(57)【要約】【課題】本明細書は、２個の半導体チップが金属板に接合されている半導体装置に関し、それぞれの半導体チップの熱を良く拡散させつつ、隣り合う２個の半導体チップの間の領域への熱の集中を抑える。【解決手段】本明細書が半導体装置は、２個の半導体チップと、金属板と、冷却器を備える。２個の半導体チップは金属板の上に接合されている。冷却器は、半導体チップの側とは反対側で金属板に取り付けられている。金属板は、２個の半導体チップの間に熱拡散部材を備えている。熱拡散部材は異方性の熱伝導率を有している。半導体チップの並び方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも低い。並び方向に交差する面内方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の半導体チップと、
２個の前記半導体チップが接合されている金属板と、
前記半導体チップの側とは反対側で前記金属板に取り付けられている冷却器と、
を備えており、
前記金属板は、２個の前記半導体チップの間に熱拡散部材を備えており、
２個の前記半導体チップの並び方向における前記熱拡散部材の熱伝導率が前記金属板の熱伝導率よりも低く、
前記並び方向に交差する面内方向における前記熱拡散部材の熱伝導率が前記金属板の熱伝導率よりも高い、半導体装置。
【請求項２】
前記金属板に前記冷却器の側に開口する溝が設けられており、前記熱拡散部材は前記溝に備えられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記溝は前記金属板を貫通している、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属板と前記冷却器の間にグリスと絶縁板が挟まれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記熱拡散部材は前記冷却器に接している、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属板に前記半導体チップの側に開口する溝が設けられており、前記熱拡散部材は前記溝に備えられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
２個の前記半導体チップの前記金属板と接合されている側とは反対側に接合されている別の金属板をさらに備えており、
前記別の金属板は、２個の前記半導体チップの間に別の熱拡散部材を備えており、
前記別の熱拡散部材の前記並び方向における熱伝導率が前記別の金属板の熱伝導率よりも低く、
前記別の熱拡散部材の前記並び方向に交差する面内方向における熱伝導率が前記別の金属板の熱伝導率よりも高い、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記熱拡散部材はグラフェンで作られている、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
２個の前記半導体チップを覆っているとともに前記金属板に接合されている樹脂パッケージをさらに備えている、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
金属板に溝を設ける工程と、
熱伝導率の異方性を有する熱拡散部材を前記溝にはめ込む工程であって、前記金属板の２個の半導体チップの接合予定位置の並び方向における熱伝導率が、前記並び方向に交差する面内方向における前記熱伝導率よりも低くなるように前記熱拡散部材を前記溝にはめ込む工程と、
前記半導体チップを前記接合予定位置に接合する工程と、
２個の前記半導体チップを覆うとともに前記金属板に接合する樹脂パッケージを形成する工程と、
前記半導体チップの側とは反対側で前記金属板に冷却器を取り付ける工程と、
を備えており、
前記並び方向における前記熱拡散部材の熱伝導率が前記金属板の熱伝導率よりも低く、
