(57)【要約】【課題】冷却性能を向上させて耐久性を高めることにより信頼性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子１０６と、半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体１３〜１５と、半導体素子と複数の導体との接合面に交差するように配置されて半導体素子の熱を放出する放熱板１１と、放熱板と複数の導体とを接合する絶縁体１２を備えた半導体装置において、絶縁体は、複数の導体の全体に対向する部分の内側は熱伝導性絶縁体１６により形成され、該熱伝導性絶縁体以外の部分は柔軟性絶縁体１７により形成されている。【選択図】図１
2007305702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体と、
前記半導体素子と前記複数の導体との接合面に交差するように配置されて前記半導体素子の熱を放出する放熱板と、
前記放熱板と前記複数の導体とを接合する絶縁体と、
を備え、
前記絶縁体は、前記複数の導体の全体に対向する部分の内側は熱伝導性絶縁体により形成され、該熱伝導性絶縁体以外の部分は柔軟性絶縁体により形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記熱伝導性絶縁体は、熱伝導性無機充填材を含んだ樹脂から成り、
前記柔軟性絶縁体は、ゴム状の弾性樹脂から成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁体と前記複数の導体との間に接着樹脂層を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の導体の周囲に前記絶縁体を覆って固定する絶縁樹脂を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子と、
前記半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体と、
前記半導体素子と前記複数の導体との接合面に交差するように配置されて前記半導体素子の熱を放出する第１放熱板と、
前記第１放熱板と前記複数の導体とを接合する第１絶縁体と、
前記複数の導体を挟んで前記第１放熱板に対向するように配置されて前記半導体素子の熱を放出する第２放熱板と、
前記第２放熱板と前記複数の導体とを接合する第２絶縁体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子に接合された前記複数の導体を囲むように前記第１放熱板と前記第２放熱板との間を接合する金属体を備えたことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体素子と、
前記半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体と、
前記半導体素子と前記複数の導体との接合面に交差するように配置されて前記半導体素子の熱を放出する放熱板と、
前記放熱板と前記複数の導体とを接合する絶縁体と、
を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁体は、熱伝導性絶縁体を構成する接着シートを用いて前記複数の導体と前記放熱板とを、前記複数の導体の全体が前記放熱板に対向する部分の内側で接着した後、該熱伝導性絶縁体の外周部分に液状樹脂を注入して固化または硬化させることにより柔軟性絶縁体を形成することを特徴とする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、半導体装置およびその製造方法に関し、特にインバータなどに適用されるパワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーＩＣなどといった電力用半導体装置の冷却技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電機器、省エネダイレクトドライブまたはインテリジェント・アクチュエータ、車両モータ駆動用などといったインバータ制御電力機器などには、パワーＩＣ、パワーモジュールなどパワーデバイスと総称される電力用半導体装置が用いられている。
【０００３】
図１０は、この種の従来の一般的な半導体装置の構造を示す断面図である。この半導体装置は、通常、ポリフェニレンサルファイドまたはポリブチレンテレフタレートなどといった樹脂から成る樹脂ケース１０１と、銅、銅合金または金属基複合材などの金属から成る放熱板１０２とが組み合わされて容器が形成され、その内部に半導体素子を含む部品が納められている。放熱板１０２は、さらに、熱伝導性グリース１１２を介して冷却器１０３に取り付けられている。放熱板１０２と冷却器１０３とはネジ止めされることによって熱伝導性グリース１１２との密着性が保たれている。
【０００４】
放熱板１０２上には、絶縁基板１０４がはんだ接合され、絶縁基板１０４上の導電箔１０５を介して回路部品である半導体素子１０６およびボンディングワイヤ１０７が配置されている。また、一端がボンディングワイヤ１０７を介して半導体素子１０６に接続され、他端が外部に導出された外部接続端子１０８が設けられている。そして、樹脂ケース１０１の内部には、シリコーンゲル、エポキシ樹脂、その他の樹脂材料からなる封止樹脂１０９が充填されている。封止樹脂１０９は、さらに、エポキシ樹脂などの固形樹脂１１０により封止され、この固形樹脂１１０上に樹脂ケースと同種または異なる材料からなる端子ホルダ１１１が固定されている。また、固形樹脂１１０を省略し、端子ホルダ１１１が樹脂ケース１０１の全面に蓋として配置される場合もある。この構造によって、比較的優れた電気的特性および信頼性を有する半導体装置が実現されている。
