(57)【要約】【課題】複数の導体層や絶縁層をロウ材等で接合していた従来の半導体装置部材に比較して、部材の構造及び製造工程を簡略化する。【解決手段】半導体装置１０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材１２が配置されたものである。半導体装置部材１２は、半導体素子２で発生した熱を拡散しながら放熱体４に伝達するものである。この半導体装置部材１２は、半導体素子２がロウ付け等によって固定された第１の熱伝導性導体層１４と、この第１の熱伝導性導体層１４の放熱体４側に配置される絶縁性及び熱伝導性を有する第１の無機系接合層１６とを備えている。半導体装置部材１２によれば、第１の無機系接合層１６を備えることで、第１の熱伝導性導体層１４と放熱体４との間の絶縁性を容易に確保すると共に、第１の熱伝導性導体層１４と放熱体４とを接合することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体に対して固定するための半導体装置部材であって、
前記半導体素子をロウ付け又ははんだ付けによって固定可能である第１の熱伝導性導体層と、
該第１の熱伝導性導体層の前記放熱体側に配置される絶縁性及び熱伝導性を有する第１の無機系接合層と、
を備える半導体装置部材。
【請求項２】
さらに、電気伝導性及び熱伝導性を有する第２の無機系接合層を備える、請求項１に記載の半導体装置部材。
【請求項３】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ熱硬化性の未硬化層又は硬化層である、請求項１又は２に記載の半導体装置部材。
【請求項４】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ１液性若しくは混合硬化性のセラミックス接着剤の未硬化層又は硬化層である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項５】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ６００℃以下で硬化する材料の未硬化層又は硬化層である、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項６】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ４００℃以下で硬化する材料の未硬化層又は硬化層である、請求項５に記載の半導体装置部材。
【請求項７】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ１００℃以下で硬化する材料の未硬化層又は硬化層である、請求項６に記載の半導体装置部材。
【請求項８】
前記第１の無機系接合層は、１×１０9Ω・ｃｍ以上の絶縁性を備える、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項９】
前記第１の無機系接合層は、マトリックス中に絶縁性熱伝導性粒子を有し、前記第２の無機系接合層は、マトリックス中に電気伝導性熱伝導性粒子を有している、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１０】
前記第１の無機系接合層は、絶縁性マトリックスに絶縁性の熱伝導性粒子を有する層である、請求項９に記載の半導体装置部材。
【請求項１１】
前記絶縁性熱伝導性粒子は、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ダイヤモンド及び炭化ケイ素から選択される１種又は２種以上である、請求項９又は１０に記載の半導体装置部材。
【請求項１２】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１３】
前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ２×１０-6／℃以上１７×１０-6／℃以下の熱膨張係数を備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１４】
前記第１の無機系接合層として、層厚、組成、熱膨張係数、絶縁性及び熱伝導性から選択される１種又は２種以上が相違する２種以上の層を備える、請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１５】
前記第１の無機系接合層は、１種又は２種以上の無機系接合層の重層体を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１６】
前記第１の無機系接合層は、セラマボンド５７１、セラマボンド６９０及びセラマボンド８６５（いずれも、アレムコ（ＡＲＥＭＣＯ）社製である。）から選択されるいずれかのセラミックス接着剤の未硬化層又は硬化層である、請求項１〜１５のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１７】
前記第１の熱伝導性導体層は、半導体素子のロウ付け又はワイヤボンディングが可能なＮｉ等の導体表層を備える銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層である、請求項１〜１６のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１８】
前記第１の無機系接合層の前記半導体素子側には熱伝導性熱応力緩和層を備える、請求項１〜１７のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項１９】
