(57)【要約】【課題】高電圧で使用した場合にも絶縁性を確保できると共に熱抵抗を低減できる半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置によれば、第１,第２の２層の絶縁層５,７の間に第１の熱拡散層６を挟んだ構造によって、２層の絶縁層５,７でもって高電圧での使用時の電気的な絶縁性を確保できると共に第１の熱拡散層６によって各層５〜６の表面に沿った方向への熱拡散を促進でき、熱抵抗を低減できる。【選択図】図１
2015005570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に搭載された半導体素子と
を備え、
上記基板は、
電気的絶縁性を有する第１の絶縁層と、
上記第１の絶縁層上に形成された第１の熱拡散層と、
上記第１の熱拡散層上に形成された電気的絶縁性を有する第２の絶縁層と
を有し、
上記第１の熱拡散層は、
上記第１の絶縁層をなす第１の絶縁材料の熱伝導率および上記第２の絶縁層をなす第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記第２の絶縁層は、
上記第１の熱拡散層を挟んで上記第１の絶縁層と対向する第１の層部と、
上記第１の層部に対して上記第１の熱拡散層の表面に沿って予め定められた間隔を隔てていると共に上記第１の熱拡散層を挟んで上記第１の絶縁層と対向する第２の層部とで構成され、
上記第２の絶縁層の第１の層部上に搭載された第１の半導体素子と、
上記第２の絶縁層の第２の層部上に搭載された第２の半導体素子と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１また２に記載の半導体装置において、
上記第２の絶縁層上に上記半導体素子が搭載され、
上記第２の絶縁層の層厚さを上記第１の絶縁層の層厚さ以上にしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置において、
上記基板は、
さらに、上記第２の絶縁層上に形成された第２の熱拡散層と、
上記第２の熱拡散層上に形成された電気的絶縁性を有する第３の絶縁層と
を有し、
上記第２の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率,上記第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第３の絶縁層をなす第３の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていると共に、
上記第２の絶縁層の第１の層部上に形成された第１の層部と、
上記第２の絶縁層の第２の層部上に形成された第２の層部と
で構成され、
上記第３の絶縁層は、
上記第２の熱拡散層の第１の層部上に形成された第１の層部と、
上記第２の熱拡散層の第２の層部上に形成された第２の層部と
で構成され、
上記第１の半導体素子は、
上記第３の絶縁層の第１の層部上に搭載され、
上記第２の半導体素子は、
上記第３の絶縁層の第２の層部上に搭載されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記基板は、
さらに、上記第１の絶縁層下に形成された第３の熱拡散層を有し、
上記第３の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率および上記第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
上記基板は、
さらに、上記第３の熱拡散層下に形成された電気的絶縁性を有する第４の絶縁層を有し、
上記第３の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率,上記第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第４の絶縁層をなす第４の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
上記基板は、
上記第４の絶縁層下に形成された第４の熱拡散層を有し、