前記並び方向に交差する面内方向における前記熱拡散部材の熱伝導率が前記金属板の熱伝導率よりも高い、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置とその製造方法に関する。特に、２個の半導体チップが金属板に接合されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、２個の半導体チップが隣り合うように金属板に接合されている半導体装置が開示されている。金属板は、半導体チップの熱を拡散させるために備えられている。しかしながら、金属板において、２個の半導体チップの間の領域は、両方の半導体チップの熱が集中するため、温度が高くなる。特許文献１の半導体装置の金属板は、２個の半導体チップの間の領域に溝を備えている。溝は、金属板の法線方向からみたときに、２個の半導体チップを隔てる。溝（溝の中の空気）が有する高い熱抵抗により、２個の半導体チップの熱の集中が抑えられる。
【０００３】
特許文献１の半導体装置の金属板は、２個の半導体チップの間の領域に複数の溝を備えている。半導体チップに近い溝ほど深さが浅くなっている。深い溝は、熱抵抗が高く、２個の半導体チップの熱の集中を抑制する。浅い溝は、深い溝と比較して熱抵抗は小さいが、溝の下方の金属が半導体チップの放熱に寄与する。浅い溝と深い溝を組み合わせることで、それぞれの半導体チップの熱を拡散させつつ、金属板の半導体チップの間の領域への熱の集中を抑える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書は、特許文献１に開示されている半導体装置よりも、さらに、それぞれの半導体チップの熱を良く拡散させつつ、隣り合う２個の半導体チップの間の領域への熱の集中を抑える技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、２個の半導体チップと、金属板と、冷却器を備えている。２個の半導体チップが金属板の上に接合されている。冷却器は、半導体チップの側とは反対側で金属板に取り付けられている。金属板は、２個の半導体チップの間に熱拡散部材を備えている。以下では、２個の半導体チップの並び方向を単に「並び方向」と称する。熱拡散部材は異方性の熱伝導率を有している。並び方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも低い。並び方向に交差する面内方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも高い。
【０００７】
本明細書が開示する半導体装置では、熱拡散部材は並び方向の熱伝導率が低い。従って、２個の半導体チップの熱の集中が抑制される。熱伝導率は低いが、半導体チップの熱は少しずつ熱拡散部材に伝わる。並び方向に交差する面内方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも高い。それゆえ、熱拡散部材に伝わった熱は、金属板を伝わるよりも早く面内方向（並び方向に交差する面内方向）に拡散し、冷却器に吸収される。このことは、２個の半導体チップの熱の集中の抑制に貢献するとともに、それぞれの半導体チップの熱の冷却器への移動にも貢献する。本明細書が開示する半導体装置は、それぞれの半導体チップの熱を良く拡散させつつ、隣り合う２個の半導体チップの熱の集中を良く抑えることができる。
【０００８】
本明細書は、上記した半導体装置に適した製造方法も提供する。その製造方法は、金属板に溝を設ける工程と、熱伝導率の異方性を有する熱拡散部材を前記溝にはめ込む工程と、半導体チップを金属板に接合する工程と、樹脂パッケージを形成する工程と、冷却器を取り付ける工程を含んでいる。熱拡散部材をはめ込む工程では、金属板の２個の半導体チップの接合予定位置の並び方向における熱伝導率が、並び方向に交差する面内方向における熱伝導率よりも低くなるように熱拡散部材を溝にはめ込む。接合する工程では、半導体チップを、金属板に設けられている接合予定位置に接合する。樹脂パッケージは、２個の半導体チップを覆うとともに、金属板に接合される。冷却器は、半導体チップの側とは反対側で金属板に取り付けられる。並び方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも低い。並び方向に交差する面内方向における熱拡散部材の熱伝導率は、金属板の熱伝導率よりも高い。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例の半導体装置の斜視図である。
