(57)【要約】【課題】本明細書は、ブリードアウト等によるグリス抜けを抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子を封止している筐体１３とその筐体の表面１３ａに露出している放熱板１６を有しているパワーカード１０と、筐体の表面１３ａとグリスを挟んで積層されている冷却部材６を備えている。筐体の表面１３ａと冷却部材６の互いに対向する面の一方には、積層方向からみたときに放熱板１６と冷却部材６が重なる放熱板重畳領域の一方の縁１６ａから他方の縁１６ｂまで伸びている突条群４１が設けられている。さらに、互いに対向する面の一方には、放熱板重畳領域より外側の領域と筐体１３と冷却部材６が重なる領域で共通する筐体重畳領域に溝が設けられている。その溝は、一方の縁１６ａと他方の縁１６ｂ夫々に沿って伸びている溝４３、溝４４である。溝４３と溝４４は積層方向から見たときに筐体重畳領域内で閉じている。【選択図】図５
2016066659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を封止している筐体と前記筐体の表面に露出している放熱板を有しているパワーカードと、
前記放熱板と対向するように前記筐体とグリスを挟んで積層されている冷却部材と、
を備えており、
前記筐体と前記冷却部材の互いに対向する面の少なくとも一方に、積層方向からみたときに前記放熱板と前記冷却部材が重なる放熱板重畳領域の一方の縁から他方の縁まで伸びている突条群が設けられており、
前記互いに対向する面の少なくとも一方に、前記積層方向からみたときに前記放熱板重畳領域より外側の領域と、前記筐体と前記冷却部材が重なる領域と、で共通する筐体重畳領域に設けられている溝であって、前記一方の縁に沿って伸びている第１溝及び前記他方の縁に沿って伸びている前記第２溝が設けられており、
前記第１溝と前記第２溝は前記積層方向から見たときに前記筐体重畳領域内で閉じていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１溝は前記一方の縁の一端から他端まで伸びており、前記第２溝は前記他方の縁の一端から他端まで伸びている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】
前記突条群が前記放熱板の表面に残っている研磨痕であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記筐体の表面に２枚の放熱板が露出しており、
前記突条群は、前記２枚の放熱板の並び方向に沿って伸びており、
前記２枚の放熱板に共通する前記第１溝又は前記第２溝が、前記２枚の放熱板の間に位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は発熱する。半導体素子からの熱を冷却するために冷却部材を備える半導体装置がある。このタイプの半導体装置の例が特許文献１、２に開示されている。特許文献１の半導体装置では、半導体素子を封止したパワーカードに放熱板が露出しており、放熱板と冷却部材がグリスを挟んで対向している。その放熱板に複数の溝が設けられている。複数の溝は、放熱板の一端から他端まで伸びており、各溝の端は放熱板の外の空間へ開いている。そして、放熱板または冷却部材のどちらか一方に放熱板と冷却部材との間へのグリス注入用孔が設けられている。注入されたグリスは溝に沿って拡がり、放熱板と冷却部材の間の全体にグリスがいきわたる。
【０００３】
特許文献２の半導体装置では、パワーカードの冷却部材と対向する面に放熱板が露出しているとともに放熱板に近接する位置にグリス押し出し用の溝が設けられている。この溝は、パワーカードの側端まで達しており、パワーカードの外の空間へ開いている。半導体装置を組み付ける際に、過剰となるグリスがこの溝から半導体装置の外側に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０１２５９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された半導体装置の溝は、装置製造時にグリスを放熱板と冷却部材の間に拡げるのに好都合である。また、特許文献２に開示された半導体装置の溝は、装置製造時に過剰となるグリスを半導体装置の外側に排出するのに好都合である。一方、放熱板と冷却部材の間にグリスを挟んだ半導体装置では、その半導体装置が作動と停止を繰り返しているうちに、ブリードアウトやポンピングと呼ばれる現象によりグリスが放熱板と冷却部材の間から流出する場合がある。ブリードアウトやポンピングの詳細については実施例にて説明する。特許文献１、２の半導体装置では、放熱板から流出したグリスはパワーカードの外へと開口している溝からその外へと流出し易くなる。本明細書は、ブリードアウトやポンピングによるグリスの流出を低減する技術を提供する。なお、一般に、パワーカードと冷却部材の間からグリスが流出することを「グリスが抜ける」と表現することがある。本明細書でもそのような表現を用いる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明者らは、グリス抜けの現象を子細に観察した結果、グリスが抜ける方向に特徴があることに気が付いた。放熱板は、平面度を高めるために研磨される。発明者らは、研磨によって生じる研磨痕に沿ってグリスが移動していることに気が付いた。研磨痕は、研磨加工に伴って生成される突条群である。研磨痕は、ツールマークとも呼ばれている。そのような微細な突条群がグリスの移動方向を規制する。
