JP2023101338A - 半導体装置、及び車両 - Google Patents

半導体装置、及び車両 Download PDF

Info

Publication number
JP2023101338A
JP2023101338A JP2022001926A JP2022001926A JP2023101338A JP 2023101338 A JP2023101338 A JP 2023101338A JP 2022001926 A JP2022001926 A JP 2022001926A JP 2022001926 A JP2022001926 A JP 2022001926A JP 2023101338 A JP2023101338 A JP 2023101338A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
top plate
protrusion
cooler
notch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022001926A
Other languages
English (en)
Inventor
大輝 吉田
Daiki Yoshida
展弘 東
Nobuhiro Azuma
翼 中村
Tasuku Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2022001926A priority Critical patent/JP2023101338A/ja
Priority to US17/994,154 priority patent/US20230223314A1/en
Priority to DE102022131821.4A priority patent/DE102022131821A1/de
Priority to CN202211533373.6A priority patent/CN116417418A/zh
Publication of JP2023101338A publication Critical patent/JP2023101338A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/041—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction having no base used as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】金属粉の発生を抑制しつつ、ケース及び冷却器間の位置決め精度を向上すること。【解決手段】半導体装置（１）は、半導体素子（６）の周囲を覆う樹脂部（３）と、半導体素子の下方に配置される冷却器（１０）と、を備える。冷却器は、樹脂部の下面に取り付けられる天板（１１）を有する。樹脂部は、外周縁の下面から下方に向かって突出する突起部（３９）を有する。突起部は、平面視で所定方向に延びる第１の直線部（３９ａ）と、第１の直線部に連なり、第１の直線部から離れる方向に向かって凸となるように湾曲する第１の湾曲部（３９ｃ）と、を含む。天板は、突起部と係合可能な切欠き（１５）を有する。樹脂部と天板とは、接着剤（Ｂ）を介して接合される。【選択図】図１０

Description

本発明は、半導体装置、及び車両に関する。
半導体モジュールは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等の半導体素子が設けられた基板を有し、インバータ装置等に利用されている。
この種の半導体装置において、例えば特許文献１－３では、絶縁基板（積層基板と呼ばれてもよい）の上に半導体素子が配置され、半導体素子の上面電極には配線用の金属配線板（端子接続部、リードフレーム、もしくは外部電極と呼ばれてもよい）が配置されている。半導体素子の周囲はケースによって囲われており、ケースの下面には、冷却器（例えばヒートシンク）が取り付けられる。
具体的に特許文献１では、装置の外枠底部に突起部が設けられており、当該突起部が放熱フィンの挿通穴に挿入される。特許文献２では、枠体の底部に突起が設けられており、当該突起がヒートシンクの配置面に形成された挿入孔に挿入される。特許文献３では、枠部材の底部に凸形状の係止部が設けられており、当該係止部が回路基板の係合部に係合する。
特開昭６２－７１４５号公報 特開２０１４－１２３６５９号公報 特開２００５－３５４１１８号公報
ところで、半導体モジュールの一部を構成するケースと冷却器とを組み合わせるためには、位置合わせが必要である。例えば上記したように、ケース側に位置決め用の突起を設け、冷却器側に係合用の穴もしくは切欠きを設け、互いに篏合されることで位置決めを実現する構成は開示されている。
しかしながら、ケース側の突起と冷却器側の穴もしくは切欠きは、しばしば金属材料同士の係合が想定される。この場合、係合する際に金属材料同士が擦れることで金属粉が発生し得る。これを防止するために、部材同士のクリアランスを十分に確保することが考えられるが、位置決め精度の観点からはあまり好ましくない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、金属粉の発生を抑制しつつ、ケース及び冷却器間の位置決め精度を向上することが可能な半導体装置、及び車両を提供することを目的の１つとする。
本発明の一態様の半導体装置は、半導体素子の周囲を覆う樹脂部と、前記半導体素子の下方に配置される冷却器と、を備え、前記冷却器は、前記樹脂部の下面に取り付けられる天板を有し、前記樹脂部は、外周縁の下面から下方に向かって突出する突起部を有し、前記突起部は、平面視で所定方向に延びる第１の直線部と、前記第１の直線部に連なり、前記第１の直線部から離れる方向に向かって凸となるように湾曲する第１の湾曲部と、を含み、前記天板は、前記突起部と係合可能な切欠きを有し、前記樹脂部と前記天板とは、接着剤を介して接合される。
本発明によれば、金属粉の発生を抑制しつつ、ケース及び冷却器間の位置決め精度を向上することが可能である。
本実施の形態に係る半導体装置を上からみた平面図である。 図１の封止樹脂を省略した平面図である。 図２の一相分に着目した部分拡大図である。 図１に示す半導体装置をＸ－Ｘ線に沿って切断した断面図である。 図１に示す半導体装置をＹ－Ｙ線に沿って切断した断面図である。 本実施の形態に係る半導体装置の等価回路図である。 本実施の形態に係る冷却器の模式的な斜視図である。 図７に示す冷却器の模式的な分解斜視図である。 本実施の形態に係る半導体装置の裏面図である。 図９のＡ部周辺の拡大図である。 図９のＢ部周辺の拡大図である。 変形例に係る半導体装置の図４に対応する断面図である。 変形例に係る半導体装置の図５に対応する断面図である。 変形例に係る半導体装置の図１０に対応する部分拡大図である。 他の変形例に係る半導体装置の平面図である。 図１５に示す半導体装置の断面図である。 本発明の半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。
以下、本発明を適用可能な半導体装置について説明する。図１は本実施の形態に係る半導体装置を上からみた平面図である。図２は、図１の封止樹脂を省略した平面図である。図３は、図２の一相分に着目した部分拡大図である。図４は、図１に示す半導体装置をＸ－Ｘ線に沿って切断した断面図である。図５は、図１に示す半導体装置をＹ－Ｙ線に沿って切断した断面図である。図６は、本実施の形態に係る半導体装置の等価回路図である。
また、以下の図において、半導体モジュール（冷却器又は金属配線板）の長手方向をＸ方向、半導体モジュール（冷却器又は金属配線板）の短手方向をＹ方向、高さ方向（基板の厚み方向）をＺ方向と定義することにする。また、半導体モジュールの長手方向は、複数の配線板が並ぶ方向を示している。図示されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸は互いに直交し、右手系を成している。また、場合によっては、Ｘ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、Ｚ方向を上下方向と呼ぶことがある。さらに、＋Ｚ向きを上方、－Ｚ向きを下方と呼ぶことがある。また、＋Ｚ側の位置を高い位置、－Ｚ側の位置を低い位置と呼ぶことがある。これらの方向（前後左右上下方向）および高低は、説明の便宜上用いる文言であり、半導体モジュールの取付姿勢によっては、ＸＹＺ方向のそれぞれとの対応関係が変わることがある。例えば、半導体モジュールの放熱面側（冷却器側）を下面側とし、その反対側を上面側と呼ぶことにする。また、本明細書において、平面視は、半導体モジュールの上面又は下面をＺ方向からみた場合を意味する。また、各図面における縦横比や各部材同士の大小関係は、あくまで模式図で表されるため、必ずしも一致しない。説明の便宜上、各部材同士の大小関係を誇張して表現している場合も想定される。
