(57)【要約】  半導体装置は、絶縁性基板を有する基板と、基板の前面に接合される半導体素子と、基板の周囲を囲む枠形状を有する枠部品と、を有する半導体モジュールと、半導体モジュールの後面に配設される冷却部品と、枠部品と冷却部品とを機械的に固定する弾性固定部と、を備える。半導体装置は、半導体モジュールの後面と冷却部品の前面とに密着して設けられ、フィラーとオイルとを含む第１放熱グリス（３１）と、半導体モジュールの後面と冷却部品の前面とに密着し、第１放熱グリス（３１）の外周に、第１放熱グリス（３１）との間に隙間を有して設けられ、第１放熱グリス（３１）よりも粘性が高いオイル漏れ防止部と、を有する。
2019187125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板を有する基板と、前記基板の前面に接合される半導体素子と、前記基板の周囲を囲む枠形状を有する枠部品と、を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの後面に配設される冷却部品と、
前記枠部品と前記冷却部品とを機械的に固定する弾性固定部と、
を備える半導体装置であって、
前記半導体モジュールの後面と前記冷却部品の前面とに密着して設けられ、フィラーとオイルとを含む第１放熱グリスと、
前記半導体モジュールの後面と前記冷却部品の前面とに密着し、前記第１放熱グリスの外周に、前記第１放熱グリスとの間に隙間を有して設けられ、前記第１放熱グリスよりも粘性が高いオイル漏れ防止部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記オイル漏れ防止部は、前記第１放熱グリスをＵ形状に囲んでいること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１放熱グリスおよび前記オイル漏れ防止部が、前記基板の後面に配置されていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１放熱グリスが、前記基板の後面に配置され、
前記オイル漏れ防止部が、前記枠部品の後面に配置されていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記オイル漏れ防止部は、フィラーとオイルとを含む第２放熱グリスであること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２放熱グリスは、第１放熱グリスよりも前記フィラーの含有率が高いこと、
を特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２放熱グリスは、第１放熱グリスよりも前記オイルの含有率が低いこと、
を特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２放熱グリスは、第１放熱グリスよりも前記オイルにおける架橋成分の含有率が高いこと、
を特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記オイル漏れ防止部は、合成樹脂であること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置は大電流および高電圧の条件下で動作するため、動作に伴う発熱を電力用半導体装置の外部に効率良く逃がすことが必要不可欠とされている。【０００３】
特許文献１には、半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却するための冷却器と、半導体モジュールと冷却器との間において充填された放熱グリスと、半導体モジュールと冷却器との間において放熱グリスの充填部を囲う通気性を有するシール部材と、半導体モジュールを放熱グリスおよびシール部材を介して冷却器に押圧する押圧手段と、を備える半導体装置が開示されている。【０００４】
特許文献１に開示された半導体装置は、半導体モジュールと冷却器との間において放熱グリスの充填部は通気性を有するシール部材で密着して囲われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１１５４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された半導体装置は、通気性を有するシール部材により、シール部材の内部に空気が残ることなくグリスを充填することを目的としている。しかしながら、使用時のヒートサイクルの影響で、経時的に放熱グリスから分離したオイルがシール部材の外側に漏れてしまう可能性があった。そして、シール部材の外側に漏れたオイルが半導体装置の外部に垂れ出した場合には、半導体装置の周辺の装置の誤動作を引き起こすなどの問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱グリスを介して半導体モジュールと冷却部品とが配置され、放熱グリスから分離したオイルの外部への漏れを抑制可能な半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置は、絶縁性基板を有する基板と、基板の前面に接合される半導体素子と、基板の周囲を囲む枠形状を有する枠部品と、を有する半導体モジュールと、半導体モジュールの後面に配設される冷却部品と、枠部品と冷却部品とを機械的に固定する弾性固定部と、を備える。半導体装置は、半導体モジュールの後面と冷却部品の前面とに密着して設けられ、フィラーとオイルとを含む第１放熱グリスと、半導体モジュールの後面と冷却部品の前面とに密着し、第１放熱グリスの外周に、第１放熱グリスとの間に隙間を有して設けられ、第１放熱グリスよりも粘性が高いオイル漏れ防止部と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、放熱グリスを介して半導体モジュールと冷却部品とが配置され、放熱グリスから分離したオイルの外部への漏れを抑制できる半導体装置が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置である電力用半導体装置の側面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールに第１放熱グリスと第２放熱グリスとが配置された状態を放熱面側から見た図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールの断面図であり、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置において枠部品と冷却フィンとの固定に用いられるねじとスプリングワッシャーとワッシャーとを示す側面図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールにおける第２放熱グリスの配置の変形例を示す図であり、図２に対応する図
【図６】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールの変形例を示す図であり、図３に対応する図
【図７】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置である電力用半導体装置の側面図
【図８】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールに第１放熱グリスと第２放熱グリスとが配置された状態を放熱面側から見た図
