JP2019125730A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体モジュールが反ることで半導体モジュールがヒートシンクに押し付けられることにより半導体モジュールが破損することを抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、半導体モジュール１と、ヒートシンク２と、螺合部材３とを備えている。半導体モジュール１は、半導体素子７と、配線部材８と、モールド樹脂４とを含む。ヒートシンク２は、本体部２ａと、突起部１０とを含む。螺合部材３は、半導体モジュール１とヒートシンク２とを固定する。螺合部材３は、モールド樹脂４に設けられた貫通孔１２に挿入されかつ突起部１０に螺合されている。突起部１０が本体部２ａから半導体モジュール１に向けて突き出す突出方向Ｄ１において、突起部１０から半導体モジュール１までの距離よりも本体部２ａから半導体モジュール１までの距離が大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。

従来、ヒートシンクと、そのヒートシンクに固定された半導体モジュールとを有する半導体装置が提案されている。この半導体装置は、例えば、特開２０１１−１５９７４３号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載された半導体装置は、半導体素子、リードフレーム、ヒートシンクおよびモールド樹脂などを含んでいる。半導体素子、リードフレームおよびヒートシンクはモールド樹脂により封止されている。

特開２０１１−１５９７４３号公報

上記公報に記載された半導体装置において、温度変化が大きい場合に、半導体素子、リードフレームおよびモールド樹脂などからなる半導体モジュールでは、各部材の線膨張係数が異なるため半導体モジュールが反ることがある。この場合に、半導体モジュールがヒートシンクに押し付けられることにより半導体モジュールが破損することがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体モジュールが反ることで半導体モジュールがヒートシンクに押し付けられることにより半導体モジュールが破損することを抑制することができる半導体装置を提供することである。

本発明の半導体装置は、半導体モジュールと、ヒートシンクと、螺合部材とを備えている。半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子に電気的に接続された配線部材と、半導体素子および配線部材を封止しかつ貫通孔が設けられたモールド樹脂とを含む。ヒートシンクは、本体部と、本体部から半導体モジュールに向けて突き出した突起部とを含む。螺合部材は、半導体モジュールとヒートシンクとを固定する。螺合部材は、モールド樹脂に設けられた貫通孔に挿入されかつ突起部に螺合されている。突起部が本体部から半導体モジュールに向けて突き出す突出方向において、突起部から半導体モジュールまでの距離よりも本体部から半導体モジュールまでの距離が大きい。

本発明の半導体装置によれば、ヒートシンクの突起部が本体部から半導体モジュールに向けて突き出す突出方向において突起部から半導体モジュールまでの距離よりも本体部から半導体モジュールまでの距離が大きい。このため、温度変化により半導体モジュールが反ったときに半導体モジュールの可動域が大きくなる。つまり、本体部から半導体モジュールまでの間では半導体モジュールはヒートシンクに押し付けられずに反ることが可能となる。したがって、半導体モジュールが反ったときに、半導体モジュールのヒートシンクへの押し付け量を低減することができる。これにより、半導体モジュールが反ることで半導体モジュールがヒートシンクに押し付けられることにより半導体モジュールが破損することを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図２に示す半導体装置の半導体モジュールが反った状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の絶縁層が変形した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の配線部材の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図７に示す半導体装置の半導体モジュールが反った状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。なお、各図において同一または相当部分には同一符号が付されている。

実施の形態１．
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００の構成について説明する。本実施の形態に係る半導体装置１００は、例えばインバータ装置に用いられてもよい。このインバータ装置は、半導体モジュール、ヒートシンク、主回路基板、ケースおよびスイッチ装置などから構成される。この主回路基板には、平滑コンデンサ、突入抵抗および電源などが配置される。

本実施の形態に係る半導体装置１００は、半導体モジュール１と、ヒートシンク２と、螺合部材３とを主に備えている。半導体モジュール１は、ヒートシンク２に螺合部材３で締結されることにより固定されている。半導体モジュール１は、例えばパワー半導体モジュールであってもよい。半導体モジュール１は、モールド樹脂４と、金属層５と、絶縁層６と、半導体素子７と、配線部材８とを主に備えている。半導体素子７は、パワー半導体素子であってもよい。具体的には、半導体素子７は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などであってもよい。

