WO2010143273A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2010143273A1
WO2010143273A1 PCT/JP2009/060577 JP2009060577W WO2010143273A1 WO 2010143273 A1 WO2010143273 A1 WO 2010143273A1 JP 2009060577 W JP2009060577 W JP 2009060577W WO 2010143273 A1 WO2010143273 A1 WO 2010143273A1
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metal plate
porous metal
hole
semiconductor device
cooler
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栄作 垣内
靖治 竹綱
正裕 森野
悠也 高野
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device including a cooler that cools heat generated by a semiconductor element.
  • An inverter device having a power conversion function is used as a power source for a hybrid vehicle or the like.
  • the inverter device includes a plurality of semiconductor elements as switching elements. Since the semiconductor element of this inverter device generates heat with power conversion or the like, it must be actively cooled. For this reason, a semiconductor device including a cooling mechanism for cooling the heat generated by the semiconductor element has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor device including an insulating substrate, a semiconductor element disposed on the insulating substrate, a cooling unit, and a porous metal plate disposed between the insulating substrate and the cooling unit. ing.
  • the porous metal plate is formed with a plurality of cylindrical through-holes that penetrate the porous metal plate from the surface facing the insulating substrate side of the porous metal plate to the surface facing the cooling means side.
  • Such a porous metal plate has a low rigidity due to the through hole, and is easily bent.
  • the porous metal plate between the insulating substrate and the cooling means, the thermal expansion difference between the insulating substrate having a low linear expansion coefficient and the cooling means (heat radiating plate) having a high linear expansion coefficient is absorbed, and stress is applied. It is described that can be relaxed.
  • the present invention has been made in view of the current situation, and can appropriately relieve stress caused by a difference in linear expansion coefficient between an insulating substrate and a cooler, and appropriately cool the heat of a semiconductor element.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be used.
  • One aspect of the present invention is an insulating substrate, a semiconductor element disposed on the insulating substrate, a cooler, and a porous metal plate in which a plurality of holes are formed, the insulating substrate and the cooler A porous metal plate disposed between the porous metal plate and the porous metal plate, the hole opening at least on a surface of the porous metal plate facing the cooler side, and the cooler
  • This is a semiconductor device having a shape in which the cross section (cross sectional area) of the hole decreases from the side toward the insulating substrate.
  • a porous metal plate is disposed between the insulating substrate and the cooler (having a larger linear expansion coefficient than the insulating substrate). Moreover, the hole in the porous metal plate opens at least on the surface of the porous metal plate facing the cooler side. In such a porous metal plate, the rigidity of at least the portion of the porous metal plate on the cooler side is lowered, and the portion of the porous metal plate on the cooler side is easily bent. In this way, by reducing the rigidity of the part on the cooler (a member that expands greatly compared to the insulating substrate) side of the porous metal plate, the difference in thermal expansion between the insulating substrate and the cooler is reduced in the porous metal plate. It can absorb and relieve the stress caused by the difference in coefficient of linear expansion between the insulating substrate and the cooler.
  • the hole of the porous metal plate has a shape in which the cross section of the hole (the cross section of the hole when the porous metal plate is cut in the direction perpendicular to the thickness direction) is reduced as it goes from the cooler side to the insulating substrate side. I am doing.
  • the cross section of the hole applied to the portion on the insulating substrate a member having a low linear expansion coefficient, that is, a member having a low thermal expansion
  • the cross section of the hole applied to the part on the side of the member having a large thermal elongation is made large, the stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the insulating substrate and the cooler can be appropriately relaxed.
  • the heat capacity and thermal conductivity of the porous metal plate can be increased. Furthermore, even when a large amount of heat is generated instantaneously in the semiconductor element, the heat capacity of the part on the insulating substrate side of the porous metal plate is increased, so that the heat transferred from the semiconductor element to the insulating substrate is appropriate in the porous metal plate. Can be absorbed into. As described above, in the semiconductor device described above, the heat of the semiconductor element can be appropriately cooled.
  • the “hole opening in the surface facing the cooler side of the porous metal plate” is, for example, “porous from the surface (front surface) facing the insulating substrate side of the porous metal plate to the surface facing the cooler side (back surface). “Through holes that penetrate the metal plate (through holes that open on the front and back surfaces of the porous metal plate)” and “bottomed holes that open only on the surface facing the cooler side of the porous metal plate (back surface)” it can.
  • the hole of the porous metal plate may be a semiconductor device having a conical shape or a truncated cone shape.
  • the hole of the porous metal plate has a conical shape or a truncated cone shape.
  • a conical shape or a truncated cone shape is selected as a shape in which the cross section of the hole is reduced from the cooler side toward the insulating substrate side.
  • a conical or frustoconical hole is easy to form.
  • a porous metal plate having a conical or frustoconical hole can be produced by cutting a metal plate using a drill having a conical or frustoconical blade. Therefore, the above-described semiconductor device is low in cost.
  • the hole of the porous metal plate is a surface facing the cooler side from a surface facing the insulating substrate side of the porous metal plate.
  • the semiconductor device may be a through-hole penetrating the porous metal plate.
  • the hole in the porous metal plate is a through-hole penetrating the porous metal plate from the surface (front surface) facing the insulating substrate side to the surface (back surface) facing the cooler side.
  • a porous metal plate having such a through hole has low rigidity and is easily bent. For this reason, the stress produced by the linear expansion coefficient difference of an insulating substrate and a cooler can be relieve
  • the semiconductor device according to (3) further including a heat conductor disposed inside the hole via a side surface and a gap of the through hole of the porous metal plate, and the heat conduction
  • the body may be a semiconductor device configured to extend from a surface facing the insulating substrate side of the porous metal plate to a surface facing the cooler side.
  • the heat conductor is disposed inside the hole (through hole) of the porous metal plate.
  • This heat conductor has a form extending from a surface (front surface) facing the insulating substrate side of the porous metal plate to a surface (back surface) facing the cooler side.
  • a heat conductor is also arranged between the insulating substrate and the cooler, the heat transferred from the semiconductor element to the insulating substrate is transmitted to the cooler through this heat conductor in addition to the porous metal plate. be able to.
  • the thermal conductivity from a semiconductor element to a cooler improves, the cooling performance of a semiconductor element can be improved.
  • this heat conductor is disposed inside the hole (through hole) through the side surface and the gap of the hole (through hole) of the porous metal plate. Therefore, when the porous metal plate is bent, the heat conductor does not prevent the porous metal plate from being bent. Thereby, the stress produced by the difference in linear expansion coefficient between the insulating substrate and the cooler can be appropriately relaxed by the porous metal plate.
  • the hole of the porous metal plate is a bottomed hole that opens only on a surface facing the cooler side. good.
  • the hole in the porous metal plate is a bottomed hole that opens only on the surface (back surface) facing the cooler side.
  • the porous metal plate has a large linear expansion coefficient (that is, a large thermal expansion) even if there is no opening in the surface (surface) facing the insulating substrate side having a small linear expansion coefficient (that is, a small thermal expansion). ) If a hole opening is provided on the surface (back surface) facing the cooler side, the stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the insulating substrate and the cooler can be moderated appropriately.
  • the semiconductor device according to (5) further including a heat conductor disposed inside the hole through a gap between a side surface of the bottomed hole of the porous metal plate and the heat.
  • the conductor may be a semiconductor device configured to extend from the bottom surface of the bottomed hole of the porous metal plate to a surface facing the cooler side.
  • the heat conductor is disposed inside the hole (bottomed hole) of the porous metal plate.
  • This heat conductor has a form extending from the bottom surface of the hole (bottomed hole) of the porous metal plate to the surface (back surface) facing the cooler side.
  • a heat conductor is also arranged between the insulating substrate and the cooler, the heat transferred from the semiconductor element to the insulating substrate is transmitted to the cooler through this heat conductor in addition to the porous metal plate. be able to. Thereby, the cooling performance of a semiconductor element can be improved.
  • this heat conductor is disposed inside the hole (bottomed hole) through the side surface and the gap of the hole (bottomed hole) of the porous metal plate. Therefore, when the porous metal plate is bent, the heat conductor does not prevent the porous metal plate from being bent. Thereby, the stress produced by the difference in linear expansion coefficient between the insulating substrate and the cooler can be appropriately relaxed by the porous metal plate.
  • the porous metal plate is surrounded by a body portion and a side surface of the hole, and the surface of the porous metal plate facing the cooler side It is preferable that the semiconductor device include a heat conducting portion extending toward the insulating substrate and integrally connected to the main body portion.
  • the porous metal plate is surrounded by the main body and the surface (back surface) facing the cooler side of the porous metal plate surrounded by the hole (the through hole or the bottomed hole). And a heat conducting portion extending in the direction.
  • the porous metal plate having such a form can exhibit the same effects as the “porous metal plate + thermal conductor” in the semiconductor device described in (4) or (6).
  • the “main body” of the porous metal plate corresponds to the “porous metal plate” of (4) or (6)
  • the “heat conducting portion” of the porous metal plate of the above-mentioned porous metal plate corresponds to the “heat” of (4) or (6). It corresponds to “conductor”, and the above “hole” in the porous metal plate corresponds to “gap (the gap between the side surface of the hole in the porous metal plate and the heat conductor)” in (4) or (6). It is.
  • the heat conducting part ((4) or (6) is included in the heat conductor.
  • the heat transferred from the semiconductor element to the insulating substrate can also be transferred to the cooler through the corresponding portion. Therefore, since the thermal conductivity from the semiconductor element to the cooler becomes good, the cooling performance of the semiconductor element can be improved.
  • the semiconductor device described in (4) refers to the heat conductor disposed inside the hole (through hole) via the side surface and the gap of the hole (through hole) of the porous metal plate.
  • the semiconductor device has a configuration in which the thermal conductor extends from a surface facing the insulating substrate side of the porous metal plate to a surface facing the cooler side.
  • the semiconductor device described in (6) is a heat conductor disposed inside the hole (bottomed hole) via the gap between the side surface of the hole (bottomed hole) of the porous metal plate. And the thermal conductor extends from the bottom surface of the hole (bottomed hole) of the porous metal plate to the surface facing the cooler side.
  • the porous metal plate and the heat conductor are separate parts.
  • the heat conducting portion is integrally connected to the main body portion of the porous metal plate. That is, the heat conduction part (the part corresponding to the heat conductor in (4) or (6)) and the main part (the part corresponding to the porous metal plate in (4) or (6)) are composed of one component. Yes. For this reason, the number of parts is reduced, and the productivity of the semiconductor device is improved. Therefore, the above-described semiconductor device is low in cost.
  • the hole of the porous metal plate has a cross-sectional shape in which a part of the ring is interrupted, from a surface facing the insulating substrate side of the porous metal plate. It is a through-hole penetrating the porous metal plate over the surface facing the cooler side, and is disposed around the side surface of the heat conducting part, and the main body part and the heat conducting part of the porous metal plate are A semiconductor device in which the ring of the through hole is integrally connected at a position where the ring is interrupted is preferable.
  • the hole in the porous metal plate has a cross-sectional shape in which a part of the ring is cut off (the cross-section of the hole when the porous metal plate is cut in a direction perpendicular to the thickness direction is a part of the ring is cut off)
  • the porous metal plate has a through-hole penetrating the porous metal plate from the surface (front surface) facing the insulating substrate side to the surface (back surface) facing the cooler side.
  • the through hole is disposed around the side surface of the heat conducting unit.
