JP2005150420A - Cooling structure of semiconductor device - Google Patents

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直樹 平澤
Sadahisa Onimaru
貞久 鬼丸
Hirohito Matsui
啓仁 松井
Naohiko Hirano
尚彦 平野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set the contact pressure of a cooler which can surely obtain proper heat sink characteristics in the cooling structure of a semiconductor device, in which both the surfaces of a dual side heat sink type semiconductor module are brought into contact with the cooler to be cooled. <P>SOLUTION: In the cooling structure S1 of the semiconductor device, semiconductor device 100 having a semiconductor chip 10 and a pair of heatsinks 20, 30 for heat dissipating from both the surfaces of this semiconductor chip 10, is brought into contact with the cooler 200 on the outer surfaces of the heat sinks 20, 30 via an insulating plate 210. The relation for the contact pressure of 100≥P≥0.2 exp (0.02H) is satisfied, where P (unit: MPa) is the contact pressure of the cooler 200 with the semiconductor device 100, and H (unit; μm) is the parallelism of the outer surfaces of the pair of the heatsinks 20, 30. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、両面放熱型半導体モジュールの両面を冷却器と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造に関する。   The present invention relates to a cooling structure for a semiconductor device that cools both sides of a double-sided heat radiation type semiconductor module by contacting both sides with a cooler.

この種の両面放熱型半導体モジュールは、一般に、発熱素子と、この発熱素子を挟み込むように発熱素子の両面に設けられた一対の放熱板とを備える半導体装置として構成されている。   This type of double-sided heat dissipation type semiconductor module is generally configured as a semiconductor device that includes a heat generating element and a pair of heat dissipation plates provided on both surfaces of the heat generating element so as to sandwich the heat generating element.

そして、この半導体装置の冷却構造は、この両面放熱型半導体モジュールにおける各々の放熱板の外面に絶縁材を介して冷却器を接触させた構成とすることにより、両放熱板からの放熱特性を高めている（たとえば、特許文献１参照）。   And the cooling structure of this semiconductor device improves the heat dissipation characteristics from both heat sinks by adopting a configuration in which a cooler is in contact with the outer surface of each heat sink in this double-sided heat dissipation type semiconductor module via an insulating material. (For example, refer to Patent Document 1).

ここにおいて、半導体装置を隔てて対向する冷却器の両外側には、挟圧部材が設けられており、この挟圧部材同士を近づけるように荷重を加えるようにしている。それにより、冷却器によって半導体装置を挟み付けるように荷重を印加して冷却器と放熱板との接触圧を確保するようにしている。
特開２００１−３０８２４５号公報 Here, pinching members are provided on both outer sides of the coolers that face each other across the semiconductor device, and a load is applied so that the pinching members come close to each other. Thereby, a load is applied so that the semiconductor device is sandwiched by the cooler to ensure the contact pressure between the cooler and the heat sink.
JP 2001-308245 A

しかしながら、従来においては、半導体装置すなわち放熱板への冷却器の接触圧について、具体的な数値が明記されたものはなく、上記モジュールにおける一対の放熱板の外面同士の平行度などによっては、当該接触圧が不足し、十分な放熱特性（冷却性能）が得られない可能性がある。   However, conventionally, there is no specific numerical value for the contact pressure of the cooler to the semiconductor device, that is, the heat sink, and depending on the parallelism between the outer surfaces of the pair of heat sinks in the module, There is a possibility that the contact pressure is insufficient and sufficient heat dissipation characteristics (cooling performance) cannot be obtained.

本発明は上記問題に鑑み、両面放熱型半導体モジュールの両面を冷却器と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造において、良好な放熱特性を確実に得られるような冷却器の接触圧を設定することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention sets a contact pressure of a cooler that reliably obtains good heat dissipation characteristics in a cooling structure of a semiconductor device that cools both sides of a double-sided heat radiation type semiconductor module in contact with a cooler. For the purpose.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発熱素子（１０）と、この発熱素子（１０）の両面から放熱するための一対の放熱板（２０、３０）とを備える半導体装置（１００）が、各々の放熱板（２０、３０）の外面にて絶縁材（２１０）を介して冷却器（２００）と接触している半導体装置の冷却構造において、半導体装置（１００）への冷却器（２００）の接触圧をＰ（単位：ＭＰａ）、一対の放熱板（２０、３０）の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、１００≧Ｐ≧０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）、という接触圧の関係が満足されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a semiconductor device comprising a heat generating element (10) and a pair of heat radiating plates (20, 30) for radiating heat from both sides of the heat generating element (10). In the cooling structure of the semiconductor device in which the (100) is in contact with the cooler (200) via the insulating material (210) on the outer surface of each heat sink (20, 30), When the contact pressure of the cooler (200) is P (unit: MPa) and the parallelism between the outer surfaces of the pair of radiator plates (20, 30) is H (unit: μm), 100 ≧ P ≧ 0.2exp ( 0.02H), and the contact pressure relationship is satisfied.

本発明は、実験的に見出されたものであり、上記接触圧Ｐを０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）ＭＰａ以上に設定すれば、実用上、十分な放熱特性を得ることができる。ここで、上記接触圧Ｐが１００ＭＰａを超えると、接触圧Ｐが大きすぎて発熱素子の破壊などの不具合が生じやすくなるので、接触圧Ｐは１００ＭＰａ以下とする。   The present invention has been found experimentally, and if the contact pressure P is set to 0.2 exp (0.02H) MPa or more, practically sufficient heat dissipation characteristics can be obtained. Here, if the contact pressure P exceeds 100 MPa, the contact pressure P is too large and problems such as destruction of the heat generating element are likely to occur. Therefore, the contact pressure P is set to 100 MPa or less.

つまり、本発明によれば、両面放熱型半導体モジュール（１００）の両面を絶縁材（２１０）を介して冷却器（２００）と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造において、良好な放熱特性を確実に得られるような冷却器（２００）の接触圧を設定することができる。   That is, according to the present invention, in the cooling structure of the semiconductor device that cools the double-sided heat radiation type semiconductor module (100) by bringing both surfaces of the double-sided heat radiation type semiconductor module (100) into contact with the cooler (200) via the insulating material (210), good heat dissipation characteristics are obtained. The contact pressure of the cooler (200) that can be reliably obtained can be set.

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の冷却構造において、半導体装置（１００）を隔てて対向する冷却器（２００）の両外側には、冷却器（２００）によって半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重を印加して上記接触圧の関係を満足させるための挟圧部材（３００）が設けられており、挟圧部材（３００）は、弾性体（３１０）を介した締結力の作用により荷重の印加を行うものであることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the cooling structure for a semiconductor device according to the first aspect, the cooler (200) is provided on both outer sides of the cooler (200) facing the semiconductor device (100). A clamping member (300) for applying a load so as to sandwich the semiconductor device (100) to satisfy the contact pressure relationship is provided, and the clamping member (300) is an elastic body (310). ), The load is applied by the action of the fastening force.

それによれば、挟圧部材（３００）によって、冷却器（２００）により半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重を印加することができるため、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができる。   According to this, since the load can be applied so that the semiconductor device (100) is clamped by the cooler (200) by the clamping member (300), the above contact pressure relationship can be satisfied appropriately. it can.

さらに、挟圧部材（３００）は弾性体（３１０）を用いていることから、この弾性体（３１０）の弾性係数および縮み量から、当該荷重を求めることができるため、当該荷重の調整を容易に行うことができる。   Furthermore, since the pinching member (300) uses the elastic body (310), the load can be obtained from the elastic coefficient and the amount of contraction of the elastic body (310), so that the adjustment of the load is easy. Can be done.

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の冷却構造において、半導体装置（１００）を隔てて対向する冷却器（２００）同士において互いに対向する面の両方には、それぞれ穴（２００ｂ）が形成されており、互いに対向する穴（２００ｂ）には、ピン部材（２３０）の両端のそれぞれがしまりばめとなるように圧入されており、ピン部材（２３０）と穴（２００ｂ）とのしまりばめによって、半導体装置（１００）を隔てて対向する冷却器（２００）が半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重が印加され、上記接触圧の関係が満足されていることを特徴としている。   Further, in the invention according to claim 3, in the cooling structure of the semiconductor device according to claim 1, both surfaces facing each other in the coolers (200) facing each other across the semiconductor device (100) are Holes (200b) are respectively formed, and the holes (200b) facing each other are press-fitted so that both ends of the pin member (230) are fit, and the pin member (230) and the hole are With the interference fit with (200b), a load is applied so that the cooler (200) facing the semiconductor device (100) across the semiconductor device (100) sandwiches the semiconductor device (100), and the above contact pressure relationship is satisfied. It is characterized by being.

それによれば、請求項２に記載されているような挟圧部材を用いなくとも、ピン部材（２３０）と穴（２００ｂ）とのしまりばめによって、冷却器（２００）により半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重を印加することができるため、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができる。   According to this, the semiconductor device (100) is provided by the cooler (200) by the interference fit between the pin member (230) and the hole (200b) without using the pinching member as described in claim 2. Since the load can be applied so as to sandwich the contact pressure, the above contact pressure relationship can be appropriately satisfied.

