(57)【要約】【課題】両主面に金属放熱板を有する半導体モジュールを一対の受熱部材で直接あるいは絶縁シートを介して挟設した半導体モジュール実装構造において、半導体モジュールの膨張収縮の繰り返しにもかかわらず金属放熱板と受熱部材との間のグリス間隙に空気が侵入するのを良好に阻止可能な半導体モジュール実装構造を提供すること。【解決手段】半導体モジュールの両主面には樹脂封止部１１に囲まれて金属放熱板３、４が露出し、金属放熱板３、４は絶縁シート５、６を通じて又は直接受熱部材７、８に対面している。金属放熱板３、４と絶縁シート５、６との間の隙間にはグリスが塗布されている。受熱部材７、８と絶縁シート５、６との間の隙間にもグリスが塗布されている。金属放熱板３、４を囲んで樹脂封止部１１の表面にはグリス溜め部１４が形成され、これにより半導体モジュールの厚さ方向の膨張収縮サイクルにより上記グリスが面方向に移動しても、外気が金属放熱板３、４と絶縁シート５、６との間に侵入しにくくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、互いに略平行な２つの主面を有して前記半導体チップを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の主面から露出する平坦な放熱平面を有して前記樹脂封止部の２つの主面の中央部にそれぞれ固定される金属放熱板とを有するカード状半導体モジュールと、
前記金属放熱板の前記放熱平面に直接又は電気絶縁性の絶縁シートを介して密着される受熱平面を有して前記放熱平面から前記受熱平面を通じて熱を吸収する受熱部材と、
前記金属放熱板の前記放熱平面とそれに対面する前記受熱部材又は前記絶縁シートとの間の隙間である金属放熱板隙間と、前記金属放熱板の周囲の前記樹脂封止部の前記主面とそれに対面する前記受熱部材又は前記絶縁シートとの間の隙間である樹脂封止部隙間との両方に充填された良熱伝導性のグリスと、
を備える半導体モジュール実装構造において、
前記樹脂封止部隙間は、
前記金属放熱板隙間よりも大きく形成されたグリス溜め部を有していることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板隙間の全周にわたって形成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記樹脂封止部の周縁角部を、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記受熱部材から次第に離れる面取り部を設けて構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項４】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記樹脂封止部の前記主面に、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記受熱部材から次第に離れるテーパ面を設けて構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面して前記金属放熱板隙間を囲んで前記樹脂封止部の前記主面に凹設された溝部により構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項６】
請求項５記載の半導体モジュール実装構造において、
前記溝部は、
前記樹脂封止部に設けた段差面と、前記樹脂封止部の段差面に対面する前記受熱部材の段差面とにより構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項７】
請求項５記載の半導体モジュール実装構造において、
前記溝部は、
前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項８】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板の前記放熱平面を前記樹脂封止部の前記主面よりも前記受熱部材側に突出させて構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項９】
請求項８記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板の前記放熱平面を前記樹脂封止部の前記主面よりも前記受熱部材側に、前記金属放熱板隙間の５〜３０倍の範囲で突出させて構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１０】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記の受熱部材より離れる側に落ち込んでいる段差面を前記樹脂封止部の主面に形成して構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１１】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記受熱部材又は前記絶縁シートの周縁角部に、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記樹脂封止部から次第に離れる面取り部を設けて構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１２】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記受熱部材又は前記絶縁シートの主面に、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記樹脂封止部から次第に離れるテーパ面を設けて構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１３】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面して前記金属放熱板隙間を囲んで前記樹脂封止部の前記主面に凹設された溝部により構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１４】
