JP4396366B2 - Semiconductor device - Google Patents

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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、発熱体としての半導体チップと半導体チップが実装されたヒートシンクとを有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a semiconductor chip as a heating element and a heat sink on which the semiconductor chip is mounted.

従来から、半導体素子が形成された半導体チップをヒートシンク上に配置し、半導体チップで発生する熱をヒートシンクが冷却する半導体装置が知られている(例えば、特許文献1など参照)。特許文献1に開示されたヒートシンク(発熱体冷却装置)は、その内部に開孔部を有する仕切り板を設けている。ヒートシンクを流通する冷媒がこの開孔部を通過することによって、冷媒の噴流は半導体チップが配置されている位置に対応するヒートシンクの裏面に直接衝突する。これにより、発熱体である半導体チップの高効率な冷却が可能となる。
特開2002-237691号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a semiconductor device in which a semiconductor chip on which a semiconductor element is formed is disposed on a heat sink, and the heat generated by the semiconductor chip is cooled by the heat sink (for example, see Patent Document 1). The heat sink (heating element cooling device) disclosed in Patent Document 1 is provided with a partition plate having an opening therein. When the coolant flowing through the heat sink passes through the opening, the jet of coolant directly collides with the back surface of the heat sink corresponding to the position where the semiconductor chip is disposed. Thereby, highly efficient cooling of the semiconductor chip which is a heat generating body is attained.
JP 2002-237691

しかし、ヒートシンクに半導体チップを実際に実装する場合、特許文献1の第1図のように半導体チップを半田付けなどでヒートシンクの主面上に直接に実装することは難しい。一般的な実装方法の一例としては、セラミックス基板などの平板に半導体チップを半田付けなどで機械的に固定し、ボンディングワイヤ又はバンプなどを用いて半導体チップ表面の電極パッドとの電気的接続を予め行い、その後、このセラミックス基板をシリコングリスなどを介してヒートシンク主面上に実装する方法がある。即ち、現実的には、ヒートシンクの主面にシリコングリスなどを介してセラミックス基板が実装され、セラミックス基板の上に半田を介して半導体素子が実装された積層構造を有しているのが一般的であり、ヒートシンクと半導体チップの間の熱抵抗は大きく、効率的な冷却は難しい。   However, when the semiconductor chip is actually mounted on the heat sink, it is difficult to mount the semiconductor chip directly on the main surface of the heat sink by soldering or the like as shown in FIG. As an example of a general mounting method, a semiconductor chip is mechanically fixed to a flat plate such as a ceramic substrate by soldering or the like, and electrical connection with an electrode pad on the surface of the semiconductor chip is performed in advance using a bonding wire or a bump. After that, there is a method of mounting this ceramic substrate on the heat sink main surface through silicon grease or the like. That is, in reality, it is common to have a laminated structure in which a ceramic substrate is mounted on the main surface of the heat sink via silicon grease, etc., and a semiconductor element is mounted on the ceramic substrate via solder. Therefore, the thermal resistance between the heat sink and the semiconductor chip is large, and efficient cooling is difficult.

また、内部に冷媒を通す開孔部を有するヒートシンクは内部構造が複雑なため、一体の構造体として成型することは困難である。ヒートシンクを幾つかの構成部材に分け、これらを接合してヒートシンク全体を形成するのが現実的である。即ち、ヒートシンクの下面板と、開孔部を有する仕切り板と、上面板とを、それぞれ側面板を用いて半田付け、ろう付け、溶接、接着などの方法で接合してヒートシンク全体を形成する。なお、上面板と側面板、または下面板と側面板は一体の構造体としてそれぞれ成型することは可能である。   In addition, since the internal structure of the heat sink having an opening through which the coolant passes is complicated, it is difficult to mold it as an integral structure. It is practical to divide the heat sink into several components and join them to form the entire heat sink. That is, the entire heat sink is formed by joining the bottom plate of the heat sink, the partition plate having the apertures, and the top plate using methods such as soldering, brazing, welding, and bonding using the side plates. The upper surface plate and the side surface plate, or the lower surface plate and the side surface plate can be respectively molded as an integral structure.

よって上記の現実的な構造により以下の問題点が生じる。即ち、半導体チップをさらに効率良く冷却するために、比較的熱抵抗の大きいシリコングリスを介さずに、半導体チップが実装されているセラミックス基板の裏面に冷媒の噴流を直接衝突させることが効果的であると考えられる。しかし、セラミックス基板をヒートシンク上面に半田付け等の低熱抵抗接合材料を用いて直接接合する際、ヒートシンク内部が中空もしくはヒートシンク上面の裏面側が必ずしも平坦でないことにより、半田付け工程にて必要な昇温条件を得難く、実現困難である。通常、半導体チップを半田付け実装する場合は、ベースプレートの裏面側から加熱する。ベースプレートの裏面が平坦でないと、この加熱を均一に行い難く、半田付け工程に支障を来たす。また、半導体チップの表面に配置された電極パッドに対してワイヤボンディング接続を行なう場合にベースプレートの裏面が平坦でないと確実にセラミックス基板を保持し難く、同工程に支障を来たす。   Therefore, the following problems occur due to the above-described realistic structure. That is, in order to cool the semiconductor chip more efficiently, it is effective to cause the jet of the coolant to directly collide with the back surface of the ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted without using silicon grease having a relatively large thermal resistance. It is believed that there is. However, when directly bonding the ceramic substrate to the upper surface of the heat sink using a low thermal resistance bonding material such as soldering, the temperature rise condition required in the soldering process is not possible because the inside of the heat sink is hollow or the back side of the upper surface of the heat sink is not necessarily flat. It is difficult to obtain and difficult to realize. Usually, when a semiconductor chip is mounted by soldering, it is heated from the back side of the base plate. If the back surface of the base plate is not flat, it is difficult to perform this heating uniformly, which hinders the soldering process. In addition, when wire bonding connection is made to the electrode pads arranged on the surface of the semiconductor chip, it is difficult to reliably hold the ceramic substrate unless the back surface of the base plate is flat, which hinders the same process.

本発明の特徴は、第1の主面と第1の主面に対向する第2の主面とを有するベースプレートと、第1の主面に接合された半導体チップと、第2の主面に接合された接合面を有する本体部を備えるヒートシンクと、第2の主面のうち半導体チップの端部に対応する位置近傍に配置された環状または枠状の凸部とを有する半導体装置であって、本体部の接合面には半導体チップが配置されている位置に対応して第1の開孔部が形成され、冷媒が流通する冷媒室は、本体部の内部と第1の開孔部から表出した第2の主面及び凸部とで囲まれた領域で定義され、冷媒室を流通する冷媒は第1の開孔部を介して第2の主面及び凸部に直接接触し、凸部の側面は第1の開孔部の側面に接していることを要旨とする。
The present invention is characterized in that a base plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, a semiconductor chip bonded to the first main surface, and a second main surface A semiconductor device having a heat sink including a main body portion having a bonded bonding surface, and an annular or frame-shaped convex portion disposed in the vicinity of a position corresponding to an end portion of the semiconductor chip on the second main surface. The first opening is formed on the joint surface of the main body corresponding to the position where the semiconductor chip is disposed, and the refrigerant chamber through which the refrigerant flows is formed from the inside of the main body and the first opening. Defined in the region surrounded by the exposed second main surface and the convex portion, the refrigerant flowing through the refrigerant chamber is in direct contact with the second main surface and the convex portion through the first opening, The gist is that the side surface of the convex portion is in contact with the side surface of the first aperture.

