JP7262675B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本願明細書に開示される技術は、半導体装置に関するものである。
たとえば特許文献１には、冷却器に接合された半導体モジュールを有する半導体装置が開示されている。当該半導体モジュールは、モールド樹脂の下面から露出する金属ブロックを介して冷却器と接触し、生じる熱を放熱する。
特開２０１２－２２２０００号公報
特許文献１に示される技術では、アルミなどで形成される水冷のための冷却器は、半導体装置の下面に配置される。そのため、半導体装置の構造全体の高さが増すという問題がある。
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、半導体装置の高さを低く抑えつつ、半導体装置の放熱を効果的に行うための技術である。
本願明細書に開示される技術の第１の態様である半導体装置は、半導体モジュールと、前記半導体モジュールを冷却する冷却器とを備え、前記半導体モジュールは、金属ブロックと、前記金属ブロックの上面に設けられる半導体素子と、前記半導体素子に接続される端子と、前記端子の一部、前記金属ブロックおよび前記半導体素子を覆う樹脂とを備え、前記冷却器は、前記半導体モジュールの下面に接触しつつ、平面視において前記半導体モジュールを含む領域に設けられる金属ベースと、前記金属ベースの上面に配置され、かつ、前記半導体モジュールを冷却するための冷媒を平面視において循環させる冷却配管とを備え、前記冷却配管は、平面視において前記半導体モジュールを少なくとも一部囲んで設けられる。
本願明細書に開示される技術の少なくとも第１の態様によれば、冷却器の冷却配管が平面視で半導体モジュールを囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。
また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 モールド樹脂の側面において面一となっていない場合の、リードフォーミングの例を示す図である。 モールド樹脂の上面および側面において面一となっている場合の、リードフォーミングの例を示す図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。 冷却器における冷却水の循環の流れを概略的に示す図である。
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化が図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、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。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
また、以下に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、特に断らない限りは、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下に記載される説明において、「第１の」または「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。
また、以下に記載される説明において、等しい状態であることを示す表現、たとえば、「同一」、「等しい」、「均一」または「均質」などは、特に断らない限りは、厳密に等しい状態であることを示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において差が生じている場合を含むものとする。
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置または方向を意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の位置または方向とは関係しないものである。
また、以下に記載される説明において、「…の上面」または「…の下面」などと記載される場合、対象となる構成要素の上面自体または下面自体に加えて、対象となる構成要素の上面または下面に他の構成要素が形成された状態も含むものとする。すなわち、たとえば、「甲の上面に設けられる乙」と記載される場合、甲と乙との間に別の構成要素「丙」が介在することを妨げるものではない。
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する半導体装置について説明する。説明の便宜上、まず、発明者が知っている半導体装置の構成に関する技術について説明する。
図４７は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図４８は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図４９は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図４７、図４８および図４９に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５Ｋとを備える。
樹脂パッケージモジュール１２は、銅などで形成された金属ブロック１と、金属ブロック１の上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子３と、金属ブロック１の上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子４と、半導体素子３の上面および半導体素子４の上面にはんだなどのロウ材５を介して接合された銅などで形成された主端子６と、半導体素子３にアルミなどで形成されたワイヤーボンド７を介して接続された銅などで形成された信号端子８と、金属ブロック１の下面に設けられたエポキシ樹脂またはセラミックなどで形成された絶縁材９と、絶縁材９の下面に設けられた銅などで形成された金属板１０と、主端子６の一部、信号端子８の一部および金属板１０の下面を露出させつつ、上記の構成を封入して形成されたモールド樹脂１１とを備える。ここで、主端子６と信号端子８とは、それぞれモールド樹脂１１の側面から突出する。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｋは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２と重なる位置に配置されつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｋは、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１４と、金属ベース１４内の冷却配管に冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、金属ベース１４内の冷却配管から冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９とを備える。
図５０は、冷却器１５Ｋにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図５０に例が示されるように、冷却器１５Ｋは、金属ベース１４内の冷却配管に冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｋは、金属ベース１４を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
＜半導体装置の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図２は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図３は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図１、図２および図３に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５とを備える。
樹脂パッケージモジュール１２は、銅などで形成された金属ブロック１と、金属ブロック１の上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子３と、金属ブロック１の上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子４と、半導体素子３の上面および半導体素子４の上面にはんだなどのロウ材５を介して接続された銅などで形成された主端子６と、半導体素子３にアルミなどで形成されたワイヤーボンド７を介して接続された銅などで形成された信号端子８と、金属ブロック１の下面に設けられたエポキシ樹脂またはセラミックなどで形成された絶縁材９と、絶縁材９の下面に設けられた銅などで形成された金属板１０と、主端子６の一部、信号端子８の一部および金属板１０の下面を露出させつつ、上記の構成を封入して形成されたモールド樹脂１１とを備える。ここで、主端子６と信号端子８とは、それぞれモールド樹脂１１の側面から突出する。
