(57)【要約】【課題】  樹脂封止型の半導体装置であって、従前の構造に比して、冷却性能の向上が可能な新規な構造を提案すること。【解決手段】  本発明の半導体装置10は、半導体素子12とそれが接合された電極板14とが電気絶縁性樹脂から成るモールドＭ内に包含され封止され、モールドの外面に於いて、放熱用のコルゲート・フィン22が、モールドの外面の樹脂がコルゲート・フィンの一方の面の溝内に充填された状態にて接着され、且つ、コルゲート・フィンの一方の面の樹脂が充填された溝の幅ｗ１がコルゲート・フィンの他方の面の樹脂が充填されていない溝の幅ｗ２よりも広いことを特徴とする。これにより、電極板とコルゲート・フィンとの間の電気絶縁性を担保しながら、それらの間の距離ｈが短縮可能となり、冷却性能が向上される。【選択図】        図１
2012146846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とが電気絶縁性樹脂から成るモールド内に包含され封止された半導体装置であって、前記電極板に近い側の前記モールドの外面に於いて、前記半導体素子にて発生した熱を放出するための放熱用のコルゲート・フィンが、前記モールドの前記外面の前記電気絶縁性樹脂が前記コルゲート・フィンの一方の面の溝内に充填された状態にて接着され、且つ、前記コルゲート・フィンの一方の面の前記電気絶縁性樹脂が充填された溝の幅が前記コルゲート・フィンの他方の面の前記電気絶縁性樹脂が充填されていない溝の幅よりも広いことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、冷媒が前記コルゲート・フィンの前記他方の面の溝の表面に接触した状態にて前記コルゲート・フィンの前記他方の面の溝内を流通することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１の装置であって、前記電気絶縁性樹脂が流動状態にて半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とを包含し且つ前記電極板と前記コルゲート・フィンの前記一方の面との間に流し込まれた後に硬化されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１の装置であって、前記半導体素子の両側に前記電極板を有し、前記半導体素子と前記両側の前記電極板とが前記電気絶縁性樹脂から成るモールド内に包含され封止され、前記両側の前記電極板に隣接する前記モールドの外面の各々に於いて、前記コルゲート・フィンが接着されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４の装置であって、冷媒が前記コルゲート・フィンの前記他方の面の溝の表面に接触した状態にて前記コルゲート・フィンの前記他方の面の溝内を流通することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型のモータ、発電機などの電機の大電流を制御するための半導体装置に係り、より詳細には、かかる半導体装置の冷却構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドカー、電気自動車、その他の大型の機械などの大型の電機のためのパワーモジュール或いは電力制御装置として利用される半導体装置に於いては、大電流が流通する半導体素子（例えば、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワートランジスタ、パワーダイオード、パワー半導体など）を冷却するための構造が必要となる。特に、近年急速に需要が増大している車載用のパワーモジュール或いは電力制御装置は、高出力で、且つ、より小型なものが求められているところ、かかる高出力化と小型化は、半導体素子の電力損失上昇と熱抵抗増大に繋がるので、それらの設計に於いて、その高性能の冷却構造に対する要求は、ますます高まっている。