【０００７】
別言すれば、研磨痕を横切るように移動するグリスは少ない。この現象を利用し、研磨痕の延伸方向のグリスの移動を抑制できれば、グリス抜けを抑制することができる。そこで、本明細書が開示する技術では、研磨痕の延伸方向の両端にグリスを溜める溝を配置する。グリスは、研磨痕によってそれらを横切る方向への移動が規制されるとともに、研磨痕の延伸方向ではその両端に配置されたグリス溜まりの溝によって移動が規制される。こうして、グリス抜けが抑制される。もちろん、研磨痕と同等の突条群を設けるとともに、突条群の延伸方向の両端にグリス溜まりの溝を配置することでも同等の効果が得られる。また、研磨痕と同等の突条群とグリス溜まりの溝を放熱板に設ける代わりに冷却部材に設けても同様の効果が得られる。突条群と溝を放熱板と冷却部材の双方に設けてもよい。
【０００８】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子を封止している筐体とその筐体の表面に露出している放熱板を有しているパワーカードと、前記放熱板と対向するように筐体とグリスを挟んで積層されている冷却部材を備えている。筐体と冷却部材の互いに対向する面の少なくとも一方には、積層方向からみたときに放熱板と冷却部材が重なる放熱板重畳領域の一方の縁から他方の縁まで伸びている突条群が設けられている。さらに、互いに対向する面の少なくとも一方には、積層方向からみたときに、放熱板重畳領域より外側の領域と、筐体と冷却部材が重なる領域と、で共通する筐体重畳領域に溝が設けられている。その溝は、一方の縁に沿って伸びている第１溝と、他方の縁に沿って伸びている第２溝である。第１溝と第２溝は積層方向から見たときに筐体重畳領域内で閉じている。これらの構成を有する半導体装置は、上記した理由によりグリス抜けを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書が開示する技術によれば、放熱板と冷却部材の間にグリスが塗布された半導体装置において、経時的なグリス抜けを抑制することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例の半導体装置の斜視図である。
【図２】パワーカードを裏面からみた斜視図である。
【図３】図１の座標系におけるＸＹ平面でカットした半導体装置の断面図である。
【図４】図１の座標系におけるＸＺ平面でカットした半導体装置の断面図である。
【図５】パワーカードの正面図である。
【図６】放熱板の図５のVI−VI線における部分断面図である。
【図７】図３の破線領域VIIにおける拡大図である。
【図８】パワーカードの裏面図である。
【図９】第２実施例の半導体装置におけるパワーカードの正面図である。
【図１０】放熱板重畳領域及び筐体重畳領域を説明するためのパワーカードの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の半導体装置を説明する。図１は、第１実施例の半導体装置２の斜視図である。半導体装置２は、複数のパワーカード１０と複数の冷却器３が積層されたユニットである。なお、図１では、一つのパワーカードだけに符号１０を付し、他のパワーカードには符号を省略している。同様に一つの冷却器だけに符号３を付し、他の冷却器には符号を省略している。また、半導体装置２の全体が見えるように、半導体装置２を収容するケース３１は仮想線で描いてある。なお、パワーカード１０と絶縁板６ａ、６ｂの間、及び、絶縁板６ａ、６ｂと冷却器３の間にはグリスが塗布されているが、図１と、後述する図２ではグリスの図示は省略している。また、各々のパワーカード１０の両側に絶縁板が隣接しているが、それらへの符号は省略している。絶縁板６ａ、６ｂの一方を区別なく表すときに絶縁板６と表記する。
【００１２】
一つのパワーカード１０には４個の半導体素子が収容されている。４個の半導体素子は、具体的には、２個のトランジスタＴａ、Ｔｂと、２個のダイオードＤａ、Ｄｂである。パワーカード１０の内部構造は後に詳しく説明する。冷却器３を通る冷媒により、半導体素子が冷却される。冷媒は液体であり、典型的には水である。
【００１３】
パワーカード１０と冷却器３は、共に平板型であり、複数の側面のうち最大面積の平坦面が対向するように積層されている。パワーカード１０と冷却器３は交互に積層されており、ユニットの積層方向の両端には冷却器が位置している。パワーカード１０と冷却器３の間には絶縁板６が挟まれている。各パワーカード１０は、積層方向の両面の夫々に、絶縁板６を挟んで冷却器３が対向している。
【００１４】
複数の冷却器３は、連結パイプ５ａ、５ｂで連結されている。積層方向の一端の冷却器３には、冷媒供給管４ａと冷媒排出管４ｂが連結されている。冷媒供給管４ａを通じて供給される冷媒は、連結パイプ５ａを通じて全ての冷却器３に分配される。冷媒は各冷却器３を通る間に隣接するパワーカード１０から熱を吸収する。各冷却器３を通った冷媒は連結パイプ５ｂを通り、冷媒排出管４ｂから排出される。
