(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を冷却するための半導体装置冷却器であって、
前記半導体装置が絶縁層を介して積層される一主面、及び冷媒接触面とされる他主面を有する天板を備え、
前記天板には、前記半導体装置及び前記絶縁層を封止するように封止樹脂が設けられており、
前記天板は、該天板の厚さ方向に沿う所定断面において前記封止樹脂と接触する縁部に、凸部及び凹部の双方を有し、
前記凸部は、前記天板の厚さ方向に沿う所定断面視にて前記一主面に対して突出するように形成されており、
前記凹部は、前記天板の厚さ方向に沿う所定断面視にて前記一主面に対して窪むように形成されており、
前記凸部及び前記凹部は、互いに連続するように形成されており、
前記封止樹脂は、ポッティング樹脂を含み、
前記天板は、該天板の厚さ方向に沿う所定断面において前記封止樹脂と接触する縁部の前記他主面側に、凸部及び凹部の双方を更に有することを特徴とする半導体装置冷却器。
【請求項２】
前記凸部及び前記凹部の少なくとも一方は、前記所定断面視で山型形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を冷却するための半導体装置冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置冷却器としては、例えば特許文献１に記載されているように、半導体チップが放熱基板の表面に積層され、封止樹脂が放熱基板の表面及び側面を覆うように設けられているものが知られている。このような半導体装置冷却器では、放熱基板の表面において対向する２辺に沿って突起を設けることで、封止樹脂の剥離を防止することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述したような半導体装置冷却器では、半導体装置が絶縁層を介して積層される一主面及び冷媒接触面とされる他主面を有する天板に、半導体装置及び絶縁層を封止するよう封止樹脂が設けられている場合がある。この場合、例えば半導体装置の信頼性を高めるべく、絶縁層の耐湿性及び封止樹脂の密着性を向上することが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、絶縁層の耐湿性及び封止樹脂の密着性を向上することができる半導体装置冷却器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置冷却器は、半導体装置を冷却するための半導体装置冷却器であって、半導体装置が絶縁層を介して積層される一主面、及び冷媒接触面とされる他主面を有する天板を備え、天板には、半導体装置及び絶縁層を封止するように封止樹脂が設けられており、天板は、該天板の厚さ方向に沿う所定断面において封止樹脂と接触する縁部に、凸部及び凹部の双方を有することを特徴とする。
【０００７】
この半導体装置冷却器においては、水分や湿気が絶縁層に侵入する侵入経路上、つまり、天板と封止樹脂との境界から絶縁層に至るまでの経路上に、凸部及び凹部の両方を有することとなる。よって、侵入経路が好適に長くなり、絶縁層の耐湿性を向上することができる。また、このような凸部及び凹部によって、天板と封止樹脂との接触面積を増大させることができ、封止樹脂の密着性を向上することが可能となる。
【０００８】
また、凸部及び凹部の少なくとも一方は、所定断面視で山型形状となるように形成されていることが好ましい。この場合、凸部及び凹部の少なくとも一方の周辺に封止樹脂が回り込み易くなり、封止樹脂にボイド（気泡）が発生するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、絶縁層の耐湿性及び封止樹脂の密着性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。
【図２】他の例に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。
【図３】さらに他の例に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」の語は、図面の上下方向に対応するものであり便宜的なものである。
【００１２】
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。図１に示すように、本実施形態の半導体モジュール１０は、半導体チップ（半導体装置）１１を冷却するための半導体装置冷却器１を具備し、半導体装置冷却器１は、天板１２を備えている。
【００１３】
