WO2020245998A1 - 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020245998A1
WO2020245998A1 PCT/JP2019/022618 JP2019022618W WO2020245998A1 WO 2020245998 A1 WO2020245998 A1 WO 2020245998A1 JP 2019022618 W JP2019022618 W JP 2019022618W WO 2020245998 A1 WO2020245998 A1 WO 2020245998A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
semiconductor device
seal member
base plate
metal base
cooling structure
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/022618
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山本　圭
新也 矢野
朋久 山根
穂隆 六分一
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2019571553A priority Critical patent/JP6698965B1/ja
Priority to PCT/JP2019/022618 priority patent/WO2020245998A1/ja
Publication of WO2020245998A1 publication Critical patent/WO2020245998A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, a power conversion device, and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • Patent Document 1 a semiconductor in which fins of a heat radiating plate are inserted into a cooling structure and contact with a refrigerant in the cooling structure to obtain heat radiating performance.
  • the device is described.
  • the heat radiating plate is pressed by screwing from above with the packing sandwiched on the cooler. Further, the packing pressed from above suppresses the refrigerant from leaking from the cooler.
  • the heat radiating plate presses the packing (seal member) from above by screwing, so that the liquid refrigerant contained in the cooler (cooling structure) is contained. Is suppressed from leaking.
  • the screwed part may loosen due to repeated temperature changes and vibrations.
  • a gap is created between the packing (seal member) and the heat radiating plate (metal base plate) or the cooler (cooling structure), and the refrigerant leaks from the cooler (cooling structure) through this gap.
  • the semiconductor element and the heat radiating plate are sealed with a sealing resin by a transfer molding method.
  • the sealing resin peels off from the heat radiating plate (metal base plate) after long-term use.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a semiconductor device capable of suppressing leakage of a refrigerant from a cooling structure and suppressing peeling of a sealing resin from a metal base plate. , A method of manufacturing a power converter and a semiconductor device.
  • the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element, a sealing resin, a metal base plate, a cooling structure, a refrigerant, and a first sealing member.
  • the sealing resin seals the semiconductor element.
  • the metal base plate includes a first base portion and a second base portion.
  • the first base portion has a first portion and a second portion.
  • the first part is sealed with a sealing resin.
  • the second portion is arranged on the side opposite to the semiconductor element with respect to the first portion, and is sealed with the sealing resin so as to have an exposed surface that is recessed from the first portion and exposed from the sealing resin.
  • the second base portion is arranged on the side opposite to the first portion with respect to the second portion of the first base portion, and is recessed inward from the second portion.
  • the cooling structure includes a peripheral wall portion.
  • the peripheral wall portion is provided with an opening into which the second base portion is inserted.
  • the peripheral wall surrounds the internal space communicating with the opening.
  • the refrigerant is housed in the internal space of the cooling structure.
  • the first seal member is arranged closer to the opening than the refrigerant.
  • the first sealing member seals the gap between the second base portion of the metal base plate and the peripheral wall portion of the cooling structure.
  • the sealing resin enters the region where the first portion and the cooling structure face each other.
  • the second base portion of the metal base plate protrudes from the exposed surface of the second portion to the side opposite to the first portion, and is inserted into the internal space of the cooling structure.
  • the second base portion of the metal base plate includes a side surface facing the peripheral wall portion.
  • the peripheral wall portion of the cooling structure includes an inner wall facing the side surface of the second base portion of the metal base plate. The first sealing member seals the gap between the side surface and the inner wall over the entire circumference of the
  • the first sealing member seals a gap between the side surface of the second base portion of the metal base plate and the inner wall of the peripheral wall portion of the cooling structure over the entire circumference of the peripheral wall portion. There is. Therefore, the first seal member can seal the gap between the metal base plate and the cooling structure even when the pressing from the metal base plate by screwing is reduced. Further, the sealing resin has entered the region where the first portion and the cooling structure face each other while sealing the first portion of the metal base plate. Therefore, it is possible to prevent the sealing resin from peeling off from the metal base plate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII of FIG. 17, which schematically shows the configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX of FIG. 17 which schematically shows the configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • It is sectional drawing of the part corresponding to the IX part of FIG. 7 which shows the structure of the semiconductor device which concerns on the modification of Embodiment 4 of this invention.
  • It is sectional drawing which shows typically the structure of the mold, the metal base plate, and the 2nd seal member in the arrangement process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the modification of Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 50 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the semiconductor device 50 includes a power module 1, a cooling structure 4, a refrigerant 5, and a first seal member 6.
  • the semiconductor device 50 is a power semiconductor device for electric power.
  • the power module 1 includes a sealing resin 2, a metal base plate 3, a semiconductor element 10, an insulating layer 11, a lead frame 12, a solder 13, and a bonding wire 14.
  • the entire power module 1 is sealed with the sealing resin 2 except for a part of the metal base plate 3 and the external terminals of the lead frame 12.
  • the power module 1 is attached to the cooling structure 4 so as to be pressed from above by screwing or the like.
  • the semiconductor device 50 is provided with one power module, but the semiconductor device 50 may be provided with a plurality of power modules 1.
  • the semiconductor element 10 is a power semiconductor element for electric power.
  • the semiconductor element 10 is electrically connected to the lead frame 12 via a bonding wire 14.
  • the semiconductor element 10 and the lead frame 12 are not limited to the bonding wire 14, and may be connected by a direct lead made of a copper plate or the like. Further, the semiconductor element 10 and the lead frame 12 may be connected by sintered silver.
  • the material of the semiconductor element 10 is not limited to silicon (Si), and may be silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) that can be used even in a high temperature environment.
  • the lead frame 12 is made of, for example, copper.
  • the lead frame 12 is formed by press working or the like. Further, in FIG. 1, in order to secure the insulation creepage distance between the lead frame 12 and the insulating layer 11, in the vicinity of the outer periphery of the insulating layer 11, about half of the thickness of the lead frame 12 is pushed down and sunk in the lead frame 12. It has been processed.
  • the shape of the lead frame 12 is not limited to the shape obtained by half-cutting in FIG. 1, and may be, for example, a shape obtained by bending.
  • the lead frame 12 has an integrated configuration as a whole, but it may be separated for each electrode pattern so that an electrical circuit is established.
  • the lead frame 12 includes a circuit pattern (not shown) and external terminals. The external terminals of the lead frame 12 are exposed from the sealing resin 2.
  • a semiconductor element 10 and electronic components such as a shunt resistor and a thermistor (not shown) are mounted on the surface of the lead frame 12 by solder 13.
  • the metal base plate 3 includes a first base portion 31 and a second base portion 32.
  • the first base portion 31 has a first portion 311 and a second portion 312.
  • the first portion 311 of the first base portion 31 is in contact with the insulating layer 11.
  • the first portion 311 is sealed with the sealing resin 2.
  • the second portion 312 is arranged on the opposite side of the semiconductor element 10 with respect to the first portion 311.
  • the second portion 312 is recessed inward from the first portion 311.
  • a part of the second portion 312 is sealed with the sealing resin 2.
  • the second portion 312 has an exposed surface 312e exposed from the sealing resin 2. That is, the second portion 312 is sealed with the sealing resin 2 so as to have the exposed surface 312e exposed from the sealing resin 2.
  • the structure of the first base portion 31 may be such that the side surface 311s and the bottom surface 311b of the first portion 311 and the side surface 312s of the second portion 312 are sealed with the sealing resin 2 and the exposed surface 312e is exposed.
  • the second base portion 32 of the metal base plate 3 is arranged on the side opposite to the first portion 311 with respect to the second portion 312.
  • the second base portion 32 is recessed inward from the second portion 312.
  • the second base portion 32 includes heat radiation fins 32f.
  • the heat radiation fins 32f are arranged in a portion of the second base portion 32 opposite to the second portion 312.
  • the second base portion 32 projects from the exposed surface 312e of the second portion 312 to the side opposite to the first portion 311.
  • the second base portion 32 is inserted into the internal space 41 of the cooling structure 4.
  • the second base portion 32 includes a side surface 32s facing the peripheral wall portion 42 of the cooling structure 4.
  • the second base portion 32 includes a side surface 32s facing the inner wall 42i of the peripheral wall portion 42 of the cooling structure 4 described later.
  • the metal base plate 3 has a step between the first portion 311 and the second portion 312 of the first base portion 31, and between the second portion 312 and the second base portion 32, respectively.
  • the step between the first portion 311 and the second portion 312 is covered with the sealing resin 2.
  • the metal base plate 3 may have a step further on the opposite side of the second portion 312 with respect to the center of the second base portion 32. The step between the second portion 312 and the second base portion 32 is not in contact with the sealing resin.
  • the metal base plate 3 is provided with the heat radiating fins 32f exposed from the sealing resin 2, so that the heat radiating property can be improved.
  • a metal material having high thermal conductivity and high heat dissipation such as aluminum and copper is used.
  • the heat radiation fin 32f may be a flat plate fin or a pin-shaped fin. Considering the heat dissipation efficiency of the heat radiating fins 32f and the refrigerant 5, it is preferable that a large number of pin-shaped fins are provided.
  • the metal base plate 3 has a function as a metal substrate by coming into contact with the insulating layer 11.
  • the insulating layer 11 is provided so as to come into contact with the upper surface 311t of the first portion 311 of the metal base plate 3.
  • a thermosetting resin such as an epoxy resin filled with a filler having high thermal conductivity for enhancing heat dissipation is used.
  • a filler having high thermal conductivity for example, an inorganic powder such as silica, alumina, boron nitride, or aluminum nitride is used alone, or a mixture of a plurality of these is used.
  • the thermosetting resin be cured in an environment of high pressure and high temperature. ..
  • the thickness of the insulating layer 11 is about 100 ⁇ m or more and 300 or less ⁇ m. When the thickness of the insulating layer 11 is thin, the insulating property is lowered, and when the thickness is thick, the heat dissipation property is lowered. Therefore, the thickness of the insulating layer 11 may be appropriately determined in consideration of the required insulating properties and heat dissipation properties.
  • the resin-made insulating layer 11 is described, the insulating layer 11 is not limited to this structure. For example, one having a structure in which the ceramic substrate is soldered to the metal base plate 3 may be used.
  • the sealing resin 2 also serves as the outer shape of the power module 1.
  • the sealing resin 2 is a power module 1, in which a part of the metal base plate 3, the semiconductor element 10, the insulating layer 11, a part of the lead frame 12, the solder 13, and the bonding wire 14 are transfer-molded. It is sealed by the method. As shown in FIG. 1, the area covered by the sealing resin 2 covers the entire power module 1 excluding the exposed surface 312e of the metal base plate 3 and the second base portion 32. That is, the sealing resin 2 includes a part of the metal base plate 3, the semiconductor element 10, the insulating layer 11, a part of the lead frame 12, the solder 13, and the bonding wire 14 in the power module 1. Covering.
  • the exposed surface 312e of the metal base plate 3, the heat radiation fins 32f, and the external terminals of the lead frame 12 are exposed from the sealing resin 2.
  • the sealing resin 2 has entered the region where the first portion 311 of the metal base plate 3 and the cooling structure 4 face each other.
  • the sealing resin 2 is configured so as to enter a region where the first portion 311 of the metal base plate 3 and the upper surface 4t of the cooling structure 4 described later face each other.
  • the sealing resin 2 is, for example, an epoxy resin-based resin.
  • the sealing resin 2 is an insulator.
  • the power module 1 is deformed, such as warping, due to the deformation of the sealing resin 2 due to curing.
  • an inorganic powder such as silica.
  • the coefficient of thermal expansion of the sealing resin 2 is set in consideration of the linear expansion coefficient of the elements constituting the power module 1 such as aluminum, copper, and the semiconductor element 10. It is preferable to be done.
  • the coefficient of linear expansion of the sealing resin 2 is preferably 12 ⁇ 10 -6 (1 / K) or more and 20 ⁇ 10 -6 (1 / K) or less.
  • the cooling structure 4 is in contact with the metal base plate 3 via the first seal member 6.
  • the cooling structure 4 includes a peripheral wall portion 42.
  • the peripheral wall portion 42 is provided with an opening 40.
  • the internal space 41 communicates with the opening 40.
  • the opening 40 has an opening larger than the outer shape of the second base portion 32.
  • the second base portion 32 is inserted into the opening 40.
  • the peripheral wall portion 42 surrounds the internal space 41.
  • the peripheral wall portion 42 includes an inner wall 42i facing the side surface 32s of the second base portion 32.