  • the main-body part and heat-conduction part of the porous metal plate are integrally connected in the position where the ring of a through-hole has interrupted.
  • the porous metal plate having such a configuration can achieve the same effects as the “porous metal plate + thermal conductor” in the semiconductor device described in (4).
  • the “main body” of the above-described porous metal plate corresponds to the “porous metal plate” of (4)
  • the “heat conducting portion” of the above-described porous metal plate corresponds to the “thermal conductor” of (4)
  • the “through hole” of the porous metal plate described above corresponds to the “gap (gap between the side surface of the hole of the porous metal plate and the heat conductor)” in (4).
  • examples of the “cross-sectional shape in which a part of the ring is interrupted” include a cross-sectional shape in which the ring is divided into two equal parts, a C-shaped cross-sectional shape in which a part of the ring is deleted, and the like.
  • the ring is not limited to a circular ring, but may be a ring of any shape (such as a square).
  • the hole of the porous metal plate has a cross-sectional shape of any one of an annular shape and a shape in which a part of the ring is interrupted, and the hole of the porous metal plate.
  • a bottomed hole that extends from the surface facing the cooler side to the insulating substrate side and opens only on the surface facing the cooler side of the porous metal plate, and is arranged around the side surface of the heat conducting part,
  • the main body portion and the heat conducting portion of the porous metal plate may be a semiconductor device that is integrally connected at least on the insulating substrate side of the heat conducting portion.
  • the hole of the porous metal plate has an annular shape or a cross-sectional shape in which a part of the ring is interrupted (the cross-section of the hole when the porous metal plate is cut in a direction orthogonal to the thickness direction thereof is an annular shape or an annular shape.
  • Bottomed hole that extends from the surface facing the cooler side of the porous metal plate (back surface) to the insulating substrate side and opens only on the surface facing the cooler side of the porous metal plate (back surface). It is said.
  • the bottomed hole is disposed around the side surface of the heat conducting unit.
  • the main-body part and heat conduction part of the porous metal plate are integrally connected at least on the insulating substrate side of the heat conduction part.
  • the porous metal plate having such a form can exhibit the same effects as the “porous metal plate + thermal conductor” in the semiconductor device described in (6).
  • the “main body” of the above-described porous metal plate corresponds to the “porous metal plate” of (6)
  • the “heat conducting portion” of the above-described porous metal plate corresponds to the “thermal conductor” of (6)
  • the “bottomed hole” of the above-described porous metal plate corresponds to the “gap (gap between the side surface of the hole of the porous metal plate and the heat conductor)” in (6).
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the same semiconductor device and corresponds to a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. It is a perspective view of the fin member of the cooler concerning Example 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of a porous metal plate according to Example 1.
  • FIG. It is a figure explaining the effect of the porous metal plate, and is equivalent to the D section enlarged view of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 2, and corresponds to a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 3, which corresponds to a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. It is a figure explaining the effect of the porous metal plate concerning Example 3, and is equivalent to the F section enlarged view of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 4 and corresponds to a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. It is a figure explaining the effect of the porous metal plate concerning Example 4, and is equivalent to the G section enlarged view of FIG. FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 5 and corresponds to a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. It is a perspective view of the porous metal plate concerning Example 5.
  • FIG. It is a figure which shows a part of surface of the porous metal plate. It is a figure which shows a part of cross section of the porous metal plate. It is a figure which shows a part of back surface of the porous metal plate. It is a figure explaining the effect of the porous metal plate, and is equivalent to the H section enlarged view of FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 6 and corresponds to a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • FIG. It is a perspective view of the porous metal plate concerning Example 6.
  • FIG. It is a cross-sectional view of the porous metal plate. It is a reverse view of the porous metal plate. It is a figure explaining the effect of the porous metal plate, and is equivalent to the J section enlarged view of FIG.
  • the semiconductor device 1 includes semiconductor elements 71 to 74, an insulating substrate 60, a porous metal plate 50, and a cooler 10 as shown in FIG. Specifically, the semiconductor elements 71 to 74 are respectively arranged (soldered) on the insulating substrate 60.
  • the porous metal plate 50 is disposed between the insulating substrate 60 and the cooler 10.
  • the arrow of FIG. 1 has shown the flow direction of the refrigerant
  • coolant for example, water
  • the cooler 10 includes a frame 30 that forms an outer frame, and a fin member 20 that is accommodated in the frame 30.
  • the frame 30 and the fin member 20 are joined by brazing.
  • the fin member 20 is made of aluminum and includes a base 21 having a rectangular flat plate shape and a plurality (ten in the first embodiment) of fins 22 protruding from one surface of the base 21 as shown in FIG. .
  • the fin 22 has a rectangular flat plate shape.
  • a plurality (ten in the first embodiment) of the fins 22 are arranged in a line in the short direction of the base 21 (a direction orthogonal to the refrigerant flow direction) with a certain gap.
  • a refrigerant flow path 25 is formed between the fins 22.
  • the fin member 20 can be integrally formed by, for example, aluminum extrusion.
  • the frame 30 has an aluminum first frame member 31 having a rectangular flat plate shape and an aluminum second frame member 32 having a U-shaped cross section (see FIGS. 1 and 2).
  • the first frame member 31 and the second frame member 32 are joined by brazing. Thereby, the frame 30 forms a rectangular cylinder shape.
  • one end in the longitudinal direction (the direction matching the refrigerant flow direction) is an inlet 30 a for introducing the refrigerant, and the other end in the longitudinal direction is an outlet 30 b for discharging the refrigerant (see FIG. 1).
  • porous metal plates 50 are arranged on the surface 31b of the first frame member 31 constituting the cooler 10 with a certain gap (see FIGS. 1 and 2).
  • the four porous metal plates 50 are brazed to the surface 31 b of the first frame member 31, respectively.
  • the porous metal plate 50 is made of aluminum and has a rectangular flat plate shape as shown in FIG.
  • the porous metal plate 50 is formed with a plurality of through holes 51 penetrating in the thickness direction of the porous metal plate 50. As shown in FIG. 2, the through-hole 51 penetrates the porous metal plate 50 from the front surface 50b (surface facing the insulating substrate 60) to the back surface 50c (surface facing the cooler 10). Yes. Therefore, the through hole 51 is open to the front surface 50 b and the back surface 50 c of the porous metal plate 50.
  • the through hole 51 has a cross section of the through hole 51 (the thickness of the porous metal plate 50 is increased as it goes from the cooler 10 side to the insulating substrate 60 side (from the back surface 50c to the front surface 50b, from below to above in FIG. 2)).
  • the cross-section of the through-hole 51 when cut in a direction perpendicular to the direction has a shape that reduces.
  • the through-hole 51 has a truncated cone shape (see FIG. 4) that decreases in diameter from the back surface 50c toward the front surface 50b.
  • an insulating substrate 60 is disposed on the surface 50b of each porous metal plate 50 (see FIGS. 1 and 2).
  • the insulating substrate 60 is brazed to the surface 50 b of the porous metal plate 50.
  • the insulating substrate 60 is made of an electrically insulating member (for example, ceramic such as alumina) and has a rectangular flat plate shape.
  • semiconductor elements 71 to 74 are arranged on the surfaces 60b of the four insulating substrates 60 (see FIGS. 1 and 2).
  • the semiconductor elements 71 to 74 are soldered to the surface 60b of the insulating substrate 60.
  • the semiconductor elements 71 to 74 are semiconductor elements such as IGBTs.
  • the semiconductor elements 71 to 74 generate heat with use. These heats are transferred to the porous metal plate 50 through the insulating substrate 60. Further, it is transmitted to the frame 30 (first frame member 31) and transmitted to each fin 22 of the fin member 20 housed in the frame 30.
  • a refrigerant for example, water
  • the refrigerant introduced into the frame 30 flows through the flow path 25 formed between the fins 22 toward the discharge port 30b.
  • each fin 22 of the fin member 20 can exchange heat with the refrigerant flowing through the flow path 25. That is, the heat transferred from the semiconductor elements 71 to 74 to each fin 22 can be released to the refrigerant flowing through the flow path 25.
  • the refrigerant that has absorbed the heat of the fins 22 while flowing through the flow path 25 is discharged to the outside of the frame 30 through the discharge port 30b. In this way, the generated semiconductor elements 71 to 74 can be cooled.
  • the linear expansion coefficient differs greatly between the insulating substrate 60 and the frame 30 (first frame member 31).
  • its linear expansion coefficient is about 7 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the linear expansion coefficient of the frame 30 (first frame member 31) made of aluminum is about 23 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the linear expansion coefficient of the frame 30 (first frame member 31) is three times or more the linear expansion coefficient of the insulating substrate 60. Therefore, when the heat generated by the semiconductor elements 71 to 74 is transmitted to the insulating substrate 60 and the first frame member 31, the frame 30 (first frame member 31) is greatly expanded in heat (thermal expansion) compared to the insulating substrate 60. )
  • the porous metal plate 50 is disposed between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • the porous metal plate 50 is formed with a back surface 50c of the porous metal plate 50 (a surface facing the cooler 10 side of the porous metal plate 50) and a through hole 51 that opens to the front surface 50b (see FIG. 2).
  • the rigidity of at least the portion 54 of the porous metal plate 50 on the cooler 10 side becomes low, and the portion 54 of the porous metal plate 50 on the cooler 10 side is easily bent (see FIG. 5).
  • FIG. 5 shows a state in which the porous metal plate 50 is bent and absorbs the difference in thermal expansion between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • the through hole 51 of the porous metal plate 50 has a cross-section (porous metal) (porous metal as it goes from the cooler 10 side toward the insulating substrate 60 side (from the back surface 50c to the front surface 50b, from below to above in FIG. 2)).
  • a shape in which the cross section of the through hole 51 when the plate 50 is cut in a direction perpendicular to the thickness direction thereof is reduced.
  • the through-hole 51 has a truncated cone shape that decreases in diameter (the diameter of the hole decreases) from the back surface 50c toward the front surface 50b.
  • the porous metal plate 50 even if the cross section of the through hole 51 applied to the portion 53 on the insulating substrate 60 (member with small thermal elongation) side is reduced (in other words, the hole diameter of the through hole 51 is reduced), If the cross-section of the through-hole 51 applied to the portion 54 on the cooler 10 (member with large thermal elongation) side is increased (in other words, the diameter of the through-hole 51 is increased), the insulating substrate 60 and the cooler 10 are separated. The stress caused by the difference in linear expansion coefficient can be relaxed appropriately.
  • the back surface The volume (weight) of the porous metal plate compared to the case of forming a cylindrical through hole 51K (through hole indicated by a two-dot chain line in FIG. 6) having a cross section (hole diameter) equal to the opening 51c of 50c and extending to the surface 50b. (See FIG. 6).
  • the heat capacity and thermal conductivity of the porous metal plate 50 can be increased.
  • the heat transferred from the semiconductor elements 71 to 74 to the insulating substrate 60 can be appropriately absorbed by the porous metal plate 50.
  • a cylindrical through hole 51K (through hole indicated by a two-dot chain line in FIG. 6) extending to the front surface 50b with a cross section (hole diameter) equal to the opening 51c of the back surface 50c. This is because the heat capacity of the portion 53 on the insulating substrate 60 side is higher than in the case of forming.
  • the heat of the semiconductor elements 71 to 74 can be appropriately cooled.
  • an aluminum fin member 20 is prepared.
  • the fin member 20 can be integrally formed by, for example, aluminum extrusion.
  • a first rectangular flat frame member 31 made of aluminum and a second frame member 32 made of aluminum are prepared.
