(57)【要約】【課題】  ベース板と放熱フィンの間から余剰の熱伝導性グリースを効率的に押し出して熱伝導性グリースの膜厚を薄くし、放熱効率を向上させた半導体装置を提供する。【解決手段】  熱伝導性グリースを介して放熱フィンに接続される半導体装置が、表面と裏面とを備えたベース板と、ベース板の表面上に配置された絶縁基板と、絶縁基板の上に配置された半導体素子とを含む。ベース板の裏面に、半導体装置を放熱フィンに接続する場合に熱伝導性グリースの一部がその中に押し出される凹部が設けられる。【選択図】図１
2007096191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性グリースを介して放熱フィンに接続される半導体装置であって、
表面と裏面とを備えたベース板と、
該ベース板の表面上に配置された絶縁基板と、
該絶縁基板の上に配置された半導体素子とを含み、
該ベース板の裏面に、該半導体装置を該放熱フィンに接続する場合に該熱伝導性グリースの一部がその中に押し出される凹部が設けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記凹部が、上記ベース板を挟んで上記絶縁基板と対向する位置に設けられた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】
上記半導体素子が配置された領域を除いた該絶縁基板と、上記ベース板を挟んで対向する位置に、上記凹部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記凹部が、上記ベース板の対向する側面にそれぞれ開口端部を有する略直線状の溝からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
上記凹部が、２つの上記開口端部の略中央から該開口端部に向かって、漸次深くな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】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置と、
該半導体装置に含まれる該ベース板の裏面に熱伝導性グリースを介して接続された放熱フィンとを含み、
該ベース板と該放熱フィンとの間から該凹部内に、該熱伝導性グリースが押し出されたことを特徴とする放熱機構付き半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用の半導体装置、および放熱フィンを備えた放熱機構付き半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用の半導体装置では、表面および裏面に金属配線パターンを備えた絶縁基板の上に、ＩＧＢＴ等の半導体素子が取り付けられる。絶縁基板は、例えば銅からなるベース板の上に固定され、更にベース板は、放熱フィンの上に押し付けるようにボルト等で固定される。ベース板と放熱フィンとの間には、熱の伝導性が良くなるようにシリコーングリース等の熱伝導性グリースが塗布される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
熱伝導性グリースは、気泡等のボイドが熱伝導性グリース中にできないようにある程度の厚みをもって放熱フィンの上に塗布した後、ベース板を放熱フィンに押し付けて、余剰の熱伝導性グリースを押し出して薄くする。熱伝導性グリースの膜厚を薄くすることにより、熱伝導性が向上する。
【０００４】
しかしながら、従来の半導体装置では、余剰の熱伝導性グリースはベース板の周囲のみから外部に押し出されるため、膜厚を薄くするためには大きな力でベース板を放熱フィンに押し付ける必要があり、熱伝導性グリースの薄膜化には一定の限界があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ベース板と放熱フィンの間から余剰の熱伝導性グリースを効率的に押し出して、熱伝導性グリースの膜厚を薄くする半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、熱伝導性グリースを介して放熱フィンに接続される半導体装置であって、表面と裏面とを備えたベース板と、ベース板の表面上に配置された絶縁基板と、絶縁基板の上に配置された半導体素子とを含み、ベース板の裏面に、半導体装置を放熱フィンに接続する場合に熱伝導性グリースの一部がその中に押し出される凹部が設けられたことを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明にかかる半導体装置では、ベース板と放熱フィンとの間の熱伝導性グリースを薄くでき、放熱効率の高い半導体装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「左」、「右」およびこれらの用語を含む名称を適宜使用するが、これらの方向は図面を参照した発明の理解を容易にするために用いるものであり、実施形態を上下反転、あるいは任意の方向に回転した形態も、当然に本願発明の技術的範囲に含まれる。
【０００９】
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。また、図２は、かかる半導体装置に含まれるベース板の裏面図である。
【００１０】
半導体装置１００は、絶縁基板１を含む。絶縁基板１は、例えばアルミナ基板の両面に銅の配線パターンを有する構造からなる。絶縁基板１の上には、例えばＩＧＢＴやフリーホイールダイオードのような半導体素子２が固定されている。半導体素子２と絶縁基板１の配線パターンとは、ボンディングワイヤ等により電気的に接続されている（図示せず）。
【００１１】