  • the internal space 41 is surrounded by a peripheral wall portion 42.
  • the internal space 41 accommodates the refrigerant 5 and the second base portion 32.
  • the cooling structure 4 has an upper surface 4t.
  • Refrigerant 5 is a liquid refrigerant.
  • the refrigerant 5 is housed in the internal space 41 of the cooling structure 4.
  • the refrigerant 5 is in contact with the heat radiation fins 32f.
  • the refrigerant 5 is preferably a liquid in order to increase heat dissipation efficiency.
  • the refrigerant 5 is typically water.
  • the refrigerant 5 is suppressed from leaking from the internal space 41 by the first seal member 6.
  • the first sealing member 6 is arranged so as to be sandwiched between the metal base plate 3 and the cooling structure 4.
  • the first seal member 6 is arranged closer to the opening 40 than the refrigerant 5.
  • the first seal member 6 seals between the second base portion 32 and the peripheral wall portion 42. Specifically, the first seal member 6 seals a gap between the side surface 32s of the second base portion 32 and the inner wall 42i of the cooling structure 4 over the entire circumference of the peripheral wall portion 42 of the cooling structure 4. ing.
  • the first seal member 6 is in close contact with the power module 1 and the cooling structure 4.
  • the lower portion of the first seal member 6 faces the refrigerant 5 housed in the cooling structure 4.
  • the upper portion of the first seal member 6 is exposed from the refrigerant 5.
  • the first seal member is in a compressed state when it is in contact with the metal base plate 3 and the cooling structure 4. As a result, the refrigerant 5 is prevented from leaking from the cooling structure 4. Further, this prevents the power module 1 from coming out of the cooling structure 4.
  • the first sealing member 6 may be a rubber material such as an O-ring, a square packing, or a gasket wound around the second base portion 32, or a silicone-based room temperature curing sealing material is applied to the second base portion 32. It may be hardened by
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion III of FIG. 1 which schematically shows the configuration of the metal base plate 3 and the first sealing member 6 of the semiconductor device 50 according to the present embodiment.
  • the balance of the top, bottom, left, and right of FIG. 3 is not consistent with that of FIG.
  • the first seal member 6 is an O-ring
  • its cross section is circular, so that the first seal member 6 has a wire diameter.
  • the first seal member 6 which is an O-ring is compressed, its cross section becomes elliptical.
  • the minor axis of the ellipse is regarded as the wire diameter of the first seal member 6.
  • the second portion 312 of the metal base plate 3 has a first width W 1 between the outer peripheral end and the inner peripheral end of the exposed surface 312e.
  • the first width W 1 secures a width at which the first seal member 6 and the exposed surface 312e are surely in contact with each other.
  • the first width W 1 is 1 ⁇ 2 or more of the first wire diameter D 6 .
  • the first seal member 6 is surely in contact with the exposed surface 312e.
  • the contact property between the exposed surface 312e and the first seal member 6 is increased, and the leakage of the refrigerant 5 is more reliably suppressed.
  • the first sealing member 6 comes into contact with the sealing resin 2 or the boundary line between the sealing resin 2 and the exposed surface 312e.
  • burrs of the resin may occur so as to enter the exposed surface 312e from the side surface 312s of the second portion 312. Resin burrs may impair the flatness of the exposed surface 312e.
  • the first sealing member 6 is pressed against an unstable surface of flatness, the sealing by the first sealing member 6 may be impaired. Therefore, it is desirable that the resin burr and the first seal member 6 do not come into contact with each other. Therefore, it is desirable that the first width W 1 is provided in consideration of the length of the resin burr in addition to 1/2 times the first wire diameter D 6 . In the present embodiment, the length of the resin burr is smaller than 2 mm.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing method of the semiconductor device 50 according to the first embodiment.
  • the method for manufacturing the semiconductor device 50 in the present embodiment includes a metal base plate unit preparation step S11, a first seal member 6 preparation step S12, an arrangement step S13, a molding step S14, and a fixing step S15. ..
  • a metal base plate unit including the semiconductor element 10 and the metal base plate 3 is prepared.
  • a resin composition having high thermal conductivity made of an epoxy resin is applied to the upper surface 311t of the metal base plate 3 to form the insulating layer 11.
  • the insulating layer 11 may be formed by attaching a sheet-shaped resin composition by pressurization such as a press. Further, the solder paste is applied to the lead frame 12. Electronic components such as the semiconductor element 10 and the shunt resistor are mounted on the solder paste by reflow or the like. At this time, the mounting method of the electronic component is not limited to the solder paste. For example, electronic components may be mounted by supplying plate solder on the lead frame 12 and reflowing it. Further, the semiconductor element 10 and the lead frame 12 are electrically connected by a bonding wire 14 or the like.
  • the first seal member 6 preparation step S12 the first seal member 6 is prepared.
  • the metal base so that the second portion 312 of the metal base plate 3 contacts the first bottom portion (bottom portion) 21b of the mold 20 over the entire circumference of the second portion 312.
  • the plate unit is arranged in the mold 20. Specifically, the exposed surface 312e is in contact with the first bottom portion 21b.
  • the mold 20 has a first accommodating portion 21 and a second accommodating portion 22.
  • the second accommodating portion 22 is recessed from the first bottom portion 21b of the first accommodating portion 21.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the mold 20 and the metal base plate 3 in the arrangement step S13 of the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
  • the first portion 311 of the metal base plate 3 is arranged in the first accommodating portion 21 of the mold 20 so as to be sealed with the sealing resin 2 in the molding step S14.
  • the metal base plate 3 can spatially separate the first accommodating portion 21 and the second accommodating portion 22 of the mold 20.
  • the metal base plate 3 is arranged in the mold 20 so that a gap is formed between the heat radiation fins 32f and the second bottom portion 22b of the mold 20.
  • the metal base plate 3 is arranged in the mold 20 so that the gap is larger than the dimensional tolerance of the heat radiation fins 32f of the metal base plate 3. For example, if the dimensional tolerance of the heat radiation fins 32f is about ⁇ 0.1 mm, it is sufficient that the gap is about 0.2 mm, which is twice that.
  • the sealing resin 2 is a region where the semiconductor element 10, the first portion 311 and the first portion 311 and the first bottom portion 21b face each other. To seal. The sealing resin 2 is poured into the first accommodating portion 21 of the mold 20, and the sealing resin 2 is molded.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the mold 20, the metal base plate 3, and the sealing resin 2 in the molding step S14 of the manufacturing method of the semiconductor device 50 according to the present embodiment.
  • the sealing resin 2 is suppressed from flowing into the second accommodating portion 22.
  • an external terminal (not shown) of the lead frame 12 an exposed surface 312e of the second portion 312 of the first base portion 31 of the metal base plate 3, and the second base portion 32
  • the power module 1 is sealed with the sealing resin 2 so that is exposed.
  • the side surface 312s of the second portion 312 is covered with the sealing resin.
  • the sealing resin 2 After the sealing resin 2 is molded, the sealing resin 2 may be taken out from the mold 20 and further put into a curing furnace to carry out aftercure of the sealing resin 2. Further, in order to bend the external terminals of the lead frame 12, press working may be performed. As a result, the power module 1 is configured.
  • the first seal member 6 is arranged so as to come into contact with the entire circumference of the second base portion 32. Specifically, the first seal member 6 is arranged on the side surface 32s of the second base portion 32. Further, the second base portion 32 is inserted into the opening 40 of the cooling structure 4. The metal base plate unit is fixed to the cooling structure 4 so that the peripheral wall portion 42 and the second base portion 32 are in contact with each other over the entire circumference via the first seal member 6. Specifically, the inner wall 42i and the side surface 32s of the second base portion 32 come into contact with each other via the first seal member 6.
  • a screw fastening structure via a screw hole provided in the power module 1 may be used. Further, a structure in which a plate-shaped object is pressed from above the power module 1 by a fixing jig or the like provided separately may be used.
  • the metal base plate unit is attached and fixed while being pushed in. As a result, after the metal base plate unit is fixed, a structure in which the metal base plate unit does not easily come off from the cooling structure 4 can be obtained.
  • the first seal member 6 is located between the side surface 32s of the second base portion 32 of the metal base plate 3 and the peripheral wall portion 42 of the cooling structure 4 over the entire circumference of the peripheral wall portion 42.
  • the gap is sealed. Therefore, the first sealing member 6 can seal the gap between the metal base plate 3 and the cooling structure 4 even when the pressing from the metal base plate by screwing is reduced.
  • the sealing resin 2 enters the region where the first portion 311 and the cooling structure 4 face each other while sealing the first portion 311 of the metal base plate 3. Therefore, it is possible to prevent the sealing resin 2 from peeling off from the metal base plate 3.
  • the power module 1 is installed in the cooling structure 4 via the first seal member 6.
  • the first seal member 6 is in contact with the inner wall 42i and the side surface 32s over the entire circumference of the peripheral wall portion 42. Therefore, the leakage of the refrigerant 5 contained in the cooling structure 4 is suppressed, and the long-term reliability of the semiconductor device 50 is improved.
  • the sealing member is pressed against the cooling structure from above by a metal base plate, if the pressing from above is weakened, a gap is formed and the refrigerant leaks.
  • the first seal member 6 is pressed by the side surface 32s of the metal base plate 3. Therefore, even if the pressing from above is weakened, there is no gap between the metal base plate 3 and the cooling structure 4, so that the refrigerant 5 is suppressed from leaking.
  • the structure of the cooling structure 4 is not particularly limited as long as the gap between the inner wall 42i of the cooling structure 4 and the side surface 32s of the second base portion can be sealed by the first sealing member 6. ..
  • the cooling structure 4 is shown as a rectangle, but the cooling structure 4 is not limited to a rectangle and may be, for example, a circle. Further, the structure of the opening 40 may be dug so that the second base portion can be inserted. As a result, the cooling structure 4 can be handled with a simple structure, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the first seal member 6 When the first seal member 6 has compressibility, the first seal member 6 is compressed by the metal base plate 3 and the cooling structure 4, so that the contact area becomes large. As a result, the friction between the metal base plate 3 and the cooling structure 4 increases, so that the metal base plate 3 has a structure that is difficult to come off from the cooling structure 4.
  • the first seal member 6 has plasticity, the first seal member 6 follows and maintains contact even when the relative positional relationship between the metal base plate 3 and the cooling structure 4 changes. Therefore, leakage of the refrigerant 5 is suppressed.
  • the first seal member 6 is provided between the side surface 32s of the second base portion 32 of the metal base plate 3 and the inner wall 42i of the cooling structure 4. Therefore, a region is secured between the metal base plate 3 and the cooling structure 4. As the refrigerant 5 passes through this region, heat dissipation from the metal base plate 3 to the refrigerant 5 is ensured. If this region is narrow, the fluidity of the refrigerant 5 is impaired, so that the heat dissipation property is lowered. When this region is wide, the fluidity of the refrigerant 5 is increased and the heat dissipation is improved.
  • the sealing resin 2 is molded so as to hold the metal base plate 3.
  • the sealing resin 2 is peeled off starting from the side surface 312s of the second portion 312.
  • the sealing resin 2 wraps around the bottom surface 311b of the first portion 311 of the metal base plate 3.
  • the sealing resin 2 that wraps around the bottom surface 311b is in contact with the bottom surface 311b, so that the sealing resin 2 is prevented from peeling off from the metal base plate 3. it can. Further, it is possible to prevent the peeling of the sealing resin 2 starting from the side surface 312s from spreading to the upper surface 311t.
  • the sealing resin 2 is peeled off from the metal base plate 3, the metal base plate 3 does not come off from the sealing resin 2 due to this structure, so that the long-term reliability of the semiconductor device 50 is improved.
  • the cause of the sealing resin 2 peeling from the metal base plate 3 is an environment such as a temperature cycle. If the sealing resin 2 is molded so as to hold the metal base plate, the structure of the second portion 312 of the metal base plate 3 is not limited to the structure that is continuously recessed with respect to the first portion 311. The structure of the second portion 312 may be a structure that is partially recessed in the first portion 311.
  • the first width W 1 is 1 ⁇ 2 or more of the first wire diameter D 6 . Therefore, the contact property between the exposed surface 312e and the first seal member 6 is improved, and the leakage of the refrigerant 5 is more reliably suppressed.
