JPWO2016016985A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、アルミ材からなる放熱板の変形を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。そして、本発明において、放熱板（１４Ａ）は本体部（１４１）と、本体部（１４１）の表面上の中央領域を縦断すべく棒状に形成される棒状凸部構造を有する凸部（１４２）とにより構成されている。半導体素子（１１），絶縁基板（１２）を含む放熱板（１４Ａ）の全体を覆うべくハウジング（１５Ａ）が放熱板（１４Ａ）上に設けられる。ハウジング（１５Ａ）は本体部（１５１）において、放熱板（１４Ａ）の凸部（１４２）に合致した形状の凹部（１５２）を有し、ハウジング（１５Ａ）の放熱板（１４Ａ）への装着時に、凹部（１５２）は凸部（１４２）を密着して覆っている。

Description

この発明は、放熱板上に半導体素子が装着され、ハウジング形状型・樹脂封止型等外装部を有する半導体装置に関するものである。
従来の半導体素子（半導体チップ）を装着する放熱板は、その構成材料として安価で軽量なアルミ材を使用するのが一般的であった。すなわち、放熱板を用いることにより、半導体素子から発生する熱（損失エネルギー）を冷却する一方向の熱拡散効果を図っている。
しかし、アルミ材を用いて放熱板を構成する場合、アルミ材は、放熱板と接合すべく冷却板上に実装されるはんだや半導体チップ搭載用の絶縁基板との線膨張係数の差が大きく剛性も低いため、製造時や実使用環境下における熱によって変形することが知られている。
放熱板の変形は、熱抵抗の増大、搭載する素子の破損、信頼性の低下等につながり設計の妨げの一つとなっている。
特に、車載用パワーモジュールは熱帯地域や寒冷地域などの様々な温度環境の下で使用され、また自身の駆動時の発熱など非常に厳しい温度変化にさらされる。このような実使用環境下における温度変化によって放熱板の変形が問題となっている。特に安価で軽量なアルミ材を放熱板として用いた場合、剛性が低く銅などの他部材を放熱板として用いた場合以上の変形が懸念される。
そこで、アルミ材による放熱板の変形防止策として、放熱板のアルミ厚の増加（第１の対策）、放熱板内への骨材の挿入等の対策（第２の対策）が施されている。
さらに、アルミ材による放熱板の変形防止策として、特許文献１及び特許文献２で開示された技術が挙げられる。特許文献１には、半導体素子を囲むようにベース板に部分突条部を有する半導体モジュールが提案され、特許文献２には、半導体素子と接合されるヒートスプレッダに壁状部材が配設された半導体装置が開示されている。
特開２０１２−１９５３６３号公報 特開２００７−２５８４３０号公報
しかし、上述した第１の対策は、アルミ材厚の増加を招き、第２の対策は熱伝導率の低い壁状部材（主にセラミック）の挿入を行うことによる熱抵抗の悪化させてしまう。さらに、第１及び第２の対策は、放熱板用の材料の使用量を増加させることになり、重量増・コスト上昇という別の問題点を誘発してしまう。
また、特許文献１及び特許文献２で開示された半導体装置においても、通電時の半導体素子の発熱による放熱板の変形を抑える効果が十分ではなく、特に、複数の半導体素子を搭載した半導体モジュールに適用する場合、使用時の発熱と周囲環境との温度差がより大きくなるため、放熱板の変形に対し実質的な解消策になっていなかった。
本発明では、上記のような問題点を解決し、アルミ材からなる放熱板の変形を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。
この発明に係る半導体装置は、アルミを構成材料とする放熱板と、前記放熱板の実装面上に設けられる複数の半導体素子とを備える半導体装置であって、前記放熱板は、実装面を有する本体部と、前記本体部の実装面上に選択的に設けられる凸部とを含み、前記半導体装置は、前記凸部に合致した形状の凹部を有し、前記放熱板への装着時に前記凹部が前記凸部を密着して覆う外装部をさらに備える。
この発明における半導体装置の放熱板の凸部が形成される領域において、本体部の厚みに凸部の厚みが加わる分、厚くすることができるため、放熱板の剛性を向上させることができる。そして、外装部の放熱板への装着時に、外装部の凹部が放熱板の凸部を密着して覆うため、製造時や実使用時における線膨張に伴う放熱板の変形を外装部によって効果的に抑制することができる。
加えて、外装部がトランスファー成型処理で得られる場合、樹脂成形時の温度上昇時から樹脂成形後の冷却時に至る期間においても、放熱板と樹脂との線膨張差による放熱板の反りを抑制することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明の実施の形態１である半導体モジュールの全体構成を示す斜視図である。 実施の形態１の半導体モジュールの構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２である半導体モジュールの全体構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３である半導体モジュールの全体構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４である半導体モジュールの全体構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５である半導体モジュールの断面構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態６である半導体モジュールの断面構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態７である半導体モジュールの構造を示す説明図である。 この発明の実施の形態８である半導体モジュールの断面構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態９である半導体モジュールの構造を示す説明図である。 この発明の実施の形態１０である半導体モジュールの全体構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１１である半導体モジュールの構成を示す説明図である。 従来の半導体モジュールの第１の問題点を示す説明図である。 従来の半導体モジュールの第２の問題点を示す説明図である。 従来の半導体モジュールの第３の問題点を示す説明図である。 図１３〜図１５で示した第１〜第３の問題点の解消を図るための従来の半導体モジュールを示す説明図である。
＜前提技術＞
以下に、アルミ材からなる放熱板上にＳｉ（シリコン）を構成材料とした半導体素子１１（半導体チップ）を装着した半導体モジュール（半導体装置）の設計の妨げの要因となっている問題点を例を挙げて説明する。
図１３はアルミ材からなる放熱板を用いた従来の半導体モジュールの第１の問題点を示す説明図である。同図に示すように、従来の半導体モジュール８１は冷却フィン５１上にグリス５２を介して、アルミ材を構成材料とした放熱板５３が接合され、放熱板５３上にケース５４が設けられる。なお、放熱板５３上のケース５４内に図示しない半導体素子が装着されている。
このような構造の半導体モジュール８１は、ケース５４内の半導体素子で発生した熱をグリス５２を介して冷却フィン５１に伝えている。半導体モジュール８１は、通電時の熱による変形で、放熱板５３，冷却フィン５１が収縮・膨張を繰り返す結果、冷却フィン５１，放熱板５３間のグリス５２のポンピングアウトを誘発する。
