(57)【要約】【課題】  異種材料で構成された基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が向上された半導体装置を提供すること。【解決手段】  本発明による半導体装置１は、半導体素子が配置される基板２０，２２と、基板における半導体素子の配置側とは逆側に接合され、基板よりも熱膨張係数が大きいヒートシンク４０と、ヒートシンクに設けられ、ヒートシンクよりも熱膨張係数が小さく、ヒートシンクと基板の間の接合面に平行な方向のヒートシンクの熱膨張を抑制する熱変形抑制部材７０（７１０，７２０，７３０，７４０）と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が配置される基板と、
前記基板における前記半導体素子の配置側とは逆側に接合され、前記基板よりも熱膨張係数が大きいヒートシンクと、
前記ヒートシンクに設けられ、前記ヒートシンクよりも熱膨張係数が小さく、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に平行な方向の前記ヒートシンクの熱膨張を抑制する熱変形抑制部材と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記熱変形抑制部材は、前記基板よりも熱膨張係数が小さい、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記熱変形抑制部材は、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に対して垂直に視たとき、前記基板よりも外側に設けられる、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記熱変形抑制部材は、前記ヒートシンク内に埋設され、凹部及び凸部のうちの少なくともいずれか一方を備える、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記熱変形抑制部材は、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に対して垂直に視たときに前記ヒートシンクの全体又は内部の一部を四方から囲む態様で、設けられる、請求項１〜４のうちのいずれか１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、基板とヒートシンクが接合される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の半導体装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、銅、アルミニウム等からなるヒートスプレッダ(基板)上に半導体チップが配置され、ヒートスプレッダとヒートシンクとが熱伝導シートを介して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、基板とヒートシンクが熱膨張係数の異なる異種材料で構成される場合、これらの異種材料間の熱膨張係数差に起因して、基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が損なわれる虞がある。例えば、基板を銅で構成し、ヒートシンクをアルミで構成した場合、アルミの熱膨張係数が銅の熱膨張係数よりも有意に大きいことに起因して、基板とヒートシンクの間の接合部に熱応力が生じることで、当該接合部に剥離が生じ、信頼性が損なわれる虞がある。
【０００５】
これに対して、基板とヒートシンクの間の接合に使用する樹脂接着剤や樹脂シートの改良や、接着層の厚みの調整、接合表面の改質などにより接合信頼性を向上させることも可能である。しかしながら、このようなアプローチの対策では、接合部での熱抵抗が増加して熱伝導性が悪化することやサイズ(厚み)が大きくなる等の弊害が生じうる。
【０００６】
そこで、本発明は、異種材料で構成された基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が向上された半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、半導体素子が配置される基板と、
前記基板における前記半導体素子の配置側とは逆側に接合され、前記基板よりも熱膨張係数が大きいヒートシンクと、
前記ヒートシンクに設けられ、前記ヒートシンクよりも熱膨張係数が小さく、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に平行な方向の前記ヒートシンクの熱膨張を抑制する熱変形抑制部材と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異種材料で構成された基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が向上された半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用可能な半導体装置１の一例の要部を示す断面図である。
【図２】熱変形抑制部材７０の一実施例である拘束リング７１０の単品状態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す拘束リング７１０の取付状態を示す３面図である。