  • the second frame member 32 can be manufactured by pressing a rectangular flat aluminum plate into a U-shape.
  • porous metal plates 50 in which a plurality of through holes 51 are formed are prepared.
  • the porous metal plate 50 can be produced by, for example, cutting a rectangular flat aluminum plate (forming the through hole 51) using a drill having a truncated cone-shaped blade equivalent to the through hole 51. it can.
  • insulating substrates 60 for example, ceramic plates made of alumina are prepared.
  • the fin member 20 is disposed on the bottom surface 32b of the second frame member 32 (see FIG. 1).
  • the first frame member 31 is disposed on the upper end surface 32 c of the first frame member 31 so as to cover the second frame member 32.
  • the upper end surface 22b of the fin 22 of the fin member 20 and the back surface 31c of the 1st frame member 31 contact (refer FIG. 2).
  • four porous metal plates 50 are arranged in a row on the surface 31b of the first frame member 31 with a certain gap (see FIG. 1).
  • the insulating substrate 60 is disposed on the surface 50 b of each porous metal plate 50.
  • a brazing material for example, a back surface 31c of the first frame member 31, a bottom surface 32b of the second frame member 32, a back surface 50c of the porous metal plate 50, and a back surface 60c (see FIG. 2) of the insulating substrate 60 are previously provided. , Melting point 600 ° C.).
  • the fin member 20, the 1st frame member 31, the 2nd frame member 32, the porous metal plate 50, and the insulated substrate 60 is an electric furnace. (Not shown).
  • the temperature in the electric furnace is raised to 600 ° C. to melt the brazing material.
  • the combination is taken out from the electric furnace and cooled to cure the brazing material.
  • the fin member 20, the 1st frame member 31, the 2nd frame member 32, the porous metal plate 50, and the insulating substrate 60 can be joined by brazing.
  • the fin member 20, the first frame member 31, and the second frame member 32 are brazed to form the cooler 10.
  • the semiconductor elements 71 to 74 are soldered to the surface 60b of the insulating substrate 60, whereby the semiconductor device 1 (see FIG. 1) of the first embodiment is completed.
  • Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the semiconductor device 100 according to the second embodiment (see FIGS. 1 and 7) is heated in the through hole 51 of the porous metal plate 50 as compared with the semiconductor device 1 according to the first embodiment (see FIGS. 1 and 2).
  • the only difference is the arrangement of the conductor, and the rest is the same. Therefore, here, the description will focus on the points different from the first embodiment, and the description of the same points will be omitted or simplified.
  • the heat conductor 40 is disposed inside each through hole 51 of the porous metal plate 50.
  • the heat conductor 40 is made of aluminum like the porous metal plate 50 and extends from the front surface 50b (surface facing the insulating substrate 60 side) to the back surface 50c (surface facing the cooler 10 side) of the porous metal plate 50 (details). Has a truncated cone shape). Therefore, each heat conductor 40 is disposed inside the through hole 51 of the porous metal plate 50 in a state where it contacts the back surface 60 c of the insulating substrate 60 and the surface 31 b of the first frame member 31 constituting the cooler 10. Is done.
  • heat transferred from the semiconductor elements 71 to 74 to the insulating substrate 60 can be transferred to the cooler 10 through the heat conductor 40 in addition to the porous metal plate 50.
  • the thermal conductivity from the semiconductor elements 71 to 74 to the cooler 10 is improved, so that the cooling performance of the semiconductor elements can be improved.
  • the heat conductor 40 has a truncated cone shape slightly smaller (thin) than the through hole 51. For this reason, the heat conductor 40 is arrange
  • the insulating substrate 60 and the cooler 10 (specifically, the first frame member 31) are separated by the porous metal plate 50 in the same manner as the semiconductor device 1 of the first embodiment. The stress caused by the difference in linear expansion coefficient can be relaxed appropriately.
  • FIG. 8 shows a state in which the porous metal plate 50 is bent and absorbs the difference in thermal expansion between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the semiconductor device 200 of the third embodiment differs from the semiconductor device 1 of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2) only in the hole shape of the porous metal plate. Is the same. Therefore, here, the description will focus on the points different from the first embodiment, and the description of the same points will be omitted or simplified.
  • the holes of the porous metal plate 50 are the through holes 51 that open to the front surface 50b and the back surface 50c of the porous metal plate 50.
  • the hole of the porous metal plate 250 is a bottomed hole 251 that opens only on the back surface 250c (the surface facing the cooler 10 side) (see FIG. 9).
  • This bottomed hole 251 has a bottomed shape as it goes from the cooler 10 side to the insulating substrate 60 side (from the back surface 250c to the front surface 250b, from the bottom to the top in FIG. 9) in the same manner as the through hole 51 of the first embodiment.
  • the cross section of the hole 251 (the cross section of the bottomed hole 251 when the porous metal plate 250 is cut in the direction perpendicular to the thickness direction thereof) is reduced.
  • the bottomed hole 251 has a truncated cone shape that decreases in diameter (reduces the diameter of the hole) from the back surface 250c toward the front surface 250b.
  • the porous metal plate 250 is produced, for example, by cutting a rectangular flat aluminum plate (forming the bottomed hole 251) using a drill having a truncated cone-shaped blade equivalent to the bottomed hole 251. be able to.
  • the hole of the porous metal plate 250 the bottomed hole 251 that opens only on the back surface 250c (the surface facing the cooler 10 side), the surface 250b (the insulating substrate 60 side of the porous metal plate 250 side) There is no hole opening on the facing surface.
  • the heat capacity and the thermal conductivity of the portion are increased. Can do.
  • the cooling performance of the semiconductor element can be improved as compared with the semiconductor device 1 of the first embodiment.
  • the bottomed hole 251 is not opened on the surface (surface 250b) facing the insulating substrate 60 (member with small thermal elongation), and the cooler 10 is a hole that opens on the surface (back surface 250c) facing the 10 (member with large thermal elongation) side.
  • the rigidity of the portion 254 on the cooler 10 side of the porous metal plate 250 is increased. It becomes low and the part 254 on the cooler 10 side of the porous metal plate 250 is easily bent (see FIG. 10).
  • FIG. 10 shows a state in which the porous metal plate 250 is bent and absorbs a difference in thermal expansion between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • Example 4 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the semiconductor device 300 according to the fourth embodiment (see FIGS. 1 and 11) is located inside the bottomed hole 251 of the porous metal plate 250 as compared with the semiconductor device 200 according to the third embodiment (see FIGS. 1 and 9).
  • the only difference is the arrangement of the heat conductor, and the rest is the same. Therefore, here, the description will focus on the differences from the third embodiment, and the description of the same points will be omitted or simplified.
  • the heat conductor 340 is disposed inside each bottomed hole 251 of the porous metal plate 250.
  • the heat conductor 340 is made of aluminum like the porous metal plate 250 and extends from the bottom surface 251d of the bottomed hole 251 of the porous metal plate 250 to the back surface 250c (the surface facing the cooler 10 side) (specifically, a conical shape). Trapezoidal shape). Accordingly, each of the heat conductors 340 is in contact with the bottom surface 251d of the bottomed hole 251 of the porous metal plate 250 and the surface 31b of the first frame member 31 constituting the cooler 10, so that the presence of the porous metal plate 250 is reached. It is disposed inside the bottom hole 251.
  • the heat transferred from the semiconductor elements 71 to 74 to the insulating substrate 60 can be transferred to the cooler 10 through the heat conductor 340 in addition to the porous metal plate 250.
  • the thermal conductivity from the semiconductor elements 71 to 74 to the cooler 10 is improved, so that the cooling performance of the semiconductor elements can be improved.
  • the heat conductor 340 has a truncated cone shape slightly smaller (thin) than the bottomed hole 251. For this reason, the heat conductor 340 is disposed inside the bottomed hole 251 through the side surface 251f of the bottomed hole 251 and the gap S of the porous metal plate 250 (see FIGS. 11 and 12). For this reason, as shown in FIG. 12, when the porous metal plate 250 bends, the heat conductor 340 does not prevent the porous metal plate 250 from being bent. Thereby, also in the semiconductor device 300 of the fourth embodiment, the stress generated by the difference in linear expansion coefficient between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (specifically, the first frame member 31) is appropriately relieved by the porous metal plate 250. can do. FIG. 12 shows a state in which the porous metal plate 250 is bent and absorbs the difference in thermal expansion between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • Example 5 a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the semiconductor device 400 (see FIGS. 1 and 13) of the fifth embodiment is different from the semiconductor device 1 (see FIGS. 1 and 2) of the first embodiment only in the hole shape of the porous metal plate. Is the same.
  • Example 1 the hole of the porous metal plate 50 was formed as a truncated cone-shaped through-hole 51 that was reduced in diameter from the back surface 50c toward the front surface 50b (the diameter of the hole was reduced).
  • a part of the ring was broken in the hole of the porous metal plate 450 (specifically, the ring was divided into two equal parts).
  • the cross-sectional shape (the cross section of the hole when the porous metal plate 450 is cut in a direction perpendicular to the thickness direction thereof is a shape in which a part of the ring is cut off), and the surface 450b (insulating substrate 60 side) of the porous metal plate 450 Through holes 451 and 452 that penetrate the porous metal plate 450 from the back surface 450c (the surface facing the cooler 10 side) to the back surface 450c.
  • the outer peripheral surfaces 451f and 452f and the inner peripheral surfaces 451g and 452g of the through holes 451 and 452 have the same taper angle, and form tapered surfaces that decrease in diameter from the back surface 450c of the porous metal plate 450 toward the surface 450b. (See FIGS. 13 to 17).
  • the cross-sections of the through holes 451 and 452 are directed from the cooler 10 side to the insulating substrate 60 side (from the back surface 450c to the front surface 450b and from the bottom to the top in FIG. 13). (Cross sections of the through holes 451 and 452 when the porous metal plate 450 is cut in a direction perpendicular to the thickness direction thereof) is reduced (see FIGS. 14 to 17).
  • the porous metal plate 450 includes a flat rectangular main body 455, through holes 451 and 452, and a heat conducting portion 456 coupled to the main body 455 (FIGS. 13 to 10). 17).
  • the heat conducting portion 456 is a cone whose side surface 456b is surrounded by the through holes 451 and 452, and extends from the back surface 450c (surface facing the cooler 10 side) of the porous metal plate 450 to the surface 450b (surface facing the insulating substrate 60 side). It has a trapezoidal shape.
  • the main body portion 455 and the heat conducting portion 456 are integrally connected at positions where the through holes 451 and 452 are interrupted (extends from the back surface 450c of the porous metal plate 450 to the front surface 450b at positions where the through holes 451 and 452 are interrupted). Are integrally connected by connecting portions 457 and 458 (see FIGS. 15 to 17).
  • the porous metal plate 450 can be manufactured by, for example, cutting a rectangular flat aluminum plate (forming the through holes 451 and 452) with a machining center.
  • FIG. 15 is a view of a part of the porous metal plate 450 as viewed from the surface 450b side.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the porous metal plate 450 taken along the front surface 450b at a position between the front surface 450b and the rear surface 450c (intermediate position in the thickness direction).
  • FIG. 17 is a view of the part shown in FIG. 15 of the porous metal plate 450 as seen from the back surface 450c side.
  • the porous metal plate 450 as described above can achieve the same effects as the “porous metal plate 50 + thermal conductor 40” in the semiconductor device 100 of the second embodiment.
