JP2016054221A - Semiconductor device - Google Patents

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    • H01L2224/33Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an art to suppress a load applied to a semiconductor device in order to reduce a thickness of a layer of a grease while employing a grease having a high viscosity degree between a power card and a cooling member in a semiconductor device in which the grease is applied to a clearance between the power card and the cooling member.SOLUTION: In a semiconductor device 2 disclosed in the present specification, two types of greases having viscosity degrees different from each other is sandwiched between a power card 10 and an insulating plate 6 (cooling member). When viewed from a lamination direction of the power card and the cooling member, a first grease 9a is applied to a region which overlaps a semiconductor element. And a second grease 9b having viscosity degree lower than that of the first grease is applied to surround the first grease 9a. By reducing a region where the first grease 9a having a higher viscosity degree is applied, a load required to reduce a thickness of the grease can be suppressed.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、半導体装置に関する。特に、半導体素子を封止したパワーカードがグリスを挟んで冷却部材に接しているとともにパワーカードと冷却部材の積層方向に荷重が加えられている半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which a power card in which a semiconductor element is sealed is in contact with a cooling member with grease and a load is applied in the stacking direction of the power card and the cooling member.

上記したタイプの半導体装置は、半導体素子に対する冷却性能が高く、例えば電気自動車の駆動系のインバータに用いられている。そのような半導体装置の一例が特許文献1に開示されている。   The above-described type of semiconductor device has high cooling performance for semiconductor elements, and is used, for example, in an inverter of a drive system of an electric vehicle. An example of such a semiconductor device is disclosed in Patent Document 1.

特許文献1の半導体装置では、パワーカードと冷却器(冷却部材)がグリスを挟んで積層されている。パワーカードと冷却器は、いずれも平板型であり、幅広面の法線が水平方向を向く姿勢で保持されている。パワーカードと冷却器の間からグリスが垂れ落ちることを防止するために、パワーカードの表面の下方に、水平方向に伸びる突条が設けられている。なお、一般に、パワーカードと冷却部材の間からグリスが流出することを「グリスが抜ける」と表現することがある。本明細書でもそのような表現を用いる。   In the semiconductor device of Patent Document 1, a power card and a cooler (cooling member) are stacked with grease interposed therebetween. Each of the power card and the cooler is a flat plate type, and is held in such a posture that the normal line of the wide surface faces the horizontal direction. In order to prevent grease from dripping from between the power card and the cooler, a ridge extending in the horizontal direction is provided below the surface of the power card. In general, the outflow of grease from between the power card and the cooling member may be expressed as “the grease comes off”. Such expressions are also used herein.

特開2014−075537号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-075537

パワーカードと冷却部材の間からグリスが抜ける原因は重力だけではない。グリスの層が薄いほど、パワーカードに対する冷却能力が高まる。それゆえ、パワーカードと冷却部材の積層体にはその積層方向に荷重が加えられ、グリスの層が薄く延ばされる。グリスの厚み(パワーカードと冷却部材の間の隙間幅)は、100ミクロン以下であることが好ましい。隙間幅がミクロンオーダになると、半導体素子の発熱と冷却の繰り返し(熱サイクル)で生じるポンピングやブリードアウトと呼ばれる現象によりグリスが抜ける虞が生じる。   Gravity is not the only cause for grease to fall between the power card and the cooling member. The thinner the grease layer, the greater the cooling capacity for the power card. Therefore, a load is applied to the laminate of the power card and the cooling member in the lamination direction, and the grease layer is thinly extended. The grease thickness (gap width between the power card and the cooling member) is preferably 100 microns or less. When the gap width is in the micron order, there is a risk that the grease may come off due to a phenomenon called pumping or bleed out that occurs due to repeated heat generation and cooling (thermal cycle) of the semiconductor element.

ポンピングとは、パワーカードの熱変形により、パワーカードと冷却部材の間の隙間幅が局所的に狭まったり元に戻ったりする現象である。隙間幅が狭まるとグリスがパワーカードと冷却部材の間の隙間から押し出され、隙間幅が元に戻る際にグリスは隙間に吸い込まれる。隙間幅が元に戻る際に一部のグリスはグリス塊から千切れて元の位置にもどりきれずに、その箇所に空気が入り込む。ブリードアウトは、グリス自体の熱膨張収縮によりパワーカードと冷却部材の隙間からグリスが抜ける現象である。膨張したグリスが収縮する際、一部のグリスがグリス塊から千切れて元の位置に戻り切れず、その箇所に空気が入り込む。空気はグリスよりも熱伝導係数が低い。また、ポンピングやブリードアウトは、発熱源である半導体素子の付近で特に顕著である。従って、熱サイクルが累積するうちにパワーカードと冷却部材の間に徐々に空気が拡がり、パワーカード(半導体素子)に対する冷却性能が低下する。   Pumping is a phenomenon in which the gap width between the power card and the cooling member is locally reduced or restored due to thermal deformation of the power card. When the gap width is narrowed, the grease is pushed out from the gap between the power card and the cooling member, and the grease is sucked into the gap when the gap width returns. When the gap width returns, some of the grease breaks away from the grease mass and does not return to its original position, but air enters the area. Bleed-out is a phenomenon in which grease is removed from the gap between the power card and the cooling member due to thermal expansion and contraction of the grease itself. When the expanded grease contracts, some of the grease breaks away from the grease mass and does not return to its original position, and air enters the area. Air has a lower thermal conductivity coefficient than grease. In addition, pumping and bleed-out are particularly prominent in the vicinity of the semiconductor element that is a heat source. Therefore, the air gradually spreads between the power card and the cooling member as the heat cycle accumulates, and the cooling performance for the power card (semiconductor element) decreases.

粘度の高いグリスを採用することで、ポンピングやブリードアウトによるグリス抜けを抑制することができる。粘度が高いグリスは千切れ難いからである。一方、粘度の高いグリスを採用すると、パワーカードと冷却部材の隙間幅を所定の値まで狭めるための荷重を高める必要がある。荷重を高くすると、隙間幅を所定の値まで狭めるのに要する時間(製造時間)が長くなる。また、荷重を高めるとパワーカードや冷却部材に高い負荷が加わる。本明細書は、パワーカードと冷却部材の間に粘度の高いグリスを採用しつつ、グリスの層の厚みを所定値まで狭めるために半導体装置に加える荷重を抑える技術を提供する。   By adopting high-viscosity grease, it is possible to suppress the loss of grease due to pumping or bleed-out. This is because grease with high viscosity is difficult to break. On the other hand, when grease with high viscosity is employed, it is necessary to increase the load for narrowing the gap width between the power card and the cooling member to a predetermined value. When the load is increased, the time (manufacturing time) required to narrow the gap width to a predetermined value becomes longer. Further, when the load is increased, a high load is applied to the power card and the cooling member. The present specification provides a technique for suppressing a load applied to a semiconductor device in order to reduce the thickness of a grease layer to a predetermined value while adopting grease having high viscosity between a power card and a cooling member.

