0eV以上である半導体を意味する。その具体例としては、炭化珪素(SiC)、GaN・AlN等のIII族窒化物もしくはダイヤモンド等を挙げることができるが、本実施形態では炭化珪素が好適である。
また、半導体素子３は、４つの側面を有している。第１側面（第１の側面）３ｃは、図１の右側の側面である。第２側面３ｄは、第１側面３ｃの隣りに存しており、図１の手前側の側面である。第３側面３ｅは、第１側面３ｃの反対側に存しており、図１の左側の側面である。第４側面（不図示）は、第２側面３ｄの反対側に存しており、図１の奥側の側面である。
半導体素子３と熱伝導性シート部材（後で詳述）４との間には、例えばシリコーン樹脂からなる絶縁部材６が配置されていることが好ましい。一般に、半導体素子の上面には、電極が設けられている場合が多い。そして、熱伝導性シート部材４が熱伝導性のみならず導電性も有する材質からなっていれば、熱伝導性シート部材４がその電極に接触することにより、接触箇所においてショートが発生する。しかし、絶縁部材６を介在させれば、熱伝導性シート部材４とその電極との接触を回避することができ、よって、ショートの発生を防止することができる。
電子部品２，２２は、それぞれ、半導体モジュール１０を動作させても発熱が小さいのでそれほど高温とはならない部品であり、例えば、半導体素子３を制御するための制御回路を有する制御素子、または、抵抗、コイルもしくはコンデンサなどの受動素子である。電子部品２，２２は、それぞれ、高温使用の電子部品に限定されることはなく、市販の様々な電子部品を使うことができる。例えばコンデンサは、チップコンデンサから大容量の電解コンデンサまたはフィルムコンデンサまで、市販の様々なコンデンサを使うことが出来る。
電子部品２は、半導体素子３に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃ（後述）を隔てた反対側に実装されている。電子部品２２は、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装されている。
熱伝導性シート部材４について詳述する。まず、熱伝導性シート部材４の構造を示す。
本実施形態にかかる熱伝導性シート部材４は、長手方向の一端（以下単に「熱伝導性シート部材の一端」という。）４１に長手方向の他端（以下単に「熱伝導性シート部材の他端」という。）４２が接触しない程度に近づくように曲げられており、上部４ａ、下部４ｂおよび側部４ｃを有している。上部４ａは他端４２側に存在しており、下部４ｂは一端４１側に存在しているので、上部４ａは下部４ｂに接触することなく存在している。また、側部４ｃは、上部４ａと下部４ｂとの間に存在しており、熱伝導性シート部材４が上述のように曲げられることにより形成された部分であり、半導体素子３の第１側面３ｃから遠ざかる方向に突出している。
上部４ａは半導体素子３の上面３ａを覆っており、下部４ｂは半導体素子３の下面３ｂと実装面１１ａとの間に介在しており、側部４ｃは半導体素子３の第１側面３ｃを覆っている。これにより、冷却媒体１の熱（冷却熱）が下部４ｂを介して熱伝導性シート部材４全体に亘って充分伝達される。そのため、半導体モジュール１０の動作により半導体素子３が発熱して高温になったとしても、熱伝導性シート部材４の温度を比較的低温（例えば冷却媒体１の温度）に保つことができる。よって、半導体素子３が発した熱が熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側へ伝達してしまうことを防止でき、電子部品２，２２の温度上昇を防止することができる。すなわち、熱分離を効率良く行うことができる。また、冷却媒体１の熱の一部が下部４ｂを介して半導体素子３に伝達するので、半導体素子３の温度上昇を抑制することができる。さらに、下部４ｂの表面積は後述のように熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上であるので、冷却媒体の熱（冷却熱）を熱伝導性シート部材４全体に効率良く伝達させることができる。
上述のように、熱伝導性シート部材４は、他端４２が一端４１に接触しない程度に近づくように曲げられているので、上部４ａと下部４ｂとの間４ｄから半導体素子３の第２側面３ｄ、第３側面３ｅおよび第４側面を見ることができる。この領域４ｄは、熱伝導性シート部材４の一端４１にその他端４２が接触しない程度に近づけて曲げたときに上部４ａと下部４ｂとの間に存する領域であり、熱伝導性シート部材４に孔を開けて形成された領域ではない。これにより、導電性細線５，５，…を用いて半導体素子３と冷却媒体１等とを電気的に接続させる場合であっても、導電性細線５，５，…を通すための貫通孔を熱伝導性シート部材４にわざわざ形成することなく上部４ａと下部４ｂとの間４ｄを通して導電性細線５，５，…を設けることができる。
さらに、熱伝導性シート部材４の一端４１が他端４２に接触していないので、熱伝導性シート部材４をループ状に流れる電流（誘導電流）の発生を抑制することができ、その結果、誘導電流の発生による発熱を抑制できる。
なお、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、図２に示すように、図１（ｂ）における手前側、奥側および左側の三方において下部４ｂに接触していない。しかし、例えば、導電性細線５，５，…をその三方のうち何れか二方にのみ設ける場合には、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、導電性細線５，５，…が設けられていない一方においては下部４ｂに接触していてもよい。熱伝導性シート部材４は、導電性細線５，５，…に接触しないように曲げられていればよい。
次に、熱伝導性シート部材４の物性（熱伝導率および熱拡散率など）を示す。
熱伝導性シート部材４の熱伝導率は、そのシートの平面方向では 400 W/(m・K)以上であることが好ましく、800 W/(m・K)以上であることがより好ましく、1600 W/(m・K)程度であることが最も好ましく、そのシートの厚み方向では8 W/(m・K)以上であり15 W/(m・K) 以下であることが好ましい。このように熱伝導性シート部材４では、熱伝導率の異方性が大きい方が好ましく、具体的にはシートの厚み方向の熱伝導率がシートの平面方向の熱伝導率の 1/20 以下であることが好ましい。
また、熱伝導性シート部材４の厚みは 0.025 mm 以上 0.3 mm 以下であることが好ましく、その熱拡散率は 3×10-4 m2/s 以上であり 10×10-4 m2/s であることが好ましい。因みに、銅では、熱伝導率が390 W/(m・K)程度であり、熱拡散率が1.4×10-4 m2/s 程度である。また、アルミニウムでは、熱伝導率が230 W/(m・K)程度であり、熱拡散率が0.9×10-4 m2/s 程度である。よって、熱伝導性シート部材４の平面方向の熱伝導率は銅またはアルミニウムの熱伝導率よりも大きく、熱伝導性シート部材４の熱拡散率は銅またはアルミニウムの熱拡散率よりも大きい。
このような熱伝導性シート部材は、従来、ヒートスプレッダーやヒートシンクとして、放熱特性を上げて放熱させるために使用されていた。しかし、本発明では、温度領域を分ける仕切部材として熱伝導性シート部材４を利用しており、発熱素子（半導体素子３）を放熱させるために使用するのではなく、冷却媒体１の温度を伝える冷たい熱分離シート部材として使用している。よって、本発明における熱伝導性シート部材４の用途は、従来の用途とは全く異なる。このような熱伝導性シート部材４を用いて発熱素子の一部を覆うことにより、発熱素子（半導体素子３）近傍では温度が上昇しても、熱伝導性シート部材４を隔てた反対側（電子部品２，２２）では、温度上昇を抑制することができる。
例えば、熱伝導性シート部材４として、シートの平面方向の熱伝導率が 400 W/(m・K)であり、シートの厚み方向の熱伝導率が 20 W/(m・K)であり、シートの厚みが 0.1 mm 以下であるシート部材を用いた場合、半導体素子の底面積を 1×1 cm2 とすると、熱伝導性シート部材を伝わる熱量 W は、シート部材の熱伝導度を TC(W/mK)とし、熱伝導方向に垂直な方向におけるシート部材の断面積を S(m2)とし、温度差を K(°K)とし、長さを LL(m)とすると、
W = (TS×S)/(LL×K)・・・・・・・・（１）
と表される。
シート部材の平面方向では、TS = 400であり、S = (1×10-2)×(1×10-4)=1×10-6であるので、シート部材の平面方向を伝わる熱量 W1 は、
W1 = (4×10-4)/(LL×K)・・・・・・・（２）
となる。
シート部材の厚み方向（実装面１１ａから半導体素子３へ向かう方向）では、TS = 20であり、S = (1×10-2)×(1×10-2)=1×10-4であるので、シート部材の厚み方向を伝わる熱量 W2 は、
W2 = (2×10-3)/(LL×K)・・・・・・・（３）
となり、W2 は W1 の５倍となる。これにより、熱伝導性シート部材４は、シートの厚み方向にはシートの平面方向の５倍の熱量を伝えることが出来ることがわかる。言い換えると、上記式の W1 と W2 とを略同一にするには、シートの厚み方向の面積（実装面１１ａに接触している熱伝導性シート部材４の面積）がシートの平面方向の面積の 1/5 であればよい。