  • the “main body portion 455” of the porous metal plate 450 of the fifth embodiment corresponds to the “porous metal plate 50” of the second embodiment, and the “thermal conduction portion 456” of the porous metal plate 450 of the fifth embodiment is implemented.
  • This corresponds to the “thermal conductor 40” of Example 2
  • “through holes 451 and 452” of the porous metal plate 450 of Example 5 correspond to “gap S (side surface of the through hole 51 of the porous metal plate 50) of Example 2. This is because it corresponds to “the gap between 51f and the heat conductor 40)”.
  • the heat conduction portion 456 (the heat conductor 40 according to the second embodiment).
  • the heat transferred from the semiconductor elements 71 to 74 to the insulating substrate 60 can be transferred to the cooler 10 through the corresponding portion.
  • the thermal conductivity from the semiconductor elements 71 to 74 to the cooler 10 is improved, so that the cooling performance of the semiconductor elements can be improved.
  • FIG. 18 shows a state in which the main body portion 455 of the porous metal plate 450 is bent and absorbs the difference in thermal expansion between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • the porous metal plate 50 and the heat conductor 40 are separate parts.
  • the main body portion 455 and the heat conducting portion 456 of the porous metal plate 450 are at positions where the through holes 451 and 452 are interrupted (connection portions 457 and 458, FIG. (See FIG. 17). That is, the heat conduction part 456 (part corresponding to the heat conductor 40 of Example 2) and the main body part 455 (part corresponding to the porous metal plate 50 of Example 2) are configured as one component. For this reason, the number of parts is reduced, and the productivity of the semiconductor device is improved. Therefore, the semiconductor device 400 of the fifth embodiment is low in cost.
  • the semiconductor device 500 of the sixth embodiment differs from the semiconductor device 200 of the third embodiment (see FIGS. 1 and 9) only in the hole shape of the porous metal plate. Is the same.
  • the hole of the porous metal plate 250 is a bottomed hole 251 that opens only on the back surface 250c, and the diameter of the hole decreases from the back surface 250c toward the front surface 250b (the diameter of the hole decreases).
  • a bottomed hole 251 having a shape was formed (see FIG. 9).
  • the hole of the porous metal plate 550 is a bottomed hole 551 that opens only on the back surface 550c (the surface facing the cooler 10 side).
  • the cross-sectional shape of the ring (the cross-section of the hole when the porous metal plate 550 is cut in the direction perpendicular to the thickness direction is an annular shape), and the front surface 550b (the insulating substrate 60 side from the back surface 550c of the porous metal plate 550).
  • the bottomed hole 551 extends to the (facing surface) side.
  • the outer peripheral surface 551f and the inner peripheral surface 551g of the bottomed hole 551 have tapered angles that are equal to each other, and have a tapered surface that decreases in diameter from the back surface 550c of the porous metal plate 550 toward the surface 550b. (See FIGS. 19 and 20).
  • the cross-section (porous) of the bottomed hole 551 increases from the cooler 10 side toward the insulating substrate 60 side (from the back surface 550c to the front surface 550b, from below to above in FIG. 19).
  • the cross section of the bottomed hole 551 when the metal plate 550 is cut in a direction perpendicular to the thickness direction thereof is reduced (see FIGS. 20 to 22).
  • the porous metal plate 550 of the sixth embodiment includes a flat rectangular body 555, a bottomed hole 551, and a heat conducting portion 556 that is integrally connected to the body 555 (FIGS. 19 to 22). reference).
  • the heat conducting portion 556 is a cone having a side surface 556b surrounded by a bottomed hole 551 and extending from the back surface 550c (surface facing the cooler 10 side) of the porous metal plate 550 to the surface 550b (surface facing the insulating substrate 60 side). It has a trapezoidal shape.
  • the main body portion 555 and the heat conducting portion 556 are integrally connected on the insulating substrate 60 side of the heat conducting portion 556 (integratedly connected by a disk-like connecting portion 557 located on the insulating substrate 60 side of the heat conducting portion 556). (See FIGS. 19 and 23).
  • the porous metal plate 550 can be manufactured by, for example, cutting a rectangular flat aluminum plate (forming a bottomed hole 551) with a machining center.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of the porous metal plate 550 cut along the surface 550b at a position between the front surface 550b and the back surface 550c (intermediate position in the thickness direction).
  • FIG. 22 is a view of the porous metal plate 550 as viewed from the back surface 550c side.
  • the porous metal plate 550 as described above can achieve the same effects as the “porous metal plate 250 + thermal conductor 340” in the semiconductor device 300 of the fourth embodiment.
  • the “main body portion 555” of the porous metal plate 550 of the sixth embodiment corresponds to the “porous metal plate 250” of the fourth embodiment, and the “heat conduction portion 556” of the porous metal plate 550 of the sixth embodiment is implemented.
  • This corresponds to the “thermal conductor 340” in Example 4
  • the “bottomed hole 551” of the porous metal plate 550 in Example 6 corresponds to the “gap S (the side surface of the bottomed hole 251 in the porous metal plate 250) in Example 6. This is because it corresponds to “the gap between 251f and the heat conductor 340”.
  • the heat conduction portion 556 (the heat conductor 340 according to the fourth embodiment).
  • the heat transferred from the semiconductor elements 71 to 74 to the insulating substrate 60 can be transferred to the cooler 10 through the corresponding portion.
  • the thermal conductivity from the semiconductor elements 71 to 74 to the cooler 10 is improved, so that the cooling performance of the semiconductor elements can be improved.
  • a bottomed hole 551 (implemented) is provided between the heat conducting portion 556 (a portion corresponding to the heat conductor 340 of the fourth embodiment) and the main body portion 555 (a portion corresponding to the porous metal plate 250 of the fourth embodiment).
  • the portion corresponding to the gap S in Example 4 is interposed (see FIGS. 19 and 23). For this reason, as shown in FIG. 23, when the porous metal plate 550 (main body portion 555) bends, the heat conduction portion 556 does not hinder the deflection of the porous metal plate 550 (main body portion 555).
