(57)【要約】【課題】  耐圧を確保し且つ十分な放熱性を有する半導体モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体モジュール１０は、半導体素子１１と、導電性を有し、半導体素子が載置される第１ベース基板１３と、導電性を有し、第１ベース基板１３より面積が大きい第２ベース基板１４と、第２ベース基板１４に固着されるヒートシンク１２と、第１ベース基板１３より面積が大きく、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４との間に配置される絶縁シート１５と、を具備する。絶縁シート１５は、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とに挟まれた第１の部分１５ａと第１の部分１５ａを除く第２の部分１５ｂとを有し、第１の部分１５ａの第１の厚さｔ１と第２の部分１５ｂの第２の厚さｔ２とが実質的に等しい。【選択図】  図１
2019062021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
導電性を有し、前記半導体素子が載置される第１ベース基板と、
導電性を有し、前記第１ベース基板より面積が大きい第２ベース基板と、
前記第２ベース基板に固着されるヒートシンクと、
前記第１ベース基板より面積が大きく、前記第１ベース基板と前記第２ベース基板との間に配置される絶縁シートと、
を具備し、
前記絶縁シートは、前記第１ベース基板と前記第２ベース基板とに挟まれた第１の部分と前記第１の部分を除く第２の部分とを有し、前記第１の部分の第１の厚さと前記第２の部分の第２の厚さとが実質的に等しい半導体モジュール。
【請求項２】
前記絶縁シートは、前記第１ベース基板と前記ヒートシンクとの間の沿面耐圧を確保するための沿面距離分以上、前記第１ベース基板よりせり出している請求項１記載の半導体素子モジュール。
【請求項３】
前記絶縁シートは、前記第１部分が前記第１ベース基板および前記第２ベース基板に密着し、前記第２部分が前記第２ベース基板に密着している請求項１または２記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記絶縁シートは、フィラーを含有する樹脂である請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体モジュール。
【請求項５】
導電性を有する第１ベース基板と、導電性を有し前記第１ベース基板より面積が大きい第２ベース基板と、前記第１ベース基板より面積が大きい絶縁シートと、前記第１ベース基板と等しい厚さを有するダミー基板とを用意する工程と、
前記第２ベース基板に前記絶縁シートおよび前記第１ベース基板をこの順に重ねるとともに、前記絶縁シートに前記第１ベース基板を囲むように前記ダミー基板を配置する工程と、
前記第２ベース基板と、前記第１ベース基板および前記ダミー基板とで、前記絶縁シートを挟んだ状態で加熱・加圧し、前記第１ベース基板と前記第２ベース基板とを接合する工程と、
前記ダミー基板を除去する工程と、
前記第２ベース基板の前記絶縁シート側と反対側の面に、ヒートシンクを接合する工程と、
前記第１ベース基板の前記絶縁シート側と反対側の面に、半導体素子を接合する工程と、
を具備する半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁シートは、前記第１ベース基板と前記ヒートシンクとの間の沿面耐圧を確保するための沿面距離分以上、前記第１ベース基板よりせり出している請求項５記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記ダミー基板には、前記第２ベース基板と対向する面に前記絶縁シートに対して離型作用を有する保護膜が形成される請求項５または請求項６記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記ダミー基板として、前記第１ベース基板の外周面に沿って当接する複数のダミーブロックを配置する請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載の半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明用高出力半導体発光素子または電力用パワー半導体素子などの発熱する半導体素子と、半導体素子から生じる熱を放散するための放熱器とを有する半導体モジュールが知られている。
