(57)【要約】【課題】信頼性の高いパワー半導体装置を提供することにある。【解決手段】一面に第１導体層が配置される絶縁基板と、前記第１導体層に第１接続材を介して接続される第１導体と、前記第１導体と第１接続材を介して接続される半導体素子と、を備え、前記半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、前記第１導体は、前記半導体素子よりも大きく形成される周辺部を有し、前記周辺部には、前記第１接続材の厚みが他の部分よりも厚くなるための第１凹部が形成されているパワー半導体装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に第１導体層が配置される第１絶縁基板と、
前記第１導体層に第１接続材を介して接続される第１導体と、
前記第１導体と第２接続材を介して接続される半導体素子と、を備え、
前記半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、
前記第１導体は、前記半導体素子よりも大きく形成される周辺部を有し、
前記周辺部には、前記第１接続材の厚みが他の部分よりも厚くなるための  第１凹部が形成されているパワー半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
前記半導体素子が前記第１導体が接続されている面とは反対の面に第４接続材を介して接続される第２導体と、
一面に第３導体層が配置される第２絶縁基板と、を備え、
前記半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、
前記第２導体は、前記半導体素子よりも大きく形成される周辺部を有し、
前記周辺部には、前記第５接続材の厚みが他の部分よりも厚くなるための第２凹部が形成されているパワー半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパワー半導体装置であって、
前記半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、
前記第１凹部の深さは、前記半導体素子に近い側より遠い側の方が大きいパワー半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のパワー半導体であって、
前記半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、
前記第１凹部において、前記電極面と平行である幅方向の長さをＷと定義し、深さ方向の長さをＤと定義した場合、
Ｗ／Ｄは２以上であるパワー半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記第１導体は、前記第１接続材の外周に近い側の前記凹部側部を形成する突起部を有し、
前記突起部は、前記第１接続材と接触するパワー半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパワー半導体装置であって、
前記突起部は、前記第１導体層と接触するパワー半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、
前記第１凹部は、前記半導体素子の端部から前記第１導体の厚み分だけ離れた点の集合からなる仮想線と前記第１導体の外周との間に形成されるパワー半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記絶縁基板は、他面に第２導体層が配置され、
前記第２導体層に第３接続材を介して接続される放熱部を備えるパワー半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記第１導体層と前記第２導体層の配列方向から見た場合、
前記放熱部は、前記第１導体よりも大きく形成される第２周辺部を有し、
前記第２周辺部には、前記第３接続材の厚みが他の部分よりも厚くなるための第３凹部が形成されるパワー半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記絶縁基板は、他面に第２導体層が配置され、
前記第２導体層は、放熱するためのフィンを備えるパワー半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記周辺部は、前記第１凹部が形成される第１辺と、凹部が形成されない第２辺と、により構成され、
前記半導体素子は、当該半導体素子から前記第１辺までの距離が当該半導体素子から前記第２辺までの距離より小さくなるように配置されるパワー半導体装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のパワー半導体装置であって、
