(57)【要約】【課題】放熱性能を向上させつつ、耐久性を高めることができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、放熱器２と、放熱器２上に載置され、接続面１３ａを有する導体１３と、放熱器２上に載置され、接続面１４ａを有する導体１４と、導体１３の接続面１３ａと面接触された第１電極面２１と、導体１４の接続面１４ａと面接触された電極面２２であって、電極面２１と対向する位置に形成された電極面２２を有する半導体素子１６ａと、硬化性樹脂を含み、導体１３と、導体１４と、半導体素子１６ａとを封止する封止部材１９とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱手段と、
前記放熱手段上に載置され、第１接続面を有する第１導体と、
前記放熱手段上に載置され、第２接続面を有する第２導体と、
前記第１導体の第１接続面と面接触された第１電極面と、前記第２導体の第２接続面と面接触された第２電極面であって、前記第１電極面と対向する位置に形成された前記第２電極面を有する半導体素子と、
硬化性樹脂を含み、前記第１導体と、前記第２導体と、前記半導体素子とを封止する封止部材とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記封止部材の一部を露出させつつ、前記封止部材を前記放熱手段に固定する固定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記放熱手段が設けられている面とは異なる前記第１導体の面または前記第２導体の面に形成された接着絶縁体を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接着絶縁体を介して前記第１導体または前記第２導体に設けられた第２放熱手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記封止部材は、前記放熱手段の一部を封止し、
前記封止される放熱手段は、前記第１導体及び前記第２導体が載置される載置面の面積が、前記載置面と反対側の面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記放熱手段上に形成された熱伝導絶縁体と、
前記熱伝導絶縁体上に形成され、前記熱伝導性絶縁体よりも軟性の接着樹脂層とを備え、
前記第１導体及び前記第２導体は、前記接着樹脂層上に直接載置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１導体と前記第２導体のいずれかの面が前記封止部材から露出され、
露出された前記第１導体の面及び前記第２導体の面が、熱伝導絶縁体を介して、前記放熱手段に載置されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記放熱手段には、凹部が形成され、
前記凹部には、前記熱伝導絶縁体と絶縁性のスペーサとが配置されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１接続面の面積は、前記第１電極面の面積よりも大きく、
前記第２接続面の面積は、前記第２電極面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１接続面は、前記第１電極面の全面を覆うように接続され、
前記第２接続面は、前記第２電極面の全面を覆うように接続されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ等に適用されるパワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーＩＣ等を備えた電力用等に適用される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、家電機器、省エネルギーダイレクトドライブ、インテリジェント・アクチュエータ、車両モータ駆動用等の各種インバータ制御電力機器等には、パワーＩＣ、パワーモジュール等のパワーデバイスと総称される各種電力用の半導体装置が適用されている。
【０００３】
図１４は、従来の半導体装置の縦断面図である。図１４に示す従来の半導体装置５１は、放熱器５２と、放熱板５３と、半導体素子５４と、ワイヤ５５と、封止樹脂５６と、外部端子５７と、樹脂ケース５８とを備えている。
【０００４】
半導体素子５４は、放熱板５３等を介して、放熱器５２上に載置されている。ワイヤ５５は、半導体素子５４同士の間、または、半導体素子５４と外部端子５７との間に接続されている。封止樹脂５６は、ワイヤ５５の破損を抑制するために、シリコーンゲルまたはエポキシ樹脂等のジェル状の樹脂材料からなる。封止樹脂５６は、樹脂ケース５８の内部に充填されている。
【０００５】
樹脂ケース５８は、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂からなる。樹脂ケース５８は、ボルト（図示略）によって放熱器５２に取り付けられている。ここで、樹脂ケース５８は、ジェル状の封止樹脂５６の漏れを抑制するために、かなり大きい押圧力によって放熱器５２に取り付けられている。
