(57)【要約】【課題】熱応力によるクラックや剥離の発生を防止しつつ、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において、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に設けられる介装部１９には、該他面１４ｂとヒートシンク１３とを結合する結合領域（金属板１６及び応力緩和部材２０）と、非結合とする非結合領域（横溝２１及び縦溝２２）が複数設けられている。横溝２１及び縦溝２２は細長に延びる溝状に形成されるとともに、横溝２１及び縦溝２２の幅方向が互いに揃うように並設された複数の各溝２１，２２のうち、最も外寄りに位置する横溝２１及び縦溝２２の幅は最も内寄りに位置する横溝２１及び縦溝２２の幅より広い。横溝２１及び縦溝２２の幅方向において隣り合う溝２１，２２同士において外寄りに位置する横溝２１及び縦溝２２の幅が内寄りに位置する横溝２１及び縦溝２２の幅以上の広さに形成される。【選択図】図１
2008294280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の一面に半導体素子が結合されるとともに他面に放熱装置が結合された半導体装置であって、
前記セラミック基板の他面と放熱装置との間に設けられる介装部には該セラミック基板の他面と放熱装置とを結合する結合領域と、非結合とする非結合領域が複数設けられ、
前記非結合領域は細長に延びる溝状に形成されるとともに、互いに幅方向が揃うように並設された複数の前記非結合領域のうち、最も内寄りに位置する非結合領域の幅は最も外寄りに位置する非結合領域の幅より広く、かつ非結合領域の幅方向において隣り合う非結合領域同士において外寄りに位置する非結合領域の幅が内寄りに位置する非結合領域の幅以上の広さに形成されている半導体装置。
【請求項２】
前記セラミック基板の他面に接合された金属層と前記放熱装置との間には、高熱伝導性材料からなり、かつ応力緩和空間を有する応力緩和部材が設けられ、前記介装部は前記金属層と応力緩和部材とから形成されており、前記結合領域は前記金属層及び応力緩和部材によって形成されるとともに前記非結合領域は前記応力緩和空間によって形成される請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記応力緩和部材に形成される非結合領域は、該応力緩和部材を切削して形成される請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記セラミック基板の他面には金属層が接合されるとともに該金属層が前記放熱装置に接合され、前記介装部が金属層によって形成されており、前記結合領域は前記金属層によって形成されるとともに前記非結合領域は前記金属層に形成された溝によって形成される請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記非結合領域の延びる方向における両端は前記介装部の端縁から外部に向けて開放され、非結合領域は介装部に通り溝状に形成されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
互いに幅方向が揃うように並設された複数の非結合領域は、最も内寄りに位置する非結合領域から最も外寄りに位置する非結合領域に向かうに従い順次幅が広くなるように形成されている請求項１〜請求項５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、セラミック基板の一面に半導体素子が結合されるとともに他面に放熱装置が結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結合（接合）し、さらに裏面金属層に半導体素子の発する熱を放熱するためのヒートシンク（放熱装置）を結合（接合）してモジュール化した半導体装置が知られている。ところで、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、金属層及び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たりして、放熱性能が低下する虞がある。
【０００３】
そこで、従来、このような問題を解決するために、特許文献１に記載の技術が提案されている。図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、特許文献１に記載の半導体素子用絶縁板９０は、表面に半導体素子９１を搭載し、裏面にはヒートシンク９６と接合するためのメタライズ面９２（金属層）を有する。そして、前記メタライズ面９２は、半導体素子９１の搭載箇所の直下に形成される第１のメタライズ面９２ａと、第１のメタライズ面９２ａの周囲にメタライズを施さない複数のスリット部９３を介して配設される第２のメタライズ９２ｂ面とで構成されている。また、第１のメタライズ面９２ａとヒートシンク９６とは半田よりなる第１の接合部９５ａを介して接合され、第２のメタライズ面９２ｂとヒートシンク９６とは半田よりなる第２の接合部９５ｂ介して接合されている。