すなわち、通電時の半導体素子に発生する熱により放熱板５３や冷却フィン５１等が膨張と収縮とを繰り返すため、図１３(a)に示すように、放熱板５３と冷却フィン５１との間のグリス５２が外側に押し出されたり、図１３(b)に示すように、グリス５２内にボイド５６が入ったりすることにより熱抵抗が増大するという第１の問題点が発生する。
図１４はアルミ材からなる放熱板を用いた従来の半導体モジュールの第２の問題点を示す説明図である。同図に示すように、従来の半導体モジュール８２は、ベース板となりアルミ材を構成材料とした放熱板６１上にグリス６２を介して絶縁基板６３が形成され、絶縁基板６３上にはんだ６４を介して半導体チップ６５（半導体素子）が接合された構造を呈している。
このような構造の半導体モジュール８２は、半導体チップ６５の通電時の熱による変形で、半導体チップ６５からはんだ６４、絶縁基板６３及びはんだ６２にかけてクラック６６が発生して半導体チップ６５内の素子破壊を起こしたり、はんだ６２，６４にクラック６６が発生することにより熱抵抗が増大したりするという第２の問題点が生じる。
図１５はアルミ材からなる放熱板を用いた従来の半導体モジュールの第３の問題点を示す説明図である。同図(a)に示すように、従来の半導体モジュール８３は、直接水冷構造の冷却器３０上にシール材３３を介してアルミ材を構成材料とした放熱板５３が設けられ、放熱板５３上にケース５４が設けられる。なお、放熱板５３上のケース５４内に図示しない半導体素子が装着されている。
一方、冷却器３０はその内部に冷水液３５を収容するための冷却水路３６を有し、冷却水路３６の上部がシール材３３により封止される。冷却水路３６内におけるシール材３３の下部に複数のピンフィン３４が選択的に設けられる。
このような構造の半導体モジュール８３は、ケース５４内の半導体素子の通電時の熱による変形で、図１５(b)に示すように、放熱板５３と冷却器３０のシール材３３との間に隙間ができる結果、冷却水路３６内の冷水液３５が冷却水路３６から漏れてしまう第３の問題点があった。
図１６は上述した第１〜第３の問題点の解消を図るための対策が講じられた従来の半導体モジュールを示す説明図である。
同図(a)に示すように、従来の半導体モジュール８４は放熱板５３Ａの表面（装着面）上に絶縁基板１２を介して複数の半導体素子１１（半導体チップ）を装着している。この際、放熱板５３Ａのアルミ膜厚Ｄ５３を一般的な放熱板よりも厚くしている。
同図(b)に示すように、従来の半導体モジュール８５は放熱板５３Ｂの表面上に絶縁基板１２を介して複数の半導体素子１１（半導体チップ）を装着している。この際、放熱板５３Ｂ内に放熱板５３Ｂとは異なる主としてセラミックを構成材料とした骨材５８を挿入している。
図１６に示すように、複数の半導体素子１１を搭載した半導体モジュール８４，８５においては、複数の半導体素子１１の使用時の発熱と周囲環境との温度差が大きくなる。この点を考慮して、半導体モジュール８３では放熱板５３Ａのアルミ膜厚Ｄ５３を厚くして放熱板５３Ａの剛性を上げ、半導体モジュール８４では骨材５８を内部に備えることにより放熱板５３Ｂの剛性を上げていた。
しかしながら、半導体モジュール８４のようにアルミ膜厚Ｄ５３を厚くすることは、アルミ材の使用量を増加させる結果、重量増・コスト上昇を招くという第４の問題点が生じてしまう。また、半導体モジュール８５では主にセラミックを構成材料とした骨材５８を用いる分、熱抵抗の悪化させてしまう上、重量増・コスト上昇を招くという第５の問題点が発生する。
このように、図１３〜図１６で示した半導体モジュール８１〜８３で発生した第１〜第３の問題点を、半導体モジュール８４，８５のように別の問題点（第４，第５の問題点）を発生させることなく解決したのが以下で述べる本願発明の実施の形態となる。
＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である半導体モジュール１の全体構成を示す斜視図である。図２は実施の形態１の半導体モジュール１の構成を示す説明図であり、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)のＡ−Ａ断面図である。なお、図１にはＸＹＺ直交座標系が示され、図２(a)にはＸＹ直交座標系が示され、図２(b)にはＸＺ直交座標系が示されている。
これらの図に示すように、放熱板１４Ａの本体部１４１の表面（装着面）上に、各々が絶縁基板１２を介して複数の半導体素子１１（半導体チップ）が形成されている。なお、図１，図２では複数の半導体素子１１として２つの半導体素子１１が示されている。
放熱板１４Ａは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に選択的に設けられる１つの凸部１４２（棒状凸部）とにより構成される。本体部１４１の表面はＸ方向（他方方向）及びＹ方向（一方方向）により規定される平面視矩形状を呈し、凸部１４２は本体部１４１の表面上のＸ方向における中央領域を縦断すべくＹ方向に延びて棒状に形成される棒状凸部構造を有している。
２つの半導体素子１１は凸部１４２を基準として＋Ｘ方向側及び−Ｘ方向側の本体部１４１の表面上にそれぞれ絶縁基板１２を介して形成されている。すなわち、凸部１４２は、熱干渉によりストレスが大きくなり変形が顕著になる２つの半導体素子１１，１１間に配置される。なお、凸部１４２の幅（Ｘ方向の長さ）、高さ（Ｚ方向の長さ）、長さ（Ｙ方向の長さ）は問わないものとする。
半導体素子１１，絶縁基板１２を含む放熱板１４Ａの全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ａが放熱板１４Ａ上に設けられる。ハウジング１５Ａは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、本体部１５１において、放熱板１４Ａの凸部１４２に合致した形状の凹部１５２を有し、ハウジング１５Ａの放熱板１４Ａへの装着時に、凹部１５２は凸部１４２を密着して覆うことができる。すなわち、凹部１５２は、棒状凸部構造の凸部１４２に対応し、本体部１５１の下方（−Ｚ方向）においてＹ方向に延びて溝状に形成される溝状凹部構造を有している。
このような構造のハウジング１５Ａとして、例えば、上述した溝状凹部構造の凹部１５２を有するインサートケースが考えられる。また、ハウジング１５Ａとして、半導体素子１１，絶縁基板１２及び凸部１４２を含む本体部１４１の表面上にトランスファーモールド処理によって封止樹脂を設けることも考えられる。
上述した特徴を有するハウジング１５Ａを放熱板１４Ａ上に装着すると、図２(b)に示すように、凹部１５２が凸部１４２に密着して覆いつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ａ内に収容することができる。
なお、半導体素子１１は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴやＦｗＤｉ（Free Wheeling Diode）などがチップ化された半導体素子を意味する。また、絶縁基板１２は、ＡｌＮ,ＳｉＮなどのセラミック基板である。また、ハウジング１５Ａとして、上述したように、インサートケースや封止樹脂が考えられる。
以下、図１及び図２を参照して、実施の形態１の半導体モジュール１の組立方法を説明する。
まず、放熱板１４Ａの表面（実装面）上に絶縁基板１２を介して半導体素子１１を実装する。