本発明によれば、発熱体である半導体チップを低熱抵抗で冷却すると同時に、冷媒の漏れを防ぐ半導体装置を提供することが出来る。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which prevents the leakage of a refrigerant | coolant can be provided simultaneously with cooling the semiconductor chip which is a heat generating body with low thermal resistance.

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

(第1の実施の形態)
本発明の第1乃至第6の実施の形態においては、発熱体及び当該発熱体から生じる熱を冷却するヒートシンクを有する装置の一例として、半導体素子が形成された半導体チップ及び半導体チップからの発熱を冷却するヒートシンクを備えた半導体装置について説明する。
(First embodiment)
In the first to sixth embodiments of the present invention, as an example of a device having a heat generating element and a heat sink that cools the heat generated from the heat generating element, a semiconductor chip on which a semiconductor element is formed and heat generated from the semiconductor chip are used. A semiconductor device including a heat sink for cooling will be described.

図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体装置は、第1の主面15aと第1の主面15aに対向する第2の主面15bとを有するベースプレート1と、第1の主面15aに半田付け等で接合された半導体チップ2と、第2の主面15bに接合された接合面16を有する本体部3を備えるヒートシンク8と、第2の主面15bに配置された凸部19と、第1の開孔部9の側面に沿って配置されたゴム部材31と、半導体チップ2とベースプレート1との間に配置されたセラミックス基板33とを少なくとも有する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a base plate 1 having a first main surface 15a and a second main surface 15b opposite to the first main surface 15a. The semiconductor chip 2 joined to the first main surface 15a by soldering or the like, the heat sink 8 including the main body 3 having the joint surface 16 joined to the second main surface 15b, and the second main surface 15b. At least, a rubber member 31 disposed along the side surface of the first opening 9, and a ceramic substrate 33 disposed between the semiconductor chip 2 and the base plate 1.

本体部3の接合面16には半導体チップ2が配置されている位置に対応して第1の開孔部9が形成されている。凸部19は第1の開孔部9に差し込まれている。半導体チップ2からの熱を冷却する冷媒が流通する冷媒室11は、本体部3の内部と第1の開孔部9から表出した第2の主面15b及び凸部19とで囲まれた領域で定義される。冷媒室11を流通する冷媒は第1の開孔部9を介して第2の主面15b及び凸部19に直接接触する。凸部19の側面はゴム部材31を介して第1の開孔部9の側面に接している。   A first opening 9 is formed on the bonding surface 16 of the main body 3 corresponding to the position where the semiconductor chip 2 is disposed. The convex portion 19 is inserted into the first opening 9. The refrigerant chamber 11 in which the refrigerant that cools the heat from the semiconductor chip 2 circulates is surrounded by the inside of the main body 3 and the second main surface 15 b and the protrusion 19 exposed from the first opening 9. Defined in the region. The refrigerant flowing through the refrigerant chamber 11 directly contacts the second main surface 15 b and the convex portion 19 through the first opening 9. The side surface of the convex portion 19 is in contact with the side surface of the first opening portion 9 through the rubber member 31.

ヒートシンク8は、本体部3の内部にベースプレート1に平行に配置された仕切り板5と、第1の主面15aの外周部分に配置された押さえ部4とを更に有する。また、半導体装置は、更に押さえ部4と本体部3とを圧接接合する固定部品(例えば、ネジ27)を有する。本体部3及び押さえ部4は、ネジ27により、ベースプレート1及び接着層32を挟んでいる。仕切り板5は、半導体チップ2が配置されている位置に対応して第2の開孔部10を有する。冷媒室11は、仕切り板5を境にしてベースプレート1側に位置する第1の冷媒室12と第2の冷媒室13とに分けられている。また、図示は省略するが、冷媒が冷媒室11の内部へ流入するための冷媒流入孔が第2の冷媒室13の一部に配置され、冷媒が冷媒室11の内部から流出するための冷媒流出孔が第1の冷媒室12の一部に配置されている。   The heat sink 8 further includes a partition plate 5 disposed in parallel to the base plate 1 inside the main body 3 and a pressing portion 4 disposed on the outer peripheral portion of the first main surface 15a. Further, the semiconductor device further includes a fixing component (for example, a screw 27) that press-joins the pressing portion 4 and the main body portion 3 with each other. The main body 3 and the pressing portion 4 sandwich the base plate 1 and the adhesive layer 32 with screws 27. The partition plate 5 has a second opening 10 corresponding to the position where the semiconductor chip 2 is disposed. The refrigerant chamber 11 is divided into a first refrigerant chamber 12 and a second refrigerant chamber 13 located on the base plate 1 side with the partition plate 5 as a boundary. Although illustration is omitted, a refrigerant inflow hole for allowing the refrigerant to flow into the refrigerant chamber 11 is arranged in a part of the second refrigerant chamber 13, and the refrigerant for the refrigerant to flow out of the refrigerant chamber 11. An outflow hole is disposed in a part of the first refrigerant chamber 12.

図2に示すように、第1の冷媒室12からベースプレート1側を見たとき、凸部19は環状または枠状の形状を有する放熱フィンであり、放熱フィン19の内側にはベースプレート1の第2の主面15bが表出している。ゴム部材31が放熱フィン19の外周全体に接触して配置され、ヒートシンク8の本体部3がゴム部材31の外周全体に接触して配置されている。即ち、第1の開孔部9全体にゴム部材31が嵌め込まれ、ゴム部材31の内側にベースプレート1の第2の主面15b上に設けた放熱フィン19が嵌め込まれている。放熱フィン19は、半導体チップ2の外周端部に対応する位置近傍に配置されている。放熱フィン19は接着によりベースプレート1の第2の主面15bに接合されている。ベースプレート1の第2の主面15bも、接着によりヒートシンク3の接合面16に接合されている。   As shown in FIG. 2, when the base plate 1 side is viewed from the first refrigerant chamber 12, the convex portion 19 is a radiating fin having an annular or frame shape, and the radiating fin 19 has a first radiating fin on the inner side. 2 main surface 15b is exposed. The rubber member 31 is disposed in contact with the entire outer periphery of the heat dissipating fin 19, and the main body 3 of the heat sink 8 is disposed in contact with the entire outer periphery of the rubber member 31. That is, the rubber member 31 is fitted into the entire first opening 9, and the heat radiating fins 19 provided on the second main surface 15 b of the base plate 1 are fitted inside the rubber member 31. The heat radiating fins 19 are arranged in the vicinity of the position corresponding to the outer peripheral end of the semiconductor chip 2. The radiating fins 19 are bonded to the second main surface 15b of the base plate 1 by bonding. The second main surface 15b of the base plate 1 is also bonded to the bonding surface 16 of the heat sink 3 by adhesion.

冷媒(例えば水)は、冷媒流入孔から第2の冷媒室13内に流入し、第2の開孔部10を経て第2の冷媒室13から第1の冷媒室12へ流れ、冷媒流出孔から流出する。第2の開孔部10を通過して第2の冷媒室13から第1の冷媒室12へ流れる時に、冷媒の噴流は、第1の開孔部9を経てベースプレート1の第2の主面15bに直接衝突する。   The refrigerant (for example, water) flows into the second refrigerant chamber 13 from the refrigerant inflow hole, flows through the second opening portion 10 from the second refrigerant chamber 13 to the first refrigerant chamber 12, and then flows out of the refrigerant outflow hole. Spill from. When passing through the second opening 10 and flowing from the second refrigerant chamber 13 to the first refrigerant chamber 12, the jet of the refrigerant passes through the first opening 9 and the second main surface of the base plate 1. Collide directly with 15b.

