(57)【要約】【課題】過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態（通常状態）より大きな熱が発生した場合、半導体素子の急激な温度上昇を抑制することができるとともに、ワイヤあるいはリードを半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、絶縁回路基板１１を備え、絶縁回路基板１１上に半導体素子１２が半田Ｈを介して接合されている。半導体素子１２上には、ヒートマス１７が半導体素子１２と熱的に結合して半田Ｈで接合されている。ヒートマス１７は半導体素子１２の電極を兼ねている。絶縁回路基板１１は、金属製のヒートシンク１５と金属板１６を介して一体化されている。ヒートシンク１５は、冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子で発生した熱が伝導される強制冷却式の冷却器と、
前記半導体素子上に半導体素子と熱的に結合して半田で接合されているヒートマスと
を備え、
前記ヒートマスが電極を兼ねている半導体装置。
【請求項２】
半導体素子と、
前記半導体素子の一方の面と熱的に結合された強制冷却式の冷却器と、
前記半導体素子の他方の面と熱的に結合されたヒートマスと
を備え、
前記ヒートマスは半導体素子の電極を兼ねている半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子は絶縁基板上に設けられ、前記半導体素子で発生した熱が前記絶縁基板を介して前記冷却器に伝導される請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で直接接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面は複数の領域に分割されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子と対向する面には、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面と前記半導体素子との間に存在する半田の厚さ分、前記接合面より突出するように形成された支持突部が、前記ヒートマスの重心が前記支持突部に含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置するように設けられている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記支持突部は前記ヒートマスの四隅に設けられている請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ヒートマスの材質は、前記半導体素子と前記ヒートマスとを接合する半田より高融点の金属である請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ヒートマスの熱容量は、前記半導体素子から前記冷却器への伝熱経路の熱容量より大きく設定されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置は車載用の半導体装置である請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記電極は、前記半導体素子の主電流の電極である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
基板上に半田付けされる半導体素子上にヒートマスを半田付けする際、前記半導体素子上に半田を介して前記ヒートマスを載置し、前記ヒートマスを高周波誘導加熱で加熱するとともにその熱で半田を溶融させて前記ヒートマスと前記半導体素子とを接合する半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体素子の前記基板への半田付けと、前記ヒートマスの前記半導体素子への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行う請求項１１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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に係り、詳しくはヒートシンクを備えた回路基板上に半導体素子が接合されている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】
半導体装置としてヒートシンクに積層接着された基板の回路パターン上に半導体素子が搭載されたものが知られている。この半導体装置では半導体素子で発生した熱はその下面から基板を介してヒートシンクに伝導されて放熱（放散）される。このような構成において、半導体素子を小型化すると半導体素子が基板に接触する面積が小さくなり、半導体素子から発生する熱の半導体素子下面からの伝導量が減少して、半導体素子の冷却が円滑に行われない。このような不具合を解消するため、半導体素子の前記ヒートシンクに積層接着された基板と対向する面と反対側の面に放熱用の補助基板を搭載した半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。この半導体装置では補助基板に放熱フィン又は水冷式ヒートシンクが搭載されている。
【０００３】
また、電力変換装置に使用される半導体素子において、過負荷によって起こる半導体素子の急激な温度上昇を抑制することのできる半導体モジュールが提案されている（特許文献２参照）。図１３（ａ）に示すように、半導体モジュール５１は、金属基板５２上に絶縁基板５３を介して設けられた半導体素子５４と、半導体素子５４の直上及び近傍に設けられ、半導体素子５４の使用可能上限温度よりわずかに低い温度で固体から液体に相変化することで、半導体素子５４の熱を一時的に吸収して、その後、放熱する蓄熱器５５とを有する。なお、半導体素子５４で発生した熱は、通常は図示しない冷却器へ金属基板５２を介して伝導され、過負荷状態において、冷却器の冷却能力が対応できないときに、余分な熱が蓄熱器５５に一時的に蓄えられた後、冷却器へ伝導される。
【０００４】
また、従来から、金属部材とセラミックス部材や、基板と電子部品とを接合する方法として、高周波誘導加熱を用いる方法が知られている（特許文献３参照）。特許文献３には、複数の熱電素子と基板とを接合して熱電変換モジュールを製作する接合装置が提案されている。この接合装置は、図１３（ｂ）に示すように、台６１と、基板６２に一端面を接し同基板６２を加圧する加圧治具（錘）６３と、同加圧治具６３の周りに設けられる高周波加熱コイル６４とを備える。そして、台６１上に順次カーボンシート６５、熱電素子６６、基板６２を配置するとともに、加圧治具６３により基板６２を加圧した状態で誘導加熱（高周波加熱）により加圧治具６３を加熱する。すると、加圧治具６３の熱が基板６２に伝わり、熱電素子６６が基板６２に接合される。また、接合対象間に半田やろう材を配置しておけば半田付けやろう付けが行える。
【特許文献１】特開２０００−３２３６３０号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０７６５号公報
【特許文献３】実開平５−１３６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体素子は、一般に基板に接合される面と反対側の面にも電極が存在する。ところが、特許文献１に記載の半導体装置では、半導体素子の上に補助基板を搭載し、補助基板の上に放熱フィン又は水冷式ヒートシンクを熱的に結合する構成のため、半導体素子の上面に存在する電極に対して接続するワイヤあるいはリードを放熱フィン又は水冷式ヒートシンクと干渉しないように配置する構成が必要となる。その結果、ワイヤあるいはリードを電極と接合する作業が面倒になる。
