JP2005057108A

JP2005057108A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2005057108A
Application number: JP2003287461A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Shibuya; 彰弘渋谷; Yasuhiro Okada; 安弘岡田; Sukeyuki Furukawa; 資之古川; Mikio Naruse; 幹夫成瀬; Atsushi Ehira; 淳江平; Kazuhiro Ogawa; 和宏小川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】絶縁体にピンホールやクラックが発生しても絶縁性を確保することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１は、半導体チップ１１、バスバー１３ｃ、１３ｅ、１３ｅｃ及び樹脂モールド１４により形成された半導体モジュール１０と、当該半導体モジュール１０で発生した熱を冷媒４１により放熱する冷却ジャケット４０と、半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間の絶縁性を確保するための電気的絶縁特性及び高熱伝導性を有する２枚の絶縁シート２１、２２を積層して構成された絶縁体２０とを備えており、当該絶縁体２０を半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０の間に挟んだ状態で、ボルト５０により半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０とが固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップが接続されたバスバーを樹脂モールドにより固定して形成された半導体モジュールを、絶縁体を介して冷却ジャケットに取り付けた半導体装置に関する。

トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、サイリスタ等の電力制御素子半導体チップを用いてインバータ回路やコンバータ回路等の電力変換回路を構成し、これを一つのモジュールとしてパッケージングした半導体装置が広く使用されている。このような半導体装置では、電力が大きいために発熱量も非常に大きく、半導体装置の放熱を効率良く行うことが非常に重要である。

これに対し、放熱性能を向上させた半導体装置として、半導体チップが接続されたバスバーを樹脂モールドにより固定して半導体モジュールを形成し、絶縁体のみを介装させて、当該半導体モジュールを冷却ジャケットに取り付け、この冷却ジャケットにより、半導体モジュールで発生した熱を効率的に放熱するものが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような構造の半導体装置では、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間に介装された絶縁体に、例えばピンホールやクラック等の微小な孔が発生した場合に、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間で絶縁不良が発生する可能性がある。

一方、このような絶縁不良を防止するために絶縁体を単に厚くすると、当該絶縁体により半導体モジュールから冷却ジャケットへの伝熱が妨げられ、十分な放熱性能を確保することは困難となる。
特開２００１−１１０９８５号公報

本発明は、半導体チップが接続されたバスバーを樹脂モールドにより固定して形成された半導体モジュールを、絶縁体を介して冷却ジャケットに取り付けた半導体装置に関し、特に、絶縁体にピンホールやクラックが発生しても絶縁性を確保することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体チップが接続されたバスバーを樹脂モールドにより固定して形成された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手段と、前記半導体モジュールと前記冷却手段との間に介装された絶縁体と、を少なくとも備えた半導体装置であって、前記絶縁体は、積層された２以上の絶縁シートを有する半導体装置が提供される。

本発明では、所定の電気回路を構成するように半導体チップが接続されたバスバーを樹脂モールドで固定することにより形成された半導体モジュールと、当該半導体モジュールを冷却する冷却手段との間に、２以上の絶縁シートを積層した絶縁体を介装させて半導体装置を構成する。

このように、半導体モジュールと冷却手段との間に介装される絶縁体を、２以上の絶縁シートを積層して構成することにより、一方の絶縁シートに絶縁不良の原因となるピンホールやクラック等の微小な孔が発生しても、他方の絶縁シートにより半導体モジュールと冷却手段との間の絶縁性を確保することが出来るので、前記絶縁体を一枚の絶縁シートで構成した場合と比較して、半導体装置における絶縁不良の発生確率を全体として低下させることが出来、絶縁体にピンホールやクラックが発生しても半導体モジュールと冷却手段との間の絶縁性を確保することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図、図２は図１のII-II線に沿った部分断面図である。

本実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、半導体チップ１１、バスバー１３ｃ、１３ｅ、１３ｅｃ及び樹脂モールド１４により形成され、所定の電気回路を構成する非絶縁型の半導体モジュール１０と、当該半導体モジュール１０で発生した熱を放熱するための冷却ジャケット４０（冷却手段）と、半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間の絶縁性を確保するための絶縁体２０とを備えており、当該絶縁体２０を半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０の間に挟んだ状態で、１１本のボルト５０により半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０とが固定されている。

