JP2006066464A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子11により発生する熱が伝達する経路に存在する部品数を低減することにより、放熱性を向上できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子11を第1金属ベース基板12と第2金属ベース基板13とにより挟み込まれるように配置する。さらに、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13は、半導体素子11に熱的に接続されている。そして、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の金属ベース部12a、13aに、冷媒が流通可能な冷媒流通孔121、131を形成する。
【選択図】図1
【解決手段】半導体素子11を第1金属ベース基板12と第2金属ベース基板13とにより挟み込まれるように配置する。さらに、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13は、半導体素子11に熱的に接続されている。そして、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の金属ベース部12a、13aに、冷媒が流通可能な冷媒流通孔121、131を形成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えばインバータなどに用いられる両面冷却構造の半導体装置に関するものである。
従来の両面冷却構造の半導体装置は、例えば、半導体素子から両外側に向けて、電極板、絶縁板、ヒートシンク、冷却管の順に配置されているものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−308245号公報
従来の両面冷却構造の半導体装置の場合、半導体素子により発生する熱は、電極板、絶縁板、ヒートシンクを介して冷却管に伝達される。このように、半導体素子により発生する熱が多数の部品を介して伝達されるために、当該部品の熱抵抗により放熱性を低下させることになる。
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、放熱性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、少なくとも1以上の半導体素子と、略平行に対向して配置されると共に内側に前記半導体素子を配置し前記半導体素子に熱的に接続されている一対の金属ベース基板と、を備える半導体装置において、少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板は、冷媒が流通可能な冷媒流通孔が形成された金属ベース部と、前記金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成され前記半導体素子に電気的接続された配線パターンと、を有することを特徴とする。
ここで、前記冷媒流通孔は、前記金属ベース部の面の法線方向に垂直の方向に形成されているのが好ましい。
また、前記金属ベース部は、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の何れかからなるようにするとよい。なお、前記金属ベース部は、上記金属を主成分とする金属であればよい。また、前記金属ベース部は、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の群から選択された2以上の何れかを組み合わせたクラッド材からなるようにしてもよい。例えば、前記金属ベース部は、銅−インバー−銅からなる3層のクラッド材や、銅−銅モリブデン合金−銅からなる3層のクラッド材などである。
さらに、少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板の外側面に配置されると共に該金属ベース基板に熱的に接続されている第2の半導体素子を備えるようにしてもよい。つまり、一の金属ベース基板が一対の金属ベース基板に挟み込まれている半導体素子と第2の半導体素子との間に挟み込まれるように配置されることになる。
さらに、前記第2の半導体素子の外側面に配置されると共に前記第2の半導体素子に熱的に接続されている第2の金属ベース基板を備えるようにしてもよい。つまり、この場合の半導体装置は、3以上の金属ベース基板と、それぞれの金属ベース基板の間に配置される少なくとも2以上の半導体素子とを備える。
本発明の半導体装置によれば、金属ベース基板そのものに対して冷媒が流通可能な冷媒流通孔を形成している。つまり、従来の半導体装置におけるヒートシンクと冷却管とが一体的に構成されたものに相当する。これにより、半導体素子により発生する熱が伝達する経路に存在する部品数を低減することができる。その結果、放熱経路における部品の熱抵抗を低減させることができるので、放熱性を向上させることができる。さらに、金属ベース基板の内部に冷媒を流通させることは、従来のヒートシンクに相当する部品そのものを内部から直接的に冷媒により冷却することになる。これにより、従来のヒートシンクに相当する部品の冷却性能をより向上させることができる。つまり、放熱性をより向上させることにつながる。
