JPWO2017090106A1 - 半導体装置、インバータ装置及び自動車 - Google Patents

半導体装置、インバータ装置及び自動車 Download PDF

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Abstract

半導体装置の冷却性能を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。半導体装置は、伝熱性ベース板１１の下面に接続された複数の突起部を含むフィン部１６と、フィン部１６への冷媒が流入される流入口１７ａ、及び、フィン部１６からの冷媒が流出される流出口１７ｂと接続された、フィン部１６を覆う冷却部品１７と、流入口１７ａとフィン部１６との間に設けられ、流入口１７ａからフィン部１６に冷媒が流通可能にフィン部１６と隔てられた水溜め室であるヘッダ１８とを備える。

Description

本発明は、半導体装置、並びに、それを備えるインバータ装置及び自動車に関する。
半導体装置においては常に、小型化及び軽量化が求められている。小型化を実現するためには、半導体素子を効率よく冷却する構造が必要不可欠である。特に、半導体素子を冷却フィン上に直接接合して、直接冷却する直冷構造の開発が進んでいる。その中でも、フィン一体型半導体装置（例えば特許文献１）、及び、フィン及び冷却器の一体型半導体装置（例えば特許文献２〜５）の開発が盛んである。
特開平１１−２０４７００号公報 特許第４６００１９９号公報 特開２０１４−０８２３１１号公報 特開平１１−２９７９０６号公報 特開２００７−１４１８７２号公報
従来のフィン及び冷却器の一体型半導体装置としては、フィンに直接冷却水を衝突させる構造が多く提案されている。しかしながら、このような構造では、冷却水のフィンへの衝突及び通過が不均一となり、半導体素子を均一に冷却できないという問題があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体装置の冷却性能を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の下方に設けられた伝熱性ベース板と、前記伝熱性ベース板の下面に接続された複数の突起部を含むフィン部と、前記フィン部への冷媒が流入される流入口、及び、前記フィン部からの冷媒が流出される流出口と接続された、前記フィン部を覆う冷却部品と、前記流入口と前記フィン部との間に設けられ、前記流入口から前記フィン部に冷媒が流通可能に前記フィン部と隔てられた水溜め室であるヘッダとを備える。
本発明によれば、流入口とフィン部との間に設けられ、流入口からフィン部に冷媒が流通可能にフィン部と隔てられた水溜め室であるヘッダを備える。これにより、ヘッダからフィン部に流出される冷媒は、均流化された状態でフィン部と衝突するので、冷却性能を高めることができる。
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の一部の構成を示す上面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の一部の構成を示す上面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の一部の構成を示す上面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の一部の構成を示す上面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の一部の構成を示す下面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の一部の構成を示す上面図である。
以下、添付される図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示される構成要素の大きさと位置との相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置（冷却器一体型モジュール）の構成を示す断面図である。図１の半導体装置は、伝熱性ベース板１１と、導電パターン１２ａ，１２ｂと、絶縁材である絶縁基板１３と、半導体素子１４と、接合部材１５と、フィン部１６と、冷却部品１７と、水溜め室であるヘッダ１８と、水流制御部材である水流制御板１９とを備えている。このうち、フィン部１６、冷却部品１７、ヘッダ１８及び水流制御板１９は、冷却水（冷媒）を用いて半導体素子１４を冷却する冷却器を構成している。なお図１には、冷却器内で冷却水が流れる方向が矢印で示されている。
次に、図１の半導体装置の各構成要素について詳細に説明する。