前記熱伝導性熱応力緩和層は、カーボン又はＳｉＣを母材に銅又はＡｌ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｂ及びＭｎからなる群より選択される１種又は２種以上を添加元素とする銅合金が含浸された複合材料で構成される、請求項１８に記載の半導体装置部材。
【請求項２０】
前記熱伝導性熱応力緩和層は、前記第１の熱伝導性導体層をメッキなどによる皮膜として備える、請求項１８又は１９に記載の半導体装置部材。
【請求項２１】
前記第１の無機系接合層の前記放熱体側には銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる第２の熱伝導性導体層を備える、請求項１〜２０のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項２２】
前記第１の熱伝導性導体層と前記第２の熱伝導性導体層との間には、前記第１の無機系接合層及び／又は前記第２の無機系接合層で接合された絶縁層を備える、請求項１〜２１のいずれかに記載の半導体装置部材。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載され一体化された半導体装置部材と、半導体素子と、放熱体とを備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置部材及び半導体装置に関し、特に、発熱体である半導体素子の熱を冷却フィンや冷却ジャケットなどの放熱体に熱伝導させるための半導体装置部材及びそれを利用した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置部材としては、半導体素子と放熱体との間に熱応力を緩和する中間層を設けたものが提案されている。例えば特許文献１では、半導体素子から放熱体に向かって、第１の金属板、中間層、第２の金属板、絶縁体、第３の金属板がこの順に積層されたものが提案されている。第１の金属板は、半導体素子とはんだやロウ材などの接合材によって接合されると共に、中間層とも接合材によって接合されている。また、第２の金属板は、中間層と接合材によって接合されると共に、絶縁体とも接合材によって接合されている。第３の金属板は、絶縁体と接合材によって接合されている。
【特許文献１】特開２００５−５３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、こうした半導体装置部材では、複数の金属板（導体層）や絶縁体などを接合しているため、部材の構造が複雑であるうえ製造工程が煩雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、複数の導体層や絶縁層をロウ材等で接合していた従来の半導体装置部材に比較して、部材の構造及び製造工程を簡略化することのできる半導体装置部材を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の半導体装置部材は、
半導体素子を冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体に対して固定するための半導体装置部材であって、
前記半導体素子をロウ付け又ははんだ付けによって固定可能である第１の熱伝導性導体層（例えば、メッキ等によるＮｉなどの導体皮膜を有する銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層、あるいは導体皮膜を有する熱応力緩和層などが挙げられる。）と、
該第１の熱伝導性導体層の前記放熱体側に配置される絶縁性及び熱伝導性を有する第１の無機系接合層と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明の半導体装置部材によれば、絶縁性及び熱伝導性を有する第１の無機系接合層を備えることで、前記導体層と前記放熱体との間の絶縁性を容易に確保することができるとともに、同時に半導体装置部材を構成する導体層と他の層とを接合することができる。このため、複数の導体層や絶縁層をロウ材等で接合していた従来の半導体装置部材に比較して、部材の構造及び製造工程を簡略化することができる。なお、第１の無機系接合層は、無機系であるがゆえに耐熱性を容易に確保することができる。
【０００８】
本発明の半導体装置部材は、さらに、電気伝導性及び熱伝導性を有する第２の無機系接合層を備えていてもよい。このような第２の無機系接合層を備えることにより、半導体装置を構成する各種層をロウ材等によらなくても接合することができる。なお、第２の無機系接合層は、無機系であるがゆえに耐熱性を容易に確保することができる。第２の無機系接合層に第１の無機系接合層と放熱板の中間の熱膨張率の材料を使用することにより、熱応力が緩和され、第１の無機系接合層が破壊しづらくなる。
【０００９】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ熱硬化性の未硬化層又は硬化層であってもよい。こうすることにより、ロウ材等を使用した場合の接合温度よりも低い温度で半導体装置部材を構成する層を接合することができる。この結果、従来のロウ付け等による接合時の破壊を回避することができる。なお、導体層としてアルミニウムなどの耐熱性が比較的低い金属材料や層厚を薄くした銅板を使用することが可能となるほか、絶縁層としてより強度の低い絶縁層を使用することも可能となる。
