JP3627738B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の両面に一対の金属体を接合して構成された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、高耐圧・大電流用の半導体素子は、使用時の発熱が大きいため、チップからの放熱性を高める構成が必要である。このため、CuやAl等の放熱性の良い金属体を、上記半導体素子の両面に半田付けして接合し、半導体素子の両面から一対の金属体を通して放熱させることにより、放熱性を向上させている。この構成の半導体装置の一例を、図17に示す。この図17に示すように、半導体装置1は、半導体素子2と、下側金属体3と、上側金属体4と、金属体ブロック5とを備えて構成されている。
【0003】
半導体素子2と下側金属体3との間、半導体素子2と金属体ブロック5との間、金属体ブロック5と上側金属体4との間は、半田付けされている。そして、半導体装置1全体が樹脂6でモールドされている。この構成の場合、下側金属体3の下面及び上側金属体4の上面が、それぞれ露出するように樹脂モールドされている。これにより、電極としての機能を有する金属体3、4を絶縁すると共に、これら金属体3、4の放熱性を高めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の半導体装置1を冷却装置に取り付ける構成の一例を、図18に示す。この図18に示すように、冷却装置の冷却体7の上面に絶縁シート8を介して半導体装置1を載置すると共に、半導体装置1の上面に絶縁シート8を介してほぼコ字状をなす取付用金属体9を載置し、この取付用金属体9の両端部を冷却体7にねじ10により固定している。上記冷却体7は、CuやAl等の放熱性の良い金属で形成されており、内部に冷却用の水路が設けられている。取付用金属体9も、CuやAl等の放熱性の良い金属で形成されている。尚、絶縁シート8としては、絶縁性が良く、且つ、熱伝導性が良く、しかも、圧縮変形可能な柔軟性を有する特殊な材料からなるシートを使用する必要がある。
【0005】
上記構成の場合、半導体装置1の上面及び下面に上側金属体4及び下側金属体3が露出しているので、これら金属体3、4の露出部分を絶縁するための構成(絶縁シート8、8)が必要になると共に、上側金属体4の露出部分から熱を冷却体7へ伝達するための構成(熱伝導性が良い取付用金属体9)が必要になる。このため、構成が複雑になり、製造コストが高くなるという問題点があった。
【0006】
その上、取付用金属体9で半導体装置1を加圧して(押え付けて)固定するときに、その加圧力の調整がかなり困難であった。実際、半導体装置1の高さ方向の寸法誤差がかなり大きく、加圧により半導体装置1が割れたり、十分加圧できなかったりした。この場合、上記加圧力を絶縁シート8で吸収するように構成できれば良いが、絶縁性、熱伝導性及び柔軟性が全て優れた部材は実際にはまだ見つかっておらず、ある程度特性が劣るものを使用しなければならなかった。
【0007】
また、半導体装置1の上側金属体4からの熱は、絶縁シート8及び取付用金属体9を通って冷却体7へ伝達される構成となるので、伝達経路が長くなり、放熱性があまり良いとはいえなかった。
【0008】
そこで、本発明の目的は、絶縁構成や熱伝達構成を簡単化できて、製造コストを低減することができ、また、放熱性を向上させることができる半導体装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明においては、パワー半導体素子の裏面側に接合され電極と放熱を兼ねる第1の金属体と、パワー半導体素子の表面側に接合され電極と放熱を兼ねる第2の金属体とを備え、全体を樹脂でモールドしたものにおいて、モールド成形体の1つの平面部に、第1の金属体及び第2の金属体を露出させるように構成すると共に、前記モールド成形体の1つの平面部から露出した前記第1の金属体及び前記第2の金属体は、絶縁シートを介して冷却体に当接されている構成とした。この構成の場合、モールド成形体の1つの平面部に露出している第1の金属体及び第2の金属体に対してだけ、絶縁構成や熱伝達構成を施せば良いことから、絶縁構成や熱伝達構成を簡単化できる。これにより、製造コストを低減できる。また、熱伝達経路の最短化が可能となるから、放熱性を向上させることができる。
【0010】
請求項2の発明では、前記第1の金属体を平板状に構成し、この第1の金属体のうちの前記半導体素子を接合していない側の面を露出させると共に、前記第2の金属体を平板状に構成し、且つ、この第2の金属体の両端部を延設させて段状に折曲させ、これら延設部を露出させるように構成した。この構成によれば、パワー半導体素子から第2の金属体へ伝わる熱を、第2の金属体の両端部の延設部を通して放熱させ得るから、放熱性をより一層向上させることができる。
