(57)【要約】      （修正有）【課題】接合材の周縁部のひずみを抑制することができるとともに半導体素子の温度を精度良く検出することができる技術を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体素子２と、半導体素子２の表面の中央部に形成されている温度検出素子と、半導体素子の表面に接合材４を介して接合されている熱伝導体３と、を備えている。接合材４は、温度検出素子の上に位置している中央部と、中央部の周縁に位置している周縁部と、を備えている。熱伝導体３は、接合材４の中央部に接触している金属部と、接合材４の周縁部に接触しているグラファイト部と、を備えている。【選択図】図１
2019096731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の表面の中央部に形成されている温度検出素子と、
前記半導体素子の表面に接合材を介して接合されている熱伝導体と、を備えており、
前記接合材は、前記温度検出素子の上に位置している中央部と、前記中央部の周縁に位置している周縁部と、を備えており、
前記熱伝導体は、前記接合材の前記中央部に接触している金属部と、前記接合材の前記周縁部に接触しているグラファイト部と、を備えている半導体装置。
【請求項２】
前記接合材に埋め込まれている複数の金属ワイヤを更に備えており、
複数の前記金属ワイヤは、前記半導体素子の表面と直交する方向に沿って視たときに、前記接合材の前記周縁部に沿って並んでいる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記グラファイト部に複数の凹部が形成されており、各前記凹部に前記接合材が充填されている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体素子と、
前記半導体素子の表面の中央部に形成されている温度検出素子と、
前記半導体素子の表面に接合材を介して接合されている熱伝導体と、
前記接合材に埋め込まれている複数の金属ワイヤと、を備えており、
前記接合材は、前記温度検出素子の上に位置している中央部と、前記中央部の周縁に位置している周縁部と、を備えており、
複数の前記金属ワイヤは、前記半導体素子の表面と直交する方向に沿って視たときに、前記接合材の前記周縁部に沿って並んでいる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されている半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の表面に接合材を介して接合されている熱伝導体とを備えている。この半導体装置が動作すると半導体素子で熱が発生し、その熱が接合材を介して熱伝導体に伝導される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１４２０１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体装置では、半導体素子で発生した熱が接合材を介して熱伝導体に伝導されるときに接合材の温度が上昇する。それによって、接合材にひずみが生じる。接合材に生じるひずみは、接合材の中央部よりも接合材の周縁部で大きくなる傾向がある。そのため、接合材の周縁部にひずみによってクラックが生じることがある。
【０００５】
また、半導体装置では、半導体素子の温度を検出するための温度検出素子を備えていることがある。温度検出素子は半導体素子の表面の中央部に形成されていることが多い。このような半導体装置で接合材の周縁部にクラックが生じると、クラックの影響によって接合材の周縁部の温度が想定以上に上昇することがある。そうすると、接合材の周縁部の温度上昇が半導体素子の温度に影響してしまい、半導体素子の温度を精度良く検出することができなくなることがある。
【０００６】
そこで本明細書は、接合材の周縁部のひずみを抑制することができるとともに半導体素子の温度を精度良く検出することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示する半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の表面の中央部に形成されている温度検出素子と、前記半導体素子の表面に接合材を介して接合されている熱伝導体と、を備えている。前記接合材は、前記温度検出素子の上に位置している中央部と、前記中央部の周縁に位置している周縁部と、を備えている。