アルミなどで形成された冷却器１５は、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５は、平面視において樹脂パッケージモジュール１２と重なる領域よりも大きな領域に設けられ、かつ、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周囲を囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７と、冷却配管１７に冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、冷却配管１７から冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９とを備える。なお、本実施の形態における冷却器１５は、冷却配管１７において循環する冷却水２２の水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却するものであるが、冷却配管１７において循環する気体の空冷などの他の冷媒を用いる方法によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却するものであってもよい。このことは、他の実施の形態における冷却器についても同様である。
図４は、冷却器１５における冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図４に例が示されるように、冷却器１５は、冷却配管１７に冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５は、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
具体的には、冷却器１５は、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７において循環する冷却水２２によって放熱する。
なお、半導体素子３は、たとえば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＩＧＢＴ）または金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）などである。また、半導体素子４は、たとえば、ダイオードなどである。
また、半導体素子３および半導体素子４に用いられる半導体としては、シリコン（Ｓｉ）のほかに、たとえば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのワイドバンドギャップ半導体が想定される。ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、一般に、およそ２ｅＶ以上の禁制帯幅をもつ半導体を指し、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの３族窒化物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの２族酸化物、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などの２族カルコゲナイド、ダイヤモンドおよび炭化珪素などが知られる。本実施形態では炭化珪素を用いた場合を説明するが、他の半導体およびワイドバンドギャップ半導体であっても、同様に適用できる。
上記のような構成によれば、冷却器１５の冷却配管１７が平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図５は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図６は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図７は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図５、図６および図７に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５Ａとを備える。
アルミなどで形成された冷却器１５Ａは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ａは、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に（すなわち、一部の側面のみを）囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ａと、冷却配管１７Ａに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、冷却配管１７Ａから冷却水２２を排出する２つの冷却水排水ニップル１９Ａとを備える。
冷却水導入ニップル１８は、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲む冷却配管１７Ａの直線部に設けられる。また、２つの冷却水排水ニップル１９Ａは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲む冷却配管１７Ａの両端に設けられる。
図８は、冷却器１５Ａにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図８に例が示されるように、冷却器１５Ａは、冷却配管１７Ａに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ａは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
具体的には、冷却器１５Ａは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ａにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ａの冷却配管１７Ａが平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却配管１７Ａが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図９は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図１０は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図１１は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図９、図１０および図１１に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５Ｂとを備える。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｂは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｂは、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｂと、冷却配管１７Ｂに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８Ｂと、冷却配管１７Ｂから冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９Ｂとを備える。
冷却水導入ニップル１８Ｂは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲む冷却配管１７Ｂの長手方向の一端に設けられる。また、冷却水排水ニップル１９Ｂは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲む冷却配管１７Ｂの長手方向の他端に設けられる。