【0011】
請求項3の発明によれば、前記パワー半導体素子を、前記モールド成形体の1つの平面部に対して垂直となるように配置したので、パワー半導体素子で発生する熱を、その両面から第1及び第2の金属体を介してほぼ均等に放熱させることができる。
【0012】
請求項4の発明によれば、前記パワー半導体素子を、前記モールド成形体の1つの平面部に対して傾斜するように配置したので、パワー半導体素子で発生する熱が、その両面から不均等に放熱されるような場合に、放熱量が多い側の面を前記モールド成形体の1つの平面部に近付けるように前記パワー半導体素子を傾斜させることが可能となる。これにより、良好に放熱させることができる。
【0013】
請求項5の発明によれば、複数のパワー半導体素子を備えたので、複数のパワー半導体素子で発生する熱を良好に放熱させることができる。この場合、請求項6の発明のように、前記複数のパワー半導体素子として、上相素子及び下相素子を備え、2in1モジュールとして構成することが好ましい。
【0014】
請求項7の発明によれば、前記第2の金属体を、2個以上の金属体を接合して構成したので、第2の金属体の露出面の平面度や平行度の調整を容易に行うことができる。また、請求項8の発明のように、前記第1の金属体及び前記第2の金属体に突設された端子部を、前記モールド成形体の他の平面部から突出させるように構成することが好ましい。
更に、請求項9の発明のように、半導体素子と、この半導体素子の裏面側に接合され電極と放熱を兼ねる第1の金属体と、前記半導体素子の表面側に接合され電極と放熱を兼ねる第2の金属体とを備え、全体を樹脂でモールドして成る半導体装置において、モールド成形体の1つの平面部に、前記第1の金属体及び前記第2の金属体を露出させるように構成すると共に、前記半導体素子を、前記モールド成形体の1つの平面部に対して傾斜するように配置するように構成することがより一層好ましい。
【0015】
また、請求項10の発明においては、半導体素子と、この半導体素子の裏面側に接合され電極と放熱を兼ねる第1の金属体と、前記半導体素子の表面側に接合され電極と放熱を兼ねる第2の金属体とを備え、全体を樹脂でモールドして成る半導体装置において、モールド成形体の1つの平面部に、前記第1の金属体または前記第2の金属体のどちらか一方を露出させると共に、前記露出した金属体に対して、他方の金属体を絶縁層を介して接合させた。この構成によっても、請求項1の発明とほぼ同様にして、絶縁構成や熱伝達構成を簡単化でき、そして、放熱性を向上させることができる。
【0016】
この場合、請求項11の発明のように、前記第1の金属体を平板状に構成し、この第1の金属体のうちの前記半導体素子を接合していない側の面を露出させると共に、前記第2の金属体を平板状に構成し、且つ、この第2の金属体の両端部を延設させて段状に折曲させ、これら延設部を前記絶縁層を介して前記第1の金属体に接合させるように構成することが好ましい。
【0017】
請求項12の発明によれば、前記第1の金属体のうちの前記半導体素子が接合される面と反対側の面に絶縁膜を設けたので、第1の金属体の露出面を冷却体に当接させるときに、絶縁シート等が不要になる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施例について、図1ないし図3を参照しながら説明する。まず、図1は、本実施例の半導体装置の概略構成を示す断面図である。この図1に示すように、本実施例の半導体装置11は、半導体素子12と、下側ヒートシンク(第1の金属体)13と、上側ヒートシンク(第2の金属体)14と、ヒートシンクブロック(第3の金属体)15とを備えて構成されている。
【0019】
上記半導体素子12は、例えばIGBTやMOSFETやサイリスタ等のパワー半導体素子から構成されている。この半導体チップ12の形状は、本実施例の場合、例えば矩形状の薄板状である。また、下側ヒートシンク13、上側ヒートシンク14及びヒートシンクブロック15は、例えばCuで構成されている。尚、上記Cuに代えて、Al等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成しても良い。
【0020】
また、上記構成の半導体装置11において、半導体素子12の下面と下側ヒートシンク13の上面との間は、接合部材である例えば半田16によって接合されている。そして、半導体素子12チップの上面とヒートシンクブロック15の下面との間も、半田16によって接合されている。更に、ヒートシンクブロック15の上面と上側ヒートシンク14の下面との間も、上記半田16によって接合されている。
【0021】