また、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の冷却構造において、半導体装置（１００）を隔てて対向する冷却器（２００）同士において互いに対向する面の一方には、穴（２００ｂ）が形成され、他方には、突起（２００ｃ）が形成されており、穴（２００ｂ）には、突起（２００ｃ）の先端部がしまりばめとなるように圧入されており、突起（２００ｃ）と穴（２００ｂ）とのしまりばめによって、半導体装置（１００）を隔てて対向する冷却器（２００）が半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重が印加され、上記接触圧の関係が満足されていることを特徴としている。   Moreover, in invention of Claim 4, in the cooling structure of the semiconductor device of Claim 1, in one of the surfaces which mutually oppose in the coolers (200) which oppose across the semiconductor device (100), A hole (200b) is formed on the other side, and a projection (200c) is formed on the other side. The hole (200b) is press-fitted so that the tip of the projection (200c) is an interference fit. A load is applied so that the cooler (200) facing the semiconductor device (100) across the semiconductor device (100) by the interference fit between the (200c) and the hole (200b), and the contact pressure It is characterized by being satisfied with the relationship.

それによれば、請求項２に記載されているような挟圧部材を用いなくとも、突起（２００ｃ）と穴（２００ｂ）とのしまりばめによって、冷却器（２００）により半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重を印加することができるため、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができる。   According to this, the semiconductor device (100) can be mounted by the cooler (200) by the interference fit between the protrusion (200c) and the hole (200b) without using a pinching member as described in claim 2. Since a load can be applied so as to be sandwiched, the above contact pressure relationship can be appropriately satisfied.

また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４に記載の半導体装置の冷却構造において、半導体装置（１００）は、当該装置のほぼ全体が樹脂（６０）でモールドされてなるものであることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device cooling structure according to the first to fourth aspects, the semiconductor device (100) is formed by molding substantially the entire device with a resin (60). It is characterized by being.

請求項１〜請求項４に記載の半導体装置（１００）としては、このような樹脂モールドパッケージタイプのものにすることができる。   The semiconductor device (100) according to claims 1 to 4 can be of the resin mold package type.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ１の全体構成を示す概略平面図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view showing an overall configuration of a cooling structure S1 of a semiconductor device that cools a semiconductor device 100 as a double-sided heat dissipation type semiconductor module according to the first embodiment of the present invention by bringing both surfaces into contact with a cooler 200. is there.

まず、本冷却構造Ｓ１における半導体装置１００について説明する。   First, the semiconductor device 100 in the cooling structure S1 will be described.

図１に示されるように、本実施形態の半導体装置１００は、発熱素子としての半導体チップ１０と、放熱板としての下側ヒートシンク（第１の金属体）２０および上側ヒートシンク（第２の金属体）３０と、放熱ブロックとしてのヒートシンクブロック４０と、これらの間に介在する接合材５０と、これらをモールドする樹脂６０とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, a semiconductor device 100 according to this embodiment includes a semiconductor chip 10 as a heating element, a lower heat sink (first metal body) 20 and an upper heat sink (second metal body) as heat sinks. ) 30, a heat sink block 40 as a heat dissipation block, a bonding material 50 interposed therebetween, and a resin 60 for molding them.

この構成の場合、半導体チップ１０の下面と下側ヒートシンク２０の上面との間は、たとえば、はんだ等からなる接合材５０によって接合されている。そして、半導体チップ１０の上面とヒートシンクブロック４０の下面との間も、接合材５０によって接合されている。   In the case of this configuration, the lower surface of the semiconductor chip 10 and the upper surface of the lower heat sink 20 are bonded by, for example, a bonding material 50 made of solder or the like. The upper surface of the semiconductor chip 10 and the lower surface of the heat sink block 40 are also bonded by the bonding material 50.

さらに、ヒートシンクブロック４０の上面と上側ヒートシンク３０の下面との間も、接合材５０によって接合されている。なお、接合材５０としては、はんだ以外にも、たとえば導電性接着剤等であってもよい。   Further, the upper surface of the heat sink block 40 and the lower surface of the upper heat sink 30 are also bonded by the bonding material 50. In addition to the solder, the bonding material 50 may be, for example, a conductive adhesive.

これにより、上記構成においては、半導体チップ１０の上面では、接合材５０、ヒートシンクブロック４０、接合材５０および上側ヒートシンク３０を介して放熱が行われ、半導体チップ１０の下面では、接合材５０から下側ヒートシンク２０を介して放熱が行われる構成となっている。   Thus, in the above configuration, heat is radiated on the upper surface of the semiconductor chip 10 via the bonding material 50, the heat sink block 40, the bonding material 50 and the upper heat sink 30, and on the lower surface of the semiconductor chip 10 from the bonding material 50. Heat is dissipated through the side heat sink 20.

なお、発熱素子１０としては、特に限定されるものではないが、本実施形態において発熱素子として用いられている上記半導体チップ１０は、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成されている。この場合、半導体チップ１０のデバイス構造を、トレンチゲートタイプとすることが好ましい。もちろん、他のタイプのデバイス構造を用いるように構成しても良い。   The heating element 10 is not particularly limited, but the semiconductor chip 10 used as the heating element in this embodiment is a power semiconductor element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a thyristor. It is composed of In this case, the device structure of the semiconductor chip 10 is preferably a trench gate type. Of course, other types of device structures may be used.

上記半導体チップ１０の形状は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる。また、下側ヒートシンク２０、上側ヒートシンク３０およびヒートシンクブロック４０は、電極および放熱体の機能を兼ねたものであり、たとえば銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されている。また、ヒートシンクブロック４０としては、一般的な鉄合金を用いてもよい。   The shape of the semiconductor chip 10 can be, for example, a rectangular thin plate. The lower heat sink 20, the upper heat sink 30, and the heat sink block 40 also function as electrodes and a radiator, and are made of a metal having good thermal conductivity and electrical conductivity, such as a copper alloy or an aluminum alloy. ing. Further, as the heat sink block 40, a general iron alloy may be used.

この構成の場合、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、半導体チップ１０の図示しない各主電極（たとえば、コレクタ電極やエミッタ電極等）に接合材５０を介して電気的にも接続されている。   In the case of this configuration, the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30 are also electrically connected to each main electrode (not shown) (for example, a collector electrode or an emitter electrode) of the semiconductor chip 10 via the bonding material 50.

また、下側ヒートシンク２０は、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材とすることができる。また、この下側ヒートシンク２０には、端子部２１が突設されている。   Further, the lower heat sink 20 can be a substantially rectangular plate as a whole, for example. The lower heat sink 20 has a terminal portion 21 protruding therefrom.

また、ヒートシンクブロック４０は、たとえば、半導体チップ１０よりも１回り小さい程度の大きさの矩形状の板材とすることができる。   The heat sink block 40 may be a rectangular plate having a size that is slightly smaller than the semiconductor chip 10, for example.

さらに、上側ヒートシンク３０も、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材で構成されている。そして、この上側ヒートシンク３０にも、端子部３１が突設されている。   Furthermore, the upper heat sink 30 is also composed of, for example, a substantially rectangular plate material as a whole. The upper heat sink 30 also has a terminal portion 31 protruding therefrom.

ここで、下側ヒートシンク２０の端子部２１および上側ヒートシンク３０の端子部３１は、半導体チップ１０の上記コレクタ電極やエミッタ電極と電気的に接続されている。そして、それぞれの端子部２１、３１は、たとえばブスバーや回路基板等の外部配線部材との接続を行うために設けられているものである。   Here, the terminal portion 21 of the lower heat sink 20 and the terminal portion 31 of the upper heat sink 30 are electrically connected to the collector electrode and emitter electrode of the semiconductor chip 10. And each terminal part 21 and 31 is provided in order to connect with external wiring members, such as a bus bar and a circuit board, for example.

さらに、図１に示されるように、一対のヒートシンク２０、３０の隙間、並びに、半導体チップ１０およびヒートシンクブロック４０の周囲部分には、樹脂６０が充填封止されている。   Further, as shown in FIG. 1, a resin 60 is filled and sealed in the gap between the pair of heat sinks 20 and 30 and the peripheral portions of the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40.

この樹脂６０はたとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、ヒートシンク２０、３０等を樹脂６０でモールドするにあたっては、上下型からなる成形型（図示しない）を使用し、トランスファーモールド法によって容易に行うことができる。   For this resin 60, a normal molding material such as an epoxy resin can be employed. In addition, when the heat sinks 20, 30 and the like are molded with the resin 60, a mold (not shown) composed of upper and lower molds is used and can be easily performed by a transfer molding method.

また、図１に示されるように、樹脂６０内において、第１の半導体素子１０の周囲には、リードフレーム等からなる端子部（制御用端子）７０が設けられている。   As shown in FIG. 1, a terminal portion (control terminal) 70 made of a lead frame or the like is provided around the first semiconductor element 10 in the resin 60.

そして、この端子部７０と半導体チップ１０の図示しないゲート電極等とがワイヤ８０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ８０は、ワイヤボンディング等により形成され、金やアルミ等からなるものである。   The terminal portion 70 and a gate electrode (not shown) of the semiconductor chip 10 are connected by a wire 80 and are electrically connected. The wire 80 is formed by wire bonding or the like and is made of gold, aluminum, or the like.

次に、上記した構成の半導体装置１００の製造方法について、図１を参照して、簡単に説明する。ここでは、接合材５０として、はんだを用いた例を述べる。まず、下側ヒートシンク２０の上面に、半導体チップ１０とヒートシンクブロック４０をはんだ付けする工程を実行する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 configured as described above will be briefly described with reference to FIG. Here, an example in which solder is used as the bonding material 50 will be described. First, a process of soldering the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40 to the upper surface of the lower heat sink 20 is executed.

