(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
前記放熱板の一方の面に接着されている半導体素子と、を備える半導体モジュールであって、
前記放熱板の前記一方の面には、前記半導体素子の外周に沿って伸びる溝部と、前記溝部に沿って伸びる突条部と、が形成されており、
前記突条部は、前記放熱板の前記一方の面から離間した位置に設けられている第１の部分と、前記第１の部分よりも前記一方の面側に位置している第２の部分と、を備えており、
前記放熱板の前記一方の面に平行な断面における前記第１の部分の断面積は、前記第２の部分の断面積よりも大きい、半導体モジュール。
【請求項２】
前記半導体素子は、平面視で矩形状を有しており、
前記溝部は、前記半導体素子の外周辺毎に少なくとも１個の部分溝を備えており、
前記部分溝は、前記半導体素子の対応する外周辺に沿って伸びていると共に、前記半導体素子の角部に対応する位置には配置されておらず、
前記突条部は、前記部分溝毎に少なくとも１個の部分突条部を備えており、
前記部分突条部は、対応する部分溝に沿って伸びていると共に、前記半導体素子の角部に対応する位置には配置されていない、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１の部分の一部は前記溝部の直上に位置する、請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、放熱板と半導体素子とを備える半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
放熱板の表面に接着された半導体素子が樹脂で封止されている半導体モジュールが知られている。この半導体モジュールでは、放熱板と樹脂との接着性を向上させると共に、半導体素子を放熱板上に接着するための半田が放熱板上に広がることを防止するために、放熱板の表面（即ち、半導体素子が接着される面）に凹部が形成される場合がある。
【０００３】
特許文献１の半導体モジュールでは、放熱板の表面に多数の穴状の凹部が形成されている。凹部は、放熱板にプレス加工を実施することによって形成されている。プレス加工により凹部を形成するため、簡易な方法で多数の凹部を放熱板に形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８６６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、プレス加工により凹部を形成するため、凹部を形成する際に、余った余剰材料が凹部の外側に押し出される。放熱板には多数の凹部が形成されるため、多数の凹部のそれぞれにおいて、余剰材料が凹部の外側に押し出されることとなる。このため、余剰材料の移動を制御することが難しく、放熱板が意図しない形状に変形する恐れがある。放熱板が大きく変形すると、例えば、放熱板の他方の面に絶縁シートや冷却器を取り付けることが難しくなる。また、多数の凹部を切削加工等で形成すれば、放熱板の変形を抑制することはできるが、時間や手間が掛かる。本明細書では、放熱板の表面を簡易な方法で加工したとしても、放熱板の変形を抑制することができる半導体モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が提供する半導体モジュールは、放熱板と、放熱板の一方の面に接着されている半導体素子とを備える。放熱板の一方の面には、溝部と突条部とが形成されている。溝部は半導体素子の外周に沿って伸びる。突条部は、溝部に沿って伸びる。突条部は、放熱板の一方の面から離間した位置に設けられている第１の部分と、第１の部分よりも一方の面側に位置している第２の部分と、を備えている。放熱板の一方の面に平行な断面における第１の部分の断面積は、第２の部分の断面積よりも大きい。
【０００７】
上記した半導体モジュールでは、半導体素子の外周に沿って溝部が伸びている。このため、半導体素子の外周を穴状の凹部で囲む場合と比較して、溝部（凹部）の個数を減少することができる。また、溝部に沿って突状部が伸びているため、溝部を形成する際の余剰材料を、突条部を形成するために利用することができる。これにより、余剰材料の移動を比較的に容易に制御することができ、放熱板が意図しない形状に変形することを抑制することができる。この構成によれば、放熱板の表面を簡易な方法で加工したとしても、放熱板の変形を抑制することができる。
【０００８】
半導体素子は、平面視で矩形状を有していてもよい。溝部は、半導体素子の外周辺毎に少なくとも１個の部分溝を備えていてもよい。部分溝は、半導体素子の対応する外周辺に沿って伸びていると共に、半導体素子の角部に対応する位置には配置されていなくてもよい。突条部は、部分溝毎に少なくとも１個の部分突条部を備えていてもよい。部分突条部は、対応する部分溝に沿って伸びていると共に、半導体素子の角部に対応する位置には配置されていなくてもよい。この構成によれば、部分溝及び部分突条部が、半導体素子の角部に対応する位置で連続している場合と比較して、溝部及び突条部を精度よく形成することができる。
