JP6588154B2 - ケース、半導体装置、ケースの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケース、半導体装置、およびケースの製造方法に関する。

ハイブリット自動車や電気自動車用などの電力変換装置は、さらなる燃費向上のために高出力化が求められており、大電流化が進んでいる。さらに電力変換回路は、サイズの小型化も求められており、電力変換回路から発生する熱の対処、すなわち排熱処理が問題となっている。
特許文献１には、半導体回路を絶縁部材および熱伝導グリスを介して冷却管に接触させることにより、半導体回路を冷却する構成が開示されている。

特許４１２０８７６号公報

半導体回路の放熱性の向上が求められている。

本発明の第１の態様によると、ケースは、内部に半導体回路が挿入されるケースにおいて、前記半導体回路と接触する接触面を内側に有する放熱部と、前記接触面を囲むように形成されかつ前記放熱部よりも薄く形成された薄肉部と、前記薄肉部と前記放熱部との間に形成されかつ前記接触面に対して窪んでいる窪み部とを備え、前記窪み部の内側の面は、前記ケースの厚さ方向において、前記接触面と前記薄肉部の内側の面との間に配される。
本発明の第２の態様によると、半導体装置は、半導体素子を有する半導体回路と、前記半導体回路を収納するケースと、を備え、前記ケースは、前記半導体回路と接触する接触面を有する放熱部と、前記接触面を囲むように形成されかつ前記放熱部よりも薄く形成された薄肉部と、前記薄肉部と前記放熱部との間に形成されかつ前記接触面に対して窪んでいる窪み部とを備え、前記窪み部の内側の面は、前記ケースの厚さ方向において、前記接触面と前記薄肉部の内側の面との間に配される。
本発明の第３の態様によると、内部に半導体回路が挿入されるケースの製造方法は、前記半導体回路と接触する接触面を内側に有する放熱部と、前記接触面を囲むように形成されかつ前記放熱部よりも薄く形成された薄肉部と、前記薄肉部と前記放熱部との間に形成されかつ前記接触面に対して窪んでいる窪み部とを、前記窪み部の内側の面が前記ケースの厚さ方向において前記接触面と前記薄肉部の内側の面との間に配されるように、前記ケースにそれぞれ形成し、前記窪み部に工程された冶具で前記ケースを支持した状態で、前記ケースの前記接触面を切削加工する。

本発明によれば、ケースに挿入される半導体回路の放熱性を向上できる。

ケース２４の外観を示す図である。 ケース２４の構造を説明する図である。 ケース２４の構造を説明する図である。 図４（ａ）は加工前のケース２４の外観を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＩＶｃ−ＩＶｃ断面図である。 図５（ａ）は第１加工工程後のケース２４の外観を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ断面図である。 図６（ａ）は第２加工工程後のケース２４の外観を示す図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ断面図である。 図７（ａ）は第３加工工程後のケース２４の外観を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ断面図である。 上述したケース２４の切削加工を行う一例を示す図である。 図８においてＩＸで示す視点から得られる、第１保持具３０１、第２保持具３０２、およびフィン２５の関係を示す図である。 ケース２４に挿入する半導体回路の構成を示す図である。 図１０に示した半導体回路に上面放熱板３ａ、および上面放熱板３ｂを追記した図である。 ケース２４と半導体回路１００を一体化させる工程を示す図である。 図１２における粘着シート２３が接合した後の状態を示す図である。 半導体冷却装置３００の外観を示す図である。 半導体冷却装置３００にケース２４を挿入した状態を示す図である。 変形例１における段差部２０４、およびフィン２５の配置場所を示す図である。 変形例２における段差部２０４、およびフィン２５の配置場所を示す図である。

（実施の形態）
以下、図１〜図１５を参照して、本発明に係るケースの実施の形態を説明する。

（ケース２４の構成）
図１は本実施形態におけるケース２４の外観を示す図である。ケース２４は断面が略四角形の管状である、ＣＡＮ型の六方体である。ケース２４の３対の面をそれぞれ開口面、側壁面、放熱面と呼ぶ。これらの面は、ケース２４において互いに垂直である。

ケース２４が備える１対の面である開口面には、それぞれ開口部２０５が設けられる。開口部２０５には、それぞれフランジ２０３が形成される。他の１対の面である側壁面には側壁２０８が形成され、側壁２０８の両端は、フランジ２０３の両端とそれぞれ接続される。最後の１対の面である放熱面には放熱用のフィン２５が設けられる。ケース２４のＩＩ−ＩＩ断面を図２に、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面を図３に示す。