本明細書が開示する半導体装置では、発熱する半導体素子から受ける熱量の大きい領域に粘度の高いグリスを塗布し、その回りを粘度の低いグリスで囲む。より具体的には、パワーカードと冷却部材の間であってそれらを積層方向からみたときに半導体素子と重なる領域に第1グリスを塗布し、その第1グリスを囲むように第2グリスを塗布する。第2グリスには、第1グリスよりも粘度の低いグリスを採用する。受熱量が大きく、ポンピングやブリードアウトが顕著に生じる領域には粘度の高いグリス(第1グリス)を採用することで、グリスが元の位置に戻る際に千切れ難くなる。即ち、グリスが抜け難くなる。積層方向からみたときに発熱源(半導体素子)から離れるほど熱サイクルの温度変化は小さくなり、グリスの移動量も小さくなる。それゆえ、グリスの粘度が低くてもポンピングやブリードアウトは生じ難い。そして、一部の領域だけに粘度の高いグリス(第1グリス)を用い、その周囲には粘度の低いグリス(第2グリス)を用いるので、パワーカードと冷却部材の隙間幅を所定の値まで狭めるのに要する荷重もそれほど大きくならない。   In the semiconductor device disclosed in this specification, a high-viscosity grease is applied to a region where a large amount of heat is received from a semiconductor element that generates heat, and the periphery is surrounded by a low-viscosity grease. More specifically, the first grease is applied to a region between the power card and the cooling member that overlaps the semiconductor element when viewed from the stacking direction, and the second grease is applied so as to surround the first grease. To do. As the second grease, a grease having a lower viscosity than the first grease is employed. By adopting grease having a high viscosity (first grease) in a region where the amount of heat received is large and pumping or bleed-out is noticeable, it becomes difficult to break the grease when it returns to its original position. That is, it becomes difficult to remove the grease. When viewed from the stacking direction, the further away from the heat source (semiconductor element), the smaller the temperature change in the thermal cycle and the smaller the amount of grease movement. Therefore, even if the viscosity of the grease is low, pumping and bleed out hardly occur. And since the high-viscosity grease (first grease) is used only in a part of the area, and the low-viscosity grease (second grease) is used around it, the gap width between the power card and the cooling member is reduced to a predetermined value. The load required for narrowing is not so large.

なお、パワーカードに複数の半導体素子が封止されている場合、それぞれの半導体素子に対して、積層方向で重なる領域に第1グリスを塗布しなくてもよい。複数の半導体素子のうち、発熱量の大きい一つの(あるいは幾つかの)半導体素子に対して、積層方向で重なる領域に第1グリスを塗布することも好適である。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。   When a plurality of semiconductor elements are sealed in the power card, it is not necessary to apply the first grease to a region overlapping each other in the stacking direction. It is also preferable to apply the first grease to a region overlapping in the stacking direction with respect to one (or several) semiconductor elements having a large calorific value among the plurality of semiconductor elements. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の半導体装置の斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor device of an Example. パワーカードを裏面からみた斜視図である。It is the perspective view which looked at the power card from the back. 図1の座標系におけるXY平面でカットした半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device cut | disconnected by XY plane in the coordinate system of FIG. 図1の座標系におけるXZ平面でカットした半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device cut | disconnected by the XZ plane in the coordinate system of FIG. パワーカードの正面図である。It is a front view of a power card. パワーカードの裏面図である。It is a reverse view of a power card. 第2実施例におけるパワーカードの正面図である。It is a front view of the power card in 2nd Example. 第2実施例におけるパワーカードの裏面図である。It is a reverse view of the power card in 2nd Example. 第3実施例におけるパワーカードの正面図である。It is a front view of the power card in 3rd Example. 第4実施例におけるパワーカードの正面図である。It is a front view of the power card in 4th Example. 第4実施例の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of 4th Example. 第5実施例におけるパワーカードの正面図である。It is a front view of the power card in 5th Example. 第5実施例の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of 5th Example.

(第1実施例)図面を参照して実施例の半導体装置を説明する。図1は、第1実施例の半導体装置2の斜視図である。半導体装置2は、複数のパワーカード10と複数の冷却器3が積層されたユニットである。なお、図1では、一つのパワーカードだけに符号10を付し、他のパワーカードには符号を省略している。同様に一つの冷却器だけに符号3を付し、他の冷却器には符号を省略している。また、半導体装置2の全体が見えるように、半導体装置2を収容するケース31は仮想線で描いてある。なお、パワーカード10と絶縁板6の間、及び、絶縁板6と冷却器3の間にはグリスが塗布されているが、図1と図2ではグリスの図示は省略している。   (First Embodiment) A semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device 2 according to the first embodiment. The semiconductor device 2 is a unit in which a plurality of power cards 10 and a plurality of coolers 3 are stacked. In FIG. 1, reference numeral 10 is given to only one power card, and reference numerals are omitted for the other power cards. Similarly, reference numeral 3 is given to only one cooler, and reference numerals are omitted for the other coolers. In addition, the case 31 for housing the semiconductor device 2 is drawn with imaginary lines so that the entire semiconductor device 2 can be seen. In addition, although grease is apply | coated between the power card 10 and the insulating board 6, and between the insulating board 6 and the cooler 3, illustration of grease is abbreviate | omitted in FIG. 1 and FIG.

一つのパワーカード10には4個の半導体素子が収容されている。4個の半導体素子は、具体的には、2個のトランジスタTa、Tbと、2個のダイオードDa、Dbである。パワーカード10の内部構造は後に詳しく説明する。冷却器3を通る冷媒により、半導体素子が冷却される。冷媒は液体であり、典型的には水である。   One power card 10 accommodates four semiconductor elements. Specifically, the four semiconductor elements are two transistors Ta and Tb and two diodes Da and Db. The internal structure of the power card 10 will be described in detail later. The semiconductor element is cooled by the refrigerant passing through the cooler 3. The refrigerant is a liquid, typically water.

パワーカード10と冷却器3は、共に平板型であり、複数の側面のうち最大面積の平坦面が対向するように積層されている。パワーカード10と冷却器3は交互に積層されており、ユニットの積層方向の両端には冷却器が位置している。パワーカード10と冷却器3の間には絶縁板6が挟まれている。各パワーカード10は、その両面の夫々に、絶縁板6を挟んで冷却器3が対向している。   The power card 10 and the cooler 3 are both flat plate types, and are laminated so that the flat surfaces having the largest areas face each other among the plurality of side surfaces. The power card 10 and the cooler 3 are alternately stacked, and coolers are located at both ends in the stacking direction of the units. An insulating plate 6 is sandwiched between the power card 10 and the cooler 3. Each power card 10 is opposed to the cooler 3 on both sides of the power card 10 with the insulating plate 6 interposed therebetween.

複数の冷却器3は、連結パイプ5a、5bで連結されている。積層方向の一端の冷却器3には、冷媒供給管4aと冷媒排出管4bが連結されている。冷媒供給管4aを通じて供給される冷媒は、連結パイプ5aを通じて全ての冷却器3に分配される。冷媒は各冷却器3を通る間に隣接するパワーカード10から熱を吸収する。各冷却器3を通った冷媒は連結パイプ5bを通り、冷媒排出管4bから排出される。   The plurality of coolers 3 are connected by connecting pipes 5a and 5b. A refrigerant supply pipe 4a and a refrigerant discharge pipe 4b are connected to the cooler 3 at one end in the stacking direction. The refrigerant supplied through the refrigerant supply pipe 4a is distributed to all the coolers 3 through the connection pipe 5a. The refrigerant absorbs heat from the adjacent power card 10 while passing through each cooler 3. The refrigerant passing through each cooler 3 passes through the connecting pipe 5b and is discharged from the refrigerant discharge pipe 4b.