本実施の形態に係る半導体装置１００は、例えば産業用又は車載用モータのインバータ等の電力変換装置に適用されるものである。図１から図５に示すように、半導体装置１００は、冷却器１０の上面に半導体モジュール１を配置して構成される。なお、半導体モジュール１に対して、冷却器１０は任意の構成である。
冷却器１０は、半導体モジュール１の熱を外部に放出するものであり、平面視矩形状に形成されている。なお、冷却器１０の詳細構成については、後述する。
半導体モジュール１は、複数（本実施の形態では３つ）の半導体ユニット２と、複数の半導体ユニット２を収容するケース３と、ケース３内に注入される封止樹脂４と、を含んでいる。
半導体ユニット２は、積層基板５と、積層基板５上に配置される半導体素子６と、を含んでいる。本実施の形態では、３つの半導体ユニット２がＸ方向に並んで配置されている。３つの半導体ユニット２は、例えばＸ方向正側からＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成し、全体として三相インバータ回路を形成する。なお、半導体ユニット２は、パワーセルと呼ばれてもよい。
積層基板５は、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板やＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板、あるいは金属ベース基板で構成される。積層基板５は、絶縁板５０と放熱板５１と複数の配線板５２とを積層して構成され、全体として平面視矩形状に形成されている。
具体的に絶縁板５０は、上面と下面を有する板状体で形成され、Ｘ方向に長い平面視矩形状を有している。絶縁板５０は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等のセラミックス材料によって形成されてよい。
また、絶縁板５０は、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、熱硬化性樹脂にガラスやセラミックス材料をフィラーとして用いた複合材料によって形成されてよい。絶縁板５０は、好ましくは、可撓性を有し、例えば、熱硬化性樹脂を含む材料によって形成されてよい。なお、絶縁板５０は、絶縁層又は絶縁フィルムと呼ばれてもよい。
放熱板５１は、Ｚ方向に所定の厚みを有し、Ｙ方向に長い平面視矩形状を有している。放熱板５１は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属板によって形成される。放熱板５１は、絶縁板５０の下面に配置されている。放熱板５１の下面は、半導体モジュール１の取付先である冷却器１０に対する被取付面であると共に、半導体モジュール１の熱を放出するための放熱面（放熱領域）としても機能する。放熱板５１は、半田等の接合材（不図示）を介して冷却器１０の上面に接合される。放熱板５１は、サーマルグリスやサーマルコンパウンドなどの熱伝導材を介して冷却器１０の上面に配置されてもよい。
複数の配線板５２（本実施の形態では３つ）は、それぞれが所定の厚みを有し、電気的に独立した島状（例えば平面視矩形状）に形成されている。３つの配線板５２は、絶縁板５０の上面に配置されている。なお、配線板５２の形状、個数、配置箇所等は、これらに限定することなく適宜変更が可能である。これらの配線板５２は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属板によって形成されてよい。配線板５２は、回路層又は回路パターンと呼ばれてもよい。
所定の配線板５２の上面には、半田等の接合材（不図示）を介して半導体素子６が配置されている。接合材は、導電性を有する材料であればよく、例えば、半田、または金属焼結材であってよい。半導体素子６は、例えばシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板によって平面視矩形状に形成される。
また、半導体素子６は、上記のシリコンの他、炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及びダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体基板によって形成されたワイドバンドギャップ半導体素子（ワイドギャップ半導体素子と呼ばれてもよい）で構成されてもよい。
半導体素子６には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードが用いられてもよい。
本実施の形態では、半導体素子６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子とＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子の機能を一体化したＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴ素子で構成される（例えば図９参照）。
なお、半導体素子６は、これに限定されず、上記したスイッチング素子、ダイオード等を組み合わせて構成されてもよい。例えば、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子とが別体で構成されてもよい。また、半導体素子６として逆バイアスに対して十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）－ＩＧＢＴ等を用いてもよい。
また、半導体素子６の形状、配置数、配置箇所等は適宜変更が可能である。例えば、本実施の形態では、一相につき２つの半導体素子６が配置されている。また、図６に示すように、２つの半導体素子６のうち、一方の半導体素子６が上アームを構成し、他方の半導体素子６が下アームを構成してもよい。
このように構成される半導体素子６は、ＸＹ面に上面及び下面を有し、それぞれの面に電極が形成されている。例えば半導体素子６の上面には、主電極６０及び制御電極６１が形成され、半導体素子６の下面にも主電極（不図示）が形成されている。上面の主電極６０及び下面の主電極は、主電流が流れる電極であり、半導体素子６の上面の大部分を示す面積を有した平面視矩形状に形成されている。一方で制御電極６１は、主電極６０に比べて十分に小さい平面視矩形状に形成されている。例えば本実施の形態では、複数（５つ）の制御電極６１が半導体素子６の一辺側に偏って並んで配置されている。なお、各電極の配置は、これに限らず適宜変更が可能である。
例えば半導体素子６がＭＯＳＦＥＴ素子の場合、上面側の主電極は、ソース電極と呼ばれてもよく、下面側の主電極は、ドレイン電極と呼ばれてもよい。また、半導体素子６がＩＧＢＴ素子の場合、上面側の主電極は、エミッタ電極と呼ばれてもよく、下面側の主電極は、コレクタ電極と呼ばれてもよい。
また、制御電極６１には、ゲート電極が含まれてよい。ゲート電極は、主電流をオンオフするためのゲートを制御するための電極である。また、制御電極６１には、補助電極が含まれてよい。例えば、補助電極は、上面側の主電極と電気的に接続され、ゲート電位に対する基準電位となる補助ソース電極あるいは補助エミッタ電極であってよい。また、補助電極は、半導体素子の温度を測定する温度センス電極であってもよい。このような、半導体素子６の上面に形成された電極（主電極６０、及び制御電極６１）は、総じて上面電極と呼ばれてもよく、半導体素子６の下面に形成された電極は、下面電極と呼ばれてもよい。
また、本実施の形態における半導体素子６は、半導体基板にトランジスタのような機能素子を厚み方向に形成した、いわゆる縦型のスイッチング素子であってもよく、また、これらの機能素子を面方向に形成した横型のスイッチング素子であってもよい。
