(57)【要約】【課題】パワー半導体装置の組立性を向上することができるパワー半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１と電気的に接続される高圧電極２と、パワー半導体素子１と接続され、放熱性を有する放熱板４と、絶縁膜５を介して放熱板４と接続される冷却体６と、パワー半導体素子１、高圧電極２の一部、放熱板４、絶縁膜５、および冷却体６の一部を覆う封止体１０とを備える。冷却体６は、封止体１０に一部が埋設されるベース部７と、ベース部７と接続される冷却部材８とを含む。ベース部７と冷却部材８は別体であって、冷却部材８は封止体１０から露出するベース部７に固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と電気的に接続される高圧電極と、
前記パワー半導体素子と接続され、放熱性を有する放熱板と、
絶縁膜を介して前記放熱板と接続される冷却体と、
前記パワー半導体素子、前記高圧電極の一部、前記放熱板、前記絶縁膜、および前記冷却体の一部を覆う封止体とを備え、
前記冷却体は、前記封止体に一部が埋設されるベース部と、前記ベース部と接続される冷却部材とを含み、
前記ベース部と前記冷却部材は別体であって、前記冷却部材は前記封止体から露出する前記ベース部に固定される、パワー半導体装置。
【請求項２】
前記ベース部は凹部を有し、
前記冷却部材は、前記凹部と嵌合する、請求項１に記載のパワー半導体装置。
【請求項３】
前記冷却部材は、一方の端部に前記凹部と嵌合する根元部を、他方の端部に弾性を有する弾性部を有し、
前記弾性部と接するように設けられたカバー部材を有する、請求項２に記載のパワー半導体装置。
【請求項４】
前記冷却部材は、前記ベース部との間に冷媒を流すことが可能な空間を形成するように前記ベース部に接合される、請求項１に記載のパワー半導体装置。
【請求項５】
前記冷却部材は金属テープを含み、
前記金属テープは、前記冷媒が流動可能な方向に垂直に延在する、請求項４に記載のパワー半導体装置。
【請求項６】
前記冷却部材と接するように設けられたカバー部材を有する、請求項５に記載のパワー半導体装置。
【請求項７】
前記高圧電極と前記冷却体との間の領域にナットボックスをさらに備え、
前記ナットボックスはナットを含んで、開口部を有し、
前記ナットおよび前記開口部が前記高圧電極下に位置し、
前記ナットボックス以外の前記領域を前記封止体で覆うようにした、請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワー半導体装置。
【請求項８】
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子と電気的に接続される高圧電極と、
前記パワー半導体素子と接続され、放熱性を有する放熱板と、
絶縁膜を介して前記放熱板と接続される冷却体と、
前記高圧電極と前記冷却体との間の領域に位置するナットボックスと、
前記パワー半導体素子、前記高圧電極の一部、前記放熱板、前記絶縁膜、前記冷却体の一部、および前記ナットボックスを覆う封止体とを備え、
前記高圧電極は貫通孔を含み、
前記ナットボックスはナットを含んで、前記高圧電極と接する側に開口部を有し、
前記ナットおよび前記開口部は前記貫通孔の下に位置する、パワー半導体装置。
【請求項９】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を冷却する冷却体の一部を覆う封止体を形成する工程と、
前記封止体から露出した前記冷却体に冷却部材を装着する工程とを備える、パワー半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記冷却部材を前記冷却体に装着する前に、前記パワー半導体素子の検査を行う、請求項９に記載のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と電気的に接続し、貫通孔を含む高圧電極と、前記パワー半導体素子と接続し、放熱性を有する放熱板と、絶縁膜を介して前記放熱板と接続する冷却体とを準備する工程と、
中空構造を有して内部にナットを含み、開口部を有するナットボックスを準備する工程と、
前記貫通孔の下に前記開口部が位置するように前記高圧電極と前記冷却体との間の領域に前記ナットボックスを配置して、前記パワー半導体素子と、前記高圧電極の一部と、前記放熱板と、前記絶縁膜と、前記冷却体の一部と、前記ナットボックスとを覆う封止体を形成する工程とを備える、パワー半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体装置およびその製造方法に関し、特に組立性を良好なものとすることが可能なパワー半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にパワー半導体素子は、当該半導体素子を物理的および化学的に保護することを目的として、外部との電気的接続を担うリードフレームと、該リードフレームと半導体素子とを電気的に接続するワイヤ等と共に、パワー半導体素子が動作時に発生する熱を素早く放熱するための冷却装置上に載置された状態で樹脂封止される。
