JP2006303100A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で安価な、且つ取り扱いのしやすい半導体装置を提供する。
【解決手段】ヒートシンク５６と各導電体５３，５５，５７との間に絶縁膜７１，７３，７５のみを介在させて設置する。パワー半導体チップ５１からヒートシンク５６に至る熱経路の要素点数と、配線用導電体５５，５７からヒートシンク５６に至る熱経路の要素点数のそれぞれを低減でき、簡単な構成で安価な半導体装置を提供することができる。また、各絶縁膜７１，７３，７５を薄膜状に形成する。導電体５３，５５，５７とヒートシンク５６の熱膨張係数に差があっても反りの問題が発生することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。

ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等の電気自動車では、動力源用のモータを駆動制御および回生制御するための電力変換装置を備えている。この種の電力変換装置では、通常はＩＧＢＴ等の半導体装置（半導体モジュール）が使用される。

このような半導体装置としては、例えば図１０に示した従来例がある。この半導体装置は、図１０の如く、上面に実装用導電パターン１が形成された絶縁基板３上に、ハンダ層５等を用いてパワー半導体チップ７が実装され、この絶縁基板３がハンダ層９等を用いてヒートシンク１１の上面に固定された状態で、その周囲の配線用導電パターン１３，１５とパワー半導体チップ７とがボンディングワイヤ１７，１９で接続されて回路が構成され、かかる回路を防水保護するために、その上面部がシリコーンゲル等の充填保護材２１で保護されている。

ここで、一般にヒートシンク１１は伝熱性を高めるために、例えば銅モリブデン等の銅合金や銅基複合材料が使用される。このため、ヒートシンク１１は導電性を有することになる。したがって、パワー半導体チップ７だけでなく、その周囲の配線用導電パターン１３，１５もヒートシンク１１に対して絶縁を行う必要があることから、各配線用導電パターン１３，１５とヒートシンク１１との間に絶縁基板２３，２５が介在される。この絶縁基板２３，２５は、ヒートシンク１１の上面にハンダ層２７，２９等により固定される。

尚、実装用及び配線用の各導電パターン１，１３，１５の材料としてはアルミニウム等が使用され、また各絶縁基板３，２３，２５の材料としては、比較的熱抵抗の低い窒化アルミニウム等が使用される。

ところで、アルミニウム製の導電パターン１，１３，１５の熱膨張係数は約２０ｐｐｍ（part per million：１０^-6）程度であるのに対して、窒化アルミニウム製の各絶縁基板３，２３，２５の熱膨張係数は約４．５ｐｐｍ程度であり、両者間には熱膨張係数の差が存在する。このため、パワー半導体チップ７が発熱したときには、導電パターン１，１３，１５と各絶縁基板３，２３，２５との熱膨張係数の差によって、各絶縁基板３，２３，２５に反りが発生するおそれがある。そうすると、絶縁基板３，２３，２５の上面の導電パターン１，１３，１５とパワー半導体チップ７やボンディングワイヤ１７，１９との間に断線が発生するおそれがある。

そこで、従来では、図１０のように、各絶縁基板３，２３，２５の上面に形成した導電パターン１，１３，１５と同一材料でほぼ同形状及び同等の厚さの金属層３１，３３，３５を、その各絶縁基板３，２３，２５の下面に形成し、各絶縁基板３，２３，２５の上下両面に固着されたこれらの金属層（導電パターン１，１３，１５及び金属層３１，３３，３５）で熱膨張係数を同一に設定することで、各絶縁基板３，２３，２５の反りを防止していた。

また、ヒートシンク１１の下面には、シリコーングリス３７等を用いて放熱フィン３９を装着し、この放熱フィン３９を冷媒４１で冷却する。尚、放熱フィン３９は、フィン形状という複雑な形状に形成する必要があり、且つ放熱のために図示底面視して面積を大きくとる必要があることから、一般に安価に加工できるアルミ展伸材が多用される。