半導体素子６の上面（主電極６０）と他の配線板５２の上面とは、金属配線板７によって電気的に接続されている。金属配線板７は、主電流配線部材を構成し、半導体モジュール１内を流れる主電流の経路（主電流経路）の一部として機能する。
金属配線板７は上面と下面を有する板状体で構成される。金属配線板７は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム合金、鉄合金等の金属により形成される。金属配線板７は、例えばプレス加工により、所定の形状に形成される。なお、以下に示す金属配線板７の形状はあくまで一例を示すものであり、適宜変更が可能である。また、金属配線板７は、リードフレームと呼ばれてもよい。
本実施の形態に係る金属配線板７は、側面視で複数回屈曲されたクランク形状を有している。具体的に金属配線板７は、第１接合部７０と、第２接合部７１と、連結部７２と、を含んで構成される。第１接合部７０は、半導体素子６の上面に接合材（不図示）を介して接合されている。第２接合部７１は、他の配線板５２の上面に接合材（不図示）を介して接合されている。接合材は、導電性を有する材料であればよく、例えば、半田、または金属焼結材であってよい。連結部７２は、第１接合部７０及び第２接合部７１を連結する。
なお、上記した金属配線板７の形状、個数、配置箇所等はあくまで一例であり、これに限定されることなく適宜変更が可能である。詳細は後述するが、本実施の形態では、上記した半導体素子６、金属配線板７、及び後述する主端子等によって、例えば図６に示すインバータ回路を形成してよい。
積層基板５、半導体素子６、及び金属配線板７の周囲は、ケース３によって囲われる。ケース３は、平面視四角環状の筒形状あるいは枠形状を有している。ケース３は、例えば熱可塑性樹脂によって形成される。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂が挙げられる。樹脂には、強度及び／又は機能性を向上させるための無機フィラーを混入してもよい。ケース３は、このような熱可塑性樹脂を用いて、射出成形により成形される。ケース３は、樹脂ケース又は樹脂部と呼ばれてもよい。
また、ケース３により規定された内部空間には、封止樹脂４が充填される。封止樹脂４は、上面がケース３の上端に至るまで充填されてよい。これにより、ケース３内に配置された各種構成部品（３つの半導体ユニット２（積層基板５及び半導体素子６）、金属配線板７、及び配線部材Ｗ等）が封止される。
封止樹脂４は、例えば熱硬化性樹脂により構成されてよい。封止樹脂４は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂のいずれかを少なくとも含むことが好ましい。封止樹脂４には、例えば、無機フィラーを混入したエポキシ樹脂が、絶縁性、耐熱性及び放熱性の点から好適である。
ケース３は、中央に開口部３ａを有する矩形枠状に形成されている。より具体的にケース３は、Ｘ方向で対向する一対の側壁３０と、Ｙ方向で対向する一対の側壁３１と、を有し、それぞれの端部を連結して矩形枠状に形成される。一対の側壁３１は、一対の側壁３０に比べて長くなっている。
また、一対の側壁３１は、Ｙ方向に延びる２つの仕切り壁３２によって連結されている。これにより、ケース３の内側空間は、Ｘ方向に並ぶ３つの空間に仕切られている。各空間に半導体ユニット２及び金属配線板７が収容される。すなわち、３つの半導体ユニット２及び金属配線板７は、枠状のケース３によって画定される空間に収容される。ケース３の下端は、接着剤Ｂを介して冷却器１０（後述する天板１１）の上面に接着される。接着剤Ｂは、例えばエポキシ系やシリコーン系の接着剤が好ましい。ケース３の詳細構造については後述する。
ケース３には、外部接続用の主端子（Ｐ端子８０、Ｎ端子８１、Ｍ端子８２）と、制御用の制御端子８３が設けられている。ケース３の短手方向（Ｙ方向）で対向する一対の側壁３１のうち、Ｙ方向負側に位置する側壁３１には、平面視四角形状の凹部３３、３４が形成されている。
凹部３３には、Ｐ端子８０（後述するナット部８０ａ）が配置されている。Ｐ端子８０は、一相につき、１つずつ配置されている。Ｐ端子８０の端部（後述する板状部８０ｂの先端）は、半田等の接合材を介して所定の配線板５２に接続される。
Ｐ端子８０は、ナット部８０ａと、板状部８０ｂとを一体成型、もしくは連結して形成されている。ナット部８０ａは、所定厚みの四角ナットで形成されている。ナット部８０ａは、中央に厚み方向へ貫通するネジ穴８０ｃが形成されている。ナット部８０ａは、板状部８０ｂの一端（基端）側に設けられている。
板状部８０ｂは、上面と下面を有する平板形状を有している。板状部８０ｂは、平面視でＹ方向に長い長尺形状を有している。また、板状部８０ｂの他端（先端）は、所定の配線板５２に接合材（不図示）を介して接合される。
同様に、凹部３４には、Ｎ端子８１（後述するナット部８１ａ）が配置されている。Ｎ端子８１は、一相につき、１つずつ配置されている。Ｎ端子８１の端部（板状部８１ｂの先端）は半田等の接合材を介して所定の配線板５２に接続される。
Ｎ端子８１は、ナット部８１ａと、板状部８１ｂとを一体成型、もしくは連結して形成されている。ナット部８１ａは、所定厚みの四角ナットで形成されている。ナット部８１ａは、中央に厚み方向へ貫通するネジ穴８１ｃが形成されている。ナット部８１ａは、板状部８１ｂの一端（基端）側に設けられている。
板状部８１ｂは、上面と下面を有する平板形状を有している。板状部８１ｂは、平面視でＹ方向に長い長尺形状を有している。また、板状部８１ｂの他端（先端）は、所定の配線板５２に接合材（不図示）を介して接合される。
また、ケース３の短手方向（Ｙ方向）で対向する一対の側壁３１のうち、Ｙ方向正側の側壁３１には、平面視四角形状の凹部３５が形成されている。凹部３５には、Ｍ端子８２（後述するナット部８２ａ）が配置されている。Ｍ端子８２は、一相につき、１つずつ配置されている。Ｍ端子８２の端部（板状部８２ｂの先端）は、半田等の接合材を介して所定の配線板５２に接続される。
Ｍ端子８２は、ナット部８２ａと、板状部８２ｂとを一体成型、もしくは連結して形成されている。ナット部８２ａは、所定厚みの四角ナットで形成されている。ナット部８２ａは、中央に厚み方向へ貫通するネジ穴８２ｃが形成されている。ナット部８２ａは、板状部８２ｂの一端（基端）側に設けられている。
板状部８２ｂは、上面と下面を有する平板形状を有している。板状部８２ｂは、平面視でＹ方向に長い長尺形状を有している。また、板状部８２ｂの他端（先端）は、所定の配線板５２に接合材（不図示）を介して接合される。
上記したＰ端子８０は正極端子（入力端子）、Ｎ端子８１は負極端子（出力端子）、Ｍ端子８２は中間端子（出力端子）と呼ばれてもよい。これらの端子は、主電流が流れる金属配線板を構成する。Ｐ端子８０、Ｎ端子８１及びＭ端子８２の一端は外部導体に接続可能な主端子を構成する。上記したように、Ｐ端子８０、Ｎ端子８１及びＭ端子８２のそれぞれの一端は、それぞれ所定の配線板５２に接合材（不図示）を介して接合される。また、Ｐ端子８０、Ｎ端子８１、Ｍ端子８２は、図６のＰ，Ｎ，Ｍに対応している。
これらの主端子は、例えば銅素材、銅合金系素材、アルミニウム合金系素材、鉄合金系素材等の金属材料によって形成される。なお、これらの端子の形状、配置箇所、個数等は、上記に限らず適宜変更が可能である。
また、Ｙ方向正側の側壁の上面には、Ｚ方向へ垂直に突出した一対の柱部３６が形成されている。柱部３６は、開口部３ａに沿って平面視でＸ方向に長い長尺形状を有している。柱部３６は、一相につき２つ配置されており、Ｘ方向に並んでいる。また、柱部３６の内側（Ｙ方向負側）には、開口部３ａに沿うように側壁３１の上面に対して一段下がった段部３１ａが形成されている。
柱部３６には、複数の制御端子８３が埋め込まれている。制御端子８３は、１つの柱部３６に対して５つ埋め込まれている。制御端子８３の一端は、柱部３６の上面から突出してＺ方向上方に延びている。制御端子８３の他端は、段部３１ａの上面に表出している。制御端子８３は、１つの半導体素子６につき５つ、一相につき１０個配置されている。これらの制御端子８３は、制御電極６１に対応して設けられている。なお、制御端子８３の配置数は、これに限らず適宜変更が可能である。