請求項１３記載の半導体モジュール実装構造において、
前記溝部は、
前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１５】
請求項１又は２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記樹脂封止部部材より離れる側に落ち込んでいる段差面を前記受熱部材の主面に形成して構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか記載の半導体モジュール実装構造において、
前記金属放熱板の前記放熱平面は、その中央部から周縁部に至る微小幅の長溝を有し、前記グリスはこの微小幅の長溝に充填されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【請求項１７】
半導体チップと、互いに略平行な２つの主面を有して前記半導体チップを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の主面から露出する平坦な放熱平面を有して前記樹脂封止部の２つの主面の中央部にそれぞれ固定される金属放熱板とを有するカード状半導体モジュールにおいて、
前記樹脂封止部の主面は、
前記金属放熱板を囲んで前記樹脂封止部の主面の他の部位よりも前記樹脂封止部の厚さを減らす方向に薄肉化されたグリス溜め部を有していることを特徴とするカード状半導体モジュール。
【請求項１８】
請求項１７記載のカード状半導体モジュールにおいて、
前記グリス溜め部は、
前記樹脂封止部の主面に凹設された溝部により構成されていることを特徴とするカード状半導体モジュール。
【請求項１９】
請求項１８記載のカード状半導体モジュールにおいて、
前記溝部は、
前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されていることを特徴とするカード状半導体モジュール。
【請求項２０】
請求項１７記載のカード状半導体モジュールにおいて、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記樹脂封止部の厚さを減らす方向に薄肉化された段差面を前記樹脂封止部の主面に形成して構成されていることを特徴とするカード状半導体モジュール。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれか記載のカード状半導体モジュールにおいて、
前記金属放熱板の前記放熱平面は、その中央部から周縁部に至る微小幅の長溝を有し、前記グリスはこの微小幅の長溝に充填されていることを特徴とするカード状半導体モジュール。
【請求項２２】
半導体チップと、互いに略平行な２つの主面を有して前記半導体チップを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の主面から露出する平坦な放熱平面を有して前記樹脂封止部の２つの主面の中央部にそれぞれ固定される金属放熱板とを有するカード状半導体モジュールの前記樹脂封止部の主面並びに前記金属放熱板の前記放熱平面に対面可能な受熱平面を有するカード状半導体モジュール密着用受熱部材において、
前記受熱部材の主面は、
前記金属放熱板を囲み可能に前記受熱部材の主面の他の部位よりも前記受熱部材の厚さを減らす方向に薄肉化されたグリス溜め部を有していることを特徴とするカード状半導体モジュール密着用受熱部材。
【請求項２３】
請求項２２記載のカード状半導体モジュール密着用受熱部材において、
前記グリス溜め部は、
前記受熱部材の主面に凹設された溝部により構成されていることを特徴とするカード状半導体モジュール密着用受熱部材。
【請求項２４】
請求項２３記載のカード状半導体モジュール密着用受熱部材において、
前記溝部は、
前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されていることを特徴とするカード状半導体モジュール密着用受熱部材。
【請求項２５】
請求項２２記載の半導体モジュール実装構造において、
前記グリス溜め部は、
前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記樹脂封止部の厚さを減らす方向に薄肉化された段差面を前記受熱部材の主面に形成して構成されていることを特徴とする半導体モジュール実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュール実装構造、カード状半導体モジュール及びカード状半導体モジュール密着用受熱部材に関する。本発明は、好適には両面電極型半導体モジュールであるカード状半導体モジュールを熱伝導性グリスを用いて密着部材に密着させた半導体モジュール実装構造に採用される。
【背景技術】
【０００２】
電力制御のための半導体スイッチング素子チップを内蔵するパワー半導体モジュールの放熱性の向上のために、通常は上記半導体スイッチング素子チップの２つの主電極に個別に接続されて電極を兼ねる２枚の金属放熱板をパワー半導体モジュールの両主面に個別に露出させたカード状半導体モジュール（以下、両面電極型半導体モジュールとも言うものとする）が知られている。この種の両面電極型半導体モジュールとしては、たとえば下記の特許文献１が知られている。
【０００３】
この両面電極型半導体モジュールは、直接あるいは電気絶縁用の薄い絶縁シート（樹脂フィルム）を介して一対の受熱部材により挟圧することにより、パワー半導体モジュールの一対の金属放熱板と一対の受熱部材とを個別に接触させ、半導体スイッチング素子チップの熱を金属放熱板を通じて、絶縁シートを用いる場合には更に絶縁シートを通じて受熱部材に伝熱作用により放熱している。
