(57)【要約】【課題】  放熱が良好な半導体装置および冷却器付半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置１Ａは、シリコンチップ３４と、電極３２，３６，３８と、樹脂部４６と、無機硬質膜４８，５４と、緩衝層５０，５６と、めっき層５２，５８とを含む。無機硬質膜４８，５４によって金属製のマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと電極３２，３６の間の絶縁性が確保される。電極３２，３６の放熱面は、樹脂部４６の表面から突出しており、樹脂部４６によってマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと放熱面の密着が阻害されることがないので、放熱に有利である。めっき層５２，５８によりマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと半導体装置１Ａの接合時のなじみが良くなり、グリース等を塗布する必要がなく熱伝導も良くなる。【選択図】        図２
2006128259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の半導体チップと、
前記半導体チップの第１の主面に接続され、第１の放熱面を有する第１の伝熱部材と、
前記半導体チップを収容し、前記第１の伝熱部材を支持する樹脂部とを含み、
前記第１の放熱面は、前記樹脂部の表面よりも突出する、半導体装置。
【請求項２】
前記第１の放熱面にはめっき層が形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の伝熱部材は、
前記半導体チップに電気的に接続される電極と、
前記電極と前記めっき層とを電気的に絶縁する絶縁層とを含む、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の放熱面には絶縁性を有する樹脂層が形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップの第２の主面に接続され、第２の放熱面を有する第２の伝熱部材をさらに備え、
前記樹脂部は、前記第２の放熱面が前記樹脂部の表面よりも突出するように前記第２の伝熱部材をさらに支持する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
平板状の半導体チップと、
前記半導体チップの第１の主面に接続され、第１の放熱面を有する第１の伝熱部材と、
前記第１の放熱面に接合された冷却器と、
前記半導体チップを収容し、前記第１の伝熱部材を支持する樹脂部とを含み、
前記第１の放熱面は、前記樹脂部の表面よりも突出する、冷却器付半導体装置。
【請求項７】
前記第１の放熱面に対する前記冷却器の接合面と前記第１の放熱面との少なくとも一方にはめっき層が形成されている、請求項６に記載の冷却器付半導体装置。
【請求項８】
前記第１の伝熱部材は、
前記半導体チップに電気的に接続される電極と、
前記電極と前記めっき層とを電気的に絶縁する絶縁層とを含む、請求項７に記載の冷却器付半導体装置。
【請求項９】
前記第１の放熱面と前記冷却器とは、超音波接合または熱圧着接合されている、請求項７に記載の冷却器付半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の放熱面への前記冷却器の接合面と前記第１の放熱面との少なくとも一方には絶縁性を有する樹脂層が形成されている、請求項７に記載の冷却器付半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体チップの第２の主面に接続され、第２の放熱面を有する第２の伝熱部材をさらに備え、
前記樹脂部は、前記第２の放熱面が前記樹脂部の表面よりも突出するように前記第２の伝熱部材をさらに支持し、
前記冷却器は、前記第２の放熱面にさらに接合される、請求項７に記載の冷却器付半導体装置。
【請求項１２】
平板状の半導体チップと、
ポーラス金属で形成され、前記半導体チップの第１の主面に接続される第１の伝熱部材とを備え、
前記第１の伝熱部材は、前記半導体チップに加圧されることにより塑性変形した第１の接続面を有する、半導体装置。
【請求項１３】
ポーラス金属で形成され、前記半導体チップの第２の主面に接続される第２の伝熱部材をさらに備え、