以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、本体部3の内部と第1の開孔部9から表出したベースプレート1の第2の主面15b及び凸部(放熱フィン)19とで囲まれた領域が冷媒室11として定義され、冷媒室11を流通する冷媒は、第1の開孔部9を介してベースプレート1の第2の主面15b及び放熱フィン19に直接接触することになる。したがって、発熱体である半導体チップ2を低熱抵抗で冷却することが出来る。即ち、従来のシリコングリスのような比較的熱抵抗の大きい部分を介すること無く、半導体チップ2で生じる熱を冷媒に伝達することが出来る。更に、冷媒に直接接する放熱フィン19が熱交換面積を増大させるので、より一層低熱抵抗化が実現される。また更に、凸部が環状または枠状の放熱フィン19であることにより、半導体チップ2をさらに低熱抵抗で冷却することが可能になる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the second main surface 15b of the base plate 1 exposed from the inside of the main body 3 and the first aperture 9 and the convex portion (heat dissipation). The region surrounded by the fins 19 is defined as the refrigerant chamber 11, and the refrigerant flowing through the refrigerant chamber 11 passes through the first opening 9 to the second main surface 15 b of the base plate 1 and the radiation fins 19. You will be in direct contact. Therefore, the semiconductor chip 2 that is a heating element can be cooled with low thermal resistance. That is, the heat generated in the semiconductor chip 2 can be transferred to the refrigerant without passing through a portion having a relatively large thermal resistance, such as conventional silicon grease. Furthermore, since the heat radiating fins 19 that are in direct contact with the refrigerant increase the heat exchange area, a further reduction in thermal resistance is realized. Furthermore, since the convex portion is the annular or frame-shaped heat radiation fin 19, the semiconductor chip 2 can be further cooled with a low thermal resistance.

また、放熱フィン19と第1の開孔部9の側面とをゴム部材31を介して接触させているので、ヒートシンク8の肉厚が厚い場合でも、放熱フィン19自体が栓としての機能を有し、ベースプレート1の第2の主面15bに接触する冷媒が冷媒室11の外側に漏れることを確実に防止することが可能になる。   Further, since the radiating fin 19 and the side surface of the first opening 9 are brought into contact with each other through the rubber member 31, even when the heat sink 8 is thick, the radiating fin 19 itself has a function as a stopper. Thus, it is possible to reliably prevent the refrigerant contacting the second main surface 15b of the base plate 1 from leaking outside the refrigerant chamber 11.

更に、冷媒が第2の冷媒室13から第2の開孔部10を経て第1の冷媒室12へ流れることにより、冷媒の噴流は第1の開孔部9を経てベースプレート1の第2の主面15bに直接衝突することになる。したがって、さらにベースプレート1上の半導体チップ2を効率良く冷却することが出来る。   Further, the refrigerant flows from the second refrigerant chamber 13 through the second opening 10 to the first refrigerant chamber 12, whereby the refrigerant jet flows through the first opening 9 and the second plate of the base plate 1. It directly collides with the main surface 15b. Therefore, the semiconductor chip 2 on the base plate 1 can be further efficiently cooled.

更に、半導体チップ2の端部に対応する位置に放熱フィン19を設け、また、冷媒の噴流がベースプレート1の第2の主面15bに直接衝突するようにしたため、噴流が実際に衝突する半導体チップ2の中央部に対応する位置では、衝突噴流による乱流で熱交換が行なわれる。また同時に、半導体チップ2の端部に対応する位置に配置された放熱フィン19は、高い熱交換能力を発揮する。これにより、一層低熱抵抗で半導体チップ2を冷却することが出来る。この場合も、放熱フィン19と第1の開孔部9との接触により、冷媒漏れを確実に防止することが可能となる。   Furthermore, since the heat radiation fins 19 are provided at positions corresponding to the end portions of the semiconductor chip 2 and the jet of the refrigerant directly collides with the second main surface 15b of the base plate 1, the semiconductor chip on which the jet actually collides In the position corresponding to the center part of 2, heat exchange is performed by the turbulent flow by a collision jet. At the same time, the radiating fins 19 arranged at positions corresponding to the end portions of the semiconductor chip 2 exhibit high heat exchange capability. Thereby, the semiconductor chip 2 can be cooled with much lower thermal resistance. Also in this case, the leakage of the refrigerant can be reliably prevented by the contact between the radiating fin 19 and the first opening 9.

更に、放熱フィン19が環状または枠状の形状であるので、放熱フィン19を第1の開孔部9に接触させつつ差し込む際に生じる力によっても、放熱フィン19が変形することが無い機械的強度を容易に持たせることが可能となる。   Further, since the radiating fin 19 has an annular or frame-like shape, the radiating fin 19 is not mechanically deformed by a force generated when the radiating fin 19 is inserted while being in contact with the first opening 9. It is possible to easily provide strength.

更に、第1の開孔部9にゴム部材31を嵌め込み、放熱フィン19の側面と第1の開孔部9の側面との接触部分にゴム部材31を介在させることにより、ゴム部材31が封止材としての役割を発揮し、放熱フィン19と第1の開孔部9の接触面からの冷媒漏れをさらに確実に防止することが可能となる。放熱フィン19と第1の開孔部9に微細な加工精度のバラツキが生じたとしても、ゴム部材31が変形封止することにより冷媒漏れを防止できる。このため放熱フィン19と第1の開孔部9の加工精度を高くすることによる加工費の増大も防ぐことが可能となる。   Further, the rubber member 31 is fitted into the first opening 9 and the rubber member 31 is interposed at the contact portion between the side surface of the radiating fin 19 and the side surface of the first opening 9, thereby sealing the rubber member 31. The role as a stopper is exhibited, and it is possible to more reliably prevent refrigerant leakage from the contact surface between the radiating fin 19 and the first opening 9. Even if a fine variation in processing accuracy occurs between the heat dissipating fins 19 and the first opening 9, the rubber member 31 can be deformed and sealed to prevent refrigerant leakage. For this reason, it becomes possible to prevent an increase in the processing cost due to increasing the processing accuracy of the radiating fins 19 and the first opening 9.