制御端子８３は、例えば銅素材、銅合金系素材、アルミニウム合金系素材、鉄合金系素材等の金属素材により形成される。制御端子８３は、ケース３に埋め込まれるように、一体成型（インサート成型）されている。
また、側壁３０の上面には、Ｚ方向に沿って延びる位置決めピン３７が設けられている。位置決めピン３７は、Ｘ方向負側の側壁３０の上面において、柱部３６のＸ方向負側に隣接して設けられている。また、位置決めピン３７は、Ｘ方向正側の側壁３０の上面において、柱部３６のＸ方向正側にも隣接して設けられている。
これらの２つの位置決めピン３７は、例えば金属材によって形成されている。２つの位置決めピン３７は、図示しない制御基板を取り付ける際の位置決め用のピンとして機能する。
また、ケース３には、外周縁に沿って複数の貫通穴３８が形成されている。貫通穴３８は、半導体装置１００の固定用のネジ（不図示）を挿通するための穴である。貫通穴３８は、冷却器１０まで貫通している。
対応する制御電極６１と制御端子８３とは、配線部材Ｗによって電気的に接続されている。配線部材Ｗには、導体ワイヤ（ボンディングワイヤ）が用いられる。導体ワイヤの材質は、金、銅、アルミニウム、金合金、銅合金、アルミニウム合金のいずれか１つ又はそれらの組み合わせを用いることができる。また、配線部材として導体ワイヤ以外の部材を用いることも可能である。例えば、配線部材としてリボンを用いることができる。
次に、図７から図９を参照して冷却器の詳細構造について説明する。図７は、本実施の形態に係る冷却器の模式的な斜視図である。図８は、図７に示す冷却器の模式的な分解斜視図である。図９は、本実施の形態に係る半導体装置の裏面図である。なお、図８では、説明の便宜上、複数のフィンを直方体で示している。
図７から図９に示すように、冷却器１０は、天板１１と底板１２とを接合して一体化された箱型に形成される。冷却器１０は、放熱性のよい、金属によって形成される。冷却器１０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅や銅合金によって形成されてよい。
天板１１は、平面視矩形状を有し、所定厚みの板状体で形成される。天板１１の外形は、ケース３の外形に対応している。天板１１は、その長手方向が半導体装置１００の左右方向（Ｘ方向）に延び、その短手方向が半導体装置１００の前後方向（Ｙ方向）に延びている。天板１１は、一方の面（下面）と他方の面（上面）とを有している。一方の面は、半導体素子６の熱を放出する放熱面を形成している。他方の面は、積層基板５に対する接合面を形成している。
天板１１の下面には、複数のフィン１３が設けられている。複数のフィン１３は、天板１１の長手方向に沿って配置されている。より具体的には、複数のフィン１３は、３つの半導体ユニット２の直下に対応する箇所に配置されている。
例えば、フィン１３には、角柱形状のピン（角ピン）を複数個、間隔を空けて所定ピッチで配列されたピンフィンを用いることができる。複数のフィン１３は、例えば天板１１と同一の金属材料で形成されてよい。複数のフィン１３は、天板１１と一体的に設けられてよく、天板１１に例えばロウ付け、植設、切削加工あるいは塑性加工により設けられてよい。
また、天板１１の下面には、複数のフィン１３の外周を囲う周壁部１４が設けられている。周壁部１４は、底板１２の上面からＺ方向正側に所定高さで突出している。また、周壁部１４は、複数のフィン１３によって形成される集合体の外形よりも大きい枠状に形成されている。なお、周壁部１４の突出高さは、フィン１３の突出高さと等しいことが好ましい。周壁部１４は、天板１１と一体的に設けられてよい。天板１１は、冷却ケースと呼ばれてもよい。
また、天板１１には、外周縁に沿って複数の貫通穴１１ａが形成されている。貫通穴１１ａは、ケース３に形成された貫通穴３８に対応して配置されている。また、天板１１の四隅には、フィン１３、及び周壁部１４と同じ突出高さの円筒部１１ｂが設けられてもよい。
底板１２は、天板１１と同形状の平面視矩形状を有し、周壁部１４の高さ分だけ隙間を空けて天板１１の直下に対向配置されている。底板１２は、天板１１と同素材のアルミニウム合金で形成されることが好ましい。底板１２には、外周縁に沿って複数の貫通穴１２ａが形成されている。貫通穴１２ａは、ケース３に形成された貫通穴３８、及び天板１１に形成された貫通穴１１ａに対応して配置されている。すなわち、貫通穴３８、１１ａ、１２ａは、平面視で重なるように配置されている。
天板１１は、上記した周壁部１４及び複数のフィン１３の先端（下端）にろう付け等することで接合される。これにより、冷却ケースの下方開口が塞がれる。このように、天板１１、底板１２、複数のフィン１３、及び周壁部１４によって囲まれた空間により、冷媒の流路が形成される。冷媒には、例えば冷却水が用いられ、その物性は適宜変更が可能である。
また、底板１２の所定箇所には、冷却器１０に対する冷媒の導入口１２ｂ及び排出口１２ｃが形成されている。導入口１２ｂ及び排出口１２ｃは、底板１２を厚み方向に貫通する貫通穴で形成される。具体的に導入口１２ｂ及び排出口１２ｃは、複数のフィン１３をＹ方向で挟んで斜めに対向するように配置されている。
また、導入口１２ｂ及び排出口１２ｃは、平面視でＸ方向に長い長穴形状を有している。例えば、導入口１２ｂ及び排出口１２ｃの形状は、冷却器１０の短手方向側は短く、長手方向側が長い楕円形状となっている。なお、導入口１２ｂ及び排出口１２ｃの形状及び配置箇所は、これに限定することなく、適宜変更が可能である。
ところで、半導体モジュール１と冷却器１０は、接着剤などを用いて互いに結合される。この場合、半導体モジュール１と冷却器１０とを組み合わせる際には、ケース３と冷却器１０（天板１１）との位置合わせが重要である。例えば従来では、ケース３側に一体成型された柱状の金属部品（位置決めピン）と、冷却器１０側に形成された穴もしくは切欠きと、を篏合させることにより、互いの位置合わせを実現している。
しかしながら、ケース３側の位置決めピンは、剛性を確保するために金属材料で形成されることが多い。また、冷却器１０は、冷却性能の観点から熱伝導性の良好な金属材料が採用される。このため、互いの位置決めの際には、金属材料同士が擦れることにより、金属粉が発生するおそれがある。特に、金属粉は、周囲に配置される電気配線や電気機器に対してショートの原因と成り得る。また、冷却器１０内に金属粉が混入してしまうと、内部の冷媒流路が汚損されて錆等の発生要因と成り得る。
一方で、金属材料同士の接触を防ぐために金属材料同士のクリアランスを十分に確保することが考えられる。しかしながら、クリアランスを確保しすぎると、本来の位置決めという機能を十分に発揮することができず、装置全体としての位置決め精度が十分に確保されないという問題が発生し得る。
そこで、本件発明者等は、金属粉の発生を抑制しつつ、ケース３及び冷却器１０間の位置決め精度を向上することを目的として、ケース３と冷却器１０の材料に着目し本発明に想到した。例えば、本実施の形態では、ケース３側にケース本体と同じ材料（樹脂材料）で形成された突起部３９を設け、この突起部を冷却器１０側に設けた切欠き１５と篏合させることにより、ケース３と冷却器１０の位置決めを実現している。突起部は、例えば、熱可塑性樹脂であってよい。または、突起部は、熱硬化性樹脂であってよい。さらに、突起部は、樹脂に、無機フィラーを混入していてよい。ケース本体と一体化して形成されていてよい。これにより、金属粉が発生することなく、高精度にケース３と冷却器１０の位置決めが可能となっている。
ここで、図９から図１１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置に詳細構造について説明する。図１０Ａは、図９のＡ部周辺の拡大図であり、図１０Ｂは、図９Ａの矢印Ａ１からみた側面図である。同様に図１１Ａは、図９のＢ部周辺の拡大図であり、図１１Ｂは、図９Ａの矢印Ｂ１からみた側面図である。
図９から図１１に示すように、本実施の形態では、ケース３において、矩形枠を形成する側壁３０の底面から下方に向かって突出する突起部３９が形成されている。特に図１０Ａに示すように、突起部３９は、Ｘ方向に長い平面視扁平形状を有している。具体的に突起部３９は、平面視で側壁３０の外側面から垂直方向（Ｘ方向）に延びる一対の直線部３９ａ、３９ｂと、直線部３９ａ、３９ｂに連なり円弧状に湾曲する円弧部３９ｃと、を含む。
