(57)【要約】  本発明の目的は、冷却器に接合される金属板全体の反りだけでなく、複数枚の絶縁回路基板を接合することによって生じる局部的な反りも低減された半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。  金属板２０の片面に複数の絶縁回路基板２１が互いに離間してはんだ接合された半導体装置において、金属板２０の絶縁回路基板２１を配置した面とは反対側の面に、絶縁回路基板２１を金属部２６の配置に対応する第一領域１３を備え、第一領域１３の少なくとも一部に表面加工硬化層１１を備えている。表面加工硬化層１１の圧縮応力によって絶縁回路基板２１と金属板２０との熱膨張差による局所的な反りを低減する。
2015141384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板、前記絶縁基板のおもて面に半導体素子と接続された回路部、前記絶縁基板の裏面に金属部を備えた複数の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板より大きく、かつ、前記複数の絶縁回路基板の前記金属部に接合される金属板と、
前記絶縁回路基板と前記金属板とを接合する接合部材と、
を備える半導体装置において、
前記金属板は、前記金属板のおもて面に前記絶縁回路基板が互いに離間して配置されており、かつ、前記金属板の裏面に前記金属部の配置に対応する第一領域と、前記第一領域を除く第二領域とを備え、
前記第一領域の少なくとも一部の表面には、表面加工硬化層を備え、
前記第二領域は、前記表面加工硬化層の硬度とは異なることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記表面加工硬化層が、複数の前記第一領域に跨って延在された請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記表面加工硬化層が複数の前記第一領域に跨って延在された方向は、前記金属板の幅が短い方向とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第一領域内の反り量は、５０μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第一領域内における前記表面加工硬化層の面積は、前記第一領域の面積の３０％以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁基板の材質は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は窒化シリコンを主成分とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属板は、前記半導体素子を冷却するための放熱板である請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
絶縁基板、前記絶縁基板のおもて面に半導体素子と接続された回路部、前記絶縁基板の裏面に金属部を備えた複数の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板より大きく、かつ、おもて面に前記絶縁回路基板が互いに離間して配置され、かつ、裏面に前記金属部の配置に対応する第一領域と、前記第一領域を除く第二領域とを備えた金属板と、
前記絶縁回路基板と前記金属板とを接合する接合部材と、
を備える半導体装置の製造方法において、
前記金属板の裏面の内、前記第一領域の少なくとも一部を除いてマスクを形成する工程と、
前記第一領域の前記マスクを形成されなかった領域にショットピーニング処理によって表面加工硬化層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記表面加工硬化層を形成した後に、前記半導体装置を加熱処理する工程を含む請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱処理は、加熱温度が６０℃以上１７５℃以下である請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記加熱処理後に冷却処理を行い、前記加熱処理および前記冷却処理を交互に繰り返す請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱処理および前記冷却処理のサイクル数は、１サイクル以上である請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記加熱処理は１５０℃で行い、前記冷却処理は−４０℃で行う請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置などに搭載される半導体装置などの半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の断面図を図６に示す。この半導体装置に搭載される半導体チップ６としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ、（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）、ＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）などがある。ＩＧＢＴが搭載された半導体装置を以降ＩＧＢＴ装置と称する。以下、半導体装置として、ＩＧＢＴ装置を例に取り上げて説明する。【０００３】