本実施形態にかかる熱伝導性シート部材４では、冷却媒体１の熱（冷却熱）は、上述のように、まず下部４ｂに伝達され、その後下部４ｂから側部４ｃおよび上部４ａへ順に伝達される。すなわち、冷却媒体１の熱は、まず熱伝導性シート部材４の厚み方向に伝達してから（下部４ｂへの伝達）、熱伝導性シート部材４の平面方向へ伝達する（下部４ｂから側部４ｃおよび上部４ａへの伝達）。上記算出結果より同一の熱量を伝達するためにはシートの厚み方向の面積がシートの平面方向の面積の 1/5 であればよいので、下部４ｂの表面積が熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 程度であれば、冷却媒体１の熱を熱伝導性シート部材４の全体に亘って伝達することができる。
下部４ｂの表面積は、熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 であれば好ましいが、熱接触のことを考慮すれば熱伝導性シート部材４の表面積の 1/4 以上であることが好ましく、熱伝導性シート部材４の表面積の 1/3 以上であることがさらに好ましい。一方、半導体モジュール１０の小型化を図るためには、下部４ｂの表面積は小さい方が好ましい。以上より、冷却媒体１の熱伝導効率（冷却媒体１の冷却効率）の要請と、半導体モジュール１０の小型化の要請および使用状況とを考慮に入れて、1/5 を基準値として下部４ｂの表面積の割合を決定することが好ましい。
なお、本実施形態では、下部４ｂは冷却媒体１と半導体素子３の下面３ｂとの間に挟まれているので、下部４ｂの表面積は必然的に熱伝導性シート部材４の全表面積の 1/5 以上となる、と考えられる。
熱伝導性シート部材４は、上記熱伝導率を有している材質からなることが好ましいが、グラファイトシートからなることが最も好ましい。グラファイトシートは優れた熱伝導性および導電性を有しているので、熱伝導性シート部材４としてグラファイトシートを用いれば、半導体素子３が発する熱を遮断できるだけでなく、半導体素子３のスイッチングにより発生する電磁波のノイズを吸収でき、その結果、半導体素子３の発するノイズを低減できるためである。
上記グラファイトシートとしては、例えば松下電器産業株式会社から「PGSグラファイトシート」として市販されているものまたは株式会社ジェルテックから「スーパーλGS」として市販されているものを用いることができる。上記グラファイトシートでは、シートの平面方向での熱伝導率およびシートの厚み方向での熱伝導率は上記範囲内にある。すなわち、シートの平面方向の熱伝導率は、400 W/(m・K)以上であり、通常800 W/(m・K)程度であり、最良のグラファイトシートでは 1600 W/(m・K)程度である。また、シートの厚み方向の熱伝導率は、8 W/(m・K)以上 15 W/(m・K)以下である。よって、グラファイトシートの熱伝導率の異方性は大きい。
また、グラファイトシートを熱伝導性シート部材４として用いる場合には、シートの厚みおよび熱拡散率が上述の範囲内であるグラファイトシートを用いることが好ましい。
次に、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の製造方法を示す。図３（ａ）乃至（ｄ）は、半導体モジュール１０の製造方法を示す上面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに、熱伝導性シート部材４を配置する（工程（ａ））。そして、熱伝導性シート部材４の一端４１側（正確には、一端４１側のうち熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上の面積を有する部分（第１の部分））を冷却媒体１の実装面１１ａに接着する。
接着方法としては、熱伝導性シート部材としてグラファイトシートを用いる場合には、炭化した金属を介してグラファイトシートを実装面に接着させることが好ましい。具体的には、まず、Ti, Mo, W 等の金属をグラファイトシートの下面に蒸着し、蒸着された金属とグラファイトシートとの界面を加熱等して炭化させる。これにより、グラファイトシートの下面に炭化層を介して上記金属層が形成される。次に、上記金属層が実装面１１ａに接触するようにグラファイトシートを配置し、実装面１１ａに圧着させる。これにより、グラファイトシートを実装面に確実に接着することができる。
また、圧着させるのではなく、はんだを用いて接着させてもよい。具体的には、まず、はんだとなじみやすい金属（例えば、Al や Cu）からなる金属層と炭化層を形成可能な金属（例えば、Ti,Co等）をグラファイトシートの下面に蒸着し、蒸着された金属とグラファイトシートとの界面を炭化させて炭化層を形成する。その後、はんだ層を上記金属層の上面に設け、そのはんだ層が実装面１１ａに接触するようにグラファイトシートを配置してもよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、熱伝導性シート部材４の上記第１の部分の上に、半導体素子３を実装する（工程（ｂ））。このとき、第３側面３ｅが第１側面３ｃよりも熱伝導性シート部材４の一端４１側に配置されるように、半導体素子３を実装する。
続いて、導電性細線５，５，…を用いて、半導体素子３と冷却媒体１に設けられた電極端子１３とを電気的に接続する。このとき、熱伝導性シート部材４のうち第２および第４側面の周囲の部分４ｉ，４ｉを跨いで、導電性細線５，５，…をそれぞれ配置する。
それから、図３（ｃ）に示すように、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入してその上面３ａを覆う。このとき、半導体素子３の上面３ａのみならず導電性細線５，５，…を覆うように、絶縁部材６を注入することが好ましい。
その後、図３（ｄ）に示すように、熱伝導性シート部材４の他端４２を持ち上げ、その他端４２が一端４１の上方に配置されるように熱伝導性シート部材４を曲げる（工程（ｃ））。このとき、熱伝導性シート部材４の他端４２を一端４１に接触させないようにすることが好ましい。これにより、熱伝導性シート部材４の第２の部分（本実施形態では、側部４ｃ）が半導体素子３の第１側面３ｃを覆う。それから、電子部品２を、半導体素子３に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装する（工程（ｄ））。また、電子部品２２を、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装する。そして、導電性細線５，５，…を用いて、電子部品２，２２と冷却媒体１に設けられた電極端子１３とをそれぞれ電気的に接続する。これにより、図１に示す半導体モジュール１０を製造することができる。
以下では、熱伝導性シート部材を備えていない従来の半導体モジュールおよび図２３に示す半導体モジュール（以下、「参考例の半導体モジュール」という）７０と比較しながら、本実施形態にかかる半導体モジュール１０を説明する。また、半導体素子として、Si素子を用いた場合とワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合との差異を説明する。まず、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の利点を示す。
従来の半導体モジュールでは、半導体素子が発した熱は、半導体素子の周囲に拡散および伝達する。そのため、半導体素子の周囲に電子部品を実装すると、その電子部品の温度上昇を招来する。電子部品の温度上昇を防止するためには、半導体素子が発した熱が伝達しない程度に半導体素子から充分に離れた位置に、その電子部品を配置することが考えられる。しかし、電子部品をこのように配置すると、半導体モジュールの大型化を招来してしまう。また、導電性細線を用いて半導体素子と電子部品とを電気的に接続する場合、電子部品を半導体素子から充分離れた位置に配置すれば導電性細線が長尺になり、無視できない程度の大きな抵抗が導電性細線に発生してしまう。その結果、導電性細線において損失が生じてしまう。
また、半導体素子が発熱する場合を想定し、高温に耐えうる電子部品を実装することも考えられる。しかし、高温仕様の電子部品を実装すれば、半導体モジュールのコストの低廉化を図ることができない。
参考例の半導体モジュール７０では、熱伝導性シート部材７４は、冷却媒体１の実装面１１ａと半導体素子３の下面３ｂとの間にのみ設けられている。この場合、冷却媒体１からの熱（冷却熱）が半導体素子３に伝わるので、熱伝導性シート部材７４の表面積が半導体素子３の下面３ｂの面積に比べて十分広い場合には、半導体素子３からの発熱による温度上昇の低下を図ることはできる。しかし、上記従来の半導体モジュールと同じように、半導体素子３が発した熱は、拡散および伝達してしまう。
以上より、上記従来の半導体モジュールおよび参考例の半導体モジュール７０では、半導体素子の周囲に配置された電子部品の温度上昇を招来し、その温度上昇を回避するためには半導体モジュールの大型化および高コスト化を招来するとともに、長く引き回した導電性細線における損失の発生を招来する。