  • the line between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (specifically, the first frame member 31) is formed by the porous metal plate 550.
  • the stress caused by the difference in expansion coefficient can be relaxed appropriately.
  • FIG. 23 shows a state in which the main body portion 555 of the porous metal plate 550 is bent and absorbs the difference in thermal expansion between the insulating substrate 60 and the cooler 10 (first frame member 31).
  • the porous metal plate 250 and the heat conductor 340 are separate parts.
  • the main body portion 555 and the heat conducting portion 556 of the porous metal plate 550 are integrally connected on the insulating substrate 60 side (connecting portion 557) of the heat conducting portion 556. (See FIGS. 19 and 23). That is, the heat conduction part 556 (part corresponding to the heat conductor 340 of the fourth embodiment) and the main body part 555 (part corresponding to the porous metal plate 250 of the fourth example) are configured as one component. For this reason, the number of parts is reduced, and the productivity of the semiconductor device is improved. Therefore, the cost of the semiconductor device 500 according to the sixth embodiment is reduced.
  • the holes (through holes 51 and bottomed holes 251) of the porous metal plates 50 and 250 have a truncated cone shape.
  • the shape of the hole of the porous metal plate may be any shape as long as the cross section of the hole is reduced from the cooler side toward the insulating substrate side.
  • a cone shape, a pyramid shape, a truncated pyramid shape, etc. are mentioned.
  • the cross-sectional shape of the bottomed hole 551 of the porous metal plate 550 is an annular shape.
  • a cross-sectional shape in which a part of the annular ring is interrupted for example, the annular shape is divided into two parts as in the fifth embodiment). (A divided cross-sectional shape).

Abstract

　絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができ、且つ、半導体素子の熱を適切に冷却することができる半導体装置を提供する。半導体装置（１）は、絶縁基板（６０）、前記絶縁基板（６０）上に配置された半導体素子（７１）、冷却器（１０）、及び、前記絶縁基板（６０）と前記冷却器（１０）との間に配置されたポーラス金属板（５０）を備える。ポーラス金属板（５０）の穴（５１）は、少なくともポーラス金属板（５０）の冷却器側を向く面（５０ｃ）に開口する穴であり、冷却器側から絶縁基板側に向かうにしたがって当該穴の断面が縮小する形状をなしている。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体素子が発する熱を冷却する冷却器を備える半導体装置に関する。
　ハイブリッド自動車等の電源として、電力変換機能を有するインバータ装置が用いられている。インバータ装置は、スイッチング素子として複数の半導体素子を備えている。このインバータ装置の半導体素子は、電力変換等に伴って発熱するため、積極的に冷却される必要がある。このため、半導体素子が発する熱を冷却する冷却機構を備える半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２－２３７５５６号公報
　特許文献１には、絶縁基板と、この絶縁基板上に配置された半導体素子と、冷却手段と、絶縁基板と冷却手段との間に配置されたポーラス金属板と、を備える半導体装置が開示されている。ポーラス金属板には、ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面から冷却手段側を向く面にわたってポーラス金属板を貫通する円柱形状の貫通孔が複数形成されている。このようなポーラス金属板は、貫通孔のために剛性が低下し、たわみやすくなる。従って、このポーラス金属板を絶縁基板と冷却手段との間に配置することで、線膨張率の小さな絶縁基板と線膨張率の大きな冷却手段（放熱板）との熱伸び差を吸収し、応力を緩和することができると記載されている。
　しかしながら、絶縁基板と冷却手段との線膨張率差によって生じる応力を緩和するために、ポーラス金属板を貫通する円柱形状の貫通孔を多数形成すると、ポーラス金属板の熱容量及び熱伝導性が低下する。このため、ポーラス金属板において、半導体素子から絶縁基板に伝わった熱を、適切に、冷却手段（冷却器）に伝えることができなくなる虞があった。特に、半導体素子において瞬時に大量の発熱が生じた場合は、半導体素子から絶縁基板に伝わった熱を、ポーラス金属板において吸収しきれなくなる虞があった。このように、特許文献１の半導体装置では、半導体素子の熱を適切に冷却することができない虞があった。
　本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができ、且つ、半導体素子の熱を適切に冷却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。
　(1)本発明の一態様は、絶縁基板と、この絶縁基板上に配置された半導体素子と、冷却器と、複数の穴が形成されたポーラス金属板であって上記絶縁基板と上記冷却器との間に配置されたポーラス金属板と、を備える半導体装置において、上記ポーラス金属板の上記穴は、少なくとも上記ポーラス金属板の上記冷却器側を向く面に開口する穴であり、上記冷却器側から上記絶縁基板側に向かうにしたがって当該穴の断面（断面積）が縮小する形状をなす半導体装置である。
　上述の半導体装置では、絶縁基板と冷却器（絶縁基板に比べて線膨張率が大きい）との間にポーラス金属板が配置されている。しかも、ポーラス金属板の穴は、少なくともポーラス金属板の冷却器側を向く面に開口している。このようなポーラス金属板では、少なくともポーラス金属板の冷却器側の部位の剛性が低くなり、ポーラス金属板の冷却器側の部位がたわみやすくなる。このように、ポーラス金属板について、冷却器（絶縁基板に比べて大きく熱伸びする部材）側の部位の剛性を低下させることで、ポーラス金属板において、絶縁基板と冷却器との熱伸び差を吸収し、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　しかも、ポーラス金属板の穴は、冷却器側から絶縁基板側に向かうにしたがって当該穴の断面（ポーラス金属板をその厚み方向に直交する方向に切断したときの当該穴の断面）が縮小する形状をなしている。このように、ポーラス金属板において、絶縁基板（線膨張率の小さい部材、すなわち熱伸びが小さい部材）側の部位にかかる穴の断面を小さくしても、冷却器（線膨張率の大きい部材、すなわち熱伸びが大きい部材）側の部位にかかる穴の断面を大きくしておけば、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　その上、熱源である半導体素子に近い部位（絶縁基板側の部位）にかかる穴の断面を小さくしているので、ポーラス金属板の熱容量及び熱伝導性を高めることができる。さらには、半導体素子において瞬時に大量の発熱が生じた場合でも、ポーラス金属板について絶縁基板側の部位の熱容量を高めているので、半導体素子から絶縁基板に伝わった熱を、ポーラス金属板において適切に吸収することができる。以上より、上述の半導体装置では、半導体素子の熱を適切に冷却することができる。
　なお、「少なくともポーラス金属板の冷却器側を向く面に開口する穴」としては、例えば、「ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面（表面）から冷却器側を向く面（裏面）にわたってポーラス金属板を貫通する貫通孔（ポーラス金属板の表面と裏面とに開口する貫通孔）」、「ポーラス金属板の冷却器側を向く面（裏面）にのみ開口する有底穴」を挙げることができる。
　(2)さらに、(1)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記穴は、円錐形状及び円錐台形状のいずれかである半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴を、円錐形状または円錐台形状としている。詳細には、冷却器側から絶縁基板側に向かうにしたがって当該穴の断面が縮小する形状として、円錐形状または円錐台形状を選択している。円錐形状または円錐台形状の穴は、形成容易である。例えば、円錐形状または円錐台形状の刃を有するドリルを用いて、金属板を切削加工することで、円錐形状または円錐台形状の穴を有するポーラス金属板を作製することができる。従って、上述の半導体装置は、低コストとなる。
　(3)さらに、(1)または(2)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記穴は、上記ポーラス金属板の前記絶縁基板側を向く面から前記冷却器側を向く面にわたって上記ポーラス金属板を貫通する貫通孔である半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴を、ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面（表面）から冷却器側を向く面（裏面）にわたってポーラス金属板を貫通する貫通孔としている。このような貫通孔を有するポーラス金属板は、剛性が低く、たわみやすくなる。このため、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　(4)さらに、(3)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記貫通孔の側面と間隙を介して上記穴の内部に配置された熱伝導体を有し、上記熱伝導体は、上記ポーラス金属板の前記絶縁基板側を向く面から前記冷却器側を向く面にわたって延びる形態をなす半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴（貫通孔）の内部に熱伝導体を配置している。この熱伝導体は、ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面（表面）から冷却器側を向く面（裏面）にわたって延びる形態をなしている。このため、絶縁基板と冷却器との間に熱伝導体も配置されるので、ポーラス金属板に加えて、この熱伝導体を通じても、半導体素子から絶縁基板に伝わった熱を、冷却器に伝えることができる。これにより、半導体素子から冷却器への熱伝導性が向上するので、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、この熱伝導体を、ポーラス金属板の穴（貫通孔）の側面と間隙を介して穴（貫通孔）の内部に配置している。このため、ポーラス金属板がたわむ際に、熱伝導体によってポーラス金属板のたわみが妨げられることがない。これにより、ポーラス金属板によって、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　(5)また、(1)または(2)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記穴は、前記冷却器側を向く面にのみ開口する有底穴である半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴を、冷却器側を向く面（裏面）にのみ開口する有底穴としている。これにより、ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面（表面）には穴の開口が存在しなくなるので、ポーラス金属板について、熱源である半導体素子に近い部位（絶縁基板側の部位）の熱容量及び熱伝導性を高めることができる。これにより、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　なお、ポーラス金属板において、線膨張率の小さい（すなわち、熱伸びが小さい）絶縁基板側を向く面（表面）に穴の開口が無くても、線膨張率の大きな（すなわち、熱伸びが大きい）冷却器側を向く面（裏面）に穴の開口を設けておけば、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　(6)さらに、(5)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記有底穴の側面と間隙を介して上記穴の内部に配置された熱伝導体を有し、上記熱伝導体は、上記ポーラス金属板の上記有底穴の底面から上記冷却器側を向く面にわたって延びる形態をなす半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴（有底穴）の内部に熱伝導体を配置している。この熱伝導体は、ポーラス金属板の穴（有底穴）の底面から冷却器側を向く面（裏面）にわたって延びる形態をなしている。このため、絶縁基板と冷却器との間に熱伝導体も配置されるので、ポーラス金属板に加えて、この熱伝導体を通じても、半導体素子から絶縁基板に伝わった熱を、冷却器に伝えることができる。これにより、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、この熱伝導体を、ポーラス金属板の穴（有底穴）の側面と間隙を介して穴（有底穴）の内部に配置している。このため、ポーラス金属板がたわむ際に、熱伝導体によってポーラス金属板のたわみが妨げられることがない。これにより、ポーラス金属板によって、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　(7)また、(1)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板は、本体部と、前記穴に側面を囲まれて、上記ポーラス金属板の前記冷却器側を向く面から前記絶縁基板側に延びる熱伝導部であって、上記本体部と一体に連結した熱伝導部と、を有する半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板が、本体部と、前記穴（前記貫通孔または前記有底穴）に側面を囲まれてポーラス金属板の冷却器側を向く面（裏面）から絶縁基板側に延びる熱伝導部とを有している。このような形態のポーラス金属板は、(4)または(6)に記載の半導体装置における「ポーラス金属板＋熱伝導体」と同様な作用効果を奏することができる。上述のポーラス金属板の「本体部」が(4)または(6)の「ポーラス金属板」に相当し、上述のポーラス金属板の「熱伝導部」が(4)または(6)の「熱伝導体」に相当し、上述のポーラス金属板の「穴」が(4)または(6)の「間隙（ポーラス金属板の穴の側面と熱伝導体との間の間隙）」に相当するからである。