【０００３】
冷却装置は冷却性能を高めるため、パワー半導体素子を載置した面と対向する面に放熱フィンを有する冷却装置が提案されている。例えば、特開２００７−１８４３１５号公報（特許文献１）や特開２００９−２９５８０８号公報（特許文献２）に放熱フィンを有する冷却装置を備えた半導体モジュールが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８４３１５号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の放熱フィンを有する冷却装置を備えるパワー半導体装置は、樹脂封止工程以前にパワー半導体装置の冷却装置が形成されるため、樹脂封止工程以後の組立工程は冷却装置を備えた状態で実施する必要があった。この結果、樹脂封止工程以後の工程は突起状に露出した放熱フィンにより組立性が損なわれる。例えば、パワー半導体素子１を載置した面と対向する面から突起した放熱フィンによって樹脂封止後の工程におけるパワー半導体装置のハンドリング性が低下する。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、パワー半導体装置の組立性を向上することができるパワー半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパワー半導体装置は、パワー半導体素子と、パワー半導体素子と電気的に接続される高圧電極と、パワー半導体素子と接続され、放熱性を有する放熱板と、絶縁膜を介して放熱板と接続される冷却体と、パワー半導体素子、高圧電極の一部、放熱板、絶縁膜、および冷却体の一部を覆う封止体とを備える。冷却体は、封止体に一部が埋設されるベース部と、ベース部と接続される冷却部材とを含む。ベース部と冷却部材は別体であって、冷却部材は封止体から露出するベース部に固定される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のパワー半導体装置は、別体であるベース部と冷却部材とを含むため、冷却部材をベース部に装着しない状態でパワー半導体素子を覆うように封止体を形成することができる。これにより、パワー半導体装置の封止体形成後のハンドリング性を向上でき、パワー半導体装置の組立性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１のパワー半導体装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態２のパワー半導体装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態３パワー半導体装置の概略断面図である。
【図４】実施の形態４のパワー半導体装置の概略断面である。
【図５】実施の形態１のパワー半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態４のパワー半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態に係るパワー半導体装置１００は、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１と電気的に接続される高圧電極２と、パワー半導体素子１と接続され高い放熱性を有する放熱板４と、絶縁膜５を介して放熱板４と接続される冷却体６と、パワー半導体素子１、放熱板４、絶縁膜５、および冷却体６の一部とを覆う封止体１０とを備える。
【００１１】
パワー半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や
ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などを有する半導体チップであり、高電圧で大電流を制御可能な素子である。パワー半導体素子１の一方の主面は、高圧電極２や信号端子２０等と電気的に接続される。例えば、高圧電極２はパワー半導体素子１とはんだ３を介して電気的に接続され、信号端子２０はワイヤ１９により電気的に接続される。パワー半導体素子１の他方の主面は、はんだ等（図示せず）を介して放熱板４に保持される。高圧電極２はパワー半導体素子１に高電圧を印加可能とする任意の構造で設けられる。高圧電極２には大電流が流れるため、高圧電極２と外部とはボルト締結の手段によって接続される。つまり、高圧電極２は、ボルトが貫通するための貫通孔２１を含んでいる。
