(57)【要約】【課題】耐圧性を向上できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０の製造方法は、基板１に半導体素子２を実装する工程と、開口を有するヒートスプレッダの容器３を、半導体素子２の基板１と反対側の面に接合する工程と、容器３の開口が露出するように、容器３の一部及び基板１の少なくとも一部を覆う樹脂４を形成する工程と、樹脂４が形成された後に、開口から容器３の中へ蓄熱材５を入れる工程と、蓄熱材５が入った容器３の開口を蓋６で塞ぐ工程と、を有する【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に半導体素子を実装する工程と、
開口を有するヒートスプレッダの容器を、前記半導体素子の基板と反対側の面に接合する工程と、
前記ヒートスプレッダの容器の前記開口が露出するように、前記ヒートスプレッダの容器の一部及び前記基板の少なくとも一部を覆う樹脂を形成する工程と、
前記樹脂が形成された後に、前記開口から前記ヒートスプレッダの容器の中へ蓄熱材を入れる工程と、
前記蓄熱材が入った前記ヒートスプレッダの容器の前記開口を蓋で塞ぐ工程と、を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記樹脂は、前記基板の前記半導体素子が実装された面及び、その面と反対側の面の双方にわたって一体的に形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子を前記基板に実装する工程は、前記基板の第１の面に第１半導体素子を実装する工程と、前記第１の面と反対側の前記基板の第２の面に第２半導体素子を実装する工程を含み、
前記ヒートスプレッダの容器を前記半導体素子の基板と反対側の面に接合する工程は、開口を有する第１ヒートスプレッダの容器を前記第１半導体素子の前記基板と反対側の面に接合する工程と、開口を有する第２ヒートスプレッダの容器を前記第２半導体素子の前記基板と反対側の面に接合する工程とを含み、
前記樹脂を形成する工程は、前記第１ヒートスプレッダの容器の開口及び第２ヒートスプレッダの容器の開口が露出するように、前記第１ヒートスプレッダの容器の一部及び前記第２ヒートスプレッダの容器の一部と、前記基板の少なくとも一部とを覆う樹脂を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ヒートスプレッダの容器は、前記開口の他に、空気を通す空気孔を有し、
前記樹脂は、前記空気孔が露出するように形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板に貫通孔を形成し、前記貫通孔に金属を充填する工程をさらに有し、
前記樹脂は、前記金属が充填された前記貫通孔を覆うように形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
基板と、
前記基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の前記基板と反対側の面に接合され、開口を有するヒートスプレッダの容器と、
前記容器内に封入された蓄熱材と、
前記開口を塞ぐ蓋と、
前記ヒートスプレッダの容器の開口及び前記蓋以外の表面の少なくとも一部及び前記基板の少なくとも一部を覆うように形成される樹脂と、を備える半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置であって、
前記樹脂は、前記基板の前記半導体素子が実装された面とその面と反対側の面の双方にわたって一体的に形成される、半導体装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の半導体装置であって、
前記半導体素子は、前記基板の第１の面に実装される第１半導体素子と、前記第１の面と反対側の前記基板の第２の面に実装される第２半導体素子を含み、
前記ヒートスプレッダの容器は、前記第１半導体素子の前記基板と反対側の面に接合され、開口を有する第１ヒートスプレッダの容器と、前記第２半導体素子の前記基板と反対側の面に接合され、開口を有する第２ヒートスプレッダの容器とを含み、
前記樹脂は、前記第１ヒートスプレッダの容器の開口及び第２ヒートスプレッダの容器の開口が露出するように、前記第１ヒートスプレッダの容器の一部及び前記第２ヒートスプレッダの容器の一部と、前記基板の少なくとも一部とを覆うように形成される、半導体装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記ヒートスプレッダの容器は、前記開口の他に、空気を通す空気孔を備え、
前記樹脂は、前記空気孔が露出するように形成される、半導体装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記基板は、前記基板を貫通する孔に充填された金属のビアを有し、
前記樹脂は、前記基板の前記ビアの部分を覆うように形成される、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材を用いたヒートスプレッダを有する半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄熱材の相変化を利用して半導体素子を冷却する冷却装置を備えた半導体装置が開発されている。例えば、特開２００９−２８３８６１号公報（特許文献１）に記載の半導体装置には、溶融物質が封止されている。溶融物質の融点は、半導体装置が正常に動作する最高温度以下に設定されている。溶融物質は、半導体装置の発熱部に対してその半導体装置を基板に接合する接合層と反対側に配置される。この構成では、発熱部の温度が溶融物質の融点に維持される。そのため、接合層や基板の温度は、溶融物質の融点よりも低温に維持される。