前記絶縁基板と前記第１導体と前記半導体素子を封止する封止部材を備え、
前記第１凹部の深さは、当該深さ方向に沿った前記第１導体の側面の長さよりも小さいパワー半導体装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２に記載のパワー半導体装置であって、
前記半導体素子を第１導体に２個以上備えているパワー半導体装置。
【請求項１４】
引抜により当該引抜の方向に沿って第１凹部を第１導体に形成する第１工程と、
前記第１凹部が形成された前記第１導体の面に第１接続材を介して絶縁基板の第１導体層を配置しかつ前記第１凹部が形成された前記面とは反対側の面に他の接続材を介して半導体素子を配置する第２工程と、
前記第１凹部における前記第１接続材の厚みが他の部分の前記第１接続材よりも厚くなるように当該第１接続材を溶融させる第３工程と、を備えるパワー半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載されたパワー半導体装置の製造方法であって、
前記第２工程において、前記半導体素子から前記第１凹部までの距離が当該半導体素子から前記第１導体の凹部が形成されない一辺までの距離より小さくなるように当該半導体素子が配置されるパワー半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体装置に関し、特に車両駆動用のモータを制御する電力変換装置に適用されるパワー半導体装置に関するが、鉄道、エレベータ、産業機器、航空機等の電力変換装置にも適用できる。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車向けの電力変換装置では、充電時間短縮を目的に動作電圧の高いパワー半導体装置が望まれている。動作電圧の高いパワー半導体装置では絶縁部材として絶縁耐圧の高いセラミック基板などの絶縁部材を使用する必要がある。絶縁材料としてセラミック基板を適用したパワー半導体装置として、例えば特許文献１が開示されている。
【０００３】
また一方で、電力変換装置の小型化や、冷却性能も求められている。例えば特許文献２に示すように、両面直接冷却方式のパワー半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８９８４５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５７３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導体板をセラミックなどの絶縁基板にはんだなどの接続材で接続されたパワー半導体装置では、パワー半導体素子の繰り返し発熱時（パワー半導体装置の動作、停止をくりかえした場合）、接続材に繰り返し大きなひずみが印加されるため疲労破壊が懸念される。
【０００６】
特に、導体板と絶縁基板を接続する接続材は、温度上昇量も大きく、接続材の面積も大きいため、接続材のひずみは大きくなり、疲労破壊してしまう虞がある。
【０００７】
本発明の目的は、信頼性の高いパワー半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体装置は、一面に第１導体層が配置される絶縁基板と、第１導体層に第１接続材を介して接続される第１導体と、第１導体と第２接続材を介して接続される半導体素子と、を備える。そして、半導体素子の電極面の直角方向から見た場合、第１導体は、半導体素子よりも大きく形成される周辺部を有し、当該周辺部には、第１接続材の厚みが他の部分よりも厚くなるための第１凹部が形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の断面図。
【図２】はんだひずみの比較結果を示す図。
【図３】本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の断面図。
【図４】本発明の実施形態２に係るパワー半導体装置の断面図。
【図５】本発明の実施形態３に係るパワー半導体装置の断面図。
【図６】本発明の実施形態４に係るパワー半導体装置の断面図。
【図７】本発明の実施形態５に係るパワー半導体装置の断面図。
【図８】本発明の実施形態６に係るパワー半導体装置の断面図。
【図９】本発明の実施形態７に係るパワー半導体装置の断面図。
【図１０】本発明の別の形態に係るパワー半導体装置の断面図。
【図１１】本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の外観図。
【図１２】本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の展開斜視図。