　具体的には、上述の半導体装置では、本体部（(4)または(6)のポーラス金属板に相当する部位）に加えて、熱伝導部（(4)または(6)の熱伝導体に相当する部位）を通じても、半導体素子から絶縁基板に伝わった熱を、冷却器に伝えることができる。これにより、半導体素子から冷却器への熱伝導性が良好になるので、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、熱伝導部（(4)または(6)の熱伝導体に相当する部位）と本体部（(4)または(6)のポーラス金属板に相当する部位）との間には、前記穴（(4)または(6)の間隙Ｓに相当する部位）が介在している。このため、ポーラス金属板（本体部）がたわむ際に、熱伝導部によってポーラス金属板（本体部）のたわみが妨げられることがない。従って、上述の半導体装置でも、(4)または(6)の半導体装置と同様に、ポーラス金属板によって、絶縁基板と冷却器との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　ここで、(4)に記載の半導体装置とは、前述のように、ポーラス金属板の穴（貫通孔）の側面と間隙を介して穴（貫通孔）の内部に配置された熱伝導体を有し、この熱伝導体が、ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面から冷却器側を向く面にわたって延びる形態をなす半導体装置である。また、(6)に記載の半導体装置とは、前述のように、ポーラス金属板の穴（有底穴）の側面と間隙を介して穴（有底穴）の内部に配置された熱伝導体を有し、この熱伝導体が、ポーラス金属板の穴（有底穴）の底面から冷却器側を向く面にわたって延びる形態をなす半導体装置である。
　また、(4)または(6)に記載の半導体装置では、ポーラス金属板と熱伝導体とは別部品である。これに対し、上述の半導体装置では、熱伝導部が、ポーラス金属板の本体部と一体に連結している。すなわち、熱伝導部（(4)または(6)において熱伝導体に相当する部位）と本体部（(4)または(6)においてポーラス金属板に相当する部位）とが一部品で構成されている。このため、部品点数が少なくなり、半導体装置の生産性が向上する。従って、上述の半導体装置は、低コストとなる。
　(8)さらに、(7)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記穴は、環の一部が途切れた断面形状で、上記ポーラス金属板の前記絶縁基板側を向く面から前記冷却器側を向く面にわたって上記ポーラス金属板を貫通する貫通孔であり、前記熱伝導部の側面の周囲に配置されてなり、上記ポーラス金属板の前記本体部と上記熱伝導部とは、上記貫通孔の環が途切れている位置で一体に連結してなる半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴を、環の一部が途切れた断面形状（ポーラス金属板をその厚み方向に直交する方向に切断したときの穴の断面が、環の一部が途切れた形状）で、ポーラス金属板の絶縁基板側を向く面（表面）から冷却器側を向く面（裏面）にわたってポーラス金属板を貫通する貫通孔としている。この貫通孔は、熱伝導部の側面の周囲に配置されている。そして、ポーラス金属板の本体部と熱伝導部とは、貫通孔の環が途切れている位置で一体に連結している。このような形態のポーラス金属板は、前述のように、(4)に記載の半導体装置における「ポーラス金属板＋熱伝導体」と同様な作用効果を奏することができる。
　なお、上述のポーラス金属板の「本体部」が(4)の「ポーラス金属板」に相当し、上述のポーラス金属板の「熱伝導部」が(4)の「熱伝導体」に相当し、上述のポーラス金属板の「貫通孔」が(4)の「間隙（ポーラス金属板の穴の側面と熱伝導体との間の間隙）」に相当する。
　また、「環の一部が途切れた断面形状」としては、例えば、円環を２等分したような断面形状、円環の一部を削除したＣ字状の断面形状等を挙げることができる。また、環は、円環に限らず、いすれの形状（四角など）の環であっても良い。
　(9)また、(7)に記載の半導体装置であって、前記ポーラス金属板の前記穴は、環状及び環の一部が途切れた形状のいずれかの断面形状で、上記ポーラス金属板の前記冷却器側を向く面から上記絶縁基板側に延び、上記ポーラス金属板の上記冷却器側を向く面にのみ開口する有底穴であり、前記熱伝導部の側面の周囲に配置されてなり、上記ポーラス金属板の前記本体部と上記熱伝導部とは、少なくとも、上記熱伝導部の上記絶縁基板側で一体に連結してなる半導体装置とすると良い。
　上述の半導体装置では、ポーラス金属板の穴を、環状または環の一部が途切れた断面形状（ポーラス金属板をその厚み方向に直交する方向に切断したときの穴の断面が、環状または円環の一部が途切れた形状）で、ポーラス金属板の冷却器側を向く面（裏面）から絶縁基板側に延び、ポーラス金属板の冷却器側を向く面（裏面）にのみ開口する有底穴としている。この有底穴は、熱伝導部の側面の周囲に配置されている。そして、ポーラス金属板の本体部と熱伝導部とは、少なくとも、熱伝導部の絶縁基板側で一体に連結している。このような形態のポーラス金属板は、前述のように、(6)に記載の半導体装置における「ポーラス金属板＋熱伝導体」と同様な作用効果を奏することができる。
　なお、上述のポーラス金属板の「本体部」が(6)の「ポーラス金属板」に相当し、上述のポーラス金属板の「熱伝導部」が(6)の「熱伝導体」に相当し、上述のポーラス金属板の「有底穴」が(6)の「間隙（ポーラス金属板の穴の側面と熱伝導体との間の間隙）」に相当する。
実施例１にかかる半導体装置の斜視図である。 同半導体装置の断面図であり、図１のＣ－Ｃ矢視断面図に相当する。 実施例１にかかる冷却器のフィン部材の斜視図である。 実施例１にかかるポーラス金属板の斜視図である。 同ポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図２のＤ部拡大図に相当する。 同ポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図２のＤ部拡大図に相当する。 実施例２にかかる半導体装置の断面図であり、図１のＣ－Ｃ矢視断面図に相当する。 実施例２にかかるポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図７のＥ部拡大図に相当する。 実施例３にかかる半導体装置の断面図であり、図１のＣ－Ｃ矢視断面図に相当する。 実施例３にかかるポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図９のＦ部拡大図に相当する。 実施例４にかかる半導体装置の断面図であり、図１のＣ－Ｃ矢視断面図に相当する。 実施例４にかかるポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図１１のＧ部拡大図に相当する。 実施例５にかかる半導体装置の断面図であり、図１のＣ－Ｃ矢視断面図に相当する。 実施例５にかかるポーラス金属板の斜視図である。 同ポーラス金属板の表面の一部を示す図である。 同ポーラス金属板の横断面の一部を示す図である。 同ポーラス金属板の裏面の一部を示す図である。 同ポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図１３のＨ部拡大図に相当する。 実施例６にかかる半導体装置の断面図であり、図１のＣ－Ｃ矢視断面図に相当する。 実施例６にかかるポーラス金属板の斜視図である。 同ポーラス金属板の横断面図である。 同ポーラス金属板の裏面図である。 同ポーラス金属板の作用効果を説明する図であり、図１９のＪ部拡大図に相当する。
（実施例１）
　次に、本発明の実施例１について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施例１の半導体装置１は、図１に示すように、半導体素子７１～７４と、絶縁基板６０と、ポーラス金属板５０と、冷却器１０とを有している。詳細には、半導体素子７１～７４は、それぞれ、絶縁基板６０上に配置（ハンダ付け）されている。ポーラス金属板５０は、絶縁基板６０と冷却器１０との間に配置されている。なお、図１の矢印は、冷却器１０の内部を流れる冷媒（例えば、水）の流れ方向を示している。
　冷却器１０は、外枠を形成するフレーム３０と、フレーム３０内に収容されたフィン部材２０とを備えている。フレーム３０とフィン部材２０とは、ロウ付けにより接合されている。
　フィン部材２０は、アルミニウムからなり、図３に示すように、矩形平板状をなすベース２１と、ベース２１の一面から突出する複数（本実施例１では１０本）のフィン２２とを備えている。フィン２２は、矩形平板状をなしている。複数（本実施例１では１０本）のフィン２２は、ベース２１の短手方向（冷媒の流れ方向に直交する方向）に、一定の間隙をあけて一列に並べられている。各フィン２２の間には、冷媒の流路２５が形成される。このフィン部材２０は、例えば、アルミニウムの押出成形により一体成形することができる。
　フレーム３０は、矩形平板状をなすアルミニウム製の第１フレーム部材３１と、断面コ字状をなすアルミニウム製の第２フレーム部材３２とを有している（図１，図２参照）。第１フレーム部材３１と第２フレーム部材３２とは、ロウ付けにより接合されている。これにより、フレーム３０は、矩形筒状をなす。このフレーム３０では、長手方向（冷媒の流れ方向に一致する方向）の一端が、冷媒を導入する導入口３０ａとなり、長手方向の他端が、冷媒を排出する排出口３０ｂとなっている（図１参照）。
　冷却器１０を構成する第１フレーム部材３１の表面３１ｂには、一定の間隙をあけて、４つのポーラス金属板５０が配置されている（図１，図２参照）。４つのポーラス金属板５０は、ぞれぞれ、第１フレーム部材３１の表面３１ｂにロウ付けされている。
　ポーラス金属板５０は、アルミニウムからなり、図４に示すように、矩形平板状をなしている。このポーラス金属板５０には、ポーラス金属板５０の厚み方向に貫通する複数の貫通孔５１が形成されている。この貫通孔５１は、図２に示すように、ポーラス金属板の表面５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）から裏面５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にわたって、ポーラス金属板５０を貫通している。従って、貫通孔５１は、ポーラス金属板５０の表面５０ｂと裏面５０ｃとに開口している。
　しかも、貫通孔５１は、冷却器１０側から絶縁基板６０側に（裏面５０ｃから表面５０ｂに、図２において下方から上方に）向かうにしたがって、貫通孔５１の断面（ポーラス金属板５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの貫通孔５１の断面）が縮小する形状をなしている。詳細には、貫通孔５１は、裏面５０ｃから表面５０ｂに向かうにしたがって縮径する（孔の直径が縮小する）円錐台形状をなしている（図４参照）。
　さらに、各々のポーラス金属板５０の表面５０ｂには、絶縁基板６０が配置されている（図１，図２参照）。絶縁基板６０は、ポーラス金属板５０の表面５０ｂにロウ付けされている。この絶縁基板６０は、電気絶縁性を有する部材（例えば、アルミナ等のセラミック）からなり、矩形平板状をなしている。
　さらに、４つの絶縁基板６０の表面６０ｂには、半導体素子７１～７４が配置されている（図１，図２参照）。半導体素子７１～７４は、絶縁基板６０の表面６０ｂにハンダ付けされている。半導体素子７１～７４は、ＩＧＢＴ等の半導体素子である。
　ここで、本実施例１にかかる半導体装置１における冷却作用について説明する。半導体素子７１～７４は、使用に伴って発熱する。これらの熱は、絶縁基板６０を通じて、ポーラス金属板５０に伝えられる。さらに、フレーム３０（第１フレーム部材３１）に伝えられて、フレーム３０の内部に収納されているフィン部材２０の各々のフィン２２に伝えられる。
　フレーム３０の内部には、図１に矢印で示すように、導入口３０ａを通じて冷媒（例えば、水）が連続的に導入される。フレーム３０の内部に導入された冷媒は、フィン２２とフィン２２との間に形成される流路２５を、排出口３０ｂに向かって流れてゆく。これにより、フィン部材２０の各々のフィン２２は、流路２５を流れる冷媒と熱交換を行うことができる。すなわち、半導体素子７１～７４から各々のフィン２２に伝えられた熱を、流路２５を流れる冷媒に放出することができる。流路２５を流れつつフィン２２の熱を吸収した冷媒は、排出口３０ｂを通じてフレーム３０の外部に排出される。このようにして、発熱した半導体素子７１～７４を冷却することができる。
　ところで、絶縁基板６０とフレーム３０（第１フレーム部材３１）とでは、線膨張率が大きく異なる。具体的には、例えば、アルミナからなる絶縁基板６０を用いた場合、その線膨張率は約７×１０－６／℃である。一方、アルミニウムからなるフレーム３０（第１フレーム部材３１）の線膨張率は、約２３×１０－６／℃である。この例の場合、フレーム３０（第１フレーム部材３１）の線膨張率は、絶縁基板６０の線膨張率の３倍以上となる。従って、半導体素子７１～７４が発した熱が絶縁基板６０と第１フレーム部材３１とに伝わったとき、フレーム３０（第１フレーム部材３１）は、絶縁基板６０に比べて大きく熱伸び（熱膨張）する。
