JP2006066465A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放熱性を確保しつつ小型化を図ることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子１１及びスペーサ１４を第１金属ベース基板１２と第２金属ベース基板１３との内側に配置する。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の配線パターン１２ｂ、１３ｂが外側を向くように配置する。すなわち、金属ベース部１２ａ、１３ａに放熱板としての効果を発揮させる。
【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、半導体素子の両面側を金属ベース基板により挟み込む構成からなるものがある。そして、半導体素子の放熱性を確保するために、半導体素子と両側の金属ベース基板との間に熱拡散板を配置するものがある（特許文献１参照）。
特開２００２−３４３９３６号公報

しかし、熱拡散板を半導体素子の両側に配置することにより、半導体装置が大型化するという問題が生じる。一方、熱拡散板を配置しない場合には、良好な放熱性を得ることができない。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、良好な放熱性を確保しつつ小型化を図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、少なくとも１以上の放熱板と、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及び前記放熱板を配置し前記半導体素子及び前記放熱板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、少なくとも一方の前記金属ベース基板は、第１金属ベース部と、該金属ベース部の外側面に絶縁層を介して形成された第１配線パターンと、を有することを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、少なくとも何れか一方の金属ベース基板は、第１配線パターンを第１金属ベース部の外側面に配置されるようにしている。これにより、第１金属ベース部が、半導体素子と直接的若しくは放熱板を介して熱的に接続される。ここで、従来の半導体装置においては、上述したように、金属ベース基板の配線パターン側に放熱板を介して半導体素子を配置していた。そのため、金属ベース基板の金属ベース部と半導体素子との間には、配線パターン及び絶縁層が介在している。従って、配線パターン及び絶縁層の熱抵抗により、半導体素子から金属ベース基板の金属ベース部への熱伝達性能が低下する。そこで、従来の半導体装置においては、半導体素子に直接的に放熱板を接合させることにより、良好な放熱性を確保していた。

これに対して、本発明の半導体装置は、半導体素子と少なくとも一方の金属ベース基板の第１金属ベース部との間には、配線パターン及び絶縁層は介在していない。従って、配線パターン及び絶縁層の熱抵抗を受けることなく、半導体素子から金属ベース基板の金属ベース部に熱が伝達される。つまり、第１金属ベース部により十分に放熱することができるので、放熱板を半導体素子の両側に配置しなくても、良好な放熱性を確保することができる。さらに、従来の半導体装置のように、半導体素子の両側に放熱板を配置しなくてもよいので、半導体装置の小型化を図ることができる。

なお、第１配線パターンが絶縁層を介して第１金属ベース部の外側面に配置されることにより、絶縁層を外部から保護することができる。ここで、半導体素子に電流を供給する経路とその外部とは、絶縁する必要がある。そこで、第１金属ベース部と第１配線パターンとの間に介在する絶縁層により、半導体素子への通電経路となる第１金属ベース部と外部とを絶縁している。そして、この絶縁層は、第１配線パターンにより確実に保護されている。

本発明の半導体装置は、上述したように、少なくとも一方の金属ベース基板が、第１金属ベース部と第１配線パターンとを有する。すなわち、一対の金属ベース基板のうち、何れか一方の金属ベース基板が第１金属ベース部及び第１配線パターンを有するようにしてもよい。また、一対の金属ベース基板の何れもが、第１金属ベース部及び第１配線パターンを有するようにしてもよい。なお、一対の金属ベース基板のうち何れか一方の金属ベース基板が第１金属ベース部及び第１配線パターンを有する場合には、他方の金属ベース基板は、第１金属ベース部に相当する金属製の平板のみからなるようにしてもよい。また、他方の金属ベース基板は、第２金属ベース部と、第２金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成された第２配線パターンとを有するようにしてもよい。

特に、前記放熱板は、前記半導体素子の第１面側に配置され、少なくとも前記半導体素子の第２面側に配置される前記金属ベース基板は、内側面に前記半導体素子を配置し前記半導体素子の前記第２面側に電気的接続される前記第１金属ベース部と、前記第１配線パターンと、を有するようにするとよい。