【００１５】
半導体装置２はケース３１に収容される際、積層方向の一端側に板バネ３２が挿入される。その板バネ３２により、パワーカード１０と絶縁板６と冷却器３の積層ユニットには、積層方向の両側から加圧される。圧力の総計は、例えば３［ｋＮ］である。後述するように絶縁板６とパワーカード１０の間にはグリスが塗布されるが、総計３［ｋＮ］という高い圧力は、グリスの層を薄く引き延ばし、パワーカード１０から冷却器３への伝熱効率を高める。パワーカード１０は、直接的には絶縁板６に熱を奪われる。それゆえ、絶縁板６は、冷却部材に相当する。半導体装置２は、半導体素子（２個のトランジスタＴａ、Ｔｂと２個のダイオードＤａ、Ｄｂ）を収容したパワーカード１０にグリスを挟んで絶縁板６（冷却部材）が接しているとともに、パワーカード１０と絶縁板６が密着するようにそれらの積層方向に圧力が加えられているデバイスである。
【００１６】
パワーカード１０を説明する。４個の半導体素子（トランジスタＴａ、Ｔｂ、ダイオードＤａ、Ｄｂ）は、樹脂製の筐体１３に封止されている。筐体１３は、射出成形により半導体素子を封止する。絶縁板６ａと対向する筐体１３の側面１３ａには、放熱板１６、１８が露出している。放熱板１６、１８にはグリスを挟んで絶縁板６ａが接しており、その絶縁板６ａにはグリスを挟んで冷却器３が接している。説明の便宜上、筐体１３の側面１３ａが位置する側をパワーカード１０の正面と称する。パワーカード１０を裏面（Ｘ軸の負方向）から見た図を図２に示す。裏面において別の絶縁板６ｂと対向する筐体１３の側面１３ｂには、別の放熱板１７が露出している。放熱板１７にはグリスを挟んで別の絶縁板６ｂが接しており、その絶縁板６ｂにはグリスを挟んで別の冷却器３が接している。パワーカード１０の上面（図中Ｚ軸の正方向を向く面）からは３本の電極端子７ａ、７ｂ、７ｃが伸びており、下面（図中Ｚ軸方向の負方向を向く面）からは制御端子２９が伸びている。また、図１に示すように、パワーカード１０の正面には、３本の溝４３、４４、４５が設けられている。図２に示すように、パワーカード１０の裏面にも、２本の溝５２、５３が設けられている。溝４３、４４、４５、５２、５３の夫々には、グリスが満たされている。溝４３、４４、４５、５２、５３の詳細については後述する。なお、筐体１３の「側面１３ａ」との表現には、特に断りが無い限り、筐体１３の側面１３ａで露出している放熱板１６、１８の面が含まれる。筐体１３の側面１３ｂについても同様に、「側面１３ｂ」との表現には、特に断りが無い限り、筐体１３の側面１３ｂで露出している放熱板１７の面が含まれる。
【００１７】
ここからは、図１、図２とともに図３と図４を参照してパワーカード１０の内部構造を説明する。図３は、図１のパワーカード１０を図中の座標系のＸＹ面に平行な平面であってトランジスタＴａとＴｂを横切る平面でカットした断面図である。図４は、図１のパワーカード１０を図中の座標系のＸＺ面に平行な平面でカットした断面図であってトランジスタＴａとダイオードＤａを横切る平面でカットした断面図である。別言すれば、図４は図３のIV−IV線に沿った断面図であり、図３は図４のIII−III線に沿った断面図である。
【００１８】
パワーカード１０に封止される４個の半導体素子（トランジスタＴａ、Ｔｂ、ダイオードＤａ、Ｄｂ）はいずれも平坦なチップである。その平坦面はパワーカード１０の正面側に位置する筐体１３の側面１３ａと平行になるように配置されている。なお、パワーカード１０の裏面側に位置する筐体１３の側面１３ｂは側面１３ａと平行である。半導体素子の平坦面は側面１３ｂとも平行である。
【００１９】
トランジスタＴａ、ＴｂはＩＧＢＴである。トランジスタＴａ、Ｔｂはコレクタ電極、エミッタ電極、ゲート電極を有している。トランジスタＴａ（Ｔｂ）のチップの一方の平坦面にはコレクタ電極が露出しており、他方の平坦面にはエミッタ電極が露出している。トランジスタＴａ（Ｔｂ）のゲート電極は、チップの一方の平坦面の端に設けられている。トランジスタＴａの一方の平坦面の電極はハンダ１５により放熱板１６の裏面に接合している。放熱板１６のおもて面は、筐体１３の側面１３ａに露出している。なお、放熱板において、筐体１３から露出している側の面を「おもて面」と称し、反対側の面を「裏面」と称する。一方、トランジスタＴａの他方の平坦面の電極は、ハンダ１５と導電部材（スペーサ１４）を介して放熱板１７の裏面に接合している。放熱板１７のおもて面は、筐体１３の側面１３ｂに露出している。トランジスタＴａの他方の平坦面の端にはゲート電極が位置しており、そのゲート電極はワイヤを介して制御端子２９に接続されている。図４では、ワイヤは破線で描いてある。トランジスタＴｂも同様の構成を有しており、トランジスタＴｂのコレクタ電極、エミッタ電極は夫々放熱板１８、１７に接続されている。トランジスタＴｂのゲート電極もトランジスタＴａと同様に制御端子２９に接続されている。
【００２０】