一方、本実施形態にかかる半導体モジュール１０では、上述のように、熱伝導性シート部材４が熱分離を効率良く行うので、半導体素子３の周囲の温度上昇を抑制することができる。よって、半導体素子３から充分離れた位置に電子部品２，２２を実装しなくてよいので、半導体モジュール１０の小型化を図ることができ、さらには導電性細線５，５，…の短尺化を図ることができるので導電性細線５，５，…における損失の発生を防止することができる。
また、高温仕様の電子部品を用いなくてよいので、半導体モジュール１０の低コスト化を図ることができる。
次に、半導体素子として、ワイドバンドギャップ半導体素子を用いる利点を示す。
Siの熱伝導率はそれほど大きな値を示さないので、半導体素子としてSi素子を用いる場合には、半導体モジュールはSi素子が発する熱（動作時においてSi素子に電流を流すことによりそのSi素子が発する熱）を効率的に逃がすように熱設計されることが好ましい。さらに、Si素子は、その温度が150℃以上になると、半導体的な特性が弱まり、電流制御素子として機能しなくなり危険であるので、半導体モジュールは、Si素子において最も電流密度が高い部分での温度が150℃を超えないように熱設計されていることが好ましい。具体的には、動作時のSi素子内部の電流密度が10×104 A/m2 以上である場合には、Si素子での発熱を考慮する必要が生じ、特にSi素子内部の電流密度が50×104 A/m2 以上である場合には、Si素子からの発熱が顕著となり、上記した熱設計が必須となる。
すなわち、半導体素子としてSi素子を用いる場合には、熱設計において熱の放出経路を考えなければならず、熱放出パスとなる冷却媒体にSi素子をきちんと接触させる必要がある。具体的には、Si素子は、ダイボンドと呼ばれる方法を用いて半田などによってパッケージ基材に直接接合されている。そのため、複数のSi素子を備えた半導体モジュールでは、複数のSi素子は、積層されることはなく、互いに重ならないようにパッケージ基材の実装面１１ａに２次元的に配置されている。よって、パッケージ基材の実装面１１ａの面積は大きくなり、半導体モジュールの大型化を招来してしまう。
以上をまとめると、半導体素子としてSi素子を用いれば、50×104 A/m2 以上の電流密度の動作では Si-MOSFET はもとより Si-IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）であっても、損失による発熱が増大するので、Si素子の動作許容の温度150℃程度に保った状態で半導体モジュールを動作させ続けることは難しい。ここで、Si-MOSFETは半導体材料としてSiを用いて形成されたMOSFETであり、Si-IGBTは半導体材料としてSiを用いて形成されたIGBTである。
なお、Si-IGBT は、Si-MOSFETに比べて一桁以上電気抵抗を小さくできる。しかし、IGBTでは温度上昇によりその電気抵抗が減少する。そのため、電圧一定で IGBT を動作させれば、半導体素子を流れる電流量は増加し、IGBT での発熱量のさらなる増大を招来し、熱暴走して場合によっては IGBT の破壊を招来してしまう。このことは、一つのSi-IGBT内部の電流集中による破壊として、または、並列に接続された複数のSi-IGBTの一つへの電流集中による破壊として観測される。
一方、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合、半導体モジュールを小型化するためにワイドバンドギャップ半導体素子を小型化すると、ワイドバンドギャップ半導体素子における電流密度が増加し、その結果、ワイドバンドギャップ半導体素子における発熱量が増加してしまう。このような場合であっても、本実施形態における熱伝導性シート部材４を用いてワイドバンドギャップ半導体素子の一部を覆えば、効率良く熱分離を行うことができる。すなわち、本発明は、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合に特に有効である。
詳細に示すと、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化すると、ワイドバンドギャップ半導体素子からの発熱量は増加する。熱伝導性シート部材を備えていない従来の半導体モジュールでは、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合、電子部品をそのワイドバンドギャップ半導体素子から更に離して配置しなければ、ワイドバンドギャップ半導体素子からの熱が電子部品に伝達してしまう。以上より、従来の半導体モジュールでは、半導体モジュールの小型化を図るためにワイドバンドギャップ半導体素子を小型化したにも関わらず、モジュールの大型化を招来してしまう。
ところが、本実施形態における半導体モジュールでは、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合、電子部品をそのワイドバンドギャップ半導体素子の近くに実装しても、ワイドバンドギャップ半導体素子からの熱は電子部品へ伝達されない。以上より、本実施形態における半導体モジュールでは、ワイドバンドギャップ半導体素子を小型化した場合であっても、電子部品を半導体素子に近づけて実装することができるので半導体モジュールの小型化を図ることができる。
また、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合、その熱伝導率はSiの熱伝導率に比べて数倍以上であり、例えば炭化珪素(SiC)の熱伝導率は490 W/(m・K)程度であり、ダイヤモンドの熱伝導率は2000 W/(m・K) 程度である。このように半導体素子の熱伝導率が高いので、半導体素子からの熱放出効率が高くなり、その結果、半導体素子内において高電流密度部分での温度の上昇を抑えることが出来る。
また、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いて形成された MOSFET を1kV程度の耐圧で使用すると、半導体素子としてSi素子を用いて形成された MOSFET を同耐圧で使用する場合に比べて一桁以上小さい損失を実現でき、半導体素子としてSi素子を用いて形成された IGBT を同耐圧で使用する場合に比べて半分以下の損失を実現できる。このような低損失性により、半導体素子が発する熱量の減少効果を期待できる。
さらに、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子により構成された MOSFET を用いると、半導体素子として Si素子により構成された IGBT を用いた場合を凌駕するほどの高耐圧低損失を達成できるため、 MOSFET の高速性を高電圧大電流制御に活かすことも出来る。つまり、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子により構成された MOSFET を用いれば、半導体素子の応答速度が半導体素子におけるスイッチング時間に対して遅い場合に生ずるスイッチング損失を低減することも出来る。
また、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いて MOSFET を構成すれば、50×104 A/m2 以上の電流密度の電流が流れても半導体素子の発熱を抑えることができ、その結果、半導体モジュールを良好に動作させることができる。よって、半導体モジュールにおいて、複数の半導体素子の少なくとも一つの活性領域がワイドバンドギャップ半導体素子により構成されていることが好ましく、そのような半導体モジュールは、50×104 A/m2 以上の電流密度の電流が流れる場合に適用することが好ましい。
実際、本願発明者は以下のことを確認している。すなわち、半導体素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いて MOSFET を構成した場合、50×104 A/m2 以上の電流密度で動作させてワイドバンドギャップ半導体素子を高温に保った場合の方が、ワイドバンドギャップ半導体素子を低温に保っている場合よりも、ワイドバンドギャップ半導体素子の電気抵抗が増大する。一般に、 MOSFET では電圧を一定にして動作させる場合が多いので、ワイドバンドギャップ半導体素子が高温になった結果その電気抵抗が増大すると、ワイドバンドギャップ半導体素子を流れる電流量は減少する。よって、MOSFETでの発熱量が低下する。そのため、上記Si-IGBTにおいて課題であった熱暴走による破壊が起こらず、たとえ発熱によりワイドバンドギャップ半導体素子の温度が200℃以上（さらに400℃以上）に上がっても、MOSFET を安定して良好に動作させることができる。
さらに、本願発明者は、半導体素子が炭化珪素（その中でも4H-SiC）からなる半導体素子であれば、他のワイドバンドギャップ半導体素子と比べて、低損失性、安定性および信頼性等の面で優れていることを確認している。これは、低欠陥密度のウェハが供給されていることに起因し、結晶中の欠陥に起因する絶縁破壊などの問題が起こりにくいことと対応している、と本願発明者は考えている。