この場合、下側ヒートシンク２０の上面に、たとえば、はんだ箔を介して半導体チップ１０を積層するとともに、この半導体チップ１０の上にはんだ箔を介してヒートシンクブロック４０を積層する。この後、加熱装置（リフロー装置）によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。   In this case, for example, the semiconductor chip 10 is stacked on the upper surface of the lower heat sink 20 via a solder foil, and the heat sink block 40 is stacked on the semiconductor chip 10 via the solder foil. Thereafter, the solder foil is melted by a heating device (reflow device) and then cured.

続いて、半導体チップ１０の制御電極（例えばゲート電極等）と端子部７０とをワイヤボンディングする工程を実行する。これにより、上記ワイヤ８０が形成され、このワイヤ８０によって、半導体チップ１０の制御電極と端子部７０とが結線され、電気的に接続される。   Subsequently, a process of wire bonding the control electrode (for example, gate electrode) of the semiconductor chip 10 and the terminal portion 70 is performed. As a result, the wire 80 is formed, and the control electrode of the semiconductor chip 10 and the terminal portion 70 are connected and electrically connected by the wire 80.

次いで、ヒートシンクブロック４０の上に上側ヒートシンク３０をはんだ付けする工程を実行する。この場合、ヒートシンクブロック４０の上にはんだ箔を介して上側ヒートシンク３０を載せる。そして、加熱装置によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。   Next, a process of soldering the upper heat sink 30 on the heat sink block 40 is performed. In this case, the upper heat sink 30 is placed on the heat sink block 40 via a solder foil. Then, the solder foil is melted by a heating device and then cured.

こうして溶融したはんだ箔が硬化すれば、硬化したはんだが接合材５０として構成されることになる。そして、この接合材５０を介して、下側ヒートシンク２０、半導体チップ１０、ヒートシンクブロック４０、上側ヒートシンク３０間の接合および電気的・熱的接続が完了する。   When the molten solder foil is cured in this way, the cured solder is configured as the bonding material 50. The bonding and electrical / thermal connection among the lower heat sink 20, the semiconductor chip 10, the heat sink block 40, and the upper heat sink 30 are completed via the bonding material 50.

しかる後、図示しない成形型を使用して、ヒートシンク２０、３０の隙間及び外周部に樹脂６０を充填する工程（モールド工程）を実行する。これにより、図１に示されるように、ヒートシンク２０、３０の隙間及び外周部等に、樹脂６０が充填され、装置１００のほぼ全体が樹脂６０によって封止される。   Thereafter, using a molding die (not shown), a step (molding step) of filling the gap 60 and the outer peripheral portion of the heat sinks 20 and 30 with the resin 60 is performed. As a result, as shown in FIG. 1, the gap between the heat sinks 20 and 30, the outer peripheral portion, and the like are filled with the resin 60, and almost the entire apparatus 100 is sealed with the resin 60.

そして、樹脂６０が硬化した後、成形型内から半導体装置１００を取り出せば、半導体装置１００が完成する。   Then, after the resin 60 is cured, the semiconductor device 100 is completed by removing the semiconductor device 100 from the mold.

なお、半導体装置１００においては、上記構成の場合、下側ヒートシンク２０の下面及び上側ヒートシンク３０の上面が、それぞれ放熱面として露出するように樹脂モールドされている。これにより、ヒートシンク２０、３０の放熱性が高められている。   In the semiconductor device 100, in the case of the above configuration, the lower surface of the lower heat sink 20 and the upper surface of the upper heat sink 30 are resin-molded so as to be exposed as heat dissipation surfaces. Thereby, the heat dissipation of the heat sinks 20 and 30 is improved.

このような半導体装置１００の両放熱面、すなわち、樹脂６０から露出する下側ヒートシンク２０の下面及び上側ヒートシンク３０の上面には、それぞれ、絶縁材としての絶縁板２１０を介して、冷却器２００が接触している。それにより、本実施形態の冷却構造Ｓ１が構成されている。   On both heat radiation surfaces of the semiconductor device 100, that is, the lower surface of the lower heat sink 20 and the upper surface of the upper heat sink 30 exposed from the resin 60, the cooler 200 is interposed via an insulating plate 210 as an insulating material. In contact. Thereby, cooling structure S1 of this embodiment is comprised.

ここで、絶縁板２１０は、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミック等からなる電気絶縁性を有する板である。また、冷却器２００は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）等からなり、内部を冷却水が流れる水冷式やフィンを有する空冷式等のものである。 Here, the insulating plate 210 is an electrically insulating plate made of ceramic such as aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). The cooler 200 is made of, for example, aluminum (Al) or the like, and is a water-cooled type in which cooling water flows or an air-cooled type having fins.

本例では、冷却器２００は、内部に冷却水が流れる冷却水流路２００ａが設けられており、ヒートシンク２０、３０からの熱は、この冷却水流路２００ａ内の冷却水にて冷却され、熱交換が行われるようになっている。   In this example, the cooler 200 is provided with a cooling water flow path 200a through which cooling water flows, and heat from the heat sinks 20 and 30 is cooled by the cooling water in the cooling water flow path 200a to exchange heat. Is to be done.

また、図１に示されるように、冷却器２００と絶縁板２１０との間、および絶縁板２１０と各ヒートシンク２０、３０との間には、必要に応じて、電気絶縁性および伝熱性を有するグリスやゲル等の伝熱材２２０が介在設定されている。   Further, as shown in FIG. 1, between the cooler 200 and the insulating plate 210 and between the insulating plate 210 and each heat sink 20, 30 have electric insulation and heat transfer as required. A heat transfer material 220 such as grease or gel is interposed.

このように、図１に示される本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ１においては、下側から、冷却器２００、絶縁材２１０、半導体装置１００、絶縁材２１０、冷却器２００という積層構成を有する冷却構造となっている。   As described above, the semiconductor device cooling structure S1 of the present embodiment shown in FIG. 1 has a stacked configuration of the cooler 200, the insulating material 210, the semiconductor device 100, the insulating material 210, and the cooler 200 from the lower side. It has a cooling structure.

そして、この冷却構造Ｓ１においては、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００の両外側には、挟圧部材３００が設けられている。この挟圧部材３００は、冷却器２００によって半導体装置１００を挟み付けるように荷重を印加することで、冷却器２００と半導体装置１００とを一体に保持するためのものである。   And in this cooling structure S1, the pinching member 300 is provided in the both outer sides of the cooler 200 which opposes across the semiconductor device 100. The pinching member 300 is for holding the cooler 200 and the semiconductor device 100 together by applying a load so as to sandwich the semiconductor device 100 by the cooler 200.

この冷却器２００によって半導体装置１００を挟み付けるように印加される荷重は、図１中の白抜き矢印で示される荷重Ｆとして表される。つまり、荷重Ｆは冷却構造Ｓ１の積層方向に印加されるものである。   A load applied so as to sandwich the semiconductor device 100 by the cooler 200 is represented as a load F indicated by a white arrow in FIG. That is, the load F is applied in the stacking direction of the cooling structure S1.

ここで、本実施形態の挟圧部材３００は、弾性体３１０を介した締結力の作用により前記荷重Ｆの印加を行うものである。   Here, the pinching member 300 of the present embodiment applies the load F by the action of the fastening force via the elastic body 310.

具体的には、挟圧部材３００は、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００の両外側の一方から荷重を印加する固定部３２０と、他方から荷重を印加する可動部３３０とを有し、これら固定部３２０と可動部３３０とにより、上下の冷却器２００を挟み付けるようにしている。   Specifically, the pinching member 300 includes a fixed portion 320 that applies a load from one of the outer sides of the cooler 200 facing each other across the semiconductor device 100 and a movable portion 330 that applies a load from the other. The upper and lower coolers 200 are sandwiched between the fixed portion 320 and the movable portion 330.

図１に示されるように、挟圧部材３００において、固定部３２０には雄ネジ（送りネジ）を持つボルト３４０が連結されている。   As shown in FIG. 1, in the pinching member 300, a bolt 340 having a male screw (feed screw) is connected to the fixing portion 320.

このボルト３４０は、可動部３３０に設けられた貫通穴に通されて、弾性体３１０を介してナット３５０で締結されている。ここで、弾性体３１０として、図示例ではコイルバネが示されているが、その他にも、ゴムチューブ、Ｏリング、バネワッシャ等が採用できる。   The bolt 340 is passed through a through hole provided in the movable portion 330 and fastened with a nut 350 via an elastic body 310. Here, although the coil spring is shown in the illustrated example as the elastic body 310, a rubber tube, an O-ring, a spring washer, or the like can also be employed.

また、実際には、冷却器２００および固定部３２０、可動部３３０は、図１中の紙面垂直方向に延びる板材であり、当該紙面垂直方向に沿って半導体装置１００は、複数個配列されたものとなっている。   In practice, the cooler 200, the fixed portion 320, and the movable portion 330 are plate members extending in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1, and a plurality of semiconductor devices 100 are arranged along the direction perpendicular to the paper surface. It has become.

そして、この冷却構造Ｓ１においては、挟圧部材３００のナット３５０によるネジ締めを行っていくと、弾性体３１０の弾性力を介した締結力の作用により、固定部３２０に対して可動部３３０が近づいていく。   In this cooling structure S 1, when screwing with the nut 350 of the clamping member 300 is performed, the movable portion 330 is moved relative to the fixed portion 320 by the action of the fastening force via the elastic force of the elastic body 310. Approaching.