ここで、銅モリブデン製のヒートシンク１１の熱膨張係数は約１０ｐｐｍ、アルミ展伸材が使用された放熱フィン３９の熱膨張係数は約２０ｐｐｍである。即ち、厚さの小さい金属層（導電パターン１，１３，１５及び金属層３１，３３，３５）を無視すれば、窒化アルミニウム製の各絶縁基板３，２３，２５（熱膨張係数＝約４．５ｐｐｍ）から銅モリブデン製のヒートシンク１１（熱膨張係数＝約１０ｐｐｍ）を経てアルミ展伸材からなる放熱フィン３９（熱膨張係数＝約２０ｐｐｍ）に至る熱経路においては、熱膨張係数の大きな放熱フィン３９と熱膨張係数の小さな絶縁基板３，２３，２５との間に、延性で熱膨張係数の中間的なヒートシンク１１を配設された構成となっている。これにより、これらの各要素の熱膨張係数が順次大きくなるように設定され、密着する相互の要素同士の間における熱膨張係数の差が緩和されている。

また、各絶縁基板３，２３，２５の材料である窒化アルミニウムは脆性体であることから、各絶縁基板３，２３，２５の平面視面積を必要最小限に設定しており、これによって、熱膨張係数の違いによる反りの問題ができるだけ生じにくいように構成されている。

図１０に示した従来の半導体装置においては、上述のように、熱膨張係数の大きな放熱フィン３９と熱膨張係数の小さな絶縁基板３，２３，２５との間に、延性で熱膨張係数の中間的なヒートシンク１１を配設し、また各絶縁基板３，２３，２５の反りを防止するためにその上面の導電パターン１，１３，１５だけでなく下面にも同様の金属層３１，３３，３５を形成しており、さらに金属層３１，３３，３５とヒートシンク１１とを互いに固定するためのハンダ層９，２７，２９をも形成する必要があるため、要素点数が多くなってしまい、構成が複雑となり且つ高価である。

そこで、本発明の課題は、簡単な構成で安価な、且つ取り扱いのしやすい半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子を実装するための熱伝導性を有する高放熱性導電体と、前記半導体素子から前記高放熱性導電体を通じて伝わる熱を放熱する放熱体と、前記放熱体と前記高放熱性導電体との間に介装されるヒートシンクと、前記ヒートシンクと前記高放熱性導電体との間に介在される一の絶縁膜とを備え、前記ヒートシンクに前記高放熱性導電体を収容する一の収容凹部が形成され、前記高放熱性導電体が、前記収容凹部内に前記絶縁膜を介して収容されたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置であって、前記半導体素子に接続される結線部材と、前記結線部材を通じて前記半導体素子に接続される配線用導電体と、前記配線用導電体と前記ヒートシンクとの間に介在される他の絶縁膜とをさらに備え、前記ヒートシンクに前記配線用導電体を収容する他の収容凹部が形成され、前記配線用導電体が、前記他の収容凹部内に前記他の絶縁膜を介して収容されたものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、前記一の絶縁膜が、前記高放熱性導電体の下面及び側面に形成されたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体装置であって、前記一の絶縁膜が、前記高放熱性導電体の前記側面から上面の縁領域に延設されたものである。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置であって、前記他の絶縁膜が、前記配線用導電体の下面及び側面に形成されたものである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の半導体装置であって、前記他の絶縁膜が、前記配線用導電体の前記側面から上面の縁領域に延設されたものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置であって、前記ヒートシンクの上面に、半導体素子の高さ寸法よりも大きな深さ寸法に設定されて前記半導体素子を収納する上面開放の素子収納凹部が形成され、前記素子収納凹部の底面に、前記一の収容凹部が形成されたものである。

請求項８に記載の発明は、請求項２、請求項５または請求項６に記載の半導体装置であって、前記ヒートシンクの上面に、半導体素子及び前記結線部材の高さ寸法よりも大きな深さ寸法に設定されて前記半導体素子及び前記結線部材を収納する上面開放の素子収納凹部が形成され、前記素子収納凹部の底面に、前記一の収容凹部及び他の収容凹部が形成されたものである。

