JP6233151B2 - 重ね合せブロックを利用するモジュール - Google Patents

Description

本明細書では、半導体装置と絶縁基板と重ね合せブロックと冷却器等で構成されているモジュールを開示する。

絶縁基板に半導体装置を搭載する技術が知られている。半導体装置のなかには動作すると発熱するために冷却を要するものが存在する。冷却を要する半導体装置を絶縁基板の表面に搭載し、絶縁基板の裏面側に冷却器を配置したモジュールが知られている。

一般に絶縁基板の熱膨張率と冷却器の熱膨張率は相違する。絶縁基板と冷却器を直接に固定すると、半導体装置が動作して発熱する状態と動作を終えて冷却される状態を繰返すことによって、絶縁基板および／または冷却器に熱応力が作用する。その熱応力がモジュールの長期信頼性を損ねる。

そこで、絶縁基板と冷却器の間に両者の熱膨張率の差を吸収する部材を介在させる技術が提案されている。この部材には、（１）絶縁基板と冷却器の間の伝熱を妨げず、（２）絶縁基板の裏面に沿った方向に柔軟である（柔軟でないと絶縁基板と冷却器の間の熱膨張率の差を吸収することができない）という特性が必要とされる。
特許文献１〜３に、冷却される物と冷却する物との間に介在させる部材が開示されている。

特開２００５−３４７６１６号公報 特開２０１１−１９９２０２号公報 特開２００６−２９４６９９号公報

前記（１）と（２）の特性を両立させるのは難しい。特許文献１には炭素繊維布の周りに溶融金属を含浸して製造した部材が開示されている。この部材は、伝熱性については良好なものの柔軟性を欠いている。特許文献２にはグラファイト箔を組み合わせた部材が開示されている。この部材も、伝熱性については良好なものの柔軟性を欠いている。特許文献３には変形用の空間を分散して配置した金属部材が開示されている。この部材は、変形用空間を利用して柔軟に変形するものの変形用空間が伝熱性を低下させてしまう。

本出願人は、絶縁基板と冷却器の間の伝熱性を妨げず（以下では熱抵抗が低いという）絶縁基板の裏面に沿って柔軟に変形する（以下では応力緩和性が高いという）特性を併せ持った部材を開発し、特許出願した（特願２０１３−２５６２３７号）。その部材の詳細については、上記特許出願の明細書と図面に開示されている。なお、この特許出願は未だ公開されておらず、公知技術には当たらない。
本発明者らは、上記の特許出願に係る部材を活用すると、長期信頼性の高いモジュールを実現できることを見いだして下記モジュールを創作した。

