(57)【要約】【課題】半導体モジュールの反り変形に起因する、熱伝導材の押し出し、引き込み量の調整が可能で、熱伝導材のポンプアウト現象を抑制することで、半導体モジュールのポンプアウト現象による放熱性能の低下を防止できる半導体装置を得る。【解決手段】この半導体装置１００は、放熱面を有する半導体モジュール２と、放熱面と対面したヒートシンク１４と、ヒートシンク１４と半導体モジュール２との間に介在した熱伝導グリース１１と、ヒートシンク１４と半導体モジュール２との間に介在した固定用台座部１２と、半導体モジュール２及び固定用台座部１２を貫通し、ヒートシンク１４に半導体モジュール２を固定するねじ２００と、を備え、半導体モジュール２は、ヒートシンク１４に対して傾斜して取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱面を有する半導体モジュールと、
前記放熱面と対面したヒートシンクと、
前記ヒートシンクと前記半導体モジュールとの間に介在し、前記ヒートシンク及び前記半導体モジュールに対して密着性を有し、かつ前記半導体モジュールを前記ヒートシンクに接着する際にはペースト状の熱伝導材と、
前記ヒートシンクと前記半導体モジュールとの間に介在した固定用台座部と、
前記半導体モジュール及び前記固定用台座部を貫通し、前記ヒートシンクに前記半導体モジュールを固定する締付部材と、を備え、
前記半導体モジュールは、前記ヒートシンクに対して傾斜して取り付けられている半導体装置。
【請求項２】
前記半導体モジュールは、前記ヒートシンクと対向した面に放熱板を有し、
前記固定用台座部は、前記放熱板と同一材料で一体である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記固定用台座部は、前記ヒートシンクと同一材料で一体である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記固定用台座部は、前記ヒートシンク及び前記放熱板の少なくとも一方の材料と異なる単体で構成されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体モジュールは、前記ヒートシンク側の面に平面状に対して不連続な面部を有する請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ヒートシンクは、前記半導体モジュール側の面に平面状に対して不連続な面部を有する請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記面部は、段差部である請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記面部は、傾斜部である請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記面部は、凹部である請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記面部は、曲面部である請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記放熱面に対面した前記ヒートシンクの表面が重力に垂直な方向に対して傾斜した状態で、前記放熱面と前記ヒートシンクの前記表面との間隔が大きい側の放熱面角部が、前記放熱面と前記ヒートシンクの前記表面との間隔が小さい側の放熱面角部に対して、重力方向において同じ、または高い位置で設置される請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記熱伝導材は、熱伝導グリースである請求項１〜１１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】
この発明は、半導体モジュールとヒートシンクとの間の空間に、例えば熱伝導グリースが介在した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）を回路基板ないし金属製の回路フレーム等に実装し、端子、モールド構造を含めて一体型としたパワーモジュールや半導体パッケージ等の半導体モジュールが知られている。
一般にこれらの半導体モジュールは、半導体素子からの発熱が大きいため、ヒートシンクと対向する面に金属製の放熱板を有し、この放熱板の表面とヒートシンクの表面とを伝熱経路を構成する熱伝導材を介して接触させ、この半導体モジュールは、ヒートシンクにねじ止め等によって固定されている。
【０００３】