請求項９に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載の半導体装置であって、前記素子収納凹部に保護用の充填材が充填されるものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の半導体装置であって、前記素子収納凹部内の前記充填材が硬質であり、さらに、前記充填材及び前記ヒートシンクの上側にゲル状の保護部材が充填されるものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体装置を製造する製造方法であって、前記高放熱性導電体の少なくとも下面及び側面に前記一の絶縁膜を形成する工程と、前記一の収容凹部の側面に前記一の絶縁膜を形成する工程と、前記一の絶縁膜を接着材として前記高放熱性導電体を前記一の収容凹部に収容する工程とを備えるものである。

請求項１２に記載の発明は、請求項２、請求項５、請求項６または請求項８に記載の半導体装置を製造する製造方法であって、前記配線用導電体の少なくとも下面及び側面に前記他の絶縁膜を形成する工程と、前記他の収容凹部の側面に前記他の絶縁膜を形成する工程と、前記他の絶縁膜を接着材として前記配線用導電体を前記他の収容凹部に収容する工程とを備えるものである。

請求項１及び請求項２に記載の発明では、絶縁膜を介して導電体とヒートシンクとを隔てているだけなので、従来例に比べて伝熱経路における要素点数が少なくなり、簡単な構成で安価な半導体装置を提供できる。

請求項３及び請求項５に記載の発明では、高放熱性導電体の下面及び側面に形成された簡単な構成の絶縁膜により、導電体とヒートシンクを容易に絶縁できる。

請求項４及び請求項６に記載の発明では、絶縁膜が、導電体の下面と側面及び上面の縁領域にかけて形成されているので、導電体からの界面放電を防止できる。

請求項７及び請求項８に記載の発明では、ヒートシンクの素子収納凹部内に半導体素子等の内部部品が収納されるので、取り扱いしやすい半導体装置を提供できるとともに、収納される内部部品をより充分に保護でき、また薄型化を達成できる。

請求項９に記載の発明では、複数の半導体素子が搭載されている場合に、素子収納凹部の内部の各半導体素子を充填材で個別に保護することできるので、各半導体素子を確実に保護できる。

請求項１０に記載の発明では、素子収納凹部内の内部部品を硬質の充填材で保護するとともに、その硬質の充填材で保護されている全体が外的要因によって振動する際に、その振動をゲル状の保護部材で緩和することができる。

請求項１１及び請求項１２に記載の発明では、導電体に絶縁膜を予め形成するとともに、これを収容する収容凹部の側面にも絶縁膜を予め形成し、その後に導電体を収容凹部に収容するので、収容凹部と導電体との間の隙間に絶縁膜を確実に充填できるとともに、導電体とヒートシンクとを絶縁膜で確実に絶縁できる。

｛第１実施形態｝
＜構成＞
図１は本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す側面視断面図、図２は同じくその平面図である。ただし、図２においては、便宜上、後述の保護部材８１を省略して図示している。

この半導体装置は、例えば、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等の電気自動車における動力源用のモータを駆動制御および回生制御する目的等で搭載される電力変換装置等に使用されるもので、図１の如く、パワー半導体チップ５１（半導体素子）が熱伝導性を有する導電体５３（実装用導電体：高放熱性導電体）上に実装され、その上面視周囲に形成された導電体５５，５７（配線用導電体）に結線され、またパワー半導体チップ５１で発生した熱を実装用導電体５３から下面側のヒートシンク５６に放熱するように構成されており、特に、ヒートシンク５６の上面に形成された収容凹部５９，６１，６３内に各導電体２３，５５，５７が収容されたものである。

