WO2015097874A1 - 半導体装置 - Google Patents

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semiconductor device
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semiconductor
flat
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吉村 晃一
倉地 和博
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • a semiconductor device having a groove portion that suppresses spread of grease between a base plate and a cooling fin is known.
  • heat conductive grease is applied to the lower surface of the base plate of the power module, and the base plate and the cooling fin are fixed with screws through the grease.
  • the pressure is applied to improve the compatibility between the cooling fin and the grease, and further, the screw is fixed by tightening with the screw, so that the grease spreads in the plane direction of the base plate at the time of fixing.
  • the grease diffusion preventing portion is provided on at least one of the opposing surfaces of the base plate and the cooling fin, and the grease diffusion preventing portion is a groove portion or a protrusion. Part.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-168772 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-196576 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-92999 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-283222 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-4745
  • the semiconductor element in the power module generates heat when energized, the base plate expands, and when not energized, the temperature decreases and the base plate contracts. Heat generation and cooling are alternately repeated depending on whether or not the semiconductor element is energized, so that the grease applied between the base plate and the cooling fin gradually protrudes outside the edge of the base plate. As a result, there is a problem that the insulating grease between the base plate and the cooling fin is insufficient from the initial state, and the cooling performance is deteriorated.
  • the prior art described above prevents grease from entering the screw holes, and maintenance of the amount of grease has not been studied.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of obtaining a stable cooling performance while maintaining an appropriate amount of grease.
  • a semiconductor device includes a base plate having an upper surface and a lower surface, and a plurality of flat plate-like semiconductor elements provided side by side on the upper surface side, and the base plate is provided on the lower surface of the base plate.
  • grooves each individually surrounding the plurality of semiconductor elements on the upper surface side are provided.
  • a semiconductor device includes a base plate having an upper surface and a lower surface, and a semiconductor element provided on the upper surface side, and the lower surface of the base plate is in the plan view of the base plate.
  • a groove surrounding the semiconductor element on the upper surface side is provided, and the cross-sectional shape of the groove is connected to the first portion and the first portion opening with a first width on the lower surface side, and the upper surface side from the first portion.
  • a first cross-sectional shape including a second portion having a width larger than that of the first portion, or two sides that increase in width toward the lower surface side, and the two sides protrude toward the inside of the groove. It is the 2nd section shape which is a curve.
  • a semiconductor device includes a base plate having an upper surface and a lower surface, and a plurality of flat plate-like semiconductor elements provided side by side on the upper surface side, and a plurality of semiconductor devices on the lower surface of the base plate.
  • a groove region that extends so as to overlap with the plurality of semiconductor elements is provided, and the groove depth of the groove region at the center of the base plate is such that the groove depth of the groove region on the end side of the base plate is Greater than depth.
  • a semiconductor device comprising: a base plate having an upper surface and a lower surface; a flat plate-like semiconductor element provided side by side on the upper surface side; and a cooling surface having the flat surface superimposed on the lower surface. And an annular groove having a smaller outer shape than the base plate in plan view.
  • the groove is provided on the lower surface of the base plate so that the amount of grease can be maintained below each of the plurality of semiconductor elements, stable cooling performance can be obtained.
  • the groove having a special shape is provided on the lower surface of the base plate so as to reliably maintain the amount of grease, stable cooling performance can be obtained.
  • the groove region having the spread on the lower surface of the base plate is provided so that the amount of grease can be sufficiently maintained at the center portion of the base plate where heat is easily accumulated, stable cooling performance can be obtained.
  • the grooves are provided on the cooling fin side so that the amount of grease can be maintained, stable cooling performance can be obtained.
  • 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 5 are diagrams showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and
  • FIG. 2 is a chip layout view of the inside of the semiconductor device 10 as viewed from the upper surface side.
  • the semiconductor device 10 according to the first embodiment includes a metal base plate 22 having an upper surface 22a and a lower surface 22b, a plurality of insulating substrates 24 provided on the upper surface 22a, and is mounted side by side on the respective insulating substrates 24.
  • a plurality of semiconductor elements 26 and 28 that sometimes generate heat are provided.
  • the semiconductor element 26 is an IGBT and the semiconductor element 28 is a free wheel diode.
  • the housing 34 covers the upper surface 22 a side of the base plate 22, and the electrodes 30 and 32 are exposed outside the housing 34.
