(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、該半導体素子に対向する内面、該内面と反対の側の外面及び前記内面と外面とを接続する側面を有し前記半導体素子の熱を外部へ放出するよう前記半導体素子に対して固定された放熱板とが電気絶縁性樹脂から成るモールド材にて封止された半導体装置であって、前記放熱板を前記側面にて囲繞する枠部材を有し、前記モールド材が前記放熱板の前記内面側に於いて前記半導体素子と前記放熱板の前記内面とを封止し、前記放熱板の前記外面と前記枠部材の一部とが前記モールド材の外部に露出し、前記枠部材に冷却器ケースが接合されて前記放熱板の前記外面の全面が冷媒流路の一部を成し、前記放熱板の前記側面と前記枠部材との間が密閉され、前記放熱板と前記モールド材との界面への液体冷媒の接触が阻止されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記枠部材と前記冷却器ケースとが互いに溶着可能な材料にて形成され、前記枠部材と前記冷却器ケースとが溶着により接合されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２の装置であって、軟化温度が前記モールド材の前記電気絶縁性樹脂の成型温度よりも高い材料にて前記枠部材が形成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの装置であって、前記放熱板の前記側面と前記枠部材との間にＯリングが介装されて前記放熱板の前記側面と前記枠部材との間が密閉されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの装置であって、前記放熱板の前記外面及び側面が絶縁膜により被覆されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５の装置であって、前記放熱板が前記半導体素子のための電極であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの装置であって、複数の前記半導体素子と前記放熱板との組を有し、前記枠部材が複数の開口部を有し、該複数の開口部の各々が前記複数の放熱板の少なくとも一つを囲繞し、前記複数の放熱板の前記外面の全面が前記冷媒流路の一部を成していることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型のモータ、発電機などの電機の大電流を制御するための半導体装置に係り、より詳細には、かかる半導体装置の冷却構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドカー、電気自動車、その他の大型の機械などの大型の電機のためのパワーモジュール或いは電力制御装置として利用される半導体装置に於いては、大電流が流通する半導体素子（例えば、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワートランジスタ、パワーダイオード、パワー半導体など）を冷却するための構造が必要となる。特に、近年急速に需要が増大している車載用のパワーモジュール或いは電力制御装置は、高出力で、且つ、より小型なものが求められているところ、かかる高出力化と小型化は、半導体素子の電力損失上昇と熱抵抗増大に繋がるので、それらの設計に於いて、その高性能の冷却構造に対する要求は、ますます高まっている。
【０００３】
上記の如き半導体装置の典型的な構造の一つに於いては、例えば、図７（Ａ）に模式的に描かれている如く、平板状の半導体素子１２がその上面及び下面に電極を兼ねた放熱板１４へはんだ層１６を介して接合され、更に、放熱板１４の外面が露出される状態にてエポキシ樹脂等の電気絶縁性樹脂Ｍによって封止された組立体が、冷媒の流通する冷却器ケース２６内に配置される（例えば、特許文献１）。かかる構成に於いては、半導体素子１２が樹脂Ｍによって外部の水分等から保護されると共に、電極板を兼ねた放熱板１４が冷媒に曝されることにより、半導体素子１２の発生する熱が、放熱板１４が樹脂Ｍのモールド内に完全に内包されている場合に比して効率的に放出されることとなる。
