JP2016092209A - 電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高耐圧な封止部を得る、冷却効率が高い電力半導体装置を提供する。【解決手段】片面に電力用半導体素子７が固着され他面にフィン３ｆが形成された冷却フィンベース３と、冷却容器４とを備え、周辺部の面と冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、この隙間が水密に封止されて、フィン３ｆの表面に冷媒が流れる冷媒流路３４Ｒとなる空間が形成された箱型の冷却容器４を構成する電力半導体装置１において、冷却容器４の周辺部の隙間を形成する面と、冷却フィンベース３の周辺部の隙間を形成する面の一方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部４ｍが設けられ、他方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部４ｍに嵌る凸部３ｔが設けられ、凹部４ｍと凸部３ｔの間に封止材５が挿入されるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、電力半導体装置の冷却構造に関するものである。およびその製造方法に関する。

半導体装置の中でも電力用半導体装置は、産業用機器から、家電、情報端末まで幅広い機器の主電力（パワー）の制御に用いられ、特に輸送機器等においては高い信頼性が求められている。一方で、従来のシリコン（Ｓｉ）を用いた半導体素子に代えて、炭化珪素（ＳｉＣ）等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を備えた半導体装置の開発が進められており、電力用半導体装置の高パワー密度化と高温動作化が進んでいる。

電力用半導体装置においては、電力制御は三相交流電力の電圧、周波数を制御することで実施され、これはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子の
スイッチング動作によって行われる。この際、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。そのため、電力半導体装置には、排熱を促進して半導体素子（発熱体）の過熱を防止する冷却装置が備えられている。そして、電力半導体装置は近年小型化や軽量化の要求が厳しくなっており、冷却装置についても小型化が求められている。冷却装置の小型化には冷媒により冷却する構成が有効であり、さらなる小型化を目指して冷媒による内圧が増大傾向にあり、高耐圧化が求められてきた。

一般的に冷媒により冷却する構成の電力半導体装置は冷却フィンベースと冷却容器の間がＯリングなどのシール部材で封止されている（特許文献１ 図１）。また、ろう付け・溶接などで封止する方法や。液状パッキン（湿気硬化性樹脂）により封止する方法も考えられる。

特開２０１２−１４６７５９号公報

特許文献１のように、冷却フィンベースと冷却容器の間がＯリングなどのシール部材で封止する方法では、封止部からの冷媒（液体または、気体）漏れを防ぐには、シール部材が冷却フィンベースと冷却容器に密着する必要がある。Ｏリングで封止する場合には、多くの場合、冷却フィンベースと冷却容器がボルト締結され、その締め付け力によって密着される。高い耐圧が必要となる場合には、締め付け力によって変形した冷却フィンベースに追随して冷却容器も変形する程密着させる必要がある。あるいは、平面を出すための機械加工が必要であった。しかし、多くの場合、冷却フィンベースと冷却容器は剛性の高い材量、構造になっており、両者を追随して変形させたり、研磨等で平面を出すのは困難であった。

一方、ろう付け・溶接などで封止する方法は、両者を追随して変形さなくても高耐圧な封止部が得られるものの、電力半導体装置への熱的影響（はんだの再溶融など）が懸念される。また、液状パッキン（湿気硬化性樹脂）による封止の場合は接着力が弱く、耐圧を確保するためには冷却容器の大型化が必要である。

以上の理由から、冷却フィンベースと冷却容器の間を従来方法（Ｏリング、ろう付け・溶接、液状パッキンなど）で封止する場合、耐圧性、電力半導体装置への熱的影響、冷却装置サイズの観点から問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電力半導体装置へ熱的影響を与えることなく、冷却装置のサイズ増大を招くことなく、高耐圧な封止部を得ることを目的としている。

本発明は、片面に電力用半導体素子が固着され他面にフィンが形成された冷却フィンベースと、冷却容器とを備え、冷却容器の周辺部の面と冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、この隙間が水密に封止されて、フィンの表面に冷媒が流れる冷媒流路となる空間が形成された箱型の冷却器を構成する電力半導体装置において、冷却容器の周辺部の隙間を形成する面と、冷却フィンベースの周辺部の隙間を形成する面の一方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部が設けられ、他方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部に嵌る凸部が設けられ、凹部と前記凸部の間に封止材が挿入されるようにした。