このような半導体モジュールでは、放熱性能の観点から半導体モジュールの放熱面とヒートシンク表面との接触熱抵抗の低減が特に重要であり、通常熱伝導材としては熱伝導に優れたグリース、シート材、ゲル材等の物質を適用する。
このうち、熱伝導グリースは、半導体モジュールの放熱面とヒートシンク表面双方に対して良好な密着性、熱伝導性を有し、放熱性能に優れるとともに、半導体モジュールをヒートシンクに固定する際の塗布工程においてペースト状態であるため、位置決めが面倒な熱伝導シートと比較して相対的に作業性が容易であるといった利点を有する。
【０００４】
一方、半導体モジュールは、半導体素子や回路基板、放熱面に用いる金属材などの線膨張係数の異なる複数の材料で構成されていることから、半導体モジュールの電源入切による発熱の繰り返し、使用環境温度の周期的変化といった温度サイクルに対して、繰り返し熱反り変形を生じる場合がある。
このとき、半導体モジュールの放熱面とヒートシンクとの間の塗布空間に介在させた熱伝導グリースが、反り変形にともなう塗布空間の体積変化によって移動、流出することや、それに随伴して外部の空気が塗布空間内に侵入する、ポンプアウトまたはポンピングアウトと呼ばれる現象を生じる場合がある。
そして、熱伝導グリースが流出あるいは塗布空間に空気が混入して空気層を形成した場合、半導体モジュールの放熱面からヒートシンクへの熱抵抗は相対的に大幅に増大し、放熱性能が悪化する場合がある。
【０００５】
これに対して、従来の半導体モジュールでは、部材の線膨張係数差にともなう反り変形の繰り返しにもかかわらず、その放熱面とヒートシンク表面との間に塗布した熱伝導グリース層に空気が混入するポンプアウト現象を抑制する構造として、半導体モジュールの反り変形にともなう熱伝導グリース塗布空間の体積増加分以上に相当する熱伝導グリース溜め部を、半導体装置周囲の放熱板に設けることを特徴とする、下記の特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１０９８７号公報（図１〜８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献1に示された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、半導体モジュールが膨張収縮サイクルを繰り返すことにより、受熱部材と金属放熱板との間に介在する熱伝導グリースの塗布空間の体積が変動し、これによってグリース層に空気が侵入することを抑制する構造として、外部に露出したグリース溜め部を有している。
但し、半導体モジュールにおいて素子、チップ発熱や冷却の繰り返しを生じた場合、必ずしも単純な膨張収縮となるとは限らず、発熱の位置や冷却過程、素子やチップ、基板や回路部品等の線膨張係数が異なる部材を一体とした構造であるために、反り変形を生じる場合が考えられる。
【０００８】
半導体モジュールの反り変形は、位置によって撓み変形量が異なるため、反り変形に伴う際の上記特許文献に記載の受熱部材と金属放熱板との間の距離変動は、前記位置によって異なる。そして、前記撓み変形量の差は熱伝導グリースの押し出し、引き込み作用の差となる。熱伝導グリースに押し出しが作用したとき、受熱部材と金属放熱板の外周に熱伝導グリースがはみ出す場合がある。
はみ出した熱伝導グリースは、引き込み作用を受けた際に、はみ出す前の塗布位置に完全には戻らないため、その分の空気が、グリース中の空間に混入し、放熱性能が悪化する。このとき、撓み変形が大きいほど押し出されるグリースが増え、それに比例して空気混入量が増えるおそれがある。
【０００９】
グリースのはみ出しや空気の混入を防ぐ方法として、前記の押し出し、引き込み作用そのものを生じないように放熱板側も連動して変形する方法が考えられるが、通常放熱板は機器筺体、フレーム等に固定されるため、このような方法は困難である。
【００１０】
もう一方の方法としては、半導体モジュールの反り変形自体を調整し、位置により異なる押し出し、引き込み作用を調整することが考えられる。
但し、その調整方法には、例えば発熱する素子位置や構成部材の変更などの半導体モジュール自体の構造変更が必要なため、多くのコスト、期間がかかるほか、すでに製造してしまった半導体モジュール実装構造についてはその調整ができない。
温度など、半導体装置の使用条件の変更によって対応する場合は、満たすべき仕様を満足しない恐れがあるため、これもまた困難である。
つまり、半導体モジュールの反り変形自体の調整以外の方法で、熱伝導グリースのポンプアウト現象に伴う押し出し、引き込み作用を調整する方法がないという問題点があった。