その後、内部電極（図示せず）が埋め込まれたインサートケースであるハウジング１５Ａを放熱板１４Ａの本体部１４１上に装着する。ハウジング１５Ａ内の内部電極によって半導体素子１１，１１間の結線の一部が行われる。この時点ではまだ、半導体素子１１，１１間の完全な結線は完了していない。以下、放熱板１４Ａにハウジング１５Ａが一体化した後の構造を「モジュール本体」と称する。
そして、モジュール本体の一部から半導体結線用に露出した電極間をワイヤ等を用いて電気的に接続することにより、ハウジング１５Ａ内の半導体素子１１，１１間の結線が完了する。
実施の形態１の半導体モジュール１の放熱板１４Ａは凸部１４２を有するため、本体部１４１の凸部１４２の形成領域において凸部１４２の厚みが加わる分、本体部１４１の膜厚を部分的に厚くすることができるため、放熱板１４Ａの剛性を増すことができる。
この際、ハウジング１５Ａの放熱板１４Ａへの装着時に凹部１５２が凸部１４２を密着して覆うため、製造時や実使用時における線膨張に伴う放熱板１４Ａの変形をハウジング１５Ａによって効果的に抑制することができる。すなわち、放熱板１４Ａの厚みを増した部分である凸部１４２を凹部１５２を有するハウジング１５Ａを利用して抑え込むことが可能となるため、放熱板１４Ａとハウジング１５Ａとの接触面積が増加し、放熱板１４Ａの膨張・収縮時の応力を分散させることにより、放熱板１４Ａの変形を抑制する効果が得られる。
加えて、ハウジング１５Ａをトランスファーモールド処理を用いて封止樹脂で得る場合、樹脂成型中の温度上昇時から樹脂成形後の冷却時に至る期間が生じるが、この期間においても、放熱板１４Ａとハウジング１５Ａ用の樹脂との線膨張差による放熱板１４Ａの反りを抑制することができる。
さらに、半導体モジュール１は凸部１４２を棒状に形成することにより放熱板１４Ａの剛性向上を図り、ハウジング１５Ａの凹部１５２との接触面積を増加させることに伴い放熱板１４Ａの変形をより抑制することができる。
このように、半導体モジュール１は放熱板１４Ａの変形抑止効果を有することにより、放熱板１４Ａの変形に伴う、熱抵抗の増大、半導体素子１１の動作不良等の信頼性低下を回避することができるため、半導体モジュール１の歩留まりの向上と共に長期使用が可能となる。
加えて、半導体素子１１の実装領域以外の本体部１４１の表面上に凸部１４２を設け、放熱板１４Ａの厚みを部分的に増しているため、半導体モジュール１の熱抵抗悪化に寄与することなく、放熱板１４Ａの剛性の向上を図ることができる。
また、放熱板１４Ａは凸部１４２を余分に設けるという必要最小限のアルミ材の使用に抑えるともに、セラミック等の比較的高価な骨材を使用することもないため、コスト高を招く恐れのある原材料の減量化を図り、半導体モジュール１として大幅なコストダウンを実現することができる。
＜実施の形態２＞
図３はこの発明の実施の形態２である半導体モジュール２の全体構成を示す斜視図である。なお、図３にはＸＹＺ直交座標系が示されている。また、図３では説明の都合上、ハウジング１５Ｂ内を透過させて内部の半導体素子１１等を示している。
同図に示すように、放熱板１４Ｂの本体部１４１の表面（装着面）上に、各々が絶縁基板１２を介して複数の半導体素子１１（半導体チップ）が形成されている。なお、図３では複数の半導体素子１１として４つの半導体素子１１が示されている。
放熱板１４Ｂは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の実装面上に選択的に設けられる３つの凸部１４３（１４３ａ〜１４３ｃ）とにより構成される。本体部１４１の表面はＸ方向及びＹ方向により規定される平面視矩形状を呈し、３つの凸部１４３ａ〜１４３ｃ（複数の棒状凸部）は本体部１４１の表面上のＸ方向における両端部領域及び中央領域それぞれを縦断すべくＹ方向に延びて棒状に形成される棒状凸部構造を有している。
４つの半導体素子１１は凸部１４３ａ，１４３ｂ間に２つ、凸部１４３ｂ，１４３ｃ間に２つの割合で本体部１４１の表面上にそれぞれ絶縁基板１２を介して設けられている。すなわち、凸部１４３ａ〜１４３ｃは、熱干渉によりストレスが大きくなり変形が顕著になる４つの半導体素子１１を挟むように配置される。なお、凸部１４３ａ〜１４３ｃそれぞれの幅、高さ、長さは問わないものとする。
半導体素子１１，絶縁基板１２を含む放熱板１４Ｂ全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ｂが放熱板１４Ｂ上に設けられる。ハウジング１５Ｂは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、本体部１５１において、実施の形態１のハウジング１５Ａと同様に、放熱板１４Ｂの３つの凸部１４３ａ〜１４３ｃに合致した形状の３つの凹部を有し、ハウジング１５Ｂの放熱板１４Ｂへの装着時に３つの凹部によって凸部１４３ａ〜１４３ｃを密着して覆うことができる。すなわち、３つの凹部は本体部１５１の下方においてＹ方向に延びて溝状に形成される３本の溝状凹部構造を有している。
このような構造のハウジング１５Ｂとして、例えば、３つの凹部を有するインサートケース等が考えられる。また、ハウジング１５Ｂとして、半導体素子１１，絶縁基板１２及び凸部１４３ａ〜１４３ｃを含む本体部１４１の表面上にトランスファーモールド処理によって封止樹脂を設けることも考えられる。
したがって、ハウジング１５Ｂを放熱板１４Ｂ上に装着（樹脂封止）すると、実施の形態１の半導体モジュール１と同様、３つの凹部が凸部１４３ａ〜１４３ｃを密着して覆いつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｂ内に収容することができる。
また、実施の形態２の半導体モジュール２の組立方法は実施の形態１の半導体モジュール１と同様に行われる。
実施の形態２の半導体モジュール２の放熱板１４Ｂは３本の凸部１４３ａ〜１４３ｃを有するため、本体部１４１に凸部１４３ａ〜１４３ｃの厚みが加わる分、本体部１４１の膜厚を部分的に３箇所厚くすることができるため、放熱板１４Ｂの剛性をさらに増すことができる。
すなわち、実施の形態２の半導体モジュール２は、本体部１４１の中央部の凸部１４３ｂに加え、両端部にも凸部１４３ａ及び１４３ｃを有する放熱板１４Ｂを用いることにより、凸部の本数を増やすことにより、放熱板１４Ｂの剛性をさらに向上させている。
この際、放熱板１４Ｂの厚みを増した部分である凸部１４３ａ〜１４３ｃを３つの凹部を有するハウジング１５Ｂを利用して抑え込むことが可能となるため、放熱板１４Ｂとハウジング１５Ｂとの接触面積が実施の形態１以上に増加し、ハウジング１５Ｂによる放熱板１４Ｂの拘束面積と拘束ポイントが増えるため、放熱板１４Ｂの膨張・収縮時の応力を分散度合いが増し、放熱板１４Ｂの変形をより抑制する効果が得られる。
さらに、半導体モジュール２は３つの凸部１４３ａ〜１４３ｃをそれぞれ棒状に形成することにより放熱板１４Ｂの剛性向上を図り、ハウジング１５Ｂの３つの凹部との接触面積を増加させることに伴い放熱板１４Ｂの変形をより抑制することができる。
加えて、半導体素子１１の実装領域以外の本体部１４１の表面上に凸部１４３ａ〜１４３ｃを設け、放熱板１４Ｂの厚みを部分的に増しているため、半導体モジュール２の熱抵抗悪化に寄与することなく、放熱板１４Ｂの剛性の向上を図ることができる。
＜実施の形態３＞
図４はこの発明の実施の形態３である半導体モジュール３の全体構成を示す斜視図である。なお、図４にはＸＹＺ直交座標系が示されている。また、図４では説明の都合上、ハウジング１５Ｃ内を透過させ内部の凸部１４４ａ〜１４４ｅを示している。
同図に示すように、放熱板１４Ｃは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の実装面上に選択的に設けられる５つの凸部１４４（１４４ａ〜１４４ｅ）とにより構成される。