  • annular grooves 50 and 52 for storing insulating grease are provided on the lower surface 22b of the base plate 22 .
  • the surface 40 a of the metal cooling fin 40 is overlapped with the thermally conductive insulating grease 42 interposed therebetween, and the annular grooves 50 and 52 are filled with the insulating grease 42.
  • the base plate 22 includes a plurality of fixing holes 23 on the outer peripheral side of the annular grooves 50 and 52. Although not shown, the base plate 22 and the cooling fin 40 are connected through screws through the fixing holes 23.
  • FIG. 3A is a top view of the periphery of one insulating substrate 24 in FIG. 2 as viewed from the upper surface 22a side of the base plate 22.
  • FIG. 3B is a bottom view of FIG. 3A viewed from the bottom surface 22 b side of the base plate 22.
  • a plurality of annular grooves 50 and 52 are provided that respectively surround the plurality of semiconductor elements 26 and 28 on the upper surface 22a side in plan view of the base plate 22.
  • FIG. 3C is an enlarged cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the annular groove 50 has a rectangular cross-sectional shape including a bottom portion 50a and a side surface portion 50b.
  • the metal base plate 22 When the temperature of the base plate 22 rises while the semiconductor elements 26 and 28 are energized, the metal base plate 22 is thermally expanded. In this case, the insulating grease 42 protrudes from the annular grooves 50 and 52, and the amount of the insulating grease 42 between the base plate 22 and the cooling fin 40 is kept constant. On the other hand, when the temperature of the base plate 22 decreases when the energization is stopped, the insulating grease 42 returns to the annular grooves 50 and 52 as the base plate 22 contracts. By repeating heat generation and cooling alternately, such discharge and storage of the insulating grease 42 are repeated. Thereby, the amount of the insulating grease 42 between the base plate 22 and the cooling fin 40 can be kept constant under each of the semiconductor elements 26 and 28.
  • the annular grooves 50 and 52 are provided separately for each of the semiconductor elements 26 and 28, the insulating grease 42 can be reliably maintained at an appropriate amount below each of the semiconductor elements 26 and 28.
  • the cross-sectional shape of the annular grooves 50 and 52 is not limited to FIG. As shown in FIG. 4, it is good also as the annular groove 74 which has an elliptical cross section. Moreover, as shown in FIG. 5, it is good also as the annular groove 84 which has a cross section of an isosceles triangle.
  • a lattice-like groove continuously extending so as to separate the plurality of semiconductor elements 26 and 28 one by one in plan view of the base plate 22 may be provided on the lower surface 22b. Good.
  • FIG. 6 to 11 are diagrams showing a semiconductor device 110 according to the second embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • the semiconductor device 110 is the same as the semiconductor device 10 except that the base plate 122 is provided instead of the base plate 22.
  • FIG. 7 is a chip layout diagram viewed from the upper surface 122 a side of the base plate 122.
  • a wavy line in FIG. 7 shows an annular groove 150 provided on the lower surface 122b.
  • the annular groove 150 is a continuous annular groove surrounding the semiconductor elements 26 and 28 on the upper surface side and the insulating substrate 24 in plan view of the base plate 122.
  • the inside of the annular groove 150 is filled with insulating grease 42.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional shape of the annular groove 150.
  • the annular groove 150 has two sides that increase in distance toward the lower surface 122 b, and these two sides are curves that are convex toward the inside of the annular groove 150.
  • the width of the annular groove 150 increases as the base plate 122 expands, the vicinity of the tip on the upper surface 122a side of the annular groove 150 is abruptly narrowed, so that the gap is small near the tip. For this reason, the effect which pushes out the insulation grease 42 at the time of the thermal expansion of the base board 122 is still higher.
  • annular groove 170 having a cross-sectional shape shown in FIG.
  • the annular groove 170 includes a first portion 172 and a second portion 174.
  • the first portion 172 opens to the lower surface 122b side with a width W1.
  • the second portion 174 is connected to the first portion 172, is located closer to the upper surface 122a than the first portion 172, and has a width W2 larger than the width W1.
  • the outline of the second portion 174 is an arc.
  • the second portion 174 secures a large space so that a large amount of insulating grease 42 can be stored.