【０００６】
特許文献２の半導体モジュールでは、特許文献１の構成に比較して、冷却器の能力は過負荷でない状態（通常状態）における半導体素子５４の発熱に対処できればよく、装置の大型化を抑制することができる。しかし、特許文献２の構成では、蓄熱器５５の内部に固相から液相に変化する物質を収容する必要があり、熱応力対策や製造上の都合で蓄熱器５５内部は液相時に空間が生じる状態になると推定される。そのため、蓄熱器５５を仮に電極に用いても低融点金属を収容した容器が実質の導電経路になり、半導体素子５４の中央と周囲で流れる電流が不均一になり、電極としては使用できない。さらに、電極に対して接続するワイヤあるいはリードを蓄熱器５５と干渉しないように配置する必要がある。また、車載用途に使用した場合は、加減速時、カーブ走行時、揺れの状態あるいは傾いた状態等において蓄熱器５５の容器内の低融点金属が偏った状態で固相になると、次回の蓄熱作用が不均一になる虞がある。
【０００７】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態（通常状態）より大きな熱が発生した場合、半導体素子の急激な温度上昇を抑制することができるとともに、ワイヤあるいはリードを半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない半導体装置を提供することにある。また、第２の目的はその半導体装置を製造する際の半田付けを効率良く行うことができる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】
【０００８】
前記第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子で発生した熱が伝導される強制冷却式の冷却器と、前記半導体素子上に半導体素子と熱的に結合して半田で接合されているヒートマスとを備え、前記ヒートマスが電極を兼ねている。ここで、「強制冷却式の冷却器」とは、自然冷却、即ち単なる放冷ではなく、冷却媒体を外部からエネルギー供給して流す冷却や、沸騰冷却において冷却媒体が液相→気相→液相と変化することにより冷却媒体が自然と循環して冷却を行う方式の冷却器を意味する。また、「ヒートマス」とは、熱的に結合した半導体素子の温度がヒートマスの温度より上昇したときに半導体素子の熱を受けるべく、所定の熱容量を有する部材を意味する。以下、この明細書では同じ意味で使用する。
【０００９】
この発明では、半導体素子が定常発熱状態（通常状態）にある場合は、半導体素子で発生した熱は、冷却器に伝導されて円滑に除去される。一方、過渡的な過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態より大きな熱が発生した場合は、冷却器による冷却機能が足りなくなるが、半導体素子で発生した熱の一部はヒートマスに一時的に吸収されるため、半導体素子が過熱状態になることは抑制される。そして、定常発熱状態に復帰すると、ヒートマスに吸収されていた熱が半導体素子及び基板を介して冷却器に伝導されて除去される。また、ヒートマスが電極を兼ねているため、半導体素子の上面にヒートマスが接合されても、ワイヤあるいはリードをヒートマスの上面に接合すればよく、半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子の一方の面と熱的に結合された強制冷却式の冷却器と、前記半導体素子の他方の面と熱的に結合されたヒートマスとを備え、前記ヒートマスは半導体素子の電極を兼ねている。この発明でも、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記半導体素子は絶縁基板上に設けられ、前記半導体素子で発生した熱が前記絶縁基板を介して前記冷却器に伝導される。この発明では、半導体素子と冷却器とを電気的に絶縁した状態で接合できる。したがって、半導体素子と冷却器内を流れる冷却媒体との電気的な絶縁を確保できるため、冷却媒体として導電性の液体、例えば水やＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）を使うことが可能である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で直接接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面は複数の領域に分割されている。半導体素子とヒートマスの熱膨張率を比較すると、ヒートマスの熱膨張率が大きいため、ヒートマスが半導体素子と対向する面全体で半導体素子に半田で接合された場合は、半導体素子が発熱した場合、ヒートマス及び半導体素子の熱膨張の差に起因して、ヒートマスと半導体素子との間に介在する半田に作用する応力が大きくなる。しかし、この発明では、ヒートマスの前記半導体素子との接合面は複数の領域に分割されているため、半田に作用する前記応力が複数の領域に分散されることにより緩和される。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子と対向する面には、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面と前記半導体素子との間に存在する半田の厚さ分、前記接合面より突出するように形成された支持突部が、前記ヒートマスの重心が前記支持突部に含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置するように設けられている。ここで、「ヒートマスの重心が支持突部に含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置する」とは、支持突部が３箇所に点状に設けられている場合は、その３箇所（３点）を結ぶ仮想三角形の内側に位置することを意味する。また、支持突部が４箇所以上に点状に設けられている場合は、そのうちの少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に位置することを意味する。また、支持突部が点状と線状に形成されている場合又は線状に形成された支持突部のみの場合は、点状の支持突部と線状の支持突部の少なくとも３箇所あるいは線状の支持突部の少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に位置することを意味する。
【００１４】