前記第２の伝熱部材は、前記半導体チップに加圧されることにより塑性変形した第２の接続面を有する、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１の伝熱部材は、前記半導体チップを支持し放熱すると共に前記半導体チップと外部との間で高周波信号の授受を行なうためのバスバーである、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体素子と、
ポーラス金属で形成され、前記半導体素子に電気的に接続され前記半導体チップと外部との間で高周波信号の授受を行なうためのバスバーとを備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置および冷却器付半導体装置に関し、より特定的には冷却器が取付けられるパワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車などが注目されているが、このような用途では、小型で効率がよく信頼性の高いパワー半導体素子が求められている。ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワー半導体素子は、扱う電流が大きいので動作時の放熱が重要である。
【０００３】
通常、半導体チップは、板状の形状を有するので、チップの表と裏の両面から放熱を行なうことが理想的である。特開２００１−３０８２４５号公報（特許文献１）には、このような両面放熱型のパワー半導体モジュールが開示されている。
【０００４】
絶縁板、平銅板のヒートシンクマスおよび扁平な冷媒チューブがこの両面放熱型半導体モジュールの各両側に配置され、それらが両側からボルトおよびナットによって締結され、半導体モジュールは挟圧支持されている。
【特許文献１】特開２００１−３０８２４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、パワー半導体モジュールと両側に配置される絶縁板、平銅板のヒートシンクマスおよび扁平な冷媒チューブには、それぞれに製造誤差があるため、パワー半導体モジュールの放熱部分と冷却器の吸熱部分の密着性に改善の余地がある。
【０００６】
密着性を改善するためにはグリース等を塗布することが行なわれるが、グリース等は塗布量が多すぎるとはみ出したり、また塗布面が水平でないとたれが生じ厚みが不均一になったりして、取り扱いに注意が必要であった。
【０００７】
また、パワー半導体モジュールの電極、基板などにも製造誤差があり、半導体モジュール内部の部品間の密着性にも改善の余地がある。
【０００８】
この発明の目的は、放熱が良好で性能が向上した半導体装置および冷却器付半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、要約すると、半導体装置であって、平板状の半導体チップと、半導体チップの第１の主面に接続され、第１の放熱面を有する第１の伝熱部材と、半導体チップを収容し、第１の伝熱部材を支持する樹脂部とを含む。第１の放熱面は、樹脂部の表面よりも突出する。
【００１０】
好ましくは、第１の放熱面にはめっき層が形成されている。
【００１１】
より好ましくは、第１の伝熱部材は、半導体チップに電気的に接続される電極と、電極とめっき層とを電気的に絶縁する絶縁層とを含む。
【００１２】
好ましくは、第１の放熱面には絶縁性を有する樹脂層が形成されている。
【００１３】
好ましくは、半導体チップの第２の主面に接続され、第２の放熱面を有する第２の伝熱部材をさらに備える。樹脂部は、第２の放熱面が樹脂部の表面よりも突出するように第２の伝熱部材をさらに支持する。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、冷却器付半導体装置であって、平板状の半導体チップと、半導体チップの第１の主面に接続され、第１の放熱面を有する第１の伝熱部材と、第１の放熱面に接合された冷却器と、半導体チップを収容し、第１の伝熱部材を支持する樹脂部とを含む。第１の放熱面は、樹脂部の表面よりも突出する。
【００１５】
好ましくは、第１の放熱面に対する冷却器の接合面と第１の放熱面との少なくとも一方にはめっき層が形成されている。
【００１６】
好ましくは、第１の伝熱部材は、半導体チップに電気的に接続される電極と、電極とめっき層とを電気的に絶縁する絶縁層とを含む。
【００１７】
好ましくは、第１の放熱面と冷却器とは、超音波接合または熱圧着接合されている。
【００１８】
好ましくは、第１の放熱面への冷却器の接合面と第１の放熱面との少なくとも一方には絶縁性を有する樹脂層が形成されている。
