JP2005302882A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、発熱体としての半導体チップと半導体チップが実装されたヒートシンクとを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a semiconductor chip as a heating element and a heat sink on which the semiconductor chip is mounted.
従来から、半導体素子が形成された半導体チップをヒートシンク上に配置し、半導体チップで発生する熱をヒートシンクが冷却する半導体装置が知られている(例えば、特許文献1など参照)。特許文献1に開示されたヒートシンク(発熱体冷却装置)は、その内部に開孔部を有する仕切り板を設けている。ヒートシンクを流通する冷媒がこの開孔部を通過することによって、冷媒の噴流は半導体チップが配置されている位置に対応するヒートシンクの裏面に直接衝突する。これにより、発熱体である半導体チップの高効率な冷却が可能となる。
しかし、ヒートシンクに半導体チップを実際に実装する場合、特許文献1の第1図のように半導体チップを半田付けなどでヒートシンクの主面上に直接に実装することは難しい。一般的な実装方法の一例としては、セラミックス基板などの平板に半導体チップを半田付けなどで機械的に固定し、ボンディングワイヤ又はバンプなどを用いて半導体チップ表面の電極パッドとの電気的接続を予め行い、その後、このセラミックス基板をシリコングリスなどを介してヒートシンク主面上に実装する方法がある。即ち、現実的には、ヒートシンクの主面にシリコングリスなどを介してセラミックス基板が実装され、セラミックス基板の上に半田を介して半導体素子が実装された積層構造を有しているのが一般的であり、ヒートシンクと半導体チップの間の熱抵抗は大きく、効率的な冷却は難しい。 However, when the semiconductor chip is actually mounted on the heat sink, it is difficult to mount the semiconductor chip directly on the main surface of the heat sink by soldering or the like as shown in FIG. As an example of a general mounting method, a semiconductor chip is mechanically fixed to a flat plate such as a ceramic substrate by soldering or the like, and electrical connection with an electrode pad on the surface of the semiconductor chip is performed in advance using a bonding wire or a bump. After that, there is a method of mounting this ceramic substrate on the heat sink main surface through silicon grease or the like. That is, in reality, it is common to have a laminated structure in which a ceramic substrate is mounted on the main surface of the heat sink via silicon grease, etc., and a semiconductor element is mounted on the ceramic substrate via solder. Therefore, the thermal resistance between the heat sink and the semiconductor chip is large, and efficient cooling is difficult.
また、内部に冷媒を通す開孔部を有するヒートシンクは内部構造が複雑なため、一体の構造体として成型することは困難である。ヒートシンクを幾つかの構成部材に分け、これらを接合してヒートシンク全体を形成するのが現実的である。即ち、ヒートシンクの下面板と、開孔部を有する仕切り板と、上面板とを、それぞれ側面板を用いて半田付け、ろう付け、溶接、接着などの方法で接合してヒートシンク全体を形成する。なお、上面板と側面板、または下面板と側面板は一体の構造体としてそれぞれ成型することは可能である。 In addition, since the internal structure of the heat sink having an opening through which the coolant passes is complicated, it is difficult to mold it as an integral structure. It is practical to divide the heat sink into several components and join them to form the entire heat sink. That is, the entire heat sink is formed by joining the bottom plate of the heat sink, the partition plate having the apertures, and the top plate using methods such as soldering, brazing, welding, and bonding using the side plates. The upper surface plate and the side surface plate, or the lower surface plate and the side surface plate can be respectively molded as an integral structure.
よって上記の現実的な構造により以下の問題点が生じる。 Therefore, the following problems occur due to the above-described realistic structure.
第1に、ヒートシンクの構造が複雑であり、加工費などのコストが高くなる。特に、ヒートシンクの内部に開孔部を有する仕切り板を設ける場合、ヒートシンクの内部構造が複雑になり、コスト上昇が顕著になる。また、ヒートシンク全体を、例えばアルミニウムを鋳型に流し込んで一体成型することが困難になる場合がある。その結果として、複数の金属板に必要な加工を施し、それらを接合して一体のヒートシンクに形成する必要があり、さらにコスト上昇が顕著になる。 First, the structure of the heat sink is complicated, and costs such as processing costs increase. In particular, when a partition plate having an opening is provided inside the heat sink, the internal structure of the heat sink becomes complicated and the cost rises significantly. Further, it may be difficult to integrally mold the entire heat sink by pouring, for example, aluminum into a mold. As a result, it is necessary to perform necessary processing on a plurality of metal plates and join them to form an integrated heat sink, which further increases the cost.
第2に、半導体チップをさらに効率良く冷却するために、比較的熱抵抗の大きいシリコングリスを介さずに、半導体チップが実装されているセラミックス基板の裏面に冷媒の噴流を直接衝突させることが効果的であると考えられる。しかし、セラミックス基板をヒートシンク上面に半田付け等の低熱抵抗接合材料を用いて直接接合する際、ヒートシンク内部が中空もしくはヒートシンク上面の裏面側が必ずしも平坦でないことにより、半田付け工程にて必要な昇温条件を得難く、実現困難である。 Second, in order to cool the semiconductor chip more efficiently, it is effective to cause the jet of the coolant to directly collide with the back surface of the ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted without using silicon grease having a relatively large thermal resistance. It is considered to be appropriate. However, when directly bonding the ceramic substrate to the upper surface of the heat sink using a low thermal resistance bonding material such as soldering, the temperature rise condition required in the soldering process is not possible because the inside of the heat sink is hollow or the back side of the upper surface of the heat sink is not necessarily flat. It is difficult to obtain and difficult to realize.
本発明の特徴は、第1の主面と第1の主面に対向する第2の主面とを有するベースプレートと、第1の主面に接合された半導体チップと、半導体チップが実装されたヒートシンクとを有する半導体装置であって、ヒートシンクは、ベースプレートの第2の主面に接合された接合面を有する本体部と、ベースプレートの第1の主面の外周部分に配置された押さえ部とを有し、本体部及び押さえ部がベースプレートを挟み、本体部の接合面には半導体チップが配置されている位置に対応して第1の開孔部が形成され、本体部の内部と第1の開孔部から表出したベースプレートの第2の主面とで囲まれた領域で定義される冷媒室を流通する冷媒は第1の開孔部を介してベースプレートの第2の主面に直接接触することを要旨とする。 A feature of the present invention is that a base plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, a semiconductor chip bonded to the first main surface, and the semiconductor chip are mounted. A heat sink includes a main body having a bonding surface bonded to a second main surface of the base plate, and a pressing portion disposed on an outer peripheral portion of the first main surface of the base plate. The main body portion and the pressing portion sandwich the base plate, and a first opening portion is formed on the bonding surface of the main body portion corresponding to the position where the semiconductor chip is disposed, The refrigerant flowing through the refrigerant chamber defined by the region surrounded by the second main surface of the base plate exposed from the opening portion directly contacts the second main surface of the base plate through the first opening portion. The gist is to do.