【図９】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールにおける第２放熱グリスの配置の変形例を示す図であり、図８に対応する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる半導体装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置である電力用半導体装置１００の側面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の電力用半導体モジュール１１０に第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とが配置された状態を放熱面側から見た図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の電力用半導体モジュール１１０の断面図であり、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。なお、図３においては、理解の容易のため２つの電力用半導体素子２を示しているが、実際には、より多くの電力用半導体素子２が実装される。
【００１３】
本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００は、基本的構成部品として、図１に示すように電力用半導体装置１００の本体部である電力用半導体モジュール１１０と、冷却部品である冷却フィン１２０とを備える。電力用半導体モジュール１１０は、電力用半導体装置１００から冷却部品を除いた構成部分である。尚、電力用半導体モジュール１１０と冷却部品との間には、後述する接合材が設けられる。図１における上側が、電力用半導体装置１００、電力用半導体モジュール１１０および冷却フィン１２０における前面側である。図１における下側が、電力用半導体モジュール１１０、電力用半導体装置１００および冷却フィン１２０における後面側である。したがって、図２は、電力用半導体モジュール１１０を後面側から見た図であると換言できる。また、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００は、設置場所に設置されて使用される場合には、図１における上側が手前となり、図１における下側が奥となるように設置される。すなわち、電力用半導体装置１００は、図１が９０°回転された状態で設置されることになる。
【００１４】
なお、後述する基板１の前面は半導体素子である電力用半導体素子２が搭載される実装面に、基板１の後面は放熱面に相当する。
【００１５】
電力用半導体モジュール１１０は、基板１と、半導体素子である電力用半導体素子２と、電力用半導体素子２に電気的に接続される電気的端子３と、電力用半導体モジュール１１０のケースである枠部品４と、接続線である金属ワイヤ５と、電力用半導体素子２を封止する封止樹脂６と、枠部品４と冷却フィン１２０とを固定する固定部品であるねじ７と、枠部品４を冷却フィン１２０側に付勢する付勢部であるスプリングワッシャー８と、を有する。尚、ねじ７とスプリングワッシャー８とは、枠部品４と冷却フィン１２０とを機械的に固定する弾性固定部である。
【００１６】
基板１は、絶縁性基板であるセラミックス基板１ｃの両面に、導体層である第１導体層１ａおよび第２導体層１ｂが設けられて構成されている。第１導体層１ａは、セラミックス基板１ｃの一面に接合されている。第２導体層１ｂは、セラミックス基板１ｃの他面に接合されている。セラミックス基板１ｃは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの、絶縁性を有するとともにセラミックス材料の中で相対的に熱伝導性の高い材料により構成される。セラミックス基板１ｃの厚みの一例は、０．３ｍｍから１ｍｍである。
【００１７】
第１導体層１ａおよび第２導体層１ｂは、金属材料の中で相対的に熱伝導性の高い材料である銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ＣｕとＡｌとの積層体などにより構成される。第１導体層１ａおよび第２導体層１ｂの厚みの一例は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。第１導体層１ａの一部は、金属ワイヤ５を介して電気的端子３に導通している。第２導体層１ｂの後面１ｂａは、長方形状の外形形状を有し、電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａの一部を構成している。そして、第２導体層１ｂは、電力用半導体モジュール１１０において電力用半導体素子２で発生する熱を放熱するために、電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａに設けられた放熱部品である。第２導体層１ｂの後面１ｂａは、第２導体層１ｂにおける放熱面であり、電力用半導体モジュール１１０における放熱面である。
【００１８】
電力用半導体素子２は、第１固着層１１によって第１導体層１ａに接合されている。電力用半導体素子２の材料としては、一般的なシリコン（Ｓｉ）の他、窒化ガリウム（ＧａＮ）または炭化珪素（ＳｉＣ）などの高温動作可能な素材を用いてもよい。高温動作可能な材料を用いることで、電力用半導体装置１００全体の小型化が可能となる。
【００１９】
第１固着層１１には、はんだ、銀（Ａｇ）、Ａｇ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金などの、導電性を有するとともに電力用半導体素子２と第１導体層１ａとの機械的な固着が可能な金属系の材料が用いられる。その中でも、Ａｇ合金など比較的に高融点の材料を用いることで、電力用半導体素子２の動作温度が上昇した場合でも第１固着層１１の信頼性を維持可能である。本実施の形態１では、第１固着層１１にはんだを用いる。
【００２０】
電力用半導体素子２の一部は、第１固着層１１、第１導体層１ａおよび金属ワイヤ５を介して電気的端子３に導通している。また、電力用半導体素子２の一部は、当該電力用半導体素子２が接合された第１導体層１ａと異なる第１導体層１ａと金属ワイヤ５によって導通している。
【００２１】
電気的端子３は、基板１の厚み方向１０に沿って電力用半導体モジュール１１０の前面側に突出して引き出されている。電気的端子３は、例えばＣｕまたはＣｕ合金などの電気伝導性が高い材料が用いられる。
【００２２】
枠部品４は、電力用半導体素子２を含む基板１の周囲を囲むように外形形状が長方形状とされた枠形状を有する。枠部品４は、電力用半導体装置１００および電力用半導体モジュール１１０の外殻の一部を構成する。枠部品４は、耐熱性の高い樹脂材料によって構成されている。基板１と、電力用半導体素子２と、電気的端子３と、枠部品４と、金属ワイヤ５とは、枠部品４の内部に設けられた封止樹脂６によって固着されている。これにより、第１導体層１ａおよび電力用半導体素子２などが樹脂封止されている。
【００２３】
また、枠部品４の後面４ａの内周側の端部領域には、図２および図３に示すように接着剤用溝部１２が設けられている。そして、枠部品４と基板１とは、枠部品４の接着剤用溝部１２に配置された接着剤１３によって接着固定されている。また、枠部品４の後面４ａの外周側の角部領域には、図２に示すように枠部品４における外周側の角部領域を厚み方向において貫通する貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４は、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０との機械的な固定のために使用される。
【００２４】
封止樹脂６には、シリコーンゲルなどの熱硬化性樹脂が用いられる。