【００１１】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、半導体モジュールの反り変形に起因する、熱伝導材の押し出し、引き込み量の調整が可能で、熱伝導材のポンプアウト現象を抑制することで、半導体モジュールのポンプアウト現象に起因した放熱性能の低下を防止できる半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る半導体装置は、
放熱面を有する半導体モジュールと、
前記放熱面と対面したヒートシンクと、
前記ヒートシンクと前記半導体モジュールとの間に介在し、前記ヒートシンク及び前記半導体モジュールに対して密着性を有し、かつ前記半導体モジュールを前記ヒートシンクに接着する際にはペースト状の熱伝導材と、
前記ヒートシンクと前記半導体モジュールとの間に介在した固定用台座部と、
前記半導体モジュール及び前記固定用台座部を貫通し、前記ヒートシンクに前記半導体モジュールを固定する締付部材と、を備え、
前記半導体モジュールは、前記ヒートシンクに対して傾斜して取り付けられている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る半導体装置によれば、半導体モジュールは、ヒートシンクに対して傾斜して取り付けられているので、両表面間の間隔が表面位置によって異なり、単位体積当たりの熱伝導材の把持力も異なる。
そして、ヒートシンクに対する半導体モジュールの傾斜角度を変えることで熱伝導材の把持力を任意に変えることで、両表面間からの熱伝導材のはみ出し量を調整でき、そのことは所謂ポンプアウト現象を抑制し、半導体モジュールのポンプアウト現象に起因した放熱性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の一態様を示す正断面図である。
【図２】図１の半導体装置の他の態様を示す正断面図である。
【図３】図１の半導体装置の変形例を示す正断面図である。
【図４】図１の半導体モジュールの各態様を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による半導体装置を示す正断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３による半導体装置を示す正断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４による半導体装置を示す正断面図である。
【図８】図７の半導体装置の変形例を示す正部断面図である。
【図９】図７の半導体装置の他の変形例を示す正断面図である。
【図１０】図７の半導体装置のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１１】図７の半導体装置のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１２】図７の半導体装置のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による半導体装置を示す正断面図である。
【図１４】図１３の半導体装置及の変形例を示す正部断面図である。
【図１５】図１３の半導体装置及の他の変形例を示す正断面図である。
【図１６】図１３の半導体装置及のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１７】図１３の半導体装置及のさらに他の変形例を示す正断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態６による半導体装置を示す正断面図である。
【図１９】図１８の半導体装置の一使用態様を示す上面図である。
【図２０】図１９の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の半導体装置の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による半導体装置１００の一態様を示す正断面図、図２は図１の半導体装置１００の他の態様を示す正断面図である。
図において、x軸が水平方向、y軸がｘ軸に対して垂直方向とする。
半導体装置１００は、金属製の放熱板５を有する半導体モジュール２と、放熱板５と対面したアルミニウム製のヒートシンク１４と、このヒートシンク１４と半導体モジュール２との間に介在し、ヒートシンク１４及び半導体モジュール２に対して密着性を有し、かつ半導体モジュール２をヒートシンク１４に接着する際にはペースト状の熱伝導材である熱伝導グリース１１と、ヒートシンク１４と半導体モジュール２との間に介在した固定用台座部１２と、半導体モジュール２及び固定用台座部１２を貫通し、ヒートシンク１４に半導体モジュール２を固定する締結部材であるねじ２００と、を備えている。