また、冷媒流通孔を金属ベース部の面の法線方向に垂直の方向に形成することにより、より冷却効率を高めることができる。さらに、金属ベース基板及び半導体素子の積層方向幅の小型化を図ることができる。
なお、金属ベース部の材料が上記金属若しくはクラッド材のうち特にアルミニウムの場合で、半導体素子と金属ベース部とが接合する場合には、はんだによる接着性を得るために、例えばニッケルメッキなどを施す必要がある。また、金属ベース部の材料としては、上記金属若しくはクラッド材のうち線膨張係数の小さな材料を用いるほどよい。すなわち、金属ベース部の線膨張係数と半導体素子に接合するために用いるはんだの線膨張係数との差を小さくすることができる。これにより、はんだが受ける温度ストレスを低減することができる。ここで、インバー、及びインバーを銅等により挟み込んで構成されたクラッド材(銅−インバー−銅)は、非常に線膨張係数が小さい材料である。また、銅モリブデン合金を銅により挟み込んで構成されたクラッド材(銅−銅モリブデン合金−銅)は、比較的に線膨張係数が小さい材料である。
また、少なくとも何れか一方の金属ベース基板の外側面に第2の半導体素子を配置することにより、多数の半導体素子を実装する必要がある半導体装置に対して適用した場合に、半導体装置全体の小型化を図ることができる。なお、この場合、金属ベース基板の両面側に配線パターンを形成するようにしてもよいし、必要に応じて配線パターンを金属ベース部の片面側のみに形成するようにしてもよい。
また、第2の半導体素子の外側面に第2の金属ベース基板を配置することにより、第2の半導体素子に対しても両面冷却構造とすることができる。従って、第2の半導体素子に対する冷却能力を向上することができる。
次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。本実施形態における第1の半導体装置1について図1及び図2を参照して説明する。図1は、第1の半導体装置1の正面図を示す図である。図2は、図1の矢印Aから見た第1の半導体装置1の右側面図を示す図である。図1及び図2に示すように、第1の半導体装置1は、半導体素子11と、第1金属ベース基板12と、第2金属ベース基板13と、スペーサ14と、電極端子15〜17と、樹脂ケース18とを有している。
(1)第1の半導体装置1の概略構成
まず、第1の半導体装置1の構成について簡単に説明する。第1の半導体装置1は、図1に示すように、第1金属ベース基板(本発明における一対の金属ベース基板)12と第2金属ベース基板(本発明における一対の金属ベース基板)13とにより半導体素子11を挟み込むように配置されている。ただし、半導体素子11と第2金属ベース基板13との間には、スペーサ14が挟み込まれている。そして、各電極端子15〜17が、第1金属ベース基板12、第2金属ベース基板13、又は半導体素子11にそれぞれ接続されて、外部側に延びるように配置している。さらに、樹脂ケース18が、第1金属ベース基板12と第2金属ベース基板13、及び各電極端子15〜17を固定するために配置されている。以下に、第1の半導体装置1の詳細な構成について説明する。
まず、第1の半導体装置1の構成について簡単に説明する。第1の半導体装置1は、図1に示すように、第1金属ベース基板(本発明における一対の金属ベース基板)12と第2金属ベース基板(本発明における一対の金属ベース基板)13とにより半導体素子11を挟み込むように配置されている。ただし、半導体素子11と第2金属ベース基板13との間には、スペーサ14が挟み込まれている。そして、各電極端子15〜17が、第1金属ベース基板12、第2金属ベース基板13、又は半導体素子11にそれぞれ接続されて、外部側に延びるように配置している。さらに、樹脂ケース18が、第1金属ベース基板12と第2金属ベース基板13、及び各電極端子15〜17を固定するために配置されている。以下に、第1の半導体装置1の詳細な構成について説明する。
(2)第1の半導体装置1の詳細構成
半導体素子11は、シリコンからなる扁平矩形形状に形成されている。この半導体素子11は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やダイオード等の素子である。ここでは、半導体素子11としてIGBTを用いている。すなわち、半導体素子11の一方側の面(図1の左側の面)がエミッタ側となり、他方側の面(図1の右側の面)がコレクタ側となる。さらに、半導体素子11の他方側の面(図1の右側の面)の一部分がゲート側である。
半導体素子11は、シリコンからなる扁平矩形形状に形成されている。この半導体素子11は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やダイオード等の素子である。ここでは、半導体素子11としてIGBTを用いている。すなわち、半導体素子11の一方側の面(図1の左側の面)がエミッタ側となり、他方側の面(図1の右側の面)がコレクタ側となる。さらに、半導体素子11の他方側の面(図1の右側の面)の一部分がゲート側である。