【００２５】
一方、基板１の第２導体層１ｂには、冷却フィン１２０が固定されている。すなわち、冷却フィン１２０は、半導体モジュールの後面に配設されている。冷却フィン１２０は、平板状のベース部１２１の後面１２１ａに複数の平板状の突起部１２２が配置されている。冷却フィン１２０は、金属材料の中で相対的に熱伝導性の高い材料であるアルミニウム、Ｃｕ、およびこれらの合金などにより構成される。冷却フィン１２０のベース部１２１の外周側の角部領域には、図１に示すようにねじ孔１２３が設けられている。ねじ孔１２３は、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０との固定に使用される。ねじ孔１２３は、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０とを固定して電力用半導体装置１００を構成した際に、貫通孔１４と対応する位置に設けられている。
【００２６】
冷却フィン１２０は、第２導体層１ｂの後面１ｂａに、冷却フィン１２０の前面１２０ｂが接合される。なお、冷却フィン１２０の形状は、電力用半導体モジュール１１０との対向面である前面が平坦面とされていれば、上記の形状に限定されない。冷却フィン１２０の前面１２０ｂは、電力用半導体モジュール１１０が搭載されるモジュール搭載面である。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００において枠部品４と冷却フィン１２０との固定に用いられる弾性固定部であるねじ７とスプリングワッシャー８とワッシャー９とを示す側面図である。図１に示すように、枠部品４と冷却フィン１２０とは、枠部品４の後面と、冷却フィン１２０の前面１２０ｂとが対向した状態で、ねじ７、スプリングワッシャー８およびワッシャー９を用いてねじ止め固定されている。このように、ねじ７による枠部品４と冷却フィン１２０との固定において、ねじ頭と枠部品４との間に弾性力を有するスプリングワッシャー８を用いる。その結果、電力用半導体装置１００の使用による振動またはヒートサイクルが原因でねじ７が緩んだ場合にも、スプリングワッシャー８の弾性力によって、枠部品４と冷却フィン１２０との間の機械的固定を保持することができる。つまり、スプリングワッシャー８は、枠部品４と冷却フィン１２０とがねじ７により固定された状態で枠部品４を冷却フィン１２０側に付勢している。なお、固定部品は、ねじ７に限定されない。また、付勢部は、スプリングワッシャー８に限定されない。
【００２８】
すなわち、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０とは、枠部品４の後面４ａと、冷却フィン１２０の前面１２０ｂとが対向した状態で、ねじ止め固定されている。枠部品４の後面４ａと第２導体層１ｂの後面１ｂａとは、同一平面上に位置していてもよく、段差があってもよい。
【００２９】
枠部品４と冷却フィン１２０との間には、接合材である放熱グリスが配置されている。電力用半導体装置１００においては、放熱グリスとして、図１に示すように第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とが配置されている。
【００３０】
第１放熱グリス３１は、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの両面に接触した状態で第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間に配置されて、第２導体層１ｂの後面１ｂａから冷却フィン１２０の前面１２０ｂへの熱伝導性の向上を図るための熱伝導部である。第１放熱グリス３１は、オイルに熱伝導性の高いフィラーを含んで構成され、熱伝導性の向上が図られた放熱グリスである。
【００３１】
第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３１から分離したオイルが電力用半導体装置１００の外部に漏れることを防止するための、粘性を有するオイル漏れ防止部である。第２放熱グリス３２は、オイルに対してシール性を有する放熱グリスであり、第１放熱グリス３１よりもオイルが分離し難く、粘性が高い放熱グリスである。第２放熱グリス３２は、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、第１放熱グリス３１の外周に第１放熱グリス３１の全周を囲んだ状態で、且つ第１放熱グリス３１と離間した状態で配置されている。したがって、図２に示すように第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とが配置された第２導体層１ｂの後面１ｂａにおいては、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２との間に隙間３４が設けられている。第２放熱グリス３２は、環状とされ、全長において第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの両面に密着している。
【００３２】
第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２との間には、隙間３４が形成されている。ここでの隙間３４は、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂと第２放熱グリス３２と第１放熱グリス３１とに囲まれた空間であり、密閉されている。
【００３３】
電力用半導体モジュール１１０における放熱面である第２導体層１ｂの後面１ｂａと、冷却フィン１２０の前面１２０ｂとにおいて、完全な平滑面を得ること不可能である。このため、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとを接触させた状態で固定しても、両面の界面には必ず空気層が発生する。空気は熱抵抗が高いため、何も対策を行わない場合には、第２導体層１ｂの後面１ｂａにおける放熱性能は劣化してしまう。
【００３４】
このため、電力用半導体装置１００では、電力用半導体モジュール１１０における放熱面である第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間に、放熱グリスである第１放熱グリス３１を配置することで電力用半導体モジュール１１０の放熱性能を向上させている。
【００３５】
第１放熱グリス３１は、図２に示すように第２導体層１ｂの後面１ｂａの面内に配置されている。中心Ｃは、第２導体層１ｂの後面１ｂａの面内における中心であり、電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａの面内における中心である。第１放熱グリス３１の配置パターンは特に限定されないが、電力用半導体素子２で発生する熱を効率的に冷却フィン１２０に伝熱するため、中心Ｃを含む領域など、第２導体層１ｂにおいて電力用半導体素子２の熱が伝わる位置を含むように配置される。
【００３６】
上述したように、第１放熱グリス３１は電力用半導体モジュール１１０で発生した熱を冷却部品である冷却フィン１２０に伝熱するため、基板１の面内において第２放熱グリス３２よりも面積が大きいことが望ましい。このように、基板１の面内における第１放熱グリス３１の面積が大きいほど、電力用半導体モジュール１１０から冷却フィン１２０への熱伝導性が高くなる。一方で、大面積で配置された第１放熱グリスの粘性が大きいと基板１に高い応力が発生してしまう。そのため、第１放熱グリスの粘性は小さいことが望ましい。本実施の形態１では、伝熱性が望まれる第１放熱グリスの面積を大きく、かつ粘性を小さくし、その特性によってオイル分離しやすい第１放熱グリスからのオイル漏れを防ぐために第２放熱グリスを設ける。