図１２は、冷却器１５Ｂにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図１２に例が示されるように、冷却器１５Ｂは、冷却配管１７Ｂに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｂは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｂは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｂにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。なお、図１２に例が示された冷却配管１７Ｂの形状は、他の実施の形態においても適用可能である。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｂの冷却配管１７Ｂが平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却配管１７Ｂが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。また、冷却配管１７Ｂの直線部にニップルが設けられていないため、製造コストの抑制または組み立て性の向上が可能となる。
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図１３は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図１４は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図１５は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図１３、図１４および図１５に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５Ｃとを備える。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｃは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｃは、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２の一対の対向する側面を囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｃと、冷却配管１７Ｃに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８Ｃと、冷却配管１７Ｃから冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９Ｃとを備える。
冷却配管１７Ｃは、互いに対向する辺に沿う直線状の配管であり、２箇所に分かれて配置される。そして、冷却水導入ニップル１８Ｃは、それぞれの冷却配管１７Ｃの一端に設けられる。また、冷却水排水ニップル１９Ｃは、それぞれの冷却配管１７Ｃの他端に設けられる。
図１６は、冷却器１５Ｃにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図１６に例が示されるように、冷却器１５Ｃは、冷却配管１７Ｃに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｃは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｃは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｃにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｃの冷却配管１７Ｃが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の一対の対向する側面のみを囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却配管１７Ｃが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
＜第５の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図１７は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図１８は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図１９は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図１７、図１８および図１９に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５Ｄとを備える。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｄは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｄは、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周囲を囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｄと、冷却配管１７Ｄに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、冷却配管１７Ｄから冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９とを備える。
ここで、冷却配管１７Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２を囲む内側の側面が樹脂パッケージモジュール１２の側面に放熱グリス１３（図示せず）などを介して接触している。
なお、冷却配管１７Ｄの内側の側面が樹脂パッケージモジュール１２の側面と接触することで、樹脂パッケージモジュール１２の側面から突出する主端子６および信号端子８の円面距離および空間距離の確保が難しくなる場合には、これらの端子を樹脂パッケージモジュール１２の上面から突出するように変更がなされてもよい。
その場合の主端子６および信号端子８のリードフォーミングでは、主端子６および信号端子８がモールド樹脂１１の上面の角部において露出し、かつ、モールド樹脂１１の上面と面一になるように上面に沿って延びるように形成される。そして、主端子６および信号端子８が、モールド樹脂１１の上面の角部から、モールド樹脂１１の側面に面一になるようにモールド樹脂１１の上方へ延びるように形成される。
図２０は、モールド樹脂１１の側面において面一となっていない場合の、リードフォーミングの例を示す図である。また、図２１は、モールド樹脂１１の上面および側面において面一となっている場合の、リードフォーミングの例を示す図である。
図２０に示される場合では、主端子６および信号端子８は、上方に配置されたリードフォーミング金型２０と下方に配置されたリードフォーミング金型２１とによって曲げられるが、いずれもモールド樹脂１１の側面とは面一の関係にはなっていない。
一方で、図２１に示される場合では、主端子６および信号端子８は、上方に配置されたリードフォーミング金型２０Ａと下方に配置されたリードフォーミング金型２１Ａとによって曲げられ、いずれもモールド樹脂１１の側面と面一の関係を維持しつつ上方へ延びるように形成されている。また、図２１に示される場合では、曲げられた主端子６および信号端子８は、モールド樹脂１１の上面とも面一となっている。
図２２は、冷却器１５Ｄにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図２２に例が示されるように、冷却器１５Ｄは、冷却配管１７Ｄに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｄは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｄにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、モールド樹脂１１を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２に接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｄにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｄの冷却配管１７Ｄが平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却器１５Ｄが、樹脂パッケージモジュール１２に接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。また、主端子６および信号端子８をモールド樹脂１１の上面から突出させる構成であれば、半導体素子３および半導体素子４に印加される電圧の許容範囲が拡張されるため、半導体装置の品質が向上する。
