JP2010087110A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両面放熱型の半導体装置において、放熱板の平面サイズを増加させることなく、放熱性の向上を図る。
【解決手段】半導体素子１と、半導体素子１の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された放熱板２、３と、各放熱板２、３における半導体素子１とは反対側の面である放熱面２ｂ、３ｂに熱的に接合された冷却器９とを備える半導体装置１００において、それぞれの放熱板２、３のうち半導体素子１が投影された部位の放熱面２ｂ、３ｂは、当該放熱面２ｂ、３ｂに対向する冷却器９に向かって突出する凸部１０となっており、冷却器９のうち凸部１０に対向する部位は、凹部１１となっており、これら凸部１０と凹部１１とが嵌合しており、凸部１０と凹部１１との間には、これら両部１０、１１を電気的に絶縁する絶縁膜１２が設けられ、絶縁膜１２を介して凸部１０と凹部１１とが接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を２枚の放熱板で挟むとともに各放熱板の外側の面に冷却器を接合することで、当該冷却器で半導体素子および放熱板を挟んだ構成を有し、半導体素子の表裏両面にて放熱板、冷却器を介した放熱が可能な両面放熱型の半導体装置に関する。

従来より、この種の半導体装置としては、半導体素子と、半導体素子の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された放熱板と、各放熱板における半導体素子とは反対側の面である放熱面に熱的に接合された冷却器とを備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２３２３３号公報

しかしながら、従来の半導体装置そのものの熱抵抗はかなり低く、さらなる熱抵抗低減のためには、放熱板と冷却器との間の熱抵抗を下げる必要がある。

そのためには、放熱板と冷却器との接触面積を増加させることが必要であるが、単純には、放熱板の面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、放熱板の面積を大きくすることは半導体装置の体格の増大を招くなど、好ましくない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、両面放熱型の半導体装置において、放熱板の平面サイズを増加させることなく、放熱性の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、それぞれの放熱板（２、３）のうち半導体素子（１）が投影された部位の放熱面（２ｂ、３ｂ）は、当該放熱面（２ｂ、３ｂ）に対向する冷却器（９）に向かって突出する凸部（１０）となっており、冷却器（９）のうち凸部（１０）に対向する部位は、凹部（１１、１１‘）となっており、これら凸部（１０）と凹部（１１、１１‘）とが嵌合しており、凸部（１０）と凹部（１１、１１‘）との間には、これら両部（１０、１１、１１‘）を電気的に絶縁する絶縁膜（１２）が設けられ、絶縁膜（１２）を介して凸部（１０）と凹部（１１、１１‘）とが接触していることを特徴とする。

それによれば、半導体素子（１）と同じ位置に設けられた凸部（１０）と凹部（１１、１１‘）とが嵌合することにより、従来よりも放熱板（２、３）と冷却器（９）との接触面積が大きくなるため、放熱板（２、３）の平面サイズを増加させることなく、放熱性の向上が図れる。

ここで、請求項２に記載の発明では、凹部は、冷却器（９）のうち凸部（１０）に対向する部位にて凸部（１０）の突出方向に冷却器（９）を貫通する貫通穴（１１）として構成されており、貫通穴（１１）に凸部（１０）が挿入されて、凸部（１０）の突出先端面（１０ａ）が貫通穴（１１）から冷却器（９）の外部に露出しつつ、貫通穴（１１）の内壁面と凸部（１０）の突出方向に延びる外壁面（１０ｂ）とが絶縁膜（１２）を介して接触しており、貫通穴（１１）の内壁面と凸部（１０）の外壁面（１０ｂ）との接触面積は、凸部（１０）の突出先端面（１０ａ）の面積よりも大きいことを特徴とする。

それによれば、凹部を貫通穴（１１）とした場合でも、従来よりも放熱板（２、３）と冷却器（９）との接触面積が大きくなる。

さらに、この場合、請求項３に記載の発明では、凸部（１０）は、突出方向と直交する断面が長方形である四角柱状をなすものであり、半導体素子（１）は矩形板状であり、凸部（１０）における前記長方形断面の短辺は、半導体素子（１）の１辺と同じ長さであって、半導体素子（１）は当該１辺を当該短辺方向に一致させた状態で配置されており、凸部（１０）における前記長方形断面の長辺は、放熱板（２、３）の一端から他端まで延びるものであり、冷却器（９）は、その内部を冷媒が流通することで冷却を行うものであって、当該冷媒は、凸部（１０）における前記長方形断面の長辺方向に流れるようになっていることを特徴とする。