【０００９】
突条部は、放熱板の一方の面から離間した位置に設けられている第１の部分と、第１の部分よりも一方の面側に位置している第２の部分とを備えていてもよい。放熱板の一方の面に平行な断面における第１の部分の断面積は、第２の部分の断面積よりも大きくてもよい。この構成によれば、放熱板上で半導体素子を封止する樹脂が突条部を包囲することによって、樹脂と放熱板との密着性が向上する。
【００１０】
第１の部分の一部は溝部の直上に位置してもよい。この構成によれば、樹脂を放熱板上に成形する際に、第１の部分によって樹脂が溝部に案内される。このため、樹脂が溝部に入り込みやすくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書が提供する技術によれば、放熱板の変形が抑制されるため、放熱板に絶縁シート等を適切に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の半導体モジュールの概略平面図を示す。
【図２】図１のII-II面の概略断面図を示す。
【図３】放熱板の成形方法を説明するための図を示す。
【図４】変形例の半導体モジュールの概略断面図示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すように、半導体モジュール１０は、複数個（図１では２個）の半導体素子１２と、放熱板１４と、を備える。図２に示すように、半導体モジュール１０は、さらに、絶縁シート１６と、冷却器１８と、を備える。放熱板１４の上面１４ｅ側は、樹脂２０で封止されている。なお、図１では、樹脂２０等は省略されており、半導体素子１２及び放熱板１４のみが示されている。
【００１４】
図２に示すように、半導体素子１２は、半田２２によって、放熱板の一方の面１４ｅ（即ち図２における上面１４ｅ）に接着されている。図１に示すように、半導体素子１２は、平面視すると（即ち図２の上方から見ると）、矩形状を有する。なお、半導体素子１２は、図示省略したリード線及び端子によって外部装置と接続される。
【００１５】
放熱板１４は、例えば銅合金で作製されている。放熱板１４の上面１４ｅには、複数個の部分溝１４ａ及び複数個の部分溝１４ａと同数の部分突条部１４ｂが形成されている。即ち、１個の部分溝１４ａに対応して、１個の部分突条部１４ｂが形成されている。複数個の部分溝１４ａのそれぞれは、半導体素子１２の外周辺のそれぞれに平行に形成されている。即ち、１個の半導体素子１２に対して、４個の部分溝１４ａが形成されている。なお、当該４個の部分溝１４ａをまとめて溝部１４ａ´と呼ぶことがある。部分溝１４ａの長さ（図２の紙面と垂直方向の長さ）は、平行に伸びる半導体素子１２の外周辺の長さよりも長い。隣接する部分溝１４ａは、半導体素子１２の角部に対応する位置で、互いに離間している。
【００１６】
部分突条部１４ｂは、対応する部分溝１４ａと対応する半導体素子１２との間に形成されている。部分突条部１４ｂは、対応する部分溝１４ａに隣接し、かつ、平行に形成されている。言い換えると、放熱板１４の上面１４ｅには、半導体素子１２の各外周辺に平行に伸びる１組の部分溝１４ａと部分突条部１４ｂとが形成されている。なお、１個の半導体素子１２に対して形成されている４個の部分突条部１４ｂを、まとめて突条部１４ｂ´と呼ぶことがある。
【００１７】
部分突条部１４ｂの長さ（図２の紙面と垂直方向の長さ）は、平行に伸びる部分溝１４ａの長さと同一である。なお、対応する一組の部分突条部１４ｂ、部分溝１４ａ及び半導体素子１２の外周辺では、それぞれの長手方向の中央位置が、半導体素子１２の外周辺に垂直な直線上に位置する。
【００１８】
図２に示すように、部分突条部１４ｂは、頂端部分１４ｃと突起部分１４ｄとを備える。頂端部分１４ｃは、突起部分１４ｄの上端に位置する。放熱板１４の上面１４ｅと平行な断面で見たときに、頂端部分１４ｃの断面積は、突起部分１４ｄの断面積よりも大きい。頂端部分１４ｃは、突起部分１４ｄから半導体素子１２と反対側に向かって伸びている。頂端部分１４ｃの一部は、部分突条部１４ｂと平行に伸びる部分溝１４ａの直上に位置する。言い換えると、図１に示すように、放熱板１４を平面視したときに、頂端部分１４ｃの一部は、部分溝１４ａと重なっている。なお、頂端部分１４ｃの上面は、半導体素子１２の上面と同一平面上に位置する。
【００１９】
放熱板１４の下面には、絶縁シート１６を挟んで、冷却器１８が取り付けられている。
【００２０】
次いで、放熱板１４の成形方法について説明する。図３に示すように、金型５０を用いたプレス加工によって、銅合金製の平板１００に複数個の部分溝１４ａを形成する。金型５０は、上型５２と下型５４とを備える。上型５２の下面５２ｃ（即ち下型５４に対向する面）には、複数個の部分溝１４ａを形成するための複数個の凸部５２ａと、各凸部５２ａのそれぞれに隣接する凹部５２ｂが形成されている。なお、隣接する凸部５２ａと凹部２５ｂとは互いに平行に形成されている。