この発明の半導体装置は、ヒートマスの半導体素子と対向する面に前記構成の支持突部が存在するため、半導体装置の製造工程においてヒートマスを半導体素子に半田付けで接合する際、支持突部の作用により、ヒートマスの半導体素子との接合面と、半導体素子との間に存在する半田の厚さが予め設定された厚さで接合される。したがって、良好な半田付け接合部が形成される。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記支持突部は前記ヒートマスの四隅に設けられている。この発明では、半導体装置の製造工程において、容易にヒートマスの接合面全体が半導体素子と一定の間隔で半田を介して良好に接合される。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスの材質は、前記半導体素子と前記ヒートマスとを接合する半田より高融点の金属である。ヒートマスは電極として使用できる導電性を有する必要があるが、金属の場合は導電性が非金属より高く、熱伝導率も非金属より高いものが多いため電極として好適なものを容易に得ることができる。また、ヒートマスを形成する際の加工が容易になる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスの熱容量は、前記半導体素子から前記冷却器への伝熱経路の熱容量より大きく設定されている。半導体素子が発生させる過渡的な熱を受ける（吸収する）ための熱容量を半導体素子に熱的に結合させる必要があるが、ヒートマスの熱容量を前記伝熱経路の熱容量より大きく設定すると、前記過渡的な熱をヒートマスが効果的に吸収できるとともに、半導体素子から冷却器に至る定常的な伝熱経路の熱抵抗が低い構成を実現できる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記半導体装置は車載用の半導体装置である。車両の走行用モータの駆動装置に半導体装置を用いた場合、走行状態により電流が一時的に急増して過渡的な過負荷状態になる場合があるが、この発明では、半導体素子に発生した熱の一部はヒートマスに吸収されるため、半導体素子が過熱状態になることは抑制される。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、前記半導体素子の主電流の電極である。ここで、「主電流の電極」とは、例えば、半導体素子がＭＯＳＦＥＴであればソースかドレイン、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であればエミッタかコレクタ、ダイオードであればアノードかカソードのように、トランジスタのゲートやベースのような制御電極以外の電極を意味する。この発明では、電極が制御電極ではないため、過渡的に温度変化が大きくなっても支障がない。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、基板上に半田付けされる半導体素子上にヒートマスを半田付けする際、前記半導体素子上に半田を介して前記ヒートマスを載置し、前記ヒートマスを高周波誘導加熱で加熱するとともにその熱で半田を溶融させて前記ヒートマスと前記半導体素子とを接合する。この発明では、ヒートマスの半導体素子への半田付けがヒートマスを高周波誘導加熱で加熱することにより行われる。半田が溶融した際、半田の上に載置されているものが軽いと半田の表面張力により持ち上げられて半田の厚さが均一にならない場合があるが、ヒートマスが錘の役割も兼ねるため、ヒートマスは半田が均一な厚さで半田付けされる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記半導体素子の前記基板への半田付けと、前記ヒートマスの前記半導体素子への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行う。この発明では、半導体素子の基板への半田付け工程及びヒートマスの前記半導体素子への半田付け工程で要する合計時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態（通常状態）より大きな熱が発生した場合、半導体素子の急激な温度上昇を抑制することができるとともに、ワイヤあるいはリードを半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載されて使用される半導体装置（半導体モジュール）に具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。なお、図１及び図２は、半導体装置や半田付け装置の構成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。
【００２４】
図１に示すように、半導体装置１０は、基板としての絶縁回路基板１１を備え、絶縁回路基板１１上に半導体素子（半導体チップ）１２が半田Ｈを介して接合されている。絶縁回路基板１１は、表面に金属回路１３を有するセラミック基板１４が冷却器としての金属製のヒートシンク１５と金属板１６を介して接合されて一体化されている。ヒートシンク１５は、板状に形成されるとともに、冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５の冷却能力は、半導体素子１２が定常発熱状態（通常状態）にある場合、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１５に伝導されて円滑に除去されるように設定されている。
【００２５】
ヒートシンク１５は、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して伝導される強制冷却式の冷却器として機能する。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。冷媒流路１５ａは、図示しない入口部及び出口部を備え、入口部及び出口部は、車両に装備された冷媒循環路に連結可能に形成されている。なお、絶縁回路基板１１及び半導体素子１２はヒートシンク１５に複数搭載されているが、図示の都合上、１個のみ示している。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードが用いられる。
【００２６】
金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。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。
半導体素子１２上には半導体素子１２で発生した熱を一時的に吸収して、その後、放出するヒートマス１７が半田Ｈで接合されている。即ち、半導体装置１０は、半導体素子１２上に半導体素子１２と熱的に結合して半田で接合されているヒートマス１７を備えている。ヒートマス１７は半導体素子１２の電極を兼ねている。半導体素子１２がＩＧＢＴの場合、上面側がエミッタになってヒートマス１７はエミッタ電極になり、半導体素子１２がＭＯＳＦＥＴの場合、上面側がソースになってヒートマス１７はソース電極になり、半導体素子１２がダイオードの場合、上面側がアノードになってヒートマス１７はアノード電極になる。ヒートマス１７は、平面形状が半導体素子１２より大きな本体１７ａと、半導体素子１２より小さな脚部１７ｂとから構成されている。この実施形態では、脚部１７ｂは１つ設けられている。
【００２７】
ヒートマス１７の熱容量は、過負荷等によって半導体素子１２から定常発熱状態より大きな熱が発生して、ヒートシンク１５による冷却機能が足りなくなった際、半導体素子１２で発生した熱の一部を一時的に吸収して半導体素子１２が過熱状態になることを抑制するのに必要な値に設定されている。例えば、半導体装置１０がハイブリッド車の走行用モータの制御に使用されるインバータの場合、定常運転状態から急な加速あるいは急停止の場合、１秒未満の短時間で半導体素子１２からの発熱で定格の３〜５倍もの損失熱量が発生する。この実施形態においては、その際に、半導体素子１２の温度が動作温度の上限を超えないように設定される。なお、急停止の場合に過大な損失熱量が発生するのは、回生動作が行われるために大きな電流が流れるからである。
【００２８】
ヒートマス１７の材質としては、半導体素子１２とヒートマス１７とを接合する半田Ｈより高融点の金属が好ましい。
半導体装置１０において、半導体素子１２からヒートシンク１５への伝熱経路は、半導体素子１２の底面を頂部とし、底面と４５°の角度を成す面を側面（斜面）とする四角錐台状となり、図３において二点鎖線で示す直線Ｌが電熱経路の境界を表す。ヒートマス１７の熱容量は、前記伝熱経路の熱容量より大きく設定されている。
【００２９】