天板１２は、その上面（一主面）１２ａの中央部に、絶縁シート１３が貼り付けられて積層される積層領域Ｒを有している。天板１２の積層領域Ｒを含む積層部１２ｘ（積層領域Ｒの直下部分）の厚さＬは、所定厚さ（例えば、２ｍｍ）以上とされている。これは、天板１２が絶縁シート１３の貼付け応力に耐久でき、且つ天板１２の過渡熱抵抗を低減させるためである。また、天板１２の下面（他主面）１２ｂは、複数のフィンＦを有している。つまり、下面１２ｂは、冷媒接触面となっており、例えば冷媒としての空気が下面１２ｂに接触する。
【００１４】
絶縁シート（絶縁層）１３は、例えばエポキシ樹脂で形成された矩形状のシート体であって、絶縁性を有している。この絶縁シート１３の上面１３ａの一部には、金属板１４が積層されて固定されている。金属板１４は、例えば銅で形成され、半導体チップ１１の熱を拡散させると共に熱抵抗の低下を図るヒートスプレッダとして機能する。この金属板１４の上面１４ａの一部には、はんだ１５を介して上記半導体チップ１１が積層されて固定されている。半導体チップ１１は、ボンディングワイヤ１６によってリード１７に電気的に接続されている。
【００１５】
また、天板１２の上面１２ａ側には、半導体チップ１１、絶縁シート１３、金属板１４、ボンディングワイヤ１６及びリード１７を封止するように封止樹脂１８が設けられている。ここでの封止樹脂１８としては、モールド樹脂が用いられている。なお、封止樹脂１８として、例えばポッティング樹脂等を用いることもできる。
【００１６】
ここで、本実施形態の天板１２は、その厚さ方向に沿う所定断面Ｄにおいて封止樹脂１８と接触する縁部３の上面１２ａ側に、凸部４と、該凸部４に対し面方向（上面１２ａに沿う方向）内側に隣接する凹部５との双方を有している。換言すると、上面１２ａは、その最外周位置から積層領域Ｒを結ぶ直線分中に、凸部４及び凹部５の両方をこの順に備えている。
【００１７】
凸部４は、所定断面Ｄ視にて上方に山型に突出するように形成されており、平坦な頂部４ｘと、該頂部４ｘの両端に連続し裾広がりになるよう傾斜する側部４ｙと、を含んで構成されている。また、凹部５は、所定断面Ｄ視にて下方に山型に窪むように形成されており、平坦な底部５ｘと、該底部５ｘの両端に連続し裾広がりになるよう傾斜する側部５ｙと、を含んで構成されている。また、これら凸部４及び凹部５は、側部４ｙ，５ｙが互いに連続するように形成されている。
【００１８】
この凸部４は、好ましいとして、積層部１２ｘの上面１２ａよりも厚さＬの略１／４以上の突出高さを有しており、ここでは、略１／３以上の突出高さを有している。さらにまた、凹部５は、好ましいとして、積層部１２ｘの上面１２ａよりも厚さＬの略１／４以上の深さを有しており、ここでは、略１／３以上の深さを有している。なお、上面１２ａ視では、凸部４は、積層領域Ｒを囲むよう枠状に延びる凸条を構成し、凹部５は、凸条の内側で積層領域Ｒを囲むよう枠状に延びる溝を構成している。
【００１９】
以上、本実施形態の天板１２では、上面１２ａに半導体チップ１１が絶縁シート１３を介して積層されると共に、下面１２ｂが冷媒接触面とされ、そして、所定断面Ｄにおいて封止樹脂１８と接触する縁部３に凸部４及び凹部５の双方が形成される。よって、本実施形態の半導体モジュール１０にあっては、水分や湿気が外部から絶縁シート１３に侵入する侵入経路上、つまり、天板１２と封止樹脂１８との境界Ｂから絶縁シート１３に至るまでの経路上に、凸部４及び凹部５の両方を有することとなる。その結果、侵入経路が好適に長くなり、絶縁シート１３の耐湿性を向上することができる。
【００２０】
また、このような凸部４及び凹部５によって、天板１２と封止樹脂１８との接触面積が増大するため、封止樹脂１８の密着性を向上することが可能となり、ひいては、アンカー効果を高めることができる。加えて、例えば温度変化等に起因して絶縁シート１３に発生するせん断方向応力を、凸部４及び凹部５によって分散させて低減させることが可能となる。
【００２１】
すなわち、本実施形態においては、天板１２に積極的に凹凸をつけることで絶縁シート１３の吸湿を防ぐと共に該絶縁シート１３の封止樹脂１８に対する密着性を高めることができ、これと同時に、絶縁シート１３に加わる応力の低減が可能となる。その結果、信頼性の高い半導体モジュールを提供することが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態では、上述したように、凸部４及び凹部５が所定断面Ｄ視で山型形状となるよう形成されているため、これら凸部４及び凹部５の周辺に封止樹脂１８が回り込み易くなり、封止樹脂１８にボイド（気泡）が発生するのを抑制することができる。
【００２３】
