(57)【要約】【課題】従来よりも絶縁耐圧や冷却性能等の信頼性を高めることができるとともに、装置の組み立て作業性等を向上させた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体デバイス２が絶縁樹脂４でモールドされるとともに、この半導体デバイス２の回路の一部を構成する電極５が放熱用として絶縁樹脂４の裏面に露出されてなる半導体モジュール２を有し、この半導体モジュール２の絶縁樹脂４の底面には、上記電極５を囲むように突起１０が一体形成され、この突起１０内に絶縁放熱シート１１が封入されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスが絶縁樹脂でモールドされるとともに、この半導体デバイスの回路の一部を構成する電極が放熱用として上記絶縁樹脂の裏面に露出されてなる半導体モジュールを有し、この半導体モジュールが絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクの上に載置固定されている半導体装置において、上記半導体モジュールの絶縁樹脂の底面には、上記電極を囲むように突起が一体形成され、この突起内に上記絶縁熱伝導部材が封入されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクには、前記突起が嵌入される位置決め溝が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。
【請求項３】
半導体デバイスが絶縁樹脂でモールドされるとともに、この半導体デバイスの回路の一部を構成する電極が放熱用として上記絶縁樹脂の裏面に露出されている半導体モジュールを有し、この半導体モジュールが絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクの上に載置固定されている半導体装置において、上記ヒートシンクの上面には、上記半導体モジュールの載置状態において上記電極を囲むように突起が一体形成され、この突起内に上記絶縁熱伝導部材が封入されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
上記突起は、電極の周りを全周囲む形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記突起は、電極の周りを断続的に囲む形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
上記絶縁熱伝導部材は、絶縁放熱シートであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
上記絶縁熱伝導部材は、シリコン系グリスであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特には、半導体モジュールに対して電気的絶縁性を確保しつつ、良好な冷却性能を発揮するための放熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インバータやコンバータなどに使用される半導体モジュールは、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等の半導体スイッチ素子を備えた半導体デバイスを絶縁樹脂でモールドして構成されている。
【０００３】
このような半導体モジュールは、電力が大きくなるほど上記の半導体スイッチ素子からの発熱量が多くなるので、半導体モジュールを効率良く冷却することが必要となる。
【０００４】
そのため、従来技術では、半導体モジュールとヒートシンクとの間に絶縁放熱シートを介在させた状態で半導体モジュールをヒートシンクに固定部材を用いて固定し、半導体モジュールの発熱を絶縁放熱シートを介してヒートシンクに伝導して放熱する構造のもの（例えば、特許文献１参照）や、半導体スイッチ素子に電気的に接続されたバスバーとヒートシンクとの間に絶縁放熱シートを介在させ、半導体スイッチ素子の発熱をバスバーおよび絶縁放熱シートを介してヒートシンクに伝導して放熱するようにした構造のもの（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８３９１５号公報（第８−９頁、図６，図７）
【特許文献２】
特開２００２−１９０５６９号公報（第４−５頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のように、半導体モジュールを固定部材を用いてヒートシンクに固定する場合には、固定部材による加圧力によって絶縁放熱シートが半導体モジュールとヒートシンクの間で挟圧されるため破れ易い。そして、絶縁放熱シートが破損すると、所定の絶縁耐圧を確保できなくなり、半導体モジュールが動作不良を起こす原因ともなる。
【０００７】
また、絶縁放熱シートの内、特に高い熱伝導性をもつものは、比較的薄肉（たとえば０．２ｍｍ程度）のものが使用されているため、絶縁放熱シートをヒートシンクの上に貼り付ける際に不意に外力が加わった際に破れ易く、組み立て作業性を劣化させている。