図４によく示されているように、放熱板１６は、電極端子７ａの一部である。筐体内部で放熱板１６の側縁から延設部が伸びており、その延設部は筐体１３の内部を通り、筐体１３の上面（図中の座標系のＺ軸正方向を向く面）から外部へ伸びている。即ち、トランジスタＴａの電極を外部の他のデバイスと接続するための電極端子７ａにおいて、筐体１３の側面１３ａに露出している部位が放熱板１６に相当する。電極端子７ａはトランジスタＴａの電極と接しているので、トランジスタＴａの内部の熱を伝えやすい。その電極端子７ａの一部が放熱板１６として筐体１３から露出しているので、放熱板１６にはトランジスタＴａの内部の熱がよく伝わる。一方、冷却器３はアルミニウム（導電性の金属）で作られているので、放熱板１６と絶縁する必要がある。それゆえ、半導体装置２は、冷却器３と放熱板１６（パワーカード１０）との間に絶縁板６ａを挟んでいる。絶縁板６ａは、薄くて絶縁性が高く、伝熱性も良いセラミックスで作られている。放熱板１６（電極端子７ａ）は、導電性と伝熱性に優れた銅で作られている。スペーサ１４も、導電性と伝熱性に優れた銅で作られている。後述する放熱板１７、１８も同様に銅で作られている。
【００２１】
ダイオードＤａ、Ｄｂも平坦なチップであり、一方の平坦面にアノード電極が露出しており、他方の平坦面にカソード電極が露出している。ダイオードＤａの一方の平坦面に露出している電極は、トランジスタＴａと同様に、ハンダ１５を介して放熱板１６の裏面に接続している。ダイオードＤａの他方の平坦面に露出している電極も、トランジスタＴａと同様に、ハンダ１５とスペーサ１４を介して放熱板１７の裏面に接続している。即ち、トランジスタＴａとダイオードＤａは、放熱板１６（即ち電極端子７ａ）と放熱板１７の間で並列（逆並列）に接続されている。放熱板１７も、放熱板１６と同様に電極端子７ｃの一部である。
【００２２】
トランジスタＴｂとダイオードＤｂの組も、トランジスタＴａとダイオードＤａの組と同様の構造を有している。トランジスタＴｂとダイオードＤｂの一方の面の電極はハンダ１５を介して放熱板１８の裏面に接続されており、他方の面の電極はハンダ１５とスペーサ１４を介して放熱板１７の裏面に接続している。トランジスタＴｂとダイオードＤｂも、筐体１３の内部で並列（逆並列）に接続されている。放熱板１８も、放熱板１６と同様に、電極端子７ｂの一部である。
【００２３】
図３に示すように、筺体１３の側面１３ａには溝４３、４４、４５が設けられている。溝４３、４４は放熱板１６を挟んでその両側に設けられている。溝４４、４５は放熱板１８を挟んでその両側に設けられている。そして、溝４４は放熱板１６と放熱板１８の間に位置している。また、側面１３ａとは反対側の側面１３ｂには溝５２、５３が設けられている。溝５２、５３は放熱板１７を挟んでその両側に位置している。
【００２４】
図３、及び、図４によく示されているように、パワーカード１０の正面側において筐体１３の側面１３ａと絶縁板６ａの間にはグリス９が塗布されている。同時に、パワーカード１０の裏面側において筐体１３の側面１３ｂと絶縁板６ｂの間にもグリス９が塗布されている。溝４３、４４、４５、５２、５３の夫々はグリスで満たされる。絶縁板６ａ、６ｂと冷却器３の間の夫々にもグリス９が塗布されている。
【００２５】
パワーカード１０の正面について、図５を参照して説明する。図５に、パワーカード１０の正面図を示す。図５は、パワーカード１０をＸ軸の正方向から見た図である。トランジスタＴａ、Ｔｂ及びダイオードＤａ、Ｄｂは破線で描かれている。図５では、絶縁板６ａが仮想線で描かれている。また、図５では、グリスが塗布されている領域が二点鎖線Ｇで描かれている。後述する図９、図１０についても、絶縁板６ａは仮想線で描かれ、グリスが塗布されている領域は二点鎖線領域Ｇで描かれる。
【００２６】
図５に示すように、筐体１３の側面１３ａには、２枚の放熱板１６、１８が露出している。２枚の放熱板１６、１８はＹ軸方向に沿って並んでいる。放熱板１６のおもて面（筐体１３の側面１３ａに露出している側の面）には、突条群４１が設けられている。突条群４１は複数の筋状の突条の集合である。複数の突条は平行に伸びている。放熱板１６から絶縁板６への伝熱効率を高めるにはそれらの間のグリスの厚みは薄い方がよい。放熱板１６と絶縁板６の間の間隔を小さく保つために、放熱板１６のおもて面はできるだけ平坦になるように研磨される。突条群４１は、放熱板１６を研磨した際に不可避的に生じる研磨痕（ツールマーク）である。以下では、複数の突条（突条群）を集合的に表すときには突条群４１と称し、個々の突条を表すときには突条４１ａと称する。突条群４１は、平行にＹ軸方向に沿って伸びている。突条群４１は、放熱板１６のＹ軸方向における一方の縁１６ａから他方の縁１６ｂまで伸びている。別言すれば、突条群４１は放熱板１６、１８の並び方向に沿って伸びている。
【００２７】
突条群４１の形状について説明する。図６は、図５のVI−VI線における放熱板１６の部分断面図である。突条群４１は、放熱板１６のおもて面から、その直交する方向に突出している。突条群４１の各突条４１ａの高さを符号Ｈ１で示す。図中では１つの突条に符号Ｈ１を付しているが、他の突条についてもその高さはＨ１である。即ち、符号Ｈ１は突条群４１の平均高さに相当する。また、隣接して平行に伸びる突条４１ａの間隔を符号Ｗ１で示す。図中では１つの間隔に符号Ｗ１を付しているが、他の突条の間隔についてもその長さはＷ１である。即ち、符号Ｗ１は突条群４１の平均間隔に相当する。隣接する突条４１ａの間隔Ｗ１は、突条４１ａの高さＨ１よりも大きい。突条（研磨痕）の高さH１は、概ね十ミクロン未満である。隣接する突条４１ａの間隔Ｗ１は、概ね、５００から７００ミクロンである。