【０００４】
そして、特許文献１に記載の半導体素子用絶縁板９０を用いることで第２の接合部９５ｂに半導体素子用絶縁板９０の四隅及び端縁からクラックが生じたとしてもスリット部９３の存在により、クラックが第１の接合部９５ａに至ることが防止される。また、第１の接合部９５ａは、スリット部９３を介して第２の接合部９５ｂと区分けされ、第１の接合部９５ａの長さを短くしている。そして、ヒートシンク９６と半導体素子用絶縁板９０の第１の接合部９５ａ間の熱ひずみ（熱応力）を極力小さくしてクラックの発生を抑制している。
【特許文献１】特開平１−１０６４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体装置は、半導体素子９１の発する熱を、当該半導体素子９１が接合される半導体素子用絶縁板９０から第１及び第２の接合部９５ａ，９５ｂとを順に伝導させ、ヒートシンク９６を介して放熱させるようになっている。このため、第１及び第２の接合部９５ａ，９５ｂを介した半導体素子用絶縁板９０とヒートシンク９６との接合面積は、放熱性能を向上させるために出来る限り広い方が好ましい。
【０００６】
しかしながら、前述のように半導体素子用絶縁板９０とヒートシンク９６との間には熱ひずみが発生するため、スリット部９３を広く確保し、第１の接合部９５ａの面積を狭くすることが好ましい。すなわち、半導体装置では、熱ひずみを低減させるために、第１の接合部９５ａを介した半導体素子用絶縁板９０とヒートシンク９６との接合面積を削減することが好ましいが、その一方で接合面積を狭くし過ぎると熱が伝導される部位の減少によって放熱効率が低下してしまうことになり、双方のバランスを考える必要がある。
【０００７】
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、熱応力によるクラックや剥離の発生を防止しつつ、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】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、セラミック基板の一面に半導体素子が結合されるとともに他面に放熱装置が結合された半導体装置であって、前記セラミック基板の他面と放熱装置との間に設けられる介装部には該セラミック基板の他面と放熱装置とを結合する結合領域と、非結合とする非結合領域が複数設けられ、前記非結合領域は細長に延びる溝状に形成されるとともに、互いに幅方向が揃うように並設された複数の前記非結合領域のうち、最も内寄りに位置する非結合領域の幅は最も外寄りに位置する非結合領域の幅より広く、かつ非結合領域の幅方向において隣り合う非結合領域同士において外寄りに位置する非結合領域の幅が内寄りに位置する非結合領域の幅以上の広さに形成されている。
【０００９】
なお、本発明での非結合領域における内寄りとは非結合領域の幅方向において介装部の端縁から離れたことを表し、同じく外寄りとは非結合領域の幅方向において介装部の端縁に近いことを表す。
【００１０】
そして、本発明によれば、熱応力が集中する介装部の外寄りにおいては、非結合領域の幅が十分に確保されているため、熱応力を確実に緩和して、セラミック基板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。また、介装部の内寄りの非結合領域は、半導体素子のセラミック基板への結合面に対向する結合領域に最も近くなっている。すなわち、半導体素子のセラミック基板への結合面に対向する結合領域に最も近い非結合領域の幅は最も狭くなっている。このため、非結合領域が設けられていても、半導体素子のセラミック基板への結合面に対向する結合領域に、他の結合領域を近づけて設けることができる。よって、熱応力緩和のために非結合領域が形成されていてもセラミック基板の他面に対する介装部の接合面積（結合領域）が広く確保され、放熱性能が高められている。よって、半導体装置においては、熱応力によるクラックや剥離の発生を防止しつつ、優れた放熱性能を得ることができる。
【００１１】
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、前記セラミック基板の他面に接合された金属層と前記放熱装置との間には、高熱伝導性材料からなり、かつ応力緩和空間を有する応力緩和部材が設けられ、前記介装部は前記金属層と応力緩和部材とから形成されており、前記結合領域は前記金属層及び応力緩和部材によって形成されるとともに前記非結合領域は前記応力緩和空間によって形成される。
【００１２】
