JP5891616B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。

半導体素子と、半導体素子の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された金属板と、各金属板における半導体素子とは反対側の面である放熱面に熱的に接合された冷却器とを備える半導体装置において、互いに対向する金属板の放熱面と冷却器の接合面とには、それぞれ凹凸が形成されるとともに、両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、互いに対向する金属板の放熱面と冷却器の接合面との間には、電気的に絶縁性を有する絶縁膜が介在しており、この絶縁膜を介して当該両面の凹凸が噛み合っている半導体装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１０−０６２４９０号公報

しかしながら、接合面に充填されるグリースが膨張及び収縮を繰り返し、グリースが金属板と冷却器との間の隙間に掃き出されてしまい、冷却性能が下がるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能を維持する半導体装置を提供することである。

本発明は、伝熱部材が設けられた領域の外側で、冷却器と対向する半導体モジュールの表面、又は、半導体モジュールと対向する冷却器の表面の少なくとも一方の表面に、凹部を形成することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、凹部によって、半導体モジュールと冷却器との間の隙間が拡張されているため、伝熱部材が半導体モジュールと冷却器との間の冷却領域の外側に掃き出されにくくなり、その結果として、冷却性能を維持することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置に含まれる半導体モジュールの断面図である。 図１の半導体モジュールの断面図である。 比較例の半導体装置の断面図である。 図３のＸ部分の拡大図である。 ポンプアウト後の様子を説明するための図であり、図３のＸ部分の拡大図に相当する図である。 本発明の変形例に係る半導体モジュールの断面図である。 本発明の変形例に係る半導体装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の変形例に係る半導体装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の変形例に係る半導体装置の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置に含まれる半導体モジュールの斜視図である。 図１２ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１２ａの半導体モジュールの平面図である。 本発明の変形例に係る半導体装置に含まれる冷却器の斜視図である。 図１３ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１３ａの冷却器の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は本発明の実施形態に係る半導体装置１００に含まれる半導体モジュール１の断面図である。本実施形態における半導体装置１００は、例えば、自動車に搭載される三相電圧型ＰＭＷ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータ等の電力変換装置（電力制御装置）に組み込まれる装置である。

図１に示すように、半導体モジュール１は、半導体素子１１と、第１のはんだ接続部１２と、第２のはんだ接続部１３と、第１の導電板１４と、第２の導電板１５と、モールド部１６と、を備えている。半導体素子１１には、整流ダイオード、サイリスタ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワーデバイスが用いられ、以下、ＩＧＢＴを例として、説明する。

半導体素子１１の上面にはコレクタ電極が形成され、下面にはエミッタ電極が形成されている。また半導体素子１１のベース電極は、図示しないボンディングワイヤを介して駆動基板（図示しない）に接続されている。半導体素子１１の上面には、板状の第１の導電板１４が設けられ、半導体素子１１の上面と第１の導電板１４は、第１のはんだ接続部１２を介して接続されている。第１の導電板１４は、第１の接続部１４１と第１の導出部１４２とを有しており、第１の接続部１４１及び第１の導出部１４２は一体に形成されている。第１の接続部１４１は、後述するモールド部１６に収容され、第１のはんだ接続部１２を介して、半導体素子１１の上面に接続されている。第１の導出部１４２は第１の接続部１４１から外方に導出し、第１の導出部１４２の一部はモールド部１６から露出している。当該露出部分が半導体モジュール１の端子部となる。

第２の導電板１５は、第２の接続部１５１と第２の導出部１５２とを有しており、第２の接続部１５１及び第２の導出部１５２は一体に形成されている。第２の接続部１５１は、後述するモールド部１６に収容され、第２のはんだ接続部１３を介して、半導体素子１１の下面に接続されている。第２の導出部１５２は第２の接続部１５１から外方に導出し、第２の導出部１５２の一部はモールド部１６から露出している。当該露出部分が半導体モジュール１の端子部となる。第１の導電板１４及び第２の導電板１５は、例えば銅により形成される。