【図２】金属板と熱拡散部材の斜視図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】第２実施例の半導体装置の斜視図である。
【図５】第３実施例の半導体装置の斜視図である。
【図６】第４実施例の半導体装置の斜視図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】第５実施例の半導体装置の断面図である。
【図９】第６実施例の半導体装置の断面図である。
【図１０】第７実施例の半導体装置の断面図である。
【図１１】第８実施例の半導体装置の断面図である。
【図１２】半導体装置の製造方法を説明する図である（１）。
【図１３】半導体装置の製造方法を説明する図である（２）。
【図１４】半導体装置の製造方法を説明する図である（３）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の半導体装置１１を説明する。図１に、半導体装置１１の斜視図を示す。半導体装置１１は、２個の半導体チップ２１、２２を備えている。半導体チップ２１、２２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が実装されたデバイスである。半導体チップ２１、２２は、金属板４０の上面に、互いに隣り合うように接合されている。半導体チップ２１、２２は、ハンダで金属板４０に接合される。チップは平板状であり、一方の幅広面（図における上面）にエミッタ電極が設けられており、他方の幅広面（図における下面）にコレクタ電極が設けられている。半導体チップ２１、２２の両方のコレクタ電極が金属板４０に接合されている。エミッタ電極に接合される金属板は図示を省略している。また、半導体チップ２１、２２のゲート電極とそれに接続される端子の図示も省略した。電気的には、２個の半導体チップ２１、２２は、２枚の金属板によって並列に接続される。
【００１２】
図中の座標系について説明する。Ｘ方向は、２個の半導体チップ２１、２２の並び方向に一致している。２個の半導体チップ２１、２２の並び方向を以下では単純に「並び方向」と称する場合がある。Ｚ軸は、金属板４０の法線方向に一致している。金属板４０の法線方向を以下では単純に「法線方向」と称する場合がある。図中の座標系のＹ方向を以下では交差方向と称する場合がある。交差方向は、並び方向と法線方向の両方と直交する方向に相当する。図中の座標系のＹＺ平面に平行な平面を交差面と称する場合がある。
【００１３】
金属板４０の下面には冷却器５０が取り付けられている。冷却器５０は、複数のフィン５１が設けられた金属板である。冷却器５０は、半導体チップ２１、２２が取り付けられている面の反対側で金属板４０に取り付けられている。なお、後述するように、金属板４０と冷却器５０の間には、グリスと絶縁板が挟まれていてもよい。グリスは、金属板４０と冷却器５０の間の熱抵抗を下げる。絶縁板は、金属板４０と冷却器５０の間を絶縁する。
【００１４】
半導体チップ２１、２２は、電力変換に用いられるスイッチング素子であり、発熱量が大きい。冷却器５０が、金属板４０を通して半導体チップ２１、２２の熱を吸収する。吸収した熱は、複数のフィン５１によって拡散される。
【００１５】
図２に、金属板４０の斜視図を示す。図２に示されているように、金属板４０には溝４１が設けられている。溝４１は、金属板４０を貫通している。別言すれば、溝４１は、冷却器５０の側に開口しているとともに、半導体チップ２１、２２の側にも開口している。その溝４１に、熱拡散部材３０が嵌め込まれている。熱拡散部材３０の厚みＴ１は金属板４０の厚みＴ２と同じである。すなわち、熱拡散部材３０は、金属板４０のそれぞれの幅広面と面一になっている。
【００１６】
熱拡散部材３０は、グラフェンの積層体である。グラフェンは、図中の並び方向（Ｘ方向）に積層されている。薄いシート状のグラフェンは、シート法線方向（シート膜厚方向）の熱伝導率が小さく、シート面内方向の熱伝導率が大きい。グラフェンの積層体である熱拡散部材３０は、異方性の熱伝導率を有している。熱拡散部材３０は、グラフェンの積層方向が並び方向に一致するように配置されている。熱拡散部材３０は、並び方向（Ｘ方向）の熱伝導率が、金属板４０の熱伝導率よりも低い。また、熱拡散部材３０は、交差面内（図中の座標系のＹＺ面に平行な面内）の熱伝導率が金属板４０の熱伝導率よりも高い。別言すれば、熱拡散部材３０は、並び方向に交差する面内方向における熱伝導率が金属板４０の熱伝導率よりも高い。