＜第６の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図２３は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図２４は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図２５は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図２３、図２４および図２５に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２と、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２を冷却する冷却器１５Ｅとを備える。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｅは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２の下面、具体的には、金属板１０の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｅは、金属板１０の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｅと、冷却配管１７Ｅに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、冷却配管１７Ｅから冷却水２２を排出する２つの冷却水排水ニップル１９Ａとを備える。
冷却水導入ニップル１８は、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲む冷却配管１７Ｅの直線部に設けられる。また、２つの冷却水排水ニップル１９Ａは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲む冷却配管１７Ｅの両端に設けられる。
ここで、冷却配管１７Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２を囲む内側の側面が樹脂パッケージモジュール１２の側面に放熱グリス１３（図示せず）などを介して接触している。
なお、冷却配管１７Ｅの内側の側面が樹脂パッケージモジュール１２の側面と接触することで、樹脂パッケージモジュール１２の側面から突出する信号端子８の円面距離および空間距離の確保が難しくなる場合には、これらの端子を樹脂パッケージモジュール１２の上面から突出するように変更がなされてもよい。
その場合の信号端子８のリードフォーミングでは、信号端子８がモールド樹脂１１の上面の角部において露出し、かつ、モールド樹脂１１の上面と面一になるように上面に沿って延びるように形成される。そして、信号端子８が、モールド樹脂１１の上面の角部から、モールド樹脂１１の側面に面一になるようにモールド樹脂１１の上方へ延びるように形成される。
図２６は、冷却器１５Ｅにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図２６に例が示されるように、冷却器１５Ｅは、冷却配管１７Ｅに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｅは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２を冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｅにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２における金属ブロック１、モールド樹脂１１を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２に接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｅにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｅの冷却配管１７Ｅが平面視で樹脂パッケージモジュール１２を部分的に囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却器１５Ｅが、樹脂パッケージモジュール１２に接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。また、信号端子８をモールド樹脂１１の上面から突出させる構成であれば、半導体素子３および半導体素子４に印加される電圧の許容範囲が拡張されるため、半導体装置の品質が向上する。また、冷却配管１７Ｅが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
＜第７の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図２７は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図２８は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図２９は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図２７、図２８および図２９に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２Ｆと、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２Ｆを冷却する冷却器１５Ｄとを備える。
樹脂パッケージモジュール１２Ｆは、銅などで形成された金属ブロック１Ｆと、金属ブロック１Ｆの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子３と、金属ブロック１Ｆの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子４と、半導体素子３の上面および半導体素子４の上面にはんだなどのロウ材５を介して接合された銅などで形成された主端子６と、半導体素子３にアルミなどで形成されたワイヤーボンド７を介して接続された銅などで形成された信号端子８と、主端子６の一部および信号端子８の一部を露出させつつ、上記の構成を封入して形成されたモールド樹脂１１とを備える。また、金属ブロック１Ｆの下面は、モールド樹脂１１に覆われる。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｄは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆを囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２Ｆの下面、具体的には、モールド樹脂１１の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｄは、モールド樹脂１１の下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆの全周囲を囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｄと、冷却配管１７Ｄに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、冷却配管１７Ｄから冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９とを備える。
ここで、冷却配管１７Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２Ｆを囲む内側の側面が樹脂パッケージモジュール１２Ｆの側面に放熱グリス１３（図示せず）などを介して接触している。
なお、本実施の形態では、樹脂パッケージモジュール１２Ｆを冷却するための冷却器として冷却器１５Ｄが設けられているが、他の実施の形態で示された冷却器１５などが代わりに設けられてもよい。