伝熱性ベース板１１は、例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）などの金属板（導電板）からなる。伝熱性ベース板１１のサイズは、例えば約８０ｍｍ×８０ｍｍであり、その厚さは、例えば２〜４ｍｍ程度である。伝熱性ベース板１１の上面は、半導体素子１４などが固定される固定面として用いられ、伝熱性ベース板１１の下面は、冷却器によって冷却される放熱面として用いられる。
絶縁基板１３の下面及び上面には、導電パターン１２ａ，１２ｂがそれぞれ貼り付けられており、導電パターン１２ａの下面と、伝熱性ベース板１１の上面とが、図示しない接合部材によって接合されている。導電パターン１２ａ，１２ｂは、例えばＡｌまたはＣｕなどからなり、絶縁基板１３は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）またはＳｉ３Ｎ４（Ｓｉは珪素、Ｎは窒素）などからなり、接合部材は、例えばＡｇ（銀）などからなる。なお、本実施の形態１に係る絶縁基板１３の厚みは、０．３２〜１ｍｍ程度とするが、絶縁基板１３の熱抵抗低減のため、なるべく薄くすることが望ましい。
半導体素子１４は、例えばＡｇなどの接合部材１５によって、導電パターン１２ｂの上面と接合されている。これにより、上述の伝熱性ベース板１１は、半導体素子１４の下方に設けられている。
なお、本実施の形態１では、半導体素子１４は、ＳｉＣ（炭化珪素）またはＧａＮ（窒化ガリウム）などの高耐熱性を有するワイドバンドギャップ半導体からなるものとして説明するが、これに限ったものではなく、例えばＳｉ（珪素）からなるものであってもよい。ただし、半導体素子１４にワイドバンドギャップ半導体を用いた場合には、半導体装置の小型化が可能となる。
また、本実施の形態１では、半導体素子１４は、第１の半導体素子１４ａと、第２の半導体素子１４ｂとを含んでいるが、半導体素子１４の数は、これに限ったものではない。加えて、半導体素子１４を保護するために、伝熱性ベース板１１から上側の構成要素（例えば半導体素子１４）を覆うケースやモールド樹脂が半導体装置に備えられてもよい。
フィン部１６は、伝熱性ベース板１１の下面に接続されている。このフィン部１６は、冷却性能を向上するための複数の突起部を含んでおり、当該突起部には、ピンフィン、板状のフィン（例えばストレートフィン、ウェビーフィンなど）、及び、コニカルフィンの少なくともいずれか１つが適用される。なお、突起部にピンフィンを用いた構成では、フィン部１６の放熱性を向上させることができる。また、突起部に板状のフィンを用いた構成では、放熱性を向上させることができるとともに、ピンフィンよりも圧損を低減することができる。
冷却部品１７は、フィン部１６を覆うとともに、冷却部品１７の上部は、伝熱性ベース板１１の下面に接続（接合）されている。このような冷却部品１７によれば、フィン部１６周辺の冷却水を閉じ込めることが可能となっている。
この冷却部品１７は、フィン部１６への冷却水が流入される流入口１７ａ、及び、フィン部１６からの冷却水が流出される流出口１７ｂと接続されている。本実施の形態１では、流入口１７ａ及び流出口１７ｂの両方が、フィン部１６の下方に設けられている。
ヘッダ１８は、流入口１７ａとフィン部１６との間に設けられ、流入口１７ａからフィン部１６に冷却水が流通可能にフィン部１６と隔てられた水溜め室である。本実施の形態１では、ヘッダ１８と同様の水溜め室２０が、フィン部１６と流出口１７ｂとの間に設けられている。この水溜め室２０は、フィン部１６から流出口１７ｂに冷却水が流通可能にフィン部１６と隔てられている。ただし、この水溜め室２０は必須ではなく、例えば、後述する実施の形態５及び６では設けられていない。
水流制御板１９の上面は、フィン部１６の下部と接続（接合）されている。この水流制御板１９は、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能に、ヘッダ１８とフィン部１６とを隔てている。同様に、水流制御板１９は、フィン部１６から水溜め室２０に冷却水が流通可能に、フィン部１６と水溜め室２０とを隔てている。
ここで、水流制御板１９の面積は冷却部品１７の床面積よりも小さく、上述の冷却部品１７は、フィン部１６に加えて、水流制御板１９も覆っている。これにより、ヘッダ１８及び水溜め室２０は、水流制御板１９と、冷却部品１７とによって構成されている。
図２は、本実施の形態１に係る半導体装置の一部の構成（主に冷却部品１７及び水流制御板１９）を示す上面図である。なお、図２には、流入口１７ａ、流出口１７ｂ、及び、一部の冷却部品１７が破線で図示されている（図４，６，８，１０，１２において同じ）。また、図２には、ｘ軸及びｙ軸が図示されている。
図２に示すように、水流制御板１９の−ｘ側の端部と、冷却部品１７の内面との間には、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能な隙間２１ａが設けられている。このような構成によれば、隙間２１ａを除いて、ヘッダ１８とフィン部１６とは隔てられている。つまり、ヘッダ１８とフィン部１６とが概ね隔てられているため、流入口１７ａから流入された冷却水は、概ねフィン部１６に直接当たらなくなっている。