具体的に、この半導体装置は、図１の如く、パワー半導体チップ５１と、このパワー半導体チップ５１を実装するための実装用導電体５３と、パワー半導体チップ５１を実装用導電体５３上に固定するハンダ等の導電性接着部材６５と、実装用導電体５３の上面視周囲に形成された配線用導電体５５，５７と、パワー半導体チップ５１と配線用導電体５５，５７とを結線するためのボンディングワイヤ６７，６９（結線部材）と、導電体５３，５５，５７を収容する上面開放の収容凹部５９，６１，６３が形成されたヒートシンク５６と、このヒートシンク５６の収容凹部５９，６１，６３と各導電体５３，５５，５７とを絶縁するための絶縁膜７１，７３，７５と、ヒートシンク５６の下面側に配置される放熱フィン７７（放熱体）と、ヒートシンク５６の下面に放熱フィン７７を止着するシリコーングリス７９と、各導電体５３，５５，５７、パワー半導体チップ５１及びボンディングワイヤ６７，６９を防水保護する保護部材８１とを備える。

パワー半導体チップ５１は、炭化珪素や窒化ガリウム等が使用されたパワー半導体素子（ダイ）であって、実動温度の高いもの、例えば高速駆動することによりジャンクション部等において高熱を発する特性を有している。パワー半導体チップ５１の上面には、ボンディングワイヤ６７，６９を接続するためのボンディングパッド（図示省略）が形成されている。

実装用導電体５３及び配線用導電体５５，５７は、アルミニウムまたは銅等の金属板が使用されて、例えば図２に示すように平面視矩形に形成されている。

ヒートシンク５６は、伝熱性を高めるために例えば銅モリブデン等の銅合金や銅基複合材料が使用される。ヒートシンク５６は延性を有しており、その熱膨張係数は、導電体５３，５５，５７の低い熱膨張係数と放熱フィン３９の高い熱膨張係数との中間程度のものが使用されており、例えば、銅モリブデンが使用された場合の熱膨張係数は約１０ｐｐｍ程度である。

ここで、図３はヒートシンク５６を示す平面図である。ヒートシンク５６の上面に形成された各収容凹部５９，６１，６３は、各導電体５３，５５，５７よりも平面視で若干だけ大きく形成されており、この各収容凹部５９，６１，６３と各導電体５３，５５，５７との間の隙間に、後述の絶縁膜７１，７３，７５が充填される。また、各収容凹部５９，６１，６３の深さ寸法も、各導電体５３，５５，５７の厚さ寸法より、後述の絶縁膜７１，７３，７５の厚さ分程度だけ大きく設定されている。

絶縁膜７１，７３，７５は、例えばポリイミド樹脂、エステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂またはエポキシ樹脂等のワニス等の接着性を有する絶縁樹脂材が使用された薄膜であって、各導電体５３，５５，５７を各収容凹部５９，６１，６３に接着する接着材として機能するとともに、各導電体５３，５５，５７と各収容凹部５９，６１，６３とを電気的に絶縁する絶縁材としても機能する。この絶縁膜７１，７３，７５は、この半導体装置の製造過程において、各導電体５３，５５，５７がヒートシンク５６の各収容凹部５９，６１，６３に収容される前工程で、例えば図４または図５の如く、各導電体５３，５５，５７の少なくとも下面と側面に予め塗布されるとともに、図６の如く、ヒートシンク５６の各収容凹部５９，６１，６３の各側面に予め塗布され、これにより各導電体５３，５５，５７がヒートシンク５６の各収容凹部５９，６１，６３に収容される際（図７）に、収容凹部５９，６１，６３と各導電体５３，５５，５７との間の隙間を確実に充填するとともに、各導電体５３，５５，５７とヒートシンク５６とを確実に絶縁することができる。

尚、図４は、導電体５３，５５，５７の上面の全域が開放されるように、導電体５３，５５，５７の下面と側面のみに絶縁膜７１，７３，７５を塗布した例であり、図１は一例として図４に示したように絶縁膜７１，７３，７５を塗布した導電体５３，５５，５７を収容凹部５９，６１，６３に収容したものを示している。これに対して、図５は、絶縁膜７１，７３，７５を、導電体５３，５５，５７の下面と側面だけでなく、その上面の縁領域８３にまで延設して塗布した例である。この図５のように、導電体５３，５５，５７の側面から上面の縁領域８３にまで絶縁膜７１，７３，７５を延設することで、図１のように上部に保護部材８１が充填された場合に、異なる導電体５３，５５，５７同士の間で保護部材８１とヒートシンク５６の上面との界面を伝ってリークされる界面放電を防止することが可能である。したがって、望ましくは、図５に示したように、導電体５３，５５，５７の側面から上面の縁領域８３にまで絶縁膜７１，７３，７５を延設した構成を採用する。

