(57)【要約】【課題】信頼性の向上を図ることができる半導体装置、及び半導体装置の製造方法を得る。【解決手段】半導体装置において、半導体モジュール３は、モジュール本体５の一部を凹部２４に挿入した状態でヒートシンク２に設けられている。モジュール本体５には、モジュール底面５１とモジュール側面５３とが形成されている。凹部２４の内面には、凹部底面２４１と凹部内周面２４２とが含まれている。凹部２４の開口部におけるモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の距離は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の距離よりも小さくなっている。接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在しているとともに、モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間へはみ出している。【選択図】図１
2020129601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成されたヒートシンク、
モジュール本体を有し、前記モジュール本体の一部を前記凹部に挿入した状態で前記ヒートシンクに設けられた半導体モジュール、及び
前記凹部の内部で前記ヒートシンクと前記モジュール本体との間に介在しており、電気絶縁性能を持つ材料によって構成され、前記モジュール本体を前記ヒートシンクに接着している接着層
を備え、
前記モジュール本体には、モジュール底面と、前記モジュール底面の外周縁部に沿って前記モジュール本体を囲むモジュール側面とが形成されており、
前記凹部の内面には、凹部底面と、前記凹部底面の外周縁部に沿って前記凹部の内部の空間を囲む凹部内周面とが含まれており、
前記モジュール本体は、前記モジュール底面を前記凹部底面に対向させた状態で配置されており、
前記凹部の開口部における前記モジュール側面と前記凹部内周面との間の距離は、前記モジュール底面と前記凹部底面との間の距離よりも小さくなっており、
前記接着層は、前記モジュール底面と前記凹部底面との間に介在しているとともに、前記モジュール側面と前記凹部内周面との間へはみ出している半導体装置。
【請求項２】
前記接着層は、前記モジュール底面と前記凹部底面との間に介在している接着部と、前記接着部の外側で前記モジュール側面と前記凹部内周面との間に介在しているシール部とを有しており、
前記シール部は、前記接着部と異なる材料によって構成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記凹部内周面は、前記凹部の内部の空間が前記凹部の開口部に向かって広がる方向へ前記凹部底面に対して傾斜しており、
前記モジュール本体の前記凹部に挿入されている部分では、前記モジュール本体の領域が広がる方向へ前記モジュール側面が前記モジュール底面に対して傾斜しており、
前記凹部には、前記モジュール側面が前記凹部内周面に沿った状態で前記モジュール本体の一部が挿入されている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
凹部が形成されたヒートシンク、
モジュール本体を有し、前記モジュール本体の一部を前記凹部に挿入した状態で前記ヒートシンクに設けられた半導体モジュール、及び
前記凹部の内部で前記ヒートシンクと前記モジュール本体との間に介在しており、電気絶縁性能を持つ材料によって構成され、前記モジュール本体を前記ヒートシンクに接着している接着層
を備え、
前記モジュール本体には、モジュール底面と、前記モジュール底面の外周縁部に沿って前記モジュール本体を囲むモジュール側面とが形成されており、
前記凹部の内面には、凹部底面と、前記凹部底面の外周縁部に沿って前記凹部の内部の空間を囲む凹部内周面とが含まれており、
前記凹部内周面は、第１の空間部を囲む第１の内周面と、前記第１の空間部よりも前記凹部底面に近い位置に存在する第２の空間部を囲む第２の内周面と、前記第１の内周面と前記第２の内周面とを繋ぐ段差面とを有しており、
前記モジュール本体は、前記凹部底面及び前記段差面に前記モジュール底面を対向させた状態で配置されており、
前記モジュール底面と前記段差面との間の距離は、前記モジュール底面と前記凹部底面との間の距離よりも小さくなっており、
前記接着層は、前記モジュール底面と前記凹部底面との間に介在しているとともに、前記モジュール底面と前記段差面との間へはみ出している半導体装置。
【請求項５】
前記接着層は、前記モジュール底面と前記凹部底面との間に介在している接着部と、前記接着部の外側で前記モジュール側面と前記第１の内周面との間に介在しているシール部とを有しており、
前記シール部は、前記接着部と異なる材料によって構成されている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
突起部と、前記突起部が挿入された溝部とを有する噛み合い構造部
を備え、
前記モジュール底面及び前記段差面のうち、一方には前記突起部が設けられ、他方には前記溝部が設けられている請求項４又は請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の内周面は、前記第１の空間部が前記凹部の開口部に向かって広がる方向へ前記凹部底面に対して傾斜しており、
前記モジュール本体の前記凹部に挿入されている部分では、前記モジュール本体の領域が広がる方向へ前記モジュール側面が前記モジュール底面に対して傾斜しており、
前記凹部には、前記モジュール側面が前記第１の内周面に沿った状態で前記モジュール本体の一部が挿入されている請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項４に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記ヒートシンクに形成された前記凹部に前記接着層を配置するとともに、前記モジュール底面を前記凹部に向けて前記モジュール本体の一部を前記凹部に挿入する部品配置工程、及び
前記部品配置工程の後、前記接着層を加熱しながら前記半導体モジュールを前記接着層に加圧する加熱加圧工程
を備えている半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートシンクに接着層を介して半導体モジュールを接着した半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の半導体チップが固定された導体をヒートシンクに絶縁樹脂シートを介して接着したインバータ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４１２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
絶縁樹脂シートの電気絶縁性能及び熱伝導性能を向上させるためには、絶縁樹脂シートに含まれるボイドのサイズを小さくすることが有効である。絶縁樹脂シート内のボイドのサイズを小さくするためには、ヒートシンクに対する導体の接着時に導体で絶縁樹脂シートをヒートシンクに押し付けることにより、絶縁樹脂シートを加圧して絶縁樹脂シート内のボイドを小さく潰すことが考えられる。
【０００５】
しかし、特許文献１に示されている従来のインバータ装置では、絶縁樹脂シートが導体によってヒートシンクに押し付けられると、導体とヒートシンクとの間から周囲の空間へ絶縁樹脂シートが押し出されてしまい、絶縁樹脂シートに対する加圧が十分に行えなくなってしまう。これにより、絶縁樹脂シートの電気絶縁性能及び熱伝導性能を向上させることができず、インバータ装置の信頼性の向上を図ることができない。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、信頼性の向上を図ることができる半導体装置、及び半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による半導体装置は、凹部が形成されたヒートシンク、モジュール本体を有し、モジュール本体の一部を凹部に挿入した状態でヒートシンクに設けられた半導体モジュール、及び凹部の内部でヒートシンクとモジュール本体との間に介在しており、電気絶縁性能を持つ材料によって構成され、モジュール本体をヒートシンクに接着している接着層を備え、モジュール本体には、モジュール底面と、モジュール底面の外周縁部に沿ってモジュール本体を囲むモジュール側面とが形成されており、凹部の内面には、凹部底面と、凹部底面の外周縁部に沿って凹部の内部の空間を囲む凹部内周面とが含まれており、モジュール本体は、モジュール底面を凹部底面に対向させた状態で配置されており、凹部の開口部におけるモジュール側面と凹部内周面との間の距離は、モジュール底面と凹部底面との間の距離よりも小さくなっており、接着層は、モジュール底面と凹部底面との間に介在しているとともに、モジュール側面と凹部内周面との間へはみ出している。
【０００８】