これによれば、セラミック基板の他面と放熱装置との間に応力緩和空間を有する応力緩和部材を介装し、該応力緩和空間によって非結合領域を形成した。そして、応力緩和部材を設けることで該応力緩和部材によって熱応力を緩和させることができ、さらに、応力緩和空間の形状を調節することで、クラックや剥離の発生を防止しつつ、優れた放熱性能を得ることができる。よって、半導体装置において、セラミック基板の他面と放熱装置との間に応力緩和部材を設けない場合に比して熱応力の緩和、及びクラックや剥離の発生を効果的に防止することができる。また、セラミック基板の他面と放熱装置との間に別途設ける応力緩和部材に非結合領域（応力緩和空間）を設けるため、非結合領域をセラミック基板とは別加工することができ、容易に形成することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置において、前記応力緩和部材に形成される非結合領域は、該応力緩和部材を切削して形成される。これによれば、非結合領域を容易に形成することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記セラミック基板の他面には金属層が接合されるとともに該金属層が前記放熱装置に接合され、前記介装部が金属層によって形成されており、前記結合領域は前記金属層によって形成されるとともに前記非結合領域は前記金属層に形成された溝によって形成される。
【００１５】
これによれば、セラミック基板の他面と放熱装置との間に応力緩和部材を設けないため、半導体装置の部品点数を少なくすることができる。
請求項５に記載の発明は、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において、前記非結合領域の延びる方向における両端は前記介装部の端縁から外部に向けて開放され、非結合領域は介装部に通り溝状に形成されている。
【００１６】
これによれば、結合領域に伝導した熱を非結合領域から介装部外へ速やかに逃がすことができる。すなわち、非結合領域における熱の篭もりを防ぎ、介装部からの放熱を促進することができる。よって、例えば、非結合領域が介装部の端縁に開放されていない場合に比して半導体装置の放熱性能を向上させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の半導体装置において、互いに幅方向が揃うように並設された複数の非結合領域は、最も内寄りに位置する非結合領域から最も外寄りに位置する非結合領域に向かうに従い順次幅が広くなるように形成されている。
【００１８】
これによれば、半導体装置における結合領域に作用する熱応力は、結合領域の端縁に近い程大きく端縁から離れるに従い徐々に小さくなる。このため、非結合領域が熱応力の大きさに対応付けて介装部に設けられることとなり、非結合領域による熱応力の緩和を効率良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱応力によるクラックや剥離の発生を防止しつつ、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】
【００２０】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、半導体装置１０は、回路基板１１と、該回路基板１１に接合される半導体素子１２と、放熱装置としてのヒートシンク１３と、回路基板１１とヒートシンク１３との間に介装される応力緩和部材２０とから構成されている。回路基板１１は、セラミック基板（絶縁基板）１４の一面１４ａ（表面）に金属回路１５を直接接合し、該一面１４ａに背向する他面１４ｂ（裏面）に金属板１６を直接接合して構成されている。そして、半導体素子１２は、金属回路１５に接合され、半導体素子１２とセラミック基板１４とは金属回路１５を介して結合されている。
【００２１】
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（金属回路１５）には１つの半導体素子１２が接合されている。また、セラミック基板１４の他面１４ｂに接合された金属板１６は、セラミック基板１４と応力緩和部材２０とを接合する金属層として機能する。応力緩和部材２０は金属板１６及びヒートシンク１３に直接ろう付けされている。そして、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を介して結合されている。また、金属板１６と応力緩和部材２０は、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に介装される介装部１９を形成している。
【００２２】
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及び金属板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、金属板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。