また、必ずしも絶縁膜７１，７３，７５の全領域に亘って同一材料を使用する必要はなく、導電体５３，５５，５７に形成される絶縁膜７１，７３，７５のうち、パワー半導体チップ５１の直下に相当する領域に、例えばセラミック材料を用いるなどの構成を採用してもよい。あるいは、予め導電体５３，５５，５７側に塗布する絶縁膜７１，７３，７５と、予めヒートシンク５６の収容凹部５９，６１，６３側に塗布する絶縁膜７１，７３，７５の材料を異なったものにしても差し支えない。

ヒートシンク５６の下面側に配置される放熱フィン７７は、図１０と同様の構成が適用され、具体的には、安価に加工できるアルミ展伸材が使用される。

保護部材８１は、この半導体装置が振動の多い自動車に適用されることから、粘性を有して耐震性を持たせ、優れ且つ防水性を有する保護材としてシリコーンゲル等が使用される。この保護部材８１は、複数のパワー半導体チップ５１が単一のヒートシンク５６上に搭載されている場合に、個々のパワー半導体チップ５１毎に設けられるのではなく、全体面に対して一続きで充填されるものである。

尚、図１中の符号８５は放熱フィン７７を冷却する冷媒、図２中の符号９１，９３，９５は、各導電体５３，５５，５７と外部の接続部品（図示省略）とを結線するためのボンディングワイヤ等の配線部材をそれぞれ示している。

ここで、図１では、単独のパワー半導体チップ５１のみを図示しているが、実際には、単一のヒートシンク５６の上面側に複数のパワー半導体チップ５１が搭載されて、ひとつの半導体装置が構成される（例えば図２参照）。

＜製造方法＞
上記構成の半導体装置の製造方法を説明する。まず、図４、望ましくは図５のように、各導電体５３，５５，５７の少なくとも下面と側面に、絶縁膜７１，７３，７５を塗布する。図４の場合は、各導電体５３，５５，５７の上面の全域、あるいは、より望ましい例として、図５のように各導電体５３，５５，５７の上面の縁領域８３を除く領域にマスキングを行い、この状態で各導電体５３，５５，５７を、絶縁膜７１，７３，７５の材料（ワニス等）となる液槽に浸して、各導電体５３，５５，５７に絶縁膜７１，７３，７５を塗布する。あるいは、各導電体５３，５５，５７の上面の全域に絶縁膜７１，７３，７５の材料となる液槽に浸した後に、各導電体５３，５５，５７の上面の全部または縁領域８３を除く領域の絶縁膜７１，７３，７５をふき取って除去しても良いし、さらにあるいは、導電体５３，５５，５７の全域に絶縁膜７１，７３，７５を形成した後に、各導電体５３，５５，５７の上面の全部または縁領域８３を除く領域の絶縁膜７１，７３，７５をレーザー等で剥ぎ取っても差し支えない。

また、図６の如く、ヒートシンク５６の各収容凹部５９，６１，６３の各側面に、絶縁膜７１，７３，７５を塗布する。

そして、図７のように、各導電体５３，５５，５７をヒートシンク５６の各収容凹部５９，６１，６３に収容する。

このように、各導電体５３，５５，５７に絶縁膜７１，７３，７５を予め塗布するとともに、これを収容する各収容凹部５９，６１，６３の各側面にも、絶縁膜７１，７３，７５を予め塗布してから、各導電体５３，５５，５７をヒートシンク５６の各収容凹部５９，６１，６３に収容するので、収容凹部５９，６１，６３と各導電体５３，５５，５７との間の隙間に絶縁膜７１，７３，７５を確実に充填できるとともに、各導電体５３，５５，５７とヒートシンク５６とを絶縁膜７１，７３，７５により確実に絶縁できる。