本発明によれば、発熱体である半導体チップを低熱抵抗で冷却すると同時に、冷媒の漏れを防ぐ半導体装置を安価に提供することが出来る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which prevents the leakage of a refrigerant | coolant at the same time it cools the semiconductor chip which is a heat generating body with low thermal resistance can be provided at low cost.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
(第1の実施の形態)
本発明の第1乃至第5の実施の形態においては、発熱体及び当該発熱体から生じる熱を冷却するヒートシンクを有する装置の一例として、半導体素子が形成された半導体チップ及び半導体チップからの発熱を冷却するヒートシンクを備えた半導体装置について説明する。
(First embodiment)
In the first to fifth embodiments of the present invention, as an example of a device having a heating element and a heat sink that cools the heat generated from the heating element, the semiconductor chip on which the semiconductor element is formed and the heat generated from the semiconductor chip are generated. A semiconductor device including a heat sink for cooling will be described.
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体装置は、セラミックス基板又はセラミックス基板及び金属材料を積層した積層基板からなるベースプレート1と、ベースプレート1の中央部分に配置された複数の半導体チップ(例えば、第1乃至第3の半導体チップ)2a〜2cと、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cの外周を取り囲むようにベースプレート1の外周部分に配置された押さえ部4とを有する。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is arranged at a central portion of a base plate 1 composed of a ceramic substrate or a laminated substrate in which a ceramic substrate and a metal material are laminated, and the base plate 1. A plurality of semiconductor chips (for example, first to third semiconductor chips) 2a to 2c and a holding portion 4 disposed on the outer peripheral portion of the base plate 1 so as to surround the outer periphery of the first to third semiconductor chips 2a to 2c. And have.
図2に示すように、図1の半導体装置はA−A’切断面において、第1の主面15aと第1の主面15aに対向する第2の主面15bとを有するベースプレート1と、ベースプレート1の第1の主面15aに接合された第1の半導体チップ2aと、第1及び第2の主面15a、15bの外周部分を挟み込むヒートシンク8とを有する。 As shown in FIG. 2, the semiconductor device of FIG. 1 includes a base plate 1 having a first main surface 15 a and a second main surface 15 b facing the first main surface 15 a at the AA ′ cut surface. It has the 1st semiconductor chip 2a joined to the 1st main surface 15a of the baseplate 1, and the heat sink 8 which pinches | interposes the outer peripheral part of the 1st and 2nd main surfaces 15a and 15b.
ヒートシンク8は、ベースプレート1の第2の主面15bに接合された接合面16を有する本体部3と、ベースプレート1の外周部分に配置された押さえ部4と、本体部3の内部にベースプレート1に平行に配置された仕切り板5と、本体部3の接合面16上に配置された本体突起部6と、ベースプレート1に接する押さえ部4の面上に配置された押さえ突起部7とを備える。 The heat sink 8 includes a main body portion 3 having a joint surface 16 joined to the second main surface 15 b of the base plate 1, a pressing portion 4 disposed on the outer peripheral portion of the base plate 1, and the base plate 1 inside the main body portion 3. The partition plate 5 arranged in parallel, the main body protrusion 6 disposed on the joint surface 16 of the main body 3, and the pressing protrusion 7 disposed on the surface of the pressing portion 4 in contact with the base plate 1 are provided.
本体部3の接合面16には第1の半導体チップ2aが配置されている位置に対応して第1の開孔部9が形成されている。本体部3の内部と第1の開孔部9から表出したベースプレート1の第2の主面15bとで囲まれた領域は、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cからの発熱を冷却する冷媒が流通する「冷媒室11」として定義される。したがって、冷媒室11を流通する冷媒は、第1の開孔部9を介してベースプレート1の第2の主面15bに直接接触することになる。 A first opening 9 is formed on the bonding surface 16 of the main body 3 corresponding to the position where the first semiconductor chip 2a is disposed. A region surrounded by the inside of the main body 3 and the second main surface 15b of the base plate 1 exposed from the first opening 9 cools heat generated from the first to third semiconductor chips 2a to 2c. It is defined as “refrigerant chamber 11” through which refrigerant flows. Therefore, the refrigerant flowing through the refrigerant chamber 11 comes into direct contact with the second main surface 15 b of the base plate 1 through the first opening 9.
ベースプレート1は本体突起部6及び押さえ突起部7により挟み込まれている。本体部3、押さえ部4、本体突起部6及び押さえ突起部7により囲まれた空間に接着材などの充填材14が隙間無く充填されている。押さえ部4、ベースプレート1及び本体部3は充填材14により隙間無く接着接合している。その他、本体部3と押さえ部4との接合は、半田付け、溶接などを用いても構わない。 The base plate 1 is sandwiched between the main body protrusion 6 and the pressing protrusion 7. A space surrounded by the main body 3, the pressing portion 4, the main body protruding portion 6 and the pressing protruding portion 7 is filled with a filler 14 such as an adhesive without a gap. The pressing portion 4, the base plate 1, and the main body portion 3 are bonded and joined with a filler 14 without a gap. In addition, soldering, welding, or the like may be used for joining the main body portion 3 and the pressing portion 4.
仕切り板5は、第1の半導体チップ2aが配置されている位置に対応して第2の開孔部10を有する。冷媒室11は、仕切り板5を境にしてベースプレート1側に位置する第1の冷媒室12と第2の冷媒室13とに分けられている。 The partition plate 5 has a second opening portion 10 corresponding to the position where the first semiconductor chip 2a is disposed. The refrigerant chamber 11 is divided into a first refrigerant chamber 12 and a second refrigerant chamber 13 located on the base plate 1 side with the partition plate 5 as a boundary.
本体部3及び押さえ部4の少なくとも何れか一方は樹脂材料から形成されていることが望ましい。また、本体突起部6は本体部3より軟らかい材料から形成されていることが望ましい。更に、押さえ突起部7は押さえ部4より軟らかい材料から形成されていることが望ましい。 It is desirable that at least one of the main body portion 3 and the pressing portion 4 is formed from a resin material. Further, it is desirable that the main body protrusion 6 is made of a material softer than the main body 3. Furthermore, it is desirable that the pressing projection 7 is made of a material that is softer than the pressing portion 4.
図3に示すように、図1のB−B’切断面において、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cがベースプレート1の第1の主面15a上に配置されている。本体部3の接合面16には第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cが配置されている位置に対応して第1の開孔部9が形成されている。仕切り板5は、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cが配置されている位置に対応して3つの第2の開孔部10を有する。 As shown in FIG. 3, the first to third semiconductor chips 2 a to 2 c are arranged on the first main surface 15 a of the base plate 1 at the B-B ′ cut surface of FIG. 1. A first opening 9 is formed on the bonding surface 16 of the main body 3 corresponding to the position where the first to third semiconductor chips 2a to 2c are disposed. The partition plate 5 has three second opening portions 10 corresponding to positions where the first to third semiconductor chips 2a to 2c are arranged.
