(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却装置を備えた半導体装置において、放熱性を向上させ、かつはんだクラックによる不良の発生を抑制する構造体を提供する。【解決手段】半導体装置１０１は、天板６９が設けられている冷却装置６と、開口部を有し、冷却装置６の天板６９に固定された金属製の第１の板部材と、第１の板部材の開口部に配置され冷却装置の天板に固定された金属製の第２の板部材と、開口部を有し、第１の板部材に固定された金属製の第３の板部材と、絶縁シート２と一体形成され、第２の板部材に第１のはんだ層を介して接合された金属箔と、絶縁シート２に載置された金属製のヒートスプレッダ３と、ヒートスプレッダ３に第２のはんだ層を介して接合された半導体素子１と、ヒートスプレッダ３と半導体素子１と絶縁シート２を封止するモールド樹脂とを備えている。【選択図】図１
2013149643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板が設けられている冷却装置と、
開口部を有し、前記冷却装置の天板に固定された金属製の第１の板部材と、
前記第１の板部材の開口部に配置され前記冷却装置の天板に固定された金属製の第２の板部材と、
開口部を有し、前記第１の板部材に固定された金属製の第３の板部材と、
絶縁シートと一体形成され、前記第２の板部材に第１のはんだ層を介して接合された金属箔と、
前記絶縁シートに載置された金属製のヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダに第２のはんだ層を介して接合された半導体素子と、
前記ヒートスプレッダと前記半導体素子と前記絶縁シートを封止するモールド樹脂とを備え、
前記第３の板部材の開口部の面積は前記金属箔の面積よりも小さく、前記第１の板部材の開口部の面積は前記第２の板部材の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の板部材と前記第２の板部材は同じ厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、複数の開口部を有する金属製の板材が積層されてなる冷却層を有し、この冷却層は前記天板と底板に挟まれていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の板部材は、一部が前記第１の板部材の開口部と当接していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の板部材の線膨張係数は、前記金属箔の線膨張係数と前記天板の線膨張係数の間に収まっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の板部材は、前記金属箔と同じ材料からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記冷却装置の底板に固定され、前記第２の板部材と同じ材料からなる金属製の第４の板部材を備えていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の板部材は、一部が前記第３の板部材と重なり合っていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第３の板部材の開口部は、十字の形状を呈しており、前記十字の先端部の角は丸くなっていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
開口部を有し、前記第３の板部材に固定され前記モールド樹脂の周囲を囲む金属製の第５の板部材を備えていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体素子の少なくとも一部がワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかの半導体であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、特に冷却装置を備えた電力用半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を樹脂でモールドした半導体モジュールは、一般的にグリスを用いて冷却装置に取り付けられる。電力用半導体装置の分野でも、熱伝導性グリスを介して電力用半導体モジュールを冷却器に取付けた放熱構造が知られている（例えば特許文献１）。この電力用半導体モジュールは、固定用穴とグリス浸入部を備えている。固定用穴は電力用半導体モジュールおよび冷却器の各々に複数個設けられている。固定用穴によって囲まれる領域の内部には、グリス浸入部の一部であるスリット部が該領域の外周線に沿うように設けられている。電力用半導体モジュールは冷却器に固定用部材によって固定される。
【０００３】