ＩＧＢＴ装置を組み立てるために、絶縁回路基板４（ＤＣＢ基板：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ基板）と金属板３をはんだ５によって接合する際に、絶縁回路基板４と金属板３との線膨張係数の差が大きいので、図７（ａ）のはんだ付け前の平坦な形状に対して、図７（ｂ）に示すように、はんだ付けプロセス後は、はんだ付けされた絶縁回路基板４とは反対側の金属板３の裏面の中央が底部となる凹状に反る現象が避けられない。線膨張係数が小さい絶縁回路基板４（セラミックス基板の線膨張係数：４．６〜７．３×１０−６Ｋ−１）と線膨張係数が大きい金属板３（銅の線膨張係数：１６．６×１０−６Ｋ−１）の主面がはんだ５を介して高温で接合されるために、室温に戻った時に、線膨張係数の大きい側に曲がるためである。【０００４】
このような半導体装置における金属板の反りの問題に関して、特許文献１には、絶縁回路基板が接合されている面とは反対側の金属板の裏面にショットピーニング処理を行うことにより、凹状に反った金属板を平坦にする方法が開示されている。【０００５】
また、特許文献２には、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合されているとともに他方の面に放熱板の一方の面が接合された金属―セラミックス接合基板において、放熱板の他方の面に加工硬化層を有する金属―セラミックス接合基板とすることにより、はんだ付けのために加熱しても裏面が大きく凹状に反ることを防ぐ方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３３２０８４号公報（要約、請求項1、図６）
【特許文献２】特許第３９７１２９６号公報（段落００１１、図１〜３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、半導体装置では、組み立て部品間の線膨張係数差に起因して金属板に反りが生じ易い。凹状の反りがある金属板を備える半導体装置を冷却器の平坦面に放熱グリスを介して取り付ける場合、図７（ｂ）に示すように金属板に反りがあるため、金属板の中央近辺と、冷却器の表面との間に空隙が生じる。この金属板の反り（凹状反りまたは負反りと称する）に起因する前記空隙は、金属板の周辺に設けられた孔にボルトを挿通し、ボルトで締め付けたとしても、解消され難く、半導体装置の放熱性が低下するという問題があった。【０００８】
また、半導体装置における金属板の負反りを防止するために、予め、図７（ｃ）に示すように、負反りとは反対側へ反る正反りを初期反りとして金属板に与えておき、図７（ｄ）に示すように、はんだ付けプロセス後に平坦な、または弱い正反りの金属板とする方法が知られている。この（ｃ）、（ｄ）に示す正反りの修正方法には、初期反りのある金属板を使うと、金属板と絶縁回路基板との間に間隙があるために、はんだ付けの良品率が低下しやすいという問題がある。【０００９】
また、市場からは放熱特性に優れ小型軽量の半導体装置が求められていることから、窒化アルミニウムまたは窒化シリコンなどを主成分材料とする絶縁基板は今後多用されるようになるが、従来のアルミナ絶縁基板よりも熱伝導性はよいが線膨張係数は小さく、金属板との線膨張係数差が大きいことから、金属板の反り量はさらに増加していく傾向にある。【００１０】
また、発明者は、金属板の一方の面に一枚の絶縁回路基板がはんだ接合された半導体装置では金属板が全体でひとつに湾曲していたところ、複数枚の絶縁回路基板がはんだ接合された半導体装置では、複雑な反りが生じるという、未だ知られていない技術課題を見出した。例えば、図８（ａ）に、複数の絶縁回路基板が配置された場所の裏面領域（４ａ〜４ｆ）が図８（ｂ）に点線で示されている金属板３について、その反り量を等高線で示した。同図に示されるように、複数の絶縁回路基板が配置された場所ごとに、それぞれ局部的な反りが生じている。【００１１】
金属板全体の反りや、絶縁回路基板に対応して金属板に局所的に凹部が形成される現象は、放熱グリスの行き亘りを阻害したり、放熱グリスの厚い部分が生じたりして、放熱性が悪化する。【００１２】
よって、本発明の目的は、冷却器に接合される金属板全体の反りだけでなく、複数枚の絶縁回路基板を接合することによって生じる局部的な反りも低減できる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、絶縁基板、前記絶縁基板のおもて面に半導体素子と接続された回路部、前記絶縁基板の裏面に金属部を備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板より大きく、かつ、前記複数の絶縁回路基板の前記金属部に接合される金属板と、前記絶縁回路基板と前記金属板とを接合する接合部材とを備える半導体装置において、前記金属板は、前記金属板のおもて面に前記絶縁回路基板が互いに離間して配置されており、かつ、前記金属板の裏面に前記金属部の配置に対応する第一領域と、前記第一領域を除く第二領域とを備え、前記第一領域の少なくとも一部の表面には、表面加工硬化層を備え、前記第二領域は、前記表面加工硬化層の硬度とは異なることを特徴とする。【００１４】