【０００３】
半導体モジュールでは、半導体モジュールと放熱器との間の絶縁性を確保するために、半導体モジュールはセラミックス等の絶縁物を介して放熱器に接続されている。
【０００４】
然しながら、半導体モジュールが絶縁性の規格を満足するためには、半導体モジュールと放熱器の全体を覆うように絶縁性が担保されるカバーで覆う必要がある。そのため、照明機器のサイズが大きくなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６５５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
絶縁性を確保して十分な放熱性を有する半導体モジュールおよびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの実施形態によれば、半導体モジュールは、半導体素子と、導電性を有し、前記半導体素子が載置される第１ベース基板と、導電性を有し、前記第１の基板より面積が大きい第２ベース基板と、前記第２ベース基板に固着されるヒートシンクと、前記第１ベース基板より面積が大きく、前記第１ベース基板と前記第２ベース基板との間に配置される絶縁シートと、を具備し、前記絶縁シートは、前記第１ベース基板と前記第２ベース基板とに挟まれた第１の部分と前記第１の部分を除く第２の部分とを有し、前記第１の部分の第１の厚さと前記第２の部分の第２の厚さとが実質的に等しい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る半導体モジュールを示す断面図。
【図２】実施形態１に係る半導体モジュールを示す斜視図。
【図３】実施形態１に係る半導体モジュールが組み込まれた機器を示す斜視図。
【図４】実施形態１に係る半導体モジュールの製造工程を順に示す断面図。
【図５】実施形態１に係る半導体モジュールの製造工程の要部を示す図。
【図６】実施形態１に係る半導体モジュールの製造工程を順に示す断面図。
【図７】実施形態１に係る絶縁シートを比較例と対比して示す断面図。
【図８】実施形態１に係る半導体モジュールの別の製造工程を示す断面図。
【図９】実施形態２に係る半導体モジュールを示す図。
【図１０】実施形態２に係る半導体モジュールの製造工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施形態１）
本実施形態に係る半導体モジュールについて、図１乃至図３を用いて説明する。図１は半導体モジュールを示す断面図、図２は半導体モジュールを示す斜視図、図３は半導体モジュールが組み込まれた機器を示す斜視図である。なお本実施形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。
【００１１】
始めに、半導体モジュールの概要を説明する。  
図１および図２に示すように、半導体モジュール１０は、半導体素子１１と、半導体素子１１から生じる熱を放散するためのヒートシンク（放熱器）１２とを有している。
【００１２】
半導体素子１１は、導電性を有する第１ベース基板１３に載置されている。ヒートシンク１２は、導電性を有し、第１ベース基板１３より面積が大きい第２ベース基板１４に固着されている。
【００１３】
第１ベース基板１３と第２ベース基板１４との間には、第１ベース基板１３より面積が大きい絶縁シート１５が配置されている。絶縁シート１５は、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とを電気的に絶縁するとともに、半導体素子１１からヒートシンク１２への十分な熱伝導性を確保するために設けられている。
【００１４】
本明細書において、第１ベース基板１３より面積が大きい第２ベース基板１４とは、第１ベース基板１３の平面積より第２ベース基板１４の平面積が大きく、且つ第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とを重ねたときに、第１ベース基板１３が第２ベース基板１４からせり出していないことを意味している。第１ベース基板１３より面積が大きい絶縁シート１５に関しても、同様である。以後、「面積が大きい」を、単に「大きい」と称する場合もある。
【００１５】
絶縁シート１５が第１ベース基板１３より大きいのは、ベース基板１３とヒートシンク１２との間の沿面耐圧を確保するためである。絶縁シート１５は、少なくともベース基板１３とヒートシンク１２との間の沿面耐圧を確保するための沿面距離Ｌだけ、第１ベース基板１３より大きく設定する必要がある。例えば、沿面耐圧が５ｋＶのとき、好ましい沿面距離Ｌは４ｍｍ程度である。より好ましい沿面距離Ｌは５ｍｍ程度である。