【００１２】
放熱板４は、パワー半導体素子１が発する熱を拡散させるための熱拡散板であり、放熱性の高い材料からなる。例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等で放熱板４を構成すればよい。パワー半導体素子１を搭載した面と対向する面は、絶縁膜５を介して冷却体６と接続される。絶縁膜５は、電気的絶縁性を有し、例えば、エポキシ樹脂等で構成すればよい。
【００１３】
冷却体６は別体であるベース部７と冷却部材８とを含む。ベース部７と冷却部材８とは接続して冷却体６を形成し、例えば、ベース部７は凹部を有する板状部材であり、冷却部材８は凹部に嵌合するように構成された柱状部材である。ベース部７および冷却部材８の材料は放熱板４と同様放熱性の高い材料とし、例えば、銅やアルミニウム等で構成すればよい。ベース部７と冷却部材８の材料は同一の材料でもよいし、異なる材料でもよい。
【００１４】
封止体１０は、パワー半導体素子１、高圧電極２、放熱板４、絶縁膜５、および冷却体６を封止する。封止体１０は、電気絶縁性を有し、例えば、エポキシ樹脂等で構成すればよい。このとき、封止体１０からは、高圧電極２の一部、信号端子２０の一部および冷却体６の一部が露出する。封止体１０から露出する冷却体６の一部には、ベース部７のうち、凹部を有する一方表面と冷却部材８とが含まれる。凹部を有するベース部７の一方表面は、該表面と平坦面とを対向するようにパワー半導体装置１００を平坦面上に載置したとき、パワー半導体装置１００が安定する程度に平坦化された面を有するのが好ましい。
【００１５】
さらに、冷却体６は、冷却体６とカバー部材１１とが互いに接続することにより冷却器を構成するように設けられる。つまり、本実施の形態のパワー半導体装置１００において、パワー半導体素子１が駆動することにより生じた熱は、主に、半導体素子から放熱板４、絶縁膜５、冷却体６へと効率よく伝播して冷却器で排熱される。このとき、ベース部７とカバー部材１１とによって囲まれる領域に冷却部材８が設けられる。ベース部７とカバー部材１１とによって囲まれる領域は、冷媒を流動可能とするように構成されるのが好ましい。これにより、パワー半導体素子１から冷却体６まで伝播した熱は、ベース部７および冷却部材８から冷媒およびカバー部材１１へと放熱される。ベース部７および冷却部材８の少なくとも一方は冷媒およびカバー部材１１との接触面積が大きくなるように構成されるのが好ましい。より好ましくは、冷却部材８は、カバー部材１１において凹部と対向する面と接するように構成される。これにより、パワー半導体素子１から冷却部材８まで伝播した熱は、冷媒およびカバー部材１１へと放熱される。
【００１６】
冷却体６とカバー部材１１とを接続して冷却器を構成するとき、ベース部７とカバー部材１１とは例えば、ボルトとナットにより締結固定される。この場合、ベース部７およびカバー部材１１には貫通孔１７，１８が設けられ、ベース部７の貫通孔１７上には封止体１０を封止しない。ベース部７の貫通孔１７上にはナットを配置して、該ナットに、カバー部材１１側からカバー部材１１およびベース部７の貫通孔１７に通したボルトを締結することにより、冷却器を備えたパワー半導体装置１００を構成することができる。
【００１７】
なお、パワー半導体装置１００を上方から見たとき、上述した高圧電極２の貫通孔２１とベース部７およびカバー部材１１の貫通孔１７，１８は重ならないように設けられる。具体的には、貫通孔１７，１８は、ベース部７とカバー部材１１の外形が矩形である場合には、それぞれ角部に設けられる。一方、高圧電極２の貫通孔２１は、高圧電極２が、隣り合う角部間に挟まれた辺に対し垂直に複数形成される場合には、辺に沿って複数設けられる。
【００１８】
次に、本実施の形態に係るパワー半導体装置１００の製造方法について説明する。図５を参照して、本実施の形態に係るパワー半導体装置１００の製造方法は、パワー半導体素子１とパワー半導体素子１を冷却する冷却体６の一部を覆う封止体１０を形成する工程（Ｓ０１）と、封止体１０から露出した冷却体６に冷却部材８を装着する工程（Ｓ０３）とを備える。
【００１９】
まず、工程（Ｓ０１）では、パワー半導体素子１と冷却体６の一部を覆うように封止体１０を形成することにより、冷却体６に接続された状態で樹脂等により封止されたパワー半導体装置１００が得られる。ここで、冷却体６の一部とはベース部７の一方表面のことをいい、本工程（Ｓ０１）において、冷却部材８はベース部７に接続されていない。パワー半導体素子１と冷却体６の他にも、パワー半導体素子１と電気的に接続される高圧電極２および信号端子２０、パワー半導体素子１と接続され高い放熱性を有する放熱板４、放熱板４と冷却体６とを絶縁する絶縁膜５とを封止してもよい。このとき、上述のように、高圧電極２の一部およびベース部７の一方表面は封止体１０から露出される。