【００３７】
ここで、電力用半導体装置１００は、図２における上側が電力用半導体装置１００の上部となり、図２における下側が電力用半導体装置１００の下部となる姿勢で使用される。
【００３８】
上記のように配置された第１放熱グリス３１は、電力用半導体装置１００が使用されているうちにオイルが分離する。すなわち、電力用半導体装置１００のヒートサイクルが繰り返されるうちに、経時的に第１放熱グリス３１からオイルが分離する。分離したオイルは、重力によって、電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとのうち少なくとも一方の面を伝って下方に流れる。
【００３９】
そこで、電力用半導体装置１００では、電力用半導体モジュール１１０における放熱面である第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間に、オイル漏れ防止部である第２放熱グリス３２が、第１放熱グリス３１を囲んだ状態で、且つ第１放熱グリス３１との間に隙間３４を有する状態で配置されている。これにより、電力用半導体装置１００では、第１放熱グリス３１から分離したオイルが隙間３４に流れ出し、第２放熱グリス３２でオイルが塞き止められるため、オイルが電力用半導体装置１００の外部に流出することを防止することができる。
【００４０】
第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３１から分離したオイルに対してシール性を有し、第１放熱グリス３１よりも粘性が高いためにオイル分離し難い放熱グリスである。第２放熱グリス３２が第１放熱グリス３１よりも粘性が高いことにより、第１放熱グリス３１から分離したオイルの流出を塞き止めることができる。なお、第２放熱グリス３２も電力用半導体装置１１０のヒートサイクルを繰り返すことによりオイル分離する可能性はあるが、例えば電力用半導体装置１１０の他の部品から決定される寿命および交換時期よりもオイル分離時期が長くなるような組成を用いれば良い。
【００４１】
第１放熱グリス３１よりも粘性が高い第２放熱グリスの例を以下に示す。
【００４２】
第１の条件は、フィラーの含有率が高いことである。第２放熱グリス３２は、たとえば第１放熱グリス３１よりも、フィラーの充填率が１０％高い放熱グリスである。
【００４３】
第２の条件は、オイルの含有率が低いことである。第２放熱グリス３２は、たとえば第１放熱グリス３１よりも、オイルの含有率が２／３以下である放熱グリスである。
【００４４】
第３の条件は、オイルにおける架橋成分の含有率が高いことである。オイルに架橋成分を含む放熱グリスは、使用箇所に配置された後に架橋成分が架橋することによって、粘性が高くなるとともにオイルが分離し難い。すなわち、第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３１よりもオイルにおける架橋成分が多い放熱グリスである。なお、第１放熱グリス３１は架橋成分を含まなくても良い。
【００４５】
第２放熱グリス３２は、上述した第１の条件、第２の条件および第３の条件のうちのいずれか１つの条件を満たすことで、第１放熱グリス３１よりもオイル分離し難くされた放熱グリスであればよい。また、第２放熱グリス３２は、上述した第１の条件、第２の条件および第３の条件のうちの複数の条件を満たすことで、総合的に第１放熱グリス３１よりもオイル分離し難くされた放熱グリスであってもよい。
【００４６】
分離したオイルが隙間３４に流出した分、第１放熱グリス３１は体積が減少するため、厚みが電力用半導体装置１００の組み立て時の厚みよりも薄くなる。スプリングワッシャー８の弾性力、すなわち復元力によって、枠部品４には、冷却フィン１２０側に押し付けられる力が印加される。このように、経時的に第１放熱グリス３１の厚さが薄くなった場合でも、弾性固定部により枠部品４が冷却フィン１２０側に押しつけられるため、枠部品４と冷却フィン１２０との機械的固定が、緩むことなく保持される。
【００４７】
以上の様に、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００では、第１放熱グリス３１から分離したオイルが流れ出す空間である隙間３４を有するため、第２放熱グリス３２でオイルを塞き止める効果が得られる。
【００４８】
また、分離したオイルが隙間３４に流れ出した分、第１放熱グリス３１の体積が減少するが、弾性固定部の弾性力により、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの距離が短くなる。オイル分離後の第１放熱グリス３１は、伝熱性を有するフィラーの充填率が高くなり、つまり、第１放熱グリス３１による熱抵抗が減少するため、冷却フィン１２０への伝熱が向上し、冷却フィン１２０による放熱効果がより向上する。
【００４９】
従来、第１放熱グリス３１を囲んだ状態で第１放熱グリス３１との間に空間を設けずに第２放熱グリス３２を配置した場合には、第１放熱グリス３１から分離したオイルが溜まる場所がないため、ヒートサイクルの繰り返しなどに起因して最終的にオイルが第２放熱グリス３２から漏れ出す可能性があった。しかしながら、電力用半導体装置１００は、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２の間に空間を設けているため、第１放熱グリス３１から分離したオイルが溜まる場所が確保されており、ヒートサイクルの繰り返しなどに起因してオイルが第２放熱グリス３２から漏れ出すことが防止されている。
【００５０】
本実施の形態１では接合材である第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とを、第２導体層１ｂの後面１ｂａ、すなわち同一平面状に配置した。接合材はいずれもグリスであるため、弾性固定部で機械的に固定する際に、グリスが電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０とに密着した状態で、平面内に拡がる。このため、ねじ止め固定する際に基板１に応力が発生することを抑制することができ、また、接合材の熱伝導効果を高めることができ、電力用半導体装置１００の寿命を向上することができる。
【００５１】
また、従来、第２放熱グリス３２の代わりにゴムなどの部品を用いた場合には、ねじ７を締める際の力が、ゴムが配置された領域に集中し、基板１が破損したり、寿命が低下したりするおそれがある。さらに、ゴムなどの部分の内部において、第１放熱グリス３１を半導体モジュールと冷却部品とに密着するように配置することは製造上難しい。このため、伝熱性が低下するという問題があった。本実施の形態１では、このような問題を解決することができる。
【００５２】
つぎに、上記のように構成された本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の製造方法について説明する。まず、第１の工程において、電力用半導体装置１００が公知の方法により作製される。つぎに、第２の工程において、冷却フィン１２０が公知の方法により作製される。つぎに、第３の工程において、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とが電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａに配置される。ここで、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とは、電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａにおいて、図２に示すパターンで塗布される。なお、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とは、冷却フィン１２０の前面１２０ｂに塗布されてもよい。そして、第４の工程において、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０とが、ねじ７、スプリングワッシャー８、ワッシャー９を用いてねじ止め固定される。