図３０は、冷却器１５Ｄにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図３０に例が示されるように、冷却器１５Ｄは、冷却配管１７Ｄに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｄは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２Ｆを冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２Ｆにおける金属ブロック１Ｆ、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｄにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２Ｆにおける金属ブロック１Ｆ、モールド樹脂１１を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２Ｆに接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｄにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｄの冷却配管１７Ｄが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆを囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却器１５Ｄが、樹脂パッケージモジュール１２Ｆに接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。また、金属ブロック１Ｆの下面がモールド樹脂１１に覆われることで樹脂パッケージモジュール１２Ｆが十分な絶縁耐圧を有するため、樹脂パッケージモジュール１２Ｆが別途絶縁材を有する必要がない。よって、半導体装置の組み立て性を向上させ、かつ、製造コストを抑制することができる。
＜第８の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図３１は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図３２は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図３３は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図３１、図３２および図３３に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２Ｆと、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２Ｆを冷却する冷却器１５Ｅとを備える。
樹脂パッケージモジュール１２Ｆは、金属ブロック１Ｆと、半導体素子３と、半導体素子４と、主端子６と、信号端子８と、モールド樹脂１１とを備える。
冷却器１５Ｅは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆを囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２Ｆの下面、具体的には、モールド樹脂１１の下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｅは、金属ベース１６と、冷却配管１７Ｅと、冷却水導入ニップル１８と、２つの冷却水排水ニップル１９Ａとを備える。
冷却水導入ニップル１８は、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆを部分的に囲む冷却配管１７Ｅの直線部に設けられる。また、２つの冷却水排水ニップル１９Ａは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆを部分的に囲む冷却配管１７Ｅの両端に設けられる。
ここで、冷却配管１７Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２Ｆを囲む内側の側面が樹脂パッケージモジュール１２Ｆの側面に放熱グリス１３（図示せず）などを介して接触している。
なお、本実施の形態では、樹脂パッケージモジュール１２Ｆを冷却するための冷却器として冷却器１５Ｅが設けられているが、他の実施の形態で示された冷却器１５Ａなどが代わりに設けられてもよい。
図３４は、冷却器１５Ｅにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図３４に例が示されるように、冷却器１５Ｅは、冷却配管１７Ｅに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｅは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２Ｆを冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２Ｆにおける金属ブロック１、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｅにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２Ｆにおける金属ブロック１、モールド樹脂１１を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２Ｆに接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｅにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｅの冷却配管１７Ｅが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｆを部分的に囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却器１５Ｅが、樹脂パッケージモジュール１２Ｆに接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。また、金属ブロック１Ｆの下面がモールド樹脂１１に覆われることで樹脂パッケージモジュール１２Ｆが十分な絶縁耐圧を有するため、樹脂パッケージモジュール１２Ｆが別途絶縁材を有する必要がない。よって、半導体装置の組み立て性を向上させ、また、製造コストを抑制することができる。
＜第９の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図３５は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図３６は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図３７は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図３５、図３６および図３７に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２Ｇと、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２Ｇを冷却する冷却器１５Ｄとを備える。
樹脂パッケージモジュール１２Ｇは、銅などで形成された金属ブロック１Ｇと、金属ブロック１Ｇの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子３と、金属ブロック１Ｇの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子４と、半導体素子３の上面および半導体素子４の上面にはんだなどのロウ材５を介して接合された銅などで形成された主端子６と、半導体素子３にアルミなどで形成されたワイヤーボンド７を介して接続された銅などで形成された信号端子８と、金属ブロック１Ｇの下面に設けられたエポキシ樹脂またはセラミックなどで形成された絶縁材９と、絶縁材９の下面に設けられた銅などで形成された金属板１０Ｇと、主端子６の一部、信号端子８の一部、金属板１０Ｇの側面および下面を露出させつつ、上記の構成を封入して形成されたモールド樹脂１１とを備える。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｄは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｇを囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２Ｇの下面、具体的には、金属板１０Ｇの下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｄは、金属板１０Ｇの下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｇの全周囲を囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｄと、冷却配管１７Ｄに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８と、冷却配管１７Ｄから冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９とを備える。
