JP2010251382A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子を含む構造体と冷却器との接合材として絶縁樹脂シートを採用しながらも、その絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図りつつ、それら構造体と冷却器との着実な接合を実現することのできる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】冷却通路３４０を区画する多数のフィン３３０を備える冷却器３００に半導体素子を含む構造体を構成する放熱板１２０を絶縁性の樹脂シート２００によって接合固定する。そしてこの接合固定に際し、冷却器３００の上記放熱板１２０との接合面におけるフィン３３０による裏面からの非支持面に各々対応して樹脂シート２００の敷設厚さを予め凸状に敷設する。これによって、冷却器３００の上記放熱板１２０との接合面におけるフィン３３０による裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に電力の変換や各種電力制御等に用いられる半導体素子を含む構造体がこれを冷却する冷却器に一体に接合された半導体装置にあって半導体素子を含む構造体を冷却器に接合する方法の改良に関する。

こうした半導体装置としては、例えばハイブリッド車や電気自動車などにあって、車載バッテリから供給される直流電力を三相交流等に変換してモータ駆動用の電力変換を行うインバータ装置が知られている。図５に、従来一般に用いられているインバータ装置について、その回路構成の一例を示す。

図５に示されるように、このインバータ装置における直流電源１１の正極母線である正極バスバー１２Ｐと負極母線である負極バスバー１２Ｎとの間には、直流電源１１から印加される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ１３及び同直流電圧を三相交流に変換するインバータ回路１４が接続されている。インバータ回路１４は、上アームを構成する３つの半導体素子（ＩＧＢＴ：絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗと、下アームを構成する３つの半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗとが三相ブリッジ接続されている。

ここで、上記各半導体素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、及び半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗのエミッタ電極とコレクタ電極との間には、それぞれ整流素子である還流ダイオード１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、及び還流ダイオード１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗが逆並列に接続されている。また、半導体素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗの各エミッタ電極、及び半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗの各コレクタ電極の結線部であるＵ相出力電極２２Ｕ、Ｖ相出力電極２２Ｖ、Ｗ相出力電極２２Ｗは、それぞれ出力線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを介して三相交流モータＭのＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに接続されている。

このように構成されることにより、インバータ回路１４では、制御装置であるゲートドライブ回路（図示省略）からのドライブ信号が上記６つの半導体素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、及び半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗの各制御電極であるゲート電極にそれぞれ印加されることにより、直流電源１１から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換するように動作する。そして、この変換された三相交流電圧によって三相交流モータＭが回転駆動される。

ところで、このようなインバータ装置にあっては通常、搭載する各半導体素子がスイッチング損失や定常損失により発熱するために、こうした半導体素子に対して所定の動作保証温度を維持させるべく、発熱素子である各半導体素子を冷却するための冷却器が、上記インバータ回路が実装される構造体と一体に接合されている。すなわち、半導体素子が絶縁基板や放熱板に半田付け等によって実装されている上記構造体を冷却器にシリコングリース等を介してねじ止めするなどにより締結、固定することで、半導体素子動作時の発熱を緩和するようにしている。ただし、冷却器とのこのような接合構造を採用する場合、上記シリコングリース自体の熱伝導率が低いために熱抵抗の悪化が避けられず、半導体装置としての放熱性能が低下する不都合がある。また、半導体素子が実装される絶縁基板は、半導体素子と冷却器との間で熱応力が生じやすく、上記構造体と冷却器との接合時、さらには半導体装置の動作時においても、熱応力に起因する反りやクラック等が生じる不都合があった。

そこで従来は、こうしたシリコングリースや絶縁基板を用いることのない半導体装置の製造方法として、例えば特許文献１に記載の製造方法が提案されている。図６に、この特許文献１に記載の製造方法によって製造された半導体装置を示す。

すなわち図６に示すように、この特許文献１に記載の製造方法では、半導体素子５１が放熱板５２上に半田付けされた構造体５０と複数のフィン７１を備えた冷却器７０とをアルミナフィラを主成分とする絶縁性の絶縁樹脂シート６０によって、一体に接合するようにしている。そして、これら構造体５０と冷却器７０との接合に際しては、まず、冷却器７０上に上記絶縁樹脂シート６０を塗布したのちにその上に放熱板５２を載置し、絶縁樹脂シート６０が硬化する以前に、この絶縁樹脂シート６０を介して積層された冷却器７０と放熱板５２とに対して加熱処理及び加圧処理を施す。ちなみにここでの例では、例えば、１５１．９℃の温度条件下で加熱しつつ、５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で絶縁樹脂シート６０をその上下から加圧することにより、放熱板５２と冷却器７０とを一体に接合する。

特開平１１−２０４７００号公報

こうした半導体装置の製造方法によれば、シリコングリースよりも熱抵抗の低い絶縁樹脂シート６０によって放熱板５２と冷却器７０とを一体に接合することができるため、確かに半導体装置としての放熱性能を高めることができるようにはなる。