前記熱伝導体は、前記接合材の前記中央部に接触している金属部と、前記接合材の前記周縁部に接触しているグラファイト部と、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、半導体装置が動作すると半導体素子で熱が発生する。半導体素子で発生した熱は、接合材を介して熱伝導体に伝導される。このときに接合材の温度が上昇する。上記の構成では、熱伝導体が接合材の中央部に接触している金属部と、接合材の周縁部に接触しているグラファイト部とを備えている。グラファイトの熱伝導率は、金属の熱伝導率より高い。そのため、接合材の温度が上昇するときに、接合材の周縁部の熱が熱伝導体のグラファイト部に高い熱伝導率で伝導される。これによって、接合材の周縁部の温度が上昇することを抑制することができる。その結果、接合材の周縁部のひずみを抑制することができる。また、半導体素子の温度への影響を抑制することができる。そのため、半導体素子の温度を精度良く検出することができる。
また、
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施例に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図１の要部IIの拡大図である。
【図３】第１実施例に係る熱伝導体を半導体素子の表面と直交する方向に沿って視たときの図である（熱伝導体の裏面図である。）。
【図４】第１実施例に係る各グラファイト層の斜視図である。
【図５】第１実施例の変形例１に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図６】第１実施例の変形例２に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図７】第１実施例の変形例３に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図８】第１実施例の変形例４に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図９】第１実施例の変形例５に係る熱伝導体の側面の拡大図である。
【図１０】第１実施例の変形例５に係る熱伝導体を半導体素子の表面と直交する方向に沿って視たときの図である（熱伝導体の裏面図である。）。
【図１１】第１実施例の変形例６に係る熱伝導体を半導体素子の表面と直交する方向に沿って視たときの図である（熱伝導体の裏面図である。）。
【図１２】第２実施例に係る半導体装置の要部の断面図である（第１実施例の図２に対応する図である。）。
【図１３】図１２のXIII−XIII断面図である。
【図１４】図１２のXIV−XIV断面図である。
【図１５】第２実施例の変形例１に係る半導体装置の要部の断面図である（図１４に対応する図である。）。
【図１６】第２実施例の変形例３に係る半導体装置の要部の断面図である（第１実施例の図２に対応する図である。）。
【図１７】第２実施例の変形例４に係る半導体装置の要部の断面図である（第１実施例の図２に対応する図である。）。
【図１８】第２実施例の変形例５に係る半導体装置の要部の断面図である（第１実施例の図２に対応する図である。）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施例）
実施例に係る半導体装置１について図面を参照して説明する。図１に示すように、第１実施例に係る半導体装置１は、半導体素子２と、中間接合材４と、熱伝導体３とを備えている。また、半導体装置１は、上側接合材６１と、上側放熱体５１と、下側接合材６２と、下側放熱体５２と、封止樹脂１０１とを備えている。
【００１１】
半導体素子２は、例えばシリコン（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の基板から形成されている。図２に示すように、半導体素子２は、素子領域２５と、周縁領域２６とを備えている。素子領域２５は、半導体素子２の中央部に形成されている。素子領域２５には、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の素子構造が形成されている。素子構造が例えばＩＧＢＴである場合、素子領域２５には、エミッタ領域、コレクタ領域、ボディ領域、ドリフト領域、ゲート電極などが形成されている（図示省略）。素子領域２５には、複数の素子構造が形成されている。なお、図２では封止樹脂１０１を図示省略している。
【００１２】