【００１６】
絶縁シート１５は、熱伝導率が高いフィラーを含有する樹脂である。絶縁シート１５は、加熱・加圧することにより、圧縮されてフィラーが密集し熱伝導性が向上するとともに、バインダー成分が染み出して接着性が発現する。
【００１７】
これにより、絶縁シート１５を介して第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とが接合される。第１ベース基板１３と第２ベース基板１４との接合に、別途接着剤等を用いる必要はない。
【００１８】
絶縁シート１５は、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とに挟まれた第１の部分１５ａと、第１の部分１５ａを除く第２の部分１５ｂとを有している。第１の部分１５ａは、第１ベース基板１３および第２ベース基板１４に密着している。第２の部分１５ｂは、第２ベース基板１４にのみ密着している。
【００１９】
絶縁シート１５は、第１の部分１５ａの第１の厚さｔ１と第２の部分１５ｂの第２の厚さｔ２とが実質的に等しくなっている。本明細書では、第１の厚さｔ１と第２の厚さｔ２とが実質的に等しいとは、両者が数学的に等しいだけでなく、目的とする熱伝導性が得られる範囲内にあることを意味している。例えば、第１の厚さｔ１、第２の厚さｔ２は、規定の絶縁性と放熱を発現する厚み以下になっており、絶縁シートの大半がフィラーであるので、一定以上圧縮されることが無く、すなわち十分圧縮された状態では第１の厚さｔ１と第２の厚さｔ２は、ほぼ等しい事になる。
【００２０】
例えば、第１の厚さｔ１、第２の厚さｔ２は、ランダムに選択した複数箇所の厚さを測定し、それらの平均値とすることができる。
【００２１】
第１の厚さｔ１と第２の厚さｔ２とが実質的に等しいとき、第１の部分１５ａの熱伝導性と第２の部分１５ｂの熱伝導性が等しくなるので、絶縁シート１５全体としての熱伝導性を向上させることが可能である。
【００２２】
第２ベース基板１４を絶縁シート１５より大きくすることで放熱性は多少向上するが、コスト増大の原因となり、放熱効果に見合う効果は少ない。それよりも、第２ベース基板１４が小さいほど、ヒートシンク１２を小型化するのに有利であり、部材コストの低減効果が大きく、第２ベース基板１４は絶縁シート１５と同じ大きさにすることでトータルのメリットを得る。
【００２３】
次に、半導体モジュールの詳細を説明する。  
半導体素子１１は、発熱部品である複数の半導体発光チップが基板に実装されたＣＯＢ（Chip On Board）である。半導体発光チップは、例えば青色光を放出するＧａＮ系の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。半導体発光チップには、青色光を吸収して黄色光を放出する蛍光体、例えばＹＡＧ蛍光体が塗布されている。
【００２４】
半導体素子１１に大電流（アンペアオーダ）を流すことにより、半導体素子１１は、青色光と黄色光が混合された白色光を放出する。半導体素子１１から生じる大量の熱をヒートシンク１２により速やかに放散することにより、半導体素子１１は、高い光出力を維持することができる。
【００２５】
第１ベース基板１３は、例えばニッケル（Ｎｉ）めっきされたアルミニウム（Ａｌ）板である。半導体素子１１と第１ベース基板１３は、例えばハンダ層１６を介して接合されている。
【００２６】
第２ベース基板１４は、例えば熱伝導率の高い銅（Ｃｕ）板、または第１ベース基板１３と同じニッケル（Ｎｉ）めっきされたアルミニウム（Ａｌ）板などである。
【００２７】
絶縁シート１５に用いられるフィラーとしては、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等種々の粒子を用いることができ、特に限定されない。樹脂は高耐熱性樹脂で、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等種々の樹脂を用いることができ、特に限定されない。フィラーの平均粒径、含有率等は目的の熱伝導率が得られる範囲であればよく、特に限定されない。
【００２８】
絶縁シート１５として、厚さが２００乃至５００μｍ程度、熱伝導率が６乃至１２Ｗ／ｍ・Ｋ程度、シート自体が接着力を有するものが利用可能である。
【００２９】