上記第４の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率,上記第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第４の絶縁層をなす第４の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記各絶縁材料は、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素のいずれかを含むセラミックスか、または、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、芳香族ポリイミドのいずれかを含む樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記各熱拡散層は、銅、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、カーボンファイバー、グラファイト、グラフェンのいずれかを含むことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、半導体素子の駆動に伴って発熱が生じるため、ヒートシンク等を用いて発熱を除去することがなされる。
【０００３】
一般的に、半導体装置内の半導体素子を駆動する駆動部と放熱部とは絶縁層によって、互いに電気的に絶縁されている。この絶縁層の材料としては、セラミックスや樹脂が用いられる。
【０００４】
ところで、ＳｉＣ素子のようなワイドバンドギャップ半導体素子は、シリコン系素子に比べて、絶縁破壊電界が一桁高い。このＳｉＣ素子の特性を生かして、高いパワー密度で駆動することにより、装置の小型化が図られている。
【０００５】
しかし、半導体素子として、ＳｉＣバイポーラ素子のような超高耐圧素子を使用する場合、電気絶縁性を確保するために絶縁層の厚さを厚くすることが必要になる。ここで、セラミックス等で作製された絶縁層の熱伝導率は低いので、装置としての熱抵抗が大きくなり、放熱性が低下するという問題が生じる。
【０００６】
そこで、半導体装置における電気絶縁部をなす絶縁層にビアホールを形成して、このビアホール内に熱伝導率の高い金属材料等を形成し、熱抵抗を低減する構造が提案されている(特許文献１(特開平６−１３４９１号公報),特許文献２(特開２０１２−１８９４８号公報)参照)。
【０００７】
しかしながら、上記ビアホールによって熱抵抗を低減した構造では、特に、ＳｉＣバイポーラ素子のような高電圧での使用を前提とした半導体装置では、絶縁性を確保することが難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１３４９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明の課題は、高電圧で使用した場合にも絶縁性を確保できると共に熱抵抗を低減できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、基板と、
上記基板上に搭載された半導体素子と
を備え、
上記基板は、
電気的絶縁性を有する第１の絶縁層と、
上記第１の絶縁層上に形成された第１の熱拡散層と、
上記第１の熱拡散層上に形成された電気的絶縁性を有する第２の絶縁層と
を有し、
上記第１の熱拡散層は、
上記第１の絶縁層をなす第１の絶縁材料の熱伝導率および上記第２の絶縁層をなす第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていることを特徴としている。
【００１１】
この発明の半導体装置によれば、第１,第２の２層の絶縁層の間に第１の熱拡散層を挟んだ構造によって、上記２層の絶縁層でもって高電圧での使用時の電気的な絶縁性を確保できると共に、上記第１の熱拡散層によって各層の表面に沿った方向への熱拡散を促進でき、熱抵抗を低減できる。
【００１２】
また、一実施形態では、上記第２の絶縁層は、
上記第１の熱拡散層を挟んで上記第１の絶縁層と対向する第１の層部と、
上記第１の層部に対して上記第１の熱拡散層の表面に沿って予め定められた間隔を隔てていると共に上記第１の熱拡散層を挟んで上記第１の絶縁層と対向する第２の層部とで構成され、
上記第２の絶縁層の第１の層部上に搭載された第１の半導体素子と、
上記第２の絶縁層の第２の層部上に搭載された第２の半導体素子と
を備える。
【００１３】
この実施形態によれば、上記第２の絶縁層は、第１の半導体素子が搭載される第１の層部と第２の半導体素子が搭載される第２の層部とが上記第１の熱拡散層の表面に沿って分離されている。これにより、上記第１の半導体素子と第２の半導体素子との間の電気的絶縁性を向上できる。
【００１４】
また、一実施形態では、上記第２の絶縁層上に上記半導体素子が搭載され、上記第２の絶縁層の層厚さを上記第１の絶縁層の層厚さ以上にした。
【００１５】
この実施形態によれば、上記第１の絶縁層よりも上記半導体素子に近い第２の絶縁層の層厚さを第１の絶縁層の層厚さ以上にしたので、上記半導体素子に対する電気的な絶縁性を向上できる。