【０００５】
ところで、半導体素子１０６の動作温度が１００℃を越えるような高温であって、かつ高電圧（ｋＶクラス）で使用される電力用半導体装置の場合は、半導体素子１０６と放熱板１０２との間に設ける絶縁基板１０４として、半導体素子１０６の発熱を速やかに放熱板１０２に逃がし、かつ高い絶縁性を有する材料を用いる必要がある。このため、図１０に示した従来の半導体装置においては、絶縁基板１０４として、熱伝導性と絶縁特性に優れた窒化アルミニウムなどのセラミックからなる材料を用い、放熱板１０２と冷却器１０３の間に熱伝導性グリース１１２を介在させることにより、放熱板１０２から冷却器１０３へ効率よく熱を逃がすようにしている。
【０００６】
以上のように構成される従来の半導体装置においては、放熱板１０２と冷却器１０３との間に介在する熱伝導性グリース１１２は、半導体装置の周囲に設けられた取り付けねじによって放熱板１０２を冷却器１０３に加圧接触させているが、ねじの締め付け力の違いや、放熱板１０２、冷却器１０３、または、その双方の変形などによって加圧力が不均一になり、接触熱抵抗が不均一になるという問題があった。
【０００７】
また、絶縁基板１０４の厚みが薄く熱容量が小さいために、半導体素子１０６で発生した熱を拡散させる効果は期待できないことから、特に半導体素子１０６の温度上昇が大きくなる半導体装置の起動時において、過渡時の熱抵抗が大きくなり過渡温度上昇が大きくなるという問題があった。また、上述したような放熱板１０２と冷却器１０３との間において一時的に接触熱抵抗が増大した際にも温度上昇が大きくなり冷却効率が低下するという問題があった。
【０００８】
さらに、セラミックから成る絶縁基板１０４の線膨張係数と金属から成る放熱板１０２の線膨張係数に大きな違いがあるため、半導体装置の動作時の発熱に伴う熱膨張の違いに起因して放熱板１０２が変形し、これによって放熱板１０２と冷却器１０３との間の距離が、組み立て時の熱伝導性グリース１１２の塗布厚み以上に開き、動作停止時または発熱が少ない時には、その変形が元の距離に戻るという繰り返しが発生する。この繰り返しによって熱伝導性グリース１１２が接触面から徐々に押し出される現象が見られ、その結果、放熱板１０２と冷却器１０３との間の熱伝導性グリース１１２の量が不十分となり、接触熱抵抗が著しく増大して半導体素子１０６の熱暴走につながるとなるという問題があった。
【０００９】
このような諸問題を解消するために、特許文献１は、電力用半導体装置の冷却効率を向上させることによってインバータ装置の通電容量の向上および小型化を図ることができ、しかも、製造性に優れたインバータ装置を開示している。図１１は、特許文献１に開示された半導体装置の半導体素子が実装されている部分の構造を示す断面図である。この半導体装置では、複数の半導体素子１０６が複数の導体１３〜１５にはんだ接合され、導体１３〜１５は、絶縁体１２を介して放熱板１１に接合されている。
【００１０】
この特許文献１に開示された半導体装置では、導体１３〜１５がシート状の絶縁体１２を介して放熱板１１に直接に接合されているので、上述した従来の半導体装置のような接触熱抵抗の増大が発生せず、熱抵抗が半減する。また、半導体素子１０６が両面から冷却されることにより、上述した従来の半導体装置の２倍の冷却効果が得られる。さらに、導体１３〜１５の厚みによる熱容量の効果によって熱時定数が大きくなるため、過渡熱抵抗が小さくなり、起動時の温度上昇を抑える効果も得られ、トータルの冷却性能が大幅に向上している。
【特許文献１】特開２００５−３４８５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体装置は、以下の問題を有する。すなわち、半導体装置の動作時には半導体素子１０６の発熱に伴い導体１３〜１５の温度が上昇するが、この温度上昇による導体１３〜１５の膨張変形は、半導体素子１０６と導体１３〜１５とを接合しているはんだや、導体１３〜１５と放熱板１１との間に設けられた絶縁体１２に繰り返しの熱応力として作用し、導体１３〜１５と半導体素子１０６および絶縁体１２との接合部の寿命を低下させるという問題がある。
【００１２】
本発明の課題は、冷却性能を向上させて耐久性を高めることにより信頼性に優れた半導体装置およびそ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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、半導体素子と、半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体と、半導体素子と複数の導体との接合面に交差するように配置されて半導体素子の熱を放出する放熱板と、放熱板と複数の導体とを接合する絶縁体を備え、絶縁体は、複数の導体の全体に対向する部分の内側は熱伝導性絶縁体により形成され、該熱伝導性絶縁体以外の部分は柔軟性絶縁体により形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、熱伝導性絶縁体は、熱伝導性無機充填材