【０００３】
また、特開２００８−１９３０１７号公報（特許文献２）に記載の冷却構造は、半導体素子と、半導体素子が搭載されるヒートシンクと、半導体素子に対してヒートシンクの反対側に取り付けられた蓄熱部材を備える。蓄熱部材は、潜熱蓄熱材を含む。特開２００８−４１７５９号公報（特許文献３）に記載の電子機器は、蓄熱体が入れられ、電子部品に取り付けられる容器を備える。容器の天井部の上面は、電子部品の下面に金属基板を介して取り付けられる。特開平１０―１３５３８１号公報（特許文献４）には、蓄熱材を収容するケースのプレートが電子デバイスの表面と接触する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８３８６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１９３０１７号公報
【特許文献３】特開２００８−４１７５９号公報
【特許文献４】特開平１０―１３５３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓄熱材を収容する容器を冷却装置に用いることで、冷却装置の小型化を図ることができる。上記の従来技術では、製造工程又は使用時において、冷却装置を介して半導体装置にかかる荷重に対する耐圧性については考慮されていない。
【０００６】
そこで、本願は、耐圧性を向上できる半導体装置の製造方法、及び半導体装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法は、基板に半導体素子を実装する工程と、開口を有するヒートスプレッダの容器を、前記半導体素子の基板と反対側の面に接合する工程と、前記ヒートスプレッダの容器の前記開口が露出するように、前記ヒートスプレッダの容器の一部及び前記基板の少なくとも一部を覆う樹脂を形成する工程と、前記樹脂が形成された後に、前記開口から前記ヒートスプレッダの容器の中へ蓄熱材を入れる工程と、前記蓄熱材が入った前記ヒートスプレッダの容器の前記開口を蓋で塞ぐ工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本願開示によれば、耐圧性を向上できる半導体装置の製造方法、及び半導体装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１における半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図２】図２は、実施形態１における半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図３】図３は、実施形態１における半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図４】図４は、実施形態１における半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図５】図５は、製造工程の具体例を説明するための断面図である。
【図６】図６は、製造工程の具体例を説明するための断面図である。
【図７】図７は、製造工程の具体例を説明するための断面図である。
【図８】図８は、製造工程の具体例を説明するための断面図である。
【図９】図９は、容器、樹脂及び半導体素子の配置例を示す上面図である。
【図１０】図１０は、実施形態２における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態２における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態２における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１３は、実施形態２における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図１４は、樹脂４の変形例を示す断面図である。
【図１５】図１５は、図６に示す構成の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明者は、蓄熱材を収納する容器を半導体素子に接合して半導体素子を冷却することを検討した。このような冷却構造を採用した場合、半導体素子に、容器から圧力がかかる状況が発生し得ることに発明者は、気付いた。例えば、半導体素子に接合した容器の開口に蓋を圧入する際には、圧入のための力が、容器を介して半導体素子に加わる。また、半導体素子に、蓄熱材を収容する容器を押しつけることで、これらの間の熱伝導効率を確保できる場合があることを見出した。
【００１１】
試行錯誤の結果、発明者は、基板へ半導体素子及び容器を配置する工程において、基板及び容器の一部を覆う樹脂を適切に形成することにより、半導体素子の耐圧性を高められることを見出した。また、樹脂の適切な形成によって、使用時の容器から半導体素子への荷重に対する耐圧性も高められることを見出した。これらの知見に基づき、発明者は、以下の実施形態に想到した。
【００１２】
本発明の実施形態における半導体装置の製造方法は、基板に半導体素子を実装する工程と、開口を有するヒートスプレッダの容器を、前記半導体素子の基板と反対側の面に接合する工程と、前記ヒートスプレッダの容器の前記開口が露出するように、前記ヒートスプレッダの容器の一部及び前記基板の少なくとも一部を覆う樹脂を形成する工程と、前記樹脂が形成された後に、前記開口から前記ヒートスプレッダの容器の中へ蓄熱材を入れる工程と、前記蓄熱材が入った前記ヒートスプレッダの容器の前記開口を蓋で塞ぐ工程と、を有する（第１の製造方法）。
【００１３】