【００１６】
また、一実施形態では、上記基板は、
さらに、上記第２の絶縁層上に形成された第２の熱拡散層と、
上記第２の熱拡散層上に形成された電気的絶縁性を有する第３の絶縁層と
を有し、
上記第２の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率,上記第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第３の絶縁層をなす第３の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されていると共に、
上記第２の絶縁層の第１の層部上に形成された第１の層部と、
上記第２の絶縁層の第２の層部上に形成された第２の層部と
を含み、
上記第３の絶縁層は、
上記第２の熱拡散層の第１の層部上に形成された第１の層部と、
上記第２の熱拡散層の第２の層部上に形成された第２の層部と
を含み、
上記第１の半導体素子は、
上記第３の絶縁層の第１の層部上に搭載され、
上記第２の半導体素子は、
上記第３の絶縁層の第２の層部上に搭載されている。
【００１７】
この実施形態では、上記第２の絶縁層の第１の層部,第２の拡散層の第１の層部,第３の絶縁層の第１の層部が順に積層され、この第３の絶縁層の第１の層部上に上記第１の半導体素子が搭載され、上記第２の絶縁層の第２の層部,第２の拡散層の第２の層部,第３の絶縁層の第２の層部が順に積層され、この第３の絶縁層の第２の層部上に上記第２の半導体素子が搭載されている。これにより、上記第１の半導体素子と第２の半導体素子との間の電気的絶縁性をより向上できる。
【００１８】
また、一実施形態では、上記基板は、
さらに、上記第１の絶縁層下に形成された第３の熱拡散層を有し、
上記第３の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率および上記第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。
【００１９】
この実施形態では、上記第１の絶縁層下に第３の熱拡散層を形成したことで、放熱性を向上できる。
【００２０】
また、一実施形態では、上記基板は、
さらに、上記第３の熱拡散層下に形成された電気的絶縁性を有する第４の絶縁層を有し、
上記第３の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率,上記第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第４の絶縁層をなす第４の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。
【００２１】
この実施形態では、上記第３の熱拡散層下に第４の絶縁層を形成したことで、電気的絶縁性の向上を図れる。
【００２２】
また、一実施形態では、上記基板は、
上記基板は、
上記第４の絶縁層下に形成された第４の熱拡散層を有し、
上記第４の熱拡散層は、
上記第１の絶縁材料の熱伝導率,上記第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第４の絶縁層をなす第４の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。
【００２３】
この実施形態では、上記第４の絶縁層下に第４の熱拡散層を形成したことで、放熱性を向上できる。
【００２４】
また、一実施形態では、上記各絶縁材料は、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素のいずれかを含むセラミックスか、または、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、芳香族ポリイミドのいずれかを含む樹脂である。
【００２５】
また、一実施形態では、上記各熱拡散層は、銅、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、カーボンファイバー、グラファイト、グラフェンのいずれかを含む。
【発明の効果】
【００２６】
この発明の半導体装置によれば、第１,第２の２層の絶縁層の間に第１の熱拡散層を挟んだ構造によって、上記２層の絶縁層でもって高電圧での使用時の電気的な絶縁性を確保できると共に、上記第１の熱拡散層によって各層の表面に沿った方向への熱拡散を促進でき、熱抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の半導体装置の第１実施形態の断面図である。