この発明によれば、冷却フィンベースと冷却容器の封止面に凸凹部を設けたことで、電力半導体装置へ熱的影響を与えることなく、高耐圧な封止部を得ることができ、冷却効率が高くより小型の電力半導体装置を提供できる。

本発明の実施の形態１による電力半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置の構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置におけるスペーサーを配置した冷却容器の上面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置におけるススペーサーを配置した別の冷却容器の上面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置の図７の構成の冷却容器の上面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置の図７の構成の冷却フィンベースの下面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置の冷却フィンベースの別の例を示す下面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による電力半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による電力半導体装置の要部の構成を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態２による電力半導体装置の製造工程の一部を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３による電力半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による電力半導体装置の要部の構成を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態３による電力半導体装置の冷却フィンベースの下面図である。 本発明の実施の形態３による電力半導体装置の別の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による電力半導体装置の製造工程の一部を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態４による電力半導体装置の構成を説明するための断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電力半導体装置１の構成を示す断面図である。電力半導体装置１は、電力半導体モジュール２がはんだなどの接合材１１によって接合された冷却フィンベース３と冷却容器４、および冷却フィンベース３と冷却容器４の間を封止している封止材５、冷却フィンベース３と冷却容器４を締結する締結ボルト１０から構成される。電力半導体モジュール２とは、図１に示すように、配線部材６に電力用半導体素子７をはんだなどの接合材１２によって接合したものである。封止材５は硬化に加熱を必要としない湿気硬化性の樹脂が好ましい。樹脂には接着性があってもなくても良い。冷却容器４は側部と底部とからなる一面が開放された箱形状であり、冷却容器４の周辺部の面、すなわち冷却フィンベース３と対向する面には凹部４ｍが全周にわたって形成されている。また、この凹部４ｍに対応する冷却フィンベース３側にはこの凹部４ｍに嵌る凸部が形成されている。図２は、図１に示す電力半導体装置１の上面図である。図２では締結ボルト１０の配置を冷却フィンベース３の４隅としているが、この配置に限らない。たとえば、冷却フィンベース３の外周４辺の中央部に配置してもよい。また、締結ボルト１０の本数についても４本に限定するものではなく、４本以上あってもよい。ただし、ボルト締結した際に、封止材５に均等に荷重がかかるような配置・本数が望ましい。

図３は本発明の実施の形態１による電力半導体装置１の製造方法の一例を示す工程図である。この図３を用いて、実施の形態１による電力半導体装置の製造工程の概略を説明する。（Ａ）工程ではスクリーン印刷法などにより冷却フィンベース３上にはんだなどの接合材１１を供給する。（Ｂ）工程では、接合材１１を介して冷却フィンベース３に電力半導体モジュール２を接合する。（Ｃ）工程では、冷却容器４の所定の位置にスペーサー１０ｓを配置する。このスペーサー１０ｓは、封止材５の厚さを均一化し、冷却容器４に対して冷却フィンベース３が傾くのを防ぐ役割を果たす。また、封止材５の厚さを均一にすることで、封止部に荷重が均等にかかり、一箇所に荷重が集中するのを防ぐ役割を果たす。図４にスペーサー１０ｓを配置した冷却容器４の上面図を示す。図４ではスペーサー１０ｓの形状をドーナツ状としたが、これに限らない。また、配置についても、図４では締結ボルト１０のネジ穴１０aの中心とスペーサー１０ｓの中心が一致するように配置したが、これに限らない。さらに、冷却容器４の所定の位置に設けられた凹部４ｍに封止材５をスクリーン印刷法やディスペンサーによる注入で供給する。そして、この状態で封止材５を所定温度、湿度下で所定の時間放置する（たとえば、２５℃、５０ＲＨ％、１０分）。

（Ｄ）工程では、電力半導体モジュール２が固着された冷却フィンベース３の凸部が封止材５が注入された冷却容器４の凹部４ｍに嵌るように位置決めし、締結ボルト１０で所定のトルクによって締結する。この工程を経て、冷媒流路３４Ｒが形成される。封止材５に接着性がある場合には、ボルトによる締結は不可欠ではないが、接着力に加えてボルトに依る締め付け力を併用することで耐圧性を向上させることができる。さらに、封止材５によっては（Ｄ）工程の後、さらに所定温度、湿度下で所定の時間放置する（たとえば、２５℃、５０ＲＨ％、７日間）。このようにして、本実施の形態１によ電力半導体装置１が完成する。なお、図４では冷却容器４の凹部４ｍの上面から見た形状を矩形状としたが、これに限らない。たとえば、図５に示すようにコーナー部を一定の半径で丸めた形状であっても良い。ただし、この凹部４ｍは、電力半導体装置１が完成した時にフィン３ｆを囲むように形成されていなければならない。