つまり、挟圧部材３００は、弾性体３１０を介した締結力の作用により、冷却器２００によって半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを行うものとなる。それにより、冷却器２００と半導体装置１００とが一体に保持されるようになっている。   That is, the clamping member 300 performs the load F so that the semiconductor device 100 is clamped by the cooler 200 by the action of the fastening force via the elastic body 310. Thereby, the cooler 200 and the semiconductor device 100 are integrally held.

この冷却構造Ｓ１は、次のようにして組み付けられる。まず、冷却器２００、絶縁板２１０、半導体装置１００、絶縁板２１０、冷却器２００というように積層するとともに、絶縁板２１０の両面に伝熱材２２０を介在させた状態となるように組み付ける。   The cooling structure S1 is assembled as follows. First, the cooler 200, the insulating plate 210, the semiconductor device 100, the insulating plate 210, and the cooler 200 are stacked and assembled so that the heat transfer material 220 is interposed on both surfaces of the insulating plate 210.

その後、挟圧部材３００を用いて、上下の冷却器２００によって半導体装置１００が挟み込まれるように締め付け固定する。このとき、弾性体３１０およびナット３５０が荷重調整機構となって、荷重Ｆの調整が行われる。   Thereafter, the clamping device 300 is used to clamp and fix the semiconductor device 100 by the upper and lower coolers 200. At this time, the elastic body 310 and the nut 350 serve as a load adjusting mechanism, and the load F is adjusted.

こうして、本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ１が形成される。なお、半導体装置１００は、各端子部２１、３１、７０を介して、ブスバーや回路基板に接続される。   Thus, the cooling structure S1 for the semiconductor device of this embodiment is formed. The semiconductor device 100 is connected to a bus bar and a circuit board via the terminal portions 21, 31 and 70.

そして、半導体チップ１０からの熱は、両面のヒートシンク２０、３０、絶縁板２１０、伝熱材２２０を介して冷却器２００へ放熱される。そして、冷却器２００によりヒートシンク２０、３０は冷却されることで、放熱特性を高めている。   The heat from the semiconductor chip 10 is radiated to the cooler 200 through the heat sinks 20 and 30 on both sides, the insulating plate 210, and the heat transfer material 220. And the heat sink 20 and 30 are cooled with the cooler 200, and the thermal radiation characteristic is improved.

ここにおいて、本冷却構造Ｓ１では、実用上、十分な放熱特性を得るために、本実施形態独自の構成として、半導体装置１００への冷却器２００の接触圧をＰ（単位：ＭＰａ）、一対のヒートシンク（一対の放熱板）２０、３０の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、次の数式１に示されるような接触圧Ｐの関係が満足されている。   Here, in this cooling structure S1, in order to obtain practically sufficient heat dissipation characteristics, the contact pressure of the cooler 200 to the semiconductor device 100 is set to P (unit: MPa) as a configuration unique to this embodiment, and a pair of When the parallelism between the outer surfaces of the heat sinks (a pair of heat sinks) 20 and 30 is H (unit: μm), the relationship of the contact pressure P as shown in the following formula 1 is satisfied.

（数１）
１００≧Ｐ≧０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）
ここで、一対のヒートシンク２０、３０の外面同士の平行度Ｈは、下側ヒートシンク２０の下面と上側ヒートシンク３０の上面との平行度Ｈである。つまり、本実施形態では、この平行度Ｈを用いて、上記接触圧Ｐの範囲を０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下としている。 (Equation 1)
100 ≧ P ≧ 0.2exp (0.02H)
Here, the parallelism H between the outer surfaces of the pair of heat sinks 20 and 30 is the parallelism H between the lower surface of the lower heat sink 20 and the upper surface of the upper heat sink 30. That is, in this embodiment, the parallel pressure H is used to set the range of the contact pressure P to 0.2 exp (0.02H) MPa or more and 100 MPa or less.

このような接触圧Ｐ（単位：ＭＰａ）の関係を満足するために、本実施形態では、次のような荷重Ｆの調整方法を採用する。   In order to satisfy such a relationship of the contact pressure P (unit: MPa), the following method for adjusting the load F is employed in the present embodiment.

冷却器２００における半導体装置１００の１個あたりの接触面積をＡ（単位：ｍ2）、半導体装置１００の個数をｎ個としたとき、必要な荷重Ｆ（単位：Ｎ）は、次の数式２に示されるような範囲で規定される。 When the contact area per one semiconductor device 100 in the cooler 200 is A (unit: m 2 ) and the number of the semiconductor devices 100 is n, the necessary load F (unit: N) is expressed by the following formula 2. It is specified in the range as shown in

（数２）
Ｆ≧１０6・Ｐ・Ａ・ｎ
また、本実施形態では、挟圧部材３００は弾性体３１０を用いていることから、この弾性体３１０の弾性係数および縮み量から、荷重Ｆは容易に求めることができる。弾性体３１０の弾性係数をｋ（単位：Ｎ／ｍ）、弾性体３１０の自然長をｘ０（単位：ｍ）、荷重調整時の可動部３３０とナット３５０との隙間をｘ（単位：ｍ、図１参照）、弾性体３１の個数をｍ個とする。 (Equation 2)
F ≧ 10 6・ P ・ A ・ n
In this embodiment, since the pinching member 300 uses the elastic body 310, the load F can be easily obtained from the elastic coefficient and the amount of contraction of the elastic body 310. The elastic coefficient of the elastic body 310 is k (unit: N / m), the natural length of the elastic body 310 is x0 (unit: m), and the gap between the movable part 330 and the nut 350 during load adjustment is x (unit: m, 1), the number of elastic bodies 31 is m.

このとき、弾性体３１０の縮み量は（ｘ０−ｘ）にて表され、荷重Ｆ（単位：Ｎ）は、次の数式３に示される関係で表される。   At this time, the amount of contraction of the elastic body 310 is represented by (x0−x), and the load F (unit: N) is represented by the relationship represented by the following Expression 3.

（数３）
Ｆ＝ｋ（ｘ０−ｘ）ｍ
つまり、本実施形態では、上記数式１に示される範囲から狙いの接触圧Ｐを決め、この決められた接触圧Ｐから上記数式２によって必要な荷重Ｆを決め、この決められた荷重Ｆから上記数式３によって、必要な隙間ｘを決める。 (Equation 3)
F = k (x0−x) m
That is, in the present embodiment, the target contact pressure P is determined from the range shown in the formula 1, the required load F is determined from the determined contact pressure P by the formula 2, and the determined load F is used to determine the above-described load F. The required gap x is determined by Equation 3.

そして、挟圧部材３００を用いた荷重調整時において、この決められた隙間ｘとなるように、ナット３５０による締め付けを行うことにより、結果、狙いの接触圧Ｐを得ることができる。これが、本実施形態における上記接触圧Ｐの関係を満足するための荷重Ｆの調整方法である。   Then, at the time of load adjustment using the pinching member 300, the target contact pressure P can be obtained as a result by tightening with the nut 350 so that the determined gap x is obtained. This is a method for adjusting the load F to satisfy the relationship of the contact pressure P in the present embodiment.

このような接触圧の関係を採用することで十分なレベルの放熱特性を得ることのできる効果については、本発明者が実験検討した結果に基づいて確認されたものである。この検討結果の一例について、次に述べておく。   The effect of obtaining a sufficient level of heat dissipation characteristics by adopting such a relationship of contact pressure has been confirmed based on the results of experiments conducted by the inventor. An example of the examination results will be described next.

図１に示される冷却構造Ｓ１において、一対のヒートシンク（一対の放熱板）２０、３０の外面同士の平行度Ｈ（単位：μｍ）を変えた場合における、半導体装置１００への冷却器２００の接触圧Ｐ（単位：ＭＰａ）と放熱特性である熱抵抗（単位：Ｋ／Ｗ）との関係を調査した。   In the cooling structure S1 shown in FIG. 1, the contact of the cooler 200 to the semiconductor device 100 when the parallelism H (unit: μm) between the outer surfaces of the pair of heat sinks (a pair of heat sinks) 20 and 30 is changed. The relationship between the pressure P (unit: MPa) and the thermal resistance (unit: K / W), which is a heat dissipation characteristic, was investigated.

ここで、平行度Ｈは、２７７μｍ、１９７μｍ、９５μｍ、３４μｍと変えた。また、発熱素子である半導体チップ１０は駆動により発熱するが、ここでは、その発熱量は６５Ｗとした。   Here, the parallelism H was changed to 277 μm, 197 μm, 95 μm, and 34 μm. In addition, the semiconductor chip 10 which is a heat generating element generates heat by driving, and here, the heat generation amount is set to 65W.

絶縁板２１０としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる厚さ１ｍｍの板材を用い、伝熱材２２０はグリスを用いその厚さは１００μｍとした。また、冷却器２００の冷却水流路２００ａを流れる冷却水の流量は、６リットル／ｍｉｎ、当該冷却水の水温は４０℃とした。   As the insulating plate 210, a 1 mm-thick plate material made of aluminum nitride (AlN) was used, and the heat transfer material 220 was made of grease and its thickness was 100 μm. The flow rate of the cooling water flowing through the cooling water flow path 200a of the cooler 200 was 6 liters / min, and the cooling water temperature was 40 ° C.

また、熱抵抗は、半導体チップ１０からそれぞれのヒートシンク２０、３０、絶縁板２１０を通って、冷却器２００の冷却水流路２００ａに至るまでの放熱経路における熱抵抗である。   The thermal resistance is a thermal resistance in a heat radiation path from the semiconductor chip 10 through the heat sinks 20 and 30 and the insulating plate 210 to the cooling water flow path 200a of the cooler 200.