本体部１４１の表面は平面視矩形状を呈し、凸部１４４ａ〜１４４ｃ（第１種棒状凸部）はそれぞれ本体部１４１の表面上のＹ方向（一方方向）に延びて棒状に選択的に形成される棒状凸部構造を有している。一方、凸部１４４ｄ及び１４４ｅ（第２種棒状凸部）は本体部１４１の表面上のＸ方向（他方方向）に延びて棒状に選択的に形成される棒状凸部構造を有している。
半導体素子１１（図示せず）は凸部１４４ａ〜１４４ｃ及び凸部１４４ｄ及び１４４ｅのうち少なくとも２つの凸部１４４に囲まれた本体部１４１上に絶縁基板１２（図示せず）を介して装着される。なお、凸部１４４ａ〜１４４ｅそれぞれの幅、高さ、長さは問わないものとする。
図示しない半導体素子１１及び絶縁基板１２を含む放熱板１４Ｃ全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ｃが放熱板１４Ｃ上に設けられる。ハウジング１５Ｃは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、本体部１５１において、実施の形態２のハウジング１５Ｂと同様に、放熱板１４Ｃの凸部１４４ａ〜１４４ｅに合致した形状の５つの凹部を有し、ハウジング１５Ｃの放熱板１４Ｃへの装着時に、５つの凹部によって本体部１４１の凸部１４４ａ〜１４４ｅを密着して覆うことができる。すなわち、５つの凹部は本体部１５１の下方においてＹ方向に３本、Ｘ方向に２本延びてそれぞれ溝状に形成される総計５本の溝状凹部構造を有している。
このような構造のハウジング１５Ｃとして、例えば、５つの凹部を有するインサートケースが考えられる。また、ハウジング１５Ｃとして、半導体素子１１，絶縁基板１２及び凸部１４４ａ〜１４４ｅを含む本体部１４１の表面上にトランスファーモールド処理によって封止樹脂を設けることも考えられる。
したがって、ハウジング１５Ｃを放熱板１４Ｃ上に装着（封止）すると、実施の形態１及び実施の形態２の半導体モジュール１及び２と同様、５つの凹部が凸部１４４ａ〜１４４ｅを密着して覆いつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｃ内に収容することができる。
また、実施の形態３の半導体モジュール３の組立方法は実施の形態１の半導体モジュール１と同様に行われる。
実施の形態３の半導体モジュール３の放熱板１４Ｃは５本の凸部１４４ａ〜１４４ｅを有するため、本体部１４１に凸部１４４ａ〜１４４ｅの厚みが加わる分、本体部１４１の膜厚を部分的に５箇所厚くすることができるため、放熱板１４Ｃの剛性をさらに増すことができる。
この際、放熱板１４Ｃの厚みを増した部分である凸部１４４ａ〜１４４ｅを５つの凹部を有するハウジング１５Ｃを利用して抑え込むことが可能となるため、放熱板１４Ｃとハウジング１５Ｃとの接触面積が実施の形態１及び実施の形態２以上に増加し、ハウジング１５Ｃによる放熱板１４Ｃの拘束面積と拘束ポイントが増えるため、放熱板１４Ｃの膨張・収縮時の応力を分散度合いが増し、放熱板１４Ｃの変形をより一層抑制する効果が得られる。
さらに、半導体モジュール３は５つの凸部１４４ａ〜１４４ｅをそれぞれ棒状に形成することにより放熱板１４Ｃの剛性向上を図り、ハウジング１５Ｃの５つの凹部との接触面積を増加させることに伴い放熱板１４Ｃの変形をより抑制することができる。
加えて、Ｙ方向に延びて形成される凸部１４４ａ〜１４４ｃに加え、Ｙ方向に直交するＸ方向に延びて形成される凸部１４４ｄ及び１４４ｅが加わるため、より多彩な応力方向に対して抵抗力をもつ半導体モジュール３を提供できる。
＜実施の形態４＞
図５はこの発明の実施の形態４である半導体モジュール４の全体構成を示す斜視図である。なお、図５にはＸＹＺ直交座標系が示されている。また、図５では説明の都合上、ハウジング１５Ｄ内を透過させて複数の凸部１４５を示している。
同図に示すように、放熱板１４Ｄは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に互いに離散して形成される複数の凸部１４５とにより構成される。本体部１４１の表面は平面視矩形状を呈し、複数の凸部１４５は各々が平面視略正方形状の複数の島状凸部として本体部１４１の表面上に選択的に設けられる。
半導体素子１１（図示せず）は複数の凸部１４５が形成されていない本体部１４１の表面上に絶縁基板１２（図示せず）を介して装着される。なお、複数の凸部１４５それぞれの幅、高さ、長さは問わないものとする。
図示しない半導体素子１１及び絶縁基板１２を含む放熱板１４Ｄ全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ｄが放熱板１４Ｄ上に設けられる。ハウジング１５Ｄは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、本体部１５１の底部において、放熱板１４Ｄの複数の凸部１４５に合致した形状の複数の凹部を有し、ハウジング１５Ｄの放熱板１４への装着時に、複数の凹部によって複数の凸部１４５を密着して覆うことができる。
上記した構造を満足するハウジング１５Ｄとして、例えば、半導体素子１１，絶縁基板１２及び複数の凸部１４５を含む本体部１４１の表面上にトランスファーモールド処理によって封止樹脂を設けることが考えられる。
したがって、樹脂モールド処理によりハウジング１５Ｄを放熱板１４Ｄ上に設けると、実施の形態１〜実施の形態３の半導体モジュール１〜３と同様、複数の凹部が複数の凸部１４５に密着して覆いつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｄ内に封止して収容することができる。
なお、実施の形態４の半導体モジュール４の組立方法は以下のように行われる。
まず、放熱板１４Ｄの表面（実装面）上に絶縁基板１２を介して半導体素子１１を実装する。
その後、リード等の通電用電極（図示せず）を半導体素子１１に電気的に接続した状態で、半導体素子１１、絶縁基板１２及び通電用電極を含む放熱板１４Ｄを樹脂封止用の金型内に収容し、トランスファーモールド処理を実行して樹脂で封止することにより、ハウジング１５Ｄを得る。以下、放熱板１４Ｄにハウジング１５Ｄが一体化した構造を「モジュール本体」と称する。
そして、モジュール本体の一部から半導体結線用に露出した通電用電極間をワイヤ等により結線することにより、内部の半導体素子１１，１１間の結線が完了する。
実施の形態４の半導体モジュール４の放熱板１４Ｄは互いに離散して形成される複数の凸部１４５（島状凸部）を有するため、放熱板１４Ｄの多方向における剛性向上と、ハウジング１５Ｄの複数の凹部との接触面積の増加に伴う放熱板１４Ｄの変形抑制効果の向上とを図ることができる。
この際、放熱板１４Ｄの厚みを増した部分である複数の凸部１４５を複数の凹部を有するハウジング１５Ｄを利用して抑え込むことが可能となるため、放熱板１４Ｄとハウジング１５Ｄとの接触面積が実施の形態１〜実施の形態３以上に増加し、ハウジング１５Ｄによる放熱板１４Ｄの拘束面積と拘束ポイントが増えるため、放熱板１４Ｄの膨張・収縮時の応力を分散度合いが増し、放熱板１４Ｄの変形を抑制する効果が得られる。
また、実施の形態４の半導体モジュール４では、複数の凸部１４５の形成箇所の自由度が高いため、多数の半導体素子１１（半導チップ）の配置を行う必要があるパワーモジュール等においてより効果的な強化構造が得られるように、複数の凸部１４５の配置が可能となる。
＜実施の形態５＞
図６はこの発明の実施の形態５である半導体モジュール５の断面構造を示す断面図である。なお、図６にはＸＺ直交座標系が示されている。