通常この種の半導体装置を複数個、平面的に並べる場合、各装置の冷却器に流す冷媒は共通のものとするが、本発明によれば、本半導体装置を当該長辺方向に直線的に複数個配列させることにより、各半導体装置について、冷却器の冷媒の流れがスムーズなものになる。

また、請求項４に記載の発明では、貫通穴（１１）から冷却器（９）の外部に露出する凸部（１０）の突出先端面（１０ａ）は、貫通穴（１１）から冷却器（９）の外部に突出し、外部の配線部材（２００）と電気的に接続される接続面として構成されていることを特徴とする。それによれば、放熱板（２、３）のリードを無くすことができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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。

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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の概略断面構成を示す図である。図２は、この半導体装置１００において冷却器９を取り除いたものの構成を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った部分の概略断面図である。

また、図３は、この半導体装置１００を複数個（図３では３個）連結したときの概略平面構成を示す図である。本半導体装置１００は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。

本実施形態の半導体装置１００は、大きくは、半導体素子１を２枚の放熱板２、３で挟み、半導体素子１を含む両放熱板２、３の間をモールド樹脂６で封止し、各放熱板２、３における半導体素子１とは反対側の面である放熱面２ｂ、３ｂをモールド樹脂６より露出させてなり、さらに各放熱板２、３の放熱面２ｂ、３ｂに、それぞれ冷却器９を接合してなる。

ここでは、半導体素子１は、２個設けられている（図２（ａ）参照）。この半導体素子１は、表裏の両面から電流の取り出しが可能な素子であり、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＦＷＤ（フライホイールダイオード）やパワートランジスタなどの縦型パワー素子などである。たとえば図２（ａ）に示されている２個の半導体素子１のうち大きな矩形サイズである方は、ＩＧＢＴであり、小さな矩形サイズの方は、ＦＷＤである。

ここでは、両半導体素子１は矩形板状であり、その表面、裏面は図１中の上面、下面である。なお、図１および図２（ｂ）では２個の半導体素子１のうち大きな矩形サイズである方の断面形状が示されているが、小さな矩形サイズのものについても、これと同様の断面形状である。

そして、半導体素子１の表裏両面は、当該半導体素子１の電極および放熱部材として機能する一対の放熱板２、３にて挟まれている。これら放熱板２、３は、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性に優れた金属などによって構成されており、ここでは、この種の一般的なものと同様に、実質的に矩形板状をなす。

ここで、一対の放熱板２、３のうち第１の放熱板２は、半導体素子１の表面（図１中の上面）側に設けられ、第２の放熱板３は、半導体素子１の裏面（図１中の下面）側に設けられている。

それにより、両放熱板２、３は、互いの内面２ａ、３ａにて対向するとともに、半導体素子１を挟むように配置されている。また、各放熱板２、３において内面２ａ、３ａは半導体素子１側の面であるが、この内面２ａ、３ａとは反対側の面である外面２ｂ、３ｂが上記放熱面２ｂ、３ｂとして構成されている。

そして、両放熱板２、３の内面２ａ、３ａの間において、半導体素子１の表面と第１の放熱板２の内面２ａとの間は、はんだ４によって電気的・熱的に接続されている。また、半導体素子１の裏面と第２の放熱板３との間には、ブロック体５が介在している。

このブロック体５は、電気導電性、熱伝導性に優れた矩形ブロック状のもので、通常銅からなるが、モリブデンなどを用いてもよい。そして、半導体素子１とブロック体５との間、および、ブロック体５と第１の放熱板２の内面２ａとの間は、それぞれ、はんだ４によって電気的・熱的に接続されている。

ここで、上記の各部を接続するはんだ４は、一般的な半導体装置の分野にて採用されるはんだ材料とすることができ、たとえば、すず−銅合金系はんだなどの鉛フリーはんだを採用することができる。

そして、図１に示されるように、本実施形態の半導体装置１００においては、一対の放熱板２、３およびこれに挟み込まれた半導体素子１、ブロック体５が、モールド樹脂６にて封止されている。このモールド樹脂６はエポキシ樹脂などの通常のモールド材料よりなり、成形金型を用いた樹脂成形などの一般的な手法によって作製されたものである。

