(57)【要約】【課題】グリス抜けを抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する積層ユニット２は、グリス９が塗布される冷却器１０の筐体表面に、積層方向（Ｘ軸方向）から見て、パワーカード２０に収容された半導体素子２３の外周を囲む環状溝１２が形成されている。環状溝１２が囲む内側にはグリス９が塗布されているとともに、環状溝１２の中にもグリス９が充填されている。これにより、環状溝１２の部分のグリス９の厚さが、環状溝１２が形成されていない部分に比べて厚くなる。そのため、環状溝１２の形成範囲においては、グリス９の移動に抗するせん断抵抗力が小さくなり、グリス９が半導体素子２３の方向（内側）に戻り易くなる。したがって、パワーカード２０の半導体素子２３の発熱によりグリス９が半導体素子２３の外側に押し出されても、グリス９が半導体素子２３内側に戻り易いため、グリス抜けが抑制される。【選択図】図１
2016152323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を収容したパワーカードと冷却部材がグリスを挟んで積層されているとともに積層方向に加圧されている半導体装置であり、
前記グリスが塗布される前記冷却部材の表面又は前記グリスが塗布される前記パワーカードの表面の少なくとも一方に、積層方向から見て、前記パワーカードに収容された半導体素子の外周を囲む環状溝が形成されており、
前記環状溝が囲む内側に前記グリスが塗布されているとともに、前記環状溝内にも前記グリスが充填されている、ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体素子を収容したパワーカードと冷却部材がグリスを挟んで積層されているとともに積層方向に加圧されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換用の半導体素子（パワーデバイス）は発熱量が大きい。そのため、このようなパワーデバイスを収容するパワーカードは、冷却部材が取り付けられて冷却される。例えば、平板形状のパワーカードには、ほぼ平面で接触する冷却部材をグリスを介して接触させる。パワーカードから冷却部材への伝熱効率を高めるため、パワーカードと冷却部材は積層方向に加圧される。パワーカードと冷却部材が接する部位は平面であっても、面粗さや平面度などの両者の違いによってこれらの間に微小な空間、つまり微小隙間が形成され得る。このような隙間は、パワーカードから冷却部材への熱伝達の妨げとなる熱抵抗の増加に繋がる。そのため、パワーカードと冷却部材との間にグリスを介在させて熱抵抗を下げることで、熱拡散の効率の低下を抑制している。このような技術として、例えば、特許文献１に開示されるものがある。
【０００３】
パワーデバイスには、パワーデバイスの発した熱を外部に拡散させる熱拡散板が設けられている。熱拡散板は、パワーカードの表面に露出している。即ち、熱拡散板の表面にグリスが塗布される。この熱拡散板は、パワーデバイスのオンオフ動作に伴う発熱と冷却の繰り返しによって膨張したり収縮したりする。グリスは粘性流体であるため、オン動作時のパワーデバイスの発熱によって熱拡散板が膨張すると、その部分に存在するグリスは熱拡散板の外側に押し出される。押し出されたグリスは、パワーデバイスのオフ動作により膨張した熱拡散板が収縮すると熱拡散板の内側に戻る。特許文献１の技術では、押し出されたグリスが溜まる環状溝を形成して冷却部材の収縮時に戻り得るグリスの欠損を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３８１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、グリスの粘度は温度に依存する。典型的には、温度が高いほど粘度が低く、温度が低いほど粘度が高い。そのため、パワーデバイスの発熱により押し出されたグリスの方が、熱拡散板の収縮時に戻るグリスよりも粘度が低い。つまり、パワーカードと冷却部材の間に介在するグリスは、押し出され易く戻り難い。このようなグリスの移動に逆らう（抗する）力は、粘性流体におけるせん断応力の関係式τ＝μＵ／ｈにより説明できる。τは粘性流体を移動させるために必要な単位面積当たりの力、μは粘度、Ｕは移動速度、ｈは粘性流体の厚さ（高さ）である。この関係式からも、粘度μが大きいほどグリスの移動には大きな力を要することがわかる。