上記構成においては、半導体素子12の両面からヒートシンク13、14及びヒートシンクブロック15を介して放熱される構成となっている。また、下側ヒートシンク13及び上側ヒートシンク14(及びヒートシンクブロック15)は、半導体素子12の各主電極(例えばコレクタ電極やエミッタ電極等)に半田16を介して電気的に接続されている。尚、半導体素子12の制御電極(例えばゲートパッド等)は、図示しないリードフレームにワイヤーボンディングされている。
【0022】
上記構成の場合、下側ヒートシンク13は、半導体素子12の裏面側(下面側)に接合されていると共に、電極と放熱を兼ねる金属体(第1の金属体)である。そして、上側ヒートシンク14は、半導体素子12の表面側(上面側)に接合されていると共に、電極と放熱を兼ねる金属体(第2の金属体)である。
【0023】
さて、下側ヒートシンク13及び上側ヒートシンク14は、厚さ寸法が約1mm程度の板材で形成されている。ここで、上側ヒートシンク14の図1中の右端部は、延設されて段状(即ち、クランク状)に折曲されており、この延設部14aの下面が下側ヒートシンク13の下面と面一になるように構成されている。そして、上側ヒートシンク14の図1中の紙面に直交する方向の手前側の端部には、図2(a)及び(b)に示すような形状の端子部14bが突設されている。
【0024】
また、下側ヒートシンク13は、矩形平板状の板材であり、図1中の紙面に直交する方向の後側の端部に、上記上側ヒートシンク14の端子部14bとすれ違い状に対向するようにほぼ同じ形状の端子部13a(図2(a)及び(b)参照)が突設されている。尚、ヒートシンクブロック15は、半導体素子12よりも1回り小さい程度の大きさの矩形状の板材である。また、上記構成の場合、下側ヒートシンク13の上面と上側ヒートシンク14の下面との間の距離は、例えば1〜2mm程度になるように構成されている。
【0025】
そして、図1に示すように、半導体装置11のほぼ全体を樹脂(例えばエポキシ樹脂)17でモールドしており、これにより、モールド成形体18が形成されているいる。樹脂17は、一対のヒートシンク13、14の隙間、並びに、半導体素子12及びヒートシンクブロック15の周囲部分に充填されている。この場合、ヒートシンク13、14等を樹脂17でモールドするに当たっては、上下型からなる成形型(図示しない)を使用している。
【0026】
また、上記構成の場合、下側ヒートシンク13の下面及び上側ヒートシンク14の延設部14aの下面が、それぞれ露出するように樹脂モールドされている。これにより、半導体装置11のモールド成形体18の1つの平面部(図1中の下面部)19に、下側ヒートシンク13の下面及び上側ヒートシンク14の延設部14aの下面が露出する構成となっている。
【0027】
尚、ヒートシンク13、14の端子部13a、14bは、図2(a)及び(b)に示すように、モールド成形体18から突出するように構成されている。また、半導体素子12の制御電極にワイヤーボンディングされたリードフレーム(図示しない)もモールド成形体18から突出するように構成されている。
【0028】
また、上記した構成の半導体装置11の製造方法(即ち、製造工程)の具体例は、本出願人がすでに出願した特願2001−127516や特願2001−225963等に記載されており、これらに記載されている方法を適宜使用すれば良い。
【0029】
次に、図2(a)及び(b)は、上記構成の半導体装置11を冷却装置20に取り付けた構成の一例を示す図である。半導体装置11を冷却装置20に取り付けるに当たっては、図2(a)及び(b)に示すように、まず、冷却装置20の冷却体21の上面に絶縁シート22を介して半導体装置11を載置する。この場合、半導体装置11のモールド成形体18の一つの平面部19を絶縁シート22に当接させるようにして載置する。これにより、上記平面部19に露出する下側ヒートシンク13の下面及び上側ヒートシンク14の延設部14aの下面が絶縁シート22を介して冷却体21の上面に当接する構成となる。
【0030】
ここで、絶縁シート22は、絶縁性が良く、且つ、熱伝導性が良く、更に、ある程度圧縮変形可能な柔軟性を有する材料からなるシートである。また、冷却体21は、CuやAl等の放熱性の良い金属で形成されており、内部に冷却用の水路が設けられている。
【0031】
そして、半導体装置11の上部に、全体としてほぼコ字状をなす樹脂製の取付部材23を載置し、この取付部材23の両端部を冷却体21にねじ24、24により締め付け固定している。これにより、冷却装置20への半導体装置11の取り付けが完了する。
【0032】
上記構成の場合、半導体装置11の下面(平面部19)に露出している下側ヒートシンク13の下面及び上側ヒートシンク14の延設部14aの下面は、絶縁シート22により絶縁されている。また、半導体素子12で発生する熱は、その両面から下側ヒートシンク13及び上側ヒートシンク14(の延設部14a)を通り、絶縁シート22を介して冷却体21へ伝達されることから、良好に放熱される構成となっている。
【0033】