【００１９】
好ましくは、冷却器付半導体装置は、半導体チップの第２の主面に接続され、第２の放熱面を有する第２の伝熱部材をさらに備える。樹脂部は、第２の放熱面が樹脂部の表面よりも突出するように第２の伝熱部材をさらに支持する。冷却器は、第２の放熱面にさらに接合される。
【００２０】
この発明のさらに他の局面に従うと、半導体装置であって、平板状の半導体チップと、ポーラス金属で形成され、半導体チップの第１の主面に接続される第１の伝熱部材とを備える。第１の伝熱部材は、半導体チップに加圧されることにより塑性変形した第１の接続面を有する。
【００２１】
好ましくは、半導体装置は、ポーラス金属で形成され、半導体チップの第２の主面に接続される第２の伝熱部材をさらに備える。第２の伝熱部材は、半導体チップに加圧されることにより塑性変形した第２の接続面を有する。
【００２２】
好ましくは、第１の伝熱部材は、半導体チップを支持し放熱すると共に半導体チップと外部との間で高周波信号の授受を行なうためのバスバーである。
【００２３】
この発明のさらに他の局面に従うと、半導体装置であって、半導体素子と、ポーラス金属で形成され、半導体素子に電気的に接続され半導体チップと外部との間で高周波信号の授受を行なうためのバスバーとを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、放熱経路の部品の密着性が向上し放熱性が改善された半導体装置および冷却器付半導体装置を実現することができる。
【００２５】
また、高周波における電気的特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
図１は、本発明の冷却器付半導体装置の全体形状を示した図である。
【００２８】
図１を参照して、冷却器付半導体装置１００は、マイクロチャネル冷却器１１〜１８と、マイクロチャネル冷却器１１〜１８の間に挟持された半導体装置１〜７とを含む。
【００２９】
マイクロチャネル冷却器１１〜１８は、たとえばアルミニウムや銅のような熱伝導性の良い金属で形成される。マイクロチャネル冷却器１１〜１８の各々の内部には、冷却水の流路が形成され、冷却水流路の内表面は細かいフィンが形成されている。
【００３０】
半導体装置１〜７は、両面冷却型の半導体装置である。各半導体装置は、マイクロチャネル冷却器に挟まれて冷却される。アルミニウムや銅のような金属は電気伝導性も良いので、マイクロチャネル冷却器１１〜１８と半導体装置１〜７の電極とは絶縁されていることが必要である。
【００３１】
［実施の形態１］
図２は、実施の形態１の冷却器付半導体装置１００Ａの構成を示す断面図である。
【００３２】
図２を参照して、冷却器付半導体装置１００Ａは、マイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと半導体装置１Ａとを含む。なお、図示しないが図１の半導体装置２〜７およびマイクロチャネル冷却器１３〜１８にも同様な構成が適用される。
【００３３】
半導体装置１Ａは、半導体チップ３４と、半導体チップ３４の両主面にそれぞれはんだ層４０，４２によって電気的に接続された電極３２，３６と、一方の主面に形成されているゲート電極にワイヤ４４によって接続されている電極３８とを含む。電極３２，３６は主電流を授受するための主電極であり、電極３８は制御電極である。
【００３４】
電極３２，３６は、たとえば、３相モータを駆動するインバータに使用されるパワー半導体素子であれば、Ｐ、Ｎ極や、Ｕ，Ｖ，Ｗ相出力が接続される。
【００３５】
電極３２は、放熱面を有し半導体チップ３４の第１の主面に接続される「第１の伝熱部材」に該当する。また、電極３６は、放熱面を有し半導体チップ３４の第２の主面に接続される「第２の伝熱部材」に該当する。なお、伝熱部材が電極と兼用になっている場合を示したが、伝熱部材と電極とを別々に設けてもかまわない。
【００３６】
半導体装置１Ａは、さらに、電極３２，３６を支持し、半導体チップ３４を収容する樹脂部４６と、電極３２，３６の各放熱面を被覆する電気絶縁性を有する無機硬質膜４８，５４とを含む。電極３２，３６の放熱面は、樹脂部４６の表面から突出しており、樹脂部４６によってマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと放熱面の密着が阻害されることがないので、放熱に有利である。
【００３７】