【０００４】
また、別の例では、図７（Ｂ）に模式的に描かれている如く、放熱板１４上に絶縁板１５を挟んで載置された電極板１７とその上にはんだ層１６を介して接合された半導体素子１２とが、リードフレーム１８の一部と、リードフレーム１８を半導体素子１２又は電極板１７へ電気的に接続するワイヤボンディング２０と共に、電気絶縁性樹脂Ｍにて放熱板１４の外面が露出した状態で封止され、放熱板１４の外面に対して冷媒の流通する冷却器ケース２６が取り付けられる（例えば、特許文献２、３）。この場合も、電気絶縁性樹脂Ｍのモールドから露出して冷媒に接触することにより、半導体素子１２の発生する熱が効率的に放出されることとなる。更に、また別の構造に於いては、図７（Ｃ）に模式的に描かれている如く、電極を兼ねた放熱板１４上にはんだ層１６を介して接合された半導体素子１２が電気絶縁性樹脂Ｍにて放熱板１４の外面が露出した状態で封止され、放熱板１４の外面に対して絶縁板１５を介して冷媒の流通する冷却器２６がボルト２１及びスペーサ２１ａ等を用いて固定される（例えば、特許文献４など）。なお、図７（Ｂ）〜（Ｃ）の如く放熱板１４の外面に対して冷却器ケース２６が取り付けられる場合には、一般的には、冷却器２６内の冷媒流路からの冷媒の漏出を防止すべく、放熱板１４又は絶縁板１５の外面と冷却器ケース２６との間には、Ｏリング、接着剤又はゴム材などの弾性体等のシール部材２４が介装される。（特許文献２、３、５など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５５３４
【特許文献２】特開２００６−１６６６０４
【特許文献３】特開２００７−２０１２２５
【特許文献４】特開２００２−２２３０９２
【特許文献５】特開平６−２２４５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に例示の種々の構造の如く、半導体素子１２をエポキシ樹脂等の電気絶縁性樹脂のモールド材Ｍ内に封止する場合に、半導体素子１２に直接に又は間接的に接合された放熱板１４の外面を樹脂のモールド材Ｍから露出させ、かかる露出面を冷媒に曝す態様によれば、良好な冷却効果が得られることとなる。しかしながら、一般に、エポキシ樹脂等の電気絶縁性樹脂と放熱板（典型的には銅、アルミニウム等の金属製の板状部材）との界面Ｆに於ける密閉性は然程に高くなく、例えば、図７（Ａ）の如き構造に於いて、エポキシ樹脂Ｍと放熱板１４との界面Ｆに液体冷媒が接触すると、冷媒が界面Ｆから半導体素子１２の存在領域まで浸透してしまう可能性がある。この点に関し、図７（Ｂ）又は（Ｃ）に例示されている如き、冷却器ケースを放熱板又は絶縁板に取り付ける構造であれば、モールドの樹脂と放熱板１４との界面Ｆが冷媒に接触することはなく、冷媒の浸透の心配はないが、放熱板１４又は絶縁板１５の外面に於ける冷却器ケース２６との接触領域に於いて、冷媒の接触が阻止され、冷却性能が低下することとなる。また、放熱板１４又は絶縁板１５の寸法が冷媒の接触領域以上に大きく設計される必要があるところ、放熱板又は絶縁板は、典型的には比較的比重の大きい金属又はセラミックなどで形成されるので、重量及び／又はコストが増大することとなる。即ち、放熱板又は絶縁板へ冷却器ケースを直接に固定する場合、冷却器ケースとの接触領域の分だけ、冷却性能の低下、寸法の大型化、重量及び／又はコストの増大が生ずることとなる。
【０００７】
かくして、本発明の主な課題は、上記の如く放熱板に直接的又は間接的に固定された半導体素子が樹脂モールド内にて封止され、放熱板の外面が樹脂モールドから露出して冷媒にて直接に冷却される形式の半導体装置であって、冷媒が放熱板と樹脂モールドとの界面に接触せず、且つ、放熱板の寸法を不要に増大させない新規な構造を提供することである。
【０００８】