冷媒が冷媒室11の内部へ流入するための冷媒流入孔17が第2の冷媒室13の一部に配置され、冷媒が冷媒室11の内部から流出するための冷媒流出孔18が第1の冷媒室12の一部に配置されている。冷媒は、冷媒流入孔17から第2の冷媒室13内に流入し、第2の開孔部10を経て第2の冷媒室13から第1の冷媒室12へ流れ、冷媒流出孔18から流出する。第2の開孔部10を通過して第2の冷媒室13から第1の冷媒室12へ流れる時に、冷媒の噴流は、第1の開孔部9を経てベースプレート1の第2の主面15bに直接衝突する。 A refrigerant inflow hole 17 for allowing the refrigerant to flow into the refrigerant chamber 11 is disposed in a part of the second refrigerant chamber 13, and a refrigerant outflow hole 18 for allowing the refrigerant to flow out of the refrigerant chamber 11 is provided in the first refrigerant chamber 11. Arranged in a part of the refrigerant chamber 12. The refrigerant flows into the second refrigerant chamber 13 from the refrigerant inflow hole 17, flows from the second refrigerant chamber 13 to the first refrigerant chamber 12 through the second opening 10, and flows out from the refrigerant outflow hole 18. To do. When passing through the second opening 10 and flowing from the second refrigerant chamber 13 to the first refrigerant chamber 12, the jet of the refrigerant passes through the first opening 9 and the second main surface of the base plate 1. Collide directly with 15b.
次に、図1乃至図3に示した半導体装置の製造方法を、図4乃至図6の各分図を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIGS. 1 to 3 will be described with reference to each of FIGS.
(イ)先ず、図4(a)に示す本体突起部6と図4(b)に示す本体部3の上面板3aとを用意し、図4(c)に示すように、本体突起部6と上面板3aとを例えば接着材或いは熱溶着により接合する。なお同様にして、押さえ突起部7と押さえ部4をそれぞれ用意し、両者を例えば接着材或いは熱溶着により接合する。 (A) First, a main body protrusion 6 shown in FIG. 4A and an upper surface plate 3a of the main body 3 shown in FIG. 4B are prepared. As shown in FIG. 4C, the main body protrusion 6 is prepared. And the upper surface plate 3a are joined together by, for example, an adhesive or heat welding. In the same manner, the pressing projection 7 and the pressing portion 4 are prepared, and both are bonded by, for example, an adhesive or heat welding.
(ロ)図5(a)に示す本体突起部6と上面板3aの結合体と、図5(b)に示す仕切り板5と、図5(c)に示す本体部3の下側面板3bとを用意し、本体突起部6と上面板3aの結合体、仕切り板5及び下側面板3bを、図5(d)に示すように例えば接着材或いは熱溶着により接合する。本体部3の内部に仕切り板5が配置され、本体部3の接合面16上に本体突起部6が配置される。 (B) A combination of the main body projection 6 and the upper surface plate 3a shown in FIG. 5A, a partition plate 5 shown in FIG. 5B, and a lower side plate 3b of the main body 3 shown in FIG. 5C. And the joined body of the main body protruding portion 6 and the upper surface plate 3a, the partition plate 5 and the lower side surface plate 3b are joined together by, for example, an adhesive or heat welding as shown in FIG. The partition plate 5 is disposed inside the main body 3, and the main body protrusion 6 is disposed on the joint surface 16 of the main body 3.
(ハ)図6(a)に示すように、ベースプレート1の第1の主面15aに第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを実装する。具体的には、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを半田付けなどで第1の主面15aに機械的に固定する。そして、必要に応じてボンディングワイヤなどを用いて第1乃至第3の半導体チップ2a〜2c表面の電極パッドとの電気的接続を行なう。 (C) As shown in FIG. 6A, the first to third semiconductor chips 2 a to 2 c are mounted on the first main surface 15 a of the base plate 1. Specifically, the first to third semiconductor chips 2a to 2c are mechanically fixed to the first main surface 15a by soldering or the like. Then, electrical connection with the electrode pads on the surfaces of the first to third semiconductor chips 2a to 2c is performed using bonding wires or the like as necessary.
(ニ)図6(b)に示すように、図5(d)の本体部3の接合面16上に、図6(a)のベースプレート1の第2の主面15bを合わせて載置する。このとき、接合面16と第2の主面15bとの間に本体突起部6が配置されている。また、本体部3の第1の開孔部9と第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cが配置されている位置が重なるようにベースプレート1を載置する。本体部3の内部と第1の開孔部9から表出したベースプレート1の第2の主面15bとで囲まれた冷媒室11が形成され、仕切り板5により冷媒室11が第1の冷媒室12及び第2の冷媒室13に分けられる。 (D) As shown in FIG. 6 (b), the second main surface 15b of the base plate 1 of FIG. 6 (a) is placed on the joint surface 16 of the main body 3 of FIG. 5 (d). . At this time, the main body protrusion 6 is disposed between the joint surface 16 and the second main surface 15b. In addition, the base plate 1 is placed so that the first opening 9 of the main body 3 and the position where the first to third semiconductor chips 2a to 2c are arranged overlap. A refrigerant chamber 11 surrounded by the inside of the main body 3 and the second main surface 15b of the base plate 1 exposed from the first opening 9 is formed, and the refrigerant chamber 11 is defined by the partition plate 5 as the first refrigerant. It is divided into a chamber 12 and a second refrigerant chamber 13.
(ホ)最後に、図6(c)に示すように、ベースプレート1の第1の主面15a側からベースプレート1の外周部分に押さえ部4を載置する。このとき、ベースプレート1の第1の主面15aと押さえ部4との間には押さえ突起部7が配置されている。このように、ベースプレート1は、その両面15a、15bから本体部3及び押さえ部4により挟み込まれる。この状態のまま、本体部3、押さえ部4、本体突起部6及び押さえ突起部7により囲まれた空間に充填材14を隙間無く充填して、押さえ部4、ベースプレート1及び本体部3を接着接合する。以上の工程を経て図1乃至図3に示した半導体装置が完成する。 (E) Finally, as shown in FIG. 6C, the pressing portion 4 is placed on the outer peripheral portion of the base plate 1 from the first main surface 15 a side of the base plate 1. At this time, the pressing protrusion 7 is disposed between the first main surface 15 a of the base plate 1 and the pressing portion 4. In this way, the base plate 1 is sandwiched between the main body 3 and the pressing portion 4 from both surfaces 15a and 15b. In this state, the space surrounded by the main body 3, the pressing portion 4, the main body protruding portion 6 and the pressing protruding portion 7 is filled with the filler 14 without any gap, and the holding portion 4, the base plate 1 and the main body 3 are bonded. Join. The semiconductor device shown in FIGS. 1 to 3 is completed through the above steps.
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、本体部3の内部と第1の開孔部9から表出したベースプレート1の第2の主面15bとで囲まれた領域が冷媒室11として定義され、冷媒室11を流通する冷媒は、第1の開孔部9を介してベースプレート1の第2の主面15bに直接接触することになる。したがって、発熱体である第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを低熱抵抗で冷却することが出来る。即ち、従来のシリコングリスのような比較的熱抵抗の大きい部分を介すること無く、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cで生じる熱を冷媒に伝達することが出来る。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is surrounded by the inside of the main body 3 and the second main surface 15b of the base plate 1 exposed from the first opening 9. The region is defined as the refrigerant chamber 11, and the refrigerant flowing through the refrigerant chamber 11 comes into direct contact with the second main surface 15 b of the base plate 1 through the first opening 9. Therefore, the first to third semiconductor chips 2a to 2c, which are heating elements, can be cooled with low thermal resistance. That is, heat generated in the first to third semiconductor chips 2a to 2c can be transferred to the refrigerant without passing through a portion having a relatively large thermal resistance such as conventional silicon grease.