無機硬質膜４８，５４によって金属製のマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと電極３２，３６の間の絶縁性が確保される。したがって、従来は電極と冷却器との絶縁を確保するためにセラミック基板のような熱伝導性がよく絶縁性に優れた板を間に挟んでいたが、このような板が不要となる。したがってその分冷却器に半導体装置を近づけることができ、熱抵抗が下がり冷却に有利となる。また、冷却器付半導体装置全体を小さくすることができるので、車載用等のスペースの制限が厳しい場合には有利である。
【００３８】
無機硬質膜４８，５４の一例としては、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）薄膜等を使用することができる。ＤＬＣ薄膜は、低温化学蒸着で形成できる。また、無機硬質膜４８，５４の他の例としては、セラミックコーティングなども使用可能である。
【００３９】
半導体装置１Ａは、さらに、電極３２，３６の各放熱面と無機硬質膜４８，５４との間にそれぞれ設けられる緩衝層５０，５６と、緩衝層５０，５６の外側表面にそれぞれ設けられためっき層５２，５８とを含む。
【００４０】
緩衝層５０，５６としては、たとえばポリイミド等を使用することができる。緩衝層５０，５６は、電極３２，３６と無機硬質膜４８，５４との間の線膨張係数の差やヤング率の差を吸収し、無機硬質膜４８，５４にクラックが入るのを防ぐことができる。
【００４１】
マイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａの各々は、内部の冷却水流路にフィンが形成された金属製の冷却器本体２０と、半導体装置の放熱面と接触する冷却器本体２０の両面にそれぞれ形成されためっき層２１，２２とを含む。金属製の冷却器本体２０は、たとえば熱伝導率の良いアルミニウムや銅などで作製される。
【００４２】
めっき層２１，２２，５２，５８としては、銅等よりもやわらかいニッケルめっき等を使用できる。めっき層２１，２２，５２，５８によりマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと半導体装置１Ａの接合時のなじみが良くなる。マイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと半導体装置１Ａの接合は、超音波接合や圧接で行なう。
【００４３】
従来、絶縁確保のためにセラミック板等を挟む場合には、密着性を高めて熱伝導性を良くするため、セラミック板と冷却器の間と、セラミック板と電極との間の２箇所にグリース等を塗布することが必要であった。しかし、本発明ではセラミック板が不要であり、超音波接合や圧接で接合を行なうのでグリース等を塗布する必要がなく熱伝導も良くなる。
【００４４】
なお、図２ではめっき層をマイクロチャネル冷却器１１Ａ，１２Ａと半導体装置１Ａの両方の接合面に設けた場合を例として示したが、必ずしも両方に設ける必要はなく、どちらか一方に設けるのでもよい。
【００４５】
以上説明したように、実施の形態１では、冷却器と半導体装置との間の熱抵抗を減らすことができ、放熱の効率が向上する。
【００４６】
［実施の形態２］
図３は、実施の形態２の冷却器付半導体装置１００Ｂの構成を示す断面図である。
【００４７】
図３を参照して、冷却器付半導体装置１００Ｂは、マイクロチャネル冷却器１１Ｂ，１２Ｂと半導体装置１Ｂとを含む。なお、図示しないが図１の半導体装置２〜７およびマイクロチャネル冷却器１３〜１８にも同様な構成が適用される。
【００４８】
半導体装置１Ｂは、図２における半導体装置１Ａの構成において、無機硬質膜４８，５４、緩衝層５０，５６およびめっき層５２，５８に代えて絶縁層７２，７４とを含む。
【００４９】
マイクロチャネル冷却器１１Ｂ，１２Ｂの各々は、内部の冷却水流路にフィンが形成された金属製の冷却器本体２０と、半導体装置の放熱面と接触する冷却器本体２０の両面にそれぞれ形成された絶縁層６１，６２とを含む。金属製の冷却器本体２０は、たとえば熱伝導率の良いアルミニウムや銅などで製作される。
【００５０】
絶縁層６１，６２，７２，７４としては、たとえば絶縁性のある樹脂コート材や接着剤等を用いることができる。マイクロチャネル冷却器１１Ｂ，１２Ｂを半導体装置１Ｂに押し付けて超音波接合や熱圧着接合により接続する。これにより、グリースを使用しなくてもマイクロチャネル冷却器１１Ｂ，１２Ｂと半導体装置１Ｂとの間の密着性を高めることができる。
【００５１】
なお、セラミック板やセラミックコーティングを間に介在させて絶縁性を確保すれば、たとえば金属微粒子が配合された熱伝導率がよい導電性の接着剤でマイクロチャネル冷却器１１Ｂ，１２Ｂと半導体装置１Ｂを接着してもよい。