このような構成の本実施例によれば、半導体装置11の下面側を絶縁する構成と半導体装置11の下面側から熱を良く伝達する構成、具体的には、1つの絶縁シート22が必要なだけであるので、構成が簡単になり、製造コストを低減させることができる。
【0034】
また、本実施例では、半導体素子12で発生する熱のうち、半導体素子12の上面から上側ヒートシンク14に伝わった熱は、上側ヒートシンク14を通り、その延設部14aを通り、更に、絶縁シート22を通って冷却体21へ伝達されるので、従来構成(図17及び図18参照)に比べて、伝熱経路が短くなり、放熱性を向上させることができる。そして、本実施例では、半導体装置11を冷却体21に取り付けるに際して、樹脂製の取付部材23を使用することが可能であるので、コストを安くすることができる。
【0035】
一方、上記半導体装置11を冷却体21に取り付ける場合に、樹脂製の取付部材23で半導体装置11の上部を直接押圧する構成に代えて、図3に示すように、樹脂製の取付部材25の下面と半導体装置11の上面との間に、ばね部材26を介装するように構成しても良い。上記図3の構成では、ばね部材26のばね力により半導体装置11を冷却体21に押し付けるように構成している。
【0036】
この構成の場合も、半導体装置11を冷却体21に押さえ付けるための構成が、簡単になる。特に、上記図3の構成の場合、ばね部材26のばね力により半導体装置11を冷却体21に押し付ける構成であるので、絶縁シート22としては、柔軟性が不要となり、絶縁性と伝熱性とだけを有するものを使用することができる。また、半導体装置11が破損するおそれを解消できる。
【0037】
図4は、本発明の第2の実施例を示すものである。尚、第1の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第2の実施例では、図4に示すように、上側ヒートシンク27の図4中の両端部が、延設されて段状に折曲されており、これら両端部の延設部27a及び27aの下面が下側ヒートシンク13の下面と面一になるように構成されている。
【0038】
そして、半導体装置11のモールド成形体18の1つの平面部(図4中の下面部)19に、下側ヒートシンク13の下面、並びに、上側ヒートシンク27の延設部27a及び27aの下面が露出するように構成されている。
【0039】
上述した以外の第2の実施例の構成は、第1の実施例と同じ構成となっている。従って、第2の実施例においても、第1の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第2の実施例によれば、上側ヒートシンク27の両端部の延設部27a及び27aの下面を露出させるように構成したので、放熱性をより一層向上させることができる。
【0040】
図5は、本発明の第3の実施例を示すものである。尚、第1の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第3の実施例では、図5に示すように、半導体素子12を、モールド成形体28の1つの平面部29に対して垂直となるように配置した。具体的には、左側ヒートシンク(第1の金属体)30と右側ヒートシンク(第2の金属体)31との間に、半導体素子12及びヒートシンクブロック15を挟むように構成し、各部材間を半田16で接合している。そして、全体を樹脂17でモールドしている。
【0041】
ここで、左側ヒートシンク30及び右側ヒートシンク31は、CuやAl等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されており、ブロック状に構成されている。更に、モールド成形体28の1つの平面部29において、左側ヒートシンク30及び右側ヒートシンク31の図5中の下面が露出するように構成されている。尚、左側ヒートシンク30及び右側ヒートシンク31には、端子部30a及び31aがモールド成形体28から上方へ突出するように設けられている。
【0042】
また、上述した以外の第3の実施例の構成は、第1の実施例と同じ構成となっている。従って、第3の実施例においても、第1の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第3の実施例によれば、半導体素子12で発生する熱を、その両面から左側ヒートシンク30及び右側ヒートシンク31を通してほぼ均等に放熱させることができる。
【0043】
図6は、本発明の第4の実施例を示すものである。尚、第3の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第4の実施例では、図6に示すように、半導体素子12を、モールド成形体28の1つの平面部29に対して傾斜するように配置した。これ以外の第4の実施例の構成は、第3の実施例と同じ構成となっている。従って、第4の実施例においても、第3の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0044】