図２〜図３を参照してケース２４の構造を説明する。
図２における上下端が開口部２０５であり、開口部２０５から続くケース２４の内部が内壁２０６および内壁２０７である。図３における上下端が側壁２０８である。内壁２０６、２０７のフランジ２０３と側壁２０８とに囲まれた面上には、内壁２０６、２０７から内側に突き出した厚肉部２０１がおのおの形成される。厚肉部２０１の外周、すなわち図２〜３における厚肉部２０１の上下には肉厚の薄い薄肉部２０２が形成される。図２に示す薄肉部２０２の厚みｔ１と、図３に示す薄肉部２０２の厚みｔ３は同一でもよいし異なってもよい。薄肉部２０２の厚みｔ１、ｔ３は、厚肉部２０１の厚みであって後述するフィン２５を除く厚みｔ２よりも薄い。薄肉部２０２はフランジ２０３と側壁２０８とを接続する。厚肉部２０１の内側に突き出した面は後述する切削加工により平らに形成されており、内壁２０６、２０７にそれぞれ接触面１０２、１０５を構成する。なお接触面１０２、１０５は、ケース２４に挿入されるパワー半導体などと直接接合する面であり、高い熱伝達を可能とするために平らに形成される。

厚肉部２０１の接触面１０２と接触面１０５の反対面、すなわちケース２４の外側には、それぞれ複数のフィン２５が形成される。図示右側のフィン２５の先端同士を結ぶことにより形成される仮想的な面である右先端面１０３は、図示右側の内壁２０６に形成された接触面１０２と平行に形成される。同様に図示左側のフィン２５の先端同士を結ぶことにより形成される仮想的な面である左先端面１０６は、図示左側の内壁２０７に形成された接触面１０５と平行に形成される。

薄肉部２０２の内側の面は内壁２０６，２０７であり、フランジ２０３の内側の面と略同一面上に形成される。薄肉部２０２の外側の面、すなわち内壁２０６、２０７と反対側の面は、フィン２５の根元の面と、略同一面上に形成される。

厚肉部２０１の外周であって、開口部２０５に接続される薄肉部２０２と厚肉部２０１との接続部には段差部２０４が形成される。詳述すると、図２の右側に示す接触面１０２側では、接触面１０２と内壁２０６の２つの面に挟まれた空間であって、図２の右側上下２か所に段差部２０４が形成される。図２の左側に示す接触面１０５側では、接触面１０５と内壁２０７の２つの面に挟まれた空間であって、図２の左側上下２か所に段差部２０４が形成される。以下では、段差部２０４の外側の面を投影面１０７と呼ぶ。

厚肉部２０１の外周であって、側壁２０８に接続される薄肉部２０２と厚肉部２０１との接続部には段差部２０９が形成される。詳述すると、図３の右側に示す接触面１０２側では、接触面１０２と内壁２０６の２つの面に挟まれた空間であって、図３の右側上下２か所に段差部２０９が形成される。同様に図３の左側に示す接触面１０５側では、接触面１０５と内壁２０７の２つの面に挟まれた空間であって、図３の左側上下２か所に段差部２０９が形成される。以下では、段差部２０９の外側の面を投影面１０８と呼ぶ。

厚肉部２０１から段差部２０４，２０９を除いた領域が、ケース２４に挿入されるパワー半導体などの発熱体からの熱を放出する放熱部２１０である。前述のとおり、段差部２０４，２０９は厚肉部２０１の外周部数か所に設けられる。したがって、ある個所では放熱部２１０と薄肉部２０２との間に段差部２０４，２０９が設けられ、ある箇所では放熱部２１０と薄肉部２０２が隣接する。

フィン２５は、ケース２４の外側であって、厚肉部２０１と薄肉部２０２の境界より内側に配置される。また、フィン２５は、段差部２０４の投影面１０７上、及び、段差部２０９の投影面１０８上には配置されない。換言すると、フィン２５は放熱部２１０に設けられる。

（ケース２４の成型工程）
図４〜９を用いて図１〜３に示したケース２４の作成方法を説明する。以下に説明するように、図４〜７に示す工程により成型を行い、図８〜９に示す工程により切削加工を行う。
図４〜７は、上述したケース２４の成型工程を示す図である。

図４は加工前のケース２４を示す図である。図４（ａ）は加工前のケース２４の外観を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＩＶｃ−ＩＶｃ断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示すとおり、加工前のケース２４は表面すなわち外側、および内側のいずれにも凹凸を有しない。