ヒートシンク１２は、複数の放熱フィン１２ａと複数のヒートパイフ１２ｂとを有している。複数の放熱フィン１２ａは、例えば矩形状の金属板であり、第２ベース基板１４の絶縁シート１５側と反対側の面から立設され、所定の間隔を置いて一方向（図のＹ方向）に並置されている。
【００３０】
ヒートパイプ１２ｂは、所謂コの字状のパイプで、対向する第１部分および第２部分と、第１部分と第２部分とを連接する第３部分を有している。第２ベース基板１４の絶縁シート１５側と反対側には、複数のヒートパイプ１２ｂを固着するために、断面が半円状でＹ方向に延在する図示されない複数の溝が設けられている。
【００３１】
複数のヒートパイプ１２ｂは、第１部分が溝に内接し、第２部分が複数の放熱フィン１２ａを串刺しするように、所定の間隔を置いてＹ方向に直交するＸ方向に並置されている。
【００３２】
尚、ヒートパイプ（heat pipe）とは、熱の移動効率を上げる技術・仕組みの一つで、熱伝導性が高い材質からなるパイプ中に揮発性の液体（作動液, Working fluid）を封入したものである。
【００３３】
パイプ中の一方を加熱し、もう一方を冷却することで、作動液の蒸発（潜熱の吸収）と、作動液の凝縮（潜熱の放出）のサイクルが発生し熱が移動する。冷却部を加熱部より高い位置に設定することにより、凝縮後の作動液を加熱部に戻すことができるが、パイプ内壁をウィックと呼ばれる毛細管構造にすることにより、高低差がない場合や無重力の宇宙空間でも利用できるものである。
【００３４】
図３は半導体モジュール１０を組み込んだ投光器２０を示す斜視図である。投光器２０は、６個の半導体モジュール１０と、半導体モジュール１０の光放出面側に設けられた遮光用のフード２１と、半導体モジュール１０およびフード２１を保持するスタンド２２と、光を放出する方向を調節するための角度調節レバー２３等を有している。
【００３５】
投光器２０の光出力が、例えば２ｋＷ程度の場合、放熱フィン１２ａの長さは、例えば２００ｍｍ程度が適当である。
【００３６】
次に、半導体モジュールの製造方法について説明する。図４乃至図６は半導体モジュール１０の製造方法を順に示す図である。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、第２ベース基板１４に絶縁シート１５および第１ベース基板１３をこの順に重ねる。第２ベース基板１４と絶縁シート１５とは、同じ大きさである。絶縁シート１５は、第１ベース基板１３の外縁より沿面距離Ｌ以上せり出している。第２ベース基板１４における破線は、断面が半円状でＹ方向に延在する図示されない複数の溝１４ａを示している。
【００３８】
図４（ｂ）に示すように、絶縁シート１５に第１ベース基板１３を囲むようにダミー基板３１を配置する。ダミー基板３１は、第１ベース基板１３と同じ厚さであり、第１ベース基板１３の外周面に沿って第１ベース基板１３に隙間なく接していることが好ましい。
【００３９】
第２ベース基板１４と、第１ベース基板１３およびダミー基板３１とで、絶縁シート１５を挟んだ状態で、両側から押圧治具３２ａ、３２ｂで加圧し、加熱する。加熱温度は、絶縁シート１５の接着性か発現する温度であるが、一般に１００℃乃至２００℃程度である。
【００４０】
これにより、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とは、絶縁シート１５を介して接合される。絶縁シート１５は、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４に挟まれた第１の部分１５ａと、第１の部分１５ａを除く第２の部分１５ｂとを有するシートになる。
【００４１】
このとき、ダミー基板３１と第２ベース基板１４とは、絶縁シート１５を介して接合されないようにしておくことが必要である。ダミー基板３１には、例えば絶縁シート１５と接する面に離型作用を有する保護膜を形成しておくとよい。保護膜として、ダミー基板３１にフッ素系樹脂膜をコートする、または絶縁シート１５とダミー基板３１との間に薄いフッ素系樹脂シートを配置することでもよい。
【００４２】
この段階では、第１の部分１５ａの第１の厚さｔ１と、第２の部分１５ｂの第２の厚さｔ２とは等しい。その後、ダミー基板３１を取り除く。
【００４３】
ダミー基板３１を取り除くと、第２の部分１５ｂは、第１ベース基板１３側の面がフリーなので、復元力が働き第２の厚さｔ２が若干大きくなることも予想されるが、第１の厚さｔ１と第２の厚さｔ２は規定の絶縁性と放熱を発現する厚み以下になっており、絶縁シートの大半がフィラーであるので、一定以上圧縮されることが無く、すなわち十分圧縮された状態では第１の厚さｔ１と第２の厚さｔ２は、実質的に等しいと見なされる。