【図４】拘束リング７１０によるヒートシンク４０の拘束原理を模式的に示す図である。
【図５】熱変形抑制部材７０の他の一実施例である拘束埋め込みバー７２０の単品状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示す拘束埋め込みバー７２０の取付状態を示す３面図である。
【図７】拘束埋め込みバー７２０によるヒートシンク４０の拘束原理を模式的に示す図である。
【図８】図５に示す拘束埋め込みバー７２０の他の取り付け状態を示す上面図である。
【図９】熱変形抑制部材７０の他の一実施例である拘束埋め込みバー７３０の単品状態を示す平面図である。
【図１０】熱変形抑制部材７０の他の一実施例である拘束埋め込み板７４０の単品状態を示す平面図である。
【図１１】ヒートシンク４０内の拘束埋め込み板７４０の断面図である。
【図１２】基板の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例による半導体装置１の要部を示す断面図である。尚、半導体装置１の上下方向は、半導体装置１の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、半導体装置１のチップ１０側を上方とする。半導体装置１は、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用のインバータを構成するものであってよい。
【００１２】
半導体装置１は、図1に示すように、チップ１０と、ヒートスプレッダ２０と、絶縁層３０と、ヒートシンク４０とを含む。
【００１３】
チップ１０は、パワー半導体素子を含み、本例ではＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を含む。尚、チップ１０が含むパワー半導体素子の種類や数は、任意である。チップ１０は、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field‐Effect  Transistor)のような他のスイッチング素子を含んでもよい。チップ１０は、ヒートスプレッダ２０上に半田５０により接合される。
【００１４】
ヒートスプレッダ２０は、チップ１０で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ２０は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。本例では、一例として、ヒートスプレッダ２０は、銅により形成される。銅としては、伝導率が銅材の中で最も高い無酸素銅(C1020)が好適である。銅は、典型的には、１７ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する。
【００１５】
絶縁層３０は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層３０は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層３０は、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０の間に設けられ、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０に接合する。絶縁層３０は、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ２０からヒートシンク４０への高い熱伝導性を確保する。
【００１６】
ヒートシンク４０は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成される。本例では、ヒートシンク４０は、アルミにより形成される。アルミは、典型的には、２４ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有する。
【００１７】
ヒートシンク４０は、上述の如く、上面がヒートスプレッダ２０に接合される。ヒートシンク４０は、図１に示すように、下面側にフィン４２を備える。フィン４２の数や配列態様は任意である。フィン４２は、図示のようなストレートフィンであってもよいし、その他、ピンフィンの千鳥配置等で実現されてもよい。半導体モジュール１の実装状態では、フィン４２は、冷却水や冷却油のような冷却媒体と接触する。このようにして、半導体装置１の駆動時に生じるチップ１０からの熱は、ヒートスプレッダ２０、絶縁層３０を介して、ヒートシンク４０のフィン４２から冷却媒体へと伝達され、半導体装置１の冷却が実現される。
【００１８】
ヒートシンク４０には、ヒートシンク４０の熱膨張を抑制する熱変形抑制部材７０が設けられる。熱変形抑制部材７０は、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０の間の接合面に平行な方向でのヒートシンク４０の熱膨張を機械的に拘束する部材である。熱変形抑制部材７０は、ヒートシンク４０より熱膨張係数が小さい。また、熱変形抑制部材７０は、好ましくは、更に、ヒートスプレッダ２０よりも熱膨張係数が小さい。また、熱変形抑制部材７０は、後述の如くヒートシンク４０の熱膨張を抑制する際にヒートシンク４０から反力を受けることになるので、かかる機能を果たすことができる剛性・ヤング率を有する材料であることが望ましい。例えば、熱変形抑制部材７０は、例えば鉄（１１ｐｐｍ／℃の熱膨張係数）やアルミナ（５ｐｐｍ／℃の熱膨張係数）で形成されてもよい。
