JP5955251B2 - パワー半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電圧駆動型の半導体スイッチ素子が搭載されたパワー半導体モジュールに関するものであり、特にパワー半導体モジュールの冷却構造に関するものである。

近年、パワー半導体モジュールの大容量化および小型化に伴い、半導体素子の発熱密度が非常に大きくなってきており、冷却性能の高いパワー半導体モジュールが必要になっている。従来のパワー半導体モジュールは、グリースなどを介して冷却器に搭載され、半導体素子で発生した熱を冷却器に伝熱して冷却していた。このような従来のパワー半導体モジュールの冷却構造ではグリースの熱抵抗が大きいため、この熱抵抗を低減することについて限界があった。このため、パワー半導体モジュールの大容量化および小型化には限界があった。

このような問題を解決するための技術として、例えば特許文献１には、チップを接着したセラミックス基板を冷却フィンにはんだで接着し、セラミックス基板の周辺領域に設けたフィンベース表面に２列以上の溝を形成し、かつ、封止樹脂により封止される領域全体に、厚さ１０μｍ以下のポリアミド樹脂を均一に塗布し、エポキシ樹脂をトランスファーモールドして製造されたパワー半導体モジュールが開示されている。

特許第４５６９４７３号公報

特許文献１に記載のパワー半導体モジュールでは、線膨張係数が大きく異なるセラミックス基板と銅などからなる冷却フィンをはんだ付けしているため、パワー半導体モジュールの温度変化によってはんだに大きな繰返し熱応力が発生する。このため、はんだにクラックが発生し、冷却性能が低下するという問題があった。一方、セラミックス基板と線膨張係数の差が小さい例えばＡｌＳｉＣまたはＣｕ／Ｍｏなどからなる冷却フィンを使用した場合、冷却性能が低下するとともに製造コストが増加するという問題が生じる。

また、セラミックス基板自体も熱応力によって割れるという問題があり、さらに、セラミックス基板とエポキシ樹脂などの封止樹脂は密着力が低いため、ポリアミド樹脂でコーティングする必要があり、製造工程が増加するとともに製造コストが増加するという問題があった。

そこで、本発明は、冷却性能を向上させるとともに、信頼性が高く、低コストのパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係るパワー半導体モジュールは、ベース部と、当該ベース部に形成されたフィン部とを有する冷却フィンと、前記冷却フィンの前記ベース部に接合された絶縁層と、前記絶縁層において前記冷却フィンが接合された面の反対側の面に接合された導電体と、前記導電体において前記絶縁層が接合された面の反対側の面に接合された半導体チップとを備え、前記ベース部は、それぞれ幅の異なる２つのベース部により構成され、各前記ベース部は、前記絶縁層から離れるにつれて幅が小さくなるように形成され、前記絶縁層が接合された側のベース部の側面は、前記絶縁層から離れるにつれて細くなるテーパ状に形成されたものである。

本発明によれば、ベース部は、それぞれ幅の異なる２つのベース部により構成され、各ベース部は、絶縁層から離れるにつれて幅が小さくなるように形成された。したがって、ベース部、絶縁層、導電体および半導体チップをモールド樹脂で封止した場合、これらとモールド樹脂との密着性が向上し、ベース部とモールド樹脂との界面での剥離を防止できる。これにより、パワー半導体モジュールの品質が向上し信頼性も高くなる。さらに、絶縁層が接合された側のベース部の側面は、絶縁層から離れるにつれて細くなるテーパ状に形成されたため、ベース部にかしめ用溝または逆テーパ状の溝を追加加工することなく、アンカー効果によりベース部とモールド樹脂との密着性が向上し、ベース部とモールド樹脂との界面での剥離を防止できる。

また、冷却フィンはパワー半導体モジュールに一体的に構成されたため、パワー半導体モジュールを別体の冷却器に熱抵抗が大きいグリースを介して接合する必要がなくなり、パワー半導体モジュールの熱抵抗を低減できる。このため、パワー半導体モジュールの冷却性能を格段に向上させることができる。