また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き半導体装置に於いて、放熱板に於ける冷媒の接触領域ができるだけ広く取られ、冷却性能の向上、寸法の小型化並びに重量及び／又はコストの低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記の課題は、半導体素子と、該半導体素子に対向する内面、該内面と反対の側の外面及び前記の内面と外面とを接続する側面を有し半導体素子の熱を外部へ放出するよう半導体素子に対して固定された放熱板とが電気絶縁性樹脂から成るモールド材にて封止された半導体装置であって、放熱板をその側面にて囲繞する枠部材を有し、放熱板の外面と枠部材の一部とがモールド材の外部に露出し、枠部材に冷却器ケースが接合されて放熱板の外面の全面が冷媒流路の一部を成し、放熱板とモールド材との界面への液体冷媒の接触が阻止されるよう放熱板の側面と枠部材との間が密閉されていることを特徴とする装置によって達成される。なお、かかる構成に於いて、「モールド材」を構成する電気絶縁性樹脂は、この分野で半導体素子の樹脂封止のために使用される任意の樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂であってよい。電気絶縁性樹脂から成るモールド材は、典型的には、流動状態にて、半導体素子及び該半導体素子に接合された電極、ワイヤ、絶縁板並びに放熱板から成る組立体を囲繞した後に硬化される。
【００１０】
上記の本発明の装置は、基本的な構成に於いて、図７に例示されている如き装置と同様に、放熱板に直接的又は間接的に固定された半導体素子が樹脂モールド内にて封止され、放熱板の外面が樹脂モールドから露出して冷媒にて直接に冷却される形式の半導体装置（しばしば、「樹脂封止型の半導体パッケージ」と称される。）である。しかしながら、本発明の装置の場合には、上記の如く、放熱板がその側面にて枠部材により密閉又はシールされた状態にて囲繞され、枠部材に対して、冷却器ケースが接合されて、冷却器ケースと枠部材と放熱板の外面とにより、冷媒流路が形成される。かかる構成によれば、放熱板の外面は、冷却器ケースにより冷媒との接触が阻止される領域がなく、その全面にて冷媒に曝されることとなるので、放熱板の冷却性能が充分に発揮されると共に、放熱板とモールド材との間の界面に冷媒が浸透する心配もなくなる。従って、従前の如く、放熱板や絶縁板の寸法を冷却器ケースとの接合のために大きくする必要がなくなり、寸法の小型化並びに重量及びコストの低減が達成されることとなる。
【００１１】
上記の本発明の構成に於いて、枠部材と冷却器ケースとは、互いに溶着可能な材料にて形成され、枠部材と冷却器ケースとが溶着により接合されてよい。溶着は、例えば、熱溶着、超音波溶着により達成されてよい。かかる構成によれば、冷媒流路を形成するために冷却器ケースを半導体装置に接合するためにボルト及びボルト締結のためのボルト孔等は必要なくなり、半導体装置の更なる小型化並びに重量及びコストの更なる低減が達成される。枠部材と冷却器ケースの材質としては、典型的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、ナイロン６６、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂等の耐熱性及び耐水性又は耐薬品性のある熱可塑性樹脂であってよい。この点に関し、枠部材は、半導体装置の組立の際に、流動状態の電気絶縁性樹脂（典型的には、熱硬化性樹脂である。）に曝されることとなるので、枠部材は、好適には、軟化温度がモールド材の電気絶縁性樹脂の成型温度よりも高い材料にて形成される。なお、枠部材と冷却器ケースとは、熱可塑性樹脂に代えて、軽量且つ廉価な任意のその他の耐熱性及び耐水性又は耐薬品性のある材料であってもよい。
【００１２】
放熱板の側面と枠部材との間の密閉は、放熱板とモールド材との界面への液体冷媒の接触が阻止可能であれば、任意の手法により達成されてよいことは理解されるべきである。実施の形態に於いては、かかる密閉又はシーリングは、例えば、放熱板の側面と枠部材との間に任意の弾性材料等から構成されるＯリングを介装することにより達成されてよい。また、放熱板の側面と枠部材との間は、ＮＭＴ技術（金属とプラスチック樹脂を分子レベルで直接接合する「ナノ・モールディング・テクノロジー」と称される技術）を用いて密閉されてもよい。