グリス浸入部は、電力用半導体モジュールおよび冷却器の対向面の少なくともどちらか一方に設けられている。熱伝導性グリスはグリス浸入部から電力用半導体モジュールと冷却器の間に充填される。固定用部材による締結力の反力としてグリス面圧が生じる。このグリス面圧による電力用半導体モジュールの変形量を抑制することにより、グリス浸入部以外の領域でのグリス膜厚が減少し、装置全体の放熱性が高められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９６５７６号公報（特に図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置を小型軽量化するためには、半導体モジュールまたは半導体装置全体の放熱性を向上させることが重要である。半導体モジュールの放熱性が向上するに従い、半導体モジュールと冷却装置との取付部におけるグリスが半導体装置全体における放熱性を律速する原因として浮かび上がってきた。特許文献１においては、グリス浸入部以外の領域でのグリス膜厚を減少させることで、半導体装置全体の放熱性を高めているが、グリス膜厚に着目した対応では限界が見えてきた。
【０００６】
半導体装置の放熱性をより向上させるために、半導体モジュールと冷却装置を、はんだで接合することが検討されている。放熱性を向上させるためには、はんだ厚は薄い方が好ましいが、はんだ厚が薄すぎると、ヒートサイクルによりはんだ接合層でクラックが進展し、放熱性は低下する。放熱性の向上と耐ヒートサイクル性の両方の要求を満足させるためには、はんだ厚をできる限り一定となるようにし、かつ最低厚みを適切な範囲に制御する必要がある。そのためには、半導体モジュールと冷却装置との間のはんだを、適切な量に制御することが重要になる。
【０００７】
この発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、冷却装置を備えた半導体装置において、放熱性を向上させ、かつはんだクラックによる不良の発生を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に関わる半導体装置は、天板が設けられている冷却装置と、開口部を有し、冷却装置の天板に固定された金属製の第１の板部材と、第１の板部材の開口部に配置され冷却
装置の天板に固定された金属製の第２の板部材と、開口部を有し、第１の板部材に固定された金属製の第３の板部材と、絶縁シートと一体形成され、第２の板部材に第１のはんだ層を介して接合された金属箔と、絶縁シートに載置された金属製のヒートスプレッダと、ヒートスプレッダに第２のはんだ層を介して接合された半導体素子と、ヒートスプレッダと半導体素子と絶縁シートを封止するモールド樹脂とを備えている。第３の板部材の開口部の面積は金属箔の面積よりも小さく、第１の板部材の開口部の面積は第２の板部材の面積よりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の半導体装置によれば、半導体モジュールに含まれる金属箔と、冷却装置に固定されたはんだ接合層とをはんだ接合することで、グリスを使用して取り付ける場合と比較して半導体モジュールの放熱性を向上できるという効果がある。さらに、薄い金属板を積層することで、冷却装置に複雑な加工を施すことなく、効率的に冷却装置を作製することができる。以上より、放熱性を高めながらはんだクラックの進展を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体装置の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるはんだ接合層と非はんだ接合層の形状を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるはんだ接合層と非はんだ接合層の別の形状を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるはんだ厚制御層とはんだ接合層との位置関係を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるはんだ厚制御層の開口部の形状を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１によるはんだ厚制御層の開口部の別の形状を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２による半導体装置の構成を示す側断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２による半導体モジュール位置決め層の形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に関わる半導体装置について、図１〜８を参照しながら実施の形態１と実施の形態２を以下に説明する。各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。