ヒートマス１７のサイズとしては、ヒートマス１７を図１の上から見た大きさが、半導体素子１２の発熱箇所と同等〜半導体素子１２全体のサイズにするのがスペースと熱抵抗の両観点から好ましく、厚みを適宜変更して後記する実施例のシミュレーションと同様のシミュレーションあるいは実測を行って必要な熱容量を確保すればよい。
【００３０】
次に半導体装置１０の製造方法を説明する。半導体装置１０の製造方法の一工程である半導体素子１２へのヒートマス１７の半田付け工程は従来にない新規な工程であるので、ヒートマス１７の半田付け方法について説明する。
【００３１】
図２は、高周波誘導加熱で半田付けを行う半田付け装置の構成を概略的に示している。図２に示すように、半導体装置１０の製造に使用する半田付け装置ＨＫは、密閉可能な容器（チャンバ）１８を備え、当該容器１８は開口部１９ａを有する箱型の本体１９と、当該本体１９の開口部１９ａを開放及び閉鎖する蓋体２０とから構成されている。本体１９には、ヒートシンク１５を位置決めして支持する支持台２１が設置されている。また、本体１９には、蓋体２０の装着部位にパッキン２２が配設されている。
【００３２】
蓋体２０は、本体１９の開口部１９ａを閉鎖可能な大きさで形成されており、本体１９に蓋体２０を装着することにより容器１８内には密閉空間Ｓが形成されるようになっている。
【００３３】
また、本体１９には、容器１８内に還元性ガス（この実施形態では水素）を供給するための還元ガス供給部２３が接続されている。還元ガス供給部２３は、配管２３ａと、当該配管２３ａの開閉バルブ２３ｂと、水素タンク２３ｃとを備えている。また、本体１９には、容器１８内に不活性ガス（この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス供給部２４が接続されている。不活性ガス供給部２４は、配管２４ａと、当該配管２４ａの開閉バルブ２４ｂと、窒素タンク２４ｃとを備えている。また、本体１９には、容器１８内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部２５が接続されている。ガス排出部２５は、配管２５ａと、当該配管２５ａの開閉バルブ２５ｂと、真空ポンプ２５ｃとを備えている。半田付け装置ＨＫは、還元ガス供給部２３、不活性ガス供給部２４及びガス排出部２５を備えることにより、密閉空間Ｓ内の圧力を調整可能な構成とされており、密閉空間Ｓ内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。
【００３４】
また、本体１９には、半田付け後の容器１８内に熱媒体（冷却用ガス）を供給するための供給手段としての熱媒供給部（図示せず）が接続されている。
蓋体２０の内側には、高周波加熱コイル２６が設置されている。この実施形態の高周波加熱コイル２６は、複数のセラミック基板１４と対応する大きさに形成されている。高周波加熱コイル２６は、渦巻き状（角形渦巻き状）に形成されており、平面的に展開されている。また、高周波加熱コイル２６は、半田付け装置ＨＫが備える図示しない高周波発生装置に電気的に接続されているとともに、容器１８内に設置された温度センサ（図示せず）の計測結果に基づき、高周波発生装置の出力が制御されるようになっている。また、高周波加熱コイル２６には、コイル内部に冷却水を通すための冷却路２６ａが形成されているとともに、半田付け装置ＨＫが備える図示しない冷却水タンクに接続されている。
【００３５】
次に、前記半田付け装置ＨＫを用いて半導体装置１０の製造方法の一工程であるヒートマス半田付け工程において、半導体素子１２に対するヒートマス１７の半田付けを行う方法について説明する。なお、ヒートマス半田付け工程の前に、ヒートシンク１５上に接合された絶縁回路基板１１を作製する工程と、その絶縁回路基板１１の金属回路１３上に半導体素子１２を半田付けする半導体素子実装工程が行われる。そして、半導体素子実装工程に続いてヒートマス半田付け工程が行われる。
【００３６】
ヒートマス１７の半田付けを行う際には、最初に、本体１９から蓋体２０を外し、開口部１９ａを開放する。そして、図２に示すように本体１９の支持台２１上にヒートシンク１５を置き、位置決めする。次に、絶縁回路基板１１に対して既に半田付けされている半導体素子１２上に、シート半田２７を載置し、シート半田２７上にヒートマス１７の脚部１７ｂを配置する。
【００３７】
次に蓋体２０を本体１９に取り付け、開口部１９ａを閉鎖して、容器１８内に密閉空間Ｓを形成する。この状態では、高周波加熱コイル２６は、ヒートマス１７と対向する状態に配置される。
【００３８】
次に、ガス排出部２５を操作して容器１８内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部２４を操作して容器１８内に窒素を供給し、密閉空間Ｓ内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部２３を操作して容器１８内に水素を供給し、密閉空間Ｓ内を還元ガス雰囲気とする。
【００３９】
次に、高周波発生装置を作動させ、高周波加熱コイル２６に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル２６には、対応するヒートマス１７を通る高周波の磁束が発生し、ヒートマス１７には磁束の通過によってうず電流が発生して発熱する。その熱が半導体素子１２上に載置されたシート半田２７に伝わり、シート半田２７が加熱されて溶融温度以上の温度になることにより溶融する。
【００４０】
半田が完全に溶融した後、高周波発生装置を停止させる。なお、容器１８内に設置した温度センサ（図示せず）の検出結果に基づき、高周波加熱コイル２６に流れる高周波電流の大きさが制御される。また、容器１８内（密閉空間Ｓ）の圧力は、半田付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。
【００４１】
そして、高周波発生装置を停止させた後、冷却用の熱媒供給部を操作して容器１８内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク１５の冷媒流路１５ａの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、容器１８内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路１５ａ及びヒートシンク１５の周囲を流れて、絶縁回路基板１１及びヒートマス１７を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、ヒートマス１７と半導体素子１２とを接合する。この状態において、ヒートマス１７の半田付けが終了し、半導体装置１０が完成する。そして、蓋体２０を本体１９から取り外した後、容器１８内から半導体装置１０を取り出す。
【００４２】
次に前記のように構成された半導体装置１０の作用を説明する。半導体装置１０は、ハイブリッド車に搭載されるとともに、図示しない冷却媒体循環路にヒートシンク１５がパイプを介して連通された状態で使用される。冷却媒体循環路にはポンプ及びラジエータが設けられ、ラジエータは、モータにより回転されるファンを備え、ラジエータからの放熱が効率よく行われるようになっている。冷却媒体として、例えば、水が使用される。
【００４３】
