(57)【要約】【課題】絶縁基板の破損を抑制した半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】半導体装置は、第１金属板と、前記第１金属板の一方の面に実装される半導体素子と、前記第１金属板の他方の面に配設される第１絶縁基板と、前記第１金属板、前記半導体素子、及び前記第１絶縁基板を封止する封止樹脂とを含み、前記第１金属板と前記第１絶縁基板との間に、流動性のある熱伝導部材が塗布又は形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属板と、
前記第１金属板の一方の面に実装される半導体素子と、
前記第１金属板の他方の面に配設される第１絶縁基板と、
前記第１金属板、前記半導体素子、及び前記第１絶縁基板を封止する封止樹脂と
を含み、
前記第１金属板と前記第１絶縁基板との間に、流動性のある熱伝導部材が塗布又は形成される、半導体装置。
【請求項２】
前記第１金属板の前記第１絶縁基板と当接する面には、当該面の外周に沿って凹部又は溝部が形成される、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１絶縁基板の前記第１金属板と当接する面とは反対側の面に、第１金属膜が配設される、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子の前記第１金属板に接続される面とは反対側の面に接続されるスペーサと、
前記スペーサを介して前記半導体素子の前記第１金属板に接続される面とは反対側の面に接続される第２金属板と、
前記第２金属板の前記スペーサに接続される面とは反対側の面に配設される第２絶縁基板と
をさらに含み、
前記スペーサ、前記第２金属板、及び前記第２絶縁基板は、前記封止樹脂によって封止されるとともに、前記第２金属板と前記第２絶縁基板との間に、流動性のある熱伝導部材が塗布又は形成される、請求項１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２絶縁基板の前記第２金属板と当接する面とは反対側の面に、第２金属膜が配設される、請求項４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、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表裏両面に金属板を備え一方の金属板を主電極とすると共に、該主電極に接続されたリード電極を備える一対の絶縁基板と、各絶縁基板の該主電極とされる金属板の間に挟持されて、該主電極に圧接されている半導体素子と、各絶縁基板の該主電極とされる金属板と反対側の金属板表面と、各リード電極の一部とを露出して、各絶縁基板と該半導体素子と各リード電極とを封止する樹脂層とを備える半導体装置であって、一方の該絶縁基板の該主電極は、該半導体素子のアノード（またはエミッタ）電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備える半導体装置があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３２３６５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、従来の半導体装置では、主電極に隆起部が設けられている。
【０００５】
このため、主電極の隆起部が形成されている面とは反対側の面に絶縁基板をろう付け等で接続すると、凸部に応力が集中することによって絶縁基板に不均一な応力がかかり、絶縁基板が破損する虞があった。
【０００６】
そこで、絶縁基板の破損を抑制した半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態の半導体装置は、第１金属板と、前記第１金属板の一方の面に実装される半導体素子と、前記第１金属板の他方の面に配設される第１絶縁基板と、前記第１金属板、前記半導体素子、及び前記第１絶縁基板を封止する封止樹脂とを含み、前記第１金属板と前記第１絶縁基板との間に、流動性のある熱伝導部材が塗布又は形成される。
【発明の効果】
【０００８】
絶縁基板の破損を抑制した半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の半導体装置を含む電源回路によって駆動される電動機を含む駆動システムを示す図である。
【図２】実施の形態１の半導体装置の斜視分解図である。
【図３】実施の形態１の半導体装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１の半導体装置を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１の半導体装置の断面図である。
【図６】実施の形態１の半導体装置１００の等価回路を示す図である。
【図７】実施の形態１の半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図８】実施の形態１の半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図９】実施の形態２の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１０】実施の形態３の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１１】実施の形態３の半導体装置３００の製造工程の一部を示す図である。