また、この発明による半導体装置は、凹部が形成されたヒートシンク、モジュール本体を有し、モジュール本体の一部を凹部に挿入した状態でヒートシンクに設けられた半導体モジュール、及び凹部の内部でヒートシンクとモジュール本体との間に介在しており、電気絶縁性能を持つ材料によって構成され、モジュール本体をヒートシンクに接着している接着層を備え、モジュール本体には、モジュール底面と、モジュール底面の外周縁部に沿ってモジュール本体を囲むモジュール側面とが形成されており、凹部の内面には、凹部底面と、凹部底面の外周縁部に沿って凹部の内部の空間を囲む凹部内周面とが含まれており、凹部内周面は、第１の空間部を囲む第１の内周面と、第１の空間部よりも凹部底面に近い位置に存在する第２の空間部を囲む第２の内周面と、第１の内周面と第２の内周面とを繋ぐ段差面とを有しており、モジュール本体は、凹部底面及び段差面にモジュール底面を対向させた状態で配置されており、モジュール底面と段差面との間の距離は、モジュール底面と凹部底面との間の距離よりも小さくなっており、接着層は、モジュール底面と凹部底面との間に介在しているとともに、モジュール底面と段差面との間へはみ出している。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による半導体装置、及び半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明による実施の形態１の半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置を示す斜視図である。
【図３】図１の凹部が形成される前の状態のヒートシンクを示す断面図である。
【図４】図３のヒートシンクに凹部が形成されている状態を示す断面図である。
【図５】図４のヒートシンクを示す斜視図である。
【図６】図５のヒートシンクの凹部に接着層を配置した状態を示す断面図である。
【図７】図６のヒートシンクを示す斜視図である。
【図８】図６の凹部にモジュール本体の一部を配置するときの状態を示す断面図である。
【図９】図８の半導体モジュールを加圧している状態を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による半導体装置を示す断面図である。
【図１１】図１０の半導体装置を示す斜視図である。
【図１２】図１０のヒートシンクを示す断面図である。
【図１３】図１２のヒートシンクを示す斜視図である。
【図１４】図１２のヒートシンクの凹部に接着層を配置した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４のヒートシンクを示す斜視図である。
【図１６】図１４の凹部にモジュール本体の一部を配置するときの状態を示す断面図である。
【図１７】図１６の半導体モジュールを加圧している状態を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態３による半導体装置を示す断面図である。
【図１９】図１８の半導体装置のモジュール本体の一部が凹部に挿入される前の状態を示す断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態４による半導体装置を示す断面図である。
【図２１】図２０の半導体装置のモジュール本体の一部が凹部に挿入される前の状態を示す断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態５による半導体装置を示す断面図である。
【図２３】図２２の半導体装置のモジュール本体の一部が凹部に挿入される前の状態を示す断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態６による半導体装置を示す断面図である。
【図２５】図２４の半導体装置のモジュール本体の一部が凹部に挿入される前の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明による実施の形態１の半導体装置を示す断面図である。また、図２は、図１の半導体装置を示す斜視図である。図において、半導体装置１は、ヒートシンク２と、ヒートシンク２に設けられた半導体モジュール３と、半導体モジュール３をヒートシンク２に接着している接着層４とを有している。この例では、インバータ装置などの電力変換装置に用いられる電力用半導体装置が半導体装置１とされている。また、この例では、電力用半導体装置に含まれるパワーモジュールが半導体モジュール３とされている。
【００１２】
半導体モジュール３は、モジュール本体５と、モジュール本体５に複数の端子として設けられた第１の端子６、第２の端子７及び第３の端子８とを有している。
【００１３】
モジュール本体５には、図１に示すように、モジュール底面５１と、モジュール天面５２と、モジュール側面５３とが形成されている。モジュール天面５２は、モジュール底面５１に対してモジュール本体５の反対側の部分に形成されている。モジュール側面５３は、モジュール底面５１及びモジュール天面５２のそれぞれの外周縁部に沿ってモジュール本体５を囲む外周面である。この例では、モジュール底面５１及びモジュール天面５２のそれぞれの形状が正方形になっている。
【００１４】
モジュール本体５は、発熱部品である電力用の半導体素子１１と、半導体素子１１が設けられた板状の放熱部材１２と、半導体素子１１及び放熱部材１２を覆うモールド部材１３とを有している。
【００１５】
放熱部材１２は、導電性及び熱伝導性を持つ材料で構成されている。放熱部材１２を構成する材料としては、銅、アルミニウムなどの金属材料が用いられている。
【００１６】
放熱部材１２には、放熱面１２１と、接合面１２２とが形成されている。接合面１２２は、放熱面１２１に対して放熱部材１２の反対側の部分に形成されている。放熱面１２１は、モジュール底面５１の一部としてモジュール本体５の外部に露出している。モジュール天面５２及びモジュール側面５３は、モールド部材１３に形成されている。モールド部材１３は、電気絶縁性を持つ樹脂で構成されている。
【００１７】
半導体素子１１は、はんだなどの導電性接合部材１４を介して接合面１２２に接合されている。第１の端子６は、はんだなどの導電性接合部材１５を介して半導体素子１１に接合されている。第２の端子７は、はんだなどの導電性接合部材１６を介して接合面１２２に接合されている。第３の端子８は、はんだなどの図示しない導電性接合部材を介して接合面１２２に接合されている。これにより、放熱部材１２には、半導体素子１１の動作中に電位が発生する。半導体素子１１としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料として構成されたワイドギャップ半導体素子、シリコン（Ｓｉ）を用いた素子などが用いられている。
【００１８】
第１の端子６、第２の端子７及び第３の端子８のそれぞれの一部は、端子突出部としてモジュール側面５３から突出している。半導体モジュール３では、第１の端子６、第２の端子７及び第３の端子８のそれぞれを介して半導体素子１１と外部機器との電気的接続が行われる。
【００１９】
ヒートシンク２は、導電性及び熱伝導性を持つ材料で構成されている。ヒートシンク２を構成する材料としては、アルミニウム、銅などの金属材料が用いられている。また、ヒートシンク２は、天板２１と、天板２１から突出する複数のフィン２２とを有している。この例では、天板２１及び複数のフィン２２が一体の単一部材で構成されている。
【００２０】
天板２１には、実装面２１１と天板裏面２１２とが形成されている。天板裏面２１２は、実装面２１１に対して天板２１の裏側の面である。複数のフィン２２は、実装面２１１に直交する方向へ天板裏面２１２から突出している。また、複数のフィン２２は、互いに間隔をあけて配置されている。
【００２１】
天板２１の実装面２１１には、凹部２４が形成されている。凹部２４の内面は、凹部底面２４１と、凹部底面２４１の外周縁部に沿って凹部２４の内部の空間を囲む凹部内周面２４２とを有している。
【００２２】
凹部底面２４１の形状は、モジュール底面５１の形状に合わせた形状である。この例では、凹部底面２４１の形状が正方形になっている。また、この例では、凹部内周面２４２が凹部底面２４１に対して直交している。これにより、凹部内周面２４２と実装面２１１との境界線によって囲まれた凹部２４の開口部の形状は、正方形になっている。凹部底面２４１は、モジュール底面５１よりも広くなっている。凹部２４をヒートシンク２に形成する方法としては、溶融金属を金型に流し込んでヒートシンク２と同時に凹部２４を成型するダイカスト法、ヒートシンク２を機械的に切削することにより凹部２４を形成する切削加工などが挙げられる。
【００２３】
モジュール本体５の一部は、凹部２４に挿入されている。モジュール本体５は、モジュール底面５１を凹部底面２４１に対向させた状態で配置されている。また、モジュール本体５は、モジュール底面５１を凹部底面２４１と平行にして配置されている。モジュール本体５の凹部２４に挿入されている部分では、モジュール本体５の領域が広がる方向へモジュール側面５３がモジュール底面５１に対して傾斜している。これにより、モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の距離は、凹部２４の開口部に向かって連続的に小さくなっている。
【００２４】