すなわち、突起部３９は、直線部３９ａと円弧部３９ｃとを有する平面視Ｊ字形状の部分を含んでよい。円弧部３９ｃは半円形状であってよい。直線部３９ａの長さは、円弧部３９ｃの直径より長くて良い。
より具体的に突起部３９は、互いに対向する一対の直線部３９ａ、３９ｂを円弧部３９ｃの両端に連ねて平面視Ｕ字形状を有している。すなわち、突起部３９は、互いに平行な２つの直線部３９ａ、３９ｂと、その間に連なる半円状の円弧部３９ｃを有するＵ字形状を含んでよい。なお、円弧部３９ｃは、円弧状に限らず、直線部３９ａ、３９ｂから離れる方向（モジュールの内側）に向かって凸となるように湾曲する部分を含めばどのような形状でもよい。円弧部３９ｃは、湾曲部と呼ばれてもよい。
また、突起部３９に対応して、天板１１には、当該突起部３９と係合可能な切欠き１５が形成されている。切欠き１５は、平面視において、突起部３９に対して所定の隙間Ｄ１を形成する相補形状を有している。具体的に切欠き１５は、平面視で天板１１の外側面から垂直方向（Ｘ方向）に延びる一対の直線部１５ａ、１５ｂと、直線部１５ａ、１５ｂに連なり円弧状に湾曲する円弧部１５ｃと、を含む。
円弧部１５ｃは半円形状であってよい。すなわち、切欠き１５は、直線部１５ａと円弧部１５ｃとを有するＪ字形状の部分を含んでよい。そして、切欠き１５は、突起部３９の直線部３９ａに対して所定の隙間Ｄ１を形成して平行に延伸する直線部１５ａと、直線部３９ｂに対して所定の隙間Ｄ１を形成して平行に延伸する直線部１５ｂと、突起部３９の円弧部３９ｃに対して所定の隙間Ｄ１を形成して同心円に延伸する円弧部１５ｃとを有している。円弧部１５ｃは半円形状であってよい。
より具体的に切欠き１５は、互いに対向する一対の直線部１５ａ、１５ｂを円弧部１５ｃの両端に連ねて平面視Ｕ字形状を有している。すなわち、切欠き１５は、互いに平行な２つの直線部１５ａ、１５ｂと、その間に連なる半円状の円弧部１５ｃを有するＵ字形状を含んでよい。また、Ｙ方向正側の直線部１５ａは、Ｙ方向負側の直線部１５ｂよりもＸ方向に長くてよい。
直線部１５ａは、直線部３９ａに対して所定の隙間Ｄ１を空けて対向している。直線部１５ｂは、直線部３９ｂに対して所定の隙間Ｄ１を空けて対向している。２つの直線部１５ａ、１５ｂは、第２の直線部と呼ばれてもよい。円弧部１５ｃは、円弧部３９ｃに対して所定の隙間Ｄ１を空けて対向している。なお、円弧部１５ｃは、円弧状に限らず、直線部１５ａ、１５ｂから離れる方向（モジュールの内側）に向かって凸となるように湾曲する部分を含めばどのような形状でもよい。円弧部１５ｃは、湾曲部（第２の湾曲部）と呼ばれてもよい。
突起部３９と切欠き１５との所定の隙間Ｄ１は、例えば、０以上、半導体モジュール１の長手方向（Ｘ方向）の長さの０．２％以下であってよい。より好ましくは、０より大きく、半導体モジュール１の長手方向（Ｘ方向）の長さの０．１％以下であってよい。
本実施の形態では、樹脂製の突起部３９と金属製の切欠き１５とを篏合させることでケース３と冷却器１０の位置決めとしたことにより、金属材料同士の篏合に比べて金属粉が発生し難くなっている。このため、従来の金属材料同士の篏合に比べて突起部３９と切欠き１５との隙間Ｄ１をよりシビアに設定することが可能である。これにより、ケース３と冷却器１０の位置決め精度を向上することが可能である。
また、突起部３９が円弧部３９ｃを備え、切欠き１５が円弧部１５ｃを備えることにより、それぞれの円弧部３９ｃ、１５ｃの円の中心を基準点として嵌め合わせることで、ケース３及び冷却器１０のＸＹ平面方向の位置決めを高精度に実現可能である。突起部３９が直線部３９ａを備え、切欠き１５が直線部１５ａを備えることにより、突起部３９と切欠き１５が係合した際に直線部３９ａの側面と直線部１５ａの側面とが接触することで、ケース３及び冷却器１０のＺ軸周りの相対回転が規制される。すなわち、単一の突起部３９で、ＸＹ平面方向及びＺ軸周りの位置決めを高精度に実現可能である。
また、図１０Ｂに示すように、突起部３９の先端は、天板１１の下面よりも下方（－Ｚ方向）に突出している。こうすることで、適切にケース３と冷却器１０（天板１１）が篏合可能となる。また、突起部３９の先端は、底板１２の下面よりも上方（＋Ｚ方向）に位置している。すなわち、突起部３９の先端は、底板１２の下面より下方（－Ｚ方向）に突出していない。こうすることで、底板１２の下方に外部機器を組み付ける時に、突起部３９が邪魔をすることがない。
更に、突起部３９の先端には、先細りとなる傾斜面３９ｄ（テーパ面又は面取りと呼ばれてもよい）が形成されている。このように、突起部３９の先端が先細りとなっていることにより、突起部３９と切欠き１５が篏合（係合）する際に多少の位置ずれがあったとしても、当該傾斜面３９ｄがガイド面となって、適切にケース３と冷却器１０（天板１１）が篏合可能となる。
また、図４，図５，及び図９に示すように、ケース３は、側壁３０，３１の外側面に沿って下方に所定厚みで延びるスカート部３０ａ、３１ｂを有している。スカート部３０ａ、３１ｂは、天板１１の外側面の少なくとも一部を覆っている。特に図９に示すように、スカート部３０ａ、３１ｂは、冷却器１０の辺に沿って所定方向（Ｘ方向又はＹ方向）に延びている。また、冷却器１０（天板１１及び／又は底板１２）の側面は、スカート部３０ａ、３１ｂに対応する箇所で内側に凹んでいる。
より具体的に冷却器１０には、上記したように、外部機器を締結するための貫通穴１１ａ、１２ａが形成されている。冷却器１０は、平面視で、貫通穴１１ａ、１２ａの周囲が外側に出っ張っていて、貫通穴１１ａ、１２ａと貫通穴１１ａ、１２ａの間の側面に、内側に凹んだ凹部１０ａが形成されている。上記したスカート部３０ａ、３１ｂは、貫通穴３８と貫通穴３８の間の側壁（凹部１０ａに対応する箇所）に形成され、貫通穴３８の周囲の側壁には形成されていない。こうすることで、外部機器を締結時する時に強度を確保し、半導体装置１００の破損を抑制することが可能である。なお、凹部１０ａは、天板１１の側面、底板１２の側面のいずれか一方、もしくは両方に形成されてもよい。
また、図１０に示すように、Ｘ方向正側のスカート部３０ａは、突起部３９に連なる部分を有している。具体的にスカート部３０ａは、突起部３９の直線部３９ｂの外側面側の端部から直角に延伸している。すなわち、スカート部３０ａの一端には、スカート部３０ａから連なって突起部３９が内側に（図１０ではＸ方向負側）に向かって延びるように形成されている。突起部３９の先端は、スカート部３０ａの下端よりも下方に突出している。更に、スカート部３０ａの下端は、天板１１の下面よりも高い位置（＋Ｚ側の位置）にある。すなわち、スカート部３０ａの下端は、天板１１の下面よりも下方に突出していない。
また、スカート部３０ａと冷却器１０（天板１１）の側面との間には、隙間Ｄ２が形成されている。更にその隙間Ｄ２には、接着剤Ｂが介在している。隙間Ｄ２は、突起部３９と切欠き１５との隙間Ｄ１よりも大きい。スカート部３０ａと冷却器１０（天板１１）との隙間Ｄ２は、例えば、隙間Ｄ１の１．２倍以上、１０倍以下であってよい。より好ましくは、隙間Ｄ１の１．５倍以上、５．０倍以下であってよい。
スカート部３０ａが天板１１の外側面を覆っていることにより、ケース３と天板１１との間の接着剤Ｂがケース３の外面からはみ出すことを防止すことが可能である。さらに、スカート部３０ａと冷却器１０との間の隙間Ｄ２で、余剰な接着剤Ｂを貯留することができる。すなわち、スカート部３０ａ、３１ｂは、接着剤Ｂの流動を規制する壁として機能する。また、スカート部３０ａの下端は、天板１１の下面よりも下方に突出していないことで、冷却器１０の側部をハンドリングするときにスカート部３０ａが破損することを抑制できる。
また、切欠き１５は、冷却器１０の内側に凹んだ部分（凹部１０ａ）の端部に形成されている。特に図１０Ａ（後述する図１１Ａ及び図１４Ａも同様）に示すように、切欠き１５の箇所（切欠き１５が形成された箇所）において、冷却器１０の側面に段差Ｅが設けられている。すなわち、凹部１０ａが形成されていない冷却器１０の側面と凹部１０ａの側面との間には、Ｘ方向でずれた段差Ｅが設けられている。
