(57)【要約】  半導体素子１の下面に冷却フィン９が接合されている。樹脂１０が半導体素子１を封止する。樹脂１０の下面から冷却フィン９の一部が突出している。冷却器１１は、開口１２を有する。樹脂１０から突出した冷却フィン９が冷却器１１の開口１２に挿入されている。樹脂１０の下面と冷却器１１が、接着材などの接合材１３により接合されている。これにより、部品点数削減・軽量化を実現しつつ、熱伝導性と接合強度の両立を図ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子に接合された冷却体と、
前記半導体素子を封止する樹脂と、
開口を有する冷却器とを備え、
前記樹脂の主面から前記冷却体の一部が突出し、
前記樹脂から突出した前記冷却体が前記冷却器の前記開口に挿入され、
前記樹脂の前記主面と前記冷却器が接合材により接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記冷却器は、前記開口内において前記冷却体に冷媒を供給す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】
前記半導体素子と前記冷却体の間に設けられた絶縁板を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記樹脂の前記主面には、前記接合材との接合強度を高めるための表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記表面処理は、接合表面を荒くする親水化処理であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記樹脂の前記主面には凹部が設けられ、
前記接合材が前記凹部に回り込んでアンカーとなることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記冷却体は、前記半導体素子の下面に接合された第１の冷却体と、前記半導体素子の上面に接合された第２の冷却体とを有し
前記冷却器は、第１の開口を有する第１の冷却器と、第２の開口を有する第２の冷却器とを有し、
前記樹脂の下面から前記第１の冷却体の一部が突出し、
前記樹脂の上面から前記第２の冷却体の一部が突出し、
前記樹脂から突出した前記第１の冷却体が前記第１の冷却器の前記第１の開口に挿入され、
前記樹脂から突出した前記第２の冷却体が前記第２の冷却器の前記第２の開口に挿入され、
前記樹脂の前記下面と前記第１の冷却器が第１の接合材により接合され、
前記樹脂の前記上面と前記第２の冷却器が第２の接合材により接合されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記冷却体は、絶縁材と導電材のコンポジット構造であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項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、樹脂モールドされた半導体パッケージを冷却装置に接合した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパッケージ型パワーモジュールでは、半導体素子をゲル封止する必要があり、組み立て工程数が多く、部品コストが高かった。そこで、半導体素子をトランスファモールドしたパワーモジュールが開発されている（例えば、特許文献１参照）。樹脂モールドされた半導体パッケージは冷却のために冷却装置に固定する必要があり、ねじ等を用いて固定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５０８９０号公報
【特許文献２】特許第４５８３１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ねじ等を用いた固定方法では、部品点数が増加し、重量が増えるという問題があった。一方、ねじ等を用いずに半導体パッケージを冷却装置に接合する方法も検討されているが、冷却部分と接合部分が同じであるため、熱伝導性と接合強度の両立を図ることができなかった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は部品点数削減・軽量化を実現しつつ、熱伝導性と接合強度の両立を図ることができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子に接合された冷却体と、前記半導体素子を封止する樹脂と、開口を有する冷却器とを備え、前記樹脂の主面から前記冷却体の一部が突出し、前記樹脂から突出した前記冷却体が前記冷却器の前記開口に挿入され、前記樹脂の前記主面と前記冷却器が接合材により接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、部品点数削減・軽量化を実現しつつ、熱伝導性と接合強度の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。半導体素子１はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体素子である。半導体素子１の制御端子（ゲート）がワイヤ２を介して信号電極３に接続されている。半導体素子１の下面（コレクタ）が、絶縁板４上に設けられた回路パターン５を介して高圧電極６に接続されている。半導体素子１の上面（エミッタ）がはんだ７を介して高圧電極８に接続されている。