凹部２４の開口部におけるモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の距離は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の距離よりも小さくなっている。この例では、凹部２４の開口部におけるモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の距離が０となっている。即ち、この例では、凹部２４の開口部において凹部内周面２４２とモジュール側面５３とが凹部２４の全周にわたって互いに接触している。これにより、凹部２４の内面とモジュール本体５との間には、閉空間が形成されている。
【００２５】
接着層４は、凹部２４の内部でヒートシンク２とモジュール本体５との間に介在している。即ち、接着層４は、凹部２４の内面とモジュール本体５との間に形成された閉空間に配置されている。具体的には、接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在しているとともに、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間へはみ出している。また、接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の空間に隙間なく充填されている。これにより、モジュール底面５１に対する接着層４の領域が、放熱面１２１のすべてを覆う領域となっている。さらに、接着層４は、モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の少なくとも一部に充填されている。モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に充填されている接着層４の幅寸法は、凹部２４の開口部に近づくにつれて連続的に小さくなっている。
【００２６】
この例では、導電性溶液が各フィン２２に接触しながら冷却媒体として流れる水冷式のヒートシンクがヒートシンク２として用いられている。また、この例では、ヒートシンク２を流れる導電性溶液を通じて例えばラジエータなどの周辺部品とヒートシンク２とが電気的に接続される。
【００２７】
ここで、天板２１に電位が発生してヒートシンク２に電流が流れた場合には、ヒートシンク２から周辺部品にも電流が流れる。これにより、半導体モジュール３がアースと短絡する故障が発生するおそれがある。従って、ヒートシンク２は、半導体モジュール３から電気的に絶縁する必要がある。
【００２８】
接着層４は、熱伝導性及び電気絶縁性を持つ材料で構成されている。接着層４を構成する材料としては、熱伝導性フィラーと熱硬化型樹脂とを複合化した材料が用いられる。熱伝導性フィラーとしては、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナなどが用いられる。熱硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂などが用いられる。
【００２９】
熱伝導性フィラーと熱硬化型樹脂とを複合化する方法としては、以下の方法が用いられる。即ち、予め粒子状に形成された熱伝導性フィラーと、熱硬化型樹脂とを混ぜ合わせて混合ペーストを作製する。この後、銅箔、ＰＥＴ（Polyethyleneterehthalate）製シートなどの基材に混合ペーストを塗布する。この後、混合ペーストをプレスなどによって平坦化することにより、混合ペースト内のボイドが縮小化される。これにより、混合ペーストが接着層用シートとなる。この後、基材から剥がした接着層用シートが接着層４として用いられる。
【００３０】
接着層４は、半導体装置１における必要な耐電圧に応じて、複数の接着層用シートを貼り合わせて構成してもよい。このようにすれば、接着層４内のボイドが接着層４を厚さ方向へ貫通する確率を低下させることができる。従って、接着層用シートの製造工程に起因してピンホールが接着層用シートに発生した場合でも、接着層４を貫通するボイドの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、熱伝導性フィラーと熱硬化型樹脂とを複合化する別の方法として、以下の方法が用いられる。即ち、予め粒子状に形成された熱伝導性フィラー同士を焼結させることにより、熱伝導性フィラー同士の接触面積を増加させる。この後、熱伝導性フィラー間の隙間に熱硬化型樹脂を充填することにより、接着層用シートを作製する。
【００３２】
この方法を用いた場合、熱伝導性フィラー同士の接触状態を向上させることができるので、熱硬化型樹脂の充填比率を調整して接着層用シートの熱伝導性能の向上を図ることができる。
【００３３】
次に、半導体装置１の製造方法について説明する。図３〜図９は、図１の半導体装置１を製造するときの手順を説明するための図である。
【００３４】
（ヒートシンク工程）
図３は、図１の凹部２４が形成される前の状態のヒートシンク２を示す断面図である。また、図４は、図３のヒートシンク２に凹部２４が形成されている状態を示す断面図である。さらに、図５は、図４のヒートシンク２を示す斜視図である。半導体装置１を製造するときには、図３〜図５に示すように、ヒートシンク２の実装面２１１に凹部２４を形成する。この例では、機械的な切削加工によって凹部２４をヒートシンク２に形成する。
【００３５】
（部品配置工程）
ヒートシンク工程の後、予め作製しておいた半導体モジュール３をヒートシンク２に接着層４を介して配置する部品配置工程を行う。部品配置工程では、凹部２４に接着層４を配置する接着層工程と、予め作製しておいた半導体モジュール３のモジュール底面５１を凹部２４に向けてモジュール本体５の一部を凹部２４に挿入する半導体モジュール工程とが含まれている。部品配置工程では、接着層工程を行った後、半導体モジュール工程を行う。
【００３６】
（接着層工程）
図６は、図５のヒートシンク２の凹部２４に接着層４を配置した状態を示す断面図である。また、図７は、図６のヒートシンク２を示す斜視図である。接着層工程では、予め作製しておいた接着層用シートを接着層４として用いる。このとき、接着層４は、接着層用シートの外周面と凹部内周面２４２との間に隙間が生じている状態で凹部底面２４１に配置する。接着層用シートの厚さは、凹部２４の深さよりも小さくされている。
【００３７】
（半導体モジュール工程）
図８は、図６の凹部２４にモジュール本体５の一部を配置するときの状態を示す断面図である。接着層工程の後に行う半導体モジュール工程では、モジュール底面５１を接着層４に向けてモジュール本体５を配置する。これにより、モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入された状態でモジュール本体５が接着層４に載せられる。このとき、モジュール側面５３は、凹部２４の開口部においても凹部内周面２４２から離れている。
【００３８】
（加熱加圧工程）
図９は、図８の半導体モジュール３を加圧している状態を示す断面図である。部品配置工程の後、接着層４を加熱しながら半導体モジュール３を接着層４に加圧する加熱加圧工程を行う。この例では、ヒータプレス装置によって接着層４を加熱しながら半導体モジュール３を接着層４に加圧する。これにより、接着層４が完全に硬化してモジュール本体５が接着層４を介して凹部２４の内面に接着される。
【００３９】
接着層４には、常温から硬化温度に昇温して半硬化状態から本硬化状態に変化する過程で一旦軟化する特性がある。接着層４に対する加圧は、接着層４が軟化するタイミングで行う。
【００４０】
半導体モジュール３が接着層４に加圧されると、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の空間へ接着層４が押し出される。この後、モジュール本体５の一部が凹部２４にさらに挿入されると、モジュール側面５３が凹部内周面２４２に近づく。これにより、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出された接着層４は、モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に閉じ込められる。従って、凹部２４の外部への接着層４の流出が防止され、接着層４が効果的に加圧される。
【００４１】
接着層４の電気絶縁性能、即ち接着層４の耐電圧特性は、接着層４内のボイドのサイズが小さくなるほど向上する。加熱加圧工程では、接着層４が加圧されることにより、接着層４内のボイドが潰れてボイドのサイズが小さくなる。これにより、接着層４の電気絶縁性能が飛躍的に高まる。このようにして、半導体装置１が製造される。
【００４２】
ここで、凹部２４の深さｄは、接着層４に用いられる接着層用シートの厚さのばらつき、接着前から接着後への接着層４の体積収縮率、凹部２４の幅寸法Ｗ、及びモジュール底面５１の幅寸法Ｌに基づいて設定されている。この例では、接着前から接着後への体積収縮率が１０％となる接着層用シートを接着層４として用いた。また、この例では、接着層用シートの厚さ、即ち接着前の接着層４の厚さを３８０μｍ〜４２０μｍとした。さらに、この例では、凹部２４の幅寸法Ｗを４０ｍｍとし、モジュール底面５１の幅寸法Ｌを３８ｍｍとした。さらにまた、この例では、モジュール側面５３の傾斜角度αを４５°とした。なお、モジュール側面５３の傾斜角度αは、図８に示すように、モジュール底面５１をモジュール本体５の外部へ延長した平面とモジュール側面５３とがなす角度である。