【００２３】
次に、応力緩和部材２０について詳しく説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）及び図３に示すように、応力緩和部材２０は、アルミニウムといった高熱伝導性材料から平面視が長方形の平板状に形成されている。応力緩和部材２０において、図１における上側となる一面（表面）には細長に延びる溝状をなす横溝２１及び縦溝２２が複数形成されている。そして、本実施形態においては、横溝２１及び縦溝２２が応力緩和部材２０における応力緩和空間を形成している。一方、応力緩和部材２０において、図１における下側となる他面（裏面）には前記横溝２１及び縦溝２２は形成されておらず、平滑面となっている。応力緩和部材２０の一面において、前記横溝２１及び縦溝２２以外の領域に金属板１６への接合面２０ａが形成されている。一方、応力緩和部材２０の他面全面によりヒートシンク１３への接合面２０ｂが形成されている。
【００２４】
次に、横溝２１及び縦溝２２について詳しく説明する。
前記横溝２１は、応力緩和部材２０の一側辺（長辺）方向へ細長に延びるように形成されている。なお、応力緩和部材２０において、前記一側辺（長辺）に対して直交する側辺を他側辺（短辺）とする。そして、横溝２１の延びる方向における両端は、それぞれ応力緩和部材２０の他側辺方向に延びる端縁から外部に向けて開口（開放）している。すなわち、横溝２１は、応力緩和部材２０の一側辺方向全体に亘って延びる通り溝状に形成されている。一方、縦溝２２は、応力緩和部材２０の前記他側辺方向へ細長に延びるように形成され、縦溝２２の延びる方向における両端は、それぞれ応力緩和部材２０の一側辺方向に延びる端縁から外部に向けて開口（開放）している。すなわち、縦溝２２は、応力緩和部材２０の他側辺方向全体に亘って延びる通り溝状に形成されている。
【００２５】
横溝２１及び縦溝２２はそれぞれ応力緩和部材２０の一面を切削工具等によって削ることにより形成されている。そして、横溝２１及び縦溝２２は応力緩和部材２０の一面から厚み方向に凹むように形成されるが、応力緩和部材２０の厚み方向へ貫通していない。横溝２１と縦溝２２とは互いに直交するように応力緩和部材２０の一面に形成され、横溝２１及び縦溝２２によって応力緩和部材２０の一面は格子状に形成されている。また、応力緩和部材２０の一面において、横溝２１と縦溝２２に囲まれる部位に、平面視四角形状の接合面２０ａが形成されている。
【００２６】
また、横溝２１は、応力緩和部材２０における対向する一対の一側辺（長辺）寄りに複数本ずつ形成され、縦溝２２は、応力緩和部材２０における対向する一対の他側辺（短辺）寄りに複数本ずつ形成されている。なお、横溝２１及び縦溝２２において、その延びる方向に対して直交する方向を各溝２１，２２の幅方向とし、該幅方向に沿った各溝２１，２２の長さを幅とする。
【００２７】
そして、互いに幅方向が揃うように並設された複数の横溝２１のうち、応力緩和部材２０の最も内寄り、すなわち横溝２１の幅方向において介装部１９の端縁から最も離れて位置する横溝２１の幅は最も狭くなっている。さらに、互いに幅方向が揃うように並設された複数の横溝２１のうち、応力緩和部材２０の最も外寄り、すなわち横溝２１の幅方向において介装部１９の端縁に最も近くに位置する横溝２１の幅は最も広くなっている。また、複数の横溝２１は、該横溝２１の幅方向において応力緩和部材２０の内寄りから外寄りに向かうに従い順次幅が広くなっている。したがって、幅方向において隣り合う横溝２１同士において、外寄りに位置する横溝２１の幅が内寄りに位置する横溝２１の幅より広くなっている。また、横溝２１の幅方向に沿って隣り合う横溝２１同士の間に形成される接合面２０ａの面積は、隣り合う接合面２０ａ同士で同じになっている。
【００２８】
また、横溝２１と同様に、縦溝２２においても互いに幅方向が揃うように並設された複数の縦溝２２のうち、応力緩和部材２０の最も内寄り、すなわち縦溝２２の幅方向において介装部１９の端縁から最も離れて位置する縦溝２２の幅は最も狭くなっている。さらに、互いに幅方向が揃うように並設された複数の縦溝２２のうち、応力緩和部材２０の最も外寄り、すなわち縦溝２２の幅方向において介装部１９の端縁に最も近くに位置する縦溝２２の幅は最も広くなっている。また、複数の縦溝２２は、該縦溝２２の幅方向において応力緩和部材２０の内寄りから外寄りに向かうに従い順次幅が広くなっている。したがって、縦溝２２の幅方向において隣り合う縦溝２２同士において、外寄りに位置する縦溝２２の幅が内寄りに位置する縦溝２２の幅より広くなっている。また、縦溝２２の幅方向に沿って隣り合う縦溝２２同士の間に形成される接合面２０ａの面積は、隣り合う接合面２０ａ同士で同じになっている。
【００２９】