また、半導体素子２の素子領域２５には、温度検出素子９が形成されている。温度検出素子９は、素子領域２５の中央部に形成されている。温度検出素子９は、半導体素子２の表面２１の中央部に形成されている。温度検出素子９は、例えばダイオードである。温度検出素子９は、ダイオードを構成するアノード領域９１とカソード領域９２とを備えている。温度検出素子９は、ダイオードの温度特性を利用して半導体素子２の温度を検出するための素子である。温度検出素子９に流れる電流を一定にしておき、ダイオードの順方向電圧を測定することによって半導体素子２の温度を検出することができる。半導体装置１の動作時に半導体素子２が発熱する。
【００１３】
半導体素子２の表面２１には、アノード電極９３とカソード電極９４が配置されている。アノード電極９３は、温度検出素子９のアノード領域９１の上に配置されている。アノード電極９３は、アノード領域９１を覆っている。アノード電極９３は、アノード領域９１と導通している。カソード電極９４は、温度検出素子９のカソード領域９２の上に配置されている。カソード電極９４は、カソード領域９２を覆っている。カソード電極９４は、カソード領域９２と導通している。アノード電極９３とカソード電極９４を通じて温度検出素子９に電流が流れる。アノード電極９３とカソード電極９４は、例えばアルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）から形成されている。アノード電極９３とカソード電極９４は、絶縁膜９５に覆われている。アノード電極９３とカソード電極９４は、絶縁膜９５によって中間接合材４から絶縁されている。
【００１４】
アノード電極９３とカソード電極９４は、図示省略する温度検出装置に電気的に接続されている。半導体素子２の素子領域２５に形成されている温度検出素子９は、アノード電極９３とカソード電極９４を通じて温度検出装置に電気的に接続されている。温度検出装置は、温度検出素子９における順方向電圧を測定することによって半導体素子２の温度を検出する。
【００１５】
また、半導体素子２の表面２１には、複数の表面電極２３が配置されている。各表面電極２３は、半導体素子２の素子領域２５の上に配置されている。各表面電極２３は、半導体素子２の素子領域２５の表面２１を覆っている。各表面電極２３は、例えばアルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）から形成されている。各表面電極２３は、例えば半導体素子２の素子領域２５に形成されている各エミッタ領域（図示省略）と導通している。各表面電極２３を通じて各エミッタ領域に電流が流れる。
【００１６】
また、半導体素子２の裏面２２には、裏面電極２４が配置されている。裏面電極２４は、半導体素子２の素子領域２５の下に配置されている。裏面電極２４は、半導体素子２の素子領域２５の裏面２２を覆っている。裏面電極２４は、例えばニッケル（Ｎｉ）から形成されている。裏面電極２４は、例えば半導体素子２の素子領域２５に形成されているコレクタ領域（図示省略）と導通している。各裏面電極２４を通じてコレクタ領域に電流が流れる。
【００１７】
半導体素子２の周縁領域２６は、素子領域２５の周縁に形成されている。周縁領域２６には、例えばＦＬＲ（Field Limiting Ring）等の周縁耐圧構造が形成されている。周縁領域２６には、複数のフィールドリミッティングリング領域２８が形成されている。半導体素子２の表面２１は絶縁膜２６１によって覆われている。
【００１８】
半導体素子２の上には、中間接合材４を介して熱伝導体３が接合されている。中間接合材４は、半導体素子２と熱伝導体３との間に充填されている。中間接合材４は、Ｚ方向において半導体素子２の素子領域２５と重なる位置に充填されている。中間接合材４は、半導体素子２と熱伝導体３とを接合している。中間接合材４は、半導体素子２の表面２１に配置されている複数の表面電極２３を覆っている。中間接合材４は、複数の表面電極２３に固定されている。中間接合材４は、表面電極２３と導通している。
【００１９】
中間接合材４としては、例えばはんだを用いることができる。はんだは、例えばＳｎ系はんだ、ＳｎＣｕ系はんだ、Ｚｎ系はんだ等である。また、中間接合材４としては、例えばろう材を用いることができる。ろう材は、例えばＡｇ系ろう材である。
【００２０】
中間接合材４は、中央部４１と、周縁部４２とを備えている。中間接合材４の中央部４１は、Ｚ方向において温度検出素子９と重なる位置に充填されている。中央部４１は、温度検出素子９の上に配置されている絶縁膜９５を覆っている。中間接合材４の周縁部４２は、中央部４１の周縁に位置している。周縁部４２は、中央部４１を囲んでいる。周縁部４２は、Ｚ方向において表面電極２３と重なる位置に充填されている。周縁部４２は、Ｚ方向において温度検出素子９と重ならない位置に充填されている。