さらに、絶縁材料として絶縁層を設けたことにより、ポリアミド樹脂などでコーティングする必要がないため、製造工程の増加を抑制し、低コストのパワー半導体モジュールを実現できる。

実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの下面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態２に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態２に係るパワー半導体モジュールの下面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体モジュールの冷却フィンの平面図である。 図７のVIII-VIII線断面図である。 実施の形態４に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態４に係るパワー半導体モジュールの冷却フィンの平面図である。 図１０のXI-XI線断面図である。 実施の形態５に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態５に係るパワー半導体モジュールの平面図である。 実施の形態６に係るパワー半導体モジュールの断面図である。 実施の形態６に係るパワー半導体モジュールの下面図である。 実施の形態７に係るパワー半導体モジュールを水冷ジャケットに搭載した状態を示す断面図である。 水冷ジャケットの平面図である。 図１７のXVIII-XVIII線断面図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１の断面図であり、図２は、パワー半導体モジュール１の下面図である。

パワー半導体モジュール１は、ＩＧＢＴチップ２（半導体チップ）と、ヒートスプレッダ４（導電体）と、絶縁シート５（絶縁層）と、冷却フィン６とを備えている。冷却フィン６は、銅またはアルミニウムなどの金属により形成され、複数（例えば２つ）のベース部６ａ，６ｂとフィン部６ｃとを有している。ベース部６ａは、ベース部６ｂの下面に形成され、フィン部６ｃは、ベース部６ａの下面から下方に突出するように形成されている。

絶縁シート５は、フィラーが充填されたエポキシ樹脂などにより形成され、冷却フィン６上（より具体的には、ベース部６ｂの上面）に固着（接合）されている。ヒートスプレッダ４は、銅などの金属により形成され導電性を有している。ヒートスプレッダ４は、絶縁シート５の上面、すなわち、絶縁シート５において冷却フィン６が固着された面の反対側の面に固着（接合）されている。

ＩＧＢＴチップ２のコレクタ電極面は、はんだなどの接合部材３によりヒートスプレッダ４の上面、すなわち、ヒートスプレッダ４において絶縁シート５が固着された面の反対側の面に接合されている。

次に、冷却フィン６のベース部６ａ，６ｂについて説明する。ベース部６ａ，６ｂは、下面から視てそれぞれ矩形状に形成され、各ベース部６ａ，６ｂは、絶縁シート５から離れるにつれて幅が小さくなるように形成されている。すなわち、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部６ａは、絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部６ｂよりも幅が小さくなるように形成されている。ベース部６ｂの側面は、絶縁シート５から離れるにつれて細くなるテーパ状、すなわち、ベース部６ｂの幅が小さくなるテーパ状に形成されている。

上記のように構成された各部材のうち、ＩＧＢＴチップ２と接合部材３とヒートスプレッダ４と絶縁シート５は、エポキシ樹脂などのモールド樹脂７により封止されている。冷却フィン６は、ベース部６ａと、ベース部６ｂの下面（ベース部６ｂにおけるベース部６ａが形成された面）のうちベース部６ａが形成された領域を除く部分と、フィン部６ｃが外部に露出するようにモールド樹脂７により封止されている。

このように構成されたパワー半導体モジュール１は、冷却水を流す水冷ジャケット（図示省略）に搭載され、水冷ジャケットからフィン部６ｃに冷却水が流される。パワー半導体モジュール１のＩＧＢＴチップ２では、導通時およびオン／オフのスイッチ動作時に損失が生ずる。損失によって発生した熱は、接合部材３、ヒートスプレッダ４、絶縁シート５、冷却フィン６のベース部６ｂ、ベース部６ａ、フィン部６ｃの順に伝わり、フィン部６ｃが、水冷ジャケットから流された冷却水により冷却されることによって、ＩＧＢＴチップ２が冷却される。