また、図２に示すように、ヘッダ１８のｙ方向の幅は、流入口１７ａのｙ方向の幅よりも大きいので、冷却水の流れる方向に対する断面積において、ヘッダ１８の断面積は流入口１７ａの断面積よりも大きくなっている。これにより、流入口１７ａから流入された冷却水を、ヘッダ１８においてその流れを緩和することができる。つまり、流入口１７ａから流入された冷却水を、実質的にヘッダ１８において溜めることができる。
なお本実施の形態１では、水流制御板１９の＋ｘ側の端部と、冷却部品１７の内面との間には、フィン部１６から水溜め室２０に冷却水が流通可能な隙間２１ｂも設けられている。
＜実施の形態１のまとめ＞
以上のような本実施の形態１に係る構成によれば、流入口１７ａとフィン部１６との間に設けられたヘッダ１８を備える。このような構成によれば、流入口１７ａから流入された冷却水を、概ねフィン部１６に直接当たらないようにすることができるとともに、実質的にヘッダ１８において一時的に溜めることができる。これにより、ヘッダ１８からフィン部１６に流出される冷却水は、均流化された状態でフィン部１６と衝突するので、冷却性能（例えば冷却の均一性及び安定性など）を高めることができる。
なお、図２の上面視において、隙間２１ａと流入口１７ａとを重ならないように配設すれば、流入口１７ａからの冷却水が、フィン部１６に直接当たらないようにすることができる。ただし、隙間２１ａと流入口１７ａとを部分的に重なるように配設しても、ある程度、流入口１７ａからの冷却水がフィン部１６に直接当たらないようにすることができる。
また、図２のように、隙間２１ａ及び隙間２１ｂを、フィン部１６の一端部及び他端部にそれぞれ近接して配設すれば、冷却水をフィン部１６の隅々まで行き渡らせることができるので、冷却性能をより高めることができる。
また、本実施の形態１では、流入口１７ａ及び流出口１７ｂの両方が、フィン部１６の下方に設けられている。これにより、半導体装置（モジュール）全体の横方向におけるサイズ、つまり半導体装置（モジュール）全体の床面積を小さくすることができるので、半導体装置（モジュール）の小型化が期待できる。なお、流入口１７ａ及び流出口１７ｂのいずれか一方が、フィン部１６の下方に設けられる構成であっても、ある程度、半導体装置（モジュール）全体の床面積を小さくすることができる。
また、本実施の形態１では、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能にヘッダ１８とフィン部１６とを隔てる水流制御板１９を備える。これにより、ヘッダ１８を容易に形成することができる。
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置（冷却器一体型モジュール）の構成を示す断面図であり、図４は、当該半導体装置の一部の構成を示す上面図である。以下、本実施の形態２に係る半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態２に係る半導体装置は、実施の形態１の構成要素に加えて、外周枠であるフィン外周枠２２を備えている。
フィン外周枠２２は、伝熱性ベース板１１の下面と接続されるとともに、フィン部１６の周囲を囲う。フィン外周枠２２の高さは、フィン部１６の高さと同等であり、フィン外周枠２２の下部及びフィン部１６の下部は、水流制御板１９と接続（接合）されている。このようなフィン外周枠２２によれば、フィン部１６周辺の冷却水を閉じ込めることが可能となっている。なお、フィン外周枠２２の材質は、フィン部１６の材質と同じであってもよい。
水流制御板１９の上面は、フィン外周枠２２及びフィン部１６と接続（接合）され、水流制御板１９の下面は、冷却部品１７の上部と接続（接合）されている。これにより、ヘッダ１８及び水溜め室２０は、水流制御板１９と、冷却部品１７とによって構成されている。
水流制御板１９には、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能なスリット２３ａと、フィン部１６から水溜め室２０に冷却水が流通可能なスリット２３ｂとが設けられている。なお、スリット２３ａ，２３ｂは、フィン部１６の一端部及び他端部にそれぞれ近接して配設されている。
そして、水流制御板１９の面積は、上面視においてフィン外周枠２２が囲う部分の面積、及び、上面視において冷却部品１７の外周部（上部）が囲う部分の面積のいずれよりも大きくなっている。
＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様のヘッダ１８を備える。このため、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、ヘッダ１８からフィン部１６に流出される冷却水は、均流化された状態でフィン部１６と衝突するため、冷却性能（例えば冷却の均一性及び安定性など）を高めることができる。