【００２１】
中間接合材４を介して半導体素子２の表面２１に接合されている熱伝導体３は、Ｚ方向において半導体素子２の素子領域２５と重なる位置に配置されている。熱伝導体３は、Ｚ方向においてアノード電極９３とカソード電極９４と表面電極２３と重なる位置に配置されている。熱伝導体３は、Ｚ方向において半導体素子２の周縁領域２６と重ならない位置に配置されている。熱伝導体３は、表面電極２３に接合されている。熱伝導体３は、表面電極２３と導通している。熱伝導体３は、半導体素子２と上側放熱体５１との間に配置されている（図１参照）。熱伝導体３は、半導体素子２と上側放熱体５１との間にスペースを確保するためのスペーサーとしての機能を有している。なお、熱伝導体３は、その一部が、Ｚ方向において半導体素子２の周縁領域２６と重なっていてもよい。
【００２２】
熱伝導体３は、金属部３１と、グラファイト部３２とを備えている。金属部３１は、板状に形成されている。金属部３１は、導電性及び熱伝導性を有している。金属部３１は、例えば銅（Ｃｕ）から形成されている。銅（Ｃｕ）の熱伝導率は、約３９０Ｗ／ｍ・Ｋである。金属部３１は、銅（Ｃｕ）以外の金属から形成されていてもよい。
【００２３】
熱伝導体３のグラファイト部３２は、グラファイトから形成されている。グラファイト部３２は、金属部３１の裏面に接合されている。グラファイト部３２は、金属部３１から下に向かって突出している。グラファイト部３２は、金属部３１の周縁部に接合されている。金属部３１の中央部にはグラファイト部３２が接合されていない。グラファイト部３２は、例えばはんだ又はろう材等の接合材を介して金属部３１に接合されている。グラファイト部３２は、Ｚ方向において半導体素子２の素子領域２５と重なる位置に配置されている。グラファイト部３２は、Ｚ方向において表面電極２３と重なる位置に配置されている。グラファイト部３２は、Ｚ方向において温度検出素子９と重ならない位置に配置されている。グラファイト部３２は、Ｚ方向においてアノード電極９３及びカソード電極９４と重ならない位置に配置されている。グラファイト部３２は、Ｚ方向において半導体素子２の周縁領域２６と重ならない位置に配置されている。グラファイト部３２は、半導体素子２の周縁領域２６より内側に配置されている。グラファイト部３２は、周縁領域２６に形成されている複数のフィールドリミッティングリング領域２８より内側に位置している。
【００２４】
図３は、熱伝導体３を半導体素子２の表面２１と直交する方向（Ｚ方向）に沿って視たときの図である（熱伝導体３の裏面図である。）。図３に示すように、グラファイト部３２は、金属部３１の周方向に沿って延びている。グラファイト部３２は、金属部３１の周方向に沿って１周している。グラファイト部３２は、第１部材３２１、第２部材３２２、第３部材３２３および第４部材３２４を備えている。第１部材３２１と第３部材３２３は、Ｘ方向に延びている。第２部材３２２と第４部材３２４は、Ｙ方向に延びている。各部材３２１、３２２、３２３および３２４の各両端部は、斜めに切断されている。
【００２５】
図２に示すように、グラファイト部３２は、中間接合材４の周縁部４２に接触している。グラファイト部３２は、中間接合材４の周縁部４２に覆われている。中間接合材４の周縁部４２にグラファイト部３２が埋め込まれている。グラファイト部３２は、中間接合材４の周縁部４２に沿って周方向に延びている。グラファイト部３２は、中間接合材４の中央部４１には接触していない。グラファイト部３２は、中間接合材４の中央部４１を囲んでいる。グラファイト部３２に囲まれている中間接合材４が金属部３１の裏面に接触している。グラファイト部３２から露出している金属部３１の裏面に中間接合材４が接触している。グラファイト部３２が接合されていない部分の金属部３１に中間接合材４が接触している。中間接合材４の中央部４１に金属部３１が接触している。
【００２６】
図３に示すように、グラファイト部３２は、複数のグラファイト層３２５を備えている。グラファイト部３２は、複数のグラファイト層３２５が積層されることによって形成されている。各グラファイト層３２５は、複数のグラフェン（図示省略）が積層されることによって形成されている。複数のグラファイト層３２５は、金属部３１の周方向に沿って積層されている。
【００２７】