各図間の図示では、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。このため構成の一部を変更した図面の間で、変更されていない同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合がある。半導体装置の構成について、本発明の特徴の説明に必要のない部分については図示を省略した。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による半導体装置１０１の構成を示す側断面図である。半導体装置１０１は、冷却装置６、外はんだ７、非はんだ接合層（第１の板部材）６３、はんだ接合層６２（第２の板部材）、はんだ厚制御層（第３の板部材）６４、半導体モジュール１００などから構成されている。半導体モジュール１００は、少なくとも１個以上の半導体素子１を含んでいて、インバータやコンバータを構成している。リードフレーム１０は、ヒートスプレッダ３に内はんだ４で接合されている。Ａｌワイヤ１５は一端が半導体素子１に、片端はリードフレーム１１に接続されている。半導体素子１には、厚さ１ｍｍの銅部材で構成されているリードフレーム１０、１１から電気信号が送られる。
【００１３】
これらの構成部分について、以下に詳しく説明する。半導体モジュール１００は、半導体素子１、絶縁シート２、ヒートスプレッダ３、内はんだ４、銅箔５、モールド樹脂８、リードフレーム１０、リードフレーム１１、Ａｌワイヤ１５などから構成されている。モールド樹脂８は、熱硬化性のエポキシ樹脂が使われ、半導体素子１とヒートスプレッダ３と内はんだ４と絶縁シート２と銅箔５とリードフレーム１０とリードフレーム１１とＡｌワイヤ１５を封止している。リードフレーム１０、１１の端と銅箔５はモールド樹脂８から外部に露呈している。モールド樹脂８の材料は半導体モジュール１００の信頼性を向上できるものであればよい。本実施の形態１に関わるモールド樹脂８は、トランスファーモールド法にて形成されている。
【００１４】
半導体素子１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオードを含
む電力用の半導体である。半導体素子１には、珪素によって形成されたものの他、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成したものが含まれる。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。ワイドバンドギャップ半導体は、許容電流密度が高く、電力損失も低いため、半導体装置の小型化が可能となる。また半導体素子にワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、素子の耐電圧が上がり、高電圧領域まで適用が可能となる。リードフレーム１０とリードフレーム１１を通じて半導体素子１に電力を供給する。絶縁シート２は電気的な絶縁物で、放熱性を向上させるために、熱伝導率の大きいものが用いられる。絶縁シート２と金属箔５は一体的に形成されている。本実施の形態では、絶縁シート２に、エポキシ樹脂に高い熱伝導率を有するセラミックのフィラーを混ぜたものを用いている。
【００１５】
ヒートスプレッダ３は、ヒートシンクとしての役割の他に、電極としての役割を果たす。ヒートスプレッダ３は、厚さ３ｍｍのＣｕ板が使われ、半導体素子１と絶縁シート２によって挟まれている。半導体素子１で発生した熱は半導体素子１から内はんだ４を経由して、ヒートスプレッダ３に広がることで、放熱性が向上している。ヒートスプレッダ３にはリードフレーム１０が内はんだ４によって接合されている。ヒートスプレッダ３は熱伝導性と電気伝導性がよいものが好ましい。例えばＣｕや、はんだ付け可能なＮｉメッキを施されたＡｌが好ましく用いられる。ヒートスプレッダ３の形状は図１に示したようなブロック形に限らず、目的に応じて様々な形状を取ることができる。例えば金属フレームでもよく、この場合には、リードフレームと一体的に形成可能になるなどの利点がある。
【００１６】
内はんだ４は半導体素子１とヒートスプレッダ３を接合している。はんだは融点の低い金属材料で、グリスよりも熱伝導率が大きい。内はんだ４にはＳｎ-Ａｇ-Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ-Ｓｂ系はんだ等が好んで用いられる。外はんだ７は、銅箔５とはんだ接合層６２を
接合する。外はんだ７には、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系はんだや、より融点の低いＳｎ-Ｂi系はんだ等を用いるのが好ましい。ここでは、内はんだ４に厚さ１５０μｍのＳｎ-１０Ｓｂは
んだを、外はんだ７に厚さ２００μｍのＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだを用いた。
【００１７】