【００１９】
以下、熱変形抑制部材７０の構成を詳説する。尚、図１には、図２及び図３を参照して以下で説明する拘束リング７１０が熱変形抑制部材７０の一実施例として図示されている。尚、用語の定義として、「外側」とは、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０の間の接合面に垂直に視たときに(以下、単に「面直視」ともいう)、半導体装置１の中心Ｏ（図３参照）を基準とする。即ち、「外側」とは、面直視で半導体装置１の中心Ｏから離れる側を意味する。尚、半導体装置１の中心Ｏは凡そであればよく、厳密に決定されるべき性質のものでない。
【００２０】
図２は、熱変形抑制部材７０の一実施例である拘束リング７１０の単品状態を示す斜視図である。図３は、図２に示す拘束リング７１０の取付状態を示す３面図である。図３には、理解の容易化のため、拘束リング７１０の他、半導体装置１の一部構成（ヒートスプレッダ２０、絶縁層３０及びヒートシンク４０）のみが模式的に図示されている。
【００２１】
拘束リング７１０は、図２に示すように、リング状に形成される。拘束リング７１０は、図３に示すように、ヒートシンク４０の側面４４を四方から囲む態様で、ヒートシンク４０の側面４４に嵌められる。拘束リング７１０は、ヒートシンク４０まわりに嵌められた状態で、拘束リング７１０の内側の面７１２とヒートシンク４０の側面４４との間の隙間が略ゼロとなるように、構成される。或いは、拘束リング７１０の熱膨張係数がヒートシンク４０の熱膨張係数よりも小さいことを利用して、低温下で収縮したヒートシンク４０まわりに嵌めこまれ、常温時、ヒートシンク４０の側面４４に収縮方向の力を付与してもよい。即ち、拘束リング７１０は、ヒートシンク４０にヒートシンクの収縮方向の初期の力を付与してもよい。
【００２２】
また、拘束リング７１０は、ヒートシンク４０の厚み方向でヒートシンク４０の全厚み（フィン４２の部分を除く）に亘って設けられてもよいし、図１及び図３に示すように、ヒートシンク４０の厚み方向の一部のみ(図示の例では、下側の部分)に設けられてもよい。更に、拘束リング７１０は、ヒートシンク４０のフィン４２を外側から囲繞するように設けられてもよい。また、拘束リング７１０は、図１に示すように（図１では参照符号７０で指示）、ヒートシンク４０の側面４４に形成された凹部４４ａに嵌められてもよいし、かかる凹部４４ａが存在しない場合には、ヒートシンク４０の平らな側面４４に直接嵌められてもよい。
【００２３】
図４は、拘束リング７１０によるヒートシンク４０の拘束原理を模式的に示す図であり、ヒートシンク４０と拘束リング７１０を上面視で示す図である。尚、ここでは、簡易化のため、ヒートシンク４０は正方形の外形を有しているものとする。Ｅ１は、所定温度上昇したときのヒートシンク４０の単品での熱膨張量（拘束リング７１０で拘束されていない状態での熱膨張量）を表し、Ｅ２は、同じ所定温度上昇したときの拘束リング７１０の単品での熱膨張量を表す。
【００２４】
拘束リング７１０の熱膨張係数の方がヒートシンク４０の熱膨張係数よりも小さいので、同一の温度環境下では、図４に示すように、ヒートシンク４０の方が拘束リング７１０よりも大きく熱膨張しようとする。即ち、Ｅ１の方がＥ２よりも大きい。しかしながら、ヒートシンク４０の外側には、拘束リング７１０が嵌められているので、ヒートシンク４０は自由にＥ１だけ膨張することはできない。即ち、ヒートシンク４０は、拘束リング７１０により収縮方向に力を受け、熱膨張が抑制される。このようにして、本実施例によれば、拘束リング７１０を設けることにより、等価的にヒートシンク４０の熱膨張係数を低減することができる。これにより、実質的にヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の熱膨張係数の差を低減することができ、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の接合部に生じる熱応力を低減することができる。この結果、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の接合部の信頼性を高めることができる。
【００２５】
尚、本実施例によれば、上述の如く、ヒートシンク４０の実質的な熱膨張係数は、拘束リング７１０との組み合わせにより、ヒートシンク４０の本来の熱膨張係数よりも小さくなる。このヒートシンク４０の実質的な熱膨張係数は、拘束リング７１０の構成（拘束リング７１０の熱膨張係数や、拘束リング７１０の嵌め方、嵌める範囲等）に依存して変化する。従って、このヒートシンク４０の実質的な熱膨張係数がヒートスプレッダ２０の熱膨張係数と同一になるように、拘束リング７１０の構成が調整されてもよい。この場合、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の熱膨張係数の差を実質的に無くすことも可能である。尚、かかる構成を実現するには、拘束リング７１０の熱膨張係数をヒートスプレッダ２０の熱膨張係数よりも小さくすることが有効である。
