(57)【要約】【課題】半導体素子が搭載される放熱板とその支持体との接合材として絶縁性の樹脂シートを採用しながらも、その絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図りつつ、それら放熱板と支持体との着実な接合を実現する。【解決手段】半導体素子１１０が搭載される放熱板１３０がこれを冷却する冷却器３００に一体に接合されて構成される半導体装置の放熱板１３０を絶縁性の接合層２００を介して冷却器３００に接合する。この接合に際しては、冷却器３００に放熱板１３０との接合面の外周よりも狭い接合層形成領域を内側に残すかたちで樹脂シートによる第１の接合層２１０を形成してこれを硬化させたのちに、接合層形成領域に樹脂シートによる第２の接合層２２０を充填形成する。その後、この第２の接合層２２０を形成する樹脂シートが硬化する前に第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０を形成する樹脂シートを介して冷却器３００に放熱板１３０を加圧接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載される放熱板がこれを支持する支持体に一体に接合されて構成される半導体装置の前記放熱板を絶縁性の樹脂シートを介して前記支持体に接合する方法であって、
前記支持体に前記放熱板との接合面の外周よりも狭い接合層形成領域を同接合面の内側に残すかたちで前記樹脂シートによる第１の接合層を形成し、この第１の接合層を形成する樹脂シートを硬化させたのちに前記接合層形成領域に前記樹脂シートによる第２の接合層を充填形成し、この第２の接合層を形成する樹脂シートが硬化する前にそれら第１の接合層及び第２の接合層を形成する樹脂シートを介して前記支持体に前記放熱板を加圧接合する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂シートによる第１の接合層の形成に際し、その前記第２の接合層を形成する樹脂シートとの境界面が、前記放熱板の外周から前記接合層形成領域にかけて傾斜するすり鉢状に形成される
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の接合層が、前記第１の接合層よりも薄く形成される
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の接合層の厚さが「２００μｍ」とされ、
前記第２の接合層の厚さが「１００μｍ」とされる
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁性の樹脂シートとして、エポキシ樹脂からなるシートを用いる
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記放熱板を支持する支持体として、液冷式もしくは空冷式の冷却器を用いる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の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、半導体装置の製造方法に関し、特に電力の変換や各種電力制御等に用いられる半導体素子が搭載される放熱板がこれを支持する冷却器等の支持体に一体に接合された半導体装置にあって半導体素子が搭載される放熱板を支持体に接合する方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
こうした半導体装置としては、例えばハイブリッド車や電気自動車などにあって、車載バッテリから供給される直流電力を三相交流等に変換してモータ駆動用の電力変換を行うインバータ装置が知られている。図７に、従来一般に用いられているインバータ装置について、その回路構成の一例を示す。
【０００３】
図７に示されるように、このインバータ装置における直流電源１１の正極母線である正極バスバー１２Ｐと負極母線である負極バスバー１２Ｎとの間には、直流電源１１から印加される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１３及び同直流電圧を三相交流に変換するインバータ回路１４が接続されている。インバータ回路１４は、上アームを構成する３つの半導体素子（ＩＧＢＴ：絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗと、下アームを構成する３つの半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗとが三相ブリッジ接続されている。
【０００４】