【図１３】本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の正面図。
【図１４】本発明の実施形態７に係るパワー半導体装置の正面図。
【図１５（ａ）】本発明の実施形態に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図。
【図１５（ｂ）】本発明の実施形態に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図。
【図１５（ｃ）】本発明の実施形態に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図。
【図１５（ｄ）】本発明の実施形態に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図。
【図１６（ａ）】凹部幅/凹部深さの比とを示した図。
【図１６（ｂ）】凹部幅/凹部深さの比と、はんだひずみとの関係を示したグラフ。
【図１７】本発明の実施形態５に係るパワー半導体装置の断面図。
【図１８】本発明の実施形態８に係るパワー半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態１］
図１３は、本実施形態に係るパワー半導体装置の正面図である。図１２は、本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の展開斜視図である。図１は、本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の断面図である。図１は、図１２中のＡ−Ａ’における断面の一部を示している。
【００１２】
以下、図１を参照して、本発明に係るパワー半導体装置の一実施形態を説明する。図１に示されるように、本実施形態のパワー半導体装置は、パワー半導体素子１が各電極それぞれの電極面に対向して配置される第１導体３と第２導体４とによって挟まれる。パワー半導体素子１は、第１導体３及び第２導体４とそれぞれ接続材２によって接合されている。第１導体３、第２導体４は、例えば、銅、銅合金、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金などにより形成されており、接続材２ははんだ材、焼結材などにより形成されている。なお、図１では第１導体３が単一の部材で形成されている場合を示したが、複数の部材を接合して形成しても構わない。絶縁基板５は、絶縁部材５ａ、第１導体層５ｂ及び第２導体層５ｃから構成されている。絶縁部材５ａの一面に第１導体層５ｂが配置され、他面に第２導体層５ｃが配置される。第１導体３のパワー半導体素子１と接続する面と反対の面は、接続材６を介して第１導体層５ｂと接続されている。第２導体層５ｃは、接続材７を介して放熱部材８と接続されている。放熱部材８の表面には放熱フィン９が形成される。
【００１３】
同様に、第２導体４のパワー半導体素子１と接続する面と反対の面は、接続材６を介して第１導体層５ｂと接続されている。絶縁基板５は、絶縁部材５ａの一面に第１導体層５ｂが配置され、他面に第２導体層５ｃが配置されている。第２導体層５ｃは、接続材７を介して放熱部材８と接続されている。放熱部材８の表面には放熱フィン９が形成されている。絶縁部材５ａは、パワー半導体素子１から発生する熱を放熱部材８に熱伝導するものであり、熱伝導率が高く、かつ、絶縁耐圧が大きい材料を用いるのが好ましい。例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックスなどを用いることができる。接続材６および接続材７は、はんだ材や焼結材などから形成されている。放熱部材８および放熱フィン９は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。図１２に示されるように、端子１４は、第１導体層５ｂに接続されている。図１１は、本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の外観図である。図１１に示されるように、放熱部材８の放熱フィンが形成されている放熱面８ａ及び端子１４の一部以外は、封止樹脂１０で封止されている。
【００１４】
以上の構成により、パワー半導体素子１の発熱を、第１導体３及び第２導体４介して、絶縁基板５に熱伝導し、放熱部材８を介して外部に効率よく放熱することができる。また、絶縁基板５として絶縁耐圧が高いセラミックを用いるので、動作電圧の高いパワー半導体装置が実現できる。しかし、セラミックなどの絶縁基板５と第１導体板３及び第２導体４が、はんだなどの接続材６で接続されたパワー半導体装置では、パワー半導体素子１の繰り返し発熱時に（パワー半導体装置の動作、停止をくりかえした場合）、接続材６に繰り返し大きなひずみが印加されるため、疲労破壊が懸念される。