【０００４】
この半導体モジュール実装構造では、パワー半導体モジュールの金属放熱板と、それに接する受熱部材との間の接触熱抵抗の低減が特に重要であり、このため熱伝導性に優れた熱伝導グリスを両者の間に充填するのが通常である。特許文献２は、本出願人の出願になるグリス塗布式半導体モジュール密着構造をもつインバータ装置を示す。
【特許文献１】特開２０００−２４３８８１号公報
【特許文献２】特開平１３−３０８２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した半導体モジュール実装構造では、半導体スイッチング素子チップの発熱、冷却の繰り返しのために、半導体モジュール特に熱膨張率が大きいその金属放熱板が面方向及び厚さ方向の両方に膨張したり、収縮したりする膨張収縮サイクルを繰り返すことになる。
【０００６】
この半導体モジュールが膨張収縮すると、面方向のそれは大きな問題は派生しないが、厚さ方向のそれは受熱部材と金属放熱板との間に存在してグリス層が形成されている微小間隙（以下、グリス間隙とも言う）の大きさが上記膨張収縮により大きく変化するという問題が派生した。
【０００７】
つまり、通常では、パワー半導体モジュールを挟圧する一対の受熱部材間の距離は略一定に設定されている。なお、厳密に考えると、受熱部材も膨張収縮を行うため、高温時には受熱部材間距離は減少し、低温時には受熱部材間距離は増加する。結局、半導体モジュールの金属放熱板や受熱部材が高温となるとグリス間隙が縮小してグリスが受熱部材と金属放熱板との隙間から金属放熱板の放熱平面に沿って外側に押し出され、半導体モジュールの金属放熱板や受熱部材が低温となるとグリス間隙が拡大してグリスが受熱部材と金属放熱板との間に吸い込まれる現象が生じる。
【０００８】
このようなグリスの面方向における移動の繰り返しが生じると、グリスの移動に随伴してあるいはそれに優先して外部の空気がこのグリス間隙に侵入し、受熱部材と金属放熱板との間に空気層が形成され、金属放熱板から受熱部材への熱抵抗が大幅に増加するという問題を生じることがわかった。
【０００９】
この問題を解決するには、カード状半導体モジュールの厚さ方向における膨張収縮に連動して一対の受熱部材の少なくとも一方が厚さ方向に自由に変位できればよい。しかし、通常のカード状半導体モジュールスタック構造においては一対の受熱部材はケースやハウジングなどに固定されていることが多く、受熱部材間距離を上記膨張収縮に応じて変更することが困難である。
【００１０】
その他、カード状半導体モジュールとその厚さ方向両側の受熱部材をたとえばボルトなどで強く挟圧しておけば、冷却によりカード状半導体モジュールや受熱部材が収縮しても、カード状半導体モジュールや受熱部材の弾性圧縮量が減少して厚さが増大し、グリス間隙の変化を抑止するはずである。しかし、パワー半導体モジュールなどに上記グリス間隙の変化抑止に十分な弾性圧縮量を与えることはカード状半導体モジュールの強度の点から困難であった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、両主面に金属放熱板を有する半導体モジュールを一対の受熱部材で直接あるいは絶縁シートを介して挟設した半導体モジュール実装構造において、半導体モジュールの膨張収縮の繰り返しにもかかわらず金属放熱板と受熱部材との間のグリス間隙に空気が侵入するのを良好に阻止可能な半導体モジュール実装構造、並びに、この半導体モジュール実装構造に好適なカード状半導体モジュール及びカード状半導体モジュール密着用受熱部材を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１発明の半導体モジュール実装構造は、半導体チップと、互いに略平行な２つの主面を有して前記半導体チップを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の主面から露出する平坦な放熱平面を有して前記樹脂封止部の２つの主面の中央部にそれぞれ固定される金属放熱板とを有するカード状の半導体モジュールと、前記金属放熱板の前記放熱平面に直接又は電気絶縁性の絶縁シートを介して密着される受熱平面を有して前記放熱平面から前記受熱平面を通じて熱を吸収する受熱部材と、前記金属放熱板の前記放熱平面とそれに対面する前記受熱部材又は前記絶縁シートとの間の隙間である金属放熱板隙間と、前記金属放熱板の周囲の前記樹脂封止部の前記主面とそれに対面する前記受熱部材又は前記絶縁シートとの間の隙間である樹脂封止部隙間との両方に充填された良熱伝導性のグリスとを備える半導体モジュール実装構造において、
前記樹脂封止部隙間は、前記金属放熱板隙間よりも大きく形成されたグリス溜め部を有していることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、この発明では、両主面に金属放熱板を有する半導体モジュールすなわちカード状半導体モジュール（以下、両面電極型半導体モジュールとも言う）を一対の受熱部材で直接あるいは絶縁シートを介して挟設した半導体モジュール実装構造において、半導体モジュールの樹脂封止部の主面（受熱部材に面する面）と受熱部材との間の隙間である樹脂封止部隙間に、半導体モジュールの金属放熱板と受熱部材との間の隙間である金属放熱板隙間よりも所定距離以上大きく形成したグリス溜め部を設けた点をその特徴としている。
【００１４】
この距離は、許容最高温度時においても樹脂封止部隙間が金属放熱板隙間よりも大きくなるように確保されている。このようにすれば、上記した膨張収縮サイクルが生じて金属放熱板隙間が変化し、これにより金属放熱板隙間のグリスが面方向（主面と平行な方向）に流動しても、この金属放熱板隙間の周縁に連なる樹脂封止部隙間が大きいために上記膨張収縮サイクルによるその変化率を小さくすることができる。その結果、この樹脂封止部隙間に上記金属放熱板隙間よりも相対的に多量に充填されたグリスが上記金属放熱板隙間のグリス流動に連動して面方向へ動いたとしても、その動き量を小さくすることができる。これにより、外部の空気に面する樹脂封止部隙間のグリスの外表面の半導体モジュールの面方向（半導体モジュールの厚さ方向と直角方向）への移動量を小さくすることができ、外部の空気がこの移動に随伴するなどして上記樹脂封止部隙間更には金属放熱板隙間に侵入するのを良好に防止することができる。