半導体装置2はケース31に収容される際、積層方向の一端側に板バネ32が挿入される。その板バネ32により、パワーカード10と絶縁板6と冷却器3の積層ユニットには、積層方向の両側から荷重が加えられる。その荷重は、例えば3[kN]である。後述するように絶縁板6とパワーカード10の間にはグリスが塗布されるが、3[kN]という高い荷重は、グリスの層を薄く引き延ばし、パワーカード10から冷却器3への伝熱効率を高める。パワーカード10は、直接的には絶縁板6に熱を奪われる。それゆえ、絶縁板6は、冷却部材に相当する。半導体装置2は、半導体素子(2個のトランジスタTa、Tbと2個のダイオードDa、Db)を収容したパワーカード10にグリスを挟んで絶縁板6(冷却部材)が接しているとともに、パワーカード10と絶縁板6が密着するようにそれらの積層方向に荷重が加えられているデバイスである。   When the semiconductor device 2 is accommodated in the case 31, a leaf spring 32 is inserted on one end side in the stacking direction. Due to the leaf spring 32, a load is applied to the laminated unit of the power card 10, the insulating plate 6, and the cooler 3 from both sides in the lamination direction. The load is, for example, 3 [kN]. As will be described later, grease is applied between the insulating plate 6 and the power card 10, but a high load of 3 [kN] stretches the grease layer thinly to improve the heat transfer efficiency from the power card 10 to the cooler 3. Increase. The power card 10 is directly deprived of heat by the insulating plate 6. Therefore, the insulating plate 6 corresponds to a cooling member. In the semiconductor device 2, an insulating plate 6 (cooling member) is in contact with a power card 10 containing semiconductor elements (two transistors Ta and Tb and two diodes Da and Db) with grease interposed therebetween. In this device, a load is applied in the stacking direction so that 10 and the insulating plate 6 are in close contact with each other.

パワーカード10を説明する。パワーカード10において、絶縁板6と対向する一方の平坦面10aには、放熱板16a、16bが露出している。説明の便宜上、平坦面10aをパワーカード10の正面と称する。パワーカード10を裏面(X軸の負方向)からみた図を図2に示す。平坦面10aとは反対側の平坦面10bには、別の放熱板17が露出している。平坦面10bにはグリスを挟んで別の絶縁板6が接しており、その絶縁板6にはグリスを挟んで別の冷却器3が接している。パワーカード10は、両面の夫々がグリスを挟んで絶縁板6と接しており、各絶縁板6はグリスを挟んで冷却器3と接している。パワーカード10の上面(図中Z軸の正方向を向く面)からは3本の電極端子7a、7b、7cが伸びており、下面(図中Z軸方向の負方向を向く面)からは制御端子29が伸びている。   The power card 10 will be described. In the power card 10, the heat radiating plates 16 a and 16 b are exposed on one flat surface 10 a facing the insulating plate 6. For convenience of explanation, the flat surface 10 a is referred to as the front surface of the power card 10. FIG. 2 shows a view of the power card 10 as seen from the back surface (negative direction of the X axis). Another heat radiating plate 17 is exposed on the flat surface 10b opposite to the flat surface 10a. Another insulating plate 6 is in contact with the flat surface 10b with grease interposed therebetween, and another cooler 3 is in contact with the insulating plate 6 with the grease interposed therebetween. The power card 10 is in contact with the insulating plate 6 on both sides of the power card 10 with grease, and each insulating plate 6 is in contact with the cooler 3 with the grease interposed therebetween. Three electrode terminals 7a, 7b, and 7c extend from the upper surface of the power card 10 (the surface facing the positive direction of the Z-axis in the figure), and from the lower surface (the surface facing the negative direction of the Z-axis direction in the figure). The control terminal 29 is extended.

ここからは、図1、図2とともに図3と図4を参照してパワーカード10の内部構造を説明する。図3は、図1のパワーカード10を図中の座標系のXY面に平行な平面であってトランジスタTaとTbを横切る平面でカットした断面図である。図4は、図1のパワーカード10を図中の座標系のXZ面に平行な平面でカットした断面図であってトランジスタTaとダイオードDaを横切る平面でカットした断面図である。別言すれば、図4は、図3のIV−IV線に沿った断面図であり、図3は図4のIII−III線に沿った断面図である。   From here, the internal structure of the power card 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4 together with FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of the power card 10 of FIG. 1 cut along a plane parallel to the XY plane of the coordinate system in the drawing and across the transistors Ta and Tb. FIG. 4 is a cross-sectional view of the power card 10 of FIG. 1 cut along a plane parallel to the XZ plane of the coordinate system in the drawing, and is a cross-sectional view cut along a plane crossing the transistor Ta and the diode Da. In other words, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.

4個の半導体素子(トランジスタTa、Tb、ダイオードDa、Db)は、樹脂製の筐体13に封止されている。筐体13は、射出成形により半導体素子を封止する。いずれの半導体素子も平坦なチップであり、その平坦面が筐体13の平坦面(パワーカード10の平坦面10a、10b)と平行になるように配置されている。なお、以下では、パワーカード10の平坦面10a、10bを筐体13の平坦面10a、10bと称する場合がある。   The four semiconductor elements (transistors Ta and Tb, diodes Da and Db) are sealed in a resin casing 13. The housing 13 seals the semiconductor element by injection molding. Each semiconductor element is a flat chip, and is arranged so that the flat surface is parallel to the flat surface of the housing 13 (the flat surfaces 10a and 10b of the power card 10). Hereinafter, the flat surfaces 10 a and 10 b of the power card 10 may be referred to as the flat surfaces 10 a and 10 b of the housing 13.

トランジスタTa(Tb)のチップの一方の平坦面にはコレクタ電極が露出しており、他方の平坦面にはエミッタ電極が露出している。トランジスタTa(Tb)のゲートは、チップの一方の平坦面の端に設けられている。トランジスタTaの一方の平坦面の電極はハンダ15により放熱板16aの裏面に接合している。放熱板16aのおもて面は、筐体13の表面に露出している。トランジスタTaの他方の平坦面の電極は、ハンダ15と導電部材(スペーサ14)を介して放熱板17の裏面に接合している。放熱板17のおもて面は、筐体13の表面に露出している。トランジスタTaの他方の平坦面の端にはゲートが位置しており、そのゲートはワイヤを介して制御端子29に接続されている。図4では、ワイヤは破線で描いてある。トランジスタTbも同様の構造を有している。   The collector electrode is exposed on one flat surface of the chip of the transistor Ta (Tb), and the emitter electrode is exposed on the other flat surface. The gate of the transistor Ta (Tb) is provided at the end of one flat surface of the chip. The electrode on one flat surface of the transistor Ta is joined to the back surface of the heat radiating plate 16 a by solder 15. The front surface of the heat radiating plate 16 a is exposed on the surface of the housing 13. The electrode on the other flat surface of the transistor Ta is bonded to the back surface of the heat sink 17 via the solder 15 and the conductive member (spacer 14). The front surface of the heat radiating plate 17 is exposed on the surface of the housing 13. A gate is located at the end of the other flat surface of the transistor Ta, and the gate is connected to the control terminal 29 via a wire. In FIG. 4, the wires are drawn in broken lines. The transistor Tb has a similar structure.