本明細書で開示するモジュールは、半導体装置と絶縁基板と重ね合せブロックと冷却器等を備えている。
半導体装置は絶縁基板の表面に搭載されている。半導体装置は動作すると発熱し、冷却する必要がある。重ね合せブロックは、絶縁基板の裏面と冷却器の間に介在している。重ね合せブロックは、グラファイト箔と金属箔で構成されている。グラファイト箔と金属箔は、絶縁基板の裏面に立てた法線がグラファイト箔と金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されている。グラファイト箔と金属箔は重ね合されている。ただし、グラファイト箔と金属箔は単に重ね合されているだけであって、両者は接合されていない。例えば、グラファイト箔と金属箔は当接面に沿って滑ることができる。あるいはグラファイト箔と金属箔の重ね合せ状態が変化可能であり、両者の密着力が増大した重ね合せ状態に変化させることもできれば、両者の密着力が低下した重ね合せ状態に変化させることもできる。本明細書では、グラファイト箔と金属箔が単に重ね合されているだけであって、両者間にそれ以上の拘束関係が講じられていない状態を、非接合状態という。この技術で用いる重ね合せブロックは、前記法線方向から観察すると、グラファイト箔と金属箔の当接面が重ね合せブロックの全域に亘って分布していることを特徴とする。例えば、長尺のグラファイト箔と長尺の金属箔を重ね合わせた長尺多層箔を多重に巻くことで、半径方向の内側から外側に至るまでの全域に、グラファイト箔と金属箔の当接面が存在することとなる。そのような場合を、重ね合せブロックの全域に亘って当接面が分布しているという。
長尺多層箔を多重に巻いた状態を保持するために、最外周に位置する箔の端部を溶接等することによって、巻いた状態に維持することがある。あるいは外周を金属箔等で拘束することによって、巻いた状態に維持することがある。この場合、最外周の箔は柔軟に変形する。最外周の箔が柔軟に変形することから、グラファイト箔と金属箔は当接面に沿って滑ることができる。あるいはグラファイト箔と金属箔の密着力が増大した重ね合せ状態に変化させることもできれば、密着力が低下した重ね合せ状態に変化させることもできる。最外周にあって巻いた状態を保持する箔は、グラファイト箔と金属箔を重ね合わせた状態に維持するものであって、それ以上には拘束しない。最外周にあって巻いた状態を維持する箔は、グラファイト箔と金属箔を非接合状態に重ね合わせた状態を維持する。
第１グラファイト箔、第１金属箔、第２グラファイト箔、第２金属箔、第３グラファイト箔、第３金属箔等・・の順で次々に積層した積層体の外周を取り囲む箔についても同様であり、外周を取り囲む箔が柔軟に変形する限り、その箔はグラファイト箔と金属箔を単に重ね合わせた状態に維持するものであり、グラファイト箔と金属箔を非接合状態に維持するものである。

絶縁基板と冷却器の間に上記の重ね合せブロックが介在していると、下記の現象が得られる。（１）グラファイト箔は絶縁基板側から冷却器側に向けて連続的に延びている。グラファイト箔は、展開面に沿った方向の熱抵抗が非常に低い。重ね合せブロックを介在させても絶縁基板と冷却器の間の熱抵抗を低い値に維持できる。（２）重ね合せブロックは柔軟に変形する。グラファイト箔と金属箔は非接合状態にあり、相互に滑ったり、強く重なり合ったり、当接力が低下するように柔軟に変形する。絶縁基板に対して冷却器が膨張・収縮するような際には、重ね合せブロックが柔軟に変形するために、絶縁基板に過度な応力が発生することもなければ、冷却器に過度な応力が発生することもない。応力緩和性が高い。
上記の重ね合せブロックは、熱抵抗が低くて応力緩和性が高い。上記の重ね合せブロックを用いることで、モジュールの長期信頼性が向上する。

本明細書では、ｘｙｚ直交座標系を用い、半導体装置を通過する前記法線（絶縁基板の裏面に立てた法線）をｚ軸とする。この場合、ｘｚ面に沿って延びる当接面とｙｚ面に沿って延びる当接面が、重ね合せブロック内に存在していることが好ましい。
ｘｚ面に沿って延びる当接面とｙｚ面に沿って延びる当接面がともに存在していると、絶縁基板と冷却器の間のｘ方向の膨張・収縮にもｙ方向の膨張・収縮にも柔軟に変形しやすい。

長尺のグラファイト箔と長尺の金属箔を重ね合わせた長尺多層箔をｚ軸の周りに多重に巻くことによって、重ね合せブロックを形成することができる。この重ね合せブロックは製造しやすい。
巻いた状態を維持する（ほどけないようにする）構成は様々であり得る。最外周の箔の端部を内側の箔に溶接することで巻いた状態を維持することもできれば、外周を箔で包むことで巻いた状態を維持することもできる。いずれによっても、グラファイト箔と金属箔が当接面に沿って滑ることもできれば、グラファイト箔と金属箔の密着力が増大することもできれば、その密着力が低下することもできる状態で、グラファイト箔と金属箔を重ね合せておくことが可能である。