【００２８】
図５に戻り説明を続ける。筐体１３の側面１３ａには、溝４３、４４が設けられている。溝４３、４４は、放熱板１６の周囲に位置する側面１３ａの樹脂部分に配置されている。溝４３は、放熱板１６の一方の縁１６ａに沿ってＺ軸方向に伸びている。溝４３は、その縁１６ａの一端から他端まで伸びている。即ち、溝４３のＺ軸方向の長さＬ１は、放熱板１６のＺ軸方向の長さと等しい。溝４４は、放熱板１６の他方の縁１６ｂに沿ってＺ軸方向に沿って伸びている。溝４４は、その縁１６ｂの一端から他端まで伸びている。溝４４のＺ軸方向の長さは、溝４３の長さＬ１と同じである。溝４３は突条群４１の延伸方向（Ｙ軸方向）における一方の端部の先に位置しており、溝４４は突条群４１の延伸方向における他方の端部の先に位置している。つまり、突条群４１は、溝４３から溝４４に向かって伸びている。また、図５に示すように、積層方向から見たときに溝４３、４４は筐体１３の放熱板１６，１８を除く側面１３ａの中で閉じている。即ち、溝４３、４４は筐体１３の外周面（積層方向と平行な筐体１３の側面）のどこからも開口していない。
【００２９】
溝４３の形状について説明する。図７は、図３の破線領域VIIの拡大図である。溝４３の延伸方向（Ｚ軸方向）における断面形状は矩形である。図７に示すように、溝４３の底面と絶縁板６ａの間隔Ｄ２は、放熱板１６と絶縁板６ａの間隔Ｄ１より大きくなる。よって、絶縁板６ａと筐体１３の側面１３ａの間に挟まれるグリス９の厚みは溝４３の位置で厚くなる。また、溝４３は筐体１３の外周面のどこからも開口していない。そのため、溝４３に入り込んだグリスは溝４３内に溜まる。従って、溝４３の位置にグリス溜まりが成形される。本明細書では、薄く拡がるグリスの層において、その厚みで他の箇所よりも厚くなる部位であって、グリスが溜まっている箇所をグリス溜まりと称する。溝４４、４５及び側面１３ｂの溝５２、５３も、溝４３と同じ形状をしている。溝４４、４５、５２、５３の位置にもグリス溜まりが成形される。なお、放熱板１６と絶縁板６ａの間隔Ｄ１、即ちグリスの厚みは、概ね３０〜５０ミクロン程度である。また、溝４３の底面と絶縁板６ａの間隔Ｄ２は、概ね１００ミクロン程度である。
【００３０】
放熱板１８のおもて面（筐体１３の側面１３ａに露出している面）にも、突条群４１と同様の突条群４２が設けられている。突条群４２も、放熱板１８のおもて面を研磨した際に残る研磨痕（ツールマーク）である。突条群４２は、放熱板１８のＹ軸方向における一方の縁１８ａから他方の縁１８ｂまで伸びている。また、放熱板１８の他方の縁１８ｂに沿うように、溝４３、４４と同様の溝４５も設けられている。溝４５は、縁１８ｂの一端から他端まで伸びている。溝４５のＺ軸方向の長さも溝４３のＺ軸方向の長さＬ１と同じである。溝４５も、溝４３、４４と同様に筐体１３の放熱板１６、１８を除く側面１３ａの中で閉じている。ここで、溝４４は、放熱板１８の一方の縁１８ａに沿っても伸びている。即ち、溝４４は、２枚の放熱板１６、１８の間に位置している。
【００３１】
パワーカード１０の裏面について説明する。図８にパワーカード１０の裏面図を示す。図８は、パワーカード１０をＸ軸の負方向から見た図である。図８についても、絶縁板６ｂは仮想線で描かれ、グリスが塗布されている領域は二点鎖線領域Ｇで描かれる。パワーカード１０の裏面には、筐体１３の側面１３ｂが位置している。側面１３ｂからは放熱板１７が露出している。放熱板１７のおもて面（筐体１３の側面１３ｂに露出している面）にも、突条群４１と同様の突条群５１が設けられている。突条群５１も、放熱板１７のおもて面を研磨した際に残る研磨痕（ツールマーク）である。突条群５１は、放熱板１７のＹ軸方向における一方の縁１７ａから他方の縁１７ｂまで伸びている。また、側面１３ｂには、溝４３、４４と同様の溝５２、５３が設けられている。溝５２、５３は、放熱板１７の周囲に位置する側面１３ｂの樹脂部分に配置されている。溝５２は、放熱板１７の一方の縁１７ａに沿ってＺ軸方向に伸びている。溝５２は、その縁１７ａの一端から他端まで伸びている。溝５２のＺ軸方向における長さＬ２は、放熱板１７のＺ軸方向における長さと同じである。溝５３は、放熱板１７の他方の縁１７ｂに沿ってＺ軸方向に沿って伸びている。溝５３のＺ軸方向における長さは、溝５２の長さＬ２と同じである。溝５３は、その縁１７ｂの一端から他端まで伸びている。溝５２は突条群５１の延伸方向における一方の端部の先に位置しており、溝５３は突条群５１の延伸方向における他方の端部の先に位置している。そして、溝５２、５３は、放熱板１７を除く側面１３ｂの中で閉じている。
【００３２】
突条群４１と溝４３、４４、４５、５２、５３の機能について説明する。半導体装置２では、グリスの層が薄いほどパワーカードに対する冷却能力が高まる。上述したように、半導体装置２では、パワーカード１０と絶縁板６と冷却器３の積層ユニットに板ばね３２により積層方向に圧力が加えられ、グリス９の層が薄く延ばされる。グリスの厚みは２０〜４０ミクロン程度であることが好ましい。グリスの厚みが数十ミクロンオーダになると、半導体素子の発熱と冷却の繰り返し（熱サイクル）で生じるポンピングやブリードアウトと呼ばれる現象によりグリスが流出する虞がある。