また、本実施の形態では、天板１１だけでなく底板１２にも切欠き１５が形成されている。底板１２の切欠き１５は、天板１１の切欠き１５の直下に対応する箇所に同一形状で形成されている。底板１２の切欠き１５は、第２の切欠きと呼ばれてもよい。また、突起部３９の先端は、天板１１の下面よりも下方であって、底板１２の上面よりも上方に位置していてよい。すなわち、突起部３９は、天板１１の切欠き１５に係合し、底板１２の切欠き１５には係合していなくてよい。そのため、例えば、外部機器を接続する時に、底板１２の切欠き１５（第２の切欠き）に、外部機器の位置決めガイドを係合することで、半導体モジュール１と外部機器とを位置決めすることができる。
底板１２の切欠き１５は、冷却器１０の組み付けの際に、天板１１と底板１２とを位置合わせするために用いられる。すなわち、天板１１の切欠き１５と底板１２の切欠き１５とが平面視で重なるように配置することで、天板１１と底板１２を精度よく位置決めすることが可能である。このため、突起部３９は、底板１２の切欠き１５には係合していなくてよい。また、このように、本実施の形態に係る切欠き１５は、ケース３と冷却器１０との位置決めにだけ用いられるのではなく、冷却器１０自体の組み付け（天板１１及び底板１２の組み付け）時の位置決めにも用いられる。
上記したように、天板１１は、ケース３に対応して平面視矩形状を有しており、切欠き１５は、天板１１の長手方向で対向する一対の側面のそれぞれに形成されている。さらに、天板１１（底板１２）の切欠き１５は、Ｙ軸対称（Ｘ方向で同一箇所）に配置されている。
一方で、ケース３側の突起部３９は、長手方向で対向する一対の側壁３０のうち、一方（Ｘ方向正側）の側壁３０にのみ形成されている。上記したように、突起部３９は、Ｘ方向に長い扁平形状を有していることで、単体でＸＹ平面方向及びＺ軸周りの位置決めが可能だからである。
この点、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、他方の側壁３０側には、切欠き１５が形成され、突起部３９は形成されていない。そのため、例えば、外部機器を接続する時に、他方の側壁３０側の切欠き１５に、外部機器の位置決めガイドを係合することで、半導体モジュール１と外部機器とを位置決めすることができる。そして、他方の側壁３０に設けられたスカート部３０ａの端部は、側面視で切欠き１５に重なる位置に設けられている。切欠き１５の一部がスカート部３０ａによって覆われることにより、Ｂ部周辺においても、接着剤Ｂのはみだしが防止される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、樹脂製の突起部３９と金属製の切欠き１５を篏合させることにより、金属粉の発生を抑制しつつ、ケース３及び冷却器１０間の位置決め精度を向上することが可能である。
次に、図１２から図１６を参照して、変形例について説明する。図１２は、変形例に係る半導体装置の図４に対応する断面図である。図１３は、変形例に係る半導体装置の図５に対応する断面図である。図１４は、変形例に係る半導体装置の図１０に対応する部分拡大図である。図１５は、他の変形例に係る半導体装置の平面図である。図１６は、図１５に示す半導体装置の断面図である。
上記実施の形態では、冷却器１０が天板１１と底板１２を接合して形成されたクローズタイプで構成される場合について説明したが、この構成に限定されず適宜変更が可能である。例えば、図１２から図１４に示すように、底板１２を省略して複数のフィン１３を外部にむき出しとなったオープンタイプの冷却器１０で構成されてもよい。この場合、図14に示すように、突起部３９の先端は、天板１１の下面よりも高い位置（＋Ｚ側の位置）にあることが好ましい。つまり、突起部３９の先端は、天板１１の厚さ方向の内部に留まり、天板１１の下面よりも下方に突出していない。そうすることで、複数のフィンを覆うカバーを組み付ける時に、突起部３９の先端が邪魔することがない。
また、上記実施の形態では、半導体モジュール１が、予め枠状に成型されたケース３を備える場合について説明したがこの構成に限定されない。例えば、図１５、１６に示す構成であってもよい。図１５、１６に示す半導体モジュール１は、フルモールドタイプのモジュールであり、積層基板５を有していない。そのかわり、半導体素子６の上面と下面にはそれぞれ独立した金属配線板９０が接合されている。すなわち、半導体素子６は、少なくとも２つの金属配線板９０の間に挟まれている。また、半導体素子６及び金属配線板９０、その他の制御端子８３や配線部材Ｗは、モールド樹脂９１によって覆われ、封止されている。すなわち、モールド樹脂９１がケース３及び封止樹脂４の役割を果たす。この場合、モールド樹脂９１に上記した突起部３９及びスカート部３０ａ、３１ｂが形成されてよい。モールド樹脂９１は、例えばトランスファー成型により形成される。モールド樹脂９１は、樹脂部と呼ばれてもよい。
図１７を参照して、本発明が適用された車両について説明する。図１７は、本発明の半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。図１７に示す車両１０１は、例えば４つの車輪１０２を備えた四輪車で構成される。車両１０１は、例えば、モータ等によって車輪を駆動させる電気自動車、モータの他に内燃機関の動力を用いたハイブリッド車であってもよい。
車両１０１は、車輪１０２に動力を付与する駆動部１０３と、駆動部１０３を制御する制御装置１０４と、を備える。駆動部１０３は、例えば、エンジン、モータ、エンジンとモータのハイブリッドの少なくとも１つで構成されてよい。
制御装置１０４は、上記した駆動部１０３の制御（例えば電力制御）を実施する。制御装置１０４は、上記した半導体装置１００を備えている。半導体装置１００は、駆動部１０３に対する電力制御を実施するように構成されてよい。
また、上記実施の形態において、半導体素子６の個数及び配置箇所は、上記構成に限定されず、適宜変更が可能である。
また、上記実施の形態において、配線板の個数及びレイアウトは、上記構成に限定されず、適宜変更が可能である。
また、上記実施の形態では、積層基板５、半導体素子６が平面視矩形状又は方形状に形成される構成としたが、この構成に限定されない。これらの構成は、上記以外の多角形状に形成されてもよい。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
下記に、上記の実施の形態における特徴点を整理する。
上記実施の形態に係る半導体装置は、半導体素子の周囲を覆う樹脂部と、前記半導体素子の下方に配置される冷却器と、を備え、前記冷却器は、前記樹脂部の下面に取り付けられる天板を有し、前記樹脂部は、外周縁の下面から下方に向かって突出する突起部を有し、前記突起部は、平面視で所定方向に延びる第１の直線部と、前記第１の直線部に連なり、前記第１の直線部から離れる方向に向かって凸となるように湾曲する第１の湾曲部と、を含み、前記天板は、前記突起部と係合可能な切欠きを有し、前記樹脂部と前記天板とは、接着剤を介して接合される。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記樹脂部は、前記半導体素子を収容する矩形枠状の樹脂ケースを含み、前記突起部は、前記樹脂ケースの矩形枠を形成する側壁の底面から下方に向かって突出しており、前記樹脂ケースの底面と前記天板の上面とが、前記接着剤を介して接合される。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記突起部は、互いに対向する一対の前記第１の直線部を円弧状の前記第１の湾曲部の両端に連ねて平面視Ｕ字形状を有している。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記切欠きは、平面視において、前記突起部に対して所定の隙間を形成する相補形状を有する。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記切欠きは、前記第１の直線部に対して所定の隙間を空けて対向する第２の直線部と、前記第１の湾曲部に対して所定の隙間を空けて対向する第２の湾曲部と、を連ねて形成される。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記突起部は、前記樹脂部の側縁部に設けられ、前記切欠きは、前記天板の側縁部に設けられている。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記突起部の先端は、前記天板の下面よりも下方に突出している。