ここで、冷却配管１７Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２Ｇを囲む内側の側面が金属板１０Ｇの側面に放熱グリス１３（図示せず）などを介して接触している。
図３８は、冷却器１５Ｄにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図３８に例が示されるように、冷却器１５Ｄは、冷却配管１７Ｄに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｄは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２Ｇを冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２Ｇにおける金属ブロック１Ｇ、絶縁材９、金属板１０Ｇ、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｄにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２Ｇにおける金属ブロック１Ｇ、絶縁材９、金属板１０Ｇを介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２Ｇに接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｄにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｄの冷却配管１７Ｄが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｇを囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却器１５Ｄが、樹脂パッケージモジュール１２Ｇの金属板１０Ｇの側面に接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。
＜第１０の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図３９は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図４０は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図４１は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図３９、図４０および図４１に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２Ｈと、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２Ｈを冷却する冷却器１５Ｅとを備える。
樹脂パッケージモジュール１２Ｈは、銅などで形成された金属ブロック１Ｈと、金属ブロック１Ｈの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子３と、金属ブロック１Ｈの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子４と、半導体素子３の上面および半導体素子４の上面にはんだなどのロウ材５を介して接合された銅などで形成された主端子６と、半導体素子３にアルミなどで形成されたワイヤーボンド７を介して接続された銅などで形成された信号端子８と、金属ブロック１Ｈの下面に設けられたエポキシ樹脂またはセラミックなどで形成された絶縁材９と、絶縁材９の下面に設けられた銅などで形成された金属板１０Ｈと、主端子６の一部、信号端子８の一部、金属板１０Ｈの側面の一部（すなわち、冷却器１５Ｅの冷却配管１７Ｅに対向する側面）および下面を露出させつつ、上記の構成を封入して形成されたモールド樹脂１１とを備える。
冷却器１５Ｅは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｈを囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２Ｈの下面、具体的には、金属板１０Ｈの下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｅは、金属板１０Ｈの下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、冷却配管１７Ｅと、冷却水導入ニップル１８と、２つの冷却水排水ニップル１９Ａとを備える。
冷却水導入ニップル１８は、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｈを部分的に囲む冷却配管１７Ｅの直線部に設けられる。また、２つの冷却水排水ニップル１９Ａは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｈを部分的に囲む冷却配管１７Ｅの両端に設けられる。
ここで、冷却配管１７Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２Ｈを囲む内側の側面が金属板１０Ｈの側面に放熱グリス１３（図示せず）などを介して接触している。
図４２は、冷却器１５Ｅにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図４２に例が示されるように、冷却器１５Ｅは、冷却配管１７Ｅに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｅは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２Ｈを冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２Ｈにおける金属ブロック１Ｈ、絶縁材９、金属板１０Ｈ、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｅにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｅは、樹脂パッケージモジュール１２Ｈにおける金属ブロック１Ｈ、絶縁材９、金属板１０Ｈを介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２Ｈに接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｅにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｅの冷却配管１７Ｅが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｈを部分的に囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却器１５Ｅが、樹脂パッケージモジュール１２Ｈの金属板１０Ｈの側面に接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。また、冷却配管１７Ｅが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｈの全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
＜第１１の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図４３は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図４４は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す他の方向からの断面図である。また、図４５は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す平面図である。
図４３、図４４および図４５に例が示されるように、半導体装置は、樹脂パッケージモジュール１２Ｊと、水冷によって樹脂パッケージモジュール１２Ｊを冷却する冷却器１５Ｃとを備える。