上記第１の製造方法においては、ヒートスプレッダの容器は、蓄熱材が入っていない状態で、半導体素子に接合できる。そのため、ヒートスプレッダの容器と半導体素子との接合がしやすくなる。また、蓄熱材が入っていないヒートスプレッダの容器の開口が露出するように、ヒートスプレッダの容器の一部及び基板の少なくとも一部が樹脂で覆われる。この状態で、蓄熱材が開口からヒートスプレッダの容器に入れられ、開口が蓋で塞がれる。例えば、開口を蓋で塞ぐ際に、蓋を開口に押し込む力が、ヒートスプレッダを介して半導体に伝達される場合がある。このとき、ヒートスプレッダの一部と基板の少なくとも一部とが樹脂で覆われているため、ヒートスプレッダは基板に対して固定される。そのため、蓋を開口に押し込む力によりヒートスプレッダと半導体素子との接合が壊れたり、半導体素子が壊れたりするのを樹脂で抑えることができる。また、半導体装置の組み立て後に、ヒートスプレッダに荷重がかかっても、樹脂によって半導体素子とヒートスプレッダの容器との接合、又は半導体素子を保護することができる。すなわち、半導体装置の耐圧性を向上させることができる。
【００１４】
上記第１の製造方法において、前記樹脂は、前記基板の前記半導体素子が実装された面及び、その面と反対側の面の双方にわたって一体的に形成されてもよい（第２の製造方法）。これにより、ヒートスプレッダの容器を基板に対してより確実に固定することができる。その結果、半導体装置の耐圧性をより向上させることができる。
【００１５】
上記第１又は第２の製造方法において、前記半導体素子を前記基板に実装する工程は、前記基板の第１の面に第１半導体素子を実装する工程と、前記第１の面と反対側の前記基板の第２の面に第２半導体素子を実装する工程を含んでもよい。この場合、前記ヒートスプレッダの容器を前記半導体素子の基板と反対側の面に接合する工程は、開口を有する第１ヒートスプレッダの容器を前記第１半導体素子の前記基板と反対側の面に接合する工程と、開口を有する第２ヒートスプレッダの容器を前記第２半導体素子の前記基板と反対側の面に接合する工程とを含むことができる。また、前記樹脂を形成する工程は、前記第１ヒートスプレッダの容器の開口及び第２ヒートスプレッダの容器の開口が露出するように、前記第１ヒートスプレッダの容器の一部及び前記第２ヒートスプレッダの容器の一部と、前記基板の少なくとも一部とを覆う樹脂を形成する工程を含むことができる（第３の製造方法）。
【００１６】
上記第３の製造方法によれば、基板の両面に半導体素子及びヒートスプレッダを配置した半導体装置において、耐圧性を向上させることができる。
【００１７】
上記第１〜第３のいずれかの製造方法において、前記ヒートスプレッダの容器は、前記開口の他に、空気を通す空気孔を有してもよい。この場合、前記樹脂は、前記空気孔が露出するように形成することができる（第４の製造方法）。これにより、例えば、容器の開口を蓋で塞ぐ時に、空気孔を通して容器内の空気を容器外へ排出することができる。
【００１８】
上記第１〜第４のいずれかの製造方法は、前記基板に貫通孔を形成し、前記貫通孔に金属を充填する工程をさらに有してもよい。この場合、前記樹脂は、前記金属が充填された前記貫通孔を覆うように形成することができる（第５の製造方法）。基板の貫通孔に金属を充填し樹脂で覆うことにより、基板の耐圧性を高めることができる。その結果、半導体装置の耐圧性をより高めることができる。
【００１９】
上記第１〜第４のいずれかの製造方法は、前記基板に貫通孔を形成し、前記貫通孔の内壁の表面に金属を形成し、前記貫通孔に、前記樹脂を充填する工程をさらに有してもよい（第６の製造方法）。貫通孔の内壁の表面に形成される金属は、例えば、めっき等により形成された金属膜とすることができる。このように、ヒートスプレッダの容器の一部及び基板の少なくとも一部を覆う樹脂を、貫通孔にも充填することで、樹脂による耐圧性向上効果をより高めることができる。  
【００２０】
本発明の実施形態における半導体装置は、基板と、前記基板に実装された半導体素子と、前記半導体素子の前記基板と反対側の面に接合され、開口を有するヒートスプレッダの容器と、前記容器内に封入された蓄熱材と、前記開口を塞ぐ蓋と、前記ヒートスプレッダの容器の開口及び前記蓋以外の表面の少なくとも一部及び前記基板の少なくとも一部を覆うように形成される樹脂とを備える（第１の構成）。
【００２１】
上記第１の構成において、樹脂により、ヒートスプレッダが基板に対して固定される。また、ヒートスプレッダの容器の開口及び蓋の部分は、樹脂で覆われていないので、ヒートスプレッダの容器を半導体素子に接合した状態で、蓄熱材の封入ができる構成となっている。そのため、半導体装置の製造工程又は使用中にヒートスプレッダに荷重がかかっても、樹脂によって半導体素子とヒートスプレッダの容器との接合、又は半導体素子を保護することができる。すなわち、半導体装置の耐圧性を向上させることができる。
【００２２】
上記第１の構成において、前記樹脂は、前記基板の前記半導体素子が実装された面とその面と反対側の面の双方にわたって一体的に形成されてもよい（第２の構成）。これにより、ヒートスプレッダの容器を基板に対してより確実に固定することができる。その結果、半導体装置の耐圧性をより向上させることができる。
【００２３】
上記第１又は第２の構成において、前記半導体素子は、前記基板の第１の面に実装される第１半導体素子と、前記第１の面と反対側の前記基板の第２の面に実装される第２半導体素子を含んでもよい。この場合、前記ヒートスプレッダの容器は、前記第１半導体素子の前記基板と反対側の面に接合され、開口を有する第１ヒートスプレッダの容器と、前記第２半導体素子の前記基板と反対側の面に接合され、開口を有する第２ヒートスプレッダの容器とを含むことができる。前記樹脂は、前記第１ヒートスプレッダの容器の開口及び第２ヒートスプレッダの容器の開口が露出するように、前記第１ヒートスプレッダの容器の一部及び前記第２ヒートスプレッダの容器の一部と、前記基板の少なくとも一部とを覆うように形成することができる（第３の構成）。これにより、基板の両面に半導体素子及びヒートスプレッダを配置した半導体装置において、耐圧性を向上させることができる。