本発明によれば、複数の絶縁回路基板を有する金属板の、それぞれの絶縁回路基板位置に対応する第一領域の少なくとも一部に表面加工硬化層を形成することにより、金属板全体の反りだけでなく、金属板の局所的な負反りを防止して金属板と冷却器との隙間を狭くし、放熱性を向上させることができる。【００１５】
本発明の半導体装置において、前記表面加工硬化層が、複数の前記第一領域に跨って延在されていることが好ましい。【００１６】
また、本発明の半導体装置において、前記表面加工硬化層が複数の前記第一領域に跨って延在された方向は、前記金属板の幅が短い方向とすることが好ましい。【００１７】
上記態様によれば、複数の第一領域を包含する、単純なパターン形状の表面加工硬化層を形成することができる。【００１８】
本発明の半導体装置において、前記第一領域内の反り量は、５０μｍ以下であることが好ましい。ここで、反り量とは、曲面の中央と縁の標高差のことを意味する。【００１９】
上記態様によれば、第一領域の局所的な反りを抑制して、金属板と冷却器との隙間を狭くし、放熱性を向上させることができる。【００２０】
本発明の半導体装置において、前記第一領域内における前記表面加工硬化層の面積は、前記第一領域の面積の３０％以上であることが好ましい。【００２１】
上記態様によれば、第一領域の局所的な反り量が５０μｍ以下となるように抑制することができる。【００２２】
本発明の半導体装置において、前記絶縁基板の材質は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は窒化シリコンを主成分とすることが好ましい。【００２３】
上記態様によれば、絶縁基板の熱伝導率を高めることによって小さな放熱面積でも十分放熱できるため、装置を小型化することができる。【００２４】
本発明の半導体装置において、前記金属板は、前記半導体素子を冷却するための放熱板であることが好ましい。【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基板、前記絶縁基板のおもて面に半導体素子と接続された回路部、前記絶縁基板の裏面に金属部を備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板より大きく、かつ、おもて面に前記絶縁回路基板が互いに離間して配置され、かつ、裏面に前記金属部の配置に対応する第一領域と、前記第一領域を除く第二領域とを備えた金属板と、前記絶縁回路基板と前記金属板とを接合する接合部材とを備える半導体装置の製造方法において、前記金属板の裏面の内、前記第一領域の少なくとも一部を除いてマスクを形成する工程と、前記第一領域の前記マスクを形成されなかった領域にショットピーニング処理によって表面加工硬化層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。【００２６】
本発明によれば、第一領域の少なくとも一部に表面加工硬化層が形成され、金属板の局所的な負反りを防止し、金属板と冷却器との隙間を狭くして、放熱性を向上させることができる。【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記表面加工硬化層を形成した後に、前記半導体装置を加熱処理する工程を含むことが好ましい。【００２８】
上記態様によれば、半導体装置の使用時における金属板の反り量の経時変化を抑制することができる。【００２９】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記加熱処理は、加熱温度が６０℃以上１７５℃以下であることが好ましい。【００３０】
上記態様によれば、６０℃以上１７５℃以下で使用する半導体装置において、金属板の反り量の経時変化を効果的に抑制することができる。【００３１】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記加熱処理後に冷却処理を行い、前記加熱処理および冷却処理を交互に繰り返すことが好ましい。【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記加熱処理および前記冷却処理のサイクル数は、１サイクル以上であることが好ましい。【００３３】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記加熱処理は１５０℃で行い、前記冷却処理は−４０℃で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、複数の絶縁回路基板を有する金属板の、それぞれの絶縁回路基板位置に対応する第一領域の少なくとも一部に表面加工硬化層を形成することにより、金属板全体の反りだけでなく、金属板の局所的な負反りを防止して金属板と冷却器との隙間を狭くし、放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態をあらわす断面模式図である。
【図２】本発明の半導体装置に係る金属板の反り値の分布の一例を示す図である。
【図３】図２（ａ）の拡大図である。