【００５２】
以上説明したように、実施の形態２でも実施の形態１と同様に、冷却器と半導体装置との間の熱抵抗を減らすことができ、放熱の効率が向上する。
【００５３】
［実施の形態３］
図４は、実施の形態３の冷却器付半導体装置１００Ｃの構成を示す断面図である。
【００５４】
図４を参照して、冷却器付半導体装置１００Ｃは、マイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃと半導体装置１Ｃとを含む。なお、図示しないが図１の半導体装置２〜７およびマイクロチャネル冷却器１３〜１８にも同様な構成が適用される。
【００５５】
半導体装置１Ｃは、半導体チップ８４と、半導体チップ８４の両主面にそれぞれポーラス金属層９０、９２によって電気的に接続された電極８２，８６と、一方の主面に形成されているゲート電極にワイヤ９４によって接続されている電極８８とを含む。電極８２，８６は主電流を授受するための主電極であり、電極８８は制御電極である。
【００５６】
電極８２，８６は、たとえば、３相モータを駆動するインバータに使用されるパワー半導体素子であれば、Ｐ、Ｎ極や、Ｕ，Ｖ，Ｗ相出力が接続される。
【００５７】
電極８２は、放熱面を有し半導体チップ８４の第１の主面に接続される「第１の伝熱部材」に該当する。電極８２の放熱面にはポーラス金属層９８が設けられる。また、電極８６は、放熱面を有し半導体チップ８４の第２の主面に接続される「第２の伝熱部材」に該当する。電極８６の放熱面にはポーラス金属層９９が設けられる。なお、伝熱部材が電極と兼用になっている場合を示したが、伝熱部材と電極とを別々に設けてもかまわない。
【００５８】
半導体装置１Ｃは、さらに、電極８２，８６を支持し、半導体チップ８４を収容する樹脂部９６を含む。電極８２，８６の放熱面に設けられたポーラス金属層９８，９９は、樹脂部９６の表面から突出しており、樹脂部９６によってマイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃと放熱面の密着が阻害されることがないので、放熱に有利である。
【００５９】
マイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃの各々は、内部の冷却水流路にフィンが形成された金属製の冷却器本体２０と、半導体装置の放熱面と接触する冷却器本体２０の両面にそれぞれ形成された絶縁層６１，６２とを含む。金属製の冷却器本体２０は、たとえば熱伝導率の良いアルミニウムや銅などで製作される。
【００６０】
絶縁層６１，６２によって金属製のマイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃと電極８２，８６の間の絶縁性が確保される。したがって、従来は電極と冷却器との絶縁を確保するためにセラミック基板のような熱伝導性がよく絶縁性に優れた板を間に挟んでいたが、このような板が不要となる。その分冷却器に半導体装置を近づけることができ、熱抵抗が下がり冷却に有利となる。また、冷却器付半導体装置全体を小さくすることができるので、車載用等のスペースの制限が厳しい場合には有利である。
【００６１】
絶縁層６１，６２の一例としては、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）薄膜等を使用することができる。ＤＬＣ薄膜は、低温化学蒸着で形成できる。また、絶縁層６１，６２の他の例としては、セラミックコーティングや絶縁樹脂によるコーティングなども使用可能である。
【００６２】
ポーラス金属は、多孔質のスポンジのような金属であり孔の比率や大きさによって固さを調整することができる。ポーラス金属層９８，９９は、銅等よりもやわらかく調整してあり加圧して接合することでマイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃと半導体装置１Ｃの接合時のなじみが良くなる。
【００６３】
実施の形態３においてもセラミック板が不要であり、圧接で接合を行なうのでグリース等を塗布する必要がなく熱伝導も良くなる。
【００６４】
図５〜図９は、図４における半導体装置１Ｃを製造する工程を説明するための図である。
【００６５】
図５を参照して、電極８２の半導体チップを搭載する部分にはポーラス金属層９０が貼り付けられ、電極８２の放熱面にはポーラス金属層９８が貼り付けられる。
【００６６】