長尺箔を多重に巻いた重ね合せブロックの場合、半径方向内側の位置ではグラファイト箔が密に存在し、半径方向外側の位置ではグラファイト箔が疎に存在していることが好ましいことがある。
その場合は、巻く前の長尺多層箔を長手方向に観察したときに、グラファイト箔に重ね合わせる金属箔の枚数が、巻き始め端部から距離によって変化する長尺多層膜を利用すればよい。
例えば、巻き始めから１０００回転までの距離ではグラファイト箔に１枚の金属箔が重ね合されており、１０００〜２０００回転までの距離では２枚の金属箔が重ね合されており、２０００〜３０００回転までの距離では３枚の金属箔が重ね合されている長尺多層膜を利用すれば、中心部ではグラファイト箔が密に配置されており、周辺部ではグラファイト箔が疎に配置されている重ね合せブロックを得ることができる。

半導体装置によっては、単位面積当たりの発熱量が不均一に分布していることがある。単位面積当たりの発熱量が不均一な場合、発熱量が大きい位置にはグラファイト箔が密に配置されており、発熱量が小さい位置にはグラファイト箔が疎に配置されている重ね合せブロックが必要とされる。単位面積内に占めるグラファイト箔の存在面積が位置によって変化している重ね合せブロックも有用である。

絶縁基板の法線方向から観察したときに、半導体装置より重ね合せブロックが広く広がっていることがある。広く広がっている重ね合せブロックを活用するためには、狭い範囲に存在している半導体装置の熱を、重ね合せブロックの表面に沿った方向に伝熱し、半導体装置より広く広がっている重ね合せブロックの広い範囲に効率的に伝熱することが好ましい。
そこで、絶縁基板と重ね合せブロックの間に絶縁基板側ヒートスプレッダーを付加したモジュールが意味を持つ。半導体装置の外形形状にほぼ一致する開孔が形成されているとともに重ね合せブロックの表面に沿って延びるグラファイト箔と、そのグラファイト箔の表裏を被覆する金属箔でヒートスプレッダーを形成し、そのヒートスプレッダーを絶縁基板と重ね合せブロックの間に付加すると、狭い範囲に存在している高温の半導体装置の熱を重ね合せブロックの表面に沿った方向に伝熱し、広く広がっている重ね合せブロックの広い範囲に効率的に伝熱することができる。しかも絶縁基板から冷却器に直接的に伝熱する経路の熱抵抗を上げてしまうこともない。

絶縁基板の法線方向から観察したときに、重ね合せブロックより冷却器が広く広がっていることがある。広く広がっている冷却器を活用するためには、重ね合せブロックと冷却器の間に冷却器側ヒートスプレッダーを介在させることが好ましい。
その場合は、重ね合せブロックの外形形状にほぼ一致する開孔が形成されているとともに冷却器の表面に沿って延びるグラファイト箔と、そのグラファイト箔の表裏を被覆する金属箔によって冷却器側ヒートスプレッダーを形成することができる。

本明細書でいう「箔」は、人の力で簡単に撓むことができる可撓性が出現する程度にまで薄くされたものをいい、簡単には撓まない「板」と対比すべきものである。フィルム・シートと称されるものも「箔」の一種である。

第１実施例のモジュールの基本構成を分解して斜視した図。 第２実施例の重ね合せブロックの平面図。 第３実施例の重ね合せブロックの平面図。 第４実施例の重ね合せブロックの平面図。 第５実施例の重ね合せブロックの平面図。 第６実施例の重ね合せブロックの平面図。 第７実施例の重ね合せブロックの平面図。 第８実施例の重ね合せブロックの平面図。 第９実施例の重ね合せブロックの平面図。 （ａ）は第１０実施例の重ね合せブロックを形成する長尺多層箔を斜視した図であり、（ｂ）は内周部での平面図であり、（ｃ）は中間部での平面図であり、（ｄ）は外周部での平面図である。 第１１実施例の重ね合せブロックの平面図。 第２実施例のモジュールを分解して斜視した図であり、ヒートスプレッダーの内部構造をも示している。

