JP2010062490A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子を2枚の金属板で挟むとともに各金属板の外側の面に冷却器を接合し、当該冷却器で半導体素子および金属板を挟んでなる半導体装置において、金属板と冷却器の両接合面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積を増加させ、当該両面の位置ずれを抑制できるようにする。
【解決手段】互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとには、それぞれ凹凸10、11が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとの間には、電気的に絶縁性を有する絶縁膜12が介在しており、この絶縁膜12を介して当該両面の凹凸が噛み合っている。
【選択図】図1
【解決手段】互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとには、それぞれ凹凸10、11が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとの間には、電気的に絶縁性を有する絶縁膜12が介在しており、この絶縁膜12を介して当該両面の凹凸が噛み合っている。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体素子を2枚の金属板で挟むとともに各金属板の外側の面に冷却器を接合することで、当該冷却器で半導体素子および金属板を挟んだ構成を有し、半導体素子の表裏両面にて金属板、冷却器を介した放熱が可能な半導体装置に関する。
従来より、この種の半導体装置としては、半導体素子と、半導体素子の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された金属板と、各金属板における半導体素子とは反対側の面である放熱面に熱的に接合された冷却器とを備えるものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
このような構成においては、半導体素子の表裏の各面にて金属板と半導体素子とが電気的・熱的に接続され、金属板は半導体素子の電極および放熱板として機能する。また、冷却器は、当該冷却器と金属板との間に電気絶縁性の絶縁基板を介在させ、グリスなどにより固定されており、半導体素子の表裏の各面から金属板を介して伝わる熱を冷却器にて放熱するようにしている。
特許第3525832号公報
しかしながら、従来のものでは、金属板と冷却器の間に挟みこむ絶縁基板の熱抵抗が高く、熱伝導性の向上の妨げとなっていた。従来では、金属板および冷却器の各接合面、絶縁基板は、すべて平坦面であり、金属板および冷却器の両接合面の接触面積を増加して、熱障壁となる絶縁基板の熱密度を低くするには、当該両接合面の面積の増加、すなわち半導体装置の平面サイズの増加は避けられなかった。
また、従来では、金属板と冷却器のそれぞれ平坦な接合面の間に絶縁基板をはさみグリスにより固定しているが、この場合、振動などによる金属板と冷却器の位置ずれが問題となっていた。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子を2枚の金属板で挟むとともに各金属板の外側の面に冷却器を接合し、当該冷却器で半導体素子および金属板を挟んでなる半導体装置において、金属板と冷却器の両接合面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積を増加させ、当該両面の位置ずれを抑制できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明においては、互いに対向する金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)と冷却器(9)の接合面(9a)とには、それぞれ凹凸(10、11)が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、互いに対向する金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)と冷却器(9)の接合面(9a)との間には、電気的に絶縁性を有する絶縁膜(12)が介在しており、この絶縁膜(12)を介して当該両面の凹凸が噛み合っていることを特徴としている。
それによれば、金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)と冷却器(9)の接合面(9a)とを接合したときに、当該両面の凹凸(10、11)同士が噛み合った状態となり、しかも当該両面の間には電気絶縁性の絶縁膜(12)が介在する。そのため、金属板(2、3)と冷却器(9)との電気的絶縁を確保できるとともに、当該両面が平坦面である場合に比べて、当該両面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積を増加させ、当該両面の位置ずれを抑制することができる。