ここで、上記各半導体素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、及び半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗのエミッタ電極とコレクタ電極との間には、それぞれ整流素子である還流ダイオード１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、及び還流ダイオード１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗが逆並列に接続されている。また、半導体素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗの各エミッタ電極、及び半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗの各コレクタ電極の結線部であるＵ相出力電極２２Ｕ、Ｖ相出力電極２２Ｖ、Ｗ相出力電極２２Ｗは、それぞれ出力線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを介して三相交流モータＭのＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに接続されている。
【０００５】
このように構成されることにより、インバータ回路１４では、制御装置であるゲートドライブ回路（図示省略）からのドライブ信号が上記６つの半導体素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、及び半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗの各制御電極であるゲート電極にそれぞれ印加されることにより、直流電源１１から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換するように動作する。そして、この変換された三相交流電圧によって三相交流モータＭが回転駆動する。
【０００６】
ところで、このようなインバータ装置にあっては通常、搭載する各半導体素子がスイッチング損失や定常損失により発熱するために、こうした半導体素子に対して所定の動作保証温度を維持させるべく、発熱素子である各半導体素子を冷却するための冷却器が、上記インバータ回路が実装される構造体と一体に接合されている。すなわち、半導体素子が絶縁基板や放熱板に半田付け等によって実装されている上記構造体を冷却器にシリコングリース等を介してねじ止めするなどにより締結、固定することで、半導体素子動作時の発熱を緩和するようにしている。ただし、冷却器とのこのような接合構造を採用する場合、上記シリコングリース自体の熱伝導率が低いために熱抵抗の悪化が避けられず、半導体装置としての放熱性能が低下する不都合がある。また、半導体素子が実装される絶縁基板は、半導体素子と冷却器との間で熱応力が生じやすく、上記構造体と冷却器との接合時、さらには半導体装置の動作時においても、熱応力に起因する反りやクラック等が生じる不都合があった。
【０００７】
そこで従来は、こうしたシリコングリースや絶縁基板を用いることのない半導体装置の製造方法として、例えば特許文献１に記載の製造方法が提案されている。図８に、この特許文献１に記載の製造方法によって製造された半導体装置を示す。
【０００８】
すなわち図８に示すように、この特許文献１に記載の製造方法では、半導体素子５１が放熱板５２上に半田付けされた構造体５０と複数のフィン７１を備えた冷却器７０とを、アルミナフィラを主成分とする絶縁性の樹脂シート６０によって一体に接合するようにしている。そして、これら構造体５０と冷却器７０との接合に際しては、まず、冷却器７０上に上記樹脂シート６０を塗布したのちにその上に放熱板５２を載置し、樹脂シート６０が硬化する以前に、この樹脂シート６０を介して積層された冷却器７０と放熱板５２とに対して加熱処理及び加圧処理を施す。ちなみにここでの例では、例えば、１５１．９℃の温度条件下で加熱しつつ、５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で樹脂シート６０をその上下から加圧することにより、放熱板５２と冷却器７０とを一体に接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２０４７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
こうした半導体装置の製造方法によれば、シリコングリースよりも熱抵抗の低い絶縁性の樹脂シート６０によって放熱板５２と冷却器７０とを一体に接合することができるため、確かに半導体装置としての放熱性能を高めることができるようにはなる。
【００１１】
しかし、放熱板５２と冷却器７０との接合は、樹脂シート６０に接着機能を持たせるためにこれが未硬化もしくは半硬化の状態で行う必要がある。しかもこのとき、このような樹脂シート６０に対して上述した加熱処理及び加圧処理が施されることともなる。このため、同樹脂シート６０の特に上記放熱板５２のエッジに対応する部分において、損傷に起因する絶縁破壊、あるいは反りに起因する接合不良等をも招きかねないものとなっている。
