(57)【要約】【課題】優れた応力緩和機能を発揮しつつ、優れた放熱性能を得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１０は、セラミック基板１４の一面１４ａに半導体素子１２が結合され、他面１４ｂに金属層１６が接合されるとともに該金属層１６に板状の応力緩和部材２０を介してヒートシンク１３が接合されている。応力緩和部材２０において金属層１６に対向する第１の面２０ａには、その全面に亘って複数の応力緩和空間２１が設けられている。複数の応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０の最も外寄りに位置する応力緩和空間２１の深さが最も深く、内寄りに向かうに従い応力緩和空間２１の深さが順次浅くなるように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の一面に半導体素子が結合され、他面に金属層が接合されるとともに該金属層に板状の応力緩和部材を介して放熱装置が接合された半導体装置であって、
前記応力緩和部材において前記金属層に接合された第１の面、及び前記放熱装置に接合された第２の面のうち少なくとも一つの全面に亘って複数の応力緩和空間が設けられ、該複数の応力緩和空間のうち応力緩和部材の最も外寄りに位置する応力緩和空間の深さがその他の応力緩和空間より深く形成されている半導体装置。
【請求項２】
前記複数の応力緩和空間は前記応力緩和部材の第１の面に設けられ、最も外寄りに位置する応力緩和空間から応力緩和部材の内寄りに位置する応力緩和空間に向かうに従い順次深さが浅くなるように形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の応力緩和空間は前記応力緩和部材の第２の面に設けられ、最も外寄りに位置する応力緩和空間から応力緩和部材の内寄りに位置する応力緩和空間に向かうに従い順次深さが浅くなるように形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の応力緩和空間のうち最も外寄りに位置する応力緩和空間は、応力緩和部材を厚み方向に貫通して形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項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、絶縁基板の一面に半導体素子が結合され、他面に金属層が接合されるとともに該金属層に板状の応力緩和部材を介して放熱装置が接合された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化アルミニウムなどのセラミック基板（絶縁基板）の表裏両面に金属層を設けるとともに、表面金属層に半導体素子を熱的に結合（接合）し、さらに裏面金属層に半導体素子から発せられた熱を放熱するためのヒートシンク（放熱装置）を熱的に結合（接合）してモジュール化した半導体装置が知られている。このような半導体装置では、ヒートシンクの放熱性能が長期間にわたって維持されることが要求されている。しかし、従来の構成によれば、使用条件によってはセラミック基板とヒートシンクとの線膨張係数の相違に起因して発生する熱応力によってセラミック基板と裏面金属層との接合部にクラックが生じたり、さらにはクラックの伸展による剥離が生じ、放熱性能が低下する虞がある。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するために、特許文献１に開示された放熱装置（半導体装置）がある。特許文献１の放熱装置は、一面が発熱体搭載面となされた絶縁基板と、絶縁基板の他面に固定されたヒートシンクとを備えている。また、絶縁基板における発熱体搭載面とは反対側の面に金属層が形成されている。絶縁基板とヒートシンクとの間には、高熱伝導性材料からなり、かつ応力吸収空間を有する応力緩和部材が介在させられ、応力緩和部材が、絶縁基板及びヒートシンクに金属接合されている。このため、絶縁基板とヒートシンクとの間の熱伝導性が優れたものになり、絶縁基板に搭載される半導体素子から発せられる熱の放熱性能が向上する。また、応力吸収空間により応力緩和部材が変形し、該変形により熱応力が緩和される。よって、絶縁基板と金属層との接合部にクラックや剥離が生じたりすることが防止されるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−２９４６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の放熱装置において、応力緩和部材の金属層への接合面の全面に複数の応力吸収空間が形成されている。