【００１５】
好適には、樹脂封止部隙間の半導体モジュールの厚さ方向の大きさ（樹脂封止部隙間の幅という）は、金属放熱板隙間の５倍以上、更に好ましくは１０倍以上に設定される。膨張収縮サイクルによる金属放熱板隙間の変化に対して樹脂封止部隙間の変化を減らして、空気に接する樹脂封止部隙間のグリスの外表面の上記面方向への移動をできるだけ減らすためである。
【００１６】
なお、受熱部材は、表面に絶縁シートを有していてもよく、あるいは表面に電気絶縁層が形成された金属部材を採用してもよく、更には電気絶縁性部材でもよい。受熱部材が絶縁シートを介して金属放熱板に接する場合には受熱部材と絶縁シートとの間に熱伝導グリスを介在させることが好ましい。また、グリスは電気伝導性をもっていてもよく、電気絶縁性をもっていてもよい。熱伝導性グリスに混入する粉末としてはアルミフィラーの他に銀粉や銅粉などでもよく、更には良好な熱伝導性をもつ金属酸化物や金属窒化物などでもよい。半導体チップと金属放熱板との接合にグリスを用いてもよく、あるいは通常通りはんだ接合などの金属接合を採用してもよい。半導体チップとしては、通常の半導体チップの他に、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）構造の半導体モジュールを採用してもよい。金属放熱板は電極端子としての機能を有することもできる。半導体モジュールは内部に複数の半導体チップを持つことができ、半導体チップは単一のトランジスタを有していても集積回路を有していてもよい。半導体モジュールは、グリスを通じて放熱する放熱平面付きの金属放熱板を両面に有する構造であれば、いわゆるセラミックパッケージでもよく、樹脂パッケージ構造でもよい。セラミックパッケージ構造の場合には、本発明で言う樹脂封止部はセラミック封止部と理解されるべきである。
【００１７】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板隙間の全周にわたって形成されている。このようにすれば、金属放熱板隙間はその全周にわたって厚さ方向の幅が大きい樹脂封止部隙間のグリスにより外気侵入から良好に保護されることができる。
【００１８】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記樹脂封止部の周縁角部を、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記受熱部材から次第に離れる面取り部を設けて構成されている。このようにすれば、樹脂封止部隙間における半導体モジュールの厚さ方向におけるグリス幅の変化が金属放熱板隙間から離れるに従って連続的に増加する構造となるため、樹脂封止部隙間におけるグリスの面方向の移動速度が局所的に急変することがなく、その分、外気のグリスと樹脂封止部との間の境界やグリスと受熱部材との間の隙間に沿いつつ内部に侵入するのを抑止することができる。
【００１９】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記樹脂封止部の前記主面に、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記受熱部材から次第に離れるテーパ面を設けて構成されている。これにより、上記外気侵入効果を奏することができる。
【００２０】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面して前記金属放熱板隙間を囲んで前記樹脂封止部の前記主面に凹設された溝部により構成されている。これにより、上記と同様に、この溝部すなわちグリス溜め部に充填されたグリスが、金属放熱板や受熱部材の厚さ方向への膨張収縮サイクルに応じてグリスを金属放熱板隙間と授受する際、溝部のグリス量が金属放熱板隙間のそれに比較して格段に多いために、この溝部におけるグリスの面方向移動距離を低減することができ、その結果として空気侵入防止効果を奏することができる。
【００２１】
更に、この態様によれば、溝部はグリスを良好に保持することができるために、グリスが樹脂封止部隙間から外側へ漏出するのを防止するグリス漏出防止効果も奏することができるため、上記膨張収縮サイクルの繰り返しにもかかわらずグリス保存性を向上することができる。
【００２２】
好適な態様において、前記溝部は、前記樹脂封止部に設けた段差面と、前記樹脂封止部の段差面に対面する前記受熱部材の段差面とにより構成されている。このようにすれば、より簡素な構造にて多量のグリスを金属放熱板の周囲に保持することができ、空気侵入防止効果及びグリス漏出防止効果を一層向上することができる。なお、この態様において、樹脂封止部に設けた上記段差面は、金属放熱板の側面により代用することも可能である。
【００２３】
好適な態様において、前記溝部は、前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されている。このようにすれば、溝部に収容した多量のグリスによる上記空気侵入防止効果及びグリス漏出防止効果を一層向上することができる。
【００２４】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板の前記放熱平面を前記樹脂封止部の前記主面よりも前記受熱部材側に突出させて構成されている。このようにすれば、樹脂封止部や受熱部材に溝などのグリス溜め部を設けることなく金属放熱板の周囲に多量のグリスを保持することができるので、上記空気侵入防止効果を奏することができる。