電力用半導体素子７は、厚み０．１〜０．４ｍｍ程度で主面が矩形状をなしている。例えば、電力用半導体素子７がＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の場合、裏面にはコレクタ電極が形成され、主面には主電力電極であるエミッタ電極と、制御電極であるゲート電極が形成されている。配線部材としては、絶縁性を有するセラミックの基材に電気導電性と熱伝導性に優れた銅（Ｃｕ）や銅合金、またはアルミニウム（Ａｌ）等の金属配線パターンを形成したものが例示されるが、実際には様々な形態のものが適用できる。例えば、リードフレームと称される板材、銅（Ｃｕ）や銅合金または、アルミニウム（Ａｌ）矩形状ブロックなども適用可能である。さらに、電力用半導体素子７としては、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＳＢＤ（Schottky Barrier diode）、ＦＷＤ(Free Wheeling Diode)なども用いられる。

上述したように、電力用半導体素子７の主面にも電極があり、主面側にも図示しない配線部材等が接合される。さらに、電力用半導体素子７を含む回路面が例えば封止樹脂によって封止されることもある。しかし、本発明の特徴的な部分は、冷却フィンベース３と冷却容器４との封止方法にあり、素子を含む回路構成やパッケージ構成等、電力半導体モジュール２はどのようなものであってもよい。そこで、上記接続部に関する構成以外の部分については、説明を省略し、冷却フィンベース３と冷却容器４との封止方法に特化して説明する。

電力半導体装置１の冷媒流路３４Ｒに冷媒を流すと、封止材５に冷媒流路３４Ｒから外側に向かう内圧がかかる。この内圧がある値（耐圧値）よりも高いと、冷却フィンベース３と冷却容器４の隙間から封止材５が押し出されるとともに冷媒が流出することとなる。耐圧値を向上させるためには、封止材５と冷却フィンベース３および冷却容器４との間の摩擦力を増加させることが重要である。そのためには、封止材５と冷却フィンベース３および封止材５と冷却容器４の接触面積を増加させる必要がある。

そこで、図１に示すように、冷却フィンベース３に凸部３ｔを、冷却容器４に凹部４ｍを設け、それらの隙間を封止材５で封止する構造を考案した。このような構造にすることで、冷却フィンベース３と冷却容器４の投影面積（図４の方向から見た面積）を増加させることなく、封止材５と冷却フィンベース３、および封止材５と冷却容器４の接触面積を増加させることができる。すなわち、電力半導体装置１を大型化することなく封止部の耐圧値を向上することができる。さらに、スペーサー１０ｓの厚さを調整することで、封止材５にかかる内圧のベクトル上に、凸部３ｔの側面と凹部４ｍの側面を存在させることができる。このようにすることで、内圧によって封止材５が外側に向かって押し出される際に、凸部３ｔの側面と凹部４ｍの側面が障壁の役割を果たし、封止材５が流出するのを抑制することができる。なお、図１では、冷却フィンベース３に凸部３ｔを、冷却容器４に凹部４ｍを設ける例を示したが、これに限らず、図６に示すように、冷却フィンベース３に凹部３ｍを設け冷却容器４に凸部４ｔを設ける構造でも良い。

図７は、実施の形態１による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。図１や図６では、凸部、凹部をフィン３ｆを囲むように１周設けたが、図７に示す構成では、冷却フィンベース３の凸部３ｔおよびこの凸部３ｔに嵌る冷却容器４の凹部４ｍをフィン３ｆを囲むように２周設けている。図８は図７の構成における冷却容器４の上面図を示し、図９は冷却フィンベース３を冷却容器４側から見た図、すなわち下面図である。図８、図９では凸部３ｔおよび凹部４ｍを矩形としたが、これに限られない。例えば図１０に示す冷却フィンベース３の下面図のように、コーナー部を一定の半径で丸めた形状としてもよい。ただし、凸部と凹部は電力半導体装置１が完成した時にフィン３ｆを囲むように、冷却フィンベース３および冷却容器４の周辺部の互いに対向する面に１周に亘って形成されていなければならない。