【図２】この発明の半導体装置の第２実施形態の断面図である。
【図３】この発明の半導体装置の第３実施形態の断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の第４実施形態の断面図である。
【図５】この発明の半導体装置の第５実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２９】
(第１の実施の形態)
図１に、この発明の半導体装置の第１実施形態の断面を示す。この第１実施形態は、基板１と、この基板１上に搭載された第１の半導体素子２と、上記基板１上に搭載された第２の半導体素子３とを備える。
【００３０】
この第１実施形態では、上記第１の半導体素子２をＳｉＣダイオードとし、上記第２の半導体素子３をＳｉＣ ＩＧＢＴ(インシュレーテッド・ゲート・バイポーラトランジスタ)とした。
【００３１】
上記基板１は、第１の絶縁層５と、この第１の絶縁層５上に形成された第１の熱拡散層６と、この第１の熱拡散層６上に形成された第２の絶縁層７とを有する。また、上記基板１は、上記第１の絶縁層５下に形成された第３の熱拡散層１５を有する。さらに、上記基板１は、上記第２の絶縁層７上に形成された第１の導電回路８と第２の導電回路１０を有し、上記第１の導電回路８上に第１の半導体素子２が搭載され、上記第２の導電回路１０上に第２の半導体素子３が搭載されている。
【００３２】
ＳｉＣダイオードである第１の半導体素子２は、アノード電極(図示せず)がリード端子１２に電気的に接続され、カソード電極(図示せず)が上記第１の導電回路８に金系半田や他の高温用半田等で電気的に接続されている。上記第１の導電回路８にリード端子１１が電気的に接続されている。上記リード端子１１,１２は、アルミニウム,金,銅等で作製される。また、ＳｉＣ ＩＧＢＴである第２の半導体素子３は、アノード電極(図示せず)がリード端子１３に電気的に接続され、カソード電極(図示せず)が上記第２の導電回路１０に金系半田や他の高温用半田等で電気的に接続されている。上記第２の導電回路１０にリード端子１４が電気的に接続されている。また、上記第２の半導体素子３のゲート電極(図示せず)は、図示しない別のリード端子に電気的に接続されている。なお、上記リード端子１１〜１４は、アルミニウム,金,銅等で作製される。
【００３３】
上記第１の熱拡散層６は、上記第１の絶縁層５をなす第１の絶縁材料の熱伝導率および上記第２の絶縁層７をなす第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。例えば、上記第１,第２の絶縁材料としては、セラミックスや樹脂が用いられる。また、上記第１の熱拡散層６を作製する材料としては、例えば、銅、銀などが用いられる。また、上記第３の熱拡散層１５は、上記第１の熱拡散層６と同様、上記第１,第２の絶縁層５,７をなす第１,第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。
【００３４】
また、この第１実施形態では、上記第２の絶縁層７の層厚さＤ２を上記第１の絶縁層５の層厚さＤ１よりも厚くした。一例として、上記第１,第２の半導体素子２,３に対する電気的な絶縁性を確保するために、上記第１の絶縁層５の層厚さＤ１と上記第２の絶縁層７の層厚さＤ２とを加算した層厚さ(Ｄ１＋Ｄ２)を臨界厚さＤcri以上にすることが必要な場合に、上記第２の絶縁層７の層厚さＤ２を上記臨界厚さＤcriの２分の１を超える層厚さにする。
【００３５】
上記構成の第１実施形態によれば、第１,第２の２層の絶縁層５,７の間に第１の熱拡散層６を挟んだ構造によって、上記２層の絶縁層５,７でもって高電圧での使用時の電気的な絶縁性を確保できると共に、上記第１の熱拡散層６によって各層５〜６の表面に沿った方向への熱拡散を促進でき、熱抵抗を低減できる。
【００３６】
また、この実施形態によれば、上記第１の絶縁層５よりも第１,第２の半導体素子２,３に近い第２の絶縁層７の層厚さを上記第１の絶縁層５の層厚さよりも厚くしたので、上記第１,第２の半導体素子２,３に対する電気的な絶縁性を向上できる。
【００３７】
また、この実施形態では、上記第１の絶縁層５下に第３の熱拡散層１５を形成したことで、放熱性をより向上できる。
【００３８】