【００５３】
以上の工程が実施されることにより、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００が得られる。
【００５４】
図５は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の電力用半導体モジュール１１０における第２放熱グリス３２の配置の変形例を示す図であり、図２に対応する図である。上述した図２においては、第２放熱グリス３２が、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において第１放熱グリス３１の全周を囲んだ状態で配置された場合について示した。第２放熱グリス３２は、電力用半導体装置１００が設置場所に設置された際に、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、下部領域部３２ａと２つの側方領域部３２ｂとのみを有していてもよい。
【００５５】
下部領域部３２ａは、電力用半導体装置１００が設置場所に設置された際に、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、水平方向において第１放熱グリス３１を包含するとともに鉛直方向において第１放熱グリス３１から離間して第１放熱グリス３１よりも下側に配置された第２放熱グリス３２である。下部領域部３２ａは、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの両面に密着している。
【００５６】
側方領域部３２ｂは、電力用半導体装置１００が設置場所に設置された際に、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、下部領域部３２ｂの端部から上方に立ち上がるとともに水平方向において第１放熱グリス３１から離れる方向に第１放熱グリス３１から離間する位置に配置された第２放熱グリス３２である。側方領域部３２ｂは、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの両面に密着している。
【００５７】
下部領域部３２ａと側方領域部３２ｂとは、第２導体層１ｂの後面１ｂａの面内においてＵ形状を構成する。この場合は、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、上述した図１に示した場合と同様に、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２との間には隙間３４が存在する。ただし、この場合の隙間３４は、密閉されない。
【００５８】
上述したように、第１放熱グリス３１から分離したオイルは、重力によって、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとのうち少なくとも一方の面を伝って下方に流れる。したがって、第２放熱グリス３２が、電力用半導体装置１００の使用時における第１放熱グリス３１の下方および側方のみに配置され、電力用半導体装置１００の使用時における第１放熱グリス３１の上方に第２放熱グリス３２が形成されていない場合でも、第２放熱グリス３２でオイルを塞き止めることができ、オイルが第２放熱グリス３２の外部に流出することを防止することができる。
【００５９】
すなわち、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、第２放熱グリス３２は、電力用半導体装置１００の使用時において少なくとも第１放熱グリス３１の下方および第１放熱グリス３１の側方において、第１放熱グリス３１の下方から第１放熱グリス３１の両方の側方にわたって第１放熱グリス３１を囲う領域に設けられる。これにより、電力用半導体装置１００は、経時的に第１放熱グリス３１から分離したオイルが電力用半導体装置１００の外部に流れて、電力用半導体装置１００の周辺の装置の誤動作などを引き起こすことを防止することができる。また、電力用半導体装置１００は、第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３との間に隙間３４を空けて配置されるため、製造が容易である。
【００６０】
図６は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の電力用半導体モジュール１１０の変形例を示す図であり、図３に対応する図である。図６に示す変形例にかかる電力用半導体モジュール１１１は、基板１の第２導体層１ｂに第２固着層１５によって放熱板１６が固定されている点が電力用半導体モジュール１１０と異なる。したがって、図６においては、電力用半導体モジュール１１０と同様の構成については、電力用半導体モジュール１１０と同じ符号を付している。
【００６１】
放熱板１６は、電力用半導体モジュール１１１において電力用半導体素子２で発生する熱を放熱するために電力用半導体モジュール１１１の後面に設けられた放熱層である。そして、電力用半導体モジュール１１１においては、放熱板１６の後面１６ａが、電力用半導体モジュール１１１において電力用半導体素子２で発生する熱を放熱する放熱面となる。
【００６２】
放熱板１６は、金属材料の中で相対的に熱伝導性の高い材料であるＣｕ、Ａｌ、ＣｕとＡｌとの積層体などにより構成される。第１導体層１ａは、厚さが厚い方が電力用半導体素子２からの放熱性が高まる。電力用半導体モジュール１１１においては、枠部品４と放熱板１６とが接着剤１３によって接着固定されている。すなわち、枠部品４は、接着剤１３、放熱板１６および第２固着層１５を介して基板１に固定されている。
【００６３】
第２固着層１５には、はんだ、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金などの、導電性を有するとともに第２導体層１ｂと放熱板１６との機械的な固着が可能な金属系の材料が用いられる。その中でも、Ａｇ合金など比較的に高融点の材料を用いることで、電力用半導体素子２の動作温度が上昇した場合でも第２固着層１５の信頼性を維持可能である。本実施の形態１では、第２固着層１５にはんだを用いる。
【００６４】
電力用半導体モジュール１１１においては、ヒートスプレッダとして機能する放熱板１６を第２導体層１ｂと冷却フィン１２０との間に備える。これにより、電力用半導体モジュール１１１においては、電力用半導体素子２で発生する熱を効率的に冷却フィン１２０に伝熱することができ、放熱特性が向上する。
【００６５】
そして、電力用半導体モジュール１１１においても、図２または図５に示すパターンで配置された第１放熱グリス３１および第２放熱グリス３２を備えることで、電力用半導体モジュール１１０と同様の効果が得られる。
【００６６】
上述したように、電力用半導体装置１００は、経時的に第１放熱グリス３１から分離したオイルが電力用半導体装置１００の外部に流れて、電力用半導体装置１００の周辺の装置の誤動作などを引き起こすことを防止することができる。
【００６７】