【００４３】
この例では、加熱加圧工程において、接着前の接着層４をモジュール本体５で加圧したときに、接着前の接着層４の厚さが接着後の接着層４の厚さｔになるまで、モジュール本体５の凹部２４への挿入が許容されるように凹部２４の深さｄが設定されている。従って、加熱加圧工程において接着前の接着層４をモジュール本体５で加圧したときには、接着前の接着層４の厚さにばらつきがある状態でも、接着前の接着層４の厚さが接着後の接着層４の厚さｔになるまで、モジュール側面５３がヒートシンク２に接触しないか、又はモジュール側面５３が凹部２４の開口部で凹部内周面２４２の一部に接触するだけに留まる。これにより、加熱加圧工程では、接着前の接着層４の厚さが接着後の接着層４の厚さｔになるまで、モジュール底面５１の全面で接着層４を加圧することが可能になる。
【００４４】
具体的には、凹部２４の深さｄは、以下の式（１）によって設定される。
【００４５】
ｄ＝ｔ＋（Ｗ−Ｌ）×０．５×ｔａｎ（α）  …（１）
【００４６】
この例では、接着前の接着層４の最小の厚さが３８０μｍである。接着前から接着後への接着層４の体積収縮率が１０％となることから、接着後の接着層４の最小の厚さｔは、３８０μｍ×０．９＝３４２μｍとなる。また、この例では、Ｗ＝４０ｍｍ、Ｌ＝３８ｍｍ、α＝４５°である。従って、凹部２４の深さｄは、式（１）から、１．３ｍｍ以上となる。この例では、凹部２４の深さｄを１．４ｍｍとした。
【００４７】
このような半導体装置１では、モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入されている。また、凹部２４の開口部におけるモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の距離は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の距離よりも小さくなっている。さらに、接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在しているとともに、モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間へはみ出している。このため、半導体装置１の製造時にモジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出された接着層４をモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に閉じ込めることができる。これにより、接着層４に十分な加圧力を与えて接着層４を圧縮することができ、接着層４内のボイドのサイズを小さくすることができる。従って、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上を図ることができ、半導体装置１の信頼性の向上を図ることができる。
【００４８】
また、モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入されていることから、半導体モジュール３の位置が接着層４に対して横へずれることを凹部内周面２４２によって抑制することができる。これにより、半導体装置１の製造時における接着層４に対する加圧をより確実に行うことができる。従って、半導体装置１の不良品の発生を抑制することができる。
【００４９】
また、このような半導体装置１の製造方法では、凹部２４に接着層４を配置するとともに、モジュール底面５１を凹部２４に向けてモジュール本体５の一部を凹部２４に挿入した後に、接着層４を加熱しながら半導体モジュール３を接着層４に加圧する。このため、加熱加圧工程において、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出された接着層４をモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に閉じ込めることができる。これにより、接着層４に十分な加圧力を与えて接着層４を圧縮することができ、接着層４内のボイドのサイズを小さくすることができる。従って、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上を図ることができ、半導体装置１の信頼性の向上を図ることができる。また、半導体モジュール３の位置が接着層４に対して横へずれることを凹部内周面２４２によって抑制することができる。これにより、半導体装置１の不良品の発生を抑制することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２による半導体装置を示す断面図である。また、図１１は、図１０の半導体装置を示す斜視図である。凹部２４の内部には、凹部２４の深さ方向へ連続する第１の空間部及び第２の空間部が存在している。第２の空間部は、第１の空間部よりも凹部底面２４１に近い位置に存在している。凹部内周面２４２は、第１の空間部を囲む第１の内周面２４２ａと、第２の空間部を囲む第２の内周面２４２ｂと、第１の内周面２４２ａと第２の内周面２４２ｂとを繋ぐ段差面２４２ｃとを有している。
【００５１】
凹部底面２４１に直交する方向に沿ってヒートシンク２を見たとき、第１の内周面２４２ａは、第２の内周面２４２ｂを囲んでいる。即ち、凹部底面２４１に直交する方向に沿ってヒートシンク２を見たとき、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部の領域は、第１の内周面２４２ａで囲まれた第１の空間部の領域の内側に位置している。この例では、第１の内周面２４２ａ及び第２の内周面２４２ｂのそれぞれが凹部底面２４１に対して直交する面となっている。
【００５２】
段差面２４２ｃは、凹部２４の開口部よりも凹部底面２４１に近い位置に形成されている。また、段差面２４２ｃは、第１の内周面２４２ａから凹部２４の内側に向かって第２の内周面２４２ｂに達している。この例では、段差面２４２ｃが凹部底面２４１と平行になっている。
【００５３】
モジュール本体５は、凹部底面２４１及び段差面２４２ｃにモジュール底面５１を対向させた状態で配置されている。これにより、モジュール本体５の一部は、第１の内周面２４２ａで囲まれた第１の空間部にのみ挿入されている。
【００５４】
モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の距離は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の距離よりも小さくなっている。この例では、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に隙間が生じている。モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の距離は、凹部２４の開口部に向かって連続的に小さくなっている。
【００５５】
接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在しているとともに、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出している。また、接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の空間と、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の空間とに隙間なく充填されている。さらに、接着層４は、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の少なくとも一部に充填されている。モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間に充填されている接着層４の幅寸法は、凹部２４の開口部に近づくにつれて連続的に小さくなっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５６】
次に、半導体装置１の製造方法について説明する。図１２〜図１７は、図１０の半導体装置１を製造するときの手順を説明するための図である。
【００５７】
（ヒートシンク工程）
図１２は、図１０のヒートシンク２を示す断面図である。また、図１３は、図１２のヒートシンク２を示す斜視図である。半導体装置１を製造するときには、図１２及び図１３に示すように、ヒートシンク２に凹部２４を形成する。このとき、凹部内周面２４２の形状は、第１の内周面２４２ａ、第２の内周面２４２ｂ及び段差面２４２ｃで形成された階段状にする。この例では、機械的な切削加工によって凹部２４をヒートシンク２に形成する。
【００５８】
（部品配置工程）
ヒートシンク工程の後、実施の形態１と同様に、接着層工程と半導体モジュール工程とを含む部品配置工程を行う。部品配置工程では、接着層工程を行った後、半導体モジュール工程を行う。
【００５９】
（接着層工程）
