JP6060553B2 - 半導体装置 - Google Patents

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本発明は、半導体装置に関するものである。
従来、ダイパッドの表面に載置されたパワー半導体素子と、ダイパッドの裏面に取り付けられた絶縁板と、絶縁板の裏面に取り付けられた中空熱交換部材とを樹脂モールドしてモジュール化した電子デバイス（半導体装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようにパワー半導体素子を樹脂モールドすることで、パワー半導体素子の信頼性を高めることができる。
また、中空熱交換部材は絶縁板側に対してろう付け、又は、はんだ付けすることが知られている。
特開２００７−３２９１６３号公報
ところが、上述したような半導体装置の構造では、樹脂モールドした樹脂の線膨脹係数と中空熱交換部材の線膨脹係数との違いによって樹脂と中空熱交換部材とが剥離するおそれがある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、樹脂の剥離を抑制することができる半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材を前記冷却器に対してモールドする樹脂と、を有し、前記第１部材は、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、前記冷却器は、第１本体部と該第１本体部より外方に突出された第１接合部とを有する第１プレートと、第２本体部と該第２本体部より外方に突出された第２接合部とを有する第２プレートとを有し、前記第１接合部及び前記第２接合部で接合されて前記第１本体部と第２本体部との間に前記流路部が形成され、前記第１部材が前記第１プレートであり、前記延出部の前記第２の面が前記第１接合部の側面であり、前記樹脂は、前記第１の面及び前記第２の面及び前記第２接合部の側面を覆うように形成されていることを要旨とする。なお、「絶縁基板が搭載された」とは、第１部材上に金属板などの他の部材を介して絶縁基板が搭載されたことも含むものである。
この発明によれば、モールド用の樹脂によって、第１部材の第１の面が覆われるとともに、その第１の面から上方又は下方に延びる第２の面が樹脂製の被覆部材によって覆われる。このため、例えば第１部材及び樹脂が熱膨張したときに、第１の面が広がる方向、つまり樹脂と第１部材との接合面が広がる方向に第１部材が膨張しようとすると、第２の面がそれを覆う被覆部材を押圧することになる。すると、被覆部材からは第２の面を有する第１部材に対して反力が作用することになる。この被覆部材による反力によって第１部材の膨張が抑制される。また、第１部材及び樹脂が熱膨張したときに、第１部材がその第１の面に接合された樹脂に向かって膨脹しようとすると、その樹脂を第１部材の第１の面が押圧することになる。すると、樹脂からは第１の面を有する第１部材に対して反力が作用することになる。この樹脂による反力によって第１部材の膨脹が抑制される。これらによ
り、第１部材と樹脂との膨張量の差を小さくすることができるため、樹脂が第１部材から剥離されることを抑制することができる。
この発明によれば、第１接合部及び第２接合部が流路部よりも外方に突出されるため、それら第１接合部及び第２接合部を全体的に樹脂封止することができる。すなわち、第１接合部及び第２接合部を上方、下方及び側方から樹脂及び被覆部材で覆うことができる。この場合には、第１プレートの熱的な変形を好適に抑制することができるため、第１プレートと樹脂との接合部の信頼性を向上させることができる。また、流路部よりも外方に突出された第１接合部及び第２接合部で接合が行われるため、接合面積を広く確保することができる。したがって、第１プレートと第２プレートとの接合を容易に行うことができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記樹脂の下面は、前記第２接合部の下面または前記第２本体部の下面と同一面となるように形成されていることを要旨とする。
上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、前記第１部材は、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、前記冷却器は、第１本体部と該第１本体部より外方に突出された第１接合部とを有する第１プレートと、第２本体部と該第２本体部より外方に突出された第２接合部とを有する第２プレートとを有し、前記第１接合部及び前記第２接合部で接合されて前記第１本体部と第２本体部との間に前記流路部が形成され、前記第１部材が前記第１プレートであり、前記延出部の前記第２の面が前記第１接合部の側面であり、前記第１接合部は、前記第２接合部の端部より外方に突出された突出部を有し、前記樹脂及び前記被覆部材は、前記突出部全体を覆うように形成されていることを要旨とする。
この発明によれば、第１接合部及び第２接合部が流路部よりも外方に突出されるため、それら第１接合部及び第２接合部を全体的に樹脂封止することができる。すなわち、第１接合部及び第２接合部を上方、下方及び側方から樹脂及び被覆部材で覆うことができる。この場合には、第１プレートの熱的な変形を好適に抑制することができるため、第１プレートと樹脂との接合部の信頼性を向上させることができる。また、流路部よりも外方に突出された第１接合部及び第２接合部で接合が行われるため、接合面積を広く確保することができる。したがって、第１プレートと第２プレートとの接合を容易に行うことができる。
また、この発明によれば、第１部材の第１接合部が上方、下方及び側方から樹脂及び被覆部材で覆われる。すなわち、第１接合部（第１部材）の第１の面が樹脂で覆われるとともに、第１接合部の第１の面とは反対側の面、及び第１接合部の側面が被覆部材によって覆われる。このため、例えば第１部材及び樹脂が熱膨張したときに、第１部材がその第１の面に接合された樹脂に向かって膨脹しようとすると、その樹脂を第１部材の第１の面が押圧することになる。すると、樹脂からは第１の面を有する第１部材に対して反力が作用することになる。この樹脂による反力によって第１部材の膨脹が抑制される。また、第１部材が上記反対側の面に接合された被覆部材に向かって膨脹しようとすると、その被覆部材を第１接合部の上記反対側の面が押圧することになる。すると、被覆部材からは第１接合部（第１部材）に対して反力が作用することになる。この被覆部材による反力によって第１部材の膨脹が抑制される。これらにより、第１部材と樹脂との膨張量の差を小さくすることができるため、樹脂が第１部材から剥離されることを抑制することができる。また、この発明によれば、第２接合部と接触されない突出部が形成されるため、樹脂及び被覆部材によって第２接合部全体を覆わずに、第１接合部を全体的に樹脂封止することができる。これにより、樹脂の量の増大を抑制しつつも、第１プレートと樹脂との接合部の信頼性を向上させることができる。
ところで、従来の半導体装置では、絶縁板の線膨脹係数と中空熱交換部材の線膨脹係数との相違に起因して発生する熱応力によって、絶縁板とダイパッドとの接合部にクラックが生じる恐れがある。このクラックは、熱サイクルによって、樹脂モールドした樹脂を剥離させる恐れがある。
これに対し、請求項４に記載の発明は、内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、前記第１部材は、前記冷却器より外方に突出され、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、前記樹脂は、前記延出部全体を覆うように形成されており、前記配線層の形成された面とは反対側の前記絶縁基板の面に接合された金属板を有し、前記第１部材は、前記冷却器と前記金属板との間に介在され、前記冷却器及び前記金属板にろう付けされた本体部と前記冷却器より外方に突出された前記延出部とを有する応力緩和部材であることを要旨とする。この発明によれば、冷却器と金属板との間に応力緩和部材が介在されるため、冷却器の線膨脹係数と絶縁基板の線膨脹係数との相違に起因して熱応力が発生したときに、その熱応力が応力緩和部材によって緩和される。この結果、絶縁基板と金属板との間の接合部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、樹脂モールドした樹脂が剥離されることを抑制することができる。