図4によく示されているように、放熱板16aは、電極端子7aの一部である。筐体内部で放熱板16aの側縁から延設部が伸びており、その延設部は筐体13の内部を通り、筐体13の上面(図中の座標系のZ軸正方向を向く面)から外部へ伸びている。即ち、トランジスタTaの電極を外部の他のデバイスと接続するための電極端子7aにおいて、筐体13の平坦面10aに露出している部位が放熱板16aに相当する。電極端子7aはトランジスタTaの電極と接しているので、トランジスタTaの内部の熱を伝えやすい。その電極端子7aの一部が放熱板16aとして筐体13から露出しているので、放熱板16aにはトランジスタTaの内部の熱がよく伝わる。一方、冷却器3はアルミニウム(導電性の金属)で作られているので、放熱板16aと絶縁する必要がある。それゆえ、半導体装置2は、冷却器3と放熱板16a(パワーカード10)との間に絶縁板6を挟んでいる。絶縁板6は、薄くて絶縁性が高く、導電性も良いセラミックスで作られている。放熱板16a(電極端子7a)は、導電性と伝熱性に優れた銅で作られている。スペーサ14も、導電性と伝熱性に優れた銅で作られている。   As well shown in FIG. 4, the heat sink 16a is a part of the electrode terminal 7a. An extending portion extends from the side edge of the heat radiating plate 16a inside the housing. The extending portion passes through the inside of the housing 13 and faces the upper surface of the housing 13 (in the positive Z-axis direction of the coordinate system in the drawing). Surface) to the outside. That is, in the electrode terminal 7a for connecting the electrode of the transistor Ta to another external device, a portion exposed to the flat surface 10a of the housing 13 corresponds to the heat radiating plate 16a. Since the electrode terminal 7a is in contact with the electrode of the transistor Ta, it easily conducts heat inside the transistor Ta. Since part of the electrode terminal 7a is exposed as the heat sink 16a from the housing 13, the heat inside the transistor Ta is well transmitted to the heat sink 16a. On the other hand, since the cooler 3 is made of aluminum (conductive metal), it is necessary to insulate it from the heat sink 16a. Therefore, the semiconductor device 2 has the insulating plate 6 sandwiched between the cooler 3 and the heat radiating plate 16a (power card 10). The insulating plate 6 is made of ceramic that is thin, highly insulating, and has good conductivity. The heat sink 16a (electrode terminal 7a) is made of copper having excellent conductivity and heat conductivity. The spacer 14 is also made of copper having excellent conductivity and heat conductivity.

ダイオードDa、Dbも平坦なチップであり、一方の平坦面にアノード電極が露出しており、他方の平坦面にカソード電極が露出している。ダイオードDaの一方の平坦面に露出している電極も、トランジスタTaと同様に、ハンダ15を介して放熱板16aの裏面に接続している。トランジスタTaの他方の面の電極はハンダ15とスペーサ14を介して放熱板17の裏面(筐体に対向する面)に接続している。ダイオードDaの他方の面の電極も、ハンダ15とスペーサ14を介して放熱板17の裏面に接続している。即ち、トランジスタTaとダイオードDaは、放熱板16a(即ち電極端子7a)と放熱板17の間で並列(逆並列)に接続されている。放熱板17も、放熱板16aと同様に電極端子7cの一部である。   The diodes Da and Db are also flat chips, with the anode electrode exposed on one flat surface and the cathode electrode exposed on the other flat surface. The electrode exposed on one flat surface of the diode Da is also connected to the back surface of the heat radiating plate 16a via the solder 15 like the transistor Ta. The electrode on the other surface of the transistor Ta is connected to the back surface of the heat radiating plate 17 (the surface facing the housing) via the solder 15 and the spacer 14. The electrode on the other surface of the diode Da is also connected to the back surface of the heat sink 17 via the solder 15 and the spacer 14. That is, the transistor Ta and the diode Da are connected in parallel (reverse parallel) between the heat sink 16a (that is, the electrode terminal 7a) and the heat sink 17. The heat sink 17 is also a part of the electrode terminal 7c like the heat sink 16a.

トランジスタTbとダイオードDbの組も、トランジスタTaとダイオードDaの組と同様の構造を有している。トランジスタTaとダイオードDbの一方の面の電極はハンダ15を介して放熱板16bの裏面に接続されており、他方の面の電極はハンダ15とスペーサ14を介して放熱板17の裏面に接続している。トランジスタTaとダイオードDbも、筐体13の内部で並列(逆並列)に接続されている。放熱板16bも、放熱板16aと同様に、電極端子7bの一部である。   The set of the transistor Tb and the diode Db has the same structure as the set of the transistor Ta and the diode Da. The electrodes on one surface of the transistor Ta and the diode Db are connected to the back surface of the heat sink 16b via the solder 15, and the electrodes on the other surface are connected to the back surface of the heat sink 17 via the solder 15 and the spacer 14. ing. The transistor Ta and the diode Db are also connected in parallel (reverse parallel) inside the housing 13. The heat sink 16b is also a part of the electrode terminal 7b like the heat sink 16a.

放熱板16a、16bは、平板型のパワーカード10(筐体13)の最大面積の一方の平坦面10aに露出しており、放熱板17は、パワーカード10(筐体13)の最大面積の他方の平坦面10bに露出している。図3、及び、図4によく示されているように、絶縁板6とパワーカード10との間には2種類のグリス(第1グリス9aと第2グリス9b)が塗布されている。絶縁板6と冷却器3の間には、第2グリス9bが塗布されている。   The heat sinks 16a and 16b are exposed on one flat surface 10a of the maximum area of the flat power card 10 (housing 13), and the heat sink 17 has a maximum area of the power card 10 (housing 13). It is exposed on the other flat surface 10b. As well shown in FIGS. 3 and 4, two types of grease (first grease 9 a and second grease 9 b) are applied between the insulating plate 6 and the power card 10. A second grease 9b is applied between the insulating plate 6 and the cooler 3.

グリスについて説明する。第1グリス9aと第2グリス9bは粘度が異なる。第1グリスの粘度が第2グリスの粘度よりも高い。粘度の相違の効果は後述する。図5に、パワーカード10の正面図を示し、図6に、パワーカード10の裏面図を示す。図5は、パワーカード10をX軸の正方向から見た図であり、図6は、パワーカード10をX軸の負方向からみた図である。図5、図6では、絶縁板6を仮想線で表している。第1グリス9aは、パワーカード10と絶縁板6の積層方向(図中のX軸方向)からみたときに、トランジスタTaと重なる領域と、トランジスタTbと重なる領域に塗布されている。なお、放熱板16a(16b)は、積層方向からみたときにトランジスタTa(Tb)と重なるように位置しているので、第1グリス9aが塗布された領域は積層方向からみたときに放熱板16a(16b)とも重なる。また、裏面の放熱板17も、積層方向からみたときにトランジスタTa、Tbと重なるように位置しているので、第1グリス9aは積層方向からみたときに放熱板17とも重なる。また、第2グリス9bは、積層方向からみて第1グリス9aを囲むように塗布されている。積層方向からみたときに第1グリス9aが塗布された領域と第2グリス9bが塗布された領域は接している。別言すれば、積層方向からみたときに第1グリス9aが塗布された領域と第2グリス9bが塗布された領域の間には空気が存在しない。   I will explain grease. The first grease 9a and the second grease 9b have different viscosities. The viscosity of the first grease is higher than the viscosity of the second grease. The effect of the difference in viscosity will be described later. FIG. 5 shows a front view of the power card 10, and FIG. 6 shows a back view of the power card 10. 5 is a diagram of the power card 10 viewed from the positive direction of the X axis, and FIG. 6 is a diagram of the power card 10 viewed from the negative direction of the X axis. 5 and 6, the insulating plate 6 is represented by a virtual line. The first grease 9a is applied to a region overlapping the transistor Ta and a region overlapping the transistor Tb when viewed from the stacking direction of the power card 10 and the insulating plate 6 (X-axis direction in the drawing). Since the heat sink 16a (16b) is positioned so as to overlap the transistor Ta (Tb) when viewed from the stacking direction, the region where the first grease 9a is applied is viewed from the stack direction. (16b) also overlaps. Moreover, since the heat sink 17 on the back surface is also positioned so as to overlap with the transistors Ta and Tb when viewed from the stacking direction, the first grease 9a also overlaps with the heat sink 17 when viewed from the stack direction. The second grease 9b is applied so as to surround the first grease 9a when viewed from the stacking direction. When viewed from the stacking direction, the area where the first grease 9a is applied and the area where the second grease 9b is applied are in contact with each other. In other words, there is no air between the area where the first grease 9a is applied and the area where the second grease 9b is applied when viewed from the stacking direction.