同図に示すように、放熱板１４Ｅは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に設けられる凸部１４６（１４６ａ〜１４６ｃ）とにより構成される。凸部１４６ａ〜１４６ｃは本体部１４１の表面上に選択的に設けられる。
これら凸部１４６ａ〜１４６ｃはそれぞれその表面部分に凹凸加工形状を有することを特徴としている。なお、凸部１４６ａ〜１４６ｃはそれぞれ実施の形態１〜実施の形態３で示した凸部１４２〜１４４のように棒状凸部構造でも、実施の形態４で示した凸部１４５のように島状凸部構造のいずれであってもよい。
半導体素子１１（図示せず）は凸部１４６ａ〜１４６ｃが形成されていない本体部１４１の表面上に絶縁基板１２（図示せず）を介して装着される。なお、凸部１４６ａ〜１４６ｃそれぞれの幅、高さ、長さは問わないものとする。
図示しない半導体素子１１及び絶縁基板１２を含む放熱板１４Ｅ全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ｅが放熱板１４Ｅ上に設けられる。ハウジング１５Ｅは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、本体部１５１において、放熱板１４Ｅの凸部１４６ａ〜１４６ｃに合致した形状の３つの凹部を有し、ハウジング１５Ｅの放熱板１４Ｅへの装着時に、３つの凹部が凸部１４６ａ〜１４６ｃを密着して覆うことができる。すなわち、これら３つの凹部は凸部１４６ａ〜１４６ｃのうち対応する凸部１４６の表面加工形状を有している。
上記した構造を満足するハウジング１５Ｅは、ハウジング１５Ａ〜１５Ｃにて例示したようにインサートケースを用いてもよく、ハウジング１５Ａ〜１５Ｄにて例示したように樹脂モールド処理により得られる封止樹脂であってもよい。
したがって、ハウジング１５Ｅを放熱板１４Ｅ上に設けると、実施の形態１〜実施の形態４の半導体モジュール１〜４と同様、３つの凹部が凸部１４６ａ〜１４６ｃに密着して覆いつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｅ内に封止して収容することができる。
なお、実施の形態５の半導体モジュール５の組立方法として、実施の形態１あるいは実施の形態４で採用した組立方法が考えられる。
実施の形態５の放熱板１４Ｅにおける凸部１４６ａ〜１４６ｃはそれぞれの表面部分に凹凸加工形状を有することにより、ハウジング１５Ｅの３つの凹部との接触面積の増加を図るとともに、ハウジング１５Ｅへの応力方向をさらに変化・分散させることにより、放熱板１４Ｅの変形抑制効果のさらなる向上を図ることができる。
このように、実施の形態５の半導体モジュール５における放熱板１４Ｅは凸部１４６ａ〜１４６ｃの表面部分の構造を変形させることにより、半導体モジュール５全体の構造を大きく変更することなくハウジング１５Ｅとの接触面積を増やすことができ、変形抑制効果の向上が期待できる。また、ハウジング１５Ｅへの応力を多彩な方向に変化・分散させることができ、実施の形態１〜実施の形態４で述べた放熱板１４Ｅの変形抑制効果をさらに向上させることが可能となる。
＜実施の形態６＞
図７はこの発明の実施の形態６である半導体モジュール６の断面構造を示す断面図である。なお、図７にはＸＺ直交座標系が示されている。
同図に示すように、放熱板１４Ｆは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に設けられる凸部１４７（１４７ａ及び１４７ｂ）とにより構成される。凸部１４７ａ及び１４７ｂは本体部１４１の表面上に選択的に設けられる。
これら凸部１４７ａ及び１４７ｂは上方（＋Ｚ方向）に立設して形成され、それぞれの上部がケース状のハウジング１５Ｆの上面の開口部１６０を貫通して、ハウジング１５Ｆの外に突出して形成されていることを特徴としている。なお、凸部１４７ａ及び１４７ｂはそれぞれ実施の形態１〜実施の形態３で示した凸部１４２〜１４４のように棒状凸部構造でも、実施の形態４で示した凸部１４５のように島状凸部構造のいずれであってもよい。
半導体素子１１（図示せず）は凸部１４７ａ及び１４７ｂが形成されていない本体部１４１の表面上に絶縁基板１２（図示せず）を介して装着される。なお、凸部１４７ａ及び１４７ｂは上記特徴を満足する範囲でそれぞれの幅、高さ、長さは問わないものとする。
図示しない半導体素子１１及び絶縁基板１２を含む放熱板１４Ｆ全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ｆが放熱板１４Ｆ上に設けられる。ハウジング１５Ｆは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、本体部１５１の上面において、放熱板１４Ｆの凸部１４７ａ及び１４７ｂが貫通するための２つの開口部１６０を有している。すなわち、実施の形態６のハウジング１５Ｆは、実施の形態１〜実施の形態５で述べた凹部に代えて２つの開口部１６０を有している。
上記した構造を満足するハウジング１５Ｆは、ハウジング１５Ａ〜１５Ｃにて例示したようにインサートケースを用いてもよく、ハウジング１５Ａ〜１５Ｄにて例示したように樹脂モールド処理により得られた封止樹脂を用いてもよい。
したがって、ハウジング１５Ｆを放熱板１４Ｆ上に設けると、２つの開口部１６０を凸部１４７ａ及び１４７ｂの上部が貫通することにより、２つの開口部１６０によって凸部１４７ａ及び１４７ｂが支持されつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｆ内に収容することができる。
なお、実施の形態６の半導体モジュール６の組立方法として、実施の形態１あるいは実施の形態４で採用した組立方法が考えられる。
実施の形態６の放熱板１４Ｆにおける凸部１４７ａ及び１４７ｂの上部がそれぞれ開口部１６０を介してハウジング１５Ｆの外に突出することにより、凸部１４７ａ及び１４７ｂの厚みをより厚くすることができるため、放熱板１４Ｆの剛性を増すことができる。また、半導体モジュール６は、実施の形態１〜実施の形態５と同様、ハウジング１５Ｆへの応力方向を変化・分散させることができるため、放熱板１４Ｆの変形を効果的に抑制することができる。
＜実施の形態７＞
図８はこの発明の実施の形態７である半導体モジュール７の構造を示す説明図であり、同図(a)が上面図を示し、同図(b)は同図(a)のＢ−Ｂ断面を示している。なお、図８の(a)にはＸＹ直交座標系が示され、(b)にはＸＺ直交座標系が示されている。
図８(b)に示すように、放熱板１４Ｆは、実施の形態６の半導体モジュール６と同様、表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に選択的に設けられる凸部１４７（１４７ａ及び１４７ｂ）とにより構成される。以下、実施の形態６の半導体モジュール６と異なる点を中心に説明する。
これら凸部１４７ａ及び１４７ｂは上方に立設して形成され、それぞれの上部がハウジング１５Ｆの上面の開口部１６０を貫通して（図７参照）、ハウジング１５Ｆの外に突出して形成されている。さらに、図８(a)に示すように、凸部１４７ａ及び１４７ｂはそれぞれ実施の形態１〜実施の形態３で示した凸部１４２〜１４４のようにＹ方向に延びた棒状凸部構造を呈している。
実施の形態７の半導体モジュール７は、ハウジング１５Ｆの上面上に各々がＸ方向に延びて形成される棒状の２本の補強部材２０をさらに設けていることを特徴としている。２本の補強部材２０はそれぞれ凸部１４７ａ及び１４７ｂのハウジング１５Ｆからの突出部分に対応する形状の２つの凹部を有しており、当該２つの凹部と凸部１４７ａ及び１４７ｂの突出部分とが嵌合することにより、ハウジング１５Ｆ上にて凸部１４７ａ及び１４７ｂを安定性良く固定することができる。