【００１７】
グラフェンシートのシート面内方向の熱伝導率は、１７００［Ｗ／ｍＫ］であり、シート法線方向の熱伝導率は、７［Ｗ／ｍＫ］である。グラフェンシートのシート面内方向の熱伝導率は、熱拡散部材３０の交差面内方向の熱伝導率に相当し、シート法線方向の熱伝導率は、熱拡散部材３０の並び方向の熱伝導率に相当する。金属板４０の材質は例えば銅である。銅の熱伝導率は３８５［Ｗ／ｍＫ］である。このように、熱拡散部材３０の並び方向の熱伝導率は、金属板４０の熱伝導率よりもはるかに低く、交差面内方向の熱伝導率は金属板４０の熱伝導率よりも高い。熱拡散部材３０の交差面内方向の熱伝導率は金属板４０の熱伝導率の４倍強である。
【００１８】
熱拡散部材３０は、２個の半導体チップ２１、２２の間に位置するように、金属板４０に取り付けられている。金属板４０の法線方向（Ｚ方向）からみると、熱拡散部材３０は、２個の半導体チップ２１、２２を隔てるように延びている。
【００１９】
図１のIII−III線に沿った断面を図３に示す。図３の下側の図は、上側の図の破線範囲の拡大図である。図３を参照しつつ熱拡散部材３０の利点を説明する。
【００２０】
先に述べたように、半導体チップ２１、２２は、電力変換用であり、発熱量が大きい。それゆえ、半導体装置１１は、半導体チップ２１、２２を冷却する冷却器５０を備えている。半導体チップ２１、２２の熱は、金属板４０を通して冷却器５０に吸収される。金属板４０における２個の半導体チップ２１、２２の間の領域では、２個の半導体チップ２１、２２の両方の熱が集中する。両方の半導体チップ２１、２２の熱が合流すると、金属板４０の中央（２個の半導体チップ２１、２２の間の領域）の温度が局所的に高くなってしまう。そこで、２個の半導体チップ２１、２２の間に熱拡散部材３０を配置し、熱の集中を抑える。
【００２１】
図３の下側の図の点線矢印線は、伝熱方向を示している。熱は、金属板４０を通じて冷却器５０に達する。冷却器５０は多数のフィン５１を備えており、熱はフィン５１の表面から拡散する。
【００２２】
熱拡散部材３０は、半導体チップ２１、２２の間の領域に配置されている。並び方向（
Ｘ方向）における熱拡散部材３０の熱伝導率は金属板４０のそれよりも低い。図３の下側の図における矢印線Ａの方向には熱が伝わり難い。それゆえ、熱の集中が抑えられる。
【００２３】
並び方向の熱伝導率が低いとはいえ、半導体チップ２１、２２の熱は熱拡散部材３０にも伝播する。法線方向（Ｚ方向）における熱拡散部材３０の熱伝導率は金属板４０のそれよりも高い。それゆえ、熱拡散部材３０の内部に達した熱は、速やかに冷却器５０の方向へ移動し、冷却器５０に吸収される（図３の破線矢印線Ｂ）。この点が、両方の半導体チップ２１、２２の熱の集中を抑えるとともに、それぞれの熱を速やかに冷却器５０に吸収させることに貢献する。図３の下側の図に示されているように、熱拡散部材３０の高熱伝導率の方向の端が冷却器５０に接している。このことも、熱拡散部材３０から冷却器５０への熱の移動を促進する。
【００２４】
（第２実施例）図４に、第２実施例の半導体装置１２の斜視図を示す。第２実施例の半導体装置１２では、金属板が４０ａと４０ｂの２個に分割されている。２個の金属板４０ａ、４０ｂの間に熱拡散部材３０が挟まれている。熱拡散部材３０は、交差方向（Ｙ方向）において金属板４０ａ、４０ｂの端に達している。半導体装置１２は、熱拡散部材３０が交差方向に長いので、熱が交差方向に良く拡散する。そのかわり、半導体装置１２は、金属板が２個に分割されているので半導体装置１２の強度が半導体装置１１よりも低くなる。先の半導体装置１１は、交差方向（Ｙ方向）における熱拡散部材３０の両側で金属板４０がつながっているので、半導体装置１２よりも強度が高い。
【００２５】