  • the pattern of the annular groove 150 in plan view of the base plate 122 may be modified as shown in FIG.
  • annular grooves 180 separately surrounding the plurality of semiconductor elements 26 and 28 may be provided.
  • channel 190 extended continuously so that the several semiconductor elements 26 and 28 may be divided separately one by one.
  • the annular groove 190 may have a large partition, and may be a lattice-like groove extending so as to partition the six insulating substrates 24, thereby stabilizing the amount of insulating grease 42 for each of the insulating substrates 24. Can be secured.
  • Embodiment 3. 12 to 14 are diagrams showing a semiconductor device 210 according to the third embodiment of the present invention. 12 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • the semiconductor device 210 is the same as the semiconductor device 10 except that a base plate 222 is provided instead of the base plate 22.
  • FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the groove region 250. On the lower surface 222b of the base plate 222, a groove region 250 in which a plurality of grooves are continuous in the planar direction is provided.
  • the groove region 250 is divided into a groove region 250 a at the center of the base plate 222 and a groove region 250 b on the end side of the base plate 222.
  • the groove depth of the groove region 250a is larger than the groove depth of the groove region 250b.
  • the depth of the groove in the groove region 250a is increased toward the center of the base plate 222. Since the groove region 250 is filled with the insulating grease 42, the insulating grease 42 can be stored and discharged in the same manner as described in the first and second embodiments over the entire lower surface 222b of the base plate 222. The amount of insulating grease 42 between the plate 222 and the cooling fin 40 can be kept constant. Since the deep groove region 250a is provided in the central portion of the base plate 222 where heat is most easily trapped, a sufficient filling amount of the insulating grease 42 in the central portion can be secured.
  • the cross-sectional shape of each groove in the groove region 250 is the same as the cross-sectional shape of the annular groove 150 shown in FIG. 8, and the groove regions 250a and 250b have different depths.
  • the present invention is not limited to this, and the cross-sectional shape of each groove of the groove region 250 is rectangular as shown in FIG. 3, elliptical as shown in FIG. 4, or isosceles triangle as shown in FIG.
  • the depth of the groove may be large at the center of the base plate 222 and small at the outer end side of the base plate 222.
  • FIG. FIG. 15 is a diagram showing a semiconductor device 310 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor device 310 is the same as the semiconductor device 10 except that the sealing material 312 is provided.
  • a sealing material 312 is provided so as to seal the insulating grease 42 along the edge of the base plate 22. Thereby, it can suppress that the insulation grease 42 protrudes in the plane direction of the base board 22, and the amount of insulation grease is insufficient.
  • the sealing material 312 may be combined with the semiconductor devices 110 and 210 according to the second and third embodiments.
  • FIG. 16 and 17 are diagrams showing semiconductor devices 410 and 460 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the cooling fin 440 provided in the semiconductor device 410 is provided with an annular groove 444 having an outer shape smaller than that of the base plate 422 in a plan view on a plane 440 a that overlaps the base plate 422 with the insulating grease 42 interposed therebetween.
  • the base plate 422 includes a convex portion 424 that fits into the annular groove 444 on the lower surface 422b. By fitting the convex portions 424 and the grooves 444 together, it is possible to suppress the insulating grease 42 from protruding in the planar direction of the base plate 422 and the amount of insulating grease being insufficient. As shown in FIG.
  • a semiconductor device 460 in which the sealing material 312 of Embodiment 4 is combined may be provided.
  • the cooling fin 40 may be provided with one or a plurality of convex portions that fit into the annular grooves 50 to 190 on the lower surfaces of the base plates 22 and 122 according to the first and second embodiments.
  • FIG. 18 to 19 are diagrams showing semiconductor devices 510 and 560 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor device 510 is a combination of a base plate 322 having an upper surface 322a and a lower surface 322b and a cooling fin 540 having a groove 544 provided on the surface 540a.
  • the lower surface 322b is flat.
  • the shape of the groove 544 in plan view of the base plate 322 is the same as the annular groove 150 in FIG.
  • the outer shape of the annular groove 544 is smaller than the base plate 322 in plan view.
  • the groove 544 functions in the same manner as the annular grooves 50 and 52 of the first embodiment, it is possible to suppress the insulating grease 42 from protruding in the planar direction of the base plate 422 and the amount of insulating grease being insufficient.