図１４は、図１２のヒートシンク２の凹部２４に接着層４を配置した状態を示す断面図である。また、図１５は、図１４のヒートシンク２を示す斜視図である。接着層工程では、予め作製しておいた接着層用シートを接着層４として用いる。接着層４は、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部に配置する。このとき、接着層４の外周面と第２の内周面２４２ｂとの間に隙間が生じている状態で接着層４を凹部底面２４１に配置する。また、このときの接着層４の厚さは、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部の深さよりも僅かに大きくなっている。
【００６０】
（半導体モジュール工程）
図１６は、図１４の凹部２４にモジュール本体５の一部を配置するときの状態を示す断面図である。接着層工程の後に行う半導体モジュール工程では、モジュール本体５のモジュール底面５１を接着層４に向けてモジュール本体５を配置する。これにより、モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入された状態でモジュール本体５が接着層４に載せられる。このとき、モジュール本体５は、ヒートシンク２から離れた状態で接着層４に載せられている。
【００６１】
（加熱加圧工程）
図１７は、図１６の半導体モジュール３を加圧している状態を示す断面図である。部品配置工程の後、実施の形態１と同様に、接着層４を加熱しながら半導体モジュール３を接着層４に加圧する加熱加圧工程を行う。この例では、ヒータプレス装置によって接着層４を加熱しながら半導体モジュール３を接着層４に加圧する。これにより、接着層４が完全に硬化してモジュール本体５が接着層４を介して凹部２４の内面に接着される。
【００６２】
接着層４には、常温から硬化温度に昇温して半硬化状態から本硬化状態に変化する過程で一旦軟化する特性がある。接着層４に対する加圧は、接着層４が軟化するタイミングで行う。
【００６３】
半導体モジュール３が接着層４に加圧されると、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間で接着層４が潰される。これにより、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部が接着層４で満たされた後、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間へ接着層４が押し出される。モジュール本体５の一部が凹部２４にさらに挿入されると、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間がさらに狭くなる。これにより、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へ接着層４が流出しにくくなり、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間で接着層４が効果的に加圧される。
【００６４】
半導体モジュール３が接着層４に加圧されても、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へ接着層４が押し出されずに、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の第２の空間部にのみ接着層４が閉じ込められるのが理想的である。しかし、現実的には、部材の寸法のばらつきなどが発生するため、接着層４は、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出るようになっている。接着層４がモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出るようにすることにより、接着層４をより確実に加圧することができる。
【００６５】
また、モジュール本体５の一部が凹部２４にさらに挿入されるときには、モジュール側面５３が凹部内周面２４２に近づく。これにより、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間から押し出された接着層４は、モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に閉じ込められる。従って、凹部２４の外部への接着層４の流出が防止され、接着層４がさらに効果的に加圧される。このようなことから、接着層４内のボイドが潰れてボイドのサイズが小さくなり、接着層４の電気絶縁性能が飛躍的に高まる。このようにして、半導体装置１が製造される。
【００６６】
ここで、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部の深さｄ２は、接着層４に用いられる接着層用シートの厚さのばらつき、及び接着前から接着後への接着層４の体積収縮率に基づいて設定されている。この例では、接着前から接着後への体積収縮率が１０％となる接着層用シートを接着層４に用いた。また、この例では、接着層用シートの厚さ、即ち接着前の接着層４の厚さを３８０μｍ〜４２０μｍとした。
【００６７】
この例では、第１の内周面２４２ａで囲まれた第１の空間部の幅寸法Ｗ１を４０ｍｍとし、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部の幅寸法Ｗ２を３８ｍｍとした。また、この例では、モジュール底面５１の幅寸法Ｌを３９ｍｍとし、接着前の接着層４の幅寸法を３７ｍｍとした。従って、この例では、（接着前の接着層４の面積３７ｍｍ×３７ｍｍ）＜（第２の空間部の面積３８ｍｍ×３８ｍｍ）＜（モジュール底面５１の面積３９ｍｍ×３９ｍｍ）＜（第１の空間部の面積４０ｍｍ×４０ｍｍ）の関係が成立している。即ち、接着後の接着層４の面積は、第２の空間部の面積よりも小さくなっている。また、モジュール底面５１の面積は、第２の空間部の面積よりも大きくなっており、かつ第１の空間部の面積よりも小さくなっている。
【００６８】
また、第１の空間部の深さｄ１及び第２の空間部の深さｄ２は、加熱加圧工程において、接着前の接着層４をモジュール本体５で加圧したときに、接着前の接着層４の厚さが接着後の接着層４の厚さｔになるまで、モジュール本体５の凹部２４への挿入が許容されるように設定されている。これにより、加熱加圧工程では、接着前の接着層４の厚さが接着後の接着層４の厚さｔになるまで、モジュール底面５１の全面で接着層４を加圧することが可能になる。
【００６９】
具体的には、第２の空間部の深さｄ２は、接着後の接着層４の最小の厚さｔ以下に設定されている。即ち、「接着前の接着層４の最小の厚さ」×（１−体積収縮率）以下に第２の空間部の深さｄ２が設定されている。
【００７０】
この例では、接着前の接着層４の最小の厚さが３８０μｍである。接着前から接着後への接着層４の体積収縮率が１０％となることから、この例では、接着後の接着層４の最小の厚さｔが、３８０μｍ×０．９＝３４２μｍとなる。従って、この例では、第２の空間部の深さｄ２が３４２μｍ以下に設定されている。これにより、加熱加圧工程では、接着前の接着層４をモジュール本体５で加圧したときに、接着前の接着層４の厚さが接着後の接着層４の厚さｔになるまで、モジュール本体５が段差面２４２ｃに干渉することが回避される。
【００７１】
また、第１の空間部の深さｄ１は、モジュール底面５１が段差面２４２ｃに接触するときに、凹部２４の開口部でモジュール側面５３が第１の内周面２４２ａに接触する深さに設定されている。
【００７２】
具体的には、第１の空間部の深さｄ１は、以下の式（２）に基づいて設定される。
【００７３】
ｄ１＝（Ｗ１−Ｌ）×０．５×ｔａｎ（α）  …（２）
【００７４】
この例では、第１の空間部の深さｄ１を０．８７ｍｍとした。また、この例では、モジュール側面５３の傾斜角度αを６０°とした。これにより、この例では、第１の空間部の深さｄ１分、即ち０．８７ｍｍだけ凹部２４にモジュール本体５の一部を挿入すると、凹部２４の開口部においてモジュール本体５の領域のサイズが第１の空間部の領域のサイズと同じになる。従って、第１の空間部の深さｄ１分だけ凹部２４にモジュール本体５の一部を挿入した状態では、モジュール側面５３が凹部２４の全周にわたって第１の内周面２４２ａに接触し、モジュール側面５３、第１の内周面２４２ａ及び段差面２４２ｃで囲まれた閉空間が形成される。
【００７５】
このような半導体装置１では、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の距離が、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の距離よりも小さくなっている。また、接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在しているとともに、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出している。このため、半導体装置１の製造時にモジュール本体５の一部を凹部２４に挿入しながらモジュール底面５１を段差面２４２ｃに近づけることにより、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在する接着層４がモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間を通過しにくくすることができる。これにより、接着層４に十分な加圧力を与えて接着層４を圧縮することができ、接着層４内のボイドのサイズを小さくすることができる。従って、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上を図ることができ、半導体装置１の信頼性の向上を図ることができる。