また、請求項５に記載の発明は、内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、前記第１部材は、前記冷却器より外方に突出され、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、前記樹脂は、前記延出部全体を覆うように形成されており、前記第１部材は、前記冷却器と前記絶縁基板との間に介在され、前記冷却器及び前記絶縁基板にろう付けされた本体部と前記冷却器より外方に突出された前記延出部とを有する応力緩和部材であることを要旨とする。この発明によれば、冷却器と絶縁基板との間に応力緩和部材が介在されるため、冷却器の線膨脹係数と絶縁基板の線膨脹係数との相違に起因して熱応力が発生したときに、その熱応力が応力緩和部材によって緩和される。この結果、応力緩和部材と冷却器との間の接合部、及び応力緩和部材と絶縁基板との間の接合部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、樹脂モールドした樹脂が応力緩和部材から剥離されることを抑制することができる。
請求項６に記載の発明は、内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、前記第１部材は、前記冷却器より外方に突出され、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、前記樹脂は、前記延出部全体を覆うように形成されており、前記第１部材は、前記冷却器と前記絶縁基板との間に介在され、前記冷却器及び前記絶縁基板にろう付けされた本体部と前記冷却器より外方に突出された前記延出部とを有する金属板であることを要旨とする。
請求項７に記載の発明は、内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記冷却器よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子をモールドする樹脂と、を有し、前記冷却器は、前記絶縁基板が搭載される第１の面を有する第１プレートと、本体部と該本体部の外周縁部から上方に延びる側部と該側部から更に上方に延びて前記第１の面より上方に突出された突出部とを有する第２プレートとを有し、前記第１プレートと前記第２プレートの前記側部とが接合されて形成され、前記樹脂が、前記突出部全体及び前記第１の面を覆うように形成されていることを要旨とする。
この発明によれば、モールド用の樹脂によって、第１プレートの第１の面と、その第１の面より上方に延びる突出部の側面が覆われる。このため、例えば第１プレート及び第２プレート及び樹脂が熱膨張したときに、第１の面が広がる方向、つまり樹脂と第１プレートとの接合面が広がる方向に第１プレート及び第２プレートが膨張しようとすると、突出部の側面がそれを覆う樹脂を押圧することになる。すると、樹脂からは突出部（第２プレート）に対して反力が作用することになる。この樹脂による反力によって第２プレートの膨張が抑制される。これに伴って、その第２プレートと接合された第１プレートの膨張も抑制される。これにより、第１プレートと樹脂との膨張量の差を小さくすることができるため、樹脂が第１プレートから剥離されることを抑制することができる。
本発明によれば、樹脂の剥離を抑制しつつ、小型化を図ることができるという効果を奏する。
第１の実施形態の半導体装置を示す概略断面図。 （ａ）は第２の実施形態の半導体装置を示す概略平面図、（ｂ）は第２の実施形態の半導体装置を示す（ａ）のｂ−ｂ線断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１に従って説明する。なお、図１は、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かりやすくするために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。
図１に示すように、半導体装置１は、回路基板１０に半導体素子２０が接合されるとともにヒートシンク３０が熱的に結合され、回路基板１０及び半導体素子２０がヒートシンク３０に対して樹脂モールドされたものである。この半導体装置１は、例えば車両用インバータに適用される。この車両用インバータは車両に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行モータを駆動するためのものである。
回路基板１０は、絶縁基板１１の上面に金属板１２が接合され、絶縁基板１１の下面に金属板１３が接合されてなる。絶縁基板１１は例えば平面視略矩形状の薄板である。この絶縁基板１１としては、例えば窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等からなるセラミック基板が用いられる。
金属板１２は、配線層（電極）として機能するとともに、通電により発熱する半導体素子２０の放熱部材として機能する。金属板１２は、例えばアルミニウム系金属や銅により形成されている。なお、アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
この金属板１２には、半田層２１を介して半導体素子２０が接合されている。すなわち、金属板１２（回路基板１０）には、半導体素子２０がはんだ実装されている。これにより、半導体素子２０は、絶縁基板１１の上面に金属板１２を介して熱的に結合されている。なお、半導体素子２０は、１つの金属板１２に２つ接合されている。半導体素子２０としては、例えば絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（insulated gate bipolar transistor：ＩＧＢＴ）、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）やダイオードが用いられる。
絶縁基板１１の下面に接合された金属板１３は、絶縁基板１１とヒートシンク３０とを接合する接合層として機能するとともに、半導体素子２０の放熱部材として機能する。金属板１３は、例えばアルミニウム系金属や銅により形成されている。
回路基板１０における金属板１３とヒートシンク３０との間には、四角板状をなす応力緩和部材１４が介装されている。応力緩和部材１４は、アルミニウム系金属などの高熱伝導性材料により形成されている。この応力緩和部材１４は、上面が金属板１３にろう付けされ、下面がヒートシンク３０にろう付けされている。すなわち、応力緩和部材１４と金属板１３との間、及び応力緩和部材１４とヒートシンク３０との間にはろう材よりなる金属接合部（図示略）が形成されている。これにより、ヒートシンク３０と応力緩和部材１４と回路基板１０とが金属接合されて一体化されている。このため、回路基板１０とヒートシンク３０とは、応力緩和部材１４を介して熱的に結合され、半導体素子２０から発せられた熱が回路基板１０及び応力緩和部材１４を伝導してヒートシンク３０に伝わるようになっている。
また、応力緩和部材１４には、該応力緩和部材１４の厚み方向（金属板１３と応力緩和部材１４の積層方向）に貫通した貫通孔１４Ｘが複数形成されている。換言すると、応力緩和部材１４には、金属板１３及びヒートシンク３０と接合されない非接合領域が形成されている。このような非接合領域となる貫通孔１４Ｘは、熱応力が発生したときに、応力緩和部材１４の変形を許容する応力緩和空間として機能する。
ヒートシンク３０は、アルミニウム系金属などの高熱伝導材料により形成されている。ヒートシンク３０は、上プレート４０と、下プレート５０と、複数の仕切壁（フィン）６１を有する流路部６０とを有している。