ここにおいて、請求項2に記載の発明のように、冷却器(9)が、内部に冷却液が流れる冷却流路(9b)を有するものである場合に、冷却流路(9b)は、冷却器(9)の接合面(9a)に形成された凹凸(11)のうち凸部の内部に設けられているものとしてもよい。
それによれば、金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)に接する凸部の内部に冷却流路(9b)を設けることで、冷却性能の向上が期待できる。
また、請求項3に記載の発明においては、互いに対向する金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)と冷却器(9’)の接合面(9a)とには、それぞれ凹凸(10、11)が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、冷却器(9’)は、電気的に絶縁性を有する絶縁材料により構成されていることを特徴としている。
それによれば、金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)と冷却器(9’)の接合面(9a)とを接合したときに、当該両面の凹凸(10、11)同士が噛み合った状態となり、しかも冷却器(9’)が電気絶縁材料よりなるため、絶縁層を介在させなくても金属板(2、3)と冷却器(9’)との電気的絶縁を確保できるとともに、当該両面が平坦面である場合に比べて、当該両面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積を増加させ、当該両面の位置ずれを抑制することができる。
また、請求項4に記載の発明のように、上記請求項1または3に記載の発明においては、金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)に形成された凹凸(10)は、平面サイズが半導体素子(1)よりも大きな突出する半球状の1個の凸部であり、放熱面(2b、3b)に対向する冷却器(9)の接合面(9a)に形成された凹凸(11)は、金属板(2、3)側の凹凸(10)とサイズおよび形状が同一の半球状をなす窪んだ1個の凹部であり、これら半球状の凸部と凹部とが噛み合ったものとなっているものとしてもよい。
それによれば、金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)側の凸部と冷却器(9)の接合面(9a)側の凹部とが、それぞれ噛み合う1個のものとなっているため、金属板(2、3)の放熱面(2b、3b)と冷却器(9)の接合面(9a)との位置合わせが容易になる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の概略断面構成を示す図である。この半導体装置100は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の概略断面構成を示す図である。この半導体装置100は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
本実施形態の半導体装置100は、大きくは、半導体素子1を2枚の金属板2、3で挟み、半導体素子1を含む両金属板2、3の間をモールド樹脂6で封止し、各金属板2、3における半導体素子1とは反対側の面である放熱面2b、3bをモールド樹脂6より露出させてなり、さらに各金属板2、3の放熱面2b、3bに、それぞれ冷却器9を接合してなる。
半導体素子1は、表裏の両面から電流の取り出しが可能な素子であり、たとえばIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、FWD(フライホイールダイオード)やパワートランジスタなどの縦型パワー素子などである。ここでは、半導体素子1は板状であり、その表面、裏面は図1中の上面、下面である。
そして、半導体素子1の表裏両面は、当該半導体素子1の電極および放熱部材として機能する一対の金属板2、3にて挟まれている。これら金属板2、3は、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性に優れた金属によって構成されており、ここでは、この種の一般的なものと同様に、実質的に矩形板状をなす。
ここで、一対の金属板2、3のうち第1の金属板2は、半導体素子1の表面(図1中の上面)側に設けられ、第2の金属板3は、半導体素子1の裏面(図1中の下面)側に設けられている。
それにより、両金属板2、3は、互いの内面2a、3aにて対向するとともに、半導体素子1を挟むように配置されている。また、各金属板2、3において内面2a、3aは半導体素子1側の面であるが、この内面2a、3aとは反対側の面である外面2b、3bが上記放熱面2b、3bとして構成されている。