【００１０】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ１液性若しくは混合硬化性（複数の材料を混合することにより硬化する材料）のセラミックス接着剤（セラミックスペーストを含む）の未硬化層又は硬化層であってもよい。
【００１１】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ６００℃以下、好ましくは４００℃以下、より好ましくは２００℃以下、更に好ましくは１００℃以下（特に好ましくは常温（２０℃〜４０℃））で硬化する材料の未硬化層又は硬化層であってもよい。
【００１２】
なお、本発明の半導体装置部材は、無機系接合層として、第１の無機系接合層のみを備えていてもよいし、第１及び第２の無機系接合層を備えていてもよい。また、これらの接合層のほかにはんだ付け等による接合層を備えることもできるが、はんだ付け等による接合温度は好ましくは６００℃以下、より好ましくは４００℃以下である。また、無機系接合層は未硬化層であってもよいため、例えばセラミックスペーストを塗布し乾燥後の未硬化の状態であってもよい。また、無機系接合層は、テープ体として供給されるものであってもよい。
【００１３】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層は、１×１０6Ω・ｃｍ以上（好ましくは１×１０9Ω・ｃｍ以上）の絶縁性を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層は、マトリックス中に絶縁性熱伝導性粒子を有し、前記第２の無機系接合層は、マトリックス中に電気伝導性熱伝導性粒子を有していてもよい。ここで、前記第１の無機系接合層は、絶縁性マトリックスに絶縁性の熱伝導性粒子を有する層であってもよい。また、前記絶縁性熱伝導性粒子は、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ダイヤモンド及び炭化ケイ素から選択される１種又は２種以上であってもよい。なお、第１の無機系接合層と第２の無機系接合層とは、それぞれ異なるマトリックスと異なる熱伝導性粒子を含むことができる。
【００１５】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ１０Ｗ／ｍＫ以上（好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上）の熱伝導率を備えていてもよい。
【００１６】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層及び前記第２の無機系接合層は、それぞれ２×１０-6／℃以上１７×１０-6／℃以下（好ましくは４×１０-6／℃以上）の熱膨張係数を備えていてもよい。
【００１７】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層として、層厚、組成、熱膨張係数、絶縁性及び熱伝導性から選択される１種又は２種以上が相違する２種以上の層を備えていてもよい。
【００１８】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層は、１種又は２種以上の無機系接合層の重層体を含んでいてもよい。
【００１９】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層は、セラマボンド５７１、セラマボンド６９０及びセラマボンド８６５（いずれも、アレムコ（ＡＲＥＭＣＯ）社製である。）から選択されるいずれかのセラミックス接着剤の未硬化層又は硬化層であってもよい。あるいは、前記第１の無機系接合層は、アロンセラミック（東亞合成化学（株）製）等の未硬化層又は硬化層であってもよい。なお、セラマボンド５７１，６９０，８６５の特性を表１に示す。
【表１】
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【００２０】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の熱伝導性導体層は、半導体素子のロウ付け又はワイヤボンディングが可能なＮｉ等の導体表層を備える銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層であってもよい。
【００２１】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層の前記半導体素子側には熱伝導性熱応力緩和層を備えていてもよい。ここで、前記熱伝導性熱応力緩和層は、カーボン又はＳｉＣを母材に銅又はＡｌ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｂ及びＭｎからなる群より選択される１種又は２種以上（好ましくはＢを含む）を添加元素とする銅合金が含浸された複合材料で構成されていてもよい。また、前記熱伝導性熱応力緩和層は、前記第１の熱伝導性導体層をメッキなどによる皮膜として備えていてもよい。
【００２２】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の無機系接合層の前記放熱体側には銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる第２の熱伝導性導体層を備えていてもよい。
【００２３】