【００１２】
なお、上記冷却器に限らず、上記半導体素子（電力用半導体素子）が搭載される放熱板がこれを支持する何らかの支持体に一体に接合されて構成される半導体装置であっても、その接合方法にかかる上記課題は概ね共通したものとなっている。
【００１３】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子が搭載される放熱板とその支持体との接合材として絶縁性の樹脂シートを採用しながらも、その絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図りつつ、それら放熱板と支持体との着実な接合を実現することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、半導体素子が搭載される放熱板がこれを支持する支持体に一体に接合されて構成される半導体装置の前記放熱板を絶縁性の樹脂シートを介して前記支持体に接合する方法であって、前記支持体に前記放熱板との接合面の外周よりも狭い接合層形成領域を同接合面の内側に残すかたちで前記樹脂シートによる第１の接合層を形成し、この第１の接合層を形成する樹脂シートを硬化させたのちに前記接合層形成領域に前記樹脂シートによる第２の接合層を充填形成し、この第２の接合層を形成する樹脂シートが硬化する前にそれら第１の接合層及び第２の接合層を形成する樹脂シートを介して前記支
持体に前記放熱板を加圧接合することを要旨とする。
【００１５】
このような製造方法によれば、放熱板と支持体との接合時には、これらの接合面となる領域をはみ出すかたちで、すなわち放熱板の外周のエッジに対応する領域が全て含まれるかたちで支持体に形成された第１の接合層としての樹脂シートが硬化した状態となっており、その剛性も高められている。そして、その内側に充填形成された第２の接合層としての樹脂シートが硬化する前に、これら第１の接合層としての樹脂シート及び第２の接合層としての樹脂シートによって上面が覆われた支持体に上記放熱板を押しつける態様で加圧処理することにより、それら放熱板と支持体とが一体に接合されるようになる。すなわちこの加圧に際し、第１の接合層としての樹脂シートが既に硬化されていることにより、放熱板のエッジ部分の押圧に起因して同第１の接合層としての樹脂シートに絶縁破壊や反り等が生じることはなく、しかも第２の接合層としての樹脂シートによって、それら放熱板と支持体との間の接着性能をはじめ、絶縁性や熱伝導性も的確に担保されるようになる。
【００１６】
また通常、放熱板を上記樹脂シートを介して支持体に接合する際の加熱処理及び加圧処理によって、同樹脂シートにボイドと称される気泡が生じることも避けられないが、上述のように第１の接合層としての樹脂シートの硬化後に第２の接合層としての樹脂シートを介して支持体に放熱板を加圧接合する同製造方法によれば、こうしたボイドの発生も最小限に抑制されるようになる。ちなみに、こうしたボイドは熱抵抗の増大の要因ともなるため、ボイド発生率は低ければ低いほど望ましい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記樹脂シートによる第１の接合層の形成に際し、その前記第２の接合層を形成する樹脂シートとの境界面が、前記放熱板の外周から前記接合層形成領域にかけて傾斜するすり鉢状に形成されることを要旨とする。
【００１８】
上記製造方法によれば、第１の接合層としての樹脂シートがすり鉢状に形成されることにより、放熱板と支持体との加圧接合時に反りを生じさせようとする力がこの第１の接合層としての樹脂シートに働いたとしても、第１の接合層と第２の接合層との境界面において同第１の接合層としての樹脂シートが第２の接合層としての樹脂シートによって上方から押さえ込まれる態様で、支持体に安定して固定されるようになる。しかも、同製造方法によれば、上記第２の接合層を形成する樹脂シートと上記放熱板との接触面積を最大限に確保することが可能ともなる。すなわち、第２の接合層を通じた放熱板と支持体との接合性が最大限に高められるようにもなる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２の接合層が、前記第１の接合層よりも薄く形成されることを要旨とする。
このように、第２の接合層を第１の接合層よりも薄く形成することにより、放熱板と支持体との加圧接合時において第２の接合層に加わる圧力が低減され、同第２の接合層となる樹脂シートへの上述したボイド等の発生もさらに抑制されるようになる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の接合層の厚さが「２００μｍ」とされ、前記第２の接合層の厚さが「１００μｍ」とされることを要旨とする。
【００２１】