第１のはんだ接続部１２及び第２のはんだ接続部１３は、半導体素子１１の表面と第１の導電板１４との間、及び、半導体素子１１の表面と第２の導電板１５との間にそれぞれ介在して、半導体素子１１と第１の導電板１４及び第２の導電板１５との間を、それぞれ電気的に接続しつつ熱伝達するよう設けられている。

モールド部１６は、エポキシ系樹脂やＰＰＣ樹脂等の塑性変形可能な絶縁体で構成されており、半導体素子１１と、第１のはんだ接続部１２及び第２のはんだ接続部１３と、第１の導電板１４及び第２の導電板１５とを封止している。第１の接続部１４１の上面は、モールド部１６により覆われているが、第２の接続部１５１の下面は、モールド部１６に覆われておらず、露出している。第２の接続部１５１の下面は、冷却器２の冷却面と対向し、半導体素子１１の熱を冷却器２に放熱するための放熱面となる。

モールド部１６の底面は、第２の接続部１５１の下面と面一になるよう形成されており、当該底面において、第２の接続部１５１の下面の外側の位置に、凹部１６１が形成されている。凹部１６１は、第２の接続部１５１の下面に沿った方向において、第２の接続部１５１を狭持する位置に形成されている。凹部１６１は、モールド部１６の底面から、モールド部１６の上面、言い換えると、モールド部１６の内側に向けて凹んだ形状であり、複数の凹んだ部分を有している。これにより、モールド部１６の底面及び凹部１６１の表面により覆われる空間内には、隙間が形成される。

次に、図２を用いて、本例の半導体装置１００を説明する。図２は半導体装置１００の断面図である。なお、図２は、半導体モジュール１のうち、第２の接続部１５１及びモールド部１６を図示しており、他の構成の図示は省略されている。

図２に示すように、冷却器２は、アルミニウム等の材料により形成され、半導体モジュール１と当接する当接面２１と、収容部２２とを備えている。当接面２１は、半導体モジュール１の下面と対向し、放熱グリース３及び図示しない絶縁シートを介して、半導体モジュール１に押圧され、接続されている。収容部２２内には、水などの冷却冷媒を通すための流路が設けられている。そして、流路内を水が循環することで、半導体モジュール１の熱を奪い、半導体モジュール１を冷却する。なお、収容部２２に冷却ファンを設けてもよい。

放熱グリース３は、第２の導電板１５と冷却器２との間に介在し、第２の導電板１５の熱を冷却器２に熱伝導させていている。放熱グリース３は、第２導電板１５の下面と当接面２１との間に形成される隙間を充填するための充填材であり、シリコングリース等により形成されている。放熱グリース３は、熱伝導により、半導体素子１１の熱を逃がす部分に設けられ、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間に設けられる。また、放熱グリース３は、第２の接続部１５１の底面に設けられるため、凹部１６１は、放熱グリース３が設けられた領域の外側で、当該領域の外周に形成され、放熱グリース３と当接しない領域に設けられることになる。

当接面２１、及び、半導体モジュール１の底面である、第２の接続部１５１の下面及びモールド部１６の底面は平行になっており、第２の接続部１５１の下面と当接面２１との間には、絶縁シート（図示しない）及び放熱グリース３が介在しているため、第２の接続部１５１の外側の、モールド部１６の底面と当接面２１との間に隙間が形成される。また、第２の接続部１５１の外側の、モールド部１６の底面には、凹部１６１が形成される。凹部１６１との表面と当接面２１との距離は、凹部１６１を有さない半導体モジュール１の底面と当接部２１との距離より長くなっている。言い換えると、半導体モジュール１の底面と当接面２１により形成される隙間は、凹部１６１の部分で、凹部１６１を有さない部分より大きくなっている。

半導体モジュール１が駆動すると、半導体素子１１で熱が発生する。当該熱は、第２の導電板１５を伝わり、半導体モジュール１の放熱面から、放熱グリース３を伝わって、冷却器２の冷却面に伝わる。これにより、半導体モジュール１が冷却される。すなわち、導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面とで形成される空間が、半導体モジュール１を冷却するための冷却領域となる。