半導体モジュール２は、ヒートシンク１４に対して相対的に傾斜し、熱伝導グリース１１の介在層のｙ軸方向の厚みがｘ軸方向の位置によって異なるように固定されている。
半導体モジュール２は、内部に少なくとも１つの素子を有し、例えば回路基板、絶縁部材、フレーム構造を有する実装構造である。
なお、ねじ２００の代りに例えばピンであってもよい。
【００１６】
ヒートシンク１４は、そのヒートシンク表面１６とヒートシンク裏面２２とが必ずしも互いが平行でなくてもよい。放熱板５の表面である放熱板表面６と対面するヒートシンク表面１６には、半導体モジュール２に設けた固定用穴部１の中心軸と同一の中心軸を有し、半導体モジュール２をヒートシンク１４に傾斜して固定するための固定用ねじ穴部１５が複数設けられている。上記固定用穴部１と同様に、固定用ねじ穴部１５もまた少なくとも1つ以上あればよい。
【００１７】
熱伝導グリース１１のグリース介在可能空間１９は、図２に示す点線領域である。
このグリース介在可能空間１９は、固定用台座部１２が占める空間を除き、半導体モジュール２のｘ軸方向では、半導体モジュール２の第１の側面３と放熱板表面６とが交差する第１の放熱面角部７とヒートシンク表面１６にある第１のグリース接触端部１７からなる第１の空間側面２０と、半導体モジュール２の第２の側面４の延長上にある第２の放熱面角部８とヒートシンク表面１６にある第２のグリース接触端部１８からなる第２の空間側面２１との間の空間である。
そして、グリース介在可能空間１９では、第１の空間側面２０側が第２の空間側面２１と比較して大である。
【００１８】
熱伝導グリース１１は、基油に対しアルミナやシリカなどの微粉末フィラーを混入し、放熱性能を確保した非ニュートン系流体であるグリース様物質のことを指す。基油は例えばシリコーン系やフッ素系、フェニルエーテル系等であればよい。
【００１９】
放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間にあって、熱伝導グリース１１が介在しない、固定用穴部１及び固定用ねじ穴部１５と中心軸が一致する固定用台座部穴部１３を有する固定用台座部１２を、固定用穴部１、固定用ねじ穴部１５と同数設けられている。
なお、図３に示すように、固定用台座部１２は、必ずしもねじ２００と同じ数量が必要ではない。この例では、放熱板表面６の形状が固定用台座部１２を介さずに固定用穴部１と固定用ねじ穴部１５とが直接接触するようになっている。
【００２０】
固定用台座部１２は、半導体モジュール２の放熱板５と同一材料で一体になって設けられている。これは、例えば切削加工によって形成してもよいし、放熱板５を形成する際に押し抜き、押し出し加工といった塑性加工法によって固定用台座部１２を得て、これを半導体モジュール２に固着してもよい。
【００２１】
この半導体装置１００は、ねじ２００を、固定用穴部１、固定用台座部穴部１３及び固定用ねじ穴部１５に通し、各部材を締付け、固定することで製造される。
【００２２】
この実施の形態の半導体装置１００によれば、例えば外的負荷により図４（ｂ）の変形前として示す構造の放熱板５が、放熱板表面６に対して垂直な方向である放熱面垂直方向３８にヒートシンク表面１６に向かって変形することなく移動し、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との距離が一様に減少した場合、グリース介在可能空間１９が減じるため、半導体モジュール２の放熱板５の外周に熱伝導グリース１１がはみ出す。
【００２３】
このとき、この半導体モジュール２は、ヒートシンク１４に対して傾斜し、第１の空間側面２０側の方が、第２の空間側面２１側よりも放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔が大きくなっており、グリース介在可能空間１９の厚み方向となるy軸方向に介在する熱伝導グリース１１の量が相対的に多くなっている。
放熱板表面６及びヒートシンク表面１６それぞれの摩擦抵抗は、熱伝導グリース１１の流動に影響するが、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔の大きさによらず摩擦抵抗の値はほぼ同じである。
そのため上記間隔が大きいほど熱伝導グリース１１の体積が増えるため、単位体積当たりの摩擦抵抗が低下し、熱伝導グリース１１の把持力は相対的に弱まる。
この結果、第１の空間側面２０に近いほど熱伝導グリース１１が押し出される効果が強く、また第２の空間側面２１に近いほどその効果は減少する。
