JP5842411B2

JP5842411B2 - 半導体装置

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Publication number: JP5842411B2
Application number: JP2011145234A
Authority: JP
Inventors: 哲矢松岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: JP2013012631A

Description

本発明は、半導体モジュールと冷却部とをボルトによって固定してなる半導体装置に関する。

従来から、半導体モジュールと冷却部とを備え、両者をボルトにより固定した半導体装置が知られている。図１２に示すごとく、特許文献１に示された半導体装置９は、半導体素子９１１を備える半導体モジュール９１と、冷却フィン９２１を備えたヒートシンク９２と、半導体モジュール９１とヒートシンク９２とを固定するためのボルト９３と、半導体モジュール９１に対してヒートシンク９２に向かう加圧力を付与するバネ部材９４とを備えている。このバネ部材９４は、半導体モジュール９１とヒートシンク９２とをボルト９３によって固定した際に、半導体モジュール９１のたわみ等により、半導体モジュール９１とヒートシンク９２とが密着しないという問題を解決するために配されるものである。

図１２に示すごとく、半導体モジュール９１は、２つの半導体素子９１１と、半導体素子９１１が生じる熱を放熱する放熱板９１２とを有している。２つの半導体素子９１１は、互いに間隔を介して並列に配してあり、樹脂部９１３によって封止されている。放熱板９１２は、半導体素子９１１の主面に対向して配されると共に、放熱面９１４が樹脂部９１３から露出するように配されている。半導体モジュール９１は、２つの半導体素子９１１の間に配される樹脂部９１３に、ボルト９３を挿通する貫通孔９１５を形成してある。

バネ部材９４は、ボルト９３によって固定される前の状態において略すり鉢状をなしており、中央にボルト９３を挿通するボルト挿通穴９４１を形成してある。
ヒートシンク９２は、半導体素子９１と面接触する平板状の本体部９２２と、本体部９２２から半導体素子９１と反対側へ立設形成された複数の冷却フィン９２１と、本体部９２２における半導体モジュール９１との当接面に開口したボルト穴９２３とを備えている。

半導体装置９は、バネ部材９４と半導体モジュール９１とに順次挿通したボルト９３をヒートシンク９２のボルト穴９２３に螺合させることにより構成されている。このとき、ボルト９３を螺合することにより、バネ部材９４が収縮し、半導体モジュール９１をヒートシンク９２に向かって押圧する加圧力が生じる。これにより、半導体モジュール９１とヒートシンク９２とを密着させ、半導体装置９における冷却性能を向上することができる。

特開２００４−８７５５２号公報

ところで、上記の半導体装置９は、上記のごとく、半導体モジュール９１の貫通孔９１５にボルト９３を挿通すると共に、ヒートシンク９２にボルト９３を螺合することにより構成されている。そのため、半導体モジュール９１における半導体素子９１１の位置は、貫通孔９１５を避けた位置とする必要がある。このように、半導体素子９１１の配置に制約が生じるため、半導体モジュール９１における半導体素子９１１の配置の自由度が低くなりやすい。
また、半導体モジュール９１の放熱板９１２も貫通孔９１５を避けるように形成する必要があるため、放熱板９１２の放熱面積が減少する。そのため、貫通孔９１５を形成していない放熱板９１２を備えた半導体モジュール９１に比べ、放熱性が低下するおそれがある。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールにおける半導体素子の配置の自由度を向上すると共に、放熱性に優れた半導体装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、半導体素子を樹脂部内に封止すると共に放熱面を露出させた状態で放熱板を上記樹脂部に保持してなる半導体モジュールと、
上記放熱面に熱的に接触して上記半導体モジュールを冷却する冷却部と、
上記半導体モジュールと上記冷却部とを互いに固定するボルトとを有する半導体装置であって、
上記放熱板は、上記ボルトを螺合するボルト穴を、上記放熱面に開口するように形成してなり、
上記冷却部は、上記ボルトを挿通するボルト挿通穴を貫通形成してなり、
上記ボルトを上記冷却部の上記ボルト挿通穴に挿通すると共に、上記放熱板の上記ボルト穴に螺合することにより、上記半導体モジュールと上記冷却部とが互いに固定されており、
上記ボルトに生じる軸力によって、上記放熱板と上記冷却部とが互いに密着しており、
上記放熱板は、上記樹脂部から上記冷却部側に向かって突出する突出部を有し、該突出部に上記放熱面が形成されており、
上記冷却部には、上記突出部と対応する位置に凹部を有しており、該凹部が上記突出部と嵌合しており、
上記突出部は、該突出部の突出方向と垂直な平面における断面積が上記半導体素子と対向する側と反対側に向かって縮小するテーパ形状を有しており、
上記突出部は、該突出部の突出方向を向いて形成されると共に上記ボルト穴が開口した頂面と、該頂面の外周に形成された突出部テーパ面とを、上記放熱面として有し、
上記冷却部の上記凹部は、上記頂面及び上記突出部テーパ面に接触しており、
上記冷却部と上記半導体モジュールの上記樹脂部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする半導体装置にある（請求項１）。