【０００６】
特許文献１の技術では、グリスが溜まる環状溝がパワーデバイスの大部分を囲むように形成されてはいるものの、パワーデバイスの一部が環状溝の外側に存在する（特許文献１の図１に表されている半導体チップ２１ｃ、３１）。そのため、パワーデバイスがオンオフ動作を繰り返すうちに、環状溝の外側にグリスが抜け出してしまう虞がある。本明細書は、グリス抜けを抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する半導体装置は、パワーカードと冷却部材がグリスを挟んで積層されているとともに、積層方向に加圧されているデバイスである。その半導体装置は、グリスが塗布される冷却部材の表面に、積層方向から見て、パワーカードに収容された半導体素子の外周を囲む環状溝が形成されている。そして、環状溝が囲む内側にグリスが塗布されているとともに、環状溝内にもグリスが充填されている。このような環状溝は、グリスが塗布されるパワーカードの表面に形成されてもよい。また、冷却部材の表面とパワーカードの表面、の両方に形成されていてもよい。冷却部材とパワーカードの間には絶縁板が挟まれていてもよい。その場合、冷却部材と絶縁板の間にグリスが塗布されているとともに、パワーカードと絶縁板の間にもグリスが塗布されている。そして、冷却部材とパワーカードの一方あるいは両方に、上記した溝が設けられている。
【０００８】
本明細書が開示する半導体装置では、環状溝内にグリスが充填されることにより、この部分のグリスの厚さが、環状溝が形成されていない部分に比べて厚くなる。これにより、環状溝が形成されている部分のグリスの厚さｈが厚くなることから、環状溝の形成範囲においては、グリスの移動に抗するせん断抵抗力τ（＝μＵ／ｈ）が小さくなりグリスが戻り易くなる。そのため、パワーカードの発熱部位の発熱によりグリスが半導体素子の外側に押し出されても、グリスが積層方向からみて半導体素子の内側に戻り易い。このように本明細書が開示する半導体装置では、押し出されたグリスを戻り易くする環状溝を、半導体素子の外周を囲むように形成することにより、グリス抜けを抑制する。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の積層ユニット（半導体装置）の斜視図である。
【図２】積層方向（Ｘ軸方向）から見た冷却器の正面図又は背面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】（Ａ）は、図３のIV内の拡大図、（Ｂ）は、環状溝が形成されていない比較例の拡大図（（Ａ）に相当する）、である。
【図５】積層方向（Ｘ軸方向）から見た冷却器の正面図又は背面図であり、冷却器の他の構成例を示すものである。
【図６】環状溝をパワーカードに形成した構成例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して実施例の半導体装置を説明する。実施例の半導体装置は、複数のパワーカードと複数の冷却器が一つずつ交互に積層された積層ユニット２である。図１は、実施例の積層ユニット２の斜視図である。積層ユニット２は、冷却器１０とパワーカード２０の間にグリス９を塗布してこれらを交互に積層したものである。なお、図１では、積層ユニット２の全体が見えるように、積層ユニット２を収容するケース６は仮想線（二点鎖線）で描いてある。また、ケース６の上方（図１に表す座標系のＺ軸の正方向）に抜き出して描いてあるパワーカード２０と絶縁板３０の間にもグリス９が塗布されているが、その図示を省略している。以下、本明細書では、図１やその他の図に表す座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸のことを、夫々単に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と表現する。