【０００６】
従来の半導体装置５１では、ワイヤ５５の熱容量が小さいため、ワイヤ５５による熱伝導が低い。このため、半導体素子５４から発熱した熱が、一方の面からのみ伝導される。この結果、半導体装置５１の放熱性が不十分であった。
【０００７】
特許文献１には、複数の半導体素子と、直方体形状の複数の導体と、導体と接着された放熱器とを備える半導体装置が開示されている。
【０００８】
特許文献１の技術では、各半導体素子の対向する面に導体が接続されている。これにより、半導体素子の対向する両面から熱を伝導させることができるので、放熱性を向上させることができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３４８５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術では、半導体素子が露出しているために、塵等の影響を受け易く、耐久性が低いといった課題がある。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、放熱性を向上させつつ、耐久性を高めることができる半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、放熱手段と、前記放熱手段上に載置され、第１接続面を有する第１導体と、前記放熱手段上に載置され、第２接続面を有する第２導体と、前記第１導体の第１接続面と面接触された第１電極面と、前記第２導体の第２接続面と面接触された第２電極面であって、前記第１電極面と対向する位置に形成された前記第２電極面を有する半導体素子と、硬化性樹脂を含み、前記第１導体と、前記第２導体と、前記半導体素子とを封止する封止部材とを備える。
【００１３】
尚、放熱手段上に載置するとは、第１導体及び第２導体が放熱手段上に直接的または間接的に載置されている状態を含む概念である。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記封止部材の一部を露出させつつ、前記封止部材を前記放熱手段に固定する固定手段を備える。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、前記放熱手段が設けられている面とは異なる前記第１導体の面または前記第２導体の面に形成された接着絶縁体を備える。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記接着絶縁体を介して前記第１導体または前記第２導体に設けられた第２放熱手段を備える。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、前記封止部材は、前記放熱手段の一部を封止し、前記封止される放熱手段は、前記第１導体及び前記第２導体が載置される載置面の面積が、前記載置面と反対側の面の面積よりも大きい。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、前記放熱手段上に形成された熱伝導絶縁体と、前記熱伝導絶縁体上に形成され、前記熱伝導性絶縁体よりも軟性の接着樹脂層とを備え、前記第１導体及び前記第２導体は、前記接着樹脂層上に直接載置されている。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、前記第１導体と前記第２導体のいずれかの面が前記封止部材から露出され、露出された前記第１導体の面及び前記第２導体の面が、熱伝導絶縁体を介して、前記放熱手段に載置されている。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、前記放熱手段には、凹部が形成され、前記凹部には、前記熱伝導絶縁体と絶縁性のスペーサとが配置されている。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、前記第１接続面の面積は、前記第１電極面の面積よりも大きく、前記第２接続面の面積は、前記第２電極面の面積よりも大きい。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、前記第１接続面は、前記第１電極面の全面を覆うように接続され、前記第２接続面は、前記第２電極面の全面を覆うように接続されている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、導体と半導体素子とを面接触させることにより熱伝導性を向上させることができる。また、封止部材によって半導体素子及び導体を封止することによって、半導体素子に塵等が付着することを抑制できる。これにより、本発明は、放熱性を向上させつつ、耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態による半導体装置の全体斜視図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図である。
【図３】図２の分解図である。