【００２６】
また、本実施例によれば、拘束リング７１０は、面直視でヒートスプレッダ２０よりも外側に配置されているので、拘束リング７１０がヒートスプレッダ２０からヒートシンク４０への熱の伝導を阻害することもない。
【００２７】
図５は、熱変形抑制部材７０の他の一実施例である拘束埋め込みバー７２０の単品状態を示す斜視図である。図６は、図５に示す拘束埋め込みバー７２０の取付状態を示す３面図である。図５には、理解の容易化のため、拘束埋め込みバー７２０の他、半導体装置１の一部構成（ヒートスプレッダ２０、絶縁層３０及びヒートシンク４０）のみが模式的に図示されている。
【００２８】
拘束埋め込みバー７２０は、図５に示すように、棒状又は板状の部材である。尚、拘束埋め込みバー７２０の基本断面形状は、円形や矩形、楕円形等を含め、任意であってよい。拘束埋め込みバー７２０は凹部７２２を有する。凹部７２２は、図５に示すように、貫通する開口により実現されてもよいし、或いは、貫通しないへこみにより実現されてもよい。また、拘束埋め込みバー７２０は、複数の拘束埋め込みバー７２０の交差(図６のＰ部参照)を可能とするための切り欠き７２４を有してもよい。
【００２９】
拘束埋め込みバー７２０は、アルミダイキャストによりヒートシンク４０に埋設される。即ち、ヒートシンク４０は、拘束埋め込みバー７２０をインサートしてアルミダイキャストにより製造される。これにより、拘束埋め込みバー７２０は、ヒートシンク４０と一体をなし、後述の拘束作用を効果的に発揮することができる。
【００３０】
拘束埋め込みバー７２０は、ヒートシンク４０の内部の一部を外側から囲繞する（四方から囲む）ように配列される。図示の例では、拘束埋め込みバー７２０は、図６に示すように、ヒートシンク４０の内部の一部を四方から囲むように、ヒートシンク４０内に４本埋設される。拘束埋め込みバー７２０は、側面７２６(図５参照)がヒートシンク４０の側面４４と対向する向きで埋設される。また、隣接する２つの拘束埋め込みバー７２０は、切り欠き７２４による交差を可能とするため、互いに上下逆向きに配列される。尚、切り欠き７２４を介した拘束埋め込みバー７２０間の結合は、強固であってもよいし、ガタを有する態様であってもよい。
【００３１】
尚、拘束埋め込みバー７２０は、ヒートシンク４０の厚み方向でヒートシンク４０の全厚み（フィン４２の部分を除く）に亘って設けられてもよいし、図６に示すように、ヒートシンク４０の厚み方向の一部のみ(図示の例では、下側の部分)に設けられてもよい。また、各拘束埋め込みバー７２０における交差位置から外側の部分は省略されてもよい。
【００３２】
図７は、拘束埋め込みバー７２０によるヒートシンク４０の拘束原理を模式的に示す図であり、ヒートシンク４０と拘束埋め込みバー７２０の一部（凹部７２２周辺部）を面直視で示す図である。
【００３３】
ここでは、図７に示すように、拘束埋め込みバー７２０の凹部７２２の内部の部位４００と、凹部７２２より外側の部位４０２と、凹部７２２より内側の部位４０４を想定する。これらの部位４００，４０２，４０４は、ヒートシンク４０の部位であるとする。ヒートシンク４０が熱膨張するとき、部位４００，４０２，４０４は、主に図７に示す矢印の方向に移動しようとする。他方、拘束埋め込みバー７２０についても同様の方向に熱膨張するが、熱膨張係数がヒートシンク４０よりも小さいのでその膨張量は比較的小さい。従って、凹部７２２の内部の部位４０４は、拘束埋め込みバー７２０の凹部７２２によりその移動が抑制される。即ち、凹部７２２の内部のヒートシンク４０の部位は、図７に示す力Ｆを受け、熱膨張が抑制される。凹部７２２より外側の部位４０２と、凹部７２２より内側の部位４０４は、それぞれ、凹部７２２の内部の部位４００と一体となっている。従って、凹部７２２より外側の部位４０２と、凹部７２２より内側の部位４０４についても、凹部７２２の内部の部位４００と共に、拘束埋め込みバー７２０の凹部７２２によりその移動が抑制される。即ち、熱膨張しようとするヒートシンク４０の内部の所定部位（部位４００）が凹部７２２に引っ掛かることでヒートシンク４０全体に収縮方向の反力が付与される。このようにして、本実施例によれば、拘束埋め込みバー７２０を設けることにより、等価的にヒートシンク４０の熱膨張係数を低減することができる。これにより、実質的にヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の熱膨張係数の差を低減することができ、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の接合部に生じる熱応力を低減することができる。この結果、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の接合部の信頼性を高めることができる。尚、図７では、ヒートシンク４０が熱膨張するときの拘束原理を説明したが、拘束埋め込みバー７２０は、ヒートシンク４０が熱収縮するときも同様の原理に基づいて、ヒートシンク４０の熱収縮を抑制することができる。
【００３４】