【図１２】実施の形態４の半導体装置の斜視分解図である。
【図１３】実施の形態４の半導体装置の内部構造を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態４の半導体装置の断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の半導体装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の半導体装置を含む電源回路によって駆動される電動機を含む駆動システムを示す図である。
【００１２】
駆動システム１０は、電動機１、電源回路２、駆動制御部３、ＨＶＥＣＵ（Hybrid  Vehicle  Electronic  Control  Unit）４、及びレゾルバ５を含み、例えば、ハイブリッド車（Hybrid  Vehicle）に用いられる。
【００１３】
電動機１は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電源回路２に含まれるバッテリ６から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。
【００１４】
ここでは、電動機１として、１台でモータの機能と発電機の機能とを有するモータ・ジェネレータを用いる形態について説明するが、これは例示であって、モータの機能のみを有する回転電機を１台、発電機の機能のみを有する回転電機を１台用いるものとしてもよい。また、モータ・ジェネレータを複数用いてもよい。
【００１５】
モータ・ジェネレータを複数用いる場合は、いずれか１つの電動機１をバッテリ６の充電のための発電機、いずれか他の電動機１を主として動力を発生する駆動モータとして用いてもよい。
【００１６】
電源回路２は、バッテリ６、平滑キャパシタ７Ａ、昇降圧コンバータ８、平滑キャパシタ７Ｂ、及びインバータ９を含む。
【００１７】
バッテリ６は、充放電可能な二次電池である。バッテリ６としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、又はキャパシタ等を用いることができる。
【００１８】
平滑キャパシタ７Ａは、バッテリ６と昇降圧コンバータ８との間に設けられ、電源回路２内におけるバッテリ６側の電圧変動を抑制する。
【００１９】
昇降圧コンバータ８は、リアクトルと、複数のスイッチング素子を含み、電源回路２内におけるバッテリ６側の電圧を昇圧してインバータ９側に出力するとともに、インバータ９側の電圧を降圧してバッテリ６側に出力する。
【００２０】
昇降圧コンバータ８は、例えば、バッテリ６側の約２００Ｖから約３００Ｖ程度の電圧を、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して、例えば約５００Ｖ〜７００Ｖの高電圧に昇圧する。また、昇降圧コンバータ８は、インバータ９側からの電力をバッテリ６側に充電電力として供給するときには、インバータ９側の電圧を降圧してバッテリ６側に出力する。
【００２１】
平滑キャパシタ７Ｂは、昇降圧コンバータ８とインバータ９の間に設けられ、電源回路２内におけるインバータ９側の電圧変動を抑制する。
【００２２】
インバータ９は、直流電力を交流三相駆動電力に変換して電動機１に供給するとともに、電動機１で回生された交流三相回生電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給する。
【００２３】
インバータ９は、２つのスイッチング素子が直列に接続され、さらに各スイッチング素子にそれぞれダイオードが並列に接続されるアームを三相分有する。各アームの中点は、電動機１の三相巻線１ｕ、１ｖ、１ｗに接続される。なお、インバータ９の入力電圧及び出力電圧の電圧値を表す信号は、駆動制御部３に入力される。
【００２４】
インバータ９の各アームに含まれる２つのスイッチング素子と２つのダイオードは、実施の形態１の半導体装置に含まれる半導体素子である。スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴであり、ダイオードは例えばＦＷＤである。実施の形態１の半導体装置は、電力の供給及び回生を行うパワーカードとして、インバータ９の各アームに用いられている。
【００２５】
駆動制御部３は、電源回路２のインバータ９の駆動制御を行うことにより、電動機１の駆動制御を行う装置である。
【００２６】
駆動制御部３は、例えば、正弦波制御モード、過変調制御モード、又は矩形波制御モードによる電圧指令を生成し、インバータ９を介して電動機１の駆動制御を行う。駆動制御部３は、例えばＥＣＵによって構成される。
【００２７】
ＨＶＥＣＵ４は、スロットルポジションセンサに接続されており、車両の運転者がスロットルを踏み込む度合いに応じたトルク指令値を出力する。トルク指令値は、電動機１に要求されるトルクを表す。ＨＶＥＣＵ４が出力するトルク指令値は、駆動制御部３に入力される。
【００２８】
レゾルバ５は、電動機１の回転軸の回転数を検出する回転数検出部の一例である。レゾルバ５によって検出される電動機１の回転数を表す信号は、駆動制御部３に入力される。
【００２９】
図２は、実施の形態１の半導体装置の斜視分解図である。図３は、実施の形態１の半導体装置の内部構造を示す斜視図である。図４は、実施の形態１の半導体装置を示す斜視図である。図５は、実施の形態１の半導体装置の断面図である。
【００３０】