ここで、図３を用いて、放熱グリース３のポンプアウトについて説明する。図３ａは、本例とは異なり、凹部１６１を設けていない、比較例に係る半導体装置の断面図である。図３ｂはポンプアウトする前の状態の半導体装置であり、図３ａのＸ部分の拡大図である。図３ｃはポンプアウトした後の状態の半導体装置であり、図３ａのＸ部分に相当する拡大図である。

図３ａ及び図３ｂに示すように、初期状態（半導体装置の製造後、半導体モジュール１を通電していない状態）では、放熱グリース３が、第２の接続部１５１と冷却器２との間の隙間を埋めるように充填されている。図３ａの半導体モジュール１を備えたインバータを駆動させると、インバータの使用環境に応じて、放熱グリース３は熱により膨張したり、収縮したりする。そのため、放熱グリース３は経時的に変化し、図３ｃの矢印に示すように、冷却器２の表面に沿って外側に掃き出されてしまう。そして、このような放熱グリース３が掃き出される現象をポンプアウトという。またポンプアウトは、熱によるものだけではなく、機械的な力が放熱グリース３に加わることによっても発生する。

ポンプアウトが発生すると、第２の導電板１５の下面と冷却器２の表面との間の隙間体積が大きくなるため、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の熱伝導性が悪くなり、冷却器２による冷却効果が落ちてしまう。

図２に戻り、本例の半導体装置１００に設けられる凹部１６１の作用について、説明する。本例では、放熱グリース３が設けられる領域の外側で、半導体モジュール１の底面に、凹部１６１を設けている。半導体モジュール１の底面と冷却器２の当接面２１との間の断面積について、凹部１６１を有する部分における当該断面積は、凹部１６１を有さない部分における当該断面積より拡張されている。そのため、放熱グリース３が熱膨張及び収縮を繰り返した場合でも、放熱グリース３を、第２の接続部１５１の底面と冷却器２の当接面２１との間の領域内に留めることができ、ポンプアウト現象を抑制することができる。また、凹部１６１を形成することで、半導体モジュール１の底面と冷却器２の当接面２１との間の隙間の間隔が、凹部１６１の部分で大きくなっているため、放熱グリース３の表面張力により、放熱グリース３が、第２の接続部１５１の底面と冷却器２の当接面２１との間の領域内に引き戻されるように作用する。そのため、本例は、ポンプアウト現象を抑制することができる。

上記のように、本例は、放熱グリース３が設けられた領域の外側で、冷却器２と対向する半導体モジュール１の表面に凹部１６１を有する。これにより、凹部１６１の部分において、半導体モジュール１の表面と冷却器２の表面との間の隙間断面積が拡張されるため、放熱グリース３を、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の空間に留めることができ、ポンプアウトを抑制することができる。また、凹部１６１の部分において、放熱グリース３の表面張力により、放熱グリース３を当該空間に引き戻すことができる。また放熱グリース３中のオイル成分が冷却器２の表面に染み出ること（オイル成分のブリードアウト現象）を防ぐことができる。その結果として、本例の半導体装置１００は冷却性能を維持することができる。

また本例は、凹部１６１において、凹みを複数形成しているため、隙間の断面積が連続的に変化させ、隙間断面積の変化量を確保することができる。そのため、半導体モジュール１の表面に深い凹みを設けなくてもよく、半導体モジュール１の薄型化を図ることができる。

なお、本例は、片面冷却方式の半導体装置１００において、半導体モジュール１の底面に凹部１６１を形成したが、図４及び図５に示すように、半導体モジュール１の上面に凹部１６１を形成し、両面冷却式の半導体装置１００としてもよい。図４は本例の変形に係る半導体装置１００に含まれる半導体モジュール１の断面図であり、図５は本例の変形に係る半導体装置１００の断面図である。

図４に示すように、第１の接続部１４１の上面は、モールド部１６に覆われておらず、露出している。第１の接続部１４１の上面は、冷却器２ａの冷却面と対向し、半導体素子１１の熱を冷却器２ａに放熱するための放熱面となる。モールド部１６の上面は、第１の接続部１４１の上面と面一になるよう形成されており、当該上面において、第１の接続部１４１の上面の外側の位置に、凹部１６２が形成されている。凹部１６２は、第１の接続部１４１の上面に沿った方向において、第１の接続部１４１を狭持する位置に形成されている。凹部１６２は、モールド部１６の上面から、モールド部１６の底面、言い換えると、モールド部１６の内側に向けて凹んだ形状であり、複数の凹んだ部分を有している。これにより、モールド部１６の上面及び凹部１６２の表面により覆われる空間内には、隙間が形成される。