第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13は、略矩形板状に形成されている。第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13は、それぞれ金属ベース部12a、13aと配線パターン12b、13bとを有している。
金属ベース部12a、13aは、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13のほとんどの部位を占めており、略矩形板状に形成されている。この金属ベース部12a、13aは、例えば銅からなる。さらに、この金属ベース部12a、13aには、扁平方向、すなわち金属ベース部12a、13aの面の法線方向に垂直の方向に冷媒流通孔121、131が2カ所ずつ形成されている。この冷媒流通孔121、131は、円形状または扁平形状に形成されている。さらに具体的には、冷媒流通孔121、131は、金属ベース部12a、13aのほぼ中央付近から両端側(図1の上下端側)に向けて同一距離付近に略平行に形成されている。この冷媒流通孔121、131は、冷却水などの冷媒を流通させることが可能な孔である。つまり、冷媒流通孔121、131に冷媒を流通させることにより、金属ベース部12a、13aを冷却している。さらには、冷媒流通孔121、131に冷媒を流通させた場合には、金属ベース部12a、13aのほぼ中央付近が最もよく冷却される。
配線パターン12b、13bは、銅からなるパターンであって、金属ベース部12a、13aの一方側の面に絶縁層12c、13cを介して形成されている。配線パターン12b、13bは、金属ベース部12a、13aの周縁側を除く部分に形成されている。そして、この配線パターン12b、13bは、適宜必要に応じて配線回路を構成するようにされている。
そして、第1金属ベース基板12と第2金属ベース基板13とは、略平行に対向して配置されている。さらには、第1金属ベース基板12の配線パターン12bと第2金属ベース基板13の配線パターン13bとが対向するように、第1金属ベース基板12と第2金属ベース基板13とが配置されている。つまり、配線パターン12b、13bが、それぞれ金属ベース部12a、13aの内側面に配置されている。
さらに、第1金属ベース基板12の配線パターン12b上のほぼ中央付近には、半導体素子11がはんだ2aを介して配置されている。具体的には、半導体素子11のエミッタ側の面がはんだ2aにより配線パターン12bに接着されている。このように、半導体素子11がはんだ2aにより配線パターン12bに接着されることにより、半導体素子11のエミッタ側と配線パターン12bとが電気的接続されることになる。さらに、半導体素子11がはんだ2aにより第1金属ベース基板12の配線パターン12bに接着されることにより、半導体素子11と第1金属ベース基板12とが熱的に接続されている。
一方、第2金属ベース基板13の配線パターン13b上のほぼ中央付近には、スペーサ14がはんだ2bを介して配置されている。さらに、スペーサ14のうちの配線パターン13bの反対側面には、半導体素子11がはんだ2cを介して配置されている。具体的には、半導体素子11のコレクタ側の面がはんだ2cによりスペーサ14の第1面に接着されている。さらに、スペーサ14の第2面がはんだ2bにより配線パターン13bに接着されている。ここで、スペーサ14は、銅からなり、略矩形形状に形成されている。具体的には、スペーサ14の第1面及び第2面が、半導体素子11のコレクタ側の面とほぼ同等の面積からなるように形成されている。
このように、半導体素子11のコレクタ側が、スペーサ14及びはんだ2b、2cにより第2金属ベース基板13の配線パターン13bと電気的接続されている。さらに、半導体素子11がスペーサ14及びはんだ2b、2cにより第2金属ベース基板13の配線パターン13bに接着されることにより、半導体素子11と第2金属ベース基板13とが熱的に接続されている。なお、スペーサ14は、半導体素子11と第2金属ベース基板13とを電気的かつ熱的に接続する役割と共に、放熱板としての役割を有している。すなわち、半導体素子11により発生した熱をスペーサ14自身からも外部に放熱している。
エミッタ側電極端子15は、導電性金属材料からなり、図1及び図2の上方側に延びるように配置されている。具体的には、エミッタ側電極端子15の一端側(図1の下端側)が、第1金属ベース基板12の配線パターン12bに接合されている。エミッタ側電極端子15の他端側(図1の上端側)が、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の対向する領域から外側(図1の上側)に向かって突出されている。さらに、エミッタ側電極端子15の他端側には、他の電気的接続部材に連結可能な取付穴が形成されている。
コレクタ側電極端子16は、導電性金属材料からなり、図1及び図2の上方側に延びるように配置されている。具体的には、コレクタ側電極端子16は、エミッタ側電極端子15に対向して配置されている。そして、コレクタ側電極端子16の一端側(図1の下端側)が、第2金属ベース基板13の配線パターン13bに接合されている。コレクタ側電極端子16の他端側(図1の上端側)が、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の対向する領域から外側(図1の上側)に向かって突出されている。さらに、コレクタ側電極端子16の他端側には、他の電気的接続部材に連結可能な取付穴が形成されている。