以上のように、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１では、ベース部は、それぞれ幅の異なる複数のベース部６ａ，６ｂにより構成され、各ベース部６ａ，６ｂは、絶縁シート５から離れるにつれて幅が小さくなるように形成された。例えば、ベース部６ｂの側面がテーパ状に形成されたりすることで、ベース部６ｂ、絶縁シート５、ヒートスプレッダ４およびＩＧＢＴチップ２をモールド樹脂７で封止した場合、これらとモールド樹脂７との密着性が向上し、ベース部６ｂとモールド樹脂７との界面での剥離を防止できる。これにより、パワー半導体モジュール１の品質が向上し信頼性も高くなり、パワー半導体モジュール１が長期使用可能となる。

また、冷却フィンはパワー半導体モジュール１に一体的に構成されたため、パワー半導体モジュール１を別体の冷却器に熱抵抗が大きいグリースを介して接合する必要がなくなり、パワー半導体モジュール１の熱抵抗を低減できる。このため、パワー半導体モジュールを別体の冷却器に熱抵抗が大きいグリースを介して接合する従来構造に比べて、パワー半導体モジュールの冷却性能を格段に向上させることができる。これにより、パワー半導体モジュール１の小型化を図ることも可能となる。

さらに、絶縁材料としてフィラーが充填されたエポキシ樹脂などにより形成された柔軟性のある絶縁シート５を設けたことにより、セラミック基板に比べて割れる恐れが非常に小さく、また、同じエポキシ樹脂などにより形成されたモールド樹脂７との密着性も良好なため、ポリアミド樹脂などでコーティングする必要がない。これにより、製造工程の増加を抑制し、低コストのパワー半導体モジュール１を実現できる。

ベース部は、それぞれ幅の異なる２つのベース部６ａ，６ｂにより構成され、ベース部６ｂの側面は、絶縁シート５から離れるにつれて細くなるテーパ状に形成されたため、ベース部６ｂにかしめ用溝または逆テーパ状の溝を追加加工することなく、アンカー効果によりベース部６ｂとモールド樹脂７との密着性が向上し、ベース部６ｂとモールド樹脂７との界面での剥離を防止できる。

複数のベース部６ａ，６ｂのうち、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部６ａにフィン部６ｃが形成されたため、ベース部６ａを除くベース部６ｂとモールド樹脂７との密着性が向上するとともに、ＩＧＢＴチップ２で発生した熱をベース部６ａとフィン部６ｃによって外部に放熱できる。

冷却フィン６のうち、フィン部６ｃと、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部６ａと、絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部６ｂにおけるベース部６ａが形成された面とが露出するように、冷却フィン６ｃと、絶縁シート５と、ヒートスプレッダ４と、ＩＧＢＴチップ２とを封止するモールド樹脂７をさらに備えたため、ベース部６ａとフィン部６ｃとを露出させることで、ＩＧＢＴチップ２で発生した熱を外部に放熱できる。

絶縁シート５は冷却フィン６に直接固着されるので、セラミック基板を使用した場合に形成されるセラミック基板と冷却フィン間のはんだ接合部が存在しない。このため、はんだクラックによる冷却性能の低下が起こらない。

モールド樹脂７は、ヒートスプレッダ４および冷却フィン６と線膨張係数が同程度なもの、例えばヒートスプレッダ４と冷却フィンが銅により形成されている場合は、線膨張係数が１６ｐｐｍ程度のものを使用するとよい。この場合、モールド樹脂７とヒートスプレッダ４と冷却フィン６の線膨張係数がほぼ同等なので、これら各部材で発生する熱応力を低減でき、これらの界面での剥離を防止できる。