尚、上記実施形態では、第１の絶縁層５の層厚さＤ１よりも第２の絶縁層７の層厚さＤ２を厚くしたが、第１,第２の絶縁層５,７に替えて、図２に示す変形例のように、層厚さが等しい第１,第２の絶縁層２５,２７を有する基板２１としてもよい。この場合、例えば、上記第１の絶縁層２５の層厚さＤ１１と上記第２の絶縁層２７の層厚さＤ１２とを加算した層厚さ(Ｄ１＋Ｄ２)を上記臨界厚さＤcri以上にする。なお、上記第１,第２の絶縁層２５,２７は第１,第２の絶縁層５,７と同様の材料(例えば、セラミックスや樹脂)で作製される。
【００３９】
(第２の実施の形態)
図３に、この発明の半導体装置の第２実施形態の断面を示す。この第２実施形態は、前述の第１実施形態の変形例(図２)の第２の絶縁層２７に替えて、第２の絶縁層３７を有する基板３１を備えた点だけが、前述の第１実施形態の変形例と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態の変形例と同様の部分には同様の符号を付して、前述の第１実施形態の変形例と異なる点を主として説明する。
【００４０】
この第２実施形態では、上記基板３１は、上記第１の熱拡散層６上に形成された第２の絶縁層３７を有する。この第２の絶縁層３７は、第２の絶縁層２７と同様、例えば、セラミックスや樹脂で作製され、第１の熱拡散層６を作製する材料(例えば、銅、銀など)の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料で作製される。
【００４１】
上記第２の絶縁層３７は、第１の層部３８と第２の層部３９とで構成されている。上記第１の層部３８は、上記第１の熱拡散層６を挟んで上記第１の絶縁層２５と対向している。また、上記第２の層部３９は、上記第１の層部３８に対して上記第１の熱拡散層６の表面に沿って予め定められた間隔を隔てていると共に上記第１の熱拡散層６を挟んで上記第１の絶縁層２５と対向している。
【００４２】
上記第２の絶縁層３７の第１の層部３８上に第１の導電回路８が形成され、この第１の導電回路８上に第１の半導体素子２が搭載されている。また、上記第２の絶縁層３７の第２の層部３９上に第２の導電回路１０が形成され、この第２の導電回路１０上に第２の半導体素子３が搭載されている。
【００４３】
この第２実施形態によれば、上記第２の絶縁層３７は、第１の半導体素子２が搭載される第１の層部３８と第２の半導体素子３が搭載される第２の層部３９とが上記第１の熱拡散層６の表面に沿って分離されている。これにより、上記第１の半導体素子２と第２の半導体素子３との間の電気的絶縁性を向上できる。
【００４４】
(第３の実施の形態)
図４に、この発明の半導体装置の第３実施形態の断面を示す。この第３実施形態は、前述の第２実施形態の基板３１に替えて、基板６１を備えた点だけが、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第２実施形態と同様の部分には同様の符号を付して、前述の第２実施形態と異なる点を主として説明する。
【００４５】
この第３実施形態では、上記基板６１は、上記第１の熱拡散層６上に形成された第２の絶縁層６２と、上記第２の絶縁層６２上に形成された第２の熱拡散層６５と、上記第２の熱拡散層６５上に形成された第３の絶縁層６３とを有する。
【００４６】
上記第２の絶縁層６２は、第１の層部７１と第２の層部７２とで構成されている。上記第１の層部７１は、上記第１の熱拡散層６を挟んで上記第１の絶縁層２５と対向している。また、上記第２の層部７２は、上記第１の層部７１に対して上記第１の熱拡散層６の表面に沿って予め定められた間隔を隔てていると共に上記第１の熱拡散層６を挟んで上記第１の絶縁層２５と対向している。
【００４７】
上記第２の熱拡散層６５は、上記第２の絶縁層６２の第１の層部７１上に形成された第１の層部７３と、上記第２の絶縁層６２の第２の層部７２上に形成された第２の層部７４とで構成されている。
【００４８】
また、上記第３の絶縁層６３は、上記第２の熱拡散層６５の第１の層部７３上に形成された第１の層部７５と、上記第２の熱拡散層６５の第２の層部７４上に形成された第２の層部７６とで構成されている。
【００４９】
上記第２の熱拡散層６５は、上記第１,第２,第３の絶縁層２５,６２,６３をなす第１,第２,第３の絶縁材料(例えば、セラミックスや樹脂)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料(例えば、銅、銀など)で作製されている。
【００５０】
さらに、上記基板６１は、上記第３の絶縁層６３上に形成された第３の熱拡散層６６とこの第３の熱拡散層６６上に形成された第４の絶縁層６４とを有する。
【００５１】
上記第３の熱拡散層６６は、上記第３の絶縁層６３の第１の層部７５上に形成された第１の層部７７と、上記第３の絶縁層６３の第２の層部７６上に形成された第２の層部７８とで構成されている。