絶縁基板１は、例えば銅からなるベース板６の上に取り付けられている。更に、ベース板６は、放熱部材、例えばアルミニウムからなる放熱フィン８に、熱伝導性グリース９を介して取り付けられている。ベース板６は、例えばボルトとナット（図示せず）により、放熱フィン８に押し付けられるように固定されている。熱伝導性グリース９には、例えばシリコーングリースが用いられる。
【００１２】
ベース板６の上には、周囲に沿って設けられたケース部３と、ケース部３を上部で閉じる蓋部４とが設けられている。ケース部３の中には、半導体素子２を覆うようにシリコンゲル５が充填されている。
【００１３】
更にベース板６には、図２に示すような凹部７が裏面に設けられている。図１において、凹部７は、紙面に垂直方向に配置され、ベース板６の両側に開口端部を有する。
【００１４】
熱伝導性グリース９は、気泡等のボイドが熱伝導性グリース９中にできないように、放熱フィン８の上に厚めに塗布される。続いて、上述のように、放熱フィン８にベース板６を押し付けるように固定することにより、余剰の熱伝導性グリース９が放熱フィン８とベース板６との間からはみ出して、熱伝導性グリース９が薄膜化される。
【００１５】
半導体装置１００では、ベース板６の裏面に凹部７が設けられているため、余剰の熱伝導性グリース９は、ベース板６の周囲だけでなく凹部７の中にも押し出される。即ち、ベース板６の裏面に凹部７を設けることにより、所定の力で放熱フィン８にベース板６を押し付けた場合に、余剰の熱伝導性グリース９をより多く押し出すことができる。
この結果、放熱フィン８とベース板６との間の熱伝導性グリース９がより薄膜化され、放熱フィン８とベース板６との間の熱伝導性がよくなる。
【００１６】
なお、ベース板６の裏面に形成される凹部７の位置については、少なくとも絶縁基板１（図２に破線１で表示）の下方（ベース板６を挟んで絶縁基板１と対向する領域）となるように設けることが必要である。更には、絶縁基板１に搭載された半導体素子２（図２に破線２で表示）直下の領域を避け、その近傍あるいは周囲に近接して設けることが好ましい。これは、半導体素子２の直下の領域において、熱伝導性グリース９を薄膜化（例えば、塗布時の厚さが２００μｍの場合、押圧して結合することにより厚さを５０〜１００μｍ又はそれ以下とする）し、放熱効率を向上させるためである。
【００１７】
このため、例えば図２に示すように、絶縁基板１の上に複数の半導体素子２が配置されている場合には、半導体素子２に挟まれた領域の下方（ベース板６を挟んで半導体素子２に挟まれた領域と対向する部分）と、かかる半導体素子２に挟まれた領域とは、半導体素子２を挟んで反対側の領域の下方に凹部７を設けることが好ましい。
図２に示すように、凹部７は、ベース板６の両側に開口端部を有する、略直線状の溝部とすることが好ましい。凹部７の作製が容易に行え、コストを抑えることができるからである。
【００１８】
図３は、図２をＡ−Ａ方向に見た場合の断面図である。図３に示すように、凹部７は、ベース板６の両側面に開口端部を有する略直線状の溝部からなり、溝部の深さは、２つの開口端部の中央近傍が最も浅く、開口端部に向かうほど漸次深くなっている。
このような凹部７を有することにより、ベース板６が放熱フィン８に押し付けられる際の、凹部７内における空気の排出が速やかとなるため、ベース板６の放熱フィン８への取り付け作業効率を向上させることができる。
【００１９】
図４は、本実施の形態にかかる半導体装置１００に含まれる他のベース板６の裏面図である。図４のベース板６では、図２のベース板６と同じ方向に凹部１７が設けられているが、両側に開口端の無い構造となっている。
【００２０】
図５は、本実施の形態にかかる半導体装置１００に含まれる他のベース板６の裏面図である。図５のベース板６では、ベース板６の周囲に沿って凹部２７が設けられている。
【００２１】
なお、ベース板６の裏面に設けられる凹部は、図２〜５に示す構造に限定されるものではなく、余剰の熱伝導性グリースを逃がすことができる構成であれば、他の形状であっても構わない。
【００２２】
また、凹部７は、放熱フィン８に設けることもできるが、絶縁基板１の下方や、複数の半導体素子２に挟まれた領域の下方に正確に配置するためには、ベース板６に設けることが好ましい。
【００２３】
なお、半導体装置１００は、放熱フォン８を取り付けない状態、取り付けた状態のいずれでも取引の対象となり、販売等がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる半導体装置に含まれるベース板の裏面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる半導体装置に含まれるベース板の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる半導体装置に含まれる他のベース板の裏面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる半導体装置に含まれる他のベース板の裏面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  絶縁基板、２  半導体素子、３  ケース部、４  蓋部、５  シリコンゲル、６  ベース板、７  凹部、８  放熱フィン、９  熱伝導性グリース、１００  半導体装置。
【図１】
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【図２】
2007096191.tif 000004
【図３】
2007096191.tif 000005
【図４】
2007096191.tif 000006
【図５】
2007096191.tif 000007