以下に、本実施形態にかかる半導体モジュール１０が奏する効果をまとめて記載する。
本実施形態にかかる半導体モジュール１０は熱分離を効率良く行うことができるので、従来のモジュールに比べて電子部品２を半導体素子３の近くに実装することができる。よって、モジュールの小型化を図ることができ、さらには、モジュールの低コスト化および性能向上を図ることができる。
具体的には、熱伝導性シート部材４が下部４ｂを有しているので、半導体モジュール１０の動作により半導体素子３が高温となっても、熱伝導性シート部材４を冷却媒体１と略同温度に保つことができる。熱伝導性シート部材４が側部４ｃを有しているので、電子部品２，２２への熱の伝達を抑制することができる。熱伝導性シート部材４が上部４ａを有しているので、熱分離だけでなく電磁波のノイズを吸収することができる。すなわち、熱伝導性シート部材４が上部４ａを有していなくても熱分離を行うことができるが、熱伝導性シート部材４が上部４ａを有していれば熱分離を更に効率良く行うことができるとともに電磁波のノイズを吸収することができる。よって、熱伝導性シート部材４は後述の第１および第２の変形例に示す形状であってもよい。
また、熱伝導性シート部材４の上部４ａと下部４ｂとの間４ｄを通して導電性細線５，５，…を設けることができるので、導電性細線５，５，…を短時間且つ容易に配線することができる。その結果、半導体モジュール１０の製造時間の短縮および製造コストの低廉化を図ることができる。
なお、本実施形態では、熱伝導性シート部材は、ある一部分（第１の部分）が、それ以外の一部分（第２の部分）に近づくように曲げられていればよい。例えば、短尺方向の一端に、短尺方向の他端が近づくように曲げられていてもよく、また、長手方向の中程の部分に、長手方向の一端が近づくように曲げられていてもよい。
（第１の変形例）
図４は、実施形態１の第１の変形例にかかる半導体モジュール１１０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材１１４は、下部１１４ｂおよび側部１１４ｃを有しているが上部を有していない。このように熱伝導性シート部材１１４が上部を有していなくても側部１１４ｃを有しているので、電子部品２，２２への熱の伝達を抑制することができ、熱分離を行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール１１０の製法は、実施形態１に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材１１４を曲げる工程では、一端４１側が下部１１４ｂとなり他端４２側が側部１１４ｃとなるように、熱伝導性シート部材１１４を曲げる。
（第２の変形例）
図５は、実施形態１の第２の変形例にかかる半導体モジュール２１０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材２１４は、実施形態１に記載のように上部２１４ａ、下部２１４ｂおよび側部２１４ｃを有しているが、その上部２１４ａは、半導体素子３の上面３ａ全体を覆っていない。このように熱伝導性シート部材２１４が半導体素子３の上面３ａ全体を覆っていなくても、熱分離を行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール２１０の製法は、実施形態１に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材２１４を曲げる工程では、一端側が下部２１４ｂとなり他端側が上部２１４ａとなるように、熱伝導性シート部材２１４を曲げる。
《発明の実施形態２》
図６は、実施形態２にかかる半導体モジュール２０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本実施形態では、上記実施形態１とは異なり、対象部品が電子部品２であり、対象部品とは異なる他方の部品が半導体素子３である。すなわち、熱伝導性シート部材４は、半導体素子３ではなく電子部品２の一部を覆っている。以下に、具体的に示す。
熱伝導性シート部材４は、上記実施形態１のように、上部４ａ、下部４ｂおよび側部４ｃを有している。上部４ａは、電子部品２の上面２ａを覆っている。下部４ｂは電子部品２の下面２ｂと実装面１１ａとの間に挟まれており、その表面積は上記実施形態１と同じく熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上である。側部４ｃは、電子部品２の第１側面（第１の側面）２ｃを覆っている。そして、半導体素子３は、電子部品２に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装されており、電子部品２２は、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装されている。
上記実施形態１と同じく、上部４ａは下部４ｂに接触していないので、導電性細線を通すための孔を熱伝導性シート部材４に形成しなくてもよい。
本実施形態にかかる半導体モジュール２０では、半導体素子３が熱伝導性シート部材４に覆われていないので、半導体素子３が発した熱はその周囲へ拡散および伝達する。しかし、電子部品２の一部が熱伝導性シート部材４に覆われており、上記実施形態１と同じく下部４ｂの表面積は熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上であるので、冷却媒体の熱（冷却熱）を熱伝導性シート部材４全体に効率良く伝達させることができる。よって、半導体素子３が発した熱が電子部品２に伝達することを防止できる。さらに、電子部品２２は半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装されているので、半導体素子３が発した熱が電子部品２２に伝達することをも防止できる。すなわち、本実施形態にかかる半導体モジュール２０であっても、熱分離を効率良く行うことができる。
本実施形態にかかる半導体モジュール２０の製法は、上記実施形態１に記載の半導体モジュール１０の製法と略同一であるが、上記実施形態１の図３（ｂ）に示す工程では、半導体素子３ではなく電子部品２を熱伝導性シート部材４の一端４１側に配置し、図３（ｃ）に示す工程では、絶縁部材を設けない。また、図３（ｄ）に示す工程では、他端４２が一端４１の上に配置されるように熱伝導性シート部材４を曲げ、その後、半導体素子３を電子部品２に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装する。
以上説明したように、本実施形態にかかる半導体モジュール２０は、上記実施形態１の半導体モジュール１０と略同一の効果を奏する。
なお、本実施形態は、以下に示す構成であってもよい。
本実施形態のように電子部品２を対象部品とする場合には、冷却媒体１はそれほど優れた冷却能力を有していなくてもよい。一方、上記実施形態１のように発熱する半導体素子３を対象部品とする場合には、冷却媒体１は優れた冷却能力を有していることが好ましく、金属製の冷却媒体を用いる場合には熱伝導率が大きい方が好ましい。
また、本実施形態にかかる半導体モジュールでは、図６に示すように絶縁部材を備えていなくても良い。なぜならば、電子部品の上面には電極が設けられていない場合が多いので、熱伝導性シート部材の一部が電子部品の上面に接触してもその接触箇所においてショートが発生する虞は極めて低いためである。もちろん、上記実施形態１のように絶縁部材を介在させてもよい。
さらに、熱伝導性シート部材は、上記実施形態１における図４に示すように上部を有していなくても良く、同実施形態における図５に示すように電子部品の上面の一部を覆っていても良い。
《発明の実施形態３》
図７は、実施形態３にかかる半導体モジュール３０の構成図であり、図７（ａ）はその上面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。図８は、本実施形態における熱伝導性シート部材４の斜視図である。
本実施形態では、熱伝導性シート部材４は、実施形態１と同じく半導体素子３の一部を覆っているが、半導体素子３の第１側面３ｃだけでなく第３側面３ｅも覆っている。以下では、本実施形態における熱伝導性シート部材４を具体的に示す。
本実施形態における熱伝導性シート部材４は、その一端４１側および他端４２側が実装面１１ａに接触するように半導体素子３の上から被せられており、上部４ａと、下部４ｂおよび下部４ｂと、側部４ｃと、第２の側部４ｅとを有している。上部４ａは、熱伝導性シート部材４の長手方向中央に存在しており、上記実施形態１と同じく半導体素子３の上面３ａを覆っている。下部４ｂおよび下部４ｂは、それぞれ、実装面のうち半導体素子３の外側に配置されており、熱伝導性シート部材４の一端４１側および他端４２側に存在している。側部４ｃおよび第２の側部４ｅはそれぞれ上記実施形態１と同じく上部４ａの一部と下部４ｂおよび下部４ｂとの間に存在しており、側部４ｃは半導体素子３の第１側面３ｃを覆っており、第２の側部４ｅは半導体素子３の第３側面３ｅを覆っている。これにより、冷却媒体１の熱（冷却熱）は、まず下部４ｂおよび下部４ｂにそれぞれ伝達され、次に側部４ｃおよび第２の側部４ｅへそれぞれ伝達され、その後上部４ａへ伝達され、このようにして熱伝導性シート部材４全体に伝達される。すなわち、冷却媒体１の熱は、熱伝導性シート部材４の一端４１および他端４２から長手方向における中央へ伝達される。