図１１および図１２は、それぞれ本発明の実施の形態１による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。図１〜図７までに示した構成では、一面が開放された箱形状の冷却容器４を、板状のベースにフィン３ｆが設けられた冷却フィンベース３により蓋をすることにより、フィン３ｆ表面を冷媒が流れる冷媒流路３４Ｒとなる空間が形成されるようにした。本発明においては、冷却フィンベースと冷却容器とで、フィン表面を冷媒が流れる冷媒流路となる空間が形成された箱型の冷却器を構成するようにすれば良い。例えば、図１１のように、冷却フィンベース３および冷却容器４が共に、一面が開放された箱形状であって、対向するそれぞれの周辺部の面の一方に凹部を設け、他方にこの凹部に嵌る凸部を設けるようにしても良い。図１１では冷却フィンベース３に凸部３ｔを２周設け、冷却容器４に凹部４ｍを２周設けるようにした例を示している。また、図１２のように、冷却フィンベース３が一面が開放された箱形状であり、冷却容器４が板状であって、対向するそれぞれの周辺部の面の一方に凹部を設け、他方にこの凹部に嵌る凸部を設けるようにしても良い。図１２では冷却フィンベース３に凹部３ｍを２周設け、冷却容器４に凸部４ｔを２周設けるようにした例を示している。凹部と凸部は、一方が凹部、他方が凸部となるようにすれば、どちらが凹部、または凸部となっても良い。

以上のように、本実施の形態１によれば、冷却容器４の周辺部の面と冷却フィンベース３の周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、冷却容器４の周辺部の隙間を形成する面と、冷却フィンベース３の周辺部の隙間を形成する面の、一方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部を設け、他方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部に嵌る凸部を設け、凹部と凸部の間に封止材を挿入するようにしたので、電力半導体装置を大型化することなく、封止部の高耐圧化が実現でき、冷却効率が高くより小型の電力半導体装置を提供できる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１においては、冷却フィンベースと冷却容器の間を封止材のみで封止する方法について説明したが、冷却フィンベースと冷却容器を部分的に直接接触させ、機械的に封止することでさらに耐圧値を向上させることができる。実施の形態２ではその方法について説明する。

図１３は、本発明の実施の形態２による電力半導体装置１の構成を示す断面図、図１４は、実施の形態２による電力半導体装置１の要部である図１３の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。本実施の形態２による電力半導体装置が実施の形態１と異なる点は、冷却フィンベース３と冷却容器４の一部が積極的に接触している点である。実施の形態１では、冷却フィンベース３と冷却容器４の間に封止材５を介在させて封止する構成において、冷却容器４に対して冷却フィンベース３が傾くのを防ぎ、封止部の一箇所に荷重が集中するのを防ぐことを目的に、冷却容器４上にスペーサーを配置した。これに対し、実施の形態２では、凹部と凸部の一部が積極的に接触するように、凹部と凸部の図１３や図１４における断面形状、すなわち凹部や凸部が伸びる方向に垂直な断面の断面形状が異なるようにした。図１４に示す拡大図のように、凹部４ｍの底部および凸部３ｔの先端部が曲面に形成され、凹部４ｍと凸部３ｔとが一部で接触するように、接触部４３ｃにおける凹部４ｍの曲率が凸部３ｔの曲率よりも小さくなる（凹部４ｍの曲率半径が凸部３ｔの曲率半径よりも大きくなる）ように設定した。

本実施の形態２による電力半導体装置の製造方法は図３に示した実施の形態１による電力半導体装置の製造方法とほぼ同じである。ただし、図３の（Ｄ）工程においては、図１５に示すように、電力半導体モジュール２が固着された冷却フィンベース３を凹部４ｍに封止材が注入された冷却容器４の所定の位置に搭載し、矢印ＫＫで示すように、冷却フィンベース３を冷却容器４に数キロＮ程度の荷重で押圧する。このように押圧することで、封止材５が凹部４ｍから排出されながら、冷却フィンベース３と冷却容器４の接触部４３ｃが圧接される。