を含んだ樹脂から成り、柔軟性絶縁体は、ゴム状の弾性樹脂から成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、絶縁体と複数の導体との間に接着樹脂層を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、複数の導体の周囲に、絶縁体を覆って固定する絶縁樹脂を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、半導体素子と、半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体と、半導体素子と複数の導体との接合面に交差するように配置されて半導体素子の熱を放出する第１放熱板と、第１放熱板と複数の導体とを接合する第１絶縁体と、複数の導体を挟んで第１放熱板に対向するように配置されて半導体素子の熱を放出する第２放熱板と、第２放熱板と複数の導体とを接合する第２絶縁体を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、半導体素子に接合された複数の導体を囲むように第１放熱板と第２放熱板との間を接合する金属体を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、半導体素子と、半導体素子の正極側の面と負極側の面とにそれぞれ接合された複数の導体と、半導体素子と複数の導体との接合面に交差するように配置されて半導体素子の熱を放出する放熱板と、放熱板と複数の導体とを接合する絶縁体とを備えた半導体装置の製造方法であって、絶縁体は、熱伝導性絶縁体を構成する接着シートを用いて複数の導体と放熱板とを、複数の導体の全体が放熱板に対向する部分の内側で接着した後、該熱伝導性絶縁体の外周部分に液状樹脂を注入して固化または硬化させることにより柔軟性絶縁体を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷却性能を向上させて耐久性を高めることにより信頼性に優れた半導体装置およびその製造方法を提供できる。
【００２１】
具体的には、請求項１記載の発明によれば、複数の導体の全体に対向する部分の内側を熱伝導性絶縁体により構成したので冷却性能を向上させることができ、絶縁体に作用する応力が特に高い熱伝導性絶縁体以外の部分を柔軟性絶縁体により構成したので応力が緩和されて耐久性を向上させることができる。その結果、全体として信頼性を高めることができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、複数の導体の各々に対向する部分の内側を熱伝導性絶縁体により構成したので冷却性能を向上させることができ、複数の導体の各々が絶縁体に作用する応力が特に高い熱伝導性絶縁体以外の部分を柔軟性絶縁体により構成したので応力が緩和されて耐久性を向上させることができる。その結果、全体としての信頼性を請求項１記載の発明よりも高めることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、絶縁体と複数の導体との間に接着樹脂層を備えたので、絶縁体と複数の導体との接合界面の応力状態の違いを緩和して、全体に均一化することができるので、半導体素子の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、複数の導体の周囲に、絶縁体を覆って固定する絶縁樹脂を備えたので、半導体素子の発熱によって発生する熱応力を絶縁樹脂で緩衝することができ、半導体素子の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性が向上させることができる。また、絶縁樹脂によって絶縁体や複数の導体を絶縁封止することにより、外部からの湿気や不純物の侵入を防止できるので、半導体装置の耐湿性および信頼性を向上させることができる。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、複数の導体を挟んで第１放熱板と第２放熱板とが対向するように配置したので、複数の導体を中心とした対称構造によって応力バランスがとれ、製造工程や半導体装置の動作時などにおける放熱板の熱変形を抑制することができ、半導体素子の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性が向上させることができる。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、半導体素子に接合された複数の導体を囲むように第１放熱板と第２放熱板との間を金属体で接合して放熱体として作用させるように構成したので、さらに放熱効果を高めることができる。その結果、放熱板の熱変形を抑制することができ、半導体素子の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性が向上させることができる。