【００１１】
冷却フィン９が、回路パターン５及び絶縁板４を介して半導体素子１の下面に接合されている。樹脂１０が半導体素子１などを封止している（トランスファモールド）。樹脂１０の下面から冷却フィン９の一部が突出している。信号電極３及び高圧電極６，８も樹脂１０から導出されている。
【００１２】
この樹脂モールドされた半導体パッケージが冷却器１１に接合されている。冷却器１１は、開口１２を有する。樹脂１０から突出した冷却フィン９が冷却器１１の開口１２に挿入されている。樹脂１０の下面と冷却器１１が、接着材などの接合材１３により接合されている。冷却器１１は、開口１２内において冷却フィン９に冷媒を供給する。これにより、冷却フィン９を介して半導体素子１が冷却される。
【００１３】
このように冷却部分と接合部分を明確に分けることで、熱伝導性と接合強度の両立を図ることができる。例えば、半導体素子１が高温動作して冷却部分が高温になった場合でも、接合部分の温度変化を抑制する。このため、高温動作保証品であるＳｉＣの半導体素子１を用いることができる。そして、ねじ等の構造部品を追加する必要が無いため、部品点数削減・軽量化を実現することもできる。
【００１４】
また、従来の装置では冷却体と冷却器の間に熱伝導材を挟むため、熱伝導材の厚みに応じて半導体装置が反る。しかし、本実施の形態では、冷却フィン９を冷却器１１の開口１２に挿入するため、装置の反りの影響を受けずに冷却性能を確保できる。
【００１５】
また、半導体素子１と冷却フィン９の間に絶縁板４が設けられているため、冷媒として水などの導電性流体を用いることができる。これにより、冷却性能を確保することができる。ただし、冷媒が空気や絶縁流体などの絶縁板である場合には絶縁板４を省略して冷却フィン９上に半導体素子１や回路パターン５を設けてもよい。
【００１６】
また、樹脂１０の下面には、接合材１３との接合強度を高めるための表面処理が施されていることが好ましい。例えば、接合表面を荒くする親水化処理が施されていることが好ましい。
【００１７】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。樹脂１０の下面に凹部１４が設けられ、接合材１３が凹部１４に回り込んでアンカーとなる。これにより、接合面積が増加するため、接合強度が向上する。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００１８】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態は、冷却能力を向上させた両面冷却構造に本発明を適用したものである。
【００１９】
実施の形態１の構成に以下のような構成が追加されている。即ち、冷却フィン１５が半導体素子１の上面に高圧電極８及び絶縁板１６を介して接合されている。冷却器１７は、開口１８を有する。樹脂１０の上面から冷却フィン１５の一部が突出している。樹脂１０から突出した冷却フィン１５が冷却器１７の開口１８に挿入されている。樹脂１０の上面と冷却器１７が接合材１９により接合されている。
【００２０】
半導体素子１の上側の冷却構造についても、実施の形態１のような半導体素子１の下側の冷却構造と同様の効果を得ることができる。なお、樹脂１０の上面と下面に実施の形態２のようなアンカー構造を設けてもよい。
【００２１】
実施の形態４．
図３は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。冷却フィン９は、セラミックの絶縁材２０と高熱伝導性の導電材２１のコンポジット構造である。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２２】
このように絶縁材２０の内部に導電材２１を内装することで、冷却フィン９の熱伝導率を向上することができる。また、導電材２１は絶縁材２０により半導体素子１とは電気的に絶縁しているため、絶縁性を確保することもできる。
【００２３】
なお、冷却器１１の開口１２に挿入される部分において、導電材２１が絶縁材２０から露出していてもよい。また、本実施の形態のような冷却フィン９のコンポジット構造を実施の形態２，３に適用してもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  半導体素子
４  絶縁板
９  冷却フィン（第１の冷却体）
１０  樹脂
１１  冷却器（第１の冷却器）
１２  開口（第１の開口）
１３  接合材（第１の接合材）
１４  凹部
１５  冷却フィン（第２の冷却体）
１７  冷却器（第２の冷却器）
１８  開口（第２の開口）
１９  接合材（第２の接合材）
２０  絶縁材
２１  導電材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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