具体的には、半導体チップ１０の温度をＴｃ、冷却水の温度をＴｗ、半導体チップ１０の発熱量をＱとすると、熱抵抗は、（Ｔｃ−Ｔｗ）／Ｑ（単位：Ｋ／Ｗ（ケルビン／ワット））で表される。   Specifically, when the temperature of the semiconductor chip 10 is Tc, the temperature of the cooling water is Tw, and the calorific value of the semiconductor chip 10 is Q, the thermal resistance is (Tc−Tw) / Q (unit: K / W (Kelvin) / Watt)).

そして、上述した検討条件にて、平行度Ｈ（単位：μｍ）を変えた場合における接触圧Ｐ（単位：ＭＰａ）と熱抵抗（単位：Ｋ／Ｗ）との関係を調査した。その結果が図２に示される。   Then, the relationship between the contact pressure P (unit: MPa) and the thermal resistance (unit: K / W) when the parallelism H (unit: μm) was changed under the above-described examination conditions was investigated. The result is shown in FIG.

図２に示される結果から、接触圧Ｐが増加するにつれて、熱抵抗が低下する、すなわち放熱特性が向上することがわかる。また、平行度Ｈが大きいほど、同じ接触圧Ｐにおける熱抵抗が大きいことがわかる。つまり、同じ接触圧Ｐならば、平行度Ｈが大きいほど放熱特性が悪化することがわかる。   From the results shown in FIG. 2, it can be seen that as the contact pressure P increases, the thermal resistance decreases, that is, the heat dissipation characteristics improve. It can also be seen that the greater the parallelism H, the greater the thermal resistance at the same contact pressure P. That is, if the contact pressure P is the same, the greater the parallelism H, the worse the heat dissipation characteristics.

ここで、図２から、熱抵抗が０．２４Ｋ／Ｗとなるときの平行度Ｈと接触圧Ｐとの関係を求めた。その結果を図３に示す。ここで、熱抵抗について０．２４Ｋ／Ｗを基準としたのは、この値が従来のレベルの約半分程度であり、熱抵抗が０．２４Ｋ／Ｗ以下ならば、実用上、十分なレベルの放熱特性が得られるためである。   Here, the relationship between the parallelism H and the contact pressure P when the thermal resistance is 0.24 K / W was obtained from FIG. The result is shown in FIG. Here, the reference value of 0.24 K / W for the thermal resistance is about half of the conventional level, and if the thermal resistance is 0.24 K / W or less, the level is practically sufficient. This is because heat dissipation characteristics can be obtained.

図３に示される結果から、平行度Ｈが大きいほど高い接触圧Ｐが必要であることがわかる。また、図３に示される関係を近似すると、その近似式は、次の数式４に示されるものになった。   From the results shown in FIG. 3, it can be seen that the higher the parallelism H, the higher the contact pressure P required. Further, when the relationship shown in FIG. 3 is approximated, the approximate expression becomes the following expression 4.

（数４）
Ｐ＝０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）
この近似式から、接触圧Ｐの範囲を０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）ＭＰａ以上とすれば、熱抵抗について０．２４Ｋ／Ｗ以下の値を実現でき、実用上、十分なレベルの放熱特性が得られることがわかる。 (Equation 4)
P = 0.2exp (0.02H)
From this approximate expression, if the range of the contact pressure P is 0.2 exp (0.02H) MPa or more, a value of 0.24 K / W or less can be realized for the thermal resistance, and a practically sufficient level of heat radiation characteristics is achieved. It turns out that it is obtained.

また、接触圧Ｐが１００ＭＰａを超えると、接触圧Ｐが大きすぎて半導体チップ（発熱素子）１０の破壊などの不具合が生じやすくなるので、接触圧Ｐは１００ＭＰａ以下とする。   In addition, if the contact pressure P exceeds 100 MPa, the contact pressure P is too large and problems such as destruction of the semiconductor chip (heating element) 10 are likely to occur. Therefore, the contact pressure P is set to 100 MPa or less.

このように、本実施形態によれば、発熱素子である半導体チップ１０と、この半導体チップ１０の両面から放熱するための一対の放熱板としての一対のヒートシンク２０、３０とを備える半導体装置１００が、各々のヒートシンク２０、３０の外面にて絶縁材２１０を介して冷却器２００と接触している半導体装置の冷却構造Ｓ１において、一対のヒートシンク２０、３０の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、接触圧Ｐ（単位：ＭＰａ）について、１００≧Ｐ≧０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）、という関係が満足されていることを特徴とする半導体装置の冷却構造Ｓ１が提供される。   Thus, according to the present embodiment, the semiconductor device 100 including the semiconductor chip 10 that is a heat generating element and the pair of heat sinks 20 and 30 as a pair of heat dissipation plates for radiating heat from both surfaces of the semiconductor chip 10 is provided. In the cooling structure S1 of the semiconductor device in contact with the cooler 200 via the insulating material 210 on the outer surface of each heat sink 20, 30, the parallelism between the outer surfaces of the pair of heat sinks 20, 30 is H (unit: μm), a cooling structure S1 for a semiconductor device is provided in which the relationship of 100 ≧ P ≧ 0.2exp (0.02H) is satisfied for the contact pressure P (unit: MPa). The

それによれば、両面放熱型半導体モジュール１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ１において、良好な放熱特性を確実に得られるような冷却器２００の接触圧Ｐを設定することができる。   According to this, in the cooling structure S1 of the semiconductor device that cools by bringing both sides of the double-sided heat radiation type semiconductor module 100 into contact with the cooler 200, the contact pressure P of the cooler 200 is set so that good heat radiation characteristics can be surely obtained. can do.

また、本実施形態では、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００の両外側に、冷却器２００によって半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを印加して上記の接触圧の関係を満足させるための挟圧部材３００を設けており、この挟圧部材３００を、弾性体３１０を介した締結力の作用により荷重Ｆの印加を行うものとしている。   In the present embodiment, a load F is applied to both the outer sides of the cooler 200 facing each other across the semiconductor device 100 so as to sandwich the semiconductor device 100 by the cooler 200 to satisfy the above contact pressure relationship. A clamping member 300 is provided, and a load F is applied to the clamping member 300 by the action of a fastening force via the elastic body 310.

それによれば、挟圧部材３００によって、冷却器２００により半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを印加することができるため、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができる。   According to this, since the load F can be applied so that the semiconductor device 100 is sandwiched by the cooler 200 by the sandwiching member 300, the above contact pressure relationship can be appropriately satisfied.

さらに、挟圧部材３００は弾性体３１０を用いていることから、上記数式３に示されるように、この弾性体３１０の弾性係数および縮み量から、当該荷重Ｆを求めることができる。そのため、ロードセルなどの荷重センサを用いなくても、当該荷重Ｆの調整を容易に行うことができる。   Further, since the pinching member 300 uses the elastic body 310, the load F can be obtained from the elastic coefficient and the amount of contraction of the elastic body 310, as shown in Equation 3 above. Therefore, the load F can be easily adjusted without using a load sensor such as a load cell.

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ２の全体構成を示す概略平面図である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic plan view showing the entire configuration of a cooling structure S2 of a semiconductor device that cools a semiconductor device 100 as a double-sided heat dissipation type semiconductor module according to the second embodiment of the present invention by contacting both surfaces of the semiconductor device 100 with a cooler 200. is there.

本実施形態は、上記第１実施形態と比べて、主として挟圧部材３００における荷重調整機構の部分を変形したものであり、その他の部分は同一である。この相違点について主として述べることとする。   Compared with the first embodiment, the present embodiment is mainly obtained by deforming the portion of the load adjusting mechanism in the pinching member 300, and the other portions are the same. This difference will be mainly described.

図４に示されるように、本実施形態の挟圧部材３００では、固定部３２０は断面ロの字形であって紙面垂直方向に延びる筒状部材である。下側の冷却器２００は、この固定部３１０の下壁に内接して支持され、固定部３１０から荷重を受けるようになっている。   As shown in FIG. 4, in the pinching member 300 of the present embodiment, the fixing portion 320 is a cylindrical member having a square cross section and extending in the direction perpendicular to the paper surface. The lower cooler 200 is supported in contact with the lower wall of the fixed portion 310 and receives a load from the fixed portion 310.

また、可動部３３０は、上側の冷却器２００に荷重を印加する第１の可動部３３１と第２の可動部３３２との２つからなる。   The movable part 330 includes two parts, a first movable part 331 and a second movable part 332 that apply a load to the upper cooler 200.

固定部３２０の上壁には、図示しない雌ネジ穴（貫通穴）が設けられ、この雌ネジ穴には、第１の可動部３３１の上面と連結された雄ネジ（送りネジ）を持つボルト３４１が通じている。   A female screw hole (through hole) (not shown) is provided on the upper wall of the fixed portion 320, and a bolt having a male screw (feed screw) connected to the upper surface of the first movable portion 331 in the female screw hole. 341 is connected.

一方、第１の可動部３３１の下面側には、第２の可動部３３２が配置されるとともに、第１の可動部３３１と第２の可動部３３２との間には、少なくとも１つの弾性体３１０が設けられている。そして、半導体装置１００、絶縁板２１０および冷却器２００は、固定部３２０の下壁と第２の可動部３３２との間に挟み込まれている。   On the other hand, the second movable portion 332 is disposed on the lower surface side of the first movable portion 331, and at least one elastic body is provided between the first movable portion 331 and the second movable portion 332. 310 is provided. The semiconductor device 100, the insulating plate 210, and the cooler 200 are sandwiched between the lower wall of the fixed portion 320 and the second movable portion 332.