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、熱伝導性絶縁体を構成する接着シートを用いて複数の導体と放熱板とを、複数の導体の全体が放熱板に対向する部分の内側で接着した後、該熱伝導性絶縁体の外周部分に液状樹脂を注入して固化または硬化させることにより柔軟性絶縁体を形成するように構成したので、半導体装置の信頼性を向上させることができるとともに、製造工程が容易になり製造時間を短縮することができるので、半導体装置の量産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、同じ機能を有する部材には同一の符号を付して説明する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率などは現実のものと異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を斟酌して判断すべきものである。さらに、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図であり、図２は、その部分的な外観斜視図である。この半導体装置は、半導体素子の正極側に接合された導体１３と、負極側に接合された導体１４と、中間の導体１５とを備え、これらを１相として例えば３相で構成されている。なお、中間の導体１５を省略した構成とすることもできる。導体１３〜１５の各々の間には半導体素子１０６が配置され、各半導体素子１０６は導体１３〜１５に接合されている。
【００３０】
放熱板１１と導体１３〜１５との間は、絶縁体１２によって接合されている。絶縁体１２は、導体１３〜１５の全体に対向する部分に配置された熱伝導性絶縁体１６と導体１３〜１５の外周部に配置された柔軟性絶縁体１７とから構成されている。
【００３１】
導体１３〜１５の材料としては、銅などの金属が好適であり、この金属の表面にニッケルなどのメッキ処理を施してもよい。なお、導体１３〜１５の各々をさらに分割して３個以上の導体で構成することもできる。
【００３２】
半導体素子１０６としては、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーＢＪＴ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ、ダイオードといった種々のパワーデバイスを使用できる。半導体素子１０６は、導体１３〜１５に直接に接合されてもよく、さらに、端子板や緩衝板などを半導体素子１０６と導体１３〜１５との間に介在させて接合されてもよい。
【００３３】
半導体素子１０６と導体１３〜１５との間の接合は、例えば、各種はんだや導電性ペーストなどで行うことができる。
【００３４】
この半導体装置には、半導体素子１０６以外に、例えば、抵抗、コンデンサ、コイルなどといった各種電子部品、さらには、電源などの回路が搭載されてもよいし、電力用半導体素子のみが搭載された単なるモジュールとして構成することもできる。
【００３５】
また、この半導体装置内には制御回路、例えばｎＭＯＳ制御回路、ｐＭＯＳ制御回路、ＣＭＯＳ制御回路、バイポーラ制御回路、ＢｉＣＭＯＳ制御回路、ＳＩＴ制御回路などを備えるように構成できる。これらの制御回路は、過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路などを含むように構成できる。
【００３６】
放熱板１１としては、例えば銅や銅合金といった金属や、金属基複合材といった熱伝導性に優れた金属材料が用いられる。
【００３７】
絶縁体１２としては、樹脂を用いることができる。絶縁体１２として使用される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが好適である。
【００３８】
絶縁体１２を構成する熱伝導性絶縁体１６は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などといった樹脂に、硬化促進剤、低応力化剤、充填材、溶剤、充填材と樹脂のなじみをよくするカップリング剤、シートを剥がしやすくする離型材および顔料のうち少なくとも１つを加えて構成することにより、その熱伝導率を調整することができる。
【００３９】
また、絶縁体１２を構成する柔軟性絶縁体１７は、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などといった柔軟性を有する樹脂に、難燃剤、溶剤、離型材および顔料のうち少なくとも１つを加えて構成することにより、その弾性率や硬化温度などを調整することができる。
【００４０】
充填材としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの無機充填材を単体で、または、これらを組み合わせて用いることができる。
【００４１】
この実施例１に係る半導体装置によれば、特許文献１に開示された半導体装置と同様に、半導体素子１０６の発熱は、その両側に接合された導体１３〜１５を介して半導体素子１０６の両面から放熱板１１に伝えられるため、図９に示した従来の一般的な半導体装置のおよそ２倍の熱効率を得ることができる。また、ワイヤボンディング工程が不要であるので、製造時間を短縮できるとともに、製造歩留まりを向上させることができる。さらに、ワイヤボンディング部分で生じていた配線による内部インダクタンスを消滅させることができる。
【００４２】
また、この実施例１に係る半導体装置によれば、導体１３〜１５と放熱板１１を接合している絶縁体１２のうち、もっとも応力が高くなる導体１３〜１５の外周部、つまり熱伝導性絶縁体１６の外側を柔軟性絶縁体１７で構成したので、絶縁体１２に作用する応力が緩和され、かつ、それ以外の部分は熱伝導性絶縁体１６によって放熱性が維持される。その結果、半導体装置の動作時の応力に対する耐久性を向上させながら特許文献１に開示された従来の半導体装置と同等の冷却性能が実現されている。