【図４】従来技術に係るショットピーニング処理を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明に係るショットピーニング処理を説明するための断面模式図である。
【図６】一般的な半導体装置の断面図である。
【図７】半導体装置の金属板の反りを説明するための断面模式図である。
【図８】従来技術の半導体装置に係る金属板の反りの一例を示す等高線図である。
【図９】従来技術に係る金属板の反り値の分布の一例を示す図である。
【図１０】図９（ａ）の拡大図である。
【図１１】従来技術に係る金属板の反り値の分布の他の例を示す図である。
【図１２】図１１（ａ）の拡大図である。
【図１３】本発明に係る半導体装置の加熱試験における加熱温度に対する反り値の変化量を示す図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置の加熱冷却試験における加熱冷却サイクル数に対する反り値の変化量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の半導体装置にかかる実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明に用いられる添付図面は、見易く又は理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。また、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施形態の記載に限定されるものではない。
【００３７】
本発明の半導体装置の一実施形態を図面を用いて説明する。
【００３８】
図１には本発明に係る半導体装置を冷却器１に取り付けた状態を示す断面図が模式的に示されている。冷却器１上に半導体装置１００が放熱グリス２を介して取り付けられている。半導体装置１００は、金属板２０と、半導体デバイス構造体３０と、外部端子８と、これらを収納する端子ケース９とからなり、端子ケース９には封止樹脂１０が充填されている。
【００３９】
半導体デバイス構造体３０は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＦＷＤなどの半導体チップ６と、絶縁基板７のおもて面に回路部２５を配置し、裏面に金属部２６を配置した絶縁回路基板２１とからなり、半導体チップ６の裏面は、はんだ５を介して、絶縁回路基板２１の回路部２５に接合されている。また、半導体チップ６のおもて面側の電極は、図示しないボンディングワイヤで外部端子８に電気的に接続されている。なお、絶縁基板７の材質は熱伝導に優れる、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは窒化シリコン等の材料が好ましく、回路部２５と金属部２６は銅板または銅箔などの良導電性の金属を主要材料とすることが望ましい。
【００４０】
金属板２０上には、複数の半導体デバイス構造体３０がそれぞれ離間して配置されており、絶縁回路基板２１の金属部２６が、金属板２０にはんだ接合されている。
【００４１】
半導体デバイス構造体３０の配置は、特に限定されず、図１では６つの半導体デバイス構造体３０が間隔を置いて一列に配置されているが、絶縁回路基板２１の金属部２６は、例えば３枚ずつ２列に間隔を置いて並べることもできる。さらに個数が多い場合は異なる配置で並べることもできる。また、半導体デバイス構造体３０を構成する絶縁回路基板２１は、すべてが同じ形状である必要はなく、また、一部の絶縁回路基板２１は連結する形状としてもよい。また、連結する絶縁回路基板２１は金属板２０の短手方向に半導体デバイス構造体３０を配置することもできる。
【００４２】
そして、金属板２０の裏面（絶縁回路基板２１を配置した面と反対側の面であって、冷却器１に接する面）において、絶縁回路基板２１の金属部２６の配置に対応する領域を第一領域１３とし、第一領域１３を除く領域を第二領域１４をする。
【００４３】
本発明の半導体装置１００においては、第一領域１３の少なくとも一部に表面加工硬化層１１が形成され、第二領域１４は表面加工硬化層１１の硬度とは異なることを特徴とする。表面加工硬化層１１の作用効果は、第一領域１３において局所的な負反りを低減することにある。表面加工硬化層１１の形成方法は、特に限定されず、例えば後述するショットピーニング処理等によって形成することができる。
【００４４】
図１において表面加工硬化層１１は第一領域１３と同形同サイズに描かれているが、他の態様においては表面加工硬化層１１は第一領域１３の内側に部分的に形成されていてもよく、更に他の態様では表面加工硬化層１１が第一領域１３の複数を跨って延在するように形成されていてもよい。例えば、反りの許容範囲内では、表面加工硬化層１１を形成する領域が、複数の第一領域１３を包含する単純化されたパターンであってもよい。金属板２０の幅が短い方向では、反りも小さいので、表面加工硬化層１１が第一領域１３を跨って延在する方向は、金属板２０の幅が短い方向とすることが好ましい。
【００４５】
放熱性の点から、金属板２０の第一領域１３における局所的な反り量（曲面の中央と縁の標高差）は５０μｍ以下であることが好ましい。したがって、第一領域内１３における前記表面加工硬化層１１の面積は、前記第一領域１３の面積の３０％以上であることが好ましい。