図６を参照して、ポーラス金属層９０の上部に半導体チップ８４が圧接される。ポーラス金属層９０は、加圧により潰されるのであらかじめその分の厚みを余分に持たせておく。そうすることにより、加圧後でも電極８２と電極８６との間の絶縁距離を保つことができる。
【００６７】
図７を参照して、ポーラス金属層９０の上部に半導体チップ８４が圧接された結果、ポーラス金属層９０の厚さはｄ１からｄ２に変化し、ポーラス金属層９０は塑性変形して厚さが薄くなる。その後電極８８と半導体チップ上のゲート電極との間がワイヤ９４で接続される。
【００６８】
図８を参照して、図５で説明したのと同様に電極８６にもポーラス金属層９２，９９があらかじめ貼り付けられており、電極８６を加圧して半導体チップ８４とポーラス金属層９２の密着を高める。ポーラス金属層９２も加圧により、厚さが加圧前より薄くなる。ポーラス金属層９２によって従来接合に使用していたはんだ層を設けなくても良くなる。
【００６９】
図９を参照して、放熱面にあたるポーラス金属層９８，９９を表面から突出させた状態で、トランスファーモールド法による成型で樹脂部９６が形成される。成型時にポーラス金属層９０，９２を加圧した状態に保ち、樹脂部９６を形成する。樹脂部９６が硬化すれば樹脂部９６によりポーラス金属層を半導体チップに加圧した状態に保つことができる。
【００７０】
ポーラス金属層９８，９９は、図４で説明したようにマイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃに接続される放熱面であり、ポーラス金属層９８，９９が変形することによりマイクロチャネル冷却器１１Ｃ，１２Ｃの表面の寸法の製造公差を吸収して密着性を高めることができる。
【００７１】
［実施の形態４］
図１０は、実施の形態４の冷却器付半導体装置で用いられる半導体装置１Ｄの構成を示す断面図である。
【００７２】
実施の形態４の冷却器付半導体装置は、図４で説明した冷却器付半導体装置１００Ｃの半導体装置１Ｃに代えて半導体装置１Ｄを用いるものである。
【００７３】
図１０を参照して、半導体装置１Ｄは、半導体チップ１０４と、半導体チップ１０４の両主面にそれぞれ電気的に接続されポーラス金属でできた電極１０６，１０２と、一方の主面に形成されているゲート電極にワイヤ１１０によって接続されている電極１０８とを含む。電極１０２，１０６は主電流を授受するための主電極であり、電極１０８は制御電極である。
【００７４】
電極１０２，１０６は、たとえば、３相モータを駆動するインバータに使用されるパワー半導体素子であれば、Ｐ、Ｎ極や、Ｕ，Ｖ，Ｗ相出力が接続される。
【００７５】
電極１０２は、放熱面を有し半導体チップ１０４の第１の主面に接続される「第１の伝熱部材」に該当する。また、電極１０６は、放熱面を有し半導体チップ１０４の第２の主面に接続される「第２の伝熱部材」に該当する。なお、伝熱部材が電極と兼用になっている場合を示したが、伝熱部材と電極とを別々に設けてもかまわない。
【００７６】
半導体装置１Ｄは、さらに、電極１０２，１０６を支持し、半導体チップ１０４を収容する樹脂部１１２を含む。電極１０２，１０６の放熱面は、樹脂部１１２の表面から突出しており、樹脂部１１２によってマイクロチャネル冷却器と放熱面の密着が阻害されることがないので、放熱に有利である。
【００７７】
ポーラス金属を使用することにより、半導体チップ１０４に対する接続と、冷却器に対する密着については、図４に示した半導体装置１Ｃと同様な効果を奏する。
【００７８】
図１１は、図１０における電極１０６のバスバー部分の形状の説明をするための図である。
【００７９】
図１１を参照して、電極１０６はポーラス金属で形成され、内部には多数の空孔１２０が形成されている。電極１０６には、たとえば三相モータのインバータに用いられるパワー半導体素子などではＰＷＭ制御により１０ＫＨｚを超える高周波交流電流が流れる。高周波電流は、表皮効果により通常のバスバーでは表皮から数ｍｍの深さまでしか電流が流れないことが知られている。したがって、従来は大電流を流すためにはバスバーを幅広の平たい形状にしたり、中空のパイプ状にしたりしていた。
【００８０】
しかし、ポーラス金属をバスバーに用いることで表皮から深い部分でも空孔によって表皮部分と同様に電流が流れるようになる。ポーラス金属をバスバーに用いれば、同じ電流を流す場合でも通常のバスバーよりも幅を狭くすることができる。また、ポーラス金属をバスバーに用いれば重量の軽量化を図ることもできる。特に自動車用の場合、軽量化は燃費に関係するので重要な要素である。