上記半導体装置においては、上記放熱板に設けた上記ボルト穴に、上記ボルトを螺合して上記半導体モジュールと上記冷却部とを固定している。それゆえ、上記半導体モジュールに上記ボルトを貫通させなくても、上記半導体モジュールと上記冷却部とを上記ボルトによって固定することができる。これにより、上記半導体モジュールの上記樹脂部内に封止する上記半導体素子の配置が上記ボルトによって制限されることがない。それゆえ、上記半導体モジュールにおいて、上記半導体素子の配置の自由度を向上させることができる。

また、上記半導体装置において、上記半導体モジュールと上記冷却部とを固定した上記ボルトは、上記放熱板及び上記冷却部と接触して配される。そのため、上記ボルトに上記放熱板の熱が伝達される。上記ボルトに伝達された熱は、上記冷却部と上記ボルトとの接触部から上記冷却部へと伝達されると共に、上記ボルトから放熱される。したがって、上記半導体装置における上記半導体モジュールの放熱経路を拡大し、放熱性能を向上することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、半導体モジュールにおける半導体素子の配置の自由度を向上すると共に、放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。

参考例１における、半導体装置を示す説明図。参考例１における、半導体装置の分解状態を示す説明図。図２のＡ矢視線における、半導体モジュールを示す説明図。参考例２における、半導体装置を示す説明図。実施例１における、半導体装置を示す説明図。参考例３における、半導体装置を示す説明図。参考例４における、放熱板の形状の一例を示す説明図。参考例５における、半導体装置を示す説明図。参考例６における、放熱板の形状の一例を示す説明図。参考例６における、放熱板のその他の形状例を示す説明図。半導体装置における、放熱板の一例を示す説明図。背景技術における、半導体装置を示す説明図。

上記半導体装置において、上記放熱板は、上記樹脂部から上記冷却部側に向かって突出する突出部を有し、該突出部に上記放熱面が形成されている。これにより、上記放熱板と上記冷却部との接触面圧を向上し、上記放熱板と上記冷却部とをより確実に密着させることができる。
また、上記放熱板における上記放熱面の面積を増大させることができる。したがって、上記放熱板の放熱性能を向上し、上記半導体装置における冷却性能を向上することができる。

また、上記放熱板が、上記樹脂部から突出した上記突出部を備えることにより、上記放熱板の厚さを大きくしやすい。その結果、上記放熱板に形成する上記ボルト穴を深く形成しやすくなり、上記半導体モジュールと上記冷却部との固定力を向上させやすく、ひいては、上記半導体装置の放熱性を向上することができる。

また、上記冷却部には、上記突出部と対応する位置に凹部を有しており、該凹部が上記突出部と嵌合している。これにより、上記冷却部と上記放熱板との接触面積を増大することができる。したがって、上記放熱板から上記冷却部への熱伝達がより効率よく行われる。それゆえ、上記半導体装置の冷却性能をより向上することができる。
また、上記冷却部の上記凹部と上記放熱板の上記突出部とを嵌合することで、互いの位置決めを行うことができる。そのため、上記半導体装置の生産性を向上することができる。