本発明の半導体装置部材において、前記第１の熱伝導性導体層と前記第２の熱伝導性導体層との間には、前記第１の無機系接合層及び／又は前記第２の無機系接合層で接合された窒化ケイ素や窒化アルミニウムなどの絶縁層を備えていてもよい。絶縁層は熱伝導性を有していてもよい。
【００２４】
本発明の半導体装置は、上述したいずれかの半導体装置部材と、半導体素子と、放熱体とを備えることを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、実施例１の半導体装置１０の断面図である。半導体装置１０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材１２が配置されたものである。半導体装置部材１２は、半導体素子２で発生した熱を拡散しながら放熱体４に伝達するものである。この半導体装置部材１２は、半導体素子２がロウ付け又ははんだ付けによって固定された第１の熱伝導性導体層１４と、この第１の熱伝導性導体層１４の放熱体４側に配置される絶縁性及び熱伝導性を有する第１の無機系接合層１６とを備えている。
【００２７】
第１の熱伝導性導体層１４は、ここでは、メッキ等によるＮｉなどの導体皮膜を有する銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層とした。Ｎｉなどの導体皮膜の存在により、半導体素子２をロウ付け又はワイヤボンディングで接合することが可能となる。
【００２８】
第１の無機系接合層１６は、６００℃以下（好ましくは４００℃以下、より好ましくは２００℃以下、更に好ましくは１００℃以下（例えば常温（２０℃〜４０℃）））で熱硬化する材料の未硬化層又は硬化層であり、詳しくは、１液性又は混合硬化性のセラミックス接着剤の未硬化層又は硬化層である。なお、混合硬化性の材料とは、複数の材料を混合することにより硬化する材料のことをいう。また、セラミックス接着剤には、セラミックスペーストも含まれる。この第１の無機系接合層１６は、１×１０6Ω・ｃｍ以上（好ましくは１×１０9Ω・ｃｍ以上）の絶縁性を備えると共に、１０Ｗ／ｍＫ以上（好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上）の熱伝導率と２×１０-6／℃以上１７×１０-6／℃以下（好ましくは４×１０-6／℃以上）の熱膨張係数を備える。また、第１の無機系接合層１６は、絶縁性のマトリックス中に、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ダイヤモンド及び炭化ケイ素から選択される１種又は２種以上である絶縁性熱伝導性粒子を有するものである。第１の無機系接合層１６は、ここではセラマボンド５７１、セラマボンド６９０及びセラマボンド８６５（いずれも、アレムコ（ＡＲＥＭＣＯ）社製である。）から選択されるいずれかのセラミックス接着剤の均質な未硬化層又は硬化層として構成されている。
【００２９】
以上説明した本実施例の半導体装置部材１２によれば、絶縁性及び熱伝導性を有する第１の無機系接合層１６を備えることで、第１の熱伝導性導体層１４と放熱体４との間の絶縁性を容易に確保することができるとともに、第１の熱伝導性導体層１４と放熱体４とを接合することができる。このため、複数の導体層や絶縁層をロウ材等で接合していた従来の半導体装置部材に比較して、部材の構造及び製造工程を簡略化することができる。なお、第１の無機系接合層１６は、無機系であるがゆえに耐熱性を容易に確保することができる。また、第１の無機系接合層１６は熱硬化性の未硬化層又は硬化層であるため、ロウ材等を使用した場合の接合温度よりも低い温度で半導体装置部材１２を構成する層を接合することができる。この結果、従来のロウ付け等による接合時の破壊を回避することができる。
【実施例２】
【００３０】
図２は、実施例２の半導体装置２０の断面図である。半導体装置２０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材２２が配置されたものである。半導体装置部材２２は、実施例１の半導体装置部材１２が備えていた第１の熱伝導性導体層１４と第１の無機系接合層１６に加えて、第１の無機系接合層１６と放熱体４との間に第２の熱伝導性導体層２４を備えている。このため、ここでは第２の熱伝導性導体層２４について説明し、その他の構成については説明を省略する。第２の熱伝導性導体層２４は、銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層であり、第１の無機系接合層１６の放熱体４側に設けられている。こうした実施例２によれば、実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００３１】
図３は、実施例３の半導体装置３０の断面図である。半導体装置３０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材３２が配置されたものである。半導体装置部材３２は、実施例１の半導体装置部材１２が備えていた第１の熱伝導性導体層１４と第１の無機系接合層１６に加えて、第１の熱伝導性導体層１４と第１の無機系接合層１６との間に熱伝導性を持つ熱応力緩和層３４を備えている。このため、ここでは熱応力緩和層３４について説明し、その他の構成については説明を省略する。熱応力緩和層３４は、カーボン又はＳｉＣを母材に銅又はＡｌ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｂ及びＭｎからなる群より選択される１種又は２種以上を添加元素とする銅合金が含浸された複合材料で構成されている。