半導体装置１０に搭載された半導体素子１２が駆動されると、半導体素子１２から熱が発生する。定常運転状態（定常発熱状態）では、半導体素子１２から発生した熱は、半田Ｈ及び絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１５に伝導される。ヒートシンク１５に伝導された熱は、冷媒流路１５ａを流れる冷却媒体に伝導されるとともに持ち去られる。即ち、ヒートシンク１５は、冷媒流路１５ａ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等からヒートシンク１５に至る熱の伝導経路における温度勾配が大きくなり、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して効率良く除去される。
【００４４】
定常運転状態から急な加速あるいは急な停止が行われると、半導体素子１２からの発熱が急増し、１秒以下の短時間で定格の３〜５倍もの損失熱量が発生する。この非定常時の高発熱に対しては、ヒートシンク１５による強制冷却だけでは対処できない。しかし、半導体素子１２にはヒートマス１７が半田付けされているため、ヒートシンク１５で除去できない熱がヒートマス１７に一時的に吸収される。そして、定常運転状態に戻ると、ヒートマス１７の熱が半導体素子１２及び絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１５へ伝導され、ヒートマス１７は元の状態に戻る。
【００４５】
次にヒートマス１７の具体的な作用をシミュレーションの結果と共により詳細に説明する。半導体素子１２の温度（以下、適宜単に素子温度と記載する。）が６５℃（３３８．１５Ｋ）で定常動作（継続的に半導体素子１２が発熱し、かつヒートシンク１５により冷却されている状態）から、半導体素子１２が最大発熱した場合の素子温度と、半導体素子１２から見た熱抵抗の変化を求めた。この熱抵抗は半導体素子１２からヒートマス１７と半導体素子１２からヒートシンク１５への両伝熱のし易さの和を示す。この熱抵抗が低いほど半導体素子１２が冷え易いといった指標になる。
【００４６】
同じ熱容量のヒートマス１７を、材質をＡｌ（アルミニウム）とＣｕ（銅）に変えてシミュレーションを行った。図４及び図５に半導体素子１２の熱抵抗の時間変化を示す。なお、図５は図４の部分拡大図である。図４及び図５において、二点鎖線はヒートマス１７が無い状態、破線（点線）はアルミニウム製のヒートマス１７を使用した場合、実線は銅製のヒートマス１７を使用した場合を示す。図４及び図５から、最大発熱開始から所定時間の間、熱抵抗が所望値より低く収まっていれば、必要な能力のヒートマス１７になっているといえる。Ｃｕに比べて熱伝導率の悪いＡｌ製のヒートマス１７を使用した場合、当初は半導体素子１２の熱抵抗の上昇が大きく、即ち昇温は急になるが、熱伝導率の良いＣｕ製のヒートマス１７の方が熱飽和に早く近づくため、途中でＣｕ製のヒートマス１７を使用した場合の方が、熱抵抗が大きくなる。このことから、ヒートマス１７を形成する材質の選択によって熱抵抗を所望の値に設定可能となる。
【００４７】
ヒートマス１７作用を示すシミュレーションとして、過渡状態発生から所定時間（０．５秒）経過後の素子温度を、ヒートマス１７の厚さを、例えば、６ｍｍと１２ｍｍに変更して行った。結果を図６に示す。図６から、ヒートマス１７の厚さが異なると、即ちヒートマス１７の熱容量が異なると、半導体素子１２の温度上昇の度合いが異なり、厚さが薄い方が、即ち熱容量が小さい方が温度上昇の度合いが大きいと言える。したがって、熱容量によって半導体素子１２の温度上昇の度合いを調整できることが裏付けられる。
【００４８】
したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）半導体装置１０は、絶縁回路基板１１上に設けられた半導体素子１２と、半導体素子１２で発生した熱が伝導される強制冷却式の冷却器であるヒートシンク１５と、半導体素子１２上に半導体素子１２と熱的に結合して半田で接合されているヒートマス１７とを備えている。そして、ヒートマス１７が半導体素子１２の電極を兼ねている。したがって、過負荷等によって半導体素子１２から定常発熱状態より大きな熱が発生した場合は、半導体素子１２で発生した熱の一部はヒートマス１７に一時的に吸収されるため、ヒートシンク１５による冷却能力が不足しても半導体素子１２が過熱状態になることは抑制される。また、ヒートマス１７が電極を兼ねているため、半導体素子１２の上面にヒートマス１７が接合されても、ワイヤあるいはリードを半導体素子１２の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない。
【００４９】
（２）半導体素子１２は絶縁基板としての絶縁回路基板１１上に設けられ、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して冷却器（ヒートシンク１５）に伝導される。したがって、半導体素子１２と冷却器とを電気的に絶縁した状態で接合でき、半導体素子１２と冷却器内を流れる冷却媒体との電気的な絶縁を確保できるため、冷却媒体として導電性の液体、例えば水やＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）を使うことが可能である。
【００５０】
（３）ヒートマス１７は、半導体素子１２から定常発熱状態より大きな熱が短時間で発生した場合に、ヒートシンク１５による冷却が不足する分を吸収可能な熱容量となるように形成されている。したがって、半導体素子１２が過熱状態になるのをより抑制することができる。
【００５１】
（４）ヒートマス１７は、半導体素子１２の上面に、上面より小さな大きさの脚部１７ｂを介して半田付けされるとともに、半導体素子１２の上面より大きな面積の本体１７ａから構成されている。したがって、本体１７ａと脚部１７ｂとが同じ面積の構成に比較して、半導体素子１２で発生した熱を効率良く吸収することができる。
【００５２】
（５）ヒートマス１７の材質は、半導体素子１２とヒートマス１７とを接合する半田より高融点の金属である。ヒートマス１７は電極として使用できる導電性を有する必要があるが、金属の場合は導電性が非金属より高く、熱伝導率も非金属より高いものが多いため電極として好適なものを容易に得ることができる。また、ヒートマス１７を形成する際の加工が容易になる。
【００５３】
（６）ヒートマス１７の熱容量は、半導体素子１２から冷却器（ヒートシンク１５）への伝熱経路の熱容量より大きく設定されている。半導体素子１２が発生させる過渡的な熱を受けるための熱容量を半導体素子１２に熱的に結合させる必要があるが、ヒートマス１７の熱容量を前記伝熱経路の熱容量より大きく設定すると、過渡的な熱をヒートマス１７が効果的に吸収できるとともに、半導体素子１２から冷却器に至る定常的な伝熱経路の熱抵抗が低い構成を実現できる。
【００５４】
（７）半導体装置１０は車載用の半導体装置である。車両の走行用モータの駆動装置に半導体装置を用いた場合、走行状態により電流が一時的に急増して半導体装置が過渡的な過負荷状態になる場合があるが、半導体素子１２に発生した熱の一部はヒートマス１７に吸収されるため、半導体素子１２が過熱状態になることは抑制される。
【００５５】
（８）半導体装置１０の製造方法の一工程である半導体素子１２上にヒートマス１７を半田付けする際、半導体素子１２上に半田（シート半田２７）を介してヒートマス１７を載置し、ヒートマス１７を高周波誘導加熱で加熱するとともにその熱でシート半田２７を溶融させてヒートマス１７と半導体素子１２とを接合する。したがって、シート半田２７に対して効率良く熱を伝えることができ、誘導加熱ではなく電気ヒータでシート半田２７の周囲を加熱する場合に比べて、半導体素子１２を金属回路１３に接合している半田Ｈを溶融させずに、効率良くシート半田２７を加熱溶融させることができる。
【００５６】