上記製造方法によるように、放熱板、ひいては半導体素子の直下に位置する第２の接合層の厚さが「１００μｍ」となるように同第２の接合層を形成することとすれば、絶縁材としての絶縁性の確保はもとより、接合材としての熱伝導性の向上も図られるようになる。すなわち、製造対象とする半導体装置としての放熱性能がより高められるようになる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁性の樹脂シートとして、エポキシ樹脂からなるシートを用いることを要旨とする。
【００２３】
この製造方法は、上述のように、絶縁性の樹脂シートとしてエポキシ樹脂からなるシートを採用して特に有効であり、同製造方法の採用により、上記支持体上に上記放熱板が一体に接合された半導体装置としての絶縁性と熱伝導性との両立もより容易となる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、前記放熱板を支持する支持体として、液冷式もしくは空冷式の冷却器を用いることを要旨とする。
【００２５】
この製造方法は、上記支持体として、液冷式もしくは空冷式の冷却器を用いるものに適用して特に有効であり、同製造方法の適用により、半導体素子が搭載された後の放熱板と冷却器との熱交換を望ましいかたちで実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第１の実施の形態について、適用対象とする半導体装置の断面構造を示す概略断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、その製造プロセスを示す概略断面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、同実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、その製造プロセスを示す概略断面図。
【図４】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第２の実施の形態について、適用対象とする半導体装置の断面構造を示す概略断面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、その製造プロセスを示す概略断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、同実施の形態における半導体装置の製造方法について、その製造プロセスを示す概略断面図。
【図７】従来一般に用いられているインバータ装置について、その構成の一例を示す回路図。
【図８】従来の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例について、その断面構造を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法の第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
【００２８】
図１は、この実施の形態の製造方法が適用される半導体装置について、その概略断面構造を示したものであり、特にここでは、先の図７に示したインバータ装置を構成する半導体装置の一スイッチングブロック部分の断面構造を想定している。すなわち、同図１に示すように、この半導体装置は、大きくは、半導体素子１１０及びダイオード１２０並びにこれら半導体素子１１０及びダイオード１２０が実装された放熱板１３０と、この放熱板１３０を絶縁性の接合層２００を介して支持する支持体としての冷却器３００とを有して構成されている。なお、こうして積層された半導体装置は、その配線部分がポッティング樹脂やゲル等からなる保護層４００によって覆われている。
【００２９】
ここで、上記半導体素子１１０は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）であり、上記ダイオード１２０は、この半導体素子１１０に並列接続される前述
した還流ダイオードである。また放熱板１３０は、これら半導体素子１１０やダイオード１２０から発せられた熱を放熱する部分であり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、銅−モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）合金、アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ−ＳｉＣ）合金、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などによって形成されている。そして、この放熱板１３０は、半田層１１１となる半田のぬれ性が得られるように表面処理されており、この上面に上記半導体素子１１０及びダイオード１２０が半田付けによって実装されている。
【００３０】