尚、本実施例によれば、上述の如く、ヒートシンク４０の実質的な熱膨張係数は、拘束埋め込みバー７２０との組み合わせにより、ヒートシンク４０の本来の熱膨張係数よりも小さくなる。このヒートシンク４０の実質的な熱膨張係数は、拘束埋め込みバー７２０の構成（拘束埋め込みバー７２０の熱膨張係数や、拘束埋め込みバー７２０の個数、拘束埋め込みバー７２０の凹部７２２の数、範囲、深さ等）に依存して変化する。従って、このヒートシンク４０の実質的な熱膨張係数がヒートスプレッダ２０の熱膨張係数と同一になるように、拘束埋め込みバー７２０の構成が調整されてもよい。この場合、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の熱膨張係数の差を実質的に無くすことも可能である。尚、かかる構成を実現するには、拘束埋め込みバー７２０の熱膨張係数をヒートスプレッダ２０の熱膨張係数よりも小さくすることが有効である。
【００３５】
また、本実施例によれば、拘束埋め込みバー７２０は、面直視でヒートスプレッダ２０よりも外側に配置されているので、拘束埋め込みバー７２０がヒートスプレッダ２０からヒートシンク４０への熱の伝導を阻害することもない。
【００３６】
また、本実施例において、拘束埋め込みバー７２０間を溶接等で強固に結合する場合には、上述の拘束リング７１０と同様の拘束原理に基づいてヒートシンク４０の熱膨張を抑制することができる。
【００３７】
図８は、図５に示す拘束埋め込みバー７２０の他の取り付け状態を示す上面図である。拘束埋め込みバー７２０は、面直視でヒートシンク４０の略中心で交差するように２本設けられてもよい。この場合、拘束埋め込みバー７２０は、面直視でヒートスプレッダ２０の下方に配置されているので、図６に示す取り付け状態に比べて、ヒートスプレッダ２０からヒートシンク４０への熱の伝導が悪くなるものの、ヒートシンク４０の熱膨張を同様に効果的に抑制して、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０との間の接合部の信頼性を高めることができる。尚、図８に示す例では、拘束埋め込みバー７２０は、２本しか設けられていないが、これらに平行に更なる拘束埋め込みバー７２０が配列されてもよい。また、図８に示す拘束埋め込みバー７２０の埋設方法は、図６に示した拘束埋め込みバー７２０の拘束埋め込みバー７２０の埋設方法と組み合わせて実現することも可能である。
【００３８】
図９は、熱変形抑制部材７０の他の一実施例である拘束埋め込みバー７３０の単品状態を示す平面図である。
【００３９】
拘束埋め込みバー７３０は、図９に示すように、棒状又は板状の部材である。拘束埋め込みバー７３０は凹部７３２を有する。凹部７３２は、図９に示すように、貫通する開口(切り欠き)により実現されてもよいし、或いは、貫通しないへこみにより実現されてもよい。尚、拘束埋め込みバー７３０は、上述の実施例による拘束埋め込みバー７２０と同様の態様でヒートシンク４０に埋設されてよい。このような拘束埋め込みバー７３０によっても、上述の実施例による拘束埋め込みバー７２０と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
このように拘束埋め込みバーにおける凹部の設定態様は多様であり、凹部の形状や位置、個数等は任意である。また、凹部に代えて又は加えて、凸部を設けてもよい。凸部の場合も、図７で示した拘束原理と同様の拘束原理に基づいて、同様の効果を奏することができる。即ち、熱膨張しようとするヒートシンク４０の内部の所定部位が凸部に引っ掛かることでヒートシンク４０全体に収縮方向の反力が付与される。また、凹凸の方向についても任意である。例えば拘束埋め込みバー７２０，７３０の場合には、凹部７２２，７３２は、ヒートシンク４０の側面４４に垂直な方向に向いているが、ヒートシンク４０の側面４４に対して斜めの方向（且つヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０の間の接合面に平行な方向）に向いていてもよいし、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０の間の接合面に垂直な方向に向いていてもよいし(図１０及び図１１参照)、これらの任意の組み合わせの方向を向いていてもよい。
【００４１】
図１０は、熱変形抑制部材７０の他の一実施例である拘束埋め込み板７４０の単品状態を示す平面図である。図１１は、ヒートシンク４０内の拘束埋め込み板７４０の断面図である。
【００４２】
拘束埋め込み板７４０は、板状の部材であり、面直方向に凹みを有する凹部７４２を有する。凹部７４２は、好ましくは、図１０に示すように、貫通する開口により実現される。凹部７４２の周囲には、図１１に示すように、凸部(周壁)７４４が形成されてもよい。この場合、凹部７４２及び凸部７４４の双方により図７で示した拘束原理を発揮することができる。
【００４３】
拘束埋め込み板７４０は、図１１に示すように、ヒートシンク４０に埋設される。拘束埋め込み板７４０は、上述の実施例による拘束埋め込みバー７２０と同様、アルミダイキャストによりヒートシンク４０に埋設される。拘束埋め込み板７４０は、その面直方向（図１０の紙面垂直方向）が、ヒートシンク４０とヒートスプレッダ２０の間の接合面に垂直な方向（面直方向）に対応するようにヒートシンク４０に埋設される。