そして、図１に示すように、半導体装置１０においては、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間には横溝２１及び縦溝２２よりなる空間が介在され、該横溝２１及び縦溝２２が形成された箇所は、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３とが非結合とされている。よって、本実施形態において、横溝２１及び縦溝２２はセラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間で該他面１４ｂとヒートシンク１３とを非結合とする非結合領域を形成している。
【００３０】
一方、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間において、応力緩和部材２０の横溝２１及び縦溝２２以外の部位は、接合面２０ａが金属板１６に接合され、接合面２０ｂがヒートシンク１３に接合されている。このため、金属板１６及び応力緩和部材２０を介してセラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３とが結合されている。よって、本実施形態において、金属板１６と、応力緩和部材２０における横溝２１及び縦溝２２以外の部位は、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間で該他面１４ｂとヒートシンク１３とを結合する結合領域を形成している。
【００３１】
また、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（搭載面）に対向する位置には応力緩和部材２０の結合領域が位置している。すなわち、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、横溝２１及び縦溝２２が位置しておらず、該横溝２１及び縦溝２２に囲まれた接合面２０ａが位置している。また、半導体素子１２の直下に位置する接合面２０ａに直近の横溝２１及び縦溝２２は、複数の横溝２１及び縦溝２２の中でも最も内寄りに位置し、その幅がその他の横溝２１及び縦溝２２の幅より狭くなっている。このため、半導体素子１２の結合面の直下に位置する接合面２０ａに隣り合う接合面２０ａは、横溝２１及び縦溝２２が形成されながらも可能な限り近付くように設けられている。また、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に介装された介装部１９において、横溝２１及び縦溝２２はその延びる方向に沿った両端が介装部１９の端縁から外部に向けて開放されている。
【００３２】
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、半導体素子１２から発せられた熱は、回路基板１１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に伝わった際には、回路基板１１及びヒートシンク１３は高温となり、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、各部材（ヒートシンク１３、セラミック基板１４、金属回路１５、金属板１６）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。
【００３３】
しかし、本実施形態の半導体装置１０では、応力緩和部材２０に形成した横溝２１及び縦溝２２からなる応力緩和空間（非結合領域）が設けられているため、該横溝２１及び縦溝２２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。その結果、セラミック基板１４と金属板１６との接合部にクラックや剥離が生じることが防止される。
【００３４】
また、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。複数の横溝２１及び縦溝２２は、各溝２１，２２の幅方向において応力緩和部材２０における内寄りから外寄りに向かうに従い順次幅が広くなっている。このため、熱応力が最も大きく作用する箇所に最も幅広な横溝２１及び縦溝２２が配置されるため、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。
【００３５】
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、金属板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。
【００３６】
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の接合面２０ａ（結合領域）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の結合領域を伝導してヒートシンク１３に伝導される。また、半導体素子１２から発せられた熱は該半導体素子１２の外側にも広がるようにして回路基板１１及び応力緩和部材２０に伝導される。