次に、実装用導電体５３の上面に、ハンダ等の導電性接着部材６５を用いてパワー半導体チップ５１を実装する。

続いて、パワー半導体チップ５１と配線用導電体５５，５７とをボンディングワイヤ６７，６９で結線する。また、その他の配線部材９１，９３，９５を結線する。

そして、ヒートシンク５６の下面に、シリコーングリス７９等を用いて放熱フィン７７を装着する。

しかる後、各導電体５３，５５，５７、パワー半導体チップ５１及びボンディングワイヤ６７，６９に対して、その上面側からシリコーンゲル等の保護部材８１を充填し、これらの電気部材を防水保護するように構成して、この半導体装置が完成する。

ここで、この半導体装置は、ヒートシンク５６と各導電体５３，５５，５７との間に絶縁膜７１，７３，７５のみを介在させて設置しているので、図１０に示した従来の半導体装置に比べて、パワー半導体チップ５１からヒートシンク５６に至る熱経路の要素点数と、配線用導電体５５，５７からヒートシンク５６に至る熱経路の要素点数のそれぞれを大幅に低減することができる。したがって、簡単な構成で安価な半導体装置を提供することができる。

しかも、ヒートシンク５６に収容凹部５９，６１，６３を形成し、この収容凹部５９，６１，６３内に各導電体５３，５５，５７を収容しているので、図１０に示した従来の半導体装置に比べて、ヒートシンク５６の上面からパワー半導体チップ５１及びボンディングワイヤ６７，６９の最高位置までの高さを抑制することができ、よって保護部材８１の必要量を減らすことが可能であるため、それだけ安価に半導体装置を製造できる。

＜動作＞
パワー半導体チップ５１に給電を行って駆動させると、パワー半導体チップ５１が発熱する。この熱は、主として、導電性接着部材６５、実装用導電体５３及び絶縁膜７１を熱経路としてヒートシンク５６に伝熱されるとともに、ボンディングワイヤ６７，６９、配線用導電体５５，５７及び絶縁膜７３，７５を熱経路としてもヒートシンク５６に伝熱され、このヒートシンク５６から放熱フィン７７に伝熱されて、冷媒８５により冷却される。

この場合、各絶縁膜７１，７３，７５が薄膜として形成されているので、仮に導電体５３，５５，５７とヒートシンク５６の熱膨張係数に差があっても、図１０に示した従来のように反りの問題が発生することがない。そして、特に熱膨張係数の大きな放熱フィン７７と熱膨張係数の小さな絶縁膜７１，７３，７５との間に、熱膨張係数が中間程度のヒートシンク５６が介在されているので、熱膨張係数の差を緩和できる点では、図１０に示した従来と同様である。

また、図５のように、導電体５３，５５，５７の側面から上面の縁領域８３にまで絶縁膜７１，７３，７５を延設すれば、図１中の異なる導電体５３，５５，５７同士の間で、保護部材８１とヒートシンク５６の上面との界面を伝ってリークされる界面放電を防止することが可能となる。

｛第２実施形態｝
＜構成＞
図８は本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す側面視断面図である。なお、図８では、第１実施形態と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。

この実施の形態の半導体装置は、図８の如く、ヒートシンク５６Ａの上面に、パワー半導体チップ５１の高さ寸法よりも大きな深さ寸法に設定されて当該パワー半導体チップ５１を収納する上面開放の素子収納凹部１０１が形成され、この素子収納凹部１０１の底面に、実装用導電体５３を収容する収容凹部５９が形成されている。これにより、この素子収納凹部１０１内にパワー半導体チップ５１が収納された際には、パワー半導体チップ５１の上面が、ヒートシンク５６Ａの上面よりも低く沈んだ位置に配される。ただし、素子収納凹部１０１が上面開放であることから、パワー半導体チップ５１の上面と、その平面視周囲の導電体５５，５７とをボンディングワイヤ６７，６９で結線することが可能である。