樹脂パッケージモジュール１２Ｊは、銅などで形成された金属ブロック１Ｊと、金属ブロック１Ｊの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子３と、金属ブロック１Ｊの上面にはんだなどのロウ材２を介して接合されたシリコン（Ｓｉ）などを含む半導体素子４と、半導体素子３の上面および半導体素子４の上面にはんだなどのロウ材５を介して接合された銅などで形成された主端子６と、半導体素子３にアルミなどで形成されたワイヤーボンド７を介して接続された銅などで形成された信号端子８と、金属ブロック１Ｊの下面に設けられたエポキシ樹脂またはセラミックなどで形成された絶縁材９と、絶縁材９の下面に設けられた銅などで形成された金属板１０Ｊと、主端子６の一部、信号端子８の一部、金属板１０Ｊの側面の一部（すなわち、冷却器１５Ｃの冷却配管１７Ｃに対向する側面）および下面を露出させつつ、上記の構成を封入して形成されたモールド樹脂１１とを備える。ここで、主端子６と信号端子８とは、それぞれモールド樹脂１１の側面から突出する。
アルミなどで形成された冷却器１５Ｃは、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｊを囲みつつ、樹脂パッケージモジュール１２Ｊの下面、具体的には、金属板１０Ｊの下面に接触して配置される。
冷却器１５Ｃは、金属板１０Ｊの下面に放熱グリス１３を介して接触する銅などで形成された金属ベース１６と、金属ベース１６の上面に配置され、かつ、平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｊを部分的に囲んで配置されるアルミなどで形成された冷却配管１７Ｃと、冷却配管１７Ｃに冷却水２２を導入する冷却水導入ニップル１８Ｃと、冷却配管１７Ｃから冷却水２２を排出する冷却水排水ニップル１９Ｃとを備える。
図４６は、冷却器１５Ｃにおける冷却水２２の循環の流れを概略的に示す図である。図４６に例が示されるように、冷却器１５Ｃは、冷却配管１７Ｃに冷却水２２を循環させる。そうすることによって、冷却器１５Ｃは、金属ベース１６を介して樹脂パッケージモジュール１２Ｊを冷却する。
具体的には、冷却器１５Ｃは、樹脂パッケージモジュール１２Ｊにおける金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０Ｊ、放熱グリス１３を介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、金属ベース１６を介して、冷却配管１７Ｃにおいて循環する冷却水２２によって放熱する。
また、冷却器１５Ｃは、樹脂パッケージモジュール１２Ｊにおける金属ブロック１Ｊ、絶縁材９、金属板１０Ｊを介して伝わる、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２Ｊに接触する内側の側面を介して、冷却配管１７Ｃにおいて循環する冷却水２２によって冷却する。
上記のような構成によれば、冷却器１５Ｃの冷却配管１７Ｃが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｊの一対の対向する側面のみを囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。また、冷却配管１７Ｃが平面視で樹脂パッケージモジュール１２Ｊの全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却器１５とを備える。ここで、半導体モジュールは、たとえば、樹脂パッケージモジュール１２、樹脂パッケージモジュール１２Ｆ、樹脂パッケージモジュール１２Ｇ、樹脂パッケージモジュール１２Ｈおよび樹脂パッケージモジュール１２Ｊなどのうちのいずれか１つに対応するものである（以下では便宜上、これらのうちのいずれか１つを対応させて記載する場合がある）。樹脂パッケージモジュール１２は、金属ブロック１（または、金属ブロック１Ｆ、金属ブロック１Ｇ、金属ブロック１Ｈ、金属ブロック１Ｊ）と、金属ブロック１の上面に設けられる半導体素子３（または、半導体素子４）と、半導体素子３に接続される端子と、端子の一部、金属ブロック１および半導体素子３を覆う樹脂とを備える。ここで、端子とは、たとえば、主端子６および信号端子８などのうちのいずれか１つに対応するものである（以下では便宜上、これらのうちのいずれか１つを対応させて記載する場合がある）。また、樹脂とは、たとえば、モールド樹脂１１などに対応するものである。冷却器１５は、金属ベース１６と、冷却配管１７（または、冷却配管１７Ａ、冷却配管１７Ｂ、冷却配管１７Ｃ、冷却配管１７Ｄ、冷却配管１７Ｅ）とを備える。金属ベース１６は、樹脂パッケージモジュール１２の下面に接触する。また、金属ベース１６は、平面視において樹脂パッケージモジュール１２と重なる領域よりも大きな領域に設けられる。冷却配管１７は、金属ベース１６の上面に配置される。また、冷却配管１７は、樹脂パッケージモジュール１２を冷却するための冷媒を循環させる。ここで、冷媒とは、たとえば、冷却水２２などに対応するものである。そして、冷却配管１７は、平面視において樹脂パッケージモジュール１２を少なくとも一部囲んで設けられる。
このような構成によれば、冷却器１５の冷却配管１７が平面視で樹脂パッケージモジュール１２を囲んで配置されるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。具体的には、樹脂パッケージモジュール１２内の半導体素子３および半導体素子４から生じる熱を、樹脂パッケージモジュール１２内の金属ブロック１、絶縁材９、金属板１０、放熱グリス１３、金属ベース１６を介して、冷却配管１７の下面へ放熱することで、樹脂パッケージモジュール１２の下方に冷却配管を配置する必要がなくなるため、半導体装置の構造全体の高さを低く抑えることができる。フットスペースの確保と冷却能力の向上とを優先する場合、冷却配管が樹脂パッケージモジュールの下方に配置され、半導体装置の構造全体の高さが増加する要因となっていた。しかしながら、半導体装置の設置場所の多様化、または、ワイドバンドギャップ半導体による最高使用温度の緩和（上昇）などによって、フットスペースまたは冷却能力を多少犠牲にしてでも、半導体装置の構造全体の高さを低くおさえることが求められる場合も生じていた。上記の構成によれば、そのような要請に応じることができる。
なお、上記の構成に本願明細書に例が示された他の構成を適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書中の他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、金属ブロック１Ｆの下面は、モールド樹脂１１に覆われる。そして、金属ベース１６は、モールド樹脂１１の下面に接触する。このような構成によれば、金属ブロック１Ｆの下面がモールド樹脂１１に覆われることで樹脂パッケージモジュール１２Ｆが十分な絶縁耐圧を有するため、樹脂パッケージモジュール１２Ｆが別途絶縁材を有する必要がない。よって、半導体装置の組み立て性を向上させ、かつ、製造コストを抑制することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、樹脂パッケージモジュール１２は、金属ブロック１の下面に設けられる絶縁材９と、絶縁材９の下面に設けられる金属板１０とを備える。そして、金属板１０の下面は、モールド樹脂１１から露出する。また、金属ベース１６は、金属板１０の下面に接触する。このような構成によれば、金属ベース１６の上面と金属板１０の下面とが放熱グリス１３を介して接触しているため、半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を効果的に冷却することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、金属板１０Ｇの少なくとも一部の側面は、モールド樹脂１１から露出する。そして、冷却配管１７Ｄは、モールド樹脂１１から露出する金属板１０Ｇの側面に接触する。このような構成によれば、冷却器１５Ｄが、樹脂パッケージモジュール１２Ｇの金属板１０Ｇの側面に接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、主端子６（または、信号端子８）は、モールド樹脂１１の上面から延び出る。このような構成によれば、絶縁距離が増すことで半導体素子３および半導体素子４に印加される電圧の許容範囲が拡張されるため、半導体装置の品質が向上する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、主端子６（または、信号端子８）は、モールド樹脂１１の上面において上面と面一の状態で延びる部分を有する。