さらに、応力吸収空間は応力緩和部材を厚み方向に貫通する貫通孔、又は応力緩和部材を貫通するのと近い状態となるように応力緩和部材の厚み内に形成された凹所であり、全て同じ深さに形成されている。このため、応力緩和部材において応力吸収空間の占める割合が大きいとともに応力緩和部材を形成する材料の体積比が小さく、該応力緩和部材の熱伝導性が良好でなく放熱性能が良好でないという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、優れた応力緩和機能を発揮しつつ、優れた放熱性能を得ることが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】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、絶縁基板の一面に半導体素子が結合され、他面に金属層が接合されるとともに該金属層に板状の応力緩和部材を介して放熱装置が接合された半導体装置であって、前記応力緩和部材において前記金属層に接合された第１の面、及び前記放熱装置に接合された第２の面のうち少なくとも一つの全面に亘って複数の応力緩和空間が設けられ、該複数の応力緩和空間のうち応力緩和部材の最も外寄りに位置する応力緩和空間の深さがその他の応力緩和空間より深く形成されている。
【０００７】
この発明によれば、応力緩和空間により応力緩和部材の変形が許容され、該変形により熱応力が緩和される。そして、応力緩和部材の最も外寄りに位置する応力緩和空間はその他の応力緩和空間に比して深さが深くなっている。よって、熱応力が集中する半導体装置の外寄りの位置に、最も大きさが大きく確保された応力緩和空間が配置され、該応力緩和空間によって熱応力を緩和することができる。また、熱応力は半導体装置の外寄り程大きく、内寄り程小さく作用する。このため、応力緩和部材の内寄りの位置に、最も外寄りに位置する応力緩和空間より浅い応力緩和空間が配置されていても、該応力緩和空間により熱応力を緩和することができる。よって、応力緩和部材全体により半導体装置に作用する熱応力を効果的に緩和することができる。
【０００８】
また、応力緩和部材の最も外寄りの位置よりも内寄りに位置する応力緩和空間の深さは、最も外寄りに位置する応力緩和空間の深さより浅くなっている。このため、応力緩和部材において、応力緩和部材の内寄りの位置は、最も外寄りに位置する応力緩和空間が形成された部位よりも応力緩和空間の占める割合が小さく、応力緩和部材を形成する材料の体積比が大きくなっている。よって、応力緩和部材において、内寄りの位置での熱伝導性を外寄りの位置に比して高めることができ、優れた応力緩和機能を発揮しつつ、優れた放熱性能を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記複数の応力緩和空間は前記応力緩和部材の第１の面に設けられ、最も外寄りに位置する応力緩和空間から応力緩和部材の内寄りに位置する応力緩和空間に向かうに従い順次深さが浅くなるように形成されている。
【００１０】
熱応力は、半導体装置の外寄り程大きく、内寄り程小さく作用する。この発明によれば、応力緩和部材において、半導体装置の場所毎に異なる熱応力の大きさに対応させて応力緩和空間の深さが調節されているため、応力緩和部材によって効率良く熱応力を緩和することができる。また、半導体装置においては、絶縁基板と金属層との接合部が熱応力の影響を受けやすくなっている。そして、この発明では、絶縁基板と金属層の接合部に近い応力緩和部材の第１の面に応力緩和空間が設けられている。このため、熱応力を効果的に緩和し、絶縁基板と金属層との接合部にクラックや剥離が生じることを防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記複数の応力緩和空間は前記応力緩和部材の第２の面に設けられ、最も外寄りに位置する応力緩和空間から応力緩和部材の内寄りに位置する応力緩和空間に向かうに従い順次深さが浅くなるように形成されている。
【００１２】