【００２４】
一方、温度サイクルなどによって、半導体モジュール２の放熱板５には、図４（ａ）に示すようにヒートシンク表面１６に向かって凹型反り変形、または図４（ｃ）に示すようにヒートシンク表面１６に向かって凸型反り変形が生じる場合がある。
このような反り変形では、放熱板表面６が全体的にヒートシンク表面１６の方向あるいはその反対方向に向かって全体的に移動するのではなく、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との距離は、放熱板表面６の位置に応じて異なる。
このような反り変形のうち、図４（ｃ）に示すように、放熱板５がヒートシンク表面１６に向かって凸型反り変形を生じることで放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間の距離が変化した場合、反り変形が大きく上記距離の変化が大きい部分ほど熱伝導グリース１１が外部に押し出される作用が大きく、逆に小さい部分ほど押し出す作用は小さくなる。
このような理由から、放熱板５の外周にはみ出す熱伝導グリース１１の量には差が生じる。
このはみ出し量を調整する一例として、例えば半導体モジュール２内の実装構造のレイアウトの変更、使用部品、部材の変更、負荷条件の変更などを実施することも考えられるが、コスト等の点から実施が困難である。
【００２５】
これに対して、この実施の形態の半導体装置１００によれば、上記反り変形を生じた場合において、反り変形形状を変えるために各上記変更を実施することなく、第１の空間側面２０側が第２の空間側面２１側と比較して熱伝導グリース１１の体積が多く設定されており、ヒートシンク１４に対する半導体モジュール２の傾斜角度を任意に設定することで熱伝導グリース１１のはみ出し量を簡単に調整することができる。
従って、この実施の形態の半導体装置１００では、例えば半導体モジュール２の第２の空間側面２１側が第１の空間側面２０側と比較して、ヒートシンク表面１６に対して凸型反り変形が大きい場合には、半導体モジュール２が、ヒートシンク１４に対して傾斜し、第１の空間側面２０側の方が、第２の空間側面２１側よりも放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔が大きくなっているので、第２の空間側面２１側が熱伝導グリース１１の把持力は相対的に大きく、熱伝導グリース１１のはみ出し量を少なく調整することができる。
この結果、凸型反り変形が大きい第２の側面４側での所謂ポンプアウト現象を抑制し、熱伝導グリース１１の熱抵抗の増大を抑制でき、半導体モジュール２の放熱性の悪化を防止することができる。
【００２６】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２の半導体装置１００を示す正断面図である。
上記実施の形態１では固定用台座部１２は、放熱板５と同一材料で一体構造であった。
これに対して、この実施の形態２の半導体装置１００では、固定用台座部１２は、図５に示すようにヒートシンク１４と同一材料で一体構造である。
他の構成は、実施の形態１の半導体装置１００と同じである。
【００２７】
固定用台座部１２を、半導体モジュール２と一体の構造とする場合、半導体モジュール２に対する直接的な機械的加工を施すことにより、半導体モジュール２内部の実装構造に対し、機械的加工にともなう振動が加わり、内部構造を損傷する恐れがある。
また、固定用台座部１２を機械的加工法によって形成し、固定用台座部１２を有する放熱板５を半導体モジュール２に対して付着させる方法として、接着剤を用いた圧着を行った場合、接着剤硬化過程における接着剤の硬化、収縮、高温キュアによって内部構造に生じる熱応力負荷、圧着時の荷重負荷により、何れも半導体モジュール２及びその内部構造を損傷させる恐れがある。
さらに、半導体モジュール２と、機械加工を施して表面に固定用台座部１２を形成した放熱板５とを封止樹脂によって一体とするモールド構造とした場合、モールド樹脂の成型過程における熱処理により、半導体モジュール２及びその内部構造には熱応力が発生する場合がある。
この場合、その熱応力は、固定用台座部１２が存在する場合の方が、これが無い場合と比較して放熱板５全体の寸法が大きくなり、構成部材の線膨張係数差と、成型過程の熱処理温度及びその後の冷却における温度差に起因する熱応力が高くなるおそれがある。
【００２８】
この実施の形態の半導体装置１００によれば、固定用台座部１２は、ヒートシンク１４の表面側に切削、押し出し、押しぬき加工といった機械的加工法によって形成するために、放熱板１５の上記機械的加工工程、接着、樹脂封止工程における熱応力増加にともなう半導体モジュール２及びその内部構造の破損の恐れが無い効果があり、同時に実施の形態１の半導体装置１００と同様の効果を有する。