各グラファイト層３２５は、導電性及び熱伝導性を有している。各グラファイト層３２５の熱伝導率は、炭素原子の結合の関係によって異方性を有している。熱伝導率が比較的高い方向と、熱伝導率が比較的低い方向とが存在している。図４に示すように、グラファイト層３２５の面内方向（第１高熱伝導率方向Ｄ１及び第２高熱伝導率方向Ｄ２）における熱伝導率が、面外方向（低熱伝導率方向Ｄ３）における熱伝導率より高い。第１高熱伝導率方向Ｄ１及び第２高熱伝導率方向Ｄ２における熱伝導率は、約８００〜１９００Ｗ／ｍ・Ｋである。低熱伝導率方向Ｄ３における熱伝導率は、約３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋである。第１高熱伝導率方向Ｄ１と第２高熱伝導率方向Ｄ２と低熱伝導率方向Ｄ３とは互いに直交している。グラファイト層３２５の面外方向（低熱伝導率方向Ｄ３）は、グラファイト層３２５の厚み方向である。
【００２８】
図２に示すように、各グラファイト層３２５は、第１高熱伝導率方向Ｄ１がＺ方向（半導体素子２と熱伝導体３が並んでいる方向）に沿うように配置されている。また、図３に示すように、各グラファイト層３２５は、低熱伝導率方向Ｄ３が金属部３１の周方向に沿うように配置されている。各グラファイト層３２５は、第２高熱伝導率方向Ｄ２が金属部３１の中央部から周縁部に向かう方向に沿うように配置されている。
【００２９】
図１に示すように、熱伝導体３の上には上側接合材６１を介して上側放熱体５１が接合されている。上側接合材６１は、熱伝導体３と上側放熱体５１との間に充填されている。上側接合材６１は、熱伝導体３と上側放熱体５１とを接合している。上側接合材６１としては、例えばはんだを用いることができる。はんだは、例えばＳｎ系はんだ、ＳｎＣｕ系はんだ、Ｚｎ系はんだ等である。また、上側接合材６１としては、例えばろう材を用いることができる。ろう材は、例えばＡｇ系ろう材である。
【００３０】
熱伝導体３の上の上側放熱体５１の材質としては、例えば銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。上側放熱体５１は、熱伝導性および導電性を有している。上側放熱体５１は、半導体素子２で生じた熱を放散する機能を有している。また、上側放熱体５１は、電極としての機能を有している。
【００３１】
上側放熱体５１の上には、放熱グリス８１を介して上側絶縁板７１が配置されている。また、上側絶縁板７１の上には、放熱グリス８２を介して上側冷却器２０１が配置されている。放熱グリス８１、８２は、熱伝導性を有している。放熱グリス８１、８２は、例えばシリコンにフィラーを混ぜ合わせた粘性を有する液体である。
【００３２】
上側絶縁板７１は、熱伝導性を有している。上側絶縁板７１は、上側放熱体５１と上側冷却器２０１とを絶縁している。上側冷却器２０１は、例えば水冷式の冷却器である。上側冷却器２０１の内部に冷却用の水が流されている。上側冷却器２０１は、上側絶縁板７１、上側放熱体５１、熱伝導体３等を介して半導体素子２を冷却する。
【００３３】
半導体素子２の下には下側接合材６２を介して下側放熱体５２が接合されている。下側接合材６２は、半導体素子２と下側放熱体５２との間に充填されている。下側接合材６２は、半導体素子２と下側放熱体５２とを接合している。下側接合材６２としては、例えばはんだを用いることができる。はんだは、例えばＳｎ系はんだ、ＳｎＣｕ系はんだ、Ｚｎ系はんだ等である。また、下側接合材６２としては、例えばろう材を用いることができる。ろう材は、例えばＡｇ系ろう材である。
【００３４】
半導体素子２の下の下側放熱体５２の材質としては、例えば銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。下側放熱体５２は、熱伝導性および導電性を有している。下側放熱体５２は、半導体素子２で生じた熱を放散する機能を有している。また、下側放熱体５２は、電極としての機能を有している。
【００３５】
下側放熱体５２の下には、放熱グリス８３を介して下側絶縁板７２が配置されている。また、下側絶縁板７２の下には、放熱グリス８４を介して下側冷却器２０２が配置されている。放熱グリス８３、８４は、熱伝導性を有している。放熱グリス８３、８４は、例えばシリコンにフィラーを混ぜ合わせた粘性を有する液体である。
【００３６】
下側絶縁板７２は、熱伝導性を有している。下側絶縁板７２は、下側放熱体５２と下側冷却器２０２とを絶縁している。下側冷却器２０２は、例えば水冷式の冷却器である。下側冷却器２０２の内部に冷却用の水が流されている。下側冷却器２０２は、下側絶縁板７２、下側放熱体５２等を介して半導体素子２を冷却する。
【００３７】
上記の半導体素子２、熱伝導体３、上側放熱体５１および下側放熱体５２は、封止樹脂１０１によって封止されている。封止樹脂１０１は、上側放熱体５１と下側放熱体５２との間に充填されている。封止樹脂１０１の材料としては、エポキシ樹脂を用いることができる。その他に、封止樹脂１０１は、硬化剤、応力緩和剤、硬化促進剤、フィラー等を含んでいてもよい。