また、上記突出部は、その突出方向と垂直な平面における断面積が上記半導体素子と対向する側と反対側に向かって縮小するテーパ形状を有する。これにより、上記冷却部の上記嵌合部に上記突出部を嵌合させやすい。したがって、上記半導体装置の生産性を向上することができる。また、上記冷却部を、その内側に冷媒流路を形成すると共に、この冷媒流路に冷媒を流通させるように構成した場合、上記凹部において、冷媒を円滑に流通させることができる。そのため、上記のごとく冷媒を流通する冷却部において、上記凹部を形成することによる冷却性能の低下を防止することができる。

また、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を間に配するように上記放熱板を一対有しており、上記一対の放熱板には、それぞれ上記冷却部を固定するよう構成することができる（請求項２）。この場合には、上記一対の放熱板が上記半導体素子を挟み込むように配される。したがって、上記半導体素子により生じる熱を上記一対の放熱板によって、上記半導体モジュールの両面から、より効率よく上記冷却部へと伝達することができる。それゆえ、上記半導体装置の冷却性能を大幅に向上することができる。

（参考例１）
半導体装置にかかる参考例について、図１〜図３を参照して説明する。
本例の半導体装置１は、半導体モジュール２と、冷却部３と、半導体モジュール２と冷却部３とを互いに固定するボルト４とを有している。半導体モジュール２は、半導体素子２１を樹脂部２２内に封止すると共に放熱面２３２を露出させた状態で放熱板２３を樹脂部２２に保持してなる。放熱板２３は、ボルト４を螺合するボルト穴２３５を、放熱面２３２に開口するように形成してなる。冷却部３は、放熱面２３２に熱的に接触して半導体モジュール２を冷却するよう構成されると共に、ボルト４を挿通するボルト挿通穴３５を貫通形成してなる。半導体装置１は、ボルト４を冷却部３のボルト挿通穴３５に挿通すると共に、放熱板２３のボルト穴２３５に螺合することにより、半導体モジュール２と冷却部３とが互いに固定されている。

以下、本例の半導体装置１について、詳細に説明する。
本例の半導体装置１は、図１〜図３に示すごとく、半導体素子２１を備える半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却する冷却部３と、半導体モジュール２と冷却部３とを互いに固定するボルト４とを備えている。

半導体モジュール２は、同図に示すごとく、半導体素子２１と放熱面２３２とを樹脂部２２に保持してなる。
半導体素子２１は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子からなる。半導体素子２１は、略平板状をなしており、樹脂部２２内に封止されている。

図１及び図２に示すごとく、平板状の半導体素子２１における一方の主面と対向する位置には、放熱板２３を配してある。
放熱板２３は、図１〜図３に示すごとく樹脂部２２から冷却部３側に向かって突出する突出部２３１を有し、該突出部２３１の表面に放熱面２３２を備えている。放熱板２３は主面と垂直な方向から見た平面形状が略長方形状をなしており、その突出方向と垂直な平面における断面積が半導体素子２１と反対側に向かって縮小するテーパ形状をなす略四角錐台形状を有している。図３に示すごとく、半導体モジュール２を半導体素子２１の主面と垂直な方向から見たとき、半導体素子２１は、放熱板２３における外周形状の内側に配されている。

また、放熱板２３の突出部２３１は、突出方向に配された頂面２３３と、頂面２３３の反対側に配された底面２３７と、頂面２３３と底面２３７とを繋ぐ突出部テーパ面２３４とを備えている。頂面２３３は、樹脂部２２における冷却部３側に配された表面と平行に配されており、底面２３７は、半導体素子２１の主面と平行に配されている。また、頂面２３３には、その中央に開口されたボルト４を螺合するボルト穴２３５を形成してある。尚、本例においては、放熱板２３の突出部２３１における表面に配された頂面２３３及び突出部テーパ面２３４の露出面を放熱面２３２とする。また、放熱板２３には、銅やアルミニウム合金等の熱伝導性の高い金属材料を用いることが好ましい。