  • a semiconductor device 560 in which a groove 546 is further provided inside the groove 544 may be provided.
  • the base plate 322 may be replaced with any one of the base plates 22 to 222 according to the first to third embodiments.
  • the semiconductor elements 26 and 28 may be semiconductor devices such as MOSFETs using silicon carbide (SiC) as a semiconductor material. Since the SiC semiconductor device is used at a higher temperature than the silicon device during energization during normal driving, the base plate 22 has a higher expansion / extension ratio. Therefore, the merit of applying each embodiment described above is high.
  • SiC silicon carbide

Abstract

 半導体装置10は、上面22aと下面22bを備えた金属製のベース板22と、上面22aに設けられた複数の絶縁基板24と、それぞれの絶縁基板24に並べて実装された複数の半導体素子26、28とを備えている。ベース板22の下面22bには絶縁グリス貯蓄用の環状溝50、52が設けられている。下面22bには絶縁グリス42を挟んで冷却フィン40の表面40aが重ねられており、環状溝50、52内部は絶縁グリス42で充填されている。

Description

半導体装置
 本発明は、半導体装置に関する。
 従来、例えば、日本特開2003-168772号公報に開示されているように、ベース板と冷却フィンとの間におけるグリスの広がりを抑制する溝部などを有する半導体装置が知られている。一般に、パワーモジュールのベース板下面に熱伝導性グリスが塗布され、このグリスを介してベース板と冷却フィンがネジで固定される。ネジ固定の際には、冷却フィンとグリスとのなじみをよくするために加圧され、さらにネジで締め付け固定されるために、固定時にグリスがベース板平面方向に広がる。上記従来の技術によれば、グリスがネジ穴に浸入するのを避けるために、ベース板と冷却フィンの少なくとも一方の対向面にグリス拡散防止部が設けられ、このグリス拡散防止部は溝部あるいは突起部とすることができる。
日本特開2003-168772号公報 日本特開2006-196576号公報 日本特開2010-92999号公報 日本特開2010-283222号公報 日本特開2008-4745号公報
 パワーモジュールに金属製のベース板が設けられる仕様の半導体装置では、通電時にパワーモジュール内の半導体素子が発熱してベース板が伸張し、非通電時には温度が低下するのでベース板が収縮する。半導体素子への通電の有無により、発熱と冷却が交互に繰り返されることにより、ベース板と冷却フィンの間に塗布されたグリスが徐々にベース板の縁の外側にはみ出してしまう。その結果、ベース板と冷却フィンの間の絶縁グリスが初期状態から不足し、冷却性能が低下する問題がある。上記従来の技術はネジ穴にグリスが侵入するのを防ぐものであり、グリス量の維持は検討されていなかった。
 本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、グリス量を適正に保って安定な冷却性能を得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。
 第1の発明にかかる半導体装置は、上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に並べて設けられた平板状の複数の半導体素子と、を備え、前記ベース板の前記下面に、前記ベース板の平面視において、それぞれが前記上面側の前記複数の半導体素子を1つずつ別々に囲む溝が設けられている。
 第2の発明にかかる半導体装置は、上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に設けられた半導体素子と、を備え、前記ベース板の前記下面に、前記ベース板の平面視において前記上面側の前記半導体素子を囲む溝が設けられ、前記溝の断面形状が、前記下面側に第1の幅で開口する第1部分と前記第1部分と接続し前記第1部分より前記上面側に位置し前記第1部分より大きな幅を有する第2部分とを含む第1断面形状、または前記下面側に行くほど幅が広がる2辺を有し前記2辺は前記溝の内側に凸となる曲線である第2断面形状である。
 第3の発明にかかる半導体装置は、上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に並べて設けられた平板状の複数の半導体素子と、を備え、前記ベース板の前記下面に、複数の溝が連なって前記複数の半導体素子と重なるように広がる溝領域が設けられ、前記ベース板の中央における前記溝領域の溝の深さが、前記ベース板の端部側における前記溝領域の溝の深さよりも、大きい。
 第4の発明にかかる半導体装置は、上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に並べて設けられた平板状の半導体素子と、平面を有し、前記下面に前記平面が重ねられた冷却フィンと、を備え、前記平面に、平面視で前記ベース板よりも外形が小さい環状の溝が設けられている。
 第1の発明によれば、複数の半導体素子の1つ1つの下方でグリス量を維持できるようにベース板下面に溝を設けたので、安定した冷却性能を得ることができる。
 第2の発明によれば、グリス量を確実に維持できるようにベース板下面に特別の形状の溝を設けたので、安定した冷却性能を得ることができる。
 第3の発明によれば、熱のこもりやすいベース板中央部でグリス量を十分に維持できるようにベース板下面に広がりを有する溝領域を設けたので、安定した冷却性能を得ることができる。
 第4の発明によれば、グリス量を維持できるように冷却フィン側に溝を設けたので、安定した冷却性能を得ることができる。
本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態4にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態5にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態5にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態6にかかる半導体装置を示す図である。 本発明の実施の形態6にかかる半導体装置を示す図である。
実施の形態1.