【００１３】
また、上記の構成に於いて、放熱板の外面及び側面が絶縁膜により被覆されていてもよい。既に述べた如く、本発明の構成に於いては、放熱板の外面の全面が冷媒流路の一部を構成し、放熱板の側面が、放熱板を囲繞する枠部材と密閉される。この場合、放熱板と半導体素子との間が電気的に絶縁性されていない構成に於いては、液体冷媒は、典型的には、水、エタノール、エンジン冷却液（車両に搭載の場合）又はそれらの混合液体であるので、放熱板を直接に液体冷媒に接触させることはできない。そこで、特に、放熱板と半導体素子との間が電気的に絶縁されていない構成、例えば、放熱板が半導体素子のための電極としても機能する構成に於いては、上記の如く、放熱板の外面及び側面が絶縁膜により被覆される。絶縁膜としては、耐熱性及び耐水性又は耐薬品性のある樹脂膜、酸化アルミニウム膜（アルマイト（登録商標）など）等であってよい。かかる構成によれば、図７（Ｃ）に例示されている如き放熱板が固定された絶縁板に更に冷却器ケースを接合するために、絶縁板の寸法を大きくするといった必要はなくなり、半導体装置の寸法の小型化が達成される。又、放熱板の側面までが絶縁膜により被覆され且つ放熱板の側面が枠部材に対してシーリングされるので、放熱板と冷媒とが電気的に導通することはなく、電気絶縁性は担保される。
【００１４】
更に、上記の本発明の構成は、複数の半導体素子が、一体的にモールド材に封止される半導体装置に適用されてもよい。即ち、複数の半導体素子と放熱板との組を有する半導体装置に於いて、放熱板をその側面にて囲繞する枠部材を有し、放熱板の外面と枠部材の一部とがモールド材の外部に露出し、枠部材に冷却器ケースが接合されて放熱板の外面の全面が冷媒流路の一部を成し、放熱板とモールド材との界面への液体冷媒の接触が阻止されるよう放熱板の側面と枠部材との間が密閉されている構成が用いられてよい。その場合、枠部材は、複数の開口部を有し、かかる複数の開口部の各々が複数の放熱板の少なくとも一つを囲繞し、且つ、それぞれの開口部が、対応する放熱板の側面に対して密閉され、複数の放熱板の外面の全面が一つの冷媒流路の一部を成すこととなる。なお、放熱板と半導体素子との間が電気的に絶縁性されていない構成、例えば、放熱板が半導体素子のための電極としても機能する構成に於いては、各放熱板の外面と側面は、上記の如き絶縁膜で被覆されていてよい。かかる構成によれば、半導体素子の集積化及び半導体装置の更なる小型化が達成される。また、冷媒流路を放熱板毎に設ける必要はなく、冷却器ケースの構成が簡単化され、例えば、冷却器ケースと枠部材との溶着を枠部材の外縁に沿ってのみ実行すればよい構成であれば、溶着領域が低減され、組立操作が簡単化され、又、コストの低減も図られることとなる。
【発明の効果】
【００１５】
かくして、上記の本発明によれば、放熱板の外面が電気絶縁性樹脂から成るモールドから露出され、放熱板が冷媒に曝されて冷却される形式の樹脂封止型の半導体装置に於いて、放熱板の側面を枠部材にて密閉した状態で囲繞することにより、放熱板の外面の全面が冷媒に曝された状態で放熱板とモールド材との界面への冷媒の浸透が阻止されることとなる。かかる構成によれば、放熱板の冷却作用に寄与する領域が増大され、或いは、通常、銅、アルミニウム等の金属で形成される放熱板の寸法を不要に大きくする必要がなくなり、半導体装置の更なる小型化や重量及びコストの低減が期待される。上記の本発明の構成は、例えば、ハイブリッドカー、電気自動車等の電機のためのインバータを構成する半導体素子のための冷却構造に有利に適用可能である。
【００１６】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明による半導体装置の一つの実施形態の模式図である。（Ａ）は、冷媒の流通方向から見た断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）中の一点鎖線（Ｂ）から見た断面図である。