図１及び図２に示すごとく、半導体モジュール２における突出部２３１の突出方向には、放熱板２３の放熱面２３２に熱的に接触して半導体モジュール２を冷却する冷却部３を配してある。
冷却部３は、同図に示すごとく、突出部２３１と対応する位置に凹部３１を有している。この凹部３１は、半導体モジュール２の突出部２３１と対応した略四角錐台形状をなしており、凹部３１に突出部２３１を嵌合可能に構成されている。この凹部３１は、凹部３１の底部に配された底面３１２とテーパ状に配された凹部テーパ面３１３とからなる接触面３１１を有している。また、凹部３１の深さは、突出部２３１の突出高さと同一とした。凹部３１における底部には、突出部２３１のボルト穴２３５と対応した位置に、ボルト４を挿通するボルト挿通穴３５を貫通形成してある。

また、冷却部３は、図１及び図２に示すごとく、その内部に冷媒流路３３を備えており、図示しない冷媒導入管から流入する冷却媒体を流通することができる。冷媒流路３３を流通する冷却媒体は、半導体モジュール２の放熱板２３と熱交換を行うことで半導体モジュール２を冷却する。熱交換により昇温された冷却媒体は、図示しない冷媒排出管から排出される。冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。

半導体装置１は、図１及び図２に示すごとく、半導体モジュール２と冷却部３とを、ボルト４によって固定することにより形成されている。
半導体モジュール２と冷却部３とは、突出部２３１と凹部３１とを嵌合して配する。そして、ボルト４を冷却部３のボルト挿通穴３５に挿通し、突出部２３１の頂面２３３におけるボルト挿通穴３５と対応する位置に開口したボルト穴２３５にボルト４を螺合する。これにより、ボルト４に生じる軸力によって、半導体モジュール２と冷却部３とが密着して固定される。このとき、凹部３１と突出部２３１とは、接触面３１１と放熱面２３２とにおいて密着する。尚、接触面３１１と放熱面２３２との間には、熱伝導性及び絶縁性を備えたグリスを介在させてもよい。

以下、本例の作用効果について説明する。
半導体装置１においては、放熱板２３に設けたボルト穴２３５に、ボルト４を螺合して半導体モジュール２と冷却部３とを固定している。それゆえ、半導体モジュール２にボルト４を貫通させなくても、半導体モジュール２と冷却部３とをボルト４によって固定することができる。これにより、半導体モジュール２の樹脂部２２内に封止する半導体素子２１の配置がボルト４によって制限されることがない。それゆえ、半導体モジュール２において、半導体素子２１の配置の自由度を向上させることができる。

また、半導体装置１において、半導体モジュール２と冷却部３とを固定したボルト４は、放熱板２３及び冷却部３と接触して配される。そのため、ボルト４に放熱板２３の熱が伝達される。ボルト４に伝達された熱は、冷却部３とボルト４との接触部から冷却部３へと伝達されると共に、ボルト４から放熱される。したがって、半導体装置１における半導体モジュール２の放熱経路を拡大し、放熱性能を向上することができる。

また、放熱板２３は、樹脂部２２から冷却部３側に向かって突出する突出部２３１を有し、該突出部２３１に放熱面２３２が形成している。そのため、放熱板２３と冷却部３との接触面圧を向上し、放熱板２３と冷却部３とをより確実に密着させることができる。
また、放熱板２３における放熱面２３２の面積を増大させることができる。したがって、放熱板２３の放熱性能を向上し、半導体装置１における冷却性能を向上することができる。
また、放熱板２３が、樹脂部２２から突出した突出部２３１を備えることにより、放熱板２３の厚さを大きくしやすい。その結果、放熱板２３に形成するボルト穴２３５を深く形成しやすくなり、半導体モジュール２と冷却部３との固定力を向上させやすく、ひいては、半導体装置１の放熱性を向上することができる。

また、冷却部３には、突出部２３１と対応する位置に凹部３１を有しており、該凹部３１が突出部２３１と嵌合する。そのため、冷却部３と放熱板２３との接触面積を増大することができる。したがって、放熱板２３から冷却部３への熱伝達がより効率よく行われる。それゆえ、半導体装置１の冷却性能をより向上することができる。
また、冷却部３の凹部３１と放熱板２３の突出部２３１とを嵌合することで、互いの位置決めを行うことができる。そのため、半導体装置１の生産性を向上することができる。