【００２５】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板の前記放熱平面を前記樹脂封止部の前記主面よりも前記受熱部材側に、前記金属放熱板隙間の５〜３０倍の範囲で突出させて構成されている。このようにすれば、空気侵入防止効果とグリス漏出防止効果とを向上することができる。更に説明すると、金属放熱板隙間の周囲に多量のグリスを蓄積すること自体は、金属放熱板隙間の寸法変化によるこの金属放熱板隙間の周囲のグリスの面方向移動距離減少に有効となる。しかし、金属放熱板隙間に比べて樹脂封止部隙間の拡大量が５倍未満ではこの効果は減少してしまう。また、樹脂封止部隙間が３０倍以上では樹脂封止部や受熱部材に対するグリスの表面張力が限定的となってグリスが振動などにより流動しやすくなり、グリスが外部に漏出する傾向が生じてしまう。したがって、樹脂封止部隙間を金属放熱板隙間に対して上記倍率範囲とすることがグリス漏出防止を図りつつ空気侵入防止効果を奏するのに特に有効である。
【００２６】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記の受熱部材より離れる側に落ち込んでいる段差面を前記樹脂封止部の主面に形成して構成されている。このようにすれば、上記と同様に空気侵入防止効果を奏することができる。
【００２７】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記受熱部材又は前記絶縁シートの周縁角部に、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記樹脂封止部から次第に離れる面取り部を設けて構成されている。このようにすれば、同様の面取り部を樹脂封止部に設けた上記態様と同様の効果を奏することができる。
【００２８】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面する前記受熱部材又は前記絶縁シートの主面に、前記金属放熱板隙間から遠ざかるにつれて前記樹脂封止部から次第に離れるテーパ面を設けて構成されている。このようにすれば、同様のテーパ部を樹脂封止部に設けた上記態様と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記グリスが充填された前記樹脂封止部隙間に面して前記金属放熱板隙間を囲んで前記樹脂封止部の前記主面に凹設された溝部により構成されている。このようにすれば、同様の溝部を樹脂封止部に設けた上記態様と同様の効果を奏することができる。
【００３０】
好適な態様において、前記溝部は、前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されている。このようにすれば、同様の複数の溝部を樹脂封止部に設けた上記態様と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記樹脂封止部部材より離れる側に落ち込んでいる段差面を前記受熱部材の主面に形成して構成されている。このようにすれば、同様の段差面を樹脂封止部に設けた上記態様と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
好適な態様において、前記金属放熱板の前記放熱平面は、その中央部から周縁部に至る微小幅の長溝を有し、前記グリスはこの微小幅の長溝に充填されている。このようにすれば、半導体モジュールの金属放熱板とそれに対面する受熱部材との間の金属放熱板隙間の面方向中央部のグリスの膨張収縮がこの長溝を通じて行われる傾向となるため、金属放熱板と受熱部材との間の通常の隙間における面方向へのグリス流動が抑止され、この部分に空気が侵入して金属放熱板と受熱部材との間の熱伝導が損なわれることが抑止される。そのうえ、この長溝は、最初にグリスを塗布してこれら両者を密着させる際に、過剰なグリスとなるグリスを周辺部に押し出す際に、グリスの押し出し通路となることができ、金属放熱板の中央部への過剰グリスの残留を懼れることなく十分なグリスを塗布することができ、その後、長時間又は強大な圧力を掛けることなく、速やかに過剰グリスを外部に押し出すことができ、グリス接着作業の作業性を改善することもできる。
【００３３】
上記課題を解決する第２発明は、半導体チップと、互いに略平行な２つの主面を有して前記半導体チップを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の主面から露出する平坦な放熱平面を有して前記樹脂封止部の２つの主面の中央部にそれぞれ固定される金属放熱板とを有するカード状半導体モジュールにおいて、前記樹脂封止部の主面が、前記金属放熱板を囲んで前記樹脂封止部の主面の他の部位よりも前記樹脂封止部の厚さを減らす方向に薄肉化されたグリス溜め部を有していることを特徴としている。
【００３４】
すなわち、この発明は、上記した半導体モジュール実装構造に用いる半導体モジュールであって、金属放熱板の周囲に金属放熱板を囲んでグリス塗布時に金属放熱板の主面すなわち放熱平面よりも樹脂封止部の主面に多量のグリスを容易に保持可能とした構造を半導体モジュールに与えたものである。このようにすれば、上記した半導体モジュール実装構造を採用した際に、上記した空気侵入防止効果を奏することができる。つまり、このカード状半導体モジュールを用いれば、その実装において、上記説明したように伝熱面への空気侵入を良好に防止することができる。
【００３５】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記樹脂封止部の主面に凹設された溝部により構成されている。このようにすれば既述したように、上記半導体モジュール実装構造を採用した際に既述したように空気侵入防止効果とグリス漏出防止効果とを実現することができる。
【００３６】
好適な態様において、前記溝部は、前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されている。このようにすれば、既述したように空気侵入防止効果とグリス漏出防止効果とを一層向上することができる。