本実施の形態２によれば、凸部３ｔの高さ、幅、先端部曲率、凹部４ｍの深さ、幅、底部曲率を調整し、冷却フィンベース３に対して均等に荷重がかかるように押圧することで、冷却容器４に対して冷却フィンベース３が傾くのを防ぎ、かつ封止部の一箇所に荷重が集中するのを防ぐことができる。したがって、必ずしもスペーサーは必要ではない。この工程を経て、冷媒流路３４Ｒが形成される。さらに、封止材５によってはこの工程の後、さらに所定温度、湿度下で所定の時間放置する（たとえば、２５℃、５０ＲＨ％、７日間）。このようにして、本実施の形態にかかる電力半導体装置１が完成する。凸部３ｔと凹部４ｍは電力半導体装置１が完成した時にフィン３ｆを囲むように、冷却フィンベース３および冷却容器４の周辺部の互いに対向する面に１周に亘って形成されていなければならない。

本実施の形態２の特徴とするところは、冷却フィンベース３と冷却容器４の間を圧接と封止材の併用によって、封止している点である。図１４では、接触部４３ｃで、冷却フィンベース３と冷却容器４の間に隙間がないように記述した。しかし、実際の製造工程では、全周にわたって冷媒が流出するような隙間無く圧接するのは困難であり、凸部３ｔおよび凹部４ｍの寸法公差によって、一部に例えば数μm以下の微細な隙間ができてしまう。
そこで、圧接後に生じている微細な隙間は封止材で封止することで、冷媒漏れのない完全な封止が完成する。このように、接触部４３ｃの表面積のうち、大面積（内圧によってかかる荷重は大）は圧接によって、微小面積（内圧によってかかる荷重は微小）は封止材によって封止することで、実施の形態１の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。

実施の形態３．
上述した実施の形態２においては、冷却フィンベースと冷却容器の間を圧接と封止材で封止する方法について説明したが、製造方法を改良することで電力半導体装置の耐圧値を向上させることができる。実施の形態３ではその方法について説明する。

図１６は本実施の形態３による電力半導体装置の構成を示す断面図、図１７は実施の形態３による電力半導体装置の要部である図１６の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。実施の形態３では、封止材５を冷却フィンベース３と冷却容器４の間に注入するための貫通孔３ｔａを冷却フィンベース３の凸部３ｔに設けている。図１８に、本実施の形態３にかかる冷却フィンベース３を冷却容器４側から見た下面図を示す。図１８に示すように、貫通孔３ｔａは、凸部３ｔに適当な間隔で複数設けている。図１６〜図１８では、冷却フィンベース３に貫通孔３ｔａが設けられている例について示したが、貫通孔は必ずしも冷却フィンベース３に設けられている必要はなく、たとえば、図１９に示すように、冷却容器４の凹部４ｍに貫通孔４ｍａを設けても良い。また、冷却フィンベース３と冷却容器４の両方に貫通孔を設けても良い。このように、本実施の形態３は、凹部、凸部の一方、または両方に、貫通孔を設けたことを特徴とする。

図２０は、本実施の形態３による電力半導体装置の製造方法のうち、実施の形態１による図３の（Ｃ）工程、（Ｄ）工程に相当する工程を説明するための断面図である。（Ａ）、（Ｂ）工程については実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。（Ｂ）工程の後、凹部に封止材を注入せずに冷却フィンベース３を冷却容器４の所定の位置に搭載する。この時、図２０に示すように、矢印ＫＫの方向に冷却フィンベース３を冷却容器４に数キロＮ程度の荷重で押圧することで、図１７に示す冷却フィンベース３と冷却容器４の接触部４３ｃが圧接される。この工程を経て、冷媒の流路３４Ｒが形成される。次に、冷却フィンベース３に設けられた貫通孔３ｔａから封止材５をディスペンサーなどによって注入する。そして、この状態で封止材５を所定温度、湿度下で所定の時間放置する（たとえば、２５℃、５０ＲＨ％、１０分）。このようにして、電力半導体装置が完成する。

本実施の形態３の特徴とするところは、冷却フィンベース３と冷却容器４を圧接した後に封止材を注入する点である。圧接した後で封止材を注入することで、圧接された接触部４３ｃの部分に封止材５が介在することなく、冷却フィンベース３と冷却容器４の接触が封止材の介在によって妨げられることがない。したがって、接触部４３ｃにおいて、良好な圧接部が形成され、実施の形態２の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。