実施の形態１の半導体装置１００は、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、絶縁基板１４０、及び封止樹脂１５０を含む。
【００３１】
分かり易さのために、図２及び図３では封止樹脂１５０を省略してある。図３と図４の違いは、封止樹脂１５０の有無である。すなわち、図３に示す電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、絶縁基板１４０を封止樹脂１５０で封止すると、図４に示す半導体装置１００が得られる。図５は、図４におけるＡ−Ａ矢視断面を示す。
【００３２】
ここでは、半導体素子１２０ＡがＩＧＢＴであり、半導体素子１２０ＢがＦＷＤである形態について説明する。半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂを含む半導体装置１００は、図１に示すインバータ９に含まれる。
【００３３】
電極１１０は、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂを駆動するための電極として機能するとともに、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂが発生する熱を放射する放熱板（ヒートシンク）として機能する。電極１１０は、例えば、銅又は銅合金で構成され、厚さは、例えば、１．０ｍｍ〜５．０ｍｍである。電極１１０は、第１金属板の一例である。
【００３４】
電極１１０の上面には半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂが接続される。半導体素子１２０Ａの下面には、ＩＧＢＴのコレクタがある。半導体素子１２０Ａのコレクタは、例えば、半田によって電極１１０の上面に接続される。また、半導体素子１２０Ｂの下面には、ＦＷＤのカソードがある。半導体素子１２０Ｂのカソードは、例えば、半田によって電極１１０の上面に接続される。
【００３５】
また、図２に示すように、電極１１０にはバスバー１１１が接続されている。電極１１０は、バスバー１１１を介して、電動機１又は平滑キャパシタ７Ｂ等（図１参照）に接続されている。
【００３６】
半導体素子１２０Ａの上面にある端子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄは、それぞれ、ボンディングワイヤ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄによって制御端子１７２Ａ、１７２Ｂ、１７２Ｃ、１７２Ｄに接続されている。
【００３７】
制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄは図示しないリードフレームによって固定されており、図４に示すように封止樹脂１５０によって封止された後に、リードフレームが切除される。制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄは、電極１１０とは絶縁されている。制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄのうちの少なくとも１つはＩＧＢＴのゲートに接続されている。制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄは、半導体素子１２０Ａの駆動制御を行う制御信号の入力等に用いられる。
【００３８】
なお、ボンディングワイヤ１７１Ａ〜１７１Ｄは、例えば、アルミニウム合金、又は、高純度のアルミニウムで構成される。ボンディングワイヤ１７１Ａ〜１７１Ｄの線径は、例えば、５０μｍ〜５００μｍである。制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄは、例えば、銅又は銅合金で構成される。制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄの厚さは、例えば、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【００３９】
半導体素子１２０Ａの上面には、端子１２１Ａ〜１２１Ｄに加えて、ＩＧＢＴのエミッタ１２１Ｅがある。エミッタ１２１Ｅは、電極１３０の第１部分１３２に接続される。エミッタ１２１Ｅと第１部分１３２とは、例えば、半田によって接続される。
【００４０】
半導体素子１２０Ｂの上面には、ＦＷＤのアノード１２２Ａがある。アノード１２２Ａは、電極１３０の第２部分１３３が接続される。アノード１２２Ａと第２部分１３３とは、例えば、半田によって接続される。
【００４１】
半導体素子１２０Ａのエミッタ１２１Ｅと、半導体素子１２０Ｂのアノード１２２Ａは、電極１３０によって互いに接続される。
【００４２】
電極１３０は、図２及び図３に示すように、バスバー１３１、第１部分１３２、及び第２部分１３３を有する。
【００４３】
バスバー１３１は、電動機１又は平滑キャパシタ７Ｂに接続されている。第１部分１３２は、半導体素子１２０Ａのエミッタ１２１Ｅに接続されている。第２部分１３３は、半導体素子１２０Ｂの上面にあるアノード１２２Ａに接続されている。電極１３０は、例えば、電極１１０と同様に、銅又は銅合金で構成される。
【００４４】
絶縁基板１４０は、粘着性及び熱伝導性のあるシリコーングリス１４１を介して、電極１１０の下面に貼り付けられている。絶縁基板１４０は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック製の基板である。