ゲート側電極端子17は、導電性金属材料からなり、図1及び図2の下方側に延びるように配置されている。具体的には、ゲート側電極端子17の一端側(図1の上端側)が、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の対向する領域内であって、半導体素子11のゲートに近接した位置に配置されている。さらに、ゲート側電極端子17の一端側は、半導体素子11のゲート側にワイヤボンディング19により電気的接続されている。そして、ゲート側電極端子17の他端側(図1の下端側)が、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の対向する領域から外側(図1の下側)に向かって突出されている。さらに、ゲート側電極端子17の他端側には、他の電気的接続部材に連結可能な取付穴が形成されている。
樹脂ケース18は、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の上端側と、第1金属ベース基板12及び第2金属ベース基板13の下端側に配置されている。具体的には、樹脂ケース18のうちの上側部分は、第1金属ベース基板12の上端側と第2金属ベース基板13の上端側とを一体的に連結するようにされている。さらに、樹脂ケース18のうちの上側部分は、エミッタ側電極端子15及びコレクタ側電極端子16を固定している。そして、樹脂ケース18のうちの上側部分の上方側には、エミッタ側電極端子15及びコレクタ側電極端子16の他端側(図1の上端側)が突出している。
一方、樹脂ケース18のうちの下側部分は、第1金属ベース基板12の下端側と第2金属ベース基板13の下端側とを一体的に連結するようにされている。さらに、樹脂ケース18のうちの下側部分は、ゲート側電極端子17を固定している。そして、樹脂ケース18のうちの下側部分の下方側には、ゲート側電極端子17の他端側(図1の下端側)が突出している。なお、樹脂ケース18の内部側領域20、すなわち、第1金属ベース基板12、第2金属ベース基板13、及び樹脂ケース18により挟まれた領域には、樹脂モールドまたは樹脂ポッティングがされている。
(3)上記の第1の半導体装置1の放熱効果についての説明
次に、上述した第1の半導体装置1において、半導体素子11により発生した熱の放熱効果について説明する。半導体素子11により発生した熱は、半導体素子11のエミッタ側及びコレクタ側の両面から外部へ伝達されて放熱される。半導体素子11のエミッタ側の放熱経路については、半導体素子11のエミッタ側→はんだ2a→配線パターン12b→絶縁層12c→金属ベース部12aの経路となる。一方、半導体素子11のコレクタ側の第1の放熱経路は、半導体素子11のコレクタ側→はんだ2c→スペーサ14の経路となる。さらに、半導体素子11のコレクタ側の第2の放熱経路は、半導体素子11のコレクタ側→はんだ2c→スペーサ14→はんだ2b→配線パターン13b→絶縁層13c→金属ベース部13aの経路となる。このように、従来の半導体装置に比べると、放熱経路に介在する部品点数が低減されるので、放熱効果を向上させることができる。
次に、上述した第1の半導体装置1において、半導体素子11により発生した熱の放熱効果について説明する。半導体素子11により発生した熱は、半導体素子11のエミッタ側及びコレクタ側の両面から外部へ伝達されて放熱される。半導体素子11のエミッタ側の放熱経路については、半導体素子11のエミッタ側→はんだ2a→配線パターン12b→絶縁層12c→金属ベース部12aの経路となる。一方、半導体素子11のコレクタ側の第1の放熱経路は、半導体素子11のコレクタ側→はんだ2c→スペーサ14の経路となる。さらに、半導体素子11のコレクタ側の第2の放熱経路は、半導体素子11のコレクタ側→はんだ2c→スペーサ14→はんだ2b→配線パターン13b→絶縁層13c→金属ベース部13aの経路となる。このように、従来の半導体装置に比べると、放熱経路に介在する部品点数が低減されるので、放熱効果を向上させることができる。
さらに、金属ベース部12a、13bに形成される冷媒流通孔121、131は、金属ベース部12a、13aのほぼ中央付近が最も冷却能力を発揮するようにされている。ここで、半導体素子11は、金属ベース基板12、13のほぼ中央付近に配置されている。従って、発熱源である半導体素子11の配置付近に高い冷却能力を発揮させることにより、より効果的に半導体素子11により発生する熱を放熱することができる。
(4)第1の半導体装置1を適用した半導体システム
次に、上述した第1の半導体装置1を複数用いて構成した半導体システムについて図3を参照して説明する。当該半導体システムは、例えば、インバータ装置やコンバータ装置などに適用することができる。ここで、図3は、半導体システムを示す図である。この図3における各半導体装置1は、図1の矢印Bから見た半導体装置1の平面図に相当する。
次に、上述した第1の半導体装置1を複数用いて構成した半導体システムについて図3を参照して説明する。当該半導体システムは、例えば、インバータ装置やコンバータ装置などに適用することができる。ここで、図3は、半導体システムを示す図である。この図3における各半導体装置1は、図1の矢印Bから見た半導体装置1の平面図に相当する。