図５は厚肉部２０１が形成される第１加工工程が終了したケース２４を示す図である。図５（ａ）は第１加工工程後のケース２４の外観を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ断面図である。第１加工工程は例えば、鍛造成型により外周から内側に成型することで、上下の厚肉部２０１が同時に形成される。また、前述の鍛造成型により、段差部２０４、２０９も同時に成型される。この鍛造成型において、中子金型は２つの開口部２０５の両側から挿入される。なお図５、およびのちに説明する図６〜図７では段差部２０４、２０９が全周にわたって存在するように表現されているが、前述のとおり本実施の形態では段差部２０４、２０９は数か所のみ設けられる。

図６はフィン２５が形成される第２加工工程が終了したケース２４を示す図である。図６（ａ）は第２加工工程後のケース２４の外観を示す図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ断面図である。第２加工工程は例えば、厚肉部２０１を鍛造成型で加圧し、上下同時にフィン２５を成型する。前述したように、フィン２５は、厚肉部２０１と薄肉部２０２の境界より内側に配置されていることから、鍛造成型での加圧による厚肉部２０１の材料流動によって、成型することができる。この鍛造成型において、中子金型は２つの開口部２０５の両側から挿入される。

図７は薄肉部２０２、フランジ２０３、および側壁部２０８が形成される第３加工工程が終了したケース２４を示す図である。図７（ａ）は第３加工工程後のケース２４の外観を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ断面図である。第３加工工程は例えば、上下の２面において、フィン２５の周りをフランジ２０３となる箇所を除いてフィン２５の根元の面まで切削する。これにより、薄肉部２０２、フランジ２０３、および側壁部２０８が形成される。

（ケース２４の切削工程）
上記の図７に示した第３加工工程が終了したら、接触面１０２、１０５の平さ、およびフィン２５の先端面と接触面１０２、１０５との平行度が所定の規格値を満たすように、以下に説明する切削加工により、フィン２５の先端面と接触面１０２、１０５を加工する。これにより、図１〜３に示したケース２４が完成する。

ここで切削加工を行うにあたりチャック、すなわちケース２４の固定が問題となる。ケース２４は外周部に肉厚のフランジ２０３を備えるが、このフランジ２０３は加工のためのチャック対象位置とはなりえない。加工対象となるフィン２５付近とフランジ２０３との間には撓みやすい薄肉部２０２が設けられるので、フランジ２０３をチャックしても加工対象であるフィン２５付近が固定されないためである。そこで、以下のように段差部２０４をチャックに用いる。

図８は、上述したケース２４の切削加工、より具体的には図示右側のフィン２５の右先端面１０３と接触面１０２の切削加工を行う一例を示す図である。図８において、第１保持具３０１、および第２保持具３０２は、ケース２４を固定するための冶具である。

第１保持具３０１は、開口部２０５からケース２４の内部に挿入され、ケース２４を内側から支持して固定する。第１保持具３０１は先端に凹部を有する棒状の部材である。第１保持具３０１の先端に設けられた凹部は段差部２０４と接することにより、第２保持具３０２とともにケース２４を保持する。第１保持具３０１は、前述の凹部以外はケース２４と接触しない。第１保持具３０１がケース２４を固定した状態で接触面１０２や接触面１０５を加工する切削加工具が開口部２０５から挿入されるので、第１保持具３０１の幅Ｗは接触面１０２と内壁２０６との２つの面に挟まれた空間の最大幅に制限される。換言すると、第１保持具３０１の幅Ｗは、厚肉部２０１や段差部２０４の厚みによる制限を受けず、接触面１０２と内壁２０６の２つの面に挟まれた空間の最大幅とし、剛性を高めることができる。

第２保持具３０２は、外側からケース２４を支持して固定する。第２保持具３０２は接触面Ｓによりケース２４と接触することで、第１保持具３０１とともにケース２４を保持する。次に図９を用いて説明するように、接触面Ｓはフィン２５が露出するようにケース２４を固定する。薄肉部２０２の内壁２０６とは反対側の面、すなわちケース２４の外側の面は、フィン２５の根元の面と略同一面上に形成されることから、第２保持具３０２の接触面Ｓは、薄肉部２０２の内壁２０６とは反対側の面とフィン２５の根元の面との両方に接触する。すなわち、接触面Ｓを広くすることができるのでケース２４を頑丈に固定でき、ケース２４の加工時の変形が抑制され、加工の高速化や高精度化が図れる。