また、突出部２３１は、その突出方向と垂直な平面における断面積が半導体素子２１と対向する側と反対側に向かって縮小するテーパ形状を有している。この場合には、冷却部３の嵌合部に突出部２３１を嵌合させやすい。したがって、半導体装置１の生産性を向上することができる。また、冷却部３を、その内側に冷媒流路３３を形成すると共に、この冷媒流路３３に冷媒を流通させるように構成した場合、凹部３１において、冷媒を円滑に流通させることができる。そのため、上記のごとく冷媒を流通する冷却部３において、凹部３１を形成することによる冷却性能の低下を防止することができる。

上記のごとく、本例によれば、半導体モジュールにおける半導体素子の配置の自由度を向上すると共に、放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。

（参考例２）
本例に示す半導体装置１は、参考例１に対して、半導体モジュール２及び冷却部３の構成を変更した例である。
図４に示すごとく、本例の半導体装置１における半導体モジュール２は、半導体素子２１を間に配するように放熱板２３を一対有している。すなわち、半導体モジュール２は、平板状の半導体素子２１の両主面に、それぞれ対向する一対の放熱板２３を有しており、半導体素子２１は、一対の放熱板２３に挟まれるように配されている。
また、一対の放熱板２３には、それぞれに１つずつ冷却部３を固定してある。
その他の構成は参考例１と同様である。

本例の半導体装置１の半導体モジュール２において、一対の放熱板２３は、半導体素子２１を挟み込むように配される。したがって、半導体素子２１により生じる熱を、半導体素子２１の両主面と対向して配された一対の放熱板２３によって、半導体モジュール２の両面からより効率よく冷却部３へと伝達することができる。それゆえ、半導体装置１の冷却性能を大幅に向上することができる。
また、参考例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例１）
本例の半導体装置１は、参考例２に対して、冷却部３の形状を変更した例である。
図５に示すごとく、本例の半導体装置１の冷却部３における凹部３１の深さは、放熱板２３の高さよりも小さく設定してある。すなわち、ボルト４によって半導体モジュール２と冷却部３とを固定した際に、半導体モジュール２の樹脂部２２と冷却部３とにおいて互いに対向する対向面の間には隙間が形成される。
また、同図に示すごとく、放熱板２３が嵌合する凹部３１を形成した側と反対側の外側面に、ボルト４と対応した位置に形成されたボルト側凹部３４を有している。このボルト側凹部３４は、ボルト４の頭部の高さと略同一の深さを有する略円錐台形状をなしている。
その他の構成は参考例２と同様である。

上記のごとく、半導体モジュール２の樹脂部２２と冷却部３とにおいて互いに対向する対向面の間に隙間を形成することにより、放熱板２３の放熱面２３２と冷却部３とを、充分な面圧にて確実に接触させることができる。これにより、放熱板２３と冷却部３とをより確実に密着させ、半導体装置１における冷却性能を向上することができる。

また、冷却部３にボルト側凹部３４を設けることにより、半導体モジュール２と冷却部３との積層方向の外側へ、ボルト４の頭部が突出する突出量を小さくすることができる。そのため、半導体装置１の外形を小さくすることができる。
その他、参考例２と同様の作用効果を得ることができる。
尚、本例においては、ボルト側凹部３４の深さと、ボルト４の頭部の高さと同一としたが、ボルト側凹部３４は、ボルト４の頭部の高さよりも深くしてもよいし、浅くしてもよい。これらの場合にも、本例に準ずる効果を得ることができる。

（参考例３）
本例の半導体装置１は、参考例１に対して、放熱板２３及び冷却部３の形状を変更した例である。
図６に示すごとく、半導体装置１における半導体モジュール２の放熱板２３は、断面形状が長方形からなる平板状をなしている。また、放熱面２３２と樹脂部２２の表面とが同一平面状に配されている。
また、冷却部３には凹部が形成されておらず、冷却部３は一様な断面形状を有している。
その他の構成は参考例１と同様である。
本例においても、参考例１と同様の作用効果を得ることができる。