上プレート４０と下プレート５０は、それら上プレート４０の外周縁部と下プレート５０の外周縁部とがろう付けされており、上プレート４０と下プレート５０とで中空断面形状のケースを構成している。このような上プレート４０と下プレート５０との間、つまりヒートシンク３０の内部に上記流路部６０が形成されている。この流路部６０には、下プレート５０から上プレート４０に向かって延びる複数の仕切壁６１が設けられている。各仕切壁６１は、その上端部が上プレート４０の内面にろう付けされ、下端部が下プレート５０の内面にろう付けされている。複数の仕切壁６１は等間隔に配置されるとともに、互いに平行となるように形成されている。そして、上記流路部６０では、隣り合う仕切壁６１同士、及び仕切壁６１と下プレート５０の内側壁とによって、冷媒（例えば、冷却水）が流れる複数の冷媒流路６２が区画形成されている。このような流路部６０（複数の冷媒流路６２）は、冷却対象となる半導体素子２０の実装部位に対応する位置に配置されるように形成されている。
このようなヒートシンク３０には、冷媒流路６２に冷媒を供給する図示しない供給管や、冷媒流路６２を流通した冷媒を外部に排出する図示しない排出管も接続されている。
続いて、下プレート５０及び上プレート４０の構造について詳述する。上プレート４０の上面４０Ａには、上記応力緩和部材１４がろう付けされ、その応力緩和部材１４及び金属板１３を介して絶縁基板１１が搭載されている。
下プレート５０は、本体部５１と側部５２と接合部５３とを有している。四角板状をなす本体部５１は水平方向に広がっており、上記流路部６０の底板となる。側部５２は、本体部５１の外周縁部から上方に延びるように屈曲形成され、上記流路部６０の側壁となる。接合部５３は、側部５２の端部から本体部５１の外周端部とは反対方向に延びるように水平に屈曲形成されている。この接合部５３は、本体部５１（流路部６０）よりも外方（側方）に突出するように形成されている。また、接合部５３は、上プレート４０の上面から、その上プレート４０の上面が延びる方向とは異なる方向（下方）に延びる側面５３Ａを有している。
四角板状をなす上プレート４０は、本体部４１と接合部４２とを有している。本体部４１は水平方向に広がっており、上記流路部６０の天板となる。この本体部４１の上面には、上記応力緩和部材１４がろう付けされている。
接合部４２は、本体部４１の端部から外方に向かって水平に延びるように形成されている。この接合部４２は、本体部４１（流路部６０）よりも外方に突出するように形成されている。そして、この接合部４２の下面と上記接合部５３の上面とが突き合わされ、これら接合部４２の下面と接合部５３の上面とがろう付けされている。このように接合された上プレート４０と下プレート５０とによって形成される内部空間、具体的には上プレート４０の本体部４１と下プレート５０の本体部５１及び側部５２とによって形成される内部空間が上記流路部６０となる。
また、接合部４２は、下プレート５０の接合部５３よりも外方に突出した突出部４３を有している。この突出部４３は、その下面４３Ａが下プレート５０の接合部５３と接触されていない。また、接合部４２（突出部４３）は、当該上プレート４０の上面４０Ａから下方に延びる側面４２Ａを有している。
このようにヒートシンク３０では、仕切壁６１を有する流路部６０よりも外方に突出された接合部４２，５３が形成されている。換言すると、ヒートシンク３０は、その外形が流路部６０よりも一回り大きく形成されている。
そして、本実施形態の半導体装置１では、ヒートシンク３０の一部、及び上プレート４０の上面４０Ａに実装された各種部品が樹脂７０によって樹脂モールドされている。具体的には、樹脂７０は、第１の面としての上プレート４０の上面４０Ａ、第２の面としての接合部４２の側面４２Ａ、突出部４３の下面４３Ａ、下プレート５０の接合部５３の側面５３Ａ、応力緩和部材１４、回路基板１０及び半導体素子２０を覆うように形成されている。一方、下プレート５０の接合部５３の下面、側部５２の外側面及び本体部５１の下面は樹脂７０から露出している。このように、ヒートシンク３０の下面は樹脂７０から露出している。なお、上記モールド用の樹脂７０は、ヒートシンク３０よりも線膨張係数の低い絶縁性樹脂により形成されている。この樹脂７０によるモールドは、ヒートシンク３０に応力緩和部材１４及び回路基板１０などの部品を金属接合（ろう付け）し、回路基板１０上に半導体素子２０を半田付けした後に行われる。そして、樹脂７０によるモールドは、半導体素子２０と金属板１２との半田付けや、ヒートシンク３０と応力緩和部材１４と金属板１３とのろう付けの時の温度よりも低い温度で行われる。本実施形態において、モールド用の樹脂７０は、接合部４２の側面４２Ａを覆う被覆部材としても機能している。
次に、上記半導体装置１の作用を説明する。
半導体装置１では、通電（駆動）により半導体素子２０から発せられた熱は半導体素子２０の直下に向けて伝導され、金属板１２、絶縁基板１１、金属板１３、及び応力緩和部材１４を介してヒートシンク３０に伝導される。このとき、ヒートシンク３０に対して応力緩和部材１４及び金属板１３が金属的に一体化されているため、回路基板１０（金属板１３）とヒートシンク３０との間の伝熱性が優れたものとなり、半導体素子２０から発せられた熱を効率良くヒートシンク３０に伝導させることができる。
ヒートシンク３０に伝導された熱は、ヒートシンク３０内の冷媒流路６２を流れる冷媒に伝導されるとともに持ち去られ、放熱される。詳述すると、冷媒供給源（図示略）から供給された冷媒は、ヒートシンク３０に接続される供給管から各冷媒流路６２へ流入する。各冷媒流路６２に流入した冷媒は、同一方向に流れる。このように冷媒が冷媒流路６２を流れると、応力緩和部材１４を介してヒートシンク３０に伝導された半導体素子２０の熱は、冷媒流路６２を流れる冷媒と熱交換される（冷媒に放熱される）。なお、冷媒流路６２を流通した熱交換後の冷媒は、ヒートシンク３０に接続される排出管から外部に排出される。
半導体素子２０から発せられた熱がヒートシンク３０に伝わった際には、ヒートシンク３０及び樹脂７０は高温となり、熱膨張する。このとき、ヒートシンク３０と樹脂７０との線膨張係数の相違に起因し、半導体装置１に熱応力が発生する。但し、本実施形態の半導体装置１では、上プレート４０の接合部４２の側面４２Ａ及び下プレート５０の接合部５３の側面５３Ａを覆うように樹脂７０が形成されている。このため、ヒートシンク３０が上プレート４０と樹脂７０との接合面が広がる方向（水平方向）に膨張しようとすると、接合部４２の側面４２Ａ及び接合部５３の側面５３Ａがそれらを覆う樹脂７０を押圧することになる。すると、樹脂７０からは接合部４２（上プレート４０）及び接合部５３（下プレート５０）に対して反力が作用することになる。この樹脂７０による反力によってヒートシンク３０の膨張が抑制されるため、ヒートシンク３０と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、ヒートシンク３０と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０がヒートシンク３０から剥離されることを抑制することができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）回路基板１０、半導体素子２０及び応力緩和部材１４をヒートシンク３０に対して樹脂７０でモールドするようにした。これにより、半導体素子２０や回路基板１０等をヒートシンク３０に固定するための専用の固定部材（ブラケット等）が不要になるため、半導体装置の小型化を図ることができる。
（２）樹脂７０が接合された上プレート４０の上面４０Ａから下方に延びる接合部４２の側面４２Ａ及び接合部５３の側面５３Ａを覆うように樹脂７０を形成するようにした。このため、例えばヒートシンク３０及び樹脂７０が熱膨張したときに、ヒートシンク３０の水平方向への膨張が側面４２Ａ，５３Ａを覆う樹脂７０によって抑制される。したがって、ヒートシンク３０と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、ヒートシンク３０と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０がヒートシンク３０から剥離されることを抑制することができる。換言すると、ヒートシンク３０と樹脂７０との接合部の信頼性を向上させることができる。