つまり、この場合の半導体装置は、少なくとも半導体素子のうち放熱板が配置されていない側の面（第２面）側に配置される金属ベース基板が、第１金属ベース部及び第１配線パターンを有するようにしている。さらに換言すると、半導体素子の第２面側に直接的に第１金属ベース部が配置されている。ここで、直接的とは、第１金属ベース基板と半導体素子との間に、例えば金属製の放熱板などが介在しないことを意味する。ただし、半導体素子を第１金属ベース基板に接着するために用いられるはんだ等が介在することはある。

このように、少なくとも半導体素子のうち放熱板が配置されていない第２面側に配置される金属ベース基板が、第１金属ベース部及び第１配線パターンを有するようにすることにより、良好な放熱性を確保することができる。これは、半導体素子のうち放熱板が配置されていない第２面側からは、第１金属ベース部を介して確実に放熱することができるからである。なお、半導体素子のうち第２面側に放熱板を配置しないことにより、小型化を図ることができる。

さらに、上記のように、半導体素子の第２面側に配置される金属ベース基板が第１金属ベース部及び第１配線パターンを有するようにした場合には、前記半導体素子の前記第１面側に配置される前記金属ベース基板は、第２金属ベース部と、該第２金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成され前記放熱板に電気的接続される第２配線パターンと、を有するようにしてもよい。

つまり、半導体素子の第２面側の金属ベース基板の第１配線パターンが外側を向くように配置し、半導体素子の第１面側の金属ベース基板の第２配線パターンが内側を向くように配置する。そして、第２配線パターンが内側を向くように配置された金属ベース基板と半導体素子との間には、放熱板が配置されている。さらに換言すると、第１配線パターンが外側を向くように配置された金属ベース基板には半導体素子が直接的に配置され、第２配線パターンが内側を向くように配置された金属ベース基板には半導体素子が放熱板を介して配置されている。

これにより、上述したように良好な放熱性を確保することができることに加えて、半導体素子の第１面側の金属ベース基板の第２配線パターンが自由な配線回路を形成することができる。このことは、例えば、複数の半導体素子を用いる場合などに有効である。

また、本発明の半導体装置は、半導体素子の第１面側に放熱板が配置されている場合には、さらに、前記半導体素子の前記第１面側に電気的接続されると共に前記放熱板及び前記金属ベース基板に対して絶縁された第３端子を備えるようにしてもよい。ここで、半導体素子の第１面側には放熱板が配置されているので、半導体素子と第１面側の金属ベース基板との間には、放熱板の分の隙間が形成されることになる。そして、この隙間を利用して、半導体素子の第１面側の部分と第３端子とを電気的接続するようにする。例えば、半導体素子の第１面側の部分と第３端子とは、ワイヤボンディングなどにより電気的接続することができる。なお、例えば、半導体素子としてＩＧＢＴなどを用いた場合には、コレクタ、エミッタ、ゲートの端子が必要になる。そして、一対の金属ベース基板を例えばコレクタ及びエミッタの端子に電気的接続する場合には、第３端子をゲートの端子とすることができる。

また、本発明の半導体装置は、半導体素子の第２面側に配置される金属ベース基板が第１金属ベース部及び第１配線パターンを有するようにした場合には、前記半導体素子の前記第２面側は、前記第１面側より熱伝導面積が広い面とするとよい。つまり、熱伝導面積が相対的に広い第２面側に第１金属ベース部が直接的に配置され、熱伝導面積が相対的に狭い第１面側に放熱板が配置される。ここで、放熱板よりも金属ベース基板の第１金属ベース部の方が大きく形成することができる。つまり、放熱板よりも第１金属ベース部の方が、放熱性能が高い。従って、半導体素子のうち熱伝導面積が広い面側を第１金属ベース部側とすることにより、より良好な放熱性を確保することができる。