【図４】半導体装置の熱抵抗特性の通電サイクル寿命を説明するグラフである。
【図５】第２実施形態による半導体装置の全体斜視図である。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った縦断面図である。
【図７】第３実施形態による半導体装置の縦断面図である。
【図８】第４実施形態による半導体装置の縦断面図である。
【図９】第５実施形態による半導体装置の縦断面図である。
【図１０】第６実施形態による半導体装置の縦断面図である。
【図１１】第７実施形態による半導体装置の縦断面図である。
【図１２】半導体装置の起動時の熱抵抗特性を説明するグラフである。
【図１３】第８実施形態による半導体装置の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明による第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態による半導体装置の全体斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図である。図３は、図２の分解図である。尚、以下の説明において、図１の矢印で示すＸＹＺをＸＹＺ方向とする。また、＋Ｚ方向を上方向とし、−Ｚ方向を下方向とする。
【００２６】
なお、以下の図面の記載において、同様の構成または機能を有する部材には同一の符号を付して説明する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率などは現実のものと異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を斜酌して判断すべきものである。さらに、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２７】
図１〜図３に示すように、第１実施形態による半導体装置１は、放熱器（放熱手段）２と、熱伝導媒体３と、封止成形体４と、固定治具５とを備えている。
【００２８】
放熱器２は、後述する半導体素子１６ａ、１６ｂから発生した熱を放出するものである。放熱器２には、空冷や水冷のヒートシンク等が適用される。
【００２９】
熱伝導媒体３は、封止成形体４の熱を放熱器２へと熱を伝導させるものである。熱伝導媒体３は、シリコングリース等からなる。熱伝導媒体３は、放熱器２の上面と封止成形体４の下面との間に設けられている。熱伝導媒体３は、封止成形体４の下面の全体に塗布されている。
【００３０】
封止成形体４は、熱伝導媒体３を介して、放熱器２上に設置されている。封止成形体４は、放熱板（放熱手段）１１と、熱伝導絶縁体１２と、正極側の導体１３と、中間用の導体１４と、負極側の導体１５と、２組の半導体素子１６ａ、１６ｂと、外部端子１７ａ、１７ｂと、信号端子１８と、封止部材１９とを備えている。尚、この封止成形体４を１相とし、３個の封止成形体４を放熱器２の他のスペース上に設置して３相を出力可能な半導体装置に構成してもよい。
【００３１】
放熱板１１は、銅、銅合金、アルミニウム等の金属単体材料、または、金属基複合材等の熱伝導性の高い材料からなる。放熱板１１は、導体１３〜１５の底面及びその周辺を覆う大きさに構成されている。放熱板１１の下面は、封止部材１９から露出されている。放熱板１１は、熱伝導媒体３上に配置されている。
【００３２】
熱伝導絶縁体１２は、半導体素子１６ａ、１６ｂが発熱した熱を放熱板１１へと伝導させるものである。熱伝導絶縁体１２は、数十μｍ〜数百μｍの厚みを有する接着シートからなる。接着シートとしては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を半硬化させて、シリカ等の充填材を混合させたプリプレグシートを適用できる。混合させる充填材としては、熱伝導性が高く、絶縁性の材料が好ましい。このような充填材として、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の無機充填材を単体で、または、これらの材料を組み合わせて適用することができる。更に、熱伝導性を高める場合、充填材として、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムを適用することが好ましい。また、これらの材料にゴム、アクリル樹脂等の柔軟粒子を添加してもよい。尚、熱伝導絶縁体１２は、上述の材料を放熱板１１の上面の全域に塗布することによって形成してもよい。
【００３３】
導体１３〜１５は、半導体素子１６ａ、１６ｂ同士及び半導体素子１６ａ、１６ｂと外部とを接続する。また、導体１３〜１５は、半導体素子１６ａ、１６ｂが発熱した熱を吸収して一時的に蓄えた後、放熱板１１へと伝導させる。導体１３〜１５は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料により構成される。導体１３〜１５の表面にニッケル等のメッキ処理を施してもよい。導体１３〜１５は、略直方体形状に形成されている。また、導体１３〜１５を更に分割して、複数の導体により各導体１３〜１５を構成してもよい。導体１３〜１５は、熱伝導絶縁体１２を介して放熱板１１上に載置されている。これにより、導体１３〜１５は、放熱板１１と電気的に絶縁されつつ、放熱板１１へと熱伝導可能に構成される。導体１３の＋Ｘ側の面は、半導体素子１６ａに接続される接続面１３ａとして機能する。導体１４の−Ｘ側の面は、半導体素子１６ａに接続される接続面１４ａとして機能する。導体１４の＋Ｘ側の面は、半導体素子１６ｂに接続される接続面１４ｂとして機能する。導体１５の−Ｘ側の面は、半導体素子１６ｂに接続される接続面１５ａとして機能する。