また、電力用半導体装置１００は、第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３１との間に隙間３４を空けて配置されるため、製造が容易である。すなわち、同一平面上に第１の放熱グリス３１と第２の放熱グリス３２とを設けるため、第１の放熱グリス３１と第２の放熱グリス３２の両方を電力用半導体モジュール１１０および冷却フィン１２０に容易に密着させることができる。このため、第１の放熱グリスによる伝熱性能と、第２の放熱グリスによるシール性とを容易に実現することができる。
【００６８】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置である電力用半導体装置１３０の側面図である。図８は、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０の電力用半導体モジュール１４０に第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とが配置された状態を放熱面側から見た図である。本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０は、第１放熱グリス３１および第２放熱グリス３２の配置パターンが実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と異なる。図７および図８においては、実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と同様の構成については、実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と同じ符号を付している。
【００６９】
本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０は、設置場所に設置されて使用される場合には、図７における上側が手前となり、図７における下側が奥となる。すなわち、電力用半導体装置１３０は、図７を９０°回転させた状態で使用される。本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０は、図８に示すパターンで第１放熱グリス３１および第２放熱グリス３２が配置されている点が実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と異なる。
【００７０】
本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０においては、第２放熱グリス３２は、電力用半導体モジュール１４０の後面１４０ａのうち、第２導体層１ｂの後面１ｂａの外周側に位置する枠部品４の後面４ａに配置されている点が実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と異なる。それ以外は、実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と同様である。第２放熱グリス３２は、環状とされ、全長において枠部品４の後面４ａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの両面に密着している。
【００７１】
電力用半導体モジュール１４０の後面１４０ａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２との間には、実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と同様に隙間３４が形成されている。
【００７２】
上記のような構成を有する本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０は、上述した実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００と同じ効果が得られる。すなわち、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０は、使用時において第１放熱グリス３１において分離したオイルが電力用半導体モジュール１４０の後面１４０ａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間で下方に流れても、第２放熱グリス３２でオイルを塞き止めることができ、オイルが第２放熱グリス３２の外部に流出することを防止することができる。
【００７３】
図９は、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０の電力用半導体モジュール１４０における第２放熱グリス３２の配置の変形例を示す図であり、実施の形態１の図５に対応する図である。第２放熱グリス３２は、電力用半導体モジュール１４０の後面１４０ａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、下部領域部３２ｃと２つの側方領域部３２ｄとのみを有したＵ形状としていてもよい。
【００７４】
実施の形態１の図５の場合と同様に、第２放熱グリス３２が、電力用半導体装置１００の使用時における第１放熱グリス３１の下方および側方のみに配置され、電力用半導体装置１００の使用時における第１放熱グリス３１の上方に第２放熱グリス３２が形成されていない場合でも、第２放熱グリス３２でオイルを塞き止めることができ、オイルが第２放熱グリス３２の外部に流出することを防止することができる。
【００７５】
本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０では、第１放熱グリス３１を基板１に、第２の放熱グリス３２を枠部品４に密着するように配置した。そのため、製造の際に、第１の放熱グリス３１及び第２の放熱グリス３２との間の隙間３４を容易に設けることが可能となる。
【００７６】
また、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０は、基板１の面内に配置する第１の放熱グリス３１の面積を大きくすることができ、第１の放熱グリス３１による伝熱性能を向上することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０では、粘性を有するオイル漏れ防止部を第２の放熱グリスとしたが、第２の放熱グリスとして合成樹脂などのシール材を用いても良い。本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１３０では、第１の放熱グリスが基板１に、第２の放熱グリスが枠部品４に設けられるため、図７に示すように第１放熱グリス３１と第２放熱グリス３２とが同一平面状に配置されない場合がある。オイル漏れ防止部に合成樹脂を用いれば、このような場合にも容易に図７の構造を製造することができる。
【００７８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  基板、１ａ  第１導体層、１ｂ  第２導体層、１ｂａ，４ａ，１６ａ，１１０ａ，１２１ａ，１４０ａ，１７０ａ  後面、１ｃ  セラミックス基板、２  電力用半導体素子、３  電気的端子、４  枠部品、５  金属ワイヤ、６  封止樹脂、７  ねじ、８  スプリングワッシャー、９  ワッシャー、１０  厚み方向、１１  第１固着層、１２  接着剤用溝部、１３  接着剤、１４  貫通孔、１５  第２固着層、１６  放熱板、３１  第１放熱グリス、３２  第２放熱グリス、３２ａ，３２ｃ，４１ａ  下部領域部、３２ｂ，３２ｄ，４１ｂ  側方領域部、３３  離間部、３４，３５  隙間、１００，１３０  電力用半導体装置、１１０，１１１，１４０  電力用半導体モジュール、１２０  冷却フィン、１２０ｂ  前面、１２１  ベース部、１２２  突起部、１２３  ねじ孔。