ここで、前記第１金属ベース部及び／又は前記第２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、アルミニウム及び炭化ケイ素を主成分とする複合材、アルミニウム及びカーボンの複合材の何れかからなるようにしてもよい。具体的には、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、前記第１金属ベース部及び／又は前記第２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。２層のクラッド材としては、例えば、銅とアルミニウム、銅とインバー、銅と銅モリブデン合金、アルミニウムとインバー、アルミニウムと銅モリブデン合金、又は、インバーと銅モリブデン合金などからなるクラッド材である。また、３層のクラッド材としては、例えば、銅−インバー−銅からなるクラッド材、銅−銅モリブデン合金−銅などからなるクラッド材である。

なお、第１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には、半導体素子と接合するための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、第１金属ベース部及び／又は第２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、第１金属ベース部及び／又は第２金属ベース部の線膨張係数と半導体素子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、本発明の半導体装置の少なくとも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るようにしてもよい。この冷媒流通孔は、例えば、金属ベース基板のうちの第１金属ベース部及び／又は第２金属ベース部などに形成するとよい。これにより、金属ベース基板の外側に別途冷却管などを用いることなく、より高い冷却能力を発揮することができる。さらに、別途冷却管などを用いる半導体装置に比べると、小型化を図ることができる。

次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。本実施例における第１の半導体装置１について図１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１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。

（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の一方側のほぼ全面（図１の左側の面、第２面）がコレクタ側となり、他方側の面（図１の右側の面、第１面）の多くの部分がエミッタ側となる。さらに、半導体素子１１の他方側の面（図１の右側の面、第１面）の一部分がゲート側である。すなわち、半導体素子１１の他方側の面（第１面）は、大部分がエミッタ側とされ、その他の一部分がゲート側とされている。

第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３は、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（第１金属ベース部）１２ａ、１３ａと配線パターン（第１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。

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とが外側を向くように、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の外側面に配置されている。そして、これらの配線パターン１２ｂ、１３ｂにより、金属ベース部１２ａ、１３ａとの間に介在する絶縁層を保護することができる。

さらに、第１金属ベース基板１２の金属ベース部１２ａの内側面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のコレクタ側の面がはんだ２ａにより金属ベース部１２ａの内側面に接着されている。このように、半導体素子１１がはんだ２ａにより金属ベース部１２ａの内側面に接着されることにより、半導体素子１１のコレクタ側と金属ベース部１２ａ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金属ベース基板とが熱的に接続されている。なお、第１金属ベース基板１２の金属ベース部１２ａは、半導体素子１１のコレクタ側の電極の役割を有すると共に放熱板としての役割を有している。特に、金属ベース部１２ａのうちの配線パターン１２ｂの反対側面に直接的に半導体素子１１を配置することにより、放熱板としてより高い効果を発揮する。なお、金属ベース部１２ａは、半導体素子１１のコレクタ側の面全体から熱が伝達される。

一方、第２金属ベース基板１３の金属ベース部１３ａの内側面のほぼ中央付近には、スペーサ１４（放熱板）がはんだ２ｂを介して配置されている。さらに、スペーサ１４のうちの金属ベース部１３ａ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のエミッタ側の面がはんだ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により金属ベース部１３ａの内側面に接着されている。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のエミッ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のエミッタ側が、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の金属ベース部１３ａ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自身からも１４により外部に放熱している。また、第２金属ベース基板１３の金属ベース部１３ａは、半導体素子１１のエミッタ側の電極の役割を有すると共に放熱板としての役割を有している。特に、金属ベース部１３ａのうちの配線パターン１３ｂの反対側面にスペーサ１４を介して半導体素子１１を配置することにより、放熱板としてより高い効果を発揮する。

コレクタ側電極端子１５は、導電性金属材料からなり、図１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１５の一端側（図１の下端側）が、第１金属ベース基板１２の金属ベース部１２ａの内側面に接合されている。コレクタ側電極端子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、コレクタ側電極端子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。

エミッタ側電極端子１６は、導電性金属材料からなり、図１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１６は、コレクタ側電極端子１５に対向して配置されている。そして、エミッタ側電極端子１６の一端側（図１の下端側）が、第２金属ベース基板１３の金属ベース部１３ａに接合されている。エミッタ側電極端子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、エミッタ側電極端子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（第３端子）１７は、導電性金属材料からなり、図１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。なお、ゲート側電極端子１７は、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３とは電気的に絶縁されている。