本実施形態に係る半導体装置１の半導体モジュール１０は、図１及び図２に示すように、複数の半導体チップ１１が接続されたＰ極バスバー１３ｃ、Ｎ極バスバー１３ｅ、出力バスバー１３ｅｃを樹脂モールド１４で固定して形成されている。また、この半導体モジュール１０では、例えばＩＧＢＴやフリーホイールダイオード等の複数の半導体チップ１１が、Ｐ極バスバー１３ｃ、Ｎ極バスバー１３ｅ及び出力バスバー１３ｅｃ上に、ハンダ等の導電性材料１５を介してそれぞれ接続されていると共に、各半導体チップ１１の上面の入出力パッド及び電源パッドがボンディングワイヤ１２により各バスバー１３ｃ、１３ｅ、１３ｅｃ及び他の半導体チップ１１のパッド又は回路配線等に接続されることにより、例えば、所望の電力にＰＷＭ制御された３相交流電力を生成する電源制御回路等の電気回路が構成されている。そして、当該電気回路を構成する各バスバー１３ｃ、１３ｅ、１３ｅｃが相互に絶縁されるように、樹脂モールド１４により当該各バスバー１３ｃ、１３ｅ、１３ｅｃがモールドされている。また、この半導体モジュール１０の所定の位置には、図１に示すように半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０とを固定するボルト５０を挿入するための１１個のボルト挿入孔１６が貫通して形成されている。

本実施形態に係る半導体装置１の冷却ジャケット４０は、図１及び図２に示すように、その内部を冷媒４１が循環可能になっており、半導体モジュール１０から絶縁体２０を介して伝達された熱が、この冷媒４１を介して外部に放熱される。また、この冷却ジャケット４０には、図１に示すように半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０とをボルト５０により固定するための１１個のボルト固定孔４２が、上述の半導体モジュール１０の各ボルト挿入孔１６に対応する位置に形成されている。

本実施形態に係る半導体装置１の絶縁体２０は、図１及び図２に示すように、例えばセラミックスを含有したシリコーンゴム材料等から成り、電気的絶縁特性及び高熱伝導性（低熱抵抗性）を有する２枚の絶縁シート２１、２２を積層して構成されている。また、各絶縁シート２１、２２には、図１に示すように、半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０とを固定するボルト５０を挿入するための１１個のボルト挿入孔２３が、上述の半導体モジュール１０の各ボルト挿入孔１６に対応する位置に貫通して形成されている。

なお、各絶縁シート２１、２２は、従来の一枚の絶縁シートの半分の厚さを有しており、絶縁体２０全体としての厚さは、従来と比較して増加していないので、絶縁シート２１、２２を２枚重ねにすることによる熱抵抗の増加はなく、半導体モジュール１０から冷却ジャケット４０への伝熱性への影響は生じない。

さらに、本実施形態に係る半導体装置１では、図２に示すように、半導体モジュール１０と絶縁体２０において上方に位置する第１の絶縁シート２１との間、絶縁シート２１、２２同士の間、及び、絶縁体２０において下方に位置する第２の絶縁シート２２と冷却ジャケット４０との間に、それぞれ放熱グリス３０が塗布されている。

以上のような構成の本実施形態に係る半導体装置１の組立では、先ず、第１の絶縁シート２１、第２の絶縁シート２２及び冷却ジャケット４０の各上表面に放熱グリス３０が塗布された後に、半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間に、積層された２枚の絶縁シート２１、２２を挟み込んだ状態で、半導体モジュール１０及び絶縁体２０の各ボルト挿入孔１６、２３にボルト５０が挿入され、当該ボルト５０が冷却ジャケット４０の各ボルト固定孔４２に締結されて、半導体モジュール１０、絶縁体２０及び冷却ジャケット４０が固定されることにより、半導体装置１が組み立てられる。

