(57)【要約】【課題】放熱性能の高い半導体装置を提供する。【解決手段】グラファイトシート４４ａ〜４４ｄを、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの絶縁板４０ａ，４０ｂ側の表面と絶縁板４０ａ，４０ｂとの間に、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂおよび絶縁板４０ａ，４０ｂに接するように配置する。グラファイトシート４４ａ〜４４ｄは、熱伝導性が高いから、ヒートスプレッダ２８ａ，３８ｂの熱を絶縁板４０ａ，４０ｂに良好に放熱することができる。また、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄは、柔軟性が高いから、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂと絶縁板４０ａ，４０ｂとに良好に密着できる。これにより、放熱性能の高い半導体装置２０を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵し表面に前記半導体素子を放熱するための放熱板を有するパワーカードと、絶縁板と、冷却器とが、この順に積層されてなる半導体装置であって、
前記放熱板の前記絶縁板側の表面の少なくとも一部と前記絶縁板との間に、前記放熱板および前記絶縁板に接するようにグラファイトシートが配置されてなる、
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】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体装置としては、半導体モジュールと、冷却管と、絶縁材と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。半導体モジュールは、内部に半導体素子が配置され、表面に半導体素子の熱を放熱するための放熱板が配置されている。冷却管は、半導体モジュールの放熱板を冷却している。絶縁材は、半導体モジュールの放熱板と冷却管との間に配置されている。この装置では、放熱板と絶縁材との間にグリスを介在させることにより、放熱板と絶縁材との隙間をなくすことができ、伝熱効率の向上を図ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の半導体装置では、半導体モジュールの作動により放熱板に熱的負荷が繰り返し印加されると、放熱板が膨張・収縮を繰り返し、こうした放熱板の膨張・収縮によりグリスが押し出されて、グリス抜けが生じる場合がある。グリス抜けが生じると、放熱板と絶縁材との間に隙間が生じて、放熱性能が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、放熱性能の高い半導体装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の半導体装置は、
半導体素子を内蔵し表面に前記半導体素子を放熱するための放熱板を有するパワーカードと、絶縁板と、冷却器とが、この順に積層されてなる半導体装置であって、
前記放熱板の前記絶縁板側の表面の少なくとも一部と前記絶縁板との間に、前記放熱板および前記絶縁板に接するようにグラファイトシートが配置されてなる、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の半導体装置では、グラファイトシートを、放熱板の絶縁板側の表面の少なくとも一部と絶縁板との間に、放熱板および絶縁板に接するように配置する。グラファイトシートは、熱伝導性が高い。また、グラファイトシートは、柔軟性が高いから、放熱板と絶縁板とに良好に密着できる。したがって、グラファイトシートを、放熱板の絶縁板側の表面の少なくとも一部と絶縁板との間に、放熱板および絶縁板に接するように配置することにより、放熱性能の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例として半導体装置２０の構成の一例を説明するための説明図である。概略を示す外観図である。
【図２】グラファイトシート４４ａ，４４ｂの形状を説明するための説明図である。
【図３】変形例の半導体装置１２０の構成の一例を説明するための説明図である。
【図４】変形例のグラファイトシート１４４ａの形状を説明するための説明図である。
【図５】変形例の半導体装置２２０の構成の一例を説明するための説明図である。
【図６】変形例のグラファイトシート２４４の形状を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例として半導体装置２０の構成の一例を示す説明図である。概略を示す外観図である。半導体装置２０は、図示するように、パワーカード２２と、絶縁板４０ａ，４０ｂと、冷却器４２ａ，４２ｂと、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄと、を備えている。半導体装置２０、図示しない一対の押圧部材により図１における上下方向から荷重をかけられて押圧されている。なお、半導体装置２０が、図１における上下方向に複数積層されて、図示しない一対の押圧部材により上下方向から荷重をかけられて押圧されているものとしてもよい。
【００１２】
パワーカード２２は、図示するように、左右方向に並んで配置された半導体モジュール２４，２５を備える。半導体モジュール２４は、半導体素子２６と、ヒートスプレッダ（放熱板）２８ａ、２８ｂと、を備える。半導体モジュール２５は、半導体モジュール２４と同様の構成であるから、その説明を省略する。
【００１３】
半導体素子２６は、昇圧コンバータ，インバータなどを構成するダイオードやＩＧＢＴなどの周知のパワー素子として構成されている。半導体素子２６は、合成樹脂材料（例えば、エポキシ樹脂など）などにより形成された樹脂部材３０とヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂとによって、パワーカード２２の内部に封止されている。
【００１４】
ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂは、熱伝導性の良好な材料（例えば、銅（Ｃｕ）など）により、厚みが３ｍｍ以下、好ましくは、２．５ｍｍ程度となるように形成されている。ヒートスプレッダ２８ａは、半導体素子２６の図１における上面に取り付けられている。ヒートスプレッダ２８ｂは、半導体素子２６の図１における下面に、熱伝導性の良好な材料からなり高さ調整のためのスペーサ３２を介して取り付けられている。ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂは、パワーカード２２の図１における上下面に露出するように配置されており、半導体素子２６の熱をパワーカード２２の上下面側に放熱している。
【００１５】
絶縁板４０ａ，４０ｂは、熱電性の良好な絶縁材料（例えば、セラミックなど）により形成されており、パワーカード２２の図１における上下面側に配置されている。
【００１６】
冷却器４２ａ、４２ｂは、熱伝導性の良好な材料により形成され、内部に冷却水が流通している。冷却器４２ａ，４２ｂは、絶縁板４０ａ，４０ｂを介して、パワーカード２２に積層されている。
【００１７】