このような第１保持具３０１および第２保持具３０２を用いてケース２４を固定することにより、ケース２４を、一度固定した冶具から取り外すこと無く、連続的に、又は、同時に、接触面１０２と右先端面１０３を加工可能であり、その結果、接触面１０２と右先端面１０３を平行に加工できる。また、２つの開口部２０５から第１保持具３０１を挿入するので、１方向のみからの冶具で固定する方法に比べ、ケース２４をより頑丈に固定でき、ケース２４の加工時の変形が抑制され、加工の高速化や高精度化が測れる。なお、別途設けた基準面に基づき、接触面１０２と右先端面１０３の両方を加工してもよいし、いずれか一方を基準面として他方を加工してもよい。

なお、図示左側のフィン２５の左先端面１０６と接触面１０５を加工するためには、図８と左右対称な位置を第１保持具３０１と第２保持具３０２とでチャックする。

図９は、図８においてＩＸで示す視点から得られる、第１保持具３０１、第２保持具３０２、およびフィン２５の関係を示す図である。ただし図９では、第２保持具３０２、およびフィン２５を破線で表示している。前述のとおり、フィン２５は段差部２０４の投影面１０７上には配置されない。そのため、第１保持具３０１の段差部２０４を固定した箇所の直下に第２保持具３０２の接触面Ｓを配置してケース２４を頑丈に固定し、ケース２４の加工時の変形を抑制するので、加工の高速化や高精度化が可能となる。

（ケース２４への半導体の挿入）
図１０〜図１１を参照しながらケース２４へ挿入する半導体回路の構成を説明し、次に図１２〜図１３を参照しながらケース２４への半導体の挿入を説明する。

図１０〜１１は、ケース２４に挿入する半導体回路の構成を示す図である。ケース２４へ挿入する半導体回路は、高さ方向に部品が積層された構成を有する。以下では図１０を用いて上段の部品を除いた構成を説明し、図１１を用いて上段の部品を含めた構成を説明する。

図１０において、ＩＧＢＴチップ１ａとＳＦＤチップ２ａは、後述するＩＧＢＴ下面はんだ、および後述するＳＦＤ下面はんだをそれぞれ用いて下面放熱板４ａに接続される。ＩＧＢＴチップ１ｂとＳＦＤチップ２ｂは後述するＩＧＢＴ下面はんだ、および後述するＳＦＤ下面はんだをそれぞれ用いて下面放熱板４ｂに接続される。下面放熱板４ａ、および下面放熱板４ｂのチップが積載されない面、すなわち図示奥側の面は後述する粘着シート２３と接合する接触面１０４を構成する。ＩＧＢＴチップ１ａ及びＩＧＢＴチップ１ｂのゲート端子などの制御端子は、アルミワイヤー１０によりゲートピン９に接続される。下面放熱板４ａにバスバー１１ａが一体で形成され、下面放熱板４ｂにバスバー１１ｂが一体で形成される。バスバー１１ａの隣には、バスバー１１と同様に外部との電気接続のためのバスバー１２が配置される。ゲートピン９とバスバー１１ａ,１１ｂ,１２は同一平面上に配置される。ゲートピン９、バスバー１１ａ,１１ｂ,１２、および下面放熱板４ａ,４ｂは、引抜き成形などで形成された同一の一枚板を打抜き成形して得られる。

図１１は、図１０に示した半導体回路に上面放熱板３ａ、および上面放熱板３ｂを追記した図である。上面放熱板３ａ、および上面放熱板３ｂは、後述するＩＧＢＴ上面はんだとＳＦＤ上面はんだとをそれぞれ用いて各チップに接合される。上面放熱板３ａ、および上面放熱板３ｂのチップと接合されない面、すなわち図示手前側の面は後述する粘着シート２３と接合する接触面１０１を構成する。上面放熱板３ａは下面放熱板４ｂと電気的に接合され、上面放熱板３ｂはバスバー１２に伸びた凸部を有し、はんだ１３（図１３）でバスバー１２と電気的に接続される。この半導体回路１００は、部品同士の相対的な位置を固定するために、後述するモールドを用いてモールド成形される。詳しくは後述するが、粘着シート２３と接合する接触面１０１と接触面１０４はモールドから露出する。