【図２】図２は、図１の本発明による半導体装置の変形例の模式的な断面図である。（Ａ）は、放熱板側面と枠部材とのシールが溶着により為されている例を示している。（Ｂ）は、半導体素子の両面に対して放熱板が固定されている例を示している。（Ｃ）は、枠部材がリードフレームを保持し位置決めする構造を有している例を示している。
【図３】図３は、本発明による半導体装置の別の一つの実施形態の模式図である。（Ａ）は、放熱板の外面及び側面が絶縁膜により被覆された構造の冷媒の流通方向から見た断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）中の一点鎖線（Ｂ）から見た断面図である。
【図４】図４は、図２の本発明による半導体装置の変形例の模式的な断面図である。（Ａ）は、半導体素子の両面に対して放熱板が固定されている例を示している。（Ｂ）は、枠部材がリードフレームを保持し位置決めする構造を有している例を示している。
【図５】図５（Ａ）は、図３の本発明による半導体装置の変形例の模式的な断面図であり、複数の半導体素子と放熱板とが、一つの冷媒流路により冷却される例を示している。図５（Ｂ）は、（Ａ）に於いて使用されている枠部材の平明図である。図５（Ｃ）は、（Ａ）の構造が適用されるインバータの三相ブリッジ結線回路の回路図を示している。
【図６】図６は、図５（Ａ）の本発明による半導体装置の変形例の模式的な断面図であり、半導体素子の両面に対して放熱板が固定されている例を示している。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の技術に於ける半導体装置のいくつかの例の断面図を示している。
【符号の説明】
【００１８】
１０、１０ａ〜ｈ…半導体装置
１２…半導体素子
１４…放熱板
１５…絶縁板
１５ａ…絶縁膜
１６…はんだ層
１７…電極
１８…リードフレーム
２０…ワイヤボンディング
２２…枠部材
２２ａ…溶着部
２４…Ｏリング
２４ａ…溶着部
２６…冷却器ケース
Ｍ…樹脂モールド
Ｆ…放熱板とモールド材の界面
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００２０】
本発明の半導体装置の構成
図１は、本発明による半導体装置の一つの実施形態の断面を模式的に表したものである。同図を参照して、本発明による半導体装置１０は、基本的には、従来の樹脂封止型の半導体装置と同様に、半導体素子１２が、銅又はアルミニウム等から成る板状部材である放熱板１４上に於いて固定され、電気絶縁性の樹脂から成るモールド材Ｍ内に封止された構造を有している。なお、図示の例では、半導体素子１２は、絶縁板１５、電極板１７、はんだ層１６を介して、放熱板１４の一方の面（内面）１４ｃに接合され、かかる半導体素子１２を含む積層体が、ワイヤボンディング２０を介して半導体素子１２又は電極板１４に電気的に接続されたリードフレーム１８（典型的には、金属製の板状部材）と共に、一体的にモールド材Ｍに覆われた構造となっている。半導体素子１２は、既に触れた如く、ハイブリッドカー、電気自動車、その他の大型の機械などの電機に流通する大電流を制御するためのＩＧＢＴ、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタ、パワーダイオード、パワー半導体或いはシリコンカーバイド或いは窒化ガリウムなどのシリコン以外の材料を使用した素子などの、一辺が数ｍｍ〜数ｃｍの平板状の素子である。また、モールド材Ｍを形成する封止用樹脂としては、典型的には、電気絶縁性を有するエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってよい（例えば、信越化学工業株式会社のＫＭＣ−１８０、ＫＭＣ−５２０や京セラ株式会社のＫＥ−８７０にて市販されているエポキシ樹脂が利用可能である。）。また、図示の如く、リードフレーム１８は、外部と半導体素子１２との電気的接続を達成するために、一部がモールド材Ｍの外部に突出して配置される。
【００２１】