半導体モジュール１においては、モールド樹脂４は、金属層５、絶縁層６、半導体素子７および配線部材８を封止している。金属層５および配線部材８の各々の一部はモールド樹脂４から露出している。半導体モジュール１の放熱面には金属層５が配置されている。金属層５は、金属箔からなっていてもよい。具体的には、金属層５は、例えば厚さが１００μｍの銅（Ｃｕ）箔であってもよい。半導体モジュール１の最表面に配置された金属層５の上に絶縁層６が積層されている。絶縁層６の上に配線部材８が配置されている。配線部材８の上に半導体素子７が接合材１１を介して固着されている。接合材１１は導電性を有している。接合材１１は例えばはんだである。配線部材８は半導体素子７に電気的に接続されている。

半導体モジュール１の底面は、半導体素子７で発生する熱をヒートシンク２に伝導させて、半導体素子７の温度を、例えばインバータ装置としての動作時に許容温度以下に保つ機能を有している。このとき、インバータ装置の動作のために複数の半導体素子７は異なる電位となる場合があるため、互いの半導体素子７間の電位はヒートシンク２に対して絶縁されている必要がある。このため、半導体素子７に電気的に接続された配線部材８は複数に分割されている。アルミニウム（Ａｌ）ワイヤ、はんだ付けなどで、半導体素子７と、電極および配線部材８とは電気的に接続されている。

ヒートシンク２に対して絶縁性を有するように半導体モジュール１は構成されている。半導体モジュール１では、絶縁層６が配線部材８と放熱面との間に配置された構造が用いられている。絶縁層６では、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの高熱伝導性かつ絶縁性のフィラーが絶縁性の熱硬化性樹脂に配合されている。絶縁層６としては、例えば、サイズが数μｍ以上数十μｍ以下の窒化ホウ素（ＢＮ）のフィラーを熱硬化性のエポキシ樹脂に混合した材料が用いられてもよい。

配線部材８としては、例えば０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下程度の厚みの銅板をプレス加工、エッチング加工などによりパターン分割して作製するリードフレームが用いられてもよい。このような構成により配線部材８と半導体モジュール１の底面に配置された金属層５とは絶縁分離される。

このような構成以外に、半導体モジュール１には、例えば厚みが０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下程度のセラミックの板の表裏に厚みが０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下程度の銅箔、アルミニウム箔などの金属導体が固着された絶縁基板が用いられてもよい。この場合、半導体素子７が固着される側の金属導体は、エッチング加工などによりパターン分割されており、例えばインバータ装置の駆動に必要な電気回路を構成している。半導体素子搭載面の電気回路を構成する第一の金属導体と底面側の第二の金属導体とはセラミック板により電気的に絶縁分離されている。

前述した金属層５および絶縁層６を備えた構造または絶縁基板を備えた構造のいずれの半導体モジュール１も、複数の半導体素子７が電気回路を構成するように構造化されている。この電気回路と半導体モジュール１の放熱面とは絶縁分離されている。そして半導体モジュール１の全体がモールド樹脂４で封止されている。モールド樹脂４は、例えばエポキシなどの熱硬化型の樹脂であり、シリカなどの絶縁性のフィラーを含んだ絶縁性の樹脂であってもよい。モールド樹脂４は電気回路を固体で封止し、外界からの異物、湿気などに対して半導体素子７を保護すると共に、半導体モジュール１のヒートシンク２への取り付けの際の強度メンバーとしての機能を有する。

モールド樹脂４には貫通孔１２が設けられている。貫通孔１２は、半導体モジュール１の内部の電気回路と絶縁分離されている。貫通孔１２は、半導体モジュール１の放熱面である第１の主面と、放熱面と対向する第２の主面との間を貫通するように設けられている。

ヒートシンク２は、本体部２ａと、突起部１０とを有している。突起部１０は、本体部２ａから半導体モジュール１に向けて突き出している。突起部１０は円柱形状を有していてもよい。例えば、突起部１０の直径は９ｍｍであり、突起部１０の高さは５０μｍであってもよい。突起部１０は、モールド樹脂４に設けられた貫通孔１２と重なるように配置されている。突起部１０には貫通孔１２に重なるようにネジ孔１０ａが設けられている。ネジ孔１０ａは、突起部１０から本体部２ａに亘って設けられていてよい。平面視において、ヒートシンク２は半導体モジュール１よりも大きくなるように構成されていてもよい。