（参考例４）
本例の半導体装置１は、参考例３に対して、放熱板２３の構成を変更した例である。
図７に示すごとく、半導体装置１における半導体モジュール２の放熱板２３は、平板状をなしており、参考例３の放熱板２３に比べて約２倍の厚さを有している。放熱板２３は、その厚さの約半分が樹脂部２２から冷却部３に向かって突出して突出部２３１をなしている。
その他の構成は参考例３と同様である。

本例においては、参考例３に比べて、放熱板２３の厚さを大きく設定してある。そのため、放熱板２３に形成したボルト穴２３５を深く形成し、半導体モジュール２と冷却部３との固定力を向上することができる。それゆえ、半導体装置１の放熱性を向上することができる。
その他、参考例３と同様の作用効果を得ることができる。

（参考例５）
本例に示す半導体装置１は、半導体モジュール２に複数の半導体素子２１を設けた例である。
図８に示すごとく、本例の半導体モジュール２は、２つの半導体素子２１を並列に配置してなる。２つの半導体素子２１における一方の主面側には、各半導体素子２１とそれぞれ対向するように２枚の放熱板２３が配してある。これら２枚の放熱板２３は、平板状をなしており、放熱面２３２と樹脂部２２の表面とが同一平面状となるように配されている。放熱板２３には、放熱面２３２に開口されたボルト穴２３５がそれぞれ形成されている。

また、図８に示すごとく、２つの半導体素子２１における他方の主面側には、２つの半導体素子２１と対向するように配された大型放熱板２３０を配してある。この大型放熱板２３０は、平板状をなしており、樹脂部２２から後述の第２冷却部３０２に向かって突出した突出部２３１を有している。大型放熱板２３０は、その第２冷却部３０２と対向する対向面に開口されたボルト穴２３５を有している。

半導体素子２１の一方の主面側に配された２つの放熱板２３に固定される第１冷却部３０１には、２つの放熱板２３にそれぞれ形成されたボルト穴２３５と対応する位置に、２つの第１ボルト挿通穴３５１を備えている。この第１ボルト挿通穴３５１にそれぞれボルト４を挿通し、２つの放熱板２３のボルト穴２３５に螺合することにより第１冷却部３０１と半導体モジュール２とが固定されている。
また、大型放熱板２３０に固定される第２冷却部３０２には、大型放熱板２３０に形成されたボルト穴２３５と対応する位置に、１つの第２ボルト挿通穴３５２を備えている。この第２ボルト挿通穴３５２にボルト４を挿通し、大型放熱板２３０のボルト穴２３５に螺合することにより第２冷却部３０２と半導体モジュール２とが固定されている。

上述した実施例１、参考例１〜参考例４に示す半導体装置１においては、１つの半導体モジュール２に、１つの半導体素子２１を配したが、本例に示すごとく、１つの半導体モジュール２に、複数の半導体素子２１を配することもできる。
また、同図に示すごとく、半導体素子２１の数に応じて、放熱板２３の数を増減させても良いし、複数の半導体と放熱板２３が対向するよう１つの放熱板２３の大きさを変更してもよい。

また、放熱板２３を複数設ける場合、それぞれ形状の異なる放熱板２３を用いることもできるし、放熱板２３ごとに突出部２３１の有無を設定することもできる。
また、本例においても参考例２と同様の作用効果を得ることができる。

（参考例６）
本例は、図９及び図１０に示すごとく、半導体モジュール２における放熱板２３の形状のバリエーションを示す例である。
すなわち、放熱板２３の形状としては、図９（ａ）〜図９（ｃ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示す種々の形状とすることができる。

尚、図９（ａ）〜図９（ｃ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）の各図において、上側に示すものが厚み方向から見た放熱板２３の形状であり、下側に示すものが厚み方向と直交する側面方向からみた放熱板２３の形状である。また、同図に示す符号２３２、２３３、２３４、２３７は、参考例１に準ずる。

図９（ａ）に示す放熱板２３は、厚み方向から見た形状が略楕円形状の楕円柱形状よりなる。また、図９（ｂ）に示すに示す放熱板２３は、厚み方向から見た形状が略菱形形状の四角柱形状よりなる。また、図９（ｃ）に示すに示す放熱板２３は、厚み方向から見た形状が略長方形状の四角柱形状よりなる。