また本実施の形態２では、水流制御板１９の面積は、上面視においてフィン外周枠２２が囲う部分の面積、及び、上面視において冷却部品１７の外周部が囲う部分の面積のいずれよりも大きくなっている。これにより、水流制御板１９と冷却部品１７との間の平面方向のクリアランスをなくすことができる。この結果、フィン部１６、ひいては半導体素子１４を、より効率的に冷却することができるので、冷却性能をさらに高めることができる。
＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置（冷却器一体型モジュール）の構成を示す断面図であり、図６は、当該半導体装置の一部の構成を示す上面図である。以下、本実施の形態３に係る半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
実施の形態２ではフィン外周枠２２を備えたが、本実施の形態３では水流制御板１９の端部１９ａが、フィン外周枠２２の代わりに用いられる。
具体的には本実施の形態３では、水流制御板１９の上面は、フィン部１６と接続（接合）され、水流制御板１９の下面は、冷却部品１７の上部と接続（接合）されている。これにより、ヘッダ１８及び水溜め室２０は、水流制御板１９と、冷却部品１７とによって構成されている。
水流制御板１９には、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能なスリット２３ａと、フィン部１６から水溜め室２０に冷却水が流通可能なスリット２３ｂとが設けられている。なお、スリット２３ａ，２３ｂは、フィン部１６の一端部及び他端部にそれぞれ近接して配設されている。
水流制御板１９の面積は、上面視において冷却部品１７の外周部（上部）が囲う部分の面積よりも大きくなっている。そして、水流制御板１９の端部１９ａは、伝熱性ベース板１１側に折り曲げられて伝熱性ベース板１１と接続されるとともに、フィン部１６の周囲を囲っている。
＜実施の形態３のまとめ＞
以上のような本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様のヘッダ１８を備えるので、実施の形態１と同様に冷却性能（例えば冷却の均一性及び安定性など）を高めることができる。また、実施の形態２と同様に、水流制御板１９と冷却部品１７との間の平面方向のクリアランスをなくすことができる。
加えて本実施の形態３では、水流制御板１９の端部１９ａは、伝熱性ベース板１１側に折り曲げられて伝熱性ベース板１１と接続されるとともに、フィン部１６の周囲を囲っている。これにより、実施の形態２で説明したフィン外周枠２２を備える必要がなくなるので、部品点数及び接合工程を減らすことができる。
＜実施の形態４＞
図７は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置（冷却器一体型モジュール）の構成を示す断面図であり、図８は、当該半導体装置の一部の構成を示す上面図である。以下、本実施の形態４に係る半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
実施の形態３では水流制御板１９の端部１９ａ（図５）が、フィン外周枠２２の代わりに用いられたが、本実施の形態４では伝熱性ベース板１１の端部１１ａ（図８）が、フィン外周枠２２の代わりに用いられる。
具体的には本実施の形態４では、水流制御板１９の上面は、フィン部１６と接続（接合）され、水流制御板１９の下面は、冷却部品１７の上部と接続（接合）されている。これにより、ヘッダ１８及び水溜め室２０は、水流制御板１９と、冷却部品１７とによって構成されている。
水流制御板１９には、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能なスリット２３ａと、フィン部１６から水溜め室２０に冷却水が流通可能なスリット２３ｂとが設けられている。なお、スリット２３ａ，２３ｂは、フィン部１６の一端部及び他端部にそれぞれ近接して配設されている。
水流制御板１９の面積は、上面視において冷却部品１７の外周部（上部）が囲う部分の面積よりも大きくなっている。そして、伝熱性ベース板１１の端部１１ａは、水流制御板１９側に折り曲げられて水流制御板１９と接続されるとともに、フィン部１６の周囲を囲っている。
＜実施の形態４のまとめ＞
以上のような本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様のヘッダ１８を備えるので、実施の形態１と同様に冷却性能（例えば冷却の均一性及び安定性など）を高めることができる。また、実施の形態２と同様に、水流制御板１９と冷却部品１７との間の平面方向のクリアランスをなくすことができる。