  • the stress for fixing the metal base plate 3 to the cooling structure 4 is applied to the cooling structure 3 by screwing only. It can be reduced more than the stress for fixing to 4. As a result, the stress on the sealing resin 2 that wraps around the bottom surface 311b of the metal base plate 3 can be relaxed, so that peeling of the sealing resin 2 can be suppressed.
  • resin molding is performed by the transfer molding method.
  • the exposed surface 312e of the second portion 312 of the metal base plate 3 is pressed against the first bottom portion 21b of the mold 20 over the entire circumference of the second base portion 32.
  • the sealing resin 2 is suppressed from flowing into the second accommodating portion 22 of the mold 20. Therefore, since the power module 1 in which the second base portion 32 is exposed from the sealing resin 2 can be manufactured, the manufacturing stability of the semiconductor device 50 is improved. Further, the semiconductor device 50 manufactured by this manufacturing method has a feature that the side surface 312s of the second portion 312 is sealed with the sealing resin 2.
  • the semiconductor device 50 may be inspected. Examples of inspections include electrical characteristic inspections and electrical insulation tests.
  • the power module 1 can be removed from the cooling structure 4. This structure enables so-called rework in which defective products are replaced with non-defective products.
  • the semiconductor device 50 is inspected after at least one power module 1 is installed in the cooling structure 4 and wiring is performed. If a defect is found in the power module 1, the power module 1 can be reworked.
  • the power module 1 using silicon carbide (SiC) for the semiconductor element has a higher cost and a lower yield than the power module 1 using silicon (Si) for the semiconductor element.
  • the manufacturing method of the present embodiment even after a plurality of power modules 1 are attached to one cooling structure 4, the power module 1 in which a defect has occurred can be individually reworked. .. As a result, the cost of the semiconductor device 50 can be reduced in the manufacture of the semiconductor device 50. Further, this can improve the productivity of the semiconductor device 50.
  • Embodiment 2 has the same configuration, operation and effect as the first embodiment, unless otherwise specified. Therefore, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description will not be repeated.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 50 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view showing the positional relationship between the cooling structure 4 of the semiconductor device according to the second embodiment, the first seal member 6, and the second seal member 7.
  • the semiconductor device 50 according to the present embodiment is further provided with a second seal member 7, and the second base portion 32 of the metal base plate 3 further includes a root portion 321 and a tip portion 322. It is different from the semiconductor device 50 according to the above.
  • the second base portion 32 includes a root portion 321 and a tip portion 322.
  • the root portion 321 is arranged on the side opposite to the first portion 311 with respect to the second portion 312.
  • the root portion 321 is recessed inward from the second portion 312.
  • the tip portion 322 is arranged on the side opposite to the second portion 312 with respect to the root portion 321.
  • the first seal member 6 according to the present embodiment is provided on the side surface 322s of the tip portion 322.
  • the first sealing member 6 seals a gap between the side surface 322s of the tip portion 322 of the second base portion 32 and the inner wall 42i of the cooling structure 4 over the entire circumference of the peripheral wall portion 42.
  • the second seal member 7 is arranged in a region where the exposed surface 312e of the cooling structure 4 and the cooling structure 4 face each other.
  • the second seal member 7 seals a gap between the exposed surface 312e and the cooling structure 4.
  • the second seal member 7 seals between the exposed surface 312e and the upper surface 4t of the cooling structure 4.
  • At least one or more second seal members 7 may be arranged.
  • the second sealing member 7 may be a rubber material such as an O-ring, a square packing, or a gasket wound around the root portion 321, or a silicone-based room temperature curing sealing material may be applied to the root portion 321 to cure the second sealing member 7. It may be the one that has been used.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the IX portion of FIG. 7 which schematically shows the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • the balance of the top, bottom, left, and right of FIG. 9 is not consistent with that of FIG. 7.
  • the second seal member 7 is an O-ring
  • its cross section is circular, so that the second seal member 7 has a second wire diameter D 7 .
  • the second seal member 7 which is an O-ring is compressed, the cross section becomes elliptical.
  • the second wire diameter D 7 is the minor diameter of the ellipse.
  • the first width W 1 is 1 ⁇ 2 or more of the second wire diameter D 7 .
  • the second seal member 7 is surely in contact with the exposed surface 312e. Further, the contact property between the exposed surface 312e and the second seal member 7 is improved, and the leakage of the refrigerant 5 can be suppressed more reliably.
  • the first width W 1 is smaller than 1/2 times the second wire diameter D 7 , the second sealing member 7 comes into contact with the sealing resin 2 or the boundary line between the sealing resin 2 and the exposed surface 312e. Therefore, as in the first embodiment, it is desirable that the first width W 1 is provided in consideration of the length of the resin burr in addition to 1/2 times the second wire diameter D 7 .
  • the root portion 321 has a second width W 2 between the outer peripheral end and the inner peripheral end of the root portion 321.
  • the second width W 2 is larger than the first wire diameter D 6 of the first sealing member 6, it is difficult to attach the first sealing member 6 so as to be in contact with the inner wall 42i of the cooling structure 4. Therefore, the second width W 2 of the root portion 321 is the first wire diameter D 6 or less.
  • the metal base plate 3 in the present embodiment has the first base portion 31 between the first portion 311 and the second portion 312, between the second portion 312 and the root portion 321 and between the root portion 321 and the tip portion. It has a step between it and 322. Further, the metal base plate 3 may have a step further on the opposite side of the root portion 321 with respect to the tip portion 322. In this case, another second seal member 7 may be further provided on the step.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing method of the semiconductor device 50 according to the second embodiment.
  • the method for manufacturing the semiconductor device 50 according to the present embodiment further includes a second seal member preparation step S16 in addition to the method for manufacturing the semiconductor device 50 according to the first embodiment.
  • the second seal member 7 is prepared.
  • the fixing step S15 the second seal member 7 surrounds the root portion 321 over the entire circumference of the root portion 321.
  • the second seal member 7 is arranged so as to come into contact with the second portion 312 and the cooling structure 4.
  • the second portion 312 and the cooling structure 4 come into contact with each other over the entire circumference of the root portion 321 via the second seal member 7.
  • the exposed surface 312e of the second portion 312 and the upper surface 4t of the cooling structure 4 are in contact with each other over the entire circumference of the root portion 321.
  • the peripheral wall portion 42 and the tip portion 322 are in contact with each other over the entire circumference of the tip portion 322.
  • the semiconductor device 50 includes a first seal member 6 and a second seal member 7. Therefore, the semiconductor device 50 includes at least two sealing members capable of suppressing the leakage of the refrigerant 5. Therefore, even if either the first seal member 6 or the second seal member 7 is deteriorated, the leakage of the refrigerant 5 is suppressed. This structure improves the long-term reliability of the semiconductor device 50.
  • the first seal member 6 can be installed along the tip portion 322 in the fixing step S15. As a result, the positioning of the first seal member 6 becomes easy, and the productivity of the semiconductor device 50 can be improved.
  • Embodiment 3 The semiconductor device 50 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 16.
  • the semiconductor device 50 according to the present embodiment is different from the semiconductor device 50 according to the first embodiment in that at least one of the side surface 32s of the metal base plate 3 and the inner wall 42i of the cooling structure 4 has the first groove G1. Is different.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion corresponding to a portion III of FIG. 1 schematically showing that the first groove G1 according to the present embodiment is provided on the inner wall 42i of the cooling structure 4.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII of FIG. As shown in FIGS. 11 and 12, in the first configuration of the semiconductor device 50 according to the present embodiment, the inner wall 42i of the cooling structure 4 includes the first groove G1.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a portion corresponding to a portion III of FIG. 1, which schematically shows that the first groove G1 according to the present embodiment is provided on the side surface 32s of the metal base plate 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line XIV-XIV of FIG. As shown in FIGS. 13 and 14, in the second configuration of the semiconductor device 50 according to the present embodiment, the side surface 32s of the metal base plate 3 includes the first groove G1.
  • FIG. 15 is a portion corresponding to a portion III of FIG. 1 schematically showing that the first groove G1 according to the present embodiment is provided on the side surface 32s of the metal base plate 3 and the inner wall 42i of the cooling structure 4. It is a cross-sectional view of.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of FIG.
  • the side surface 32s of the metal base plate 3 and the inner wall 42i of the cooling structure 4 include the first groove G1. I'm out.
  • At least one of the side surface 32s of the metal base plate 3 and the inner wall 42i of the cooling structure 4 includes the first groove G1.
  • the first groove G1 is provided along the peripheral wall portion 42 of the cooling structure 4.
  • the first seal member 6 of the present embodiment is arranged so as to enter the first groove G1. Next, the action and effect of the present embodiment will be described.
  • the first seal member 6 is fitted into the first groove G1 before the metal base plate 3 is pushed into the cooling structure 4.
  • the position of the first seal member 6 can be determined in advance. Therefore, the productivity of the semiconductor device 50 is improved as compared with the manufacturing method according to the first embodiment in which the metal base plate 3 and the first seal member 6 not fitted in the first groove G1 are simultaneously pushed.
  • the metal base plate 3 When the metal base plate 3 is manufactured by cold forging and molten metal using a mold, in order to provide the first groove G1 on the side surface 32s, the metal base plate 3 is removed from the mold and then the metal base is further formed. It is necessary to perform machining on the plate 3. Therefore, providing the first groove G1 on the side surface 32s may lead to an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device 50.
  • the first groove G1 can be provided at the same time as the step of forming the opening 40, the internal space 41, and the inner wall 42i. Therefore, by providing the first groove G1 on the inner wall 42i, the manufacturing cost can be suppressed as compared with the case where the first groove G1 is provided on the side surface 32s. Even when only the inner wall 42i of the cooling structure 4 has the first groove G1, the position where the first seal member 6 is attached can be determined by the first groove G1. Therefore, it is preferable that the first groove G1 is provided only on the inner wall 42i.
  • the first seal member 6 is arranged so as to enter the first groove G1 between the side surface 32s of the metal base plate 3 and the inner wall 42i of the cooling structure 4. As a result, the relative positions of the first seal member 6, the metal base plate 3, and the cooling structure 4 are fixed. Therefore, even if the screws are loosened due to repeated temperature changes and vibrations, the metal base plate 3 is prevented from coming out of the cooling structure 4.
  • the second width W 2 of the root portion 321 has a first wire diameter D 6 or less, it is easy to attach the first seal member 6 so as to be in contact with the inner wall 42i of the cooling structure 4. is there.
  • Embodiment 4 Unless otherwise specified, the fourth embodiment has the same configuration, operation, and effect as the second embodiment. Therefore, the same components as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the description will not be repeated.
  • FIG. 17 schematically shows the configuration of the semiconductor device 50 according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to the IX portion of FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII of FIG.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX of FIG.
  • the semiconductor device 50 according to the present embodiment is different from the semiconductor device 50 according to the second embodiment in that the second portion 312 has the second groove G2.
  • the second groove G2 is provided so as to surround the root portion 321 between the outer peripheral end and the inner peripheral end of the exposed surface 312e of the second portion 312.
  • the second portion 312 of the metal base plate 3 of the present embodiment further includes a second groove G2 formed by grooving.
  • the exposed surface 312e of the second portion 312 can be flattened.
  • the second seal member 7 of the present embodiment is provided in the gap between the exposed surface 312e and the upper surface 4t of the cooling structure.
  • the second seal member 7 is provided so as to enter the second groove G2.
  • FIG. 20 schematically shows the configuration of the semiconductor device 50 according to the modified example of the present embodiment, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to the IX portion of FIG.
  • the sealing resin 2 according to the modified example of the present embodiment is configured to enter the region where the exposed surface 312e and the cooling structure 4 face each other.
  • the sealing resin 2 is in contact with the second seal member 7 on the opposite side of the second base portion 32 to the second seal member 7.
  • the manufacturing method of the semiconductor device 50 in the present embodiment includes a metal base plate unit preparation step S11, a first seal member 6 preparation step S12, a second seal member preparation step S16, an arrangement step S13, and a molding step S14. , The fixing step S15 and the like are included. The same steps as in the second embodiment described above will not be repeated.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the mold 20, the metal base plate 3, and the second seal member 7 in the arrangement step S13 of the manufacturing method of the semiconductor device 50 according to the modified example of the present embodiment. ..
  • the second seal member 7 is arranged so as to enter the second groove G2.
  • the second portion 312 of the metal base plate 3 is arranged so as to be in contact with the first bottom portion 21b of the mold via the second seal member 7 over the entire circumference of the first portion 311.