【００７６】
また、第１の内周面２４２ａで囲まれた第１の空間部にモジュール本体５の一部が挿入されている。このため、半導体モジュール３の位置が接着層４に対して横へずれることを第１の内周面２４２ａによって抑制することができる。これにより、半導体装置１の製造時における接着層４に対する加圧をより確実に行うことができる。従って、半導体装置１の不良品の発生を抑制することができる。
【００７７】
また、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部に接着層４が配置されている。このため、ヒートシンク２に対する接着層４の位置決めを容易かつより確実に行うことができる。
【００７８】
なお、接着層４は、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の少なくとも一部に充填されている。しかし、接着層４は、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間に介在していなくてもよい。このようにしても、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間で接着層４が通過しにくくすることができ、半導体装置１の製造時に接着層４の加圧を効果的に行うことができる。
【００７９】
実施の形態３．
図１８は、この発明の実施の形態３による半導体装置を示す断面図である。接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在している接着部４１と、接着部４１の外側でモジュール本体５とヒートシンク２との間に介在している無端状のシール部４２とを有している。
【００８０】
接着部４１は、放熱部材１２の放熱面１２１の領域のすべてを覆っている。また、接着部４１は、実施の形態１の接着層４と同じ材料で構成されている。シール部４２は、接着部４１とは異なる材料で構成されている。シール部４２を構成する材料は、接着部４１の材料よりも溶融温度の高い材料になっている。
【００８１】
シール部４２は、凹部内周面２４２に沿って接着部４１の外周部を囲んでいる。また、シール部４２は、接着部４１の外周部に密着して接着部４１と一体になっている。さらに、シール部４２は、モジュール本体５及びヒートシンク２よりも柔らかくなっている。これにより、シール部４２は、モジュール本体５の形状及び凹部２４の形状に合わせて変形している。
【００８２】
この例では、シール部４２の一部がモジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在し、シール部４２の残りの部分がモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に介在している。モジュール側面５３と凹部内周面２４２との間の距離は、凹部２４の開口部に向かって連続的に小さくなっている。これにより、シール部４２は、接着部４１から圧力を受けても、凹部２４の内部から押し出されない。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００８３】
次に、半導体装置１の製造方法について説明する。半導体装置１を製造するときには、実施の形態１と同様のヒートシンク工程の後、部品配置工程を行う。部品配置工程には、凹部２４に接着層４を配置する接着層工程と、半導体モジュール３のモジュール底面５１を凹部２４に向けてモジュール本体５の一部を凹部２４に挿入する半導体モジュール工程とが含まれている。部品配置工程では、接着層工程を行った後に、半導体モジュール工程を行う。
【００８４】
接着層工程では、接着部４１を凹部底面２４１に配置するとともに、凹部２４の内部でシール部４２を凹部内周面２４２に沿って配置する。これにより、接着部４１及びシール部４２を含む接着層４が凹部２４に配置される。このとき、シール部４２は、接着部４１の外周部を囲んだ状態で配置する。また、このとき、接着部４１とシール部４２との間に隙間を生じさせておく。接着部４１としては、予め作製しておいた接着層用シートを用いる。
【００８５】
図１９は、図１８の半導体装置１のモジュール本体５の一部が凹部２４に挿入される前の状態を示す断面図である。モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入される前には、シール部４２の厚さが接着部４１の厚さよりも大きくなっている。接着層工程の後に行う半導体モジュール工程では、モジュール本体５をシール部４２に押し付けてシール部４２を変形させながら、モジュール本体５の一部を凹部２４に挿入する。これにより、モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入された状態でモジュール本体５が接着層４に載せられる。モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入された状態では、モジュール側面５３と凹部内周面２４２とが互いに離れた状態になっている。
【００８６】
部品配置工程の後、実施の形態１と同様に、接着層４を加熱しながら半導体モジュール３を接着層４に加圧する加熱加圧工程を行う。これにより、接着層４の接着部４１が完全に硬化してモジュール本体５が接着層４を介して凹部２４の内面に接着される。
【００８７】
加熱加圧工程では、モジュール本体５が接着層４に加圧されることにより、モジュール本体５の形状に沿ってシール部４２がさらに変形するとともに、モジュール底面５１の外周部及びモジュール側面５３がシール部４２に密着する。これにより、モジュール本体５と凹部２４の内面との間の隙間が接着部４１の外側でシール部４２によってシールされる。即ち、モジュール底面５１、凹部底面２４１及びシール部４２で囲まれた閉空間に接着部４１が閉じ込められる。
【００８８】
また、加熱加圧工程では、モジュール本体５が接着層４に加圧されることにより、モジュール底面５１が接着部４１に押し付けられる。モジュール底面５１が接着部４１に押し付けられると、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から外部へ接着部４１が押し出されようとする。しかし、接着部４１の外側にシール部４２が配置されている。シール部４２は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出されようとする接着部４１の樹脂成分の通過を阻止する材料で構成されている。従って、接着部４１がモジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出されることがシール部４２によって防止される。これにより、接着部４１が効果的に加圧され、接着部４１内のボイドのサイズが小さくなる。
【００８９】
例えば、接着部４１に対する加圧力が１ＭＰａ以下であれば、シール部４２を構成する材料の圧縮破壊面圧が１ＭＰａでも、シール部４２がシール機能を発揮することができる。この場合、シール部４２を構成する材料としてシリコーンゴム、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）などを用いることにより、接着層４の樹脂成分がシール部４２の外側へ染み出さないようにすることができる。
【００９０】
しかし、シリコーンゴム、ＰＴＦＥなどの材料に無機充填材を混入した部材をシール部４２として用いたとしても、シール部４２が耐えられる加圧力の大きさの限界は３ＭＰａ程度である。従って、接着部４１に対する加圧力が５ＭＰａ以上になる場合には、メタルガスケット、はんだなどの金属系の材料をシール部４２の材料として用いることとなる。
【００９１】
ここで、金属系の材料をシール部４２の材料として用いた場合、モジュール本体５とヒートシンク２との間の電気絶縁耐性が低下するおそれがある。しかし、導電性を持つ放熱部材１２から離れた位置にシール部４２が配置されることから、金属系の材料をシール部４２の材料として用いても、モジュール本体５とヒートシンク２との間の電気絶縁耐性に及ぼす影響は小さい。このようなことから、加熱加圧工程における加熱温度及び加圧力に合わせてシール部４２の材料を選定することにより、接着部４１の樹脂成分が凹部２４の外部へ染み出さないようにしながら、モジュール本体５とヒートシンク２との間の電気絶縁耐性を確保することが可能になる。
【００９２】
このような半導体装置１では、接着層４の接着部４１が、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在している。また、シール部４２は、接着部４１の外側でモジュール側面５３と凹部内周面２４２との間に介在している。さらに、シール部４２は、接着部４１と異なる材料で構成されている。このため、半導体装置１の製造時にモジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出されようとする接着部４１の樹脂成分をシール部４２で受けることができる。これにより、接着部４１の樹脂成分が凹部２４から外部へ染み出すことをより確実に防止することができ、接着部４１に対する加圧力をより確実に高めることができる。従って、接着層４の電気絶縁性能の向上をさらに確実に図ることができる。