ここで、第1の実施の形態により低熱抵抗化が実現される理由を図3及び図4を参照して説明する。図3(a)は放熱フィン19がある場合の半導体チップ2の近傍の断面構造概略を示し、図3(b)は単位面積あたりの冷却能力を示す。図3(b)中の横軸は半導体チップ2の中心からの距離を模擬し、縦軸は冷媒による単位面積当たりの冷却能力を模擬する。チップ2の中央部分は冷媒噴流が衝突することにより、高い冷却能力を発揮する。また半導体チップ2の端部部分も、冷媒が衝突後横に流れる際に冷媒がぶつかるように放熱フィン19を配したので、比較的高い冷却能力を発揮できる。一方、図4(a)は放熱フィン19が無い場合の半導体チップ2の近傍の断面構造概略を示し、図4(b)は単位面積あたりの冷却能力を示す。噴流が直接衝突する部分以外の熱交換能力は、放熱フィン19がある場合に比べて相対的にかなり低くなる。よって、第1の実施の形態によれば、半導体チップ2の実装部分の全域に渡って高い冷却能力を発揮し、結果として低熱抵抗での冷却が可能になる。   Here, the reason why the low thermal resistance is realized by the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3A shows an outline of a cross-sectional structure in the vicinity of the semiconductor chip 2 when the heat dissipating fins 19 are provided, and FIG. 3B shows a cooling capacity per unit area. The horizontal axis in FIG. 3B simulates the distance from the center of the semiconductor chip 2, and the vertical axis simulates the cooling capacity per unit area by the refrigerant. The central portion of the chip 2 exhibits a high cooling capacity when the refrigerant jet collides with it. Further, since the heat radiating fins 19 are also arranged at the end portion of the semiconductor chip 2 so that the refrigerant collides when the refrigerant flows laterally after the collision, a relatively high cooling capacity can be exhibited. On the other hand, FIG. 4A shows an outline of a cross-sectional structure in the vicinity of the semiconductor chip 2 in the absence of the heat radiating fins 19, and FIG. 4B shows cooling capacity per unit area. The heat exchange capability other than the portion where the jets directly collide is relatively low compared to the case where the heat dissipating fins 19 are present. Therefore, according to the first embodiment, a high cooling capacity is exhibited over the entire mounting portion of the semiconductor chip 2, and as a result, cooling with low thermal resistance is possible.

なお、第1の実施の形態では、押さえ部4と本体部3とをネジ27等の圧接部材により加圧することにより、ベースプレート1とヒートシンク8の本体部3とを接合させていた。これにより、押さえ部4と本体部3とを強固に結合できるので、ベースプレート1とヒートシンク8の本体部3との結合力も増大する。したがって、冷媒の衝突などによる圧力がベースプレート1の第2の主面15bに加重印加されても、冷媒漏れをさらに確実に防止することが可能となる。   In the first embodiment, the base plate 1 and the main body 3 of the heat sink 8 are joined by pressing the pressing portion 4 and the main body 3 with a pressure contact member such as a screw 27. Thereby, since the holding | suppressing part 4 and the main-body part 3 can be couple | bonded firmly, the coupling force of the base plate 1 and the main-body part 3 of the heat sink 8 also increases. Therefore, even if pressure due to refrigerant collision or the like is applied to the second main surface 15b of the base plate 1 by weight, it is possible to more reliably prevent refrigerant leakage.

また、圧接部材を用いる代わりに、押さえ部4と本体部3とを接着により接合しても構わない。この場合、容易にかつネジ留め用のスペースを設けることなく、冷媒漏れを防止できる。また、容易に、少ない構成材料でヒートシンク8を構成することが可能となり、ヒートシンク8の低コスト化を更に図れる。   Moreover, you may join the press part 4 and the main-body part 3 by adhesion | attachment instead of using a press-contact member. In this case, refrigerant leakage can be prevented easily and without providing a space for screwing. Further, the heat sink 8 can be easily configured with a small amount of constituent materials, and the cost of the heat sink 8 can be further reduced.

更に、圧接部材を用いる場合及び接着を用いる場合であって、ベースプレート1とヒートシンク8とが異種材料で構成され熱膨張係数が異なる場合であっても、熱応力による信頼性上の懸念を回避できる。この場合、押さえ部4と本体部3を同種材料で形成することにより、これらの接合部位での熱応力による信頼性上の懸念は生じない。   Further, even when the pressure member is used and when adhesion is used, even when the base plate 1 and the heat sink 8 are made of different materials and have different thermal expansion coefficients, it is possible to avoid reliability concerns due to thermal stress. . In this case, by forming the pressing portion 4 and the main body portion 3 with the same kind of material, there is no concern about reliability due to thermal stress at these joint portions.

なお、ベースプレート1の第1の主面15a上にセラミックス基板33を介して半導体チップ2を実装する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ベースプレート1がセラミックス基板若しくはセラミックス基板と金属部材による積層基板であっても構わない。この場合、ベースプレート1部分の熱抵抗が無いので、さらに半導体チップ2を低熱抵抗で冷却できる。また、セラミックス基板とヒートシンク8との間で熱膨張係数が異なっても、熱応力よる信頼性上の懸念は生じない。或いは、ベースプレート1が金属板からなり、この金属板の表面(第1の主面15a)上に半導体チップ2を実装すると共に、この金属板の裏面に絶縁層を設けても構わない。この場合、ベースプレート1が半導体チップ2の配線層としての機能を持ち、かつ絶縁層で電気的絶縁を図ることができる。さらに、セラミックス基板部分の熱抵抗が無いので、さらに半導体チップ2を低熱抵抗で冷却できる共に、一般的に高コストなセラミックス基板を用いないことにより低コスト化を図ることが可能となる。   Although the case where the semiconductor chip 2 is mounted on the first main surface 15a of the base plate 1 via the ceramic substrate 33 has been described, the present invention is not limited to this. For example, the base plate 1 may be a ceramic substrate or a laminated substrate made of a ceramic substrate and a metal member. In this case, since there is no thermal resistance of the base plate 1 portion, the semiconductor chip 2 can be further cooled with low thermal resistance. Further, even if the thermal expansion coefficient differs between the ceramic substrate and the heat sink 8, there is no concern about reliability due to thermal stress. Alternatively, the base plate 1 may be made of a metal plate, and the semiconductor chip 2 may be mounted on the surface (first main surface 15a) of the metal plate, and an insulating layer may be provided on the back surface of the metal plate. In this case, the base plate 1 has a function as a wiring layer of the semiconductor chip 2 and can be electrically insulated by the insulating layer. Furthermore, since there is no thermal resistance of the ceramic substrate portion, the semiconductor chip 2 can be further cooled with a low thermal resistance, and it is possible to reduce the cost by not using a generally expensive ceramic substrate.

また、背景技術の欄で示した特許文献1に開示された発熱体冷却装置において、半導体チップをセラミックス基板上に実装し、ヒートシンク上面を開口し、セラミックス基板の裏面が直接冷媒に接触するように構成した場合、ヒートシンク開口部分とセラミックス基板の接合界面において冷媒漏れが起きない構造上の対策が困難となる。接着または半田付けあるいは溶接により接合した場合、一般にセラミックス基板とヒートシンクを構成する金属材料とでは熱膨張係数が異なり、熱応力による信頼性上の懸念がある。さらに、冷媒の圧力が該接合を剥がす方向に作用するため、前述した信頼性上の懸念と相まって、冷媒漏れの可能性を否定できない。また、半導体チップが実装されているセラミックス基板に対して半田付けや溶接を行なう際の高温工程により半導体チップに損傷を与える懸念、あるいは必要な温度まで昇温させ難い等の問題が有る。これに対して、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体装置によれば、上述したようにベースプレート1とヒートシンク8との接合の信頼性は高く、より確実に冷媒漏れを防止することが出来る。   Further, in the heating element cooling device disclosed in Patent Document 1 shown in the background art section, the semiconductor chip is mounted on the ceramic substrate, the upper surface of the heat sink is opened, and the back surface of the ceramic substrate is in direct contact with the refrigerant. When configured, it is difficult to take a structural measure for preventing refrigerant leakage at the bonding interface between the heat sink opening and the ceramic substrate. When bonded by bonding, soldering or welding, the ceramic substrate and the metal material constituting the heat sink generally have different thermal expansion coefficients, and there is a concern about reliability due to thermal stress. Furthermore, since the pressure of the refrigerant acts in the direction to peel off the joint, the possibility of refrigerant leakage cannot be denied, coupled with the above-described reliability concerns. In addition, there is a problem that the semiconductor chip is damaged by a high temperature process when soldering or welding the ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted, or that it is difficult to raise the temperature to a necessary temperature. On the other hand, according to the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, as described above, the bonding reliability between the base plate 1 and the heat sink 8 is high, and it is possible to more reliably prevent refrigerant leakage. I can do it.