【００３３】
ポンピングとは、パワーカードの熱変形により、パワーカードと冷却部材の間の隙間幅が局所的に狭まったり元に戻ったりする現象である。隙間幅が狭まるとグリスがパワーカードと冷却部材に圧縮され、グリスは放熱板の周囲へと拡がる。隙間幅が元に戻る際にグリスは隙間に吸い込まれる。ここで、隙間幅が元に戻る際に放熱板の外まで拡がったグリスの一部が放熱板の外に流出したままの状態になる場合がある。グリスの一部が放熱板の外に流出したままの状態になると、流出したグリスの一部が千切れることにより生じた隙間に空気が入り込む。空気はグリスよりも熱伝導率が低い。隙間に空気が入り込むことにより放熱板と冷却部材の間の熱抵抗が上昇する。また、ブリードアウトは、グリス自体の熱膨張収縮によりパワーカードと冷却部材の隙間からグリスが抜ける現象である。グリスが膨張すると、グリスは放熱板の周囲へと拡がる。膨張した際に放熱板の外まで拡がったグリスの一部が放熱板の外に流出したままの状態になる場合がある。これにより、ポンピングと同様に、流出したグリスの一部が千切れることにより生じた隙間に空気が入り込み、放熱板と冷却部材の間の熱抵抗が上昇する。
【００３４】
上述した半導体装置２では、放熱板１６のおもて面には、平行に伸びる突条群４１が設けられている。そして、突条群４１の延伸方向の両端の先には、溝４３、４４が設けられている。ポンピングやブリードアウトによって放熱板１６の上のグリスは移動しようとするが、グリスは、突条群４１に誘導され、突条群４１を横切る方向（Ｚ軸方向）には余り移動しない。一方、溝４３、４４により突条群４１の延伸方向（Ｙ軸方向）の両端の先、即ち、放熱板１６のＹ軸方向における縁１６ａ、１６ｂに沿ってグリス溜まりが位置している。放熱板１６上のグリスは、縁１６ａの側に位置するグリス溜まりと縁１６ｂの側に位置するグリス溜まりに挟まれ、突条群４１の延伸方向に沿っても余り移動しない。従って、放熱板１６上のグリスが抜けることが抑制される。なお、溝４３、４４は、樹脂製の筐体の側面１３ａの中で閉じている。それゆえ、溝の上部開口以外からグリスが流出することはない。放熱板１７、１８上のグリスについても同様の効果が得られる。
【００３５】
また、溝４３、４４、４５により筐体１３の側面１３ａと絶縁板６の間のグリスの量を増やすことができる。突条群４１と溝４３、４４、４５を備えていてもいくらかのグリスは放熱板上から流出する。しかし、溝４３、４４、４５に溜まるグリスは、ポンピングにおける冷却の際に吸い込まれるグリスに伴って放熱板１６、１８に供給されることが期待される。溝５２、５３に溜まるグリスにも同様の効果が期待される。
【００３６】
また、突条群４１は、放熱板１６のおもて面から絶縁板６に向かって突出している。従って、突条群４１は放熱板１６と絶縁板６ａの間隔を小さくする方向に働く。従って、突条群を採用することで、熱抵抗を小さくしつつグリス抜けを抑制することができる。突条群４２、５１についても同様の効果が得られる。
【００３７】
また、溝４３は、筐体１３の側面１３ａにおける樹脂部分に設けられている。そのため、溝４３を設けても、放熱板１６と絶縁板６ａの間は狭い間隔を維持できる。従って、放熱板１６と絶縁板６の間の熱抵抗に影響を与えること無く、グリス溜まりを成形することができる。溝４４、４５、５２、５３についても同様の効果が得られる。
【００３８】
なお、積層方向からみたときに放熱板の全周を囲むようにグリス溜まりを成形するための溝を設けても、グリス抜けを抑制する効果が期待される。しかし、広い範囲で溝を設けるとパワーカードの強度が低下する。特に、半導体装置２では板バネ３２により積層方向に圧力が加えられている。そのため、パワーカードには一定以上の強度が必要である。上述の構成によれば、溝４３は、筐体１３の側面１３ａの限られた範囲（放熱板１６のＹ軸方向における縁に沿う範囲）に設けられている。溝を設ける箇所を限られた範囲に抑えることでパワーカード１０の強度が低下することを抑えつつ、グリス抜けを抑制することができる。溝４４、４５、５２、５３についても同様の効果が得られる。
【００３９】
さらに、半導体装置２は以下の特徴も備えている。溝４３は一方の縁１６ａの一端から他端まで伸びており、溝４４は他方の縁１６ｂの一端から他端まで伸びている。このような構成によれば、突条群４１の延伸方向に沿って移動しようとするグリスを突条群４１の突条４１ａが並んだ幅よりも長いグリス溜まりで押さえることができる。よって、より効果的にグリス抜けを抑制することができる。
【００４０】
また、放熱板１６の突条群４１と放熱板１８の突条群４２は、放熱板１６、１８の並び方向に沿って伸びており、放熱板１６と放熱板１８の間に溝４４が位置している。このような構成によれば、溝４４には、放熱板１６上のグリスと放熱板１８上のグリスが、突条群４１、４２の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って、互いに反対方向から移動しようとする。放熱板１６上のグリスと放熱板１８上のグリスが移動しようとする力は溝４４に位置するグリス溜まりで打ち消し合う。よって、より確実に放熱板上のグリス抜けを抑制することができる。別言すれば、溝４４は、放熱板１６と放熱板１８に共通するグリス抜け防止の溝である。