次に、実施の形態１の変形例に係るパワー半導体モジュール１０について説明する。図３は、実施の形態１の変形例に係るパワー半導体モジュール１０の断面図である。図３に示すように、パワー半導体モジュール１０は、パワー半導体モジュール１に対して、冷却フィン１１において絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部１１ｂの構造が異なっている。

冷却フィン１１は、複数（例えば２つ）のベース部１１ａ，１１ｂと、フィン部１１ｃとを備えている。ここで、ベース部１１ａとフィン部１１ｃは、実施の形態１におけるベース部６ａとフィン部６ｃと同じ構造である。ベース部１１ｂは断面視にて凹型に形成され、その側面は下方へ行く程内方へ傾斜するテーパ状に形成されている。これにより、ベース部１１ｂとモールド樹脂７との剥離を防止するとともに、ベース部１１ｂの機械的強度も向上させることができる。このように、アンカー効果による冷却フィン１１とモールド樹脂７との密着性が向上するため、この構造を、例えばＳｉＣなどの高温でも動作可能なワイドギャップ半導体を使用したパワー半導体モジュールに採用することも可能である。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るパワー半導体モジュール２０について説明する。図４は、実施の形態２に係るパワー半導体モジュール２０の断面図であり、図５は、パワー半導体モジュール２０の下面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態２に係るパワー半導体モジュール２０では、冷却フィン２１のベース部の構造が実施の形態１の場合と異なっており、冷却フィン２１のベース部は、それぞれ幅の異なる３つのベース部２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより構成されている。

冷却フィン２１は、３つのベース部２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、フィン部２１ｄとを有し、絶縁シート５は、ベース部２１ｃの上面に固着されている。各ベース部２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、絶縁シート５から離れるにつれて幅が小さくなるように形成されている。すなわち、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部２１ａは、絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部２１ｂよりも幅が小さくなるように形成され、ベース部２１ｂは、絶縁シート５から３番目に遠く離れた位置に形成されたベース部２１ｃよりも幅が小さくなるように形成されている。また、ベース部２１ａの下面に下方に突出するフィン部２１ｄが形成されている。ここで、ベース部２１ａとフィン部２１ｄは、実施の形態１におけるベース部６ａとフィン部６ｃと同じ構造である。

ＩＧＢＴチップ２と接合部材３とヒートスプレッダ４と絶縁シート５は、エポキシ樹脂などのモールド樹脂７により封止されている。冷却フィン２１は、ベース部２１ａと、ベース部２１ｂの下面（ベース部２１ｂにおけるベース部２１ａが形成された面）のうちベース部２１ａが形成された領域を除く部分と、フィン部２１ｄが外部に露出するように、モールド樹脂７により封止されている。このように構成されたパワー半導体モジュール２０は、冷却水を流す水冷ジャケットに搭載され、水冷ジャケットからフィン部２１ｄに冷却水が流される。

以上のように、実施の形態２に係るパワー半導体モジュール２０では、ベース部は、それぞれ幅の異なる３つのベース部２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより構成された。すなわち、ベース部２１ｂの幅をベース部２１ｃの幅よりも小さくなるように形成させて、ベース部の側面に段差を設けてモールド樹脂７によりトランスファーモールドされているため、ベース部２１ｂ、ベース部２１ｃおよびモールド樹脂７の密着性が向上し、これらの界面での剥離を防止できる。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係るパワー半導体モジュール３０について説明する。図６は、実施の形態３に係るパワー半導体モジュール３０の断面図であり、図７は、パワー半導体モジュール３０の冷却フィン３１の平面図であり、図８は、図７のVIII-VIII線断面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態３に係るパワー半導体モジュール３０では、冷却フィン３１のベース部３１ｂの構造が実施の形態１の場合と異なっている。冷却フィン３１は、実施の形態１の場合と同様、２つのベース部３１ａ，３１ｂとフィン部３１ｃとを備えている。ここで、ベース部３１ａとフィン部３１ｃは、実施の形態１におけるベース部６ａとフィン部６ｃと同じ構造である。