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、コレクタ側電極端子１５及びエミッタ側電極端子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、コレクタ側電極端子１５及びエミッタ側電極端子１６の他端側（図１の上端側）が突出している。さらに、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の金属ベース部１２ａの上端面の全面及び第２金属ベース基板１３の金属ベース部１３ａの上端面の全面を被覆している。すなわち、樹脂ケース１８のうちの上側部分は、金属ベース部１２ａ、１３ａの上端面側の絶縁部材としての効果を発揮している。

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。さらに、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の金属ベース部１２ａの下端面の全面及び第２金属ベース基板１３の金属ベース部１３ａの下端面の全面を被覆している。すなわち、樹脂ケース１８のうちの下側部分は、金属ベース部１２ａ、１３ａの下端面側の絶縁部材としての効果を発揮している。

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）第１の半導体装置１の変形態様
上述した第１の半導体装置１の第２金属ベース基板１３は、金属ベース部１３ａ及び絶縁層１３ｃを介して配置された配線パターン１３ｂとを有するようにしたが、これに限られるものではない。そこで、第１の半導体装置１の変形態様について図２を参照して説明する。図２は、第１の半導体装置１の変形態様の正面図を示す図である。

図２に示すように、第２金属ベース基板１３は、第１の半導体装置１の第２金属ベース基板１３の金属ベース部１３ａに相当する部分のみからなる。すなわち、当該第１の半導体装置１の変形態様における第２金属ベース基板１３は、第１の半導体装置１の第２金属ベース基板１３の配線パターン１３ｂ及び絶縁層１３ｃを有しない構成である。

（４）第２の半導体装置２
上述した第１の半導体装置１は、第１金属ベース基板１２及び第２金属ベース基板１３の何れもが、配線パターン１２ｂ、１３ｂが外側を向くように配置されているが、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３を参照して説明する。図３は、第２の半導体装置２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。なお、第２の半導体装置２は、第１の半導体装置１に対して、第２金属ベース基板２３の配線パターン２３ｂが内側を向くように配置されている点が相違する。以下、第１の半導体装置１との相違点についてのみ説明する。

図３に示すように、第２金属ベース基板２３は、金属ベース部（第２金属ベース部）２３ａと配線パターン（第２配線パターン）２３ｂとを有している。金属ベース部２３ａは、例えば銅からなり、略矩形形状に形成されている。配線パターン２３ｂは、銅からなるパターンであって、金属ベース部２３ａの内側面に絶縁層を介して形成されている。さらに具体的には、配線パターン２３ｂは、金属ベース部２３ａ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２３ｂ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、配線パターン２３ｂのほぼ中央付近には、半導体素子１１のエミッタ側がスペーサ１４及びはんだ２ｂ、２ｃを介して接着されている。すなわち、配線パターン２３ｂは、半導体素子１１のエミッタ側に電気的接続されている。さらに、配線パターン２３ｂには、エミッタ側電極端子１６が接合されている。さらに、第２金属ベース基板２３は、半導体素子１１及びスペーサ１４に熱的に接続されている。

（５）第３の半導体装置３
次に、第３の半導体装置３について図４及び図５を参照して説明する。図４は、第３の半導体装置３の正面図である。図５は、第３の半導体装置３の側面図である。なお、第３の半導体装置３は、第１の半導体装置１に対して、第２金属ベース基板３３の配線パターン３３ｂが内側を向くように配置されると共に金属ベース部３３ａに冷媒流通孔３３１が形成されている点が主として相違する。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。以下、第１の半導体装置１との相違点についてのみ説明する。

図４及び図５に示すように、第２金属ベース基板３３は、金属ベース部３３ａと配線パターン３３ｂとを有している。金属ベース部３３ａは、例えば銅からなり、略矩形形状に形成されている。さらに、この金属ベース部３３ａには、扁平方向、すなわち金属ベース部３３ａの面の法線方向に垂直の方向に冷媒流通孔３３１が２カ所形成されている。この冷媒流通孔３３１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３３１は、金属ベース部３３ａのほぼ中央付近から両端側（図４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３３１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３３１に冷媒を流通させることにより、金属ベース部３３ａを冷却している。さらには、冷媒流通孔３３１に冷媒を流通させた場合には、金属ベース部３３ａのほぼ中央付近が最もよく冷却される。