　これに対し、本実施例１の半導体装置１では、前述のように、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との間に、ポーラス金属板５０を配置している。しかも、ポーラス金属板５０には、ポーラス金属板５０の裏面５０ｃ（ポーラス金属板５０の冷却器１０側を向く面）及び表面５０ｂに開口する貫通孔５１が形成されている（図２参照）。このようなポーラス金属板５０では、少なくともポーラス金属板５０の冷却器１０側の部位５４の剛性が低くなり、ポーラス金属板５０の冷却器１０側の部位５４がたわみやすくなる（図５参照）。このように、ポーラス金属板５０について冷却器１０側の部位５４の剛性を低下させることで、ポーラス金属板５０において、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収し、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる（図５参照）。なお、図５では、ポーラス金属板５０が撓み、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収している様子を示している。
　しかも、ポーラス金属板５０の貫通孔５１は、冷却器１０側から絶縁基板６０側に（裏面５０ｃから表面５０ｂに、図２において下方から上方に）向かうにしたがって、貫通孔５１の断面（ポーラス金属板５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの貫通孔５１の断面）が縮小する形状をなしている。詳細には、貫通孔５１は、裏面５０ｃから表面５０ｂに向かうにしたがって縮径する（孔の直径が縮小する）円錐台形状をなしている。このように、ポーラス金属板５０において、絶縁基板６０（熱伸びが小さい部材）側の部位５３にかかる貫通孔５１の断面を小さく（換言すれば、貫通孔５１の孔径を小さく）しても、冷却器１０（熱伸びが大きい部材）側の部位５４にかかる貫通孔５１の断面を大きく（換言すれば、貫通孔５１の孔径を大きく）しておけば、絶縁基板６０と冷却器１０との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。
　その上、熱源である半導体素子７１～７４に近い部位（絶縁基板６０側の部位）にかかる、貫通孔５１の断面を小さく（換言すれば、貫通孔５１の孔径を小さく）することで、裏面５０ｃの開口部５１ｃと等しい断面（孔径）で表面５０ｂまで延びる円柱形状の貫通孔５１Ｋ（図６において二点差線で示す貫通孔）を形成する場合に比べて、ポーラス金属板の体積（重量）を高めることができる（図６参照）。これにより、ポーラス金属板５０の熱容量及び熱伝導性を高めることができる。
　さらには、半導体素子７１～７４において瞬時に大量の発熱が生じた場合でも、半導体素子７１～７４から絶縁基板６０に伝わった熱を、ポーラス金属板５０において適切に吸収することができる。上記形状の貫通孔５１を有するポーラス金属板５０では、裏面５０ｃの開口部５１ｃと等しい断面（孔径）で表面５０ｂまで延びる円柱形状の貫通孔５１Ｋ（図６において二点差線で示す貫通孔）を形成する場合に比べて、絶縁基板６０側の部位５３の熱容量が高くなるからである。
　以上より、本実施例１の半導体装置１では、半導体素子７１～７４の熱を適切に冷却することができる。
　次に、半導体装置１の製造方法について説明する。
　まず、アルミニウム製のフィン部材２０を用意する。フィン部材２０は、例えば、アルミニウムの押出成形により一体成形することができる。また、アルミニウム製の矩形平板状の第１フレーム部材３１と、アルミニウム製の第２フレーム部材３２とを用意する。第２フレーム部材３２は、矩形平板状のアルミニウム板を、コの字状にプレス加工することで製造できる。
　さらに、複数の貫通孔５１が形成されたポーラス金属板５０を、４個用意する。このポーラス金属板５０は、例えば、貫通孔５１と同等の円錐台形状の刃を有するドリルを用いて、矩形平板状のアルミニウム板を切削加工（貫通孔５１を形成）することで作製することができる。また、４個の絶縁基板６０（例えば、アルミナからなるセラミック板）を用意する。
　次に、組立工程に進み、フィン部材２０を、第２フレーム部材３２の底面３２ｂ上に配置する（図１参照）。その後、第２フレーム部材３２に蓋をするように、第１フレーム部材３１を、第１フレーム部材３１の上端面３２ｃ上に配置する。このとき、フィン部材２０のフィン２２の上端面２２ｂと第１フレーム部材３１の裏面３１ｃとが接触する（図２参照）。さらに、第１フレーム部材３１の表面３１ｂ上に、一定の間隙をあけて、４つのポーラス金属板５０を一列に配置する（図１参照）。さらに、各々のポーラス金属板５０の表面５０ｂ上に、絶縁基板６０を配置する。なお、第１フレーム部材３１の裏面３１ｃと、第２フレーム部材３２の底面３２ｂと、ポーラス金属板５０の裏面５０ｃと、絶縁基板６０の裏面６０ｃ（図２参照）には、予めロウ材（例えば、融点６００℃）が塗布されている。
　その後、接合工程に進み、上述のようにして、フィン部材２０、第１フレーム部材３１、第２フレーム部材３２、ポーラス金属板５０、及び絶縁基板６０を組み合わせたもの（組み合わせ体）を、電気炉（図示なし）内に収容する。次いで、電気炉内の温度を６００℃にまで上昇させて、ロウ材を溶融させる。その後、組み合わせ体を電気炉内から取り出し、冷却して、ロウ材を硬化させる。これにより、フィン部材２０、第１フレーム部材３１、第２フレーム部材３２、ポーラス金属板５０、及び絶縁基板６０を、ロウ付けにより接合することができる。このとき、フィン部材２０と第１フレーム部材３１と第２フレーム部材３２とがロウ付けされて、冷却器１０となる。その後、絶縁基板６０の表面６０ｂに、半導体素子７１～７４をハンダ付けすることで、本実施例１の半導体装置１（図１参照）が完成する。
（実施例２）
　次に、本発明の実施例２について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施例２の半導体装置１００（図１，図７参照）は、実施例１の半導体装置１（図１，図２参照）と比較して、ポーラス金属板５０の貫通孔５１の内部に熱伝導体を配置した点のみが異なり、その他については同様である。従って、ここでは、実施例１と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
　本実施例２の半導体装置１００では、図７に示すように、ポーラス金属板５０の各々の貫通孔５１の内部に、熱伝導体４０を配置している。この熱伝導体４０は、ポーラス金属板５０と同じくアルミニウム製で、ポーラス金属板５０の表面５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）から裏面５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にわたって延びる形態（詳細には、円錐台形状）をなしている。従って、各々の熱伝導体４０は、絶縁基板６０の裏面６０ｃと冷却器１０を構成する第１フレーム部材３１の表面３１ｂとに接触した状態で、ポーラス金属板５０の貫通孔５１の内部に配置される。このため、ポーラス金属板５０に加えて、熱伝導体４０を通じても、半導体素子７１～７４から絶縁基板６０に伝わった熱を、冷却器１０に伝えることができる。これにより、半導体素子７１～７４から冷却器１０への熱伝導性が向上するので、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、本実施例２では、熱伝導体４０を、貫通孔５１よりも僅かに小さい（細い）円錐台形状としている。このため、熱伝導体４０が、ポーラス金属板５０の貫通孔５１の側面５１ｆと間隙Ｓを介して貫通孔５１の内部に配置される（図７，図８参照）。このため、図８に示すように、ポーラス金属板５０がたわむ際に、熱伝導体４０によってポーラス金属板５０のたわみが妨げられることがない。これにより、本実施例２の半導体装置１００でも、実施例１の半導体装置１と同様に、ポーラス金属板５０によって、絶縁基板６０と冷却器１０（詳細には、第１フレーム部材３１）との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。なお、図８では、ポーラス金属板５０が撓み、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収している様子を示している。
（実施例３）
　次に、本発明の実施例３について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施例３の半導体装置２００（図１，図９参照）は、実施例１の半導体装置１（図１，図２参照）と比較して、ポーラス金属板の穴形状のみが異なり、その他については同様である。従って、ここでは、実施例１と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
　実施例１では、ポーラス金属板５０の穴を、ポーラス金属板５０の表面５０ｂと裏面５０ｃとに開口する貫通孔５１とした。これに対し、本実施例３では、ポーラス金属板２５０の穴を、裏面２５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にのみ開口する有底穴２５１としている（図９参照）。この有底穴２５１は、実施例１の貫通孔５１と同様に、冷却器１０側から絶縁基板６０側に（裏面２５０ｃから表面２５０ｂに、図９において下方から上方に）向かうにしたがって、有底穴２５１の断面（ポーラス金属板２５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの有底穴２５１の断面）が縮小する形状をなしている。詳細には、有底穴２５１は、裏面２５０ｃから表面２５０ｂ側に向かうにしたがって縮径する（孔の直径が縮小する）円錐台形状をなしている。
　このポーラス金属板２５０は、例えば、有底穴２５１と同等の円錐台形状の刃を有するドリルを用いて、矩形平板状のアルミニウム板を切削加工（有底穴２５１を形成）することで作製することができる。
　上述のように、ポーラス金属板２５０の穴を、裏面２５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にのみ開口する有底穴２５１とすることで、ポーラス金属板２５０の表面２５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）には穴の開口が存在しなくなる。これにより、ポーラス金属板２５０では、実施例１のポーラス金属板５０に比べて、熱源である半導体素子７１～７４に近い部位（絶縁基板６０側の部位２５３）の熱容量及び熱伝導性を高めることができる。このため、本実施例３の半導体装置２００では、実施例１の半導体装置１よりも、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　なお、本実施例３のポーラス金属板２５０では、上述のように、有底穴２５１を、絶縁基板６０（熱伸びが小さい部材）側を向く面（表面２５０ｂ）に開口することなく、冷却器１０（熱伸びが大きい部材）側を向く面（裏面２５０ｃ）に開口する穴としている。このように、有底穴２５１の開口を、冷却器１０（熱伸びが大きい部材）側を向く面（裏面２５０ｃ）に設けることで、ポーラス金属板２５０の冷却器１０側の部位２５４の剛性が低くなり、ポーラス金属板２５０の冷却器１０側の部位２５４がたわみやすくなる（図１０参照）。これにより、ポーラス金属板２５０において、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収し、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる（図１０参照）。なお、図１０では、ポーラス金属板２５０が撓み、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収している様子を示している。
（実施例４）
　次に、本発明の実施例４について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施例４の半導体装置３００（図１，図１１参照）は、実施例３の半導体装置２００（図１，図９参照）と比較して、ポーラス金属板２５０の有底穴２５１の内部に熱伝導体を配置した点のみが異なり、その他については同様である。従って、ここでは、実施例３と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
　本実施例４の半導体装置３００では、図１１に示すように、ポーラス金属板２５０の各々の有底穴２５１の内部に、熱伝導体３４０を配置している。この熱伝導体３４０は、ポーラス金属板２５０と同じくアルミニウム製で、ポーラス金属板２５０の有底穴２５１の底面２５１ｄから裏面２５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にわたって延びる形態（詳細には、円錐台形状）をなしている。従って、各々の熱伝導体３４０は、ポーラス金属板２５０の有底穴２５１の底面２５１ｄと冷却器１０を構成する第１フレーム部材３１の表面３１ｂとに接触した状態で、ポーラス金属板２５０の有底穴２５１の内部に配置される。このため、ポーラス金属板２５０に加えて、熱伝導体３４０を通じても、半導体素子７１～７４から絶縁基板６０に伝わった熱を、冷却器１０に伝えることができる。これにより、半導体素子７１～７４から冷却器１０への熱伝導性が向上するので、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、本実施例４では、熱伝導体３４０を、有底穴２５１よりも僅かに小さい（細い）円錐台形状としている。このため、熱伝導体３４０が、ポーラス金属板２５０の有底穴２５１の側面２５１ｆと間隙Ｓを介して有底穴２５１の内部に配置される（図１１，図１２参照）。このため、図１２に示すように、ポーラス金属板２５０がたわむ際に、熱伝導体３４０によってポーラス金属板２５０のたわみが妨げられることがない。これにより、本実施例４の半導体装置３００でも、ポーラス金属板２５０によって、絶縁基板６０と冷却器１０（詳細には、第１フレーム部材３１）との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。なお、図１２では、ポーラス金属板２５０が撓み、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収している様子を示している。
（実施例５）
　次に、本発明の実施例５について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施例５の半導体装置４００（図１，図１３参照）は、実施例１の半導体装置１（図１，図２参照）と比較して、ポーラス金属板の穴形状のみが異なり、その他については同様である。
　実施例１では、ポーラス金属板５０の穴を、裏面５０ｃから表面５０ｂに向かうにしたがって縮径する（孔の直径が縮小する）円錐台形状の貫通孔５１とした。
　これに対し、本実施例５では、図１４～図１７に示すように、ポーラス金属板４５０の穴を、円環の一部が途切れた（具体的には、円環を２等分した）断面形状（ポーラス金属板４５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの穴の断面が、円環の一部が途切れた形状）で、ポーラス金属板４５０の表面４５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）から裏面４５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にわたってポーラス金属板４５０を貫通する貫通孔４５１，４５２としている。