【００１２】
冷却器１０とパワーカード２０は、共に平板形状を成しており、夫々の平坦面が対向するように積層されている。本実施例では、積層方向（Ｘ軸方向）の両端に冷却器１０が位置するように、６枚のパワーカード２０に対して７個の冷却器１０を配置している。また、本実施例では、冷却器１０とパワーカード２０の間の電気絶縁を確保するため、両者の間に絶縁板３０を介在させている。絶縁板３０は、例えば、板厚の薄いセラミック板である。パワーカード２０の表面が絶縁性の樹脂で覆われている場合など、電気的な絶縁をする必要がない場合には、絶縁板３０は不要である。
【００１３】
複数の冷却器１０は、連結パイプ４ａ、４ｂにより連結されている。積層方向（Ｘ軸方向）の一端の冷却器１０には、冷媒供給管３ａと冷媒排出管３ｂが連結されている。冷媒供給管３ａを通じて供給される冷媒は、連結パイプ４ａを通じて全ての冷却器１０に分配される。冷却器１０は、薄箱形状の金属製の筐体１１と、筐体１１内に収容されるフィン１５により構成されている。フィン１５は、筐体１１内を流れる冷媒との接触面積を増やして伝熱効率を高める。冷却器１０を通る冷媒は、当該冷却器１０に隣接するパワーカード２０から熱を吸収する。各冷却器１０を通った冷媒は、連結パイプ４ｂを通り、冷媒排出管３ｂから排出される。冷媒は、液体であり、典型的には水である。
【００１４】
積層ユニット２は、ケース６に収容される際、積層方向（Ｘ軸方向）の一端側に板バネ７が挿入される。この板バネ７により、冷却器１０とパワーカード２０と絶縁板３０に対して、積層方向の両側から所定の圧力が加えられる。積層ユニット２に加えられる総圧力（荷重）は、例えば３［ｋＮ］である。後述するように、冷却器１０と絶縁板３０、及び、パワーカード２０と絶縁板３０の間に、グリス９が塗布される。グリス９は、放熱グリスであり、粘性流体の一種である。そのため、塗布されたグリス９は、３［ｋＮ］という高い荷重により薄く引き延ばされる。これにより、冷却器１０と絶縁板３０の間、或いはパワーカード２０と絶縁板３０の間に形成される微小隙間を、薄く引き延ばされたグリス９が埋めることで熱抵抗を低下させてパワーカード２０から冷却器１０への伝熱効率（熱拡散効率）を高めている。
【００１５】
パワーカード２０は、２個の半導体素子２３を樹脂パッケージ２１に樹脂封止している。本実施例では、樹脂封止された２個の半導体素子２３が樹脂パッケージ２１の長手方向（Ｙ軸方向）に並んでいる。半導体素子２３は、典型的には、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどの平板状の半導体チップと、半導体チップを両面から挟み込む熱拡散板（例えば銅板）と、により構成されている。半導体チップは、電力変換用であり、通電時（オン状態）の発熱量が大きい。そのため、熱拡散板により半導体チップが発した熱を外部に拡散する。本実施例では、熱拡散板は、積層方向（Ｘ軸方向）から見た面積が、半導体チップの面積と同じである。熱拡散板は、樹脂パッケージ２１から外部に露出している。図１において、矩形状に描かれている半導体素子２３は、樹脂パッケージ２１から露出した熱拡散板を表している。パワーカード２０の上方（Ｚ軸の正方向）からは３本の電極端子２６、２７、２８が、また下方（Ｚ軸の負方向）からは６本の制御端子２９が、夫々突出している。
【００１６】