【００２０】
次に、工程（Ｓ０２）として、パワー半導体素子１の特性検査が実施される。この工程（Ｓ０２）では、例えば、パワー半導体素子１の電気特性や信頼性が検査される。このとき、パワー半導体装置１００のベース部７に冷却部材８は設けられていない。
【００２１】
次に、工程（Ｓ０３）では、封止体１０から露出したベース部７に冷却部材８を取り付けて、冷却体６を形成する。例えば、上述のようにベース部７においてカバー部材１１と対向する側に凹部が形成されている場合には、冷却部材８を凹部に嵌合させてもよい。このとき、パワー半導体装置１００に対して負荷をかけないように、ベース部７の凹部に冷却部材８を嵌合させる。特に、絶縁膜５は圧力を受けたときにクラック等が入りやすいため、強い振動等を与えないようにベース部７に冷却部材８を取り付ける。このようにして、上記工程（Ｓ０１）〜工程（Ｓ０３）が実施されることにより、本実施の形態のパワー半導体装置１００の製造方法が完了する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態によれば、パワー半導体装置１００は、別体のベース部７と冷却部材８とにより形成される冷却体６を備えるため、パワー半導体装置１００の製造方法において工程（Ｓ０１）と工程（Ｓ０３）とを含む工程により、ベース部７および冷却部材８がパワー半導体装置１００の冷却体６として形成される。つまり、工程（Ｓ０１）にてベース部７を備えるパワー半導体装置１００を封止した後、工程（Ｓ０３）にて封止体１０から露出したベース部７の一方表面に冷却部材８を取り付けて冷却体６を形成することができる。その結果、封止体１０から露出したベース部７の一方表面は冷却部材８が取り付けられるまでは平坦であるため、従来のパワー半導体装置１００の製造方法と比べて、ハンドリング性等を向上することができる。したがって、本実施の形態によれば、パワー半導体装置１００を封止体１０で封止した後の組立性を向上することができる。
【００２３】
本実施の形態において、上述のように、冷却体６は、凹部を有するベース部７と凹部に嵌合する冷却部材８とにより構成してもよいが、これに限られるものではない。例えば、板状のベース部７と、ベース部７と接着剤等により接合する冷却部材８とによって構成してもよい。パワー半導体装置１００の特性に影響を与えない限りにおいて、ベース部７と冷却部材８とを任意の方法で接続し、冷却体６を形成することができる。
【００２４】
また、本実施の形態において、絶縁膜５および封止体１０は、ベース部７と冷却部材８とを接続するときに変形しない程度の剛性を有してもよい。これにより工程（Ｓ０３）においてベース部７を介してパワー半導体装置１００内部に力が加えられたときにも、絶縁膜５および封止体１０の変形や損傷を抑制することができ、放熱板４とベース部７とのリーク等を防止することができる。
【００２５】
また、本実施の形態において、上述のように、高圧電極２は外部とボルト締結により接続される。このときのボルトが緊締されるナットをナットボックスとして設けてもよい。具体的には、高圧電極２とベース部７との間の領域には、ナットボックスが設けられてもよい。ナットボックスは中空構造を有して内部に固定されたナットを含み、ナット側に開口部を有する。この場合、工程（Ｓ０１）においてナットボックスを高圧電極２とベース部７との間の領域に配置した状態で封止体１０により封止する。これにより、ナットボックスの周囲は封止体１０により覆われるため、高圧電極２とベース部７との間の領域も封止体１０により封止することができる。このようにすることで、工程（Ｓ０１）において、高圧電極２とベース部７の間の領域に封止体１０を形成しないように制御する必要がなくなり、パワー半導体装置の組立性をより向上することができる。このとき、ボルトを、高圧電極２側から高圧電極２に設けられた貫通孔とナットボックスの開口部に通してナットボックス内のナットと締結することにより、高圧電極２と外部とを電気的に接続することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
以下、図２を参照して、本発明の実施の形態２のパワー半導体装置２００およびその製造方法について説明する。本実施の形態に係るパワー半導体装置２００およびその製造方法は、基本的には実施の形態１に係るパワー半導体装置１００およびその製造方法と同様の構成を備えるが、冷却部材８が弾性を有する弾性部８ａを有する点で実施の形態１に係るパワー半導体装置１００と異なる。本実施の形態においては、冷却部材８は、一方の端部にベース部７の凹部に嵌合する根元部８ｃを、他方の端部に弾性部８ａを有し、カバー部材１１に接触圧を持って当接するように構成される。このようにすれば、ベース部７とベース部７に対向するカバー部材１１との距離、または冷却部材８の長さに多少のばらつきが存在する場合であっても、冷却部材８はカバー部材１１と接触することができる。その結果、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、パワー半導体装置の冷却性を向上することができる。