突起部１０が本体部２ａから半導体モジュール１に向けて突き出す突出方向Ｄ１において、突起部１０から半導体モジュール１までの距離よりも本体部２ａから半導体モジュール１までの距離が大きい。本実施の形態では、突起部１０は金属層５に接触している。そのため、突出方向Ｄ１において突起部１０から半導体モジュール１までの距離はゼロである。なお、突起部１０と金属層５との間に隙間があってもよい。

突出方向Ｄ１に交差する断面において、突出方向Ｄ１に交差する交差方向Ｄ２での突起部１０の長さＬ１よりも本体部２ａの長さＬ２が大きくてもよい。例えば、突出方向Ｄ１に交差する交差方向Ｄ２において、本体部２ａの長さＬ２は、突起部１０の長さＬ１の倍以上の大きさであってもよい。また、突出方向Ｄ１に交差する断面において、突起部１０は、交差方向Ｄ２に半導体素子７とずれて配置されている。つまり、交差方向Ｄ２に沿う断面において、突起部１０は半導体素子７とずれて配置されている。突起部１０は、交差方向Ｄ２において半導体素子７と重ならないように配置されている。図２において、突起部１０が配置された領域Ｒ１と半導体素子７が配置された領域Ｒ２とは互いに重ならず、隙間をあけて配置されている。

螺合部材３は、半導体モジュール１とヒートシンク２とを固定するように構成されている。半導体モジュール１とヒートシンク２とは螺合部材３により固定されているため、互いにしっかりと固定することが可能となる。螺合部材３は、モールド樹脂４に設けられた貫通孔１２に挿入されている。螺合部材３は、突起部１０に螺合されている。具体的には、突起部１０に設けられたネジ孔１０ａに螺合されている。螺合部材３は例えばネジである。螺合部材３は、頭部３ａと、軸部３ｂとを主に有している。頭部３ａの直径は、軸部３ｂの直径および貫通孔１２の孔径よりも大きい。軸部３ｂの直径は、貫通孔１２の孔径よりも小さい。半導体モジュール１の第２の主面を構成するモールド樹脂４と頭部３ａとの間にワッシャ１３が配置されていてもよい。ワッシャ１３の孔に軸部３ｂが挿入されている。ワッシャ１３の外径は貫通孔１２の孔径よりも大きい。ワッシャ１３の内径は貫通孔１２の孔径および頭部３ａの直径よりも小さく、軸部３ｂの直径よりも大きい。

半導体モジュール１の第２の主面側から貫通孔１２に挿入された螺合部材３によってヒートシンク２に設けられたネジ孔１０ａを用いて半導体モジュール１が固着される。半導体モジュール１とヒートシンク２との間には、熱伝導グリス９が配置されてもよい。熱伝導グリス９は、半導体モジュール１とヒートシンク２の本体部２ａとの間に配置されていればよい。なお、熱伝導グリス９に限定されず、放熱シート、カーボンシートなどが配置されてもよい。これらの熱伝導グリス、放熱シート、カーボンシードなどには、熱伝導率が数Ｗ／ｍＫ以上数十Ｗ／ｍＫ以下で、可撓性を有する材料が用いられてもよい。

半導体モジュール１は、半導体素子７、配線部材８、モールド樹脂４などによる複合体である。例えばインバータ装置を駆動した時に、半導体素子７が発生する熱によって半導体モジュール１の温度が変化する。このとき、半導体モジュール１が内包する各部材の熱膨張係数が同一ではないため、半導体モジュール１に反りが発生する。

このような半導体モジュール１の反りで発生する平面間のギャップ（隙間）を埋め、半導体モジュール１の温度変化による反り変化を吸収する素材として、例えばシリコーン樹脂に高熱伝導性のフィラーを含浸させた熱伝導グリス９が用いられてもよい。このフィラーは、例えば酸化アルミニウムなどのセラミックフィラーであってもよい。熱伝導グリス９は、印刷、ディスペンスなどによってヒートシンク２の半導体モジュール１への取り付け面または半導体モジュール１の放熱面に供給されてもよい。半導体モジュール１がヒートシンク２に取り付けられて螺合部材３がネジ締めされると、熱伝導グリス９が粘土のように変形する。これにより、ヒートシンク２の半導体モジュール１への取り付け面と半導体モジュール１の放熱面との間のギャップ（隙間）が熱伝導グリス９で埋められる。熱伝導グリス９は、フィラーが含浸されているために高粘度である。熱伝導グリス９は、半導体装置１００が様々な姿勢で用いられても流れ出さない状態を維持することが好ましい。