この半導体装置１の使用時には、半導体チップ１１で発生した熱が、半導体モジュール１０の導電性材料１５及び各バスバー１３ｃ、１３ｅ、１３ｅｃと、絶縁体２０を構成する２枚の絶縁シート２１、２２とを介して、冷却ジャケット４０に伝達され、当該冷却ジャケット４０の内部を循環する冷媒４１により吸収されて外部に放熱され、半導体装置１の放熱が効率的に行われる。

本実施形態に係る半導体装置では、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間に介装される絶縁体を、２枚の絶縁シートを積層して構成することにより、一方の絶縁シートに絶縁不良の原因となるピンホールやクラック等の微小な孔が発生しても、他方の絶縁シートにより、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが出来るので、前記絶縁体を一枚の絶縁シートで構成した場合と比較して、半導体装置における絶縁不良の発生確率を全体として低下させることが出来、絶縁体に微小な孔が発生しても半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが可能となる。

また、本実施形態に係る半導体装置では、半導体モジュールと第１の絶縁シートとの間、２枚の絶縁シート同士の間、及び、第２の絶縁シートと冷却ジャケットとの間に、それぞれ放熱グリスが塗布されて広がっており、当該放熱グリスがこれら各表面に存在する微小な凹凸を埋めているので、半導体モジュールから冷却ジャケットへの熱伝導性を向上させることが可能となる。

［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図、図４は本発明の第２実施形態に係る半導体装置に用いられる絶縁体の斜視図である。なお、第２実施形態に係る半導体装置１ｂの半導体モジュール１０及び冷却ジャケット４０の構造は、上述の第１実施形態に係る半導体装置１のものと同一であるので、当該同一箇所については、同一の符号を付して説明は省略し、ここでは、第１実施形態に係る半導体装置１との相違点のみについて説明する。

本発明の第２実施形態に係る半導体装置１ｂの絶縁体２０ｂは、第１実施形態と同様に、積層された２枚の絶縁シート２１、２２から構成されているが、図３及び図４に示すように、当該２枚の絶縁シート２１、２２の両端部に位置する接合部２４が、例えば熱溶着や接着などの手法により接合されている点で第１実施形態に係る半導体装置１の絶縁体２０と相違する。

また、本実施形態に係る半導体装置１ｂでは、第１実施形態と同様に、半導体モジュール１０と第１の絶縁シート２１との間、２枚の絶縁シート２１、２２同士の間、及び、第２の絶縁シート２２と冷却ジャケット４０との間に放熱グリス４０が塗布されている。

この本実施形態に係る半導体装置１ｂの組立では、先ず、一方の絶縁シート２１、２２の何れかの表面に放熱グリス４０を塗布した後に、例えば熱溶着や接着などの手法により、２枚の絶縁シート２１、２２の両端部の各接合部２４で接合されて、絶縁体２０ｂが組み立てられる。そして、当該絶縁体２０ｂを構成する第１の絶縁シート２１の上面及び冷却ジャケット４０の上面に放熱グリス４０を塗布した後に、当該組み立てられた絶縁体２０ｂを半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間に挟み込んだ状態で、半導体モジュール１０及び絶縁体２０ｂの各ボルト挿入孔１６、２３にボルト５０が挿入され、当該ボルト５０が冷却ジャケット４０の各ボルト固定孔４２に締結され、半導体モジュール１０、絶縁体２０ｂ及び冷却ジャケット４０が固定されることにより、半導体装置１ｂが組み立てられる。なお、放熱グリス３０を絶縁シート２１、２２に塗布する際は、接合部２４をマスキングして放熱グリス３０の塗布を行う。
本実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間に介装される絶縁体を、２枚の絶縁シートを積層して構成することにより、一方の絶縁シートに絶縁不良の原因となるピンホールやクラック等の微小な孔が発生しても、他方の絶縁シートにより半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが出来るので、前記絶縁体を一枚の絶縁シートで構成した場合と比較して、半導体装置における絶縁不良の発生確率を全体として低下させることが出来、絶縁体にピンホールやクラックが発生しても半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが可能となる。