【００２７】
本実施の形態において、上述のように、弾性部８ａによりカバー部材１１と当接してもよいが、これに限られるものではない。例えば、弾性部８ａは熱伝導性の高いカバー８ｂにより覆われ、該カバー８ｂがカバー部材１１と当接してもよい。このとき、カバー８ｂは根元部８ｃとも接続されることで、根元部８ｃからカバー８ｂを経てカバー部材１１に至る熱経路を形成することができる。これにより、冷媒およびカバー部材１１への熱伝導を高めることができ、冷却体の冷却性を向上することができる。また、カバー８ｂによって隣り合う冷却部材８間の領域を狭めることで、冷媒を冷却部８間に効率的に流動させることができ、冷却性を向上することができる。
【００２８】
（実施の形態３）
以下、図３を参照して、本発明の実施の形態３のパワー半導体装置３００およびその製造方法について説明する。本実施の形態に係るパワー半導体装置３００およびその製造方法は、基本的には実施の形態１に係るパワー半導体装置１００およびその製造方法と同様の構成を備えるが、冷却部材が金属テープ１２を含む点で実施の形態１に係るパワー半導体装置１００およびその製造方法と異なる。本実施の形態においては、金属テープ１２は、工程（Ｓ０３）においてベース部７との間に冷媒を流すことが可能な空間を形成するようにベース部７に超音波接合される。このとき、絶縁膜５および封止体１０は超音波接合時に生じる振動等によって変形しない程度の剛性を有していればよい。このようにすれば、冷却部材と冷媒との接触面積を大きくすることができる。また、金属テープ１２の材料は放熱性の高い材料とし、例えば、Ａｌとしてもよい。その結果、実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、パワー半導体装置３００の冷却性を向上することができる。金属テープ１２はベース部７と複数箇所で接合され、かつ冷媒が流動可能な方向に垂直に延在するように設けられるのが好ましい。これにより、金属テープ１２と冷媒との接触面積を増大させることができ、パワー半導体装置３００の冷却性を向上することができる。より好ましくは、金属テープ１２は、カバー部材１１と接触するように設けられる。これにより、金属テープと１２冷媒およびカバー部材１１との接触面積を増大させることができ、パワー半導体装置３００の冷却性をより向上することができる。
【００２９】
本実施の形態において、上述のように、冷却部材は金属テープ１２を含んでもよいが、これに限られるものではない。冷却部材はベース部７との間に冷媒を流すことが可能な空間を形成するようにベース部７と接合される限りにおいて、金属ワイヤ等を含んでもよい。このようにしても、冷却部材と冷媒との接触面積を増大させることができる。
【００３０】
（実施の形態４）
上述の実施の形態では、冷却部材とベース部とが別体として構成されるときの実施の形態について説明したが、以下の実施の形態では、冷却部材とベース部とが一体として構成される例について説明する。
【００３１】
従来技術として、冷却装置を備えるパワー半導体装置を冷却器に取り付ける際に、締結力の経年劣化を抑制し、かつパワー半導体装置サイズの増大を抑制するために、ボルト締結部は封止されないように樹脂封止領域を限定した半導体モジュールが特許文献１に提案されている。また、高圧電極には大電流が流れるため、高圧電極と外部の端子との接続はボルトとナットを緊締することにより行う必要がある。このとき、ボルト・ナット締結部が構成される高圧電極と冷却装置との間の領域には、樹脂が流れ込まないように制御する必要がある。これにより、パワー半導体装置の樹脂封止工程の組立性が損なわれる。本実施の形態のパワー半導体装置およびその製造方法は、上記のような課題を解決するために提案するものである。
【００３２】
本実施の形態のパワー半導体装置は、パワー半導体素子と、パワー半導体素子と電気的に接続される高圧電極と、パワー半導体素子と接続され、放熱性を有する放熱板と、絶縁膜を介して前記放熱板と接続される冷却体と、高圧電極と冷却体との間の領域に位置するナットボックスと、パワー半導体素子、高圧電極の一部、放熱板、絶縁膜、冷却体の一部、およびナットボックスを覆う封止体とを備え、ナットボックスはナットを含んで、高圧電極２と接する側に開口部を有し、冷却体の前記ベース部は貫通孔を含み、ナットおよび開口部は貫通孔の上に位置する。
【００３３】
本実施の形態のパワー半導体装置およびその製造方法によれば、ナットボックスを高圧電極と冷却体との間でかつ冷却体の貫通孔上に配置した状態で封止体を形成するため、高圧電極と冷却体との間でかつ冷却体の貫通孔上に位置する領域に樹脂が流れ込まないように制御する必要がない。その結果、パワー半導体装置の組立性を向上することができる。