本実施形態にかかる熱伝導性シート部材４では、２つの下部４ｂ，４ｂの表面積の合計が、上記実施形態１に記載のように、熱伝導性シート部材４の全表面積の 1/5 以上であることが好ましい。
また、上部４ａは、実装面１１から離れて存在しており、導電性細線５，５，…は、上部４ａと実装面１１との間４ｄを通して設けられる。そのため、上記実施形態１と同じく、熱伝導性シート部材４に孔を設けなくても導電性細線５，５，…を設けることができる。
なお、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、図７（ｂ）における手前側および奥側の二方において実装面１１ａに接触していない。しかし、例えば導電性細線５，５，…を図７（ｂ）における手前側にのみ設ける場合には、熱伝導性シート部材４の上部４ａは、同図における奥側では実装面１１ａに接触していてもよい。熱伝導性シート部材４は、導電性細線５，５，…に接触しないように曲げられていればよい。
図９（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態にかかる半導体モジュール３０の製造方法を示す上面図である。
まず、図９（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに、はんだ等の導電性接着剤（不図示）を用いて半導体素子３を固定する（工程（ａ））。その後、導電性細線（不図示）を用いて、冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）と半導体素子３とを電気的に接続する。
次に、図９（ｂ）に示すように、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入し、その上面３ａおよび上記導電性細線を覆う。その後、同図に示す矢印の方向から熱伝導性シート部材４を近づけ、絶縁部材６の上に熱伝導性シート部材４を被せる（工程（ｂ））。
このとき、熱伝導性シート部材４の一端４１側および他端４２側を実装面１１ａに接触させる一方、熱伝導性シート部材４全体を導電性細線（不図示）には接触させないようにする。なお、上記実施形態１に記載の接着方法を用いて、熱伝導性シート部材４の一端４１側および他端４２側を実装面１１ａに接着させることが好ましい。
また、上記実施形態１などで記載したように、熱伝導性シート部材４のうち実装面１１ａに接触する部分（第１の部分）の面積が熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上となるように、熱伝導性シート部材４を絶縁部材６の上に被せる。
その後、図９（ｃ）に示すように、電子部品２を、半導体素子３に対して熱伝導性シート部材４の側部４ｃを隔てた反対側に実装する（工程（ｃ））。さらに、電子部品２２を、半導体素子３に対して電子部品２を隔てた反対側に実装する。そして、導電性細線（不図示）を用いて、電子部品２，２２と冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）とをそれぞれ電気的に接続する。これにより、図７に示す半導体モジュール３０を製造することができる。
このような半導体モジュール３０では、上記実施形態１の半導体モジュール１０と同じように半導体素子３の発熱による熱伝導性シート部材４の温度上昇を防止することができるので、熱分離を効率よく行うことができる。
なお、上記実施形態１に記載のように、熱伝導性シート部材が上部を有していなくても半導体モジュールは熱分離を効率よく行うことができる。そのため、熱伝導性シート部材は、以下の変形例に示す構成であってもよい。
（第１の変形例）
図１０は、実施形態３の第１の変形例にかかる半導体モジュール１３０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材１３４は、下部１３４ｂと、側部１３４ｃとを有している。側部１３４ｃは、半導体素子３の第１側面３ｃを覆っており、下部１３４ｂは、側部１３４ｃから延びている。また、電子部品２は、半導体素子３に対して側部１３４ｃを隔てた反対側に実装されている。このように熱伝導性シート部材１３４が上部を有していなくても側部１３４ｃを有しているので、熱分離を効率良く行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール１３０の製法は、実施形態３に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材１３４を曲げる工程では、一端が下部１３４ｂとなり他端が側部１３４ｃとなるように、熱伝導性シート部材１３４を曲げる。
（第２の変形例）
図１１は、実施形態３の第２の変形例にかかる半導体モジュール２３０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材２３４は、上部２３４ａと、１つの下部２３４ｂと、側部２３４ｃとを有している。上部２３４ａは、半導体素子３の上面３ａ全体を覆っている。側部２３４ｃは、上部２３４ａから延び、半導体素子３の第１側面３ｃを覆っている。下部２３４ｂは、側部２３４ｃから延びて実装面１１ａに接触している。このように半導体素子３の第３側部３ｅが熱伝導性シート部材２３４に覆われていなくても、半導体素子３の側部３ｃが熱伝導性シート部材２３４に覆われていれば、電子部品２，２２への熱の伝達を抑制することができる。
本変形例にかかる半導体モジュール２３０の製法は、実施形態３に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材２３４を曲げる工程では、一端が下部２３４ｂとなり他端が上部２３４ａとなるように、熱伝導性シート部材２３４を曲げる。
（第３の変形例）
図１２は、実施形態３の第３の変形例にかかる半導体モジュール３３０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材３３４は、上部３３４ａと、１つの下部３３４ｂと、側部３３４ｃと、第２の側部３３４ｅとを有している。上部３３４ａは、半導体素子３の上面３ａ全体を覆っている。側部３３４ｃは、半導体素子３の第１側面３ｃを覆うように上部３３４ａから延びており、第２の側部３３４ｅは、半導体素子３の第３側面３ｅを覆うように上部３３４ａから延びている。下部３３４ｂは、実装面１１ａに接触するように第２の側部３３４ｅから延びている。言い換えると、熱伝導性シート部材３３４は、実施形態３の熱伝導性シート部材４とは異なり、側部３３４ｃから延びる下部を有していない。このような場合であっても、下部３３４ｂの表面積が熱伝導性シート部材３３４の表面積の 1/5 以上であれば冷却媒体１の冷却熱を熱伝導性シート部材３３４に伝達させることができ、よって、熱分離を効率良く行うことができる。
本変形例にかかる半導体モジュール３３０の製法は、実施形態３に記載の製法と略同一であるが、熱伝導性シート部材３３４を曲げる工程では、一端が側部３３４ｃとなり他端が下部３３４ｂとなるように、熱伝導性シート部材２３４を曲げる。
（第４の変形例）
図１３は、実施形態３の第４の変形例にかかる半導体モジュール４０の構成を示す側面図である。
本変形例では、対象部品が電子部品２である。半導体モジュール４０は、実施形態３の製法と略同一の製法に従って製法され、実施形態３と同じく熱分離を効率良く行うことができる。
なお、本変形例のように熱伝導性シート部材４を用いて電子部品２を覆う場合、その熱伝導性シート部材４の形状は、実施形態３の第１乃至第３の変形例に示す形状であってもよい。
《発明の実施形態４》
図１４は、実施形態４にかかる半導体モジュール５０の構成図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本実施形態にかかる半導体モジュール５０は、上記実施形態１と異なり、放熱板７を備えている。以下に具体的に示す。
本実施形態における放熱板７は、例えば、ＧａＮまたはＡｌ２Ｏ３からなる板であり、半導体素子３の下面３ｂと熱伝導性シート部材４の下部４ｂとの間に挟まれて配置されており、半導体素子３が発した熱を拡散させる。これにより、半導体素子３が発した熱を放熱板７において拡散させることができるので、上記実施形態１乃至３の場合に比べて半導体素子３の温度上昇を防止することができる。また、熱伝導性シート部材４は、冷却媒体１の実装面１１ａおよび放熱板７の下面７ｂに接触しているが、半導体素子３には直接接触していない。そのため、上記実施形態１または３のように熱伝導性シート部材４が半導体素子３に直接接触している場合に比べて、冷却媒体１の冷却能力が小さくても熱伝導性シート部材４の温度上昇を防止することができる。
また、放熱板７が絶縁材料（例えばＧａＮまたはＡｌ２Ｏ３）からなる場合には、半導体素子３の下面３ｂに設けられた電極と熱伝導性シート部材４との間を絶縁することができ、その結果、半導体素子３のアースと冷却媒体１のアースとを別々にとることができる。これにより、本実施形態にかかる半導体モジュール５０は、熱遮蔽効果だけでなくノイズ遮蔽効果を奏することもできる。