半導体システムは、図3に示すように、半導体装置1を8個用いている。具体的には、半導体装置1を図3の左右方向に4列配置し、図3の上下方向に2列配置している。これらの半導体装置1は、冷媒流通孔121、131が図3の上下方向を向くように配置している。つまり、エミッタ側電極端子15及びコレクタ側電極端子16が、図3の手前側に突出するように配置されている。さらに、上列の半導体装置1と下列の半導体装置1との間には、出口冷却管42を配置している。さらに、上列の半導体装置1の上側及び下列の半導体装置1の下側には、入口冷却管41を配置している。詳細には、入口冷却管41及び出口冷却管42に形成された穴(図示せず)とそれぞれの半導体装置1の冷媒流通孔121、131とが、連通するようにされている。すなわち、入口冷却管41から流入された冷却水が半導体装置1の冷媒流通孔121、131を通過して、出口冷却管42から流出するようにされている。
(5)第2の半導体装置2
上述した第1の半導体装置1は、金属ベース部12a、13aに形成した冷媒流通孔121、131に冷却水を流通させるようにしているが、これに限られるものではない。そこで、第2の半導体装置2について図4を参照して説明する。図4は、第2の半導体装置2を示す図である。図4は、第1の半導体装置1を示す図2に相当する向きから見た図である。
上述した第1の半導体装置1は、金属ベース部12a、13aに形成した冷媒流通孔121、131に冷却水を流通させるようにしているが、これに限られるものではない。そこで、第2の半導体装置2について図4を参照して説明する。図4は、第2の半導体装置2を示す図である。図4は、第1の半導体装置1を示す図2に相当する向きから見た図である。
第2の半導体装置2は、図2に示すように、冷媒流通孔121、131に冷媒流通管21を嵌合させている。つまり、冷媒流通管21は、冷媒流通孔121、131の形状に合わせて円筒状又は扁平筒状などに形成されている。そして、冷媒流通管21は、冷媒流通孔121、131の両端側から突出するように配置されている。なお、冷媒流通管21は、例えば銅製からなる。これにより、第2の半導体装置2へ冷却水を流通させるための冷却管に連結が容易となる。例えば、図3に示すような入口冷却管41及び出口冷却管42と冷媒流通管21との連結を容易にすることができる。さらに、冷媒流通管21を用いることにより、冷媒による金属ベース部12a、13aの腐食などを防止することもできる。
(6)第3の半導体装置3
また、上述した第1の半導体装置1は、一対の金属ベース基板12、13の間に半導体素子11を挟み込むようにしているが、これに限られるものではない。第3の半導体装置3について図5を参照して説明する。図5は、第3の半導体装置3の正面図を示す図である。ここで、第1の半導体装置1と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
また、上述した第1の半導体装置1は、一対の金属ベース基板12、13の間に半導体素子11を挟み込むようにしているが、これに限られるものではない。第3の半導体装置3について図5を参照して説明する。図5は、第3の半導体装置3の正面図を示す図である。ここで、第1の半導体装置1と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図5に示すように、第3の半導体装置3は、第1の金属ベース基板(本発明における一対の金属ベース基板)31、第1の半導体素子11a、第2の金属ベース基板(本発明における一対の金属ベース基板)32、第2の半導体素子11b、第3の金属ベース基板(本発明における第2の金属ベース基板)33の順に積層されている。すなわち、第1の半導体素子11aは、第1の金属ベース基板31と第2の金属ベース基板32とに挟まれるように配置されている。また、第2の半導体素子11bは、第2の金属ベース基板32と第3の金属ベース基板33とに挟まれるように配置されている。さらに、第2の金属ベース基板32は、第1の半導体素子11aと第2の半導体素子11bとに挟まれるように配置されている。つまり、第2の金属ベース基板32の両面側に半導体素子11a、11bが配置されている。
ここで、第1の金属ベース基板31は、上述した第1の半導体装置1における第1金属ベース基板12に相当する。つまり、第1の金属ベース基板31の金属ベース部には、冷媒流通孔が形成されている。そして、第1の金属ベース基板31の配線パターンは、第1の半導体素子11aのエミッタ側に電気的接続されている。さらに、第1の金属ベース基板31の配線パターンには、第1の半導体素子11aのエミッタ側電極端子15が接合されている。さらに、第1の金属ベース基板31は、第1の半導体素子11aに熱的に接続されている。