実施の形態４．
図２１は、本発明の実施の形態４による電力半導体装置の構成を説明するための断面図である。本実施の形態４は、実施の形態１〜３に記載した電力半導体装置の耐圧値を更に向上させる実施の形態である。図２１（ａ）は全体を示す断面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。本実施の形態４では、図２１（ｂ）の太実線で示す、冷却フィンベース３と冷却容器４が対向する冷却フィンベース側の面３ｓおよび冷却容器側の面４ｓが、凹部、凸部を含めて粗化の処理が施された面となっている。粗化されている面は封止材５が注入され得る隙間を形成する面、すなわち封止材５と接触し得る面である。粗化されている面は、その算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｙ）、十点平均高さ（Ｒｚ）の全て、またはいずれかが、冷却フィンベース３と冷却容器４の各々の他の面よりも大きくなっていることである。このように粗化の処理を施すことで、粗化された面３ｓおよび４ｓの凹凸と封止材５との間のアンカー効果によって、封止材５と冷却フィンベース３および冷却容器４との間の摩擦力を増加させることができる。したがって、実施の形態１〜３の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。

また、実施の形態３で説明したように、封止部の耐圧値を向上させるには、冷却フィンベース３および冷却容器４の接触部４３ｃにおいて良好な圧接が行われる必要がある。そのためには、接触部４３ｃにおける冷却フィンベース３および冷却容器４の接触面積が大きいほど良い。したがって、接触部４３ｃは滑らかな面であることが望ましい。そこで、粗化を実施する面を接触部４３ｃ以外の冷却フィンベース３と冷却容器４の封止材５で封止され得る面に限定することで、さらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 電力半導体装置、２ 電力半導体モジュール、３ 冷却フィンベース、３ｆ フィン、４ 冷却容器、３ｍ、４ｍ 凹部、３ｔ、４ｔ 凸部、５ 封止材、 ６ 配線部材、７ 電力用半導体素子、３４Ｒ 冷媒流路、３ｔａ、４ｍａ 貫通孔

Claims (9)

1. 片面に電力用半導体素子が固着され他面にフィンが形成された冷却フィンベースと、
   冷却容器とを備え、
   前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、この隙間が水密に封止されて、前記フィンの表面に冷媒が流れる冷媒流路となる空間が形成された箱型の冷却器を構成する電力半導体装置において、
   前記冷却容器の周辺部の前記隙間を形成する面と、前記冷却フィンベースの周辺部の前記隙間を形成する面の一方の面に当該周辺部の１周に亘って凹部が設けられ、他方の面に当該周辺部の１周に亘って前記凹部に嵌る凸部が設けられ、前記凹部と前記凸部の間に封止材が挿入されていることを特徴とする電力半導体装置。
2. 前記凹部の前記凹部が伸びる方向に垂直な断面の断面形状と、前記凸部の前記凸部が伸びる方向に垂直な断面の断面形状が異なり、前記凹部の一部と前記凸部の一部が接触する接触部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置。
3. 前記凹部の底部および前記凸部の先端部が曲面であり、前記凸部の先端部と接触する前記凹部の底部の曲率が、前記凹部の底部と接触する前記凸部の先端部の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の電力半導体装置。
4. 前記凹部の底部または前記凸部の先端部に、貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の電力半導体装置。
5. 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面が、粗化の処理が施された面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
6. 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面のうち、前記接触部以外の部分に粗化の処理が施されたことを特徴とする請求項２または３に記載の電力半導体装置。
7. 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面が、粗化の処理が施された面であることを特徴とする請求項４に記載の電力半導体装置。
8. 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面のうち、前記接触部以外の部分に粗化の処理が施されたことを特徴とする請求項４に記載の電力半導体装置。
9. 請求項４、７、８のいずれか１項に記載の電力半導体装置の製造方法であって、前記冷却フィンベースと前記冷却容器を、前記凹部に前記凸部を嵌めて位置決めし、前記冷却フィンベースを前記冷却容器に対して所定の荷重で押圧した後、前記封止材を前記貫通孔から前記凹部と前記凸部の間の隙間に注入することを特徴とする電力半導体装置の製造方法。

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