また、ベースプレート1の外周部分を押さえ部4及び本体部3で挟むことにより、冷媒の漏れを防ぎつつ、押さえ部4と本体部3が別々の構造体であるのでこれら両者を容易に成型することが出来る。 In addition, by sandwiching the outer peripheral portion of the base plate 1 between the pressing portion 4 and the main body portion 3, the pressing portion 4 and the main body portion 3 are separate structures while preventing leakage of the refrigerant, so that both of them can be easily molded. I can do it.
更に、冷媒が第2の冷媒室13から第2の開孔部10を経て第1の冷媒室12へ流れることにより、冷媒の噴流は第1の開孔部9を経てベースプレート1の第2の主面15bに直接衝突することになる。したがって、さらにベースプレート1上の第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを効率良く冷却することが出来る。 Further, the refrigerant flows from the second refrigerant chamber 13 through the second opening 10 to the first refrigerant chamber 12, whereby the refrigerant jet flows through the first opening 9 and the second plate of the base plate 1. It directly collides with the main surface 15b. Therefore, the first to third semiconductor chips 2a to 2c on the base plate 1 can be efficiently cooled.
更に、本体部3と押さえ部4とを樹脂材料で形成した場合には、これらの材料費が低減できると共に、両者の形状が複雑であっても、低コストで容易に成型加工できる。また、樹脂材料は一般的に絶縁体であるので、ベースプレート1或いはベースプレート1上の配線領域がヒートシンク8の一部分に接触し得る本構造においても、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cの電気的絶縁を容易に図ることが出来る。 Furthermore, when the main body portion 3 and the pressing portion 4 are formed of a resin material, these material costs can be reduced, and even if both shapes are complicated, they can be easily molded at a low cost. In addition, since the resin material is generally an insulator, the electric power of the first to third semiconductor chips 2a to 2c is also present in this structure in which the base plate 1 or the wiring region on the base plate 1 can be in contact with a part of the heat sink 8. Can be easily achieved.
更に、本体部3とベースプレート1の間、及び押さえ部4とベースプレート1の間にそれぞれ本体突起部6及び押さえ突起部7を配置して、本体突起部6と押さえ突起部7とでベースプレート1を挟むことにより、本体突起部6及び押さえ突起部7がOリング的な作用を成し、さらに上記の冷媒漏れ防止効果を高めることができる。ここで「Oリング的な作用」とは、本体突起部6及び押さえ突起部7とベースプレートとの間での材料の硬さの相違により、何れか一方が変形することによって両者の密着度合いを高める作用をいう。Oリング的な作用が発生する理由の概略を図7を参照して説明する。冷媒の圧力、例えば冷媒が水ならば水圧が、本体部3の接合面16の裏面側とベースプレート1の第2の主面15bに印加される。その結果、本体突起部6がベースプレート1の第2の主面15bに押し付けられると共に、ベースプレート1の第1の主面15aが押さえ突起部7に押し付けられる。その押付圧力が面積の小さい突起部6、7の先端部に集中し、例えば突起部6、7の先端部が若干の潰れ変形を起こすことにより、さらに冷媒漏れ防止機能が高まる。したがって、従来のOリングを用いる場合のような、Oリング自体の幅やOリングに均一に圧力を印加するための高密度なネジ留め施工による大きなスペースは不要となり、装置の小型化が実現可能である。 Further, a main body protrusion 6 and a pressing protrusion 7 are disposed between the main body 3 and the base plate 1 and between the pressing part 4 and the base plate 1, respectively. By sandwiching, the main body protruding portion 6 and the pressing protruding portion 7 can function as an O-ring, and the above-described refrigerant leakage preventing effect can be further enhanced. Here, “O-ring-like action” means that either one of the main body protrusion 6 and the pressing protrusion 7 and the base plate is deformed, and one of them is deformed to increase the degree of adhesion between them. Refers to action. An outline of the reason why the O-ring-like action occurs will be described with reference to FIG. The pressure of the refrigerant, for example, if the refrigerant is water, the water pressure is applied to the back surface side of the joint surface 16 of the main body 3 and the second main surface 15 b of the base plate 1. As a result, the main body protrusion 6 is pressed against the second main surface 15 b of the base plate 1, and the first main surface 15 a of the base plate 1 is pressed against the pressing protrusion 7. The pressing pressure concentrates on the tip portions of the projections 6 and 7 having a small area. For example, the tip portions of the projections 6 and 7 cause some crushing deformation, thereby further improving the refrigerant leakage prevention function. Therefore, there is no need for a large space by high-density screwing to apply pressure uniformly to the O-ring itself and the width of the O-ring itself, as in the case of using a conventional O-ring, and the device can be downsized. It is.
更に、本体部3、押さえ部4、ベースプレート1の外周部分を接着材などの充填材14で隙間無く接着接合しているので、上述した突起部6、7のOリング的な作用と相まって冷媒漏れ防止効果が向上する。また、一般的に樹脂材料と接着材は高い接着力を発揮することが容易である。したがって、本体部3と押さえ部4とを樹脂材料で形成した場合には、上記の冷媒漏れ防止効果がより一層顕著になる。 Further, since the outer peripheral portions of the main body 3, the presser 4, and the base plate 1 are adhesively bonded with a filler 14 such as an adhesive without gaps, the leakage of the refrigerant is coupled with the O-ring action of the protrusions 6 and 7 described above. The prevention effect is improved. In general, it is easy for the resin material and the adhesive to exhibit high adhesive strength. Therefore, when the main body part 3 and the pressing part 4 are formed of a resin material, the above-described refrigerant leakage prevention effect becomes even more remarkable.