特に、第4の実施例によれば、半導体素子12の裏面(図6中の左面)側がモールド成形体28の1つの平面部29(即ち、左側ヒートシンク30の露出面)に近付く構成となるので、半導体素子12の裏面側からの放熱能力が高くなる。このため、半導体素子12の裏面から出力される熱量が、半導体素子12の表面から出力される熱量に比べて多いような構成に適している。尚、半導体素子12の両面から出力される熱量の割合が反対の場合には、半導体素子12を反対方向に傾斜させれば良い。
【0045】
図7は、本発明の第5の実施例を示すものである。尚、第3の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第5の実施例では、図7に示すように、複数例えば2個の半導体素子32、33を備えると共に、第1の金属体として例えば2個の左側ヒートシンク34a及び34bを備えたものである。
【0046】
この構成の場合、左側ヒートシンク34aと右側ヒートシンク31との間に半導体素子32及びヒートシンクブロック15を挟み、左側ヒートシンク34bと右側ヒートシンク31との間に半導体素子33及びヒートシンクブロック15を挟むように構成し、各部材間を半田16で接合している。そして、全体を樹脂17でモールドしている。
【0047】
更に、モールド成形体28の1つの平面部29において、2個の左側ヒートシンク34a、34b及び右側ヒートシンク31の図7中の下面が露出するように構成されている。尚、左側ヒートシンク34a、34bには、端子部34c及び34dがモールド成形体28から上方へ突出するように設けられている。
【0048】
また、上述した以外の第5の実施例の構成は、第3の実施例と同じ構成となっている。従って、第5の実施例においても、第3の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0049】
尚、上記第5の実施例において、2個の半導体素子32、33として上相素子及び下相素子を備え、半導体装置11を2in1モジュールとして構成しても良い。また、6個の半導体素子を備え、半導体装置を6in1モジュールとして構成しても良い。そして、上記した各モジュール(半導体装置)には、FWD(半導体素子)を組み込むように構成することが好ましい。
【0050】
また、上記第5の実施例においては、第1の金属体を、2個の左側ヒートシンク34a、34bで構成したが、3個以上のヒートシンクで構成しても良い。更にまた、第2の金属体を、2個以上のヒートシンクで構成しても良い。
【0051】
図8は、本発明の第6の実施例を示すものである。尚、第2の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第6の実施例では、上側ヒートシンク27の両端部に延設部27a、27aを設けることを止め、図8に示すように、上側ヒートシンク41を3個の金属体42、43、44を接合して構成している。
【0052】
具体的には、平板状の金属体42の両端部の下面に、脚柱状の金属体43、44を半田45を介して接合している。そして、金属体43、44の下面部を、モールド成形体18の下面から露出させるように構成している。
【0053】
上述した以外の第6の実施例の構成は、第2の実施例と同じ構成となっている。従って、第6の実施例においても、第2の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第6の実施例では、平板状の金属体42の両端部に脚柱状の金属体43、44を半田45を介して接合して上側ヒートシンク41を構成したので、金属体43、44の露出面(下面)の傾きや高さ(即ち、平面性や平行度等)を、下側ヒートシンク13の露出面の傾きや高さ(即ち、平面性や平行度等)に容易に一致させることができる。即ち、上側ヒートシンク41の露出面の平面性や平行度等の調整が容易になる。
【0054】
尚、上記第6の実施例においては、上側ヒートシンク41を3個の金属体42、43、44で構成したが、これに限られるものではなく、2個または3個以上の金属体で構成しても良い。
【0055】
図9及び図10は、本発明の第7の実施例を示すものである。尚、第2の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第7の実施例では、下側ヒートシンク46を、十分大きな平板状の金属体で構成すると共に、この下側ヒートシンク46の下面を、モールド成形体18の下面から露出させるように構成している。これと共に、上側ヒートシンク47の両端部の延設部47a、47aを、下側ヒートシンク46の上面に絶縁層48を介して接合させている。
【0056】