銅箔５は、絶縁シート２と一体形成されており、本実施の形態では厚さを０．１ｍｍとしている。モールド樹脂８は銅箔５の主面を被覆していないため、銅箔５は半導体モジュール１００に埋設されているわけではない。銅箔５の材料、形状は本実施の形態に限られるものではなく、絶縁シート２と一体的に形成されている金属箔であればよい。例えば、はんだ付け可能なように、Ｎｉめっき処理されているＡｌ箔でもよい。半導体モジュールの放熱性を向上させるために、銅箔５には熱伝導率が大きい材料を用いる。銅箔５とはんだ接合層６２を外はんだ７を用いて接合することによって、グリスを用いた場合と比較して、半導体装置１０１の放熱性を向上することができるというメリットがある。
【００１８】
冷却装置６は冷却層６１、底板６７、天板６９から構成されている。冷却装置６には水
などの冷媒が循環している。冷却層６１は、フィン部分に相当する。冷媒が半導体素子１で発生した熱を取り除くため、半導体装置１０１の全体が冷却される。冷却方法については、空冷でも水冷でもかまわないが、放熱性を向上させるためには水冷フィンの方が好ましい。本実施の形態においては、冷却層６１はＡｌと一部にＣｕを用いた水冷の積層冷却フィンとしている。
【００１９】
冷却層６１、底板６７、天板６９に用いる材料は、熱伝導率がよいものが好ましく、例えばＣｕやＡｌが用いられる。冷却層６１の形状は、表面積を大きくすることが好ましく、例えば、スパイラル形状やコルゲート形状等を用いれば放熱性が向上する。ここでは冷却層６１は厚み方向に伸びる複数の薄いＡｌ板（羽部材）を積層することで形成されている。天板６９には、はんだ接合層６２と非はんだ接合層６３が固定されている。冷却層６１が積層によって形成されていると、冷却層６１にはんだ接合層６２、非はんだ接合層６３およびはんだ厚制御層６４を同時に積層できることから、切削、鋳造、押出し等を用いる場合と比較して作業工程を短縮できる。
【００２０】
はんだ接合層６２は、外はんだ７によって銅箔５とはんだ接合されている。はんだ接合層６２に用いる材料は、熱を伝えるもので、はんだ接合可能である必要がある。冷却層６１で効率的に冷却を行うためには、熱伝導率がよいものが好ましく、例えばＣｕやＮｉメッキを施したＡｌが用いられる。銅箔５の線膨張係数と、冷却層６１の線膨張係数が異なる場合、はんだ接合層６２の線膨張係数を、銅箔５の線膨張係数に合わすか、銅箔５の線膨張係数と冷却層６１の線膨張係数の間の値となるようにすると好ましい。例えば、本実施の形態１のように、銅箔５にＣｕが用いられ、冷却層６１にＡｌが用いられている場合、はんだ接合層６２にはＣｕを用いるのが好ましい。
【００２１】
はんだ接合層６２を銅箔５と接合する工程において、内はんだ４が溶融すると、内はんだ４の溶融による体積膨張によって、モールド樹脂８を内側から破壊する等の不具合が発生することが考えられる。そのような不具合を避けるため、内はんだ４の材料は、外はんだ７に使用する材料より融点の高い材料であることが好ましい。例えば、内はんだ４にＳｎ-３．０Ａｇ-０．５Ｃｕはんだを用いた場合は、外はんだ７にはＳｎ-５８Ｂiはんだを、内はんだ４にＳｎ-１０Ｓｂはんだを用いた場合は、外はんだ７にはＳｎ-３.０Ａｇ-０.５Ｃｕはんだを用いる。
【００２２】
銅箔５とはんだ接合層６２を外はんだ７を用いてはんだ接合すると、銅箔５と冷却層６１の熱膨張率の違いから、温度変化により外はんだ７に熱応力が生じる。熱応力は外はんだ７にはんだクラックを発生させる。クラックが進展すると、半導体装置１０１の全体の放熱性を低下させる。外はんだ７の端部では外はんだ７に生じる熱応力が最大となることで、銅箔５と一体的に形成されている絶縁シート２が半導体モジュール１００より剥離することが考えられる。剥離による半導体モジュール１００の放熱性や絶縁性の低下を防止し、半導体装置１０１の信頼性をより向上させるためには、外はんだ７に生じるはんだクラックの進展や、銅箔５や絶縁シート２の剥離を抑制することが重要となる。はんだ接合層６２に、銅箔５と同じ線膨張係数を有する材料か、銅箔５の線膨張係数と冷却装置６（冷却層６１、底板６７、天板６９）の線膨張係数の間の線膨張係数を有する材料を用いると、外はんだ７に生じる熱応力が低減されるため、外はんだ７に生じるはんだクラックの進展を抑制し、銅箔５や絶縁シート２が剥離するのを防ぐことができる。
【００２３】
非はんだ接合層６３は原則的にはんだ接合層６２と同じ厚さを有する板材で構成される。図２と図３は、はんだ接合層６２と非はんだ接合層６３の形態を表す平面図である。非はんだ接合層６３は開口部６８を備えており、はんだ接合層６２はこの開口部６８に収まっている。開口部６８の面積は、はんだ接合層６２より大きく、半導体モジュール１００の投影面積より小さい。非はんだ接合層６３が中央部に開口部６８を備えているため、はんだ接合層６２の周囲に、はんだ接合時に生じる余分なはんだを逃がすための領域が生じる。開口部６８は、はんだ接合時に生じる余分なはんだを逃がせるだけの大きさがあればよい。図２は、はんだを逃がすための領域がはんだ接合層６２の左右に２箇所に分かれて設けられている場合を示す。開口部６８の高さとはんだ接合層６２の高さが同じで、はんだ接合層６２と非はんだ接合層６３は側面を突き合わせて互いに部分的に係合或いは当接している。図３は、はんだ接合層６２の全部の周囲にはんだを逃がすための領域を設けている場合を示す。