更に、図4及び図5に示したように、本体部3若しくは本体部3と仕切り板5とを複数の板材を積層して形成する場合には、本体部3及び仕切り板5が複雑な形状であっても、低コストで形成することができる。特に、本体部3及び仕切り板5の板材として樹脂材料を用いれば、各部材を容易に成型することが出来、各部材間を加熱溶着又は接着などにより容易に積層接合することが出来る。なお、図4及び図5に示したように、第1の実施の形態では、本体部3及び仕切り板5の結合体が複数の板材3a、3b、5を積層接合することにより形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されることは無い。例えば、本体部3または本体部3及び仕切り板5が、一体成型された一体の構造体であっても構わない。本体部3または本体部3と仕切り板5を一体の構造体として形成すれば、部品点数が減り低コスト化が図れる。 Furthermore, as shown in FIGS. 4 and 5, when the main body 3 or the main body 3 and the partition plate 5 are formed by laminating a plurality of plate members, the main body 3 and the partition plate 5 have a complicated shape. Even so, it can be formed at low cost. In particular, if a resin material is used as the plate material of the main body 3 and the partition plate 5, each member can be easily molded, and each member can be easily laminated and bonded by heat welding or adhesion. As shown in FIGS. 4 and 5, in the first embodiment, a combined body of the main body 3 and the partition plate 5 is formed by laminating and joining a plurality of plate members 3 a, 3 b, and 5. Although the case has been described, the present invention is not limited to this. For example, the main body part 3 or the main body part 3 and the partition plate 5 may be an integral structure integrally molded. If the main body 3 or the main body 3 and the partition plate 5 are formed as an integral structure, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
更に、本体部3より本体突起部6を軟らかい材料で形成し、押さえ部4より押さえ突起部7を軟らかい材料で形成することにより、次の作用効果が生じる。即ち、本体部3や押さえ部4自体は硬い材料で形成して機械的強度を増し、冷媒の圧力が印加されても変形等が生じないように確実にできる。また、本体突起部6及び押さえ突起部7は軟らかい材料で形成して、冷媒の圧力による加重を本体突起部6及び押さえ突起部7の先端部に集中させて押し潰す事により、一層確実に冷媒漏れを防止できる。特に、本体部3、押さえ部4、及びこれらの突起部6、7の構成材料として、樹脂材料を用いる場合には、本体部3及び押さえ部4とこれら突起部6、7との間で構成材料を変えて上記効果を容易に得ることが出来、かつ本体部3及び押さえ部4とこれら突起部6、7とが異なる材料でも容易に接合させることが可能である。 Further, by forming the main body protrusion 6 from the main body 3 with a soft material and forming the pressing protrusion 7 from the pressing portion 4 with a soft material, the following effects are produced. That is, the main body part 3 and the pressing part 4 themselves are made of a hard material to increase the mechanical strength, and can be reliably prevented from being deformed even when a refrigerant pressure is applied. Further, the main body protrusion 6 and the pressing protrusion 7 are made of a soft material, and the refrigerant pressure is more reliably reduced by concentrating and crushing the load due to the pressure of the refrigerant on the tip of the main body protrusion 6 and the pressing protrusion 7. Leakage can be prevented. In particular, when a resin material is used as the constituent material of the main body 3, the pressing portion 4, and the protrusions 6 and 7, the structure is formed between the main body 3 and the pressing portion 4 and the protrusions 6 and 7. The above effect can be easily obtained by changing the material, and it is possible to easily join even the different materials of the main body 3 and the pressing portion 4 and the protrusions 6 and 7.
更に、本発明の第1の実施の形態では、ベースプレート1が、セラミックス基板又はセラミックス基板と金属部材との積層部材により形成されている場合について説明した。この場合、電気的絶縁と配線領域形成の為にセラミックス基板上に第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを実装した構造においても、セラミックス基板の裏面に直接冷媒を接触させることができるので、十分に低い熱抵抗で第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを冷却することが可能になる。また、セラミックス基板の裏面に金属板によるベースプレート等の別材料を設ける必要が無いので、積層構造が簡素化され、これにより低熱抵抗化と低コスト化を図れる。また同時に、セラミックス基板とヒートシンク8の本体部3とを半田などの剛体材料で接合することは無いので、異種材料(セラミックス基板と本体部3)間の熱膨張係数相違による熱応力によって信頼性上の問題が生じることも回避できる。 Furthermore, in the first embodiment of the present invention, the case where the base plate 1 is formed of a ceramic substrate or a laminated member of a ceramic substrate and a metal member has been described. In this case, even in the structure in which the first to third semiconductor chips 2a to 2c are mounted on the ceramic substrate for electrical insulation and wiring area formation, the coolant can be directly brought into contact with the back surface of the ceramic substrate. The first to third semiconductor chips 2a to 2c can be cooled with sufficiently low thermal resistance. In addition, since it is not necessary to provide a separate material such as a base plate made of a metal plate on the back surface of the ceramic substrate, the laminated structure is simplified, thereby reducing thermal resistance and cost. At the same time, since the ceramic substrate and the main body 3 of the heat sink 8 are not joined by a rigid material such as solder, reliability is improved due to thermal stress due to a difference in thermal expansion coefficient between different materials (ceramic substrate and main body 3). It is also possible to avoid this problem.
なお、背景技術の欄で示した特許文献1に開示された発熱体冷却装置において、半導体チップをセラミックス基板上に実装し、ヒートシンク上面を開口し、セラミックス基板の裏面が直接冷媒に接触するように構成した場合、ヒートシンク開口部分とセラミックス基板の接合界面において冷媒漏れが起きない構造上の対策が困難となる。接着または半田付けあるいは溶接により接合した場合、一般にセラミックス基板とヒートシンクを構成する金属材料とでは熱膨張係数が異なり、熱応力による信頼性上の懸念がある。さらに、冷媒の圧力が該接合を剥がす方向に作用するので、前記の信頼性上の懸念と相まって、冷媒漏れの可能性を否定できない。また、半導体チップが実装されているセラミックス基板に対して半田付けや溶接を行なう際の高温工程により半導体チップに損傷を与える懸念、あるいは必要な温度まで昇温させ難い等の問題が有る。これに対して、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体装置によれば、上述したようにベースプレート1とヒートシンク8との接合の信頼性は高く、より確実に冷媒漏れを防止することが出来る。 In the heating element cooling device disclosed in Patent Document 1 shown in the background art section, the semiconductor chip is mounted on the ceramic substrate, the upper surface of the heat sink is opened, and the back surface of the ceramic substrate is in direct contact with the refrigerant. When configured, it is difficult to take a structural measure for preventing refrigerant leakage at the bonding interface between the heat sink opening and the ceramic substrate. When bonded by bonding, soldering or welding, the ceramic substrate and the metal material constituting the heat sink generally have different thermal expansion coefficients, and there is a concern about reliability due to thermal stress. Furthermore, since the pressure of the refrigerant acts in the direction to peel off the joint, the possibility of refrigerant leakage cannot be denied in combination with the above-mentioned reliability concerns. In addition, there is a problem that the semiconductor chip is damaged by a high temperature process when soldering or welding the ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted, or that it is difficult to raise the temperature to a necessary temperature. On the other hand, according to the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, as described above, the bonding reliability between the base plate 1 and the heat sink 8 is high, and it is possible to more reliably prevent refrigerant leakage. I can do it.
(第2の実施の形態)
図8に示すように、本発明の第2の実施の形態に係わる半導体装置は、金属板からなるベースプレート1と、ベースプレート1の中央部分に配置された第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cと、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cの外周を取り囲むようにベースプレート1の外周部分に配置された押さえ部4とを有する。押さえ部4は、ベースプレート1の外周部分の3辺側に配置された第1の押さえ部4aと、ベースプレート1の外周部分の残りの1辺側に配置された第2の押さえ部4bとを有する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 8, the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention includes a base plate 1 made of a metal plate, and first to third semiconductor chips 2a to 2c arranged in the central portion of the base plate 1. And a pressing portion 4 disposed on the outer peripheral portion of the base plate 1 so as to surround the outer periphery of the first to third semiconductor chips 2a to 2c. The pressing portion 4 includes a first pressing portion 4 a disposed on the three sides of the outer peripheral portion of the base plate 1 and a second pressing portion 4 b disposed on the remaining one side of the outer peripheral portion of the base plate 1. .
なお、第2の実施の形態に係わる半導体装置の断面構造は、図2及び図3に示した半導体装置の断面構造と同一であり、図示を省略する。第1の押さえ部4aは、ベースプレート1の外周部分の3辺側に配置されている。第2の押さえ部4bは、ベースプレート1の外周部分の残りの1辺側に配置されている。その他の構成要素は図2及び図3に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。 Note that the cross-sectional structure of the semiconductor device according to the second embodiment is the same as the cross-sectional structure of the semiconductor device shown in FIGS. The first pressing portions 4 a are arranged on the three sides of the outer peripheral portion of the base plate 1. The second pressing portion 4 b is disposed on the remaining one side of the outer peripheral portion of the base plate 1. Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIGS.