【００３８】
以上、第１実施例に係る半導体装置１について説明した。上述の説明から明らかなように、半導体装置１は、半導体素子２と、半導体素子２の表面２１の中央部に形成されている温度検出素子９と、半導体素子２の表面２１に中間接合材４を介して接合されている熱伝導体３とを備えている。中間接合材４は、温度検出素子９の上に位置している中央部４１と、中央部４１の周縁に位置している周縁部４２とを備えている。熱伝導体３は、中間接合材４の中央部４１に接触している金属部３１と、中間接合材４の周縁部４２に接触しているグラファイト部３２とを備えている。
【００３９】
この構成では、半導体装置１が動作すると半導体素子２で熱が発生する。半導体素子２で発生した熱は、中間接合材４を介して熱伝導体３に伝導される。熱が伝導される際に中間接合材４の温度が上昇する。中間接合材４の温度が上昇すると中間接合材４でひずみが生じる。上記の半導体装置１では、熱伝導体３が中間接合材４の中央部４１に接触している金属部３１と、中間接合材４の周縁部４２に接触しているグラファイト部３２とを備えている。グラファイトの熱伝導率は、金属の熱伝導率より高い。よって、上記の構成では、中間接合材４の温度が上昇するときに、中間接合材４の周縁部４２の熱が、周縁部４２に接触している熱伝導体３のグラファイト部３２に高い熱伝導率で伝導される。中間接合材４の周縁部４２の熱が熱伝導率が高いグラファイト部３２に伝導されるので、中間接合材４の周縁部４２の温度が上昇することを抑制することができる。その結果、温度上昇によって中間接合材４にひずみが生じる際に、中間接合材４の周縁部４２のひずみを抑制することができる。また、中間接合材４の周縁部４２の温度上昇を抑制することができるので、半導体素子２の温度への影響を低減することができる。そのため、半導体素子２の温度を精度良く検出することができる。
【００４０】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
（変形例１）
第１実施例の変形例１に係る半導体装置１では、図５に示すように、熱伝導体３の金属部３１の裏面とグラファイト部３２の裏面とが同じ高さ位置にある。熱伝導体３の裏面が平坦な状態になっている。グラファイト部３２は、金属部３１の下端部を囲んでいる。第２実施例に係る熱伝導体３は、枠型のグラファイト部３２に金属部３１が嵌め込まれることによって製造されてもよい。
【００４２】
この構成によれば、熱伝導体３の金属部３１に接触する中間接合材４の厚みを上記の第１実施例の構成より薄くすることができる。そのため、半導体素子２で生じた熱が中間接合材４を介して熱伝導体３に伝導され易くなる。その結果、放熱性が向上する。中間接合材４のクラックに対する耐性は確保される。
【００４３】
（変形例２）
第１実施例の変形例２に係る半導体装置１では、図６に示すように、熱伝導体３の金属部３１とグラファイト部３２との接合面３５が、半導体素子２の表面２１に対して傾斜している。グラファイト部３２の各グラファイト層３２５は、第１高熱伝導率方向Ｄ１が傾斜している接合面３５と直交するように配置されている。グラファイト部３２の各グラファイト層３２５は、第２高熱伝導率方向Ｄ２が傾斜している接合面３５に沿うように配置されている。
【００４４】
（変形例３）
第１実施例の変形例３に係る半導体装置１では、図７に示すように、熱伝導体３のグラファイト部３２が、金属部３１を囲んでいる。金属部３１とグラファイト部３２は同じ高さである。
【００４５】
（変形例４）
第１実施例の変形例４に係る半導体装置１では、図８に示すように、熱伝導体３のグラファイト部３２に複数の凹部３４が形成されている。各凹部３４は、グラファイト部３２の裏面（金属部３１に接合されていない側の面）に形成されている。各凹部３４は、金属部３１の周方向に沿って延びている。各凹部３４には、中間接合材４が充填されている。この構成によれば、熱伝導体３のグラファイト部３２と中間接合材４とを強固に接合することができる。熱伝導体３と中間接合材４とのアンカー効果を高めることができる。
【００４６】
（変形例５）
第１実施例の変形例５に係る半導体装置１では、図９に示すように、熱伝導体３のグラファイト部３２に複数の凹部３６が形成されている。各凹部３６は、グラファイト部３２の裏面（金属部３１に接合されていない側の面）に形成されている。複数の凹部３６は、金属部３１の周方向に沿って並んでいる。グラファイト部３２の各凹部３６は、金属部３１の中央部から周縁部に向かう方向に沿うように延びている。各凹部３６は、グラファイト部３２に囲まれている内側の部分３５１（図１０参照）と、グラファイト部３２に囲まれていない外側の部分３５２（図１０参照）とを繋いている。複数の凹部３６には、中間接合材４が充填されている。中間接合材４が硬化するときに、中間接合材４内に存在する空気が凹部３６を通じて外側に排出される。