また、本実施形態に係る半導体装置では、半導体装置の絶縁体を構成する２枚の絶縁シートの少なくとも一部を接合することにより、半導体装置の組立時の当該２枚の絶縁シートの位置決めが不要となり、当該半導体装置の組立作業性が向上すると共に、当該位置決めにおいて発生する絶縁シートの皺も抑制することができ、熱抵抗の増加を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、半導体モジュールと第１の絶縁シートとの間、２枚の絶縁シート同士の間、及び、第２の絶縁シートと冷却ジャケットの上面との間に、それぞれ放熱グリスが塗布されて広がっており、当該放熱グリスがこれら各表面に存在する微小な凹凸を埋めているので、半導体モジュールから冷却ジャケットへの熱伝導性を向上させることが可能となる。

［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図、図６（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第３実施形態に係る絶縁体の製造方法を示す斜視図である。なお、第３実施形態に係る半導体装置１ｃの半導体モジュール１０及び冷却ジャケット４０の構造は、上述の第１実施形態に係る半導体装置１のものと同一であるので、当該同一箇所については、同一の符号を付して説明は省略し、ここでは、第１実施形態に係る半導体装置１との相違点のみについて説明する。

本発明の第３実施形態に係る半導体装置１ｃの絶縁体２０ｃは、第１実施形態と同様に、２枚の絶縁シート２１、２２から構成されているが、図５及び図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、例えば熱融着や接着などの手法により、接合部２４ａ、２４ｃで当該絶縁シート２１、２２の外周縁が全周に亘り接合され、当該絶縁シート２１、２２同士が密着するように積層されている点で第１実施形態に係る半導体装置１の絶縁体２０と相違する。

この本実施形態に係る半導体装置１ｃの組立では、先ず、２枚の絶縁シート２１、２２同士が密着するように、当該２枚の絶縁シート２１、２２が積層されて絶縁体２０ｃが組み立てられる。

具体的には、図６（Ａ）に示すように、先ず、２枚の絶縁シート２１、２２を重ね合わせ、図６（Ｂ）に示すように、２枚の絶縁シートの一辺を残して、例えば熱溶着や接着等の手法により第１の接合部２４ａで他の三辺を接合すると共に、ボルト挿入孔２３の形成が予定される第２の接合部２４ｂも同様の手法により接合する。次に、図６（Ｃ）に示すように、２枚の絶縁シート２１、２２の接合されていない一辺から、当該２枚の絶縁シート２１、２２の間に形成された内部空間から空気を吸引し、当該内部空間を真空状態とすることにより、当該絶縁シート２１、２２を相互に密着させ、この状態で、接合されていない残りの一辺（第３の接合部２４ｃ）を接合し、２枚の絶縁シート２１、２２の外周縁を全周に亘って接合する。そして、図６（Ｄ）に示すように、各第２の接合部２４ｂにボルト挿入孔２３をそれぞれ形成して、絶縁体２０ｃが組み立てられる。なお、当該各第２の接合部２４ｂは、ボルト挿入孔２３の直径より若干大きく形成されているので、ボルト挿入孔２３を形成しても当該各第２の接合部２４ｂにおける気密性は確保され、２枚の絶縁シート２１、２２の間の内部空間の真空状態は維持される。

次に、当該組み立てられた絶縁体２０ｃを半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間に挟み込んだ状態で、半導体モジュール１０及び絶縁体２０ｃの各ボルト挿入孔１６、２３にボルト５０が挿入され、当該ボルト５０が冷却ジャケット４０の各ボルト固定孔４２に締結されることにより、半導体装置１ｃが組み立てられる。

本実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間に介装される絶縁体を、２枚の絶縁シートを積層して構成することにより、一方の絶縁シートに絶縁不良の原因となるピンホールやクラック等の微小な孔が発生しても、他方の絶縁シートにより半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが出来るので、前記絶縁体を一枚の絶縁シートで構成した場合と比較して、半導体装置における絶縁不良の発生確率を全体として低下させることが出来、絶縁体にピンホールやクラックが発生しても半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが可能となる。

また、本実施形態に係る半導体装置では、半導体装置の絶縁体を構成する２枚の絶縁シートの少なくとも一部を接合することにより、半導体装置の組立時の当該２枚の絶縁シートの位置決めが不要となり、当該半導体装置の組立作業性が向上すると共に、当該位置決めにおいて発生する絶縁シートの皺も抑制でき、熱抵抗の増加を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態に係る半導体装置では、２枚の絶縁シートの外周縁を全周に亘り接合し、当該絶縁シートの間に形成される内部空間を真空状態として、当該２枚の絶縁シートを密閉するように積層することにより、半導体モジュールから冷却ジャケットへの熱伝達性を向上させることが可能となる。