【００４３】
図３は、従来の一般的な半導体装置と、特許文献１に開示された半導体装置と、実施例１に係る半導体装置について、半導体装置の熱抵抗特性の通電サイクル寿命を比較して示す図である。この図３から明らかなように、本発明の実施例１に係る半導体装置は、従来の一般的な半導体装置および特許文献１に開示された半導体装置に比べて、熱抵抗が大幅に低減され、かつ信頼性に優れている。
【００４４】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る半導体装置によれば、冷却性能が向上して耐久性が向上するので信頼性を高めることができ、それによる高性能化や小形化を実現することができる。
【実施例２】
【００４５】
図４は、本発明の実施例２に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。この実施例２に係る半導体装置は、絶縁体１２の構造が実施例１に係る半導体装置のそれと異なる。すなわち、絶縁体１２は、導体１３〜１５の各々に対向する部分の内側に熱伝導性絶縁体１６が形成され、各導体１３〜１５の外周部、つまり熱伝導性絶縁体１６を除く部分に柔軟性絶縁体１７が形成されて構成されている。
【００４６】
絶縁体１２を構成する熱伝導性絶縁体１６としては、熱伝導性無機充填材を含んだ樹脂が用いられる。熱伝導性無機充填材としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどが適しており、また、これらを組み合わせて熱伝導性無機充填材とすることもできる。なお、熱伝導性を重視する場合は、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどが好適である。
【００４７】
絶縁体１２を構成する柔軟性絶縁体１７としては、ゴム状の弾性樹脂が用いられる。弾性樹脂としては、例えば、合成ゴム、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などが適している。その他の構成は、実施例１と同様であるので説明は省略する。
【００４８】
図５は、実施例２に係る半導体装置において絶縁体１２として使用される、高熱伝導性樹脂とゴム状の弾性樹脂の弾性率特性を比較して示す図である。この図５から明らかなように、ゴム状の弾性樹脂は、熱伝導性無機充填材を含んだ樹脂に較べて弾性率が低いので、同じ変形ひずみに対して発生する応力を大幅に低減することができる。
【００４９】
以上説明したように、本発明の実施例２に係る半導体装置によれば、柔軟性絶縁体１７の応力を緩和する効果を、実施例１に係る半導体装置より高めることができる。
【実施例３】
【００５０】
本発明の実施例３は、半導体装置の製造方法である。ここでは、実施例１に係る半導体装置を製造する例を挙げて説明する。
【００５１】
まず、図６（ａ）に示すように、放熱板１１が用意される。次いで、図６（ｂ）に示すように、放熱板１１の上に、熱伝導性絶縁体１６としての熱伝導性の接着シートが載置される。熱伝導性の接着シートとしては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂に熱伝導性無機充填材を組み合わせて半硬化させたプリプレグシートを用いることができる。なお、熱伝導性の接着シートは、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂に熱伝導性無機充填材を組み合わせたものを放熱板１１の上に塗布して形成することもできる。
【００５２】
次いで、図６（ｃ）に示すように、半導体素子１０６に導体１３〜１５が接合された部品を熱伝導性の接着シート上に載せ、加熱または加圧またはその両方が行われる。これにより、放熱板１１と複数の導体１３〜１５とが熱伝導性絶縁体１６を介して接着される。
【００５３】
次いで、図６（ｄ）に示すように、複数の導体１３〜１５の外周部に液状樹脂を注入して固化または硬化させ、柔軟性絶縁体１７が形成される。液状樹脂の注入は、ポッティングのほか、トランスファー成形または射出成形といった方法を用いて行うことができる。その他の構成は、実施例１または実施例２に係る半導体装置と同様であるので説明は省略する。
【００５４】
以上説明したように、この実施例３に係る半導体装置の製造方法によれば、接着シートを用いて放熱板１１と複数の導体１３〜１５とを熱伝導性絶縁体１６を介して接着するように構成したので、製造工程が容易になるとともに、製造時間を短縮することができる。したがって、半導体装置の量産性を向上させることができる。
【実施例４】
【００５５】
図７は、本発明の実施例４に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。この半導体装置は、実施例１に係る半導体装置の絶縁体１２と導体１３〜１５との間に接着樹脂層１８を追加して構成したものである。接着樹脂層１８としては、例えば絶縁体１２と同じ構成の樹脂を用いることができ、また、エチレン−メタクリル酸共重合体のような樹脂、さらには、フェノキシ樹脂を用いることもできる。接着樹脂層１８の厚さは、例えば１０μｍ〜５０μｍとすることができる。その他の構成は、実施例１に係る半導体装置と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