一方、その支持体である冷却器３００は、半導体素子１１０やダイオード１２０の動作に伴って発せられる熱を熱交換することでその冷却を図るためのものであり、本実施の形態では、例えばアルミニウム製からなる水冷式の冷却器が用いられている。
【００３１】
また、同図１に示されるように、放熱板１３０と冷却器３００との間には、これらを互いに接合、絶縁するための接合材として、エポキシ樹脂シートからなる絶縁性の接合層２００が介在されている。なお、この接合層２００は、例えば「２００μｍ」の厚さで１．８ｋｖの絶縁耐圧を確保することが可能であり、実用上は、半導体素子１１０の容量や用途に応じてその厚さが調整される。
【００３２】
このように、絶縁性の接合層２００を用いて放熱板１３０と冷却器３００とを接合する方法によれば、同接合層２００自体の熱抵抗が低いことから、半導体素子１１０から冷却器３００に伝達される熱の伝達効率、すなわち当該半導体装置としての冷却効率を高めることができるようになる。また、この接合層２００は、放熱板１３０と冷却器３００との接合材としての接着機能を有するとともに、半導体素子１１０と冷却器３００とを電気的に絶縁する絶縁機能を有している。このため、半導体素子１１０が搭載された放熱板１３０と冷却器３００とが一体に接合された半導体装置を構成する上で、シリコングリースや絶縁基板等を割愛することが可能となり、熱抵抗の低減はもとより、絶縁基板と半導体素子１１０との線膨張係数の相違に起因する反り等の発生も抑制されるようになる。
【００３３】
ただし、上記エポキシ樹脂等の樹脂シートからなる接合層２００を用いた接合方法では前述のように、この接合層２００が硬化する前に加熱処理及び加圧処理を施すことが必要となることから、こうした硬化前の接合層２００に放熱板１３０が押しつけられる際に、同放熱板１３０のエッジ部に対応する接合層２００に絶縁破壊や反り等が生じる虞がある。
【００３４】
そこで、本実施の形態では、絶縁性の接合層２００による接合工程に際し、この接合層２００を絶縁性の樹脂シートによる第１の接合層２１０と同じく絶縁性の樹脂シートによる第２の接合層２２０とによって構成し、これら第１の接合層２１０と第２の接合層２２０とを二段階に分けて形成することとする。
【００３５】
以下、絶縁性の接合層２００としてこのような第１及び第２の接合層２１０及び２２０を用いて放熱板１３０と冷却器３００との接合を行う本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、図２及び図３を参照しつつ具体的に説明する。
【００３６】
この製造に際してはまず、図２（ａ）に示すように、冷却器３００の上面でかつ、この冷却器３００と放熱板１３０との接合面Ｓの内側に、その外周よりも狭い接合層形成領域Ｒを残すかたちで厚さ「２００μｍ」の第１の接合層２１０を形成する。これにより、冷却器３００と放熱板１３０との接合面Ｓの内側にはみ出すかたちで第１の接合層２１０が形成される。なお、この第１の接合層２１０には、絶縁機能とともに接着機能及び熱伝導性が要求される。このため、接着機能を確保する上ではエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂系を用いることが望ましく、また、高熱伝導性を確保する上ではアルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の無機充填材が添加されていることが望まし
い。ちなみに、本実施の形態では、接着機能を確保すべくエポキシ樹脂からなるシートを用いることとする。
【００３７】
また、この第１の接合層２１０の形成は、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、コータ法等により上記接合層形成領域Ｒを残すかたちで冷却器３００の上面に塗布するかたちで行われる。こうして第１の接合層２１０が冷却器３００に形成されると、ここで一旦第１の接合層２１０を硬化させる。
【００３８】
こうして第１の接合層２１０の形成、硬化を終えると、次に図２（ｂ）に示すように、上記接合層形成領域Ｒに厚さ「１００μｍ」の第２の接合層２２０を充填形成する。なお、この第２の接合層２２０としては、上記第１の接合層２１０と同じ材料を用いることができる。そして、この第２の接合層２２０が未硬化あるいは半硬化の状態で、この第２の接合層２２０よりも外周の大きい放熱板１３０をこの第２の接合層２２０全体を覆うかたちで第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０上に載置して、１６０℃の加熱処理とともに３ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧処理を施す。このとき、冷却器３００上に形成された第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０には、放熱板１３０によって押しつけられる態様で圧力が加わるものの、この加圧処理に先立ち放熱板１３０のエッジ部分を支持する第１の接合層２１０が硬化されていることでその剛性が高められ、放熱板１３０のエッジ部分との接触部分に加わる力に耐え得ることができるようになる。