突起部１０は、ヒートシンク２の半導体モジュール搭載面のうち、ネジ締結部の周囲に配置されている。本実施の形態では、ヒートシンク２の半導体モジュール搭載面の中央1点に突起部１０が配置されている。半導体装置１００は、半導体モジュール１の端部とヒートシンク２とが接触しない構造となっている。冷熱サイクル環境下では、半導体モジュール１の端部が拘束されていないため、半導体モジュール１の端部が温度変化により変形して、ヒートシンク２に近づくことがある。半導体モジュール１の端部の変形量は温度と部材の物性とにより決定される。また、半導体モジュール１の反りの方向はモールド樹脂４の物性、モールド樹脂４の厚みなどにより決定される。

突起部１０の高さは、半導体モジュール１の端部が温度変化によってヒートシンク２に近づくように変形するため、この端部の変形量よりも大きくなるように設定される。例えば、半導体モジュール１の温度が１００℃上昇したときに半導体モジュール１の反りが０．７ｍｍである場合、突起部１０の高さは０．７ｍｍよりも大きくなるように設定される。これによって半導体モジュール１が自身および周囲からの発熱および伝熱により反るように変化しても、半導体モジュール１の放熱面の一部がヒートシンク２に押し付けられることを抑制することができる。このため、大きな応力が半導体モジュール１の内部に発生することにより絶縁層６がダメージを受けて絶縁性が低下することを抑制することができる。

また、突起部１０は、螺合部材３及びワッシャ１３と同じ円柱形状である。突起部１０の直径は、ネジ締め時の応力が伝わる螺合部材３およびワッシャ１３の直径よりも大きい。突起部１０が螺合部材３およびワッシャ１３と同じ円柱形状であるため、ネジ締め時の軸力を均等に半導体モジュール１に伝えることができる。また、突起部１０の直径の大きさを螺合部材３およびワッシャ１３の直径よりも大きいため、ネジ締め時の面圧を突起部１０に効果的に伝えることができる。

次に、本実施の形態の半導体装置１００における半導体モジュール１の反りについてさらに詳しく説明する。

一般的な半導体モジュールにおいては、温度変化は常温から１００℃程度であるが、低コスト化を目的として半導体素子の面積を小さくすると相対的に発熱量が増大するため温度変化が大きくなる。また、炭化ケイ素（ＳｉＣ）に代表される化合物半導体は耐熱温度が高いことが特徴である。この化合物半導体を搭載した半導体モジュールは、２００℃以上の高温になる場合があるため、半導体モジュールが考慮すべき温度範囲が広がる。また、例えばハイブリッド自動車および電気自動車のように自動車の電動化が進んでいる。これらの自動車に搭載され、屋外に配置されるインバータ装置では考慮すべき温度範囲が、寒冷地域においては低温側に広がる。同じく寒冷地域でビルの屋上など屋外に設置される空気調和用のインバータ装置では夜、間に零下数十度になっているにもかかわらず日中は全力運転するケースなどもあり、考慮すべき温度範囲が非常に広い。

ところでゲル封止タイプの半導体モジュールでは、構造体として、ベース板を用いてセラミック絶縁基板をはんだ付けするベース板つきケース構造、セラミック絶縁基板と樹脂ケースを接着したタイプのベースレスケース構造などがある。このベース板つきケース構造では、構造体のほとんどがベース板の大きな剛性に支配されているため、温度変化による反り変化はほとんどない事が知られている。これはベース板に接着されるものがシリコーンゲルと変形しやすい樹脂とであるため、温度変化による熱応力が発生しないためである。また、ベースレスケース構造では、構造体は導体つきのセラミック板からなる絶縁基板をゲルで封止したものであるため、こちらも温度変化による反り変化は少ない。具体的には、反りは１０μｍ以下である。

これに対して、本実施の形態のモールド樹脂封止型の半導体モジュール１においては、モールド樹脂４の弾性率が金属に対して１０倍以内程度と剛性が高い事が一つの特徴として挙げられる。金属導体とモールド樹脂４の線膨張係数は同じではなく、またそれぞれの弾性率が近い事から熱応力の発生が避けられない。例えば、配線部材８が銅（Ｃｕ）リードフレームの場合、弾性率は１２０ＧＰａであり、線膨張係数は１７ｐｐｍ／Ｋである。これに対して、例えばモールド樹脂４の弾性率は１５ＧＰａであり、線膨張係数は１５ｐｐｍ／Ｋである。モールド樹脂４は、成形途中に一旦液状化した後、硬化するプロセスを経て成形される。また、線膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋの銅（Ｃｕ）リードフレームと、線膨張係数が１５ｐｐｍ／Ｋのモールド樹脂４とで、線膨張係数差を小さくすることで熱収縮時の応力を低減させ、密着性を確保している。