加えて本実施の形態４では、伝熱性ベース板１１の端部１１ａは、水流制御板１９側に折り曲げられて水流制御板１９と接続されるとともに、フィン部１６の周囲を囲っている。これにより、実施の形態２で説明したフィン外周枠２２を備える必要がなくなるので、部品点数及び接合工程を減らすことができる。
＜実施の形態５＞
図９は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置（冷却器一体型モジュール）の構成を示す断面図であり、図１０は、当該半導体装置の一部の構成を示す下面図である。以下、本実施の形態５に係る半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態５では、流入口１７ａは、伝熱性ベース板１１の下方に設けられている。水流制御部材２４は、伝熱性ベース板１１のうち流入口１７ａ上方に位置する部分である上方部分１１ｂを囲むように、伝熱性ベース板１１の下面と垂直に接続（接合）されている。そして、水流制御部材２４の下部は、冷却部品１７の底面と接続（接合）されている。これにより、ヘッダ１８は、上方部分１１ｂと、水流制御部材２４と、冷却部品１７とによって構成されている。
なお、水流制御部材２４は、伝熱性ベース板１１の面方向に略Ｙ字状に延在する４つの延在部分から構成されている。そして、４つの延在部分は、ヘッダ１８を囲むための部分（図１０では、略四角形の四辺に対応して設けられた部分）を有するだけでなく、ヘッダ１８からの冷却水をフィン部１６の隅々まで行き渡らせるための部分（図１０では、伝熱性ベース板１１の対角線にほぼ対応して設けられた部分）も有している。
伝熱性ベース板１１の上方部分１１ｂ以外の部分においては、フィン部１６が設けられている。一方、伝熱性ベース板１１の上方部分１１ｂ（ヘッダ１８）においては、フィン部１６が設けられてないか、または、フィン部１６よりも低いフィン部（図示せず）が設けられている。
ここで本実施の形態５では、半導体装置が使用された場合の第２の半導体素子１４ｂの発熱は、第１の半導体素子１４ａの発熱よりも大きくなっている。そして、水流制御部材２４には、ヘッダ１８から、第１の半導体素子１４ａの下方に設けられたフィン部１６に冷却水が流通可能な第１スリット２５ａが設けられている。また、水流制御部材２４には、ヘッダ１８から、第２の半導体素子１４ｂの下方に設けられたフィン部１６に冷却水が流通可能な第２スリット２５ｂが設けられている。ここで、第２スリット２５ｂの幅は、第１スリット２５ａの幅よりも大きくなっている。
＜実施の形態５のまとめ＞
以上のような本実施の形態５によれば、実施の形態１と同様のヘッダ１８を備えるので、実施の形態１と同様に冷却性能（例えば冷却の均一性及び安定性など）を高めることができる。
また実施の形態１〜４では、ヘッダ１８はフィン部１６の下側に設けられていたのに対して、本実施の形態５では、ヘッダ１８はフィン部１６の横側に設けられる。これにより、半導体装置（モジュール）全体の厚み方向におけるサイズを小さくすることができるので、半導体装置（モジュール）の小型化が期待できる。
また本実施の形態５によれば、発熱が比較的大きい第２の半導体素子１４ｂに対応する第２スリット２５ｂの幅が、発熱が比較的小さい第１の半導体素子１４ａに対応する第１スリット２５ａの幅よりも大きくなっている。このような構成によれば、第１及び第２スリット２５ａ，２５ｂの幅を調整することで、第２の半導体素子１４ｂ側の冷却能力を、第１の半導体素子１４ａ側の冷却能力よりも高くすることができるので、第１及び第２の半導体素子１４ａ，１４ｂに対する冷却性能を適切化することができる。
例えば、本実施の形態５に係る半導体装置が、Ｓｉ−ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とＳｉＣ−ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）とからなるハイブリッドモジュールである場合、発熱量が比較的小さいＳｉＣ−ＳＢＤは第１の半導体素子１４ａとして用いられ、発熱量が比較的大きいＳｉ−ＩＧＢＴは第２の半導体素子１４ｂとして用いられる。この場合、Ｓｉ−ＩＧＢＴの第２スリット２５ｂの幅が、ＳｉＣ−ＳＢＤの第１スリット２５ａの幅よりも大きくなるので、モジュール全体の冷却を適切化することができる。
＜実施の形態６＞