そして、両金属板2、3の内面2a、3aの間において、半導体素子1の表面と第1の金属板2の内面2aとの間は、はんだ4によって電気的・熱的に接続されている。また、半導体素子1の裏面と第2の金属板3との間には、ブロック体5が介在している。
このブロック体5は、電気導電性、熱伝導性に優れた矩形ブロック状のもので、通常銅からなるが、モリブデンなどを用いてもよい。そして、半導体素子1とブロック体5との間、および、ブロック体5と第1の金属板2の内面2aとの間は、それぞれ、はんだ4によって電気的・熱的に接続されている。
ここで、上記の各部を接続するはんだ4は、一般的な半導体装置の分野にて採用されるはんだ材料とすることができ、たとえば、すず−銅合金系はんだなどの鉛フリーはんだを採用することができる。
そして、図1に示されるように、本実施形態の半導体装置100においては、一対の金属板2、3およびこれに挟み込まれた半導体素子1、ブロック体5が、モールド樹脂6にて封止されている。このモールド樹脂6はエポキシ樹脂などの通常のモールド材料よりなり、成形金型を用いた樹脂成形などの一般的な手法によって作製されたものである。
また、図1に示されるように、一対の金属板2、3のそれぞれにおいて放熱面2b、3bが、モールド樹脂6から露出している。これにより、本半導体装置100は、半導体素子1の表裏両面のそれぞれにて、第1の金属板2、第2の金属板3を介した放熱が行われる両面放熱型の構成となっている。
また、一対の金属板2、3は、はんだ4やブロック体5を介して、半導体素子1の表裏各面の図示しない電極に電気的に接続されている。そして、図示しないけれども、たとえば一対の平面矩形の金属板2、3のそれぞれの一部が、当該矩形の辺部からモールド樹脂6の外部まで突出した端子として構成されており、この端子が外部と電気的に接続されるようになっている。
また、図1に示されるように、半導体装置100においては、第2の金属板3の周囲に、リード部7が設けられている。このリード部7は1本でもよいが、通常複数本設けられている。このリード部7は、たとえば、半導体素子1の制御用端子などとして機能するものであり、一部がモールド樹脂6に封止され、残部が外部と接続されるためにモールド樹脂6から露出している。
そして、モールド樹脂6の内部では、半導体素子1の表面とリード部7とが、ボンディングワイヤ8を介して電気的・機械的に接続されている。このボンディングワイヤ8は、Au(金)やAl(アルミ)などよりなる一般的なワイヤボンディングにより形成されたものである。
このような構成において、第1の金属板2と半導体素子1との間に介在するブロック体5は、この半導体素子1とリード部7とのワイヤボンディングを行うにあたって、上記ワイヤ8の高さを維持するために、半導体素子1のワイヤボンディング面と第1の金属板2との間の高さを確保している。
そして、本半導体装置100では、冷却器9は、各金属板2、3における半導体素子1とは反対側の面である放熱面2b、3b側に設けられ、放熱板2b、3bと熱的に接合されている。つまり、両金属板2、3で半導体素子1を挟んだものが、さらに冷却器9で挟まれた構成とされている。
この冷却器9は、たとえばアルミや銅などの熱伝導性に優れた金属よりなる板状のものであり、内部には、ポンプなどによって水やオイルなどの冷却液が流れる冷却流路9bを備えている。
冷却器9は、その接合面9aを各金属板2、3の放熱面2b、3bに接触させた状態で接合されているが、冷却器9の固定は、この種の半導体装置と同様に、たとえば、ねじやクリップなどの締結手段などにより行われる。
そして、半導体装置100の動作時には、半導体素子1の表裏の各面にて金属板2、3と半導体素子1とが電気的・熱的に接続されているため、金属板2、3は半導体素子1の電極および放熱板として機能する。
また、冷却器9は、図示しないポンプなどにより冷却器9の冷却流路9bに冷却液を流すことにより、半導体素子1の表裏の各面から金属板2、3を介して伝わる熱を放熱するようになっている。
ここで、本実施形態では、さらに、互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとには、それぞれ凹凸10、11が形成されている。そして、これら金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとの両面が接合された状態では、当該両面の凹凸10、11が噛み合っている。
ここでは、金属板2、3の放熱面2b、3bおよび冷却器9の接合面9aに、図1中の紙面垂直方向に延びるストライプ状の突起と溝よりなる凹凸をそれぞれ形成することにより、当該両面に凹凸10、11を形成している。
そして、金属板2、3の放熱面2b、3b側の凹凸10の凸部が、冷却器9の接合面9a側の凹凸11の凹部に入り込み、金属板2、3の放熱面2b、3b側の凹凸10の凹部が、冷却器9の接合面9a側の凹凸11の凸部に入り込むことで、当該両凹凸10、11が噛み合っている。なお、これら凹凸10、11は、上述のような平面ストライプ状に限定されるものではなく、たとえば平面格子状あるいは多数の凸部が点在する島状などであってもよい。