【００２９】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の半導体装置１００を示す正断面図である。
上記実施の形態１の半導体装置１００では、放熱板１００と固定用台座部１２とが一体であり、上記実施の形態２の半導体装置１００では、ヒートシンク１４と固定用台座部１２とが一体であった。
これに対して、この実施の形態３の半導体装置１００では、固定用台座部１２は、放熱板５及びヒートシンク１４とは、別個、単体部材である。
他の構成は、実施の形態１の半導体装置１００と同じである。
【００３０】
この半導体装置１００によれば、固定用台座部１２が放熱板５またはヒートシンク１４に用いる素材と同一である必要がなくなり、また複数の固定用台座部１２を設けた場合、それぞれ異なる材料から形成したものを用いることができる。
通常、固定用台座部１２に接する、放熱板５及びヒートシンク１４のそれぞれの線膨張係数差にともない温度サイクル中に生じる熱応力により、固定用穴部１、台座穴部１３、固定用ねじ穴部１５を通ずるねじ２００の緩み、これによる半導体モジュール２とヒートシンク１４の分離、破損が生じることがある。
これに対して、この実施の形態の半導体装置１００によれば、固定用台座部１２を形成する材料を選定することで、このような不都合を防ぐことができる。
例えば、半導体モジュール２、放熱板５またはヒートシンク１４を形成する材料と比較して弾性係数が低く、弾性限界の高い例えばゴム材料などを適用してもよい。
また、放熱板５とヒートシンク１４の間となる線膨張係数を有する素材を用いて固定用台座部１２を形成することで、固定用台座部１２の接する放熱板５、ヒートシンク１４との界面に生じる熱応力を低減できる。
また、固定用台座部１２を複数用いる場合、放熱板５の温度負荷、温度サイクル中に生じる反り変形形状に応じてそれぞれの固定用台座部１２の材質を変えることで、特定の固定用台座部１２の台座穴部１３に通ずるねじ２００への負荷を低減することができる。
これらの理由により、この実施の形態３の半導体装置１００は、前記実施の形態１の半導体装置１００の効果を保持しながら、さらに半導体装置１００の破損を抑制する効果がある。
【００３１】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４の半導体装置１００を示す正断面図である。
この実施の形態の半導体装置１００では、放熱板表面６は、平面状に対して不連続な面部である段差部２８を有しており、この段差部２８を境にして階段状になっている。
他の構成は、実施の形態１の半導体装置１００と同じである。
【００３２】
この実施の形態４の半導体装置１００では、放熱板表面６は、段差部２８を境にして階段状になっており、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔が段階的に変化している。
これにより、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間に介在できる熱伝導グリース１１の量と、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔に影響を受ける熱伝導グリース１１の把持力を段階的に変化させることができる。
実施の形態１、２、３の各半導体装置１００では、放熱板表面６が同一平面なので、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔で決定される熱伝導グリース１１の把持力は、1次関数的にのみ変化する傾向にあった。
つまり、放熱板５をヒートシンク１４に対して傾斜させることにより上記間隔を位置によって変え、熱伝導グリース１１の押し出しやすさを調節する効果はあるが、押し出し易さは、1次関数的に変化するのみであった。
【００３３】
これに対して、この実施の形態４の半導体装置１００では、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔が段階的に変えることで、上記間隔に対応する熱伝導グリース１１の把持力を段階的に変えることができる。つまり、前記実施の形態１、２、３の構成による効果を拡張し、任意の位置でグリース把持力を不連続に変えることができる効果が得られる。
【００３４】
なお、図８に示すように、段差部２８の代りに、放射板表面６に傾斜した傾斜部２９を形成してもよい。
また、図９に示すように、放射板表面６に曲面状の曲面部３０を形成してもよい。