（３）接合部５３よりも外方に突出する突出部４３を接合部４２に形成し、その突出部４３の下面４３Ａを覆うように樹脂７０を形成するようにした。このため、例えばヒートシンク３０及び樹脂７０が熱膨張したときに、上プレート４０の厚み方向への膨張が下面４３Ａ及び上プレート４０の上面４０Ａを覆う樹脂７０によって抑制される。したがって、接合部４２の側面４２Ａと樹脂７０との接合部で剥離が生じることを抑制できる。
換言すると、接合部４２に突出部４３を形成したため、下プレート５０の側部５２全面を樹脂７０から露出させつつも、上プレート４０を全体的に樹脂封止させることができる。これにより、樹脂７０の量の増大を抑制しつつも、上プレート４０の熱的な変形を抑制することができ、上プレート４０と樹脂７０との接合部の信頼性を向上させることができる。
（４）流路部６０よりも外方に突出された接合部４２，５３を形成し、それら接合部４２の下面と接合部５３の上面とをろう付けして上プレート４０と下プレート５０との間に流路部６０を形成するようにした。これにより、ろう付けのための接合面積を広く確保することができるため、上プレート４０と下プレート５０のろう付け（接合）を容易に行うことができる。
（５）回路基板１０と応力緩和部材１４とヒートシンク３０とを金属接合するようにした。これにより、回路基板１０をシリコングリスを介してヒートシンク３０に接合する場合に比べて、回路基板１０（金属板１３）とヒートシンク３０との間の伝熱性が優れたものとなり、半導体素子２０から発せられた熱を効率良くヒートシンク３０に伝導させることができる。
（６）ヒートシンク３０の一部、回路基板１０及び半導体素子２０等を樹脂モールドして各接合部の信頼性を向上させることで、半導体装置１としての性能（信頼性）を長期に亘って維持することができる。つまり、半導体装置１の劣化を抑制することができる。
（７）ヒートシンク３０の下面を樹脂７０から露出させるようにした。このため、このヒートシンク３０の下面に発熱体を接合することにより、その発熱体を冷却することができる。
（８）ヒートシンク３０と回路基板１０との間に、複数の貫通孔１４Ｘを有する応力緩和部材１４を介在させるようにした。これにより、ヒートシンク３０の線膨脹係数と回路基板１０（具体的には、絶縁基板１１）の線膨脹係数との相違に起因して熱応力が発生する場合でも、上記貫通孔１４Ｘによって熱応力が分散され、その結果、応力が緩和される。このため、絶縁基板１１と金属板１２との間の接合部や、絶縁基板１１と金属板１３との間の接合部にクラックが生じることを抑制することができる。したがって、樹脂モールドした樹脂７０が剥離されることを好適に抑制することができる。
（９）接合部４２の側面４２Ａは、樹脂７０によって覆われている。すなわち、モールド用の樹脂７０を被覆部材として兼用している。このため、被覆部材として別途、他の部材を設ける必要がなく、部品点数が増加しない。
（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態について図２に従って説明する。以下に説明する実施形態において、すでに説明した実施形態と同一構成については同一符号を付すなどしてその重複する説明を省略又は簡略する。
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体装置８０は、絶縁基板１１の上面に第１の金属板８１と第２の金属板８２が接合されている。本実施形態の回路基板１０は、絶縁基板１１の上面に第１の金属板８１及び第２の金属板８２が接合され、絶縁基板１１の下面の金属板１３が接合されてなる。
第１の金属板８１及び第２の金属板８２には、それぞれ、半田層２１を介して半導体素子８３，８４が接合されている。第１の金属板８１及び第２の金属板８２は、それぞれ、配線層として機能している。第１の金属板８１の上面と、半導体素子８４の上面は、バスバー８５によって電気的に接続されている。半導体素子８３の上面には、図示しない電源に接続される電極８６が接合されている。また、第２の金属板８２の上面には、電源に接続される電極８７が接合されている。
上プレート４０の突出部４３には、樹脂製のケース９０がネジ留めされている。ケース９０は、四角筒状をなす本体部９１と、本体部９１を構成する各側壁９２の一端から本体部９１の内部に向けて垂直に延びるネジ留め部９３とから形成されている。対向する側壁９２間の距離は、上プレート４０の対向する側面４２Ａ間の距離と同一の距離となっている。
ケース９０は、ネジ留め部９３の上面と、突出部４３の下面４３Ａとが重ね合わされた状態で、突出部４３の上面から突出部４３及びネジ留め部９３に螺合されたネジ９４によって固定されている。ケース９０の固定状態では、ネジ留め部９３の内周面が接合部５３の側面５３Ａに突き合わされている。そして、対向する側壁９２間の距離と、対向する側面４２Ａ間の距離が同一距離となっていることから、各側壁９２の内面は、各側壁９２と対向する側面４２Ａと当接した状態で固定されている。すなわち、ケース９０の各側壁９２によって、第２の面としての側面４２Ａが覆われている。
ケース９０の対向する一対の側壁９２の先端側には、その厚み方向に貫通する矩形状の貫通孔９２ａが形成されている。各貫通孔９２ａには、それぞれ、電極８６，８７が挿通され、電極８６，８７の一部がケース９０外に突出する。電極８６，８７は、貫通孔９２ａに挿入されることで、ケース９０の側壁９２に支持される。電極８６，８７において、ケース９０外に突出している部分は、電源と電気的に接続される端子として機能している。ケース９０の側壁９２は、この端子を支持する端子台としても機能している。
ケース９０は、突出部４３に固定された状態で、上プレート４０によってネジ留め部９３側の開口部が閉塞されている。すなわち、上プレート４０がケース９０の底板となっている。そして、ケース９０の内部には、モールド用の樹脂７０が充填されている。モールド用の樹脂７０は、上プレート４０の上面４０Ａを覆っている。したがって、本実施形態の半導体装置８０は、樹脂７０及びケース９０によって、突出部４３全体が覆われている。詳細には、突出部４３の上面（上プレート４０の上面４０Ａ）は、樹脂７０によって覆われるとともに、突出部４３の側面（接合部４２の側面４２Ａ）及び下面４３Ａは、ケース９０によって覆われている。また、ネジ留め部９３によって、接合部５３の側面５３Ａが覆われている。
次に、半導体装置８０の作用について説明する。
半導体装置８０に熱応力が発生し、ヒートシンク３０が上プレート４０と樹脂７０との接合面が広がる方向（水平方向）に膨張しようとすると、接合部４２の側面４２Ａ及び接合部５３の側面５３Ａがそれらを覆うケース９０を押圧することになる。すると、ケース９０からは接合部４２（上プレート４０）及び接合部５３（下プレート５０）に対して反力が作用することになる。このケース９０による反力によってヒートシンク３０の膨張が抑制される。また、樹脂７０が上プレート４０と樹脂７０との接合面が広がる方向（水平方向）に膨張しようとするときにも、同様にケース９０によって樹脂７０の膨張が抑制される。このため、ヒートシンク３０と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、ヒートシンク３０と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０がヒートシンク３０から剥離されることを抑制することができる。
したがって、上記実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１），（４）〜（８）に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１０）接合部４２の側面４２Ａ及び樹脂７０は、ケース９０によって覆われている。このため、例えばヒートシンク３０及び樹脂７０が熱膨張したときに、ヒートシンク３０及び樹脂７０の水平方向への膨張が側面４２Ａ，５３Ａを覆うケース９０によって抑制される。したがって、ヒートシンク３０と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、ヒートシンク３０と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０がヒートシンク３０から剥離されることを抑制することができる。換言すると、ヒートシンク３０と樹脂７０との接合部の信頼性を向上させることができる。