すなわち第１の接合層２１０の当該部分に絶縁破壊や反り等が生じることはなくなる。しかも、第１の接合層２１０の厚さ「２００μｍ」に対して第２の接合層２２０の厚さが「１００μｍ」と薄いため、これら第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０を介して冷却器３００に放熱板１３０を接合する上で、第１の接合層２１０はもとより、第２の接合層２２０に生じるボイドについてもこれを低減させるために必要十分な加圧処理を施すことができるようにもなる。こうして、加熱処理及び加圧処理を終えると、図２（ｃ）に示されるように、絶縁性の接合層２００を介して放熱板１３０と冷却器３００とが一体に接合された積層体が構成される。
【００３９】
こうして放熱板１３０と冷却器３００との接合を終えると、次いで、図３（ａ）に示されるように、例えばＩＧＢＴからなる半導体素子１１０とダイオード１２０とを半田付けにより放熱板１３０上に実装する。そして、ワイヤボンディングによる配線を施し、それらワイヤ１４０ａ〜１４０ｃによって半導体素子１１０や、ダイオード１２０を電気的に接続する。
【００４０】
そして、最後に、図３（ｂ）に示す態様で、これら配線部分に上記ポッティング樹脂やゲル等からなる保護層４００を設けて、同半導体装置としての製造を完了する。
以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、以下のような効果が得られるようになる。
【００４１】
（１）放熱板１３０と冷却器３００との接合に先立ち、冷却器３００の上面に接合層形成領域Ｒを残すかたちで第１の接合層２１０を塗布し、この第１の接合層２１０を硬化させたのちに接合層形成領域Ｒに第２の接合層２２０を充填形成することとした。これにより、樹脂シートからなる絶縁性の接合層２００によって放熱板１３０と冷却器３００とを一体に接合する上で、同接合層２００に絶縁破壊や反り等が生じることがなくなる。また、ボイドの発生率を低減する上で必要十分な加圧処理を施すことができるようになるとともに、第２の接合層２２０によるそれら放熱板１３０と冷却器３００との間の接着性能をはじめ、絶縁性や熱伝導性も的確に担保されるようにもなる。
【００４２】
（２）第１の接合層２１０の厚さを「２００μｍ」とするとともに、第２の接合層２２０の厚さを「１００μｍ」とすることとした。このように第１の接合層２１０よりも第２
の接合層２２０を薄く形成したことにより、放熱板１３０と冷却器３００との接合時において絶縁性の接合層２００に加わる圧力が低減され、同第２の接合層２２０となる樹脂シートへのボイド等の発生もさらに抑制されるようになる。
【００４３】
（３）また、半導体素子１１０の直下に位置する第２の接合層２２０の厚さを「１００μｍ」したことにより、この第２の接合層が薄く形成された分だけ、接合材としての熱伝導性も高められるようになり、ひいては、半導体装置としての放熱性能が高められるようにもなる。
【００４４】
（４）放熱板１３０と冷却器３００との接合材として、エポキシ樹脂コーティングからなる絶縁性の接合層２００を用いたことにより、その絶縁機能によって沿面漏電の防止や半導体素子１１０及びダイオード１２０が搭載された放熱板１３０と冷却器３００との漏電を防止することができるようになる。また、その接着機能によって、放熱板１３０と冷却器３００との接合も容易なものとなる。このように、接合材として絶縁性の接合層２００を用いることによって、絶縁性能と接着機能との好適な両立を図ることが可能となり、シリコングリースや絶縁基板を用いることなく半導体素子１１０及びダイオード１２０が搭載される放熱板１３０と冷却器３００とが一体に接合された半導体装置を構成することができるようになる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法を具体化した第２の実施の形態を図４〜図６を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態は、図４に示すように、冷却器３００の上面に形成する第１の接合層２１０と第２の接合層２２０との境界面を、放熱板１３０の外周から接合層形成領域にかけて傾斜するすり鉢状に形成したものであり、その基本的な製造方法は先の第１の実施の形態と共通になっている。
【００４６】
図５及び図６は、先の図２及び図３に対応する図として、この第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造プロセスを示したものである。なお、これら図５及び図６において、先の図２及び図３に示した各要素と同一の要素についてはそれぞれ同一の符号を付して示しており、それら要素についての重複する説明は割愛する。