【００４４】
図４（ｃ）に示すように、第２ベース基板１４の絶縁シート１５側と反対側の面に、ヒートシンク１２を、例えばハンダ３３で接合する。ハンダ３３は、例えば錫ビスマス（ＳｎＢｉ）系ハンダ（融点１３９℃）が適当である。ハンダ接合は、窒素雰囲気中で温度１４０℃乃至１５０℃で行うことが望ましい。
【００４５】
図５は、絶縁シート１５に第１ベース基板１３を囲むように配置されたダミー基板３１を示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）はその断面図である。
【００４６】
ダミー基板３１は、４つの矩形状のダミーブロック３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有している。ダミーブロック３１ａ乃至３１ｄは、短辺の長さが沿面距離Ｌに等しく、長辺の長さが第２ベース基板１４の一辺の長さと沿面距離Ｌとの和に等しい。
【００４７】
ダミーブロック３１ａ乃至３１ｄは、それぞれ第１ベース基板１３の側面に隙間なく接するように配置されている。また、ダミーブロック３１ａ乃至３１ｄ同士も互いに隙間なく接するように配置されている。
【００４８】
このようなダミー基板３１によれば、図４（ｂ）に示す加熱・加圧工程において、第１ベース基板１３およびダミー基板３１が熱膨張しても、第１ベース基板１３とダミーブロック３１ａ乃至３１ｄが隙間なく接している状態が維持される。ダミー基板３１が第１ベース基板１３と同じ材質、即ち同じ熱膨張係数を有していることがより好ましい。
【００４９】
ダミーブロック３１ａ乃至３１ｄは、短辺の長さが沿面距離Ｌに等しく、長辺の長さが第２ベース基板１４の一辺の長さと沿面距離Ｌとの和に等しい場合を示したが、これには限定されない。ダミーブロック３１ａ乃至３１ｄは、短辺の長さが沿面距離Ｌ以上であればよく、長辺の長さが第２ベース基板１４の一辺の長さと沿面距離Ｌとの和以上であればよい。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示すように、第１ベース基板１３上にハンダ３４として、例えばペースト状のＳｎＢｉ系ハンダを塗布する。
【００５１】
図６（ｂ）に示すように、ハンダ３４上に半導体素子１１を載置する。
【００５２】
図６（ｃ）に示すように、半導体素子１１に押さえ治具３５を被せ、押さえ治具３５に錘３６を載置する。錘３６はハンダ３４が融解した時に半導体素子１１の位置がずれないようにするための錘である。押さえ治具３５は半導体素子１１に錘３６を載置するための土台である。
【００５３】
さらに、半導体素子１１と押さえ治具３５とを収納可能な矩形状の開口３７ａを有する固定治具３７を用いることが好ましい。開口３７ａの直交する２辺に押さえ治具３５の直交する２辺が内接し、他の２辺は互いに離間するように固定治具３７を配置する。固定治具３７は、第１ベース基板１３にネジ等で仮止めするとよい。
【００５４】
ハンダ接合は、窒素雰囲気中で温度１４０℃乃至１５０℃、１０分以内で行うことが望ましい。先に接合したハンダ３３の再融解を防止するためである。あるいは、ハンダ３４として、ハンダ３３の融解温度より低い融解温度を有するハンダを用いることが望ましい。
【００５５】
ハンダ接合後、押さえ治具３５、錘３６、固定治具３７を取り外す。これにより、図１に示す絶縁性を確保して十分な放熱性を有する半導体素子モジュール１０が得られる。
【００５６】
次に、本実施形態の絶縁性シートの構造と、熱伝導性について比較例と対比して説明する。
【００５７】
図７は、絶縁シート１５を比較例の絶縁シートと対比して示す断面図で、図７（ａ）は加熱・加圧前（初期状態）の絶縁シート、図７（ｂ）は本実施形態の加熱・加圧後の絶縁シート、図７（ｃ）は比較例の加熱・加圧後の絶縁シートを示す断面図である。
【００５８】
ここで、比較例の絶縁シートとは、第２の部分（沿面距離Ｌを稼ぐための部分）を加圧していない絶縁シートのことである。図７（ａ）乃至図７（ｃ）において、黒丸は絶縁シートに含まれるフィラーを示し、白丸は絶縁シートに残留するボイドを示している。
【００５９】
図７（ａ）に示すように、加熱・加圧前の絶縁シート４１は、樹脂内にフィラー（●）およびボイド（○）がランダムに散在している。絶縁シート４１の厚さｔ０は、例えば２８０μｍである。フィラーは絶縁シートの熱伝導率を高めるので、できるだけ密集していることが望ましい。ボイドは、絶縁シートの熱伝導率を悪化させるので、できるだけ消滅させることが望ましい。