そして、この冷却構造Ｓ２においては、挟圧部材３００のボルト３４１を回してネジ締めを行っていくと、弾性体３１０の弾性力を介した締結力の作用により、固定部３２０に対して第２の可動部３３２が近づいていく。   In the cooling structure S <b> 2, when the bolt 341 of the clamping member 300 is turned and screw tightening is performed, the second fixing is performed on the fixing portion 320 by the action of the fastening force via the elastic force of the elastic body 310. The movable part 332 approaches.

つまり、挟圧部材３００は、弾性体３１０を介した締結力の作用により、冷却器２００によって半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを行うものとなる。それにより、冷却器２００と半導体装置１００とが一体に保持されるようになっている。   That is, the clamping member 300 performs the load F so that the semiconductor device 100 is clamped by the cooler 200 by the action of the fastening force via the elastic body 310. Thereby, the cooler 200 and the semiconductor device 100 are integrally held.

本実施形態の冷却構造Ｓ２は、次のようにして組み付けられる。まず、冷却器２００、絶縁板２１０、半導体装置１００、絶縁板２１０、冷却器２００というように積層するとともに、絶縁板２１０の両面に伝熱材２２０を介在させた状態となるように組み付ける。   The cooling structure S2 of this embodiment is assembled as follows. First, the cooler 200, the insulating plate 210, the semiconductor device 100, the insulating plate 210, and the cooler 200 are stacked and assembled so that the heat transfer material 220 is interposed on both surfaces of the insulating plate 210.

その後、挟圧部材３００を用いて、上下の冷却器２００によって半導体装置１００が挟み込まれるように締め付け固定する。このとき、弾性体３１０、第１の可動部３３１およびボルト３４１が荷重調整機構となって、荷重Ｆの調整が行われる。こうして、本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ２が形成される。   Thereafter, the clamping device 300 is used to clamp and fix the semiconductor device 100 by the upper and lower coolers 200. At this time, the elastic body 310, the first movable portion 331, and the bolt 341 serve as a load adjustment mechanism, and the load F is adjusted. Thus, the cooling structure S2 for the semiconductor device of this embodiment is formed.

ここにおいて、本冷却構造Ｓ２では、実用上、十分な放熱特性を得るために、上記第１実施形態と同様に、一対のヒートシンク２０、３０の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、接触圧Ｐの範囲を０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下としている。   Here, in this cooling structure S2, in order to obtain practically sufficient heat dissipation characteristics, the parallelism between the outer surfaces of the pair of heat sinks 20 and 30 is set to H (unit: μm) as in the first embodiment. In this case, the range of the contact pressure P is set to 0.2 exp (0.02H) MPa to 100 MPa.

このような接触圧Ｐ（単位：ＭＰａ）の関係を満足するために、本実施形態では、基本的に、上記第１実施形態と同様の荷重Ｆの調整方法を採用することができる。   In order to satisfy such a relationship of the contact pressure P (unit: MPa), in the present embodiment, it is possible to basically employ the same method for adjusting the load F as in the first embodiment.

本実施形態においても、必要な荷重Ｆ（単位：Ｎ）は、上記数式２に示されるような範囲で規定され、挟圧部材３００は弾性体３１０を用いていることから、この弾性体３１０の弾性係数および縮み量から、上記数式３に示されるように荷重Ｆを容易に求めることができる。   Also in the present embodiment, the necessary load F (unit: N) is defined within the range shown in Formula 2 above, and the pressing member 300 uses the elastic body 310. From the elastic coefficient and the amount of shrinkage, the load F can be easily obtained as shown in the above equation 3.

ただし、本実施形態では、上記数式３中の隙間ｘは、荷重調整時の第１の可動部３３１と第２の可動部３３２との隙間ｘ（単位：ｍ、図２参照）である。   However, in the present embodiment, the gap x in Equation 3 is the gap x (unit: m, see FIG. 2) between the first movable part 331 and the second movable part 332 at the time of load adjustment.

つまり、本実施形態においても、上記数式１に示される範囲から狙いの接触圧Ｐを決め、この決められた接触圧Ｐから上記数式２によって必要な荷重Ｆを決め、この決められた荷重Ｆから上記数式３によって、必要な隙間ｘを決める。   That is, also in the present embodiment, the target contact pressure P is determined from the range shown in the above formula 1, the necessary load F is determined from the determined contact pressure P by the above formula 2, and the determined load F is used. The required gap x is determined by the above equation 3.

そして、挟圧部材３００を用いた荷重調整時において、この決められた隙間ｘとなるように、ボルト３４１による締め付けを行うことにより、結果、狙いの接触圧Ｐを得ることができる。これが、本実施形態における上記接触圧Ｐの関係を満足するための荷重Ｆの調整方法である。   Then, at the time of load adjustment using the pinching member 300, the target contact pressure P can be obtained as a result by tightening with the bolt 341 so that the predetermined gap x is obtained. This is a method for adjusting the load F to satisfy the relationship of the contact pressure P in the present embodiment.

このように、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様に、半導体チップ１０と、この半導体チップ１０の両面から放熱するための一対のヒートシンク２０、３０とを備える半導体装置１００が、各々のヒートシンク２０、３０の外面にて絶縁材２１０を介して冷却器２００と接触している半導体装置の冷却構造Ｓ２において、接触圧Ｐ（単位：ＭＰａ）について、１００≧Ｐ≧０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）、という関係が満足されていることを特徴とする半導体装置の冷却構造Ｓ２が提供される。   As described above, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the semiconductor device 100 including the semiconductor chip 10 and the pair of heat sinks 20 and 30 for radiating heat from both surfaces of the semiconductor chip 10 is respectively provided. In the cooling structure S2 of the semiconductor device in contact with the cooler 200 via the insulating material 210 on the outer surfaces of the heat sinks 20 and 30, the contact pressure P (unit: MPa) is 100 ≧ P ≧ 0.2exp (0 .02H), a semiconductor device cooling structure S2 is provided.

それによれば、両面放熱型半導体モジュール１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ２において、良好な放熱特性を確実に得られるような冷却器２００の接触圧Ｐを設定することができる。   According to this, in the cooling structure S2 of the semiconductor device that cools by bringing both sides of the double-sided heat radiation type semiconductor module 100 into contact with the cooler 200, the contact pressure P of the cooler 200 is set so that good heat radiation characteristics can be surely obtained. can do.

また、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００の両外側に、冷却器２００によって半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを印加して上記の接触圧の関係を満足させるための挟圧部材３００を設けており、この挟圧部材３００を、弾性体３１０を介した締結力の作用により荷重Ｆの印加を行うものとしている。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a load F is applied so that the semiconductor device 100 is sandwiched by the cooler 200 on both outer sides of the cooler 200 facing the semiconductor device 100 across the semiconductor device 100. A clamping member 300 for satisfying the above contact pressure relationship is provided, and a load F is applied to the clamping member 300 by the action of a fastening force via the elastic body 310.

それによれば、上記第１実施形態と同様に、挟圧部材３００によって荷重Ｆを印加し、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができるとともに、この弾性体３１０の弾性係数および縮み量から当該荷重Ｆを求めることができ、当該荷重Ｆの調整を容易に行うことができる。   According to this, similarly to the first embodiment, the load F can be applied by the pinching member 300 to appropriately satisfy the relationship of the contact pressure, and the elastic coefficient and the amount of shrinkage of the elastic body 310 can be satisfied. Therefore, the load F can be obtained, and the load F can be easily adjusted.

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ３の全体構成を示す概略平面図である。 (Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic plan view showing an overall configuration of a cooling structure S3 of a semiconductor device that cools a semiconductor device 100 as a double-sided heat dissipation type semiconductor module according to a third embodiment of the present invention by contacting both surfaces of the semiconductor device 100 with a cooler 200. is there.

上記第１および第２実施形態に示される冷却構造では、半導体装置１００に対して冷却器２００を保持するための狭持部材が必要であった。本実施形態では、そのような狭持部材を用いることなく、半導体装置１００に対して冷却器２００を保持させる構造としたところが相違点である。以下、この相違点を中心に述べる。   In the cooling structures shown in the first and second embodiments, a holding member for holding the cooler 200 with respect to the semiconductor device 100 is necessary. The present embodiment is different in that the cooler 200 is held by the semiconductor device 100 without using such a holding member. Hereinafter, this difference will be mainly described.

図５に示されるように、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００同士において互いに対向する面の両方には、それぞれ穴２００ｂが形成されている。そして、互いに対向する穴２００ｂには、ピン部材２３０の両端のそれぞれが挿入されている。   As shown in FIG. 5, holes 200 b are respectively formed on both surfaces of the coolers 200 that face each other across the semiconductor device 100 and face each other. Then, both ends of the pin member 230 are inserted into the holes 200b facing each other.

ここで、ピン部材２３０は金属製棒状のもので、ピン部材２３０の外径は、穴２００ｂの径に対して、しまりばめとなる関係となっている。また、ピン部材２３０の長さは、半導体装置１００の厚さとピン部材２３０が挿入される２つの穴２００ｂの深さとの和よりも小さい長さとなっている。   Here, the pin member 230 is a metal rod-like member, and the outer diameter of the pin member 230 is in a relationship of an interference fit with respect to the diameter of the hole 200b. Further, the length of the pin member 230 is smaller than the sum of the thickness of the semiconductor device 100 and the depth of the two holes 200b into which the pin member 230 is inserted.