【００５２】
また、上記第４の絶縁層６４は、上記第３の熱拡散層６６の第１の層部７７上に形成された第１の層部８０と、上記第３の熱拡散層６６の第２の層部７８上に形成された第２の層部８１とで構成されている。
【００５３】
上記第３の熱拡散層６６は、上記第１,第２,第３,第４の絶縁層２５,６２,６３,６４をなす第１,第２,第３,第４の絶縁材料(例えば、セラミックスや樹脂)の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料(例えば、銅、銀など)で作製されている。
【００５４】
上記第４の絶縁層６４の第１の層部８０上に第１の導電回路４８が形成され、この第１の導電回路４８上に第１の半導体素子２が搭載されている。また、上記第４の絶縁層６４の第２の層部８１上に第２の導電回路５０が形成され、この第２の導電回路５０上に第２の半導体素子３が搭載されている。
【００５５】
この第３実施形態では、上記第２の絶縁層６２の第１の層部７１と第２の熱拡散層６５の第１の層部７３と第３の絶縁層６３の第１の層部７５と第３の熱拡散層６６の第１の層部７７と第４の絶縁層６４の第１の層部８０とで第１の積層部Ｇ１を構成している。また、上記第２の絶縁層６２の第２の層部７２と第２の熱拡散層６５の第２の層部７４と第３の絶縁層６３の第２の層部７６と第３の熱拡散層６６の第２の層部７８と第４の絶縁層６４の第２の層部８１とで第２の積層部Ｇ２を構成している。
【００５６】
上記第１の積層部Ｇ１上に第１の半導体素子２が搭載され、上記第１の積層部Ｇ１に対して上記第１の熱拡散層６の表面に沿って離隔した上記第２の積層部Ｇ２上に第２の半導体素子３が搭載されている。
【００５７】
この第３実施形態では、第１,第２の半導体素子２,３を熱拡散層と絶縁層とが交互に積層されてなると共に互いに間隙を隔てた第１,第２の積層部Ｇ１,Ｇ２上に搭載した構成によって、上記第１の半導体素子２と第２の半導体素子３との間の電気的絶縁性をより向上できる。
【００５８】
なお、上記第３実施形態において、上記第２の絶縁層６２の厚さと第３の絶縁層６３の厚さと上記第４の絶縁層６４の厚さの合計厚さを、上記臨界厚さＤcriの２分の１を超える層厚さにすることが望ましい。これにより、上記第１の半導体素子２と第２の半導体素子３との間の電気的絶縁性をより向上できる。
【００５９】
また、上記第３実施形態では、上記第１,第２の積層部Ｇ１,Ｇ２を、第２の絶縁層６２,第２の熱拡散層６５,第３の絶縁層６３,第３の熱拡散層６６,第４の絶縁層６４の５層構造としたが、熱拡散層や絶縁層をさらに積層した６層以上の積層構造としてもよい。
【００６０】
(第４の実施の形態)
図５に、この発明の半導体装置の第４実施形態の断面を示す。この第４実施形態は、前述の第１実施形態の基板１に替えて、基板９１を備えた点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同様の部分には同様の符号を付して、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【００６１】
この第４実施形態では、上記基板９１は、第１の絶縁層９５と、この第１の絶縁層９５上に形成された第１の熱拡散層９６と、この第１の熱拡散層９６上に形成された第２の絶縁層９７とを有する。
【００６２】
また、上記基板９１は、上記第１の絶縁層９５下に形成された第３の熱拡散層９８を有する。さらに、上記基板９１は、上記第２の絶縁層９７上に形成された第１の導電回路８と第２の導電回路１０を有し、上記第１の導電回路８上に第１の半導体素子２が搭載され、上記第２の導電回路１０上に第２の半導体素子３が搭載されている。
【００６３】
上記第１の熱拡散層９６は、上記第１の絶縁層９５をなす第１の絶縁材料の熱伝導率および上記第２の絶縁層９７をなす第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。例えば、上記第１,第２の絶縁材料としては、セラミックスや樹脂が用いられる。また、上記第１の熱拡散層９６を作製する材料としては、例えば、銅、銀などが用いられる。また、上記第３の熱拡散層９８は、上記第１の熱拡散層９６と同様、上記第１,第２の絶縁層９５,９７をなす第１,第２の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。
【００６４】
さらに、上記基板９１は、上記第３の熱拡散層９８下に形成された第４の絶縁層９９と、この第４の絶縁層９９下に形成された第４の熱拡散層１００と、この第４の熱拡散層１００下に形成された第５の絶縁層１０１と、この第５の絶縁層１０１下に形成された第５の熱拡散層１０２を有する。