グリスの粘度の相違による効果を説明する。グリス9a、9bは、パワーカード10(放熱板16a、16b、17)と絶縁板6の間の熱伝達率、及び、絶縁板6と冷却器3の間の熱伝達率を高めるために塗布されている。以下、放熱板17と絶縁板6の間を例にとって説明する。伝熱効率の観点からは、グリスの層の厚みはできるだけ薄い方がよい。グリスの層の厚みは100ミクロン以下が好ましい。一方、グリスの層の厚みが小さいと、トランジスタTa(Tb)の熱サイクル(発熱と冷却を繰り返すこと)の累積に伴い、ポンピングやブリードアウトといった現象によるグリス抜けが生じる。グリス抜けを抑制するには粘度の高いグリスを使うのがよい。グリスの塊が千切れ難いからである。しかし、グリスの粘度が高いと、グリスの層の厚みを所定の値まで薄くするのに高い荷重を積層方向に加える必要がある。高い荷重はパワーカード10、絶縁板6、冷却器3に加わる負荷を大きくする。また、グリスの厚みを所定の値まで薄くするまでに、長い時間を要する。即ち、半導体装置2の製造時間が長くなる。そこで、実施例の半導体装置2では、積層方向からみたときにトランジスタTa、Tbと重なる領域(即ち、放熱板16a、16b、及び、17の夫々においてトランジスタから受ける熱量の大きい領域)には粘度の高い第1グリス9aを塗布し、その周囲には第1グリス9aよりも粘度の低い第2グリス9bを塗布する。第1グリス9aの領域と第2グリス9bの領域は接しており、両者の間に空気は入っていない。   The effect by the difference in viscosity of grease will be described. The greases 9a and 9b are applied to increase the heat transfer coefficient between the power card 10 (heat radiation plates 16a, 16b, and 17) and the insulating plate 6 and the heat transfer coefficient between the insulating plate 6 and the cooler 3. ing. Hereinafter, a description will be given by taking the space between the heat sink 17 and the insulating plate 6 as an example. From the viewpoint of heat transfer efficiency, the grease layer should be as thin as possible. The thickness of the grease layer is preferably 100 microns or less. On the other hand, when the thickness of the grease layer is small, grease missing due to a phenomenon such as pumping or bleed-out occurs as the thermal cycle (repetition of heat generation and cooling) of the transistor Ta (Tb) is accumulated. It is better to use high-viscosity grease in order to suppress the loss of grease. This is because the lump of grease is difficult to break. However, when the viscosity of the grease is high, it is necessary to apply a high load in the stacking direction in order to reduce the thickness of the grease layer to a predetermined value. A high load increases the load applied to the power card 10, the insulating plate 6, and the cooler 3. In addition, it takes a long time to reduce the thickness of the grease to a predetermined value. That is, the manufacturing time of the semiconductor device 2 becomes long. Therefore, in the semiconductor device 2 of the embodiment, the region overlapping the transistors Ta and Tb when viewed from the stacking direction (that is, the region where the amount of heat received from the transistor in each of the heat sinks 16a, 16b, and 17) has a viscosity. The high 1st grease 9a is apply | coated and the 2nd grease 9b whose viscosity is lower than the 1st grease 9a is apply | coated to the circumference | surroundings. The area | region of the 1st grease 9a and the area | region of the 2nd grease 9b are in contact, and air does not enter between both.

ポンピングやブリードアウトの影響が大きい領域(半導体素子からの受熱量が大きい領域)には第1グリス9aでポンピングやブリードアウトに対策する。また、積層方向からみてトランジスタTa、Tbから離れるにつれて、放熱板16a、16b、17の単位面積当たりの受熱量が小さくなるので、そのような領域には第2グリス9bを塗布する。こうして、粘度の異なる2種類のグリスを用いることで、グリスの層全体の厚みを薄くするのに要する荷重を抑制する。なお、図5、図6に示すように、本実施例では、積層方向でダイオードDa、Dbと重なる位置には第1グリス9aではなく、第2グリス9bが塗布されている。これは、ダイオードDa、Dbの発熱量がトランジスタTa、Tbほどには大きくなく、粘度の低い第2グリス9bでもグリス抜けを起こし難いからである。   In areas where the influence of pumping or bleed out is large (area where the amount of heat received from the semiconductor element is large), countermeasures against pumping or bleed out are taken with the first grease 9a. Further, since the amount of heat received per unit area of the heat sinks 16a, 16b, 17 decreases as the distance from the transistors Ta, Tb as viewed from the stacking direction, the second grease 9b is applied to such regions. Thus, by using two types of grease having different viscosities, the load required to reduce the thickness of the entire grease layer is suppressed. As shown in FIGS. 5 and 6, in this embodiment, the second grease 9b is applied instead of the first grease 9a at the position overlapping the diodes Da and Db in the stacking direction. This is because the amount of heat generated by the diodes Da and Db is not as great as that of the transistors Ta and Tb, and the second grease 9b having a low viscosity is difficult to cause the grease to escape.

第1グリス9aの粘度は、例えば、800[Pa・s]であり、第2グリス9bの粘度は、例えば200[Pa・s]である。なお、絶縁板6と冷却器3の間には、粘度の低い第2グリス9bが塗布されている。これは、絶縁板6と冷却器3の間は、放熱板16a、16b、17のトランジスタTa、Tbと面する領域ほどには高温にならないからである。   The viscosity of the first grease 9a is, for example, 800 [Pa · s], and the viscosity of the second grease 9b is, for example, 200 [Pa · s]. In addition, between the insulating board 6 and the cooler 3, the 2nd grease 9b with a low viscosity is apply | coated. This is because the space between the insulating plate 6 and the cooler 3 is not as high as that of the regions facing the transistors Ta and Tb of the radiator plates 16a, 16b, and 17.

(第2実施例)第2実施例の半導体装置を説明する。第2実施例の半導体装置は、グリスの態様が第1実施例とは異なるだけである。それゆえ、半導体装置全体の説明は省略する。図7に、第2実施例におけるパワーカード10の正面図を示し、図8に、パワーカード10の裏面図を示す。図5、図6と同様に、絶縁板6を仮想線で描いてある。   (Second Embodiment) A semiconductor device according to a second embodiment will be described. The semiconductor device of the second embodiment is only different from the first embodiment in the aspect of grease. Therefore, description of the entire semiconductor device is omitted. FIG. 7 shows a front view of the power card 10 in the second embodiment, and FIG. 8 shows a back view of the power card 10. As in FIGS. 5 and 6, the insulating plate 6 is drawn with imaginary lines.