【０００３】
上記の如き半導体装置の典型的な構造の一つに於いては、例えば、図６（Ａ）に模式的に描かれている如く、平板状の半導体素子１２が、外方に延在するリードフレーム１８を有する銅電極１４ｕ、１４ｌの間にて、銅製スペーサ１３及びはんだ層１６を介して銅電極１４ｕ、１４ｌと電気的に接合され、更に、半導体素子１２が銅電極１４ｕ、１４ｌに狭持された組立体全体がエポキシ樹脂等の電気絶縁性の樹脂Ｍによって封止され、これにより、半導体素子１２が外部の水分等から保護されるようになっている。そして、かかる樹脂にて封止された組立体の片側又は両側に対して、図示の如く、コルゲート・フィン２２を天板２２ａ及び底板２４にて狭持した構造を有し内部に冷媒が流通する冷却器２１がセラミック製の絶縁板１７、グリースＧを介して装着され、これにより、パワーモジュールの動作中に半導体素子１２で発生した熱が放出されるようになっている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、別の典型的な形式の半導体装置は、例えば、図６（Ｂ）に模式的に描かれている如く、リードフレーム１８がワイヤボンディング２０により接合された銅電極１４と、その上にはんだ層１６を介して接合された半導体素子１２とが、樹脂Ｍにより、図示の如く封止されるとともに、外面に放熱板２５が接着された構造を有している。かかる放熱板２５には、Ｏリング２６を挟んで底板２４が取り付けられて、放熱板２５と底板２４との間に冷媒が流通されて、これにより、パワーモジュールの動作中に半導体素子１２で発生した熱が放出される。なお、樹脂Ｍと放熱板２５との接着を確実にすべく、図６（Ｃ）に模式的に描かれている如く、放熱板２５上に樹脂Ｍが流入する溝２５ａを形成した構造も提案されている（特許文献３参照）。また、樹脂Ｍ内部に封止される銅電極１４と半導体素子１２との距離を短縮して冷却性能を向上すべく、放熱板２５上に於いて、樹脂Ｍが流入する溝２５ａが周縁部分にのみ設けられ、銅電極１４と半導体素子１２が配置される領域直下に於いては、溝２５ａが存在しない構造（図示せず）も提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０８２３７
【特許文献２】特開２００９−２０４１８２
【特許文献１】特開昭６１−３９５５４
【特許文献４】特開平９−１５３５７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６（Ａ）に例示の構造の場合、両面から冷やすことで、比較的高性能な冷却が実現される。しかしながら、樹脂Ｍにて封止されたモジュール（半導体素子と銅電極とから成る組立体）と冷却器とが別体して構成され、両者を接触させる面に於いてグリースが必要になるところ、かかるグリースの熱抵抗は比較的大きく、また、全体の構造が比較的複雑で、コストも比較的高い。また、冷却器に天板２２ａが存在しているため、その分、熱抵抗が大きくなり、冷却性能の向上の障害となっている。図６（Ｂ）に例示の構造に於いては、組立工程の簡素化、低コスト化が実現可能であるが、封止樹脂の熱伝導性が非常に悪く、銅電極と放熱板との間の絶縁の熱抵抗の大きさが冷却性能の向上の障害となっている。この点に関し、熱抵抗を低減するためには、放熱板−電極間の距離を絶縁性が確保できる最小隙に設定すればよいところ、樹脂流れ性（樹脂のモールド時の流動性）を考慮すると、最小隙は、１ｍｍ程度より短くすることは困難であり、特に、セラミックフィラーなどを含んだ樹脂を使用する場合には、更に、放熱板−電極間の距離を増大せざるをえなくなる。また、図６（Ｃ）に例示の構造の場合には、放熱板に溝を設けるために、溝の深さだけ、放熱板を厚くなるとともに、溝の存在領域は、熱抵抗が特に増大し、熱拡散の障害と成り得る。特許文献４に提案されている如く、銅電極と半導体素子が配置される領域直下の放熱板に溝が存在しない構造の場合には、放熱板と銅電極及び半導体素子の組立体の距離を近接させることは可能であるが、半導体素子の寸法が比較的大きい場合や、電極が厚く電極部での熱拡散量が大きくなるような構造では、樹脂厚を最小化すべき面積が増大することとなり、樹脂のモールド時に、放熱板と銅電極との間に確実に樹脂を流し込むことが困難であるとともに、放熱板上に部分的に溝を形成しなければならないため、押し出し加工での製作が難しく、切削加工などのコストの高い加工が必要となり得る。