  • the second seal member 7 can spatially separate the first accommodating portion 21 and the second accommodating portion 22 of the mold 20. As a result, the sealing resin 2 is prevented from leaking to the second accommodating portion 22 in the molding step S14.
  • FIG. 22 schematically shows the configuration of the mold 20, the sealing resin 2, the metal base plate 3, and the second sealing member 7 in the molding step S14 of the manufacturing method of the semiconductor device 50 according to the modified example of the present embodiment. It is a sectional view.
  • the sealing resin 2 is poured and molded so as to seal the side surface of the second sealing member 7.
  • the sealing resin 2 is on the side opposite to the second sealing member 7 and the second base portion 32 with respect to the second sealing member 7. Get in touch.
  • the sealing resin 2 is configured to enter the region where the exposed surface 312e and the upper surface 4t of the cooling structure face each other and seal the sealing resin 2.
  • the second seal member 7 is arranged so as to enter the second groove G2. Thereby, the positioning of the second seal member 7 can be easily performed.
  • the sealing resin 2 has the exposed surface 312e and the cooling structure 4 in addition to the region where the bottom surface 311b of the first portion 311 and the cooling structure 4 face each other. It is configured to go further into the facing area. With this configuration, peeling of the sealing resin 2 from the metal base plate 3 can be further suppressed, so that the long-term reliability of the semiconductor device 50 is further improved as compared with the first embodiment. Further, even when the sealing resin 2 is peeled off from the metal base plate 3 due to long-term use, the metal base plate 3 is more difficult to come off from the sealing resin 2.
  • the metal base plate 3 having the flat exposed surface 312e of the second portion 312 and the second groove G2 arranged on the exposed surface 312e is manufactured by cold forging, molten metal, or the like using a die as in the second embodiment. Can be done. Therefore, providing the second groove G2 can suppress the manufacturing cost of the semiconductor device 50 as compared with the second embodiment.
  • the second sealing member 7 is not compressed by the sealing resin 2 in the arrangement step S13. Further, in the arrangement step S13, there is a gap between the heat radiation fin 32f of the metal base plate 3 and the second bottom portion 22b of the mold 20.
  • the compression width the amount of the compressed width of the second sealing member 7 can be made larger than the gap. .. In this case, the heat radiation fin 32f comes into contact with the second bottom portion 22b. In this state, the sealing resin 2 does not leak to the second accommodating portion 22.
  • the metal base plate 3 is supported by the first bottom portion 21b and the second bottom portion 22b of the mold 20. With this structure, deformation of the metal base plate 3 and the insulating layer 11 is suppressed even when the resin molding pressure is high.
  • the second sealing member 7 in the molding step S14, is compressed by the molding pressure of the sealing resin 2 and pressed against the first bottom portion 21b. Therefore, the second sealing member 7 can more reliably prevent the sealing resin 2 from leaking to the second accommodating portion 22. Therefore, the second base portion 32 is more reliably exposed from the sealing resin 2.
  • the insulating layer 11 is filled with a thermal conductive filler in order to improve the heat dissipation of the metal base plate 3. Further, the heat conductive filler is filled with a high filling rate in order to improve the heat conductivity and heat dissipation of the insulating layer 11.
  • a high resin molding pressure is required in the transfer molding method. The method for manufacturing the semiconductor device 50 according to the modified example of the present embodiment can suppress the leakage of the sealing resin 2 and increase the molding pressure of the sealing resin 2. Therefore, the semiconductor device 50 having high insulation and heat dissipation can be manufactured.
  • Embodiment 5 the semiconductor device 50 according to any one of the above-described first to fourth embodiments is applied to a power conversion device.
  • the present invention is not limited to a specific power conversion device, the case where the present invention is applied to a three-phase inverter will be described below as a fifth embodiment.
  • FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the present embodiment is applied.
  • the power conversion system shown in FIG. 23 is composed of a power supply 100, a power conversion device 200, and a load 300.
  • the power source 100 is a DC power source, and supplies DC power to the power converter 200.
  • the power supply 100 can be configured with various things, for example, it can be configured with a DC system, a solar cell, a storage battery, or it can be configured with a rectifier circuit or an AC / DC converter connected to an AC system. May be good. Further, the power supply 100 may be configured by a DC / DC converter that converts the DC power output from the DC system into a predetermined power.
  • the power conversion device 200 is a three-phase inverter connected between the power supply 100 and the load 300, converts the DC power supplied from the power supply 100 into AC power, and supplies AC power to the load 300. As shown in FIG. 23, the power conversion device 200 has a main conversion circuit 201 that converts DC power into AC power and outputs it, and a control circuit 203 that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit 201 to the main conversion circuit 201. And have.
  • the load 300 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power converter 200.
  • the load 300 is not limited to a specific application, and is an electric motor mounted on various electric devices.
  • the load 300 is used as an electric motor for a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railroad vehicle, an elevator, or an air conditioner.
  • the main conversion circuit 201 includes a switching element and a freewheeling diode (not shown), and when the switching element switches, the DC power supplied from the power supply 100 is converted into AC power and supplied to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and each switching element. It can consist of six anti-parallel freewheeling diodes.
  • Each switching element and each freewheeling diode of the main conversion circuit 201 is composed of a semiconductor module 202 corresponding to any one of the above-described first to fourth embodiments.
  • the six switching elements are connected in series for each of the two switching elements to form an upper and lower arm, and each upper and lower arm constitutes each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit. Then, the output terminals of the upper and lower arms, that is, the three output terminals of the main conversion circuit 201 are connected to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 includes a drive circuit (not shown) for driving each switching element
  • the drive circuit may be built in the semiconductor module 202, or a drive circuit may be provided separately from the semiconductor module 202. It may be provided.
  • the drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 201 and supplies the drive signal to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 201.
  • a drive signal for turning on the switching element and a drive signal for turning off the switching element are output to the control electrodes of each switching element.
  • the drive signal When the switching element is kept in the on state, the drive signal is a voltage signal (on signal) equal to or higher than the threshold voltage of the switching element, and when the switching element is kept in the off state, the drive signal is a voltage equal to or lower than the threshold voltage of the switching element. It becomes a signal (off signal).