それにより、互いに対向する穴２００ｂには、ピン部材２３０の両端のそれぞれがしまりばめとなるように圧入されている。   Thus, the opposite ends of the pin member 230 are press-fitted into the holes 200b facing each other so as to have an interference fit.

そして、これらピン部材２３０と穴２００ｂとのしまりばめによって、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００が半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆが印加され、上記各実施形態と同様に接触圧の関係が満足されている。   Then, due to the interference fit between the pin member 230 and the hole 200b, a load F is applied so that the cooler 200 facing the semiconductor device 100 across the semiconductor device 100 sandwiches the semiconductor device 100, and is contacted as in the above embodiments. The pressure relationship is satisfied.

つまり、本実施形態においても、上記各実施形態と同様に、一対のヒートシンク２０、３０の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、接触圧Ｐの範囲を０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下としている。   That is, also in the present embodiment, as in the above embodiments, when the parallelism between the outer surfaces of the pair of heat sinks 20 and 30 is H (unit: μm), the range of the contact pressure P is 0.2 exp (0 .02H) MPa to 100 MPa.

それにより、両面放熱型半導体モジュール１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ３において、良好な放熱特性を確実に得られるような冷却器２００の接触圧Ｐを設定することができる。   Thereby, in the cooling structure S3 of the semiconductor device that cools by bringing both sides of the double-sided heat radiation type semiconductor module 100 into contact with the cooler 200, the contact pressure P of the cooler 200 is set so that good heat radiation characteristics can be surely obtained. be able to.

ここで、本実施形態の冷却構造Ｓ３は、上記実施形態に示した挟圧部材３００を治具（挟圧治具）として用いて、次のようにして組み付けられる。   Here, the cooling structure S3 of the present embodiment is assembled as follows using the pressing member 300 shown in the above embodiment as a jig (clamping jig).

まず、冷却器２００、絶縁板２１０、半導体装置１００、絶縁板２１０、冷却器２００というように積層するとともに、絶縁板２１０の両面に伝熱材２２０を介在させた状態となるように組み付ける。   First, the cooler 200, the insulating plate 210, the semiconductor device 100, the insulating plate 210, and the cooler 200 are stacked and assembled so that the heat transfer material 220 is interposed on both surfaces of the insulating plate 210.

このとき、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００同士において互いに対向する面に設けられた穴２００ｂに対して、ピン部材２３０の両端のそれぞれが挿入されるように、ピン部材２３０を配置しておく。   At this time, the pin member 230 is disposed so that both ends of the pin member 230 are inserted into the holes 200b provided on the surfaces facing each other in the coolers 200 facing each other across the semiconductor device 100. Keep it.

その後、上記挟圧部材３００を用いて、上下の冷却器２００によって半導体装置１００が挟み込まれるように締め付け固定する。このとき、弾性体を用いた荷重調整機構により、上記実施形態と同様に、荷重Ｆの調整が行われる。また、このとき、同時に、ピン部材２３０の両端が穴２００ｂに圧入されていく。   Thereafter, the clamping device 300 is used to fasten and fix the semiconductor device 100 so as to be sandwiched between the upper and lower coolers 200. At this time, the load F is adjusted by a load adjusting mechanism using an elastic body, as in the above embodiment. At the same time, both ends of the pin member 230 are press-fitted into the hole 200b.

そして、この締め付け固定を行った後で、挟圧部材３００は取り除く。こうして、本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ３が形成される。   And after performing this clamping fixation, the pinching member 300 is removed. Thus, the cooling structure S3 of the semiconductor device of the present embodiment is formed.

このように、本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ３によれば、挟圧部材を用いなくとも、ピン部材２３０と穴２００ｂとのしまりばめによって、冷却器２００により半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを印加することができるため、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができる。   Thus, according to the semiconductor device cooling structure S3 of this embodiment, the semiconductor device 100 is clamped by the cooler 200 by an interference fit between the pin member 230 and the hole 200b without using a clamping member. Since the load F can be applied to the contact pressure, the above contact pressure relationship can be appropriately satisfied.

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置１００の両面を冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造Ｓ４の全体構成を示す概略平面図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 6 is a schematic plan view showing an entire configuration of a cooling structure S4 of a semiconductor device that cools a semiconductor device 100 as a double-sided heat dissipation type semiconductor module according to a fourth embodiment of the present invention by contacting both surfaces of the semiconductor device 100 with a cooler 200. is there.

本実施形態では、上記第３実施形態と同様に、狭持部材を用いることなく、しまりばめによって半導体装置１００に対して冷却器２００を保持させる構造としたものであるが、しまりばめの方法を変形したものである。   In the present embodiment, as in the third embodiment, the cooler 200 is held by the semiconductor device 100 by an interference fit without using a pinching member. It is a variation of the method.

図６に示されるように、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００同士において互いに対向する面の一方には、穴２００ｂが形成され、他方には、当該他方の面から穴２００ｂに向かって突出する突起２００ｃが形成されている。そして、穴２００ｂには、突起２００ｃの先端部が挿入されている。   As shown in FIG. 6, a hole 200b is formed in one of the opposing surfaces of the coolers 200 facing each other across the semiconductor device 100, and the other surface is directed from the other surface toward the hole 200b. A protruding projection 200c is formed. And the front-end | tip part of the processus | protrusion 200c is inserted in the hole 200b.

ここで、突起２００ｃの外径は、穴２００ｂの径に対して、しまりばめとなる関係となっている。また、突起２００ｃの突出長さは、半導体装置１００の厚さと突起２００ｃが挿入される穴２００ｂの深さとの和よりも小さい長さとなっている。   Here, the outer diameter of the protrusion 200c has a relationship of an interference fit with respect to the diameter of the hole 200b. The protrusion length of the protrusion 200c is smaller than the sum of the thickness of the semiconductor device 100 and the depth of the hole 200b into which the protrusion 200c is inserted.

それにより、穴２００ｂには、突起２００ｃの先端部がしまりばめとなるように圧入されている。   Thereby, the hole 200b is press-fitted so that the tip of the protrusion 200c is an interference fit.

そして、これら突起２００ｃと穴２００ｂとのしまりばめによって、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００が半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆが印加され、上記各実施形態と同様に接触圧の関係が満足されている。   A load F is applied by the interference fit between the protrusions 200c and the holes 200b so that the cooler 200 opposed to the semiconductor device 100 sandwiches the semiconductor device 100, and the contact pressure is the same as in the above embodiments. The relationship is satisfied.

つまり、本実施形態においても、上記各実施形態と同様に、一対のヒートシンク２０、３０の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、接触圧Ｐの範囲を０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下としており、それによって、良好な放熱特性を確実に得られるような冷却器２００の接触圧Ｐを設定した冷却構造Ｓ４を提供することができている。   That is, also in the present embodiment, as in the above embodiments, when the parallelism between the outer surfaces of the pair of heat sinks 20 and 30 is H (unit: μm), the range of the contact pressure P is 0.2 exp (0 .02H) MPa or more and 100MPa or less, thereby providing a cooling structure S4 in which the contact pressure P of the cooler 200 is set such that good heat radiation characteristics can be obtained with certainty.

ここで、本実施形態の冷却構造Ｓ４も、上記第３実施形態と同様に、上記挟圧部材３００を治具（挟圧治具）として用いて、次のようにして組み付けられる。   Here, similarly to the third embodiment, the cooling structure S4 of the present embodiment is assembled as follows using the clamping member 300 as a jig (clamping jig).

まず、冷却器２００、絶縁板２１０、半導体装置１００、絶縁板２１０、冷却器２００というように積層するとともに、絶縁板２１０の両面に伝熱材２２０を介在させた状態となるように組み付ける。   First, the cooler 200, the insulating plate 210, the semiconductor device 100, the insulating plate 210, and the cooler 200 are stacked and assembled so that the heat transfer material 220 is interposed on both surfaces of the insulating plate 210.

このとき、半導体装置１００を隔てて対向する冷却器２００同士において互いに対向する面の一方に設けられた穴２００ｂに対して、他方に設けられた突起２００ｃの先端部が挿入されるように、当該冷却器２００同士をセットしておく。   At this time, such that the tip of the projection 200c provided on the other side is inserted into the hole 200b provided on one of the opposing surfaces of the coolers 200 facing each other across the semiconductor device 100. Set coolers 200 together.

その後、上記挟圧部材３００を用いて、上下の冷却器２００によって半導体装置１００が挟み込まれるように締め付け固定する。このとき、弾性体を用いた荷重調整機構により、上記実施形態と同様に、荷重Ｆの調整が行われる。また、このとき、同時に、突起２００ｃの先端部が穴２００ｂに圧入されていく。   Thereafter, the clamping device 300 is used to fasten and fix the semiconductor device 100 so as to be sandwiched between the upper and lower coolers 200. At this time, the load F is adjusted by a load adjusting mechanism using an elastic body, as in the above embodiment. At the same time, the tip of the protrusion 200c is press-fitted into the hole 200b.

そして、この締め付け固定を行った後で、挟圧部材３００は取り除く。こうして、本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ４が形成される。   And after performing this clamping fixation, the pinching member 300 is removed. Thus, the cooling structure S4 for the semiconductor device of this embodiment is formed.