以下、本明細書で開示する技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
（第１特徴）グラファイト箔とアルミ箔によって重ね合せブロックを形成する。金属箔にアルミ箔を用いる。
（第２特徴）絶縁基板と重ね合せブロックの間に金属を配置して絶縁基板と重ね合せブロックをろう付けする。
（第３特徴）重ね合せブロックと冷却器間に金属を配置して重ね合せブロックと冷却器をろう付けする。
（第４特徴）半導体装置の中心位置に対応する位置ではグラファイト箔が密に配置されており、半導体装置の周辺位置に対応する位置ではグラファイト箔が疎に配置されている。

図１は、半導体装置１０と絶縁基板２０と重ね合せブロック３０と冷却器７０を順に積層して構成した第１実施例のモジュール８０の分解斜視図を示している。
半導体装置１０は、表面電極と裏面電極を備えており、大電流をスイッチングするものであり、動作すると発熱する。冷却しないと半導体装置１０が過熱することから、冷却を要する。
絶縁基板２０の表面に配線層２２が形成されている。その配線層２２に半導体装置１０の裏面電極がはんだ接合されている。半導体装置１０は絶縁基板２０の表面に搭載されている。半導体装置１０の表面電極には図示しない導体がボンディングされ、配線層２２にも図示しない導体がボンディングされる。絶縁基板２０はセラミックで形成されており、後記する金属製の冷却器７０に比して熱膨張率が小さい。
冷却器７０は、熱抵抗が低い金属（アルミ）で形成されており、内部に冷却液の通過経路が形成されている。
絶縁基板２０の裏面を冷却器７０の表面にはんだ付けすれば、両者間の熱抵抗が低く抑えられるものの、絶縁基板２０と冷却器７０に大きな熱応力が発達し、絶縁基板２０が反ったり損傷したりする。それを避けるために、絶縁基板２０と冷却器７０の間に重ね合せブロック３０が介在している。重ね合せブロック３０は、絶縁基板２０と冷却器７０の間の熱抵抗を上昇させないほどに熱抵抗が低く、しかも柔軟に変形して絶縁基板２０と冷却器７０に大きな熱応力が発生するのを防止する。

図１の第１実施例では、芯３２の周りに、長尺のグラファイト箔３４と長尺の金属箔３６を重ね合わせた長尺多層箔を多重に巻くことによって、重ね合せブロック３０が形成されている。グラファイト箔３４と金属箔３６は単に重ね合わされているだけで、それ以上の拘束関係はない。多重に巻く際にも、単に重ね合うように巻くだけで、それ以上の拘束関係はない。巻いた形状を維持するために、最外周の金属箔３６の端部はその内側に位置する金属箔３６に溶接されている。最外周の金属箔３６の端部の内側に金属箔３６が露出するように、金属箔３６の最外周側端部はグラファイト箔３４の最外周側端部よりも長く伸びている。なお、図面では、グラファイト箔３４と金属箔３６の厚みが実際よりも厚く表示され、その結果、巻数が実際よりも少なく表示されている。図２以降についても同様である。金属箔にはアルミニウム膜を用いることができる。さらに高い伝熱性が必要とされる場合には銅箔を用いることが好ましい。

絶縁基板２０の表面と裏面は平行に延びており、その法線方向をｚ軸とする。グラファイト箔３４と金属箔３６は、ｚ軸がグラファイト箔３４と金属箔３６の当接面に沿って延びる向きに配置され、ｚ軸の周りに巻かれている。重ね合せブロック３０には、ｘｚ面に沿って延びる当接面とｙｚ面に沿って延びる当接面が形成されている。

重ね合せブロック３０の表面は、絶縁基板２０の裏面にろう付けされている。重ね合せブロック３０の裏面は、冷却器７０の表面にろう付けされている。モジュール８０を形成する段階では、重ね合せブロック３０の表面は絶縁基板２０で拘束され、重ね合せブロック３０の裏面は冷却器７０で拘束されている。
なお、重ね合せブロック３０の表面と裏面を金属箔で覆っておいてからろう付けしてもよいし、金属箔とアルミニウム膜が混在している面が露出している状態でろう付けしてもよい。