さらに、本実施形態では、冷却器9の冷却流路9bは、冷却器9の接合面9aに形成された凹凸11のうち凸部の内部に設けられている。これら凹凸10、11は、切削加工やプレス加工などにより形成することができる。
ここで、限定するものではないが、各金属板2、3の厚さは数mm程度、冷却器9の厚さは1cm程度であるが、凹凸10、11の深さ、つまり凹部の底から凸部の頂部までの高さは、たとえば1mm以上であって金属板2、3の厚さの半分以下程度とすることができる。
また、互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとの間には、電気的に絶縁性を有する絶縁膜12が介在しており、この絶縁膜12を介して当該両面の凹凸10、11が噛み合っている。つまり、当該凹凸10、11の表面同士は直接接触しているのではなく、絶縁膜12を介して接触している。それにより、絶縁膜12は当該両面の凹凸形状を承継した状態で介在したものとなっている。
この絶縁膜12は、各種の酸化膜や窒化膜などのセラミックスの膜である。このような絶縁膜12は、たとえば金属板2、3の放熱面2b、3b、あるいは冷却器9の接合面9aに対して、溶射、スパッタ、蒸着などにより形成される。また、その厚みはたとえば20um程度であり、当該厚さを確保するために、絶縁膜12内にスペーサを入れたりしてもよい。
次に、上記半導体装置100の製造方法について述べる。まず、上記図1においてモールド樹脂6が無い状態のワークを作製する。このワークは、第1の金属板2、半導体素子1、ブロック体5、第2の金属板3を、はんだ4を介して積層し接合するとともに、リード部7と半導体素子1との間でワイヤボンディングを行うことにより、作製される。
次に、このワークをモールド樹脂6により封止する。この樹脂封止は、金型を用いた一般的なトランスファーモールド法により行われる。当該ワークを当該金型にセットした状態で、金型内にモールド樹脂6を注入し充填することで、モールド樹脂6による封止が完了する。
次に、締結などによって、モールド樹脂6より露出する金属板2、3の放熱面2b、3bに、冷却器9を取り付け固定する。なお、この金属板2、3と冷却器9との接合部においては、上記凹凸10、11および絶縁膜12を予め形成しておく。こうして、本実施形態の半導体装置100ができあがる。
ところで、本実施形態によれば、金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとを接合したときに、当該接合された両面の間には絶縁膜12が介在するため、金属板2、3と冷却器9とは電気的に絶縁されるが、これら両部材2、3、9の熱的接続は確保される。
そして、金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9の接合面9aとの両面の凹凸10、11同士が噛み合った状態となるため、当該両面が平坦面である場合に比べて、当該両面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積が増加する。
それによって、両部材2、3、9間の絶縁膜12の面積が増加し、絶縁膜12の熱密度が低減され、放熱性能の向上が図れる。また、両面の凹凸10、11同士が噛み合った状態となることで、当該両面の位置ずれが抑制される。
また、上述したが、本実施形態では、冷却器9の冷却流路9bを、冷却器9の接合面9aに形成された凹凸11のうち凸部の内部に設けている。つまり、当該凹凸11においては、その凹部の底部から凸部の頂部までが実質的に凸部に相当するものであるが、この凹部の内部に冷却液が流れる空間を形成し、これを冷却流路9bとしている。
それによれば、金属板2、3側の凹凸10に接する冷却器9側の凸部自体の温度が、その内部に設けられた冷却流路9bによって低く保持されるため、冷却性能が大幅に向上するという利点がある。
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置101の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第1実施形態に対して冷却器の材質を変更したものであり、ここでは、第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。
図2は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置101の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第1実施形態に対して冷却器の材質を変更したものであり、ここでは、第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。