【００３７】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記樹脂封止部の厚さを減らす方向に薄肉化された段差面を前記樹脂封止部の主面に形成して構成されている。このようにすれば既述したように、上記半導体モジュール実装構造を採用した際に既述したように空気侵入防止効果を実現することができる。
【００３８】
好適な態様において、前記金属放熱板の前記放熱平面は、その中央部から周縁部に至る微小幅の長溝を有し、前記グリスはこの微小幅の長溝に充填されている。このようにすれば、既述したように、上記空気侵入防止効果を一層向上することができる。
【００３９】
上記課題を解決する第３の発明は、半導体チップと、互いに略平行な２つの主面を有して前記半導体チップを封止する樹脂封止部と、前記樹脂封止部の主面から露出する平坦な放熱平面を有して前記樹脂封止部の２つの主面の中央部にそれぞれ固定される金属放熱板とを有するカード状半導体モジュールの前記樹脂封止部の主面並びに前記金属放熱板の前記放熱平面に対面可能な受熱平面を有するカード状半導体モジュール密着用受熱部材において、前記受熱部材の主面が、前記金属放熱板を囲み可能に前記受熱部材の主面の他の部位よりも前記受熱部材の厚さを減らす方向に薄肉化されたグリス溜め部を有していることを特徴としている。このようにすれば、上記した半導体モジュール実装構造を採用した際に、上記した空気侵入防止効果を奏することができる。つまり、このカード状半導体モジュール密着用受熱部材を用いれば、その実装において、上記説明したように伝熱面への空気侵入を良好に防止することができる。
【００４０】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記受熱部材の主面に凹設された溝部により構成されている。このようにすれば、上記半導体モジュール実装構造を採用した際に既述したように空気侵入防止効果とグリス漏出防止効果とを実現することができる。
【００４１】
好適な態様において、前記溝部は、前記金属放熱板から遠ざかる向きにおいて螺旋状又は同心状に複数配置されている。このようにすれば、既述したように空気侵入防止効果とグリス漏出防止効果とを一層向上することができる。
【００４２】
好適な態様において、前記グリス溜め部は、前記金属放熱板に近い側より遠い側が前記樹脂封止部の厚さを減らす方向に薄肉化された段差面を前記受熱部材の主面に形成して構成されている。このようにすれば、上記半導体モジュール実装構造を採用した際に既述したように空気侵入防止効果を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の半導体モジュール実装構造の各実施例について図面を参照して説明する。ただし、本発明の半導体モジュール実装構造並びにこの半導体モジュール実装構造に好適なカード状半導体モジュール及びカード状半導体モジュール密着用受熱部材は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想をその他の公知技術やそれと同等の機能をもつ技術を組み合わせて実現してもよい。
【実施例１】
【００４４】
実施例１の半導体モジュール実装構造について図１を参照して説明する。図１はこの半導体モジュール実装構造の側面図である。
【００４５】
この半導体モジュール実装構造で用いる半導体モジュールは、薄板状のカード状半導体モジュール（以下、簡単のために半導体モジュールと略称する）であり、内部に半導体チップ２を内蔵している。半導体チップ２の上側の主面に形成された第１主電極（図示せず）は良好な導電性をもつ金属体１にたとえばはんだなどにより接合され、金属体１の図示しない先端部は外部に引き出されて第１主電極端子をなしている。また、金属体１の上面はたとえばはんだなどによりヒートシンクとしての第１の金属放熱板３に接合されている。半導体チップ２の下側の主面もたとえばはんだなどにより第２の金属放熱板４に電気的に導通可能に接合されている。金属放熱板４の図示しない先端部も外部に引き出されて第２主電極端子をなしている。なお、金属体１の代わりに金属放熱板３を外部に引き出して第１主電極端子としてもよく、この場合には、金属体１を省略してもよい。
【００４６】
５、６は金属放熱板に接する絶縁シートであり、金属放熱板３は絶縁シート５を通じて受熱部材７に密着し、金属放熱板４は絶縁シート６を通じて受熱部材８に密着している。なお、各図では、絶縁シート５の厚さを拡大して図示しているが、放熱性の改善のために絶縁シート５の厚さは通常もっと低減されることが好ましい。更に、金属放熱板３、４と後述する受熱部材７、８との間の電気絶縁が不要な場合には、これら絶縁シート５、６は省略可能である。
【００４７】
９はパワー半導体スイッチング素子が形成された半導体チップ２の制御電極用の電極端子であり、ボンディングワイヤ１０により半導体チップ２の上面の制御電極端子領域に接続されている。
【００４８】
１１は樹脂封止部である。樹脂封止部１１は、半導体チップ２などを封止するとともに、金属放熱板３、４などを固定している。金属放熱板３の平坦な外側の主面は、グリス層１２を通じて絶縁シート５に密着されており、絶縁シート５と樹脂封止部１１の主面との間にもグリス層が形成されている。同じく、金属放熱板４の平坦な外側の主面は、グリス層１３を通じて絶縁シート６に密着されており、絶縁シート６と樹脂封止部１１の主面との間にもグリス層が形成されている。つまり、グリス層１２、１３は、絶縁シート５、６と金属放熱板３、４の外主面（本発明で言う放熱平面）との間に形成された本発明で言う金属放熱板隙間と、絶縁シート５、６と樹脂封止部１１の主面との間に形成された樹脂封止部隙間との間に充填されている。したがって、絶縁シート５、６は後述する受熱部材７、８とともに本発明で言う受熱部材の一部を構成している。
【００４９】