図５に示すように、冷却器２は、上側の冷却器２ａと下側の冷却器２ｂとを備えている。冷却器２ａの下面は、半導体モジュール１の上面と対向し、放熱グリース３及び図示しない絶縁シートを介して、半導体モジュール１に押圧し、接続されている。放熱グリース３ａは、第１の接続部１４１と冷却器２ａとの間に介在し、第１の導電板１４の熱を冷却器２に熱伝導させている。放熱グリース３ａは、第１の接続部１４１の上面に設けられるため、凹部１６２は、放熱グリース３ａが設けられた領域の外側で、放熱グリース３ａと当接しない領域に設けられることになる。なお、冷却器２ｂ、放熱グリース３ｂ及び半導体モジュール１のうち下側の構成は、片面冷却方式の半導体装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。これにより、本例は、両面冷却方式の半導体装置１００において、片面冷却方式の半導体装置１００と同様に、放熱グリース３ａ、３ｂのポンプアウトを抑制することができ、冷却性能を維持することができる。また放熱グリース３ａ、３ｂ中のオイル成分が冷却器２ａ、２ｂの表面に染み出ること（オイル成分のブリードアウト現象）を防ぐことができる。

なお、本例において、凹部１６１、１６２は必ずしも複数設ける必要はなく、１つであってもよい。また凹部１６１、１６２は、必ずしも、放熱グリース３が設けられた領域の外周を一周に渡って形成する必要はない。

上記の放電グリース３、３ａ、３ｂが本発明の「伝熱部材」に相当する。

《第２実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、冷却器２の表面に凹部２０１、２０２を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図６に示すように、半導体モジュール１の表面である、上面及び下面には、第１の接続部１４１及び第２の接続部１５１がそれぞれ露出している。放熱グリース３ａ及び放熱グリース３ｂは、冷却器２ａの表面と半導体モジュール１の上面との間、冷却器２ａの表面と半導体モジュール１の下面との間に設けられている。また放熱グリース３ａ及び放熱グリース３ｂは、第１の接続部１４１及び第２の接続部１５１の表面のうち、一部の表面に設けられている。凹部２０１及び凹部２０２は、冷却器２ａの底面及び冷却器２ｂの上面に、それぞれ形成されている。また凹部２０１及び凹部２０２は、放熱グリース３ａ、放熱グリース３ｂが設けられる領域の外側で、放熱グリース３ａ、放熱グリース３ｂと当接しない位置に形成されている。

冷却器２ａ、２ｂは、放熱グリース３ａ及び放熱グリース３ｂと、図示しない絶縁シートとを介して、半導体モジュール１に押圧され、半導体モジュール１に接続される。冷却器２ａの表面と第１の接続部１４１の上面との間において、凹部２０１が形成されている部分には、放熱グリース３ａが充填されない。そのため、冷却器２ａの当接面２１と、半導体モジュール１の放熱面となる、第１の接続部１４１の表面とにより形成される隙間は、凹部２０１の部分で、凹部２０１を有さない部分より大きくなっている。また、冷却器２ｂの表面と第２の接続部１５１の下面との間において、凹部２０２が形成されている部分には、放熱グリース３ｂが充填されない。そのため、冷却器２ｂの当接面２２と、半導体モジュール１の放熱面となる、第２の接続部１５１の表面とにより形成される隙間は、凹部２０２の部分で、凹部２０２を有さない部分より大きくなっている。

上記のように、本例は、放熱グリース３が設けられた領域の外側で、半導体モジュール１と対向する冷却器２ａ、２ｂの表面に凹部２０１、２０２を有する。これにより、凹部２０１、２０２の部分において、半導体モジュール１の表面と冷却器２ａ、２ｂの表面との間の隙間断面積が拡張されるため、放熱グリース３ａ、３ｂを、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の空間に留めることができ、ポンプアウトを抑制することができる。また、凹部２０１、２０２の部分において、放熱グリース３ａ、３ｂの表面張力により、放熱グリース３ａ、３ｂを当該空間に引き戻すことができる。その結果として、本例の半導体装置１００は冷却性能を維持することができる。