また、図１に示されるように、一対の放熱板２、３のそれぞれにおいて放熱面２ｂ、３ｂが、モールド樹脂６から露出している。これにより、本半導体装置１００は、半導体素子１の表裏両面のそれぞれにて、第１の放熱板２、第２の放熱板３を介した放熱が行われる両面放熱型の構成となっている。

また、一対の放熱板２、３は、はんだ４やブロック体５を介して、半導体素子１の表裏各面の図示しない電極に電気的に接続されている。そして、一対の平面矩形の放熱板２、３のそれぞれの一部が、当該矩形の辺部からモールド樹脂６の外部まで突出したリード２ｃ、３ｃとして構成されており、このリード２ｃ、３ｃが外部と電気的に接続されるようになっている。

また、図１に示されるように、半導体装置１００においては、第２の金属板３の周囲に、信号端子７が設けられている。この信号端子７は１本でもよいが、通常複数本設けられている。この信号端子７は、上記大きい矩形サイズの半導体素子１の制御用端子などとして機能するものであり、一部がモールド樹脂６に封止され、残部が外部と接続されるためにモールド樹脂６から露出している。

そして、モールド樹脂６の内部では、上記大きい矩形サイズの半導体素子１の表面と信号端子７とが、ボンディングワイヤ８を介して電気的・機械的に接続されている。このボンディングワイヤ８は、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミ）などよりなる一般的なワイヤボンディングにより形成されたものである。

このような構成において、第１の放熱板２と半導体素子１との間に介在するブロック体５は、この大きい矩形サイズの半導体素子１と信号端子７とのワイヤボンディングを行うにあたって、上記ワイヤ８の高さを維持するために、当該半導体素子１のワイヤボンディング面と第１の放熱板２との間の高さを確保している。

そして、図１、図３に示されるように、本半導体装置１００では、冷却器９は、各放熱板２、３における半導体素子１とは反対側の面である放熱面２ｂ、３ｂ側に設けられ、放熱板２ｂ、３ｂと熱的に接合されている。つまり、両放熱板２、３で半導体素子１を挟んだものが、さらに冷却器９で挟まれた構成とされている。

この冷却器９は、たとえばアルミや銅などの熱伝導性に優れた金属よりなる板状のものであり、内部には、ポンプなどによって水やオイルなどの冷媒が流れる冷却流路９ａを備えている。

冷却器９は、その接合面を各放熱板２、３の放熱面２ｂ、３ｂに接触させた状態で接合されているが、冷却器９の固定は、この種の半導体装置と同様に、たとえば、ねじやクリップなどの締結手段などにより行われる。

そして、半導体装置１００の動作時には、半導体素子１の表裏の各面にて放熱板２、３と半導体素子１とが電気的・熱的に接続されているため、放熱板２、３は半導体素子１の電極および放熱部材として機能する。

また、冷却器９は、図示しないポンプなどにより冷却器９の冷却流路９ａに冷媒を流すことにより、半導体素子１の表裏の各面から放熱板２、３を介して伝わる熱を放熱するようになっている。図１において、冷却流路９ａは当該図１の紙面垂直方向に延びており、同方向に冷媒が流れるようになっている。

ここで、本実施形態では、図１、図３に示されるように、さらに、それぞれの放熱板２、３のうち半導体素子１が投影された部位の放熱面２ｂ、３ｂは、当該放熱面２ｂ、３ｂに対向する冷却器９に向かって突出する凸部１０となっている。ここでは、凸部１０は、各放熱板２、３について、２個の半導体素子１の両方について当該投影された部位に設けられている。

そして、冷却器９のうち凸部１０に対向する部位は、凹部１１となっており、これら凸部１０と凹部１１とが嵌合している。これら凸部１０および凹部１１は、切削加工やプレス加工などにより形成することができる。

また、凸部１０と凹部１１との間には、これら両部１０、１１を電気的に絶縁する絶縁膜１２が設けられ、絶縁膜１２を介して凸部１０と凹部１１とが接触している。つまり、凸部１０および凹部１１の表面同士は直接接触しているのではなく、絶縁膜１２を介して接触しており、放熱板２、３と冷却器９とは熱的に接続されてはいるが、電気的に絶縁されている。