【００４７】
すなわち図５（ａ）に示すように、本実施の形態では、冷却器３００の上面に、放熱板１３０の外周から接合層形成領域Ｒにかけて傾斜するすり鉢状になるかたちで、厚さ「２００μｍ」の第１の接合層２１０を塗布する。
【００４８】
こうして第１の接合層２１０の形成、硬化を終えると、次に図５（ｂ）に示すように、上記接合層形成領域Ｒに厚さ「１００μｍ」の第２の接合層２２０を充填する。そしてこのとき、上記第１の接合層２１０とこの第２の接合層２２０との境界面がすり鉢状となっていることによって、放熱板１３０との接触面積が最大となるかたちで同第２の接合層２２０が形成されることともなる。
【００４９】
そして、こうした第２の接合層２２０が未硬化あるいは半硬化の状態で、この第２の接合層２２０の端辺と外周がほぼ一致する放熱板１３０を、この第２の接合層２２０全体を覆うかたちで載置して、１６０℃の加熱処理とともに３ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧処理を施す。このとき、冷却器３００上に形成されている第１の接合層２１０には、そのすり鉢状の傾斜面に、放熱板１３０によって押しつけられたことによる反りを生じさせようとする力が働くものの、この傾斜面は上記第２の接合層２２０によって上方から押さえ込まれていることから、この第１の接合層２１０、正確にはそのすり鉢状の傾斜面に反り等が生じることはない。また、上述のように、放熱板１３０との接触面積が最大となるかたちで第２の接合層２２０が形成されたことから、この第２の接合層２２０による放熱板１３０と冷
却器３００との接着性能がより高められるようにもなる。こうして、加熱処理及び加圧処理を終えると、図５（ｃ）に示されるように、絶縁性の第１及び第２の接合層２１０及び２２０を介して放熱板１３０と冷却器３００とが一体に接合された積層体が構成される。
【００５０】
こうして放熱板１３０と冷却器３００との接合を終えると、次いで、図６（ａ）に示されるように、半導体素子１１０とダイオード１２０とを半田付けによって放熱板１３０上に実装する。そして、ワイヤボンディングによる配線を施し、それらワイヤ１４０ａ〜１４０ｃによって半導体素子１１０やダイオード１２０を電気的に接続する。そして最後に、図６（ｂ）に示す態様で、これら配線部分に上記ポッティング樹脂やゲル等からなる保護層４００を設けて、同半導体装置としての製造を完了する。
【００５１】
以上説明したように、この第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によっても、第１の実施の形態による前記（１）〜（４）の効果に準じた効果が得られるとともに、更に以下のような効果が得られるようになる。
【００５２】
（５）放熱板１３０と冷却器３００との加圧接合に先立ち、第１の接合層２１０と第２の接合層２２０との境界面を、放熱板１３０の外周から接合層形成領域Ｒにかけて傾斜するすり鉢状に形成することとした。これにより、放熱板１３０と冷却器３００との加圧接合時に反りを生じさせようとする力がこの第１の接合層２１０としての樹脂シートに働いたとしても、第１の接合層２１０と第２の接合層２２０との境界面において同第１の接合層２１０としての樹脂シートが第２の接合層２２０としての樹脂シートによって上方から押さえ込まれる態様で、冷却器３００に安定して固定されるようになる。
【００５３】
（６）また、上記すり鉢状の傾斜面を有する第１の接合層２１０に対して第２の接合層２２０を充填形成するようにしたことで、第２の接合層２２０と放熱板１３０との接触面積を最大限に確保することが可能となる。これにより、第２の接合層２２０を通じた放熱板１３０と冷却器３００との接合性も最大限に高められるようになる。
（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下のような態様をもって実施することもできる。
【００５４】
・上記第２の実施の形態では、第１の接合層２１０と第２の接合層２２０との境界面にすり鉢状の傾斜面が形成されるようにしたが、その形状は単純傾斜面に限定されるものではない。要は、放熱板１３０と冷却器３００との接合時において第１の接合層２１０の内側端部が第２の接合層２２０によってその上方から押さえ込まれる形状であればよく、他に例えば曲率をもった傾斜面や階段状の面等も適宜採用可能である。
【００５５】
・上記第２の実施の形態では、樹脂シートによる第１の接合層２１０を、第２の接合層２２０と放熱板１３０との接触面積が最大となるかたちで形成することとしたが、同第２の実施の形態でも、第２の接合層２２０と放熱板１３０との接触面積が放熱板１３０の下面の面積よりも小さくなるように第１の接合層２１０を形成するようにしてもよい。
【００５６】