このような構成によれば、絶縁距離が増すことで半導体素子３および半導体素子４に印加される電圧の許容範囲が拡張されるため、半導体装置の品質が向上する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、主端子６（または、信号端子８）は、モールド樹脂１１の上面において、モールド樹脂１１の側面と面一の状態で延びる部分を有する。このような構成によれば、絶縁距離が増すことで半導体素子３および半導体素子４に印加される電圧の許容範囲が拡張されるため、半導体装置の品質が向上する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、冷却配管１７Ｄは、樹脂パッケージモジュール１２の側面に接触する。このような構成によれば、冷却器１５Ｄが、樹脂パッケージモジュール１２に接触する内側の側面を介して半導体素子３から生じる熱および半導体素子４から生じる熱を冷却するため、冷却効率が向上する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、冷却配管１７は、平面視において樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲んで設けられる。このような構成によれば、樹脂パッケージモジュール１２を効果的に冷却することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、冷却配管１７Ａは、平面視において樹脂パッケージモジュール１２の一部の側面のみを囲んで設けられる。このような構成によれば、冷却配管１７Ａが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲まずに配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、冷却配管１７Ｂは、冷却配管１７Ｂの長手方向の両端に、ニップルを有する。ここで、ニップルは、たとえば、冷却水導入ニップル１８Ｂおよび冷却水排水ニップル１９Ｂなどのうちのいずれか１つに対応するものである。このような構成によれば、冷却配管１７Ｂの直線部にニップルが設けられていないため、製造コストの抑制または組み立て性の向上が可能となる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、冷却配管１７Ｃは、平面視において樹脂パッケージモジュール１２の一対の対向する側面のみを囲んで設けられる。このような構成によれば、冷却配管１７Ｃが平面視で樹脂パッケージモジュール１２の全周を囲まずに一対の対向する側面のみを囲んで配置されているため、半導体装置の占有面積（フットスペース）を削減することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体素子３には、ワイドバンドギャップ半導体が用いられる。このような構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体を用いることによって、半導体素子の使用温度の許容範囲が拡張される。よって、半導体素子内および半導体素子間での発熱アンバランスに対する許容度が向上する。よって、必要とされる冷却器の冷却能力が低下するため冷却器をコンパクトにすることができ、結果として半導体装置の大きさを抑制することができる。
＜以上に記載された実施の形態の変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、限定的なものではないものとする。
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
また、本願明細書における説明は、本技術に関連するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
１，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ 金属ブロック、２，５ ロウ材、３，４ 半導体素子、６ 主端子、７ ワイヤーボンド、８ 信号端子、９ 絶縁材、１０，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｊ 金属板、１１ モールド樹脂、１２，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｊ 樹脂パッケージモジュール、１３ 放熱グリス、１４，１６ 金属ベース、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｋ 冷却器、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ 冷却配管、１８，１８Ｂ，１８Ｃ 冷却水導入ニップル、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 冷却水排水ニップル、２０，２０Ａ，２１，２１Ａ リードフォーミング金型、２２ 冷却水。

Claims (13)

  1. 半導体モジュールと、
    前記半導体モジュールを冷却する冷却器とを備え、
    前記半導体モジュールは、
    金属ブロックと、
    前記金属ブロックの上面に設けられる半導体素子と、
    前記半導体素子に接続される端子と、
    前記端子の一部、前記金属ブロックおよび前記半導体素子を覆う樹脂とを備え、
    前記冷却器は、
    前記半導体モジュールの下面に接触しつつ、平面視において前記半導体モジュールを含む領域に設けられる金属ベースと、
    前記金属ベースの上面に配置され、かつ、前記半導体モジュールを冷却するための冷媒を平面視において循環させる冷却配管とを備え、
    前記冷却配管は、平面視において前記半導体モジュールを少なくとも一部囲んで設けられる、
    半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であり、
    前記金属ブロックの下面は、前記樹脂に覆われ、
    前記金属ベースは、前記樹脂の下面に接触する、
    半導体装置。
  3. 請求項１または２に記載の半導体装置であり、
    前記半導体モジュールは、
    前記金属ブロックの下面に設けられる絶縁材と、
    前記絶縁材の下面に設けられる金属板とをさらに備え、
    前記金属板の下面は、前記樹脂から露出し、
    前記金属ベースは、前記金属板の下面に接触する、
    半導体装置。
  4. 請求項３に記載の半導体装置であり、
    前記金属板の少なくとも一部の側面は、前記樹脂から露出し、
    前記冷却配管は、前記樹脂から露出する前記金属板の側面に接触する、
    半導体装置。
  5. 請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記端子は、前記樹脂の上面から延び出る、
    半導体装置。
  6. 請求項５に記載の半導体装置であり、
    前記端子は、前記樹脂の前記上面において前記上面と面一の状態で延びる部分を有する、
    半導体装置。
  7. 請求項５または６に記載の半導体装置であり、
    前記端子は、前記樹脂の上面において、前記樹脂の側面と面一の状態で延びる部分を有する、
    半導体装置。
  8. 請求項１から７のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記冷却配管は、前記半導体モジュールの側面に接触する、
    半導体装置。
  9. 請求項１から８のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記冷却配管は、平面視において前記半導体モジュールの全周を囲んで設けられる、
    半導体装置。
  10. 請求項１から８のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記冷却配管は、平面視において前記半導体モジュールの一部の側面のみを囲んで設けられる、
    半導体装置。
  11. 請求項１０に記載の半導体装置であり、
    前記冷却配管は、前記冷却配管の長手方向の両端に、ニップルを有する、
    半導体装置。
  12. 請求項１から８のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記冷却配管は、平面視において前記半導体モジュールの一対の対向する側面のみを囲んで設けられる、
    半導体装置。
  13. 請求項１から１２のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記半導体素子には、ワイドバンドギャップ半導体が用いられる、
    半導体装置。
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