【００２４】
上記第１〜第３の構成において、前記ヒートスプレッダの容器は、前記開口の他に、空気を通す空気孔を備えてもよい。この場合、前記樹脂は、前記空気孔が露出するように、形成することができる（第４の構成）。空気孔を通して容器内の空気を容器外へ排出することができる。
【００２５】
上記第１〜第４の構成において、前記基板は、前記基板を貫通する孔に充填された金属のビアを有してもよい。この場合、前記樹脂は、前記基板の前記ビアの部分を覆うように形成することができる。基板の金属のビアを設け、基板のビアの部分を樹脂で覆うことにより、基板の耐圧性を高めることができる。
【００２６】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。
【００２７】
（実施形態１）
図１〜図３は、実施形態における半導体装置の製造工程を説明する図である。図１に示すように、基板１に、半導体素子２が実装される。半導体素子２は、基板１の表面に露出するよう実装される。半導体素子２の電極が、基板１に設けられた配線パターン等の導体に接続される。
【００２８】
半導体素子２は、例えば、トランジスタ、ダイオード又はこれらを含む半導体チップとすることができる。半導体素子２は、対向する２面のうち片面に電極部を有する横型半導体素子、又は、対向する２面両面に電極部を有する縦型半導体素子のいずれであってもよい。
【００２９】
ヒートスプレッダの容器３（以下、単に容器３を称する）は、開口３ｋを有する。容器３は、底板３ａと、底板３ａに対して垂直に延びる側壁３ｂとを有する。本実施形態では、容器３の底板３ａと対向する面、すなわち上面の全体が開口３ｋとなっている。
【００３０】
図２に示すように、基板１に実装された半導体素子２の基板１と反対側の面に、ヒートスプレッダの容器３が接合される。すなわち、半導体素子２に対して、基板１と反対側に位置するようにヒートスプレッダの容器３（以下、単に容器３と称する）が取り付けられる。これにより、半導体素子２は、基板１と容器３の間に配置される。すなわち、半導体素子２の互いに対向する２面の一方は、基板１に対向し、他方は容器３に対向する。
【００３１】
図２に示す例では、容器３の底板３ａの外側の面（基板１に対向する面）が、半導体素子２の基板１と反対側の面に接合される。このように、容器３の開口３ｋがない面が、半導体素子２に接合される。言い換えれば、開口３ｋは、容器３において、半導体素子２と接合される面（基板１に対向する面）以外の面に設けられる。図１に示す例では、容器３の半導体素子２と接合する面の反対側の面に開口３ｋが設けられる。
【００３２】
容器３は、蓄熱材を収容していない状態で、半導体素子２に接合される。そのため、蓄熱材を収容した状態に比べて、容器３の半導体素子２に対する取り付けが容易になる。
【００３３】
図３に示すように、容器３の開口３ｋが露出するように、容器３の一部と基板１とを覆う樹脂４が形成される。樹脂４は、容器３と基板１の双方に接するよう一体的に形成される。図３に示す例では、樹脂４は、容器３と半導体素子２とが接合する部分を覆い隠すように形成される。また、樹脂４は、基板１の半導体素子２が実装された面と、その反対側の面を覆うように形成される。すなわち、樹脂４は、基板１の半導体素子２が実装された面及び、その面と反対側の面の双方にわたって一体的に形成される。樹脂４は、容器３の開口３ｋを塞がないように、容器３の外側表面の一部を覆うよう形成される。すなわち、樹脂４は、容器３の外側表面の開口３ｋ以外の領域の少なくとも一部を覆う。また、樹脂４は、基板１の表面を覆う。これにより、樹脂４は、基板１と、容器３の一部を包含する。
【００３４】
このように、容器３の一部と基板１の少なくとも一部を覆う樹脂４を形成することで、容器３にかかる力の一部は、樹脂４を介して基板１に伝達される。これにより、容器３にかかる力が全て半導体素子２にかかることを避けることができる。樹脂４によって、容器３の基板１に対する固定強度が強くなる。
【００３５】
樹脂４が形成された後に、開口３ｋから容器３の中へ蓄熱材（図示せず）が入れられる。図４に示すように、蓄熱材が入った容器３の開口３ｋに蓋６が嵌められる。蓋６で開口３ｋが塞がれる。これにより、蓄熱材が封入されたヒートスプレッダを備える半導体装置１０が得られる。本実施形態では、樹脂４により、基板１に対する容器３の固定の強度が強くなるため、半導体装置１０の耐圧性が向上する。
【００３６】
本実施形態では、容器３の一部と基板１の少なくとも一部を覆う樹脂４を形成した後に、容器３に蓄熱材が入れられる。これに対して、容器に蓄熱材を入れた後に、樹脂を形成することも考えられる。この場合、樹脂の形成時に蓄熱材が熱を吸収するために、樹脂が所望の形状に形成しにくい場合があることが発明者によって見出されている。そこで、樹脂４を形成した後に、蓄熱材を容器３に入れることが好ましい。これにより、予定した形状の樹脂４をより確実に形成することができる。
【００３７】
＜製造工程の具体例＞
次に、図５〜図８を参照し、図４に示す半導体装置１０の製造工程の具体例を説明するための断面図である。図５に示すように、基板１に、半導体素子２が実装される。半導体素子２は、少なくとも１面に電極を有する。半導体素子２の電極が、基板１の配線に接続される。実装された半導体素子２は、基板１側の面２ｃと、基板１の反対側の面２ａを有する。基板１側の面２ｃは、基板１に接してもよいし、接していなくてもよい。図１に示す例では、複数の半導体素子２が基板１に実装されるが、実装される半導体素子２は、１つであってもよい。
【００３８】
図５に示す例では、基板１に貫通孔１ａが形成される。貫通孔１ａは、基板１上の半導体素子２が実装されていない位置に形成される。