  • the control circuit 203 controls the switching element of the main conversion circuit 201 so that the desired power is supplied to the load 300. Specifically, the time (on time) at which each switching element of the main conversion circuit 201 should be in the on state is calculated based on the power to be supplied to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 can be controlled by PWM control that modulates the on-time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) is output to the drive circuit included in the main conversion circuit 201 so that an on signal is output to the switching element that should be turned on at each time point and an off signal is output to the switching element that should be turned off. Is output.
  • the drive circuit outputs an on signal or an off signal as a drive signal to the control electrode of each switching element according to this control signal.
  • the semiconductor module according to any one of the first to fourth embodiments is applied as the switching element and the freewheeling diode of the main conversion circuit 201, so that the power conversion device is reliable. It is possible to improve the performance.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices.
  • a two-level power converter is used, but a three-level or multi-level power converter may be used, and when power is supplied to a single-phase load, the present invention is applied to a single-phase inverter. You may apply it.
  • the present invention can be applied to a DC / DC converter or an AC / DC converter.
  • the power conversion device to which the present invention is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor.
  • a power source for a discharge machine, a laser machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system can be used as a device, and can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, a power storage system, or the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

半導体装置（５０）は、半導体素子（１０）と、封止樹脂（２）と、金属ベース板（３）と、冷却構造体（４）と、第１シール部材（６）とを備える。金属ベース板（３）は、第１ベース部（３１）と第２ベース部（３２）とを含む。第１ベース部（３１）は、第１部分（３１１）と第２部分（３１２）とを有する。第２ベース部（３２）は、第２部分（３１２）よりも内側に凹んでいる。封止樹脂（２）は、第１部分（３１１）と冷却構造体（４）とが向かい合う領域に入り込む。第２ベース部（３２）は、周壁部（４２）に向かい合う側面（３２ｓ）を含む。周壁部（４２）は、側面（３２ｓ）に向かい合う内壁（４２ｉ）を含む。第１シール部材（６）は、周壁部（４２）の全周にわたって側面（３２ｓ）と内壁（４２ｉ）との間の隙間を封止している。

Description

半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
　本発明は、半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
　従来、例えば特開２０１６－４６３５６号公報（特許文献１）には、放熱板のフィンが冷却構造体の中に挿入され、冷却構造体の中の冷媒と接触することで放熱性能を得られる半導体装置が記載されている。この半導体装置では、放熱板は、冷却器の上にパッキンを挟み込んだ状態で上からねじ留めによって押しつけられている。また、上から押しつけられたパッキンは、冷媒が冷却器から漏れ出すことを抑制している。
特開２０１６－４６３５６号公報
　上記公報に記載された半導体装置においては、放熱板（金属ベース板）がパッキン（シール部材）を上からねじ留めによって押しつけることで、冷却器（冷却構造体）の中に収容された液体の冷媒が漏れることを抑制している。繰り返しの温度変化および振動などによってねじ留め部分が緩んでくる場合がある。これにより、パッキン（シール部材）と放熱板（金属ベース板）または冷却器（冷却構造体）との間に隙間が生じるため、この隙間を通じて冷媒が冷却器（冷却構造体）から漏れる。
　また、上記公報に記載された半導体装置においては、半導体素子と放熱板（金属ベース板）とがトランスファーモールド法によって封止樹脂で封止されている。しかしながら、封止樹脂が長期使用により放熱板（金属ベース板）から剥離する。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、冷媒が冷却構造体から漏れることを抑制でき、かつ封止樹脂が金属ベース板から剥離することを抑制できる半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
　本発明の半導体装置は、半導体素子と、封止樹脂と、金属ベース板と、冷却構造体と、冷媒と、第１シール部材とを備える。封止樹脂は、半導体素子を封止する。金属ベース板は、第１ベース部と第２ベース部とを含む。第１ベース部は、第１部分と第２部分とを有する。第１部分は、封止樹脂で封止されている。第２部分は、第１部分に対して半導体素子と反対側に配置され、第１部分より凹み、かつ封止樹脂から露出する露出面を有するように封止樹脂で封止されている。第２ベース部は、第１ベース部の第２部分に対して第１部分と反対側に配置されかつ第２部分よりも内側に凹んでいる。冷却構造体は、周壁部を含む。周壁部には第２ベース部が挿入される開口部が設けられている。周壁部は、開口部に連通する内部空間を取り囲んでいる。冷媒は、冷却構造体の内部空間に収容される。第１シール部材は、冷媒より開口部の近くに配置される。第１シール部材は、金属ベース板の第２ベース部と冷却構造体の周壁部との間の隙間を封止する。封止樹脂は、第１部分と冷却構造体とが向かい合う領域に入り込む。金属ベース板の第２ベース部は、第２部分の露出面から第１部分と反対側に突き出し、冷却構造体の内部空間に挿入されている。金属ベース板の第２ベース部は、周壁部に向かい合う側面を含む。冷却構造体の周壁部は、金属ベース板の第２ベース部の側面に向かい合う内壁を含む。第１シール部材は、周壁部の全周にわたって側面と内壁との間の隙間を封止している。
　本発明の半導体装置によれば、第１シール部材は、周壁部の全周にわたって金属ベース板の第２ベース部の側面と冷却構造体の周壁部の内壁との間の隙間を封止している。このため、第１シール部材は、ねじ留めによる金属ベース板からの押しつけが低下した場合でも、金属ベース板と冷却構造体との間の隙間を封止することができる。また、封止樹脂が、金属ベース板の第１部分を封止しつつ第１部分と冷却構造体とが向かい合う領域に入り込んでいる。このため、封止樹脂が金属ベース板から剥離することを抑制できる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ部分の拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程における金型と金属ベース板との構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の成型工程における金型と金属ベース板と封止樹脂との構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の冷却構造体と第１シール部材と第２シール部材との位置関係を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す図７のＩＸ部分の拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の第１の構成を概略的に示す図１のＩＩＩ部分に対応する部分の断面図である。 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の第２の構成を概略的に示す図１のＩＩＩ部分に対応する部分の断面図である。 図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の第３の構成を概略的に示す図１のＩＩＩ部分に対応する部分の断面図である。 図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を概略的に示す図７のＩＸ部分に対応する部分の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を概略的に示す図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を概略的に示す図１７のＸＩＸ－ＸＩＸ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例に係る半導体装置の構成を概略的に示す図７のＩＸ部分に対応する部分の断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例に係る半導体装置の製造方法の配置工程における金型と金属ベース板と第２シール部材との構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例に係る半導体装置の製造方法の成型工程における金型と金属ベース板と封止樹脂と第２シール部材との構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る電力変換システムの構成を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下においては、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　図１および図２を参照して本実施の形態１に係る半導体装置５０の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置５０の構成を概略的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。図１に示されるように、半導体装置５０は、パワーモジュール１と、冷却構造体４と、冷媒５と、第１シール部材６とを備えている。半導体装置５０は、電力用のパワー半導体装置である。
　パワーモジュール１は、封止樹脂２と、金属ベース板３と、半導体素子１０と、絶縁層１１と、リードフレーム１２と、はんだ１３と、ボンディングワイヤ１４とを含んでいる。パワーモジュール１は、金属ベース板３の一部とリードフレーム１２の外部端子を除いて全体を封止樹脂２で封止されている。パワーモジュール１は、冷却構造体４にねじ留めなどによって上から押しつけるように取り付けられている。図１においては、半導体装置５０にパワーモジュールが１個備えられているが、半導体装置５０に複数のパワーモジュール１が備えられていてもよい。
　半導体素子１０は、電力用のパワー半導体素子である。半導体素子１０は、リードフレーム１２とボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続されている。半導体素子１０とリードフレーム１２とは、ボンディングワイヤ１４に限らず、銅板などからなるダイレクトリードなどで接続されていてもよい。また、半導体素子１０とリードフレーム１２とは、焼結銀によって接続されていてもよい。半導体素子１０の材料は、珪素（Ｓｉ）に限ることはなく、高温の環境でも使用できる炭化珪素（ＳｉＣ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）などであってもよい。
　リードフレーム１２は、例えば銅からなる。リードフレーム１２は、プレス加工などにより構成されている。また図１では、リードフレーム１２と絶縁層１１との絶縁沿面距離を確保するために、絶縁層１１の外周近傍では、リードフレーム１２にリードフレーム１２の厚さの半分程度を押し沈めた半抜加工が施されている。リードフレーム１２の形状は、図１の半抜加工による形状に限られることはなく、例えば、曲げ加工による形状でもよい。リードフレーム１２は、図１では、全体が一体となった構成であるが、電気的な回路が成立するように電極パターンごとに分離した構成でもよい。リードフレーム１２は、図示しない回路パターンおよび外部端子を備えている。リードフレーム１２の外部端子は、封止樹脂２から露出している。リードフレーム１２の表面に、はんだ１３により、半導体素子１０、ならびに、図示しないシャント抵抗およびサーミスタなどの電子部品が実装されている。
　金属ベース板３は、第１ベース部３１と第２ベース部３２とを含んでいる。第１ベース部３１は、第１部分３１１と第２部分３１２とを有している。第１ベース部３１の第１部分３１１は、絶縁層１１と接触している。第１部分３１１は、封止樹脂２で封止されている。第２部分３１２は、第１部分３１１に対して半導体素子１０と反対側に配置されている。第２部分３１２は、第１部分３１１よりも内側に凹んでいる。第２部分３１２の一部は、封止樹脂２で封止されている。第２部分３１２は、封止樹脂２から露出する露出面３１２ｅを有している。つまり、第２部分３１２は、封止樹脂２から露出した露出面３１２ｅを有するように封止樹脂２で封止されている。第１ベース部３１の構造は、第１部分３１１の側面３１１ｓおよび底面３１１ｂならびに第２部分３１２の側面３１２ｓが封止樹脂２で封止され、露出面３１２ｅが露出する構造であればよい。
　金属ベース板３の第２ベース部３２は、第２部分３１２に対して第１部分３１１と反対側に配置されている。第２ベース部３２は、第２部分３１２よりも内側に凹んでいる。また、第２ベース部３２は放熱フィン３２ｆを含んでいる。放熱フィン３２ｆは、第２ベース部３２の第２部分３１２と反対側の部分に配置されている。第２ベース部３２は、第２部分３１２の露出面３１２ｅから第１部分３１１と反対側に突き出している。第２ベース部３２は、冷却構造体４の内部空間４１に挿入されている。第２ベース部３２は、冷却構造体４の周壁部４２に向かい合う側面３２ｓを含んでいる。具体的には、第２ベース部３２は、後述する冷却構造体４の周壁部４２の内壁４２ｉと向かい合う側面３２ｓを含んでいる。
　金属ベース板３は、第１ベース部３１の第１部分３１１と第２部分３１２との間、および、第２部分３１２と第２ベース部３２との間にそれぞれ段差を有している。第１部分３１１と第２部分３１２との間の段差は、封止樹脂２で覆われている。また、金属ベース板３は、第２ベース部３２の中央に対して第２部分３１２の反対側にさらに段差を有してもよい。第２部分３１２と第２ベース部３２との間の段差は、封止樹脂と接していない。
　金属ベース板３は、封止樹脂２から露出した放熱フィン３２ｆを備えていることにより放熱性を向上させることが可能となる。金属ベース板３の材質には、アルミニウムおよび銅などの高い熱伝導性および高い放熱性を有する金属材料が用いられる。放熱フィン３２ｆは、平板フィンでもピン形状のフィンでもよい。放熱フィン３２ｆと冷媒５との放熱効率を考慮すると、ピン形状のフィンが多数設けられている構成が好ましい。また、金属ベース板３は、絶縁層１１と接触することにより金属基板としての機能を有している。
　絶縁層１１は、金属ベース板３の第１部分３１１の上面３１１ｔと接触するように設けられている。絶縁層１１の材料には、放熱性を高めるための熱伝導性の高いフィラーが充填された、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。熱伝導性の高いフィラーには、例えば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの無機粉末が単独で用いられ、またはこれらの複数を混合したものが用いられる。無機粉末のフィラーの充填された熱硬化樹脂製の絶縁層１１がより高い熱伝導性および絶縁性を得るためには、熱硬化性樹脂が高い圧力と高い温度の環境で硬化されることが望ましい。絶縁層１１の厚さは、１００μｍ以上３００以下μｍ程度である。絶縁層１１の厚さは、薄いと絶縁性が低下し、厚いと放熱性が低下する。このため、絶縁層１１の厚さは、必要な絶縁性および放熱性を考慮して適宜に決めてもよい。なお、樹脂製の絶縁層１１について説明しているが、絶縁層１１はこの構造に限らない。例えば、セラミックス基板が金属ベース板３にはんだ付けされている構造のものが用いられてもよい。