熱応力は、半導体装置の外寄り程大きく、内寄り程小さく作用する。この発明によれば、応力緩和部材において、半導体装置の場所毎に異なる熱応力の大きさに対応させて応力緩和空間の深さが調節されているため、応力緩和部材によって効率良く熱応力を緩和することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半導体装置において、前記複数の応力緩和空間のうち最も外寄りに位置する応力緩和空間は、応力緩和部材を厚み方向に貫通して形成されている。この発明によれば、熱応力が集中する外寄りの応力緩和空間の深さが形成可能な最大限の深さになり、該応力緩和空間により熱応力を確実に緩和することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、優れた応力緩和機能を発揮しつつ、優れた放熱性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の半導体装置を具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。なお、図１〜図４は、半導体装置を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くするために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。
【００１６】
図２に示すように、半導体装置１０は、回路基板１１に半導体素子１２が接合されるとともに、回路基板１１に放熱装置としてのヒートシンク１３が応力緩和部材２０を介して接合されて構成されている。具体的には、前記回路基板１１は、絶縁基板としてのセラミック基板１４の一面１４ａ（表面）に金属回路１５を接合し、セラミック基板１４において前記一面１４ａに背向する他面１４ｂ（裏面）に金属層１６を接合して構成されている。回路基板１１におけるセラミック基板１４及び金属層１６は平面視四角形状に形成されている。また、図１及び図２に示すように、半導体素子１２は平面視四角形状をなすとともに半田層Ｈ（図２参照）を介して金属回路１５に接合されている。このため、半導体素子１２はセラミック基板１４の一面１４ａに金属回路１５を介して熱的に結合されている。なお、半導体素子１２は、回路基板１１の周縁から内側に離れた位置に配置されている。
【００１７】
半導体素子１２は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｒａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードが用いられ、回路基板１１には複数の半導体素子１２が接合されている。また、図２に示すように、前記金属層１６には応力緩和部材２０の第１の面２０ａがろう付けにより接合され、さらに、応力緩和部材２０において前記第１の面２０ａに背向する第２の面２０ｂには、ろう付けによりヒートシンク１３が接合されている。すなわち、応力緩和部材２０は、セラミック基板１４及びヒートシンク１３に金属接合され、半導体素子１２とヒートシンク１３とは、回路基板１１及び応力緩和部材２０を介して熱的に結合されている。
【００１８】
前記回路基板１１において、セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。また、金属回路１５及び金属層１６はアルミニウムで形成されている。前記ヒートシンク１３はアルミニウムで形成されている。なお、アルミニウムとは純アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。また、アルミニウム以外の高熱伝導性材料として、例えば銅や銅合金等によって金属回路１５、金属層１６及びヒートシンク１３を形成してもよい。ヒートシンク１３の内部には冷却媒体（例えば、冷却水）が流れる冷媒流路１３ａが形成されている。
【００１９】
次に、前記応力緩和部材２０について詳しく説明する。
図２に示すように、応力緩和部材２０は、高熱伝導性材料であり、金属層１６及びヒートシンク１３と同じ金属材料（アルミニウムや銅等）によって、平面視四角形状に形成されている（図３参照）。
【００２０】
応力緩和部材２０の第１の面２０ａには、該第１の面２０ａの全面に亘って複数の応力緩和空間２１が凹設され、第１の面２０ａにおける応力緩和空間２１が凹んだ箇所以外の面が金属層１６にろう付けされている。一方、応力緩和部材２０の第２の面２０ｂには応力緩和空間２１は凹設されず、第２の面２０ｂの全面がヒートシンク１３にろう付けされている。図３に示すように、応力緩和空間２１は、それぞれ平面視円形状をなすとともに、図２に示すように、応力緩和部材２０の第１の面２０ａから該応力緩和部材２０の厚み方向に沿って第２の面２０ｂに向かうように応力緩和部材２０を凹ませて形成されている。そして、各応力緩和空間２１は、半導体装置１０に熱応力が発生した際、該熱応力を緩和する。
【００２１】