【００４５】
絶縁基板１４０は、平面視で電極１１０より大きく、電極１１０よりも薄く形成されている。絶縁基板１４０の厚さは、例えば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【００４６】
絶縁基板１４０の下面１４０Ａは、封止樹脂１５０から表出している。半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂから電極１１０に伝導する熱を半導体装置１００の外部に放射する放熱板として機能する。
【００４７】
また、絶縁基板１４０は、シリコーングリス１４１によって電極１１０に貼り付けられているが、シリコーングリス１４１の粘着性は、絶縁基板１４０を電極１１０に固定するほどの粘着力を有していない。このため、絶縁基板１４０は、封止樹脂１５０によって固定されている。なお、シリコーングリス１４１の厚さは、例えば、１０μｍ〜２００μｍであればよい。シリコーングリス１４１は、流動性のある熱伝導部材の一例である。
【００４８】
図４及び図５に示すように、封止樹脂１５０は、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、及び絶縁基板１４０を封止する樹脂である。絶縁基板１４０の下面１４０Ａは、封止樹脂１５０から表出している。すなわち、絶縁基板１４０の下面１４０Ａには、封止樹脂１５０は形成されていない。また、バスバー１１１、１３１、及び制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄは、封止樹脂１５０から延出している。
【００４９】
封止樹脂１５０は熱硬化性の樹脂で構成される。封止樹脂１５０は、例えば、エポキシ樹脂で構成され、ガラス繊維等が混入されていてもよい。封止樹脂１５０は、例えば、８０℃〜２００℃程度まで加熱されて硬化され、その後に冷却される。
【００５０】
電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、及び絶縁基板１４０は、封止樹脂１５０によって封止されている。封止樹脂１５０は、絶縁基板１４０と密着している。
【００５１】
図６は、実施の形態１の半導体装置１００の等価回路を示す図である。ＩＧＢＴで構成される半導体素子１２０Ａのコレクタは、電極１１０を介して、ＦＷＤで構成される半導体素子１２０Ｂのカソードに接続され、ＩＧＢＴで構成される半導体素子１２０Ａのエミッタは、電極１３０を介して、ＦＷＤで構成される半導体素子１２０Ｂのアノードに接続されている。
【００５２】
ＩＧＢＴで構成される半導体素子１２０Ａのゲートは、ボンディングワイヤ１７１Ａ〜１７１Ｄ及び制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄのうちの少なくとも一組を介して、駆動制御部３０（図１参照）に接続される。
【００５３】
半導体装置１００の半導体素子１２０Ａは、駆動制御部３０からゲートに入力される制御信号によってオン／オフが行われる。半導体素子１２０Ｂには、半導体素子１２０Ａがオフの時に、電流が流れる。
【００５４】
次に、実施の形態１の半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００５５】
図７及び図８は、実施の形態１の半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【００５６】
まず、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、絶縁基板１４０、及び制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄの位置合わせを行う。位置合わせには、周知の治具を用いればよい。
【００５７】
図7に示す状態で、電極１１０と半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂとの間、及び、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂと電極１３０との間は、半田箔等を用いて接合される。半田箔は、例えば、錫と銀を含むＳｎＡｇ半田、又は、錫と銅を含むＳｎＣｕ半田等の材料を圧延することにより、シート状にした半田である。
【００５８】
また、絶縁基板１４０は、シリコーングリス１４１によって電極１１０の下面に貼り合わされている。電極１１０にはバスバー１１１が接続されている。また、半導体素子１２０Ａの端子１２１Ａ〜１２１Ｄと、制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄとはそれぞれボンディングワイヤ１７１Ａ〜１７１Ｄで接続される。
【００５９】
なお、電極１１０、１３０の表面には、ニッケルメッキ等が施されていてもよい。また、電極１１０、１３０の表面のうち、半田箔と接する部分には、濡れ性をよくするために金メッキを施してもよい。
【００６０】
図７に示すように位置合わせを行った状態で、半田箔を溶融させることにより、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、及び絶縁基板１４０を接続する。
【００６１】