【００４４】
本実施例による拘束埋め込み板７４０は、６つのチップ１０を組み込む半導体装置１に好適である。即ち、拘束埋め込み板７４０は、６つのチップ１０のそれぞれに対応して、凹部７４２が６つ設けられる。各凹部７４２の大きさは、好ましくは、対応するチップ１０のそれぞれ下方に設けられるヒートスプレッダ２０の外形よりも大きく設定される。これにより、各ヒートスプレッダ２０からヒートシンク４０への熱の伝導を阻害することが防止される。尚、６つのチップ１０は、モータ駆動用のインバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各上アーム及び各下アームの計６アームを構成してもよい。
【００４５】
尚、拘束埋め込み板７４０は、単一のチップ１０を組み込む半導体装置１に適用される場合は、単一の凹部７４２を有してよい。このように凹部７４２は、チップ１０の数に応じて設定されてもよい。また、本例では、開口である凹部７４２は、内部にメッシュ状の小さい凹部を複数備えてもよい。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４７】
例えば、上述の実施例では、チップ１０が配置される基板は、ヒートスプレッダ２０であったが、ヒートシンク４０の熱膨張係数が基板の熱膨張係数よりも大きい限り、本発明は、他の任意の基板にも適用可能である。例えば、図１２に示すように、基板２２は、高い熱伝導性を有するセラミック基板の両面にアルミ板を備えたＤＢＡ（Direct  Brazed  Aluminum）基板や、セラミック基板の両面に銅板を備えたＤＢＣ（Direct  Brazed  Copper）基板により構成されてもよい。この場合、基板２２は、ヒートシンク４０に半田５０により接合されてもよい。この場合も、ＤＢＡやＤＢＣの熱膨張係数とヒートシンク４０の熱膨張係数の差に起因して熱応力が生じることで、半田５０にクラック等が発生し、基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が損なわれる虞があるためである。
【００４８】
また、上述の実施例では、ヒートスプレッダ２０の材料が銅であり、ヒートシンク４０の材料がアルミであったが、本発明は、ヒートシンク４０の熱膨張係数がヒートスプレッダ２０（基板）の熱膨張係数よりも大きい限り、他の任意の材料で構成された組み合わせに対しても適用可能である。
【００４９】
また、上述の実施例において、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０の間の接合に使用する樹脂接着剤や樹脂シートの改良や、接着層の厚みの調整、接合表面の改質などによって、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０の間の接合部の信頼性を向上させることも可能である。即ち、本発明は、これらのアプローチと相容れない関係ではなく、必要な効果を得るために組み合わせることは可能である。
【００５０】
また、上述の実施例では、ヒートシンク４０は、一部材で構成されていたが、２つ以上の部材で構成されてもよい。例えば、ヒートシンク４０は、第１の金属板と、フィン４２を備えた第２の金属板とを結合して構成されてもよい。この場合、上述の実施例による熱変形抑制部材７０は、ヒートスプレッダ２０に接合される金属板（第１の金属板）に設けられてもよい。
【００５１】
また、上述の実施例では、好ましい実施例として、熱変形抑制部材７０が面直視でヒートスプレッダ２０よりも外側に設けられ、ヒートスプレッダ２０の下方に設けられない場合を説明した。しかしながら、例えばヒートスプレッダ２０が複数のチップ１０で共用される場合等のように、ヒートスプレッダ２０が比較的大きい場合には、熱変形抑制部材７０は面直視でチップ１０実装範囲よりも外側に設けられ、チップ１０実装範囲の下方に設けられないようにしてもよい。
【００５２】
また、上述の実施例では、半導体装置１は、車両用のインバータに適用されるものであったが、半導体装置１は、他の用途（鉄道、エアコン、エレベータ、冷蔵庫等）で使用されるインバータに使用されてもよい。更に、半導体装置１は、インバータ以外の装置、例えば、コンピューター用のＭＰＵ（Microprocessor  Unit）や、無線通信機の送信部の電力増幅回路に使用される高周波パワーモジュールに使用されてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    半導体装置
１０    チップ
２０    ヒートスプレッダ
２２    基板
３０    絶縁層
４０    ヒートシンク
４２    フィン
４４    側面
４４ａ    凹部
５０    半田
７０    熱変形抑制部材
７１０    拘束リング
７２０，７３０    拘束埋め込みバー
７２２，７３２    凹部
７２４    切り欠き
７４０    拘束埋め込み板
７４２    凹部
７４４    凸部
【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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