（９）半田が溶融した際、半田の上に載置されているものが軽いと半田の表面張力により持ち上げられて半田の厚さが均一にならない場合があるが、ヒートマス１７が錘の役割も兼ねるため、ヒートマス１７は半田Ｈが均一な厚さで半田付けされる。
【００５７】
（１０）高周波加熱コイル２６が蓋体２０に装備されるとともに、蓋体２０が閉じた状態において、高周波加熱コイル２６がヒートマス１７と対向する状態に配置されるように構成されている。したがって、ヒートマス１７を効率良く加熱することができるとともに、高周波加熱コイル２６を半導体素子１２上にシート半田２７及びヒートマス１７を順次配置する作業に支障を来さない退避位置と、ヒートマス１７の加熱に適した加熱位置との間で移動させる構成が簡単になる。
【００５８】
（１１）ヒートシンク１５を強制冷却する冷却媒体として水が使用される。したがって、半導体装置１０が車両に装備された場合、車両にはエンジン等の冷却に使用する冷却媒体循環路が設けられているため、冷媒流路１５ａをパイプを介して冷却媒体循環路に連通させれば、半導体装置１０専用の冷却媒体循環用ポンプ等を必ずしも設ける必要がない。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図７にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、ヒートマス１７の構成が異なりその他の構成は第１の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００６０】
ヒートマス１７は複数の導電性の脚部１７ｃを備え、複数の脚部１７ｃを介して接合面が複数の領域に分割されて半導体素子１２に半田Ｈで接合されている。熱衝撃試験で半田Ｈにクラックが発生するのを抑制するには、１つの脚部１７ｃと半導体素子１２との接合部は、縦・横それぞれ２ｍｍ以下が好ましく、また、脚部１７ｃの高さ（長さ）は１．０ｍｍ以上が好ましい。
【００６１】
半導体素子１２及びヒートマス１７の熱膨張率を比較すると、ヒートマス１７の熱膨張率が大きい。そのため、ヒートマス１７が半導体素子１２と対向する面全体で半導体素子１２に半田Ｈで接合された場合は、半導体素子１２が発熱した場合、ヒートマス１７及び半導体素子１２の熱膨張の差に起因して、ヒートマス１７と半導体素子１２との間に介在する半田Ｈに作用する応力が大きくなる。しかし、ヒートマス１７は、半導体素子１２に複数の導電性の脚部１７ｃを介して半田Ｈで接合されているため、半田Ｈに作用する応力が複数の脚部１７ｃで緩和される。
【００６２】
したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（３），（５）〜（１１）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
（１２）ヒートマス１７は複数の導電性の脚部１７ｃを備え、複数の脚部１７ｃを介して半導体素子１２に半田Ｈで接合されている。したがって、半導体素子１２が発熱した場合に、ヒートマス１７及び半導体素子１２の熱膨張の差に起因して、半田Ｈに作用する応力が複数の脚部１７ｃで緩和される。
【００６３】
（１３）ヒートマス１７と半導体素子１２とは複数の脚部１７ｃを介して接合面が複数の領域に分割されて接合されるため、ヒートマス１７と半導体素子１２とに生じる熱応力が緩和される。特に、１つの脚部１７ｃと半導体素子１２との接合部は、縦・横それぞれ２ｍｍ以下、かつ脚部１７ｃの高さ（長さ）が１．０ｍｍ以上に形成されているため、半田Ｈに作用する前記応力がより緩和され、熱衝撃試験において、半田接合部の信頼性が向上し、半田クラックの発生が抑えられる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図８（ａ），（ｂ）にしたがって説明する。なお、第３の実施形態は、ヒートマス１７の構成が異なりその他の構成は第１の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００６５】
図８（ａ）に示すように、ヒートマス１７の本体１７ａの半導体素子１２と対向する面には、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと、半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さ分、接合面１７ｅより突出するように支持突部１７ｄが形成されている。即ち、ヒートマス１７に脚部１７ｂは設けられていない。支持突部１７ｄの接合面１７ｅからの突出長さは、ヒートマス１７を半導体素子１２に良好に接合するために必要な半田Ｈの適切な厚さと同じに設定されている。
【００６６】
図８（ｂ）に示すように、支持突部１７ｄは、直方体状の本体１７ａの接合面１７ｅ側の四隅に１つずつ、合計４個設けられている。したがって、ヒートマス１７の重心は、ヒートマス１７が半導体素子１２の上に載置された状態において、４つの支持突部１７ｄ（支持点）を結ぶ仮想多角形の内側に位置している。
【００６７】
この実施形態のヒートマス１７を半導体素子１２上に半田付けする場合は、第１の実施形態と異なり、絶縁回路基板１１に対する半導体素子１２の半田付けと、半導体素子１２に対するヒートマス１７の半田付けとが同時に行われる。具体的には、半田付け装置ＨＫの支持台２１上にヒートシンク１５を位置決め配置した後、絶縁回路基板１１の金属回路１３上に、シート半田２７及び半導体素子１２を順に配置し、さらに半導体素子１２上にシート半田２７及びヒートマス１７を載置する。ヒートマス１７は、支持突部１７ｄがシート半田２７の上に位置する状態で載置される。
【００６８】
そして、蓋体２０を閉じた後、第１の実施形態と同様にして、容器１８内を還元雰囲気にして、高周波加熱コイル２６に高周波電流を流してヒートマス１７を加熱する。そして、ヒートマス１７で発生した熱によりヒートマス１７と半導体素子１２との間のシート半田２７が溶融される。また、熱は半導体素子１２を介して半導体素子１２と金属回路１３との間に配置されたシート半田２７を加熱して溶融させる。
【００６９】
シート半田２７が溶融した際、半田はその表面張力によってヒートマス１７を持ち上げるように作用する。ヒートマス１７は、その重量が溶融状態の半田の表面張力によって持ち上げられない値に設定されているため、支持突部１７ｄが半導体素子１２の上面に当接した状態に保持される。そして、溶融した半田が溶融温度未満に冷却されて凝固すると、半田は支持突部１７ｄの接合面１７ｅからの突出長さに等しい厚さで、半導体素子１２の上面とヒートマス１７の接合面１７ｅとの間で凝固してヒートマス１７を半導体素子１２に接合する。
【００７０】
したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（３），（５）〜（１１）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
（１４）ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面には、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さ分、接合面１７ｅより突出するように形成された支持突部１７ｄが、ヒートマス１７の重心が支持突部１７ｄを結ぶ仮想多角形（四角形）の内側に位置するように設けられている。したがって、半導体装置１０の製造工程においてヒートマス１７を半導体素子１２に半田付けで接合する際、支持突部１７ｄの作用により、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと、半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さが予め設定された厚さで接合され、良好な半田付け接合部が形成される。