図１２は、ケース２４にモールド成形された半導体回路を挿入し、ケース２４と半導体回路１００を一体化させる工程を示す図である。図１２では、図１に示すケース２４の接触面１０２と接触面１０５とに、放熱性と絶縁性を有する粘着シート２３がそれぞれ貼られ、それら粘着シート２３の間に半導体回路１００が挿入される。なお図１２では、図１０〜図１１に示した半導体回路１００が図示奥行き方向に９０度回転されてケース２４に挿入されている。ケース２４の挿入後、右先端面１０３と左先端面１０６の両面が、加圧冶具３０５により矢印Ｂの方向に加圧され、薄肉部２０２が変形し、粘着シート２３と接触面１０２、及び、粘着シート２３と接触面１０５とが密着する。加圧した状態、即ち、粘着シート２３と接触面１０２、及び、粘着シート２３と接触面１０５が密着した状態で、粘着シート２３を加熱し、接触面１０１、１０２、１０４、１０５と粘着シート２３とが接合される。接触面１０１、１０２、１０４、１０５、及び、左右の先端面１０３、１０６がおのおの平行なので、粘着シート２３には均等な圧力が発生する。粘着シート２３の接合後にケース用モールド２６が封止される。

この粘着シート２３の接合によれば、加圧冶具３０５での矢印Ｂの方向の加圧において、薄肉部２０２が変形することで、接触面１０２、１０４の変形が抑制され、接触面１０２、１０４の平行が保たれる。また、接合中において、接触面１０１、１０２、１０４、１０５、及び、左右の先端面１０３、１０６がおのおの平行なので、粘着シート２３には均等な圧力が発生する。その結果、接合後の粘着シートの接合強さが高く、接合部の剥離などの接合不良が無く、粘着シート２３の接合信頼性が高い。

また粘着シート２３は、接触面１０１と１０２間、及び、１０４と１０５間の平行のズレや、接触面１０１と１０２、１０４、１０５の反りを吸収して、接触面１０１と１０２、及び、１０４と１０５を接合させる。ところで、平行のズレや反りが大きく、粘着シート２３の厚さが薄いと、平行のズレや反りを吸収できず、接合後に剥離などの接合不良が発生する。その一方で、粘着シート２３の厚さが厚いと、平行のズレや反りを吸収できるが、粘着シートの２３の伝熱性が低下し、ＩＧＢＴチップ１及びＳＦＤチップ２の放熱性が低下する。しかし本実施の形態においては、ケース２４の接触面１０２、１０５、及び、左右の先端面１０３、１０６は機械加工されており、平行のズレや反りが無い。また、接触面１０１、１０４は、例えば、研削加工などで、高精度に加工されることから、同様に平行のズレや反りが無い。したがって、平行のズレや反りをほとんどないので、接合後の剥離などの接合不良が抑制され、接合信頼性が高い。さらに粘着シート２３は、平行のズレや反りをほとんど吸収する必要がないので厚さを薄くすることができ、伝熱性に優れることから、ＩＧＢＴチップ１及びＳＦＤチップ２の放熱性が高い。

図１３は、図１２における粘着シート２３が接合した後の状態を示す図である。なお図１３における半導体回路１００の断面は、図１１におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面である。

図１３において、ＩＧＢＴチップ１は、放熱性を有する上面放熱板３の一方の面上にＩＧＢＴ上面はんだ５で接合される。ＩＧＢＴ１の他面は、放熱性を有する下面放熱板４ｂの一方の面上にＩＧＢＴ下面はんだ６で接合される。ＳＦＤチップ２は、上面放熱板３ｂのＩＧＢＴチップ１が接合された面上にＳＦＤ上面はんだ７で接合される。ＳＦＤ２の他面は、下面放熱板４ｂのＩＧＢＴチップ１が接合された面上にＳＦＤ下面はんだ８で接合される。上面放熱板３ｂと下面放熱板４ｂのＩＧＢＴチップ１とＳＦＤチップ２が接続された面側は、絶縁性有機材料のモールド２０によりモールド成形される。

上面放熱板３ｂのＩＧＢＴチップ１とＳＦＤチップ２が接続された面と反対側の面、すなわち前述の接触面１０１は、モールド２０から露出する。上面放熱板３ｂの露出面外周を覆うモールド２０であって接触面１０１と同一平面上の面は、接触面１０１を構成する。下面放熱板４のＩＧＢＴチップ１とＳＦＤチップ２が接続された面と反対側の面、すなわち前述の接触面１０４は、モールド２０から露出する。下面放熱板４ｂの露出面外周を覆うモールド２０であって接触面１０４と同一平面上の面は、接触面１０４を構成する。

接触面１０１は、粘着シート２３によってケース２４の厚肉部２０１の接触面１０２に接合される。また、接触面１０４は、粘着シート２３によってケース２４の厚肉部２０１の接触面１０５に接合される。モールド２０、及び、粘着シート２３の接触面１０２と１０３、及び、１０５、１０６からはみ出した部分、ケース２４の段差部２０４と２０９は、封止剤２０６で封止される。モールド２０内で、上面放熱板３とはんだ１３で接合されたバスバー１２は、接触面１０１、１０２と平行に開口部２０５の方向に延伸され、開口部２０５から突き出し、外部と接続される。同様に、下面放熱板４と一体のバスバー１１ｂは、接触面１０１、１０２と平行に開口部２０５の方向に延伸され、開口部２０５から突き出し、外部と接続される。