また、図１０（ａ）に示す放熱板２３は、厚み方向から見た形状が略楕円形状の楕円錐台形状よりなる。また、図１０（ｂ）に示す放熱板２３は、厚み方向から見た形状が略菱形形状の四角錐台形状よりなる。また、図１０（ｃ）に示す放熱板２３は、厚み方向から見た形状が略長方形状の四角柱と、この四角柱と同形状の底面からなる四角錐台とを組み合わせて形成されたものである。
尚、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示す楕円錐台形状及び四角錐台形状は、その突出方向と垂直な平面における断面積が半導体素子２１と対向する側と反対側に向かって縮小するテーパ形状を有するものである。
また、本例は放熱板２３の形状の一例を示したものであり、上述した以外の種々の形状を用いることができる。

本発明の半導体装置１の半導体モジュール２における放熱板２３の材料には、アルミニウム及びアルミニウム合金や銅等、熱伝導性に優れる金属材料を用いることが好ましい。しかし、これらの金属材料は、硬度が小さくボルト４を螺合した際にネジ山のつぶれ等が生じ、必要な軸力を得られない場合がある。そのため、図１１に示すごとく、円筒の内周面をボルト穴２３５とした雌ネジ部材２３６を放熱板２３に配設することもできる。この場合には、放熱板２３の冷却性能を低下させることなく、放熱板２３にボルト４を螺合することが可能となる。尚、雌ネジ部材２３６は、必要とする軸力を得られる組付条件において、ボルト４を螺合した際にネジ山のつぶれ等の不具合を生じることのない強度を有するものであることが好ましい。すなわち、雌ネジ部材２３６の材料としては、例えば、鉄、ステンレス鋼、炭素鋼等を用いることが好ましい。

また、冷却部３は、上述した実施例１、参考例１〜参考例５に示した冷媒流路３３を備えたもの以外にも、冷却能力を有する種々の冷却装置によって構成することができる。例えば、アルミニウム合金や銅を材料とした中実のヒートシンクを冷却部３としてもよいし、これに冷却フィンを備えたものを冷却部３としてもよい。

１半導体装置
２半導体モジュール
２１半導体素子
２２樹脂部
２３放熱板
２３２放熱面
２３５ボルト穴
３冷却部
３５ボルト挿通穴
４ボルト

Claims

半導体素子を樹脂部内に封止すると共に放熱面を露出させた状態で放熱板を上記樹脂部に保持してなる半導体モジュールと、
上記放熱面に熱的に接触して上記半導体モジュールを冷却する冷却部と、
上記半導体モジュールと上記冷却部とを互いに固定するボルトとを有する半導体装置であって、
上記放熱板は、上記ボルトを螺合するボルト穴を、上記放熱面に開口するように形成してなり、
上記冷却部は、上記ボルトを挿通するボルト挿通穴を貫通形成してなり、
上記ボルトを上記冷却部の上記ボルト挿通穴に挿通すると共に、上記放熱板の上記ボルト穴に螺合することにより、上記半導体モジュールと上記冷却部とが互いに固定されており、
上記ボルトに生じる軸力によって、上記放熱板と上記冷却部とが互いに密着しており、
上記放熱板は、上記樹脂部から上記冷却部側に向かって突出する突出部を有し、該突出部に上記放熱面が形成されており、
上記冷却部には、上記突出部と対応する位置に凹部を有しており、該凹部が上記突出部と嵌合しており、
上記突出部は、該突出部の突出方向と垂直な平面における断面積が上記半導体素子と対向する側と反対側に向かって縮小するテーパ形状を有しており、
上記突出部は、該突出部の突出方向を向いて形成されると共に上記ボルト穴が開口した頂面と、該頂面の外周に形成された突出部テーパ面とを、上記放熱面として有し、
上記冷却部の上記凹部は、上記頂面及び上記突出部テーパ面に接触しており、
上記冷却部と上記半導体モジュールの上記樹脂部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を、間に配するように上記放熱板を一対有しており、上記一対の放熱板には、それぞれ上記冷却部を固定してあることを特徴とする半導体装置。