図１１は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置（冷却器一体型モジュール）の構成を示す断面図であり、図１２は、当該半導体装置の一部の構成を示す上面図である。以下、本実施の形態６に係る半導体装置のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態６に係る半導体装置は、水流制御板１９も水流制御部材２４も備えていない。また、ヘッダ１８は、冷却部品１７の外側に設けられている。具体的には、ヘッダ１８は、流入口１７ａと、冷却部品１７の流入口１７ａと接続された底面との間に設けられている。そして、冷却部品１７の当該底面には、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能な複数の通水用孔１７ｃが設けられている。
＜実施の形態６のまとめ＞
以上のような本実施の形態５によれば、実施の形態１と同様のヘッダ１８を備えるので、実施の形態１と同様に冷却性能（例えば冷却の均一性及び安定性など）を高めることができる。
また本実施の形態６では、冷却部品１７のヘッダ１８を規定する底面には、ヘッダ１８からフィン部１６に冷却水が流通可能な複数の通水用孔１７ｃが設けられている。このような構成によれば、所望のエリアにヘッダ１８及び通水用孔１７ｃを設けることにより、所望のエリアを優先的に冷却することができる。例えば、発熱が大きい半導体素子１４が設けられたエリアの下方に、ヘッダ１８及び通水用孔１７ｃを設けることにより、半導体装置（モジュール）全体を効率的に冷却することができる。
＜変形例＞
以上において、伝熱性ベース板１１（実施の形態１〜６）、水流制御板１９（実施の形態１〜４）、フィン外周枠２２（実施の形態２）及び水流制御部材２４（実施の形態６）の少なくともいずれか１つに、剛性の高い材料（ＣｕまたはＡｌ合金）を用いてもよい。このような構成によれば、剛性の高い材料からなる構成要素に、梁針としての機能を持たせることができ、半導体装置（モジュール）全体の剛性を高めることができる。このため、冷却部品１７の材料として、比較的剛性は低いが軽量化が可能な樹脂系材料を用いることができる。この結果、半導体装置（モジュール）の低廉化、軽量化及び小型化が容易となる。特に、冷却部品１７の材料として、絶縁性の高い樹脂を用いる場合、従来の金属製の例逆部品と比較して、絶縁距離を短く設計することができるため、半導体装置のさらなる小型化が可能となる。
また、フィン部１６と伝熱性ベース板１１とは、図示しない例えばＡｇなどの接合部材によって接続されてもよい。このような構成によれば、フィン部１６以外を共通化することができ、その都度最適なフィンをフィン部１６に適用することができる。したがって、半導体素子１４の発熱状況に応じて、適切な冷却を実施可能な半導体装置を実現することができる。ただし、この効果が不要である場合などには、伝熱性ベース板１１の一部を加工して、フィン部１６が形成されてもよい。
また、以上に説明した半導体装置は、インバータ装置に備えられてもよいし、自動車（例えばモータ駆動可能な自動車におけるモータ制御回路）に備えられてもよい。これにより、インバータ装置及び自動車の半導体装置に、冷却性能が高められた半導体装置を用いることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１１ 伝熱性ベース板、１１ｂ 上方部分、１４ 半導体素子、１４ａ 第１の半導体素子、１４ｂ 第２の半導体素子、１６ フィン部、１７ 冷却部品、１７ａ 流入口、１７ｂ 流出口、１７ｃ 通水用孔、１８ ヘッダ、１９ 水流制御板、２２ フィン外周枠、２３ａ スリット、２４ 水流制御部材、２５ａ 第１スリット、２５ｂ 第２スリット。

Claims (16)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子の下方に設けられた伝熱性ベース板と、
    前記伝熱性ベース板の下面に接続された複数の突起部を含むフィン部と、
    前記フィン部への冷媒が流入される流入口、及び、前記フィン部からの冷媒が流出される流出口と接続された、前記フィン部を覆う冷却部品と、
    前記流入口と前記フィン部との間に設けられ、前記流入口から前記フィン部に冷媒が流通可能に前記フィン部と隔てられた水溜め室であるヘッダと
    を備える、半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記フィン部または前記伝熱性ベース板に接続され、前記ヘッダから前記フィン部に冷媒が流通可能に前記ヘッダと前記フィン部とを隔てる水流制御部材をさらに備える、半導体装置。
  3. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記流入口及び前記流出口の少なくともいずれか１つが、前記フィン部の下方に設けられている、半導体装置。
  4. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記水流制御部材は、上面が前記フィン部と接続された水流制御板を含み、
    前記冷却部品は、前記フィン部及び前記水流制御板を覆い、
    前記ヘッダは、前記水流制御板と、前記冷却部品とによって構成される、半導体装置。