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記突起部の先端は、前記天板の下面よりも高い位置にある。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記樹脂部は、側壁の外側面に沿って下方に所定厚みで延びるスカート部を更に有し、前記スカート部は、前記天板の外側面の少なくとも一部を覆っている。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記スカート部は、前記突起部に連なる部分を有し、前記スカート部の下端は、前記天板の下面よりも高い位置にあり、前記突起部の先端は、前記スカート部の下端よりも下方に突出している。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記冷却器の側面は、前記スカート部に対応する箇所で内側に凹んでおり、前記スカート部と前記冷却器の側面との隙間は、前記突起部と前記切欠きとの隙間よりも大きい。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記切欠きは、内側に凹んだ部分の端部にあって、前記切欠きの箇所で前記冷却器の側面に段差がある。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記天板は、前記樹脂部に対応して平面視矩形状を有し、前記切欠きは、前記天板の長手方向で対向する一対の側面のそれぞれに形成されており、前記突起部は、長手方向で対向する一対の側壁のうち、一方の側壁にのみ形成されている。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、他方の前記側壁に設けられた前記スカート部の端部は、側面視で前記切欠きに重なる位置に設けられている。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記スカート部と前記冷却器との隙間には、前記接着剤が介在している。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記樹脂部の上面には、前記突起部の真上に対応する箇所で上方に向かって立ち上がる位置決めピンが設けられている。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記天板の下面には、少なくとも前記半導体素子の直下に対応する箇所に配置された複数のフィンと、前記複数のフィンの外周を囲う周壁部と、が設けられている。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記冷却器は、前記天板の下方に対向配置され、上面に前記複数のフィン及び前記周壁部の端部が接合される底板を更に有し、前記底板は、前記天板の前記切欠きの直下に対応する箇所に同一形状の第２の切欠きを有する。
また、上記実施の形態に係る半導体装置において、前記突起部の先端は、前記底板の下面よりも高い位置にある。
また、上記実施の形態に係る車両は、上記の半導体装置を備える。
以上説明したように、本発明は、金属粉の発生を抑制しつつ、ケース及び冷却器間の位置決め精度を向上することができるという効果を有し、特に、電装用の半導体装置、及び車両に有用である。
１ ：半導体モジュール
２ ：半導体ユニット
３ ：ケース（樹脂部、樹脂ケース）
３ａ ：開口部
４ ：封止樹脂（樹脂部）
５ ：積層基板
６ ：半導体素子
７ ：金属配線板
１０ ：冷却器
１０ａ ：凹部
１１ ：天板
１１ａ ：貫通穴
１１ｂ ：円筒部
１２ ：底板
１２ａ ：貫通穴
１２ｂ ：導入口
１２ｃ ：排出口
１３ ：フィン
１４ ：周壁部
１５ ：切欠き、第２の切欠き
１５ａ ：直線部（第２の直線部）
１５ｂ ：直線部（第２の直線部）
１５ｃ ：円弧部（第２の湾曲部）
３０ ：側壁
３０ａ ：スカート部
３１ ：側壁
３１ａ ：段部
３１ｂ ：スカート部
３２ ：仕切り壁
３３ ：凹部
３４ ：凹部
３５ ：凹部
３６ ：柱部
３７ ：位置決めピン
３８ ：貫通穴
３９ ：突起部
３９ａ ：直線部（第１の直線部）
３９ｂ ：直線部（第１の直線部）
３９ｃ ：円弧部（第１の湾曲部）
３９ｄ ：傾斜面
５０ ：絶縁板
５１ ：放熱板
５２ ：配線板
６０ ：主電極
６１ ：制御電極
７０ ：第１接合部
７１ ：第２接合部
７２ ：連結部
８０ ：Ｐ端子
８０ａ ：ナット部
８０ｂ ：板状部
８０ｃ ：ネジ穴
８１ ：Ｎ端子
８１ａ ：ナット部
８１ｂ ：板状部
８１ｃ ：ネジ穴
８２ ：Ｍ端子
８２ａ ：ナット部
８２ｂ ：板状部
８２ｃ ：ネジ穴
８３ ：制御端子
９０ ：金属配線板
９１ ：モールド樹脂（樹脂部）
１００ ：半導体装置
１０１ ：車両
１０２ ：車輪
１０３ ：駆動部
１０４ ：制御装置
Ｂ ：接着剤
Ｄ１ ：隙間
Ｄ２ ：隙間
Ｅ ：段差
Ｗ ：配線部材

Claims (20)

  1. 半導体素子の周囲を覆う樹脂部と、
    前記半導体素子の下方に配置される冷却器と、を備え、
    前記冷却器は、前記樹脂部の下面に取り付けられる天板を有し、
    前記樹脂部は、外周縁の下面から下方に向かって突出する突起部を有し、
    前記突起部は、
    平面視で所定方向に延びる第１の直線部と、
    前記第１の直線部に連なり、前記第１の直線部から離れる方向に向かって凸となるように湾曲する第１の湾曲部と、を含み、
    前記天板は、前記突起部と係合可能な切欠きを有し、
    前記樹脂部と前記天板とは、接着剤を介して接合される、半導体装置。
  2. 前記樹脂部は、前記半導体素子を収容する矩形枠状の樹脂ケースを含み、
    前記突起部は、前記樹脂ケースの矩形枠を形成する側壁の底面から下方に向かって突出しており、
    前記樹脂ケースの底面と前記天板の上面とが、前記接着剤を介して接合される、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記突起部は、互いに対向する一対の前記第１の直線部を円弧状の前記第１の湾曲部の両端に連ねて平面視Ｕ字形状を有している、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記切欠きは、平面視において、前記突起部に対して所定の隙間を形成する相補形状を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記切欠きは、前記第１の直線部に対して所定の隙間を空けて対向する第２の直線部と、前記第１の湾曲部に対して所定の隙間を空けて対向する第２の湾曲部と、を連ねて形成される、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記突起部は、前記樹脂部の側縁部に設けられ、
    前記切欠きは、前記天板の側縁部に設けられている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記突起部の先端は、前記天板の下面よりも下方に突出している、請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記突起部の先端は、前記天板の下面よりも高い位置にある、請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 前記樹脂部は、側壁の外側面に沿って下方に所定厚みで延びるスカート部を更に有し、
    前記スカート部は、前記天板の外側面の少なくとも一部を覆っている、請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 前記スカート部は、前記突起部に連なる部分を有し、
    前記スカート部の下端は、前記天板の下面よりも高い位置にあり、
    前記突起部の先端は、前記スカート部の下端よりも下方に突出している、請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記冷却器の側面は、前記スカート部に対応する箇所で内側に凹んでおり、