本実施形態にかかる半導体モジュール５０の製法は、上記実施形態１の半導体モジュール１０の製法と略同一であるが、図３（ｂ）に示す工程では、熱伝導性シート部材４の一端４１側の上に放熱板７を配置し、はんだ等の導電性接着剤を介して放熱板７の上に半導体素子３を固定する。
なお、本実施形態は、以下に示す構成であってもよい。
放熱板７は、上記実施形態３にかかる半導体モジュール３０に設けられていても良く、その場合には、半導体素子３の下面３ｂと実装面１１ａとの間に介在されていることが好ましい。これにより、上述のように放熱板７において半導体素子３が発する熱を拡散させることができ、半導体素子３の温度上昇を抑制することができる。
また、放熱板７は、上記実施形態２および上記実施形態３の第４の変形例のように対象部品が電子部品２である場合であっても、半導体素子３の下面３ｂと実装面１１ａとの間に介在されていてもよい。これにより、放熱板７において半導体素子３が発する熱を拡散させることができるので、上記実施形態２および上記実施形態３の第４の変形例のように放熱板７が設けられていない場合に比べて、半導体素子３の温度上昇を防止することができる。
さらに、熱伝導性シート部材は、上記実施形態１の第１の変形例（図４）に示すように上部を有していなくても良く、同実施形態の第２の変形例（図５）に示すようにその上部が半導体素子の上面の一部を覆っていても良い。また、熱伝導性シート部材は、上記実施形態３およびその変形例に示す形状であってもよい。
《発明の実施形態５》
図１５は、実施形態５にかかる半導体モジュール６０の構成図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本実施形態にかかる半導体モジュール６０は、上記実施形態４にかかる半導体モジュール５０と略同一であるが、電子部品２と半導体素子３との相対的な位置関係を異にする。以下に、具体的に示す。
本実施形態にかかる半導体モジュール６０では、冷却媒体１の実装面１１ａには支柱６１が立てられており、支柱６１には、第２の基板６２が冷却媒体１の基板１１と略平行となるように固定されている。第２の基板６２には、電子部品２が実装されている。
なお、支柱６１および第２の基板６２は、冷却媒体１と略同一の材質（金属）からなってもよく、冷却媒体１とは異なる材質（例えば樹脂）からなってもよい。第２の基板６２には電子部品２が設けられるので、支柱６１および第２の基板６２が冷却機能を有していなくてもよいからである。
本実施形態における熱伝導性シート部材４は、上記実施形態１および４に記載のように半導体素子３の一部を覆っている。そのため、熱分離を効率良く行うことができるので、図１５に示すように半導体素子３の上方に電子部品２を配置しても、電子部品２への熱伝達を抑制することができる。
本実施形態にかかる半導体モジュール６０は、上記実施形態１に記載の製法に従って製造することができる。
なお、半導体モジュールは、上記実施形態１乃至３に記載のように放熱板７を備えていなくてもよい。また、半導体モジュールは、以下の変形例に示す構成であってもよい。
（第１の変形例）
図１６は、実施形態５の第１の変形例にかかる半導体モジュール１６０の構成を示す側面図である。図１７は、熱伝導性シート部材１６４の上部１６４ａの形状を説明するための図である。なお、図１６では、導電性細線を省略している。また、図１７では、図を明瞭にするため、絶縁部材、放熱部材および冷却媒体１の冷却用フィンを省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材１６４の上部１６４ａは、実施形態５とは異なり半導体素子３の上面３ａ全体を覆っていない。以下に、具体的に示す。
上部１６４ａは、第１の領域１６１と第２の領域１６２とで挟まれた第３の領域１６３（図１７に示す斜線領域）内に存在している。第１の領域１６１は、半導体素子３の第１側面（第１の側面）３ｃと電子部品２の第１側面（第１の側面）２ｃとを結んで形成される領域であり、第２の領域１６２は、半導体素子３の第３側面（第２の側面）３ｅと電子部品２の第３側面（第２の側面）２ｅとを結んで形成される領域である。
ここで、上記実施形態１等に記載のように、半導体素子３の第１側面３ｃは、熱伝導性シート部材１６４の側部１６４ｃに覆われている側面であり、半導体素子３の第３側面３ｅは、その第１側面３ｃとは反対側の側面である。また、図１７に示すように、電子部品２の第１側面２ｃは、電子部品２の側面のうち半導体素子３の第１側面３ｃを正面から見たときに正面に配置された側面であり、電子部品２の第３側面２ｅは、その第１側面２ｃとは反対側の側面である。
このように熱伝導性シート部材１６４の上部１６４ａの一部が第３の領域１６３内に存在しているので、熱伝導性シート部材が半導体素子の上面を覆っていない場合に比べて、半導体素子３からの熱が電子部品２へ伝達することを阻止でき、熱分離を行うことができる。
図１８（ａ）および（ｂ）は、本変形例にかかる半導体モジュール１６０の製造方法を示す側面図である。
まず、図１８（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに支柱６１および第２の基板６２が取り付けられた本体を用意する。そして、他端４２側が一端４１側よりも支柱６１寄りとなるように熱伝導性シート部材１６４を実装面１１ａに配置する。それから、熱伝導性シート部材１６４の一端４１側（正確には、一端４１側のうち熱伝導性シート部材４の表面積の 1/5 以上の面積を有する部分（第１の部分））に、第１側面３ｃが第３側面３ｅよりも支柱６１寄りとなるように半導体素子３を実装する。その後、導電性細線（不図示）を用いて半導体素子３と冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続し、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入して上面３ａおよびその導電性細線を覆う。
次に、第２の基板６２に、第１側面２ｃが第３側面２ｅよりも支柱６１寄りとなるように電子部品２を実装し（工程（ｂ））、導電性細線（不図示）を用いて電子部品２と第２の基板６２に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続する。
続いて、図１８（ｂ）に示すように、熱伝導性シート部材１６４の他端４２が第３の領域１６３内に存在するように、熱伝導性シート部材１６４を曲げる（工程（ｃ））。これにより、熱伝導性シート部材１６４の第２の部分（本変形例では、熱伝導性シート部材１６４の側部１６４ｃ）が半導体素子３の第１側面３ｃを覆うように配置され、本変形例にかかる半導体モジュール１６０を製造することができる。
なお、本変形例では、電子部品が半導体素子の直上に配置されていてもよい。この場合、熱伝導性シート部材は、本変形例のように曲げられていても良く、実施形態５に記載のように曲げられていても良い。
（第２の変形例）
図１９は、実施形態５の第２の変形例にかかる半導体モジュール２６０の構成を示す側面図である。
本変形例では、熱伝導性シート部材１６４は、実施形態５の第１の変形例と同様に上部１６４ａ、下部１６４ｂおよび側部１６４ｃを有している。しかし、側部１６４ｃは、同変形例とは異なり、支柱６１に対して半導体素子３を隔てた反対側に存在している。これにより、半導体素子３と支柱６１との間に、側部１６４ｃを設けるためのスペースを用意しなくてもよいので、実施形態５の第１の変形例と比べて半導体素子３を支柱６１に近づけて実装することができる。よって、本変形例では、実施形態５の第１の変形例に比べて、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
なお、図１６と図１９とを比較すると、半導体素子３は、図１６では、第１側面３ｃが第３側面３ｅよりも支柱６１寄りとなるように実装されているが、図１９では、第３側面３ｅが第１側面３ｃよりも支柱６１寄りとなるように実装されている。これは、本明細書において、半導体素子の第１側面を、熱伝導性シート部材の側部に覆われている側面として定義しているためである。また、電子部品２は、図１６では、第１側面２ｃが第３側面２ｅよりも支柱６１寄りとなるように実装されているが、図１９では、第３側面２ｅが第１側面２ｃよりも支柱６１寄りとなるように実装されている。これは、本明細書では、電子部品の第１側面を、半導体素子の第１側面を正面から見たときに正面に配置されている電子部品の側面として定義しているためである。
図２０（ａ）および（ｂ）は、本変形例にかかる半導体モジュール２６０の製造方法を示す側面図である。なお、以下では、実施形態５の第１の変形例における製法との相違点を主に示す。
図２０（ａ）に示す工程では、図１８（ａ）に示す工程とは異なり、一端４１側が他端４２側よりも支柱６１寄りとなるように、熱伝導性シート部材１６４を実装面１１ａの上に配置する。
図２０（ｂ）に示す工程では、図１８（ｂ）に示す工程と同じく、熱伝導性シート部材１６４の他端４２が第３の領域１６３内に存在するように、熱伝導性シート部材１６４を曲げる（工程（ｃ））。これにより、本変形例にかかる半導体モジュール２６０を製造することができる。