絶縁シート５は、ベース部３１ｂの上面の一部（例えば中央部分）に固着されている。ベース部３１ｂの上面の残部（例えば中央部分を除く部分）、すなわち、ベース部３１ｂにおける絶縁シート５の外周側には、例えば複数のディンプル（凹み）３２が形成されている。図８に示すように、ディンプル３２の断面形状は、開口側が矩形状に形成されるとともに、矩形状の下側が逆テーパ状（下方へ行く程外方に傾斜）に形成されている。

以上のように、実施の形態３に係るパワー半導体モジュール３０では、絶縁シート５は、絶縁シート５が接合されるベース部３１ｂの上面の一部に固着され、ベース部３１ｂの上面の残部にディンプル３２が形成されたため、モールド樹脂７がディンプル３２内に入り込むことによるアンカー効果によって、ベース部３１ｂとモールド樹脂７との密着性がさらに向上し、界面での剥離を防止できる。

なお、実施の形態３では、冷却フィン３１が２つのベース部３１ａ，３１ｂを備えた場合について説明したが、３つのベース部を備えた場合にもディンプルを形成可能である。この場合、絶縁シート５は、絶縁シート５が接合されるベース部の上面の一部に固着され、当該ベース部の上面の残部にディンプルが形成される。これにより、モールド樹脂７がディンプル内に入り込むことによるアンカー効果によって、ディンプルが形成されたベース部とモールド樹脂７との密着性がさらに向上し、これらの界面での剥離を防止できる。

＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４に係るパワー半導体モジュール４０について説明する。図９は、実施の形態４に係るパワー半導体モジュール４０の断面図であり、図１０は、パワー半導体モジュール４０の冷却フィン４１の平面図であり、図１１は、図１０のXI-XI線断面図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１〜３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態４に係るパワー半導体モジュール４０では、冷却フィン４１のベース部４１ｂの構造が実施の形態１の場合と異なっている。冷却フィン４１は、実施の形態１の場合と同様、２つのベース部４１ａ，４１ｂとフィン部４１ｃとを備えている。ここで、ベース部４１ａとフィン部４１ｃは、実施の形態１におけるベース部６ａとフィン部６ｃと同じ構造である。

絶縁シート５は、ベース部４１ｂの上面の中央部分に固着されている。ベース部４１ｂの絶縁シート５が固着された上面の中央部分を除く部分、すなわち、ベース部４１ｂにおける絶縁シート５の外周側には、例えば複数の枠状の貫通穴４２が形成されている。図１１に示すように、貫通穴４２の断面形状はテーパ状（下方へ行く程内方に傾斜）に形成されている。

以上のように、実施の形態４に係るパワー半導体モジュール４０では、複数のベース部４１ａ，４１ｂのうち、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部４１ａを除いたベース部４１ｂに貫通穴４２が形成されたため、モールド樹脂７が貫通穴４２に入り込むことによるアンカー効果によって、ベース部４１ｂとモールド樹脂７との密着性が向上し、これらの界面での剥離を防止できる。

なお、実施の形態４では、冷却フィン４１が２つのベース部４１ａ，４１ｂを備えた場合について説明したが、３つのベース部を備えた場合にも貫通穴を形成可能である。この場合、絶縁シート５は、絶縁シート５が接合されるベース部に貫通穴が形成されるとともに、当該ベース部の下面に形成されたベース部における中央部分を除く部分に前記貫通穴と連通する貫通穴が形成される。これにより、モールド樹脂７が貫通穴内に入り込むことによるアンカー効果によって、貫通穴が形成されたベース部とモールド樹脂７との密着性がさらに向上し、これらの界面での剥離を防止できる。

＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール５０について説明する。図１２は、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール５０の断面図であり、図１３は、パワー半導体モジュール５０の平面図である。なお、実施の形態５において、実施の形態１〜４で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態５に係るパワー半導体モジュール５０では、冷却フィン５１のベース部５１ｂの構造が実施の形態１の場合と異なっている。冷却フィン５１は、実施の形態１の場合と同様、２つのベース部５１ａ，５１ｂとフィン部５１ｃとを備えている。ここで、ベース部５１ａとフィン部５１ｃは、実施の形態１におけるベース部６ａとフィン部６ｃと同じ構造である。

絶縁シート５は、ベース部５１ｂの上面の中央部分に固着されている。ベース部５１ｂの角部には円筒状の貫通穴５２が形成されている。モールド樹脂７におけるベース部５１ｂの角部に対応する位置には、貫通穴５２と連通する貫通穴５３が形成されており、貫通穴５３および貫通穴５２は、ボルト（図示省略）が挿入可能に形成されている。

以上のように、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール５０では、貫通穴５３および貫通穴５２にボルトを挿入して、パワー半導体モジュール５０を水冷ジャケットに締結することが可能となる。

なお、実施の形態５では、冷却フィン５１が２つのベース部５１ａ，５１ｂを備えた場合について説明したが、３つのベース部を備えた場合にも貫通穴を形成可能である。この場合、絶縁シート５が接合されるベース部と、当該ベース部の下面に形成されたベース部の角部に貫通穴が形成される。これにより、モールド樹脂７の貫通穴５３とベース部の貫通穴にボルトを挿入して、パワー半導体モジュール５０を水冷ジャケットに締結することが可能となる。

＜実施の形態６＞
次に、実施の形態６に係るパワー半導体モジュール６０について説明する。図１４は、実施の形態６に係るパワー半導体モジュール６０の断面図であり、図１５は、パワー半導体モジュール６０の下面図である。なお、実施の形態６において、実施の形態１〜５で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態６に係るパワー半導体モジュール６０は、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール５０に対して、冷却フィン６１のベース部６１ｂに溝６３を設けたものである。冷却フィン６１は、実施の形態５の場合と同様、２つのベース部６１ａ，６１ｂとフィン部６１ｃとを備え、ベース部６１ｂには貫通穴６２が形成されている。ここで、ベース部６１ａとフィン部６１ｃと貫通穴６２は、実施の形態５におけるベース部５１ａとフィン部５１ｃと貫通穴５２と同じ構造である。

絶縁シート５は、ベース部６１ｂの上面の中央部分に固着されている。ベース部６１ｂの下面の中央部分にはベース部６１ａが形成され、ベース部６１ｂの下面においてベース部６１ａが形成された部分の外周部に、Ｏリングなどのシール部材（図示省略）を挿入可能な溝６３が形成されている。

以上のように、実施の形態６に係るパワー半導体モジュール６０では、絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部６１ｂにおいて、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部６１ａが形成された部分の外周部に溝６３が形成されたため、溝６３にＯリングなどのシール部材を挿入することが可能になり、パワー半導体モジュール６０を水冷ジャケットにボルトで締結することによって、冷却水の漏洩を防止できる。

なお、実施の形態６では、冷却フィン６１が２つのベース部６１ａ，６１ｂを備えた場合について説明したが、３つのベース部を備えた場合にも溝を形成可能である。この場合、絶縁シート５と接するベース部の上面の中央部分に絶縁シート５が固着され、絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部において、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部が形成された部分の外周部に溝が形成される。これにより、溝にＯリングなどのシール部材を挿入することが可能になり、パワー半導体モジュール６０を水冷ジャケットにボルトで締結することによって、冷却水の漏洩を防止できる。

＜実施の形態７＞
次に、実施の形態７について説明する。図１６は、実施の形態７に係るパワー半導体モジュール５０を水冷ジャケット７０に搭載した状態を示す断面図であり、図１７は、水冷ジャケット７０の平面図であり、図１８は、図１７のXVIII-XVIII線断面図である。なお、実施の形態７において、実施の形態１〜６で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態７は、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール５０を水冷ジャケット７０に搭載する場合の実施の形態である。パワー半導体モジュール５０は、実施の形態５の場合と同様であるため、ここでは水冷ジャケット７０について説明する。