【０００７】
かくして、本発明の主な課題は、上記の如く半導体素子が樹脂にて封止される形式（樹脂封止型）の半導体装置であって、従前の構造に比して、冷却性能の向上が可能な新規な構造を提供することである。
【０００８】
また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き樹脂封止型の半導体装置であって、電極と放熱板との間を封止樹脂により絶縁する構造で、且つ、放熱板を直接冷媒により冷却する構造において、電極と放熱板との間に確実に封止樹脂を流し込むことができるようにしつつ、電極と放熱板との間の距離を最小化して熱抵抗の低減を図ることである。
【０００９】
更に、本発明のもう一つの課題は、上記の如き樹脂封止型の半導体装置であって、廉価に製作することが可能な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、上記の課題は、半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とが電気絶縁性樹脂から成るモールド内に包含され封止された半導体装置であって、電極板に近い側のモールドの外面に於いて、半導体素子にて発生した熱を放出するための放熱用のコルゲート・フィンが、モールドの前記の外面の電気絶縁性樹脂がコルゲート・フィンの一方の面の溝内に充填された状態にて接着され、且つ、コルゲート・フィンの一方の面の電気絶縁性樹脂が充填された溝の幅がコルゲート・フィンの他方の面の電気絶縁性樹脂が充填されていない溝の幅よりも広いことを特徴とする装置によって達成される。なお、かかる構成に於いて、「コルゲート・フィン」とは、一枚の銅製、アルミ製又はその他の金属製或いはその他の高熱伝導性の板状部材を、多数の線状のひだ又は波型を成すように、例えば、プレス加工などにより成形した物であってよい。即ち、「コルゲート・フィン」は、一方の面の凹部分が他方の面の凸部分を成すよう形成された板状部材である。また、「モールド」（成型物）を構成する電気絶縁性樹脂は、この分野で半導体素子の樹脂封止のために使用される任意の樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂であってよい。電気絶縁性樹脂は、典型的には、流動状態にて半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とを包含し且つ電極板とコルゲート・フィンの一方の面との間に流し込まれた後に硬化される。
【００１１】
上記の本発明の装置は、基本的な構成に於いて、例えば、特許文献３、４に例示されている如き装置と同様に、樹脂封止型の半導体装置（しばしば、「樹脂封止型の半導体パッケージ」と称される。）であり、半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とが電気絶縁性樹脂から成るモールド内に完全に包含され封止された状態の構造を有する。しかしながら、本発明の装置の場合には、上記の如く、半導体素子にて発生した熱を放出するための放熱板として、コルゲート・フィンが採用され、コルゲート・フィンは、その一方の面に於いて、溝内に、半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とを包含する電気絶縁性樹脂が充填される態様にて、電気絶縁性樹脂のモールドと一体的に接着される。その際、コルゲート・フィンは、一方の面の溝の幅が他方の面の溝の幅より広い形状のものが採用され、溝の幅の広い側に電気絶縁性樹脂が充填されるよう接着される。