上記絶縁層48は、例えばAlNやAl2O3等のセラミック単板で構成されている。具体的には、半導体素子12の両面に下側ヒートシンク46、ヒートシンクブロック15、上側ヒートシンク47を半田付けしたときに、上側ヒートシンク47の延設部47a、47aの下面と、下側ヒートシンク46の上面との間に隙間(例えば100μm程度の隙間)を形成しておき、この隙間に上記セラミック単板を挿入すると共に、延設部47a、47aの下面とセラミック単板の上面との間、及び、下側ヒートシンク46の上面とセラミック単板の下面との間にシリコーングリスやシリコーンゲルやシリコーン接着剤等を介在させるように構成している。これにより、絶縁層48は、十分な絶縁性を有すると共に、良好な熱伝導性を有する構成となっている。
【0057】
また、上記構成の場合、下側ヒートシンク46の露出面の面積は、できるだけ大きくすることが好ましい。更に、上側ヒートシンク47の延設部47a、47aの下面、即ち、露出面の面積も、できるだけ大きくすることが好ましい。尚、図10に示すように、下側ヒートシンク46及び上側ヒートシンク47の端部からは、端子部46a及び47bが互いにすれ違い状に対向するように突設されている。
【0058】
そして、上述した以外の第7の実施例の構成は、第2の実施例と同じ構成となっている。従って、第7の実施例においても、第2の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0059】
尚、上記第7の実施例においては、絶縁層48をセラミック単板とシリコーングリス等で構成したが、これに限られるものではなく、例えば、上記したようなセラミック材料を、上側ヒートシンク47の延設部47a、47aの下面、または、下側ヒートシンク46の上面(延設部47a、47aの下面と対向する部分)に溶射してセラミック膜を形成するようにしても良い。この場合、セラミック膜と下側ヒートシンク46の上面(または上側ヒートシンク47の延設部47a、47aの下面)との間には、シリコーングリスやシリコーンゲルやシリコーン接着剤等を介在させることが好ましい。また、上側ヒートシンク47の延設部47a、47aの下面、及び、下側ヒートシンク46の上面にそれぞれセラミック膜を形成する場合は、両セラミック膜の間にシリコーングリスやシリコーンゲルやシリコーン接着剤等を介在させることが好ましい。
【0060】
また、上記絶縁層48を、例えばエポキシ系やポリイミド系等の樹脂で構成しても良い。具体的には、上側ヒートシンク47の延設部47a、47aの下面と、下側ヒートシンク46の上面との間の隙間に、上記樹脂を充填して硬化させるように構成すれば良い。また、上記充填する樹脂の中に、無機系のフィラー等を混入させるように構成しても良い。尚、絶縁層48の材料、構造、厚み寸法等は、要求される耐圧や耐熱温度等に応じて適宜決めれば良い。
【0061】
図11は、本発明の第8の実施例を示すものである。尚、第7の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第8の実施例では、上側ヒートシンク47の両端部を折り曲げて延設部47a、47aを形成する代わりに、上側ヒートシンク49の下面の両端部に凸部49a、49aを突設している。そして、これら凸部49a、49aの下面を、絶縁層48を介して下側ヒートシンク46の上面に接合している。
【0062】
また、上述した以外の第8の実施例の構成は、第7の実施例と同じ構成となっている。従って、第8の実施例においても、第7の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0063】
図12は、本発明の第9の実施例を示すものである。尚、第8の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第9の実施例では、上側ヒートシンク50の図12中の右端部だけに凸部50aを突設し、この凸部50aの下面を、絶縁層48を介して下側ヒートシンク46の上面に接合している。
【0064】
そして、上述した以外の第9の実施例の構成は、第8の実施例と同じ構成となっている。従って、第9の実施例においても、第8の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。ただし、第9の実施例の場合、上側ヒートシンク50に伝わった熱を1個の凸部50aを介して下側ヒートシンク46へ伝達する構成であるから、熱伝達性が低下するように考えられるが、上側ヒートシンク50の厚み寸法を厚くするように調整したり、凸部50aの幅寸法(図12中の左右方向の寸法)を広くするように調整したりすることにより、第8の実施例とほぼ同等の熱伝達性(即ち、放熱性)を実現することができる。
【0065】