　封止樹脂２は、パワーモジュール１の外形を兼ねている。封止樹脂２は、パワーモジュール１のうち、金属ベース板３の一部と、半導体素子１０と、絶縁層１１と、リードフレーム１２の一部と、はんだ１３と、ボンディングワイヤ１４とをトランスファーモールド法によって封止している。封止樹脂２の覆う範囲は、図１に示されるように、金属ベース板３の露出面３１２ｅと第２ベース部３２とを除いたパワーモジュール１の全体を覆っている。つまり、封止樹脂２は、パワーモジュール１のうち、金属ベース板３の一部と、半導体素子１０と、絶縁層１１と、リードフレーム１２の一部と、はんだ１３と、ボンディングワイヤ１４とを覆っている。なお、金属ベース板３の露出面３１２ｅと放熱フィン３２ｆとリードフレーム１２の外部端子とは、封止樹脂２から露出している。封止樹脂２は、金属ベース板３の第１部分３１１と冷却構造体４とが向かい合う領域に入り込んでいる。具体的には、封止樹脂２は、金属ベース板３の第１部分３１１と後述する冷却構造体４の上面４ｔとが向かい合う領域に入り込むように構成されている。
　封止樹脂２は、例えばエポキシ樹脂系の樹脂である。封止樹脂２は、絶縁体である。封止樹脂２の硬化に伴う変形によって、パワーモジュール１が反りなどの変形をする。パワーモジュール１の変形を抑制するためには、封止樹脂２にシリカなどの無機粉末を充填することが好ましい。封止樹脂２に無機粉末が充填されることにより、封止樹脂２の熱膨張係数は、アルミニウム、銅、および半導体素子１０などのパワーモジュール１を構成する要素の線膨張係数を考慮して設定されることが好ましい。封止樹脂２の線膨張係数は具体的には、１２×１０－６（１／Ｋ）以上２０×１０－６（１／Ｋ）以下が好ましい。
　冷却構造体４は、第１シール部材６を介して金属ベース板３と接している。冷却構造体４は、周壁部４２を含んでいる。周壁部４２には開口部４０が設けられている。内部空間４１は、開口部４０に連通している。開口部４０は、第２ベース部３２の外形よりも大きい開口を有している。第２ベース部３２は、開口部４０に挿入される。周壁部４２は、内部空間４１を取り囲んでいる。周壁部４２は、第２ベース部３２の側面３２ｓに向かい合う内壁４２ｉを含んでいる。内部空間４１は、周壁部４２に取り囲まれている。内部空間４１は、冷媒５と第２ベース部３２とを収容する。冷却構造体４は、上面４ｔを有する。
　冷媒５は、液体の冷媒である。冷媒５は、冷却構造体４の内部空間４１に収容されている。冷媒５は、放熱フィン３２ｆと接触している。冷媒５は、放熱効率を高めるためには液体が望ましい。冷媒５は、代表的には水である。冷媒５は、第１シール部材６により内部空間４１から漏れることが抑制されている。
　図１および図２に示されるように、第１シール部材６は、金属ベース板３と冷却構造体４とに挟まれるように配置されている。第１シール部材６は、冷媒５より開口部４０の近くに配置されている。第１シール部材６は、第２ベース部３２と周壁部４２との間を封止している。具体的には、第１シール部材６は、冷却構造体４の周壁部４２の全周にわたって、第２ベース部３２の側面３２ｓと冷却構造体４の内壁４２ｉとの間の隙間を封止している。第１シール部材６は、パワーモジュール１および冷却構造体４に密着している。第１シール部材６の下側部分は、冷却構造体４に収容された冷媒５に面している。第１シール部材６の上側部分は、冷媒５から露出している。
　第１シール部材は、金属ベース板３と冷却構造体４とに接している際には、圧縮されている状態となっている。これにより、冷媒５が冷却構造体４から漏れることが抑制される。また、これによりパワーモジュール１が冷却構造体４から抜けることが抑制される。第１シール部材６は、例えばＯリング、角パッキン、またはガスケットなどのゴム材料を第２ベース部３２に巻き付けたものでもよいし、第２ベース部３２にシリコーン系の室温硬化のシール材を塗布して硬化させたものでもよい。
　図３を参照して、第１シール部材６および金属ベース板３の構成をより詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る半導体装置５０の金属ベース板３と第１シール部材６との構成を概略的に示す図１のＩＩＩ部分の拡大図である。なお、説明の便宜のために図３の上下左右のバランスは図１と整合していない。第１シール部材６がＯリングである場合、その断面は円となるため、第１シール部材６は、線径を有している。ただし、Ｏリングである第１シール部材６が圧縮されている場合、その断面は楕円となる。この場合、その楕円の短径を、第１シール部材６の線径とみなす。第１シール部材６の線径を、第１線径Ｄ６とする。
　金属ベース板３の第２部分３１２は、露出面３１２ｅの外周端と内周端との間に第１幅Ｗ１を有している。第１幅Ｗ１は、第１シール部材６と露出面３１２ｅとが確実に接触する幅を確保するものとする。
　第１幅Ｗ１は、第１線径Ｄ６の１／２倍以上である。この場合、第１シール部材６は、露出面３１２ｅに確実に接する。この場合、露出面３１２ｅと第１シール部材６との接触性が高くなり、冷媒５が漏れることがより確実に抑制される。
　第１幅Ｗ１が、第１線径Ｄ６の１／２倍より小さい場合、第１シール部材６は、封止樹脂２、または封止樹脂２および露出面３１２ｅの境界線と接する。封止樹脂２を成型する際に、第２部分３１２の側面３１２ｓから露出面３１２ｅに入り込むように樹脂のバリが発生する可能性がある。樹脂のバリは、露出面３１２ｅの平坦性を損なう可能性がある。平坦性の不安定な面に第１シール部材６を押し当てる場合には、第１シール部材６による封止が損なわれる可能性がある。このため、樹脂のバリと第１シール部材６とは接触しないことが望ましい。したがって、第１幅Ｗ１は、第１線径Ｄ６の１／２倍に加え、さらに樹脂のバリの長さを考慮して設けられることが望ましい。本実施の形態においては、樹脂のバリの長さは、２ｍｍより小さい。
　次に図４を参照して、本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法について説明する。図４は、実施の形態１に係る半導体装置５０の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態における半導体装置５０の製造方法は、金属ベース板ユニット準備工程Ｓ１１と、第１シール部材６準備工程Ｓ１２と、配置工程Ｓ１３と、成型工程Ｓ１４と、固定工程Ｓ１５とを含んでいる。
　図１および図４を参照して、金属ベース板ユニット準備工程Ｓ１１では、半導体素子１０と金属ベース板３とを含む金属ベース板ユニットが準備される。
　本実施の形態においては、金属ベース板ユニット準備工程Ｓ１１では、金属ベース板３の上面３１１ｔに、エポキシ系樹脂からなる熱伝導性の高い樹脂組成物が塗布され、絶縁層１１が形成される。絶縁層１１は、シート状の樹脂組成物がプレスなどの加圧によって取り付けられて形成されてもよい。さらに、リードフレーム１２にはんだペーストが塗布される。半導体素子１０およびシャント抵抗などの電子部品が、はんだペーストの上にリフローなどによって実装される。このとき、電子部品の実装方法は、はんだペーストに限らない。例えばリードフレーム１２上に板はんだが供給され、リフローをされることで電子部品が実装されてもよい。さらに、半導体素子１０とリードフレーム１２とがボンディングワイヤ１４などにより電気的に接続される。
　第１シール部材６準備工程Ｓ１２では、第１シール部材６が準備される。
　図４および図５を参照して、配置工程Ｓ１３では、金属ベース板３の第２部分３１２が金型２０の第１底部（底部）２１ｂに第２部分３１２の全周にわたって接するよう、金属ベース板ユニットが金型２０に配置される。具体的には、露出面３１２ｅが、第１底部２１ｂに接する。金型２０は、第１収容部２１および第２収容部２２を有する。第２収容部２２は、第１収容部２１の第１底部２１ｂから凹んでいる。
　主に図５を参照して、配置工程Ｓ１３をより詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の配置工程Ｓ１３における金型２０と金属ベース板３との構成を概略的に示す断面図である。金属ベース板３の第１部分３１１が、金型２０の第１収容部２１に、成型工程Ｓ１４において封止樹脂２で封止されるよう配置される。この配置により、金属ベース板３は、金型２０の第１収容部２１と第２収容部２２とを空間的に隔てることができる。
　放熱フィン３２ｆと第２収容部２２の第２底部２２ｂとが接触する場合、金属ベース板３と金型２０の第１底部２１ｂとの間に隙間が生じる可能性がある。この場合、封止樹脂２がこの隙間から第２収容部２２に流れ込むことで、露出面３１２ｅおよび第２ベース部３２が封止樹脂２から露出しない可能性がある。このため、金属ベース板３は、金型２０に、放熱フィン３２ｆと金型２０の第２底部２２ｂとの間に隙間ができるよう配置される。隙間が金属ベース板３の放熱フィン３２ｆの寸法公差より大きくなるように、金属ベース板３を金型２０に配置する。例えば放熱フィン３２ｆの寸法公差が±０．１ｍｍ程度ならば、隙間はその２倍の０．２ｍｍ程度とすれば十分である。
　図１、図４および図６を参照して、成型工程Ｓ１４では、封止樹脂２が半導体素子１０と、前記第１部分３１１と、前記第１部分３１１と第１底部２１ｂとが向かい合う領域とを封止する。金型２０の第１収容部２１に封止樹脂２が流し込まれ、封止樹脂２が成型される。
　主に図６を参照して、成型工程Ｓ１４をより詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法の成型工程Ｓ１４における金型２０と金属ベース板３と封止樹脂２との構成を概略的に示す断面図である。金属ベース板３の露出面３１２ｅが金型２０の第１底部２１ｂに押しつけられることで、封止樹脂２が第２収容部２２に流れ込むことが抑制される。本実施の形態においては、パワーモジュール１のうち、リードフレーム１２の図示されない外部端子と、金属ベース板３の第１ベース部３１の第２部分３１２の露出面３１２ｅと、第２ベース部３２とが露出するようにパワーモジュール１が封止樹脂２で封止される。成型工程Ｓ１４を経て製造された半導体装置５０は、第２部分３１２の側面３１２ｓが封止樹脂に覆われている。
　封止樹脂２が成型された後に、封止樹脂２が金型２０から取り出され、さらに硬化炉に投入されることで、封止樹脂２のアフターキュアが実施されてもよい。また、リードフレーム１２の外部端子に曲げ加工を施すために、プレス加工が行われてもよい。これにより、パワーモジュール１が構成される。
　図１および図４を参照して、固定工程Ｓ１５では、第２ベース部３２の全周に接触するよう第１シール部材６が配置される。具体的には、第１シール部材６は、第２ベース部３２の側面３２ｓに配置される。さらに、冷却構造体４の開口部４０に第２ベース部３２が挿入される。冷却構造体４に、周壁部４２と第２ベース部３２とが第１シール部材６を介して全周にわたって接するよう、金属ベース板ユニットが固定される。具体的には、内壁４２ｉと第２ベース部３２の側面３２ｓとが、第１シール部材６を介して接する。この固定には、パワーモジュール１に設けたねじ穴を介したねじ留め構造が用いられてもよい。また、別途設けられた固定治具などによってパワーモジュール１の上から板状のもので押しつける構造が用いられてもよい。
　なお、固定工程Ｓ１５においては、第１シール部材６が側面３２ｓと内壁４２ｉとに接しているため、金属ベース板ユニットは、押し込まれながら取り付けられ、固定される。これにより、金属ベース板ユニットが固定された後に、金属ベース板ユニットが冷却構造体４から抜けにくい構造が得られる。
　次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
　本実施の形態における半導体装置５０では、第１シール部材６は、周壁部４２の全周にわたって金属ベース板３の第２ベース部３２の側面３２ｓと冷却構造体４の周壁部４２との間の隙間を封止している。このため、第１シール部材６は、ねじ留めによる金属ベース板からの押しつけが低下した場合でも、金属ベース板３と冷却構造体４との間の隙間を封止することができる。また、封止樹脂２が、金属ベース板３の第１部分３１１を封止しつつ、第１部分３１１と冷却構造体４とが向かい合う領域に入り込んでいる。このため、封止樹脂２が金属ベース板３から剥離することを抑制できる。
　パワーモジュール１は、冷却構造体４に第１シール部材６を介して設置されている。第１シール部材６は、周壁部４２の全周にわたって内壁４２ｉと側面３２ｓとに接している。よって、冷却構造体４に収容された冷媒５が漏れることが抑制されるため、半導体装置５０の長期信頼性が向上する。例えば、シール部材が冷却構造体に金属ベース板によって上から押しつけられている場合、上からの押しつけが弱くなると、隙間が生じるため冷媒が漏れる。他方、本実施の形態においては、第１シール部材６は金属ベース板３の側面３２ｓで押しつけられている。よって、上からの押しつけが弱くなった場合でも、金属ベース板３と冷却構造体４との間に隙間は生じないため、冷媒５が漏れることが抑制される。
　冷却構造体４の構造は、冷却構造体４の内壁４２ｉと第２ベース部の側面３２ｓとの間の隙間を第１シール部材６で封止できる構成であれば、特に限定されるものではない。図２では、冷却構造体４は、長方形で示されるが、長方形に限らず、例えば円でもよい。また、開口部４０の構造は、第２ベース部を挿入できるだけの掘り込みでよい。これにより、冷却構造体４は簡易な構造で対応できるため、製造コストを下げることができる。
　第１シール部材６が圧縮性を有している場合、第１シール部材６は金属ベース板３と冷却構造体４により圧縮されるため、接触面積が大きくなる。これにより、金属ベース板３と冷却構造体４との間の摩擦が増加するため、金属ベース板３は冷却構造体４から抜けにくい構造となる。
　また、第１シール部材６が可塑性を有している場合、金属ベース板３と冷却構造体４との相対的な位置関係が変わった場合でも、第１シール部材６は追随して接触を維持できるため、冷媒５が漏れることが抑制される。
　第１シール部材６は、金属ベース板３の第２ベース部３２の側面３２ｓと冷却構造体４の内壁４２ｉとの間に設けられる。このため、金属ベース板３と冷却構造体４との間に領域が確保される。冷媒５がこの領域を通ることにより、金属ベース板３から冷媒５への放熱性が確保される。この領域が狭いと、冷媒５の流動性が損なわれるため、放熱性が低下する。この領域が広いと、冷媒５の流動性が高まり、放熱性が向上する。
　封止樹脂２は、金属ベース板３を抱え込むように成型されている。封止樹脂２が金属ベース板３から剥離する場合、第２部分３１２の側面３１２ｓを起点として封止樹脂２が剥離する。本実施の形態において、封止樹脂２は、金属ベース板３の第１部分３１１の底面３１１ｂに回り込んでいる。これにより、側面３１２ｓで封止樹脂２が剥離しても、底面３１１ｂに回り込んだ封止樹脂２が底面３１１ｂに接しているため、封止樹脂２が金属ベース板３から剥離することを抑制できる。また、側面３１２ｓを起点とした封止樹脂２の剥離が上面３１１ｔまで広がることを抑制できる。さらに、封止樹脂２が金属ベース板３から剥離した場合でも、この構造により、金属ベース板３が封止樹脂２から抜けないため、半導体装置５０の長期信頼性が向上する。封止樹脂２が金属ベース板３から剥離する原因には、温度サイクルなどの環境などがある。封止樹脂２が金属ベース板を抱え込むよう成型されるのであれば、金属ベース板３の第２部分３１２の構造は第１部分３１１に対して連続的に凹んでいる構造に限られない。第２部分３１２の構造は、第１部分３１１に体して部分的に凹んでいる構造でもよい。
　本実施の形態では、第１幅Ｗ１は、第１線径Ｄ６の１／２倍以上である。このため、露出面３１２ｅと第１シール部材６との接触性が高くなり、冷媒５が漏れることがより確実に抑制される。
　パワーモジュール１を冷却構造体４に第１シール部材６を用いて取り付けることで、金属ベース板３を冷却構造体４に固定するための応力を、ねじ留めのみにより金属ベース板３を冷却構造体４に固定するための応力よりも軽減できる。これにより、金属ベース板３の底面３１１ｂ側に回りこんだ封止樹脂２への応力を緩和できるため、封止樹脂２の剥離が抑制できる。
　本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法では、固定工程Ｓ１５において金属ベース板３に第１シール部材６が配置される際、第１シール部材６の位置が第２ベース部３２に這わせて決められる。これにより、半導体装置５０の製造性が向上する。
　本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法では、トランスファーモールド法によって樹脂成型が行われる。この際、金属ベース板３の第２部分３１２の露出面３１２ｅが金型２０の第１底部２１ｂに、第２ベース部３２の全周にわたって押し当てられる。この工程によって、封止樹脂２が金型２０の第２収容部２２に流れ込むことが抑制される。よって、第２ベース部３２が封止樹脂２から露出したパワーモジュール１を製造することができるため、半導体装置５０の製造安定性が向上する。また、この製造方法によって製造された半導体装置５０は、第２部分３１２の側面３１２ｓが封止樹脂２で封止されているという特徴を有する。
　本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法では、半導体装置５０に検査が実施されてもよい。検査の一例には、電気特性検査および電気絶縁試験などがある。本実施の形態の半導体装置５０では、パワーモジュール１を冷却構造体４から取り外すことができる。この構造により、不具合品を良品と交換する、いわゆるリワークが可能となる。冷却構造体４に少なくとも１つのパワーモジュール１が設置され配線などが行われた後に、半導体装置５０が検査される。パワーモジュール１に不具合が発見された場合、パワーモジュール１にリワークを行うことができる。例えば、半導体素子に炭化珪素（ＳｉＣ）を用いたパワーモジュール１は、半導体素子に珪素（Ｓｉ）を用いたパワーモジュール１よりコストが高く、また、歩留まりが低い。この場合、本実施の形態の製造方法によれば、１つの冷却構造体４に複数のパワーモジュール１を取り付けた後でも、不具合の発生したパワーモジュール１に対して個別にリワークを行うことができる。これにより、半導体装置５０の製造において、半導体装置５０のコストを低下させることができる。また、これにより、半導体装置５０の生産性を向上させることができる。