 図1~図5は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す図である。図1は図2のA-A線に沿う断面図であり、図2は、半導体装置10の内部を上面側から見たチップ配置図である。実施の形態1にかかる半導体装置10は、上面22aと下面22bを備えた金属製のベース板22と、上面22aに設けられた複数の絶縁基板24と、それぞれの絶縁基板24に並べて実装され通電時に発熱する複数の半導体素子26、28とを備えている。典型的には、半導体素子26はIGBTであり、半導体素子28はフリーホイールダイオードである。
 筐体34がベース板22の上面22a側を覆っており、筐体34の外部には電極30、32が露出している。ベース板22の下面22bには絶縁グリス貯蓄用の環状溝50、52が設けられている。下面22bには、熱伝導性の絶縁グリス42を挟んで金属製の冷却フィン40の表面40aが重ねられており、環状溝50、52内部は絶縁グリス42で充填されている。なお、ベース板22は、環状溝50、52のさらに外周側に複数の固定穴23を備えている。図示しないが固定穴23にねじを通してベース板22と冷却フィン40の接続がなされる。
 図3(a)は図2における1枚の絶縁基板24の周辺を、ベース板22の上面22a側から見下ろした上面図である。図3(b)は図3(a)をベース板22の下面22b側から見た下面図である。下面22bに、ベース板22の平面視において、それぞれが上面22a側の複数の半導体素子26、28を別々に囲む複数の環状溝50、52が設けられている。図3(c)は、図3(a)のB-B線に沿う拡大断面図である。環状溝50は、底部50aおよび側面部50bを備えた矩形の断面形状を有している。
 半導体素子26、28の通電中にベース板22の温度が上昇すると、金属製のベース板22が熱膨張する。この場合、環状溝50、52内から絶縁グリス42がはみ出して、ベース板22と冷却フィン40の間の絶縁グリス42の量が一定に保たれる。一方、通電停止時にベース板22の温度が下降すると、ベース板22の収縮に伴い絶縁グリス42が環状溝50、52へと戻る。発熱と冷却が交互に繰り返されることで、このような絶縁グリス42の排出と貯留が繰り返される。これにより、半導体素子26、28の1つ1つの下方において、ベース板22と冷却フィン40の間の絶縁グリス42の量を一定に保つことができる。その結果、長時間の使用により熱伸縮が繰り返されても絶縁グリス42のはみ出しによる冷却性能悪化を抑制できる。環状溝50、52を半導体素子26、28の1つ1つに別々に設けたので、絶縁グリス42を半導体素子26、28それぞれの下方で確実に適正量に維持できる。なお、環状溝50、52の断面形状は、図3(c)に限られない。図4に示すように、楕円形の断面を有する環状溝74としてもよい。また、図5に示すように、二等辺三角形の断面を有する環状溝84としてもよい。なお、複数の環状溝50の代わりに、ベース板22の平面視で複数の半導体素子26、28を1つずつ別々に仕切るように連続して伸びる格子状の溝が下面22bに設けられてもよい。
実施の形態2.