【００１５】
図１に示されるパワー半導体装置では、はんだなどの接合界面は、３種類存在している。チップ上下面の接続材２、第１導体及び第２導体と絶縁基板５を接続する接続材６、さらに絶縁基板５と放熱部材８を接続する接続材７である。パワー半導体装置の動作、停止の繰り返しにおいて、接続材のひずみが最も大きく、疲労寿命の主要因となるのは、接続材６である。なぜならば、接続材２は、パワー半導体装置の動作時、温度の上昇は大きいが、接触面積が小さいため、ひずみは小さい。また、接続材７は接触面積は大きいが、放熱部材８の近くに配置されているため、温度上昇量が小さく、ひずみは小さい。一方、接続材６は、温度上昇量も大きく、接続面積も大きいため、ひずみが大きくなり、疲労破壊の可能性が高くなるからである。そこで、本実施形態では、第１導体３及び第２導体４の絶縁基板５とはんだ接続されている面の周辺部に、凹部３ａ及び凹部４ａを設ける。
【００１６】
図２は、接続材６をはんだ材とした場合のパワー半導体素子１が発熱する際の接続材６のひずみを、凹部３ａ及び凹部４ａがある場合とない場合で比較した結果を示す図である。パワー半導体装置のアクティブ領域が発熱した場合の温度分布において、その温度分布が発生した場合の応力を、はんだの疲労破壊を支配する相当塑性ひずみで評価を行った。接続材６の第２導体４の端部付近でのひずみの最大値で比較を行った。その結果、図２に示されるように、凹部を設けない構造のはんだのひずみを１とした場合、凹部を設けた場合には０．６１に低減できることが確認された。これは、凹部を設けることにより、接続材６の端部の接続材厚（はんだ厚）が増加するため、はんだひずみが低減されたものであると考えられる。よって、第１導体３の周辺部において、接続材６が他の部分よりも厚く形成されることにより、はんだのひずみを低減することができる。したがって、本実施形態においては、パワー半導体素子１の繰り返し時発熱（パワーサイクル時）のはんだ接続材６のひずみを低減することができるため、疲労破壊を防止し、信頼性の高いパワー半導体装置を提供される。
【００１７】
ここで、はんだ材の熱伝導率は、第１導体３や第２導体４よりも大きい。したがって、はんだ材からなる接続材６の厚さが厚くなると熱抵抗が大きくなり、放熱性が低下する。そこで、第１導体３、第２導体４のパワー半導体素子１から離れた位置に凹部を設けることにより、チップ発熱時の熱伝導を悪化することなく、ひずみが高くなる第１導体３及び第２導体４の端部のみの接続材６のはんだ厚を増加させることができ、ひずみが低減される。凹部以外のはんだの厚は、周辺に比べて相対的に薄いので、熱抵抗の増加を抑制し、はんだの疲労破壊を防止でき、信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。
【００１８】
なお、前記凹部４ａを設ける位置は、パワー半導体素子１端部からチップの熱の広がりを考慮することが望ましい。図３は、本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置の断面図である。図３に示されるように、第２導体４と接続材２の端部との交点４ｅから第２導体４面上外側に向かう線４ｄと、交点４ｅから第２導体４の絶縁基板５との接合面４ｃとの交点４ｄを結んだ線４ｂとの間の角度を４５度とする。このとき、凹部４ａの位置は、交点４ｄよりも外側に設けることがより望ましい。つまり、半導体素子１の電極面の直角方向から見た場合、凹部４ａは、半導体素子１の端部から第１導体３の厚み分だけ離れた点の集合からなる仮想線と第１導体３の外周との間に形成される。これにより、熱抵抗の悪化を抑制することができるため、より信頼性の高いパワー半導体装置を提供できる。
【００１９】
上述したように、凹部の深さを深くすることにより、はんだ厚を増加することができ、はんだのひずみを低減することができる。この時、凹部の幅を凹部の深さの２倍以上とすることが望ましい。図１６（ｂ）は、凹部幅/凹部深さの比と、はんだひずみとの関係を示した図である。凹部幅と凹部深さの比を変化させた構造の、パワーサイクル時におけるはんだひずみを評価した。それぞれの値は、凹部幅/凹部深さ＝1の場合のはんだひずみを１として規格化したはんだひずみ値を示している。図１６（ｂ）に示されるように、はんだのひずみは、凹部幅/凹部深さの値が２以下の領域では、凹部幅/凹部深さの値の減少に伴い増加する。一般的にはんだの厚みを増加することにより、はんだのひずみは減少するが、凹部の深さをただ深くしただけでは、その効果を十分に得ることができない。凹部形成により、はんだひずみの低減効果を十分に得るためには、凹部幅/凹部深さの値は２より大きくなるように形成することが望ましい。したがって、凹部３ａ及び凹部４ｂの形状を、半導体素子１の電極面の直角方向から見た場合、凹部４ａ及び凹部４ｂにおいて、半導体素子１の電極面と平行である幅方向の長さをＷと定義し、深さ方向の長さをＤと定義した場合、Ｗ／Ｄは２より大きく形成する。