また、図１０に示すように、二つの段差部２８を設けることで凹部底面３２を有する凹部３１を形成してもよい。なお、この凹部３１は複数形成してもよい。
また、この場合、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔は、凹部３１で最大であり、熱伝導グリース１１の把持力はこの部位が最小となる。
さらに、図１１に示すように、放熱板表面６に曲面状の曲面部３０を形成してもよい。
この場合、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間隔は、この曲面部３０で最大であり、熱伝導グリース１１の把持力はこの部位が最小となる。
さらにまた、図１２に示すように、放熱板表面６のうち段差部２８を境にしたそれぞれの表面６ａと表面６ｂとが同一平面でなく、互いに異なる傾きで形成してもよい。
なお、図９、図１１の曲面部３０、図１０の凹部３１についても、放熱板表面６のうち、曲面部３０、凹部３１の両側のそれぞれを同一平面でなく、互いに異なる傾きで形成してもよい。
【００３５】
実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５の半導体装置１００を示す正断面図である。
図１４〜図１７は、図１３の半導体装置１００の変形例である。
実施の形態４の半導体装置１００では、放熱板表面６に、面部として、段差部２８、傾斜部２９、曲面部３０を形成したが、この実施の形態５の半導体装置１００では、ヒートシンク表面１６にこれらと類似の構造を設けることを特徴とする。
【００３６】
この実施の形態１００の半導体装置１００では、ヒートシンク表面１６に、平面状に対して不連続な面部である段差部３３を有しており、ヒートシンク表面１６は、この段差部３３を境にして階段状になっている。
なお、この段差部３３の代りに、図１４の傾斜部３４、図１５及び図１６の曲面部３５、図１７に示す、段差部３３、底面３７からなる凹部３６を形成してもよい。
また、実施の形態４の半導体装置１００と同様に、区分けされた放熱板表面６が互いに平行でなくてもよい。
これらの形状は、ヒートシンク表面１６の機械的加工法、例えば切削加工や押し出し、押しぬき加工によって得られる。
他の構成は、実施の形態１の半導体装置１００と同じである。
【００３７】
この実施の形態５の半導体装置１００では、実施の形態４の半導体装置と同様の効果が得られる。
さらに、実施の形態２の半導体装置１００と類似し、放熱板表面６の加工や、放熱板５の半導体モジュール２への取り付け工程による半導体モジュール２に対する負荷、樹脂封止構造を適用する場合の半導体モジュール２の構成部材間の線膨張係数差によって生じる熱応力による半導体モジュール２及びその内部構造の破損の恐れを回避することができる。
このように、製造時の半導体モジュール２の破損を抑制した半導体装置１００が得られる効果がある。
【００３８】
実施の形態６．
図１８は、この発明の実施の形態６の半導体装置１００を示す正断面図である。
この図１８において、y軸方向負の方向を重力方向、重力方向に垂直な方向をx軸方向とし、このｘ軸方向に対してなす、傾斜角２５は、重力方向に垂直な方向を0°としたときの矢印イの方向で示す方向の角度を正、逆を負と定義する。
また、ここではx軸方向に平行な面を水平面２４とする。
この実施の形態６の半導体装置１００では、水平面２４に対し、ヒートシンク表面１６と平行な平行面２３との間のなす傾斜角２５は、0°〜１８０°の範囲で可能である。
また、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との表面間隔が相対的に大きい側に位置する第１の放熱面角部７のy軸上の座標位置が、相対的に小さい側に位置する第２の放熱面角部８のy軸上の座標位置と同じあるいはそれよりも大きい。
他の構成は、実施の形態１の半導体装置１００と同じである。
【００３９】
この実施の形態６の半導体装置１００では、放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間の距離が大きく、当該表面６，１６間に介在する熱伝導グリース１１の体積の相対的に大きい部分ほどy軸座標位置が大きくなる。
放熱板５がヒートシンク表面１６に対して全体的に移動すると仮定した場合、介在した上記熱伝導グリース１１の体積が大きいほど、単位体積当たりの熱伝導グリース１１の把持力が小さいので、熱伝導グリース１１が放熱板５の外周にはみ出す量が増大する。
【００４０】
図１９は、傾斜角２５が９０°の場合の半導体装置１００を示す上面図、図２０は図１９の側断面図である。