第2実施例の半導体装置では、パワーカード10に封止されたトランジスタTa、Tbのみならず、ダイオードDa、Dbと対向する位置にも第1グリス9aが塗布されている。即ち、パワーカード10と絶縁板積層方向から見たときに、トランジスタTa、Tb、及び、ダイオードDa、Dbの夫々と重なる領域に第1グリス9aが塗布されており、各第1グリス9aの領域を囲むように第2グリス9bが塗布されている。この実施例ではダイオードDa、Dbの発熱量が第1実施例のダイオードよりも多く、グリス抜けの虞がある。それゆえ、本実施例では、ダイオードDa、Dbと重なる領域にも第1グリス9aを塗布し、グリス抜けを防止する。また、積層方向からみたときに、第1グリス9aが塗布された全ての領域を合計した領域の図心と第2グリス9bが塗布された領域の図心は一致する。本実施例の場合、平坦面10a、10bの各面における第1グリスの領域と第2グリスの領域の各図心は、絶縁板6の矩形の中心Gに一致する。なお、図心とは、断面1次モーメントを全体の面積で除した値であり、直観的には図形の中心のことである。第1グリス9aと第2グリス9bは粘度が異なるので、パワーカード10と絶縁板6の積層体に対してその積層方向に荷重を加える場合、第1グリス9aの領域と第2グリス9bの領域で反力の大きさが異なる。しかし、反力の中心は図心に一致するから、第1グリス9aによる反力の位置と第2グリス9bによる反力の位置は同じ図心(図中で符号Gが示す位置)に一致する。従って、パワーカード10と絶縁板6の積層体に荷重を加える際、第1グリス9aの領域に均等に圧力を加えることができるとともに、第2グリス9bの領域にも均等に圧力を加えることができる。別言すれば、図心に対して荷重を加えることで、荷重中に筐体13と絶縁板6の平行を容易に維持することができる。   In the semiconductor device of the second embodiment, the first grease 9a is applied not only to the transistors Ta and Tb sealed in the power card 10, but also to the positions facing the diodes Da and Db. That is, the first grease 9a is applied to the regions overlapping the transistors Ta and Tb and the diodes Da and Db when viewed from the power card 10 and the insulating plate stacking direction. The second grease 9b is applied so as to surround. In this embodiment, the amount of heat generated by the diodes Da and Db is larger than that of the diode of the first embodiment, and there is a risk that grease will be lost. Therefore, in this embodiment, the first grease 9a is applied also to the region overlapping with the diodes Da and Db to prevent the grease from being lost. Further, when viewed from the stacking direction, the centroid of the region obtained by adding all the regions to which the first grease 9a is applied coincides with the centroid of the region to which the second grease 9b is applied. In the case of the present embodiment, the centroids of the first grease region and the second grease region on each surface of the flat surfaces 10 a and 10 b coincide with the rectangular center G of the insulating plate 6. The centroid is a value obtained by dividing the first moment of section by the entire area, and intuitively is the center of the figure. Since the first grease 9a and the second grease 9b have different viscosities, the area of the first grease 9a and the area of the second grease 9b are applied when a load is applied to the laminated body of the power card 10 and the insulating plate 6 in the laminating direction. The magnitude of the reaction force is different. However, since the center of the reaction force coincides with the centroid, the position of the reaction force due to the first grease 9a and the position of the reaction force due to the second grease 9b coincide with the same centroid (position indicated by symbol G in the figure). . Accordingly, when a load is applied to the laminate of the power card 10 and the insulating plate 6, pressure can be applied uniformly to the region of the first grease 9a, and pressure can be applied evenly to the region of the second grease 9b. it can. In other words, by applying a load to the centroid, the parallelism of the casing 13 and the insulating plate 6 can be easily maintained during the load.

なお、パワーカード10に封止される半導体素子の位置は様々である。第1グリスの領域の図心と第2グリスの領域の図心が一致しない場合、図心が一致するように、第1グリスを塗布するダミー領域を設けてもよい。「ダミー領域」とは、半導体素子と対向しない領域であるが、第1グリスの領域の図心を第2グリスの領域の図心に一致させるために設ける第1グリスの領域である。   There are various positions of the semiconductor elements sealed in the power card 10. If the centroid of the first grease region and the centroid of the second grease region do not match, a dummy region for applying the first grease may be provided so that the centroids match. The “dummy region” is a region that does not face the semiconductor element, but is a first grease region that is provided to make the centroid of the first grease region coincide with the centroid of the second grease region.

(第3実施例)第3実施例の半導体装置を説明する。第3実施例の半導体装置は、グリスの態様が第1実施例とは異なるだけであるので、装置全体の説明は省略する。図9に、第3実施例におけるパワーカード10の正面図を示す。図5と同様に、絶縁板6を仮想線で描いてある。   (Third Embodiment) A semiconductor device according to a third embodiment will be described. The semiconductor device of the third embodiment is different from that of the first embodiment only in terms of grease, and therefore the description of the entire device is omitted. FIG. 9 shows a front view of the power card 10 in the third embodiment. As in FIG. 5, the insulating plate 6 is drawn with phantom lines.

先に説明した第2実施例では、放熱板16aの上に2つの第1グリス9aの領域が形成され、一方の領域がトランジスタTaと重なっており、他方の領域がダイオードDaに重なっていた。第3実施例では、一つの第1グリスの領域が、トランジスタTaとダイオードDbの双方と重なる。別言すれば、第1グリス9aは、放熱板16a(16b)に塗布され、第2グリス9bは、放熱板16a(16b)の外形に沿って、第1グリス9aの領域を囲む。この態様は、積層方向からみたときに金属製の放熱板16a(16b)の周囲を樹脂製の筐体13が囲んでいるパワーカード10に対して有効である。樹脂製の筐体13は金属製の放熱板16a、16bよりも熱伝導率が低く、放熱板16aと比較して高温になり難いからである。なお、図9の例では、第2グリス9bは、積層方向からみたときに、放熱板16a(16b)の外形の内側に沿って第1グリス9aを囲んでいる。このほか、第2グリス9bは、積層方向からみたときに、放熱板16a(16b)の外形の外側に沿って第1グリス9aを囲んでいてもよい。積層方向からみたときの放熱板16a(16b)の外周は、第1グリス9aに覆われていてもよいし、第2グリス9bで覆われていてもよい。   In the second embodiment described above, two regions of the first grease 9a are formed on the heat radiating plate 16a, one region overlaps the transistor Ta, and the other region overlaps the diode Da. In the third embodiment, one first grease region overlaps both the transistor Ta and the diode Db. In other words, the first grease 9a is applied to the heat radiating plate 16a (16b), and the second grease 9b surrounds the region of the first grease 9a along the outer shape of the heat radiating plate 16a (16b). This aspect is effective for the power card 10 in which the resin casing 13 surrounds the metal heat radiating plate 16a (16b) when viewed from the stacking direction. This is because the resin casing 13 has a lower thermal conductivity than the metal heat sinks 16a and 16b, and is less likely to reach a higher temperature than the heat sink 16a. In the example of FIG. 9, the second grease 9b surrounds the first grease 9a along the inside of the outer shape of the heat sink 16a (16b) when viewed from the stacking direction. In addition, the second grease 9b may surround the first grease 9a along the outside of the outer shape of the heat sink 16a (16b) when viewed from the stacking direction. The outer periphery of the heat dissipation plate 16a (16b) when viewed from the stacking direction may be covered with the first grease 9a or the second grease 9b.