水冷ジャケット７０は箱状に形成され、水冷ジャケット７０の上面には、冷却フィン５１のフィン部５１ｃを差し込み可能な、例えば矩形状の開口部７１が形成され、開口部７１の周縁部には、Ｏリングなどのシール部材が挿入可能な溝７２が形成されている。開口部７１は、水冷ジャケット７０の内部空間と連通し、水冷ジャケット７０の内部空間は、フィン部５１ｃを収容可能であり、かつ、フィン部５１ｃが差し込まれた状態で、冷却水が流れるようにフィン部５１ｃの外形よりも大きな寸法に形成されている。

フィン部５１ｃが水冷ジャケット７０の開口部７１に差し込まれた状態で、ベース部５１ａの外周面が、開口部７１の内周面に当接するように形成されている。また、ベース部５１ａの厚さは、開口部７１の内周面の幅と略同じとなるように形成されている。水冷ジャケット７０の角部にネジ穴部７３が形成され、フィン部５１ｃが水冷ジャケット７０の開口部７１に差し込まれた状態で、貫通穴５３、貫通穴５２およびネジ穴部７３は連通している。

溝７２にＯリングなどのシール部材を挿入し、ベース部５１ｂにおいてベース部５１ａが形成された部分の周縁部と、水冷ジャケット７０の開口部７１の周縁部とを当接させた状態で、貫通穴５３および貫通穴５２を介してボルト（図示省略）をネジ穴部７３に挿入し締結することで、パワー半導体モジュール５０が水冷ジャケット７０に搭載（固定）される。

以上のように、実施の形態７では、フィン部５１ｃは、水冷ジャケット７０の開口部７１に差し込み可能に形成され、フィン部５１ｃが水冷ジャケット７０の開口部７１に差し込まれた状態で、絶縁シート５から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部５１ｂにおいて、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部５１ａが形成された部分の周縁部と、水冷ジャケット７０の開口部７１の周縁部とを当接させて、パワー半導体モジュール５０が水冷ジャケット７０に搭載（固定）された。これにより、パワー半導体モジュール５０を水冷ジャケット７０に容易に搭載することができ、水冷ジャケット７０に冷却水を流すことによって、パワー半導体モジュール５０を冷却することができる。

フィン部５１ｃが水冷ジャケット７０の開口部７１に差し込まれた状態で、絶縁シート５から最も遠く離れた位置に形成されたベース部５１ａの外周面が、開口部７１の内周面に当接し、ベース部５１ａの厚さは、開口部７１の内周面の幅と略同じであるため、水冷ジャケット７０の内部空間を形成する内壁部の上面と、フィン部５１ｃの基端とが略同じ高さ位置になる。このため、冷却水をフィン部５１ｃの基端部まで効率的に流すことができ、冷却フィン５１の冷却性能が向上させることができる。

また、実施の形態７では、冷却フィン５１が２つのベース部５１ａ，５１ｂを備えた場合について説明したが、３つのベース部を備えた冷却フィンを有するパワー半導体モジュールに対しても水冷ジャケット７０を搭載可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ パワー半導体モジュール、２ ＩＧＢＴチップ、４ ヒートスプレッダ、５ 絶縁シート、６ 冷却フィン、６ａ，６ｂ ベース部、６ｃ フィン部、７ モールド樹脂、１０ パワー半導体モジュール、１１ 冷却フィン、１１ａ，１１ｂ ベース部、１１ｃ フィン部、２０ パワー半導体モジュール、２１ 冷却フィン、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ ベース部、２１ｄ フィン部、３０ パワー半導体モジュール、３１ 冷却フィン、３１ａ，３１ｂ ベース部、３１ｃ フィン部、３２ ディンプル、４０ パワー半導体モジュール、４１ 冷却フィン、４１ａ，４１ｂ ベース部、４１ｃ フィン部、４２ 貫通穴、５０ パワー半導体モジュール、５１ 冷却フィン、５１ａ，５１ｂ ベース部、５１ｃ フィン部、５２ 貫通穴、６０ パワー半導体モジュール、６１ 冷却フィン、６１ａ，６１ｂ ベース部、６１ｃ フィン部、６２ 貫通穴、６３ 溝、７０ 水冷ジャケット、７１ 開口部。