【００２４】
はんだ厚制御層６４は、冷却装置６、はんだ接合層６２、非はんだ接合層６３と機械的に積層可能であるものが好ましい。はんだ厚制御層６４ははんだの最低厚みと同じ厚さを有しているため、はんだ付け時に、はんだの最低厚みははんだ厚制御層６４の厚みによって制御される。供給された余分なはんだは、半導体モジュール１００の自重によって、はんだ接合層６２の外側に設けられた開口部６８に押し出されるため、半導体モジュール１００と冷却装置６との間のはんだを、適切な量に制御することができる。
【００２５】
はんだ接合層６２と非はんだ接合層６３が冷却装置６やはんだ厚制御層６４と機械的に積層されることを考えたとき、はんだ接合層６２の位置を容易に決定するためには、はんだ接合層６２と非はんだ接合層６３が一体となっていることが好ましい。非はんだ接合層６３に用いる材料は、図２に示すように、非はんだ接合層６３がはんだ接合層６２と係合し一体となっている場合は、一枚の材料板から形成できるため、はんだ接合層６２と同一の材料となっているほうが好ましい。図３に示すように、非はんだ接合層６３とはんだ接合層６２が別体となっている場合は、はんだ接合層６２に用いられている材料とは別の材料を用いても問題ない。
【００２６】
図４は、はんだ厚制御層６４の形状に加えて、銅箔５とはんだ接合層６２と非はんだ接合層６３とはんだ厚制御層６４と半導体モジュール１００の位置関係を示している。はんだ厚制御層６４は、中央部に開口部７０を有していて、外はんだ７の最低はんだ厚を規定する。銅箔５の面積は非はんだ接合層６３の開口部６８の面積よりも小さい。はんだ厚制御層６４は、外はんだ７の周囲かつ銅箔５の投影面積下に、外はんだ７の最低はんだ厚を決定する。半導体モジュール１００の自重によって、銅箔５とはんだ接合層６２をはんだ接合している外はんだ７は適切な量に制御され、余分なはんだは開口部６８へ移動する。このとき非はんだ接合層６３ははんだ接合されない材料で構成されているか、はんだ接合されないよう処理が施されているため、銅箔５と非はんだ接合層６３が移動した余分なはんだによってはんだ接合されることはない。半導体モジュール１００の外周部は、はんだ厚制御層６４の内周部によって支えられているため、半導体モジュール１００がはんだ接合時に傾くことを防いでいる。
【００２７】
銅箔５とはんだ接合層６２を板状のはんだを使用して接合することを考えた場合、はんだ厚制御層６４の形状は、板はんだがはんだ接合層６２の上に位置決めできるような形状であることが好ましい。図５では、はんだ厚制御層６４の開口部７０は十字形を呈している。はんだ接合層６２は点線で示されているように長方形であるが、長方形の長手方向の先端部がはんだ厚制御層６４と重なり合っているため、十字形に見えている。この重なる部分は、開口部７０から突出している。このような形状のはんだ厚制御層６４があると、はんだ接合時に半導体モジュール１００をはんだ接合層６２の上に置いた後に、板はんだは位置を移動できない。銅箔５は半導体モジュール１００の内側に収まっているので、外はんだ７は確実に銅箔５の内側に配置される。
【００２８】
はんだ厚制御層６４に用いる材料は、外はんだ７とはんだ接合されないよう、溶融はんだと濡れにくいことが必要である。半導体装置１０１の全体に温度変化が生じた時、外はんだ７に生じるはんだクラックを進展させないためには、外はんだ７より線膨張係数の大
きい材料であることが好ましい。例えば、Ａｌが用いられる。冷却装置６の反りを抑制するためには、はんだ厚制御層６４の材料は冷却層６１に用いた材料と同じ材料を用いるとより好ましい。
【００２９】
さらに図６に示すように、はんだ厚制御層６４は、はんだ接合層６２の四隅に当たる部分が角丸めされているとより好ましい。図６でも開口部７０はおおよそ十字の形状を呈している。十字の先端部の角が、４箇所丸くなっている。はんだ厚制御層６４を、はんだ接合層の四隅に当たる部分が角丸めされた形状とすることで、はんだ接合時に、外はんだ７の形状を四隅が角丸めされた形状にすることができる。外はんだ７の四隅が角丸めされることで、外はんだ７の端部における応力集中部がなくなり、外はんだ７の端部に生じる熱応力を低減することができる。外はんだ７に生じるはんだクラックの進展や、銅箔５や絶縁シート２の剥離が抑制されるというメリットが生じる。
【００３０】
外はんだ７に生じる熱応力は、はんだ厚が薄いほど大きくなる。外はんだ７に生じるはんだクラックを抑制するためには、はんだ厚は厚いほうが好ましいが、半導体装置１０１の放熱性を向上させることを考えたとき、半導体装置１０１の熱抵抗をより小さくするためには、はんだ厚は薄い方が好ましい。はんだ厚制御層６４を設けることによって、外はんだ７のはんだ厚の最低厚さを設定することができる。はんだ厚の最低厚さが規定できることで、外はんだ７のはんだ厚を、はんだクラックを抑制できる厚みを保った状態で、可能な限り薄くすることができる。