半導体装置１０が動作すると、半導体装置１０が発熱し、絶縁基板２０と冷却器７０が加熱される。絶縁基板２０は冷却器７０よりも高温となるが、絶縁基板２０の熱膨張率に比して冷却器７０の熱膨張率が格段に大きいために、絶縁基板２０に比して冷却器７０の方が相対的に大きく膨張する。図示の場合、ｘ方向にもｙ方向にも、絶縁基板２０に対して冷却器７０が膨張する。

重ね合せブロック３０の表面は絶縁基板２０で拘束され、重ね合せブロック３０の裏面は冷却器７０で拘束されている。絶縁基板２０に比して冷却器７０の方が相対的に大きく膨張するのに追従して、重ね合せブロック３０の表面に比して裏面の方が相対的に大きく変形すれば、絶縁基板２０にも冷却器７０にも大きな熱応力が発生しない。

重ね合せブロック３０では、グラファイト箔３４と金属箔３６が重ね合わされているだけであり、グラファイト箔３４と金属箔３６は当接面に沿って滑ることもできれば、両者の密着力が増大した状態に変化することもできれば、両者の密着力が低下した状態に変化することもできる。重ね合せブロック３０は、柔軟に変形できる。絶縁基板２０に対して冷却器７０が膨張・収縮する際には、重ね合せブロック３０が柔軟に変形する。絶縁基板２０に対して冷却器７０が膨張・収縮しても、絶縁基板２０に大きな熱応力が発生することもなければ、冷却器７０に大きな熱応力が発生することもない。さらに、重ね合せブロック３０自体にも大きな熱応力が発生することがない。図１に示すモジュール８０は、熱抵抗が低いとともに十分に柔軟な重ね合せブロック３０を利用することで、長期信頼性を得ている。

重ね合せブロック３０を形成する際には、幅の広い長尺のグラファイト箔３４と幅の広い長尺の金属箔３６を重ね合わせた長尺多層箔を多重に巻くことによって、四角柱状のブロックを形成し、それを横断面に沿って切断することで、複数個の重ね合せブロック３０に切り分ける。

以下に、種々の重ね合せブロックを説明する。以下の説明では相違点のみを説明する。重複説明を省略する。
（第２実施例）
図２に示すように、第２実施例の重ね合せブロック３０ａは、長尺のグラファイト箔３４ａと長尺の金属箔３６ａを重ね合わせた長尺多層箔を多重に巻くことによって、重ね合せブロック３０ａを形成している。この実施例の重ね合せブロック３０ａでも、絶縁基板２０の法線がグラファイト箔３４ａと金属箔３６ａの当接面に沿って延びており、ｘｚ面に沿って延びる当接面とｙｚ面に沿って延びる当接面を併せ持っている。

（第３実施例）
絶縁基板２０が矩形であれば、第２実施例の重ね合せブロック３０ａを矩形とすることができる。図３に示すように、第３実施例の重ね合せブロック３０ｂは、第２実施例の重ね合せブロック３０ａを４本の切断線４０ｂに沿って切断することで形成する。第２実施例の重ね合せブロック３０ａを絶縁基板２０にろう付けしてから切断すれば、第３実施例の重ね合せブロック３０ｂは重ね合せ状態を維持する。

（第４実施例）
第２実施例の重ね合せブロック３０ａの外周にプレス力を加えて矩形に修正することができる。図４に示すように、第４実施例の重ね合せブロックは、第２実施例の重ね合せブロック３０ｂの外周に、直交する４方向からプレス力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を同時に加える。すると、重ね合せブロックは矢印Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４に示すように変形し、ほぼ矩形に修正される。