また本例は、凹部２０１、２０２において、凹みを複数形成しているため、隙間の断面積が連続的に変化し、隙間断面積の変化量を確保することができる。そのため、冷却器２ａ、２ｂの表面に深い凹みを設けなくてもよく、冷却器２ａ、２ｂの薄型化を図ることができる。

なお、本例は、図７に示すように、半導体モジュール１の表面に凹部１６１、１６２を形成し、冷却器２ａ、２ｂの表面に凹部２０１、２０２を形成してもよい。図７は、本例の変形例に係る両面冷却方式の半導体装置１００の断面図である。また本例は、両面冷却方式の半導体装置１００に限らず、片面冷却方式の半導体装置１００に適用してもよい。

《第３実施形態》
図８は、発明の他の実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、樹脂部１７に凹部１７１を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図８に示すように、半導体モジュール１の表面には、第２の接続部１５１と樹脂部１７とが形成されている。樹脂部１７は、絶縁性の樹脂材料により形成され、第２の接続部１５１の外周に設けられ、第２の接続部１５１を側面から覆うように形成されている。また樹脂部１７は、冷却器２の表面と対向する位置に形成されている。そして、樹脂部１７の下面及び第２の接続部１５１の下面が、冷却器２の表面との当接面となる。凹部１７１は、樹脂部１７の下面に形成され、冷却器２の表面と対向している。凹部１７１は、放熱グリース３が設けられた領域の外側で、放熱グリース３と当接しない領域に設けられる。放熱グリース３は、第２の接続部１５１の下面に充填され、樹脂部１７の表面には充填されていない。

半導体モジュール１が、放熱グリース３及び絶縁シート（図示しない）を介して、冷却器２に押圧されると、第２の接続部１５１の下面と冷却器２の表面との間には、放熱グリース３が充填されるが、凹部１７１の表面と冷却器２の表面との間には、隙間が形成される。そのため、半導体モジュール１の表面と、冷却器２の表面２１とにより形成される隙間は、凹部１７１の部分で、凹部１７１を有さない部分より大きくなっている。

上記のように、本例は、第２の接続部１５１の外周で、冷却器２の表面と対向する位置に樹脂部１７を有し、冷却器２の表面と対向する、樹脂部１７の表面に凹部１７１を形成する。凹部１７１の部分において、半導体モジュール１の表面と冷却器２の表面との間の隙間断面積が拡張されるため、放熱グリース３を、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の空間に留めることができ、ポンプアウトを抑制することができる。また、凹部１７１の部分において、放熱グリース３の表面張力により、放熱グリース３を当該空間に引き戻すことができる。その結果として、本例の半導体装置１００は冷却性能を維持することができる。

なお、本例は、片面冷却方式の半導体装置１００に限らず、両面冷却方式の半導体装置１００に適用してもよい。

《第４実施形態》
図９は、発明の他の実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。本例では上述した第３実施形態に対して、樹脂部１７と対向する、冷却器２の表面に凹部２０２を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第３実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図９に示すように、凹部２０２は、冷却器２の表面に形成され、樹脂部１７と対向している。凹部２０２は、放熱グリース３が設けられた領域の外側で、放熱グリース３と当接しない領域に設けられる。放熱グリース３は、第２の接続部１５１の下面に充填され、樹脂部１７の表面及び凹部２０２の表面には充填されていない。

半導体モジュール１が、放熱グリース３及び絶縁シート（図示しない）を介して、冷却器２に押圧されると、第２の接続部１５１の下面と冷却器２の表面との間には、放熱グリース３が充填されるが、凹部２０２と樹脂部１７の表面との間には、隙間が形成される。そのため、半導体モジュール１の表面と、冷却器２の表面２１とにより形成される隙間は、凹部２０２の部分で、凹部２０２を有さない部分より大きくなっている。