図13は、本発明の第10の実施例を示すものである。尚、第8の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第10の実施例においては、第8の実施例の半導体装置11を冷却体21に取り付ける場合に、絶縁シート22の代わりに、絶縁基板51を使用するように構成した。この絶縁基板51は、例えばAlNやAl2O3等のセラミック基板で構成されており、その両面にシリコーングリス(やシリコーンゲル等)51aを塗布してから、半導体装置11(の下側ヒートシンク46)の下面と、冷却体21の上面との間に挟持するように構成している。尚、シリコーングリス51aを、半導体装置11(の下側ヒートシンク46)の下面と、冷却体21の上面とに塗布するように構成しても良い。
【0066】
そして、上述した以外の第10の実施例の構成は、第8の実施例と同じ構成となっている。従って、第10の実施例においても、第8の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0067】
図14は、本発明の第11の実施例を示すものである。尚、第10の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第11の実施例においては、絶縁基板51を使用することやめるように構成した。具体的には、下側ヒートシンク46の下面(即ち、半導体素子12が接合される面と反対側の面)に、絶縁層(絶縁膜)52を設けた。この絶縁層52は、例えばAlNやAl2O3等のセラミック単板で構成することが好ましい。この場合、セラミック単板を下側ヒートシンク46の下面に接着すれば良い。
【0068】
また、セラミック材料を下側ヒートシンク46の下面に溶射してセラミック膜を形成し、このセラミック膜を上記絶縁層52としても良い。更に、下側ヒートシンク46の下面に例えばエポキシ系やポリイミド系等の樹脂の膜を形成し、この膜を絶縁層52としても良い。更にまた、上記樹脂の中に、無機系のフィラー等を混入させるように構成しても良い。
【0069】
さて、上記した構成の半導体装置11を冷却体21に取り付ける際には、冷却体21の上面または半導体装置11(の下側ヒートシンク46)の下面に、シリコーングリスやシリコーンゲルやシリコーン接着剤等を塗布しておくことが好ましい。
【0070】
そして、上述した以外の第11の実施例の構成は、第10の実施例と同じ構成となっている。従って、第11の実施例においても、第10の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【0071】
図15及び図16は、本発明の第12の実施例を示すものである。尚、第8の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第12の実施例においては、下側ヒートシンク53として、予め上下両面に絶縁層53a、53aが形成された平板状の金属体を使用した。この絶縁層53a、53aは、上記第11の実施例の絶縁層52とほぼ同様にして形成されている。
【0072】
そして、上記下側ヒートシンク53の上面側(半導体素子12を半田付けする側)においては、図16に示すように、半導体素子12を載置する部分53bの絶縁層が除去されており、上記部分53b以外の部分だけに絶縁層53aが形成されている。
【0073】
また、上述した以外の第12の実施例の構成は、第8の実施例と同じ構成となっている。従って、第12の実施例においても、第8の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第12の実施例によれば、冷却体21に半導体装置11を取り付けるときに使用する絶縁シートを不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体装置の縦断側面図
【図2】(a)は半導体装置を冷却装置に組み付けた構成の一例を示す側面図、(b)は半導体装置を冷却装置に組み付けた構成の一例を示す正面図
【図3】半導体装置を冷却装置に組み付けた構成の他の例を示す側面図
【図4】本発明の第2の実施例を示す図1相当図
【図5】本発明の第3の実施例を示す図1相当図
【図6】本発明の第4の実施例を示す図5相当図
【図7】本発明の第5の実施例を示す半導体装置の斜視図
【図8】本発明の第6の実施例を示す図1相当図
【図9】本発明の第7の実施例を示す図1相当図
【図10】半導体装置の正面図
【図11】本発明の第8の実施例を示す図1相当図
【図12】本発明の第9の実施例を示す図1相当図
【図13】本発明の第10の実施例を示すものであり、半導体装置を冷却体に取り付ける過程を説明する図
【図14】本発明の第11の実施例を示す図13相当図
【図15】本発明の第12の実施例を示す図1相当図
【図16】下側ヒートシンクの上面図
【図17】従来構成を示す図1相当図
【図18】図2相当図
【符号の説明】