【００２０】
ここで、図６に示すような片面冷却のパワー半導体装置構造の場合、チップ発熱時には、接続材６のはんだのひずみを減少する方向に反り変形が生じるのに対し、本実施形態に示される両面冷却構造のパワー半導体装置では、接続材６のはんだのひずみを増加させるような変形となる。このため、チップ発熱時のはんだひずみは、本実施形態に示される両面冷却構造の方が大きくなる。したがって、第２導体３に設ける凹部３ａはんだひずみ低減効果が大きくなる。
【００２１】
なお、本実施形態では、接続材がはんだの場合について示したが、焼結材などその他の接続材であってもよい。
【００２２】
［実施形態２］
図４は、本発明の実施形態２を示すパワー半導体装置の断面図である。パワー半導体装置製造時の製造時に、絶縁基板５と放熱材８との熱伝導率の差から反りが生じてしまう。この反りにより、接続材７にひずみが生じてしまい、接続材７が破壊されてしまう虞がある。本実施形態では、図４に示されるように、放熱部材８の絶縁基板５を実装する面８ｂに凹部８ｄを設ける。これにより、接続材７の端部の接続材厚（はんだ厚）を増加することで、ひずみを低減させ、接続材７の破壊を防止する。凹部８ｄを設ける位置は、第２導体４の端部から放熱材８への垂線の放熱部材の絶縁基板実装面８ｂとの交点８ｅよりも外側に設けてもよい。また、凹部８ｄを設ける位置は、パワー半導体素子１端部から４５度の線４ｂと放熱部材の絶縁基板実装面８ｂとの交点８ｃよりも外側に設けてもよい。このような構成により、熱抵抗の悪化を抑制し、信頼性の高いパワー半導体装置が提供できる。
【００２３】
［実施形態３］
実施形態１では、第１導体３上に半導体素子１を１個備える構成としていたが、第１導体３上に半導体素子１を複数備える構成としてもよい。これにより、半導体素子が１個の半導体装置を並べるよりも、幅方向の長さを小さくすることができ、より小型化したパワー半導体装置を提供することができる。
【００２４】
図５は、本実施形態を示すパワー半導体装置の断面図である。図５に示されるように、本実施形態では、第１導体３と第３導体１１が、絶縁基板５の同一面に隣り合うようにそれぞれはんだ接続される。同様に、第２導体４と第４導体１２が第１導体４にはんだ接続される。このようなパワー半導体装置においては、隣り合う導体の接続材６と接続材１３がはみ出して、ブリッジしてしまう虞がある。特に、両面冷却モジュールの場合、封止樹脂１０を形成する際、高温で両面から加圧するため、接続材６と接続材１３がはみ出して、ブリッジするという問題が生じやすい。
【００２５】
そこで、本実施形態では、１導体３、第２導体４、第３導体１１、第４導体１２の絶縁基板５との接続面の外周部に凹部３ａ、凹部４ａ，凹部１１ａ及び凹部１２ａを設ける。これにより、中央から外側に押し出されるはんだが、各凹部に流れ込むので、はんだのはみ出しを防止することができる。したがって、隣り合う導体の接続材６と接続材１３がはみ出してブリッジすることを防止することができ、信頼性や組立性を向上することができる。
【００２６】
［実施形態４］
図１で示される第１の実施形態では、パワー半導体素子１の表裏面にそれぞれ第１導体３、第２導体４が接続材２により接続され、さらにその外側に絶縁基板５、放熱部材８がそれぞれ接続材６、接続材７で接続された両面冷却構造のパワー半導体装置の例を示した。しかし、図６に示すように、片面冷却構造のパワー半導体装置であってもよい。パワー半導体素子１は、接続材２を介して第２導体４に接される。さらに、パワー半導体素子１は、接続材６を介して絶縁基板５の第１導体層５ｂに接続され、絶縁基板５の第２導体層５ｃが放熱部材８に接続されている。ここで、このような構造の場合、第１導体１と絶縁基板５との熱膨張係数の差が大きくなるため、片面冷却構造のパワー半導体装置であったとしても、接続材６のひずみが大きくなってしまうという問題がある。
【００２７】
そこで、第２導体４の絶縁基板５とはんだ接続されている面の周辺部には、凹部４ａを設ける。これにより、接続材６の厚みが、第２導体４の周辺部において他の部分よりも厚くなるので、はんだのひずみを低減できる。また、凹部４ａ以外のはんだの厚さは、周辺に比べて相対的に薄いので、熱抵抗を増加させることなく、はんだの疲労破壊を防止でき、信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。
【００２８】
［実施形態５］