【００３４】
半導体素子１６ａ、１６ｂは、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーＢＪＴ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ、ダイオード等の種々のパワーデバイスにより構成される。半導体素子１６ａの＋Ｘ側の面が、正極側の電極面２１として機能する。半導体素子１６ａの−Ｘ側の面が、負極側の電極面２２として機能する。電極面２２は、電極面２１と対向する位置に形成されている。半導体素子１６ｂの＋Ｘ側の面が、正極側の電極面２３として機能する。半導体素子１６ｂの−Ｘ側の面が、負極側の電極面２４として機能する。電極面２４は、電極面２３と対向する位置に形成されている。尚、各電極面２１、２２、２３、２４には、電極（図示略）が形成されている。半導体素子１６ａ、１６ｂの＋Ｚ側の面は、信号入力用の電極面として機能する。
【００３５】
導体１３の接続面１３ａは、半導体素子１６ａの電極面２１に面接触されて電気的に接続されている。導体１４の接続面１４ａは、半導体素子１６ａの電極面２２に面接触されて電気的に接続されている。導体１４の接続面１４ｂは、半導体素子１６ｂの電極面２３に面接触されて電気的に接続されている。導体１５の接続面１５ａは、半導体素子１６ｂの電極面２４に面接触されて電気的に接続されている。尚、各導体１３〜１５の接続面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａは、各電極面２１、２２、２３、２４と半田または導電性ペーストにより接続されている。各導体１３〜１５の接続面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａは、放熱板１１及び放熱器２の上面と略直交するように形成されている。導体１３〜１５と半導体素子１６ａ、１６ｂとの間に端子板や緩衝板を介在させてもよい。
【００３６】
ここで各接続面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａの面積は、各電極面２１、２２、２３、２４の面積より大きい。また、各接続面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａは、各電極面２１、２２、２３、２４の全面を覆うように面接触されて接続されている。
【００３７】
外部端子１７ａ、１７ｂは、導体１３、１５と外部とを接続するものである。外部端子１７ａの一端部は、導体１３の−Ｙ側の面に接続されている。外部端子１７ａの他端部は、外部と接続するために封止部材１９から露出されている。外部端子１７ｂの一端部は、導体１５の−Ｙ側の面に接続されている。外部端子１７ｂの他端部は、外部と接続するために封止部材１９から露出されている。
【００３８】
信号端子１８は、半導体素子１６ａ、１６ｂのオン／オフを切り替える信号を半導体素子１６ａ、１６ｂに入力するものである。信号端子１８の下端は、半導体素子１６ａ、１６ｂの＋Ｚ側の電極面に接続されている。信号端子１８の上端は、封止部材１９の上面から突出している。
【００３９】
封止部材１９は、放熱板１１と、熱伝導絶縁体１２と、導体１３〜１５と、半導体素子１６ａ、１６ｂと、外部端子１７ａ、１７ｂと、信号端子１８とを一体的に封止するものである。封止部材１９は、導体１３〜１５の外面と、半導体素子１６ａ、１６ｂの外面の全面を覆うように成型されている。封止部材１９は、略直方体形状に形成されている。封止部材１９は、絶縁性を有する硬化性樹脂からなる。ここで、封止部材１９の樹脂には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等を適用できる。更に、これらの絶縁性の樹脂に、硬化促進剤、低応力化剤、充填材、難燃剤、充填材と絶縁性の樹脂との馴染みを向上させるカップリング剤のうち少なくと１つ以上を加えてもよい。
【００４０】
固定治具５は、封止成形体４を放熱器２に固定するものである。固定治具５は、帯状部材２６と、複数のネジ２７とを備えている。帯状部材２６は、封止成形体４の上面及び側面の一部を覆うように屈曲されている。即ち、封止部材１９の一部が露出するように、固定治具５は封止成型体４を放熱器２に固定する。帯状部材２６は、アルミニウム、鉄等の金属、ガラス繊維強化プラスチック等の複合材料、または、ポリフェニレンサルファイド等のプラスチック材料からなる。ネジ２７は、固定治具５の両端部を放熱器２に固定する。ネジ２７は、放熱器２の所定の位置に形成されたネジ孔（図示略）に螺合されている。尚、固定治具５を複数に分割して、複数個所で封止成形体４を放熱器２に固定してもよい。