また、一般的に、絶縁シート１３を用いた構造では、絶縁シート１３への応力増加及び絶縁シート１３の吸湿増加によって、絶縁シート１３の破壊及び絶縁信頼性（イオンマイグレーション等）の低下が懸念され、また、近年のモジュールの小型化要求のために絶縁に必要な面積割合が大きくなっていることから、信頼性の低下が問題とされている。よって、信頼性の高い半導体モジュールを提供できる本実施形態は、特に有効なものであるといえる。
【００２４】
なお、本発明の凸部及び凹部の形状は、上述した本実施形態の凸部４及び凹部５の形状に限定されるものではなく、種々の形状としてもよい。例えば、図２に示すように、所定断面Ｄ視において、凸部４が、上方に矩形状の突出するように形成され、その頂部４ｘ及び側部４ｙが直交するようになっていてもよく、また、凹部５が、下方に矩形状に窪むように形成され、その底部５ｘ及び側部５ｙが直交するようになっていてもよい。
【００２５】
また、本発明では、図３に示すように、天板１２の下面１２ｂにハウジング１９が設けられ、冷媒としての冷却水Ｗが下面１２ｂに接触するよう構成されていてもよい。この場合、冷却水Ｗの水圧等で絶縁シート１３に加わる上下方向の応力をも、凸部４及び凹部５によって低減することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。図４に示すように、本実施形態の半導体モジュール２０にあっては、天板２５を備える半導体装置冷却器２１を具備する点で、上記第１実施形態と異なっている。天板２５では、所定断面Ｄ視で下面２５ｂ側に凸部２２及び凹部２３，２４がさらに形成されている。
【００２７】
具体的には、この天板２５は、その厚さ方向に沿う所定断面Ｄにおいて封止樹脂１８と接触する縁部３の下面２５ｂ側に、凸部２２及び凹部２３，２４をさらに有している。凹部２３は、凸部２２に対し面方向内側に隣接し、凹部２３は、凸部２２に対し面方向外側に隣接している。
【００２８】
以上、本実施形態においても、絶縁シート１３の耐湿性及び封止樹脂１８の密着性を向上するという上記効果と同様な効果を奏する。さらに、本実施形態は、所定断面Ｄ視で天板２５の下面２５ｂ側に凸部２２及び凹部２３，２４をさらに有するため、かかる効果は顕著となる。
【００２９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。図５に示すように、本実施形態の半導体モジュール３０にあっては、天板３４を備える半導体装置冷却器３１を具備する点で、上記第１実施形態と異なっている。天板３４では、所定断面Ｄ視で側面３４ｃ側に凸部３２及び凹部３３がさらに形成されている。
【００３０】
具体的には、この天板３４は、その厚さ方向に沿う所定断面Ｄにおいて封止樹脂１８と接触する縁部３の側面３４ｃ側に、凸部３２と凹部３３とをさらに有している。凸部３２は凹部３３に対し上方（凹部３３は凸部３２に対し下方）に位置している。
【００３１】
以上、本実施形態においても、絶縁シート１３の耐湿性及び封止樹脂１８の密着性を向上するという上記効果と同様な効果を奏する。さらに、本実施形態は、所定断面Ｄ視で天板３４の側面３４ｃ側に凸部３２及び凹部３３をさらに有するため、かかる効果は顕著となる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る半導体装置冷却器は、実施形態に係る上記半導体装置冷却器１，２１，３１に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３３】
例えば、上記第２実施形態は、所定断面Ｄ視で天板２５の上面２５ａ側に凸部４及び凹部５を有すると共に、下面２５ｂ側に凸部２２及び凹部２３，２４を有しているが、上面側のみ又は下面側のみに凸部及び凹部を有していてもよい。また、上記第３実施形態は、所定断面Ｄ視で天板３４の上面３４ａ側に凸部４及び凹部５を有すると共に、側面３４ｃ側に凸部３２及び凹部３３を有しているが、上面側のみ又は側面側のみに凸部及び凹部を有していてもよい。さらに、天板の上面側、下面側及び側面側の全てに凸部及び凹部を有していてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１，２１，３１…半導体装置冷却器、３…縁部、４…凸部、５…凹部、１１…半導体チップ（半導体装置）、１２…天板、１２ａ…上面（一主面）、１２ｂ…下面（他主面）、１３…絶縁シート（絶縁層）、１８…封止樹脂、Ｄ…所定断面。
【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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