【００３９】
図６に示すように、半導体素子２の基板１と反対側の面２ａに、ヒートスプレッダの容器３が接合される。容器３の外側の表面が、半導体素子２の基板１と反対側の面２ａに接合される。容器３と半導体素子２は、例えば、はんだ又は接着剤によって、接合することができる。
【００４０】
容器３の側壁３ｂは、底板３ａの端部から垂直に延びる。底板３ａと対向する上面部分は、全体が開口３ｋとなっている。図６に示す例では、側壁３ｂの底板３ａと反対側の端部が開口３ｋを形成する。すなわち、側壁３ｂの該端部が開口３ｋの縁となっている。なお、開口３ｋの形態は、これに限られない。例えば、底板３ａと対向する板状の天井部を側壁３ｂの該端部に接続する構成であってもよい。この場合、この天井部に開口を形成することができる。
【００４１】
底板３ａは、四角形の板で形成される。側壁３ｂは、この底板３ａの四角形の各辺に対応する４枚の板で形成される。すなわち、側壁３ｂは、中空の四角柱で形成される。そのため、容器３は、バスタブの形状となる。
【００４２】
なお、容器３の形状は、この例に限られず、その他任意の形状にすることができる。例えば、底板３ａを円板とし、側壁３ｂを円筒に形成することもできる。また、底板３ａと側壁３ｂとの角度が９０度でない場合も、側壁３ｂが底板３ａに対して垂直に延びる形態に含まれる。また、開口３ｋの位置は、底板３ａに対向する上面部に限られない。例えば、側壁３ｂの一部に開口が設けられてもよい。この場合、底板３ａに対向する部分は、板状の天井部で覆われていてもよい。また、容器３の上面部の全体ではなく一部に開口３ｋが形成されてもよい。
【００４３】
図６に示す例では、容器３の底板３ａの外側の面の一部が半導体素子２に接合される。容器３の底板３ａの外側の面の面積は、半導体素子２の基板１と反対側の面２ａの面積より大きい。半導体素子２の基板１と反対側の面２ａの全面が、容器３に接合される。これにより、半導体素子２から容器３への熱伝導効率を良くすることができる。なお、半導体素子２の面２ａの全面ではなく、面２ａの一部が、容器３に接合される形態であってもよい。
【００４４】
また、図６に示す例では、容器３の側壁３ｂに、空気孔３ｄが形成される。空気孔３ｄは、容器の内部から外部へ貫通する貫通孔である。空気孔３ｄは、例えば、空気を通すが、蓄熱材は通さない繊維又は膜で塞ぐことができる。これにより、容器３の内部から空気孔３ｄを通って蓄熱材が外へ漏れないようにすることができる。なお、空気孔３ｄの位置は、側壁３ｂに限られない。例えば、容器３の上面部に空気孔３ｄを形成することができる。
【００４５】
基板１の貫通孔１ａには、金属が充填される。これにより、ビア７が形成される。貫通孔１ａへの金属の充填は、容器３を半導体素子２に接合する前に行われてもよい。この例では、容器３は、基板１に垂直な方向から見て、ビア７（貫通孔１ａ）と重なるように配置される。すなわち、ビア７（貫通孔１ａ）は、基板１に垂直な方向から見て、半導体素子２には重ならず、容器３と重なる位置に配置される。なお、ビア７（貫通孔１ａ）の位置は、この例に限られず、基板１の任意の位置に設けることができる。
【００４６】
図７に示すように、容器３の開口３ｋが露出するように、容器３の一部と基板１とを覆う樹脂４が形成される。樹脂４は、基板１と容器３との間に充填される。すなわち、樹脂４は、基板１と容器３の間であって、半導体素子２が配置されていない位置に形成される。本実施形態では、互いに対向する基板１の表面及び容器３の表面と、半導体素子２の側面とに接するように樹脂４が形成される。複数の半導体素子２の間の空間も、樹脂４で満たされる。このように、半導体素子２が介在することによって形成された、容器３と基板１との間の空間の少なくとも一部を埋めるように樹脂４を形成することができる。これにより、基板１に垂直な方向の力に対する耐圧性をより高めることができる。
【００４７】
図７に示す例では、基板１上でビア７を覆う位置に樹脂４が形成される。これにより、樹脂４の荷重は、ビア７へも伝達される。ビア７が樹脂４からの荷重を受けることにより、基板１の耐圧性が高くなる。
【００４８】
また、樹脂４は、基板１の半導体素子２が実装された面１ｂ及び、その面と反対側の面１ｃの双方にわたって一体的に形成される。樹脂４は、基板１の面１ｂからその反対側の面１ｃに回り込んで形成される。すなわち、一体形成された樹脂４は、基板１の両面１ｂ、１ｃを挟む。これにより、樹脂４による容器３の固定強度をより強くすることができる。
【００４９】
図９は、基板１における容器３、樹脂４及び半導体素子２の配置例を示す上面図である。図９は、基板１に垂直な方向から見た、容器３、樹脂４及び半導体素子２の構成を示す図である。図９では、樹脂４が配置される部分をドットハッチングで表している。図９に示す例では、基板１に垂直な方向から見て、樹脂４が基板１からはみ出すように形成される。樹脂４は、基板１の端部よりも広がって形成される。すなわち、樹脂４は、基板１の端部を回り込んで、半導体素子２が実装される面１ｂから、その反対側の面１ｃに連続的に形成される。
【００５０】
また、図９に示す例では、基板１に垂直な方向から見て、樹脂４は、半導体素子２の周囲を囲むように形成される。このように、基板１上において、半導体素子２を囲む領域の少なくとも一部に樹脂４を形成することで、容器３にかかる荷重から半導体素子２を保護することができる。そのため、より耐圧性を高めることができる。
【００５１】
再び図７を参照し、樹脂４は、容器３の開口３ｋを塞がないように、容器３の側壁３ｂの外側表面の一部と、底板３ａの外側表面を覆うよう形成される。すなわち、樹脂４は、容器３の開口３ｋの部分以外の外側表面を覆う。これにより、樹脂４を形成した後に、蓄熱材を容器３の中へ入れることができる。また、図７に示す例では、樹脂４は、空気孔３ｄを覆わない。すなわち、樹脂４は、開口３ｋ及び空気孔３ｄ以外の外側表面を覆う。これにより、容器３の開口３ｋを塞ぐ工程において、容器３内の空気を、空気孔３ｄを介して外へ逃がすことができる。