金属放熱板３、４の平坦な外側の主面（放熱平面）は互いに平行に形成されており、これらの放熱平面にグリス層及び絶縁シート５、６を通じて密着している受熱部材７、８の平面はこの放熱平面から受熱する受熱平面を構成している。なお、絶縁シート５、６と受熱部材７、８とは熱伝導グリスを介して密着されているが、これら熱伝導グリスに対しては付番を省略する。なお、この実施例では、金属放熱板３、４の上記放熱平面は、その全周を囲繞する樹脂封止部１１の主面よりも僅かに突出している構造となっているが、それは必須ではない。
【００５０】
受熱部材７、８は、この実施例では熱伝導性に優れた金属部材とされるが、熱伝導性に優れたものであればそれに限定されるものではない。ただし、受熱部材７、８の間の半導体モジュール収容隙間の幅は実質的に一定となるように受熱部材７、８が図示しないハウジングに保持されている。
【００５１】
この実施例の特徴は、グリスが充填された樹脂封止部隙間（すなわち樹脂封止部１１に接するグリス注入隙間）に面する樹脂封止部１１の周縁角部が、金属放熱板隙間（金属放熱板３、４に接するグリス注入隙間）から遠ざかるにつれて受熱部材７、８から次第に離れるようにたとえばＲ０．１以上にて面取りされ、これにより、上記した樹脂封止部１１の面取りされた周縁角部に面するグリス注入隙間が、他の部位よりも厚さ方向に大きく形成されて本発明で言ういわゆるグリス溜め部１４を構成している点にある。
【００５２】
これにより、樹脂封止部隙間における半導体モジュールの厚さ方向におけるグリスの塗布厚さがこの周縁角部に面する部位において金属放熱板隙間から離れるに従って連続的に増加し、これによりこの周縁角部に面するグリス注入隙間が厚さ方向に大きくなり、この部位に金属放熱板隙間に比べて格段に多くのグリスを保持することができる。すなわち、この部位は、本発明で言うグリス溜め部を構成する。
【００５３】
その結果、既述した半導体チップ２の発熱、冷却により金属放熱板３、４が膨張収縮を行って金属放熱板３、４と絶縁シート５、６との間の金属放熱板隙間の大きさが変化し、これによりこの金属放熱板隙間のグリスが内部に吸い込まれたり、外部に押し出されるいわゆるグリス呼吸作用を生じたとしても、それを補償するべく移動する上記周縁角部に面するグリス溜め部１４のグリスの面方向の移動量を小さくすることができ、したがってこのグリス溜め部１４のグリス移動に随伴する外部空気の金属放熱板隙間への侵入を良好に抑止することが可能となる。なお、この実施例では、上記した樹脂封止部１１の周縁角部のＲ面取りによるグリス溜め部１４は、樹脂封止部１１の全周にわたって設けることが好ましいが、それに限定されるものではない。
【実施例２】
【００５４】
実施例２の半導体モジュール実装構造を図２を参照して説明する。この実施例は、樹脂封止部１１の周縁角部をＲ面取り構成した実施例１のグリス溜め部１４に代えて、樹脂封止部１１の主面にテーパ面１１０を設けることにより上記と同様のグリス溜め部１４を金属放熱板３、４を囲んで設けたものである。これにより、実施例１と同様の効果を奏することができる。
【実施例３】
【００５５】
実施例３の半導体モジュール実装構造を図３を参照して説明する。この実施例は、金属放熱板３、４を囲んでそれらの全周にわたって樹脂封止部１１の主面に溝部１５、１６を凹設したものであり、実施例１と同様の効果を奏することができる。なお、溝部１５、１６は金属放熱板３、４をそれらの全周にわたって囲むように設けることが好ましいがそれに限定されるものではない。
【実施例４】
【００５６】
実施例４の半導体モジュール実装構造を図４を参照して説明する。ただし、図４では半導体モジュールの一部だけを示すが、絶縁シート５、６及び受熱部材７、８を設けて半導体モジュール実装構造となす点は図１と同じである。この実施例では、実施例３で説明した溝部１５、１６を４重に設けたものである。このようにすれば、溝部１５、１６による構成されるグリス溜め部による既述の効果を一層向上することができる。なお、この４重の溝部１５、１６は、螺旋状に設けてもよく、同心の４つの環状溝で構成してもよい。
【実施例５】
【００５７】
実施例５の半導体モジュール実装構造を図５を参照して説明する。この実施例は、金属放熱板３、４を囲んで絶縁シート５、６のグリス側の平面に溝部１８を凹設したものであり、実施例３と同様の効果を奏することができる。なお、この部位に絶縁シート５、６がない場合には、受熱部材７、８に同様の溝部を形成してもよい。また、実施例４と同様に溝部１８を多重に設けてもよい。
【実施例６】
【００５８】
実施例６の半導体モジュール実装構造を図６を参照して説明する。この実施例は、樹脂封止部１１の周縁角部をＲ面取りする代わりに、絶縁シート５、６の周縁角部をＲ面取りしてグリス溜め部１４'を構成したものであり、実施例１と同様の効果を奏することができる。なお、この部位に絶縁シート５、６がない場合には、受熱部材７、８に同様の溝部を形成してもよい。
【実施例７】
【００５９】
実施例７の半導体モジュール実装構造を図７を参照して説明する。この実施例は、実施例６で説明した絶縁シート５、６の周縁角部をＲ面取りしてグリス溜め部を設ける代わりに、絶縁シート５、６のグリス塗布面側の主面においてその周縁角部近傍にてテーパ面１７'を設けてグリス溜め部を構成したものである。これにより、樹脂封止部１１側にグリス溜め部も設けるとの同様の効果を奏することができる。
【実施例８】
【００６０】
実施例８の半導体モジュール実装構造を図８を参照して説明する。この実施例は、実施例２のように樹脂封止部１１の周縁角部をその全面にわたってテーパ面取りするのではなく、樹脂封止部１１の主面のうち金属放熱板３、４近傍を金属放熱板３、４を囲んでテーパ面としたものであり、実施例２と同様の効果を奏することができる。なお、この実施例では、実施例２の絶縁シート５、６及び金属体１は省略されている。
【実施例９】
【００６１】