（第３実施例）図５に、第３実施例の半導体装置１３の斜視図を示す。半導体装置１３は、２個の半導体チップ２１、２２の間に２個の熱拡散部材３０ａ、３０ｂを備えている。熱拡散部材３０ａ、３０ｂは、交差方向に細長く、並び方向の長さは短い。熱拡散部材３０ａ、３０ｂに対応して、金属板４０には２個の溝４１ａ、４１ｂが設けられている。溝４１ａ、４１ｂは、金属板４０を貫通している。それぞれの溝４１ａ、４１ｂの大きさは、半導体装置１１の溝４１よりも小さい。溝が小さいので、半導体装置１３は、半導体装置１１よりも強度が高い。熱拡散部材３０ａ、３０ｂもまたグラフェンの積層体で作られている。溝が小さいので、金属板４０の剛性が高くなり、半導体装置の製造過程などで加えられる応力に対して金属板４０の変形が小さくなる。それゆえ、グラフェンが割れ難くなる。
【００２６】
（第４実施例）図６に、第４実施例の半導体装置１４の斜視図を示す。図７に、図６のVII−VII線に沿った断面図を示す。図７の下側の図は、上側の図の破線の範囲の拡大図である。図７に示すように、２個の半導体チップ２１、２２は、金属板１４０ａの上面にて隣り合うように接合されている。２個の半導体チップ２１、２２は、金属ブロック２３を介して別の金属板１４０ｂの下面にて隣り合うように接合されている。別言すれば、２個の半導体チップ２１、２２は、金属板１４０ａ、１４０ｂに挟まれている。金属ブロック２３の材料は例えば銅である。
【００２７】
２個の半導体チップ２１、２２は、樹脂製のパッケージ６０に封止されている。パッケージ６０は、金属板１４０ａ、１４０ｂにも接合されている。金属板１４０ａ、１４０ｂのそれぞれは、一面がパッケージ６０から露出しており、他の面はパッケージ６０に接している。金属板１４０ａ、１４０ｂのそれぞれに冷却器５０が取り付けられている。図６では、金属板１４０ｂに取り付けられる冷却器５０は図示を省略している。金属板１４０ｂに取り付けられる冷却器５０は図７に図示してある。
【００２８】
金属板１４０ａは、半導体チップ２１、２２のコレクタ電極と導通しており、金属板１４０ｂは金属ブロック２３を介して半導体チップ２１、２２のエミッタ電極と導通している。電気的には、金属板１４０ａ、１４０ｂは、２個の半導体チップ２１、２２を並列に接続する。金属板１４０ａの縁から端子１４３ａが延びており、金属板１４０ｂの縁から端子１４３ｂが延びている。図６に示されているように、端子１４３ａ、１４３ｂは、パッケージ６０の幅狭面から外へ延びている。端子１４３ａ、１４３ｂは、２個の半導体チップ２１、２２の並列接続の正極と負極に相当する。
【００２９】
金属板１４０ａは、２個の半導体チップ２１、２２の間の領域に熱拡散部材１３０ａを備えている。図７の下側の図に示されているように、金属板１４０ａは、溝１４１を有しており、熱拡散部材１３０ａは、その溝１４１にはめ込まれている。溝１４１は、冷却器５０の側が開口しているとともに、半導体チップ２１、２２の側も開口している。すなわち、溝１４１は金属板１４０ａを貫通している。熱拡散部材１３０ａの厚みは金属板１４０ａの厚みに等しく、熱拡散部材１３０ａは、金属板１４０ａの両方の幅広面と面一になっている。熱拡散部材１３０ａは、冷却器５０に接している。
【００３０】
金属板１４０ｂは、２個の半導体チップ２１、２２の間の領域に熱拡散部材１３０ｂを備えている。金属板１４０ｂも溝を有しており、その溝は、金属板１４０ｂを貫通している。その溝に熱拡散部材１３０ｂがはめ込まれている。熱拡散部材１３０ｂは、金属板１４０ｂの両方の幅広面と面一になっている。熱拡散部材１３０ｂも、他方の冷却器５０に接している。
【００３１】
金属板１４０ａ、１４０ｂのパッケージ６０に対向している面にはプライマが塗布されている。プライマは、金属板１４０ａ、１４０ｂとパッケージ６０の接合強度を高める。
【００３２】
熱拡散部材１３０ａは、並び方向（Ｘ方向）における熱伝導率が金属板１４０ａの熱伝導率よりも低く、交差面内（ＹＺ面内）方向における熱伝導率が金属板１４０ａの熱伝導率よりも高い。熱拡散部材１３０ｂは、並び方向（Ｘ方向）における熱伝導率が金属板１４０ｂの熱伝導率よりも低く、交差面内（ＹＺ面内）の方向における熱伝導率が金属板１４０ｂの熱伝導率よりも高い。半導体装置１４も、金属板１４０ａ、１４０ｂにおいて２個の半導体チップ２１、２２の間の領域への熱の集中を抑えることができる。また、熱拡散部材１３０ａ、１３０ｂとパッケージ６０の界面に発生する熱応力も小さくなる。
【００３３】