この絶縁膜１２は、各種の酸化膜や窒化膜などのセラミックスの膜である。このような絶縁膜１２は、たとえば放熱板２、３の放熱面２ｂ、３ｂ、あるいは冷却器９の表面に対して、溶射、スパッタ、蒸着などにより形成される。

また、この絶縁膜１２は、凸部１０と凹部１１との間だけでなく、図１に示されるように、放熱板２、３と冷却器９との間の凸部１０、凹部１１以外の平坦な面の間にも介在し、これら両者の電気的絶縁および熱的接続を確保している。

また、ここでは、凹部１１は、冷却器９のうち凸部１０に対向する部位にて凸部１０の突出方向に冷却器９を貫通する貫通穴１１として構成されている。そして、この貫通穴１１に対して、凸部１０が、その突出先端面１０ａ側から挿入されており、当該凸部１０の突出先端面１０ａは貫通穴１１から冷却器９における放熱板２、３とは反対側の外部に露出している。

つまり、貫通穴１１の内部においては、凸部１０の突出先端面１０ａは、冷却器９とは絶縁膜１２を介して接触しない面となっている。そして、貫通穴１１の内部においては、冷却器９と凸部１０との接触は、貫通穴１１の内壁面と凸部１０の突出方向に延びる外壁面１０ｂとが絶縁膜１２を介して接触していることで実現されている。

ここで、絶縁膜１２を介した貫通穴１１の内壁面と凸部１０の外壁面１０ｂとの接触面積は、凸部１０の突出先端面１０ａの面積よりも大きいものとされている。ここで、１つの凸部１０について、貫通穴１１の内壁面と接触する外壁面１０ｂが複数ある場合には、各面の接触面積の合計が、上記接触面積である。

この面積の関係を実現するには、具体的には、凸部１０の突出高さおよび冷却器９における貫通穴１１の深さを十分確保して、凸部１０の外壁面１０ｂの面積および貫通穴１１の内壁面の面積を大きくしてやればよい。

さらに、図３を参照して、本実施形態の凸部１０、凹部１１について具体的に述べる。図３に示されるように、凸部１０は、突出方向と直交する断面が長方形である四角柱状をなす。ここでは、凸部１０は、２個の半導体素子１の両方に渡って広がるものであり、突出先端面１０ａが両半導体素子１を覆う四角形をなしている。

また、上述したように、半導体素子１は２個とも矩形板状であるが、図３に示されるように、凸部１０における長方形断面の短辺は、上記大きい矩形サイズの半導体素子１の１辺と同じ長さである。そして、当該半導体素子１は当該１辺を当該短辺方向に一致させた状態で配置されている。また、上記小さい矩形サイズの半導体素子１も、図３に示されるように、凸部１０の配置領域の範囲内に位置している。

また、図３に示されるように、凸部１０における長方形断面の長辺は、放熱板２、３の一端から他端まで延びている。具体的には、凸部１０における長方形断面の２つの長辺はそれぞれ、矩形板状をなす放熱板２、３における対向する２辺の一方と他方に一致して位置している。

また、このような四角柱状の凸部１０に対して、冷却器９の凹部としての貫通穴１１は、凸部１０との嵌合および絶縁膜１２を介した接触を実現するために、凸部１０における長方形断面の短辺と略同一の幅を有し、凸部１０における長方形断面の長辺方向に延びる溝として構成されている。

この場合、凸部１０の上記外壁面１０ｂのうち凸部１０における長方形断面の長辺に沿った２面が、貫通穴１１の内壁面と絶縁膜１２を介して接触している。一方、凸部１０の上記外壁面１０ｂのうち凸部１０における長方形断面の短辺に沿った２面１０ｂ‘（図３参照）は、貫通穴１１の内壁面とは直交しており、当該内壁面と絶縁膜１２を介して接触していない。

そして、この場合、上述した貫通穴１１の内壁面と凸部１０の外壁面１０ｂとの接触面積とは、この凸部１０の上記外壁面１０ｂのうち貫通穴１１の内壁面と接触する２面と当該貫通穴１１の内壁面との接触面積である。

そして、冷却器９の内部においては、図３中の矢印Ｙに示されるように、上記冷媒は、凸部１０における長方形断面の長辺方向に流れるようになっている。これにより、個々の半導体装置１００について冷却器９の冷媒の流れがスムーズになるだけでなく、図３に示されるように、複数個の半導体装置１００を一列に連結したときに、当該冷媒の流れがスムーズになる。