 図6~図11は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置110を示す図である。図6は図7のC-C線に沿う断面図である。半導体装置110は、ベース板22の代わりにベース板122を備えた点以外は半導体装置10と同じである。図7はベース板122の上面122a側からみたチップ配置図である。図7に波線で示したのは下面122bに設けられた環状溝150である。環状溝150は、ベース板122の平面視において上面側の半導体素子26、28および絶縁基板24を囲む連続した1つの環状の溝である。環状溝150内部は絶縁グリス42で充填されている。
 図8は、環状溝150の断面形状を示す。環状溝150は下面122b側に行くほど間隔が広がる2辺を有し、この2辺は環状溝150の内側に凸となる曲線である。ベース板122が熱膨張に伴って環状溝150の幅も拡大するけれども、環状溝150のうち上面122aの側の先端付近は急激に細くなっているのでこの先端付近は隙間の拡大が小さい。このためベース板122の熱膨張時に絶縁グリス42を押し出す効果がより一層高い。
 環状溝150に代えて、図9に示す断面形状を有する環状溝170としてもよい。環状溝170は、第1部分172および第2部分174を備える。第1部分172は、下面122b側に幅W1で開口する。第2部分174は、第1部分172と接続し、第1部分172より上面122a側に位置し、幅W1より大きな幅W2を有する。特に、本実施の形態では第2部分174は、その輪郭が円弧である。第2部分174で広いスペースを確保して大量の絶縁グリス42を貯蓄できるようにしている。また、ベース板122の平面視における環状溝150のパターンは、図10または図11のように変形しても良い。例えば図10に示すように、実施の形態1と同様に、複数の半導体素子26、28を別々に囲う複数の環状溝180を設けても良い。また、図11に示すように、複数の半導体素子26、28を1つずつ別々に仕切るように連続して伸びる格子状の溝190としてもよい。また、環状溝190の仕切り目を大きく取って6つの絶縁基板24の間を仕切るように伸びる格子状の溝としてもよく、これにより絶縁基板24の1つずつについて絶縁グリス42の量を安定して確保できる。
実施の形態3.
 図12~図14は、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置210を示す図である。図12は図13のD-D線に沿う断面図である。半導体装置210は、ベース板22の代わりにベース板222を備えた点以外は半導体装置10と同じである。図14は、溝領域250の拡大断面図である。ベース板222の下面222bに、その平面方向に複数の溝が連なった溝領域250が設けられている。
 溝領域250は、ベース板222の中央の溝領域250aとベース板222の端部側における溝領域250bとに区分される。溝領域250aの溝の深さが、溝領域250bの溝の深さよりも、大きい。特に、本実施の形態では、ベース板222の中央にいくほど溝領域250aの溝の深さを大きくしている。溝領域250内部は絶縁グリス42で充填されているので、ベース板222の下面222bの全体において実施の形態1、2で説明したのと同様に絶縁グリス42の貯蓄排出を行うことができ、ベース板222と冷却フィン40の間の絶縁グリス42の量を一定に保つことができる。最も熱がこもりやすいベース板222の中央部に深い溝領域250aを設けているので、中央部の絶縁グリス42の充填量を十分に確保できる。
 なお、図14に示すように溝領域250の1つ1つの溝の断面形状は、図8に示した環状溝150の断面形状と同じであり、溝領域250a、250bでは深さが互いに違う。しかしながら本発明はこれに限られず、溝領域250の1つ1つの溝の断面形状は、図3のごとく矩形にしたり、図4のごとく楕円形にしたり、図5のごとく二等辺三角形にしたりしてもよく、溝の深さをベース板222の中央で大きくベース板222の外端部側で小さくすればよい。
実施の形態4.
 図15は、本発明の実施の形態4にかかる半導体装置310を示す図である。半導体装置310は、シール材312が設けられた点を除き、半導体装置10と同じである。ベース板22の縁に沿って絶縁グリス42をシールするようにシール材312が設けられている。これにより、絶縁グリス42がベース板22の平面方向にはみ出して絶縁グリス量が不足することを抑制することができる。なお、シール材312は、実施の形態2、3にかかる半導体装置110、210に組み合わせてもよい。
実施の形態5.
 図16および図17は、本発明の実施の形態5にかかる半導体装置410、460を示す図である。半導体装置410が備える冷却フィン440は、絶縁グリス42を挟んでベース板422と重なる平面440aに、平面視でベース板422よりも外形が小さい環状の溝444が設けられている。さらに、ベース板422は、その下面422bに、環状の溝444と嵌合する凸部424を備えている。凸部424と溝444とが嵌めあわさることで、絶縁グリス42がベース板422の平面方向にはみ出して絶縁グリス量が不足することを抑制することができる。図17に示すように、実施の形態4のシール材312を組み合わせた半導体装置460を提供しても良い。なお、図示しないが、実施の形態1、2にかかるベース板22、122の下面の環状溝50~190と嵌まりあう1つまたは複数の凸部を冷却フィン40に設けてもよい。
実施の形態6.