【００４１】
また、突条群４１は放熱板１６のおもて面に残っている研磨痕（ツールマーク）である。上述したように研磨痕は放熱板１６を研磨した際に不可避的に生じる痕である。このような構成によれば、突条群を加工するための加工工程を別途追加することなく、簡易に突条群を設けることができる。突条群４１、５１についても同様である。
【００４２】
（第２実施例）図９を参照して第２実施例の半導体装置について説明する。第２実施例の半導体装置は、放熱板以外の構成は、上述の第１実施例と同じである。以下、第２実施例の放熱板について説明する。図９は、第２実施例のパワーカード１１０の正面図を示す。パワーカード１１０の筺体１１３の側面１１３ａから２枚の放熱板１１６、１１８が露出している。放熱板１１６のおもて面には、複数の平行に伸びる湾曲した突条群１４１が残っている。突条群１４１も、研磨の際に不可避的に残ってしまう研磨痕（ツールマーク）である。なお、個々の突条を表すときには突条１４１ａと称する。放熱板を研磨する研磨機は通常、研磨粉が塗布された回転円板を有する。そのため、ツールマーク（突条群１４１）は、図９に示すように湾曲する。湾曲した突条群１４１のほとんどは放熱板１１６の一方の縁１１６ａから他方の縁１１６ｂまで伸びている。放熱板１１８のおもて面にも突条群１４１と同様のツールマーク（突条群１４２）が残っている。そして、第１実施例と同様の溝１４３、１４４、１４５が側面１１３ａに設けられている。溝１４３は一方の縁１１６ａに沿って伸びている。溝１４４は他方の縁１１６ｂに沿って伸びている。溝１４５は放熱板１１８の縁１１８ｂに沿って伸びている。溝１４３、１４４、１４５も第１実施例と同様に、側面１１３ａにおいて放熱板１１６、１１８の周囲の樹脂部分に配置されている。なお、突条群１４１、１４２の形状は図６と同様である。突条群１４１、１４２の平均高さＨ１は、６から７ミクロンである。突条群１４１、１４２の間隔Ｗ１は、５００から７００ミクロンである。このような構成によれば、放熱板１１６、１１７のおもて面を研磨する際に不可避的に残る研磨痕（ツールマーク）を利用してグリス抜けを抑制することができる。なお、パワーカード１１０の裏面に露出する放熱板のおもて面にも湾曲した突条群（ツールマーク）が残っている。そして、第１実施例の溝５２、５３と同様の溝が放熱板の周囲の樹脂部分に設けられている。
【００４３】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。第１実施例、第２実施例ともに、突条群と溝はパワーカード側に設けた。突条群と溝は、絶縁板側に設けても同じ効果が得られる。突条群と溝を絶縁板側に設ける場合のそれらの配置について説明する。突条群は、絶縁板の放熱板と対向する領域に設けられる。別言すれば、突条群を設ける領域は、パワーカードと絶縁板の積層方向からみたときに放熱板と絶縁板が重なる領域である。その領域を以下では放熱板重畳領域と称する。突条群は、放熱板重畳領域の一方の縁から他方の縁まで伸びるように設けられる。一方、溝は、絶縁板の放熱板と対向しない領域に設けられる。別言すれば、溝を設ける領域は、パワーカードと絶縁板の積層方向からみたときに、放熱板重畳領域より外側の領域と、パワーカードの筺体と絶縁板が重なる領域で共通する領域である。以下では、その領域を筐体重畳領域と称する。筐体重畳領域は、パワーカードと絶縁板の積層方向からみたときに、パワーカードの筺体と絶縁板が重なる領域から放熱板重畳領域を除いた領域に相当する。一つの溝は、放熱板重畳領域の一方の縁（突条群の一端が達している縁）に沿って伸びるよう筐体重畳領域に設けられる。もう一つの溝は、放熱板重畳領域の他方の縁（突条群の他端が達している縁）に沿って伸びるように筐体重畳領域に設けられる。
【００４４】
放熱板重畳領域と筐体重畳領域との呼称は、絶縁板の面に対してもパワーカードの面に対しても適用できる。放熱板重畳領域と筐体重畳領域について、第１実施例を再び参照して例示する。図１０は、図５と同じパワーカード１０の正面図を示す。図１０では、突条群４１、４２の図示は省略されている。図１０の正面図は、絶縁板６ａとパワーカード１０の積層方向からみた図に相当する。図中において、放熱板１６を示す矩形の実線で囲まれた領域及び放熱板１８を示す矩形の実線で囲まれた領域が放熱板重畳領域となる。図中では、放熱板重畳領域は紙面右上へ傾斜しているハッチングで示す。また、図中において、絶縁板６ａを示す矩形の仮想線で囲まれた境界の内側の領域と、放熱板１６を示す矩形の実線で囲まれた境界の外側の領域と、放熱板１８を示す矩形の実線で囲まれた境界の外側の領域とで共通する領域が筐体重畳領域となる。図中では、筐体重畳領域は紙面右下へ傾斜しているハッチングで示す。図１０によく表されているように、溝４３、４４、４５は積層方向（Ｘ軸方向）からみたときに筐体重畳領域内で閉じている。
【００４５】