【００８１】
さらに、バスバーの先端は通常ボルトの締結をするために孔が設けられている。ポーラス金属をバスバーに用いれば、ボルトの締め付けに対し締め付け部分がボルトにくい込んでボルトのゆるみ止めの効果が得られ締結信頼性が向上する。
【００８２】
［実施の形態５］
図１２は、実施の形態５の半導体装置の構成を示す断面図である。
【００８３】
図１２を参照して、実施の形態５の半導体装置は、熱伝導性の良いセラミック基板２０２と、セラミック基板２０２の下面にロウ付けされたアルミニウムまたは銅等の電極パターン２１０と、セラミック基板２０２の上面に設けられたポーラス金属層２０４と、ポーラス金属層２０４に圧接された半導体チップ２０６と、半導体チップ２０６の上面に圧接される上部ブロック電極２０８とを含む。
【００８４】
セラミック基板２０２、電極パターン２１０、ポーラス金属層２０４は、従来のＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum）またはＤＢＣ（Direct Brazed Copper）基板に相当する。
【００８５】
半導体チップ２０６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やサイリスタ等のパワー半導体素子である。
【００８６】
セラミック基板上の電極パターンや上部ブロック電極にポーラス金属を使用する。これにより、半導体チップと圧接時に問題となる接合面の製造公差内の寸法ばらつきをポーラス金属が塑性変形し吸収してやることができる。
【００８７】
また、圧接するので従来接合に必要であったはんだ層を設けなくても良くなる。
【００８８】
図１２では、１つの半導体チップを搭載する例を示したが、たとえば複数の部品をセラミック基板上に搭載する場合には、間にポーラス金属層を介在させることで、圧接時に複数部品間の寸法ばらつきをポーラス金属層で吸収することもできる。
【００８９】
また、放熱に関しても実施の形態１〜４と同様に密着性が良くなり基板や電極と半導体チップとの間の熱抵抗を減らすことができ、放熱の効率が向上する。
【００９０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の冷却器付半導体装置の全体形状を示した図である。
【図２】実施の形態１の冷却器付半導体装置１００Ａの構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態２の冷却器付半導体装置１００Ｂの構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の冷却器付半導体装置１００Ｃの構成を示す断面図である。
【図５】図４における半導体装置１Ｃを製造する第１の工程を示した図である。
【図６】図４における半導体装置１Ｃを製造する第２の工程を示した図である。
【図７】図４における半導体装置１Ｃを製造する第３の工程を示した図である。
【図８】図４における半導体装置１Ｃを製造する第４の工程を示した図である。
【図９】図４における半導体装置１Ｃを製造する第５の工程を示した図である。
【図１０】実施の形態４の冷却器付半導体装置で用いられる半導体装置１Ｄの構成を示す断面図である。
【図１１】図１０における電極１０６のバスバー部分の形状の説明をするための図である。
【図１２】実施の形態５の半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１〜７，１Ａ〜１Ｄ  半導体装置、１１〜１８，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ  マイクロチャネル冷却器、２０  冷却器本体、２１，２２，５２，５８  めっき層、３２，３６，３８，８２，８６，８８，１０２，１０６，１０８  電極、３４，８４，１０４，２０６  半導体チップ、４０，４２  はんだ層、４４，９４，１１０  ワイヤ、４６，９６，１１２  樹脂部、４８，５４  無機硬質膜、５０，５６  緩衝層、６１，６２，７２，７４  絶縁層、９０，９２，９８，９９，２０４  ポーラス金属層、１００，１００Ａ〜１００Ｃ  冷却器付半導体装置、１２０  空孔、２０２  セラミック基板、２０８  上部ブロック電極、２１０  電極パターン。
【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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