なお、半導体素子３の発熱による支柱６１の温度上昇を防止するためには、実施形態５の第１の変形例に示す構成をとることが好ましいが、半導体モジュールの小型化および製造の簡便化を図るためには、本変形例に示す構成をとることが好ましい。
（第３の変形例）
図２１は、実施形態５の第３の変形例にかかる半導体モジュール３６０の構成を示す側面図である。なお、同図では、導電性細線を省略している。
本変形例では、熱伝導性シート部材３６４は、上部３６４ａ、下部３６４ｂおよび側部３６４ｃを有している。上部３６４ａは、実施形態５の第１の変形例に記載の上部１６４ａと同じく、第３の領域１６３内に存在している。また、下部３６４ｂは、上記実施形態３と同じく実装面１１ａにおいて半導体素子３の外側に存在している。このような場合であっても、熱分離を行うことができる。
図２２（ａ）および（ｂ）は、本変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す図である。
まず、図２２（ａ）に示すように、冷却媒体１の実装面１１ａに支柱６１および第２の基板６２が取り付けられた本体を用意する。そして、実装面１１ａに半導体素子３を実装し、電子部品２を第２の基板６２に実装する（工程（ａ））。その後、導電性細線（不図示）を用いて、半導体素子３と冷却媒体１に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続し、半導体素子３の上面３ａに絶縁部材６を注入して、上面３ａおよびその導電性細線（不図示）を覆う。また、導電性細線を用いて、電子部品２と第２の基板６２に設けられた電極端子（不図示）とを電気的に接続する。
次に、図２２（ｂ）に示すように、熱伝導性シート部材３６４を用いて半導体素子３の第１側面３ｃを覆う。このとき、熱伝導性シート部材３６４の一端４１側を冷却媒体１の実装面１１ａに接触させ、熱伝導性シート部材３６４の他端４２が第３の領域１６３内に存在するように熱伝導性シート部材３６４を曲げる（工程（ｂ））。本変形例においても、熱伝導性シート部材３６４のうち実装面１１ａに接触している部分の面積が熱伝導性シート部材３６４の表面積の 1/5 以上となるように、熱伝導性シート部材３６４を設けることが好ましい。これにより、本変形例にかかる半導体モジュール３６０を製造することができる。
なお、熱伝導性シート部材の形状は、上記実施形態３（図７）や上記実施形態３の第２および第３の変形例（図１１、図１２）に示す形状であってもよい。また、熱伝導性シート部材は、側部が支柱に対して半導体素子を隔てた反対側に存在するように、曲げられていても良い。
《その他の実施形態》
上記実施形態１乃至５は、以下に示す構成であってもよい。
冷却媒体は、冷却用フィンを有する代わりに、基板を冷却するための冷却経路を有していても良い。その冷却経路では、水や油などの液体を用いてもよく、空気を用いてもよい。また、冷却媒体は、上記冷却経路が基板内に埋め込まれた構成であってもよい。
半導体モジュールは、パッケージにより封止されていてもよく、パッケージとしては、公知のものを特に制限なく用いることができ、例えば、樹脂封止パッケージ、セラミックパッケージ、金属パッケージもしくはガラスパッケージ等が挙げられる。
上記実施形態１、２、４および５に示すように熱伝導性シート部材の下部の上に対象部品を実装する場合、この下部に孔が開いていても良い。下部に孔が形成されていると、はんだなどの導電性接着剤を孔に充填させ、その導電性接着剤を介して対象部品を冷却媒体に固定することができる。なお、上記実施形態１に記載のように、孔が形成された下部の表面積はその全表面積の 1/5 以上であることが好ましい。
半導体モジュールにおける半導体素子および電子部品の個数は、上記記載に限定されない。いずれの場合であっても、半導体素子と電子部品との間において熱分離を行うことができるように、熱伝導性シート部材を用いて半導体素子または電子部品の一部を覆えばよい。
熱伝導性シート部材は、一枚のシートが曲げられているとしたが、複数枚のシート部材を有していてもよい。この場合には、上部、下部および側部が相異なるシート部材からなり、それらのシート部材が互いに接続されていることが好ましい。
上記実施形態１および３乃至５において、電子部品を実装するタイミングは上記タイミングに限定されない。
本実施例では、上記実施形態１乃至４の半導体モジュールを動作させた場合に、半導体素子および電子部品の温度変化を調べた。
（実施例１）
実施例１では、上記実施形態１にかかる半導体モジュールと実質的に同一の半導体モジュール（以下、「本実施例の半導体モジュール」と記す）を用いた。また、図２３に示す参考例の半導体モジュールを用いた。
本実施例の半導体モジュールを、上記実施形態１に記載の方法に従って製造した。このとき、図３（ａ）に示す工程において用意する熱伝導性シート部材には孔が開いており、図３（ｂ）に示す工程では孔にはんだを充填させ、孔を蓋するように半導体素子を設けた。
一方、参考例の半導体モジュールでは、半導体素子と電子部品との間の距離を、本実施例の半導体モジュールにおける半導体素子と電子部品との間の距離と略同一に設定した。すなわち、本実施例で用いた参考例の半導体モジュールでは、上記距離は図２３に示すその距離よりも短かった。
その後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、本実施例の半導体モジュールおよび参考例の半導体モジュールを動作させた。動作終了後、各モジュールにおける半導体素子および電子部品の温度を測定した。すると、本実施例の半導体モジュールでは、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。一方、参考例の半導体モジュールでは、電子部品の温度は110℃程度であった。
また、熱伝導性シート部材を配置していない半導体モジュールと、本実施例の半導体モジュールとを準備し、各々のモジュールの半導体素子を 100 kHz でスイッチングさせ、半導体モジュールから 5 cm 離れた位置において電子ノイズを測定した。すると、熱伝導性シート部材を配置することにより、電子ノイズを一桁以上小さくすることができた。
（実施例２）
実施例２では、上記実施形態２にかかる半導体モジュールを用いた。すなわち、図６に示す半導体モジュールを用いた。
まず、上記実施形態２にかかる半導体モジュールを製造後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、半導体モジュールを動作させた。動作終了後、半導体素子および電子部品の温度を測定すると、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。
（実施例３）
実施例３では、上記実施形態３にかかる２つの半導体モジュール、すなわち、図７に示す半導体モジュールと図１３に示す半導体モジュールとを用いた。
まず、上記実施形態３に記載の方法に従って図７および図１３に示す半導体モジュールを製造後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、半導体モジュールをそれぞれ動作させた。動作終了後、半導体素子および電子部品の温度を測定すると、図７に示す半導体モジュールでは、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。図１３に示す半導体モジュールでは、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下であった。
（実施例４）
実施例４では、上記実施形態４にかかる半導体モジュールと実質的に同一の半導体モジュールを用いた。すなわち、図１４に示す半導体モジュールを用いた。
まず、上記実施形態４にかかる半導体モジュールを製造した。このとき、上記実施例１に記載するように、熱伝導性シート部材には孔が開いており、孔にはんだを充填させその孔を蓋するように半導体素子を配置した。その後、冷却媒体の温度を85℃に設定して、半導体モジュールをそれぞれ動作させた。動作終了後、半導体素子および電子部品の温度を測定すると、半導体素子の温度は120℃程度であり、電子部品の温度は90℃以下に保たれていた。
以上、実施例１乃至４に示すように、電子部品の温度上昇を阻止でき、半導体素子の温度上昇を小さく抑えることができた。