　実施の形態２．
　実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
　図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２に係る半導体装置５０の構成について説明する。図７は、実施の形態２に係る半導体装置５０の構成を概略的に示す断面図である。図８は、実施の形態２に係る半導体装置の冷却構造体４と第１シール部材６と第２シール部材７との位置関係を示す平面図である。本実施の形態に係る半導体装置５０は、第２シール部材７をさらに備える点および、金属ベース板３の第２ベース部３２が根元部３２１と先端部３２２をさらに含む点において、実施の形態１に係る半導体装置５０とは異なっている。
　本実施の形態に係る第２ベース部３２は、根元部３２１と先端部３２２とを含んでいる。根元部３２１は、第２部分３１２に対して第１部分３１１と反対側に配置されている。根元部３２１は、第２部分３１２より内側に凹んでいる。先端部３２２は、根元部３２１に対して第２部分３１２と反対側に配置されている。
　本実施の形態に係る第１シール部材６は、先端部３２２の側面３２２ｓに設けられている。第１シール部材６は、周壁部４２の全周にわたって第２ベース部３２の先端部３２２の側面３２２ｓと冷却構造体４の内壁４２ｉとの間の隙間を封止している。
　第２シール部材７は、冷却構造体４の露出面３１２ｅと冷却構造体４とが向かい合う領域に配置されている。第２シール部材７は、露出面３１２ｅと冷却構造体４との間の隙間を封止している。具体的には、第２シール部材７は、露出面３１２ｅと冷却構造体４の上面４ｔとの間を封止している。第２シール部材７は、少なくとも１つ以上配置され得る。第２シール部材７は、例えばＯリング、角パッキン、またはガスケットのようなゴム材料を根元部３２１に巻き付けたものでもよいし、根元部３２１にシリコーン系の室温硬化のシール材を塗布して硬化したものでもよい。
　図９を参照して、本実施の形態に係る金属ベース板３および第２シール部材７をより詳細に説明する。図９は、実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す図７のＩＸ部分の拡大図である。なお、説明の便宜のために図９の上下左右のバランスは図７と整合していない。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様に樹脂のバリが発生する可能性がある。第２シール部材７がＯリングである場合、その断面は円となるため、第２シール部材７は、第２線径Ｄ７を有している。ただし、Ｏリングである第２シール部材７が圧縮されている場合、断面は楕円となる。この場合、第２線径Ｄ７は、その楕円の短径である。
　第１幅Ｗ１は、第２線径Ｄ７の１／２倍以上である。この場合、第２シール部材７は、露出面３１２ｅに確実に接する。また、露出面３１２ｅと第２シール部材７との接触性が高くなり、冷媒５の漏れることをより確実に抑制できる。
　第１幅Ｗ１が、第２線径Ｄ７の１／２倍より小さい場合、第２シール部材７は、封止樹脂２または封止樹脂２および露出面３１２ｅの境界線と接する。このため、実施の形態１と同様に、第１幅Ｗ１は、第２線径Ｄ７の１／２倍に加え、さらに樹脂のバリの長さを考慮して設けられることが望ましい。
　根元部３２１は、根元部３２１の外周端と内周端との間に第２幅Ｗ２を有している。第２幅Ｗ２が第１シール部材６の第１線径Ｄ６より大きい場合、第１シール部材６を冷却構造体４の内壁４２ｉに接するように取り付けることは難しい。したがって、根元部３２１の第２幅Ｗ２は、第１線径Ｄ６以下である。
　本実施の形態における金属ベース板３は、第１ベース部３１の第１部分３１１と第２部分３１２との間と、第２部分３１２と根元部３２１との間と、根元部３２１と先端部３２２との間とにそれぞれ段差を有している。また、金属ベース板３は、先端部３２２に対して根元部３２１の反対側にさらに段差を有してもよい。この場合、その段差に別の第２シール部材７をさらに設けてもよい。
　次に、図１０を参照して、本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法について説明する。図１０は、実施の形態２に係る半導体装置５０の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法は、実施の形態１に係る半導体装置５０の製造方法に加えて第２シール部材準備工程Ｓ１６をさらに含んでいる。
　第２シール部材準備工程Ｓ１６では、第２シール部材７が準備される。
　固定工程Ｓ１５では、第２シール部材７が、根元部３２１の全周にわたって根元部３２１を取り囲んでいる。第２シール部材７は、第２部分３１２と冷却構造体４とに接触するよう配置される。第２シール部材７を介して、第２部分３１２と冷却構造体４とが、根元部３２１の全周にわたって接する。具体的には、第２部分３１２の露出面３１２ｅと冷却構造体４の上面４ｔとが根元部３２１の全周にわたって接する。また、周壁部４２と先端部３２２とが先端部３２２の全周にわたって接する。
　次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
　本実施の形態では、半導体装置５０は第１シール部材６および第２シール部材７を備えている。このため、半導体装置５０は、冷媒５が漏れることを抑制できるシール部材を少なくとも２つ備えている。したがって、第１シール部材６および第２シール部材７のいずれかが劣化した場合でも、冷媒５が漏れることが抑制される。この構造により、半導体装置５０の長期信頼性が向上する。
　本実施の形態に係る半導体装置５０の製造方法では、固定工程Ｓ１５において、第１シール部材６を先端部３２２に沿って設置することができる。これにより、第１シール部材６の位置決めが簡便となり、半導体装置５０の生産性を向上させることができる。
　実施の形態３．
　図１１～図１６を参照して、本発明の実施の形態３に係る半導体装置５０を説明する。本実施の形態に係る半導体装置５０は、金属ベース板３の側面３２ｓおよび冷却構造体４の内壁４２ｉの少なくともいずれかが第１溝Ｇ１を有する点において、実施の形態１に係る半導体装置５０とは異なっている。
　図１１は、本実施の形態に係る第１溝Ｇ１が冷却構造体４の内壁４２ｉに設けられていることを概略的に示す図１のＩＩＩ部分に対応する部分の断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿う断面図である。図１１および図１２に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置５０の第１の構成では、冷却構造体４の内壁４２ｉは、第１溝Ｇ１を含んでいる。
　図１３は、本実施の形態に係る第１溝Ｇ１が金属ベース板３の側面３２ｓに設けられていることを概略的に示す図１のＩＩＩ部分に対応する部分の断面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。図１３および図１４に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置５０の第２の構成では、金属ベース板３の側面３２ｓは、第１溝Ｇ１を含んでいる。
　図１５は、本実施の形態に係る第１溝Ｇ１が金属ベース板３の側面３２ｓおよび冷却構造体４の内壁４２ｉに設けられていることを概略的に示す図１のＩＩＩ部分に対応する部分の断面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。図１５および図１６に示されるように、本実施の形態に係る半導体装置５０の第３の構成では、金属ベース板３の側面３２ｓおよび冷却構造体４の内壁４２ｉは、第１溝Ｇ１を含んでいる。
　本実施の形態においては、金属ベース板３の側面３２ｓおよび冷却構造体４の内壁の４２ｉの少なくともいずれかは、第１溝Ｇ１を含んでいる。第１溝Ｇ１は冷却構造体４の周壁部４２に沿って設けられている。
　本実施の形態の第１シール部材６は、第１溝Ｇ１に入り込むように配置されている。
　次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
　本実施の形態に係る半導体装置５０では、冷却構造体４に金属ベース板３が押し込まれる前に、第１溝Ｇ１に第１シール部材６がはめ込まれる。これにより、あらかじめ第１シール部材６の位置を決めることができる。したがって、金属ベース板３および第１溝Ｇ１にはめ込まれていない第１シール部材６を同時に押し込む実施の形態１に係る製造方法と比較して、半導体装置５０の生産性が向上する。
　金属ベース板３を、金型を用いて冷間鍛造および溶湯などによって製造する場合、第１溝Ｇ１を側面３２ｓに設けるためには、金属ベース板３を金型から外した後さらに、金属ベース板３に機械加工を実施することが必要となる。このため、第１溝Ｇ１を側面３２ｓに設けることは、半導体装置５０の製造コストの増加を招く可能性がある。他方、冷却構造体４では、開口部４０と、内部空間４１と、内壁４２ｉとが形成される工程と同時に第１溝Ｇ１を設けることが可能である。よって、第１溝Ｇ１を内壁４２ｉに設けることにより、第１溝Ｇ１が側面３２ｓに設けられる場合と比較して製造コストを抑制できる。冷却構造体４の内壁４２ｉのみが第１溝Ｇ１を有している場合でも、第１溝Ｇ１により第１シール部材６が取り付けられる位置を決めることができる。したがって、第１溝Ｇ１は内壁４２ｉのみに設けられていることが好ましい。
　第１シール部材６は、金属ベース板３の側面３２ｓと冷却構造体４の内壁４２ｉとの間で、第１溝Ｇ１に入り込むよう配置されている。これにより、第１シール部材６と金属ベース板３と冷却構造体４との相対位置が固定される。したがって、繰り返しの温度変化と振動によってねじ留めが緩んだ場合でも、金属ベース板３が冷却構造体４から抜けることが抑制される。
　本実施の形態では、根元部３２１の第２幅Ｗ２は、第１線径Ｄ６以下であるため、第１シール部材６を冷却構造体４の内壁４２ｉに接するように取り付けることが容易である。
　実施の形態４．
　実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
　図１７～図１９を参照して、本発明の実施の形態４に係る半導体装置５０を説明する。図１７は、本実施の形態に係る半導体装置５０の構成を概略的に示し、図７のＩＸ部分に対応する部分の断面図である。図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図１９は、図１７のＸＩＸ－ＸＩＸ線に沿う断面図である。本実施の形態に係る半導体装置５０は、第２部分３１２が第２溝Ｇ２を有する点において、実施の形態２に係る半導体装置５０とは異なっている。
　第２溝Ｇ２は、第２部分３１２の露出面３１２ｅの外周端と内周端との間に根元部３２１を取り囲むように設けられている。本実施の形態の金属ベース板３の第２部分３１２は、溝加工により形成された第２溝Ｇ２をさらに含む。第２部分３１２の露出面３１２ｅは、平坦にすることができる。
　本実施の形態の第２シール部材７は、露出面３１２ｅと冷却構造体の上面４ｔとの間の隙間に設けられている。第２シール部材７は、第２溝Ｇ２に入り込むように設けられている。
　図２０を参照して、本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０を説明する。図２０は、本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の構成を概略的に示し、図７のＩＸ部分に対応する部分の断面図である。本実施の形態の変形例に係る封止樹脂２は、露出面３１２ｅと冷却構造体４とが向かい合う領域に入り込むように構成されている。封止樹脂２は、第２シール部材７と、第２シール部材７に対して第２ベース部３２と反対側で接する。
　次に、本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の製造方法を説明する。本実施の形態における半導体装置５０の製造方法は、金属ベース板ユニット準備工程Ｓ１１と、第１シール部材６準備工程Ｓ１２と、第２シール部材準備工程Ｓ１６と、配置工程Ｓ１３と、成型工程Ｓ１４と、固定工程Ｓ１５とを含んでいる。上記の実施の形態２と同一の工程は、説明を繰り返さない。
　本実施の形態の変形例に係る配置工程Ｓ１３を、図２１を参照して詳細に説明する。図２１は、本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の製造方法の配置工程Ｓ１３における金型２０と金属ベース板３と第２シール部材７との構成を概略的に示す断面図である。配置工程Ｓ１３では、第２シール部材７が、第２溝Ｇ２に入り込むように配置される。金属ベース板３の第２部分３１２が、第１部分３１１の全周にわたり第２シール部材７を介して、金型の第１底部２１ｂと接するように配置される。この配置により、第２シール部材７は、金型２０の第１収容部２１と第２収容部２２とを空間的に隔てることができる。これにより、成型工程Ｓ１４において、封止樹脂２が第２収容部２２に漏れることが抑制される。
　本実施の形態の変形例に係る成型工程Ｓ１４を、図２２を参照して詳細に説明する。図２２は、本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の製造方法の成型工程Ｓ１４における金型２０と封止樹脂２と金属ベース板３と第２シール部材７の構成を概略的に示す断面図である。封止樹脂２は、第２シール部材７の側面を封止するように流し込まれ、成型される。封止樹脂２がこのように成型された場合、図２２に示されるように、封止樹脂２は第２シール部材７と、第２シール部材７に対して第２ベース部３２と反対側で接する。封止樹脂２は、露出面３１２ｅと冷却構造体の上面４ｔとが向かい合う領域に入り込み、封止するように構成される。
　次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
　本実施の形態に係る半導体装置５０では、第２溝Ｇ２に第２シール部材７が入り込むように配置されている。これにより、第２シール部材７の位置決めを容易に行うことができる。
　本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０では、封止樹脂２が、第１部分３１１の底面３１１ｂと冷却構造体４とが向かい合う領域に加えて、露出面３１２ｅと冷却構造体４とが向かい合う領域にさらに入り込むように構成される。この構成により、封止樹脂２が金属ベース板３から剥離することをさらに抑制できるため、半導体装置５０の長期信頼性が実施の形態１よりもさらに向上する。また、長期使用によって封止樹脂２が金属ベース板３から剥離した場合でも、金属ベース板３は封止樹脂２からさらに抜けにくい。
　第２部分３１２の平坦な露出面３１２ｅおよび露出面３１２ｅに配置される第２溝Ｇ２を有する金属ベース板３は、実施の形態２と同様に金型を用いて冷間鍛造および溶湯などによって製造されることができる。このため、第２溝Ｇ２を設けることは、実施の形態２と比べても、半導体装置５０の製造コストを抑制できる。
　本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の製造方法では、配置工程Ｓ１３において、第２シール部材７は封止樹脂２により圧縮されていない。また、配置工程Ｓ１３では、金属ベース板３の放熱フィン３２ｆと金型２０の第２底部２２ｂとの間には、隙間がある。成型工程Ｓ１４における封止樹脂２の成型圧力による第２シール部材７の圧縮率を考慮することで、第２シール部材７の圧縮幅（圧縮される幅の量）を隙間より大きくすることができる。この場合、放熱フィン３２ｆは第２底部２２ｂと接触する。この状態であれば、封止樹脂２は第２収容部２２に漏れない。また、この状態では、金属ベース板３が金型２０の第１底部２１ｂおよび第２底部２２ｂに支持されている。この構造により、樹脂成型圧力が高い場合でも、金属ベース板３および絶縁層１１が変形することが抑制される。
　本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の製造方法では、成型工程Ｓ１４において、第２シール部材７は、封止樹脂２の成型圧力により圧縮され、第１底部２１ｂに押しつけられる。よって、第２シール部材７は、封止樹脂２が第２収容部２２に漏れることをより確実に抑制できる。したがって、第２ベース部３２がより確実に封止樹脂２から露出する。
　金属ベース板３の放熱性を向上させるため、絶縁層１１には熱伝導性フィラーが充填されている。また、熱伝導性フィラーは、絶縁層１１の熱伝導率および放熱性を向上させるために高い充填率で充填されている。絶縁層１１の絶縁性および放熱性を高めるためには、トランスファーモールド法において、高い樹脂成型圧力が求められる。本実施の形態の変形例に係る半導体装置５０の製造方法は、封止樹脂２が漏れることを抑制し、かつ、封止樹脂２の成型圧力を高くすることができる。このため、絶縁性および放熱性の高い半導体装置５０を製造できる。
　実施の形態５．
　本実施の形態は、上述した実施の形態１から実施の形態４のいずれか１つにかかる半導体装置５０を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態５として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
　図２３は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
　図２３に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
　電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図２３に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