【００９３】
実施の形態４．
図２０は、この発明の実施の形態４による半導体装置を示す断面図である。接着層４は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に介在している接着部４１と、接着部４１の外側でモジュール本体５とヒートシンク２との間に介在している無端状のシール部４２とを有している。接着部４１及びシール部４２のそれぞれの構成は、実施の形態３の接着部４１及びシール部４２のそれぞれの構成と同様である。
【００９４】
モジュール本体５の一部は、第１の内周面２４２ａで囲まれた第１の空間部に挿入されている。接着部４１は、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部に配置されている。また、接着部４１は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出している。
【００９５】
シール部４２は、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間に介在しているとともに、モジュール底面５１の外周部と段差面２４２ｃとの間にも介在している。シール部４２の幅寸法は、凹部２４の開口部に近づくにつれて連続的に小さくなっている。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００９６】
半導体装置１は、実施の形態３と同様にして製造する。半導体装置１を製造するときには、接着層工程において、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部に接着部４１を配置するとともに、段差面２４２ｃにシール部４２を載せる。このとき、シール部４２は、第１の内周面２４２ａに沿って配置する。接着部４１としては、予め作製しておいた接着層層用シートを用いる。
【００９７】
図２１は、図２０の半導体装置１のモジュール本体５の一部が凹部２４に挿入される前の状態を示す断面図である。モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入される前には、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部の深さｄ２よりも接着部４１の厚さが大きくなっている。接着層工程の後に行う半導体モジュール工程では、モジュール本体５をシール部４２に押し付けてシール部４２を変形させながら、モジュール本体５の一部を凹部２４に挿入する。
【００９８】
加熱加圧工程では、モジュール本体５が接着層４に加圧されることにより、モジュール本体５の形状に沿ってシール部４２がさらに変形しながら、モジュール底面５１の外周部及びモジュール側面５３がシール部４２に密着する。これにより、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の隙間がシール部４２によってシールされる。従って、モジュール底面５１、段差面２４２ｃ及びシール部４２で囲まれた閉空間に接着部４１が閉じ込められる。
【００９９】
また、加熱加圧工程では、モジュール本体５が接着層４に加圧されることにより、モジュール底面５１が接着部４１に押し付けられる。これにより、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部が接着部４１で満たされた後、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間へ接着部４１が押し出される。このとき、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間では、シール部４２が接着部４１を受ける。これにより、接着部４１が凹部２４の外部へ押し出されることが防止される。従って、接着部４１が効果的に加圧され、接着部４１内のボイドのサイズが小さくなる。
【０１００】
このような半導体装置１では、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間に接着部４１が介在している。また、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間にシール部４２が介在している。このため、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間を接着部４１が通過することをシール部４２によって防止することができる。これにより、接着部４１に十分な加圧力を与えて接着部４１を圧縮することができ、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上を図ることができる。
【０１０１】
また、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部に接着部４１を配置するとともに、第１の内周面２４２ａで囲まれた第１の空間部でシール部４２を段差面２４２ｃに載せることができる。このため、接着層工程において、接着部４１及びシール部４２のそれぞれの位置決めを容易にかつより確実に行うことができる。これにより、接着部４１及びシール部４２が互いに重なるような不具合をより確実に防止することができ、半導体装置１の不良品の発生を抑制することができる。
【０１０２】
また、接着層工程では、第２の内周面２４２ｂで囲まれた第２の空間部に接着部４１を配置するとともに、段差面２４２ｃにシール部４２を載せる。このため、部品配置工程において、モジュール本体５が接着部４１に接触する前にモジュール本体５をシール部４２に接触させることができる。これにより、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の隙間をシール部４２によってシールした後に、加熱加圧工程における加圧を行うことができる。従って、接着部４１に加圧力をさらに確実に与えることができ、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上をさらに確実に図ることができる。
【０１０３】
実施の形態５．
図２２は、この発明の実施の形態５による半導体装置を示す断面図である。半導体装置１は、モジュール底面５１及び段差面２４２ｃに設けられた噛み合い構造部９をさらに有している。噛み合い構造部９は、モジュール底面５１の外周部から突出する突起部９１と、段差面２４２ｃに設けられた溝部９２とを有している。
【０１０４】
突起部９１は、モジュール底面５１の全周にわたってモジュール底面５１から突出した壁部である。また、突起部９１は、モジュール底面５１に直交する方向へモジュール底面５１から突出している。
【０１０５】
溝部９２は、凹部２４の全周にわたって段差面２４２ｃに設けられている。また、溝部９２には、突起部９１が挿入されている。突起部９１と溝部９２との間の距離は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間の距離よりも小さくなっている。
【０１０６】
モジュール底面５１と凹部底面２４１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出している接着層４の一部は、突起部９１と溝部９２との間の隙間に介在している。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【０１０７】
半導体装置１は、実施の形態２と同様にして製造する。半導体装置１を製造するときには、モジュール底面５１から突起部９１が突出した半導体モジュール３を予め作製しておく。また、ヒートシンク工程では、ヒートシンク２の実装面２１１に凹部２４を形成するとともに、凹部２４の段差面２４２ｃに溝部９２を形成する。
【０１０８】
凹部２４及び溝部９２をヒートシンク２に形成する方法としては、溶融金属を金型に流し込んでヒートシンク２と同時に凹部２４及び溝部９２を成型するダイカスト法、ヒートシンク２を機械的に切削することにより凹部２４及び溝部９２を形成する切削加工などが挙げられる。ダイカスト法によってヒートシンク２と同時に凹部２４及び溝部９２を成型する場合、凹部２４及び溝部９２を形成する追加工程をなくすことができ、切削加工に比べてヒートシンク２の作製を容易にすることができる。
【０１０９】
図２３は、図２２の半導体装置１のモジュール本体５の一部が凹部２４に挿入される前の状態を示す断面図である。半導体モジュール工程では、モジュール本体５の一部を凹部２４に挿入しながら、突起部９１を溝部９２に挿入する。
【０１１０】