【００４１】
次に、上述した第１実施形態による半導体装置１の動作を説明する。
【００４２】
まず、外部端子１７ａ、１７ｂの間に電圧が印加されている状態で、オン信号が、信号端子１８を介して、所定の時間に半導体素子１６ａ、１６ｂに入力される。これにより、半導体素子１６ａ、１６ｂが、オン状態になり起動する。この結果、外部端子１７ａ、１７ｂから１相の交流電力が出力される。尚、３個の封止成形体４を設置した場合、各封止成形体４の外部端子１７ａ、１７ｂから異なる３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力を出力させることができる。
【００４３】
また、半導体素子１６ａ、１６ｂが、オン状態になると、半導体素子１６ａ、１６ｂが、発熱する。発熱された熱は、半導体素子１６ａ、１６ｂの電極面２１〜２４から導体１３〜１５へと伝導される。ここで導体１３〜１５は、熱容量が大きいため、伝導された熱の一部が蓄えられる。この後、熱は、熱伝導絶縁体１２を介して、導体１３〜１５から放熱板１１へと徐々に伝導される。次に、熱は、熱伝導媒体３を介して、放熱板１１から放熱器２へと伝導された後、放熱される。
【００４４】
次に、上述した第１実施形態による半導体装置１の組み立て工程を説明する。
【００４５】
まず、信号端子１８が各半導体素子１６ａ、１６ｂに接続される。次に、導体１３〜１５が、半導体素子１６ａ、１６ｂの各電極面２１〜２４に半田付けされる。この後、外部端子１７ａ、１７ｂが、導体１３〜１５に半田付けされる。この状態で、導体１３〜１５が、熱伝導絶縁体１２を介して、放熱板１１の上に設置される。
【００４６】
次に、放熱板１１、熱伝導絶縁体１２、導体１３〜１５及び半導体素子１６ａ、１６ｂが成型用型（図示略）に導入される。この状態で、熱硬化性樹脂等の樹脂が成型用型に射出される。この後、熱等により樹脂が硬化されて、封止成形体４が完成する。そして、封止成形体４が、成型用型から取り出される。
【００４７】
次に、熱伝導媒体３が、封止成形体４の放熱板１１の下面に塗布される。この後、封止成形体４が、熱伝導媒体３を介して、放熱器２上に設置される。この状態で、封止成形体４が、固定治具５によって放熱器２に固定される。これにより、図１及び図２に示す半導体装置１が、完成する。
【００４８】
上述したように第１実施形態による半導体装置１では、半導体素子１６ａ（１６ｂ）により発熱された熱が、２つの電極面２１、２２（２３、２４）から導体１３、１４（１４、１５）に伝導する。これにより、ワイヤが半導体素子の一方の面に接続されているため他方の面のみからほとんどの熱が伝導される従来の半導体装置と比較して、半導体装置１は、約２倍の熱伝導率を実現させることができる。この結果、半導体装置１は、放熱性を向上させることができる。
【００４９】
また、半導体装置１は、封止部材１９によって、放熱板１１、熱伝導絶縁体１２、導体１３〜１５、及び、半導体素子１６ａ、１６ｂを封止している。これにより、半導体素子１６ａ、１６ｂに塵等が付着することを抑制できるとともに、半導体素子１６ａ、１６ｂが外力により破損することを抑制できる。更に、これらの構成１１〜１６ｂが、発熱により膨張しても、各接合部分が封止部材１９によって補強されているので、応力に対する耐久性が高く、各構成１１〜１６ｂの変形を抑制できる。このため、各接合部分の離脱を抑制して、特に、各構成１１〜１６ｂ間の密着性を維持することができる。この結果、半導体装置１は、放熱性を向上させつつ、耐久性を高めることができる。更には、半導体装置１は、信頼性を高めて、高性能化や小型化を実現できる。
【００５０】
また、半導体装置１は、導体１３〜１５と半導体素子１６ａ、１６ｂとを接続しているので、ワイヤを省略することができる。これにより、ワイヤボンディングの工程を省略することができるので、製造時間を短縮しつつ、製造歩留まりを向上させることができる。更に、ワイヤによる内部インダクタンスを消滅させることができる。
【００５１】
また、ワイヤが半導体素子に接続されている場合、ワイヤの破損を抑制するために封止部材としてジェル状の樹脂を採用しなければならなかった。しかしながら、第１実施形態による半導体装置１では、導体１３〜１５により半導体素子１６ａ、１６ｂが接続されているので、ワイヤを省略できる。これにより、封止部材１９として、硬化性の樹脂を採用することができるので、封止成形体４に作用させる固定治具５による加圧力を小さくすることができる。この結果、半導体装置１は、水平面内における加圧力の不均衡による熱伝導性の不均衡を抑制できるので、熱伝導性をより向上させることができる。
【００５２】
（第１実験）
次に、上述した第１実施形態の効果を証明するために行った実験について説明する。図４は、半導体装置の熱抵抗特性の通電サイクル寿命を説明するグラフである。尚、第１実験では、第１実施形態に比較対象として、従来のボンディングワイヤを備える半導体装置（以下、比較例１）と、特許文献１の装置（以下、比較例２）を採用した。