なお、本実施形態では、図３に示されるように、複数個の半導体装置１００は、凸部１０における長方形断面の長辺方向に一列に配列されているが、凹部としての貫通穴１１は、各半導体装置１００の冷却器９の間で当該半導体装置の配列方向に延びる溝として構成されている。

このように本実施形態の貫通穴１１は、異なる半導体装置１００の冷却器９間を連続的に延びる１つの溝であり、冷却器９の貫通穴１１とは、このように複数個の半導体装置１００を配列したときに各装置間で貫通穴１１が連通する溝形状のものも含むものである。

なお、図３における冷却器９は、貫通穴１１を挟んで左側の部分と右側の部分とが別々のものとしてもよい。この場合、複数個の配列された半導体装置１００の凸部１０を挟むように、凸部１０の左右に冷却器９を配置して貫通穴１１を形成し、その貫通穴１１に凸部１０を嵌合した形とすればよい。

もちろん、冷却器９の貫通穴１１としては、図３に示されるもの以外にも、配列された各半導体装置１００の間で、貫通穴１１が独立した個々の穴として構成されるものであってもよい。具体的には、図３において各半導体装置１００における貫通穴１１を、冷却器９における凸部１０の対向部位のみに設け、凸部１０と対向しない部位では穴を開けずに貫通穴１１を設けないようにすればよい。

なお、図３では、上記した凸部１０と半導体素子１との間のサイズおよび配置の関係は、２個の半導体素子１のうち大きい矩形サイズの半導体素子１について成されているが、これとは逆に、小さい矩形サイズの半導体素子１について行ってもよい。

次に、上記半導体装置１００の製造方法について述べる。まず、上記図２においてモールド樹脂６が無い状態のワークを作製する。このワークは、第１の放熱板２、半導体素子１、ブロック体５、第２の放熱板３を、はんだ４を介して積層し接合するとともに、信号端子７と半導体素子１との間でワイヤボンディングを行うことにより、作製される。

次に、このワークをモールド樹脂６により封止する。この樹脂封止は、金型を用いた一般的なトランスファーモールド法により行われる。当該ワークを当該金型にセットした状態で、金型内にモールド樹脂６を注入し充填することで、モールド樹脂６による封止が完了する。

次に、締結などによって、モールド樹脂６より露出する放熱板２、３の放熱面２ｂ、３ｂに、冷却器９を取り付け固定する。なお、この放熱板２、３と冷却器９との接触部においては、上記絶縁膜１２を予め形成しておく。こうして、本実施形態の半導体装置１００ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、放熱板２、３のうち半導体素子１が投影された部位の放熱面２ｂ、３ｂに、凸部１０を設け、冷却器９のうち凸部１０に対向する部位に、凹部１１を設け、これら凸部１０と凹部１１とを絶縁膜１２を介して電気的に絶縁した状態で嵌合させて、熱的に接続している。

それによれば、半導体素子１と同じ位置に設けられた凸部１０と凹部１１とが嵌合することで、従来よりも放熱板２、３と冷却器９との接触面積が大きくなり、放熱経路の熱容量も向上するため、放熱板２、３の平面サイズを増加させることなく、放熱性の向上が図れる。さらに、発熱時に放熱板２、３が膨張するので、最も冷却が必要な発熱時に冷却器９との嵌合も最大となるという効果も期待される。

また、本実施形態によれば、貫通穴１１の内壁面と凸部１０の外壁面１０ｂとの接触面積が凸部１０の突出先端面１０ａの面積よりも大きいという、面積関係としている。上述のように、凹部を貫通穴１１とした場合、そこに挿入される凸部１０の突出先端面１０ａは、貫通穴１１から冷却器９の外部に露出した状態となり、当該突出先端面１０ａは冷却器９とは接触しない面となる。しかし、この面積関係によれば、凹部を貫通穴１１とした場合でも、従来よりも放熱板２、３と冷却器９との接触面積が大きくなる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、凸部１０に外部の配線部材２００を接続できるようにしたことが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。

図４に示されるように、本実施形態では、貫通穴１１から冷却器９の外部に露出する凸部１０の突出先端面１０ａを、貫通穴１１から冷却器９の外部に突出させている。そして、この突出先端面１０ａを、外部の配線部材２００と電気的に接続される接続面として構成している。