【００５２】
樹脂４の材料は、絶縁性を有する材料とすることができる。また、樹脂４の線膨張係数は、基板１の配線パターンに用いる導体の線膨張係数に近いことが好ましい。樹脂４の線膨張係数α４は、例えば、
2.6×10＾(-6）／K  ≦  α４  ≦  23.6×10＾(-6）／K
とすることができる。或いは、
Ｓｉの線膨張係数  ≦  樹脂４の線膨張係数α４  ≦  Ａｌの線膨張係数
とすることができる。
【００５３】
開口３ｋから、容器３の中へ蓄熱材５が入れられる。蓄熱材５は、固相の状態で、容器３の中へ入れることができる。蓄熱材５は、半導体素子２の発した熱を吸収する。蓄熱材５は、半導体素子２が発熱していない時の半導体装置１０の雰囲気温度においては、固相である。半導体素子２が発熱し、その熱が、容器３を介して蓄熱材５に伝わると、蓄熱材５の温度が上昇する。蓄熱材５の温度が融点を超えると、蓄熱材５は、固相から液相に相変化、すなわち融解する。蓄熱材５は、相変化の際に、融解熱により、温度が一定のまま吸熱する状態が生じる。このとき、ヒートスプレッダは、温度を一定に保ったまま半導体素子２の熱を吸収することができる。そのため、半導体素子２の温度上昇が抑えられる。
【００５４】
このように、蓄熱材５は、半導体素子２から受けた熱を固相から液相への相変化に伴う潜熱として蓄熱する。すなわち、蓄熱材５は、物質の相変化による潜熱により蓄熱する蓄熱材で構成される。蓄熱材５の融点は、例えば、半導体素子２の許容限界温度（例えば、半導体素子２が動作可能な温度の上限）より低い温度とすることができる。また、蓄熱材
５の融点は、想定される半導体装置の雰囲気温度の最高値より高い温度とすることができる。
【００５５】
図８に示すように、蓄熱材５が入った容器３の開口３ｋに蓋６が嵌められる。蓋６が開口３ｋを塞ぐ時に、容器３内の空気が、空気孔３ｄを介して外へ排出される。蓋６は、例えば、開口３ｋに圧入にされることにより、容器３に固定される。蓋６は、開口３ｋを塞ぐ。蓄熱材５は、容器３の内に密封される。
【００５６】
蓋６の圧入時に、容器３に荷重がかかる。この荷重の一部は、半導体素子２を介して基板１に伝わり、他の一部は、樹脂４を介して、基板１に伝わる。そのため、図８に示す構成では、樹脂４がない場合に比べて、半導体素子２にかかる荷重は少ない。また、樹脂４は、容器３の開口３ｋ及び蓋６以外の表面、及び基板１の表面を覆っている。そのため、半導体装置の利用時に容器３に荷重がかかった場合、半導体素子２及び樹脂４を介して基板１に力が加わる。そのため、樹脂４がない場合に比べて、半導体素子２にかかる荷重が少なくなる。その結果、半導体装置１０の耐圧性が高くなる。また、本実施形態では、容器３と基板１の間に樹脂４が形成される。そのため、例えば、樹脂４を半導体素子２に押し付けるような力が加わった場合に、樹脂４に力が分散し、半導体素子２にかかる力が少なくなる。そのため、半導体装置１０の耐圧性をより高めることができる。
【００５７】
本実施形態では、基板１に実装された半導体素子２に、容器３を接合した後、容器３の一部と基板１を覆う樹脂４を形成する。このとき、容器３の開口３ｋは、樹脂４で覆われない。その後、開口３ｋから蓄熱材５を容器３内に入れ、開口３ｋを蓋６で塞ぐ。この工程では、半導体素子２と容器３との接合の時に、蓄熱材５が容器３内に入っていない。このことは、半導体素子２と容器３の接合の際に接合部に熱を加える場合に有利に働く。例えば、半導体素子２と容器３の間の接合剤（例えば、はんだ）を加熱して、半導体素子２と容器３を接合する場合がある。この場合、容器３に蓄熱材５が入っていると、蓄熱材５が熱を吸収するため、うまく接合できない場合があることを発明者は見出している。そこで、容器３と半導体素子２を接合した後に、蓄熱材５を容器３に入れることで、より確実な接合ができる。また、入力する熱量を節約することができる。例えば、リフローにより、半導体素子２と容器３をはんだで接合する場合は、蓄熱材５に熱が吸収されないので、はんだを溶かす温度を確保するのが容易になる。
【００５８】
（実施形態２）
図１０〜図１３は、実施形態２における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。実施形態２では、基板１の互いに対向する２面に、半導体素子及びヒートスプレッダが設けられる。これらの２面それぞれにおける半導体素子２、及びヒートスプレッダ（容器３、蓄熱材５、蓋６を含む）の構成は、実施形態１と同様にすることができる。以下の説明では、実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。
【００５９】
図１０に示すように、基板１は、多層基板である。基板１は、第１層１１、第２層１２、第３層１３、及び第４層１４を含む。基板１の第１の面１ｂに、第１半導体素子２１が実装される。第１の面１ｂと反対側の第２の面１ｃに、第２半導体素子２２が実装される。本実施形態では、説明のため、基板１の積層方向を上下方向とし、第４層１４から第１層１１へ向かう方向を上方向とする。図１０に示す例では、基板１の複数層のうち最上層の上面すなわち第１層１１の表面に第１半導体素子２１が実装され、最下層の下面すなわち第４層の１４の表面に第２半導体素子２２が実装される。
【００６０】
図１０に示す例では、第１半導体素子２１と、第２半導体素子２２は、基板１に垂直な方向から見て互いに重なる位置に配置される。第１半導体素子２１と第２半導体素子２２は、基板１を中心に対称となるよう配置される。なお、第１半導体素子２１及び第２半導体素子２２の位置関係は、この例に限られない。第１半導体素子２１と、第２半導体素子２２は、基板１に垂直な方向から見て互いに重なってなくてもよい。また、図示しないが、実施形態１と同様に、基板１に貫通孔を形成し、貫通孔に金属を充填してビアを形成してもよい。