【００６０】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態の絶縁シート１５は、第２ベース基板１４と、第１ベース基板１３およびダミー基板３１とに挟まれて、加熱・加圧されている。加熱・加圧により、樹脂は軟化して圧縮され、第１の部分１５ａは初期の厚さｔ０より小さい第１の厚さｔ１になり、第２の部分１５ｂも初期の厚さｔ０より小さい第２の厚さｔ２になる。第１の厚さｔ１と、第２の厚さｔ２とは等しい。第１、第２の厚さｔ１、ｔ２は、例えば初期の厚さｔ０の１／２程度である。
【００６１】
このとき、フィラーは密集し、一部が接触するまでになる。一方、ボイトは膨張し、押し出されて多くは外部に飛散する。従って、絶縁シート１５全体の熱伝導率を向上させることが可能である。
【００６２】
絶縁シート１５は、第１の部分１５ａが第１ベース基板１３および第２ベース基板１４に密着し、第２の部分１５ｂが第２ベース基板１４に密着している。従って、絶縁シート１５全面で第２ベース基板１４に熱を伝えることが可能である。
【００６３】
一方、図７（ｃ）に示すように、比較例の絶縁シート４２は、第２ベース基板１４と、第１ベース基板１３のみに挟まれて、加熱・加圧されている。
【００６４】
絶縁シート４２は、第１ベース基板１３と第２ベース基板１４とに挟まれた第１の部分４２ａのみが軟化して圧縮され、初期の厚さｔ０より小さい第１の厚さｔ１になり、第２の部分４２ｂは軟化すれども圧縮されないので略初期の厚さｔ０を保っている。
【００６５】
従って、第１の部分４２ａの熱伝導率は向上するが、第２の部分４２ｂの熱伝導率は向上しない。絶縁シート４２全体の熱伝導率を向上させることは難しい。
【００６６】
また、絶縁シート４２の第２の部分４２ｂと第２ベース基板１４との密着も得られないので、絶縁シート４２全面で第２ベース基板１４に熱を伝えることは難しい。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の半導体モジュール１０では、絶縁シート１５は、第２ベース基板１４と、第１ベース基板１３およびダミー基板３１とに挟まれて、加熱・加圧されるので、絶縁シート１５の第１の部分１５ａの第１の厚さｔ１と第２の部分１５ｂの第２の厚さｔ２とが実質的に等しく、第１部分１５ａが第１ベース基板１３および第２ベース基板１４に密着し、第２部分１５ｂが第２ベース基板１４に密着している。
【００６８】
その結果、縁面および垂直方向の絶縁性も確保して十分な放熱性を有する半導体モジュールおよびその製造方法が得られる。
【００６９】
ここでは、半導体素子１１がハンダ層１６を介して第１ベース基板１３に接合される場合について説明したが、その他の手段、例えば自己伝播発熱反応膜で接合することもできる。
【００７０】
自己伝播発熱反応膜とは、アルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）が交互に積層された多層膜で、一端にスパーク等の刺激を与えると瞬間発熱し、他端に向かってＡｌとＮｉが合金化する反応が伝播する膜である。自己伝播発熱反応膜によれば、限られた領域のみを極短時間で接合できるため、例えば熱に弱いデバイス等の実装に適した方法である。
【００７１】
図８は半導体素子１１と第１ベース基板１３とを自己伝播発熱反応膜で接合する工程を示す断面図である。
【００７２】
図８（ａ）に示すように、第１ベース基板１３上に自己伝播発熱反応膜５０を、例えばスパッタにより形成し、自己伝播発熱反応膜５０上に半導体素子１１を載置する。大気中で自己伝播発熱反応膜５０の一端に電極棒を近づけ電圧、例えばＤＣ９Ｖを印加して発生するスパークにより着火する。これにより、１秒程度の短時間で半導体素子１１と第１ベース基板１３との接合が完了する。
【００７３】
自己伝播発熱反応膜５０は、合金化により体積が減少するので、半導体素子１１の位置がずれする場合があり得る。その場合は、図８（ｂ）に示すように、図６（ｃ）と同様に、押さえ治具３５、錘３６を用いるとよい。固定治具３７を併用することがさらに望ましい。
【００７４】
これにより、半導体素子１１と第１ベース基板１３との接合を短時間行うことができる。ハンダ３３を介した第２ベース基板１４とヒートシンク１２との接合部の温度上昇が抑制される。
【００７５】
半導体素子１１が、複数の半導体発光チップが基板に実装されたＣＯＢ（Chip On Board）である場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子にも同様に適用することができる。