【００４７】
（変形例６）
第１実施例の変形例６に係る半導体装置１では、図１１に示すように、熱伝導体３のグラファイト部３２の各部材３２１、３２２、３２３および３２４の各両端部が、斜めに切断されていない。第２部材３２２と第４部材３２４は、熱伝導体３のＹ方向の一端部から他端部まで延びている。第１部材３２１と第３部材３２３は、第２部材３２２と第４部材３２４の間に配置されている。この構成によれば、グラファイト部３２の各部材３２１、３２２、３２３および３２４の各両端部が斜めに切断されていないので、グラファイト部３２を容易に製造することができる。
【００４８】
（第２実施例）
第２実施例に係る半導体装置１は、図１２に示すように、複数の金属ワイヤ４３を備えている。複数の金属ワイヤ４３は、中間接合材４の周縁部４２に埋め込まれている。各金属ワイヤ４３は、例えば銅（Ｃｕ）から形成されている。各金属ワイヤ４３は、銅（Ｃｕ）以外の金属から形成されていてもよい。各金属ワイヤ４３は、例えば金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）から形成されていてもよい。銅（Ｃｕ）からなる金属ワイヤ４３の熱伝導率は、約３９８Ｗ／ｍ・Ｋである。また、金（Ａｕ）からなる金属ワイヤ４３の熱伝導率は、約３２０Ｗ／ｍ・Ｋである。また、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属ワイヤ４３の熱伝導率は、約２３８Ｗ／ｍ・Ｋである。また、中間接合材４がはんだである場合、その熱伝導率は、約４６．５Ｗ／ｍ・Ｋである。はんだは、例えばＳｎＣｕＮｉＰである。
【００４９】
複数の金属ワイヤ４３のうちのいくつかは、熱伝導体３の金属部３１に固定されている。熱伝導体３は、グラファイト部３２を備えていない。複数の金属ワイヤ４３のうちの他のいくつかは、表面電極２３に固定されている。上側の複数の金属ワイヤ４３１が熱伝導体３の金属部３１に固定されている。下側の複数の金属ワイヤ４３２が表面電極２３に固定されている。各金属ワイヤ４３は、ボールボンディングやウェッジボンディングによって、熱伝導体３の金属部３１または表面電極２３に固定されている。上側の複数の金属ワイヤ４３１は、中間接合材４の上部に埋め込まれている。下側の複数の金属ワイヤ４３２は、中間接合材４の下部に埋め込まれている。上側の複数の金属ワイヤ４３１は、１列で並んでいる。下側の複数の金属ワイヤ４３２は、２列で並んでいる。下側の２列の複数の金属ワイヤ４３２の上端部の間に、上側の１列の複数の金属ワイヤ４３１の下端部が配置されている。
【００５０】
図１３に示すように、Ｚ方向（半導体素子２の表面２１と直交する方向）に沿って視たときに、複数の金属ワイヤ４３は、熱伝導体３の金属部３１の周方向に沿って並んでいる。複数の金属ワイヤ４３は、中間接合材４の周縁部４２に沿って並んでいる。
【００５１】
図１４に示すように、各金属ワイヤ４３は、湾曲している。上側の各金属ワイヤ４３１の一端部と他端部が、熱伝導体３の金属部３１に固定されている。下側の各金属ワイヤ４３２の一端部と他端部が、表面電極２３に固定されている。金属部３１の周方向に沿って隣り合っている上側の金属ワイヤ４３１、４３１の下端部の間に、下側の金属ワイヤ４３２の上端部が配置されている。また、金属部３１の周方向に沿って隣り合っている下側の金属ワイヤ４３２、４３２の上端部の間に、上側の金属ワイヤ４３１の下端部が配置されている。
【００５２】
以上、第２実施例に係る半導体装置１について説明した。上述の説明から明らかなように、第２実施例に係る半導体装置１は、中間接合材４に埋め込まれている複数の金属ワイヤ４３を備えている。複数の金属ワイヤ４３は、Ｚ方向（半導体素子２の表面２１と直交する方向）に沿って視たときに、中間接合材４の周縁部４２に沿って並んでいる。
【００５３】
この構成によれば、中間接合材４の温度が上昇するときに、中間接合材４の周縁部４２の熱が熱伝導体３に高い熱伝導率で伝導される。複数の金属ワイヤ４３の存在によって、熱が熱伝導体３に高い熱伝導率で伝導される。これによって、中間接合材４の周縁部４２の温度が上昇することを抑制することができる。その結果、温度上昇によって中間接合材４にひずみが生じる際に、中間接合材４の周縁部４２のひずみを抑制することができる。また、中間接合材４の周縁部４２の温度上昇を抑制することができるので、半導体素子２の温度への影響を低減することができる。そのため、半導体素子２の温度を精度良く検出することができる。また、複数の金属ワイヤ４３と中間接合材４とのアンカー効果によって、中間接合材４の周縁部４２のひずみを抑制することができる。