（半導体冷却装置３００の構成例）
図１４〜図１５は、図１３に示したケース２４、すなわち半導体回路１００を挿入したケース２４を用いた半導体冷却装置３００の例を示す図である。図１４は半導体冷却装置３００の外観を示す図、図１５は半導体冷却装置３００にケース２４を挿入した状態を示す図である。

図１４に示すように半導体冷却装置３００は、図示左から右にクーラント液が流れる水路２９と、水路２９を構成する外殻部２７と、外殻部２７に形成された孔であってケース２４が挿入される複数組の挿入孔３０とを備える。１組の挿入孔３０は水路２９を上下に貫通する。この１組の挿入孔３０にケース２４を挿入してケース２４内の半導体回路１００を冷却する。図１４ではケース２４および半導体回路１００を図示していないが、挿入孔３０に図１３に示したケース２４を挿入すると、たとえば外殻部２７の上部にはバスバー１１ｂ、同じく下部にはバスバー１２が突出する。

半導体冷却装置３００は、一本の管で複数の半導体回路１００の冷却ができることから、水路構造を単純にでき、さらに、少ないスペースで半導体回路１００を冷却するので、半導体装置を組み込む電力変換装置の小型化が可能である。

図１５に示すように、外殻部２７により水路２９が形成される。詳述すると、水路２９は、フランジ２０３、外殻部２７、およびシール材２８から構成される。水路２９には、たとえば図示手前側から図示奥側に向けてクーラント液が移動し、フィン２５がこのクーラント液により冷却される。これより、ＩＧＢＴチップ１及びＳＦＤチップ２が、上面放熱板３と下面放熱板４、および粘着シート２３を介して冷却される。ＩＧＢＴチップ１及びＳＦＤチップ２は、上面放熱板３側と下面放熱板４側の２面の方向から冷却されることから、温度上昇が抑制される。また、ＩＧＢＴチップ１及びＳＦＤチップ２から水路２９までの間に、グリースなどの伝熱性が低い介在物が無く放熱性が優れる。

バスバー１１ｂ、１２が突き出すケース２４の２つの開口部２０５は、フランジ２０３と外殻部２７で構成される水路２９と分割されており、また、バスバー１１ｂ、１２が突き出した先端と、水路２９とは干渉しない。これより、バスバー１１ｂ、１２は、外部との接続が容易である。これより、電気接続のフレキシブル性が高く、本発明の半導体装置を組み込む電力変換装置の生産性を高くできる。

また、前述したようにケース２４は、管材から一体で形成されており、接続部が無い。すなわち、水路２９の接合部は、外殻部２７とケース２４とを接合するシール材２８のみであり、水路の信頼性が高い。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ケース２４は、半導体回路１００と接触する接触面１０２，１０５を有する放熱部２１０と、接触面１０２，１０５を囲むように形成されかつ放熱部２１０よりも薄く形成された薄肉部２０２，２０６と、薄肉部２０６，２０６と放熱部２１０との間に形成されかつ接触面１０２，１０５に対して窪んでいる窪み部、すなわち段差部２０４，２０９とを備える。段差部２０４，２０９の内側の面は、ケース２４の厚さ方向において、接触面１０２，１０５と薄肉部２０２，２０６の内側の面である内壁２０６，２０７との間にそれぞれ配される。

ケース２４は、接触面１０２、１０５の外周に放熱部２１０よりも肉厚が薄い薄肉部２０２，２０６を備えるので、ケース２４の内部に半導体回路１００を挿入して半導体回路１００とケース２４を密着させる際に、接触面１０２，１０５は変形せずに肉厚が薄い薄肉部２０２，２０６が変形する。これにより、間に粘着シート２３を挟んだ状態で半導体回路１００と接触面１０２，１０５とを密着させることができる。仮に接触面１０２，１０５が変形すると、半導体回路１００と接触面１０２，１０５との伝熱面積が減少し放熱性が減少する。すなわちケース２４は、半導体回路１００からケース２４への熱伝達は、半導体回路１００と広い接触面積で密着する接触面１０２、１０５により行われるので、ケース２４は半導体回路１００の放熱性を高めることができる。