また、背景技術の欄で示した特許文献1に開示された発熱体冷却装置において、半導体チップが実装されているセラミックス基板とヒートシンク上面とをOリングを介して接合した場合、Oリング自体の幅に加えて、該Oリングに均一に大きな加重を印加させる為に、ネジ等で圧接させるための領域も必要になる。この為、装置の小型化に大きな支障を来たす。これに対して、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体装置によれば、Oリングを用いる必要がないため、装置全体を小型化することが出来る。   Further, in the heating element cooling device disclosed in Patent Document 1 shown in the background art section, when the ceramic substrate on which the semiconductor chip is mounted and the upper surface of the heat sink are joined via an O-ring, the width of the O-ring itself In addition, in order to uniformly apply a large load to the O-ring, an area for press contact with a screw or the like is also required. For this reason, it causes a big hindrance to the miniaturization of the device. On the other hand, according to the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, it is not necessary to use an O-ring, so that the entire device can be reduced in size.

(第2の実施の形態)
図5に示すように、本発明の第2の実施の形態に係わる半導体装置において、放熱フィン19とベースプレート1とは接着剤34により接合されている。その他の構成要素は図1及び図2に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the radiating fins 19 and the base plate 1 are joined by an adhesive 34. Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIGS.

以上説明したように、本発明の第2の実施の形態によれば、製造工程において、ベースプレート1の裏面(第2の主面15b)側を平坦にできるので、放熱フィン19を装着する前に先ず半導体チップ2をベースプレート1の第1の主面15a上に実装し、ボンディングパッド電極等の接続を行なう際に、ベースプレート1の裏面が平坦で無いことによって生じる製造工程上の課題が無くなる。よって製造コストを低減できる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, since the back surface (second main surface 15b) side of the base plate 1 can be flattened in the manufacturing process, before the radiation fins 19 are mounted. First, when the semiconductor chip 2 is mounted on the first main surface 15a of the base plate 1 and bonding pad electrodes and the like are connected, problems in the manufacturing process caused by the back surface of the base plate 1 being not flat are eliminated. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

また、放熱フィン19が環状または枠状の形状であることにより、放熱フィン19を第1の開孔部9にゴム部材31を介して接触させつつ差し込む際に生じる力に対する機械的強度を放熱フィン19自体が有する。このため、放熱フィン19がベースプレート1から剥がれることも防止できる。   Further, since the radiating fin 19 has an annular or frame shape, the mechanical strength against the force generated when the radiating fin 19 is inserted into the first opening 9 while being in contact with the first opening 9 via the rubber member 31 is radiated. 19 itself has. For this reason, it is possible to prevent the radiating fins 19 from being peeled off from the base plate 1.

更に、半導体チップ2の冷却は、半導体チップ2の中央部分に対する位置に衝突する冷媒によって行なわれ、半導体チップ2の端部に位置する放熱フィン19を接着することにより、半導体チップ2の実装部分の全域に渡って高い冷却能力を得られる。   Furthermore, the semiconductor chip 2 is cooled by a coolant that collides with a position with respect to the central portion of the semiconductor chip 2, and the heat radiation fins 19 positioned at the end of the semiconductor chip 2 are bonded to each other so High cooling capacity can be obtained over the entire area.

(第3の実施の形態)
図6に示すように、本発明の第3の実施の形態に係わる半導体装置において、ベースプレート1がセラミックス基板33からなる。その他の構成要素は、図5に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 6, in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, the base plate 1 is made of a ceramic substrate 33. Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

以上説明したように、本発明の第3の実施の形態によれば、ベースプレート部において金属板部分の熱抵抗が無くなるため、半導体チップ2を更に低熱抵抗で冷却することが可能となる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, since the thermal resistance of the metal plate portion is eliminated in the base plate portion, the semiconductor chip 2 can be further cooled with a lower thermal resistance.

また、セラミックス基板33の裏面(第2の主面15b)に小面積の放熱フィン19を接着することにより、接着剤34による接着界面で生じる応力を小さく抑え、かつ一般に接着剤34は応力緩和機能を有することもあり信頼性上の懸念を生じさせないことが出来る。なお、第1実施の形態と同様に、セラミックス基板33とヒートシンク8の構成材料の間で熱膨張係数が異なっても、熱応力よる信頼性上の懸念は生じない。   Further, by adhering a small-area radiating fin 19 to the back surface (second main surface 15b) of the ceramic substrate 33, the stress generated at the bonding interface by the adhesive 34 is suppressed to a small level, and the adhesive 34 generally has a stress relaxation function. May cause a reliability concern. As in the first embodiment, even if the thermal expansion coefficient differs between the constituent materials of the ceramic substrate 33 and the heat sink 8, there is no concern about reliability due to thermal stress.

更に、セラミックス基板33上に半導体チップ2を従来通りの実装工程で実装できるので、装置の製造コストも低減できる。   Furthermore, since the semiconductor chip 2 can be mounted on the ceramic substrate 33 by a conventional mounting process, the manufacturing cost of the device can also be reduced.

(第3の実施の形態の変形例)
図7に示すように、本発明の第3の実施の形態の変形例に係わる半導体装置において、ベースプレート1は、半導体チップ2が接合された金属板35から成るヒートスプレッダと、金属板35の第2の主面15b側に配置された絶縁層36とを備える。即ち、ベースプレート1が金属板35であり、金属板35の表面(第1の主面15a)上に半導体チップ2を実装すると共に、金属板35の裏面に絶縁物領域を設けた。その他の構成要素は、図6に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。
(Modification of the third embodiment)
As shown in FIG. 7, in the semiconductor device according to the modification of the third embodiment of the present invention, the base plate 1 includes a heat spreader composed of a metal plate 35 to which a semiconductor chip 2 is bonded, and a second of the metal plate 35. And an insulating layer 36 disposed on the main surface 15b side. That is, the base plate 1 is a metal plate 35, the semiconductor chip 2 is mounted on the surface (first main surface 15 a) of the metal plate 35, and an insulator region is provided on the back surface of the metal plate 35. Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

以上説明したように、本発明の第3の実施の形態の変形例によれば、ベースプレート(金属板35)が半導体チップ2の配線としての機能を持ち、かつ絶縁層36で半導体チップ2の電気的絶縁を図ることができる。   As described above, according to the modification of the third embodiment of the present invention, the base plate (metal plate 35) has a function as the wiring of the semiconductor chip 2 and the insulating layer 36 is used to Insulation can be achieved.