加熱加圧工程では、半導体モジュール３による接着層４の加圧により、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間へ接着層４が押し出される。加熱加圧工程においてモジュール本体５の一部が凹部２４にさらに挿入されると、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間と、突起部９１と溝部９２との間の隙間とがさらに狭くなり、接着層４の一部が突起部９１と溝部９２との間の隙間へ押し出される。このとき、突起部９１と溝部９２との間の隙間の形成によって接着層４が押し出される経路が長くなることから、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の隙間へ接着層４が流出しにくくなる。従って、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間で接着層４が効果的に加圧される。
【０１１１】
このような半導体装置１では、突起部９１がモジュール底面５１に設けられている。また、突起部９１が挿入された溝部９２が段差面２４２ｃに設けられている。このため、半導体装置１の製造時にモジュール底面５１と凹部底面２４１との間から押し出された接着層４の一部を、突起部９１と溝部９２との間の隙間に導くことができる。これにより、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路を長くすることができ、凹部２４の外部へ接着層４を流出しにくくすることができる。従って、接着層４に加圧力をさらに確実に与えることができ、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上をさらに確実に図ることができる。
【０１１２】
なお、モジュール本体５の一部を凹部２４に挿入してモジュール側面５３とヒートシンク２とが接触したときに突起部９１と溝部９２との間の隙間が小さくなるほど、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路の体積が小さくなる。従って、突起部９１と溝部９２との間の隙間を小さくするほど、凹部２４の外部へ接着層４を流出しにくくすることができる。
【０１１３】
また、上記の例では、突起部９１がモジュール底面５１に設けられ、溝部９２が段差面２４２ｃに設けられている。しかし、段差面２４２ｃに突起部９１を設け、モジュール底面５１に溝部９２を設けてもよい。このようにしても、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路を長くすることができ、凹部２４の外部へ接着層４を流出しにくくすることができる。
【０１１４】
また、上記の例では、モジュール底面５１及び段差面２４２ｃに設けられた噛み合い構造部９の数が１つである。しかし、モジュール底面５１及び段差面２４２ｃに設けられた噛み合い構造部９の数を複数にしてもよい。このようにすれば、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路をさらに長くすることができ、凹部２４の外部へ接着層４をさらに確実に流出しにくくすることができる。
【０１１５】
実施の形態６．
図２４は、この発明の実施の形態６による半導体装置を示す断面図である。第１の内周面２４２ａは、第１の空間部が凹部２４の開口部に向かって広がる方向へ凹部底面２４１に対して傾斜している。凹部２４には、モジュール側面５３が第１の内周面２４２ａに沿った状態でモジュール本体５の一部が挿入されている。
【０１１６】
接着層４の一部は、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へはみ出している。また、接着層４の一部は、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間から、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間へもはみ出している。モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の距離は、どの位置でも同じになっている。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【０１１７】
半導体装置１は、実施の形態２と同様にして製造する。図２５は、図２４の半導体装置１のモジュール本体５の一部が凹部２４に挿入される前の状態を示す断面図である。第１の内周面２４２ａの傾斜角度βは、モジュール側面５３の傾斜角度αと同じになっている。なお、第１の内周面２４２ａの傾斜角度βは、図２５に示すように、凹部底面２４１を凹部２４の外部へ延長した平面と第１の内周面２４２ａとがなす角度である。
【０１１８】
加熱加圧工程では、半導体モジュール３の接着層４への加圧により、モジュール本体５の一部が凹部２４に挿入されながら、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間からモジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間へ接着層４が押し出される。モジュール本体５の一部が凹部２４にさらに挿入されると、モジュール底面５１と段差面２４２ｃとの間の隙間と、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の隙間とがさらに狭くなる。これにより、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間から凹部２４の外部へ接着層４が流出しにくくなり、凹部底面２４１とモジュール底面５１との間で接着層４が効果的に加圧される。
【０１１９】
このような半導体装置１では、第１の空間部が凹部２４の開口部に向かって広がる方向へ第１の内周面２４２ａが凹部底面２４１に対して傾斜している。また、凹部２４には、モジュール側面５３が第１の内周面２４２ａに沿った状態でモジュール本体５の一部が挿入されている。このため、モジュール本体５の一部を凹部２４に挿入したときに、モジュール側面５３と第１の内周面２４２ａとの間の隙間を狭くすることができる。これにより、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路の体積を小さくすることができ、凹部２４の外部へ接着層４を流出しにくくすることができる。従って、接着層４に加圧力をさらに確実に与えることができ、接着層４の電気絶縁性能及び熱伝導性能のそれぞれの向上をさらに確実に図ることができる。
【０１２０】
なお、上記の例では、第１の内周面２４２ａの傾斜角度βがモジュール側面５３の傾斜角度αと同じになっている。しかし、第１の内周面２４２ａの傾斜角度βがモジュール側面５３の傾斜角度αと異なっていてもよい。このようにしても、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路の体積を小さくすることができ、凹部２４の外部へ接着層４を流出しにくくすることができる。
【０１２１】
また、上記の例では、実施の形態２の第１の内周面２４２ａが凹部底面２４１に対して傾斜した構成になっている。しかし、実施の形態１の凹部内周面２４２が凹部底面２４１に対して傾斜した構成であってもよい。即ち、凹部２４の内部の空間が凹部２４の開口部に向かって広がる方向へ凹部内周面２４２が凹部底面２４１に対して傾斜する構成を実施の形態１の凹部に適用してもよい。この場合、凹部２４には、モジュール側面５３が凹部内周面２４２に沿った状態でモジュール本体５の一部が挿入される。このようにしても、モジュール底面５１と凹部底面２４１との間から接着層４が押し出される経路の体積を小さくすることができ、凹部２４の外部へ接着層４を流出しにくくすることができる。
【０１２２】
また、凹部内周面２４２が凹部底面２４１に対して傾斜する構成を実施の形態１の凹部に適用する場合、実施の形態４のように、接着層４が接着部４１及びシール部４２を有していてもよい。
【０１２３】
また、実施の形態５及び６では、実施の形態４のように、接着層４が接着部４１及びシール部４２を有していてもよい。
【０１２４】
また、実施の形態５では、実施の形態６のように、第１の内周面２４２ａが凹部底面２４１に対して傾斜していてもよい。
【０１２５】
また、各上記実施の形態では、モジュール底面５１の形状が正方形になっている。しかし、モジュール底面５１の形状は、正方形に限定されない。例えば、モジュール底面５１の形状を、長方形としてもよいし、正方形又は長方形の各角部を丸めた形状としてもよい。この場合、凹部底面２４１の形状は、モジュール底面５１の形状に合わせた形状とされる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  半導体装置、２  ヒートシンク、３  半導体モジュール、４  接着層、５  モジュール本体、９  噛み合い構造部、２４  凹部、４１  接着部、４２  シール部、５１  モジュール底面、５３  モジュール側面、９１  突起部、９２  溝部、２４１  凹部底面、２４２  凹部内周面、２４２ａ  第１の内周面、２４２ｂ  第２の内周面、２４２ｃ  段差面。
【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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