【００５３】
図４に示すように、第１実施形態による半導体装置１は、比較例１に比べて、熱抵抗が大幅に低減されていることがわかる。また、第１実施形態による半導体装置１は、比較例２に比べて、熱抵抗特性の通電サイクル寿命が延びている、即ち、耐久性が向上していることがわかる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第２実施形態による半導体装置について説明する。図５は、第２実施形態による半導体装置の全体斜視図である。図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った縦断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００５５】
図５及び図６に示すように、第２実施形態による半導体装置１Ａでは、封止成形体４Ａが、ネジ２８（固定治具５Ａ）によって放熱器２に固定されている。具体的には、封止成形体４Ａの中心部には、貫通穴４Ａａが形成されている。放熱器２Ａの中央部には、ネジ孔２Ａａが形成されている。ネジ２８は、封止成形体４Ａの貫通穴４Ａａに通されている。ネジ２８の先端部は、放熱器２Ａのネジ孔２Ａａに螺合されている。これにより、封止成形体４Ａが、放熱器２Ａに固定される。尚、中間導体１４Ａは、ネジ２８と絶縁するために、Ｙ方向の中央部で分割された中間導体部２５Ａと中間導体部２５Ｂとによって構成されている。
【００５６】
上述したように第２実施形態による半導体装置１Ａでは、放熱器２と放熱板１１との密着性を向上させることができる。
【００５７】
また、第２実施形態による半導体装置１Ａでは、第１実施形態の帯状部材２６を省略することができるので、構成を簡略化することができるとともに、製造工程を簡略化できる。
【００５８】
尚、上述した第２実施形態では、封止成形体４Ａの中央部に貫通穴４Ａａ形成したが、導体１３、１４Ａ、１５とネジ２８とが絶縁距離を保つことができる位置であれば、貫通穴４Ａａを形成する位置は適宜変更可能である。一例として、封止成形体４Ａの４隅に貫通穴４Ａａを形成してもよい。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第３実施形態による半導体装置について説明する。図７は、第３実施形態による半導体装置の縦断面図である。図７は、図２と同じ位置の断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００６０】
図７に示すように、第３実施形態による半導体装置１Ｂは、導体１３〜１５の上面（放熱板１１を配置した面とは異なる面）に接着絶縁体３１が設けられている。尚、導体１３〜１５の上面以外の側面に接着絶縁体３１を設けてもよい。
【００６１】
接着絶縁体３１には、熱伝導絶縁体１２と同じ材料を適用することができる。尚、接着絶縁体３１の熱伝導性を重視しない場合は、充填材として、シリカ等の無機充填材を適用することが好ましい。
【００６２】
上述したように第３実施形態による半導体装置１Ｂでは、導体１３〜１５の上面に接着絶縁体３１が設けられているので、導体１３〜１５の上面と封止部材１９との接合界面の応力の違いを緩和して、応力の均一化を向上させることができる。この結果、半導体素子１６ａ、１６ｂの動作時の発熱や外部環境等による温度サイクル等に対する耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００６３】
（第４実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第４実施形態による半導体装置について説明する。図８は、第４実施形態による半導体装置の縦断面図である。図８は、図２と同じ位置の断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００６４】
図８に示すように、第４実施形態による半導体装置１Ｃでは、放熱板１１Ｃの下部１１Ｃａが上部１１Ｃｂよりも小さくなるように構成されている。即ち、導体１３〜１５が載置される放熱板１１Ｃの上面（載置面）の面積が、放熱板１１Ｃの下面よりも小さくなるように構成されている。このため、段差が、放熱板１１Ｃの外周部に形成される。これにより、封止部材１９が、放熱板１１Ｃの下部１１Ｃａの外周にも形成される。放熱板１１Ｃの下部１１Ｃａは、熱伝導媒体３を介して、放熱器２と接合される。放熱板１１Ｃの下部１１Ｃａ及び上部１１Ｃｂを合わせた高さは、第１実施形態の放熱板１１と同じ高さ、または、それ以下に構成することが好ましい。
【００６５】
上述したように第４実施形態による半導体装置１Ｃでは、放熱板１１Ｃの下部１１Ｃａの外周部が封止部材１９によって覆われている。これは、封止部材１９が薄い放熱板１１Ｃの外周部を補強することを意味する。これにより、封止部材１９が薄く破損しやすい放熱板１１Ｃの外周が、外力等によって破損することを抑制できる。また、放熱板１１Ｃと封止部材１９との一体性を向上させることができる。この結果、半導体素子１６ａ、１６ｂの動作時の発熱や外部環境等による温度サイクル等に対する耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００６６】