　この貫通孔４５１，４５２の外周面４５１ｆ，４５２ｆ及び内周面４５１ｇ，４５２ｇは、互いに等しいテーパ角で、ポーラス金属板４５０の裏面４５０ｃから表面４５０ｂに向かうにしたがって縮径するテーパ面をなしている（図１３～図１７参照）。
　上述のような形態の貫通孔４５１，４５２では、冷却器１０側から絶縁基板６０側に（裏面４５０ｃから表面４５０ｂに、図１３において下方から上方に）向かうにしたがって、貫通孔４５１，４５２の断面（ポーラス金属板４５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの貫通孔４５１，４５２の断面）が縮小する（図１４～図１７参照）。
　本実施例５のポーラス金属板４５０は、平板矩形状の本体部４５５と、貫通孔４５１，４５２と、本体部４５５と一体に連結する熱伝導部４５６とを有している（図１３～図１７参照）。熱伝導部４５６は、側面４５６ｂを貫通孔４５１，４５２に囲まれて、ポーラス金属板４５０の裏面４５０ｃ（冷却器１０側を向く面）から表面４５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）にわたって延びる円錐台形状をなしている。本体部４５５と熱伝導部４５６とは、貫通孔４５１，４５２が途切れている位置で一体に連結（貫通孔４５１，４５２が途切れている位置で、ポーラス金属板４５０の裏面４５０ｃから表面４５０ｂにわたって延びる連結部４５７，４５８によって一体に連結）している（図１５～図１７参照）。
　このポーラス金属板４５０は、例えば、マシニングセンタにより、矩形平板状のアルミニウム板を切削加工（貫通孔４５１，４５２を形成）することで作製することができる。
　なお、図１５は、ポーラス金属板４５０の一部を表面４５０ｂ側から見た図である。図１６は、ポーラス金属板４５０のうち図１５に示す部位を、表面４５０ｂと裏面４５０ｃとの間の位置（厚み方向中間位置）で表面４５０ｂに沿って切断した断面図である。図１７は、ポーラス金属板４５０のうち図１５に示す部位を裏面４５０ｃ側から見た図である。
　上述のようなポーラス金属板４５０は、実施例２の半導体装置１００における「ポーラス金属板５０＋熱伝導体４０」と同様な作用効果を奏することができる。本実施例５のポーラス金属板４５０の「本体部４５５」が、実施例２の「ポーラス金属板５０」に相当し、本実施例５のポーラス金属板４５０の「熱伝導部４５６」が、実施例２の「熱伝導体４０」に相当し、本実施例５のポーラス金属板４５０の「貫通孔４５１，４５２」が、実施例２の「間隙Ｓ（ポーラス金属板５０の貫通孔５１の側面５１ｆと熱伝導体４０との間の間隙）」に相当するからである。
　具体的には、本実施例５の半導体装置４００では、本体部４５５（実施例２のポーラス金属板５０に相当する部位）に加えて、熱伝導部４５６（実施例２の熱伝導体４０に相当する部位）を通じても、半導体素子７１～７４から絶縁基板６０に伝わった熱を、冷却器１０に伝えることができる。これにより、半導体素子７１～７４から冷却器１０への熱伝導性が良好になるので、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、熱伝導部４５６（実施例２の熱伝導体４０に相当する部位）と本体部４５５（実施例２のポーラス金属板５０に相当する部位）との間には、貫通孔４５１，４５２（実施例２の間隙Ｓに相当する部位）が介在している（図１３，図１８参照）。このため、図１８に示すように、ポーラス金属板４５０（本体部４５５）がたわむ際に、熱伝導部４５６によってポーラス金属板４５０（本体部４５５）のたわみが妨げられることがない。これにより、本実施例５の半導体装置４００でも、実施例２の半導体装置１００と同様に、ポーラス金属板４５０によって、絶縁基板６０と冷却器１０（詳細には、第１フレーム部材３１）との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。なお、図１８では、ポーラス金属板４５０の本体部４５５が撓み、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収している様子を示している。
　ところで、実施例２の半導体装置１００では、ポーラス金属板５０と熱伝導体４０とは別部品である。これに対し、本実施例５の半導体装置４００では、ポーラス金属板４５０の本体部４５５と熱伝導部４５６とは、貫通孔４５１，４５２が途切れている位置（連結部４５７，４５８、図１５～図１７参照）で一体に連結している。すなわち、熱伝導部４５６（実施例２の熱伝導体４０に相当する部位）と本体部４５５（実施例２のポーラス金属板５０に相当する部位）とが一部品で構成されている。このため、部品点数が少なくなり、半導体装置の生産性が向上する。従って、本実施例５の半導体装置４００は、低コストとなる。
（実施例６）
　次に、本発明の実施例６について、図面を参照しつつ説明する。
　本実施例６の半導体装置５００（図１，図１９参照）は、実施例３の半導体装置２００（図１，図９参照）と比較して、ポーラス金属板の穴形状のみが異なり、その他については同様である。
　実施例３では、ポーラス金属板２５０の穴を、裏面２５０ｃにのみ開口する有底穴２５１であって、裏面２５０ｃから表面２５０ｂ側に向かうにしたがって縮径する（孔の直径が縮小する）円錐台形状の有底穴２５１とした（図９参照）。
　これに対し、本実施例６では、図１９～図２２に示すように、ポーラス金属板５５０の穴を、裏面５５０ｃ（冷却器１０側を向く面）にのみ開口する有底穴５５１であって、円環の断面形状（ポーラス金属板５５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの穴の断面が、円環状）で、ポーラス金属板５５０の裏面５５０ｃから表面５５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）側に延びる有底穴５５１としている。
　この有底穴５５１の外周面５５１ｆ及び内周面５５１ｇは、互いに等しいテーパ角で、ポーラス金属板５５０の裏面５５０ｃから表面５５０ｂに向かうにしたがって縮径する（直径が縮小する）テーパ面をなしている（図１９，図２０参照）。
　上述のような形態の有底穴５５１では、冷却器１０側から絶縁基板６０側に（裏面５５０ｃから表面５５０ｂに、図１９において下方から上方に）向かうにしたがって、有底穴５５１の断面（ポーラス金属板５５０をその厚み方向に直交する方向に切断したときの有底穴５５１の断面）が縮小する（図２０～図２２参照）。
　本実施例６のポーラス金属板５５０は、平板矩形状の本体部５５５と、有底穴５５１と、本体部５５５と一体に連結する熱伝導部５５６とを有している（図１９～図２２参照）。熱伝導部５５６は、側面５５６ｂを有底穴５５１に囲まれて、ポーラス金属板５５０の裏面５５０ｃ（冷却器１０側を向く面）から表面５５０ｂ（絶縁基板６０側を向く面）側に延びる円錐台形状をなしている。本体部５５５と熱伝導部５５６とは、熱伝導部５５６の絶縁基板６０側で一体に連結（熱伝導部５５６の絶縁基板６０側に位置する円盤状の連結部５５７によって一体に連結）している（図１９，図２３参照）。
　このポーラス金属板５５０は、例えば、マシニングセンタにより、矩形平板状のアルミニウム板を切削加工（有底穴５５１を形成）することで作製することができる。
　なお、図２１は、ポーラス金属板５５０を、表面５５０ｂと裏面５５０ｃとの間の位置（厚み方向中間位置）で表面５５０ｂに沿って切断した断面図である。図２２は、ポーラス金属板５５０を裏面５５０ｃ側から見た図である。
　上述のようなポーラス金属板５５０は、実施例４の半導体装置３００における「ポーラス金属板２５０＋熱伝導体３４０」と同様な作用効果を奏することができる。本実施例６のポーラス金属板５５０の「本体部５５５」が、実施例４の「ポーラス金属板２５０」に相当し、本実施例６のポーラス金属板５５０の「熱伝導部５５６」が、実施例４の「熱伝導体３４０」に相当し、本実施例６のポーラス金属板５５０の「有底穴５５１」が、実施例６の「間隙Ｓ（ポーラス金属板２５０の有底穴２５１の側面２５１ｆと熱伝導体３４０との間の間隙）」に相当するからである。
　具体的には、本実施例６の半導体装置５００では、本体部５５５（実施例４のポーラス金属板２５０に相当する部位）に加えて、熱伝導部５５６（実施例４の熱伝導体３４０に相当する部位）を通じても、半導体素子７１～７４から絶縁基板６０に伝わった熱を、冷却器１０に伝えることができる。これにより、半導体素子７１～７４から冷却器１０への熱伝導性が良好になるので、半導体素子の冷却性能を高めることができる。
　しかも、熱伝導部５５６（実施例４の熱伝導体３４０に相当する部位）と本体部５５５（実施例４のポーラス金属板２５０に相当する部位）との間には、有底穴５５１（実施例４の間隙Ｓに相当する部位）が介在している（図１９，図２３参照）。このため、図２３に示すように、ポーラス金属板５５０（本体部５５５）がたわむ際に、熱伝導部５５６によってポーラス金属板５５０（本体部５５５）のたわみが妨げられることがない。従って、本実施例６の半導体装置５００でも、実施例４の半導体装置３００と同様に、ポーラス金属板５５０によって、絶縁基板６０と冷却器１０（詳細には、第１フレーム部材３１）との線膨張率差によって生じる応力を適切に緩和することができる。なお、図２３では、ポーラス金属板５５０の本体部５５５が撓み、絶縁基板６０と冷却器１０（第１フレーム部材３１）との熱伸び差を吸収している様子を示している。
　ところで、実施例４の半導体装置３００では、ポーラス金属板２５０と熱伝導体３４０とは別部品である。これに対し、本実施例６の半導体装置５００では、ポーラス金属板５５０の本体部５５５と熱伝導部５５６とは、熱伝導部５５６の絶縁基板６０側（連結部５５７）で一体に連結している（図１９，図２３参照）。すなわち、熱伝導部５５６（実施例４の熱伝導体３４０に相当する部位）と本体部５５５（実施例４のポーラス金属板２５０に相当する部位）とが一部品で構成されている。このため、部品点数が少なくなり、半導体装置の生産性が向上する。従って、本実施例６の半導体装置５００は、低コストとなる。
　以上において、本発明を実施例１～６に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
　例えば、実施例１～４では、ポーラス金属板５０，２５０の穴（貫通孔５１、有底穴２５１）を円錐台形状とした。しかしながら、ポーラス金属板の穴の形状は、冷却器側から絶縁基板側に向かうにしたがって当該穴の断面が縮小する形状であれば、いずれの形状であっても良い。例えば、円錐形状、角錐形状、角錐台形状などが挙げられる。
　また、実施例６では、ポーラス金属板５５０の有底穴５５１の断面形状を円環としたが、円環の一部が途切れた断面形状（例えば、実施例５のように円環を２等分した断面形状）としても良い。
１，１００，２００，３００，４００，５００　半導体装置
１０　冷却器
２０　フィン部材
４０，３４０　熱伝導体
５０，２５０，４５０，５５０　ポーラス金属板
５０ｂ，２５０ｂ，４５０ｂ，５５０ｂ　ポーラス金属板の表面（絶縁基板側を向く面）
５０ｃ，２５０ｃ，４５０ｃ，５５０ｃ　ポーラス金属板の裏面（冷却器側を向く面）
５１，４５１，４５２　貫通孔（ポーラス金属板の穴）
６０　絶縁基板
７１，７２，７３，７４　半導体素子
２５１，５５１　有底穴（ポーラス金属板の穴）
２５１ｄ　有底穴の底面
４５５，５５５　ポーラス金属板の本体部
４５６，５５６　ポーラス金属板の熱伝導部
４５６ｂ、５５６ｂ　熱伝導部の側面

Claims (9)

  1. 絶縁基板と、この絶縁基板上に配置された半導体素子と、冷却器と、複数の穴が形成されたポーラス金属板であって上記絶縁基板と上記冷却器との間に配置されたポーラス金属板と、を備える半導体装置において、
    　上記ポーラス金属板の上記穴は、少なくとも上記ポーラス金属板の上記冷却器側を向く面に開口する穴であり、上記冷却器側から上記絶縁基板側に向かうにしたがって当該穴の断面が縮小する形状をなす
    半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記穴は、円錐形状及び円錐台形状のいずれかである
    半導体装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記穴は、上記ポーラス金属板の前記絶縁基板側を向く面から前記冷却器側を向く面にわたって上記ポーラス金属板を貫通する貫通孔である
    半導体装置。
  4. 請求項３に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記貫通孔の側面と間隙を介して上記穴の内部に配置された熱伝導体を有し、
    　上記熱伝導体は、上記ポーラス金属板の前記絶縁基板側を向く面から前記冷却器側を向く面にわたって延びる形態をなす
    半導体装置。
  5. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記穴は、前記冷却器側を向く面にのみ開口する有底穴である
    半導体装置。
  6. 請求項５に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記有底穴の側面と間隙を介して上記穴の内部に配置された熱伝導体を有し、
    　上記熱伝導体は、上記ポーラス金属板の上記有底穴の底面から上記冷却器側を向く面にわたって延びる形態をなす
    半導体装置。
  7. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板は、
    　　本体部と、
    　　前記穴に側面を囲まれて、上記ポーラス金属板の前記冷却器側を向く面から前記絶縁基板側に延びる熱伝導部であって、上記本体部と一体に連結した熱伝導部と、を有する
    半導体装置。
  8. 請求項７に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記穴は、
    　　環の一部が途切れた断面形状で、上記ポーラス金属板の前記絶縁基板側を向く面から前記冷却器側を向く面にわたって上記ポーラス金属板を貫通する貫通孔であり、前記熱伝導部の側面の周囲に配置されてなり、
    　上記ポーラス金属板の前記本体部と上記熱伝導部とは、上記貫通孔の環が途切れている位置で一体に連結してなる
    半導体装置。
  9. 請求項７に記載の半導体装置であって、
    　前記ポーラス金属板の前記穴は、
    　　環状及び環の一部が途切れた形状のいずれかの断面形状で、上記ポーラス金属板の前記冷却器側を向く面から上記絶縁基板側に延び、上記ポーラス金属板の上記冷却器側を向く面にのみ開口する有底穴であり、前記熱伝導部の側面の周囲に配置されてなり、
    　上記ポーラス金属板の前記本体部と上記熱伝導部とは、少なくとも、上記熱伝導部の上記絶縁基板側で一体に連結してなる
    半導体装置。
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