（１１）樹脂７０によってモールドを行うときに、ケース９０を成形型として使用し、ケース９０に樹脂７０を流し込んでいる。そして、このケース９０を被覆部材として兼用したため、部品点数を削減することができる。
（１２）ケース９０には、ネジ留め部９３が形成されており、このネジ留め部９３を突出部４３にネジ留めすることによってケース９０は固定されている。したがって、突出部４３をフランジとして利用して、ケース９０を固定することができる。
（１３）突出部４３の下面４３Ａをケース９０のネジ留め部９３によって覆っている。このため、上プレート４０の厚み方向への膨張が、樹脂７０及びケース９０のネジ留め部９３によって抑制される。したがって、接合部４２の側面４２Ａと樹脂７０との接合部で剥離が生じることを抑制できる。
（１４）ケース９０を端子台として兼用している。このため、ケース９０に樹脂７０を充填するときには、電極８６，８７がケース９０に支持されている。したがって、ケース９０に樹脂を充填するときに電極８６，８７を固定する部材を別途設ける必要がない。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
○ 第１の実施形態において、下プレート５０の接合部５３の側面５３Ａまで樹脂７０で覆う構成に代えて、樹脂モールドする領域を上プレート４０の接合部４２の側面４２Ａにとどめてもよい。すなわち、突出部４３の下面４３Ａを樹脂７０にて覆わず、露出させる構成とする。これによれば、樹脂７０の量を低減させることができるため、半導体装置１の製造コスト低減に寄与することができる。また、このような構造であっても、第１の実施形態の（１）、（２）、（４）〜（６）、（８）と同様の効果を奏することができる。
○ 第１の実施形態において、下プレート５０の接合部５３の側面５３Ａまで樹脂７０で覆う構成に代えて、図３に示すように、接合部５３の下面及び側部５２の外側面の一部を更に樹脂７０で覆うようにしてもよい。これによれば、ヒートシンク３０の水平方向への膨張を樹脂７０で押える力を大きくすることができるため、ヒートシンク３０と樹脂７０との接合部の信頼性を向上させることができる。また、ヒートシンク３０の密閉性の向上を図ることができるため、放熱性能を向上させることができる。
○ 第１の実施形態において、下プレート５０の接合部５３の側面５３Ａまで樹脂７０で覆う構成に代えて、図４に示すように、接合部５３の下面及び側部５２の外側面全面を更に樹脂７０で覆うようにしてもよい。これによれば、図３を用いて説明した上記変形例よりも、ヒートシンク３０を樹脂７０で押える力を大きくすることができるため、ヒートシンク３０と樹脂７０との接合部の信頼性をより向上させることができる。さらに、ヒートシンク３０の密閉性の向上を図ることができるため、放熱性能を向上させることができる。
○ 下プレート５０の接合部５３の側面５３Ａまで樹脂７０で覆う構成に代えて、接合部５３の下面、側部５２の外側面全面及び本体部５１の下面を更に樹脂７０で覆うようにしてもよい。すなわち、ヒートシンク３０全体を樹脂７０で覆うようにしてもよい。
○ 図５に示すように、第１の実施形態において、上プレート４０における接合部４２の突出部４３を省略してもよい。このような構造であっても、第１の実施形態の（１）、（２）、（４）〜（６）、（８）と同様の効果を奏することができる。なお、上記各変形例と同様に、接合部５３の下面まで樹脂７０で覆うようにしてもよく、接合部５３の下面及び側部５２の外側面全面を樹脂７０で覆うようにしてもよく、ヒートシンク３０全体を樹脂７０で覆うようにしてもよい。同様に、第２の実施形態において、接合部４２の突出部４３を省略してもよい。この場合、ネジ留め部９３は、下プレート５０の接合部５３の下面を覆うように設けられ、接合部５３にネジ留めされる。
○ 第１の実施形態のヒートシンク３０に代えて、図６に示すように、本体部４１Ａを有する上プレート４０と、本体部５１と側部５２と突出部５４とを有する下プレート５０とが接合されて形成されたヒートシンク３０Ａに変更してもよい。詳述すると、四角板状をなす本体部４１Ａは水平方向に広がっており、流路部６０の天板となる。本例では、本体部４１Ａの側面が下プレート５０との接合面になる。一方、四角板状をなす本体部５１は水平方向に広がっており、流路部６０の底板となる。側部５２は、本体部５１の外周端部から上方に延びるように屈曲形成され、上記流路部６０の側壁となる。また、側部５２の上部側の内側面が上プレート４０との接合面になる。すなわち、上プレート４０の本体部４１Ａの側面と下プレート５０の側部５２の内側面とがろう付けされている。このように接合された上プレート４０の本体部４１Ａと下プレート５０の本体部５１及び側部５２とによって形成される内部空間が流路部６０となる。また、突出部５４は、上プレート４０の上面４０Ａよりも上方に突出するように形成されている。すなわち、この突出部５４は、上プレート４０の上面４０Ａから上方に延びる第２の面としての側面５４Ａを有している。
そして、このような半導体装置１では、上プレート４０の上面４０Ａ、下プレート５０の突出部５４の側面５４Ａ及び側部５２の外側面の一部、応力緩和部材１４、回路基板１０及び半導体素子２０が樹脂７０によって樹脂モールドされている。
このような構造であっても、ヒートシンク３０Ａから樹脂７０が剥離することを好適に抑制することができる。詳述すると、ヒートシンク３０Ａが上プレート４０と樹脂７０との接合面が広がる方向（水平方向）に膨張しようとすると、側部５２の側面及び突出部５４の側面５４Ａがそれらを覆う樹脂７０を押圧することになる。すると、樹脂７０からは側部５２及び突出部５４（下プレート５０）に対して反力が作用することになる。これにより、この樹脂７０による反力によって下プレート５０の膨張が抑制され、さらにその下プレート５０と接合された上プレート４０の水平方向への膨張が抑制される。このため、ヒートシンク３０Ａと樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、ヒートシンク３０Ａと樹脂７０との膨張量の差を小さくできる。その結果、樹脂７０がヒートシンク３０Ａから剥離されることを抑制することができる。
さらに、流路部６０よりも外方（側方）に突出する接合部４２，５３が省略されるため、ヒートシンク３０Ａの流路部６０よりも外側への広がりを抑制することができる。これにより、ヒートシンク３０Ａの外形寸法を小さくできる。
○ 図７に示されるように、上プレート４０の上面４０Ａに、その上面４０Ａから上方に突出する突起部４４を形成し、その突起部４４全体を樹脂７０で樹脂モールドするようにしてもよい。突起部４４は、上面４０Ａから上方に延びる側壁４４Ａを有し、上プレート４０と一体に形成されている。突起部４４としては、例えばねじやボスを用いることができる。この突起部４４は、例えばアルミニウム系金属などのヒートシンク３０の線膨張係数に近い材料により形成されている。
このような構造であっても、ヒートシンク３０から樹脂７０が剥離することを好適に抑制することができる。詳述すると、ヒートシンク３０が水平方向に膨張しようとすると、突起部４４の側壁４４Ａがそれらを覆う樹脂７０を押圧することになる。すると、樹脂７０からは突起部４４に対して反力が作用することになる。これにより、この樹脂７０による反力によって突起部４４の膨張が抑制され、さらにその突起部４４と一体に形成された上プレート４０の水平方向への膨張が抑制される。このため、ヒートシンク３０と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、ヒートシンク３０と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０がヒートシンク３０から剥離されることを抑制することができる。