図７に示すように接合した電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、及び絶縁基板１４０は、封止樹脂１５０で封止する前に、ポリアミド又はポリイミド等を有機溶媒に溶解させた溶液に含浸させることにより、表面にポリアミド又はポリイミド等の被膜をコーティングする。これは、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、及び絶縁基板１４０の表面に封止樹脂１５０が密着しやすくするためである。
【００６２】
次に、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、絶縁基板１４０、バスバー１１１、１３１、及び制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄを封止樹脂１５０で封止する。封止樹脂１５０による封止は、封止樹脂１５０に熱硬化処理を行うことによって行われる。
【００６３】
熱硬化処理では、図８に示す半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、絶縁基板１４０、バスバー１１１、１３１、及び制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄを加熱した金型１８０Ａ、１８０Ｂに入れ、熱硬化樹脂を加熱しながら金型１８０Ａ、１８０Ｂ内に流し込み、金型１８０Ａ、１８０Ｂ内の熱硬化樹脂に補圧を与えるとともに加熱を行うことにより、熱硬化樹脂の硬化反応を促進させる。このようにして、インサートモールドを行う。
【００６４】
このとき、金型１８０Ａ、１８０Ｂの間で、樹脂の注入圧が電極１１０を金型１８０Ｂに押し付けるように働くため、電極１１０と絶縁基板１４０との間にあるシリコーングリス１４１が厚さ方向に圧縮されることにより、より薄くなる。このため、電極１１０と絶縁基板１４０との間の熱伝導性が向上する。
【００６５】
熱硬化樹脂の加熱は、例えば、８０℃〜２００℃程度の温度で行い、その後に冷却することにより、図４に示す封止樹脂１５０が得られる。封止樹脂１５０は、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、電極１３０、絶縁基板１４０を封止する。また、封止樹脂１５０からは、絶縁基板１４０の下面１４０Ａ、バスバー１１１、１３１、及び制御端子１７２Ａ〜１７２Ｄの外側の一部が露出する。
【００６６】
以上のような実施の形態１の半導体装置１００によれば、電極１１０と絶縁基板１４０とはシリコーングリス１４１の粘着力又は毛細管現象によって張り合わされているだけである。シリコーングリス１４１は、図７及び図８を用いて説明した製造工程において、電極１１０と絶縁基板１４０との位置あわせを行う際に、位置ずれが生じない程度の粘着性を有している。
【００６７】
このため、製造段階において電極１１０と絶縁基板１４０に位置ずれが生じることを抑制できる。
【００６８】
また、電極１１０と絶縁基板１４０とは、シリコーングリス１４１によって熱的に接合されているが、シリコーングリス１４１によって剛的に接合されていない。電極１１０と絶縁基板１４０とは、シリコーングリス１４１によって仮接着されているだけであり、絶縁基板１４０は、封止樹脂１５０によって固定されている。
【００６９】
従って、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂで発生した熱は、電極１１０及びシリコーングリス１４１を介して絶縁基板１４０に伝達し、絶縁基板１４０から外部へ放熱される。
【００７０】
また、電極１１０と絶縁基板１４０とは線膨張率が大きく異なるが、上述のように電極１１０と絶縁基板１４０との間はシリコーングリス１４１によって熱的に接合されているが剛的には接合されていない。
【００７１】
このため、半導体装置１００を駆動に伴って電極１１０及び絶縁基板１４０の熱膨張及び熱収縮が生じても、電極１１０と絶縁基板１４０との間では応力の発生が抑制されるので、絶縁基板１４０の破損を抑制することができる。
【００７２】
また、このように絶縁基板１４０の破損を抑制できるので、電極１１０の厚さをより厚くすることができ、半導体装置１００の放熱性能を向上させることができる。
【００７３】
また、半導体装置１００は、上述のように製造段階において、樹脂の注入圧が電極１１０を金型１８０Ｂに押し付けるように働くため、電極１１０と絶縁基板１４０との間にあるシリコーングリス１４１が厚さ方向に圧縮されることにより、より薄くすることができる。このため、電極１１０と絶縁基板１４０との間の熱伝導性を向上させることができる。
【００７４】
また、封止樹脂１５０を形成する工程で、樹脂の注入圧によって電極１１０と絶縁基板１４０とが押圧されることによってシリコーングリス１４１が薄くされるため、封止樹脂１５０を形成する前に、予め電極１１０と絶縁基板１４０とを加圧してシリコーングリス１４１を薄くする工程は不要である。
【００７５】
以上のように、実施の形態１によれば、絶縁基板１４０の破損を抑制した半導体装置１００を提供できる。実施の形態１の半導体装置１００は、電極１１０と絶縁基板１４０とが薄膜化されたシリコーングリス１４１を介して接続されているため、放熱効果も改善されている。
【００７６】
また、絶縁基板１４０が封止樹脂１５０によって固定されていることにより、インバータ９に半導体装置１００を組み付ける作業性が向上する。
【００７７】
半導体装置１００がハイブリッド車に搭載される場合は、電動機１０の駆動及び回生の度に、インバータ９は高温に晒される。このような状況では、冷却性能の改善された実施の形態１の半導体装置１００を用いることは、非常に有益である。
【００７８】