【００３１】
銅箔５とはんだ接合層６２を外はんだ７によって接合することを考えたとき、外はんだ７の端部で外はんだ７に生じる熱応力は最大となる。銅箔５の端部に生じる熱応力は、銅箔５や絶縁シート２の剥離の起点となりやすい。銅箔５の外周部を避けてはんだ接合することで、銅箔５の全体をはんだ接合した場合と比較して、銅箔５の端部に生じる熱応力が低減される。熱応力が低減すると、銅箔５や絶縁シート２の剥離を防ぐことができるというメリットが生じる。
【００３２】
銅箔５の外周部を除いてはんだ接合するためには、はんだ接合時に外はんだ７を銅箔５の内側に収められるようにセットする必要がある。銅箔５は半導体モジュール１００の底面から露出しているが、半導体モジュール１００をはんだ接合層６２の上に置いたとき、外はんだ７の位置を外から確認することはできない。銅箔５の外周部を避けてはんだ接合するためには、半導体モジュール１００を置いた時、外はんだ７を銅箔５の内側に配置する。
【００３３】
実施の形態２．
図７は実施の形態２による半導体装置１０１の構成を示す側断面図である。本実施の形態による半導体装置１０１は、反り低減層（第４の板部材）６６と半導体モジュール位置決め層（第５の板部材）６５とを備えている点に特徴がある。半導体モジュール位置決め層６５は、はんだ厚制御層６４に固定されている。反り低減層６６は、冷却装置（底板６７）６に固定されている。冷却層６１と、はんだ接合層６２と、非はんだ接合層６３と、はんだ厚制御層６４の各層が持つ効果については本実施の形態１において説明した。
【００３４】
図８は、はんだ接合層６２と、はんだ厚制御層６４と、半導体モジュール位置決め層６５の関係を表す平面図である。半導体モジュール位置決め層６５は、はんだ接合時に半導体モジュール１００の位置決めに使われるため、中央部に開口部７１を備えている。開口部７１の面積は半導体モジュール１００の面積よりも大きいため、半導体モジュール１００は、開口部７１に収容される。半導体モジュール１００をはんだ接合層６２に接合する際、板はんだははんだ接合層６２上に位置決めされている。位置決めされた板はんだは、銅箔５の内側にくるため、外はんだ7は確実に銅箔５の内側に位置決めされる。
【００３５】
半導体モジュール位置決め層６５は、はんだ厚制御層６４と機械的に積層されていることが望ましい。半導体モジュール位置決め層６５に用いる材料は、半導体モジュール１００が変形しないよう、半導体モジュール１００より線膨張係数の大きい材料であることが好ましい。本実施の形態では、冷却装置６の全体の反りを抑制するために、冷却層６１に用いられた材料と同じ材料、例えばＡｌを用いている。半導体モジュール位置決め層６５を設けることで、はんだ接合時に外はんだ７と半導体モジュール１００の位置関係を決めることができる。
【００３６】
反り低減層６６は、はんだ接合層６２と非はんだ接合層６３とはんだ厚制御層６４と半導体モジュール位置決め層６５に、冷却層６１とは異なる材料が用いられている場合、線膨張係数の違いによって発生する冷却装置６の反りを低減するために設けられる。このため、冷却装置６を作製する際に反り低減層６６が必要となるのは、冷却層６１に、冷却層６１とは異なる材料からなる部材が積層されている場合である。
【００３７】
反り低減層６６は、冷却装置６の底板６７に積層される。反り低減層６６の形状は、底板６７と同じである必要はないが、冷却装置６の反りを確実に低減できるよう、底板６７と同じ形状、同じ厚さであることが好ましい。反り低減層６６に用いる材料は、冷却装置６の反りを低減できるよう、はんだ接合層６２、底板６７、天板６９などと同じ材料を用いることが好ましい。例えば、冷却層６１にＡｌ、はんだ接合層６２にＣｕが用いられている場合、反り低減層６６にはＣｕを用いる。
【００３８】
半導体素子１にＳｉＣを用いた場合、半導体装置１０１はその特徴を生かすべくＳｉの時と比較してより高温で動作させることになる。ＳｉＣデバイスを搭載する半導体装置においては、半導体装置としてより高い信頼性が求められるため、高信頼の半導体装置を実現するという本発明のメリットはより効果的なものとなる。
【００３９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１．半導体素子、２．絶縁シート、３．ヒートスプレッダ、４．内はんだ、５．銅箔、６．冷却装置、７．外はんだ、８．モールド樹脂、１０．リードフレーム、１１．リードフレーム、１５．Ａｌワイヤ、６１．冷却層、６２．はんだ接合層、６３．非はんだ接合層、６４．はんだ厚制御層、６５．半導体モジュール位置決め層、６６．反り低減層、６７．底板、６８．開口部、６９．天板、７０．開口部、７１．開口部、１００．半導体モジュール、１０１．半導体装置
【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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