【００３４】
以下、図４を参照して、本発明の実施の形態４のパワー半導体装置４００およびその製造方法について具体的に説明する。図４はナットボックス１４を有するタイプのパワー半導体装置４００の概略断面図である。本実施の形態に係るパワー半導体装置４００は、上述のように、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１と電気的に接続される高圧電極２と、パワー半導体素子１と接続され、放熱性を有する放熱板４と、絶縁膜５を介して放熱板４と接続される冷却体１６と、高圧電極２と冷却体１６との間の領域に位置するナットボックス１４と、パワー半導体素子１、高圧電極２の一部、放熱板４、絶縁膜５、冷却体１６の一部、およびナットボックス１４を覆う封止体１０とを備える。
【００３５】
パワー半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や
ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などを有する半導体チップよりなっている。パワー半導体素子１の一方の主面は、高圧電極２や信号端子２０等と電気的に接続される。例えば、高圧電極２はパワー半導体素子１とはんだ等を介して電気的に接続され、信号端子２０はワイヤボンディング等により電気的に接続される。パワー半導体素子１の他方の主面は、はんだ等（図示せず）を介して放熱板４に保持される。高圧電極２はパワー半導体素子１に高電圧を印加可能とする任意の構造で設けられる。高圧電極２には大電流が流れるため、高圧電極２と外部とはボルト締結の手段によって接続される。つまり、高圧電極２は、ボルトが貫通するための貫通孔２１を含んでいる。
【００３６】
放熱板４は、パワー半導体素子１が発する熱を拡散させるための熱拡散板であり、放熱性の高い材料からなる。例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等で放熱板４を構成すればよい。パワー半導体素子１を搭載した面と対向する面は、絶縁膜５を介して冷却体１６と接続される。
【００３７】
絶縁膜５は、電気的絶縁性を有し、例えば、エポキシ樹脂等で構成すればよい。
冷却体１６は、冷却体１６とカバー部材１１とが互いに接続することにより冷却器を構成するように設けられる。つまり、本実施の形態のパワー半導体装置４００において、パワー半導体素子１が駆動することにより生じた熱は、主に、半導体素子から放熱板４、絶縁膜５、冷却体１６へと効率よく伝播して放熱される。
【００３８】
本実施の形態において、冷却体１６は一体であるベース部７と冷却部材８とを含む。冷却体１６の材料は放熱板４と同様放熱性の高い材料とし、例えば、銅やアルミニウム等にとすればよい。ベース部７と冷却部材８の材料は同一の材料でもよいし、異なる材料でもよい。
【００３９】
さらに、冷却体１６は、冷却体１６とカバー部材１１とが互いに接続することにより冷却器を構成するように設けられる。つまり、本実施の形態のパワー半導体装置４００において、パワー半導体素子１が駆動することにより生じた熱は、主に、半導体素子から放熱板４、絶縁膜５、冷却体１６へと効率よく伝播して冷却器で排熱される。
【００４０】
冷却体１６とカバー部材１１とを接続して冷却器を構成するとき、例えば、ベース部７およびカバー部材１１には貫通孔１７，１８が設けられ、ベース部７およびカバー部材１１はボルトとナットにより締結固定される。これにより、冷却器を備えたパワー半導体装置４００を構成することができる。なお、パワー半導体装置１００を上方から見たとき、上述した高圧電極２の貫通孔２１とベース部７およびカバー部材１１の貫通孔１７，１８は重ならないように設けられる。貫通孔１７，１８は、ベース部７とカバー部材１１の外形が矩形である場合には、それぞれ角部に設けられる。一方、高圧電極２の貫通孔２１は、高圧電極２が、隣り合う角部間に挟まれた辺に対し垂直に複数形成される場合には、辺に沿って複数設けられる。
【００４１】
高圧電極２と外部の端子とは、ボルトとナット１５を緊締することで接続される。ナット１５はナットボックス１４に格納された状態で設けられる。ナットボックス１４は、中空構造を有して内部に固定されたナット１５を含み、ナット１５側に開口部を有する。ナットボックス１４は、高圧電極２と冷却体１６（ベース部７）との間の領域に位置し、高圧電極２の貫通孔２１下に開口部が位置するように設けられる。このとき、ナットボックス１４の周囲は、開口部を除いて封止体１０により覆われている。ボルトを高圧電極２側から高圧電極２の貫通孔２１と、ナットボックス１４の開口部に通して、ナットボックス１４内のナット１５と締結することにより、高圧電極２と外部とを電気的に接続することができる。