なお、シリコーングリス１４１の熱伝導性は、例えば、シリコーングリス１４１に混入する無機フィラーの量によって調節することができる。
【００７９】
また、以上では、電極１１０と絶縁基板１４０との間をシリコーングリス１４１で貼り付ける形態について説明したが、電極１１０から絶縁基板１４０に熱を伝導でき、電極１１０と絶縁基板１４０とを剛的に接合しないものであれば、シリコーングリス１４１の代わりに用いることができる。このようなものとしては、例えば、銀ペースト等の金属粉末を樹脂に混合させたペーストを用いることができる。
【００８０】
また、以上では、半導体装置１００が２つの半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂを含む形態について説明した。しかしながら、半導体装置１００は、半導体素子を１つだけ含んでもよく、３つ以上の半導体素子を含んでもよい。
【００８１】
また、以上では、ＩＧＢＴとＦＷＤを含む形態について説明したが、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタを含んでもよい。
【００８２】
また、以上では、封止樹脂１５０がエポキシ樹脂で構成される形態について説明したが、封止樹脂１５０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂で構成されてもよい。
【００８３】
なお、以上では、半導体装置１００がハイブリッド車のインバータ９に用いられる形態について説明したが、半導体装置１００は、ＥＶ（Electric  Vehicle）車やその他の形式の車両のインバータに用いられてもよく、また、車両以外に用いられてもよい。
【００８４】
＜実施の形態２＞
図９は、実施の形態２の半導体装置の断面構造を示す図である。図９（Ａ）、（Ｂ）に示す断面は、実施の形態１の半導体装置１００の図５に示す断面に対応する。
【００８５】
以下において、実施の形態１の半導体装置１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８６】
図９（Ａ）に示すように、実施の形態２の半導体装置２００は、電極１１０の下面１１０Ａに溝部１１１が形成されている点が実施の形態１の半導体装置１００と異なる。
【００８７】
溝部１１１は、電極１１０の下面１１０Ａの四辺に沿って、形成されている。溝部１１１の深さは、例えば、０．１ｍｍ、幅は１ｍｍ程度である。
【００８８】
このような溝部１１１は、半導体装置２００の封止樹脂１５０を形成する段階で、電極１１０と絶縁基板１４０とが樹脂の注入圧によって加圧されるときに、電極１１０の外周部に向かって移動するシリコーングリス１４１の余剰分を受けるために形成されている。
【００８９】
電極１１０と絶縁基板１４０との間で加圧によって外側に押し出されるシリコーングリス１４１の余剰分は、溝部１４１に溜められる。
【００９０】
このため、シリコーングリス１４１の余剰分が平面視で電極１１０の外側にはみ出すことを抑制できる。
【００９１】
また、図９（Ｂ）に示すように、図９（Ａ）に示す溝部１１１の代わりに、電極１１０の下面１１０Ａの四辺に沿って凹部１１２を形成してもよい。
【００９２】
凹部１１２は、電極１１０の下面１１０Ａの端部に沿って形成されている。
【００９３】
このような凹部１１２を有する場合においても、溝部１１１を有する場合と同様に、電極１１０と絶縁基板１４０との間で加圧によって外側に押し出されるシリコーングリス１４１の余剰分は、凹部１１２に溜められる。
【００９４】
このため、シリコーングリス１４１の余剰分が平面視で電極１１０の外側にはみ出すことを抑制できる。
【００９５】
なお、以上では、溝部１１１又は凹部１１２は、電極１１０の下面１１０Ａの四辺の全周にわたって形成される形態について説明したが、溝部１１１又は凹部１１２は、電極１１０の下面１１０Ａの四辺の一部に形成されていてもよい。例えば、四辺のうち、対向する二辺に沿って形成されていてもよい。
【００９６】
また、溝部１１１又は凹部１１２は、連続的に形成されていてもよいし、一箇所又は複数箇所が途切れていてもよい。さらに、溝部１１１が二重に形成されていたり、溝部１１１と凹部１１２とを同じ辺で組み合わせたり、溝部１１１と凹部１１２とを辺毎にそれぞれ配置してもよい。
【００９７】
＜実施の形態３＞
図１０は、実施の形態３の半導体装置の断面構造を示す図である。図１０に示す断面は、実施の形態２の半導体装置２００（図９（Ａ））に示す断面に対応する。
【００９８】
実施の形態３の半導体装置３００は、実施の形態２の半導体装置２００の絶縁基板１４０の下面１４０Ａを金属膜３６０で被覆した構成を有する。その他の構成は、図９（Ａ）に示す実施の形態２の半導体装置２００と同様であるため、以下において、実施の形態２の半導体装置２００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
半導体装置３００の絶縁基板１４０の下面１４０Ａには、絶縁基板１４０の保護膜として用いる金属膜３６０が形成されている。
【０１００】
金属膜３６０は、例えば、銅箔又はアルミ箔であり、絶縁基板１４０の下面１４０Ａにろう付けされている。
【０１０１】
また、図１０では絶縁基板１４０の一面にのみ金属膜３６０が形成されているが、両面に形成してもよい。
【０１０２】
図１１は、実施の形態３の半導体装置３００の製造工程の一部を示す図である。
【０１０３】