【００５４】
（変形例１）
第２実施例の変形例１に係る半導体装置１では、図１５に示すように、上側の各金属ワイヤ４３１の一端部が熱伝導体３の金属部３１に固定されている。上側の各金属ワイヤ４３１の他端部は熱伝導体３の金属部３１に固定されていない。上側の各金属ワイヤ４３１は、熱伝導体３の金属部３１から表面電極２３に向かって延びている。また、下側の各金属ワイヤ４３２の一端部が表面電極２３に固定されている。下側の各金属ワイヤ４３２の他端部は表面電極２３に固定されていない。下側の各金属ワイヤ４３２は、表面電極２３から熱伝導体３の金属部３１に向かって延びている。各金属ワイヤ４３は、例えばスタッドバンプ加工によって、熱伝導体３の金属部３１または表面電極２３に固定されている。
【００５５】
この構成によれば、隣り合っている金属ワイヤ４３、４３の間の距離を短くすることができ、多くの金属ワイヤ４３を中間接合材４の周縁部４２の内部に配置することができる。これによって、熱伝導性が向上するので、中間接合材４の周縁部４２の温度が上昇することを更に抑制することができる。
【００５６】
（変形例２）
第２実施例の変形例２に係る半導体装置１は、下側の複数の金属ワイヤ４３２を備えていなくてもよい。半導体装置１が上側の複数の金属ワイヤ４３１のみを備えている構成であってもよい。あるいは、半導体装置１は、上側の複数の金属ワイヤ４３１を備えていなくてもよい。半導体装置１が下側の複数の金属ワイヤ４３２のみを備えている構成であってもよい。
【００５７】
（変形例３）
第２実施例の変形例３に係る半導体装置１では、図１６に示すように、熱伝導体３がグラファイト部３２を備えていてもよい。半導体装置１は、熱伝導体３のグラファイト部３２と、下側の複数の金属ワイヤ４３２を備えている。
【００５８】
中間接合材４に生じるひずみは、熱伝導体３側よりも半導体素子２側において大きくなる傾向がある。中間接合材４の下部に金属ワイヤ４３２が埋め込まれている構成によれば、複数の金属ワイヤ４３２と中間接合材４とのアンカー効果によって、中間接合材４のひずみを抑制することができる。また、熱伝導体３のグラファイト部３２によって、高い熱伝導率で熱を伝導することができ、中間接合材４の温度上昇を抑制することができる。
【００５９】
（変形例４）
第２実施例の変形例４に係る半導体装置１では、図１７に示すように、複数の金属ワイヤ４３が、中間接合材４の中央部４１に埋め込まれていてもよい。下側の複数の金属ワイヤ４３２が、中間接合材４の中央部４１と周縁部４２とに埋め込まれている。この構成によれば、複数の金属ワイヤ４３２と中間接合材４とのアンカー効果を更に高めることができる。
【００６０】
（変形例５）
第２実施例の変形例４に係る半導体装置１では、図１８に示すように、熱伝導体３のグラファイト部３２に複数の凹部３４が形成されている。下側の金属ワイヤ４３２の上端部が、グラファイト部３２の凹部３４内に配置されている。各凹部３４内に、各金属ワイヤ４３２が配置されている。なお、凹部３４の周辺の拡大図を、図１８の右上に示してある。金属ワイヤ４３２は、凹部３４の内面から離間している。
【００６１】
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】
【００６２】
１      ：半導体装置
２      ：半導体素子
３      ：熱伝導体
４      ：中間接合材
９      ：温度検出素子
２１    ：表面
２２    ：裏面
２３    ：表面電極
２４    ：裏面電極
２５    ：素子領域
２６    ：周縁領域
３１    ：金属部
３２    ：グラファイト部
３４    ：凹部
３６    ：凹部
４１    ：中央部
４２    ：周縁部
４３    ：金属ワイヤ
５１    ：上側放熱体
５２    ：下側放熱体
９１    ：アノード領域
９２    ：カソード領域
９３    ：アノード電極
９４    ：カソード電極
９５    ：絶縁膜
１０１  ：封止樹脂
【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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