すなわち、凸部１４７ａ及び１４７ｂと２本の補強部材２０とが平面視交差する領域において、ハウジング１５Ｆの上面上で嵌合されることにより、ハウジング１５Ｆ上における凸部１４７ａ及び１４７ｂを２本の補強部材２０によって固定することができる。
したがって、図８に示すように、ハウジング１５Ｆ及び２本の補強部材２０を放熱板１４Ｆに対して設けると、２つの開口部１６０を凸部１４７ａ及び１４７ｂの上部が貫通することにより、２つの開口部１６０によって凸部１４７ａ及び１４７ｂが支持され、かつ、２本の補強部材２０によって凸部１４７ａ及び１４７ｂが固定されつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｆ内に収容することができる。
なお、実施の形態７の半導体モジュール７の組立方法として、実施の形態１あるいは実施の形態４で採用した組立方法が考えられる。
このように、実施の形態７の半導体モジュール７は、実施の形態６の半導体モジュール６と同様の効果を有するとともに、さらに、２本の補強部材２０を備えることにより、放熱板１４Ｆの変形を実施の形態６の半導体モジュール６以上に抑制することができる。
＜実施の形態８＞
図９はこの発明の実施の形態８である半導体モジュール８の断面構造を示す断面図である。なお、図９にはＸＺ直交座標系が示されている。
同図に示すように、放熱板１４Ｇは表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に設けられる凸部１４８（１４８ａ及び１４８ｂ）とにより構成される。凸部１４８ａ及び１４８ｂは本体部１４１の表面上に選択的に設けられる。
さらに、本体部１４１の裏面側から、本体部１４１並びに凸部１４８ａ及び１４８ｂ貫通して、ハウジング１５Ｇの一部にかけて、鉄等を構成材料とした締結ネジ２１ａ及び２１ｂが埋め込まれ、締結ネジ２１ａ及び２１ｂによって凸部１４８ａ及び１４８ｂとハウジング１５Ｇとが固定される。この際、締結ネジ２１ａ及び２１ｂは空間に露出することなく、ハウジング１５Ｇ内に収容される。このように、凸部１４８ａ及び１４８ｂ並びに本体部１４１は締結ネジ２１ａ及び２１ｂを通過させるための貫通穴７１及び７２（ネジ用穴部）を有し、ハウジング１５Ｇは締結ネジ２１ａ及び２１ｂの先端部を収容するための収容穴７３（ネジ用穴部）を有している（図９では締結ネジ２１ａに関する貫通穴７１〜７３のみを図示している。）。
なお、凸部１４８ａ及び１４８ｂはそれぞれ実施の形態１〜実施の形態３で示した凸部１４２〜１４４のように棒状凸部構造でも、実施の形態４で示した凸部１４５のように島状凸部構造のいずれであってもよい。
半導体素子１１（図示せず）は凸部１４８ａ及び１４８ｂが形成されていない本体部１４１の表面上に絶縁基板１２（図示せず）を介して装着される。
図示しない半導体素子１１及び絶縁基板１２を含む放熱板１４Ｇ全体を覆うべく外装部となるハウジング１５Ｇが放熱板１４Ｇ上に設けられる。ハウジング１５Ｇは本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、ハウジング１５Ｇの本体部において、放熱板１４Ｇの凸部１４８ａ及び１４８ｂに合致した形状の凹部を有し、ハウジング１５Ｇの放熱板１４Ｇへの装着時に、２つの凹部が凸部１４８ａ及び１４８ｂを密着して覆うことができる。この際、ハウジング１５Ｇにおける凹部の厚みは締結ネジ２１ａ及び２１ｂの先端部を収容できる厚みに設定されている。
上記した構造を満足するハウジング１５Ｇは、ハウジング１５Ａ〜１５Ｃとして例示したようにインサートケースを用いてもよく、ハウジング１５Ａ〜１５Ｄとして例示したように樹脂モールド処理により得られる封止樹脂を用いてもよい。
したがって、ハウジング１５Ｇを放熱板１４Ｇ上に設け、さらに、締結ネジ２１ａ及び２１ｂによりネジ留めすると、締結ネジ２１ａ及び２１ｂによって凸部１４８ａ及び１４８ｂとハウジング１５Ｇの対応する凹部とが固定されつつ、半導体素子１１，絶縁基板１２をハウジング１５Ｇ内に収容することができる。
なお、実施の形態８の半導体モジュール８の組立方法として、実施の形態１あるいは実施の形態４で採用した組立方法が考えられる。
実施の形態８の半導体モジュール８は、ハウジング１５Ｇ内において、締結ネジ２１ａ及び２１ｂの凸部１４８ａ及び１４８ｂから突出した先端部分によって、凸部１４８ａ及び１４８ｂの厚み方向に延長することができる。このため、放熱板１４Ｇにおいて伸張・収縮時の応力集中箇所を剛性の高い凸部１４８ａ及び１４８ｂ並びに締結ネジ２１ａ及び２１ｂにすることが可能となり、放熱板１４Ｇの変形抑制効果が期待できる。
さらに、半導体モジュール８は、本体部１４１並びに凸部１４８ａ及び１４８ｂ内に剛性の高い異種材料（鉄等）からなる締結ネジ２１ａ及び２１ｂを組み込むことにより、半導体モジュール８全体の大幅な剛性向上が期待できる。
なお、放熱板１４Ｇ，ハウジング１５Ｇ間の締結力向上と変形の際の応力分散効果を高めるために、本体部１４１並びに凸部１４８ａ及び１４８ｂ内に締結ネジ２１ａ及び２１ｂのネジ山を多く確保することが望ましい。
＜実施の形態９＞
図１０はこの発明の実施の形態９である半導体モジュール９の構造を示す説明図であり、同図(a)が上面図を示し、同図(b)は同図(a)のＣ−Ｃ断面を示している。なお、図１０の(a)にはＸＹ直交座標系が示され、(b)にはＸＺ直交座標系が示されている。
図１０(b)に示すように、放熱板１４Ｆは、実施の形態２の半導体モジュール２等と同様、表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の実装面上に選択的に設けられる凸部１４９（１４９ａ〜１４９ｃ）とにより構成される。
凸部１４９ａ〜１４９ｃは、実施の形態２の凸部１４３ａ〜１４３ｃと同様、本体部１４１の表面上のＸ方向における両端部及び中央領域それぞれを縦断すべくＹ方向に延びて棒状に形成される棒状凸部構造を有している。
一方、ハウジング１５Ｈは２つの端部密着部１６１と２つの端部密着部１６２と２つの部分密着部１５９とから構成されている。２つの端部密着部１６２は本体部１４１上のＸ方向の両端部にＹ方向に延びて棒状に形成され、Ｘ方向に厚みを持たすことにより、凸部１４９ａ及び１４９ｃを密着して覆う凹部を有している。
一方、２本の部分密着部１５９は、図１０(a)に示すように、２つの半導体素子１１を挟むように、本体部１４１上に選択的にＸ方向に延びて形成されつつ、図１０(b)に示すように、凸部１４９ｂを密着して覆う凹部を有している。
さらに、２本の端部密着部１６２は、図１０(a)に示すように、本体部１４１上のＹ方向の両端にＸ方向に延びて形成されつつ、２つの部分密着部１５９と同様に、凸部１４９ｂを密着して覆う凹部を有している。
なお、これら部分密着部１５９、端部密着部１６１及び端部密着部１６２を有するハウジング１５Ｈは、例えば、樹脂モールド処理により封止樹脂として得ることができる。
なお、実施の形態９の半導体モジュール９の組立方法として、実施の形態１あるいは実施の形態４で採用した組立方法が考えられる。
このように、実施の形態９の半導体モジュール９において、ハウジング１５Ｈの部分密着部１５９及び端部密着部１６２は、凸部１４９ｂの一部を密着して覆う凹部を有するため、凸部１４９ｂの全部を覆う場合に比べ、ハウジング１５Ｈ全体の構成材料の使用量の低減化を図りながら、放熱板１４Ｈの剛性向上と、ハウジング１５Ｈの応力方向を変化・分散させることによる放熱板１４Ｆの変形抑制効果とを図ることができる。