かかる半導体装置１０に於いて、その動作中に、半導体素子１２には比較的大きな電流が流通するので、半導体素子１２は、相当量の熱を発する。そこで、従前より、半導体装置の構造に於いては、半導体素子１２の熱を外部に放出して半導体素子１２及び装置全体を冷却するための機構が設けられる。そのような冷却機構として、本発明の対象となる構造に於いては、特に、図示の如く、放熱板１４の外面１４ａ（半導体素子１２に対向する内面１４ｃと反対側の面）をモールド材Ｍから露出し、放熱板外面１４ａが冷媒流路の一部を構成して、かかる外面１４ａが冷媒に曝されるように、半導体素子１２を含むモールド材Ｍにて封止された組立体の外部へ冷却器ケース２６が取り付けられる。
【００２２】
この点に関し、上記の如く、放熱板１４がモールド材Ｍから露出され冷媒に曝される構成に於いて、既に述べた如く、図７（Ａ）に例示されているように、放熱板１４とモールド材Ｍとの界面が冷媒に接触すると、冷媒が界面に侵入して、電極１７や半導体素子１２まで浸透し、冷媒と回路素子との電気絶縁性が損なわれるおそれが生ずる。一方、図７（Ｂ）、（Ｃ）の如く、放熱板１４又は絶縁板１５に直接に冷却器ケース２６を取り付ける場合には、放熱板１４とモールド材Ｍとの界面は、冷媒から隔離されるが、比較的比重の大きい放熱板１４又は絶縁板１５の寸法が冷却器ケース２６の取付のためだけに増大され、放熱板１４又は絶縁板１５の冷却器ケース２６との接合領域は、冷媒に曝されないので、放熱板１４の増大分に相当する冷却性能の向上は期待できない。
【００２３】
そこで、本発明の構造に於いては、図１（Ａ）に例示されている如く、放熱板１４をその側面１４ｂにて枠部材２２により囲繞させ、放熱板側面１４ｂに対して枠部材２２を密閉した状態とし、枠部材２２の一部を含めてモールド材Ｍにて覆うとともに、枠部材２２の一部と放熱板外面１４ａとをモールド材Ｍの外に露出させる。そして、放熱板１４を囲繞する枠部材２２に対して、冷却器ケース２６が取り付けられる。放熱板側面１４ｂに対する枠部材２２による密閉は、例えば、任意の弾性材料等から構成されるＯリング２４を放熱板側面１４ｂと枠部材１２の内縁に形成された溝との間に介装することにより、Ｏリングを枠部材２２の放熱板側面１４ｂへの対向面に一体的に成型することにより（図示せず）、或いは、図２（Ａ）に例示されている如くＮＭＴ技術（例えば、大成プラス社により提供されるＮＭＴ技術）等を用いて放熱板側面１４ｂと枠部材１２の内縁２４ａ（溶着部）とを溶着することにより達成されてよい。
【００２４】
かかる構成によれば、放熱板外面１４ａは、図１（Ｂ）の断面図からも理解される如く、冷却器ケース２６により冷媒との接触が阻止される領域がなく、その全面にて冷媒に曝され、これにより、放熱板の冷却性能が充分に発揮されることとなる。また、放熱板１４とモールド材Ｍとの間の界面が冷媒に直接に接触することがないので、かかる界面から冷媒がモールド材Ｍの内部へ浸透することもない。即ち、本発明の上記の構成に於いては、放熱板の寸法は、モールド材Ｍとの界面を冷媒に曝される心配をせずに、冷却性能又は放熱性能のみを考慮して決定可能であり、放熱板の寸法を冷却性能に於いて必要な大きさに設定できることとなる。特に、放熱板は、典型的には、銅又はアルミニウム等の金属や熱伝導性の高いセラミック材料で製作され、重量やコストが比較的高いところ、本発明によれば、その大きさを低減できることから、半導体装置の軽量化及びコストの低減が期待される。
【００２５】
上記の構成に於いて、枠部材２２は、軽量且つ廉価な任意の耐熱性及び耐水性又は耐薬品性のある材料にて製作される。半導体装置の組立工程に於いては、半導体素子１２〜放熱板１４の積層体に枠部材２２が取り付けられている組立体を、流動状態の電気絶縁性樹脂が高温にて（エポキシ樹脂であれば、成型温度は、１８０℃程度）覆い、しかる後に電気絶縁性樹脂が硬化される。従って、枠部材２２は、かかる工程に於いて軟化しないように、電気絶縁性樹脂の成型温度よりも高い軟化温度を有するものが選択される。また、図１（Ａ）から理解される如く、枠部材２２も冷媒に曝されることとなるので、枠部材２２は、冷媒（典型的には、水、エタノール、エンジン冷却液（車両に搭載の場合）又はそれらの混合液体）に対して耐性を有する材料にて製作される。かくして、枠部材２２は、典型的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、、ナイロン６６、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂等の熱可塑性樹脂にて製作されてよい。なお、枠部材２２の材質は、前記の如き熱可塑性樹脂に代えて、軽量且つ廉価な任意のその他の耐熱性及び耐水性又は耐薬品性のある材料であってもよい。