第3の金属ベース基板33は、上述した第1の半導体装置1における第2金属ベース基板13に相当する。つまり、第3の金属ベース基板33の金属ベース部には、冷媒流通孔が形成されている。そして、第3の金属ベース基板33の配線パターンは、スペーサ14及びはんだを介して第2の半導体素子11bのコレクタ側に電気的接続されている。さらに、第3の金属ベース基板33の配線パターンには、第2の半導体素子11bのコレクタ側電極端子16が接合されている。さらに、第3の金属ベース基板33は、第2の半導体素子11bに熱的に接続されている。なお、第1の半導体素子11a及び第2の半導体素子11bは、上述した第1の半導体装置1における半導体素子11に相当する。
そして、第2の金属ベース基板32は、第1の金属ベース基板31及び第3の金属ベース基板33と同様に略矩形形状に形成されている。この第2の金属ベース基板32は、金属ベース部32aと、第1配線パターン32bと、第2配線パターン32cとを有している。金属ベース部32aは、例えば銅からなり、略矩形形状に形成されている。この金属ベース部32aには、第1の金属ベース基板31及び第3の金属ベース基板33の金属ベース部に形成された冷媒流通孔と同様の冷媒流通孔が形成されている。
第1配線パターン32bは、銅からなるパターンであって、金属ベース部32aの一方側の面(図5の左側面)に絶縁層を介して形成されている。第2配線パターン32cは、銅からなるパターンであって、金属ベース部32aの他方側の面(図5の右側面)に絶縁層を介して形成されている。第1配線パターン32b及び第2配線パターン32cは、金属ベース部32aの周縁側を除く部分に形成されている。そして、これらの第1配線パターン32b及び第2配線パターン32cは、適宜必要に応じて配線回路を構成するようにされている。
そして、第1配線パターン32b上のほぼ中央付近には、第1の半導体素子11aのコレクタ側がスペーサ14及びはんだを介して接着されている。すなわち、第1配線パターン32bは、第1の半導体素子11aのコレクタ側に電気的接続されている。さらに、第1の半導体素子11aは、スペーサ14及びはんだを介して、第2の金属ベース基板32に熱的に接続されている。また、第2配線パターン32c上のほぼ中央付近には、第2の半導体素子11bのエミッタ側がはんだを介して接着されている。すなわち、第2配線パターン32cは、第2の半導体素子11bのエミッタ側に電気的接続されている。さらに、第2の半導体素子11bは、はんだを介して、第2の金属ベース基板32に熱的に接続されている。
さらに、第1配線パターン32bには、第1の半導体素子11aのコレクタ側電極端子16が接合されている。また、第2配線パターン32cには、第2の半導体素子11bのエミッタ側電極端子15が接合されている。さらに、樹脂ケース18により、第1の金属ベース基板31と第2の金属ベース基板32、及び、第2の金属ベース基板32と第3の金属ベース基板33とがそれぞれ一体的に固定されている。
このように、第2の金属ベース基板32の両側面に半導体素子を配置することにより、半導体装置3の小型化を図ることができる。さらに、第2の金属ベース基板32の金属ベース部には、冷媒が流通可能な冷媒流通孔を形成しているので、良好な放熱性を確保することができる。
(7)その他
なお、上述した金属ベース基板12、13、31、32、33の金属ベース部12a、13a、32aの材料は銅に限られることなく、銅モリブデン合金、インバー、アルミニウムを用いることもできる。さらに、銅−インバー−銅からなる3層のクラッド材や、銅−銅モリブデン合金−銅からなる3層のクラッド材などを用いても良い。特に、例えばインバーを用いたクラッド材などは線膨張係数が小さなので、はんだの線膨張係数との差を小さくすることができる。その結果、はんだが受ける温度ストレスを低減することができる。
なお、上述した金属ベース基板12、13、31、32、33の金属ベース部12a、13a、32aの材料は銅に限られることなく、銅モリブデン合金、インバー、アルミニウムを用いることもできる。さらに、銅−インバー−銅からなる3層のクラッド材や、銅−銅モリブデン合金−銅からなる3層のクラッド材などを用いても良い。特に、例えばインバーを用いたクラッド材などは線膨張係数が小さなので、はんだの線膨張係数との差を小さくすることができる。その結果、はんだが受ける温度ストレスを低減することができる。
また、上述した金属ベース基板12、13、31、32、33の配線パターン12b、13b、32b、32cは、銅に限られることなく、アルミニウム等を用いてもよい。ただし、配線パターンにアルミニウムを用いる場合には、はんだとの接合性を得るために、ニッケルメッキなどの表面処理がなされる。
また、上述したスペーサ14は銅に限られることなく、上述したように金属ベース部12a、13a、32aに用いる材料をスペーサ14に用いることもできる。ただし、スペーサ14にアルミニウムを用いる場合には、はんだとの接合性を得るために、ニッケルメッキなどの表面処理がなされる。
また、冷媒流通孔121、131は、各金属ベース部12a、13a、32aに1つ形成するようにしてもよいし、3以上形成するようにしてもよい。また、上記実施形態においては、半導体素子11としてIGBTを1つとしたが、複数の半導体素子が一対の金属ベース基板に挟み込まれるようにしてもよい。この場合、それぞれの半導体素子の厚みが異なる場合には、スペーサ14により厚み調整をすることができる。