また、図1のセラミックス基板33部分の熱抵抗が無くなるので、図1の半導体装置に比べてさらに半導体チップ2を低熱抵抗で冷却できると共に、一般的に高コストなセラミックス基板33を用いないことにより低コスト化を図ることが可能となる。   Further, since the thermal resistance of the ceramic substrate 33 portion of FIG. 1 is eliminated, the semiconductor chip 2 can be further cooled with a lower thermal resistance than the semiconductor device of FIG. 1, and generally the high-cost ceramic substrate 33 is not used. Cost reduction can be achieved.

更に、金属板35裏面の絶縁層36上に小面積の放熱フィン19を接着することにより、接着界面で生じる応力を小さく抑え、かつ一般に応力緩和機能を有する接着剤34により、信頼性上の懸念は生じさせない。なお、第1実施の形態と同様に、ベースプレート(金属板35)とヒートシンク8の材料の間で熱膨張係数が異なっても、熱応力よる信頼性上の懸念は生じない。   Further, the adhesive 34 having a small area is bonded to the insulating layer 36 on the back surface of the metal plate 35 to suppress the stress generated at the bonding interface, and the adhesive 34 generally has a stress relaxation function. Does not occur. As in the first embodiment, there is no concern about reliability due to thermal stress even if the thermal expansion coefficient differs between the material of the base plate (metal plate 35) and the heat sink 8.

(第4の実施の形態)
図8に示すように、本発明の第4の実施の形態に係わる半導体装置において、ゴム部材37は、本体部3の接合面16上に延伸されている。具体的には、ゴム部材37の内周は、第1の開孔部9の側面に沿って嵌め込まれ、そのまま接合面16上に延伸されて、ゴム部材37の外周端が本体部3の側面にまで達している。したがって、ベースプレート1は、本体部3の接合面16の上にゴム部材37を介して配置され、押さえ部4及び本体部3はゴム部材37及びベースプレート1を挟み込んでいる。その他の構成要素は、図5に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 8, in the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, the rubber member 37 extends on the bonding surface 16 of the main body 3. Specifically, the inner periphery of the rubber member 37 is fitted along the side surface of the first opening 9 and is stretched as it is on the joining surface 16, and the outer peripheral end of the rubber member 37 is the side surface of the main body 3. Has reached to. Therefore, the base plate 1 is disposed on the bonding surface 16 of the main body portion 3 via the rubber member 37, and the pressing portion 4 and the main body portion 3 sandwich the rubber member 37 and the base plate 1. Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

以上説明したように、本発明の第4の実施の形態によれば、ゴム部材37とベースプレート1及び本体部3との間の接触面積が増えるので、さらに確実に冷媒漏れを防止することができる。なお、発熱体である半導体チップ2に対応する位置にゴム部材37は配置されないため、半導体チップ2の低熱抵抗化に全く影響を与えない。   As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the contact area between the rubber member 37, the base plate 1 and the main body 3 is increased, so that it is possible to more reliably prevent refrigerant leakage. . In addition, since the rubber member 37 is not disposed at a position corresponding to the semiconductor chip 2 that is a heating element, the thermal resistance of the semiconductor chip 2 is not affected at all.

(第5の実施の形態)
図9に示すように、本発明の第5の実施の形態に係わる半導体装置において、半導体チップはモールド樹脂38により封止され、ベースプレート1は、モールド樹脂38により封止された半導体チップが接合された金属板35から成るヒートスプレッダと、金属板35の第2の主面15b側に配置された絶縁層36とを備える。その他の構成要素は、図7に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 9, in the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, the semiconductor chip is sealed with a mold resin 38, and the semiconductor chip sealed with the mold resin 38 is bonded to the base plate 1. The heat spreader made of the metal plate 35 and the insulating layer 36 disposed on the second main surface 15b side of the metal plate 35 are provided. Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

以上説明したように、本発明の第5の実施の形態によれば、モールド樹脂38によりパッケージ封止された半導体チップをベースプレート1上に実装して、上述した第1乃至第4の実施の形態に係わる半導体装置と同様な作用効果を生じせしめることができる。一般的に、モールド樹脂38によりパッケージ封止された半導体チップは、金属板35からなるヒートスプレッダの第1の主面15a上に半導体チップ2を実装し、半導体チップ2の近傍をモールド樹脂38等で封止することにより製造される。このため、絶縁層36の裏面と本体部3の接合面16等は半田付けなどで容易に接合できる。   As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, the semiconductor chip packaged with the mold resin 38 is mounted on the base plate 1, and the first to fourth embodiments described above are mounted. The same operation effect as the semiconductor device concerning can be produced. In general, a semiconductor chip package-sealed with a mold resin 38 has the semiconductor chip 2 mounted on the first main surface 15a of a heat spreader made of a metal plate 35, and the vicinity of the semiconductor chip 2 is molded with a mold resin 38 or the like. Manufactured by sealing. For this reason, the back surface of the insulating layer 36 and the joint surface 16 of the main body 3 can be easily joined by soldering or the like.

また、放熱フィン19を接着剤34により絶縁層36の第2の主面15bに接合することで、ヒートスプレッダとベースプレートの半田付け接合部位に影響を与えない。   In addition, by joining the radiating fins 19 to the second main surface 15b of the insulating layer 36 with the adhesive 34, the soldered joining portion between the heat spreader and the base plate is not affected.

さらに、一般的に工業的に多く生産され低コスト化を図り易いモールド樹脂パッケージ封止の半導体チップを低熱抵抗で冷却することが可能となる。  Furthermore, it is possible to cool a semiconductor chip encapsulated in a mold resin package which is generally produced industrially and is easy to reduce costs with low thermal resistance.

(第6の実施の形態)
図10に示すように、本発明の第6の実施の形態に係わる半導体装置において、ベースプレート1の第1の主面15a側に、複数の半導体チップがモールド樹脂により封止された密閉体としてのモジュール39が配置され、本体部3と押さえ部4は、ベースプレート1及びモジュール39を挟み込んでいる。ベースプレート1は、その第1の主面15a上に複数の半導体チップ2が実装されていると共にモールド樹脂により封止された密閉体39の支持基板である。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 10, in the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention, as a sealed body in which a plurality of semiconductor chips are sealed with a mold resin on the first main surface 15a side of the base plate 1. The module 39 is disposed, and the main body 3 and the pressing unit 4 sandwich the base plate 1 and the module 39. The base plate 1 is a support substrate for a sealed body 39 in which a plurality of semiconductor chips 2 are mounted on the first main surface 15a and sealed with a mold resin.

また、押さえ部4の端部はコの字型形状を有し、本体部3及びベースプレート1の側面はコの字型形状の内部に差し込まれている。即ち、ヒートシンク8の接合面16は、複数の半導体チップの各々の位置に対応する部分が開孔されている。ベースプレート1の第2の主面15b上には、複数の半導体チップの各々の位置に対応する部分に前述の凸部(放熱フィン)19が配置されている。密閉モジュール体39とヒートシンク8とは、接着またはネジ27等の圧接部材により接合されている。第1の開孔部9は、複数の半導体チップ2が配置されている位置にそれぞれ対応して形成されている。凸部(放熱フィン)19及びゴム部材31も複数の半導体チップ2が配置されている位置にそれぞれ対応して配置されている。更に、仕切り板5には、複数の半導体チップ2が配置されている位置にそれぞれ対応して第2の開孔部10が形成されている。   Moreover, the edge part of the holding | suppressing part 4 has U-shape, and the side surface of the main-body part 3 and the baseplate 1 is inserted in the inside of U-shape. That is, the bonding surface 16 of the heat sink 8 has holes corresponding to the positions of the plurality of semiconductor chips. On the second main surface 15b of the base plate 1, the above-described convex portions (radiating fins) 19 are arranged at portions corresponding to the positions of the plurality of semiconductor chips. The sealed module body 39 and the heat sink 8 are bonded together by bonding or a pressure contact member such as a screw 27. The first opening 9 is formed corresponding to the position where the plurality of semiconductor chips 2 are arranged. The convex portions (radiating fins) 19 and the rubber member 31 are also arranged corresponding to the positions where the plurality of semiconductor chips 2 are arranged. Further, the partition plate 5 is formed with second opening portions 10 corresponding to the positions where the plurality of semiconductor chips 2 are arranged.