かかる構成によれば、コルゲート・フィンに於いて、広い溝内へ電気絶縁性樹脂が良好に流れ込むことが可能となり、これにより、コルゲート・フィンと電極板との間の距離を短縮してもコルゲート・フィンと電極板との間に電気絶縁性樹脂を良好に流入させることが可能となると共に、樹脂によってコルゲート・フィンと電極板とを互いに強固に固定することが可能となる。即ち、コルゲート・フィンの電気絶縁性樹脂の充填される側の溝の幅が電気絶縁性樹脂の充填されない側の溝の幅よりも広くなった構成を採用することによって、コルゲート・フィンと電極板との間の距離が、従前の構造に比して、より短縮可能となることが期待され、従って、コルゲート・フィンと電極板との間の樹脂厚が、絶縁状態を担保した状態で狭まり、それらの間の熱抵抗の低減及び冷却性能の向上が達成されることとなる。
【００１２】
また、上記の本発明の構成に於いて、好適には、コルゲート・フィンのモールドと接触しない側の面、即ち、電気絶縁性樹脂が充填されない側の溝に於いて、冷媒が、該溝の表面に接触した状態にて流通するようになっていてよい。かかる構成によれば、コルゲート・フィンの電気絶縁性樹脂の充填されない側の凹部、即ち、電極板が近接した電気絶縁性樹脂の充填される側の凸部まで熱を奪う冷媒が到達することとなるので、冷却性能の更なる向上が期待されることとなる。
【００１３】
実施の形態に於いて、半導体素子及び電極板を包含するモールドに接着されるコルゲート・フィンは、半導体素子の片側又は両側に設けられてよい。特に、半導体素子の両側に電極板を有し、半導体素子と両側の電極板とが電気絶縁性樹脂から成るモールド内に包含され封止される形式の装置に於いては、両側の電極板に隣接するモールドの外面の各々に於いて、コルゲート・フィンが、溝内に、半導体素子と該半導体素子が接合された電極板とを包含する電気絶縁性樹脂が充填される態様にて接着されてよい。その場合も、コルゲート・フィンは、電気絶縁性樹脂の充填された溝の幅が電気絶縁性樹脂の充填されていない溝の幅よりも広くなるよう構成される。また、コルゲートフィンがモールドの両面に接着される場合にも、かかる両面のコルゲート・フィンの電気絶縁性樹脂の充填されていない溝には、好適には、冷媒が溝の表面に接触した状態にて流通され、冷却性能が向上されるようになっていてよい。
【発明の効果】
【００１４】
かくして、上記の本発明によれば、半導体素子及び電極板が完全に電気絶縁性樹脂から成るモールド内に完全に包含され封止される形式の樹脂封止型の半導体装置に於いて、放熱板として、コルゲート・フィンをモールドに一体的に接着し、尚且つ、コルゲート・フィンに於いて電気絶縁性樹脂の充填された溝の幅が電気絶縁性樹脂の充填されていない溝の幅よりも広くなるようにすることによって、コルゲート・フィンと電極板との間の絶縁状態を確実に保持した状態で、両者の距離を短縮し、これにより、冷却性能の更なる向上が図られる。なお、この点に関し、コルゲート・フィンに於いて電気絶縁性樹脂の充填された溝の幅が電気絶縁性樹脂の充填されていない溝の幅よりも広くなると、コルゲート・フィンと電極板との間の樹脂の総量が増大し、電気絶縁性樹脂の充填された溝の幅と電気絶縁性樹脂の充填されていない溝の幅とが等しい場合と比較して、冷却性能が低下する。しかしながら、実際には、電気絶縁性樹脂の充填された溝の幅が電気絶縁性樹脂の充填されていない溝の幅よりも広くすることにより、コルゲート・フィンと電極板との間の距離を短縮することが可能となり、その結果、冷却性能の向上が為されることとなる（後述の実施形態の欄参照）。また、コルゲート・フィンは、一枚の銅製又はアルミ製の板状部材から、プレス加工などにより簡単に製作することが可能であり、コルゲート・フィンが直接モールドに一体的に接着されるという構成によれば、部品点数が少なく、装置全体の構成も簡単化されるので、装置の製造を廉価で済ませることが可能であり、製造の手間・労力の軽減も期待される。