さらに、ヒートシンク３０の側面を樹脂７０から露出させることができるため、樹脂７０の量を低減させることができる。したがって、半導体装置１の製造コスト低減に寄与することができる。
○ 各実施形態では、流路部６０よりも外方に突出された接合部４２，５３を形成し、それら接合部４２，５３の側面４２Ａ，５３Ａを覆うように樹脂７０を形成するようにした。これに限らず、例えば図８に示すように、回路基板１０の金属板１３とヒートシンク３０との間に介装される応力緩和部材１５をヒートシンク３０（流路部６０）よりも外方に突出するように形成し、その応力緩和部材１５全体を覆うように樹脂７０を形成してもよい。詳述すると、応力緩和部材１５は、金属板１３及び上プレート４０にろう付けされる本体部１５Ａと、上プレート４０のみにろう付けされる接合部１５Ｂと、ヒートシンク３０（流路部６０）よりも外方に突出される延出部１５Ｃとを有している。この延出部１５Ｃは、応力緩和部材１５の上面（第１の面）から下方に延びる側面１５Ｄ（第２の面）を有している。そして、応力緩和部材１５の上面、延出部１５Ｃの側面１５Ｄ及び下面を覆うように樹脂７０が形成されている。このような構造であっても、延出部１５Ｃの側面１５Ｄ及び下面を覆う樹脂７０によって応力緩和部材１５の膨張が抑制されるため、応力緩和部材１５と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、応力緩和部材１５と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０が応力緩和部材１５から剥離されることを抑制することができる。さらに、半導体素子２０の直下のみに応力緩和部材が形成される場合と比べて、応力緩和部材１５とヒートシンク３０との接合面積を増大させることができる。また、第２の実施形態において、延出部１５Ｃにネジ留め部９３をネジ留めしてケース９０を固定してもよい。
○ また、図８に示した半導体装置１における金属板１３を省略してもよい。この場合には、応力緩和部材１５の本体部１５Ａは絶縁基板１１及び上プレート４０にろう付けされる。同様に、第２の実施形態の半導体装置８０における金属板１３を省略してもよい。
○ あるいは、図９に示すように、応力緩和部材１４を省略し、回路基板１０の金属板１６をヒートシンク３０（流路部６０）よりも外方に突出するように形成し、その金属板１６全体を覆うように樹脂７０を形成してもよい。詳述すると、金属板１６は、絶縁基板１１及び上プレート４０に接合される本体部１６Ａと、上プレート４０に接合される接合部１６Ｂと、ヒートシンク３０（流路部６０）よりも外方に突出される延出部１６Ｃとを有している。この延出部１６Ｃは、金属板１６の上面（第１の面）から下方に延びる側面１６Ｄ（第２の面）を有している。そして、金属板１６の上面、延出部１６Ｃの側面１６Ｄ及び下面を覆うように樹脂７０が形成されている。このような構造であっても、延出部１６Ｃの側面及び下面を覆う樹脂７０によって金属板１６の膨張が抑制されるため、金属板１６と樹脂７０の線膨張係数が大きく異なる場合であっても、金属板１６と樹脂７０との膨張量の差を小さくすることができる。その結果、樹脂７０が金属板１６から剥離されることを抑制することができる。さらに、半導体素子２０の直下のみに金属板が形成される場合と比べて、金属板１６とヒートシンク３０との接合面積を増大させることができる。
○ 上記実施形態では、樹脂７０によって覆われる接合部４２の側面４２Ａを上プレート４０の上面４０Ａと直角をなすように形成するようにした。これに限らず、例えば側面４２Ａを上プレート４０の上面４０Ａと鋭角又は鈍角をなすように形成するようにしてもよい。
○ 第２の実施形態において、ネジ留め部９３を設けなくてもよい。この場合、側壁９２の内面と接合部４２の側面４２Ａを接着材などで接着することでケース９０を上プレート４０に取り付けてもよい。また、側壁９２の外面から接合部４２の側面４２Ａにネジ９４を螺合することでケース９０を上プレート４０に固定してもよい。すなわち、ケース９０の固定方法は、どのような方法であってもよい。
○ 第２の実施形態において、ネジ留め部９３の下面から突出部４３にネジ９４を螺合してもよい。
○ ヒートシンク３０は流路部６０に冷却水が流れる構成としたが、冷却水以外にもアルコール等の他の液体が流れる構成としてもよい。また、ヒートシンク３０に流れる冷媒は、液体に限らず、空気などの気体であってもよい。
○ ヒートシンク３０の仕切壁６１の形状は特に限定されない。例えば上プレート４０と下プレート５０との間に波板状の仕切壁（フィン）を形成するようにしてもよい。
○ ヒートシンク３０の仕切壁６１は必ずしも必要ない。
○ 応力緩和部材１４の貫通孔１４Ｘの形状は、円形状でもよいし、楕円状や四角状等であってもよい。すなわち、貫通孔１４Ｘが応力緩和空間として機能すれば、その形状はどのようなものであってもよい。
○ ヒートシンク３０に実装される各種部品の構成を変更してもよい。例えば絶縁基板１１上に２個以上の金属板１２が接合される構成としてもよいし、金属板１２上に半導体素子２０が１個又は３個以上接合された構成としてもよい。
○ 応力緩和部材１４を省略してもよい。
○ 金属板１３を省略してもよい。
○ 半導体装置１，８０は、車載用に限らず他の用途に使用するものに適用してもよい。
○ 図１０に示すように、第２の実施形態において、ケース９０を突出部４３の上面（上プレート４０の上面４０Ａ）に固定してもよい。この場合、ケース９０の各側壁９２の内面が、接合部４２の側面４２Ａよりも内側に位置する。すなわち、ケース９０の容量を小さくすることができる。このため、ケース９０の内部に充填される樹脂７０の量を減らすことができ、半導体装置８０の製造コスト低減に寄与することができる。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）内部に流路部が形成された冷却器と、前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子を前記冷却器に対してモールドする樹脂と、を有し、前記第１部材は、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、前記樹脂が、前記第１の面及び前記第２の面を覆うように形成されたことを特徴とする半導体装置。
１，８０…半導体装置、１０…回路基板、１１…絶縁基板、１２…金属板（配線層）、１３…金属板、１４…応力緩和部材、１５…応力緩和部材（第１部材）、１５Ａ…本体部、１５Ｃ…延出部、１５Ｄ…側面（第２の面）、１６…金属板（第１部材）、１６Ａ…本体部、１６Ｃ…延出部、１６Ｄ…側面（第２の面）、２０，８３，８４…半導体素子、３０…ヒートシンク（冷却器）、４０…上プレート（第１部材、第１プレート）、４０Ａ…上面（第１の面）、４１…本体部（第１本体部）、４２…接合部（延出部、第１接合部）、４３…突出部、４２Ａ…側面（第２の面）、４４…突起部、５０…下プレート（第２プレート）、５１…本体部（第２本体部）、５２…側部、５３…接合部（第２接合部）、５４…突出部、５４Ａ…側面（第２の面）、６０…流路部、７０…樹脂、８１…第１の金属板（配線層）、８２…第２の金属板（配線層）、９０…ケース、９３…ネジ留め部。

Claims (7)

  1. 内部に流路部が形成された冷却器と、
    前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、
    前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、
    前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、
    前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、
    前記第１部材は、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、