また、熱応力緩和層３４は、第１の無機系接合層１６を介して放熱体４と接合され、第２の無機系接合層３６を介して第１の熱伝導性導体層１４と接合されている。この熱応力緩和層３４は、熱膨張係数２〜１０×１０-6／℃で、接着剤との接合力の観点から表面は＃２２０番より粗い仕上げ状態であることが望ましい。第２の無機系接合層３６は、６００℃以下（好ましくは４００℃以下、より好ましくは２００℃以下、更に好ましくは１００℃以下（例えば常温（２０℃〜４０℃）））で熱硬化する材料の未硬化層又は硬化層であり、詳しくは、１液性又は混合硬化性のセラミックス接着剤の未硬化層又は硬化層である。この第２の無機系接合層３６は、１０Ｗ／ｍＫ以上（好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上）の熱伝導率と２×１０-6／℃以上１７×１０-6／℃以下（好ましくは４×１０-6／℃以上）の熱膨張係数を備える。また、第２の無機系接合層３６は、絶縁性のマトリックス中に、銅やアルミニウム又はその合金などの電気伝導性熱伝導性粒子を有するものである。こうした実施例３によれば、実施例１と同様の効果が得られるのに加えて、熱応力緩和層３４及び第２の無機系接合層３６の存在により各層の熱膨張係数差に由来する応力が緩和されることから割れやクラックを抑制することができる。
【実施例４】
【００３２】
図４は、実施例４の半導体装置４０の断面図である。半導体装置４０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材４２が配置されたものである。半導体装置部材４２は、実施例１の半導体装置部材１２が備えていた第１の熱伝導性導体層１４の代わりに、表面全体がＮｉ皮膜等の導体皮膜４６に覆われた熱応力緩和層４４を備えている点を除き、半導体装置部材１２と同じ構成である。このため、ここでは熱応力緩和層４４について説明し、その他の構成については説明を省略する。熱応力緩和層４４は、熱伝導性を有し、カーボン又はＳｉＣを母材に銅又はＡｌ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｂ及びＭｎからなる群より選択される１種又は２種以上を添加元素とする銅合金が含浸された複合材料で構成されている。また、熱応力緩和層４４は、表面全体がＮｉメッキにより形成された導体皮膜４６に覆われており、導体皮膜４６を介して第１の無機系接合層１６と接合され、導体皮膜４６上のロウ材等を介して半導体素子２と接合されている。こうした実施例４によれば、実施例１と同様の効果が得られるのに加えて、熱応力緩和層４４の存在により各層の熱膨張係数差に由来する応力が緩和されることから割れやクラックを抑制することができる。なお、導体皮膜４６が第１の熱伝導性導体層としての機能を果たす。
【実施例５】
【００３３】
図５は、実施例５の半導体装置５０の断面図である。半導体装置５０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材５２が配置されたものである。半導体装置部材５２は、実施例３の半導体装置部材３２における第１の無機系接合層１６と放熱体４との間に第２の熱伝導性導体層５４を有する以外は、実施例３の半導体装置部材３２と同じ構成である。このため、ここでは第２の熱伝導性導体層５４について説明し、その他の構成については説明を省略する。第２の熱伝導性導体層５４は、銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層であり、第１の無機系接合層１６の放熱体４側に設けられている。こうした実施例５によれば、実施例３と同様の効果が得られる。
【実施例６】
【００３４】
図６は、実施例６の半導体装置６０の断面図である。半導体装置６０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材６２が配置されたものである。半導体装置部材６２は、実施例４の半導体装置部材４２における第１の無機系接合層１６と放熱体４との間に第２の熱伝導性導体層６４を有する以外は、実施例４の半導体装置部材４２と同じ構成である。このため、ここでは第２の熱伝導性導体層６４について説明し、その他の構成については説明を省略する。第２の熱伝導性導体層６４は、銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層であり、第１の無機系接合層１６の放熱体４側に設けられている。こうした実施例６によれば、実施例４と同様の効果が得られる。
【実施例７】
【００３５】
図７は、実施例７の半導体装置７０の断面図である。半導体装置７０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材７２が配置されたものである。半導体装置部材７２は、実施例５の半導体装置部材５２における第１の無機系接合層１６の代わりに、上下両側から無機系接合層７６，７８に挟まれた絶縁層７４を有する以外は、実施例５の半導体装置部材５２と同じ構成である。このため、ここでは絶縁層７４及び無機系接合層７６，７８について説明し、その他の構成については説明を省略する。絶縁層７４は、窒化ケイ素や窒化アルミニウムなどで形成され、無機系接合層７６を介して熱応力緩和層３４と接合され、無機系接合層７８を介して第２の熱伝導性導体層５４と接合されている。無機系接合層７６，７８については、既に述べた第１の無機系接合層１６と同様の構成としてもよいし、第２の無機系接合層３６と同様の構成としてもよい。こうした実施例７によれば、実施例５と同様の効果が得られるのに加えて、半導体素子２と放熱体４との間の電気絶縁性をより確実に維持することができる。なお、絶縁層７４により半導体素子２と放熱体４との間の電気絶縁性は確保されるため、他の層は導電性を有していてもよい。