【００１５】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明による半導体装置の一つの実施形態の模式図である。（Ａ）は、冷媒の流通方向から見た断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）を側方から見た断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明による半導体装置の別の実施形態の冷媒の流通方向から見た模式的な断面図であり、コルゲート・フィンが、半導体素子の両側に接着された構造の例を示している。図２（Ｂ）は、本発明による半導体装置の更に別の実施形態の冷媒の流通方向から見た模式的な断面図であり、二段に重ねられたコルゲート・フィンがモールドに接着された例を示している。
【図３】図３は、熱ＣＡＥに於いて用いた半導体装置の電極−放熱板間の構造のモデルと算出された温度分布を示している。（Ａ）は、従来の技術に於ける電極−放熱板間の構造のモデルであり、（Ｂ）は、その演算結果（温度分布）である。（Ｃ）は、本発明に従って放熱板としてコルゲート・フィンを用いた電極−放熱板間の構造の一つの例のモデルであり、（Ｄ）は、その演算結果（温度分布）である。（Ｂ）及び（Ｄ）に於いて、数値の単位は、温度（℃）である。
【図４】図４は、熱ＣＡＥに於いて用いた半導体装置の電極−放熱板（コルゲート・フィン）間の構造のモデルと算出された温度分布を示している。（Ａ）は、コルゲート・フィンの両面の溝幅が等しい場合の電極−放熱板間の構造のモデルであり、（Ｂ）は、その演算結果（温度分布）である。（Ｃ）は、コルゲート・フィンの樹脂側の溝幅が冷媒側の溝幅よりも広い場合の電極−放熱板間の構造のモデルであり、（Ｄ）は、その演算結果（温度分布）である。（Ｂ）及び（Ｄ）に於いて、数値の単位は、温度（℃）である。
【図５】図５は、熱ＣＡＥを用いて得られた電極−放熱板（コルゲート・フィン）間の距離と放熱板に於ける最高温度との関係を示すグラフ図である。
【図６】図６は、従来の技術に於ける樹脂封止型の半導体装置の構造の例を模式的に描いた図である。（Ａ）は、半導体素子１２を内包した樹脂モールドＭの両側にコルゲート・フィン２２を用いた冷却器２１がグリースＧ及び絶縁板１７を介して装着されている形式の断面図である。（Ｂ）は、半導体素子１２と電極１４とを完全に内包し封止した樹脂モールドＭに放熱板２５が接着されている形式の断面図である。（Ｃ）は、（Ｂ）と同様の形式であって、放熱板２５に溝２５ａが形成され、溝２５ａに樹脂Ｍが充填されている例の断面図である。図中、冷媒は、紙面に対して垂直方向に流通する。
【符号の説明】
【００１７】
１０…半導体装置
１２…半導体素子
１３…スペーサ（銅製）
１４…電極板
１６…はんだ層
１７…絶縁板（セラミック製）
１８…リードフレーム
２０…ワイヤボンディング
２１…冷却器
２２…コルゲート・フィン
２２ａ…天板
２４…底板
２５…放熱板
２５ａ…放熱板の溝
２６…Ｏリング
Ｍ…樹脂モールド
Ｇ…グリース
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００１９】
本発明の半導体装置の構成
図１は、本発明による半導体装置の一つの実施形態の断面を模式的に表したものである。同図を参照して、本発明による半導体装置１０は、基本的には、従来の樹脂封止型の半導体装置と同様に、銅製又はアルミニウム製或いはその他の金属製の板状部材である電極板１４上にはんだ層１６を介して接合された半導体素子１２が、電極板１４と、ワイヤボンディング２０を介して半導体素子１２又は電極板１４に電気的に接続されたリードフレーム１８と共に、電気絶縁性の樹脂から成るモールドＭ内に完全に包含され封止された構造を有している。半導体素子１２は、既に触れた如く、ハイブリッドカー、電気自動車、その他の大型の機械などの電機に流通する大電流を制御するためのＩＧＢＴ、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタ、パワーダイオード、パワー半導体或いはシリコンカーバイド或いは窒化ガリウムなどのシリコン以外の材料を使用した素子などの、一辺が約１〜数ｃｍの平板状の素子である。