    前記スカート部と前記冷却器の側面との隙間は、前記突起部と前記切欠きとの隙間よりも大きい、請求項９又は請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記切欠きは、内側に凹んだ部分の端部にあって、前記切欠きの箇所で前記冷却器の側面に段差がある、請求項１１に記載の半導体装置。
  13. 前記天板は、前記樹脂部に対応して平面視矩形状を有し、
    前記切欠きは、前記天板の長手方向で対向する一対の側面のそれぞれに形成されており、
    前記突起部は、長手方向で対向する一対の側壁のうち、一方の側壁にのみ形成されている、請求項９から請求項１２のいずれかに記載の半導体装置。
  14. 他方の前記側壁に設けられた前記スカート部の端部は、側面視で前記切欠きに重なる位置に設けられている、請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 前記スカート部と前記冷却器との隙間には、前記接着剤が介在している、請求項９から請求項１４のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 前記樹脂部の上面には、前記突起部の真上に対応する箇所で上方に向かって立ち上がる位置決めピンが設けられている、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の半導体装置。
  17. 前記天板の下面には、
    少なくとも前記半導体素子の直下に対応する箇所に配置された複数のフィンと、
    前記複数のフィンの外周を囲う周壁部と、が設けられている、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の半導体装置。
  18. 前記冷却器は、前記天板の下方に対向配置され、上面に前記複数のフィン及び前記周壁部の端部が接合される底板を更に有し、
    前記底板は、前記天板の前記切欠きの直下に対応する箇所に同一形状の第２の切欠きを有する、請求項１７に記載の半導体装置。
  19. 前記突起部の先端は、前記底板の下面よりも高い位置にある、請求項１８に記載の半導体装置。
  20. 請求項１から請求項１９のいずれかに記載の半導体装置を備える、車両。
JP2022001926A 2022-01-07 2022-01-07 半導体装置、及び車両 Pending JP2023101338A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022001926A JP2023101338A (ja) 2022-01-07 2022-01-07 半導体装置、及び車両
US17/994,154 US20230223314A1 (en) 2022-01-07 2022-11-25 Semiconductor apparatus and vehicle
DE102022131821.4A DE102022131821A1 (de) 2022-01-07 2022-11-30 Halbleitervorrichtung und fahrzeug
CN202211533373.6A CN116417418A (zh) 2022-01-07 2022-12-01 半导体装置和车辆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022001926A JP2023101338A (ja) 2022-01-07 2022-01-07 半導体装置、及び車両

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023101338A true JP2023101338A (ja) 2023-07-20

Family

ID=86895463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022001926A Pending JP2023101338A (ja) 2022-01-07 2022-01-07 半導体装置、及び車両

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230223314A1 (ja)
JP (1) JP2023101338A (ja)
CN (1) CN116417418A (ja)
DE (1) DE102022131821A1 (ja)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0627145A (ja) 1992-07-06 1994-02-04 Data Puroobu:Kk コンタクター
JP2005354118A (ja) 2005-09-08 2005-12-22 Sanyo Electric Co Ltd 混成集積回路装置
JP6032840B2 (ja) 2012-12-21 2016-11-30 新電元工業株式会社 電子機器及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022131821A1 (de) 2023-07-13
CN116417418A (zh) 2023-07-11
US20230223314A1 (en) 2023-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6920790B2 (ja) インテリジェントパワーモジュール、電気自動車またはハイブリッドカー、およびインテリジェントパワーモジュールの組み立て方法
JP7159620B2 (ja) 半導体装置、冷却モジュール、電力変換装置及び電動車両
US8373197B2 (en) Circuit device
JP2003031765A (ja) パワーモジュールおよびインバータ
US11195775B2 (en) Semiconductor module, semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor module
JP2022065238A (ja) 半導体装置
JP4403166B2 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
JP7322654B2 (ja) 半導体モジュール
JP7512659B2 (ja) 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法
JP2023101338A (ja) 半導体装置、及び車両
US11456285B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2023157482A1 (ja) 半導体モジュール、半導体装置、及び半導体装置の製造方法
WO2023189265A1 (ja) 半導体モジュール
WO2023189266A1 (ja) 金属配線板
JP7543854B2 (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US20240297100A1 (en) Semiconductor module, semiconductor device, and vehicle
US20230335450A1 (en) Semiconductor device
US20220084901A1 (en) Semiconductor apparatus and semiconductor apparatus manufacturing method
US20240021496A1 (en) Semiconductor device
US20240266241A1 (en) Semiconductor device
US20230290741A1 (en) Semiconductor module, semiconductor device and vehicle
JP2022162304A (ja) 半導体モジュール及び半導体装置
JP2023040345A (ja) 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法
JP2024061189A (ja) 半導体モジュール、半導体装置、及び車両
JP2024072092A (ja) 半導体モジュール及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20231019