【図１】
2019187125.tif 000003
【図２】
2019187125.tif 000004
【図３】
2019187125.tif 000005
【図４】
2019187125.tif 000006
【図５】
2019187125.tif 000007
【図６】
2019187125.tif 000008
【図７】
2019187125.tif 000009
【図８】
2019187125.tif 000010
【図９】
2019187125.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月27日(2018.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板を有する基板と、前記基板の前面に接合される半導体素子と、前記基板の周囲を囲む枠形状を有する枠部品と、を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの後面に配設される冷却部品と、
前記枠部品と前記冷却部品とを機械的に固定する弾性固定部と、
を備える半導体装置であって、
前記半導体モジュールの後面と前記冷却部品の前面とに密着して設けられ、フィラーとオイルとを含む第１放熱グリスと、
前記半導体モジュールの後面と前記冷却部品の前面とに密着し、前記第１放熱グリスの外周に、前記第１放熱グリスとの間に隙間を有して設けられ、前記第１放熱グリスよりも粘性が高いオイル漏れ防止部と、
を有し、
前記オイル漏れ防止部は、フィラーとオイルとを含む第２放熱グリスであり、
前記第１放熱グリスは、前記第２放熱グリスよりも前記基板の面内における面積が大きいこと、
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁性基板を有する基板と、前記基板の前面に接合される半導体素子と、前記基板の周囲を囲む枠形状を有する枠部品と、を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの後面に配設される冷却部品と、
前記枠部品と前記冷却部品とを機械的に固定する弾性固定部と、
を備える半導体装置であって、
前記半導体モジュールの後面と前記冷却部品の前面とに密着して設けられ、フィラーとオイルとを含む第１放熱グリスと、
前記半導体モジュールの後面と前記冷却部品の前面とに密着し、前記第１放熱グリスの外周に、前記第１放熱グリスとの間に隙間を有して設けられ、前記第１放熱グリスよりも粘性が高いオイル漏れ防止部と、
を有し、
前記オイル漏れ防止部は、前記第１放熱グリスをＵ形状に囲んでいること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記オイル漏れ防止部は、フィラーとオイルとを含む第２放熱グリスであること、
を特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２放熱グリスは、第１放熱グリスよりも前記フィラーの含有率が高いこと、
を特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２放熱グリスは、第１放熱グリスよりも前記オイルの含有率が低いこと、
を特徴とする請求項１、３、４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２放熱グリスは、第１放熱グリスよりも前記オイルにおける架橋成分の含有率が高いこと、
を特徴とする請求項１、３から５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１放熱グリスは、前記第２放熱グリスよりも前記基板の面内における面積が大きいこと、
を特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記オイル漏れ防止部は、合成樹脂であること、
を特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１放熱グリスおよび前記オイル漏れ防止部が、前記基板の後面に配置されていること、
を特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１放熱グリスが、前記基板の後面に配置され、
前記オイル漏れ防止部が、前記枠部品の後面に配置されていること、
を特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置は、絶縁性基板を有する基板と、基板の前面に接合される半導体素子と、基板の周囲を囲む枠形状を有する枠部品と、を有する半導体モジュールと、半導体モジュールの後面に配設される冷却部品と、枠部品と冷却部品とを機械的に固定する弾性固定部と、を備える。半導体装置は、半導体モジュールの後面と冷却部品の前面とに密着して設けられ、フィラーとオイルとを含む第１放熱グリスと、半導体モジュールの後面と冷却部品の前面とに密着し、第１放熱グリスの外周に、第１放熱グリスとの間に隙間を有して設けられ、第１放熱グリスよりも粘性が高いオイル漏れ防止部と、を有する。オイル漏れ防止部は、フィラーとオイルとを含む第２放熱グリスであり、第１放熱グリスは、第２放熱グリスよりも基板の面内における面積が大きい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置である電力用半導体装置の側面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールに第１放熱グリスと第２放熱グリスとが配置された状態を放熱面側から見た図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールの断面図であり、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置において枠部品と冷却フィンとの固定に用いられるねじとスプリングワッシャーとワッシャーとを示す側面図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールにおける第２放熱グリスの配置の変形例を示す図であり、図２に対応する図
【図６】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールの変形例を示す図であり、図３に対応する図
【図７】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置である電力用半導体装置の側面図
【図８】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールに第１放熱グリスと第２放熱グリスとが配置された状態を放熱面側から見た図
【図９】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の電力用半導体モジュールにおける第２放熱グリスの配置の変形例を示す図であり、図５に対応する図