また、素子収納凹部１０１は、パワー半導体チップ５１が実装されてボンディングワイヤ６７，６９の結線がなされた後に、保護用の充填材１０３で充填される。この充填材１０３は、第１実施形態で説明した保護部材８１と同一材料を使用してもよいが、この保護部材８１としてシリコーンゲルを使用する場合は、このシリコーンゲルの耐熱性が低いことから、むしろ保護部材８１と異なる高耐熱性の絶縁樹脂を使用することが望ましい。また、この半導体装置が振動の多い自動車に適用されることから、ボンディングワイヤ６７，６９とパワー半導体チップ５１との接続部位を保護する目的で、剛性を有する材料を使用することが望ましい。具体的には、充填材１０３としてエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等が使用される。

その他の構成は第１実施形態と同様である。特に、予め絶縁膜７１，７３，７５を各導電体５３，５５，５７及び各収容凹部５９，６１，６３に塗布した後に各導電体５３，５５，５７を各収容凹部５９，６１，６３に収容する点、ヒートシンク５６Ａと各導電体５３，５５，５７との間に絶縁膜７１，７３，７５のみを介在させて設置している点等は、第１実施形態と同様である。

このように構成することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、ヒートシンク５６Ａの上面より上方に位置する要素として、ボンディングワイヤ６７，６９の一部と保護部材８１のみとなり、取り扱いしやすい半導体装置を提供できるとともに、パワー半導体チップ５１をより充分に保護できる。また、第１実施形態に比べてさらなる薄型化を達成できる。

また、複数のパワー半導体チップ５１が搭載されている場合に、素子収納凹部１０１の内部の各パワー半導体チップ５１を充填材１０３で個別に保護することできるので、各パワー半導体チップ５１を確実に保護できる。

｛第３実施形態｝
＜構成＞
図９は本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す側面視断面図である。なお、図９では、第１実施形態及び第２実施形態と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。

この実施の形態の半導体装置は、素子収納凹部１０１の形成領域を、実装用導電体５３の周囲の配線用導電体５５，５７の領域まで拡大し、素子収納凹部１０１の底面に、実装用導電体５３を収容する収容凹部５９だけでなく、配線用導電体５５，５７を収容する収容凹部６１，６３をも形成している。

また、素子収納凹部１０１の深さ寸法は、パワー半導体チップ５１と配線用導電体５５，５７とを結線するボンディングワイヤ６７，６９の最高位点が素子収納凹部１０１内に収納されるように設定されている。

その他の構成は第１実施形態及び第２実施形態と同様である。特に、予め絶縁膜７１，７３，７５を各導電体５３，５５，５７及び各収容凹部５９，６１，６３に塗布した後に各導電体５３，５５，５７を各収容凹部５９，６１，６３に収容する点、ヒートシンク５６Ｂと各導電体５３，５５，５７との間に絶縁膜７１，７３，７５のみを介在させて設置している点等は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。また、素子収納凹部１０１が、パワー半導体チップ５１が実装されてボンディングワイヤ６７，６９の結線がなされた後に、剛性を有する充填材１０３で充填される点は、第２実施形態と同様である。

これにより、ヒートシンク５６Ｂの上面より上方に位置する要素としてはゲル状の保護部材８１のみとなり、この保護部材８１を除いて完全に平坦な構成となることから、第２実施形態に比べてさらに取り扱いしやすい半導体装置を提供できるとともに、パワー半導体チップ５１及びボンディングワイヤ６７，６９をより充分に保護できる。また、第１実施形態及び第２実施形態に比べてさらなる薄型化を達成できる。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す側面視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置のヒートシンクを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の導電体に絶縁膜が塗布された一例を示す側面視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の導電体に絶縁膜が塗布された他の例を示す側面視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置のヒートシンクの収容凹部に絶縁膜が塗布された一例を示す側面視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置のヒートシンクの収容凹部に導電体が収容された状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す側面視断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す側面視断面図である。 従来の半導体装置を示す側面視断面図である。