上記のように、本例は、第２の接続部１５１の外周で、冷却器２の表面と対向する位置に樹脂部１７を有し、樹脂部１７と対向する、冷却器２の表面に凹部２０２を形成する。凹部２０２の部分において、半導体モジュール１の表面と冷却器２の表面との間の隙間断面積が拡張されるため、放熱グリース３を、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の空間に留めることができ、ポンプアウトを抑制することができる。また、凹部２０２の部分において、放熱グリース３の表面張力により、放熱グリース３を当該空間に引き戻すことができる。その結果として、本例の半導体装置１００は冷却性能を維持することができる。

なお、本例は、片面冷却方式の半導体装置１００に限らず、両面冷却方式の半導体装置１００に適用してもよい。また、図１０に示すように、樹脂部１７に凹部１７１を設けてもよい。図１０は、本発明の変形例に係る半導体装置１００の断面図である。

《第５実施形態》
図１１は、発明の他の実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。本例では上述した第２実施形態に対して、第１の接続部１４１及び第２の接続部１５１に、凹部１４３及び凹部１５３をそれぞれ設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第２実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図１１に示すように、凹部１４３は、冷却器２ａの表面と対向する、第１の接続部１４１の表面に形成され、凹部１５３は、冷却器２ｂの表面と対向する、第２の接続部１５１の表面に形成されている。また、凹部１４３及び凹部１５３は、放熱グリース３ａ及び放熱グリース３ｂが設けられる領域の外側で、放熱グリース３ａ及び放熱グリース３ｂと当接しない位置に形成されている。

冷却器２ａ、２ｂは、放熱グリース３ａ及び放熱グリース３ｂと、図示しない絶縁シートとを介して、半導体モジュール１に押圧され、半導体モジュール１に接続される。冷却器２ａの表面と第１の接続部１４１の上面との間において、凹部１４３が形成されている部分には、放熱グリース３ａが充填されない。そのため、冷却器２ａの当接面２１と、半導体モジュール１の放熱面となる、第１の接続部１４１の表面とにより形成される隙間は、凹部１４３の部分で、凹部１４３を有さない部分より大きくなっている。また、冷却器２ｂの表面と第２の接続部１５１の下面との間において、凹部１５３が形成されている部分には、放熱グリース３ｂが充填されない。そのため、冷却器２ｂの当接面２２と、半導体モジュール１の放熱面となる、第２の接続部１５１の表面とにより形成される隙間は、凹部１５３の部分で、凹部１５３を有さない部分より大きくなっている。

上記のように、本例は、放熱グリース３が設けられた領域の外側で、冷却器２ａ、２ｂと対向する第１の接続部１４１及び第２の接続部１５１の表面に凹部１４３及び凹部１５３をそれぞれ有する。これにより、凹部１４３、１５３の部分において、半導体モジュール１の表面と冷却器２ａ、２ｂの表面との間の隙間断面積が拡張されるため、放熱グリース３ａ、３ｂを、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の空間に留めることができ、ポンプアウトを抑制することができる。また、凹部１４３、１５３の部分において、放熱グリース３ａ、３ｂの表面張力により、放熱グリース３ａ、３ｂを当該空間に引き戻すことができる。

なお本例は、両面冷却方式の半導体装置１００に限らず、片面冷却方式の半導体装置１００に適用してもよい。

《第６実施形態》
図１２ａ〜図１２ｃは、発明の他の実施形態に係る半導体装置１００に含まれる半導体モジュール１を示す図である。本例では上述した第１実施形態に対して、凹部１６１を、一本の溝により形成している点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。図１２ａは半導体モジュールの斜視図を、図１２ｂは図１２ａのＡ−Ａ線に沿う断面図を、図１２ｃは半導体モジュールの平面図である。

図１２ａ〜図１２ｃに示すように、第２の接続部１５１は直方体形状に形成され、第２の接続部１５１の側面方向において、第２の接続部１５１の外周を囲うよう、凹部１６１が形成されている。凹部１６１は一本の溝で形成され、当該一本の溝は、第２の接続部１５１の外周に沿って繋がっている。これにより、第２の接続部１５１の外周は、凹部１６１で囲まれている。