［第４実施形態］
図７は本発明の第４実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図である。なお、第４実施形態に係る半導体装置１ｄの半導体モジュール１０及び冷却ジャケット４０の構造は、上述の第１実施形態に係る半導体装置１のものと同一であるので、当該同一箇所については、同一の符号を付して説明は省略し、ここでは、第１実施形態に係る半導体装置１との相違点のみについて説明する。

本発明の第４実施形態に係る半導体装置１ｄの絶縁体２０ｄは、第１実施形態と同様に、２枚の絶縁シート２１、２２から構成されているが、図７に示すように、例えば熱融着や接着等の手法により、接合部２４ａ、２４ｃで当該絶縁シート２１、２２の外周縁が全周に亘り接合されており、当該絶縁シート２１、２２の間に形成された内部空間に放熱グリス３０が塗布されている点で第１実施形態に係る半導体装置１の絶縁体２０と相違する。

この本実施形態に係る半導体装置１ｄの組立では、先ず、２枚の絶縁シート２１、２２間に放熱グリス３０を塗布した状態で、第３実施形態に係る絶縁体２０ｃの組立方法に類似した方法により、当該２枚の絶縁シート２１、２２の外周縁を全周に亘って接合して、本実施形態に係る絶縁体２０ｃが組み立てられる。

具体的には、一方の絶縁シート２１、２２の何れかの表面に放熱グリス３０を塗布し、当該放熱グリス３０が塗布された面を間に挟むように、２枚の絶縁シート２１、２２を重ね合わせ（図６（Ａ）参照）、次に、第１及び第３の接合部２４ａ、２４ｃで当該２枚の絶縁シート２１、２２の外周縁を全周に亘って接合すると共に、ボルト挿入孔２３の形成を予定している第２の接合部２４ｂを接合し（図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）参照）、各第２の接合部２４ｂにボルト挿入孔２３をそれぞれ形成し（図６（Ｄ）参照）、絶縁体２０ｄが組み立てられる。なお、当該各第２の接合部２４ｂは、第３実施形態と同様に、ボルト挿入孔２３の直径より若干大きく形成されている。また、放熱グリス３０を塗布する際は、各接合部２４ａ〜２４ｃをマスキングして放熱グリス３０の塗布を行う。

次に、当該絶縁体２０ｂを構成する第１の絶縁シート２１の上面及び冷却ジャケット４０の上面に放熱グリス３０を塗布した後に、当該組み立てられた絶縁体２０ｄを半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間に挟み込んだ状態で、半導体モジュール１０及び絶縁体２０ｄの各ボルト挿入孔１６、２３にボルト５０が挿入され、当該ボルト５０が冷却ジャケット４０の各ボルト固定孔４２に締結されて、半導体モジュール１０、絶縁体２０ｄ及び冷却ジャケット４０が固定されることにより、半導体装置１ｄが組み立てられる。

また、本実施形態に係る半導体装置では、半導体装置の絶縁体を構成する２枚の絶縁シートの少なくとも一部を接合することにより、半導体装置の組立時の当該２枚の絶縁シートの位置決めが不要となり、当該半導体装置の組立作業性が向上すると共に、当該位置決めにおいて発生する絶縁シートの皺も抑制することができ、熱抵抗を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、半導体モジュールと第１の絶縁シートとの間、２枚の絶縁シート同士の間、及び、第２の絶縁シートと冷却ジャケットとの間に、それぞれ放熱グリスが塗布されて広がっており、当該放熱グリスがこれら各表面に存在する微小な凹凸を埋めていることが出来るので、半導体モジュールから冷却ジャケットへの熱伝導性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る半導体装置では、２枚の絶縁シートの少なくとも一方の表面に放熱グリスを塗布すると共に、２枚の絶縁シートの外周縁を全周に亘って接合しているため、絶縁シートに塗布された放熱グリスが流れ出す事を防止することが出来る。