このように、本実施形態の半導体装置の冷却構造Ｓ４によれば、挟圧部材を用いなくとも、突起２００ｃと穴２００ｂとのしまりばめによって、冷却器２００により半導体装置１００を挟み付けるように荷重Ｆを印加することができるため、上記の接触圧の関係を適切に満足させることができる。   As described above, according to the semiconductor device cooling structure S4 of the present embodiment, the cooler 200 holds the semiconductor device 100 by the interference fit between the protrusion 200c and the hole 200b without using a pinching member. Since the load F can be applied, the above contact pressure relationship can be appropriately satisfied.

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、半導体装置１００は、当該装置のほぼ全体が樹脂６０でモールドされてなる樹脂モールドパッケージタイプのものを採用していたが、樹脂でモールドされていないものを採用してもよい。 (Other embodiments)
In the above-described embodiment, the semiconductor device 100 employs a resin mold package type in which almost the entire device is molded with the resin 60. However, a semiconductor device that is not molded with resin may be employed. Good.

また、上記実施形態においては、絶縁板２１０に代えて、冷却器２００の表面を絶縁性の膜でコーティングしてもよい。この場合、当該絶縁性の膜が、本発明でいう絶縁材として構成される。   In the above embodiment, the surface of the cooler 200 may be coated with an insulating film instead of the insulating plate 210. In this case, the insulating film is configured as an insulating material in the present invention.

また、上記実施形態では、ヒートシンクブロック４０が半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間に介在しているが、このヒートシンクブロックは、発熱素子とヒートシンク（放熱板）とを熱的および電気的に接続するとともに、発熱素子からボンディングワイヤを引き出す際の当該ワイヤの高さを確保する等のために、発熱素子とヒートシンクとの間の高さを確保する役割を有しているものである。   In the above embodiment, the heat sink block 40 is interposed between the semiconductor chip 10 and the upper heat sink 30, and this heat sink block thermally and electrically connects the heat generating element and the heat sink (heat sink). In addition, it has a role of ensuring the height between the heat generating element and the heat sink in order to ensure the height of the wire when the bonding wire is pulled out from the heat generating element.

ここで、ヒートシンクブロックが不要な構成である場合には、もちろんヒートシンクブロックを省略した構成であってもよい。たとえば、上記図１において、半導体チップ１０の上面を直接、接合材５０を介して上側ヒートシンク３０に接合してもよい。   Here, in the case where the heat sink block is not required, it is of course possible to omit the heat sink block. For example, in FIG. 1, the upper surface of the semiconductor chip 10 may be directly bonded to the upper heat sink 30 via the bonding material 50.

以上述べてきたように、本発明は、発熱素子１０を一対の放熱板２０、３０で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置１００の両面を絶縁材２１０を介して冷却器２００と接触させて冷却する半導体装置の冷却構造において、必要な接触圧Ｐが平行度Ｈと密接な関係にある点に着目し、良好な放熱特性を確実に得られるような接触圧Ｐの関係を設定したことを要部とするものである。そして、その他の細部については、適宜設計変更が可能である。   As described above, according to the present invention, both surfaces of the semiconductor device 100 as a double-sided heat radiation type semiconductor module in which the heating element 10 is sandwiched between the pair of heat radiation plates 20 and 30 are brought into contact with the cooler 200 via the insulating material 210. In the cooling structure of the semiconductor device to be cooled, the relationship between the contact pressure P and the necessary contact pressure P that can reliably obtain good heat radiation characteristics is set by paying attention to the fact that the necessary contact pressure P is closely related to the parallelism H. This is the main part. And about other details, a design change is possible suitably.

本発明の第１実施形態にかかる半導体装置の冷却構造の全体構成を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing an overall configuration of a cooling structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 平行度Ｈを変えた場合における接触圧Ｐと熱抵抗との関係を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the relationship between the contact pressure P and thermal resistance in the case of changing the parallelism H. 熱抵抗が０．２４Ｋ／Ｗとなるときの平行度Ｈと接触圧Ｐとの関係を求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the relationship between the parallelism H and contact pressure P when thermal resistance is set to 0.24 K / W. 本発明の第２実施形態にかかる半導体装置の冷却構造の全体構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the whole structure of the cooling structure of the semiconductor device concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態にかかる半導体装置の冷却構造の全体構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the whole structure of the cooling structure of the semiconductor device concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態にかかる半導体装置の冷却構造の全体構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the whole structure of the cooling structure of the semiconductor device concerning 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０…発熱素子としての半導体チップ、２０…放熱板としての下側ヒートシンク、
３０…放熱板としての上側ヒートシンク、６０…樹脂、１００…半導体装置、
２００…冷却器、２００ｂ…穴、２００ｃ…突起、２１０…絶縁材としての絶縁板、
２３０…ピン部材、３００…挟圧部材、３１０…弾性体。 10 ... Semiconductor chip as heating element, 20 ... Lower heat sink as heat sink,
30 ... Upper heat sink as a heat sink, 60 ... Resin, 100 ... Semiconductor device,
200 ... Cooler, 200b ... Hole, 200c ... Projection, 210 ... Insulating plate as insulating material,
230 ... pin member, 300 ... clamping member, 310 ... elastic body.

Claims (5)

発熱素子（１０）と、この発熱素子（１０）の両面から放熱するための一対の放熱板（２０、３０）とを備える半導体装置（１００）が、各々の前記放熱板（２０、３０）の外面にて絶縁材（２１０）を介して冷却器（２００）と接触している半導体装置の冷却構造において、
前記半導体装置（１００）への前記冷却器（２００）の接触圧をＰ（単位：ＭＰａ）、前記一対の放熱板（２０、３０）の外面同士の平行度をＨ（単位：μｍ）としたとき、
１００≧Ｐ≧０．２ｅｘｐ（０．０２Ｈ）、
の関係が満足されていることを特徴とする半導体装置の冷却構造。 A semiconductor device (100) including a heat generating element (10) and a pair of heat radiating plates (20, 30) for radiating heat from both surfaces of the heat generating element (10) is provided for each of the heat radiating plates (20, 30). In the cooling structure of the semiconductor device in contact with the cooler (200) via the insulating material (210) on the outer surface,
The contact pressure of the cooler (200) to the semiconductor device (100) is P (unit: MPa), and the parallelism between the outer surfaces of the pair of heat sinks (20, 30) is H (unit: μm). When
100 ≧ P ≧ 0.2exp (0.02H),
A cooling structure of a semiconductor device, wherein the relationship of 前記半導体装置（１００）を隔てて対向する前記冷却器（２００）の両外側には、前記冷却器（２００）によって前記半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重を印加して前記関係を満足させるための挟圧部材（３００）が設けられており、
前記挟圧部材（３００）は、弾性体（３１０）を介した締結力の作用により前記荷重の印加を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の冷却構造。 A load is applied to both outer sides of the cooler (200) facing each other across the semiconductor device (100) so as to sandwich the semiconductor device (100) by the cooler (200), thereby satisfying the relationship. A clamping member (300) is provided,
2. The semiconductor device cooling structure according to claim 1, wherein the clamping member (300) applies the load by the action of a fastening force via an elastic body (310). 前記半導体装置（１００）を隔てて対向する前記冷却器（２００）同士において互いに対向する面の両方には、それぞれ穴（２００ｂ）が形成されており、
互いに対向する前記穴（２００ｂ）には、ピン部材（２３０）の両端のそれぞれがしまりばめとなるように圧入されており、
前記ピン部材（２３０）と前記穴（２００ｂ）とのしまりばめによって、半導体装置（１００）を隔てて対向する前記冷却器（２００）が前記半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重が印加され、前記関係が満足されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の冷却構造。 Holes (200b) are formed in both of the opposing surfaces of the coolers (200) facing each other across the semiconductor device (100),
The holes (200b) facing each other are press-fitted so that both ends of the pin member (230) have an interference fit,
Due to the interference fit between the pin member (230) and the hole (200b), a load is applied so that the cooler (200) opposed across the semiconductor device (100) sandwiches the semiconductor device (100). 2. The semiconductor device cooling structure according to claim 1, wherein the relationship is satisfied. 前記半導体装置（１００）を隔てて対向する前記冷却器（２００）同士において互いに対向する面の一方には、穴（２００ｂ）が形成され、他方には、突起（２００ｃ）が形成されており、
前記穴（２００ｂ）には、前記突起（２００ｃ）の先端部がしまりばめとなるように圧入されており、
前記突起（２００ｃ）と前記穴（２００ｂ）とのしまりばめによって、半導体装置（１００）を隔てて対向する前記冷却器（２００）が前記半導体装置（１００）を挟み付けるように荷重が印加され、前記関係が満足されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の冷却構造。 A hole (200b) is formed on one of the opposing surfaces of the coolers (200) facing each other across the semiconductor device (100), and a protrusion (200c) is formed on the other.
The hole (200b) is press-fitted so that the tip of the protrusion (200c) has an interference fit,
Due to the interference fit between the protrusion (200c) and the hole (200b), a load is applied so that the cooler (200) opposed across the semiconductor device (100) sandwiches the semiconductor device (100). 2. The semiconductor device cooling structure according to claim 1, wherein the relationship is satisfied. 前記半導体装置（１００）は、当該装置のほぼ全体が樹脂（６０）でモールドされてなるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の冷却構造。
5. The semiconductor device cooling structure according to claim 1, wherein the semiconductor device (100) is formed by molding substantially the entire device with a resin (60).
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