また、モールドＭを形成する封止用樹脂としては、典型的には、電気絶縁性を有するエポキシ樹脂であってよい（例えば、信越化学工業株式会社のＫＭＣ−１８０、ＫＭＣ−５２０や京セラ株式会社のＫＥ−８７０にて市販されているエポキシ樹脂が利用可能である。）。なお、図示の如く、リードフレーム１８（典型的には、金属製の板状部材）は、外部と半導体素子１２との電気的接続を達成するために、一部がモールドＭの外部に突出して配置される。
【００２０】
上記の如き半導体装置１０に於いて、その動作中に、半導体素子１２には比較的大きな電流が流通するので、半導体素子１２は、相当量の熱を発する。そこで、従前より、半導体装置の構造に於いては、半導体素子１２の熱を外部に放出して半導体素子１２及び装置全体を冷却するための機構が設けられる。かかる冷却機構として、本発明の構造に於いては、特に、図示の如く、コルゲ一ト・フィン２２、即ち、多数の線状のひだ又は波型が形成された板状部材（銅製、アルミ製又はその他の金属製或いはその他の高熱伝導性材料製であってよい。）が、モールドＭの樹脂がコルゲ一ト・フィン２２の溝に充填される態様にてモールドＭの外面に接着される。そして、コルゲ一ト・フィン２２の外側の面（モールドＭの外面と反対側の面）には、更に、容積を有する底板２４が、Ｏリング２６等のシール材をコルゲ一ト・フィン２２の周縁部に取り付けられた天板２２ａと底板２４との間に狭持した状態にて（ボルト締結などにより）固定されて、コルゲ一ト・フィン２２と底板２４との間に冷媒が流通する流路が画定される。かかる構成によれば、まず、コルゲ一ト・フィン２２の電極板１４に近い側の溝に封止用樹脂が充填されることにより、電極板１４とコルゲ一ト・フィン２２との間には電気的絶縁状態が確実に達成されることとなる。そして、コルゲ一ト・フィン２２の冷媒流路側の面に於ける溝内に冷媒が流通するようにすることによって、コルゲ一ト・フィン２２は、フィン（ひだ又は波型の形状）の形成により表面積が拡大された放熱板として機能し、半導体素子にて発生した熱を装置の外部へ放出する冷却器として機能することとなる。
【００２１】
また、上記の構造の更なる特徴的な構造として、コルゲ一ト・フィン２２に於いて、モールドＭ側の溝の幅ｗ１が、冷媒側の溝の幅ｗ２よりも広くなるよう設計され、これにより、モールドＭ内に於ける電極板−コルゲート・フィン間の距離ｈの短縮が可能となる。既に触れた如く、モールドＭは、典型的にはエポキシ樹脂等の電気絶縁性樹脂にて形成される。かかるモールドＭの成型時には、流動状態の樹脂にて半導体素子１２、電極１４等を包含するとともに、電極１４と放熱板（本発明の場合は、コルゲート・フィン２２）との間に流動状態の樹脂を流入させる。その際、流動状態の樹脂を確実に流し込むためには、典型的には、１ｍｍ程度以上の隙間が必要となる。即ち、コルゲート・フィン２２の溝内に樹脂を確実に充填させるためには、コルゲート・フィン２２のモールドＭ側の凹部（溝）の幅は、好適には、１ｍｍ以上確保する必要があり、また、モールドＭ側の凸部（冷媒側の溝）の幅が比較的広い場合には、電極１４とコルゲート・フィン２２のモールドＭ側の凸部との間の隙間ｈを１ｍｍ以上確保することが必要となる。しかしながら、かかる隙間が広がると、その分、電極１４からコルゲート・フィン２２までの距離ｈが増大し、これにより、熱抵抗が増大するので（一般にエポキシ樹脂の熱伝導率は、金属等に比して低い。）、良好な冷却性能が得難くなる。そこで、本発明に於いては、上記の如く、コルゲ一ト・フィン２２に於いて、モールドＭ側の溝の幅ｗ１が冷媒側の溝の幅ｗ２よりも広くなるよう設定される。かかる構成によれば、モールドＭ側の凹部の幅が広がるとともに、モールドＭ側の凸部の幅が相対的に狭まるので、樹脂がモールドＭ側の凹部内と電極１４−モールドＭ側凸部間の隙間に流れ込み易くなる。