11は半導体装置、12は半導体素子、13は下側ヒートシンク(第1の金属体)、14は上側ヒートシンク(第2の金属体)、14aは延設部、15はヒートシンクブロック、17は樹脂、18はモールド成形体、19は平面部、20は冷却装置、21は冷却体、22は絶縁シート、23は取付部材、25は取付部材、27は上側ヒートシンク(第2の金属体)、27aは延設部、28はモールド成形体、29は平面部、30は左側ヒートシンク(第1の金属体)、31は右側ヒートシンク(第2の金属体)、32、33は半導体素子、34a、34bは左側ヒートシンク(第1の金属体)、41は上側ヒートシンク、42、43、44は金属体、45は半田、46は下側ヒートシンク、47は上側ヒートシンク、47aは延設部、48は絶縁層、49は上側ヒートシンク、49a、49aは凸部、50は上側ヒートシンク、50aは凸部、51は絶縁基板、52は絶縁層(絶縁膜)、53は下側ヒートシンク、53a、53aは絶縁層を示す。
Claims (12)
- パワー半導体素子と、このパワー半導体素子の裏面側に接合され電極と放熱を兼ねる第1の金属体と、前記パワー半導体素子の表面側に接合され電極と放熱を兼ねる第2の金属体とを備え、全体を樹脂でモールドして成る半導体装置において、
モールド成形体の1つの平面部に、前記第1の金属体及び前記第2の金属体を露出させるように構成すると共に、
前記モールド成形体の1つの平面部から露出した前記第1の金属体及び前記第2の金属体は、絶縁シートを介して冷却体に当接されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の金属体を平板状に構成し、この第1の金属体のうちの前記パワー半導体素子を接合していない側の面を露出させると共に、
前記第2の金属体を平板状に構成し、且つ、この第2の金属体の両端部を延設させて段状に折曲させ、これら延設部を露出させるように構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記パワー半導体素子を、前記モールド成形体の1つの平面部に対して垂直となるように配置したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記パワー半導体素子を、前記モールド成形体の1つの平面部に対して傾斜するように配置したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 複数のパワー半導体素子を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記複数のパワー半導体素子として、上相素子及び下相素子を備え、2in1モジュールとして構成したことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
- 前記第2の金属体を、2個以上の金属体を接合して構成したことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1の金属体及び前記第2の金属体に突設された端子部は、前記モールド成形体の他の平面部から突出するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体素子と、この半導体素子の裏面側に接合され電極と放熱を兼ねる第1の金属体と、前記半導体素子の表面側に接合され電極と放熱を兼ねる第2の金属体とを備え、全体を樹脂でモールドして成る半導体装置において、
モールド成形体の1つの平面部に、前記第1の金属体及び前記第2の金属体を露出させるように構成すると共に、
前記半導体素子を、前記モールド成形体の1つの平面部に対して傾斜するように配置したことを特徴とする半導体装置。 - 半導体素子と、この半導体素子の裏面側に接合され電極と放熱を兼ねる第1の金属体と、前記半導体素子の表面側に接合され電極と放熱を兼ねる第2の金属体とを備え、全体を樹脂でモールドして成る半導体装置において、
モールド成形体の1つの平面部に、前記第1の金属体または前記第2の金属体のどちらか一方を露出させると共に、
前記露出した金属体に対して、他方の金属体を絶縁層を介して接合させたことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の金属体を平板状に構成し、この第1の金属体のうちの前記半導体素子を接合していない側の面を露出させると共に、
前記第2の金属体を平板状に構成し、且つ、この第2の金属体の両端部を延設させて段状に折曲させ、これら延設部を前記絶縁層を介して前記第1の金属体に接合させるように構成したことを特徴とする請求項10記載の半導体装置。 - 前記第1の金属体のうちの前記半導体素子が接合される面と反対側の面に絶縁膜を設けたことを特徴とする請求項10または11記載の半導体装置。
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