なお、実施の形態９の半導体モジュール９として、ハウジング１５Ｈに加え、半導体素子１１，絶縁基板１２の露出部分を含む全体を覆う蓋部をさらに設けてもよい。
＜実施の形態１０＞
図１１はこの発明の実施の形態１０である半導体モジュール１Ｘの全体構成を示す斜視図である。なお、図１１にはＸＹＺ直交座標系が示されている。また、図１１では説明の都合上、ハウジング１５内を透過させて、ＳｉＣ（炭化珪素）を構成材料としたＳｉＣ半導体素子１３を示している。
これらの図に示すように、放熱板１４の本体部１４１の表面（装着面）上に、各々が絶縁基板等（図示せず）を介して複数のＳｉＣ半導体素子１３（半導体チップ）が形成されている。なお、図１１では複数のＳｉＣ半導体素子１３として４つのＳｉＣ半導体素子１３が示されている。
放熱板１４は表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に選択的に設けられる１つの凸部１４ｘとにより構成される。本体部１４１の表面は平面視矩形状を呈し、凸部１４ｘは、実施の形態１の凸部１４２と同様、本体部１４１の表面上のＸ方向における中央領域を縦断すべくＹ方向に延びて棒状に形成される棒状凸部構造を有している。
ＳｉＣ半導体素子１３を含む放熱板１４全体を覆うべく外装部となるハウジング１５が放熱板１４上に設けられる。ハウジング１５は本体部１４１の表面に合致した矩形状の上面を有し、上面の各辺に対応する４つの側面を有している。さらに、実施の形態１のハウジング１５Ａと同様、放熱板１４の凸部１４ｘに合致した形状の凹部を有し、ハウジング１５の放熱板１４への装着時に、凹部は凸部１４ｘを密着して覆うことができる。
したがって、ハウジング１５を放熱板１４上に装着すると、凹部が凸部１４ｘに密着して覆いつつ、ＳｉＣ半導体素子１３をハウジング１５内に収容することができる。
実施の形態１０の半導体モジュール１Ｘの放熱板１４は凸部１４ｘを有するため、本体部１４１に凸部１４ｘの厚みが加わる分、実施の形態１と同様、放熱板１４の剛性を増すことができる。
この際、ハウジング１５の凹部が凸部１４ｘを密着して覆うため、実施の形態１と同様、放熱板１４の膨張・収縮時の応力を分散させることにより、放熱板１４の変形を抑制する効果が得られる。
なお、ＳｉＣ半導体素子は駆動時にこれまでのＳｉによる半導体素子以上の発熱が起こり、熱による放熱板１４の変形がより一層懸念されている。
実施の形態１０の半導体モジュール１Ｘは、駆動時の発熱量が問題となるＳｉＣ半導体素子１３を用いても、放熱板１４の変形を効果的に抑制することができる。
なお、放熱板１４として実施の形態１の放熱板１４Ａに類似の構造を示したがこれに限定されず、放熱板１４Ｂ〜１４Ｈのいずれを採用してもよい。同様に、ハウジング１５として実施の形態１のハウジング１５Ａに類似の構造を示したがこれに限定されず、ハウジング１５Ｂ〜１５Ｈのいずれを採用してもよい。
＜実施の形態１１＞
図１２はこの発明の実施の形態１１である半導体モジュール１Ｙの構成を示す説明図であり、同図(a)が上面図を示し、同図(b)は同図(a)のＤ−Ｄ断面を示している。なお、図１２(a)にはＸＹ直交座標系が示され、図１２(b)にはＸＺ直交座標系が示されている。
同図に示すように、放熱板１４の本体部１４１の表面（装着面）上に、各々が絶縁基板１２を介して複数の半導体素子１１（半導体チップ）が形成されている。なお、図１２(a)では複数の半導体素子１１として４つの半導体素子１１が破線で示されている。
放熱板１４は、実施の形態２の放熱板１４Ｂと同様、表面を実装面とする本体部１４１と、本体部１４１の表面上に選択的に設けられる３つの凸部１４ｙとにより構成される。本体部１４１の表面は平面視矩形状を呈し、３つの凸部１４ｙは、実施の形態２の凸部１４３ａ〜１４３ｃと同様、本体部１４１の表面上のＸ方向における両端部及び中央領域それぞれを縦断すべくＹ方向に延びて棒状に形成される棒状凸部構造を有している。
半導体素子１１及び絶縁基板１２を含む放熱板１４全体を覆うべく外装部となるハウジング１５が放熱板１４上に設けられる。ハウジング１５は実施の形態２のハウジング１５Ｂと同様、放熱板１４の３つの凸部１４ｙに合致した形状の凹部を有し、ハウジング１５の放熱板１４への装着時に、３つの凹部が３つの凸部１４ｙを密着して覆うことができる。
したがって、ハウジング１５を放熱板１４上に装着すると、３つの凹部が３つの凸部１４ｙに密着して覆いつつ、半導体素子１１及び絶縁基板１２をハウジング１５内に収容することができる。
さらに、放熱板１４の裏面にシール材３３を介して冷却器３０が設けられている。冷却器３０はその内部に冷水液３５を収容するための冷却水路３６を有し、冷却水路３６の上部の開口領域はシール材３３により封止される。冷却水路３６内におけるシール材３３の下部に複数のピンフィン３４が選択的に設けられる。
このような構造の半導体モジュール１Ｙは、ハウジング１５内の半導体素子１１の通電時の熱による変形で、図１５(b)に示すように、放熱板１４と冷却器３０のシール材３３との間に隙間ができる結果、冷却水路３６内の冷水液３５が冷却水路３６から漏れてしまう懸念材料を有している。
しかしながら、実施の形態１１の半導体モジュール１Ｙの放熱板１４は３つの凸部１４ｙを有するため、本体部１４１に３つの凸部１４ｙの厚みが加わる分、実施の形態２と同様、放熱板１４の剛性を増している。
さらに、ハウジング１５の放熱板１４への装着時において、ハウジング１５の３つの凹部が３つの凸部１４ｙを密着して覆うため、実施の形態２と同様、放熱板１４の膨張・収縮時の応力を分散させることにより、放熱板１４の変形を抑制する効果も向上させている。
したがって、実施の形態１１の半導体モジュール１Ｙでは、上述した３つの凸部１４ｙを有する放熱板１４及び３つの凹部を有するハウジング１５を備えることにより、放熱板１４の変形を効果的に抑制して冷却器３０からの水漏れを防止することがでる結果、冷却器３０の熱変形によるシール材３３の不良から発生する水漏れ等の課題が解消され、より高い信頼性を発揮することができる。
なお、放熱板１４として実施の形態２の放熱板１４Ｂに類似の構造を示したがこれに限定されず、放熱板１４Ａ，１４Ｃ〜１４Ｈのいずれを採用してもよい。同様に、ハウジング１５として実施の形態２のハウジング１５Ｂに類似の構造を示したがこれに限定されず、ハウジング１５Ａ，１５Ｃ〜１５Ｈのいずれを採用してもよい。また、複数の半導体素子１１に替えて、複数のＳｉＣ半導体素子１３を設けてもよい。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
すなわち、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１〜９，１Ｘ，１Ｙ 半導体モジュール、１１ 半導体素子、１２ 絶縁基板、１３ ＳｉＣ半導体素子、１４，１４Ａ〜１４Ｈ 放熱板、１５，１５Ａ〜１５Ｈ ハウジング、１４１ 本体部、１４２〜１４９ 凸部。

Claims (12)

  1. アルミを構成材料とする放熱板（１４Ａ〜１４Ｈ，１４）と、前記放熱板の実装面上に設けられる複数の半導体素子（１１，１３）とを備える半導体装置であって、
    前記放熱板は、
    実装面を有する本体部（１４１）と、
    前記本体部の実装面上に選択的に設けられる凸部（１４２〜１４９，１４ｘ）とを含み、
    前記半導体装置は、
    前記凸部に合致した形状の凹部（１５２）を有し、前記放熱板への装着時に前記凹部が前記凸部を密着して覆う外装部（１５Ａ〜１５Ｈ，１５）をさらに備える、