（第５実施例）
重ね合せブロックは、柔軟に変形することから、必ずしもｘｚ面に沿って延びる当接面とｙｚ面に沿って延びる当接面の両者を必要としない。図５に示す第５実施例の重ね合せブロック３０ｄの場合、当接面はｘｚ面に沿って延びており、ｙｚ面に沿って延びる当接面の面積は小さい。この重ね合せブロック３０ｄでも、ｙ方向の膨張・収縮のみならず、ｘ方向の膨張・収縮にもよく追従する。ｙ方向の横領緩和性もｘ方向の横領緩和性も兼ね備えている。
図５の重ね合せブロック３０ｄは、長尺のグラファイト箔３４ｄの表裏両面に長尺の金属箔３６ｄを重ね合わせた長尺多層箔を折り返しながら積層することで形成される。なお図示の明瞭化のために金属箔３６ｄ同志の当接面の図示を省略している。参照番号４２ｄは、折り返しながら積層した重ね合せブロックの外周を取り囲む金属箔であり、外力が作用しない状態では、重ね合せブロック３０ｄの形状を維持する。外周を取り囲む金属箔４２ｄは十分に柔軟であり、重ね合せブロック３０ｄの柔軟性を損ねない。

（第６実施例）
図６は、第６実施例の重ね合せブロック３０ｅを示す。長尺のグラファイト箔３４ｅと長尺の金属箔３６ｅを重ね合わせた長尺多層箔を、三角形を形成するように多重に巻く。そうして得られた６個の三角形を図示のように組み合わせ、その外周を箔４２ｅで包むことで第６実施例の重ね合せブロック３０ｅが得られる。

上記の実施例では、長尺の箔を用いる。これに代えて、短尺の箔の多数枚を積層して重ね合せブロックを形成することもできる。図７に示すように、第７実施例の重ね合せブロック３０ｆは、短尺のグラファイト箔３４ｆと短尺の金属箔３６ｆを交互に多数枚積層して重ね合せブロック３０ｆを形成する。参照番号４２ｆは、外周を取り囲む金属箔であり、外力が作用しない状態での重ね合せブロック３０ｆの形状を規制する。外周を取り囲む金属箔４２ｆは十分に柔軟であり、重ね合せブロック３０ｆの柔軟性を損ねない。

図８は、第８実施例の重ね合せブロック３０ｇを示し、第７実施例の重ね合せブロック３０ｆの２枚を組み合わせて構成されている。上方の重ね合せブロック３０ｆ１は、当接面がｘｚ面内にある向きに置かれ、下方の重ね合せブロック３０ｆ２は、当接面がｙｚ面内にある向きに置かれる。重ね合せブロック３０ｆ１の裏面と重ね合せブロック３０ｆ２の表面をろう付けすることができる。

（第９実施例）
図９は、第９実施例の重ね合せブロック３０ｈを示している。グラファイト箔３４ｈと金属箔３４ｈの各々は、同心円をなしている。４２ｈは、外周を囲む箔である。第９実施例の重ね合せブロック３０ｈでも必要な柔軟性と伝熱性を確保することができる。

（第１０実施例）
図１０の（ａ）は、巻く前の長尺多層箔３５を示している。この長尺多層箔３５を巻くと、巻くにつれて、グラファイト箔とグラファイト箔の間に介在する金属箔の枚数が変化する。図１０は、長さ方向を圧縮して図示している。実際には、例えば、巻き始めから１０００回転までの距離ではグラファイト箔３４ｊに１枚の金属箔３６ｊ１が重ね合されており、１０００〜２０００回転までの距離では２枚の金属箔３６ｊ１，３６ｊ２が重ね合されており、２０００〜３０００回転までの距離では３枚の金属箔３６ｊ１，３６ｊ２，３６ｊ３が重ね合されている。この長尺多層膜３５を利用すれば、中心部ではグラファイト箔が密に配置されており、周辺部ではグラファイト箔が疎に配置されている重ね合せブロックを得ることができる。（ｂ）は中心近傍での重ね合せ状態を示し、（ｄ）は周辺近傍での重ね合せ状態を示し、（ｃ）は中間域での重ね合せ状態を示している。多くの半導体装置１０では中心近傍では発熱量が高く、周辺近傍では発熱量が低い。発熱量が大きい中心近傍には（ｂ）に示す重ね合せ状態が対向し、発熱量が小さい周辺近傍には（ｄ）に示す重ね合せ状態が対向する使い方をすることができる。なお、グラファイトが密に存在位置でも、少なくとも１０％は金属箔が占めていることが好ましい。単位面積毎に１０％の金属箔が混在していると、必要な機械的強度を確保することができる。