図７は、本発明の実施形態５を示すパワー半導体装置の断面図である。図１で示される第１の実施形態では、第１導体３および第２導体４の絶縁基板５とはんだ接続されている面の周辺部に設ける凹部３ａ及び凹部４ａの形状が段差形状である例を示した。しかし、凹部３ａ及び凹部４ａの形状が段差形状である場合、段差の角部まで接続材６が埋まらず、空隙が生じてしまう虞がある。そこで、本実施形態では、図７に示されるように、凹部の形状は、凹部３ｅ及び凹部４ｅのようなテーパ形状に形成する。つまり、前記半導体素子１の電極面の直角方向から見た場合、凹部３ｅ及び凹部４ｅの深さは、半導体素子１に近い側より遠い側の方が大きくなるように形成される。
【００２９】
凹部３ｅ及び凹部４ｅをテーパ―状にすることで、はんだの厚さは熱伝導に影響のある内側の方が薄くなるため、凹部を段差形状にした場合と比べて熱抵抗に対する影響が小さい。また、テーパ―状は段差形状に比べて容易に加工ができる。さらに、第１導体３と接続材６との間に空隙が生じてしま、半田の密着性が低下するのを防ぐことができる。
【００３０】
さらに、図１７に示されるように、凹部３ｅ及び凹部４ｅの形状を、半導体素子１の電極面の直角方向から見た場合、凹部３ｅ及び凹部４ｅにおいて、半導体素子１の電極面と平行である幅方向の長さをＷと定義し、深さ方向の長さをＤと定義した場合、Ｗ/Ｄは２よりも大きく形成してもよい。これにより、第１導体３、第２導体４の周辺部において、接続材３と接続材６のはんだ材の厚みが他の部分よりも厚くなるため、はんだのひずみを低減できるという効果が期待できる。また、凹部以外のはんだの厚は、周辺に比べて相対的に薄いので、熱抵抗を増加させることなく、はんだの疲労破壊を防止できる。加えて、第１導体３と接続材６との間に空隙が生じてしまうのを防ぐことができ、信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。
【００３１】
［実施形態６］
図８は、本発明の実施形態５を示すパワー半導体装置の断面図である。図１に示した第１の実施形態では、第１導体３及び第２導体４の絶縁基板５とはんだ接続されている面の周辺部に設ける凹部３ａ及び凹部４ａの形状が段差形状であり、第１導体３、第２導体４の最外周に設けられる場合を示した。本実施形態では、図８に示されるように、第１導体３、第２導体４の最外周に、壁３ｆ及び壁４ｆが設けられている。この場合も、第１導体、第２導体の周辺部において、接続材６のはんだ材の厚みが他の部分よりも厚くなることにより、はんだのひずみを低減できる。また、凹部３ａ及び凹部４ａ以外のはんだの厚は、周辺に比べて相対的に薄いので、熱抵抗を増加させることなく、はんだの疲労破壊を防止でき、信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。また、壁３ｆ及び壁４ｆは、一部が第１導体層５ｂと少なくとも一部が接触する構成としてもよい。こうすることで、壁３ｆ及び壁４ｆ付近でのはんだの広がりを防ぎ、よりはんだのはみ出しを防止することができる。
【００３２】
［実施形態７］
図９は、本発明の実施形態６を示すパワー半導体装置の断面図である。図１に示される実施形態では、第１導体３及び第２導体４にパワー半導体素子１が１つの接続材２により接続されている構造を示したが、本実施形態は、図９に示されるように、多チップ並列駆動のパワー半導体装置にも適用可能である。具体的には、第１導体３及び第２導体４に２つ以上のパワー半導体素子１が接続材２を介して接続される構成する。これにより、横方向の幅を狭くすることができるので、パワー半導体装置の小型化を実現できる。本実施例においても、第２導体４の絶縁基板５とはんだ接続されている面の周辺部には、凹部４ａが設けられている。これにより、第２導体４の周辺部において、接続材６の厚みが他の部分よりも厚くなることにより、はんだのひずみを低減できる。また、凹部以外のはんだの厚は、周辺に比べて相対的に薄いので、熱抵抗を増加させることなく、はんだの疲労破壊を防止でき、信頼性の高いパワー半導体装置が実現できる。
【００３３】
本実施形態のように、複数のパワー半導体素子１が第１導体３及び第２導体４に接続されている場合、パワー半導体素子１が単数の場合に比べて、接続材６の表面積が大きくなる。したがって、第１導体３および第２導体４の周辺部の接続材６のひずみが大きくなるため、凹部３ａ、４ａを設けることによるはんだひずみ低減効果がより期待できる。また、パワー半導体素子１を複数設けることにより、熱源が分散され、熱抵抗を低減することができる。第１導体３および第２導体４の周辺部に設ける凹部３ａ及び凹部４ａをチップ端部から近い位置に形成した場合でも、熱抵抗の影響を受けるのは、一番外側のチップのみとなる。そのため、パワー半導体素子１が１つのみの場合と比べて、凹部を設けることによる熱抵抗の増加を抑制できる。
【００３４】
［実施形態８］
本発明に係る実施形態８を図１８を用いて説明する。図１８は、本発明の実施形態８に係るパワー半導体装置の断面図である。図１８に示されるように、本実施例では、第２導体層５ｃに直接放熱フィン９を設けた構造であってもよい。この場合、放熱フィン９は、アーク溶接等により第２導体層５ｃに接合される。これにより、小型化や部品点数を低減することができる。