1:第1の半導体装置、 2:第2の半導体装置、 3:第3の半導体装置、 11、11a、11b:半導体素子、 12:第1金属ベース基板、 13:第2金属ベース基板、 12a、13a:金属ベース部、 12b、13b:配線パターン、 14:スペーサ、 15:エミッタ側電極端子、 16:コレクタ側電極端子、 17:ゲート側電極端子、 18:樹脂ケース、 31:第1の金属ベース基板、 32:第2の金属ベース基板、 32a:金属ベース部、 32b:第1配線パターン、 32c:第2配線パターン、 33:第3の金属ベース基板、 41:入口冷却管、 42:出口冷却管、 121、131:冷媒流通孔
Claims (5)
- 少なくとも1以上の半導体素子と、
略平行に対向して配置されると共に内側に前記半導体素子を配置し前記半導体素子に熱的に接続されている一対の金属ベース基板と、
を備える半導体装置において、
少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板は、
冷媒が流通可能な冷媒流通孔が形成された金属ベース部と、
前記金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成され前記半導体素子に電気的接続された配線パターンと、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記冷媒流通孔は、前記金属ベース部の面の法線方向に垂直の方向に形成されている請求項1記載の半導体装置。
- 前記金属ベース部は、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の何れか、若しくは、銅、アルミニウム、インバー、銅モリブデン合金の群から選択された2以上の何れかを組み合わせたクラッド材からなる請求項1又は2に記載の半導体装置。
- さらに、少なくとも何れか一方の前記金属ベース基板の外側面に配置されると共に該金属ベース基板に熱的に接続されている第2の半導体素子を備える請求項1〜3の何れか一項に記載の半導体装置。
- さらに、前記第2の半導体素子の外側面に配置されると共に前記第2の半導体素子に熱的に接続されている第2の金属ベース基板を備える請求項4記載の半導体装置。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007258352A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Toyota Motor Corp | 冷却器 |
JP2008166680A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-07-17 | Toyota Industries Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2009171732A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置 |
JP2009170645A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置及びその製造方法 |
JP2010062511A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-03-18 | Calsonic Kansei Corp | 半導体装置 |
JP2010526427A (ja) * | 2007-04-26 | 2010-07-29 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | 構成素子又は回路のためのクーリングボックス |
US7964036B2 (en) | 2007-05-21 | 2011-06-21 | Shimadzu Corporation | Crystallization apparatus and crystallization method |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58147050A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Hitachi Ltd | 半導体素子用アルミニウム製冷却片 |
JPH1041443A (ja) * | 1996-07-18 | 1998-02-13 | Meidensha Corp | 半導体装置 |
JP2001156219A (ja) * | 1999-11-24 | 2001-06-08 | Denso Corp | 半導体装置 |
JP2001244391A (ja) * | 1999-12-21 | 2001-09-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | マルチチップモジュールの冷却構造 |
JP2002095267A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-29 | Toshiba Corp | インバータ装置 |
JP2002222905A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Hitachi Ltd | パワーモジュールとその複合基板及び接合用ロー材 |