図１１（Ａ）に示すように、金型１８０Ａ、１８０Ｂ（図８参照）を用いて半導体装置３００の封止樹脂１５０を形成した後には、封止樹脂１５０の一部が金属膜３６０の下面３６０Ａを覆っている場合がある。
【０１０４】
このような場合には、金属膜３６０の下面３６０Ａより下の部分にある封止樹脂１５０を歯具等を用いて切削やショットブラストで削り取る。
【０１０５】
図１１（Ｂ）に破線で示すように、封止樹脂１５０のうち金属膜３６０の下面３６０Ａより下の部分を削り取ると、封止樹脂１５０から金属膜３６０が表出される。
【０１０６】
このように封止樹脂１５０の下部を削り取る際に、金属膜３６０が形成されていないと、セラミック等で構成される絶縁基板１４０が破損する虞がある。また、これとは逆に、歯具が破損する場合もある。
【０１０７】
しかしながら、金属膜３６０を形成しておけば、封止樹脂１５０の下部を削り取っても、金属膜３６０は下面３６０Ａが封止樹脂１５０の下部とともに削り取られるだけで、破損することはない。
【０１０８】
従って、実施の形態３によれば、封止樹脂１５０を形成した後には、封止樹脂１５０の下部を削り取る場合であっても、絶縁基板１４０に損傷を与えることなく、半導体装置３００を製造することができる。
【０１０９】
また、このように封止樹脂１５０の下部を削り取る際に、金属膜３６０の下面３６０Ａも削り取ることにより、半導体装置３００の下面において、封止樹脂１５０と金属膜３６０の面を揃えることができる。
【０１１０】
なお、半導体装置３００の動作に伴って絶縁基板１４０と金属膜３６０が熱膨張及び熱収縮を繰り返しても、絶縁基板１４０に比べて金属膜３６０は薄いため、絶縁基板１４０の熱膨張及び熱収縮に合わせて金属膜３６０が伸縮することになる。金属膜３６０の厚さは、例えば、０．５ｍｍであればよい。
【０１１１】
また、金属膜３６０で絶縁基板１４０を被覆しておくと、半導体装置３００の金属膜３６０を冷却器等に取り付ける際に、異物が挟まっても、金属膜３６０が変形して異物混入による圧力を分散して絶縁基板１４０の破損を抑制することができる。
【０１１２】
＜実施の形態４＞
図１２は、実施の形態４の半導体装置の斜視分解図である。図１３は、実施の形態４の半導体装置の内部構造を示す斜視図である。
【０１１３】
実施の形態４の半導体装置４００は、実施の形態１の半導体装置１００の半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂの上側にも絶縁基板を設けた構成を有する。その他の構成は、実施の形態１の半導体装置１００と同様であるため、以下において、実施の形態１の半導体装置１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
半導体装置４００は、電極１１０、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、スペーサ４２０Ａ、４２０Ｂ、電極４３０、及び絶縁基板１４０、４４０を含む。図１２及び図１３では、封止樹脂を省略する。
【０１１５】
実施の形態４の半導体装置４００は、実施の形態１の半導体装置１００の電極１３０の代わりに、放熱板（ヒートシンク）として機能する電極４３０を含み、電極４３０の上面に絶縁基板４４０を取り付けた構成を有する。なお、電極４３０と半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂの間には、主にボンディングワイヤ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄと電極４３０との干渉を防ぐために、スペーサ４２０Ａ、４２０Ｂが挿入されている。
【０１１６】
スペーサ４２０Ａ、４２０Ｂは、銅又は銅合金で構成される。スペーサ４２０Ａは、ＩＧＢＴのエミッタ１２１Ｅと、電極４３０とを接合する。スペーサ４２０Ｂは、ＦＷＤのアノード１２２Ａと、電極４３０とを接合する。スペーサ４２０Ａ、４２０Ｂの高さは、ボンディングワイヤ１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄと電極４３０との干渉しないようにできる高さであればよい。
【０１１７】
電極４３０は、第２金属板の一例である。電極４３０は、電極１１０と同様の構成を有し、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂの電極として機能するとともに、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂの放熱板（ヒートシンク）として機能する。半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂが発生する熱は、スペーサ４２０Ａ、４２０Ｂを介して電極４３０に伝達する。
【０１１８】
なお、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂ、スペーサ４２０Ａ、４２０Ｂ、電極４３０は、それぞれ半田で接合されている。また、電極４３０には、バスバー４３１が接続されている。バスバー４３１は、実施の形態１のバスバー１３１と同様である。
【０１１９】
絶縁基板４４０は、第２絶縁基板の一例である。絶縁基板４４０は、電極４３０の上面に、シリコーングリスによって張り合わされている。絶縁基板４４０は、絶縁基板１４０と同様に、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック製の基板である。
【０１２０】