（第５実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第５実施形態による半導体装置について説明する。図９は、第５実施形態による半導体装置の縦断面図である。図９は、図２と同じ位置の断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００６７】
図９に示すように、第５実施形態による半導体装置１Ｄは、第２の放熱板３２を備えている。
【００６８】
放熱板３２は、接着絶縁体３１を介して、導体１３〜１５の上面に接着されている。これにより、導体１３〜１５は、放熱板１１、３２によって挟まれる。放熱板３２の上面は、封止部材１９から露出されている。尚、放熱板３２は、放熱板１１と同じ金属材料により構成することが好ましい。
【００６９】
上述したように第５実施形態による半導体装置１Ｄでは、放熱板１１と放熱板３２とを導体１３〜１５を挟み対向する位置に配置したので、導体１３〜１５を中心として対称に近い構造になる。これにより、導体１３〜１５の上下面における応力のバランスを向上させることができるので、製造工程や半導体素子１６ａ、１６ｂの動作時等における放熱板１１、３２の熱変形を抑制できる。この結果、半導体素子１６ａ、１６ｂの動作時の発熱や外部環境等による温度サイクル等に対する耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００７０】
（第６実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第６実施形態による半導体装置について説明する。図１０は、第６実施形態による半導体装置の縦断面図である。図１０は、図２と同じ位置の断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００７１】
図１０に示すように、第６実施形態による半導体装置１Ｅは、導体１３〜１５と熱伝導絶縁体１２との間に接着樹脂層３５が設けられている。導体１３〜１５は、接着樹脂層３５上に直接載置されている。
【００７２】
接着樹脂層３５は、熱伝導絶縁体１２よりも軟性の樹脂からなる。例えば、接着樹脂層３５は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体樹脂、フェノキシ樹脂等の樹脂により構成される。尚、接着樹脂層３５を熱伝導絶縁体１２と同じ材料によって構成してもよいが、この場合には、充填材の量を少なくして、樹脂を多くして、軟性が高いことが好ましい。
【００７３】
上述したように第６実施形態による半導体装置１Ｅは、導体１３〜１５と熱伝導絶縁体１２との間に接着樹脂層３５を設けたので、半導体素子１６ａ、１６ｂの発熱に起因する熱応力を接着樹脂層３５で緩和することができる。これにより、半導体素子１６ａ、１６ｂの動作時の発熱や外部環境等による温度サイクル等に対する耐久性や信頼性を向上させることができる。更に、導体１３〜１５の部品公差を接着樹脂層３５により吸収できるので、製造時の接合性が高まり製品歩留まりを向上させることができる。
【００７４】
（第７実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第７実施形態による半導体装置について説明する。図１１は、第７実施形態による半導体装置の縦断面図である。図１１は、図２と同じ位置の断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００７５】
図１１に示すように、第７実施形態による半導体装置１Ｆでは、封止成形体４Ｆと放熱器２とを熱伝導絶縁体１２Ｆによって接着している。ここで封止成形体４Ｆは、導体１３〜１５と、半導体素子１６ａ、１６ｂと、外部端子１７ａ、１７ｂ（図１参照）と、信号端子１８とが封止部材１９によって封止されたものである。即ち、半導体装置１Ｆでは、第１実施形態における放熱板１１及び熱伝導媒体３を省略している。また、封止成形体４Ｆでは、導体１３〜１５の下面が、封止部材１９から露出されている。即ち、導体１３〜１５の下面が、熱伝導絶縁体１２Ｆを介して、放熱器２上に載置されている。
【００７６】
半導体装置１Ｆの製造工程では、熱伝導性接着シートからなる熱伝導絶縁体１２を放熱器２上に載置する。この状態で、熱伝導絶縁体１２Ｆ上に封止成形体４Ｆを載置する。次に、加熱または加圧、若しくは、両方を行うことによって、熱伝導絶縁体１２Ｆを介して、放熱器２と封止成形体４Ｆとを接着する。
【００７７】
（第２実験）
次に、上述した第７実施形態による半導体装置１Ｆ、第１実施形態による半導体装置１、及び、従来装置である比較例１とを比較した実験について説明する。図１２は、半導体装置の起動時の熱抵抗特性を説明するグラフである。
【００７８】
図１２に示すように、比較例１に比べて、第７実施形態による半導体装置１Ｆは、起動時の熱抵抗特性が大幅に向上していることがわかる。更に、第７実施形態による半導体装置１Ｆは、放熱板１１を省略することにより、第１実施形態による半導体装置１よりも放熱性が向上していることがわかる。