【００７６】
（実施形態２）
本実施形態に係る半導体モジュールについて図９および図１０を用いて説明する。図９は本実施形態の半導体モジュールを示す図で、図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）はその断面図である。図１０は半導体モジュールの製造工程の要部を示す図である。尚、図９（ｂ）においては、ヒートシンク１２は表示されていない。
【００７７】
本実施形態が実施形態１と同様の部分の説明は省略し、異なる点について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、第２ベース基板の外周部に凹凸を設けたことにある。
【００７８】
即ち、図９に示すように本実施形態の半導体モジュール６０では、第２ベース基板６１の外周部（絶縁シートの第２の部分が密着する領域）に凹凸６３ａが設けられている。凹凸６３ａは、例えば断面が波状のストライプで、第２ベース基板６１の外縁に沿って延在している。
【００７９】
絶縁シート６２の第２の部分６２ｂは、第２ベース基板６１の凹凸６３ａに倣った凹凸６３ｂを有している。絶縁シート６２の第１の部分６２ａの第１の厚さｔ１と第２の部分６２ｂの第２の厚さｔ２は実質的に等しい。
【００８０】
凹凸６３ｂを有する第２の部分６２ｂは、凹凸６３ａを有する第２ベース基板６１に密着している。凹凸６３ｂに沿った第２の部分６２ｂの長さは、沿面距離Ｌになるように設定されている。
【００８１】
図１０に示すように、ダミー基板６４は、凹凸６３ａに倣った凹凸６３ｃが設けられたダミーブロック６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄを有している。
【００８２】
外周部に凹凸６３ａを有する第２ベース基板６１に絶縁シート６２および第１ベース基板１３をこの順に重ねるとともに、第１ベース基板１３を囲むように凹凸６３ｃを有するダミー基板６４を配置する。
【００８３】
第２ベース基板６１と、第１ベース基板１３およびダミー基板６４とで絶縁シート６２を挟んだ状態で加熱・加圧することにより、絶縁シート６２の第２の部分６２ｂに凹凸６３ｂが形成される。
【００８４】
絶縁シート６２の第２の部分６２ｂの水平方向の長さＬ１は、図１に示す絶縁シート１５の第２の部分１５ｂの水平方向の長さＬ（＝沿面距離Ｌ）よりも短いので、第２ベース基板６１は、図１に示す第２ベース基板１４より、（Ｌ−Ｌ１）だけ小さくなる。第２ベース基板６１に合わせてヒートシンク１２を小型化することが可能になる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態の半導体モジュール６０は、第２ベース基板６１の外周部に凹凸６３ａを設けている。その結果、第２ベース基板６１を小さくしても絶縁シート６２の沿面距離Ｌを確保することができる。従って、ヒートシンクを小型化することができる。
【００８６】
ここでは、凹凸６３ａの断面が波状である場合について説明したが、凹凸６３ａに沿って絶縁シート６２の沿面距離Ｌが確保できればよく、断面形状は特に限定されない。凹凸６３ａの断面形状は、例えば方形状、三角形状でも、いくつかの形状を組み合わせたものでも構わない。
【００８７】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１０、６０  半導体モジュール
１１  半導体素子
１２  ヒートシンク
１２ａ  放熱フィン
１２ｂ  ヒートパイプ
１３  第１ベース基板
１４、６１  第２ベース基板
１５、４１、４２、６２  絶縁シート
１５ａ、４２ａ、６２ａ  第１の部分
１５ｂ、４２ｂ、６２ｂ  第２の部分
１６  ハンダ層
２０  投光器
２１  フード
２２  スタンド
２３  角度調節レバー
３１、６４  ダミー基板
３１ａ〜３１ｄ、６４ａ〜６４ｄ  ダミーブロック
３２ａ、３２ｂ  押圧治具
３３、３４  ハンダ
３５  押さえ治具
３６  錘
３７  固定治具
３７ａ  開口
５０  自己伝播発熱反応膜
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ  凹凸
Ｌ  沿面距離
ｔ１、ｔ２  第１、第２の厚さ
【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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