(第4実施例)第4実施例の半導体装置を説明する。第4実施例の半導体装置では、放熱板が、パワーカード110の筐体表面から突出している。図10に、第4実施例の半導体装置におけるパワーカード110の正面図を示す。図11は、第4実施例の半導体装置2aの断面図である。図11におけるパワーカード110の断面は、図10のBB線に沿った断面に相当する。   (Fourth Embodiment) A semiconductor device according to a fourth embodiment will be described. In the semiconductor device of the fourth embodiment, the heat radiating plate protrudes from the housing surface of the power card 110. FIG. 10 is a front view of the power card 110 in the semiconductor device of the fourth embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device 2a of the fourth embodiment. The cross section of the power card 110 in FIG. 11 corresponds to the cross section along the line BB in FIG.

第1グリス9aと第2グリス9bが塗布されている領域は、第3実施例と同じである。即ち、第1グリス9aは、パワーカード110と絶縁板6の積層方向から見て、トランジスタTa及びダイオードDa(トランジスタTb及びダイオードDb)と重なる領域に塗布されている。別言すれば、第1グリス9aは、放熱板26a(26b)の上に塗布されている。第1グリス9aよりも粘度が低い第2グリス9bは、積層方向からみて、放熱板26a(26b)の外形に沿って、第1グリス9aを囲うように塗布されている。本実施例では、放熱板27の側のグリスの分布については説明を省略するが放熱板26aと同様である。   The area where the first grease 9a and the second grease 9b are applied is the same as in the third embodiment. That is, the first grease 9a is applied to a region overlapping the transistor Ta and the diode Da (transistor Tb and diode Db) when viewed from the stacking direction of the power card 110 and the insulating plate 6. In other words, the first grease 9a is applied on the heat sink 26a (26b). The second grease 9b having a viscosity lower than that of the first grease 9a is applied so as to surround the first grease 9a along the outer shape of the heat radiating plate 26a (26b) when viewed from the stacking direction. In the present embodiment, the description of the grease distribution on the side of the heat radiating plate 27 is omitted, but is the same as that of the heat radiating plate 26a.

図11に示されているように、放熱板26a、26b、27は、樹脂製の筐体13の表面から突出している。以下、放熱板26aについて説明するが、放熱板26b、27についても同様である。符号W1が、筐体表面からの放熱板26aの突出量を示している。放熱板26aが筐体表面から突出しているので、放熱板26aと絶縁板6の間の隙間幅W2は、筐体表面と絶縁板6の間の隙間幅W3よりも小さくなる。隙間幅W2は、放熱板26aと絶縁板6との間のグリスの厚みに相当する。また、隙間幅W3は、筐体表面と絶縁板6との間のグリスの厚みに相当する。この実施例では、隙間幅がW3の領域は、概ね、粘度の低い第2グリスが塗布されている領域である。この実施例では、放熱板26aと絶縁板6との間の隙間幅W2を所定の値まで狭める際、筐体表面と絶縁板6との間の隙間幅W3は隙間幅W2よりも大きくてよい。従って、実施例3の場合と比較して、隙間幅W2を所定の値まで狭めるのに要する荷重を小さくすることができる。放熱板27の側でも同様である。   As shown in FIG. 11, the heat radiating plates 26 a, 26 b and 27 protrude from the surface of the resin casing 13. Hereinafter, although the heat sink 26a will be described, the same applies to the heat sinks 26b and 27. Symbol W1 indicates the amount of protrusion of the heat radiating plate 26a from the housing surface. Since the heat sink 26a protrudes from the housing surface, the gap width W2 between the heat sink 26a and the insulating plate 6 is smaller than the gap width W3 between the housing surface and the insulating plate 6. The gap width W2 corresponds to the thickness of the grease between the heat radiating plate 26a and the insulating plate 6. Further, the gap width W <b> 3 corresponds to the thickness of the grease between the housing surface and the insulating plate 6. In this embodiment, the region where the gap width is W3 is generally a region where the second grease having a low viscosity is applied. In this embodiment, when the gap width W2 between the heat sink 26a and the insulating plate 6 is narrowed to a predetermined value, the gap width W3 between the housing surface and the insulating plate 6 may be larger than the gap width W2. . Therefore, compared with the case of Example 3, the load required to narrow the gap width W2 to a predetermined value can be reduced. The same applies to the heat radiating plate 27 side.

放熱板の筐体からの突出量(図の符号W1が示す厚み)は100−300ミクロン程度が好ましい。放熱板と絶縁板の間のグリスの厚み(図の符号W2が示す厚み)は、100ミクロン以下が好ましい。   The amount of protrusion of the heat sink from the housing (thickness indicated by the symbol W1 in the figure) is preferably about 100 to 300 microns. The thickness of the grease between the heat radiating plate and the insulating plate (thickness indicated by symbol W2 in the figure) is preferably 100 microns or less.

(第5実施例)第5実施例の半導体装置を説明する。第5実施例の半導体装置では、放熱板の表面が、パワーカード210の筐体表面に対して窪んでいる。図12に、第5実施例の半導体装置におけるパワーカード210の正面図を示す。図13は、第5実施例の半導体装置2bの断面図である。図13におけるパワーカード210の断面は、図12のCC線に沿った断面に相当する。   (Fifth Embodiment) A semiconductor device according to a fifth embodiment will be described. In the semiconductor device of the fifth embodiment, the surface of the heat sink is recessed with respect to the housing surface of the power card 210. FIG. 12 shows a front view of the power card 210 in the semiconductor device of the fifth embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor device 2b of the fifth embodiment. The cross section of the power card 210 in FIG. 13 corresponds to the cross section along the CC line in FIG.

第1グリス9aと第2グリス9bが塗布されている領域は、第3実施例と同じである。即ち、第1グリス9aは、パワーカード210と絶縁板6の積層方向から見て、トランジスタTa及びダイオードDa(トランジスタTb及びダイオードDb)と重なる領域に塗布されている。別言すれば、第1グリス9aは、放熱板36a(36b)の上に塗布されている。第1グリス9aよりも粘度が低い第2グリス9bは、積層方向からみて、放熱板36a(36b)の外形に沿って、第1グリス9aを囲うように塗布されている。本実施例では、放熱板37の側のグリスの分布について説明を省略するが、放熱板36aと同様である。   The area where the first grease 9a and the second grease 9b are applied is the same as in the third embodiment. That is, the first grease 9a is applied to a region overlapping the transistor Ta and the diode Da (transistor Tb and diode Db) when viewed from the stacking direction of the power card 210 and the insulating plate 6. In other words, the first grease 9a is applied on the heat sink 36a (36b). The second grease 9b having a viscosity lower than that of the first grease 9a is applied so as to surround the first grease 9a along the outer shape of the heat radiating plate 36a (36b) when viewed from the stacking direction. In the present embodiment, explanation of the grease distribution on the side of the heat radiating plate 37 is omitted, but it is the same as that of the heat radiating plate 36a.