また、ケース２４の内部に半導体回路１００を挿入し加圧冶具３０５により加圧することにより、ケース２４と半導体回路１００との接合が可能なので、接合が容易であり生産性に優れる。

さらに、冷却媒体を覆う隔壁、たとえば冷媒流路配管を別途用意することなく、ケース２４の外側に直接に冷却媒体を流通させることができる。そのため、図１４〜１５に示した半導体冷却装置３００のように、ケース２４に内奏される半導体回路１００を少ない空間占有体積により冷却可能である。また、ケース２４を用いることにより冷却媒体の流路設計の自由度が高まるので、設置空間の制約が厳しい場合にも半導体回路１００を冷却可能である。

（２）ケース２４は、放熱部２１０および薄肉部２０２，２０６が形成された放熱面と垂直な開口面に形成された開口部２０５を備える。そのため、開口部２０５から第１保持具３０１を挿入し、ケース２４を固定することができる。

（３）開口部２０５は、放熱部２１０および薄肉部２０２，２０６が形成された放熱面と垂直な一対の開口面にそれぞれ形成されている。そのため、ケース２４の両方の面を異なる窪み部を用いて固定し、ケース２４の両方の面を加工することができる。なお、ケース２４の固定には図３に示す窪み部２０９を用いてもよく、その場合は第１保持具３０１の先端の形状を窪み部２０９にあわせて変更する。

（４）半導体回路１００は略平板状である。放熱部２１０は、半導体回路１００の第１の面と接触する第１接触面、すなわち接触面１０２と、半導体回路の第２の面と接触する第２接触面、すなわち接触面１０５とを備える。薄肉部２０２は、第１接触面１０２を囲むように形成された第１薄肉部、たとえば図２における右側の薄肉部２０２と、第２接触面１０５を囲むように形成された第２薄肉部、たとえば図２における左側の薄肉部２０２とを備える。窪み部２０４は、第１薄肉部と放熱部２１０との間に形成され、かつ第１接触面に対して窪んでいる第１窪み部、たとえば図２における右側の窪み部２０４と、第２薄肉部と放熱部２１０との間に形成され、かつ第２接触面に対して窪んでいる第２窪み部、たとえば図２における左側の窪み部２０４とを備える。

そのため、半導体回路１００が内部に挿入された状態でケース２４を加圧冶具３０５を用いて加圧すると、ケース２４の両側の薄肉部２０２，２０６が変形する。これにより、接触面１０２，１０５が変形することなく、半導体回路１００の両面がケース２４と広い接触面積を有することができる。

（５）放熱部２１０は、第１接触面１０２の反対面に複数の第１フィン群を備え、第１フィン群の先端が形成する仮想的な面１０３は第１接触面１０２と平行である。放熱部２１０は、第２接触面１０５の反対面に複数の第２フィン群を備え、第２フィン群の先端が形成する仮想的な面１０６は第２接触面１０５と平行である。

そのため、接触面１０１、１０２、１０４、１０５、及び、左右の先端面１０３、１０６がおのおの平行なので、粘着シート２３には均等な圧力が発生する。その結果、接合後の粘着シートの接合強さが高く、接合部の剥離などの接合不良が無く、粘着シート２３の接合信頼性が高い。また、接触面１０１、１０２、１０４、１０５が平行なので、粘着シート２３を薄くすることが可能であり、粘着シート２３が存在することによる伝熱性能の低下を低減することができる。換言すると、このケース２４を用いることによりケース２４に挿入する半導体回路１００の放熱性を向上することができる。

（変形例１）
段差部２０４、およびフィン２５の配置場所を次のように変更してもよい。
図１６は、変形例１における段差部２０４、およびフィン２５の配置場所を示す図である。図１６に示すように、段差部２０４を厚肉部２０１と薄肉部２０２との境界の一辺全てに設けてもよい。この場合はさらに、段差部２０４の第１保持具３０１と第２保持具３０２とで挟む箇所にフィン２５を配置せず、段差部２０４の第１保持具３０１と第２保持具３０２に挟まれない箇所にフィン２５を配置してもよい。

（変形例２）
段差部２０４、およびフィン２５の配置場所を次のように変更し、第１保持具３０１の形状もあわせて変更してもよい。
図１７は、変形例２における段差部２０４、およびフィン２５の配置場所を示す図である。図１７に示すように、段差部２０４を厚肉部２０１と薄肉部２０２との境界の一辺全てに設けてもよい。この場合はさらに、第１保持具３０１の先端を分岐させ、第１保持具３０１と第２保持具３０２とで、段差部２０４のフィン２５が配置されている箇所を除いて挟み固定してもよい。