【００４２】
封止体１０は、パワー半導体素子１、高圧電極２、信号端子２０、放熱板４、絶縁膜５、冷却体１６およびナットボックス１４を封止する。封止体１０は、電気絶縁性を有し、例えば、エポキシ樹脂等とすればよい。このとき、封止体１０からは、高圧電極２の一部、信号端子２０の一部および冷却体１６の一部が露出する。なお、本実施の形態においても、貫通孔１７，１８の上部は、封止体１０で封止されていない。上述のように、貫通孔１７，１８の上部は高圧電極２が設けられていないため、貫通孔１７，１８の上部が封止体１０で封止されないように封止体１０を形成する場合にも、パワー半導体装置４００の組立性は損なわれない。一方、図４に示す高圧電極２と冷却体１６との間の領域が封止体１０で封止されないように封止体１０を形成する場合には、パワー半導体装置４００の組立性が損なわれる。よって、図４に示すように、ナットボックス１４を設けることにより、封止体１０で覆うことができ、組立性を向上することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態に係るパワー半導体装置４００の製造方法について説明する。図６を参照して、本実施の形態に係るパワー半導体装置４００の製造方法は、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１と電気的に接続し、貫通孔２１を含む高圧電極２と、パワー半導体素子１と接続し、放熱性を有する放熱板４と、絶縁膜５を介して放熱板４と接続する冷却体１６とを準備する工程（Ｓ１０）と、中空構造を有して内部にナット１５を含み、開口部を有するナットボックス１４を準備する工程（Ｓ２０）と、高圧電極２の貫通孔の下に開口部が位置するように高圧電極２と冷却体１６との間の領域にナットボックス１４を配置して、パワー半導体素子１と、高圧電極２の一部と、放熱板４と、絶縁膜５と、冷却体１６の一部と、ナットボックス１４とを覆う封止体１０を形成する工程（Ｓ３０）とを備える。
【００４４】
まず、工程（Ｓ１０）では、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１と電気的に接続し、貫通孔２１を含む高圧電極２と、パワー半導体素子１と接続し放熱性を有する放熱板４と、絶縁膜５を介して放熱板４と接続する冷却体１６とを準備することにより、冷却体１６に接続された状態で封止体１０により封止されていないパワー半導体装置４００が得られる。
【００４５】
次に、工程（Ｓ２０）では、ナットボックス１４を準備する。ナットボックス１４は中空構造を有して内部にナット１５を含み、開口部を有する限りにおいて、任意の形状とすることができる。
【００４６】
次に、工程（Ｓ３０）では、パワー半導体装置４００に封止体１０を形成する。この工程（Ｓ３０）では、ナットボックス１４を、パワー半導体装置４００のベース部７の貫通孔１７の上に開口部が位置するように高圧電極２と冷却体１６との間の領域に配置して、高圧電極２の一部と、放熱板４と、絶縁膜５と、冷却体１６の一部と、ナットボックス１４とを覆う封止体１０を形成する。これにより、ナットボックス１４の周囲は開口部を除いて封止体１０により覆うことができる。このようにすることで、高圧電極２と冷却体１６との間の領域であって、高圧電極２の貫通孔下に位置する部分に樹脂が流れ込まないように工夫する必要があった従来のパワー半導体装置の製造方法と比べて、封止体１０の形成を容易にすることができ、組立性を向上することができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によれば、高圧電極２と外部端子とを接続固定するための固定部材を高圧電極２と冷却体１６との間の領域に設ける際に、予め準備したナットボックス１４を位置決めした後封止することで、封止体１０の形成を制限せずに固定部材を形成することができる。このため、パワー半導体装置４００の組立性を向上することができる。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４９】
１  パワー半導体素子、２  高圧電極、３  はんだ、４  放熱板、５  絶縁膜、６，１６  冷却体、７  ベース部、８  冷却部材、８ａ  弾性部、８ｂ  カバー、８ｃ  根元部、１０  封止体、１１  カバー部材、１２  金属テープ、１４  ナットボックス、１５  ナット、１７，１８，２１  貫通孔、１９  ワイヤ、２０  信号端子、１００，２００，３００，４００  パワー半導体装置。
【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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