この外部の配線部材２００としては、一般的なバスバーなどが採用され、配線部材２００と突出先端面１０ａとは、はんだなどにより接続される。また、突出先端面１０ａを、貫通穴１１から冷却器９の外部に突出させているため、当該突出先端面１０ａに接続される外部の配線部材２００と冷却器９との接触が回避され、両部材９、２００間の短絡の防止が図れる。

この場合、放熱板２，３の凸部１０が、上記図１等に示した放熱板２、３のリード２ｃ、３ｃの役割を果たし、外部との電流のやり取りを行うため、本実施形態では、当該リードは不要となり、省略された構成とされている。

放熱板２、３に上記リードを設け、そこから半導体素子からの電位を引き出す場合、当該リード分のインダクタンス成分で発生するサージが問題となる。しかし、本実施形態では、当該リードを省略しているため、そのような問題が回避される。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、放熱板２、３の凸部１０のうち上記貫通穴１１から冷却器９の外部に突出している部分を変形したことが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。

図５に示されるように、本実施形態では、凸部１０のうち上記貫通穴１１から冷却器９の外部に突出している部分を突出先端面１０ａに向かって細くなったテーパ状のものとし、さらに当該部分における突出方向に沿った外壁面１０ｂに絶縁膜１２を設け、当該外壁面１０ｂを絶縁膜１２で被覆している。

これにより、凸部１０のうち上記貫通穴１１から冷却器９の外部に突出している部分の外壁が、冷却器９の外面と直角ではなく鋭角をなす配置となり、当該冷却器９の外面と突出先端面１０ａとの沿面距離を長くしやすい。そのため、冷却器９と突出先端面１０ａとの間の短絡防止に好ましい形状となる。

また、図６は、本実施形態のもう一つの例としての半導体装置の概略断面構成を示す図である。この例では、凸部１０のうち上記貫通穴１１から冷却器９の外部に突出している部分の外壁面に凹凸を設けることにより、上記図５の例と同様に、当該冷却器９の外面と突出先端面１０ａとの沿面距離を長くすることを狙ったものであり、上記同様の効果が期待される。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置１１０の概略断面図であり、図８はこの半導体装置１１０を複数個（図８では３個）連結したときの概略平面図である。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、凹部１１‘を上記貫通穴とは異なる底部を有する穴としたことが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。

図７、図８に示されるように、本実施形態では、凹部１１‘は貫通した穴ではなく、底部を有している。そして、放熱板２、３の凸部１０はこの凹部１１’に嵌合されており、凸部１０の突出先端面１０ａは冷却器９から露出せず、凹部１１‘の底部に絶縁膜１２を介して接触している。

本実施形態においても、半導体素子１と同じ位置に設けられた凸部１０と凹部１１とが嵌合することで、従来よりも放熱板２、３と冷却器９との接触面積が大きくなり、放熱経路の熱容量も向上するため、放熱板２、３の平面サイズを増加させることなく、放熱性の向上が図れる。

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置１１０を複数個連結したときの概略断面図である。本実施形態の半導体装置１１０は、上記第４実施形態と同様に、底部を有する凹部１１‘を備えたものであるが、半導体装置１１０の連結における配置構成を変更したものである。

上記第４実施形態では、上記図８に示したように、複数個の半導体装置１１０を平面的に一列に配列したが、本実施形態では、図９に示されるように、複数個の半導体装置１１０を積層した配置としている。つまり、本実施形態では、半導体素子１、放熱板２、３、冷却器９の積層方向に、各半導体装置１１０を重ねている。

この場合、図９に示されるように、放熱板２、３の凸部１０、冷却器９の凹部１１、さらには、冷却器９の外面にて凹部１１の底部に対応して形成された凸部といった、各凹凸を適宜組み合わせて、積層を行えばよい。

また、図１０は、本実施形態のもう一つの例を示す概略断面図であるが、複数個の半導体装置１１０の積層形態としては、図９以外にも、図１０に示されるようなものであってもよい。本実施形態によれば、複数個の半導体装置１１０を連結するにあたって、平面方向のサイズの増大を極力回避できる。

（他の実施形態）
また、一対の放熱板２、３に挟まれる半導体素子１としては、両面に配置される一対の放熱板２、３を電極や放熱部材として用いることが可能なものであればよく、その数としては１個であってもよいし、３個以上でもよい。