絶縁基板４４０は、平面視で電極４３０より大きく、電極４３０よりも薄く形成されている。絶縁基板４４０の厚さは、例えば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【０１２１】
絶縁基板４４０は、電極４３０と熱的に接合されており、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂからスペーサ４２０Ａ、４２０Ｂ、及び電極４３０を経て伝達される熱を放熱する。絶縁基板４４０の上面４４０Ａは、後述する封止樹脂から表出する。
【０１２２】
図１４は、実施の形態４の半導体装置の断面構造を示す図である。図１４に示す断面は、図１３におけるＢ−Ｂ矢視断面である。
【０１２３】
図１４に示すように、半導体装置１２０Ｂの上には、スペーサ４２０Ｂ及び電極４３０が接続されており、電極４３０の上には、シリコーングリス４４１を介して、絶縁基板４４０が張り合わされている。
【０１２４】
電極４３０と絶縁基板４４０とは、シリコーングリス４４１によって熱的に接合されているが、シリコーングリス４４１によって剛的に接合されていない。絶縁基板４４０は、封止樹脂４５０によって固定されている。
【０１２５】
このため、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂで発生した熱は、電極４３０及びシリコーングリス４４１を介して絶縁基板４４０に伝達し、絶縁基板４４０から外部へ放熱される。
【０１２６】
また、電極４３０と絶縁基板４４０とは線膨張率が大きく異なるが、上述のように電極４３０と絶縁基板４４０との間はシリコーングリス４４１によって熱的に接合されているが剛的には接合されていない。
【０１２７】
このため、半導体装置４００を駆動に伴って電極４３０及び絶縁基板４４０の熱膨張及び熱収縮が生じても、電極４３０と絶縁基板４４０との間では応力の発生が抑制されるので、絶縁基板４４０の破損を抑制することができる。
【０１２８】
また、このように絶縁基板４４０の破損を抑制できるので、電極４３０の厚さをより厚くすることができ、半導体装置４００の放熱性能を向上させることができる。
【０１２９】
また、半導体装置４００は、上述のように製造段階において、樹脂の注入圧が電極４３０を金型１８０Ａ、１８０Ｂ（図８参照）に押し付けるように働くため、電極４３０と絶縁基板４４０との間にあるシリコーングリス４４１が厚さ方向に圧縮されることにより、より薄くすることができる。このため、電極４３０と絶縁基板４４０との間の熱伝導性を向上させることができる。
【０１３０】
また、封止樹脂４５０を形成する工程で、樹脂の注入圧によって電極４３０と絶縁基板４４０とが押圧されることによってシリコーングリス４４１が薄くされるため、封止樹脂４５０を形成する前に、予め電極４３０と絶縁基板４４０とを加圧してシリコーングリス４４１を薄くする工程は不要である。
【０１３１】
以上のように、実施の形態４によれば、絶縁基板１４０及び４４０の破損を抑制した半導体装置４００を提供できる。
【０１３２】
実施の形態４の半導体装置４００は、半導体素子１２０Ａ、１２０Ｂで生じた熱が、絶縁基板１４０及び４４０の両方から放熱されるため、実施の形態１の半導体装置１００よりも放熱効果が高い。
【０１３３】
実施の形態４の半導体装置４００は、電極４３０と絶縁基板４４０とが薄膜化されたシリコーングリス４４１を介して接続されているため、放熱効果も改善されている。
【０１３４】
なお、以上では、電極４３０と絶縁基板４４０との間をシリコーングリス４４１で貼り付ける形態について説明したが、電極４３０から絶縁基板４４０に熱を伝導でき、電極４３０と絶縁基板４４０とを剛的に接合しないものであれば、シリコーングリス４４１の代わりに用いることができる。このようなものとしては、例えば、銀ペースト等の金属粉末を樹脂に混合させたペーストを用いることができる。
【０１３５】
また、絶縁基板１４０の下面１４０Ａを金属膜３６０で被覆するとともに、絶縁基板４４０の上面４４０Ａを同様の金属膜で被覆してもよい。この金属膜は、第２金属膜の一例である。
【０１３６】
また、電極４３０の上面に、実施の形態２で説明した溝部１１１又は凹部１１２と同様の溝部又は凹部を形成してもよい。
【０１３７】
以上、本発明の例示的な実施の形態の半導体装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３８】
１００、２００、３００、４００  半導体装置
１１０、１３０、４３０  電極
１１１  溝部
１１２  凹部
１２０Ａ、１２０Ｂ  半導体素子
１４０、４４０  絶縁基板
１４１、４４１  シリコーングリス
１５０、４５０  封止樹脂
３６０  金属膜
４２０Ａ、４２０Ｂ  スペーサ
【図１】
2013122993.tif 000003
【図２】
2013122993.tif 000004
【図３】
2013122993.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013122993.tif 000008
【図７】
2013122993.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013122993.tif 000011
【図１０】
2013122993.tif 000012
【図１１】
2013122993.tif 000013
【図１２】
2013122993.tif 000014
【図１３】
2013122993.tif 000015
【図１４】
2013122993.tif 000016