【００３５】
［実施形態９］
本発明の一実施形態に係るパワー半導体装置の製造方法を図１及び図１５を用いて説明する。図１５(a)から(d)は、本発明の一実施形態に係るパワー半導体装置の製造工程を示した図である。
【００３６】
まず、図１５（a）に示されるように、第１導体３および第２導体４に凹部３ａ、４ａを設ける。凹部３ａ及び凹部４ａは、たとえば引抜などにより形成される。図１４は、本発明の実施形態に係るパワー半導体装置の正面図である。図１４に示されるように、凹部３ａ及び凹部４ａを引き抜き方向に沿って設けることにより、引き抜きによる凹部の成形が可能となり、製造性が向上する。
【００３７】
次に、図１６（ｂ）に示されるように、半導体素子１は、第１導体３および第２導体４に接続材２を介して接続される。第１導体３及び第２導体４は、例えば、銅、銅合金、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金などにより形成される。接続材２は、はんだ材または焼結材などにより形成されている。
【００３８】
次に、図１５（ｃ）に示されるように、第１導体３及び第２導体４が、接続材６を介して絶縁基板５の第１導体層５ｂに接続される。絶縁基板５は、絶縁部材５ａの一面に第１導体層５ｂが配置され、他面に第２導体層５ｃが配置される。なお、両面の絶縁基板５を同時に、第１導体３および第２導体４に接続してもよい。こうすることで、対称性を保つことができ、組立時の反り変形を抑制することができる。
【００３９】
次に、図１５（ｄ）に示されるように、放熱部材８は、絶縁基板５に接続材７を介して、接続される。このとき、両面の放熱部材８を同時に接続してもよい。こうすることにより、組立時の反り変形を抑制することができる。放熱部材８の表面には放熱フィン９が形成されている。
【００４０】
最後に、図１に示されるように、放熱部材８の放熱フィンが形成されている放熱面８ａ以外は、封止樹脂１０で封止される。
【００４１】
上述した実施形態では、放熱部材８の放熱フィン９の形状をピンフィンとしたが、他の形状、例えばストレートフィンやコルゲートフィンであっても良い。また、上述した実施の形態では、封止樹脂１０が放熱部材８を含み、放熱面８ａ以外が封止された例を示したが、本発明の別の形態を示すパワー半導体装置の断面図である図１０に示されるように、絶縁基板５までが樹脂封止された構造であってもよい。この場合、絶縁基板５の第２導体層５ｃと放熱部材８とが接続されていれば、同様の効果が得られる。また、接続材６の厚みが増えすぎてしまうと、樹脂封止した場合に樹脂の接着性が悪化してしまい、樹脂がはがれてしまう虞がある。そこで、絶縁基板５と第１導体３と半導体素子１を封止する封止部材を備え、凹部３ａ、４ａの深さは、当該深さ方向に沿った第１導体３の側面の長さよりも小さく形成する構成とする。これにより、樹脂の接着性の悪化を防止することができる。
【００４２】
また、上述した実施の形態では、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される車載用のパワー半導体装置を例に説明したが、パワー半導体素子１に導体が接続材により接続され、さらに絶縁基板に接続され、導体を接合した面とは異なる面に放熱部（面）があるパワー半導体装置であれば、本発明を同様に適用することができる。
【００４３】
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で、種々変形して適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…パワー半導体素子、２…接続材、３…第１導体、３ａ…凹部、３ｆ…壁、４…第２導体、４ａ…凹部、４ｂ…４５度の線、４ｃ…第２導体の絶縁基板５との接合面、４ｄ…交点、４ｅ…凹部、４ｆ…壁、５…絶縁基板、５ａ…絶縁部材、５ｂ…第１導体層、５ｃ…第２導体層、６…接続材、７…接続材、８…放熱部材、８ａ…放熱面、９…放熱フィン、１０…封止樹脂、１１…第３導体、１１ａ…凹部、１２…第４導体、１２ａ…凹部、１３…接続材、１４…端子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１５（ｃ）】
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【図１５（ｄ）】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【図１８】
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