上記第1実施形態では、冷却器9は金属よりなるものであり電気伝導性を有するものであったため、金属板2、3と冷却器9との間に絶縁膜12を介在させていたが、本実施形態では、冷却器9’を、電気的に絶縁性を有する絶縁材料により構成している。
具体的には、本実施形態の冷却器9’は、熱伝導性、耐熱性に優れた高熱伝導性樹脂、たとえばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などにより成形されたものを用いる。また、これら樹脂に対して熱伝導性を上げるためにカーボンナノチューブやカーボン粉末などを混入させたものであってもよい。さらに、本実施形態の冷却器9’としては、セラミックを成形したものであってもよい。
また、本実施形態においても、互いに対向する金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9’の接合面9aとには、それぞれ凹凸10、11が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っている。しかし、ここでは、冷却器9’が電気絶縁性であるため、当該両面間には上記絶縁膜は存在せず、当該両面の凹凸10、11同士は直接、接して熱的に接合されている。
このように、本第2実施形態によれば、絶縁膜を介在させなくても金属板2、3と冷却器9’との電気的絶縁を確保できる。また、本実施形態によっても、上記実施形態と同様、金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9’の接合面9aとの両面が平坦面である場合に比べて、当該両面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積を増加させ、当該両面の位置ずれを抑制することができる。
(第3実施形態)
図3は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置102の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第1実施形態に対して凹凸10、11の形状を変更したものであり、この変更点を中心に述べることとする。
図3は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置102の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第1実施形態に対して凹凸10、11の形状を変更したものであり、この変更点を中心に述べることとする。
図3に示されるように、本実施形態では、金属板2、3の放熱面2b、3bに形成された凹凸10は、突出する1個の半球状の凸部である。この半球状の凹凸10は、言い換えれば凸レンズ状であり、その平面サイズが半導体素子1よりも大きなものである。つまり、この凹凸10は平面形状が実質円形であるが、この円の範囲内に半導体素子1が位置するものとなっている。
一方、放熱面2b、3bに対向する冷却器9の接合面9aに形成された凹凸11は、金属板2、3側の凹凸10とサイズおよび形状が同一の半球状をなす窪んだ凹部である。それによって、これら金属板2、3側の半球状の凸部と冷却器9側の半球状の凹部とが噛み合ったものとなっている。
なお、この場合も、金属板2、3の放熱面2b、3bとこれに対向する冷却器9の接合面9aとの間には、絶縁膜12が介在しており、上記両半球状の凸部と凹部とは、絶縁膜12を介して接している。
本第3実施形態によれば、上記第1実施形態と同様に、金属板2、3の放熱面2b、3bと冷却器9’の接合面9aとの両面が平坦面である場合に比べて、当該両面の平面サイズを大きくすることなく当該両面の接触面積を増加させ、当該両面の位置ずれを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、金属板2、3の放熱面2b、3b側の凸部と冷却器9の接合面9a側の凹部とが、それぞれ噛み合う1個のものとなっている。そのため、1個の大きな凹凸同士を噛み合わせればよいので、当該両面の位置合わせが容易になる。また、金属板2、3に大きな半球状の凸部を形成しているので、金属板2、3の熱容量が増加し、効率よく熱抵抗を軽減する効果が期待される。
また、本実施形態は上記第2実施形態と組み合わせてもよい。つまり、図3に示される冷却器9を、電気的に絶縁性を有する絶縁材料により構成してもよい。その場合には、上記同様、絶縁膜を介在させなくても金属板2、3と冷却器9’との電気的絶縁を確保できる。
(他の実施形態)
なお、金属板2、3の放熱面2b、3bおよび冷却器9の接合面9aの両面に形成された凹凸10、11の平面パターンは、上記したストライプ状、格子状あるいは1個の半球状などの形状に限定されるものではなく、上記した凹凸10、11による効果から明らかなように、各種の平面パターンが可能である。
なお、金属板2、3の放熱面2b、3bおよび冷却器9の接合面9aの両面に形成された凹凸10、11の平面パターンは、上記したストライプ状、格子状あるいは1個の半球状などの形状に限定されるものではなく、上記した凹凸10、11による効果から明らかなように、各種の平面パターンが可能である。