また、上記各実施形態では、２個の半導体素子１を有するから１個の放熱板２、３について２個の投影領域が存在するが、凸部１０はこれら２個の投影領域にまたがる共通のものとなっている。しかし、１個の半導体素子１の投影領域毎に、独立した凸部を有するものであってもよい。

また、上述したように、ブロック体５は、半導体素子１と第１の放熱板２との間に介在し、これら両部材１、２の間の高さを確保する役割を有するものであるが、可能であるならば、上記各実施形態において、ブロック体５は存在しないものであってもよい。この場合、たとえば、上記図１において、半導体素子１の表面と対向する第１の放熱板２の内面２ａの部位を突出させ、この突出部と半導体素子１とを直接はんだ付けするようにしてもよい。

また、半導体装置としては、半導体素子と、半導体素子の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された放熱板と、各放熱板の放熱面に熱的に接合された冷却器とを備えるものであればよく、上記各実施形態に示されるようなモールド樹脂６が無い構成であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 図１の半導体装置において冷却器を取り除いた構成を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図である。 図１に示される半導体装置を複数個連結したときの概略平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 第３実施形態のもう一つの例としての半導体装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 図７に示される半導体装置を複数個連結したときの概略平面図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置を複数個連結したときの概略断面図である。 第５実施形態のもう一つの例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 半導体素子
２ 第１の放熱板
２ｂ 第１の放熱板の放熱面
３ 第２の放熱板
３ｂ 第２の放熱板の放熱面
９ 冷却器
１０ 凸部
１０ａ 凸部の突出先端面
１０ｂ 凸部の外壁面
１１ 凹部としての貫通穴
１１‘ 凹部
１２ 絶縁膜

Claims (4)

1. 半導体素子（１）と、
   前記半導体素子（１）の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された放熱板（２、３）と、
   前記各放熱板（２、３）における前記半導体素子（１）とは反対側の面である放熱面（２ｂ、３ｂ）に熱的に接合された冷却器（９）とを備える半導体装置において、
   それぞれの前記放熱板（２、３）のうち前記半導体素子（１）が投影された部位の前記放熱面（２ｂ、３ｂ）は、当該放熱面（２ｂ、３ｂ）に対向する前記冷却器（９）に向かって突出する凸部（１０）となっており、
   前記冷却器（９）のうち前記凸部（１０）に対向する部位は、凹部（１１、１１‘）となっており、これら凸部（１０）と凹部（１１、１１‘）とが嵌合しており、
   前記凸部（１０）と前記凹部（１１、１１‘）との間には、これら両部（１０、１１、１１‘）を電気的に絶縁する絶縁膜（１２）が設けられ、前記絶縁膜（１２）を介して前記凸部（１０）と前記凹部（１１、１１‘）とが接触していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記凹部は、前記冷却器（９）のうち前記凸部（１０）に対向する部位にて前記凸部（１０）の突出方向に前記冷却器（９）を貫通する貫通穴（１１）として構成されており、
   前記貫通穴（１１）に前記凸部（１０）が挿入されて、前記凸部（１０）の突出先端面（１０ａ）が前記貫通穴（１１）から前記冷却器（９）の外部に露出しつつ、前記貫通穴（１１）の内壁面と前記凸部（１０）の突出方向に延びる外壁面（１０ｂ）とが前記絶縁膜（１２）を介して接触しており、
   前記貫通穴（１１）の内壁面と前記凸部（１０）の前記外壁面（１０ｂ）との接触面積は、前記凸部（１０）の突出先端面（１０ａ）の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記凸部（１０）は、突出方向と直交する断面が長方形である四角柱状をなすものであり、
   前記半導体素子（１）は矩形板状であり、
   前記凸部（１０）における前記長方形断面の短辺は、前記半導体素子（１）の１辺と同じ長さであって、前記半導体素子（１）は当該１辺を当該短辺方向に一致させた状態で配置されており、
   前記凸部（１０）における前記長方形断面の長辺は、前記放熱板（２、３）の一端から他端まで延びるものであり、
   前記冷却器（９）は、その内部を冷媒が流通することで冷却を行うものであって、当該冷媒は、前記凸部（１０）における前記長方形断面の長辺方向に流れるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記貫通穴（１１）から前記冷却器（９）の外部に露出する前記凸部（１０）の突出先端面（１０ａ）は、前記貫通穴（１１）から前記冷却器（９）の外部に突出し、外部の配線部材（２００）と電気的に接続される接続面として構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。

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