【００６５】
上記第４,第５の熱拡散層１００,１０２は、上記第１,第２の絶縁材料の熱伝導率および上記第４,第５の絶縁層９９,１０１を作製する第４,第５の絶縁材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で作製されている。例えば、上記第４,第５の絶縁材料としては、セラミックスや樹脂が用いられる。また、上記第４,第５の熱拡散層１００,１０２を作製する材料としては、例えば、銅、銀などが用いられる。
【００６６】
この第４実施形態では、４層の熱拡散層１０２,１００,９８,９６と４層の絶縁層１０１,９９,９５,９７とを交互に積層した基板９１上に第１の半導体素子２と第２の半導体素子３を搭載している。これにより、上記４層の絶縁層１０１,９９,９５,９７でもって高電圧での使用時の電気的な絶縁性を確保できると共に、上記４層の熱拡散層１０２,１００,９８,９６によって各層の表面に沿った方向への熱拡散を促進でき、熱抵抗を低減できる。
【００６７】
また、上記第４実施形態では、上記基板９１を、第５の熱拡散層１０２,第５の絶縁層１０１,第４の熱拡散層１００,第４の絶縁層９９,第３の熱拡散層９８,第１の絶縁層９５,第１の熱拡散層９６,第２の絶縁層９７による８層の積層構造としたが、熱拡散層と絶縁層を交互に積層した９層以上の積層構造としてもよい。
【００６８】
また、上記積層構造の最表面を熱拡散層とすることにより、放熱性をより向上できる。
【００６９】
上述の如く、この発明の半導体装置の各実施形態によれば、冷却性能を向上させて、信頼性の向上を図れると共に、高耐圧を実現して素子駆動のパワー密度を向上でき、装置の小型化が可能となる。
【００７０】
尚、上記第１〜第４実施形態では、各熱拡散層を銅,銀などの金属で作製したが、高熱伝導材料としてのダイヤモンド,ＳｉＣ,グラフェンなどで作製してもよい。また、上記第１〜第４実施形態では、基板１,２１,３１,６１,９１上に２つの半導体素子２,３を搭載したが、基板上に１つの半導体素子を搭載してもよく、基板上に２つ以上の半導体素子を搭載してもよい。また、上記第１〜第４実施形態では、上記第１の半導体素子２をＳｉＣダイオードとし、上記第２の半導体素子３をＳｉＣ ＩＧＢＴとしたが、第１,第２の半導体素子としては、ＳｉＣバイポーラトランジスタやＳｉＣ ＧＴＯ(ゲート・ターンオフ・トランジスタ)としてもよい。また、第１,第２の半導体素子としては、ＳｉＣ素子に限らず、他のワイドギャップ半導体素子としてもよい。また、第１,第２の半導体素子としては、ワイドギャップ半導体素子に限らず、シリコン半導体素子等としてもよい。
【００７１】
また、上記第１〜第４実施形態では、各絶縁層をセラミックスや樹脂などで作成したが、より詳しくは、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素などのセラミックスや、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、芳香族ポリイミドなどの樹脂などを用いてもよい。
【００７２】
また、上記第１〜第４実施形態では、各熱拡散層を銅,銀などで作製したが、銅や銀に限らず、アルミニウム、タングステン、モリブデンなどの金属や、ダイヤモンド、炭化ケイ素、カーボンファイバー、グラファイト、グラフェンを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１,２１,３１,６１,９１  基板
２  第１の半導体素子
３  第２の半導体素子
５,２５,９５  第１の絶縁層
６,９６  第１の熱拡散層
７,２７,３７,６２,９７  第２の絶縁層
８,４８  第１の導電回路
１０,５０  第２の導電回路
１１〜１４  リード端子
１５,６６,９８  第３の熱拡散層
３８,７３,７７  第１の層部
３９,７４,７８  第２の層部
６５  第２の熱拡散層
６３  第３の絶縁層
６４  第４の絶縁層
７１,７５,８０  第１の層部
７２,７６,８１  第２の層部
Ｇ１  第１の積層部
Ｇ２  第２の積層部
９９  第４の絶縁層
１００  第４の熱拡散層
１０１  第５の絶縁層
１０２  第５の熱拡散層
【図１】
2015005570.tif 000003
【図２】
2015005570.tif 000004
【図３】
2015005570.tif 000005
【図４】
2015005570.tif 000006
【図５】
2015005570.tif 000007