［第５実施形態］
図８は本発明の第５実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図である。なお、第５実施形態に係る半導体装置１ｅの半導体モジュール１０及び冷却ジャケット４０の構造は、上述の第１実施形態に係る半導体装置１のものと同一であるので、当該同一箇所については、同一の符号を付して説明は省略し、ここでは、第１実施形態に係る半導体装置１との相違点のみについて説明する。

本発明の第５実施形態に係る半導体装置１ｅの絶縁体２０ｅは、第１実施形態と同様に、２枚の絶縁シート２１、２２から構成されているが、図８に示すように、例えば熱溶着や接着等の手法により、接合部２４ａ、２４ｃで当該絶縁シート２１、２２の外周縁が全周に亘り接合されており、当該絶縁シート２１、２２の間に形成された内部空間に放熱グリス３０が塗布されていると共に、各絶縁シート２１、２２に、その内部空間から外部に連通する貫通孔２５が形成されており、当該半導体装置１ｅの組立時にこの貫通孔２５を介して、半導体モジュール１０と絶縁体２０ｅとの間、及び、絶縁体２０ｅと冷却ジャケット４０との間に放熱グリス３０が噴出されて塗布される点で第１実施形態に係る半導体装置１の絶縁体２０と相違する。

この本実施形態に係る半導体装置１ｄの組立では、先ず、２枚の絶縁シート２１、２２間に放熱グリス３０を塗布した状態で、第３実施形態に係る絶縁体２０ｃの組立方法に類似した方法により、当該２枚の絶縁シート２１、２２の外周縁を全周に亘って接合して、本実施形態に係る絶縁体２０ｅが組み立てられる。

具体的には、先ず、図８に示すように、各絶縁シート２１、２２の所定の位置に貫通孔２５をそれぞれ形成し、一方の絶縁シート２１、２２の何れかの表面に放熱グリス３０を塗布し、当該放熱グリス３０が塗布された面を間に挟むように、２枚の絶縁シート２１、２２を重ね合わせ（図６（Ａ）参照）、次に、第１及び第３の接合部２４ａ、２４ｃで当該２枚の絶縁シート２１、２２の外周縁を全周に亘って接合すると共に、ボルト挿入孔２３の形成を予定している第２の接合部２４ｂを接合し（図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）参照）、各第２の接合部２４ｂにボルト挿入孔２３をそれぞれ形成して（図６（Ｄ）参照）、絶縁体２０ｅが組み立てられる。

なお、本実施形態においては、第１の絶縁シート２１の貫通孔２５と、第２の絶縁シート２２の貫通孔２５とは、相互の間隔が、当該２枚の絶縁シート２１、２２が重ね合わせられた際に、絶縁体２０ｅにおける電気的絶縁特性を確保するのに必要な距離Ｌを空けるように形成されている。また、各第２の接合部２４ｂは、第３実施形態と同様に、ボルト挿入孔２３の直径より大きく形成されており、第４実施形態と同様に、放熱グリス３０を塗布する際は、各接合部２４ａ〜２４ｃをマスキングして放熱グリス３０の塗布が行われる。

次に、組み立てられた絶縁体２０ｅを半導体モジュール１０と冷却ジャケット４０との間に挟み込んだ状態で、半導体モジュール１０、絶縁体２０ｅの各ボルト挿入孔１６、２３にボルト５０が挿入され、当該ボルト５０が冷却ジャケット４０の各ボルト固定孔４２に締結されて、半導体モジュール１０、絶縁体２０ｅ及び冷却ジャケット４０が固定されることにより半導体装置１ｅが組み立てられる。

本実施形態に係る半導体装置１ｅでは、このボルト５０の締め付けの際に、絶縁シート２１、２２が加圧され、当該絶縁シート２１、２２の間に塗布された放熱グリス３０が各貫通孔２５から噴出し、当該噴出した放熱グリス３０が半導体モジュール１０と絶縁体２０ｅとの間、及び、絶縁体２０ｅと冷却ジャケット４０との間に広がり、当該放熱グリス３０が塗布される。