【００４６】
次に、本発明の半導体装置１００に係る製造方法の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００４７】
図５には、金属板２０の第一領域１３に表面加工硬化層１１を形成するために、ショットピーニング処理を行っている半導体装置の断面が模式的に示されている。
【００４８】
本発明では、あらかじめ反り処理を行っていない平坦な金属板２０上に複数の絶縁回路基板２１を配置し、半導体チップ６と絶縁回路基板２１と金属板２０とをはんだ５によって接続し、次いで、半導体チップ６どうし、及び半導体チップ６と外部端子（図示せず）をワイヤボンディングし、端子ケース（図示せず）に収容し、封止樹脂（図示せず）を充填して、半導体モジュールを完成させた後、金属板２０の表面に選択的に表面加工硬化層１１を形成できるように、処理しない領域をマスク１２で被覆する。マスクの材質は特に限定されず、例えばレジストマスク、金属マスクを用いることができる。
【００４９】
図５には、ショットピーニング処理として、金属板２０のマスクされていない露出面に、超音波振動装置２８によって運動エネルギーを得たショット材２７を強く打ち付けて、表面層を圧縮させ、圧縮による残留応力が保持された表面加工硬化層１１を形成する方法が図示されている。ショット材２７は、特に限定されず、例えば１〜３ｍｍ程度の平均粒径の金属粒、セラミック粒、ガラス粒などを用いることができる。また、ショット材２７に運動エネルギーを与える方法は、特に限定されず、超音波振動装置以外には、圧力気流とショット材２７を混合して吹き付ける方法であってもよい。
【００５０】
ショットピーニング処理を施すと、金属板２０の下面の表面に数μｍ〜数百μｍの厚さの表面加工硬化層１１が形成され、形成された表面加工硬化層１１と金属板２０内部との硬度差によって、表面加工硬化層１１側が凸になろうとする圧縮応力が生じるため、金属板２０は全体的には正反りとなり、第一領域１３においてはそれぞれの局所的な負反りが低減される。
【００５１】
従来のショットピーニング処理と相違する点は、金属板２０の全面に処理する方法ではなく、第一領域１３の少なくとも一部に選択的に表面加工硬化層１１が形成されるように、マスク１２を用いたことにある。金属板２０の全面にショットピーニング処理を施すだけでは、絶縁回路基板２１に対応する第一領域１３の負反りは改善できない。その理由は、金属板２０の局所的な凹凸は、全面ショットピーニングによって、それぞれが同じ方向に同じ量反ってしまうため、と考えられる。
【００５２】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、選択的にショットピーニング処理して、絶縁回路基板２１を配置した場所の局所的な負反りを低減できるため、従来技術のように初期に正反りを与えた金属板２０を用いる必要がない。よって、初期反りの無い銅などの金属板２０を用いることができるので、はんだ付けプロセスの良品率が向上する。
【００５３】
本発明の半導体装置の製造方法は、金属板２０に表面加工硬化層１１を形成した後に、半導体装置を加熱処理を含むことができ、はんだ接合部の応力を緩和して、半導体装置の使用時における金属板の反り量の経時変化を抑制することができる。
【００５４】
上記の加熱処理は、はんだ溶融しない温度で行われることが好ましく、加熱温度が６０℃以上１７５℃以下であることが好ましい。この温度範囲では、金属板２０の反り量の経時変化を効果的に抑制することができる。
【００５５】
また、加熱処理は半導体装置を一定温度に保持する加熱処理でもよいが、加熱処理と冷却処理を交互に繰り返す加熱冷却処理であってもよい。加熱冷却処理は、金属板２０の反り量が飽和するまで繰り返すことが望ましい。
【００５６】
以上、本発明の製造方法によれば、金属板の反りを大きく正反り側に制御できるため、アルミナを主成分とする絶縁基板を有する絶縁回路基板より、線膨張係数は小さいが、熱伝導率がより優れる窒化アルミニウムや窒化シリコンを主成分とする絶縁基板を有する絶縁回路基板を適用できるので、半導体装置を小型軽量化することができる。さらに金属板を正反りにすることができ、かつ複数枚の絶縁回路基板内のそれぞれの位置に対応する反対側の金属板の各領域内の負反りを低減することができるので、放熱グリスの濡れ広がり性が改善され、さらなる放熱グリスの薄膜化が可能になり、放熱性が改善される。
【実施例】
【００５７】
本発明に用いられるショットピーニング処理の作用効果について、さらに詳しく説明する。【００５８】
［実施例１］
銅を材質とする金属板２０に６個の絶縁回路基板２１を図５に示されるように（平面的には図８（ｂ）のように）配置した試験サンプルを作製し、次いで絶縁回路基板２１に対応する第一領域１３以外をレジストマスクで被覆して選択的にショットピーニング処理した後、３Ｄレーザー変位計で反り値を測定した。図２（ａ）に示される長手方向の反り量（曲面の中央と縁の標高差）は、全体的には５００μｍの正反り量となっており、絶縁回路基板２１の影響による局所的な反りはほぼ解消されている。また、図２（ｂ）に示される短手方向の反りは、全体的には２００μｍの正反り量となっており、絶縁回路基板２１の影響による局所的な反りはない。なお、図３は、図２（ａ）の拡大図である。【００５９】