このように積層ユニット２を構成することにより、積層ユニット２は、パワーカード２０が発した熱の大部分を、冷却器１０を流れる冷媒との熱交換により放熱する。本実施例では、冷却器１０に環状溝１２を形成することで、冷却器１０と絶縁板３０の間に塗布されているグリス９が抜け出る「グリス抜け」を抑制する。ここからは、図１に加えて図２〜４も参照して説明する。図２に、積層方向（Ｘ軸方向）から見た冷却器１０の正面図又は背面図を示す。図３に、図２のIII−III線に沿った断面図を示す。図４（Ａ）に、図３のIV内の拡大図を示し、また図４（Ｂ）に、環状溝１２が形成されていない比較例の拡大図を示す。なお、図２においては、環状溝１２の形成部分をグレーに着色している。また、図２においては、パワーカード２０と絶縁板３０を省略して表している。さらに、図３では、半導体素子２３を構成する半導体チップ及び熱拡散板を、一つの矩形で表していることに注意されたい。
【００１７】
環状溝１２は、冷却器１０、パワーカード２０及び絶縁板３０が積層された状態において、積層方向（Ｘ軸方向）から見て、パワーカード２０の半導体素子２３が絶縁板３０を介して重なる範囲を取り囲むように形成されている。本実施例では、半導体素子２３は、積層方向（Ｘ軸方向）から見ると、正方形に近い矩形状を成しており、２個の半導体素子２３が樹脂パッケージ２１の長手方向（Ｙ軸方向）に並んでいる。そのため、これら２個の半導体素子２３を一緒に囲み得るように、横長の矩形状に環状溝１２が形成されている。グリス９は、環状溝１２を含めた範囲（図２に表すクロスハッチングの範囲）に塗布される。以下、この範囲のことを「グリス塗布範囲」と称する。
【００１８】
即ち、環状溝１２は、グリス塗布範囲の最外周を含めたその内側近傍に形成される。そのため、環状溝１２の外側の溝壁１２ａは、グリス塗布範囲の最外周に重なるように位置している。これにより、積層ユニット２の組立工程において、筐体表面１１ａのグリス塗布範囲にグリス９が塗布されると、環状溝１２の中にグリス９が入り込み、冷却器１０、パワーカード２０及び絶縁板３０を積層した状態においては、環状溝１２内にグリス９が充填された状態を維持する。この様子は、図３によく表されている。
【００１９】
パワーカード２０は、半導体素子２３の半導体チップのオン動作（通電動作）により発熱をする。すると、半導体素子２３の熱拡散板（例えば銅板）は、半導体チップに接しているため、半導体チップの発熱に伴い熱膨張をする。これに対して、絶縁板３０は、熱拡散板よりも熱膨張率が桁違いに小さいセラミック板であり、また面積差（熱容量差）も大きいことから、熱拡散板に比べて熱膨張が極めて小さい。そのため、図３に示すように、熱拡散板の熱膨張により半導体素子２３と絶縁板３０の隙間ｄが狭まると、その間に存在しているグリス９がグリス塗布範囲の外側に押し出される。
【００２０】
一方、半導体チップがオフ状態（非通電動作）に移行すると、半導体チップは発熱をしなくなるため、絶縁板３０を介して冷却器１０に冷却されている熱拡散板が収縮をする。すると、半導体素子２３と絶縁板３０の隙間ｄが元の間隔に戻ることから、押し出されていたグリス９がグリス塗布範囲の内側に向けて移動する。つまり、半導体素子２３の半導体チップのオンオフ動作により熱拡散板が膨張したり収縮したりすると、グリス塗布範囲の最外周付近に存在するグリス９は同範囲から出入りを繰り返す。
【００２１】
グリス９は粘性流体であることから、グリス９の移動時にはせん断抵抗力が発生する。このせん断抵抗力は、大きいほどグリス９が移動し難い。そのため、半導体チップのオン動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｎは、熱拡散板の膨張による体積力ｆａから、グリス９のせん断抵抗力τａを除いたものになる。また、半導体チップのオフ動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｆｆは、熱拡散板の収縮による体積力ｆｂから、グリス９のせん断抵抗力τｂを除いたものになる。
【００２２】