突条群４１、４２が設けられる領域及び、溝４３、４４、４５が設けられる領域について補足する。積層方向から見たときに放熱板１６、１８と絶縁板６ａが重なる領域（放熱板重畳領域）は、放熱板１６、１８からの熱が絶縁板６へと伝わる領域である。放熱板重畳領域は放熱板１６の全面と放熱板１８の全面に相当する。突条群４１、４２は、この放熱板重畳領域内に位置している。放熱板１６における放熱板重畳領域について、放熱板１６の一方の縁１６ａは放熱板重畳領域の一方の縁に相当し、放熱板１６の他方の縁１６ｂは放熱板重畳領域の他方の縁に相当する。放熱板１８における放熱板重畳領域についても同様である。即ち、突条群４１、４２は放熱板重畳領域の一方の縁から他方の縁まで伸びている。一方、積層方向から見たときに放熱板１６、１８と絶縁板６ａが重ならない領域（筐体重畳領域）は、筐体１３の樹脂部分と絶縁板６ａが対向する領域である。放熱板１６、１８からの熱は筐体重畳領域に位置するグリスを介してはほとんど絶縁板６ａには伝わらない。筐体重畳領域は、筐体１３の側面１３ａの内、放熱板１６、１８のおもて面を除く筐体１３の樹脂から成る領域と、積層方向（Ｘ軸方向）からみたときに絶縁板６ａの外周縁より内側となる領域とで共通する領域となる。溝４３、４４、４５はこの筐体重畳領域に位置している。
【００４６】
突条群と溝は、パワーカードの筐体とこれに対向する絶縁板の互いに対向する面の少なくとも一方に設ければよい。突条群と溝は、互いに対向する両方の面に設けてもよい。また、突条群が互いに対向する面の一方に設けられ、溝が互いに対向する面の他方に設けられてもよい。
【００４７】
「溝４３」が「第１溝」の一例であり、「溝４４」が「第２溝」の一例である。「放熱板１６、１８」が「２枚の放熱板」の一例である。「絶縁板６ａ、６ｂ」が「冷却部材」の一例である。
【００４８】
半導体装置に使用される半導体素子（トランジスタ）は、ＩＧＢＴに限らない。例えばＭＯＳＦＥＴでもよい。その場合、「コレクタ電極」は「ソース電極」、「エミッタ電極」は「ドレイン電極」と呼ばれる。
【００４９】
実施例の半導体装置は、放熱板上に残っている研磨痕を利用した。研磨痕は、表面研磨の際に不可避的に残ってしまう筋状の突条群である。研磨痕のかわりに、研磨痕と同等の突条群を放熱板上、または絶縁板上に設けても同じ効果を得られることができるのは言うまでもない。また、突条群の間隔は同一でなくても良い。
【００５０】
実施例ではパワーカードの積層方向の両側に位置する筐体の両側面に突条群と溝を設けていたが、片側の面に位置する筐体の側面のみに突条群と溝を設けてもよい。この場合、突条群と溝は発熱量が高い側に位置する筐体の側面に設けるとよい。例えば、半導体素子であるトランジスタの使用形態に応じて主にコレクタ電極に負荷がかかる場合、コレクタ電極の側に位置する筐体の側面に突条群と溝を設けるとよい。
【００５１】
図３と図４に示したように、冷却器３の内部は単純な空洞である。冷却器の内部空間には、絶縁板と接する側板の裏側に接するフィンを設けてもよい。
【００５２】
溝の長さは放熱板の長さ（重畳領域の長さ）と同じであるとは限らない。溝の長さは、放熱板の長さよりも長くてもよい。なお、溝の長さは長くても筐体の外側縁に達しない長さである。また、溝の延伸方向からみた断面形状は矩形であるとは限らない。例えば、溝の延伸方向からみた断面形状は半円形や多角形であってもよい。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。本明細書また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、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、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】
【００５４】
２：半導体装置
３：冷却器
３：冷却器
４ａ：冷媒供給管
４ｂ：冷媒排出管
５ａ：連結パイプ
５ｂ：連結パイプ
６：絶縁板
７ａ、７ｂ、７ｃ：電極端子
９：グリス
１０、１１０：パワーカード
１３、１１３：筐体
１３ａ、１１３ａ：側面
１３ｂ：側面
１４：スペーサ
１５：ハンダ
１６、１１６、１７、１８、１１８：放熱板
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、１１８ａ、１１８ｂ：縁
２９：制御端子
３１：ケース
３２：板バネ
４１、４２、５１：突条群
４１ａ：突条
４３、４４、４５、５２、５３、１４３、１４４、１４５：溝
Ｄａ、Ｄｂ：ダイオード
Ｔａ、Ｔｂ：トランジスタ
【図１】
2016066659.tif 000003
【図２】
2016066659.tif 000004
【図５】
2016066659.tif 000005
【図６】
2016066659.tif 000006
【図７】
2016066659.tif 000007
【図８】
2016066659.tif 000008
【図９】
2016066659.tif 000009
【図１０】
2016066659.tif 000010
【図３】
2016066659.tif 000011
【図４】
2016066659.tif 000012