    前記冷却器は、第１本体部と該第１本体部より外方に突出された第１接合部とを有する第１プレートと、第２本体部と該第２本体部より外方に突出された第２接合部とを有する第２プレートとを有し、前記第１接合部及び前記第２接合部で接合されて前記第１本体部と第２本体部との間に前記流路部が形成され、
    前記第１部材が前記第１プレートであり、前記延出部の前記第２の面が前記第１接合部の側面であり、
    前記樹脂は、前記第１の面及び前記第２の面及び前記第２接合部の側面を覆うように形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記樹脂の下面は、前記第２接合部の下面または前記第２本体部の下面と同一面となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 内部に流路部が形成された冷却器と、
    前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、
    前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、
    前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、
    前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、
    前記第１部材は、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、
    前記冷却器は、第１本体部と該第１本体部より外方に突出された第１接合部とを有する第１プレートと、第２本体部と該第２本体部より外方に突出された第２接合部とを有する第２プレートとを有し、前記第１接合部及び前記第２接合部で接合されて前記第１本体部と第２本体部との間に前記流路部が形成され、
    前記第１部材が前記第１プレートであり、前記延出部の前記第２の面が前記第１接合部の側面であり、
    前記第１接合部は、前記第２接合部の端部より外方に突出された突出部を有し、
    前記樹脂は、前記突出部全体を覆うように形成されていることを特徴とする半導体装置。
  4. 内部に流路部が形成された冷却器と、
    前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、
    前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、
    前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、
    前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、
    前記第１部材は、前記冷却器より外方に突出され、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、
    前記樹脂は、前記延出部全体を覆うように形成されており、
    前記配線層の形成された面とは反対側の前記絶縁基板の面に接合された金属板を有し、
    前記第１部材は、前記冷却器と前記金属板との間に介在され、前記冷却器及び前記金属板にろう付けされた本体部と前記冷却器より外方に突出された前記延出部とを有する応力緩和部材であることを特徴とする半導体装置。
  5. 内部に流路部が形成された冷却器と、
    前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、
    前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、
    前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、
    前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、
    前記第１部材は、前記冷却器より外方に突出され、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、
    前記樹脂は、前記延出部全体を覆うように形成されており、
    前記第１部材は、前記冷却器と前記絶縁基板との間に介在され、前記冷却器及び前記絶縁基板にろう付けされた本体部と前記冷却器より外方に突出された前記延出部とを有する応力緩和部材であることを特徴とする半導体装置。
  6. 内部に流路部が形成された冷却器と、
    前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、
    前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、
    前記絶縁基板と前記流路部との間に介在され、第１の面に前記絶縁基板が搭載された第１部材と、
    前記第１部材よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子及び前記第１部材をモールドする樹脂と、を有し、
    前記第１部材は、前記冷却器より外方に突出され、前記第１の面から上方又は下方に延びる第２の面を有する延出部を有し、
    前記樹脂は、前記延出部全体を覆うように形成されており、
    前記第１部材は、前記冷却器と前記絶縁基板との間に介在され、前記冷却器及び前記絶縁基板にろう付けされた本体部と前記冷却器より外方に突出された前記延出部とを有する金属板であることを特徴とする半導体装置。
  7. 内部に流路部が形成された冷却器と、
    前記冷却器と金属接合された絶縁基板と、
    前記絶縁基板に形成された配線層にはんだ実装された半導体素子と、
    前記冷却器よりも線膨張係数の低い材料からなり、前記絶縁基板及び前記半導体素子をモールドする樹脂と、を有し、
    前記冷却器は、前記絶縁基板が搭載される第１の面を有する第１プレートと、本体部と該本体部の外周縁部から上方に延びる側部と該側部から更に上方に延びて前記第１の面より上方に突出された突出部とを有する第２プレートとを有し、前記第１プレートと前記第２プレートの前記側部とが接合されて形成され、
    前記樹脂が、前記突出部全体及び前記第１の面を覆うように形成されていることを特徴とする半導体装置。
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6171622B2 (ja) * 2012-08-31 2017-08-02 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板を製造する方法
JP2015002305A (ja) * 2013-06-18 2015-01-05 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6168152B2 (ja) * 2013-09-05 2017-07-26 富士電機株式会社 電力用半導体モジュール
WO2015097874A1 (ja) 2013-12-27 2015-07-02 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2015133402A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュールの製造方法
DE112015000139B4 (de) 2014-03-19 2021-10-28 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitermoduleinheit und Halbleitermodul
JP6302803B2 (ja) 2014-09-09 2018-03-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュール及びその製造方法、電力変換装置
JP6324539B2 (ja) * 2014-12-26 2018-05-16 三菱電機株式会社 半導体モジュール