グリス９のせん断抵抗力τａ、τｂは、Ａ×μＵ／ｈで表される。Ａは、筐体表面１１ａと絶縁板３０の間に介在するグリス９の塗布面積、μはグリス９の粘度、Ｕはグリス９の移動速度、ｈはグリス９の厚さ、である。これらのパラメータのうち、グリス９の粘度μは、温度が高いほど小さく（低く）、温度が低いほど大きく（高く）なる。つまり、グリス９は、温度が高いほど移動し易く、温度が低いほど移動し難い。これにより、せん断抵抗力τａ、τｂは、τａ（オン動作時）＜τｂ（オフ動作時）の関係になることから、オフ動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｆｆの方が、オン動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｎよりも小さくなる。
【００２３】
これは、例えば、筐体表面１１ａに環状溝１２などが形成されてなく、グリス塗布範囲の筐体表面１１ａがすべて平坦面である場合には、グリス塗布範囲内に存在するグリス９が半導体素子２３の半導体チップのオンオフ動作に伴ってグリス塗布範囲外に徐々に押し出されることを意味する。この様子が図４（Ｂ）の比較例に表されている。同図の比較例において、符号９１は、冷却器の筐体を示し、符号９１ａは筐体表面を示す。ｈｏは、グリス９の厚さである。また同図及び図４（Ａ）では、オン動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｎが黒色矢印で表されており、オフ動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｆｆが白抜き矢印で表されている。両矢印の長さが力の大きさを表しており、力の大小は長さに比例する。黒色矢印と白抜き矢印の間の黒丸は、力が作用する位置を示している。
【００２４】
これに対して、本実施例の構成では、図４（Ａ）に示すように、筐体１１の筐体表面１１ａにおいて、グリス塗布範囲の最外周を含めたその内側近傍に環状溝１２を形成している。そのため、環状溝１２が形成されている範囲（以下「溝形成範囲」と称する）のグリス９の厚さは、環状溝１２が形成されていない範囲のグリス９の厚さｈａ（＝ｈｏ）に溝深さｈｂを加えた値（＝（ｈａ＋ｈｂ）＞ｈｏ）になる。これにより、溝形成範囲におけるグリス９のせん断抵抗力τｃは、Ａ×μＵ／（ｈａ＋ｈｂ）になる（τｂ＞τａ＞τｃ）。これは、環状溝１２の深さを適切な値、つまりグリス９の厚さを適切な厚さに設定することにより、溝形成範囲のグリス９のせん断抵抗力τｃをほぼゼロにできることを意味する。そのため、環状溝１２の溝幅及び深さは、グリス９の種類、グリス９の主成分、絶縁板３０のうち冷却器１０に対向する範囲の面積、対向間隔、半導体素子２３の発熱最高温度などに基づく実験やコンピュータシミュレーションにより得られた結果から、溝形成範囲のグリス９のせん断抵抗力τｃを極力小さくする値が予め設定される。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、溝形成範囲外の位置Ｐａでは、黒色矢印の力Ｆｏｎの方が、白抜き矢印の力Ｆｏｆｆよりも大きいのに対して、溝形成範囲内の位置Ｐｃでは、黒色矢印の力Ｆｏｎと白抜き矢印の力Ｆｏｆｆがほぼ同じ大きさになっていることからも、溝形成範囲においてはグリス９のせん断抵抗力τｃがほぼゼロになることが理解できる。なお、グリス塗布範囲外かつ絶縁板３０に覆われない位置Ｐｂでは、オフ動作時であっても力Ｆｏｆｆがグリス９に作用しない。そのため、位置Ｐｂでは、黒色矢印の力Ｆｏｎだけが表されている。
【００２６】
本実施例では、このように環状溝１２をグリス塗布範囲の外側境界部分の内側に形成することによって、溝形成範囲においては、グリス９の移動に逆らう（抗する）せん断抵抗力τｃ（＝μＵ／（ｈａ＋ｈｂ））を極力小さくする。これにより、オン動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｎと、オフ動作時にグリス９に作用する力Ｆｏｆｆとがほぼ等しくなるので、半導体素子２３の熱拡散板の膨張により熱拡散板の外側に押し出されたグリス９が熱拡散板の内側に戻り易くなる。パワーカード２０の半導体素子２３の発熱によりグリス９が半導体素子２３の外側に押し出されても、グリス９が半導体素子２３の内側に戻り易い。環状溝１２がグリスストッパとして機能することで、グリス９がグリス塗布範囲外側に押し出されてグリス塗布範囲内側に戻らない「グリス抜け」を抑制する。