そうすると、電極１４とコルゲート・フィン２２のモールドＭ側の凸部との間の隙間ｈを１ｍｍ未満に、例えば、０．５ｍｍ程度まで低減しても、電極１４とコルゲート・フィン２２との間には樹脂が確実に流れ込み、これにより、電気的絶縁状態を確実に達成しながら、電極１４とコルゲート・フィン２２と近接して、熱抵抗の低減及び冷却性能の向上が達成されることとなる。なお、典型的には、コルゲ一ト・フィン２２のモールドＭ側の凹部、即ち、溝の幅は、例えば、２ｍｍ程度であってよい。また、コルゲ一ト・フィン２２の冷媒側の溝の幅は、冷媒の目詰まりが生じないように、例えば、１ｍｍ程度であってよい。
【００２２】
更に、図１に例示されている如きコルゲート・フィン２２を採用した冷却構造は、図２（Ａ）に模式的に描かれている如く、モールドＭの両側に設けられてもよい。図２（Ａ）の装置１０ａの場合には、半導体素子１２の下面は、はんだ層１６を介して、電極１４ｌに接合され、半導体素子１２の上面は、はんだ層１６とスペーサ部材１３（銅製、アルミニウム製又はその他の金属製であってよい。）を介して電極１４ｕに接合される（リードフレーム１８は、電極１４ｕ、ｌの各々に直接接合されていてよい。）。そして、半導体素子１２と電極１４ｕ、ｌとから成る組立体は、図１の場合と同様に封止樹脂のモールドＭ内に包含され封止されるとともに、モールドＭの上面と下面には、それぞれ、図１に於いて説明されたコルゲート・フィン２２、天板２２ａ及び底板２４を用いた冷却構造と同様の冷却構造が形成される。かかる構成によれば、半導体素子１２にて発生した熱は、その両側から冷媒へ放出されることとなるので、冷却性能の更なる向上が期待される。
【００２３】
更に又、図１に例示されている如きコルゲート・フィン２２を採用した冷却構造を更に発展させて、図２（Ｂ）に模式的に描かれている如く、モールドＭに接着されたコルゲート・フィン２２の冷媒側に更にもう一つのコルゲート・フィン２２が重ねられてもよい。かかる装置１０ｂの構成によれば、コルゲート・フィン２２から冷媒へ伝達する熱量が更に増大し、冷却性能の更なる向上が期待される。
【００２４】
コルゲート・フィンの構成の効果
樹脂封止型の半導体装置の冷却構造に於ける放熱板として上記に説明したコルゲート・フィンを採用した場合の冷却効果について、熱ＣＡＥ（Computer  Aided  Engineering）のシミュレーションを用いて確認した。図３〜４は、熱ＣＡＥに於いて用いた電極板−放熱板間の構造のモデルと、その温度分布のシミュレーション結果を示している。シミュレーションに於いては、モデルとして、いずれの場合も、３ｍｍ厚の銅電極（熱伝導率３５０Ｗ／ｍ・Ｋ）と、種々の溝構造を有するアルミ製放熱板（熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ）との間に封止樹脂（熱伝導率１Ｗ／ｍ・Ｋ）を充填させた構造を用い、銅電極に５０Ｗ／ｃｍ２の熱を与えるとともに（図中、黒太矢印）、冷媒接触面（モデルの図中、太実線の領域）の温度を２５℃として１００００Ｗ／ｍ２・Ｋの熱伝達率を有する構造を設定した。
【００２５】
上記のシミュレーションに於いて、まず、図３（Ａ）に例示された従来の技術の構造の例（図６（Ｃ）に例示されている如き、上面に溝が形成されたアルミ製放熱板の平坦な下面に冷媒が接触した構造）に於ける温度分布の算出結果（図３（Ｂ））と、図３（Ｃ）に示された本発明に於いて採用されているコルゲート・フィンの如く、上面に溝が形成されたアルミ製放熱板に於いて、溝の間の凸部内に冷媒が接触した構造に於ける温度分布の算出結果（図３（Ｄ））とを比較すると、図３（Ａ）と図３（Ｃ）とでは、銅電極と封止樹脂部分の構成は、同一であるが、従来の技術に対応する図３（Ａ）の構造に於ける最高温度が５６９℃であったのに対し、本発明の構造に対応する図３（Ｃ）の構造に於ける最高温度が５３８℃であった。即ち、本発明の構造によれば、その温度は、従来の技術の構造の場合よりも全体的に低減し、最高温度で比較すると、５．６％程度の温度低減効果を有すると算出された。このことは、本発明の如く放熱板としてコルゲート・フィンを採用し、モールド側と反対側の溝内に冷媒を流通することにより、有意な冷却効果の向上が達成されることを示唆している。