図9を参照して図8の半導体装置の製造工程の一部を説明する。第1の実施の形態においては図6に示したように、ベースプレート1を本体部3の上に載置した後にベースプレート1の外周部分を押さえ部4で挟み込んでいた。これに対して、図8の半導体装置の製造工程では、図9に示すように、ベースプレート1を本体部3の上に載置する前に、第1の押さえ部4aを予め本体部3に接合する、或いは、本体部3と第1の押さえ部4aを一体の構造体として成型する。その後、本体部3と第1の押さえ部4aとが対向している間に第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを実装したベースプレート1をベースプレート1の外周部分の残りの1辺側から挿入する。なお、ベースプレート1を挿入する前に、本体部3と第1の押さえ部4aとが対向している間には予め充填材14としての接着材を塗布しておく。ベースプレート1を挿入した後、ベースプレート1の外周部分の残りの1辺側を第2の押さえ部4bで挟み込む。 A part of the manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 8 will be described with reference to FIG. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, after the base plate 1 is placed on the main body portion 3, the outer peripheral portion of the base plate 1 is sandwiched between the pressing portions 4. On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 8, the first pressing portion 4a is joined to the main body 3 in advance before the base plate 1 is placed on the main body 3 as shown in FIG. Alternatively, the main body portion 3 and the first pressing portion 4a are molded as an integral structure. Thereafter, the base plate 1 on which the first to third semiconductor chips 2a to 2c are mounted is inserted from the remaining one side of the outer peripheral portion of the base plate 1 while the main body 3 and the first pressing portion 4a face each other. To do. Before the base plate 1 is inserted, an adhesive as a filler 14 is applied in advance while the main body 3 and the first pressing portion 4a are opposed to each other. After the base plate 1 is inserted, the remaining one side of the outer peripheral portion of the base plate 1 is sandwiched between the second pressing portions 4b.
その他の製造工程は、第1の実施の形態の半導体装置と同一であり、説明及び図示を省略する。 Other manufacturing processes are the same as those of the semiconductor device of the first embodiment, and the description and illustration are omitted.
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態によれば、ベースプレート1の外周部分の3辺側は、第1の押さえ部4aと本体部3とが予め接合されているので、冷媒漏れの懸念が無く、接合強度も十分に高く確保することが出来る。ベースプレート1の外周部分の残りの1辺側についても、本体部3、第2の押さえ部4b、本体突起部6及び押さえ突起部6により囲まれた空間に充填材14を充填するなどの冷媒漏れ防止の対策を施せば良い。残りの1辺側に印加される冷媒圧力の加重も小さくなることもあり、冷媒漏れ防止構造の形成がより一層容易になる。特に、前記したように本体部3又は本体部3及び第1及び第2の押さえ部4a、4bに樹脂材料を用いる場合には、第1の押さえ部4aと本体部3とを同一の構造体にすること、あるいは積層結合体として接合することを容易に行なうことが可能になる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the first pressing portion 4a and the main body portion 3 are joined in advance on the three sides of the outer peripheral portion of the base plate 1, so that the refrigerant There is no fear of leakage, and a sufficiently high bonding strength can be ensured. The remaining one side of the outer peripheral portion of the base plate 1 also leaks refrigerant such as filling the space surrounded by the main body 3, the second pressing portion 4 b, the main body protruding portion 6 and the pressing protruding portion 6 with the filler 14. It is sufficient to take preventive measures. The load of the refrigerant pressure applied to the remaining one side may also be reduced, and the formation of the refrigerant leakage prevention structure is further facilitated. In particular, as described above, when the resin material is used for the main body 3 or the main body 3 and the first and second pressing portions 4a and 4b, the first pressing portion 4a and the main body 3 are made of the same structure. It is possible to easily perform the bonding or as a laminated combination.
(第3の実施の形態)
図10に示すように、本発明の第3の実施の形態に係わる半導体装置は、金属板からなるベースプレート1と、ベースプレート1の中央部分に配置された第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cと、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cの外周を取り囲むようにベースプレート1の外周部分に配置された押さえ部4とを有する。押さえ部4は、ベースプレート1の外周部分の3辺側に配置された第1の押さえ部4aと、ベースプレート1の外周部分の残りの1辺側に配置された第2の押さえ部4bと、隣接する第1及び第2の半導体チップ2a、2bの間に配置された第3の押さえ部4cと、隣接する第2及び第3の半導体チップ2b、2cの間に配置された第4の押さえ部4dとを有する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 10, the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes a base plate 1 made of a metal plate and first to third semiconductor chips 2 a to 2 c arranged at a central portion of the base plate 1. And a pressing portion 4 disposed on the outer peripheral portion of the base plate 1 so as to surround the outer periphery of the first to third semiconductor chips 2a to 2c. The pressing portion 4 is adjacent to the first pressing portion 4a disposed on the three sides of the outer peripheral portion of the base plate 1 and the second pressing portion 4b disposed on the remaining one side of the outer peripheral portion of the base plate 1. A third pressing portion 4c disposed between the first and second semiconductor chips 2a and 2b, and a fourth pressing portion disposed between the adjacent second and third semiconductor chips 2b and 2c. 4d.
図11に示すように、図10のC−C’切断面において、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cがベースプレート1の第1の主面15a上に配置されている。本体部3の接合面16には第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cが配置されている位置に対応して3つの第1の開孔部9が形成されている。仕切り板5は、第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cが配置されている位置に対応して3つの第2の開孔部10を有する。 As shown in FIG. 11, the first to third semiconductor chips 2 a to 2 c are arranged on the first main surface 15 a of the base plate 1 at the C-C ′ cut surface of FIG. 10. Three first hole portions 9 are formed on the bonding surface 16 of the main body portion 3 corresponding to the positions where the first to third semiconductor chips 2a to 2c are disposed. The partition plate 5 has three second opening portions 10 corresponding to positions where the first to third semiconductor chips 2a to 2c are arranged.
冷媒が冷媒室11の内部へ流入するための冷媒流入孔17が第2の冷媒室13の一部に配置され、冷媒が冷媒室11の内部から流出するための冷媒流出孔18が第1の冷媒室12の一部に配置されている。冷媒は、冷媒流入孔17から第2の冷媒室13内に流入し、第2の開孔部10を経て第2の冷媒室13から第1の冷媒室12へ流れ、冷媒流出孔18から流出する。第2の開孔部10を通過して第2の冷媒室13から第1の冷媒室12へ流れる時に、冷媒の噴流は、第1の開孔部9を経てベースプレート1の第2の主面15bに直接衝突する。 A refrigerant inflow hole 17 for allowing the refrigerant to flow into the refrigerant chamber 11 is disposed in a part of the second refrigerant chamber 13, and a refrigerant outflow hole 18 for allowing the refrigerant to flow out of the refrigerant chamber 11 is provided in the first refrigerant chamber 11. Arranged in a part of the refrigerant chamber 12. The refrigerant flows into the second refrigerant chamber 13 from the refrigerant inflow hole 17, flows from the second refrigerant chamber 13 to the first refrigerant chamber 12 through the second opening 10, and flows out from the refrigerant outflow hole 18. To do. When passing through the second opening 10 and flowing from the second refrigerant chamber 13 to the first refrigerant chamber 12, the jet of the refrigerant passes through the first opening 9 and the second main surface of the base plate 1. Collide directly with 15b.