【０００８】
さらに、絶縁放熱シートを使用する場合には、その上下に位置する半導体モジュールやヒートシンクとの間に僅かな隙間が生じて空気が介在し易く、そのため、熱伝導性が不十分になって冷却不良を起こすなど、信頼性を損なうおそれがある。
【０００９】
なお、上記の説明は特許文献１に関してのものであるが、これらの不具合は特許文献２の場合についても同様に生じる問題である。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、絶縁耐圧や冷却性能等の信頼性を確保することができるとともに、装置の組み立て作業性等を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、半導体デバイスが絶縁樹脂でモールドされるとともに、この半導体デバイスの回路の一部を構成する電極が放熱用として上記絶縁樹脂の裏面に露出されている半導体モジュールを有し、この半導体モジュールが絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクの上に載置固定されている半導体装置において、次の構成を採用している。
【００１２】
すなわち、第１の発明では、半導体モジュールの絶縁樹脂の底面には、電極を囲むように突起が一体形成され、この突起内に絶縁熱伝導部材が封入されていることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明では、ヒートシンクの上面には、上記半導体モジュールの載置状態において電極を囲むように突起が一体形成され、この突起内に絶縁熱伝導部材が封入されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の正面図、図２は同半導体装置の一部を拡大して示す断面図、図３は図１の半導体装置を構成する半導体モジュールを底面側から見た平面図である。
【００１５】
この実施の形態１の半導体装置１は、電力変換用の半導体モジュール２と、この半導体モジュール２を冷却するためのヒートシンク３とを備える。
【００１６】
上記の半導体モジュール２は、ここでは電力用パワーモジュールと称せられるもので、図示しないＭＯＳ・ＦＥＴ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等の半導体スイッチ素子を備えた半導体デバイスが絶縁樹脂４でモールドされるとともに、この半導体デバイスの回路の一部を構成する電極５（たとえば、半導体スイッチ素子がＭＯＳ・ＦＥＴの場合にはドレイン端子に接続される電極）が放熱用として絶縁樹脂４の裏面に露出されている。
【００１７】
なお、６は直流電力の入力側のリードフレーム、７は交流電力の出力側のリードフレーム、８は半導体モジュール２内の半導体スイッチ素子をオン／オフ制御する制御信号が入力される中継端子である。
【００１８】
この実施の形態の特徴として、半導体モジュール２の絶縁樹脂４の底面には、上記の電極５を囲むように突起１０が一体形成されている。すなわち、この突起１０は、電極５の周りを全周囲むように半導体モジュール２の周縁部に沿ってフレーム状に形成されている。そして、この突起１０内に絶縁熱伝導部材としての絶縁放熱シート１１が封入されている。
【００１９】
この場合の絶縁放熱シート１１としては、半導体モジュール２内の半導体スイッチ素子からの発熱を効率良くヒートシンク３に伝達するように高い熱伝導性を有するとともに、ヒートシンク３との間で十分な絶縁耐圧を保つように高い絶縁性を有する材料、たとえば高硬度シリコンゴムシートなどが適用されている。
【００２０】
一方、ヒートシンク３は、熱伝導性の優れたアルミニュウム等の金属板で構成されており、このヒートシンク３の上に、半導体モジュール２がその底面の突起１０内に絶縁放熱シート１１が封入された状態で載置され、図示しない固定用部材、たとえばネジなどを用いて固定されている。
【００２１】
上記構成の半導体装置１において、半導体モジュール２は、中継端子７に接続された図示しない制御装置からの制御信号に基づいて半導体スイッチ素子がオン／オフ制御されることにより、外部直流電源に接続された入力側のリードフレーム６からの直流が交流化されて出力側のリードフレーム７を介して交流機器に供給される。その際、半導体モジュール２内の半導体スイッチ素子からは損失によってジュール熱が発生するが、その発熱は電極５から絶縁放熱シート１１を介してヒートシンク３に伝わり放熱される。
【００２２】
また、この実施の形態１の半導体装置１においては、ヒートシンク３の上に半導体モジュール２が載置されてネジなどの固定部材を用いて固定された場合でも、半導体モジュール２は突起１０で支えられているため、電極５とヒートシンク３との間には常に適正な一定の絶縁距離が確保されて絶縁放熱シート１１に過剰な外力が加わることはない。このため、従来のように絶縁放熱シート１１が半導体モジュール２とヒートシンク３の間で挟圧されて破れるなどの不具合は生じず、常に所定の絶縁耐圧が確保される。