また、半導体素子７を従来よりも高温で使用するとともに、半導体サイズを大きくすることなく使用すると、半導体素子７のコストを低減することができる。一方、半導体素子７を高温で使用することで、半導体モジュール１の反り変形が増加し、半導体モジュール１がヒートシンク２に押し付ける応力が増大することが懸念される。

例えば最高２００℃などでの使用を考えるとガラス転移温度は１９０℃程度にしておかないと、使用時に大きな物性の変化が起こり、大きく変形してしまう危険がある。そのため、高温での使用について、樹脂が局部的に高温となる場合および樹脂全体が高温となる場合を想定して、ガラス転移温度を考慮した材料設計をしておく必要がある。具体的には、半導体素子７の温度が例えば２００℃に達した場合には、配線部材８であるリードフレームの温度は１５０℃程度になることが想定されるため、モールド樹脂４とリードフレームとの密着性は高い温度での使用に対する配慮が必要となる。そのような場合ではガラス転移温度が１５０℃より高く好ましくは１７０℃よりも高いようなモールド樹脂４の選定が必要となる。

一方、半導体モジュール１の反り変形を小さくするには、モールド樹脂４の線膨張係数を小さくすることが考えられる。例えば、線膨張係数が１０ｐｐｍ程度の場合、反り量がほぼ０になる実験結果が得られた。しかし、このような低線膨張係数のモールド樹脂４が用いられた場合、半導体モジュール１の使用時の温度変化による反り変化も大きくなる。例えば線膨張係数が１５ｐｐｍの樹脂では常温から１００℃までの温度変化による反り変化が１０μｍ程度などに小さくすることが可能であるが、線膨張係数が１０ｐｐｍでは単純に３倍以上の反り変化が発生する。つまり、例えば反りが１０μｍから３０μｍに変化する。このような反り変化がある事で反り変化の方向によっては半導体モジュール１がヒートシンク２に押し付けられる。

図３を参照して、本実施の形態の半導体装置１００によれば、半導体モジュール１が反ったとしても半導体モジュール１の底面がヒートシンク２に押し付けられる事が抑制される。また、熱伝導グリス９が流動して反り変化が吸収される。

この場合、段差量として、３０μｍの反りを吸収するためには５０μｍの段差を設ける事が適当である。このように段差量が設定された場合、信頼性試験において、熱伝導グリス９の排出および熱抵抗の増大は問題にならなかった。

図４および図５を参照して、配線部材８は面一ではなく、インバータ用の回路を構成するために半導体素子７を実装したフレーム間では空間が形成されている。半導体モジュール１がヒートシンク２に押し当てられるように変形した場合、配線部材８の溝の部分において絶縁層６が局所的に変形する。このときに絶縁層６の強度を超える応力が働くと絶縁層６に割れが生じることで絶縁性が損なわれる。

また、図示しないセラミックによる絶縁基板が用いられた場合も、絶縁基板がヒートシンクに押し付けられると、絶縁基板が割れることで絶縁性が損なわれる懸念がある。

次に、本実施の形態に係る半導体装置１００の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、ヒートシンク２の突起部１０が本体部２ａから半導体モジュール１に向けて突き出す突出方向において突起部１０から半導体モジュール１までの距離よりも本体部２ａから半導体モジュール１までの距離が大きい。このため、温度変化により半導体モジュール１が反ったときに半導体モジュール１の可動域が大きくなる。つまり、本体部２ａから半導体モジュール１までの間では半導体モジュール１はヒートシンク２に押し付けられずに反ることが可能となる。したがって、半導体モジュール１が反ったときに、半導体モジュール１のヒートシンク２への押し付け量を低減することができる。これにより、半導体モジュール１が反ることで半導体モジュール１がヒートシンク２に押し付けられることにより半導体モジュール１が破損することを抑制することができる。