（変形例３）
接触面１０５と左先端面１０６は、上述した接触面１０２と右先端面１０３と同じ方法で加工され、同様の効果を得る。また、上述した段差部２０４を固定する変わりに、段差部２０９を固定しても良く、又は、段差部２０４、及び、２０９の全てを固定しても同様の効果を得る。

（変形例４）
実施の形態では、窪み部２０４と窪み部２０９の形状が異なっていたが、両者の形状を入れ替えてもよいし、両者の形状が同一でもよい。また以下の３つの条件を満たす他の形状であってもよい。第１の条件は、切削加工に耐えうる剛性を有する厚み・形状である点である。第２の条件は、肉厚が薄肉部２０２よりも厚い点である。第３の条件は、ケース２４の内側を基準として、接触面１０２，１０５よりも窪んでいる点である。

上述した実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

２３ … 粘着シート
２４ … ケース
２５ … フィン
１００ … 半導体回路
１０１、１０２，１０４，１０５ … 接触面
１０３ … 右先端面
１０６ … 左先端面
２０１ … 厚肉部
２０２ … 薄肉部
２０４、２０９ … 段差部
２０５ … 開口部

Claims (8)

1. 内部に半導体回路が挿入されるケースにおいて、
   前記半導体回路と接触する接触面を内側に有する放熱部と、
   前記接触面を囲むように形成されかつ前記放熱部よりも薄く形成された薄肉部と、
   前記薄肉部と前記放熱部との間に形成されかつ前記接触面に対して窪んでいる窪み部とを備え、
   前記窪み部の内側の面は、前記ケースの厚さ方向において、前記接触面と前記薄肉部の内側の面との間に配されるケース。
2. 請求項１に記載のケースにおいて、
   前記放熱部および前記薄肉部が形成された面と垂直な面に形成された開口部をさらに備えるケース。
3. 請求項２に記載のケースにおいて、
   前記開口部は、前記放熱部および前記薄肉部が形成された面と垂直な一対の面にそれぞれ形成された第１開口部および第２開口部を有するケース。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のケースにおいて、
   前記半導体回路は略平板状であり、
   前記放熱部は、前記半導体回路の第１の面と接触する第１接触面と、前記半導体回路の第２の面と接触する第２接触面とを備え、
   前記薄肉部は、前記第１接触面を囲むように形成された第１薄肉部と、前記第２接触面を囲むように形成された第２薄肉部とを備え、
   前記窪み部は、前記第１薄肉部と前記放熱部との間に形成され、かつ前記第１接触面に対して窪んでいる第１窪み部と、前記第２薄肉部と前記放熱部との間に形成され、かつ前記第２接触面に対して窪んでいる第２窪み部とを備えるケース。
5. 請求項４に記載のケースにおいて、
   前記放熱部は、前記第１接触面の反対面に複数の第１フィン群を備え、前記第１フィン群の先端が形成する仮想的な面は前記第１接触面と平行であり、
   前記放熱部は、前記第２接触面の反対面に複数の第２フィン群を備え、前記第２フィン群の先端が形成する仮想的な面は前記第２接触面と平行であるケース。
6. 半導体素子を有する半導体回路と、
   前記半導体回路を収納するケースと、を備え、
   前記ケースは、
   前記半導体回路と接触する接触面を有する放熱部と、
   前記接触面を囲むように形成されかつ前記放熱部よりも薄く形成された薄肉部と、
   前記薄肉部と前記放熱部との間に形成されかつ前記接触面に対して窪んでいる窪み部とを備え、
   前記窪み部の内側の面は、前記ケースの厚さ方向において、前記接触面と前記薄肉部の内側の面との間に配される半導体装置。
7. 内部に半導体回路が挿入されるケースの製造方法であって、
   前記半導体回路と接触する接触面を内側に有する放熱部と、前記接触面を囲むように形成されかつ前記放熱部よりも薄く形成された薄肉部と、前記薄肉部と前記放熱部との間に形成されかつ前記接触面に対して窪んでいる窪み部とを、前記窪み部の内側の面が前記ケースの厚さ方向において前記接触面と前記薄肉部の内側の面との間に配されるように、前記ケースにそれぞれ形成し、
   前記窪み部に固定された冶具で前記ケースを支持した状態で、前記ケースの前記接触面を切削加工するケースの製造方法。
8. 請求項７に記載のケースの製造方法において、
   前記放熱部は外側に複数のフィンを備え、
   前記複数のフィンの先端により形成される仮想的な面と前記接触面とが平行になるように切削加工するケースの製造方法。

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