実施例９の半導体モジュール実装構造を図９を参照して説明する。この実施例は、上記各実施例において、金属放熱板３、４のグリスに面する平坦な表面に格子状に微小幅の長溝（溝部）１８'を凹凸したものである。長溝１８'は金属放熱板３、４の面方向中央部から周縁に達している。このようにすれば、金属放熱板３、４と絶縁シート５、６との間、又は、金属放熱板３、４と受熱部材７、８との間の金属放熱板隙間を小さく維持しつつ、この長溝１８'のグリスにより、たとえば外部のグリスが金属放熱板隙間に移動したり、又は金属放熱板隙間のグリスが外部に排出されたりしやすいという効果を奏することができる。
【実施例１０】
【００６２】
実施例１０の半導体モジュール実装構造を図１０を参照して説明する。ただし、図１０では半導体モジュールの一部だけを示すが、絶縁シート５、６及び受熱部材７、８を設けて半導体モジュール実装構造となす点は図１と同じである。この実施例では、樹脂封止部１１の２つの主面１１０、１１１間の厚さを金属放熱板３の主面（放熱平面）３１と金属放熱板４の主面（放熱平面）４１との間の距離よりも小さくすることにより、それらの側面３０、４０を露出させて、図１に示す半導体モジュール実装構造を構成した場合に樹脂封止部１１の主面１１０、１１０に面してグリス溜め部を設けたものである。このようにすれば、溝部１５、１６による構成されるグリス溜め部を簡単に構成することができる。
【実施例１１】
【００６３】
実施例１１の半導体モジュール実装構造を図１１を参照して説明する。ただし、図１１では半導体モジュールの一部だけを示すが、絶縁シート５、６及び受熱部材７、８を設けて半導体モジュール実装構造となす点は図１と同じである。この実施例では、樹脂封止部１１の２つの主面１１０、１１１に段差面１１２、１１３を設けたものである。このようにすれば空気侵入防止効果を奏することができることは上記と同じである。
【実施例１２】
【００６４】
実施例１２の半導体モジュール実装構造を図１２を参照して説明する。ただし、図１２では半導体モジュール及び受熱部材７の一部だけを示すが、絶縁シート５、６及び受熱部材８を設けて半導体モジュール実装構造となす点は図１と同じである。この実施例では、樹脂封止部１１の主面１１０に段差面１１２を設け、更に受熱部材７にも段差面１１２に面して段差面７０を設けて、二つの段差面１１２、７０の間にグリス溜め部２００を構成したものである。このようにすれば、このグリス溜め部２００に多くのグリスを充填できるとともに、グリス溜め部２００から外部にグリスが漏出するのも良好に防止することができる。
（変形態様）
その他、半導体モジュール側に設けた上記各グリス溜め部構成用の構造を受熱部材７、８側に鏡像対象に設けることができることは容易にわかることであり、図示説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図２】実施例２の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図３】実施例３の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図４】実施例４の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図５】実施例５の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図６】実施例６の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図７】実施例７の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図８】実施例８の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図９】実施例９の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図１０】実施例１０の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図１１】実施例１１の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図１２】実施例１２の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１      金属体
２      半導体チップ
３      金属放熱板
４      金属放熱板
５      絶縁シート
６      絶縁シート
７      受熱部材
８      受熱部材
１０      ボンディングワイヤ
１１      樹脂封止部
１２      グリス層
１３      グリス層
１４      グリス溜め部
１５      溝部
１７      テーパ面
１８      溝部
２０      金属体
３０      側面
３１      金属放熱板の主面（放熱平面）
４０      側面
４１      金属放熱板の主面（放熱平面）
７０      段差面
１１０      主面
１１１      主面
１１２      段差面
１１３      段差面
１１４      テーパ面
２００      グリス溜め部
【図１】
2005310987.tif 000003
【図２】
2005310987.tif 000004
【図３】
2005310987.tif 000005
【図４】
2005310987.tif 000006
【図５】
2005310987.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005310987.tif 000009
【図８】
2005310987.tif 000010
【図９】
2005310987.tif 000011
【図１０】
2005310987.tif 000012
【図１１】
2005310987.tif 000013
【図１２】
2005310987.tif 000014