また、ヒートシンク２の突起部１０で半導体モジュール１を浮かせることで、反り変形による半導体モジュール１がヒートシンク２への押し付け量を低減できる。これにより、半導体素子７を大きくすることなく、従来よりも高温で使用できるため、半導体素子７のコストを低減することができる。

また、本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、突出方向Ｄ１に交差する断面において、突出方向Ｄ１に交差する交差方向Ｄ２での突起部１０の長さよりも本体部２ａの長さが大きい。このため、半導体モジュール１に反りが生じたときに、半導体モジュール１がヒートシンク２に当たり難くすることができる。したがって、半導体モジュールに反りが生じたときに、半導体モジュール１がヒートシンク２を押し付けることを抑制することができる。また、本体部２ａを大きくすること可能であるため、ヒートシンク２の熱伝導グリス９を配置する領域を大きくすることができる。

また、本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、突出方向Ｄ１に交差する断面において、突起部１０は、交差方向Ｄ２に半導体素子７とずれて配置されている。このため、半導体素子７が発生する熱により半導体モジュール１に反りが生じたときに、半導体モジュール１が突起部１０に押し付けられることを抑制することができる。したがって、半導体モジュール１に反りが生じたときに、半導体モジュール１がヒートシンク２に押し付けられることを抑制することができる。

次に、図６〜図８を参照して、本実施の形態の変形例に係る半導体装置１００について説明する。本実施の形態の変形例に係る半導体装置１００においては、半導体モジュール１の両端部に貫通孔１２が配置されている。半導体モジュール１の両端部において螺合部材３により半導体モジュール１がヒートシンク２に固定されている。本実施の形態の変形例に係る半導体装置１００では、２本の螺合部材３により半導体モジュール１がヒートシンク２に固定されているが、半導体モジュール１の中央部を突起部１０によりヒートシンク２から浮かせることができれば、螺合部材３の本数に制限はない。

本実施の形態の変形例に係る半導体装置１００によっても、温度変化による反り変化により半導体モジュール１がヒートシンク２に押し付けられる事を抑制することができる。なお、突起部１０の外側の厚みを突起部１０と同じにした場合でも同様の作用効果が得られる。

実施の形態２．
図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２に係る半導体装置１００の構成について説明する。実施の形態２では、実施の形態１に比べて、半導体装置１００が閉塞部材２０を備えている点で主に異なっている。以下、特に説明しない限り、実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

本実施の形態に係る半導体装置１００は、熱伝導グリス９と、閉塞部材２０とをさらに備えている。熱伝導グリス９は、半導体モジュール１とヒートシンク２の本体部２ａとの間に配置されている。閉塞部材２０は、熱伝導グリス９の外縁よりも外側に配置されている。閉塞部材２０は、半導体モジュール１とヒートシンク２の本体部２ａとの間の隙間を塞ぐように構成されている。

閉塞部材２０は、ヒートシンク２と半導体モジュール１表面とを接着している。つまり、閉塞部材２０は、半導体モジュール１とヒートシンク２との間を接着している。閉塞部材２０は、樹脂からなっていてもよい。閉塞部材２０は、収縮性を有している。閉塞部材２０は、例えば硬化型のゴム状の樹脂であってもよい。具体的には、閉塞部材２０は、二液性の樹脂を混合して塗布ロボットを用いて半導体モジュール１のヒートシンク２への取り付け面の外周に塗布し硬化させることなどにより形成可能である。

また、例えば、熱伝導グリス９そのものが例えば空気中の湿気で硬化するタイプの樹脂で構成されていてもよい。この場合、ヒートシンク２に熱伝導グリス９が塗布された状態で半導体モジュール１が組み付けられ、その後、熱伝導グリス９の表面の外気に露出している領域がゴム状に硬化することで、熱伝導グリス９の表面に皮膜が形成されてもよい。この場合、この皮膜が閉塞部材２０を構成する。

半導体モジュール１とヒートシンク２の相対する面間に挟まれた領域の熱伝導グリス９と外気とが確実に遮断されるように、硬化型の熱伝導グリス９の最表面の領域が配置されることが望ましい。半導体モジュール１がヒートシンク２に組み付けられた後に、半導体モジュール１の外縁に熱伝導グリス９が供給されてもよい。

熱伝導グリス９は半導体モジュール１の大きな反り変化にさらされるため、平面追従性のよい材料の選択が必要となる。汎用的な熱伝導グリス９を用いて熱伝導グリス９の排出を抑制するためにはこの熱伝導グリス９の排出防止が課題である。