グラファイトシート４４ａ〜４４ｄは、比較的柔軟性が高く、熱伝導率が銅の熱伝導率（４００Ｗ／ｍＫ）と同程度、または、銅の熱伝導率より高いグラファイトにより厚みが４００μｍ程度になるように形成されている。グラファイトシート４４ａ，４４ｂは、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａの絶縁板４０ａ側の表面と絶縁板４０ａとの間に、ヒートスプレッダ２８ａおよび絶縁板４０ａに接するように配置されている。図２は、グラファイトシート４４ａ，４４ｂの形状を説明するための説明図である。図中、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂに対応する部分を破線で示している。グラファイトシート４４ａ，４４ｂは、図１における上下方向から見た形状が長方形となるよう形成されている。グラファイトシート４４ｃ，４４ｄは、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａの絶縁板４０ｂ側の表面と絶縁板４０ｂとの間に、ヒートスプレッダ２８ｂおよび絶縁板４０ｂに接するように配置されている。グラファイトシート４４ｃ，４４ｄは、グラファイトシート４４ａ，４４ｂと同様に、図１における上下方向から見た形状が長方形となるよう形成されている。半導体装置２０は、上述したように、図１における上下方向から荷重をかけられて押圧されている。グラファイトシート４４ａ〜４４ｄは、比較的柔軟性が高いことから、こうした押圧により、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂおよび絶縁板４０ａ，４０ｂの表面の細かい凹凸に対応した凹凸が生じて、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂおよび絶縁板４０ａ，４０ｂと良好に密着する。また、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄは、熱伝導率が比較的高いことから、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの熱（半導体素子２６の熱）を絶縁板４０ａ，４０ｂに良好に放熱することができる。したがって、放熱性能の高い半導体装置２０を提供することができる。なお、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄは、ヒートスプレッダと絶縁板との間に配置されていればよいから、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄを、ヒートスプレッダに形成してもよいし、絶縁板４０ａに形成してもよい。
【００１８】
以上説明した実施例の半導体装置２０によれば、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄを、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの絶縁板４０ａ，４０ｂ側の表面と絶縁板４０ａ，４０ｂとの間に、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂおよび絶縁板４０ａ，４０ｂに接するように配置することにより、放熱性能の高い半導体装置を提供することができる。
【００１９】
実施例の半導体装置２０では、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄを、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの絶縁板４０ａ，４０ｂ側の表面と絶縁板４０ａ，４０ｂとの間に、ヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂおよび絶縁板４０ａ，４０ｂに接するように配置するものとしたが、半導体モジュール２４と半導体モジュール２５とを電気的に接続してもよい場合には、図３の変形例の半導体装置１２０および図４の変形例のグラファイトシート１４４ａに示すように、１つのグラファイトシート１４４ａを半導体モジュール２４のヒートスプレッダ２８ａと半導体モジュール２５のヒートスプレッダ２８ａとの間に渡すように配置し、１つのグラファイトシート１４４ｂを半導体モジュール２４のヒートスプレッダ２８ｂと半導体モジュール２５のヒートスプレッダ２８ｂとの間に渡すように配置するものとしてもよい。
【００２０】
実施例の半導体装置２０では、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄを、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの絶縁板４０ａ，４０ｂ側の表面と絶縁板４０ａ，４０ｂとの間に設け、放熱用のグリスを用いないものとしたが、図５の変形例の半導体装置２２０に示すように、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの絶縁板４０ａ，４０ｂ側の表面と絶縁板４０ａ，４０ｂとの間でグラファイトシート４４ａ〜４４ｄが配置されていない部分に放熱用のグリス２４１ａ，２４２ｂを設けるものとしてもよい。
【００２１】
実施例の半導体装置２０では、１つのヒートスプレッダと絶縁板との間に１つのグラファイトシートを配置するものとしたが、図６の変形例のグラファイトシート２４４に例示するように、１つのヒートスプレッドと絶縁板との間に、複数のグラファイトシート２４４を配置するものとしてもよい。
【００２２】
実施例の半導体装置２０では、グラファイトシート４４ａ，４４ｂを、図１における上下方向から見た長方形となるよう形成するものとしたが、グラファイトシート４４ａ，４４ｂは如何なる形状としてもよく、例えば、図１における上下方向から見て円形や三角形、菱形などになるよう形成するものとしてもよい。
【００２３】
実施例の半導体装置２０では、グラファイトシート４４ａ〜４４ｄを、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａ，２８ｂの絶縁板４０ａ，４０ｂ側の表面と絶縁板４０ａとの間に配置するものとしたが、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ａの絶縁板４０ａ側の表面と絶縁板４０ａとの間、および、半導体モジュール２４，２５のヒートスプレッダ２８ｂの絶縁板４０ｂ側の表面と絶縁板４０ｂとの間の一方のみにグラファイトシートを設け、他方にはグラファイトシートを設けないものとしてもよい。
【００２４】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、半導体素子２６が「半導体素子」に相当し、ヒートスプレッダ２８ａが「放熱板」に相当し、パワーカード２２が「パワーカード」に相当し、絶縁板４０ａが「絶縁板」に相当し、冷却器４２ａが「冷却器」に相当し、グラファイトシート４４ａが「グラファイトシート」に相当する。
【００２５】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２６】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、半導体装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
２０，１２０，２２０  半導体装置、２２  パワーカード、２４，２５  半導体モジュール、２６  半導体素子、２８ａ，２８ｂ  ヒートスプレッダ、３０  樹脂部材、３２  スペーサ、４０ａ，４０ｂ  絶縁板、４２ａ，４２ｂ  冷却器、４４ａ〜４４ｄ，１４４ａ，１４４ｂ，２４４  グラファイトシート，２４１ａ，２４１ｂ  グリス。
【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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