【００７１】
（１５）支持突部１７ｄはヒートマス１７の四隅に設けられている。したがって、半導体装置１０の製造工程において、容易にヒートマス１７の接合面１７ｅ全体が半導体素子１２と一定の間隔で半田を介して良好に接合される。
【００７２】
（１６）絶縁回路基板１１に半導体素子１２を半田付けした後に、半導体素子１２とヒートマス１７とを半田付けする場合は、絶縁回路基板１１と半導体素子１２との半田付けに使用する半田Ｈ１の融点が、半導体素子１２とヒートマス１７との半田付けに使用する半田Ｈ２の融点より高い半田を使用する必要がある。なぜならば、半田Ｈ１の融点が半田Ｈ２の融点より低いと、半導体素子１２とヒートマス１７との半田付けの際に、半田Ｈ１が溶けてしまうという問題が生じる。しかし、この実施形態では、両方の半田付けを同時に行うため、同じ半田を使用することができ、半田の管理が煩雑にならない。また、半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付けと、ヒートマス１７の半導体素子１２への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行うため、半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付け工程及びヒートマス１７の半導体素子１２への半田付け工程で要する合計時間を短縮することができる。
【００７３】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  第２の実施形態のように、ヒートマス１７に複数の脚部１７ｃを設けて、半田Ｈに作用する応力を緩和させる構成において、図９（ａ）に示すように、脚部１７ｃを基端側ほど太くなる構成としてもよい。
【００７４】
○  第１の実施形態において、ヒートマス１７は、全体が単一材料で均一に形成される構成に限らず、半導体素子１２と半田付けされる端部寄りの部分（以下、底面側部と称す。）が低膨張率となる構成にしてもよい。例えば、図９（ｂ）に示すように、ヒートマス１７の底面側部２８を銅やアルミニウムに比較して熱膨張率が半導体素子に近い材料、例えばインバー（Ｉｎｖａｒ）で形成してもよい。インバーとは、Ｎｉ（ニッケル）が３６重量％で残りが実質的にＦｅ（鉄）の合金である。また、図９（ｃ）に示すように、ヒートマス１７の底面側部２８を銅やアルミニウム等の導電性の良い金属にセラミックスが分散された構成としてもよい。図９（ｄ）に示す構成では、ヒートマス１７の底面側部２８を複数の孔２８ａを有するセラミックス板で形成するとともに、孔２８ａ内がヒートマス１７を構成する金属で満たされ、かつ底面側部２８の底面に金属膜２９が形成されている。また、図９（ｅ），（ｆ）に示すように、底面側部２８を銅とインバーの金属複合材３０で形成するとともにその他の部分を銅で形成してもよい。金属複合材３０は、エキスパンドメタル３１と、エキスパンドメタル３１を囲繞するマトリックス金属３２の銅とで構成され、インバーで形成されたエキスパンドメタル３１を銅板の間に挟んだ状態で圧延・接合することにより形成される。図９（ｂ）〜（ｆ）の底面側部２８を備えたヒートマス１７を使用した場合、第１の実施形態のヒートマス１７を使用した場合に比較してヒートマス１７と半導体素子１２との間の半田Ｈに作用する応力が緩和される。
【００７５】
○  図９（ｂ）〜（ｆ）では、脚部１７ｂが存在しない構成のヒートマス１７のみ図示しているが、第１の実施形態のように脚部１７ｂを備えた構成とし、底面側部２８を脚部１７ｂとしてもよい。また、第２の実施形態のように複数の脚部１７ｃを備えたヒートマス１７においても、図９（ｂ）〜（ｆ）に示すような底面側部２８の熱膨張率が低い構成を採用してもよい。
【００７６】
○  複数の半導体素子に対して一つのヒートマスを接合してもよい。この場合、ヒートマスが半導体素子間の導電接続を兼ねる。また特に、例えばインバータのトランジスタと逆並列に接続したダイオードのように、各半導体素子において発熱が急増するタイミングが互いに異なる場合、一つの半導体素子１２に一つのヒートマス１７を接合した構成に比べて、より大きな熱容量のヒートマスを接合した構成と同等の効果が得られる。
【００７７】
○  一つの半導体素子１２に複数のヒートマス１７を接合してもよい。この場合、ヒートマス１７を分割することにより熱応力が緩和される。
○  第３の実施形態のように、ヒートマス１７の本体１７ａの半導体素子１２と対向する面に、支持突部１７ｄを設ける場合、支持突部１７ｄはヒートマス１７の四隅に設けられる構成に限らない。例えば、図１０（ａ）に示すように、ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面のヒートマス１７の長手方向両端部に線状の支持突部１７ｄを一対設けてもよい。
【００７８】
○  支持突部１７ｄは、ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面に、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さ分、接合面１７ｅより突出するように形成されていればよく、複数の脚部１７ｃを備え、脚部１７ｃの先端が接合面１７ｅを構成するヒートマス１７に適用しても良い。例えば、図１０（ｂ）に示すように、ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面に、四角柱状の脚部１７ｃを複数列設けるとともに、ヒートマス１７の四隅部に支持突部１７ｄをそれぞれ設けても良い。また、図１０（ｃ）に示すように、ヒートマス１７の長手方向と直交する方向に延びる複数の脚部１７ｃを設け、ヒートマス１７の長手方向両端に位置する脚部１７ｃの接合面１７ｅの両端に支持突部１７ｄを形成しても良い。これらの場合も、半導体装置１０の製造工程においてヒートマス１７を半導体素子１２に半田付けで接合する際、支持突部１７ｄの作用により、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと、半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さが予め設定された厚さで接合され、良好な半田付け接合部が形成される。
【００７９】
○  支持突部１７ｄの位置は、ヒートマス１７の四隅に限らず、ヒートマス１７の重心が支持突部１７ｄに含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置するように設けられていればよい。「ヒートマス１７の重心が支持突部１７ｄに含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置する」とは、支持突部１７ｄが３箇所に点状に設けられている場合は、その３箇所（３点）を結ぶ仮想三角形の内側に位置することを意味する。また、支持突部が４箇所以上に点状に設けられている場合は、そのうちの少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に位置することを意味する。例えば、図１１（ａ）に示すように、支持突部１７ｄが５箇所に点状に設けられており、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃの３箇所の支持突部１７ｄを結ぶ三角形の外側に位置する場合でも、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５箇所あるいはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５箇所の内の４箇所の支持突部１７ｄを結ぶ多角形の内側に位置すればよい。また、図１１（ｂ）に示すように、支持突部１７ｄが４箇所に点状に設けられており、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４箇所の支持突部１７ｄを結ぶ多角形の外側に位置する場合でも、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃの３箇所の支持突部１７ｄを結ぶ三角形の内側に位置すればよい。さらに、図１１（ｃ）に示すように、支持突部１７ｄが点状と線状に形成されている場合又は図１０（ａ）に示すように線状に形成された支持突部１７ｄのみの場合は、点状の支持突部１７ｄと線状の支持突部１７ｄの少なくとも３箇所あるいは線状の支持突部１７ｄの少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に、重心Ｇが位置すればよい。