【００２１】
上型５２と下型５４とを離間させた状態で、平板１００を下型５４上に載置し、上型５２を下型５４に接近させる。詳細には、上型５２の下面５２ｃが平板１００に接触する位置まで、上型５２を下型５４に接近させる。この結果、凸部５２ａによって、平板１００には複数個の部分溝１４ａが形成される。このとき、部分溝１４ａが形成される箇所に存在していた平板１００の余剰材料は、上型５２に押圧されて凹部５２ｂに流れ、突出部１００ａが形成される。この構成によれば、プレス加工によって、部分溝１４ａを形成する際の余剰材料が上型５２の凹部５２ｂに移動するように制御することができる。このため、平板１００が意図しない形状に変形することを抑制することができる。
【００２２】
金型５０によるプレス加工が終了すると、次いで、平板１００上に形成された突出部１００ａの頂端部（図３の上端部）を押圧することによって外側に曲げ、頂端部分１４ｃを形成する。これにより、放熱板１４が作製される。
【００２３】
図１に示すように、部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂは、半導体素子１２の外周辺に平行に形成され、隣接する部分溝１４ａ間及び部分突条部１４ｂ間には隙間が形成されている。即ち、部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂは、直線状に形成され、半導体素子１２の角部に対応する位置には形成されていない。このため、上記のプレス加工において、部分溝１４ａの余剰材料がスムーズに上型５２の凹部５２ｂに入り込んで、部分突条部１４ｂの元となる突出部１００ａが形成される。この結果、プレス加工において、平板１００に不要な力が負荷されることなく、部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂを形成することができる。仮に、溝１４ａ´が半導体素子１２の外周を一巡するように形成されている場合、プレス加工時に、半導体素子１２の角部に対応する位置の近傍の溝を形成する際に発生する余剰材料を制御することが難しい。部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂを直線状に形成することによって、プレス加工時に平板１００に不要な力を作用させることなく、部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂを形成することができる。
【００２４】
半導体素子１２は、半田２２を用いて、上記の作製方法で作製された放熱板１４に接着される。半導体素子１２を接着する位置は、溝部１４ａ´及び突条部１４ｂ´に囲まれた位置である。即ち、溝部１４ａ´及び突条部１４ｂ´を、半導体素子１２を接着する際の位置決めに利用することができる。
【００２５】
半導体素子１２を放熱板１４に半田２２で接着する際は、突条部１４ｂ´によって、半田２２が放熱板１４上に広がることが防止される。この結果、放熱板１４の不要な箇所に半田２２が付着することを防止することができる。また、半田２２が広がることによって、半導体素子１２と放熱板１４との間の半田２２の量が低減することを防止することができる。
【００２６】
半導体素子１２が放熱板１４に接着されると、放熱板１４の上面に樹脂２０を供給する。具体的には、成形型内に放熱板１４を配置し、成形型に液状の樹脂２０を注入することによって、放熱板１４の上面に樹脂２０を供給する。成形型内に供給された樹脂２０は、成形型内を流れ、頂端部分１４ｃから突起部分１４ｄに沿って案内されて、部分溝１４ａ内に流入する。このため、部分溝１４ａ内に樹脂２０が入り込み易くなり、部分溝１４ａ内に空洞が形成されることを抑制することができる。
【００２７】
上記の半導体モジュール１０では、半導体素子１２の各外周辺に対して、当該外周辺よりも長い１本の部分溝１４ａが、放熱板１４上に形成されている。この構成では、半導体素子１２の各外周辺に沿って、多数の凹部が形成される従来の放熱板と比較して、凹部（即ち、部分溝１４ａ）の数が少ない分だけ容易に加工することができる。また、比較的に安価なプレス加工で放熱板を成形する場合、多数の凹部が形成される従来の放熱板では、成形による放熱板の変形を抑制するためには、多数の凹部のそれぞれについて、余剰材料を制御する必要がある。一方、放熱板１４では、従来と比較して少数な部分溝１４ａの余剰材料を制御すればよい。このため、プレス加工により放熱板１４を成形したとしても、プレス加工時の放熱板１４の変形を抑制することができる。
【００２８】