 図18~19は、本発明の実施の形態6にかかる半導体装置510、560を示す図である。半導体装置510は、上面322aおよび下面322bを備えたベース板322と、表面540aに溝544を設けた冷却フィン540とを組み合わせたものである。下面322bは平坦である。ベース板322の平面視における溝544の形は、図7の環状溝150と同じである。環状の溝544の外形は、平面視でベース板322よりも小さい。溝544が実施の形態1の環状溝50,52と同じ働きをすることで、絶縁グリス42がベース板422の平面方向にはみ出して絶縁グリス量が不足することを抑制することができる。図19に示すように、溝544の内側にさらに溝546を設けた半導体装置560を提供してもよい。なお、ベース板322を、実施の形態1~3にかかるベース板22~222のいずれか1つに置換してもよい。
 上述した各実施形態において、半導体素子26、28は、炭化ケイ素(SiC)を半導体材料とするMOSFETなどの半導体デバイスであってもよい。SiC半導体デバイスは通常駆動時の通電中にシリコンデバイスよりも高温で使用されるので、ベース板22の膨張伸縮の割合が高い。よって上述した各実施の形態を適用するメリットが高い。
10 半導体装置、22 ベース板、22a 上面、22b 下面、24 絶縁基板、26、28 半導体素子、30、32 電極、34 筐体、40 冷却フィン、40a 表面、42 絶縁グリス、50,52 環状溝

Claims (10)

  1.  上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に並べて設けられた平板状の複数の半導体素子と、を備え、
     前記ベース板の前記下面に、前記ベース板の平面視において、それぞれが前記上面側の前記複数の半導体素子を1つずつ別々に囲む溝が設けられた半導体装置。
  2.  平面を有し、前記下面に前記平面が重ねられた冷却フィンを備え、
     前記平面には、前記溝にはまり込む凸部が設けられた請求項1に記載の半導体装置。
  3.  上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に設けられた半導体素子と、を備え、
     前記ベース板の前記下面に、前記ベース板の平面視において前記上面側の前記半導体素子を囲む溝が設けられ、
     前記溝の断面形状が、前記下面側に第1の幅で開口する第1部分と前記第1部分と接続し前記第1部分より前記上面側に位置し前記第1部分より大きな幅を有する第2部分とを含む第1断面形状、または前記下面側に行くほど幅が広がる2辺を有し前記2辺は前記溝の内側に凸となる曲線である第2断面形状である半導体装置。
  4.  前記第2部分の輪郭は、円弧である請求項3に記載の半導体装置。
  5.  平面を有し、前記下面に前記平面が重ねられた冷却フィンを備え、
     前記平面には、前記溝にはまり込む凸部が設けられた請求項3または4に記載の半導体装置。
  6.  上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に並べて設けられた平板状の複数の半導体素子と、を備え、
     前記ベース板の前記下面に、複数の溝が連なって前記複数の半導体素子と重なるように広がる溝領域が設けられ、前記ベース板の中央における前記溝領域の溝の深さが、前記ベース板の端部側における前記溝領域の溝の深さよりも、大きい半導体装置。
  7.  上面と下面を備えたベース板と、前記上面側に並べて設けられた平板状の半導体素子と、平面を有し前記下面に前記平面が重ねられた冷却フィンと、を備え、
     前記平面に、平面視で前記ベース板よりも外形が小さい環状の溝が設けられた半導体装置。
  8.  前記下面に、前記環状の溝と勘合する凸部が設けられた請求項7に記載の半導体装置。
  9.  平面を有し、前記下面に前記平面が重ねられた冷却フィンを備え、
     前記下面と前記平面の間に絶縁グリスが設けられ、
     前記ベース板の縁に沿って前記絶縁グリスをシールするようにシール材が設けられた請求項1~8のいずれか1項に記載の半導体装置。
  10.  前記半導体素子が、炭化ケイ素を半導体材料とする請求項1~9のいずれか1項に記載の半導体装置。
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