（第１１実施例）
図１１は、中心ほど発熱量が高い半導体装置の２個を絶縁基板に搭載する際に用いる重ね合せブロックを示している。中心ほど発熱量が高いのに対応し、中心近傍ではグラファイト箔とグラファイト箔の間隔ａが狭く、周辺近傍ではグラファイト箔とグラファイト箔の間隔ｃが広く、中間域でのグラファイト箔とグラファイト箔の間隔ｂが中間にある。
２個の半導体装置に対応するように、２個の同心体を並べて配置することで重ね合せブロックを形成している。

（第２実施例のモジュール）
図１２に示すように、第２実施例のモジュール８０ａでは、絶縁基板２０の法線方向から観察したときに、重ね合せブロック３０より冷却器７０が広く広がっている。広く広がっている冷却器７０を活用するために、重ね合せブロック３０と冷却器７０の間に、冷却器側ヒートスプレッダー６０が介在している。

冷却器側ヒートスプレッダー６０は、重ね合せブロック３０の外形形状にほぼ一致する開孔６６が形成されているとともに冷却器７０の表面に沿って延びるグラファイト箔６４と、グラファイト箔６４の表裏を被覆する金属箔６２，６８によって形成されている。グラファイト箔６４は、ｘｙ面に沿った方向の熱伝導率が非常に高くなる向きにおかれている。上側の金属箔６２にも、重ね合せブロック３０の外形形状にほぼ一致する開孔６３が形成されている。
重ね合せブロック３０は、上側金属箔６２の開孔６３とグラファイト箔６４の開孔６６を通過して下側の金属箔６８の上面に固定される。金属箔６２，６８の外形形状は、グラファイト箔６４の外形形状よりも一回り大きく、グラファイト箔６４の外形形状の外側では金属箔６２と６８がグラファイト箔６４を介さないで対向する。グラファイト箔６４を介さないで対向する周辺部では、金属箔６２と６８がろう付けされ、それによってグラファイト箔６４のｘｙ面内の位置が固定される。
重ね合せブロック３０と冷却器７０は、下側の金属箔６８を利用してろう付けされる。

重ね合せブロック３０の外周側に位置するグラファイト箔３４を伝熱する熱は、グラファイト箔６４に伝熱し、冷却器７０の上面の広い範囲に伝熱する。それに対して、重ね合せブロック３０の内周側に位置するグラファイト箔３４を伝熱する熱は、グラファイト箔６４に妨げられることなく、開孔６６を通過して冷却器７０に伝熱される。グラファイト箔６４には、面に沿った方向の伝熱性が良好なのに対し、面に直交する方向の伝熱性は低いという性質がある。開孔６６を形成すると、面に直交する方向の伝熱性が低いという特性が問題となるのを避けられる。

開孔６３，６６の内部に、例えば十字形上の梁を渡してもよい。この場合、重ね合せブロック３０の中心から直接的に冷却器７０に伝熱する経路の熱抵抗は上昇するが、グラファイト箔６４を経て冷却器７０の広い範囲に広がる伝熱経路が形成され、半導体装置１０の中心から冷却器７０に至るまでの実質的な熱抵抗が低下することがある。開孔６３，６６は必ずしも完全な開孔でなくてもよく、必要に応じて梁を渡したものであってもよい。梁を渡す場合には、重ね合せブロック３０の下面に、梁を受け入れる溝を形成することが好ましい。