この実施例４に係る半導体装置によれば、接着樹脂層１８を配置することによって、熱伝導性絶縁体１６と柔軟性絶縁体１７と導体１３〜１５の接合界面の応力状態の違いを緩和して、全体に均一化することができる。その結果、半導体素子１０６の動作時の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性を向上させることができる。
【実施例５】
【００５７】
図８は、本発明の実施例５に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。この半導体装置は、実施例１に係る半導体装置の導体１３〜１５の周囲に、絶縁体１２を覆って固定する絶縁樹脂１９を追加して構成したものである。
【００５８】
絶縁樹脂１９は、絶縁体１２の表面を被覆できる厚さ以上に充填してあればよく、また半導体素子１０６および導体１３〜１５を被覆するように充填することもできる。絶縁樹脂１９の材料としては、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂を基材とし、溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維などの充填材と組み合わせた樹脂（一般に封止材として用いられている固い樹脂）が好適であり、ディスペンサなどを用いて充填することができる。その他の構成は、実施例１に係る半導体装置と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
この実施例５に係る半導体装置によれば、半導体素子１０６の動作時の発熱によって発生する熱応力を絶縁樹脂１９で緩衝することができ、半導体素子１０６の動作時の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性が向上させることができる。さらに、絶縁樹脂１９によって絶縁体１２や導体１３〜１５などを絶縁封止することにより、外部からの湿気や不純物の侵入を防止することができる。その結果、半導体装置の耐湿性および信頼性を向上させることができる。
【実施例６】
【００６０】
図９は、本発明の実施例６に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。この半導体装置は、第１放熱板１１と第１絶縁体１２とを導体１３〜１５で接合した構成において、導体１３〜１５を挟んだ対向面に第２放熱板２１および第２絶縁体２２を配置したものである。この実施例６に係る半導体装置は、さらに、第１放熱板１１と第２放熱板２１との間を金属体２０で接合するように構成することもできる。この場合、金属体２０は、放熱体として作用する。
【００６１】
この実施例６に係る半導体装置によれば、半導体素子１０６の発熱を導体１３〜１５の両面から放熱することにより冷却効率をより高めることができる。また、導体１３〜１５を中心とした対称構造によって応力バランスがとれ、製造工程や半導体装置の動作時などにおける放熱板の熱変形を抑制することができ、半導体素子の動作時の発熱や外部環境などによる温度サイクルに対する耐久性や信頼性が向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、小型・軽量で高い変換効率が求められる半導体装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の構造を部分的に示す外観斜視図である。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体装置と他の半導体装置の熱抵抗特性とを比較して示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体装置で使用される絶縁体の弾性率特性を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例４に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施例５に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施例６に係る半導体装置の構造を部分的に示す断面図である。
【図１０】従来の一般的な半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１１】特許文献１に開示された従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１      放熱板、第１放熱板
１２      絶縁体、第２絶縁体
１３      正極側の導体
１４      負極側の導体
１５      中間の導体
１６      熱伝導性絶縁体
１７      柔軟性絶縁体
１８      接着樹脂層
１９      絶縁樹脂
２０      金属体
２１      第２放熱板
２２      第２絶縁体
１０１    樹脂ケース
１０２    放熱板
１０３    冷却器
１０４    絶縁基板
１０５    導電箔
１０６    半導体素子
１０７    ワイヤボンディング
１０８    外部接続端子
１０９    封止樹脂
１１１    端子ホルダ
１１２    熱伝導性グリース
【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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