【００２７】
冷却器１０の他の構成例として、例えば、図５に示すものがある。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に、積層方向（Ｘ軸方向）から見た冷却器１１０、２１０の正面図又は背面図を示す。図５（Ａ）に示す冷却器１１０では、樹脂パッケージ２１の長手方向（Ｙ軸方向）に並ぶ２個の半導体素子２３の夫々について、周囲を囲むように筐体１１１の筐体表面１１１ａに環状溝１１２、１１３を形成する（グレーに着色した部分）。環状溝１１２、１１３も、前述した環状溝１２と同様に、グリス塗布範囲（クロスハッチングの範囲）の最外周を含めたその内側近傍に形成される。そのため、環状溝１１２、１１３の外側の溝壁１１２ａ、１１３ａは、グリス塗布範囲の最外周に重なるように位置する。これにより、個々の半導体素子２３に対して環状溝１１２、１１３が形成されるため、例えば、一方の環状溝１１２（又は環状溝１１３）からグリス９が漏れ出る場合があっても、他方の環状溝１１３（又は環状溝１１２）に囲まれる半導体素子２３はその影響を受けない。そのため、図２などで示すように２個の半導体素子２３を一つの環状溝１２でまとめて囲む場合に比べて、２個の半導体素子２３が共にグリス抜けに至る現象が生じ難い。
【００２８】
また、図５（Ｂ）に示す冷却器２１０のように、２個の半導体素子２３をまとめて囲む環状溝を多重に構成してもよい。この図の例では、筐体２１１の筐体表面２１１ａに、環状溝２１２、２１３、２１４を三重に形成する（グレーに着色した部分）。環状溝は、筐体表面２１１ａに形成可能な範囲で、二重でも四重以上でもよい。環状溝２１４は、前述した環状溝１２と同様に、グリス塗布範囲（クロスハッチングの範囲）の最外周を含めたその内側近傍に形成され、その内側にその他の環状溝２１２、２１３が形成される。つまり、環状溝２１２、２１３、２１４は、いずれもグリス塗布範囲の内側に形成される。これにより、グリスストッパとして機能する環状溝２１２、２１３、２１４が多重に存在するので、図２などで示すように環状溝１２が一重の場合に比べて「グリス抜け」がさらに抑制される。
【００２９】
なお、図５（Ｂ）の構成例では、グリス塗布範囲（クロスハッチングの範囲）を一番外側に位置する環状溝２１４の外側の溝壁２１４ａまで拡張したが、例えば、一番内側に位置する環状溝２１２の外側の溝壁２１２ａがグリス塗布範囲の最外周に重なるように構成してもよい。この場合、環状溝２１３、２１４は、いずれもグリス塗布範囲よりも外側に位置することになるが、これらの環状溝２１３、２１４がグリス塗布範囲の外側近傍に位置することで、抜け出たグリスがこれらの溝内に溜まり得るため、次善のグリスストッパとしてこれらの環状溝２１３、２１４が機能する。
【００３０】
なお、環状溝１２、１１２、１１３は、図６（Ａ）に示すように、パワーカード２０を構成する樹脂パッケージ２１のパッケージ表面２１ａに形成してもよい（グレーに着色した部分）。この場合も、冷却器１０に環状溝１２を形成した場合と同様に、環状溝２２は、グリス塗布範囲（クロスハッチングの範囲）の最外周を含めたその内側近傍に形成される。そのため、環状溝２２の外側の溝壁２２ａは、グリス塗布範囲の最外周に重なるように位置する。これにより、冷却器１０に代えて（又は冷却器１０に加えて）、パワーカード２０にも環状溝２２が形成されるため、パワーカード２０と絶縁板３０の間における「グリス抜け」を抑制する。
【００３１】