その他の構成要素は、図8に示した半導体装置と同一であり、説明を省略する。   Other components are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

以上説明したように、本発明の第6の実施の形態によれば、電力用半導体チップを樹脂によりパッケージングした、いわゆるパワーモジュール内の電力用半導体チップを低熱抵抗で冷却できる。一般的に工業的に多く生産され低コスト化を図り易いパワーモジュールにおいて、電力用半導体チップの冷却における低熱抵抗化を図ることが可能となる。   As described above, according to the sixth embodiment of the present invention, the power semiconductor chip in the so-called power module in which the power semiconductor chip is packaged with the resin can be cooled with low thermal resistance. In a power module that is generally produced industrially and easily reduced in cost, it is possible to reduce the thermal resistance in cooling the power semiconductor chip.

また、モジュール39内の半導体チップのそれぞれに対応する位置に放熱フィン19を接着することにより、パワーモジュールの構造を変えずに、かつ高温印加工程による半導体チップの性能悪化の懸念も一切無く、容易に本構成を実現できる。結果として、より一層低コスト化を図ることが可能になる。   In addition, by adhering the radiating fins 19 to the positions corresponding to the respective semiconductor chips in the module 39, the structure of the power module is not changed, and there is no fear of deterioration of the performance of the semiconductor chip due to the high temperature application process. This configuration can be realized. As a result, the cost can be further reduced.

更に、モジュール39とヒートシンク8とを接着により接合すれば、これらの接着接合を容易に行なえる。或いは、モジュール39とヒートシンク8とをネジ27等の圧接部材により接合させる場合は、より一層強固にこれらを接合でき、冷媒漏れを更に確実に防止できる。   Furthermore, if the module 39 and the heat sink 8 are bonded together, these adhesive bondings can be easily performed. Alternatively, when the module 39 and the heat sink 8 are joined by a pressure contact member such as the screw 27, they can be joined more firmly, and refrigerant leakage can be further reliably prevented.

更に、一般的に、パワーモジュールにはネジ留め用の開孔部があるので、新規にパワーモジュールを加工することに伴うコストは発生しない。また、冷媒漏れ防止機構は前述の放熱フィン19と第1の開孔部9との接触により実現される。したがって、ネジ留めを多数行なう必要は無く、装置全体の面積の増加を避けつつ、低熱抵抗化と低コスト化を実現することが出来る。   Furthermore, generally, since the power module has an opening for screwing, there is no cost associated with processing a new power module. Further, the refrigerant leakage prevention mechanism is realized by the contact between the above-described heat radiation fin 19 and the first opening 9. Therefore, it is not necessary to perform many screw fastenings, and it is possible to realize low thermal resistance and low cost while avoiding an increase in the area of the entire device.

更に、全ての半導体チップ2に対応する位置に大きな1つの開孔部を形成した場合、その開口部分の面積が大きくなる。結果としてベースプレート1の裏面に加重される冷媒圧力も大きなり、ベースプレート1とヒートシンク8との接合面16における冷媒漏れを防止することが困難になる。これに対して、本発明の第6の実施の形態に係わる半導体装置によれば、小面積の複数の第1の開孔部9を形成することにより、ベースプレート1の裏面に加重される冷媒圧力が小さくなり、ベースプレート1とヒートシンク8の接合面16との接合部における冷媒漏れを確実に防止することができる。   Furthermore, when one large opening is formed at a position corresponding to all the semiconductor chips 2, the area of the opening becomes large. As a result, the refrigerant pressure applied to the back surface of the base plate 1 is large, and it is difficult to prevent refrigerant leakage at the joint surface 16 between the base plate 1 and the heat sink 8. On the other hand, according to the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention, the refrigerant pressure is applied to the back surface of the base plate 1 by forming the plurality of first apertures 9 having a small area. Thus, refrigerant leakage at the joint between the base plate 1 and the joint surface 16 of the heat sink 8 can be reliably prevented.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、本発明の第1乃至第6の実施の形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to sixth embodiments of the present invention and modifications thereof. However, the description and the drawings that form a part of this disclosure limit the present invention. Should not be understood. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it should be understood that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.

以上説明したように、本発明の第1乃至第6の実施の形態によれば、製造工程上の特に困難な部分や半導体チップ2の性能を悪化させるような工程を用いず、且つシリコングリスなど熱抵抗の大きい領域を介さずに、半導体チップ2を低熱抵抗で冷却できる半導体装置を提供することが出来る。   As described above, according to the first to sixth embodiments of the present invention, a particularly difficult part in the manufacturing process and a process that deteriorates the performance of the semiconductor chip 2 are not used, and silicon grease or the like is used. It is possible to provide a semiconductor device that can cool the semiconductor chip 2 with a low thermal resistance without going through a region having a large thermal resistance.

また、従来は信頼性上の懸念となる可能性が大きかった、ベースプレート1と第1の開孔部9との接合部分における冷媒漏れ防止に関しても、より一層確実に当該冷媒漏れ防止を図かることができる。   Further, with respect to prevention of refrigerant leakage at the joint portion between the base plate 1 and the first opening 9, which has been likely to be a concern for reliability in the past, the prevention of refrigerant leakage is more reliably achieved. Can do.

更に、冷媒が直接ベースプレート1の第2の主面15bに接触する面積が小さいので、冷媒圧力による加重が小さい。このため、上述の冷媒漏れ防止効果がさらに向上する。また、各構成材料の熱膨張係数の相違による熱応力による信頼性懸念も回避できる。   Furthermore, since the area where the refrigerant directly contacts the second main surface 15b of the base plate 1 is small, the load due to the refrigerant pressure is small. For this reason, the above-mentioned refrigerant leakage prevention effect is further improved. Also, reliability concerns due to thermal stress due to differences in the thermal expansion coefficients of the constituent materials can be avoided.

本発明は、例えば、電気自動車用モータなどの負荷としての交流モータを駆動するために供せられるインバータ装置として産業上利用することが出来る。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used industrially as an inverter device provided for driving an AC motor as a load such as an electric vehicle motor.