以下、放熱板36aについて説明するが、放熱板36b、37についても同様である。図13に示されているように、放熱板36aの表面は、放熱板36aの周囲における筐体13の表面に対して窪んでいる。符号W4が、筐体13の表面に対する放熱板26aの表面の窪みの深さを示している。放熱板26aの表面の窪みの深さW4は、概ね100ミクロン程度が好ましい。放熱板36aの表面と絶縁板6との間の隙間幅W5は、概ね200ミクロン以下が好ましい。   Hereinafter, although the heat sink 36a will be described, the same applies to the heat sinks 36b and 37. As shown in FIG. 13, the surface of the heat sink 36a is recessed with respect to the surface of the housing 13 around the heat sink 36a. Reference sign W <b> 4 indicates the depth of the depression on the surface of the heat dissipation plate 26 a with respect to the surface of the housing 13. The depth W4 of the depression on the surface of the heat sink 26a is preferably about 100 microns. The gap width W5 between the surface of the heat sink 36a and the insulating plate 6 is preferably approximately 200 microns or less.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図では、理解を助けるため、グリスの層の厚み、放熱板の厚み、放熱板の突出量、放熱板の窪み深さ、などを強調して描いることに留意されたい。   Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. In the figure, it should be noted that the thickness of the grease layer, the thickness of the heat radiating plate, the protrusion amount of the heat radiating plate, the depth of the dent of the heat radiating plate, etc. are drawn with emphasis to help understanding.

実施例では、パワーカードの両面にて、粘度の異なる2種類のグリスを用いた。パワーカードのいずれか一方の表面においてだけ、粘度の異なる2種類のグリスを用いてもよい。トランジスタTa、Tbは、エミッタ電極よりもコレクタ電極の方が発熱量が大きいので、コレクタ電極が向いている側のパワーカードの表面にて粘度の異なる2種類のグリスを用いるのがよい。   In the examples, two types of grease having different viscosities were used on both sides of the power card. Two types of grease having different viscosities may be used only on one surface of the power card. In the transistors Ta and Tb, since the collector electrode generates a larger amount of heat than the emitter electrode, it is preferable to use two types of grease having different viscosities on the surface of the power card on the side where the collector electrode faces.

放熱板をその周囲の筐体表面から突出させることは、放熱板の表面とその周囲の筐体表面が面一であってその筐体表面に放熱板を囲む溝を設ける場合とは、効果が顕著に相違する。溝を設けた場合、積層方向から見てリング状の溝の外側に厚みの薄いグリスの層が続く。熱膨張したグリスは溝の外側の厚みの薄い層へと拡がり、そこでは放熱板上と同様にブリードアウトが生じ易い。溝の外側でブリードアウトが生じると収縮時に溝に戻るグリスの量が減少する。その結果、収縮時に放熱板の中心へとグリスを押し戻す効果が減少する。これに対して実施例の半導体装置では、厚みの大きい層は、積層方向からみてグリスの層の全体の縁まで続いているので、上記した溝の場合のブリードアウト生じない。   Protruding the heat sink from the surrounding housing surface is effective when the surface of the heat sink and the surrounding housing surface are flush with each other and a groove surrounding the heat sink is provided on the housing surface. Notably different. When the groove is provided, a thin grease layer continues on the outside of the ring-shaped groove when viewed from the stacking direction. The thermally expanded grease spreads to a thin layer outside the groove, where bleed-out is likely to occur as on the heat sink. If bleedout occurs outside the groove, the amount of grease that returns to the groove upon contraction is reduced. As a result, the effect of pushing back the grease to the center of the heat sink during contraction is reduced. On the other hand, in the semiconductor device of the embodiment, the thick layer continues to the entire edge of the grease layer as viewed from the stacking direction, so that no bleed out occurs in the case of the groove described above.

図3と図4に示したように、冷却器3の内部は単純な空洞である。冷却器の内部空間には、絶縁板と接する側板の裏面に接するフィンを設けてもよい。   As shown in FIGS. 3 and 4, the inside of the cooler 3 is a simple cavity. You may provide the fin which touches the back surface of the side plate which contacts an insulating plate in the internal space of a cooler.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2、2a、2b:半導体装置
3:冷却器
6:絶縁板(冷却部材)
7a、7b、7c:電極端子
9a:第1グリス
9b:第2グリス
10a、10b:平坦面
10、110、210:パワーカード
13:筐体
14:スペーサ
15:ハンダ
16a、16b、17、26a、26b、27、36a、36b、37:放熱板
29:制御端子
31:ケース
32:板バネ
Da、Db:ダイオード(半導体素子)
Ta、Tb:トランジスタ(半導体素子)
2, 2a, 2b: Semiconductor device 3: Cooler 6: Insulating plate (cooling member)
7a, 7b, 7c: electrode terminal 9a: first grease 9b: second grease 10a, 10b: flat surface 10, 110, 210: power card 13: housing 14: spacer 15: solder 16a, 16b, 17, 26a, 26b, 27, 36a, 36b, 37: radiator plate 29: control terminal 31: case 32: leaf spring Da, Db: diode (semiconductor element)
Ta, Tb: Transistor (semiconductor element)

Claims (6)

半導体素子を封止したパワーカードが冷却部材に接しているとともに前記パワーカードと前記冷却部材の積層方向に荷重が加えられている半導体装置であり、
前記パワーカードと前記冷却部材の間であって積層方向からみたときに前記半導体素子と重なる領域に第1グリスが塗布されているとともに前記第1グリスを囲むように前記第1グリスよりも粘度が低い第2グリスが塗布されている、
ことを特徴とする半導体装置。
A power card in which a semiconductor element is sealed is in contact with a cooling member and a load is applied in the stacking direction of the power card and the cooling member,
The first grease is applied to a region between the power card and the cooling member and overlapping the semiconductor element when viewed from the stacking direction, and the viscosity is higher than that of the first grease so as to surround the first grease. Low second grease is applied,
A semiconductor device.
前記パワーカードは、一方の面が当該パワーカードの前記冷却部材と対向する表面に露出しているとともに他方の面が当該パワーカードの筐体内で前記半導体素子と導通している放熱板を備えており、
前記第1グリスは前記放熱板に塗布されており、前記第2グリスは前記積層方向からみたときに前記放熱板の外形に沿って前記第1グリスを囲むように塗布されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The power card includes a heat radiating plate having one surface exposed on a surface facing the cooling member of the power card and the other surface electrically connected to the semiconductor element in the casing of the power card. And
The first grease is applied to the heat radiating plate, and the second grease is applied so as to surround the first grease along the outer shape of the heat radiating plate when viewed from the stacking direction. The semiconductor device according to claim 1.
前記放熱板が、前記パワーカードの筐体表面から突出していることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the heat radiating plate protrudes from a housing surface of the power card. 前記放熱板の表面が、前記パワーカードの筐体表面に対して窪んでいることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein a surface of the heat radiating plate is recessed with respect to a surface of the casing of the power card. 前記冷却部材は、一方の面が前記第1及び第2グリスを挟んで前記パワーカードに面しており他方の面が前記第2グリスを挟んで冷却器に接している絶縁板であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。   The cooling member is an insulating plate having one surface facing the power card with the first and second grease interposed therebetween and the other surface being in contact with the cooler with the second grease interposed. 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is characterized in that: 積層方向からみたときに、第1グリスが塗布された領域の図心と第2グリスが塗布された領域の図心が一致していることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。   6. The centroid of the region to which the first grease is applied coincides with the centroid of the region to which the second grease is applied when viewed from the stacking direction. A semiconductor device according to 1.
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