図３に示すように、複数の応力緩和空間２１は、各応力緩和空間２１の中心点を通過し、かつ応力緩和部材２０の側辺の延びる方向へ延びる直線Ｌを引いた場合（一点鎖線で示す）、複数の直線Ｌが格子状に配置されるように規則正しく配置されている。また、応力緩和部材２０の側辺の延びる方向に沿って配置された複数の応力緩和空間２１同士の間隔は全て同じになっている。さらに、応力緩和部材２０の対角線上に中心点が位置するように、一部の応力緩和空間２１が配置されている。そして、対角線の延びる方向に沿って配置された複数の応力緩和空間２１同士の間隔も全て同じになっている。
【００２２】
本実施形態では、応力緩和部材２０の第１の面２０ａにおいて、応力緩和部材２０の対向する一対の側辺の延びる方向に沿って６個の応力緩和空間２１が凹設されるとともに、該側辺に直交する一対の側辺の延びる方向に沿って６個の応力緩和空間２１が凹設されている。すなわち、応力緩和部材２０には、６列×６列の応力緩和空間２１が配置され、３６個の応力緩和空間２１が凹設されている。全ての応力緩和空間２１は応力緩和部材２０の厚み内に形成され、応力緩和部材２０を貫通していない。
【００２３】
図２及び図４に示すように、応力緩和部材２０の各側辺に沿って配置され、応力緩和部材２０の最も外寄りの位置に凹設された複数（２０個）の応力緩和空間２１、すなわち応力緩和部材２０の周縁に沿って配置された複数の応力緩和空間２１は、その他（１６個）の応力緩和空間２１より深さが深く形成されている。なお、以下、応力緩和部材２０の周縁に沿って配置された複数の応力緩和空間２１を第１群の応力緩和空間２１とする。これら第１群の応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０を厚み方向にほぼ貫通するように形成され、全ての応力緩和空間２１の中で最も深さが深く形成されている。
【００２４】
また、複数の応力緩和空間２１のうち前記第１群の応力緩和空間２１の内側に隣り合って位置する複数（１２個）の応力緩和空間２１は、第１群の応力緩和空間２１より深さが浅く形成されている。以下、第１群の応力緩和空間２１の内側に隣り合って位置するように配置された複数の応力緩和空間２１を第２群の応力緩和空間２１とする。これら第２群の応力緩和空間２１の深さは、第１群の応力緩和空間２１の深さの半分となっている。
【００２５】
さらに、応力緩和部材２０の内寄りとなる中央部に位置し、前記第２群の応力緩和空間２１の内側に隣り合って位置する複数（４個）の応力緩和空間２１は、前記第２群の応力緩和空間２１より深さが浅く形成されている。なお、以下、第２群の応力緩和空間２１の内側に隣り合って配置された複数の応力緩和空間２１を第３群の応力緩和空間２１とする。これら第３群の応力緩和空間２１は、第２群の応力緩和空間２１の深さの半分となっており、全ての応力緩和空間２１の中で最も深さが浅くなっている。そして、上記のように複数の応力緩和空間２１が深さを異ならせて形成されることにより、応力緩和部材２０の最も外寄り（周縁）に位置する応力緩和空間２１から内寄り（中央部）に位置する応力緩和空間２１に向かうに従い、順次深さが浅くなっている。
【００２６】
さて、このように構成した半導体装置１０は、例えば車載電動モータの駆動に適用されることにより、車両の運転状況に応じて車載電動モータに供給する電力を制御する。そして、半導体装置１０における半導体素子１２から発せられた熱は、金属回路１５、セラミック基板１４、金属層１６及び応力緩和部材２０を介してヒートシンク１３に伝導される。半導体素子１２から発せられた熱がヒートシンク１３に伝導された際には、回路基板１１に加えヒートシンク１３も高温となり、熱膨張する。一方、半導体素子１２からの発熱が停止すると、回路基板１１及びヒートシンク１３の温度は低下し、熱収縮する。そして、熱膨張及び熱収縮の際には、ヒートシンク１３とセラミック基板１４との線膨張係数の相違に起因し、半導体装置１０に熱応力が発生する。
【００２７】
しかし、本実施形態の半導体装置１０では、応力緩和部材２０に形成した応力緩和空間２１が設けられているため、該応力緩和空間２１により応力緩和部材２０の変形が許容され、熱応力が緩和される。このとき、前記熱応力は半導体装置１０の外寄り程集中して作用する。複数の応力緩和空間２１は応力緩和部材２０における周縁に沿って形成された第１群の応力緩和空間２１（最も外寄りに位置する応力緩和空間２１）が最も深さが深く形成されている。すなわち、熱応力が集中して作用する箇所に最も深く、最も大きさが大きい応力緩和空間２１が配置されているため、応力緩和部材２０の大きな変形が許容され、熱応力が確実に緩和される。また、熱応力は、半導体装置１０の外寄り程大きく、内寄り程小さく作用する。このため、熱応力があまり作用しない内寄りの位置には、深さが浅い第２群及び第３群の応力緩和空間２１が配置されているが、該第２群及び第３群の応力緩和空間２１であっても熱応力を効果的に緩和することができる。