第3の押さえ部4c及び押さえ突起部7は、隣接する第1及び第2の半導体チップ2a、2bの間に配置され、第4の押さえ部4d及び押さえ突起部7は、隣接する第2及び第3の半導体チップ2b、2cの間に配置されている。また、本体部3及び本体突起部6は、隣接する第1及び第2の半導体チップ2a、2bの間、及び隣接する第2及び第3の半導体チップ2b、2cの間にもそれぞれ配置されている。第3及び第4の押さえ部4c、4dと本体部3は、隣接する半導体チップ2a〜2cの間のベースプレート1を挟む。 The third pressing portion 4c and the pressing protrusion 7 are disposed between the adjacent first and second semiconductor chips 2a and 2b, and the fourth pressing portion 4d and the pressing protrusion 7 are adjacent to the second and second semiconductor chips 2a and 2b. Arranged between the third semiconductor chips 2b and 2c. The main body 3 and the main body protrusion 6 are also arranged between the adjacent first and second semiconductor chips 2a and 2b and between the adjacent second and third semiconductor chips 2b and 2c, respectively. Yes. The third and fourth pressing portions 4c and 4d and the main body 3 sandwich the base plate 1 between the adjacent semiconductor chips 2a to 2c.
なお、第3の実施の形態に係わる半導体装置の図2に対応する断面構造は、図2に示した半導体装置の断面構造と同一であり、図示及び説明を省略する。 Note that the cross-sectional structure corresponding to FIG. 2 of the semiconductor device according to the third embodiment is the same as the cross-sectional structure of the semiconductor device shown in FIG.
以上説明したように、本発明の第3の実施の形態によれば、ベースプレート1上に複数の半導体チップ2a〜2cが実装されることによりベースプレート1のサイズが大きくなり、これによりベースプレート1に加わる冷媒圧力加重が増大する場合でも、確実にベースプレート1を固定でき、冷媒漏れをより一層確実に防止することが可能になる。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, the size of the base plate 1 is increased by mounting the plurality of semiconductor chips 2 a to 2 c on the base plate 1, thereby adding to the base plate 1. Even when the refrigerant pressure load increases, the base plate 1 can be reliably fixed, and refrigerant leakage can be prevented more reliably.
(第4の実施の形態)
図12は、本発明の第4の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図であって、図2に対応する断面図である。図12に示すように、本発明の第4の実施の形態に係わる半導体装置において、押さえ部24の端部はコの字型形状を有し、本体部3の側面はコの字型形状の内部に差し込まれている。その他の断面構造は図2に示した半導体装置の断面構造と同一であり、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, which corresponds to FIG. As shown in FIG. 12, in the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, the end portion of the holding portion 24 has a U-shaped shape, and the side surface of the main body portion 3 has a U-shaped shape. It is plugged inside. Other cross-sectional structures are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.
なお、第4の実施の形態に係わる半導体装置の平面構造及び断面構造は、図1及び図3に示した半導体装置の平面構造及び断面構造と同一であり、図示及び説明を省略する。 Note that the planar structure and the sectional structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment are the same as the planar structure and the sectional structure of the semiconductor device shown in FIGS.
以上説明したように、本発明の第4の実施の形態によれば、押さえ部24が本体部3とさらに強固に結合することができるため、冷媒圧力がベースプレート1の第2の主面15bに加重されても、冷媒漏れをより一層確実に防止することが可能になる。また、前述したように、押さえ部24に樹脂材料を用いる場合には、押さえ部24の端部をコの字型形状に容易に延伸することができる。 As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, since the pressing portion 24 can be more firmly coupled to the main body portion 3, the refrigerant pressure is applied to the second main surface 15 b of the base plate 1. Even if the load is applied, it is possible to prevent the refrigerant leakage more reliably. As described above, when a resin material is used for the pressing portion 24, the end portion of the pressing portion 24 can be easily stretched into a U-shape.
(第5の実施の形態)
図13は、本発明の第5の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図であって、図2に対応する断面図である。図13に示すように、本発明の第5の実施の形態に係わる半導体装置において、ベースプレート1の第1の主面15a側に半導体チップがモールド樹脂により封止された密閉体としてのモジュール25が配置され、本体部3と押さえ部26はベースプレート1及びモジュール25を挟んでいる。また、押さえ部26の端部はコの字型形状を有し、モジュール25、ベースプレート1及び本体部3の側面はコの字型形状の内部に差し込まれている。その他の断面構造は図2に示した半導体装置の断面構造と同一であり、説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, which corresponds to FIG. As shown in FIG. 13, in the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, a module 25 as a sealed body in which a semiconductor chip is sealed with a mold resin on the first main surface 15a side of the base plate 1 is provided. The main body 3 and the pressing part 26 sandwich the base plate 1 and the module 25. Further, the end portion of the pressing portion 26 has a U-shaped shape, and the side surfaces of the module 25, the base plate 1 and the main body portion 3 are inserted into the U-shaped shape. Other cross-sectional structures are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.
以上説明したように、本発明の第5の実施の形態によれば、例えばパワーモジュールのように予めベースプレート1の第1の主面15a側に密閉されたモジュール体が配置されていても、第1乃至第4の実施の形態で示した同様な作用効果を奏することが出来る。更に、一般的にパワーモジュールは工業的に大量に生産され低コストが見込める、すなわち、工業的に量産効果が出て低コスト化を図り易く、低熱抵抗を実現できる半導体装置(例えば、パワーモジュール)を低コストで生産することが可能になる。 As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, even if a sealed module body is disposed on the first main surface 15a side of the base plate 1 in advance, for example, like a power module, The same effects as those shown in the first to fourth embodiments can be obtained. Furthermore, in general, power modules are industrially produced in large quantities and can be expected to be low in cost. That is, semiconductor devices (for example, power modules) that can easily achieve low cost and have low thermal resistance due to industrial mass production effects. Can be produced at low cost.
(第5の実施の形態の変形例)
図14に示すように、本発明の第5の実施の形態の変形例に係わる半導体装置は、押さえ部26、本体部3、ベースプレート1、及びモジュール25を圧接接合する固定部品(例えば、ネジ)27を更に有する。その他の断面構造は図13に示した半導体装置の断面構造と同一であり、説明を省略する。
(Modification of the fifth embodiment)
As shown in FIG. 14, the semiconductor device according to the modification of the fifth embodiment of the present invention is a fixed component (for example, screw) that presses and joins the pressing portion 26, the main body portion 3, the base plate 1, and the module 25. 27. The other cross-sectional structure is the same as the cross-sectional structure of the semiconductor device shown in FIG.