本発明の第1の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the 1st Embodiment of this invention. 第1の冷媒室からベースプレート側を見たときの平面図である。It is a top view when the baseplate side is seen from the 1st refrigerant | coolant chamber. 図3(a)は放熱フィンがある場合における半導体チップの近傍の断面構造概略を示す模式図であり、図3(b)は放熱フィンがある場合における単位面積あたりの冷却能力を示すグラフである。FIG. 3A is a schematic diagram showing an outline of a cross-sectional structure in the vicinity of the semiconductor chip in the case where there are radiating fins, and FIG. 3B is a graph showing the cooling capacity per unit area in the case where there are radiating fins. . 図4(a)は放熱フィンがない場合における半導体チップの近傍の断面構造概略を示す模式図であり、図4(b)は放熱フィンがない場合における単位面積あたりの冷却能力を示すグラフである。FIG. 4A is a schematic diagram showing an outline of a cross-sectional structure in the vicinity of the semiconductor chip when there is no radiation fin, and FIG. 4B is a graph showing the cooling capacity per unit area when there is no radiation fin. . 本発明の第2の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の変形例に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the modification of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係わる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ベースプレート
2…半導体チップ
3…本体部
4…押さえ部
5…仕切り板
8…ヒートシンク
9…第1の開孔部
10…第2の開孔部
11…冷媒室
12…第1の冷媒室
13…第2の冷媒室
15a…第1の主面
15b…第2の主面
16…接合面
19…凸部(放熱フィン)
27…ネジ
31…ゴム部材
32、37…接着層
33…セラミックス基板
34…接着剤
35…金属板
36…絶縁層
38…モールド樹脂
39…密閉体(モジュール)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base plate 2 ... Semiconductor chip 3 ... Main-body part 4 ... Holding part 5 ... Partition plate 8 ... Heat sink 9 ... 1st opening part 10 ... 2nd opening part 11 ... Refrigerant chamber 12 ... 1st refrigerant | coolant chamber 13 ... 2nd refrigerant | coolant chamber 15a ... 1st main surface 15b ... 2nd main surface 16 ... Joining surface 19 ... Convex part (radiation fin)
27 ... Screw 31 ... Rubber member 32, 37 ... Adhesive layer 33 ... Ceramic substrate 34 ... Adhesive 35 ... Metal plate 36 ... Insulating layer 38 ... Mold resin 39 ... Sealed body (module)

Claims (15)

第1の主面と第1の主面に対向する第2の主面とを有するベースプレートと、
前記第1の主面に接合された半導体チップと、
前記第2の主面に接合された接合面を有する本体部を備えるヒートシンクと、
前記第2の主面のうち前記半導体チップの端部に対応する位置近傍に配置された環状または枠状の凸部とを有し、
前記接合面には前記半導体チップが配置されている位置に対応して第1の開孔部が形成され、前記本体部の内部と前記第1の開孔部から表出した前記第2の主面及び前記凸部とで囲まれた領域で定義される冷媒室を流通する冷媒は前記第1の開孔部を介して前記第2の主面及び前記凸部に直接接触し、前記凸部の側面は前記第1の開孔部の側面に接していることを特徴とする半導体装置。
A base plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
A semiconductor chip bonded to the first main surface;
A heat sink comprising a main body having a joint surface joined to the second main surface;
An annular or frame-like convex portion arranged in the vicinity of a position corresponding to an end portion of the semiconductor chip in the second main surface;
A first opening is formed in the joint surface corresponding to the position where the semiconductor chip is disposed, and the second main body exposed from the inside of the main body and the first opening. The refrigerant flowing through the refrigerant chamber defined by the area surrounded by the surface and the convex portion is in direct contact with the second main surface and the convex portion via the first aperture, and the convex portion A side surface of the semiconductor device is in contact with the side surface of the first opening.
前記ヒートシンクは、前記本体部の内部に前記ベースプレートに平行に配置された仕切り板を更に有し、前記仕切り板は、前記半導体チップが配置されている位置に対応して第2の開孔部を有し、前記冷媒室は、前記仕切り板を境にして前記ベースプレート側に位置する第1の冷媒室と第2の冷媒室とに分けられ、前記冷媒は前記第2の冷媒室から前記第2の開孔部を経て前記第1の冷媒室へ流れることにより前記第1の開孔部を経て前記第2の主面に衝突することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The heat sink further includes a partition plate disposed in parallel to the base plate in the main body, and the partition plate has a second opening corresponding to a position where the semiconductor chip is disposed. And the refrigerant chamber is divided into a first refrigerant chamber and a second refrigerant chamber located on the base plate side with the partition plate as a boundary, and the refrigerant is separated from the second refrigerant chamber to the second refrigerant chamber. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device collides with the second main surface through the first opening by flowing into the first refrigerant chamber through the opening. 前記凸部は放熱フィンであることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein said convex portion is heat fin release. 前記放熱フィンは接着により前記ベースプレートに接合されていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the radiating fin is bonded to the base plate by bonding. 前記第1の開孔部の側面に沿って配置されたゴム部材を更に有し、前記凸部の側面は前記ゴム部材を介して前記第1の開孔部の側面に接していることを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載の半導体装置。   It further has a rubber member disposed along the side surface of the first aperture portion, and the side surface of the convex portion is in contact with the side surface of the first aperture portion via the rubber member. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記ベースプレートは、接着により前記ヒートシンクに接合されていることを特徴とする請求項1乃至5何れか1項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the base plate is bonded to the heat sink by bonding. 前記ヒートシンクは、前記第1の主面の外周部分に配置された押さえ部を更に有し、前記本体部及び前記押さえ部が前記ベースプレートを挟むことを特徴とする請求項1乃至6何れか1項記載の半導体装置。   The heat sink further includes a pressing portion disposed on an outer peripheral portion of the first main surface, and the main body portion and the pressing portion sandwich the base plate. The semiconductor device described. 前記押さえ部と前記本体部とを圧接接合する固定部品を更に有することを特徴とする請求項7記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 7, further comprising a fixing component that press-joins the pressing portion and the main body portion. 前記半導体チップと前記ベースプレートとの間に配置されたセラミックス基板を更に有することを特徴とする請求項1乃至8何れか1項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a ceramic substrate disposed between the semiconductor chip and the base plate. 前記ベースプレートは、セラミックス基板、或いはセラミックス基板及び金属部材の積層基板からなることを特徴とする請求項1乃至8何れか1項記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the base plate is made of a ceramic substrate or a laminated substrate of a ceramic substrate and a metal member. 前記ベースプレートは、前記半導体チップが接合された金属板と、前記金属板の前記第2の主面側に配置された絶縁層とを備えることを特徴とする請求項1乃至8何れか1項記載の半導体装置。   The said base plate is equipped with the metal plate to which the said semiconductor chip was joined, and the insulating layer arrange | positioned at the said 2nd main surface side of the said metal plate, The any one of Claim 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device. 前記ゴム部材は、前記本体部の接合面上に延伸されていることを特徴とする請求項5乃至11何れか1項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the rubber member is extended on a joint surface of the main body. 前記半導体チップはモールド樹脂により封止されていることを特徴とする請求項1乃至12何れか1項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor chip is sealed with a mold resin. 前記ベースプレートの前記第1の主面に、複数の半導体チップがモールド樹脂により封止された密閉体としてのモジュールが配置され、前記本体部と前記押さえ部は、前記ベースプレート及び前記モジュールを挟み込むことを特徴とする請求項7又は8記載の半導体装置。   A module as a sealed body in which a plurality of semiconductor chips are sealed with mold resin is disposed on the first main surface of the base plate, and the main body portion and the pressing portion sandwich the base plate and the module. 9. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is characterized in that: 前記半導体装置は、負荷としての交流モータを駆動する為に供せられるインバータ装置からなることを特徴とする請求項1乃至14何れか1項記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device comprises an inverter device used for driving an AC motor as a load.
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