  5. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記伝熱性ベース板の下面と接続されるとともに、前記フィン部の周囲を囲う外周枠をさらに備え、
    前記水流制御部材は、上面が前記外周枠及び前記フィン部と接続され、下面が前記冷却部品と接続された水流制御板を含み、
    前記ヘッダは、前記水流制御板と、前記冷却部品とによって構成され、
    前記水流制御板には、前記ヘッダから前記フィン部に冷媒が流通可能なスリットが設けられ、
    前記水流制御板の面積は、上面視において前記外周枠が囲う部分の面積、及び、上面視において前記冷却部品の外周部が囲う部分の面積のいずれよりも大きい、半導体装置。
  6. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記水流制御部材は、上面が前記フィン部と接続され、下面が前記冷却部品と接続された水流制御板を含み、
    前記ヘッダは、前記水流制御板と、前記冷却部品とによって構成され、
    前記水流制御板には、前記ヘッダから前記フィン部に冷媒が流通可能なスリットが設けられ、
    前記水流制御板の端部は、前記伝熱性ベース板側に折り曲げられて前記伝熱性ベース板と接続されるとともに、前記フィン部の周囲を囲う、半導体装置。
  7. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記水流制御部材は、上面が前記フィン部と接続され、下面が前記冷却部品と接続された水流制御板を含み、
    前記ヘッダは、前記水流制御板と、前記冷却部品とによって構成され、
    前記水流制御板には、前記ヘッダから前記フィン部に冷媒が流通可能なスリットが設けられ、
    前記伝熱性ベース板の端部は、前記水流制御板側に折り曲げられて前記水流制御板と接続されるとともに、前記フィン部の周囲を囲う、半導体装置。
  8. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記流入口は、前記伝熱性ベース板の下方に設けられ、
    前記水流制御部材は、前記伝熱性ベース板のうち前記流入口上方に位置する部分である上方部分を囲むように、前記伝熱性ベース板の下面と垂直に接続され、
    前記ヘッダは、前記上方部分と、前記水流制御部材と、前記冷却部品とによって構成され、
    前記伝熱性ベース板の前記上方部分以外の部分において、前記フィン部が設けられ、
    前記伝熱性ベース板の前記上方部分において、前記フィン部が設けられてないか、または、前記フィン部よりも低いフィン部が設けられている、半導体装置。
  9. 請求項８に記載の半導体装置であって、
    前記水流制御部材には、
    前記ヘッダから、第１の前記半導体素子の下方に設けられた前記フィン部に冷媒が流通可能な第１スリットと、
    前記ヘッダから、前記第１の半導体素子よりも発熱が大きい第２の前記半導体素子の下方に設けられた前記フィン部に冷媒が流通可能な第２スリットと
    が設けられ、
    前記第２スリットの幅は、前記第１スリットの幅よりも大きい、半導体装置。
  10. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記ヘッダは、前記流入口と、前記冷却部品の前記流入口と接続された底面との間に設けられ、
    前記冷却部品の前記底面には、前記ヘッダから前記フィン部に冷媒が流通可能な複数の通水用孔が設けられている、半導体装置。
  11. 請求項５に記載の半導体装置であって、
    前記外周枠及び前記水流制御板の少なくともいずれか１つは、ＣｕまたはＡｌ合金からなり、
    前記冷却部品は、樹脂系材料からなる、半導体装置。
  12. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記フィン部の前記突起部は、ピンフィン及び板状のフィンの少なくともいずれか１つである、半導体装置。
  13. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体からなる、半導体装置。
  14. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記フィン部と前記伝熱性ベース板とは、接合部材によって接続されている、半導体装置。
  15. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置を備える、インバータ装置。
  16. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置を備える、自動車。
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