図１２のモジュール８０ａの場合、半導体装置１０より重ね合せブロック３０が広く広がっている。広く広がっている重ね合せブロック３０を活用するためには、狭い範囲に存在している高温の半導体装置１０の熱を、重ね合せブロック３０の表面に沿った方向に伝熱し、半導体装置１０より広く広がっている重ね合せブロック３０の広い範囲に効率的に伝熱することが好ましい。
そこで、このモジュール８０ａでは、絶縁基板２０と重ね合せブロック３０の間に絶縁基板側ヒートスプレッダー５０が付加されている。絶縁基板側ヒートスプレッダー５０は冷却器側ヒートスプレッダー６０と同じ構造である。絶縁基板側ヒートスプレッダー５０は、図示はされていないが、半導体装置１０の外形形状にほぼ一致する開孔が形成されているとともに重ね合せブロック３０の表面に沿って延びるグラファイト箔と、そのグラファイト箔の表裏を被覆する金属箔で形成されている。そのヒートスプレッダー５０を絶縁基板２０と重ね合せブロック３０の間に付加すると、狭い範囲に存在している高温の半導体装置１０の熱を重ね合せブロック３０の表面に沿った方向に伝熱し、広く広がっている重ね合せブロック３０の広い範囲に効率的に伝熱することができる。しかも絶縁基板２０から冷却器７０に直接的に伝熱する経路の熱抵抗を上げてしまうこともない。
絶縁基板側ヒートスプレッダー５０の場合も、冷却器側ヒートスプレッダー６０の場合と同様に、グラファイト箔の開孔に梁を渡すことがある。

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。
また、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。

１０：半導体装置
２０：絶縁基板
２２：配線層
３０：重ね合せブロック
３２：芯
３４：グラファイト箔
３５：長尺多層箔
３６：金属箔
３８：固定部
４０：切断線
４２：外周拘束箔
５０：絶縁基板側ヒートスプレッダー
６０：冷却器側ヒートスプレッダー
６２：金属箔
６４：グラファイト箔
６６：開孔
６８：金属箔

Claims (7)

1. 半導体装置と絶縁基板と重ね合せブロックと冷却器を備えているモジュールであり、
   前記半導体装置は、前記絶縁基板の表面に搭載されており、
   前記重ね合せブロックは、前記絶縁基板の裏面と前記冷却器の間に介在しており、グラファイト箔と金属箔で構成されており、前記絶縁基板の裏面に立てた法線が前記グラファイト箔と前記金属箔の当接面に沿って延びる向きに配置されており、前記グラファイト箔と前記金属箔の間が非接合状態で重ね合されており、前記法線方向から前記重ね合せブロックを観察すると前記当接面が前記重ね合せブロックの全域に亘って分布していることを特徴とするモジュール。
2. 前記半導体装置を通過する前記法線をｘｙｚ直交座標系のｚ軸としたときに、ｘｚ面に沿って延びる前記当接面とｙｚ面に沿って延びる前記当接面が存在していることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 長尺の前記グラファイト箔と長尺の前記金属箔を重ね合わせた長尺多層箔が、前記ｚ軸の周りに多重に巻かれていることを特徴とする請求項２に記載のモジュール。
4. 前記長尺多層箔を長手方向に観察したときに、前記グラファイト箔に重ね合わせる前記金属箔の枚数が変化することを特徴する請求項３に記載のモジュール。
5. 前記法線方向から前記重ね合せブロックを観察すると、単位面積内に占める前記グラファイト箔の存在面積が、位置によって変化していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの１項に記載のモジュール。
6. 前記絶縁基板と前記重ね合せブロックの間に絶縁基板側ヒートスプレッダーが介在しており、
   前記絶縁基板側ヒートスプレッダーは、前記半導体装置の外形形状にほぼ一致する開孔が形成されているとともに前記絶縁基板の裏面に沿って延びるグラファイト箔と、そのグラファイト箔の表裏を被覆する金属箔で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの１項に記載のモジュール。
7. 前記重ね合せブロックと前記冷却器の間に冷却器側ヒートスプレッダーが介在しており、
   前記冷却器側ヒートスプレッダーは、前記重ね合せブロックの外形形状にほぼ一致する開孔が形成されているとともに前記冷却器の表面に沿って延びるグラファイト箔と、そのグラファイト箔の表裏を被覆する金属箔で形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの１項に記載のモジュール。

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