【００３７】
応力緩和部材２０には、熱応力の緩和のために横溝２１及び縦溝２２が形成されている。しかし、横溝２１及び縦溝２２は、半導体素子１２の直下に位置する接合面２０ａ（結合領域）に最も近い横溝２１及び縦溝２２が最も幅が狭く、応力緩和部材２０の外寄りに向かうに従い幅が順次広がるように形成されている。このため、応力緩和部材２０に横溝２１及び縦溝２２が形成されていたとしても半導体素子１２に近い位置ほど金属板１６に対する応力緩和部材２０（接合面２０ａ）の接合面積（結合領域）が広く確保され、放熱性が高められている。よって、半導体素子１２から発せられた熱は結合領域を介してヒートシンク１３に効率良く伝導される。
【００３８】
また、金属板１６とヒートシンク１３との間に応力緩和部材２０が挟まれているが、横溝２１及び縦溝２２はその両端が応力緩和部材２０の端縁から外部に向けて開放されている。このため、応力緩和部材２０に伝導された熱は、応力緩和部材２０内に留まることなく、横溝２１及び縦溝２２から応力緩和部材２０（介装部１９）外へ逃がすことができる。
【００３９】
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）セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に、金属板１６と応力緩和部材２０とからなる介装部１９を設け、応力緩和部材２０の一面に細長に延びる横溝２１及び縦溝２２を複数形成した。そして、横溝２１及び縦溝２２によってセラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３とを非結合とする非結合領域を設けた。そして、応力緩和部材２０の最も外寄りに位置する横溝２１及び縦溝２２の幅を最も広くした。このため、熱応力が集中する外寄りの横溝２１及び縦溝２２の幅が十分に確保され、熱応力を確実に緩和して、セラミック基板１４と金属板１６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。また、半導体素子１２のセラミック基板１４への結合面の直下に位置する接合面２０ａに近い横溝２１及び縦溝２２は、最も幅が狭くなっている。このため、応力緩和部材２０に熱応力緩和のための横溝２１及び縦溝２２が形成されていても、半導体素子１２の直下に位置する接合面２０ａに他の接合面２０ａを近づけて設けることができ、応力緩和部材２０（接合面２０ａ）への金属板１６の接合面積が広く確保され、放熱性が高められている。よって、応力緩和部材２０を用いた半導体装置１０においては、熱応力によってセラミック基板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。
【００４０】
（２）セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に応力緩和部材２０を介装し、該応力緩和部材２０に横溝２１及び縦溝２２を形成した。そして、応力緩和部材２０によって熱応力を緩和させるようにし、さらに、横溝２１及び縦溝２２の幅を調節することで、セラミック基板１４と金属板１６と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。よって、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に応力緩和部材２０を設けない場合に比して熱応力の緩和を効果的に行うことができるとともに、クラックや剥離の発生を確実に防止することができる。
【００４１】
（３）横溝２１及び縦溝２２は応力緩和部材２０の一面を削って形成されている。このため、半導体装置１０において熱応力によって、セラミック基板１４と金属板１６と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ための構成を簡単に形成することができる。
【００４２】
（４）横溝２１は応力緩和部材２０の一側辺（長辺）方向全体に亘って延び、両端が応力緩和部材２０（介装部１９）の他側辺（短辺）側の端縁から開放されている。また、縦溝２２は応力緩和部材２０の他側辺（短辺）方向全体に亘って延び、両端が応力緩和部材２０（介装部１９）の一側辺（長辺）側の端縁から開放されている。このため、セラミック基板１４の他面１４ｂとヒートシンク１３との間に応力緩和部材２０が介在された状態において、応力緩和部材２０（結合領域）に伝導した熱を横溝２１及び縦溝２２から応力緩和部材２０（介装部１９）外へ速やかに逃がすことができる。すなわち、横溝２１及び縦溝２２における熱の篭もりを防ぎ、応力緩和部材２０からの放熱を促進することができる。よって、例えば、横溝２１及び縦溝２２が応力緩和部材２０の端縁が開放されない場合に比して半導体素子１２の放熱性能を向上させることができる。