また、一対の金属板2、3に挟まれる半導体素子1としては、両面に配置される一対の金属板2、3を電極や放熱板として用いることが可能なものであればよく、2個あってもよいし、3個以上でもよい。
また、上述したように、ブロック体5は、半導体素子1と第1の金属板2との間に介在し、これら両部材1、2の間の高さを確保する役割を有するものであるが、可能であるならば、上記各実施形態において、ブロック体5は存在しないものであってもよい。この場合、たとえば、上記図1において、半導体素子1の表面と対向する第1の金属板2の内面2aの部位を突出させ、この突出部と半導体素子1とを直接はんだ付けするようにしてもよい。
また、上記各実施形態では、冷却器9、9’は冷却流路9bを内蔵する水冷式のものであったが、冷却器としては冷却流路を持たないものでもよく、たとえば、冷却フィンなどを持つ空冷式のものであってもよい。
また、冷却器9の接合面9aに当該接合面9aと直交する方向にバネ性を持たせてもよい。そうすれば、冷却器9と金属板2、3との密着性が両金属板2、3の平行度に依存しない構成とすることが可能となる。たとえば、冷却器9の接合面9a自体を板バネで形成したり、あるいは冷却器9自体を、バネ弾性を有する樹脂などの材質で構成したりすればよい。
また、半導体装置としては、半導体素子と、半導体素子の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された金属板と、各金属板の放熱面に熱的に接合された冷却器とを備えるものであればよく、上記各実施形態に示されるようなモールド樹脂6が無い構成であってもよい。
1 半導体素子
2 第1の金属板
2b 第1の金属板の放熱面
3 第2の金属板
3b 第2の金属板の放熱面
9 冷却器
9a 冷却器の接合面
9b 冷却流路
9’ 冷却器
10 金属板の放熱面に形成された凹凸
11 冷却器の接合面に形成された凹凸
12 絶縁膜
2 第1の金属板
2b 第1の金属板の放熱面
3 第2の金属板
3b 第2の金属板の放熱面
9 冷却器
9a 冷却器の接合面
9b 冷却流路
9’ 冷却器
10 金属板の放熱面に形成された凹凸
11 冷却器の接合面に形成された凹凸
12 絶縁膜
Claims (4)
- 半導体素子(1)と、
前記半導体素子(1)の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された金属板(2、3)と、
前記各金属板(2、3)における前記半導体素子(1)とは反対側の面である放熱面(2b、3b)に熱的に接合された冷却器(9)とを備える半導体装置において、
互いに対向する前記金属板(2、3)の前記放熱面(2b、3b)と前記冷却器(9)の接合面(9a)とには、それぞれ凹凸(10、11)が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、
互いに対向する前記金属板(2、3)の前記放熱面(2b、3b)と前記冷却器(9)の接合面(9a)との間には、電気的に絶縁性を有する絶縁膜(12)が介在しており、この絶縁膜(12)を介して当該両面の凹凸が噛み合っていることを特徴とする半導体装置。 - 前記冷却器(9)は、内部に冷却液が流れる冷却流路(9b)を有するものであり、
前記冷却流路(9b)は、前記冷却器(9)の接合面(9a)に形成された前記凹凸(11)のうち凸部の内部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 半導体素子(1)と、
前記半導体素子(1)の表面側、裏面側にそれぞれ電気的および熱的に接合された金属板(2、3)と、
前記各金属板(2、3)における前記半導体素子(1)とは反対側の面である放熱面(2b、3b)に熱的に接合された冷却器(9’)とを備える半導体装置において、
互いに対向する前記金属板(2、3)の前記放熱面(2b、3b)と前記冷却器(9’)の接合面(9a)とには、それぞれ凹凸(10、11)が形成されるとともに、当該両面の接合状態では当該両面の凹凸が噛み合っており、
前記冷却器(9’)は、電気的に絶縁性を有する絶縁材料により構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記金属板(2、3)の前記放熱面(2b、3b)に形成された前記凹凸(10)は、平面サイズが前記半導体素子(1)よりも大きな突出する半球状の1個の凸部であり、
前記放熱面(2b、3b)に対向する前記冷却器(9)の接合面(9a)に形成された前記凹凸(11)は、前記金属板(2、3)側の前記凹凸(10)とサイズおよび形状が同一の半球状をなす窪んだ1個の凹部であり、
これら半球状の凸部と凹部とが噛み合ったものとなっていることを特徴とする請求項1または3に記載の半導体装置。
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