【００２８】
また、半導体素子１２から発せられた熱は、セラミック基板１４、金属層１６及び応力緩和部材２０（結合領域）を介してヒートシンク１３に伝導される。ヒートシンク１３に伝導された熱は、ヒートシンク１３内の冷媒流路１３ａを流れる冷却媒体に伝導されるとともに持ち去られる。すなわち、ヒートシンク１３は、冷媒流路１３ａを流れる冷却媒体によって強制冷却されるため、半導体素子１２で発せられた熱が効率良く除去され、結果として半導体素子１２が回路基板１１への結合側（接合側）から冷却される。
【００２９】
半導体装置１０において、半導体素子１２のセラミック基板１４への結合面の直下となる位置には回路基板１１を介して応力緩和部材２０の第１の面２０ａが位置している。このため、半導体素子１２の直下に伝導される熱は応力緩和部材２０を伝導してヒートシンク１３に伝導される。
【００３０】
応力緩和部材２０の第１の面２０ａには、熱応力の緩和のために複数の応力緩和空間２１が凹設されている。しかし、応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０の内寄りに位置する第３群の応力緩和空間２１の深さが最も浅く、第２群の応力緩和空間２１、及び第１群の応力緩和空間２１と、応力緩和部材２０の外寄りに向かうに従い深さが順次深くなるように形成されている。このため、応力緩和部材２０に複数の応力緩和空間２１が形成されていたとしても、応力緩和部材２０の内寄りの位置ほど応力緩和空間２１の占める割合が小さく、応力緩和部材２０を形成する材料の体積比が大きくなっている。このため、応力緩和部材２０による熱伝導性が高められ、半導体素子１２から発せられた熱は応力緩和部材２０を介してヒートシンク１３に効率良く伝導される。
【００３１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回路基板１１における金属層１６とヒートシンク１３との間に応力緩和部材２０を介在させ、該応力緩和部材２０における第１の面２０ａの全面に複数の応力緩和空間２１を凹設した。そして、複数の応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０の最も外寄りに位置する（第１群の）応力緩和空間２１の深さが、その他（第２群及び第３群）の応力緩和空間２１の深さより深くなるように形成されている。よって、熱応力が集中する半導体装置１０の外寄りの位置に、最も大きさが大きく確保された応力緩和空間２１が配置され、該応力緩和空間２１によって熱応力を緩和することができる。また、応力緩和部材２０の内寄りの位置ほど応力緩和部材２０を形成する材料の体積比が大きくなっている。よって、熱応力の緩和のために、全ての応力緩和空間２１が第１群の応力緩和空間２１と同じ深さに形成されている場合に比して、応力緩和部材２０の熱伝導性を高めることができる。したがって、応力緩和部材２０を用いた半導体装置１０においては、優れた応力緩和機能を発揮してセラミック基板１４への接合部にクラックや剥離が発生することを防止しつつ、優れた放熱性能を得ることができる。
【００３２】
（２）応力緩和部材２０の第１の面２０ａには複数の応力緩和空間２１が凹設され、応力緩和空間２１以外の面が金属層１６に接合されている。応力緩和部材２０は、ろう付けによって金属層１６に接合されている。そして、ろう付けを行う際、応力緩和空間２１へのろう材の逃げを許容することができ、濡れ性の観点から応力緩和部材２０の全面を金属層１６に接合する場合に比して、金属層１６と応力緩和部材２０との接合性を良好とすることができる。
【００３３】
（３）半導体装置１０に作用する熱応力は、半導体装置１０の外寄り程大きく、内寄り程小さく作用する。そして、複数の応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０の外寄りの位置から内寄りの位置に向かうに従い深さが順次浅くなるように形成されている。このため、半導体装置１０の外寄りと内寄りとで作用する熱応力が異なるが、その箇所毎に作用する熱応力の大きさに対応させて応力緩和空間２１の深さが調節されており、効率良く熱応力を緩和することができる。
【００３４】
（４）複数の応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０の第１の面２０ａの全面に亘って規則正しく配置されている。このため、例えば、応力緩和空間２１が第１の面２０ａの一部に集中して配置され、応力緩和空間２１が形成されない箇所が存在するように配置されている場合と異なり、応力緩和空間２１によって熱応力を確実に緩和しつつ、放熱性能を確実に発揮させることができる。