【００２６】
また、上記の構成に於いて、冷媒流路を画定する冷却器ケース２６は、上記の枠部材２２へ取り付けられる。かかる取り付けは、好適には、接合面２２ａ（溶着部）にて、例えば、熱溶着、超音波溶着等の任意の溶着技術により達成されてよい。この点に関し、枠部材２２が前記の如き熱可塑性樹脂にて製作されている場合には、冷却器ケース２６は、かかる樹脂と溶着可能な任意の材料で製作されてよいことは理解されるべきである。冷却器ケース２６も、冷媒に曝されることになるので、枠部材２２の材質と同様に耐熱性及び耐水性のある材料にて製作されることが好ましい。かくして、典型的には、冷却器ケース２６も、枠部材２２と同様に、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、、ナイロン６６、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂等の熱可塑性樹脂又はその他の耐熱性及び耐水性又は耐薬品性のある材料にて製作されてよい。上記の如く、冷却器ケース２６と枠部材２２との接合が溶着により達成される場合には、冷却器ケースを半導体装置に接合するためにボルト及びボルト締結のためのボルト孔等は必要なくなり、半導体装置の更なる小型化並びに重量及びコストの更なる低減が達成されることとなる。
【００２７】
上記の本発明によるモールド材Ｍから露出される放熱板１４をその側面にて枠部材２２にて密閉した状態で囲繞し、枠部材２２に対して冷却器ケース２６を取り付ける構成は、図２（Ｂ）に模式的に描かれている如く、半導体素子１２の両側に設けられてもよい。また、枠部材２２は、単に放熱板１４を保持するためだけでなく、図２（Ｃ）に模式的に描かれている如く、リードフレーム１８の位置決めをするべくリードフレーム１８と一体的に構成されていてもよく、或いは、モールド材の成型及び硬化の際に、リードフレーム１８を支持して位置決めするよう構成されていてもよい。その場合、モールド材Ｍによる成型時のリードフレーム１８の位置決めが容易となり、成型工程の簡単化が期待される。
【００２８】
図３は、図１のモールド材Ｍから露出される放熱板１４をその側面にてＯリング２４等を用いて密閉した状態で枠部材２２によって囲繞し、枠部材２２に対して冷却器ケース２６を取り付ける構成を、放熱板１４が半導体素子１２の電極としても機能する構成に適用した例を模式的に描いた図である。同図を参照して、本実施形態に於いては、電極を兼ねる放熱板１４と冷媒との電気的導通を遮断するために、放熱板１４の外面１４ａと側面１４ｂとが絶縁膜１５ａにて被覆される。絶縁膜１５ａとしては、耐熱性及び耐水性又は耐薬品性があり且つ熱伝導性の高い電気絶縁性樹脂膜、例えば、フッ素系樹脂膜、酸化アルミニウム膜（アルマイト（登録商標）など）等が採用されてよい。かかる構成に於いても、図３（Ｂ）からも理解される如く、放熱板外面１５ａの全面が冷媒に曝され、これにより、十分な冷却性能が発揮されるとともに、図７（Ｃ）に例示されている如き冷却器ケースを接合するために寸法が大きくなった絶縁板は不要となり、半導体装置の寸法の小型化が達成される。又、放熱板側面１４ｂまでが絶縁膜１５ａにより被覆され且つ放熱板側面１４ｂが枠部材２２に対してシーリングされるので、放熱板１４と冷媒とが電気的に導通することはなく電気絶縁性は担保される。
【００２９】
上記の図３の如き、絶縁層１５ａを外面及び側面に被覆した放熱板１４をその側面にて枠部材２２で囲繞する構成も、半導体素子１２の両側に設けられてもよい（図４（Ａ））。また、この場合も、枠部材２２は、単に放熱板１４を保持するためだけでなく、図４（Ｂ）に模式的に描かれている如く、リードフレーム１８の位置決めをするべくリードフレーム１８と一体的に構成されていてもよく、或いは、モールド材の成型及び硬化の際に、リードフレーム１８を支持して位置決めするよう構成されていてもよい。