配線パターン３３ｂは、銅からなるパターンであって、金属ベース部３３ａの内側面に絶縁層を介して形成されている。さらに具体的には、配線パターン３３ｂは、金属ベース部３３ａの内側面のうち周縁側を除く部分に形成されている。この配線パターン３３ｂ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、配線パターン３３ｂのほぼ中央付近には、半導体素子１１のエミッタ側がスペーサ１４及びはんだ２ｂ、２ｃを介して接着されている。すなわち、配線パターン３３ｂは、半導体素子１１のエミッタ側に電気的接続されている。さらに、配線パターン３３ｂには、エミッタ側電極端子１６が接合されている。

さらに、第３の半導体装置３は、冷媒流通管２１を有している。冷媒流通管２１は、第２金属ベース基板３３の金属ベース部３３ａに形成された冷媒流通孔３３１に嵌合させている。つまり、冷媒流通管２１は、冷媒流通孔３３１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、図５に示すように、冷媒流通孔３３１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３の半導体装置３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。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３３ａの腐食などを防止することもできる。

（６）その他
なお、上述した金属ベース部１２ａ、１３ａ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、アルミニウムと炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とする複合材、アルミニウムとカーボンの複合材など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いので、半導体素子との線膨張係数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、２３、３３の配線パターン１２ｂ、１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ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、上述したような金属ベース部１２ａ等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、第３の半導体装置３における冷媒流通孔３３１は、金属ベース部３３ａ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。

第１の半導体装置１の正面図を示す図である。 第１の半導体装置１の変形態様の正面図を示す図である。 第２の半導体装置２の正面図を示す図である。 第３の半導体装置３の正面図を示す図である。 第３の半導体装置３の側面図を示す図である。

符号の説明

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：半導体素子、 １２：第１金属ベース基板、 １３、２３、３３：第２金属ベース基板、 １２ａ、１３ａ：金属ベース部（第１金属ベース部）、 ２３ａ、３３ａ：金属ベース部（第２金属ベース部）、 １２ｂ、１３ｂ：配線パターン（第１配線パターン）、 ２３ｂ、３３ｂ：配線パターン（第２配線パターン）、 １４：スペーサ（放熱板）、 １５：コレクタ側電極端子、 １６：エミッタ側電極端子、 １７：ゲート側電極端子（第３端子）、 １８：樹脂ケース、 ３３１：冷媒流通孔

Claims (8)

1. 少なくとも１以上の半導体素子と、
   少なくとも１以上の放熱板と、
   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及び前記放熱板を配置し前記半導体素子及び前記放熱板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、
   少なくとも一方の前記金属ベース基板は、
   第１金属ベース部と、
   該金属ベース部の外側面に絶縁層を介して形成された第１配線パターンと、
   を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記放熱板は、前記半導体素子の第１面側に配置され、
   少なくとも前記半導体素子の第２面側に配置される前記金属ベース基板は、
   内側面に前記半導体素子を配置し前記半導体素子の前記第２面側に電気的接続される前記第１金属ベース部と、
   前記第１配線パターンと、
   を有することを特徴とする半導体装置。
3. 前記半導体素子の前記第１面側に配置される前記金属ベース基板は、
   第２金属ベース部と、
   該第２金属ベース部の内側面に絶縁層を介して形成され前記放熱板に電気的接続される第２配線パターンと、
   を有することを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
4. さらに、前記半導体素子の前記第１面側に電気的接続されると共に前記放熱板及び前記金属ベース基板に対して絶縁された第３端子を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
5. 前記半導体素子の前記第２面側は、前記第１面側より熱伝導面積が広い面であることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の半導体装置。
6. 前記第１金属ベース部及び／又は前記第２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、アルミニウム及び炭化ケイ素を主成分とする複合材、アルミニウム及びカーボンの複合材の何れかからなることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の半導体装置。
7. 前記第１金属ベース部及び／又は前記第２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ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の半導体装置。
8. 少なくとも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ることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の半導体装置。

Images