符号の説明

１０１ 素子収納凹部
１０３ 充填材
５１ パワー半導体チップ
５３ 実装用導電体
５５，５７ 配線用導電体
５６，５６Ａ，５６Ｂ ヒートシンク
５９，６１，６３ 収容凹部
６５ 導電性接着部材
６７，６９ ボンディングワイヤ
７１，７３，７５ 絶縁膜
７７ 放熱フィン
７９ シリコーングリス
８１ 保護部材
８３ 縁領域
８５ 冷媒

Claims (12)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を実装するための熱伝導性を有する高放熱性導電体と、
   前記半導体素子から前記高放熱性導電体を通じて伝わる熱を放熱する放熱体と、
   前記放熱体と前記高放熱性導電体との間に介装されるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクと前記高放熱性導電体との間に介在される一の絶縁膜と
   を備え、
   前記ヒートシンクに前記高放熱性導電体を収容する一の収容凹部が形成され、
   前記高放熱性導電体が、前記収容凹部内に前記絶縁膜を介して収容されたことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   前記半導体素子に接続される結線部材と、
   前記結線部材を通じて前記半導体素子に接続される配線用導電体と、
   前記配線用導電体と前記ヒートシンクとの間に介在される他の絶縁膜と
   をさらに備え、
   前記ヒートシンクに前記配線用導電体を収容する他の収容凹部が形成され、
   前記配線用導電体が、前記他の収容凹部内に前記他の絶縁膜を介して収容されたことを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
   前記一の絶縁膜が、前記高放熱性導電体の下面及び側面に形成されたことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置であって、
   前記一の絶縁膜が、前記高放熱性導電体の前記側面から上面の縁領域に延設されたことを特徴とする半導体装置。
5. 請求項２に記載の半導体装置であって、
   前記他の絶縁膜が、前記配線用導電体の下面及び側面に形成されたことを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置であって、
   前記他の絶縁膜が、前記配線用導電体の前記側面から上面の縁領域に延設されたことを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置であって、
   前記ヒートシンクの上面に、半導体素子の高さ寸法よりも大きな深さ寸法に設定されて前記半導体素子を収納する上面開放の素子収納凹部が形成され、
   前記素子収納凹部の底面に、前記一の収容凹部が形成されたことを特徴とする半導体装置。
8. 請求項２、請求項５または請求項６に記載の半導体装置であって、
   前記ヒートシンクの上面に、半導体素子及び前記結線部材の高さ寸法よりも大きな深さ寸法に設定されて前記半導体素子及び前記結線部材を収納する上面開放の素子収納凹部が形成され、
   前記素子収納凹部の底面に、前記一の収容凹部及び他の収容凹部が形成されたことを特徴とする半導体装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の半導体装置であって、
   前記素子収納凹部に保護用の充填材が充填される半導体装置。
10. 請求項９に記載の半導体装置であって、
    前記素子収納凹部内の前記充填材が硬質であり、
    さらに、前記充填材及び前記ヒートシンクの上側にゲル状の保護部材が充填される半導体装置。
11. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体装置を製造する製造方法であって、
    前記高放熱性導電体の少なくとも下面及び側面に前記一の絶縁膜を形成する工程と、
    前記一の収容凹部の側面に前記一の絶縁膜を形成する工程と、
    前記一の絶縁膜を接着材として前記高放熱性導電体を前記一の収容凹部に収容する工程と
    を備える半導体装置の製造方法。
12. 請求項２、請求項５、請求項６または請求項８に記載の半導体装置を製造する製造方法であって、
    前記配線用導電体の少なくとも下面及び側面に前記他の絶縁膜を形成する工程と、
    前記他の収容凹部の側面に前記他の絶縁膜を形成する工程と、
    前記他の絶縁膜を接着材として前記配線用導電体を前記他の収容凹部に収容する工程と
    を備える半導体装置の製造方法。

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