また、図６（Ｂ）に示すように、パワーカード１２０では、樹脂パッケージ１２１の長手方向（Ｙ軸方向）に並ぶ２個の半導体素子２３の夫々について、周囲を囲むように樹脂パッケージ１２１のパッケージ表面１２１ａに環状溝１２２、１２３を形成する（グレーに着色した部分）。環状溝１２２、１２３も、図６（Ａ）の環状溝２２と同様に、グリス塗布範囲（クロスハッチングの範囲）の最外周を含めたその内側近傍に形成される。そのため、環状溝１２２、１２３の外側の溝壁１２２ａ、１２３ａは、グリス塗布範囲の最外周に重なるように位置する。これにより、個々の半導体素子２３に対して環状溝１２２、１２３が形成されるため、例えば、一方の環状溝１２２（又は環状溝１２３）からグリス９が漏れ出る場合があっても、他方の環状溝１２３（又は環状溝１２２）に囲まれる半導体素子２３はその影響を受けない。そのため、図６（Ａ）などで示すように２個の半導体素子２３を一つの環状溝２２でまとめて囲む場合に比べて、２個の半導体素子２３が共にグリス抜けに至る現象が生じ難い。
【００３２】
以上説明したように実施例の積層ユニット２は、グリス９が塗布される冷却器１０（１１０、２１０）の筐体表面１１ａ（１１１ａ、２１１ａ）に、積層方向（Ｘ軸方向）から見て、パワーカード２０に収容された半導体素子２３の外周を囲む環状溝１２（１１２、１１３、２１２、２１３、２１４）が形成されている。そして、これらの環状溝１２などが囲む内側にグリス９が塗布されているとともに、環状溝１２などの中（環状溝内）にもグリス９が充填されている。また、環状溝２２（１２２）は、パワーカード２０（１２０）のパッケージ表面２１ａ（１２１ａ）に形成される場合もある。冷却器１０とパワーカード２０の両方に環状溝１２などが形成されていることもある。
【００３３】
これにより、溝形成範囲のグリス９の厚さは、環状溝１２などが形成されていない範囲に比べて厚くなる。そのため、溝形成範囲においては、グリス９の移動に抗するせん断抵抗力τ（＝μＵ／（ｈａ＋ｈｂ））が小さくなり、グリス９が半導体素子２３の方向（内側）に戻り易くなる。したがって、パワーカード２０の半導体素子２３の発熱によりグリス９が半導体素子２３の外側に押し出されても、グリス９が内側に戻り易い。つまり、環状溝１２がグリスストッパとして機能するので、グリス９が外側に押し出されて内側に戻らない「グリス抜け」を抑制する。
【００３４】
上記の実施例では、本明細書が開示する技術として、冷却器１０とパワーカード２０を交互に積層している積層ユニット２の例を挙げて説明したが、パワーカード２０の一方の面に冷却器１０が接し、他方の面には冷却器１０が接しない構成、つまりパワーカード２０の片面のみを冷却する構成においても、上述の環状溝１２、１１２、１１３、２１２、２１３、２１４を冷却器１０の筐体表面１１ａ、１１１ａ、２１１ａに形成してもよい。また同様の構成において、パワーカード２０のパッケージ表面２１ａ、１２１ａに環状溝２２、１２２、１２３を形成してもよい。
【００３５】
実施例技術に関する留意点を述べる。積層ユニット２が半導体装置の一例に相当する。冷却器１０、１１０、２１０が冷却部材の一例に相当する。筐体表面１１ａ、１１１ａ、２１１ａが「冷却部材の表面」の一例に相当する。パッケージ表面２１ａ、１２１ａが「パワーカードの表面」の一例に相当する。
【００３６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３７】
２：積層ユニット（半導体装置）
６：ケース
７：板バネ
９：グリス
１０、１１０、２１０：冷却器
１１、９１、１１１、２１１：筐体
１１ａ、１１１ａ、２１１ａ：筐体表面
１２、２２、１１２、１１３、１２２、１２３、２１２、２１３、２１４：環状溝
１５：フィン
２０、１２０：パワーカード
２１、１２１：樹脂パッケージ
２１ａ、１２１ａ：パッケージ表面
２３：半導体
２６、２７、２８：電極端子
２９：制御端子
３０：絶縁板
９１ａ：冷却表面
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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