【実施例８】
【００３６】
図８は、実施例８の半導体装置８０の断面図である。半導体装置８０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材８２が配置されたものである。半導体装置部材８２は、実施例６の半導体装置部材６２における第１の無機系接合層１６の代わりに、上下両側から無機系接合層８６，８８に挟まれた絶縁層８４を有する以外は、実施例６の半導体装置部材６２と同じ構成である。このため、ここでは絶縁層８４及び無機系接合層８６，８８について説明し、その他の構成については説明を省略する。絶縁層８４は、窒化ケイ素や窒化アルミニウムなどで形成され、無機系接合層８６を介して熱応力緩和層４４の導体皮膜４６と接合され、無機系接合層８８を介して第２の熱伝導性導体層６４と接合されている。無機系接合層８６，８８については、既に述べた第１の無機系接合層１６と同様の構成としてもよいし、第２の無機系接合層３６と同様の構成としてもよい。こうした実施例８によれば、実施例６と同様の効果が得られるのに加えて、半導体素子２と放熱体４との間の電気絶縁性をより確実に維持することができる。なお、絶縁層８４により半導体素子２と放熱体４との間の電気絶縁性は確保されるため、他の層は導電性を有していてもよい。
【実施例９】
【００３７】
図９は、実施例９の半導体装置９０の断面図である。半導体装置９０は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材９２が配置されたものである。半導体装置部材９２は、実施例７の半導体装置部材７２における熱応力緩和層３４と無機系接合層７６との間に、無機系接合層７６側から第３の熱伝導性導体層９４、無機系接合層９６を順に積層した以外は、実施例７の半導体装置部材７２と同じ構成である。このため、ここでは第３の熱伝導性導体層９４及び無機系接合層９６について説明し、その他の構成については説明を省略する。第３の熱伝導性導体層９４は、メッキ等によるＮｉなどの導体皮膜を有する銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる層であり、無機系接合層９６を介して熱応力緩和層３４と接合され、無機系接合層７６を介して絶縁層７４と接合されている。無機系接合層については、既に述べた第１の無機系接合層１６と同様の構成としてもよいし、第２の無機系接合層３６と同様の構成としてもよい。こうした実施例９によれば、実施例７と同様の効果が得られる。
【実施例１０】
【００３８】
図１０は、実施例１０の半導体装置１００の断面図である。半導体装置１００は、ＩＧＢＴなどの半導体素子２と冷却フィンや冷却ジャケット等の放熱体４との間に半導体装置部材１０２が配置されたものである。半導体装置部材１０２は、実施例５の半導体装置部材５２における第１の無機系接合層１６を、上部薄膜１６ａと下部薄膜１６ｂとを重ね合わせた重層体として形成したものである。上部薄膜１６ａ及び下部薄膜１６ｂは、層厚、組成、熱膨張係数、絶縁性及び熱伝導性から選択される１種又は２種以上が相違している。但し、これらのパラメータがすべて同じもの同士を重ね合わせた重層体を用いてもよい。こうした実施例１０によれば、実施例５と同様の効果が得られる。なお、実施例１〜９の無機系接合層のいずれかを、このような重層体で形成してもよい。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の半導体装置１０の断面図である。
【図２】実施例２の半導体装置２０の断面図である。
【図３】実施例３の半導体装置３０の断面図である。
【図４】実施例４の半導体装置４０の断面図である。
【図５】実施例５の半導体装置５０の断面図である。
【図６】実施例６の半導体装置６０の断面図である。
【図７】実施例７の半導体装置７０の断面図である。
【図８】実施例８の半導体装置８０の断面図である。
【図９】実施例９の半導体装置９０の断面図である。
【図１０】実施例１０の半導体装置１００の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２  半導体素子、４  放熱体、１０  半導体装置、１２  半導体装置部材、１４  第１の熱伝導性導体層、１６  第１の無機系接合層、１６ａ  上部薄膜、１６ｂ  下部薄膜、２０  半導体装置、２２  半導体装置部材、２４  第２の熱伝導性導体層、３０  半導体装置、３２  半導体装置部材、３４  熱応力緩和層、３６  第２の無機系接合層、４０  半導体装置、４２  半導体装置部材、４４  熱応力緩和層、４６  導体皮膜、５０  半導体装置、５２  半導体装置部材、５４  第２の熱伝導性導体層、６０  半導体装置、６２  半導体装置部材、６４  第２の熱伝導性導体層、７０  半導体装置、７２  半導体装置部材、７４  絶縁層、７６，７８  無機系接合層、８０  半導体装置、８２  半導体装置部材、８４  絶縁層、８６，８８  無機系接合層、９０  半導体装置、９２  半導体装置部材、９４  第３の熱伝導性導体層、９６  無機系接合層、１００  半導体装置、１０２  半導体装置部材。
【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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