Claims (9)

1. ベース部と、当該ベース部に形成されたフィン部とを有する冷却フィンと、
   前記冷却フィンの前記ベース部に接合された絶縁層と、
   前記絶縁層において前記冷却フィンが接合された面の反対側の面に接合された導電体と、
   前記導電体において前記絶縁層が接合された面の反対側の面に接合された半導体チップと、
   を備え、
   前記ベース部は、それぞれ幅の異なる２つのベース部により構成され、
   各前記ベース部は、前記絶縁層から離れるにつれて幅が小さくなるように形成され、
   前記絶縁層が接合された側のベース部の側面は、前記絶縁層から離れるにつれて細くなるテーパ状に形成された、パワー半導体モジュール。
2. ベース部と、当該ベース部に形成されたフィン部とを有する冷却フィンと、
   前記冷却フィンの前記ベース部に接合された絶縁層と、
   前記絶縁層において前記冷却フィンが接合された面の反対側の面に接合された導電体と、
   前記導電体において前記絶縁層が接合された面の反対側の面に接合された半導体チップと、
   を備え、
   前記ベース部は、それぞれ幅の異なる３つのベース部により構成され、
   各前記ベース部は、前記絶縁層から離れるにつれて幅が小さくなるように形成された、パワー半導体モジュール。
3. 前記２つまたは３つのベース部のうち、前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成されたベース部にフィン部が形成された、請求項１または請求項２記載のパワー半導体モジュール。
4. 前記冷却フィンのうち、前記フィン部と、前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成されたベース部と、前記絶縁層から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部における前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成された前記ベース部が形成された面とが露出するように、前記冷却フィンと、前記絶縁層と、前記導電体と、前記半導体チップとを封止するモールド樹脂をさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１つに記載のパワー半導体モジュール。
5. 前記絶縁層は、当該絶縁層が接合されるベース部の面の一部に接合され、
   当該ベース部の面の残部にディンプルが形成された、請求項１〜４のいずれか１つに記載のパワー半導体モジュール。
6. 前記２つまたは３つのベース部のうち、前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成されたベース部を除いたベース部に貫通穴が形成された、請求項１〜５のいずれか１つに記載のパワー半導体モジュール。
7. 前記絶縁層から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部において、前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成されたベース部が形成された部分の外周部に溝が形成された、請求項１〜６のいずれか１つに記載のパワー半導体モジュール。
8. 前記フィン部は、水冷ジャケットの開口部に差し込み可能に形成され、
   前記フィン部が水冷ジャケットの開口部に差し込まれた状態で、前記絶縁層から２番目に遠く離れた位置に形成されたベース部において、前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成されたベース部が形成された部分の周縁部と、前記水冷ジャケットの前記開口部の周縁部とを当接させて、前記パワー半導体モジュールが前記水冷ジャケットに固定された、請求項１〜７のいずれか１つに記載のパワー半導体モジュール。
9. 前記フィン部が前記水冷ジャケットの前記開口部に差し込まれた状態で、前記絶縁層から最も遠く離れた位置に形成されたベース部の外周面が、前記開口部の内周面に当接し、
   当該ベース部の厚さは、前記開口部の内周面の幅と略同じである、請求項８記載のパワー半導体モジュール。

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