（第５実施例）図８に、第５実施例の半導体装置１５の断面図を示す。図８の断面は、図７の断面に対応する。図８の下側の図は、図８の上側の図の破線の範囲の拡大図である。２個の半導体チップ２１、２２は、隣り合うように金属板２４０ａに接合されている。半導体チップ２１、２２は、金属ブロック２３を介して、金属板２４０ｂにも接合されている。金属板２４０ａ、２４０ｂの間で半導体チップ２１、２２が樹脂製のパッケージ６０に覆われている。パッケージ６０は、金属板２４０ａ、２４０ｂにも接合されている。
【００３４】
金属板２４０ａには、溝２４１が設けられている。溝２４１は、２個の半導体チップ２１、２２の間に設けられている。溝２４１に熱拡散部材２３０ａがはめ込まれている。溝２４１は、冷却器５０の側では開口しており、開口を通して熱拡散部材２３０ａが冷却器５０に接している。溝２４１は、半導体チップ２１、２２の側では開口しておらず、熱拡散部材２３０ａを覆っている。別言すれば、溝２４１は、半導体チップ２１、２２の側では閉じている。溝２４１は、半導体チップ２１、２２の側で開口していないので、金属板２４０ａは高い強度を有する。
【００３５】
熱拡散部材２３０ａは、並び方向の熱伝導率が金属板２４０ａの熱伝導率よりも低く、交差面内方向の熱伝導率が金属板２４０ａの熱伝導率よりも高い。
【００３６】
金属板２４０ａの溝２４１とは反対側には多数の別の溝２４２が設けられている。多数の別の溝２４２は、底に向けて徐々に幅が広くなるように形成されている。別の溝２４２には、パッケージ６０の樹脂が入り込んでいる。別の溝２４２にパッケージ６０の樹脂が入り込んでいるので、くさび効果によってパッケージ６０は金属板２４０ａと強く結合する。金属板２４０ｂにも同様の別の溝が設けられている。別の溝２４２は、半導体チップ２１、２２の間だけでなく、パッケージ６０に接している面（金属板２４０ａ、２４０ｂの面）に広く分布していてもよい。別の溝２４２は、多数の小さい窪みであってもよい。
【００３７】
金属板２４０ｂと熱拡散部材２３０ｂについての構造も、金属板２４０ａと熱拡散部材２３０ａについての構造と同様である。熱拡散部材２３０ａ、２３０ｂは、第１実施例の熱拡散部材３０と同じ利点を有する。
【００３８】
（第６実施例）図９に、第６実施例の半導体装置１６の断面図を示す。図９の断面は、図７の断面に対応する。図９の下側の図は、図９の上側の図の破線の範囲の拡大図である。２個の半導体チップ２１、２２は、隣り合うように金属板３４０ａに接合されている。半導体チップ２１、２２は、金属ブロック２３を介して、金属板３４０ｂにも接合されている。金属板３４０ａ、３４０ｂの間で半導体チップ２１、２２が樹脂製のパッケージ６０に覆われている。パッケージ６０は、金属板３４０ａ、３４０ｂにも接合されている。
【００３９】
金属板３４０ａには、溝３４１が設けられている。溝３４１は、２個の半導体チップ２１、２２の間に設けられている。溝３４１に熱拡散部材３３０ａがはめ込まれている。溝３４１は、半導体チップ２１、２２の側では開口しており、開口を通して熱拡散部材３３０ａはパッケージ６０に接している。溝３４１は、冷却器５０の側では開口しておらず、熱拡散部材３３０ａを覆っている。別言すれば、溝３４１は、冷却器５０の側では閉じている。溝３４１は、冷却器５０の側で開口していないので、金属板３４０ａは高い強度を有する。
【００４０】
熱拡散部材３３０ａは、並び方向の熱伝導率が金属板３４０ａの熱伝導率よりも低く、交差面内方向の熱伝導率が金属板３４０ａの熱伝導率よりも高い。
【００４１】
金属板３４０ｂと熱拡散部材３３０ｂについての構造も、金属板３４０ａと熱拡散部材３３０ａについての構造と同様である。熱拡散部材３３０ａ、３３０ｂは、第１実施例の熱拡散部材３０と同じ利点を有する。
【００４２】
（第７実施例）図１０に、第７実施例の半導体装置１７の断面図を示す。図１０の断面は、図３の断面に対応する。半導体装置１７は、第１実施例の半導体装置１１の変形例である。半導体装置１７の部品のなかで、半導体装置１１（図３）と同じ部品には同じ符号を付してある。
【００４３】
半導体装置１７では、金属板４０と冷却器５０の間に、絶縁板４０１とグリス４０２が挟まれている。金属板４０と絶縁板４０１の間にグリス４０２が挟まれており、冷却器５０と絶縁板４０１の間にもグリス４０２が挟まれている。熱拡散部材３０と絶縁板４０１の間にもグリス４０２が充填されている。絶縁板４０１は、金属板４０と冷却器５０の間を絶縁する。グリス４０２は、金属板４０（熱拡散部材３０）と冷却器５０の間の熱抵抗を下げる。