    半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置であって、
    前記本体部の実装面は一方方向及び他方方向により規定される平面視矩形状を呈し、
    前記凸部（１４２，１４３，１４４）は前記本体部の実装面上において前記一方方向あるいは前記他方方向に延びて棒状に形成される棒状凸部を含む、
    半導体装置。
  3. 請求項２記載の半導体装置であって、
    前記棒状凸部は複数の棒状凸部（１４３；１４４）を含む、
    半導体装置。
  4. 請求項３記載の半導体装置であって、
    前記複数の凸部は、
    前記一方方向に延びて棒状に形成される第１種棒状凸部（１４４ａ〜１４４ｃ）と、
    前記他方方向に延びて棒状に形成される第２種棒状凸部（１４４ｄ，１４４ｅ）とを含む、
    半導体装置。
  5. 請求項１記載の半導体装置であって、
    前記凸部は、前記本体部の実装面上に互いに離散して形成される複数の島状凸部（１４５）を含む、
    半導体装置。
  6. 請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記凸部（１４６ａ〜１４６ｃ）はその表面部分に凹凸加工形状を有する、
    半導体装置。
  7. 請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記外装部は、前記凹部に代えて上面に開口部（１６０）を有するケース状のハウジング（１５Ｆ）を含み、
    前記凸部（１４７ａ，１４７ｂ）の上部が前記開口部を介して前記ハウジングの外に突出する、
    半導体装置。
  8. 請求項７記載の半導体装置であって、
    前記凸部における前記ハウジングからの突出部分を覆って形成され、前記凸部を前記外装部の外部で固定する補強部材（２０）をさらに備える、
    半導体装置。
  9. 請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記凸部、前記本体部及び前記外装部はそれぞれ締結ネジを通過あるいは収容するネジ用穴部（７１〜７３）を有することを特徴とする、
    半導体装置。
  10. 請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記外装部における前記凹部は前記凸部（１４９ｂ）の一部を覆って形成される、
    半導体装置。
  11. 請求項１から請求項１０のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記半導体素子は構成材料をＳｉＣとしたことを特徴する、
    半導体装置。
  12. 請求項１から請求項１１のうち、いずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記放熱板の装着面と反対の面に設けられた冷却器をさらに備え、
    前記冷却器は直接水冷構造を有することを特徴とする、
    半導体装置。
    ・
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10748830B2 (en) * 2016-09-20 2020-08-18 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
CN108089681A (zh) * 2018-01-04 2018-05-29 钦州学院 基于樟树叶微观结构表面的cpu散热器及其制造方法
CN114587571B (zh) * 2022-03-23 2024-03-26 首都医科大学附属北京天坛医院 一种用于立体定向手术的双极电凝装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57170561U (ja) * 1981-04-20 1982-10-27
JPH116002A (ja) * 1997-06-12 1999-01-12 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 薄板状焼結体の製造方法およびヒートスプレッダ
WO2009150995A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 三菱電機株式会社 電力半導体回路装置およびその製造方法
JP2012064864A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Denso Corp 電子モジュールの取付構造
JP2013115297A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Hitachi Ltd パワー半導体装置
JP2013149892A (ja) * 2012-01-23 2013-08-01 Fujitsu General Ltd 電子部品およびその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0223642A (ja) * 1988-07-12 1990-01-25 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPH09121018A (ja) * 1995-10-26 1997-05-06 Hitachi Ltd 半導体装置
JPH11214612A (ja) * 1998-01-26 1999-08-06 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
JP4137840B2 (ja) * 2004-05-10 2008-08-20 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP4455488B2 (ja) * 2005-12-19 2010-04-21 三菱電機株式会社 半導体装置
JP4569473B2 (ja) * 2006-01-04 2010-10-27 株式会社日立製作所 樹脂封止型パワー半導体モジュール
JP5373713B2 (ja) * 2010-07-23 2013-12-18 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57170561U (ja) * 1981-04-20 1982-10-27
JPH116002A (ja) * 1997-06-12 1999-01-12 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 薄板状焼結体の製造方法およびヒートスプレッダ
WO2009150995A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 三菱電機株式会社 電力半導体回路装置およびその製造方法
JP2012064864A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Denso Corp 電子モジュールの取付構造
JP2013115297A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Hitachi Ltd パワー半導体装置
JP2013149892A (ja) * 2012-01-23 2013-08-01 Fujitsu General Ltd 電子部品およびその製造方法

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