この場合、熱伝導グリース１１の押し出しによって形成されるはみ出しグリース部２７は、y軸座標位置が大きいほど、多くなる。
実際の放熱板５の変形は上記仮定とは異なり、発熱体の位置や温度負荷の影響、半導体モジュール２の固定位置等の境界条件の影響を受けるため、位置によって異なるが、その場合においても仮説をたてた場合と同様に、図１９において放熱板５の左右からはみ出す、はみ出しグリース部２７の量はy軸座標位置が大きいほど増大する。
放熱板５からはみ出た熱伝導グリース１１は、放熱板表面６とヒートシンク表面１６と接していた場合に対し、その大部分がヒートシンク表面１６と接するのみとなるため、接触に伴う摩擦抵抗が相対的に減少し、y軸負方向に作用する重力方向へと移動しやすい。
【００４１】
ここで、図２０において、この実施の形態のように放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間のx軸方向距離がy軸上の位置によって異なる構成とする第１の例と、y軸上の位置によらず同じである第２の例とを、双方ともにグリース介在可能空間１９及び介在する熱伝導グリース１１の体積が同一であるとの前提で比較した場合、放熱板５の両側面からはみ出した熱伝導グリース１１全体の重心位置は、上記第１の例の方がy軸上高い位置となる。
従って、ひとたびはみ出しグリース部２７にはみ出た熱伝導グリース１１は、ヒートシンク表面１６の濡れ性、摩擦抵抗により全量がもともと存在した放熱板表面６とヒートシンク表面１６との間に存在するグリース介在可能空間１９内には戻らず残留する。
また、放熱板５の反り変形によってグリース介在可能空間１９が減じ、はみ出しグリース部２７にはみ出た熱伝導グリース１１が反り変形前よりも多い状態になる。
これらによってはみ出た熱伝導グリース１１は、y軸負の方向に作用する重力の影響により、移動する場合がある。移動によって図１９の第２の側面４の方向の外周端部２６へと移動し、その後放熱板５外周から脱落していく恐れもある。
【００４２】
この実施の形態６の半導体装置１００では、はみ出た熱伝導グリース１１全体の重心位置が相対的に高いため、この重心位置と外周端部２６との距離も相対的に長くなる。
従って、この実施の形態の半導体装置１００では、はみ出しグリース部２７にはみ出た熱伝導グリース１１が外周端部２６に至り、さらにそこから外部へと脱落するのに要する時間を長くする効果が得られる。
熱伝導グリース１１が脱落した場合、放熱板５の反り変形によってグリース介在可能空間１９が増加した際に空間増分を補う熱伝導グリース１１量が不足し、空気で補われるために熱伝導性が損なわれるが、本効果によって熱伝導性能の悪化を抑制することも可能になる。
【００４３】
なお、上記各実施の形態では、熱伝導材として熱伝導グリース１１を用いて説明したが、熱伝導グリース１１は一例であって、ヒートシンク１４及び半導体モジュール２に対して密着性を有し、かつ半導体モジュール２をヒートシンク１４に接着する際にはペースト状のものであればよい。
また、図１９に示すように、固定用穴部１は、４つに限定されるものではなく、これ以外の複数の数であってもよい。
また、半導体モジュール２の放熱板５は、銅等の熱伝導性に優れた部材で構成され、半導体モジュール２の本体と別部材で構成されていたが、半導体モジュール２の本体と明確に区分できる材料、構造でなくてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  固定用穴部、２  半導体モジュール、３  第１の側面、４  第２の側面、５  放熱板、６  放熱板表面、６ａ  表面、６ｂ  表面、７  第１の放熱面角部、８  第２の放熱面角部、９  放熱板表面中心、１０  放熱板表面点、１１  熱伝導グリース（熱伝導材）、１２  固定用台座部、１３  台座穴部、１４  ヒートシンク、１５  固定用ねじ穴部、１６  ヒートシンク表面、１７  グリース接触端部、１８  グリース接触端部、１９  グリース介在可能空間、２０  第１の空間側面、２１  第２の空間側面、２２  ヒートシンク裏面、２３  平行面、２４  水平面、２５  傾斜角、２６  外周端部、２７  はみ出しグリース部、２８，３３  段差部（面部）、２９，３４  傾斜部（面部）、３０，３５  曲面部（面部）、３１，３６，３７  凹部（面部）、３２  凹部底面、３８  放熱面垂直方向、１００  半導体装置、２００  ねじ（締付部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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