【００２６】
また、シミュレーションに於いて、放熱板としてコルゲート・フィンを採用し、モールド側と反対側の溝内に冷媒を流通させる構造に関して、図４（Ａ）の如く放熱板の樹脂側の溝幅と冷媒側の溝幅とが等しいが、電極−放熱板間の距離が１ｍｍである構造に於ける温度分布の算出結果（図４（Ｂ））と、図４（Ｃ）の如く放熱板の樹脂側の溝幅が冷媒側の溝幅よりも広いが、電極−放熱板間の距離が０．５ｍｍである構造に於ける温度分布の算出結果（図４（Ｄ））とを比較すると、図４（Ａ）の構造に於ける最高温度が５９２℃であったのに対し、図４（Ｃ）の構造に於ける最高温度が４０４℃であった。即ち、図４（Ａ）の構造と図４（Ｃ）の構造との比較に於いて、モールド側の溝幅を拡張する代わりに、電極−放熱板間の距離を短縮することによれば、その温度が全体的に低減し、最高温度で比較すると、３３％程度の温度低減効果を有すると算出された。そこで更に、電極−放熱板間の距離及びモールド側の溝幅の最高温度に対する影響を調べるべく、種々の電極−放熱板間の距離と種々のモールド側の溝幅の場合について最高温度を算出すると、図５に示す関係が得られた。同図を参照して明らかな如く、最高温度は、溝幅を広げると上昇するが、電極−放熱板間の距離を短縮すると、低減することが理解される。即ち、このことは、モールド側の溝幅を増大すると、冷却性能が低下するが、モールド側の溝幅の増大により、電極−放熱板間の距離の短縮が可能となり、これにより、冷却性能の向上が達成されることを示唆している。実際、図５を参照して、溝幅が１ｍｍのときには、電極−放熱板間の距離を１ｍｍより小さくすることは困難であるが、溝幅が２ｍｍのときには、電極−放熱板間の距離を０．５ｍｍ程度まで低減可能であり、その場合には、最高温度は、溝幅が１ｍｍの場合よりも低減できることが理解されるであろう。換言すれば、モールド側の溝幅の増大と引き換えに電極−放熱板間の距離の短縮を行うことによって、有意な冷却効果の向上が達成されることとなる。
【００２７】
かくして、上記の本発明では、樹脂封止型の半導体装置に於いて、放熱板として、コルゲート・フィンをモールド表面に接着する際、かかるコルゲート・フィンに於いて、モールドに接着される側の溝幅ｗ１をその反対側の溝幅ｗ２よりも広くすることにより、コルゲート・フィンとモールド内に内包される電極板との間の隙間ｈに確実に樹脂を流し込みつつ、かかる隙間ｈを短縮することが可能となり、電極板からコルゲート・フィンまでの熱抵抗の低減が図られる。また、コルゲート・フィンの外側に於いて冷媒を流通させ、その外表面を冷媒に接触させることにより、冷却性能の向上が図られることとなる。即ち、モールドに接着される側の溝幅ｗ１をその反対側の溝幅ｗ２よりも広くなったコルゲート・フィンを放熱板として採用するとともに、冷媒をコルゲート・フィンの外側に流通させるという構成によれば、電極板からコルゲート・フィンまでの熱抵抗の低減とコルゲート・フィンへの冷媒の接触により、放熱性能及び冷却性能の大幅な改善が期待される。
【００２８】
また、上記の本発明の構成によれば、放熱性能及び冷却性能の改善により、半導体装置の更なる小型化が達成可能となるとともに、その構造が比較的簡単であることから、製造のための労力や費用の低減が可能となる。実際、本発明で採用されるコルゲート・フィンは、一枚の金属板をプレス加工等により簡単に製作可能であるので、放熱板に多数の溝を切削する場合に比して、労力や費用が軽減される。
【００２９】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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