［比較例１］
実施例１と同じ手順で試験サンプルを作製し、ショットピーニング処理は実施せずに、そのまま３Ｄレーザー変位計で反り値を測定した。図９（ａ）に示される長手方向の反りは、全体的には２００μｍ程度の正反り量となっており、絶縁回路基板２１の影響によって局所的には５０μｍ程度の負反り量となっている。また、図９（ｂ）に示される短手方向の反りは、全体的には１００μｍ程度の正反り量となっており、絶縁回路基板２１の影響によって局所的には５０μｍ程度の負反り量となっている。なお、図１０は、図９（ａ）の拡大図である。【００６０】
［比較例２］
実施例１と同じ手順で試験サンプルを作製し、次いで金属板２０の全面に亘ってショットピーニング処理した後、３Ｄレーザー変位計で反り値を測定した。図１１（ａ）に示される長手方向の反りは、全体的には６００μｍ程度の正反り量となっており、絶縁回路基板２１の影響によって局所的には３０μｍ程度の負反り量となっている。また、図１１（ｂ）に示される短手方向の反りは、全体的には２００μｍの正反り量となっており、絶縁回路基板２１の影響による局所的な反りはない。なお、図１２は、図１１（ａ）の拡大図である。【００６１】
上述したように、従来は、金属板２０の全面に亘りショットピーニング処理するため、絶縁回路基板２１に対応する局所的な負反りは、ショットピーニング処理しなかった場合の半分程度までしか改善できなかった。本発明の選択的ショットピーニング処理によれば、局所的な負反りをほぼ解消することができた。本発明によれば、全体的な正反りは増加するが、こちらについては、金属板２０の四隅を冷却器１にボルト締めして密着できるので問題にはならない。【００６２】
[加熱処理による反りの安定化]
図１３は、各温度で一度のみ加熱処理後に室温（２５℃）に戻した場合における金属板２０の反り値の変化量を示す図である。加熱時間は１時間で行った。室温（２５℃）における金属板２０の反り値の最大値から最小値を引いた値と、各温度（１２５℃、１５０℃、１７５℃）における反り値の最大値から最小値を引いた値との差を反り値の変化量とした。半導体装置の最高動作温度である１７５℃の反り値の変化量を基準として、反り値の変化量の許容値を１００μｍ以下とすると、６０℃以上１７５℃以下の範囲で加熱処理を行えば、半導体装置が作動後の金属板２０の反り値の増加を許容範囲内に抑制できる。【００６３】
［加熱冷却処理による反りの安定化］
加熱冷却処理による反りの安定化を検証するために、比較例２で作製したサンプルに対して−４０℃１時間保持と１５０℃１時間保持とを繰り返す熱サイクル試験を実施した。その結果を図１４に示す。最初の１サイクルで全体的な正反りが増加するが、その後は殆ど変化していない。従って、少なくとも１サイクル以上加熱冷却サイクルを行うことで、金属板２０の反り値の変化量を安定化できる。【００６４】
よって、ショットピーニング処理した後に加熱処理すれば、金属板２０の反りが安定しているので、部分的な反りを抑制できると共に、冷却器にボルトで固定された半導体装置の反り量が作動時に増加することを抑制でき、放熱グリスの分布が半導体装置作動時に変化して放熱の均一性が低下することを防止できる。
【符号の説明】
【００６５】
１    冷却器
２    放熱グリス
３    金属板
４    絶縁回路基板
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ  金属板３の裏面にある、複数枚の絶縁回路基板４が配置された場所の裏面領域
５    はんだ
６    半導体チップ
７    絶縁基板
８    外部端子
９    端子ケース
１０    封止樹脂
１１    表面加工硬化層
１２    マスク
１３    第一領域
１４    第二領域
２０    金属板
２１    絶縁回路基板
２５    回路部
２６    金属部
２７    ショット材
２８    超音波振動装置
３０    半導体デバイス構造体
３１    ボンディングワイヤ
１００  半導体装置
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月4日(2016.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来の半導体装置の断面図を図６に示す。この半導体装置に搭載される半導体チップ６としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）、ＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）などがある。ＩＧＢＴが搭載された半導体装置を以降ＩＧＢＴ装置と称する。以下、半導体装置として、ＩＧＢＴ装置を例に取り上げて説明する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
本発明の半導体装置の製造方法は、金属板２０に表面加工硬化層１１を形成した後に、半導体装置を加熱する処理を含むことができ、はんだ接合部の応力を緩和して、半導体装置の使用時における金属板の反り量の経時変化を抑制することができる。
【国際調査報告】
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