以上説明したように、本発明の第5の実施の形態の変形例によれば、上述した第5の実施による効果に加えて、冷媒水圧がベースプレート1の第2の主面15bに加重されても、冷媒漏れをさらに確実に防ぐことが可能になる。また、冷媒漏れ防止機構は、本体部3と押さえ部26あるいは本体部3と押さえ部26の端部と、ベースプレート1の挟み込み部分(外周部分)とに加えて、充填材14にて実現されている。よって、ネジ27等の固定部品を短い間隔で数多く設ける必要は必ずしも無く、装置全体の集積化/小型化を阻害しないことが可能になる。 As described above, according to the modification of the fifth embodiment of the present invention, the refrigerant water pressure is applied to the second main surface 15b of the base plate 1 in addition to the effects of the fifth embodiment described above. However, it is possible to prevent refrigerant leakage more reliably. The refrigerant leakage prevention mechanism is realized by the filler 14 in addition to the main body 3 and the pressing portion 26 or the end portions of the main body 3 and the pressing portion 26 and the sandwiched portion (outer peripheral portion) of the base plate 1. Yes. Therefore, it is not always necessary to provide a large number of fixing parts such as the screws 27 at short intervals, and it becomes possible not to hinder the integration / miniaturization of the entire apparatus.
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、第1乃至第5の実施の形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described with reference to the first to fifth embodiments and modifications thereof. However, it should be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. is not. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
第2乃至第5の実施の形態及びその変形例では、ベースプレート1が金属板からなる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるもので無く、第1の実施の形態と同様に、ベースプレート1がセラミックス基板又はセラミックス基板と金属材料との積層部材により形成されていても構わない。この場合、各実施例の効果に加えて以下の効果も生じる。即ち、電気的絶縁と配線領域形成の為にセラミックス基板上に第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを実装した場合についても、セラミックス基板の裏面(第2の主面15b)に直接冷媒が接触するので、十分に低い熱抵抗で第1乃至第3の半導体チップ2a〜2cを冷却することが可能になる。また、セラミックス基板の裏面に金属板によるベースプレート等の別材料を設ける必要が無いので、積層構造が簡素化され、低熱抵抗化と低コスト化を図れる。更に、セラミックス基板とヒートシンク8の本体部3とを半田などの剛体材料で接合する必要が無いので、異種材料間の熱膨張係数相違による熱応力によって信頼性上の問題が生じることも回避することが可能になる。 In the second to fifth embodiments and modifications thereof, the case where the base plate 1 is made of a metal plate has been described. However, the present invention is not limited to this, and the base plate 1 may be formed of a ceramic substrate or a laminated member of a ceramic substrate and a metal material, as in the first embodiment. In this case, the following effects are produced in addition to the effects of the respective embodiments. That is, even when the first to third semiconductor chips 2a to 2c are mounted on the ceramic substrate for electrical insulation and wiring area formation, the refrigerant is directly applied to the back surface (second main surface 15b) of the ceramic substrate. Since they are in contact with each other, the first to third semiconductor chips 2a to 2c can be cooled with sufficiently low thermal resistance. Further, since it is not necessary to provide another material such as a base plate made of a metal plate on the back surface of the ceramic substrate, the laminated structure can be simplified, and the thermal resistance and cost can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to join the ceramic substrate and the main body 3 of the heat sink 8 with a rigid material such as solder, it is possible to avoid the occurrence of reliability problems due to thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between different materials. Is possible.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.
このように、本発明の第1乃至第5の実施の形態によれば、製造容易な構造で、かつ樹脂など安価材料を用いて半導体装置を構成できるため、低コスト化が図り易い。また、半導体チップが実装されているセラミックス基板に対する信頼性上の懸念を与えずに、低熱抵抗での冷却ができる。更に、冷媒を半導体チップが実装されている位置に対応するセラミック基板の裏面に直接接触させる構造であっても、冷媒漏れ防止を確実に図れると共に、構成材料の熱膨張係数の相違による熱応力に起因する信頼性上の懸念も無い。更に、低コスト化が見込み易いパワーモジュールを用いることも容易である。 As described above, according to the first to fifth embodiments of the present invention, a semiconductor device can be configured using an inexpensive material such as a resin with a structure that can be easily manufactured, and therefore, the cost can be easily reduced. In addition, cooling with low thermal resistance can be performed without giving reliability concerns to the ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted. Furthermore, even in the structure in which the refrigerant is in direct contact with the back surface of the ceramic substrate corresponding to the position where the semiconductor chip is mounted, it is possible to reliably prevent the refrigerant from leaking and to cope with the thermal stress due to the difference in the thermal expansion coefficient of the constituent materials. There are no reliability concerns. Furthermore, it is easy to use a power module that is likely to reduce the cost.
本発明は、例えば、電気自動車用モータなどの交流モータを駆動するために供せられるインバータ装置として産業上利用することが出来る。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used industrially as an inverter device provided to drive an AC motor such as an electric vehicle motor.
1…ベースプレート
2a…第1の半導体チップ
2b…第2の半導体チップ
2c…第3の半導体チップ
3…本体部
3a…上面板
3b…下側面板
4、24、26…押さえ部
4a…第1の押さえ部
4b…第2の押さえ部
4c…第3の押さえ部
4d…第4の押さえ部
5…仕切り板
6…本体突起部
7…押さえ突起部
8…ヒートシンク
9…第1の開孔部
10…第2の開孔部
11…冷媒室
12…第1の冷媒室
13…第2の冷媒室
14…充填材
15a…第1の主面
15b…第2の主面
16…接合面
17…冷媒流入孔
18…冷媒流出孔
25…モジュール
27…ネジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base plate 2a ... 1st semiconductor chip 2b ... 2nd semiconductor chip 2c ... 3rd semiconductor chip 3 ... Main-body part 3a ... Upper surface board 3b ... Lower side surface board 4, 24, 26 ... Press part 4a ... 1st Presser 4b ... Second presser 4c ... Third presser 4d ... Fourth presser 5 ... Partition plate 6 ... Main body protrusion 7 ... Presser protrusion 8 ... Heat sink 9 ... First aperture 10 ... 2nd opening part 11 ... Refrigerant chamber 12 ... 1st refrigerant chamber 13 ... 2nd refrigerant chamber 14 ... Filler 15a ... 1st main surface 15b ... 2nd main surface 16 ... Joining surface 17 ... Refrigerant inflow Hole 18 ... Refrigerant outflow hole 25 ... Module 27 ... Screw
Claims (16)
前記第1の主面に接合された半導体チップと、
前記第2の主面に接合された接合面を有する本体部と、前記第1の主面の外周部分に配置された押さえ部とを有し、前記本体部及び前記押さえ部が前記ベースプレートを挟むヒートシンクとを有し、
前記接合面には前記半導体チップが配置されている位置に対応して第1の開孔部が形成され、前記本体部の内部と前記第1の開孔部から表出した前記第2の主面とで囲まれた領域で定義される冷媒室を流通する冷媒は前記第1の開孔部を介して前記第2の主面に直接接触することを特徴とする半導体装置。 A base plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
A semiconductor chip bonded to the first main surface;
A main body having a joint surface joined to the second main surface; and a pressing portion disposed on an outer peripheral portion of the first main surface, the main body and the pressing portion sandwiching the base plate A heat sink,
A first opening is formed in the joint surface corresponding to the position where the semiconductor chip is disposed, and the second main body exposed from the inside of the main body and the first opening. A semiconductor device characterized in that a refrigerant flowing through a refrigerant chamber defined by a region surrounded by a surface is in direct contact with the second main surface through the first opening.
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- 2004-04-08 JP JP2004114338A patent/JP2005302882A/en active Pending
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