　負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
　以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子や各還流ダイオードは、上述した実施の形態１から実施の形態４のいずれかに相当する半導体モジュール２０２によって構成する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
　また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
　制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
　本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１から実施の形態４のいずれか１つにかかる半導体モジュールを適用するため、電力変換装置の信頼性向上を実現することができる。
　本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
　また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
　また、上記の各実施の形態を適宜組み合わせることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　パワーモジュール、２　封止樹脂、３　金属ベース板、４　冷却構造体、５　冷媒、６　第１シール部材、７　第２シール部材、１０　半導体素子、１１　絶縁層、１２　リードフレーム、１３　はんだ、１４　ボンディングワイヤ、３１　第１ベース部、３２　第２ベース部、３２ｓ　第２ベース部の側面、４０　開口部、４１　内部空間、４２　周壁部、４２ｉ　内壁、１００　電源、２００　電力変換装置、２０１　主変換回路、２０２　半導体モジュール、２０３　制御回路、３００　負荷、３１１　第１部分、３１２　第２部分、３１２ｅ　露出面、３２１　根元部、３２２　先端部、３２２ｓ　先端部の側面、Ｇ１　第１溝、Ｇ２　第２溝。

Claims (11)

  1. 　半導体素子と、
    　前記半導体素子を封止する封止樹脂と、
    　前記封止樹脂で封止された第１部分と、前記第１部分に対して前記半導体素子と反対側に配置され前記第１部分よりも内側に凹みかつ前記封止樹脂から露出した露出面を有するように前記封止樹脂で封止された第２部分とを有する第１ベース部と、前記第１ベース部の前記第２部分に対して前記第１部分と反対側に配置されかつ前記第２部分よりも内側に凹む第２ベース部とを含む金属ベース板と、
    　前記第２ベース部が挿入される開口部が設けられ、かつ前記開口部に連通する内部空間を取り囲む周壁部とを含む冷却構造体と、
    　前記金属ベース板の前記第２ベース部と前記冷却構造体の前記周壁部との間の隙間を封止する第１シール部材とを備え、
    　前記封止樹脂は、前記第１部分と前記冷却構造体とが向かい合う領域に入り込み、
    　前記金属ベース板の前記第２ベース部は、前記第２部分の前記露出面から前記第１部分と反対側に突き出し、前記冷却構造体の前記内部空間に挿入されており、かつ前記周壁部に向かい合う側面を含み、
    　前記冷却構造体の前記周壁部は、前記金属ベース板の前記第２ベース部の前記側面に向かい合う内壁を含み、
    　前記第１シール部材は、前記周壁部の全周にわたって前記側面と前記内壁との間の隙間を封止している、半導体装置。
  2. 　前記側面および前記内壁の少なくともいずれかは、第１溝を含み、
    　前記第１溝は前記周壁部に沿って設けられており、
    　前記第１シール部材が前記第１溝に入り込むように配置されている、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記第１溝は、前記内壁のみに設けられている、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記露出面の外周端と内周端との第１幅が、
    　前記第１シール部材の線径の１／２倍以上である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 　前記露出面と前記冷却構造体とが向かい合う領域に配置された第２シール部材をさらに備え、
    　前記第２ベース部は、前記第２部分に対して前記第１部分と反対側に配置されかつ前記第２部分より内側に凹む根元部と、前記根元部に対して前記第２部分と反対側に配置された先端部とを含み、
    　前記第２シール部材は、前記露出面と前記冷却構造体との間の隙間を封止し、
    　前記第１シール部材は、前記周壁部の全周にわたって前記先端部の前記側面と前記内壁との間の隙間を封止している、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 　前記根元部の外周端と内周端との第２幅が、
    　前記第１シール部材の線径以下である、請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　前記第２部分は、第２溝を含み、
    　前記第２溝は前記第２部分の外周端と内周端との間に前記根元部を取り囲むように設けられ、
    　前記第２シール部材が前記第２溝に入り込むように配置されている、請求項６に記載の半導体装置。
  8. 　前記封止樹脂は、前記露出面と前記冷却構造体とが向かい合う領域に入り込むように構成されており、前記第２シール部材と、前記第２シール部材に対して前記第２ベース部と反対で接する、請求項７に記載の半導体装置。
  9. 　請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の前記半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    　前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
    　を備えた電力変換装置。
  10. 　半導体素子と、前記半導体素子と接続された第１部分と、前記第１部分に対して前記半導体素子と反対側に配置され前記第１部分より内側に凹む第２部分とを有する第１ベース部と、前記第２部分に対して前記第１部分と反対側に配置されかつ前記第２部分よりも内側に凹む第２ベース部とを備える金属ベース板と、を含む金属ベース板ユニットを準備する金属ベース板ユニット準備工程と、
    　第１シール部材を準備する、第１シール部材準備工程と、
    　前記第２部分が第１収容部と前記第１収容部の底部から凹む第２収容部とを有する金型の前記底部に前記第２部分の全周にわたって接するように、前記金属ベース板ユニットを前記金型に配置する配置工程と、
    　封止樹脂が、前記半導体素子と、前記第１部分と、前記第１部分と前記底部とが向かい合う領域とを封止することで、前記封止樹脂を成型する成型工程と、
    　前記第２ベース部の全周に接触するよう前記第１シール部材を配置し、前記第２ベース部が挿入される開口部が設けられ、かつ前記開口部に連通する内部空間を取り囲む周壁部を含む冷却構造体に、前記周壁部と前記第２ベース部とが前記第１シール部材を介して全周にわたって接するよう前記金属ベース板ユニットを固定する固定工程と、を備えた半導体装置の製造方法。
  11. 　第２シール部材を準備する、第２シール部材準備工程、をさらに備え、
    　前記第２ベース部が、前記第２部分に対して前記第１部分と反対側に配置されかつ前記第２部分より内側に凹む根元部と、前記根元部に対して前記第２部分と反対側に配置された先端部とを含み、
    　前記固定工程では、前記根元部の全周にわたって前記根元部を取り囲み、かつ前記第２部分と前記冷却構造体とに接触するよう前記第２シール部材が配置され、かつ前記周壁部と前記先端部とが前記先端部の全周にわたって接する、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
PCT/JP2019/022618 2019-06-06 2019-06-06 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 WO2020245998A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019571553A JP6698965B1 (ja) 2019-06-06 2019-06-06 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
PCT/JP2019/022618 WO2020245998A1 (ja) 2019-06-06 2019-06-06 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/022618 WO2020245998A1 (ja) 2019-06-06 2019-06-06 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020245998A1 true WO2020245998A1 (ja) 2020-12-10

Family

ID=70776018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/022618 WO2020245998A1 (ja) 2019-06-06 2019-06-06 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6698965B1 (ja)
WO (1) WO2020245998A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7080365B1 (ja) 2021-03-02 2022-06-03 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007201225A (ja) * 2006-01-27 2007-08-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2007250918A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Mitsubishi Electric Corp 直接冷却型電力半導体装置
JP2010199494A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2011198998A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Nissan Motor Co Ltd 発熱素子の冷却装置
JP2014512678A (ja) * 2011-03-29 2014-05-22 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 電子モジュールおよびその製造方法
JP2014183058A (ja) * 2013-03-18 2014-09-29 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体モジュール
JP2015073012A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 富士電機株式会社 半導体装置
WO2018061517A1 (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 三菱電機株式会社 パワーモジュール、その製造方法および電力変換装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007201225A (ja) * 2006-01-27 2007-08-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2007250918A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Mitsubishi Electric Corp 直接冷却型電力半導体装置
JP2010199494A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2011198998A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Nissan Motor Co Ltd 発熱素子の冷却装置
JP2014512678A (ja) * 2011-03-29 2014-05-22 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 電子モジュールおよびその製造方法
JP2014183058A (ja) * 2013-03-18 2014-09-29 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体モジュール
JP2015073012A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 富士電機株式会社 半導体装置
WO2018061517A1 (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 三菱電機株式会社 パワーモジュール、その製造方法および電力変換装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7080365B1 (ja) 2021-03-02 2022-06-03 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール
JP2022133523A (ja) * 2021-03-02 2022-09-14 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
JP6698965B1 (ja) 2020-05-27
JPWO2020245998A1 (ja) 2021-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4569473B2 (ja) 樹脂封止型パワー半導体モジュール
US9437508B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP6752381B1 (ja) 半導体モジュールおよび電力変換装置
JP2002314038A (ja) パワー半導体モジュール
JP2019207897A (ja) パワーモジュール、その製造方法および電力変換装置
JP6644196B1 (ja) 半導体装置およびその製造方法ならびに電力変換装置
JP7091878B2 (ja) パワーモジュール、電力変換装置、及びパワーモジュールの製造方法
JPWO2020136810A1 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置
WO2020245998A1 (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
JP7094447B2 (ja) パワーモジュール及び電力変換装置
JP6575739B1 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置
WO2020105556A1 (ja) 半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法
JP7134345B2 (ja) 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法および電力変換装置
JP7053897B2 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置
CN114258585A (zh) 电力用半导体装置、电力用半导体装置的制造方法以及电力转换装置
WO2022239154A1 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
US11887903B2 (en) Power semiconductor device, method for manufacturing power semiconductor device, and power conversion apparatus
JP7418474B2 (ja) 半導体装置および電力変換装置
WO2022137704A1 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
WO2023195325A1 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
JP7479771B2 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置
WO2024090278A1 (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
JP2022038019A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置
US20220199476A1 (en) Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and power conversion device
JP2022029886A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019571553

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19931908

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19931908

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1