【００４４】
（第８実施例）図１１に、第８実施例の半導体装置１８の断面図を示す。図１１の断面は、図７の断面に対応する。半導体装置１８は、第４実施例の半導体装置１４の変形例である。半導体装置１８の部品のなかで、半導体装置１４（図７）と同じ部品には同じ符号を付してある。
【００４５】
半導体装置１８では、金属板１４０ａと冷却器５０の間に、絶縁板４０１とグリス４０２が挟まれている。金属板１４０ａと絶縁板４０１の間にグリス４０２が挟まれており、冷却器５０と絶縁板４０１の間にもグリス４０２が挟まれている。熱拡散部材１３０ａと絶縁板４０１の間にもグリス４０２が充填されている。絶縁板４０１は、金属板１４０ａと冷却器５０の間を絶縁する。グリス４０２は、金属板１４０ａ（熱拡散部材１３０ａ）と冷却器５０の間の熱抵抗を下げる。同様に、金属板１４０ｂ（熱拡散部材１３０ｂ）と冷却器５０の間にも、絶縁板４０１とグリス４０２が挟まれている。
【００４６】
（製造方法）図１２−１４を参照して図６の半導体装置１４の製造方法を説明する。まず、金属板１４０ａに溝１４１を設ける。次に、その溝１４１に熱拡散部材１３０ａをはめ込む（図１２）。金属板１４０ａには後に２個の半導体チップ２１、２２が接合される。図１２の破線１２１、１２２は、半導体チップ２１、２２の接合予定位置である。熱拡散部材１３０ａは、熱伝導率の異方性を有している。熱拡散部材１３０ａは、２個の半導体チップの接合予定位置１２２、１２２の並び方向における熱伝導率が、並び方向に交差する面内方向における熱伝導率よりも低くなるように、溝１４１にはめ込まれる。
【００４７】
次に、金属板１４０ａの接合予定位置１２２、１２２に、半導体チップ２１、２２を接合する。別言すれば、金属板１４０ａの法線方向（Ｚ方向）からみて熱拡散部材１３０ａの両側のそれぞれに半導体チップ２１、２２を接合する（図１３）。さらに別言すれば、法線方向（Ｚ方向）からみて熱拡散部材１３０ａを挟み込むように半導体チップ２１、２２を金属板１４０ａに接合する。接合にはハンダが用いられる。
【００４８】
熱拡散部材１３０ａはグラフェンシートの積層体である。熱拡散部材１３０ａは、グラフェンシートの積層方向が並び方向に一致するように配置される。熱拡散部材１３０ａの並び方向（Ｘ方向）の熱伝導率は金属板１４０ａの熱伝導率よりも低い。熱拡散部材１３０ａの交差面内（ＹＺ面内）の方向の熱伝導率は金属板１４０ａの熱伝導率よりも高い。
【００４９】
図１３の半導体チップ２１、２２の上に金属ブロック２３を接合し、さらにその上に金属板１４０ｂを接合する。金属板１４０ｂは、金属板１４０ａと同じ構造を有しており、金属板１４０ｂには熱拡散部材１３０ｂが備えられている。熱拡散部材１３０ｂは、金属１４０ｂにおいて２個の半導体チップ２１、２２の間の領域に配置されている。金属板１４０ｂと熱拡散部材１３０ｂについては、図７を参照されたい。
【００５０】
次に、一対の金属板１４０ａ、１４０ｂの間に樹脂製のパッケージ６０を形成する（図１４）。パッケージ６０は、インサート成形で作られる。パッケージ６０は、２個の半導体チップ２１、２２を覆うとともに、金属板１４０ａ、１４０ｂに接合される。最後に、金属板１４０ａ、１４０ｂのそれぞれに冷却器５０を取り付ける。完成した半導体１４は、図６に示されている。ただし、先に述べたように、図６では、金属板１４０ｂの側の冷却器５０は図示を省略してある。
【００５１】
実施例で説明した半導体装置の特徴のいくつかを以下に列挙する。半導体装置１１−１６は、２個の半導体チップ２１、２２と、金属板４０、冷却器５０を備えている。２個の半導体チップ２１、２２は、金属板４０（１４０ａ−３４０ａ、１４０ｂ−３４０ｂ）の上に隣り合うように接合されている。冷却器５０は、半導体チップ２１、２２の側とは反対側で金属板４０（１４０ａ−３４０ａ、１４０ｂ−３４０ｂ）に取り付けられている。金属板４０（１４０ａ−３４０ａ、１４０ｂ−３４０ｂ）は、２個の半導体チップ２１、２２の間に熱拡散部材３０（１３０ａ−３３０ａ、１３０ｂ−３３０ｂ）を備えている。熱拡散部材３０（１３０ａ−３３０ａ、１３０ｂ−３３０ｂ）は、金属板４０（１４０ａ−３４０ａ、１４０ｂ−３４０ｂ）の法線方向からみたときに、２個の半導体チップ２１、２２を隔てるように延びている。２個の半導体チップ２１、２２の並び方向における熱拡散部材３０（１３０ａ−３３０ａ、１３０ｂ−３３０ｂ）の熱伝導率は、金属板４０（１４０ａ−３４０ａ、１４０ｂ−３４０ｂ）の熱伝導率よりも低い。並び方向に交差する面内方向における熱拡散部材３０（１３０ａ−３３０ａ、１３０ｂ−３３０ｂ）の熱伝導率は金属板４０（１４０ａ−３４０ａ、１４０ｂ−３４０ｂ）の熱伝導率よりも高い。