【００３５】
（５）半導体装置１０において、熱応力はセラミック基板１４とヒートシンク１３との線膨張係数の相違に起因して発生し、熱応力によりセラミック基板１４と金属層１６の接合部に影響が出やすい。そして、応力緩和部材２０の第１の面２０ａと第２の面２０ｂのうち、セラミック基板１４と金属層１６の接合部に近い第１の面２０ａに応力緩和空間２１が凹設されている。このため、熱応力を効果的に緩和し、セラミック基板１４と金属層１６の接合部にクラックや剥離が生じることを効果的に防止することができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の半導体装置を具体化した第２の実施形態を図５にしたがって説明する。
図５に示すように、応力緩和部材２０の第２の面２０ｂには、該第２の面２０ｂの全面に亘って複数の応力緩和空間２１が凹設されている。各応力緩和空間２１は、応力緩和部材２０の第２の面２０ｂから第１の面２０ａに向かって凹むように形成されている。そして、第２の実施形態における応力緩和空間２１は、凹む方向が第１の実施形態と異なるだけであり、応力緩和空間２１の個数、応力緩和空間２１の深さ、第１〜第３群の応力緩和空間２１の配置は第１の実施形態と同じである。したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
以下、実施例により各実施形態をさらに詳細に説明する。ただし、それらは例示であって、本発明を限定するものではない。
＜実施例１＞
第１の実施形態に示す構成の応力緩和部材２０を次のように具体的に構成した。
【００３８】
応力緩和部材２０を厚み２．０ｍｍとし、第１群の応力緩和空間２１の深さを１．５ｍｍ、第２群の応力緩和空間２１の深さを１．０ｍｍ、第３群の応力緩和空間２１の深さを０．５ｍｍとした。
【００３９】
＜実施例２＞
第２の実施形態に示す構成の応力緩和部材２０を次のように具体的に構成した。
応力緩和部材２０を厚み２．０ｍｍとし、第１群の応力緩和空間２１の深さを１．５ｍｍ、第２群の応力緩和空間２１の深さを１．０ｍｍ、第３群の応力緩和空間２１の深さを０．５ｍｍとした。
【００４０】
＜比較例１＞
応力緩和部材の厚みを２．０ｍｍとし、応力緩和空間を形成しないものとした。
＜比較例２＞
応力緩和部材の厚みを２．０ｍｍとし、全ての応力緩和空間が応力緩和部材２０を貫通するように形成した。
【００４１】
そして、実施例１，２の応力緩和部材２０及び比較例１，２の応力緩和部材を用いた半導体装置において、金属層の最大相当塑性ひずみ振幅値（各実施形態における熱応力に相当）を測定した。その結果を図６に示す。なお、図６において、縦軸に最大相当塑性ひずみ振幅値（−）を示し、横軸に測定対象物名を示している。そして、図６に示すように、比較例１と比べて、実施例１，２では最大相当塑性ひずみ振幅値（熱応力）が大幅に低下していることが示された。また、比較例２と比べても実施例１，２では、最大相当塑性ひずみ振幅値（熱応力）とほぼ同じ値が得られ、優れた応力緩和機能が発揮されることが示された。
【００４２】
また、実施例１，２の応力緩和部材２０及び比較例１，２の応力緩和部材を用いた半導体装置において、半導体素子としてＩＧＢＴを用いたものと、半導体素子としてダイオードを用いたものの２種類を用意し、ＩＧＢＴとダイオードの温度を測定した。なお、前記ＩＧＢＴは面積１３９．２４ｍｍ２であり、発熱量が１０２Ｗのものである。一方、ダイオードは面積６９．３ｍｍ２であり、発熱量が７５Ｗのものである。したがって、単位面積あたりの発熱量はダイオードの方が大きくなっている。
【００４３】
そして、各半導体装置における半導体素子（ＩＧＢＴとダイオード）の温度について測定した。その結果を図７に示す。なお、図７（ａ）及び（ｂ）において、縦軸に温度（°Ｃ）を示し、横軸に測定対象物名を示している。また、図７（ａ）はＩＧＢＴの温度を示し、図７（ｂ）はダイオードの温度を示している。そして、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、比較例２と比べて、実施例１，２では半導体素子の温度が低くなっており、半導体装置における放熱性能が高められていることが示された。
【００４４】
したがって、複数の応力緩和空間２１を、応力緩和部材２０の最も外寄りに位置する応力緩和空間２１の深さを最も深く、内寄りに位置する応力緩和空間２１の深さが最も浅くなるように順次深さを変更することにより、応力緩和部材２０による応力緩和機能を発揮しつつ、優れた放熱効果を得ることができる。