【００８０】
○  図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体素子１２のチップサイズに拘わらず、ソースあるいはエミッタのパッド３３の幅Ｗｐがある上限値を超えないようなレイアウトにしてもよい。この場合、ゲート配線のインピーダンスを抑制することができる。
【００８１】
○  第１の実施形態において、第３の実施形態のように半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付けと、ヒートマス１７の半導体素子１２への半田付けとを高周波誘導加熱により同時におこなってもよい。また、第３の実施形態において、第１の実施形態のように既に絶縁回路基板１１に半田付けされている半導体素子１２の上にヒートマス１７を半田付けしてもよい。
【００８２】
○  半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付けと、ヒートマス１７の半導体素子１２への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行う場合、半導体素子１２と絶縁回路基板１１とを接合する半田の溶融温度が、ヒートマス１７と半導体素子１２とを接合する半田の溶融温度より低いものを使用してもよい。半導体素子１２の半田付け及びヒートマス１７の半田付けを一度の工程で行う場合、ヒートマス１７の加熱により、ヒートマス１７と半導体素子１２との間に介在する半田及び半導体素子１２と絶縁回路基板１１との間に介在する半田の両者を溶融させる必要があるため、ヒートマス１７の熱が伝導され易い前者の半田の溶融温度が高い方が好ましい。
【００８３】
○  ヒートシンク１５は強制冷却式の冷却器であればよく、ヒートシンク１５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。
【００８４】
○  半導体装置１０は、半導体素子１２で発生した熱がヒートシンク１５に対して電気的絶縁状態で伝導される構成に限定されるものではなく、ヒートシンク１５に流れる冷却媒体が導電性の媒体ではなく例えば空気であれば、半導体素子１２とヒートシンク１５との間が導電可能な状態であってもよい。なお、冷却媒体の配管の一部が絶縁性の性質、例えば樹脂製であるのが好ましい。また、基板を介さずに半導体素子１２とヒートシンク１５とを直接半田付けしてもよい。
【００８５】
○  ヒートシンク１５即ち強制冷却式の冷却器の配置位置は、半導体素子１２で発生した熱が基板を介して伝導される位置であればよく、半導体素子１２の下方に配置される構成に限らず、例えば、半導体素子１２の側方に配置されてもよい。
【００８６】
○  銅製あるいはアルミニウム製のヒートマス１７の中に強磁性体の部分を含むようにしてもよい。例えば、鉄製あるいはニッケル製の板やバーを設ける。この場合、誘導加熱によりヒートマス１７が加熱され易くなる。
【００８７】
○  絶縁回路基板１１上に金属回路１３が１個形成される構成に限らず、金属回路１３が複数形成されるとともに、各金属回路１３上に半導体素子１２がそれぞれ接合された構成としてもよい。
【００８８】
○  半田付けに使用する半田はシート半田２７に限らず、半田ペーストを使用してもよい。そして、半導体素子１２の上面に塗布された半田ペーストの上にヒートマス１７を配置した状態で誘導加熱を行うようにしてもよい。
【００８９】
○  溶融した半田の表面張力に対してヒートマス１７の重量が不足する場合、ヒートマス１７の上にさらに錘を載置して半田付けを行なってもよい。
○  蓋体２０は、本体１９に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。
【００９０】
○  高周波加熱コイル２６を容器１８の外側において蓋体２０の上方に配置する構成としてもよい。この場合、蓋体２０は、少なくとも高周波加熱コイル２６と対向する部位が電気的絶縁材で形成されているのが好ましい。また、蓋体２０全体を同じ電気的絶縁材で形成してもよい。
【００９１】
○  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。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスは少なくとも一部に強磁性体の部分を含むように形成されている。
【００９２】
（２）請求項１〜請求項１２及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスは、半導体素子から定常発熱状態より大きな熱が短時間で発生した場合に、前記強制式冷却器による冷却が不足する分を吸収可能な熱容量となるように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の模式図。
【図２】半田付け装置の概略縦断面図。
【図３】半導体素子からヒートシンクへの伝熱経路を示す模式図。
【図４】半導体素子の熱抵抗変化を示すシミュレーション結果の線図。
【図５】図４の部分拡大図。
【図６】半導体素子の温度上昇度合い対するヒートマスの厚さの影響を示すグラフ。
【図７】第２の実施形態における半導体装置の概略斜視図。
【図８】（ａ）は第３の実施形態における半導体装置の模式図、（ｂ）はヒートマスの斜視図。
【図９】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれヒートマスの別の実施形態を示す模式図、（ｆ）は金属複合材の断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は別の実施形態におけるヒートマスの斜視図。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は別の実施形態における支持突部の位置を示すヒートマスの模式図。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は別の実施形態における半導体素子の模式平面図。
【図１３】（ａ）は従来技術の概略図、（ｂ）は別の従来技術の断面図。
【符号の説明】
【００９４】
Ｇ…重心、Ｈ…半田、１０…半導体装置、１１…基板としての絶縁回路基板、１２…半導体素子、１５…冷却器としてのヒートシンク、１７…ヒートマス、１７ｂ，１７ｃ…脚部、１７ｄ…支持突部、１７ｅ…接合面、２７…半田としてのシート半田。
【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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