【００７９】
（第８実施形態）
次に、図面を参照して、上述した実施形態の一部を変更した第８実施形態による半導体装置について説明する。図１３は、第８実施形態による半導体装置の断面図である。図１３は、図２と同じ位置の断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００８０】
図１３に示すように、第８実施形態による半導体装置１Ｇでは、凹部２Ｇａが放熱器２Ｇの中央部に形成されている。凹部２Ｇａには、熱伝導絶縁体１２Ｇと、スペーサ３７とが設けられている。
【００８１】
封止成形体４Ｆは、スペーサ３７を介して放熱器２Ｇ上に配置されて、熱伝導絶縁体１２Ｇによって接着されている。
【００８２】
スペーサ３７は、絶縁性の材料からなる。具体的には、スペーサ３７は、エポキシ樹脂等を基材としたガラス繊維強化プラスチック等の複合材料や、セラミック等の無機絶縁材料等により構成される。スペーサ３７の高さと凹部２Ｇａの深さは、略同じ値に構成されている。例えば、スペーサ３７の高さと凹部２Ｇａの深さは、第１実施形態の熱伝導絶縁体１２Ｇの高さと同じ値に構成してもよい。
【００８３】
第８実施形態による半導体装置１Ｇの製造工程では、凹部２Ｇａが形成された放熱器２Ｇ上に封止成形体４Ｆを載置した状態で、ディスペンサにより凹部２Ｇａに熱伝導絶縁体１２Ｇを注入する。この後、熱伝導絶縁体１２Ｇを固化または硬化させることにより、封止成形体４Ｆと放熱器２Ｇとを接着する。
【００８４】
上述したように第８実施形態による半導体装置１Ｇでは、冷却性能が向上して、耐久性が向上するので、信頼性を高めることができる。更に、容易に製造できるので、製造時間を短縮することができる。これにより、半導体装置１Ｇの量産性を向上させることができる。
【００８５】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００８６】
例えば、上述した各実施形態における形状、数値、材料等は適宜変更可能である。
【００８７】
また、上述した各実施形態を組み合わせてもよい。
【００８８】
また、上述した実施形態では、パワーデバイス等の半導体素子が搭載された半導体装置を例に説明したが、抵抗、コンデンサ、コイル等の各種電子部品、または、電源回路等が搭載された半導体装置に本発明を適用してもよい。更に、ｎＭＯＳ制御回路、ｐＭＯＳ制御回路、ＣＭＯＳ制御回路、バイポーラ制御回路、ＢｉＣＭＯＳ制御回路、ＳＩＴ制御回路等の制御回路が搭載された半導体装置に本発明を適用してもよい。
【００８９】
また、導体の一部、例えば、導体の上端部が露出するように封止部材を形成してもよい。但し、封止部材は、半導体素子の全体を覆うように形成することが好ましい。半導体素子に塵等が付着することや半導体素子が外力による破損することを抑制するためである。
【００９０】
また、上述した実施形態では、封止成形体の下部に放熱器を設けたが、放熱器を省略してもよい。例えば、第１実施形態における放熱器２、熱伝導媒体３、固定治具５を省略して、封止成形体４を半導体装置としてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ     半導体装置
２、２Ａ、２Ｇ             放熱器
２Ａａ ネジ孔
２Ｇａ 凹部
３     熱伝導媒体
４、４Ａ、４Ｆ             封止成形体
４Ａａ 貫通穴
５、５Ａ      固定治具
１１、１１Ｃ  放熱板
１１Ｃａ      下部
１１Ｃｂ      上部
１２、１２Ｆ、１２Ｇ 熱伝導絶縁体
１３、１４、１４Ａ、１５    
１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ     接続面
１６ａ、１６ｂ             半導体素子
１７ａ、１７ｂ             外部端子
１８   信号端子
１９   封止部材
２１、２２、２３、２４      電極面
２５Ａ、２５Ｂ       中間導体部
２６   帯状部材
２７、２８    ネジ
３１   接着絶縁体
３２   放熱板
３５   接着樹脂層
３７   スペーサ
【図１】
2011018736.tif 000003
【図２】
2011018736.tif 000004
【図３】
2011018736.tif 000005
【図４】
2011018736.tif 000006
【図５】
2011018736.tif 000007
【図６】
2011018736.tif 000008
【図７】
2011018736.tif 000009
【図８】
2011018736.tif 000010
【図９】
2011018736.tif 000011
【図１０】
2011018736.tif 000012
【図１１】
2011018736.tif 000013
【図１２】
2011018736.tif 000014
【図１３】
2011018736.tif 000015
【図１４】
2011018736.tif 000016