【００４５】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図８に示すように、応力緩和部材２０の第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂの両面に応力緩和空間２１を凹設し、各応力緩和空間２１を、応力緩和部材２０の外寄りに位置する応力緩和空間２１から内寄りに位置する応力緩和空間２１に向かうに従い深さが順次浅くなるように形成してもよい。
【００４６】
○  図９に示すように、応力緩和部材２０の最も外寄りに位置する応力緩和空間２１（第１群の応力緩和空間２１）を、応力緩和部材２０を貫通させて設ける。さらに、第１の面２０ａ又は第２の面２０ｂにおいて（図９では第１の面２０ａに形成した場合を図示）第２群の応力緩和空間２１、及び第３群の応力緩和空間２１を応力緩和部材２０の厚み内に形成するとともに外寄りに位置する第２群の応力緩和空間２１を第３群の応力緩和空間２１より深さを深くしてもよい。このように構成すると、熱応力が集中する外寄りの応力緩和空間２１の深さが、応力緩和部材２０の厚みで形成可能な最大限の深さになり、該応力緩和空間２１により熱応力を確実に緩和することができる。
【００４７】
○  図１０に示すように、応力緩和部材２０の最も外寄りに位置する応力緩和空間２１（第１群の応力緩和空間２１）の深さを最も深くし、その他の応力緩和空間２１全てを同じ深さに形成してもよい。
【００４８】
○  応力緩和部材２０の第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂのうち少なくとも一つに設けられる応力緩和空間２１の個数は、応力緩和部材２０の大きさ、半導体素子１２の大きさ等に合わせて任意に変更してもよい。
【００４９】
○  各実施形態において、応力緩和空間２１の平面形状は円形状でなくてもよく、例えば、平面視が三角形状、四角形状、楕円形状、六角形状等に任意に変更してもよい。
○  複数の応力緩和空間２１は、第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂのうちの少なくとも一つに千鳥配置状に凹設されていてもよい。
【００５０】
○  ヒートシンク１３は強制冷却式の冷却器であればよく、ヒートシンク１３を流れる冷却媒体は水に限らず、例えば、他の液体や空気などの気体であってもよい。また、沸騰冷却式の冷却器であってもよい。
【００５１】
○  回路基板１１上に金属回路１５が２個形成される構成に限らず、金属回路１５が１個又は３個以上形成されるとともに、金属回路１５上に半導体素子１２が１個又は３個以上接合された構成としてもよい。
【００５２】
○  半導体装置１０は、車載用に限らず他の用途に使用するものに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記複数の応力緩和空間は、該応力緩和空間の中心点を通過し、かつ応力緩和部材の側辺の延びる方向へ延びる直線を仮想した場合、複数の仮想線が格子状に配置されるように規則正しく配置されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施形態の半導体装置を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】第１の実施形態における応力緩和部材を示す平面図。
【図４】第１の実施形態における応力緩和部材を示す図３の４−４線断面図。
【図５】第２の実施形態における応力緩和部材を示す断面図。
【図６】実施例及び比較例の最大相当塑性ひずみ振幅地を示すグラフ。
【図７】（ａ）は実施例及び比較例におけるＩＧＢＴの温度を示すグラフ、（ｂ）は実施例及び比較例におけるダイオードの温度を示すグラフ。
【図８】応力緩和部材の別例を示す断面図。
【図９】応力緩和部材の別例を示す断面図。
【図１０】応力緩和部材の別例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１０…半導体装置、１２…半導体素子、１３…放熱装置としてのヒートシンク、１４…絶縁基板としてのセラミック基板、１４ａ…一面、１４ｂ…他面、１６…金属層、２０…応力緩和部材、２０ａ…第１の面、２０ｂ…第２の面、２１…応力緩和空間。
【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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