【００６１】
図１１に示すように、第１ヒートスプレッダの容器３１（以下、第１の容器３１と称する）が、第１半導体素子２１の基板１と反対側の面２１ａに接合される。第１の容器３１は、開口３１ｋを有する。第１の容器３１の面のうち開口３１ｋがない面が、第１半導体素子２１の面２１ａに接合される。第２ヒートスプレッダの容器３２（以下、第２の容器３２と称する）が、第２半導体素子２２の基板１と反対側の面２２ａに接合される。第２の容器３２は、開口３２ｋを有する。第２の容器３２の面のうち開口３２ｋがない面が、第２半導体素子２２の面２２ａに接合される。
【００６２】
図１１に示す例では、第１の容器３１と、第２の容器３２は、基板１に垂直な方向から見て互いに重なる位置に配置される。第１の容器３１と第２の容器３２は、基板１を中心に対称となるよう配置される。なお、第１の容器３１及び第２の容器３２の位置関係は、この例に限られない。第１の容器３１と、第２の容器３２は、基板１に垂直な方向から見て互いに重なってなくてもよい。
【００６３】
図１２に示すように、樹脂４は、第１の容器３１の開口３１ｋ及び第２の容器３２の開口３２ｋが露出するように、第１の容器３１の一部及び第２の容器３２の一部と、基板１の少なくとも一部とを覆うように形成される。この例では、第１の容器３１の外側表面の一部、基板１、及び第２の容器３２の外側表面の一部を覆う樹脂４が、一体的に形成される。樹脂４は、基板１の第１の面１ｂ及び第２の面１ｃにわたって一体的に形成される。この一体形成された樹脂４により、第１の容器３１及び第２の容器３２が、開口３１ｋ、３２ｋを露出した状態で、基板１に対して強固に固定される。これにより、半導体装置の耐圧性を高めることができる。
【００６４】
図１２に示す例では、基板１の互いに対向する２つの面１ｂ、１ｃの双方において、容器３１、３２と半導体素子２１、２２と間の空間を埋める樹脂４が形成される。これにより、耐圧性をより高めることができる。また、第１の面１ｂにおける容器３１と半導体素子２１の間の樹脂４と、第２の面１ｃにおける容器３２と半導体素子の間の樹脂４と一体的に形成することにより、２つの面１ｂ、１ｃに効率よく樹脂４を形成することができる。また、２つの面１ｂ、１ｃの半導体素子２１、２２の耐圧性をより高めることができる。なお、図示しないが、実施形態１と同様に、容器３１，３２に空気孔を形成することでもきる。
【００６５】
図１３に示すように、容器３１、３２に、蓄熱材５が、入れられる。容器３１、３２の開口３１ｋ、３２ｋに、蓋６１、６２が嵌められる。これにより、蓄熱材５が、容器３１、３２に密封される。
【００６６】
実施形態２では、多層基板である基板１の両面に半導体素子２１、２２が配置される。そのため、半導体素子２１及び回路を効率良く配置できる。その結果、半導体装置の小型化が可能になる。また、基板１の両面にヒートスプレッダを配置することで、基板１の両面から放熱することができる。このような基板１の両面にヒートスプレッダを配置する構成において、樹脂４で、容器３１、３２と基板１との固定強度を高めることで、耐圧性を高めることができる。
【００６７】
本実施形態では、第１半導体素子２１と第２半導体素子２２は、基板１に垂直な方向から見て重なるように配置される。また、第１の容器３１と第２の容器３２も、基板１に垂直な方向から見て重なるように配置される。これにより、ヒートスプレッダの配置を基板１に関して対称に近づけることができる。その結果、熱の伝達態様が対称に近くなり、放熱効率が高くなる。
【００６８】
＜変形例＞
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、上記例では、樹脂４は、基板１の互いに対向する２面にわたって一体的に形成される。これに対して、基板１の１面毎に樹脂４を一体的に形成することもできる。図１４は、基板１の１つの面１ｂに、樹脂４を形成する例を示す断面図である。図１４に示す例では、基板１の半導体素子２が実装される面１ｂに樹脂４が形成され、半導体素子２が実装されない面１ｃには、樹脂４が形成されていない。この例では、樹脂４は、基板１の面１ｂの一部と、側壁３ｂの外側表面の一部に接するように形成される。また、基板１と容器３の間の空間に樹脂４が充填される。この構成であっても、樹脂４によって、半導体装置の耐圧性を高めることができる。同様に、図１２に示す構成においても、樹脂４を、基板の面１ｂ又は面１ｃそれぞれに、分離して形成することができる。
【００６９】
図８及び図１３に示す例では、容器３、３１、３２の側壁３ｂの外側の表面の一部を樹脂４が覆っている。これに対して、容器３、３１、３２の側壁３ｂの外型の表面の全体を樹脂４で覆ってもよい。
【００７０】
上記実施形態１では、基板の貫通孔１ａに金属を充填してビア７を形成しているが、ビア７は、省略してもよい。また、実施形態１において、容器３の空気孔３ｄを省略することもできる。
【００７１】
容器３、３１、３２と、半導体素子２、２１、２２との間には、スペーサ又は伝熱膜等の中間層が設けられてもよい。すなわち、容器３、３１、３２と、半導体素子２、２１、２２は、中間層を介して接合されてもよい。図１５は、図６に示す構成の変形例を示す図である。図１５に示す例では、容器３と半導体素子２との間にスペーサ８が設けられる。スペーサ８は、半導体素子２の基板１と反対側の面２ａ（容器３側の面）と容器３との間に配置される。
【００７２】