また第１の実施形態と同様に、第２の接続部１５１の表面には、放熱グリース３が形成されるため、凹部１６１は、放熱グリース３が設けられる領域の外周を囲うように形成される。

上記のように、本例において、凹部１６１は、放熱グリース３が設けられる領域の外周を囲った一本の溝により形成される。これにより、凹部１６１の部分において、半導体モジュール１の表面と冷却器２の表面との間の隙間断面積が拡張されるため、放熱グリース３を、半導体モジュール１の放熱面と冷却器２の冷却面との間の空間に留めることができ、ポンプアウトを抑制することができる。また、凹部１６１の部分において、放熱グリース３の表面張力により、放熱グリース３を当該空間に引き戻すことができる。また放熱グリース３中のオイル成分が冷却器２の表面に染み出ること（オイル成分のブリードアウト現象）を防ぐことができる。その結果として、本例の半導体装置１００は冷却性能を維持することができる。

なお、本例は、一本の溝により形成される凹部２０２を、図１３ａ〜１３ｃに示すように、冷却器２の表面に形成してもよい。図１３ａは本発明の変形例に係る半導体装置１００に含まれる冷却器２の斜視図を、図１３ｂは図１３ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図を、図１３ｃは冷却器２の平面図である。

図１３ａ〜図１３ｃに示すように、放熱モジュール３が設けられる部分の外周に沿って、凹部２０２が形成されている。凹部２０２は一本の溝で、冷却器２の表面に形成され、当該一本の溝は、放熱グリース３が設けられる部分の外周に沿うよう繋がっている。凹部１６１で囲まれている部分には、第２の接続部１５１が、放熱グリース３及び図示しない絶縁シートを介して、押圧される。凹部１６１で囲まれている部分が、放熱モジュール３が設けられる部分となる。

なお、本例は、凹部１６１、凹部２０２を一本の溝により形成したが、必ずしも一本である必要はなく、複数の溝であってもよい。また、本例は、片面冷却方式の半導体装置１００に限らず、両面冷却方式の半導体装置１００に適用してもよい。

１００…半導体装置
１…半導体モジュール
１１…半導体素子
１２…第１のはんだ接続部
１３…第２のはんだ接続部
１４…第１の導電板
１４１…第１の接続部
１４２…第１の導出部
１４３…凹部
１５…第２の導電板
１５１…第２の接続部
１５２…第２の導出部
１５３…凹部
１６…モールド部
１６１…凹部
１７…樹脂部
１７１…凹部
２…冷却器
２ａ、２ｂ…冷却器
２１…当接面
２２…収容部
２０１、２０２…凹部
３、３ａ、３ｂ…放熱グリース

Claims (4)

1. 半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールの表面に設けられ、前記半導体モジュールを冷却する冷却器と、
   前記半導体モジュールと前記冷却器との間に設けられ、熱伝導性を有する放熱グリースとを備えた半導体装置であって、
   前記放熱グリースが設けられた領域の外側で、前記冷却器と対向する前記半導体モジュールの表面、又は、前記半導体モジュールと対向する前記冷却器の表面の少なくとも一方の表面に、凹部が形成されており、
   前記凹部は、
   前記半導体装置の製造後の初期状態において、前記放熱グリースが設けられた所定の領域の外周に前記放熱グリースと当接しないよう形成されており、かつ、
   前記放熱グリースを前記所定の領域内に留めることで、前記初期状態より後に発生する前記放熱グリースのポンプアウト現象を抑制する
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体モジュールは、
   半導体素子と、前記半導体素子の表面に設けられた金属体と、前記金属体の外周に、かつ、前記冷却器の表面と対向する位置に設けられた樹脂部とを有し、
   前記凹部は、前記冷却器と対向する前記樹脂部の表面に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記半導体モジュールは、
   半導体素子と、前記半導体素子の表面に設けられた金属体と、前記金属体の外周に、かつ、前記冷却器の表面と対向する位置に設けられた樹脂部とを有し、
   前記凹部は、前記冷却器の表面のうち前記樹脂部と対向する部分に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記凹部は、前記所定の領域の外周を囲う、少なくとも一本の溝により形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。

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