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、枠部品４の後面４ａの内周側の端部領域には、図３に示すように接着剤用溝部１２が設けられている。そして、枠部品４と基板１とは、枠部品４の接着剤用溝部１２に配置された接着剤１３によって接着固定されている。また、枠部品４の後面４ａの外周側の角部領域には、図２に示すように枠部品４における外周側の角部領域を厚み方向において貫通する貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４は、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０との機械的な固定のために使用される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
一方、基板１の第２導体層１ｂには、冷却フィン１２０が固定されている。すなわち、冷却フィン１２０は、電力用半導体モジュール１１０の後面１１０ａに配設されている。冷却フィン１２０は、平板状のベース部１２１の後面１２１ａに複数の平板状の突起部１２２が配置されている。冷却フィン１２０は、金属材料の中で相対的に熱伝導性の高い材料であるアルミニウム、Ｃｕ、およびこれらの合金などにより構成される。冷却フィン１２０のベース部１２１の外周側の角部領域には、図１に示すようにねじ孔１２３が設けられている。ねじ孔１２３は、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０との固定に使用される。ねじ孔１２３は、電力用半導体モジュール１１０と冷却フィン１２０とを固定して電力用半導体装置１００を構成した際に、貫通孔１４と対応する位置に設けられている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００において枠部品４と冷却フィン１２０との固定に用いられる弾性固定部であるねじ７とスプリングワッシャー８とワッシャー９とを示す側面図である。図１に示すように、枠部品４と冷却フィン１２０とは、枠部品４の後面４ａと、冷却フィン１２０の前面１２０ｂとが対向した状態で、ねじ７、スプリングワッシャー８およびワッシャー９を用いてねじ止め固定されている。このように、ねじ７による枠部品４と冷却フィン１２０との固定において、ねじ頭と枠部品４との間に弾性力を有するスプリングワッシャー８を用いる。その結果、電力用半導体装置１００の使用による振動またはヒートサイクルが原因でねじ７が緩んだ場合にも、スプリングワッシャー８の弾性力によって、枠部品４と冷却フィン１２０との間の機械的固定を保持することができる。つまり、スプリングワッシャー８は、枠部品４と冷却フィン１２０とがねじ７により固定された状態で枠部品４を冷却フィン１２０側に付勢している。なお、固定部品は、ねじ７に限定されない。また、付勢部は、スプリングワッシャー８に限定されない。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
上述したように、第１放熱グリス３１は電力用半導体モジュール１１０で発生した熱を冷却部品である冷却フィン１２０に伝熱するため、基板１の面内において第２放熱グリス３２よりも面積が大きいことが望ましい。このように、基板１の面内における第１放熱グリス３１の面積が大きいほど、電力用半導体モジュール１１０から冷却フィン１２０への熱伝導性が高くなる。一方で、大面積で配置された第１放熱グリス３１の粘性が大きいと基板１に高い応力が発生してしまう。そのため、第１放熱グリス３１の粘性は小さいことが望ましい。本実施の形態１では、伝熱性が望まれる第１放熱グリス３１の面積を大きく、かつ粘性を小さくし、その特性によってオイル分離しやすい第１放熱グリス３１からのオイル漏れを防ぐために第２放熱グリス３２を設ける。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３１から分離したオイルに対してシール性を有し、第１放熱グリス３１よりも粘性が高いためにオイル分離し難い放熱グリスである。第２放熱グリス３２が第１放熱グリス３１よりも粘性が高いことにより、第１放熱グリス３１から分離したオイルの流出を塞き止めることができる。なお、第２放熱グリス３２も電力用半導体装置１００のヒートサイクルを繰り返すことによりオイル分離する可能性はあるが、例えば電力用半導体装置１００の他の部品から決定される寿命および交換時期よりもオイル分離時期が長くなるような組成を用いれば良い。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
第１放熱グリス３１よりも粘性が高い第２放熱グリス３２の例を以下に示す。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
側方領域部３２ｂは、電力用半導体装置１００が設置場所に設置された際に、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、下部領域部３２ａの端部から上方に立ち上がるとともに水平方向において第１放熱グリス３１から離れる方向に第１放熱グリス３１から離間する位置に配置された第２放熱グリス３２である。側方領域部３２ｂは、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの両面に密着している。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
すなわち、第２導体層１ｂの後面１ｂａと冷却フィン１２０の前面１２０ｂとの間において、第２放熱グリス３２は、電力用半導体装置１００の使用時において少なくとも第１放熱グリス３１の下方および第１放熱グリス３１の側方において、第１放熱グリス３１の下方から第１放熱グリス３１の両方の側方にわたって第１放熱グリス３１を囲う領域に設けられる。これにより、電力用半導体装置１００は、経時的に第１放熱グリス３１から分離したオイルが電力用半導体装置１００の外部に流れて、電力用半導体装置１００の周辺の装置の誤動作などを引き起こすことを防止することができる。また、電力用半導体装置１００は、第２放熱グリス３２は、第１放熱グリス３１との間に隙間３４を空けて配置されるため、製造が容易である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
実施の形態１の図５の場合と同様に、第２放熱グリス３２が、電力用半導体装置１３０の使用時における第１放熱グリス３１の下方および側方のみに配置され、電力用半導体装置１３０の使用時における第１放熱グリス３１の上方に第２放熱グリス３２が形成されていない場合でも、第２放熱グリス３２でオイルを塞き止めることができ、オイルが第２放熱グリス３２の外部に流出することを防止することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
１  基板、１ａ  第１導体層、１ｂ  第２導体層、１ｂａ，４ａ，１６ａ，１１０ａ，１２１ａ，１４０ａ  後面、１ｃ  セラミックス基板、２  電力用半導体素子、３  電気的端子、４  枠部品、５  金属ワイヤ、６  封止樹脂、７  ねじ、８  スプリングワッシャー、９  ワッシャー、１０  厚み方向、１１  第１固着層、１２  接着剤用溝部、１３  接着剤、１４  貫通孔、１５  第２固着層、１６  放熱板、３１  第１放熱グリス、３２  第２放熱グリス、３２ａ，３２ｃ  下部領域部、３２ｂ，３２ｄ  側方領域部、３４  隙間、１００，１３０  電力用半導体装置、１１０，１１１，１４０  電力用半導体モジュール、１２０  冷却フィン、１２０ｂ  前面、１２１  ベース部、１２２  突起部、１２３  ねじ孔。
【国際調査報告】
2019187125.tif 000012
2019187125.tif 000013
2019187125.tif 000014
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