JP2003133329A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-05-09 | Denso Corp | 半導体装置 |
JP2004022973A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-01-22 | Kyocera Corp | セラミック回路基板および半導体モジュール |
JP2004193476A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Denso Corp | 半導体装置 |
-
2004
- 2004-08-24 JP JP2004244226A patent/JP2006066464A/ja active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58147050A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Hitachi Ltd | 半導体素子用アルミニウム製冷却片 |
JPH1041443A (ja) * | 1996-07-18 | 1998-02-13 | Meidensha Corp | 半導体装置 |
JP2001156219A (ja) * | 1999-11-24 | 2001-06-08 | Denso Corp | 半導体装置 |
JP2001244391A (ja) * | 1999-12-21 | 2001-09-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | マルチチップモジュールの冷却構造 |
JP2002095267A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-29 | Toshiba Corp | インバータ装置 |
JP2002222905A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Hitachi Ltd | パワーモジュールとその複合基板及び接合用ロー材 |
JP2003133329A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-05-09 | Denso Corp | 半導体装置 |
JP2004022973A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-01-22 | Kyocera Corp | セラミック回路基板および半導体モジュール |
JP2004193476A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Denso Corp | 半導体装置 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007258352A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Toyota Motor Corp | 冷却器 |
JP4668103B2 (ja) * | 2006-03-22 | 2011-04-13 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却器 |
JP2008166680A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-07-17 | Toyota Industries Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2010526427A (ja) * | 2007-04-26 | 2010-07-29 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | 構成素子又は回路のためのクーリングボックス |
JP2014160873A (ja) * | 2007-04-26 | 2014-09-04 | Ceramtec Gmbh | 構成素子又は回路のためのクーリングボックス |
US7964036B2 (en) | 2007-05-21 | 2011-06-21 | Shimadzu Corporation | Crystallization apparatus and crystallization method |
JP2009171732A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置 |
JP2009170645A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置及びその製造方法 |
JP2010062511A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-03-18 | Calsonic Kansei Corp | 半導体装置 |
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