本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、閉塞部材２０は、熱伝導グリス９の外縁よりも外側に配置されており、半導体モジュール１とヒートシンク２の本体部２ａとの間の隙間を塞ぐように構成されている。このため、半導体モジュール１が反ったときに、閉塞部材２０により熱伝導グリス９が半導体モジュール１と本体部２ａとの間から外側に流出することを抑制することができる。

また、本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、閉塞部材２０は、樹脂からなる。このため、閉塞部材２０に収縮性を持たせることが容易である。また、半導体モジュール１の内部のモールド樹脂４と、閉塞部材２０の樹脂とで物性値が異なった構成を実現できるため、半導体装置１００の長期信頼性を高めることができる。

実施の形態３．
図１１および図１２を参照して、本発明の実施の形態３に係る半導体装置１００の構成について説明する。実施の形態３では、実施の形態２に比べて、閉塞部材２０がＯリングである点で主に異なっている。以下、特に説明しない限り、実施の形態３では、実施の形態１および２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

本実施の形態に係る半導体装置１００では、閉塞部材２０は、Ｏリング２０ａからなる。Ｏリング２０ａは可撓性を有している。Ｏリング２０ａは、熱伝導グリス９の半導体モジュール１とヒートシンク２との間の領域からの流出を抑制する。

Ｏリング２０ａの材質は、高耐熱性、低弾性などを有しているものである。Ｏリング２０ａの材質は、例えば耐熱ゴムなどである。また、Ｏリング２０ａの材質は、例えばシリコーンなどであってもよい。また、Ｏリング２０ａはゴム状であってもよい。この場合、Ｏリング２０ａは変形しやすいため、半導体モジュール１の押し付けに対して、過度な応力が発生しない。Ｏリング２０ａは、例えば直径が１００μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。

Ｏリング２０ａは、半導体モジュール１の外縁に沿って配置されている。Ｏリング２０ａは半導体モジュール１の外縁の全周に亘って配置されている。Ｏリング２０ａが適切に密着できるような段差がヒートシンク２または半導体モジュール１の少なくともいずれかに設けられていてもよい。

本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、閉塞部材２０は、Ｏリング２０ａからなる。このため、半導体モジュール１が反ったときに、Ｏリング２０ａにより熱伝導グリス９が半導体モジュール１と本体部２ａとの間から外側に流出することを抑制することができる。

なお、上記の各実施の形態は適宜組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 半導体モジュール、２ ヒートシンク、２ａ 本体部、３ 螺合部材、３ａ 頭部、３ｂ 軸部、４ モールド樹脂、５ 金属層、６ 絶縁層、７ 半導体素子、８ 配線部材、９ 熱伝導グリス、１０ 突起部、１０ａ ネジ孔、１１ 接合材、１２ 貫通孔、１３ ワッシャ、２０ 閉塞部材、２０ａ リング、１００ 半導体装置、Ｄ１ 突出方向、Ｄ２ 交差方向。

Claims (6)

1. 半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続された配線部材と、前記半導体素子および前記配線部材を封止しかつ貫通孔が設けられたモールド樹脂とを含む半導体モジュールと、
   本体部と、前記本体部から前記半導体モジュールに向けて突き出した突起部とを含むヒートシンクと、
   前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを固定する螺合部材とを備え、
   前記螺合部材は、前記モールド樹脂に設けられた前記貫通孔に挿入されかつ前記突起部に螺合され、
   前記突起部が前記本体部から前記半導体モジュールに向けて突き出す突出方向において、前記突起部から前記半導体モジュールまでの距離よりも前記本体部から前記半導体モジュールまでの距離が大きい、半導体装置。
2. 前記半導体モジュールと前記本体部との間に配置された熱伝導グリスと、
   前記熱伝導グリスの外縁よりも外側に配置された閉塞部材とをさらに備え、
   前記閉塞部材は、前記半導体モジュールと前記本体部との間の隙間を塞ぐように構成されている、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記閉塞部材は、樹脂からなる、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記閉塞部材は、Ｏリングからなる、請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記突出方向に交差する断面において、前記突出方向に交差する交差方向での前記突起部の長さよりも前記本体部の長さが大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記断面において、前記突起部は、前記交差方向に前記半導体素子とずれて配置されている、請求項５に記載の半導体装置。
   

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