また、上記の半導体モジュール１０では、部分溝１４ａの余剰材料を利用して、部分突条部１４ｂを形成している。このため、放熱板１４の体積が、部分溝１４ａの成形によって減少しない。これにより、部分溝１４ａの成形によって、放熱板１４の放熱性能を低減させることを防止することができる。さらに、部分突条部１４ｂは、部分溝１４ａよりも半導体素子１２の近くに位置する。即ち、半導体素子１２の近傍の放熱板１４の体積を大きくすることによって、放熱板１４の放熱性能を向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
【００３０】
（１）上記した半導体モジュール１０では、部分突条部１４ｂは、部分溝１４ａと半導体素子１２との間に位置している。これに替えて、図４に示す半導体モジュール１００のように、部分溝１１４ａが、部分突条部１１４ｂと半導体素子１２との間に位置していてもよい。この構成では、半田２２が放熱板１１４上に広がろうとすると、部分溝１１４ａに流入するために、半田２２が放熱板１１４上に広がることを抑制することができる。
【００３１】
（２）上記した半導体モジュール１０では、部分突条部１４ｂは、頂端部分１４ｃと突起部分１４ｄとを備えている。しかしながら、図４に示す部分突条部１１４ｂのように、放熱板１１４の上面に平行な断面の断面積が一定であってもよい。
【００３２】
（３）上記した半導体モジュール１０では、部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂは、半導体素子１２の外周辺に平行に形成されている。しかしながら、部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂは、半導体素子１２の外周辺に平行でなくてもよい。例えば、部分溝１４ａが半導体素子１２の外周辺に対して傾きを有している場合であっても、部分溝１４ａは、半導体素子１２の外周に沿って伸びているということができる。
【００３３】
（４）上記した半導体モジュール１０では、部分突条部１４ｂの頂端部分１４ｃの上面は、半導体素子１２の上面と同一平面上に位置する。即ち、部分突条部１４ｂの上面１４ｅからの高さ（以下では「上面１４ｅからの高さ」を単に「高さ」と呼ぶ）は、半導体素子１２の上面からの高さと同一である。しかしながら、部分突条部１４ｂの高さは、これに限られない。なお、部分突条部１４ｂの高さは、半田２２の高さ以上であることが好ましい。この構成によれば、半田２２が放熱板１４の上面１４ｅに広がることを適切に防止することができる。
【００３４】
（５）上記した半導体モジュール１０では、部分突条部１４ｂは、対応する部分溝１４ａと隣接して配置されているが、対応する部分溝１４ａと離間して配置されていてもよい。また、部分突条部１４ｂは、対応する部分溝１４ａと平行に配置されていなくてもよい。例えば、部分突条部１４ｂが部分溝１４ａに対して傾きを有している場合であっても、部分突条部１４ｂは、部分溝１４ａに沿って伸びているということができる。
【００３５】
（６）上記した半導体モジュール１０では、部分突条部１４ｂの頂端部分１４ｃは、突起部分１４ｄから、対応する部分溝１４ａ側に向かって突出している。しかしながら、この構成に替えて、又は、この構成と共に、頂端部分１４ｃは、突起部分１４ｄから、対応する部分溝１４ａと反対側に向かって突出していてもよい。
【００３６】
（７）また、突起部分１４ｄよりも断面積（上面１４ｅに平行な断面の断面積）の大きい部分は、部分突条部１４ｂの中間部分に位置していてもよい。
【００３７】
（８）上記の半導体モジュール１０では、半導体素子１２の各外周辺に対して、１組の部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂが形成されている。しかしながら、半導体素子１２の各外周辺に対して、複数組の部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂが形成されていてもよい。例えば、半導体素子１２の各外周辺に対して、当該外周辺と垂直な方向に、複数組の部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂが並んで形成されていてもよい。あるいは、半導体素子１２の各外周辺に対して、当該外周辺と平行な方向に、複数組の部分溝１４ａ及び部分突条部１４ｂが並んで形成されていてもよい。この場合、部分溝１４ａの長さ（外周辺と平行な方向の長さ）は、部分溝１４ａの幅（対応する外周辺と垂直な方向の長さ）よりも長くてもよい。
【００３８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０：半導体モジュール
１２：半導体素子
１４：放熱板
１４ａ：部分溝
１４ｂ：部分突条部
１４ｃ：頂端部分
１４ｄ：突起部分
１６：絶縁シート
１８：冷却器
２０：樹脂
２２：半田
【図１】
0005627516.tif 000002
【図２】
0005627516.tif 000003
【図３】
0005627516.tif 000004
【図４】
0005627516.tif 000005