本実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、半導体モジュールと冷却ジャケットとの間に介装される絶縁体を、２枚の絶縁シートを積層して構成することにより、一方の絶縁シートに絶縁不良の原因となるピンホールやクラックなどの微小な孔が発生しても、他方の絶縁シートにより半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが出来るので、前記絶縁体を一枚の絶縁シートで構成した場合と比較して、半導体装置における絶縁不良の発生確率を全体として低下させることが出来、絶縁体にピンホールやクラックが発生しても半導体モジュールと冷却ジャケットとの間の絶縁性を確保することが可能となる。

さらに、本実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態に係る半導体装置と同様に、半導体モジュールと第１の絶縁シートとの間、２枚の絶縁シート同士の間、及び、第２の絶縁シートと冷却ジャケットとの間に、それぞれ放熱グリスが塗布されて広がっており、当該放熱グリスがこれら各表面に存在する微小な凹凸を埋めているので、半導体モジュールから冷却ジャケットへの熱伝導性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る半導体装置では、放熱グリスが間に塗布された２枚の絶縁シートの貫通孔を設け、当該半導体装置の組立時のボルトの締結力により、半導体モジュールと絶縁体との間、及び、絶縁体と冷却ジャケットとの間に、当該貫通孔から放熱グリスを噴出させて塗布させることが出来るので、半導体装置の組立時に、半導体モジュールと絶縁体との間、及び、絶縁体と冷却ジャケットとの間に放熱グリスを予め塗布する必要がなくなり、半導体装置の組立作業性が大幅に向上する。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上述の実施形態においては、２枚の絶縁シートを積層して絶縁体を構成するように説明したが、本発明では特にこれに限定されることなく、半導体モジュールから冷却ジャケットへの伝熱性に影響を与えない程度に、２枚以上の絶縁シートを積層して絶縁体を構成しても良い。因みに絶縁シートの積層枚数が多い程、絶縁不良の発生確率を低くすることが出来る。また、上述の実施形態においては、３相交流電力を制御する電力制御回路を例示して説明したが、本発明では特にこれに限定されることなく、単相の電力制御回路、２相の電力制御回路等を含む任意の電気回路に対して適用可能であり、回路構成には何ら限定されない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。図２は、図１のII-II線に沿った部分断面図である。図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図である。図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置に用いられる絶縁体の斜視図である。図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置に用いられる絶縁体の製造方法を示す斜視図である。図７は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図である。図８は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置を示す図であり、図２に対応する部分断面図である。

符号の説明

１…半導体装置
１０…半導体モジュール
１１…半導体チップ
１２…ボンディングワイヤ
１３ｃ…Ｐ極バスバー
１３ｅ…Ｎ極バスバー
１３ｅｃ…出力バスバー
１４…樹脂モールド
１５…導電性材料
１６…ボルト挿入孔
２０…絶縁体
２１…第１の絶縁シート
２２…第２の絶縁シート
２３…ボルト挿入孔
２４…接合部
２５…貫通孔
３０…放熱グリス
４０…冷却ジャケット
４１…冷媒
４２…ボルト固定孔
５０…ボルト

Claims

半導体チップが接続されたバスバーを樹脂モールドにより固定して形成された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手段と、
前記半導体モジュールと前記冷却手段との間に介装された絶縁体と、を少なくとも備えた半導体装置であって、
前記絶縁体は、積層された２以上の絶縁シートを有する半導体装置。
前記２以上の絶縁シートの少なくとも一部が相互に接合されている請求項１記載の半導体装置。
前記２以上の絶縁シートの少なくとも一部が相互に密着するように積層されている請求項２記載の半導体装置。
前記絶縁体と前記半導体モジュールとの間、前記２以上の絶縁シート同士の間、又は、前記絶縁体と前記冷却手段との間、の少なくとも一つの間に放熱グリスが塗布されている請求項１又は２記載の半導体装置。
前記２以上の絶縁シートの少なくとも外周縁が全周に亘って相互に接合されて、前記２以上の絶縁シートの間に内部空間が形成されており、
前記内部空間には放熱グリスが充填され、
前記内部空間と外部とを連通した貫通穴が、前記各絶縁シートに形成されている請求項４記載の半導体装置。