・上記各実施の形態では、第１の接合層２１０と第２の接合層２２０とを同一の材料によって形成したが、これら第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０を異なる材料によって構成してもよく、例えば、特に硬化状態での剛性が要求される第１の接合層２１０の剛性を高めるように第１の接合層２１０を構成する材料を選択するようにしてもよい。また、特に接着機能が要求される第２の接合層２２０の接着機能を高める上では、接着機能に優れたブタジエン系ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、アクリロニトリルゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、エチレン−プロピレン系ゴム、ウレタン系ゴム等から任意に選択された１乃至複数のゴム成分を含有するシートによって第２の接合層２２０を構成するようにしてもよい。
【００５７】
・上記各実施の形態では、スクリーン印刷法やドクターブレード法、コータ法により冷却器３００の上面に絶縁性の接合層２００を塗布することとしたが、同接合層２００の塗布方法は任意であり、これらに限定されるものではない。またこの他、予め形成されたシート状の第１の接合層２１０や第２の接合層２２０を冷却器３００の上面に載置、もしくは貼り付けるようにしてもよい。
【００５８】
・上記各実施の形態では、第１の接合層２１０を「２００μｍ」の厚さで形成するとともに、第２の接合層２２０を「１００μｍ」の厚さで形成することとしたが、これら第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０の厚さは任意である。またこの他、第１の接合層２１０と第２の接合層２２０とを同一の厚さで形成するようにしてもよい。要は、これら第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０によって、絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図りつつ、放熱板１３０と冷却器３００との接合を実現可能なものであればよく、第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０の厚さは特に限定されるものではない。
【００５９】
・上記各実施の形態では、第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０を、それぞれ一層のみ形成することとした。これに限らず、放熱板１３０と冷却器３００との接合時において第１の接合層２１０が硬化状態にされているとともに第２の接合層２２０が未硬化あるいは半硬化状態とされているものであればよく、第１の接合層２１０及び第２の接合層２２０とする絶縁性の接合層２００を２層以上形成するようにしてもよい。
【００６０】
・上記各実施の形態では、一つの接合層形成領域Ｒを残すかたちで第１の接合層２１０を形成し、この接合層形成領域Ｒに一つの第２の接合層２２０を形成することとした。これに限らず、第１の接合層２１０が放熱板１３０と冷却器３００との接合面Ｓにはみ出すかたちで形成されるものであればよく、上記接合面Ｓの内側に形成される接合層形成領域Ｒの数、すなわち第２の接合層２２０の数は２以上であってもよい。
【００６１】
・上記各実施の形態では、上記放熱板を支持する支持体として、水冷式の冷却器３００を用いたが、これに代えて空冷式の冷却器を用いてもよい。また、冷却器に限らず、同支持体としては金属板（ブロック）等を用いるようにしてもよい。すなわち、樹脂シートからなる絶縁性の接合層を介して放熱板を支持可能なものであれば本発明を適用することはできる。
【００６２】
・上記各実施の形態では、例えば先の図７に示したようなインバータ装置を構成する半導体装置のスイッチングブロック部分についてこれを製造する方法について言及したが、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、該スイッチングブロック単位であれ、あるいは同図７に示される６スイッチングブロックの全てを単位としてこれが放熱板に一括搭載される半導体装置であれ、同様適用することができる。また、この発明の適用対象とする半導体装置は、必ずしもダイオードが並設される半導体装置に限られるものでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１１０…半導体素子、１１１…半田、１２０…ダイオード、１３０…放熱板、１４０ａ〜１４０ｃ…ワイヤ、１５０ａ〜１５０ｆ…スイッチング素子、１６０ａ〜１６０ｆ…還流ダイオード、２００…絶縁性の接合層、２１０…第１の接合層、２２０…第２の接合層、３００…冷却器、４００…保護層、Ｒ…接合層形成領域、Ｓ…接合面。
【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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