【００５２】
金属板４０（１４０ａ、１４０ｂ、２４０ａ、２４０ｂ）には、冷却器５０の側に開口する溝４１（１４１、２４１）が設けられている。熱拡散部材３０（１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ）は、溝４１（１４１、２４１）に備えられている。
【００５３】
溝４１（１４１）は、金属板４０（１４０ａ、１４０ｂ）を貫通している。
【００５４】
熱拡散部材３０（１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ）は、冷却器５０に接している。金属板４０（熱拡散部材３０）と冷却器５０の間には、絶縁板４０１とグリス４０２が挟まれていてもよい。絶縁板４０１は、金属板４０（熱拡散部材３０）と冷却器５０の間を絶縁する。絶縁板４０１と金属板（熱拡散部材３０）の間にグリス４０２が挟まれており、絶縁板４０１と冷却器５０の間にもグリス４０２が挟まれている。グリス４０２は、金属板４０（熱拡散部材３０）と冷却器５０の間の熱抵抗を下げる。
【００５５】
金属板４０（１４０ａ、１４０ｂ、３４０ａ、３４０ｂ）に、半導体チップ２１、２２の側に開口する溝４１（１４１、３４１）が設けられており、熱拡散部材３０（１３０ａ、１３０ｂ、３３０ａ、３３０ｂ）は、溝４１（１４１、３４１）に備えられている。
【００５６】
半導体装置１２−１６は、２個の半導体チップ２１、２２の金属板１４０ａ（２４０ａ、３４０ａ）と接合されている側とは反対側に接合されている別の金属板１４０ｂ（２４０ｂ、３４０ｂ）を備えている。別の金属板１４０ｂ（２４０ｂ、３４０ｂ）は、２個の半導体チップ２１、２２の間に別の熱拡散部材１３０ｂ（２３０ｂ、３３０ｂ）を備えている。別の熱拡散部材１３０ｂ（２３０ｂ、３３０ｂ）の並び方向における熱伝導率は、別の金属板１４０ｂ（２４０ｂ、３４０ｂ）の熱伝導率よりも低い。別の熱拡散部材１３０ｂ（２３０ｂ、３３０ｂ）の並び方向に交差する面内方向における熱伝導率は、別の金属板１４０ｂ（２４０ｂ、３４０ｂ）の熱伝導率よりも高い。
【００５７】
熱拡散部材３０（１３０ａ−３３０ａ、１３０ｂ−３３０ｂ）はグラフェンシートで作られている。熱拡散部材３０（１３０ａ−３３０ａ、１３０ｂ−３３０ｂ）はグラフェンシートを積層したものである。グラフェンシートの積層方向は並び方向に一致している。
【００５８】
半導体装置１４−１６は、２個の半導体チップ２１、２２を覆っているとともに金属板１４０ａ、１４０ｂ（２４０ａ、２４０ｂ、３４０ａ、３４０ｂ）に接合されている樹脂パッケージ６０をさらに備えている。
【００５９】
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。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。
【符号の説明】
【００６０】
１１−１６：半導体装置
２１、２２：半導体チップ
３０、３０ａ、３０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、３３０ａ、３３０ｂ：熱拡散部材
４０、４０ａ、４０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、２４０ａ、２４０ｂ、３４０ａ、３４０ｂ：金属板
４１、４１ａ、４１ｂ、１４１、２４１、２４２、３４１：溝
６０：パッケージ
【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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