US9847287B2 (en) * 2015-06-17 2017-12-19 Semiconductor Components Industries, Llc Passive tunable integrated circuit (PTIC) and related methods
WO2017090106A1 (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータ装置及び自動車
US20170229377A1 (en) * 2016-02-04 2017-08-10 International Business Machines Corporation Liquid manifold structure for direct cooling of lidded electronics modules
DE102016114303A1 (de) * 2016-08-02 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Packung mit teilweise gekapseltem Kühlkanal zum Kühlen eines gekapselten Chips
JP6496845B2 (ja) * 2017-02-13 2019-04-10 新電元工業株式会社 電子機器
US10964622B2 (en) * 2017-05-24 2021-03-30 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor package
WO2019008954A1 (ja) * 2017-07-06 2019-01-10 株式会社村田製作所 電子機器
JP2019033624A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 株式会社デンソー 電力変換装置
JP6493612B1 (ja) 2018-08-13 2019-04-03 富士電機株式会社 パワー半導体モジュールおよび車両
JP7181747B2 (ja) * 2018-10-03 2022-12-01 川崎重工業株式会社 ヒートシンクとそれを備えた制御装置
US10830544B2 (en) * 2018-10-31 2020-11-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Self-healing metal structures
JP7153538B2 (ja) * 2018-11-16 2022-10-14 日立Astemo株式会社 パワー半導体モジュール、電力変換装置およびパワー半導体モジュールの製造方法
JP7334464B2 (ja) * 2019-05-15 2023-08-29 富士電機株式会社 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法および段差冶具
US11758697B2 (en) * 2019-09-26 2023-09-12 Ohio State Innovation Foundation Low inductance power module with vertical power loop structure and insulated baseplates
KR102329319B1 (ko) * 2019-12-10 2021-11-23 주식회사 현대케피코 모터제어기의 수냉식 냉각장치 및 냉각성능 계산 방법
JP7363587B2 (ja) * 2020-03-04 2023-10-18 株式会社デンソー 半導体装置
US11388839B2 (en) * 2020-08-14 2022-07-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Power electronics cooling assemblies and methods for making the same
DE212021000463U1 (de) * 2020-09-17 2023-07-13 Hitachi Energy Switzerland Ag Leistungsmodul
JP2022065238A (ja) * 2020-10-15 2022-04-27 富士電機株式会社 半導体装置
US11929298B2 (en) * 2020-11-13 2024-03-12 Infineon Technologies Ag Molded semiconductor package with dual integrated heat spreaders
FR3119949A1 (fr) * 2021-02-16 2022-08-19 Valeo Systèmes de Contrôle Moteur Ensemble électronique avec circuit de refroidissement amélioré
WO2023145290A1 (ja) * 2022-01-26 2023-08-03 三井化学株式会社 温度制御装置及び温度制御装置の製造方法
KR20230126876A (ko) * 2022-02-24 2023-08-31 주식회사 아모그린텍 세라믹 기판 유닛 및 그 제조방법
CN115805714A (zh) * 2022-12-16 2023-03-17 毫厘机电(苏州)有限公司 一种消除多材料结合热膨胀的工艺方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000016397A1 (en) * 1998-09-16 2000-03-23 Hitachi, Ltd. Electronic device
US7112131B2 (en) * 2003-05-13 2006-09-26 American Power Conversion Corporation Rack enclosure
JP4621531B2 (ja) * 2005-04-06 2011-01-26 株式会社豊田自動織機 放熱装置
JP2007329163A (ja) * 2006-06-06 2007-12-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 電子デバイス
JP2008160013A (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Toyota Central R&D Labs Inc 半導体モジュール
JP5070014B2 (ja) * 2007-11-21 2012-11-07 株式会社豊田自動織機 放熱装置
KR101799485B1 (ko) 2007-12-07 2017-11-20 필립스 라이팅 홀딩 비.브이. 내부 합성 제트를 이용한 냉각 장치
US8560141B2 (en) * 2008-04-01 2013-10-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Management of a 3D package and cooling system
JP5412815B2 (ja) 2008-12-04 2014-02-12 富士通株式会社 冷却ジャケット、冷却ユニット、冷却システム及び電子機器
JP5120284B2 (ja) 2009-02-04 2013-01-16 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP2010212577A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Aisin Aw Co Ltd 半導体モジュール
JP2010232366A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Honda Motor Co Ltd パワーエレクトロニクス用デバイス
JP5593864B2 (ja) * 2010-06-10 2014-09-24 トヨタ自動車株式会社 半導体装置冷却器

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