【００３０】
更に、上記の如き、モールド材Ｍから露出される放熱板１４をその側面にて枠部材２２にて密閉した状態で囲繞し、枠部材２２に対して冷却器ケース２６を取り付ける本発明の構成は、図５（Ａ）に例示されている如く、一体のモールド材Ｍに複数の半導体素子１２〜放熱板１４の組を封止した構成に適用されてもよい。図５（Ａ）の例では、枠部材２２は、図５（Ｂ）に模式的に描かれている如く、複数の開口部２２ｂを有し、それぞれが、別々の放熱板１４を、その側面をシールした状態で受容し支持する。図示の例は、図５（Ｃ）に例示されている如き三相ブリッジ結線回路から成るインバータに於けるスイッチング素子を担持する半導体装置１０ｇに用いられる枠部材２２であり、インバータのＵ相、Ｖ相及びＷ相の出力線のそれぞれに接続された三相ブリッジ結線回路の上アーム（Ｐバス側）のスイッチング素子のエミッタ端子が接続される（電極を兼ねる）放熱板１４のための開口部２２ｂと、Ｎバスに接続される三相ブリッジ結線回路の下アームのスイッチング素子のエミッタ端子が接続される（電極を兼ねる）放熱板１４のための開口部２２ｂとが形成されている。なお、図５（Ａ）の例では、放熱板１４が電極を兼ねる構成であるため、放熱板１４の外面１４ａ及び側面１４ｂには、絶縁膜１５ａが被覆されているが、図１の如く、放熱板１４と半導体素子１２とが電気的に絶縁されている場合には、放熱板１４に絶縁膜１５ａの被覆が施されていなくてもよいことは理解されるべきである。
【００３１】
また、上記の複数の半導体素子１２〜放熱板１４の組を包含する半導体装置１０ｇの場合、冷媒流路は、全ての放熱板１４に共通であってよく、放熱板１４を囲繞する枠部材２２に於いては、その外周に、冷媒流路を画定する冷却器ケース２６との接合を容易にすべく、接合面２２ａが突出して形成されていてよい。かかる冷媒通路が共通となっている構成に於いては、枠部材２２と冷却器ケース２６との接合又は溶着領域は、冷却器ケース２６の外周だけとなり、放熱板１４毎に冷媒流路を設ける場合に比して、接合又は溶着領域が少なくなるので、装置の組立の手間、労力及びコストの低減が期待される。
【００３２】
更に、図５の如く、複数の半導体素子１２〜放熱板１４の組を包含する半導体装置に於いても、放熱板１４をその側面にて枠部材２２で囲繞する構成が、半導体素子１２の両側に設けられてもよい（図６）。また、この場合も、枠部材２２は、単に放熱板１４を保持するためだけでなく、リードフレーム１８の位置決めをするべくリードフレーム１８と一体的に構成されていてもよく、或いは、モールド材の成型及び硬化の際に、リードフレーム１８を支持して位置決めするよう構成されていてもよい（図示せず。）。
【００３３】
かくして、上記の本発明では、放熱板が樹脂モールドから露出され冷媒に曝される形式の樹脂封止型の半導体装置に於いて、放熱板の側面にて密閉した状態にて枠部材によって囲繞し、枠部材に冷媒流路を画定する冷却器ケースを取り付けることにより、放熱板とモールド材との界面が冷媒に接触しないように放熱板外面の全面を冷媒に曝した状態が達成される。かかる構成によれば、冷媒が放熱板とモールド材との界面に浸透するおそれがなく、また、放熱板の寸法を冷却器ケースの取り付けのために大きくする必要がなくなり、放熱板の冷却性能を考慮して放熱板の寸法の設計が為され、結果として、放熱板の寸法の小型化が達成され、比較的高額な放熱板の使用量を低減することが可能となる。また、上記の本発明の構成によれば、放熱性能及び冷却性能の改善により、半導体装置の更なる小型化が達成可能となるとともに、その構造が比較的簡単であることから、製造のための労力や費用の低減が可能となる。
【００３４】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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