以上説明したように、本発明は、半導体素子と電子部品などとを一体化することができ、低損失、小型且つ低コストの半導体モジュールを提供することが可能となる。本発明の半導体モジュールは、例えば、炭化珪素、ＧａＮ、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体素子により構成される半導体素子を備えた半導体モジュールに用いると好適である。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかる熱伝導性シート部材の斜視図である。 図３（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体モジュールの製造方法を示す上面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図７（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す上面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態にかかる熱伝導性シート部材の斜視図である。 図９（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第３の実施形態にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態の第３の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態の第４の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１６は、本発明の第５の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図１７は、熱伝導性シート部材の形状を説明するための図である。 図１８（ａ）および（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の第１の変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図１９は、本発明の第５の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図２０（ａ）および（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の第２の変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図２１は、本発明の第５の実施形態の第３の変形例にかかる半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図２２（ａ）および（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の第３の変形例にかかる半導体モジュールの製造方法を示す側面図である。 図２３は、参考例の半導体モジュールの構成を示す側面図である。 図２４（ａ）は、従来の半導体モジュールの構成を示す断面図であり、図２４（ｂ）は従来の別の半導体モジュールの構成を示す断面図である。
符号の説明
１，８１ 冷却媒体
２，８２ 電子部品
３，８３ 半導体素子
４，８４ 熱伝導性シート部材
４ａ 上部
４ｂ 下部
４ｃ 側部
５ 導電性細線
６ 絶縁部材
７ 放熱板
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，１８０ 半導体モジュール
１１ａ 実装面
１３ 電極端子
１６１ 第１の領域
１６２ 第２の領域
１６３ 第３の領域

Claims (15)

  1. 実装面を有する冷却媒体と、
    前記実装面に実装され、動作時に相対的に多くの熱を発する半導体素子と、
    前記実装面に実装され、動作時に相対的に少ない熱を発する電子部品と、
    前記半導体素子および前記電子部品のどちらか一方である対象部品の一部を覆う熱伝導性シート部材とを備え、
    前記熱伝導性シート部材は、
    前記実装面に接触している下部と、
    前記下部から延び、前記対象部品の第１の側面を覆う側部とを有し、
    前記下部の表面積が、当該熱伝導性シート部材の表面積の1/5以上であり、
    前記対象部品とは異なる他方の部品は、前記対象部品に対して前記熱伝導性シート部材の前記側部を隔てた反対側に配置されていることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 前記熱伝導性シート部材の熱伝導率は、400 W/(m・K)以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記熱伝導性シート部材は、グラファイトシートであることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
  4. 前記熱伝導性シート部材は、前記側部から延び、前記対象部品の上面の少なくとも一部を覆う上部をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  5. 前記熱伝導性シート部材の前記下部は、前記実装面と前記対象部品の下面との間に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  6. 電極端子と、導電性細線とをさらに備え、
    前記導電性細線は、前記対象部品から、前記熱伝導性シート部材の前記上部と前記下部との間を通って当該熱伝導性シート部材の外へ延び、前記電極端子に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
  7. 前記熱伝導性シート部材の前記下部は、前記実装面において前記対象部品と前記他方の部品との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  8. 電極端子と、導電性細線とをさらに備え、
    前記導電性細線は、前記対象部品から、前記熱伝導性シート部材の前記上部と前記実装面との間を通って当該熱伝導性シート部材の外へ延び、前記電極端子に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
  9. さらに、前記対象部品と前記熱伝導性シート部材との間に介在する絶縁部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  10. 前記電子部品は、前記半導体素子の上面よりも上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体モジュール。
  11. さらに、前記実装面と前記半導体素子の下面との間に配置された放熱板を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  12. 表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するように、熱伝導性シート部材を前記実装面に配置する工程（ａ）と、
    前記熱伝導性シート部材の第１の部分に、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品を実装する工程（ｂ）と、
    前記熱伝導性シート部材の第２の部分が前記対象部品の第１の側面を覆うように前記熱伝導性シート部材を曲げる工程（ｃ）と、
    前記対象部品とは異なる他方の部品を、前記対象部品に対して前記熱伝導性シート部材の前記第２の部分を隔てた反対側に実装する工程（ｄ）と
    を備えていることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  13. 冷却媒体の実装面に、半導体素子および電子部品のどちらか一方である対象部品を実装する工程（ａ）と、
    表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が前記冷却媒体の実装面に接触するとともに第２の部分が前記対象部品の第１の側面を覆うように熱伝導性シート部材を曲げて、当該熱伝導性シート部材を前記冷却部材の実装面に配置する工程（ｂ）と、
    前記対象部品とは異なる他方の部品を、前記対象部品に対して前記熱伝導性シート部材の前記第２の部分を隔てた反対側に実装する工程（ｃ）と
    を備えていることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  14. 表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が冷却媒体の実装面に接触するように熱伝導性シート部材を前記実装面に配置し、前記熱伝導性シート部材の前記第１の部分に半導体素子を実装する工程（ａ）と、
    前記半導体素子の上面の上方に電子部品を配置する工程（ｂ）と、
    第２の部分が前記半導体素子の上面の少なくとも一部を覆うように前記熱伝導性シート部材を曲げる工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  15. 冷却媒体の実装面に半導体素子を実装し、前記半導体素子の上面よりも上に電子部品を配置する工程（ａ）と、
    表面積の 1/5 以上の面積を有する第１の部分が前記冷却媒体の実装面に接触するとともに第２の部分が前記半導体素子の上面の少なくとも一部を覆うように前記熱伝導性シート部材を曲げて、当該熱伝導性シート部材を前記冷却媒体上に配置する工程（ｂ）と
    を備えていることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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