図１５に示す例では、半導体素子２の容器３側の面２ａと基板１とを繋ぐワイヤ９が設けられる。ワイヤ９は、例えば、Ａｌ等の導電体で形成される。ワイヤ９は、半導体素子２の面２ａの電極を、基板１に引き出す配線である。半導体素子２の面２ａにおいて、ワイヤ９とスペーサ８は互いに離れて配置される。すなわち、半導体素子２の面２ａの一部にスペーサ８が配置され、他の部分にワイヤ８が配置される。スペーサ８は、例えば、金属等の導電体で形成することができる。この場合、半導体素子２の容器３側の面２ａに、スペーサ８に接続される電極と、ワイヤ９に接続される電極が設けられる。これにより、半導体素子２の容器３側の面２ａから２系統の配線を引き出すことができる。スペーサ８により、ワイヤ９と容器３が通電しない構造にすることができる。このように、スペーサ８及びワイヤ９を設けることで、半導体素子２の容器３側の面２ａに複数の電極を設けることが可能になる。この場合、容器３も、電気の経路に含まれる。そのため、容器３は、導電部材（例えば、Ｃｕ等）で形成される。
【００７３】
樹脂４は、スペーサ８又はワイヤ９も含むよう形成することができる。図１５では図示しないが、樹脂は、基板１、半導体素子２、及び容器３に加えて、スペーサ８にも接するように形成することができる。樹脂は、上記実施形態１、２と同様に、容器３の一部及び基板１の第１の面１ｂを覆うように形成される。この場合、例えば、樹脂は、基板１と容器３の間の空間に充填されるように形成される。また、樹脂を、ワイヤ９に接するよう形成することもできる。この場合、樹脂の内部にワイヤ９が固定された状態で包含される。そのため、半導体装置に加わる荷重によるワイヤ９の切断が起こりにくくなる。
【００７４】
図１５に示す構成は、例えば、半導体素子２が縦型半導体素子である場合に好適に用いられる。一例として、半導体素子２の容器３側の面２ａにソース電極及びゲート電極、基板１側の面２ｃにドレイン電極を設けることができる。例えば、ソース電極がスペーサ８に、ゲート電極がワイヤ９に接続される。この場合、ソース電極が容器３と電気的に接続される。
【００７５】
なお、実施形態２においても、同様に、容器３１、３２と、半導体素子２１、２２との間に、スペーサ等の中間層を設けることができる。例えば、図１５に示すスペーサ８及びワイヤ９を、図１１に示す構成に適用することができる。すなわち、基板１の両面１ｂ、１ｃの半導体素子２１、２２の容器３１、３２側の面２１ａ、２１ｂに、それぞれ、スペーサ８及びワイヤ９を配置することができる。これにより、例えば、容器３１、３２側の面２１ａ、２２ａに複数の電極を有する半導体素子（例えば、縦型半導体素子）を、基板１の互いに対向する２つの面１ｂ、１ｃにそれぞれ配置することができる。
【００７６】
＜適用例＞
実施形態１、２の半導体装置は、一例として、モータを制御するインバータのスイッチング素子を備える半導体装置に適用することができる。この場合、インバータのスイッチング素子は、上記の基板１に実装された半導体素子２、２１、２２で構成することができる。インバータのスイッチング素子は、短時間で急激に発熱する。従来、高負荷状態におけるスイッチング素子の発熱を、アルミヒートシンクにて吸収する構成が採られていた。例えば、電動パワースステアリング（ＥＰＳ）において、操舵系の回転をアシストするトルクを出力するモータが設けられる。このモータを制御するインバータのスイッチング素子の駆動期間における発熱を全てヒートシンクで吸収する必要がある。そのため、ヒートシンクのサイズが大きくなる。
【００７７】
これに対して、本実施形態１、２の半導体装置によれば、蓄熱材５を用いたヒートスプレッダを用いることで、装置の小型化が可能になる。そのため、上記実施形態１、２の半導体装置をインバータとして用いることで、モータの制御部（例えば、ＥＣＵ）の小型化及び軽量化が可能になる。また、ＥＰＳではハンドル操舵時にだけ半導体素子の発熱が発生する。このように、一時的に半導体素子の負荷が上昇するようなシステムでは、ヒートスプレッダに蓄熱材を複合することで、より効率的な冷却が可能になる。
【００７８】
一例として、上記実施形態１又は２の半導体装置を、インバータに用いる場合、半導体素子２，２１，２２として、パワー半導体素子を基板１に配置することができる。パワー半導体素子は、例えば、インバータのブリッジ回路の上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子とすることができる。
【００７９】
実施形態２の半導体装置をインバータに用いる場合、例えば、半導体素子２１、２２としてパワー半導体素子を基板１の第１層１１及び第４層１４に、それぞれに配置し、第２層１２及び第３層１３に、インバータの回路配線を形成することができる。実施形態２の半導体装置１０に２系統のインバータを含めることができる。例えば、第１層１１の上面（第１の面１ｂ）の半導体素子２１と、第２層１２の回路によって、第１のインバータを形成し、第４層１１の下面（第２の面１ｃ）の半導体素子２２と、第３層１３の回路によって、第２のインバータを形成することができる。
【００８０】
また、本実施形態の半導体装置は、耐圧性が高いので、圧迫した状態でも使用することができる。そのため、ＥＰＳのモータ制御インバータに好適に用いられる。また、ヒートスプレッダを半導体素子に押し付ける荷重をかけた状態で使用することより、ヒートスプレッダと半導体素子の熱伝導効率を高めることができる。そのため、装置の大型化を避けつつ、熱伝導効率と耐圧性を向上させることができる。
【００８１】
なお、本発明の半導体装置は、インバータに限られない。その他の任意の半導体装置に、本発明の半導体装置を用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１：基板、２，２１，２２：半導体素子、３，３１，３２：ヒートスプレッダの容器、４：樹脂、５：蓄熱材、６：蓋
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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