【００２３】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の正面図、図５は図４の半導体装置を構成するヒートシンクを上面側から見た平面図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００２４】
この実施の形態２にかかる半導体装置の特徴は、ヒートシンク３の上面に半導体モジュール２の載置状態において電極５を囲むように突起が一体形成され、この突起５内に絶縁熱伝導部材としての絶縁放熱シート１１が封入されている。したがって、半導体モジュール２は、その底面側には突起は設けられておらず、半導体モジュール２の底面は電極５の露出面と面一となっている。
【００２５】
この実施の形態２においても、半導体モジュール２の電極５とヒートシンク３との間において突起１２内に封止された状態で絶縁放熱シート１１が介在されるため、半導体モジュール２内の半導体スイッチ素子の発熱は、電極５から絶縁放熱シート１１を介してヒートシンク３に伝わり放熱される。また、電極５とヒートシンク３との間には適正な一定の絶縁距離が常に確保されて絶縁放熱シート１１に過剰な外力が加わることはないので、実施の形態１の場合と同様に常に所定の絶縁耐圧が確保される。
【００２６】
なお、本発明は、上記の実施の形態１，２で説明した構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができる。
【００２７】
たとえば、上記の実施の形態１，２では絶縁熱伝導部材として絶縁放熱シート１１を用いているが、突起１０，１２により充填領域が確実に確保されるので、絶縁熱伝導部材として半液状のもの、たとえばシリコン系グリスを使用することが可能になる。
【００２８】
また、上記の実施の形態１，２で、突起１０，１１は電極５の周りを全周囲むようにフレーム状に形成されているが、突起１０，１１の途中に切れ目を入れて電極５の周りを断続的に囲む形状とすることもできる。このような構成の場合、特に絶縁熱伝導部材が半液状のシリコン系グリスを使用するときには、突起１０，１１内に必要以上のシリコン系グリスを塗布したとしても、余分なシリコン系グリスは突起１０，１１の切れ目から外部に押し出される。したがって、突起１０，１１内には常に適量封入されるとともに、電極５とヒートシンク３との間に空気が介在されるのが防止されるため、良好な絶縁耐圧を確保することができる。
【００２９】
さらに、上記の実施の形態１では、半導体モジュール２の底面に突起１０を設けたが、ヒートシンク２側に上記の突起１０を嵌入する位置決め溝を形成することもできる。また、実施の形態２では、ヒートシンク３の上面に突起１２を設けたが、半導体モジュール２側に上記の突起１２を嵌入する位置決め溝を形成することもできる。このような位置決め溝を設ければ、半導体モジュール２とヒートシンク３間の位置決めと適正な絶縁距離の確保を同時に行うことができるため都合がよい。
【００３０】
さらにまた、上記の実施の形態１，２では、半導体モジュール２として電力用パワーモジュールに適用した場合について説明したが、これに限らず、半導体モジュール２が発熱して冷却が必要となるものであれば、本発明を広く適用することができるのは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
第１の発明に係る電力用半導体装置では、半導体モジュールの絶縁樹脂の底面に一体形成された突起によって、また、第２の発明に係る電力用半導体装置では、ヒートシンクの上面に一体形成された突起によって、それぞれ半導体モジュールの電極とヒートシンクとの間に一定の絶縁距離が確保され、この突起内の隙間に絶縁熱伝導部材が封入されているため、従来のように、絶縁放熱シートが半導体モジュールとヒートシンクの間で挟圧されて破損するといったことが防止される。また、半導体モジュールで生じる発熱は、電極から絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクに伝わり放熱されるため、良好な冷却性能を確保することができる。このため、絶縁耐圧や冷却性能等の信頼性を高めることができるとともに、装置の組み立て作業性等を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の正面図である。
【図２】同半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１の半導体装置を構成する半導体モジュールを底面側から見た平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の正面図である。
【図５】図４の半導体装置を構成するヒートシンクを上面側から見た平面図である。
【符号の説明】
１　半導体装置、２　半導体モジュール、３　ヒートシンク、４　絶縁樹脂、５　電極、１０　突起、１１　絶縁放電シート（絶縁熱伝導部材）、１２　突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004146574.tif 000006
【図５】
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