【００４３】
（５）横溝２１及び縦溝２２は、各溝２１，２２の幅方向に沿って応力緩和部材２０の内寄りから外寄りに向かうに従い順次幅が広くなるように形成されている。半導体装置１０に作用する熱応力は、半導体装置１０の外寄りの位置程大きく内寄りになるに従い徐々に小さくなる。このため、横溝２１及び縦溝２２を熱応力の大きさに対応付けて応力緩和部材２０に形成され、熱応力の緩和を効率良く行うことができる。
【００４４】
（６）ヒートシンク１３を形成する材料、回路基板１１における金属板１６を形成する材料、及び応力緩和部材２０を形成する材料は同じである。このため、各部材が異なる材料で形成される場合に比して、熱伝導を阻害する接合界面が部材間に形成されることが抑制され、回路基板１１からヒートシンク１３への熱伝導度を高くすることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  横溝２１及び縦溝２２のうち少なくとも一方において、最も外寄りに位置する溝２１，２２の幅を最も広く、最も内寄りに位置する溝２１，２２の幅を最も狭くしつつ、各溝２１，２２の幅方向において隣り合う溝同士で幅を同じにしてもよい。例えば、図４に示すように、縦溝２２において、最も外寄りに位置する縦溝２２の隣り（内側）に位置する縦溝２２と、その縦溝２２の隣り（内寄り）に位置する縦溝２２の幅を同じにし、該縦溝２２の隣り（内寄り）に位置する縦溝２２の幅を狭くしてもよい。
【００４６】
○  図５に示すように、応力緩和部材２０の一面に円環状に延びる溝２５によって非結合領域を形成してもよい。複数本の溝は、内寄りから外寄りに向かうに従い順次幅が広くなっているのが好ましい。
【００４７】
○  図６に示すように、横溝２１と縦溝２２を格子状に組み合わせてなる非結合領域を応力緩和部材２０の隅部に形成してもよい。
○  図７に示すように、応力緩和部材２０を削除し、回路基板１１の金属板１６をヒートシンク１３に直接接合した半導体装置１０において、金属板１６によって介装部１９を形成するとともに、金属板１６に横溝２１及び縦溝２２（図７では縦溝２２のみ図示）を形成して非結合領域を形成してもよい。なお、金属板１６への溝加工は、エッチング加工により行われる。
【００４８】
○  応力緩和部材２０を複数のブロック体に分割し、隣り合うブロック体の間に隙間が形成されるように各ブロック体のヒートシンク１３への接合位置を調節してブロック体をヒートシンク１３に接合（ろう付け）する。そして、ブロック体により結合領域を形成するとともに、ブロック体同士の間に形成された細長の溝状に延びる隙間により非結合領域を形成してもよい。この場合、非結合領域たる隙間は、応力緩和部材２０を厚み方向に貫通している。
【００４９】
○  横溝２１及び縦溝２２は、応力緩和部材２０の端縁から外部へ開放されていなくてもよい。
○  非結合領域は、三角環状、星形環状、楕円環状等に細長に延びる溝状に形成されていてもよい。
【００５０】
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）前記金属層、放熱装置としてのヒートシンク、及び応力緩和部材は同系の金属材料により形成されている請求項２に記載の半導体装置。なお、「同系の金属材料」とは、基となる材質が同じで、一方の材料を溶融させて他方の材料に接合した場合に、両者の間に界面を作らない材料を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態の半導体装置を示す断面図。
【図２】（ａ）は応力緩和部材を示す平面図、（ｂ）及び（ｃ）は応力緩和部材を示す側面図。
【図３】応力緩和部材を示す斜視図。
【図４】応力緩和部材における縦溝の別例を示す側面図。
【図５】応力緩和部材における非結合領域の別例を示す平面図。
【図６】応力緩和部材における非結合領域の別例を示す平面図。
【図７】半導体装置の別例を示す断面図。
【図８】（ａ）は背景技術の半導体装置を示す断面図、（ｂ）は背景技術の半導体素子用絶縁板を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
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…セラミック基板、１４ａ…一面、１４ｂ…他面、１６…結合領域及び介装部を形成する金属板（金属層）、１９…介装部、２０…結合領域を形成する応力緩和部材、２１…非結合領域を形成するとともに応力緩和空間として機能する横溝、２２…非結合領域を形成するとともに応力緩和空間として機能する縦溝、２５…非結合領域としての溝。
【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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