しかし、放熱板５２と冷却器７０との接合は、絶縁樹脂シート６０に接着機能を持たせるためにこれが未硬化の状態で行う必要がある。しかも、こうした絶縁樹脂シート６０の上面との接合面となる放熱板５２の剛性は面方向に均一であるのに対し、絶縁樹脂シート６０の下面との接合面となる冷却器７０の上面は各フィン７１の直上とそれら各フィン７１間の間隙７２の直上とではその剛性が面方向に異なっている。このため、上記加圧処理の際に、こうした放熱板５２及び冷却器７０を介して絶縁樹脂シート６０に上下から加えられる圧力も、冷却器７０の上面の剛性のばらつきに起因して不均一となってしまう。そしてこの結果、放熱板５２と冷却器７０との接合後の絶縁樹脂シート６０は、厚く形成された部分では熱抵抗が高まる一方、薄く形成された部分では絶縁性が低下するなどの新たな不都合を招くこととなっていた。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子を含む構造体と冷却器との接合材として絶縁樹脂シートを採用しながらも、その絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図りつつ、それら構造体と冷却器との着実な接合を実現することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、冷却通路を区画する多数のフィンを備える冷却器に半導体素子を含む構造体を絶縁性の樹脂シートによって接合固定して半導体装置を製造する方法において、前記樹脂シートをその上下から加圧して前記構造体を前記冷却器に接合する際に、その加圧バランスを前記冷却器の前記構造体との接合面における前記フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスに調整するようにしたことを要旨とする。

前述のように、冷却通路を区画する多数のフィンを備える冷却器に半導体素子を含む構造体を絶縁性の樹脂シートによって接合固定する際には、これらの間に介在される絶縁性の樹脂シートに対して冷却器の接合面におけるフィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いに起因して不均一な圧力が加えられるために、樹脂シートに歪みが生じるようになる。この点、上記製造方法によれば、樹脂シートに対する加圧バランスをこうした歪みの要因となる冷却器の接合面におけるフィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスに調整することによって、それら剛性の違いに起因する不均一な圧力が相殺されるようになる。このため、冷却器上に構造体を一体に接合する上で、それらの間に介在される樹脂シートが面方向に均一な厚さをもって形成されることとなり、こうした樹脂シートの絶縁性及び熱伝導性も面方向に均一となる。これにより、半導体装置としての絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図りつつ、構造体と冷却器との着実な接合を実現することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記構造体が放熱板とこの放熱板上に半田付けにより実装される半導体素子からなり、前記樹脂シートの加圧は、前記半導体素子が実装される以前の放熱板と前記冷却器との間で行われることを要旨とする。

上記製造方法によるように、半導体素子が実装される以前の放熱板と冷却器との間で樹脂シートに対する加圧を行うこととすれば、放熱板の剛性が面方向に均一であるために放熱板を介して樹脂シートの上面から加えられる圧力も面方向に均一となる。このため、上記加圧バランスを調整する上で、その調整にかかる信頼性も高められるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記冷却器の前記構造体との接合面における前記フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスの調整が、当該接合面の前記フィンによる裏面からの非支持面に各々対応して前記樹脂シートの敷設厚さを予め凸状に厚く敷設しておくことにより行われることを要旨とする。

上記製造方法によるように、接合面のフィンによる裏面からの非支持面に各々対応して樹脂シートの敷設厚さを予め凸状に厚く敷設することとすれば、樹脂シートを介して構造体を冷却器に接合する際に、フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いに起因して樹脂シートに歪みが生じたとしても、この歪みが凸状に厚く敷設された部分によって吸収される態様で構造体と冷却器とが一体に接合されるようになる。これにより、冷却器上に構造体を一体に接合する上で、それらの間に介在される樹脂シートが面方向に均一に形成されることとなり、構造体と冷却器との着実な接合が実現されるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記冷却器の前記構造体との接合面における前記フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスの調整が、前記放熱板を挟んで前記冷却器と対称となる構造を有して放熱板に対向する面におけるフィンによる裏面からの支持面／非支持面が前記冷却器とは互い違いに位置決めされた治具を前記放熱板を介して押圧することにより行われることを要旨とする。

上記製造方法によるように、樹脂シートを介した放熱板と冷却器との接合に際して、放熱板を挟んで冷却器と対称となる構造を有する治具によって放熱板を介して押圧することとすれば、この治具によって冷却器の接合面における上述した剛性の違いが相殺される態様で樹脂シートがその上下から加圧されることとなる。これにより、樹脂シートに対して面方向に均一な圧力が加えられるようになり、構造体と冷却器との着実な接合が実現されるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記治具として前記冷却器と同一剛性のものを用いることを要旨とする。
上記製造方法によるように、放熱板を挟んで冷却器と対称となる構造を有する治具として、冷却器と同一剛性のものを用いることとすれば、これら冷却器と治具とによって挟まれる樹脂シートが同一の条件のもとに上下から加圧されるようになる。これにより、上記治具によって加圧バランスを調整する上で、構造体と冷却器とのより着実な接合が実現されるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁性の樹脂シートとしてエポキシ樹脂からなるシートを用いることを要旨とする。

この製造方法は、上記請求項６にかかる発明によるように、絶縁性の樹脂シートとしてエポキシ樹脂からなるシートを採用して特に有効であり、同製造方法の採用により、上記冷却器上に上記構造体が一体に接合された半導体装置としての絶縁性と熱伝導性との両立もより容易となる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、前記加圧するエポキシ樹脂の基準シート厚を２００μｍとすることを要旨とする。
エポキシ樹脂からなるシートは、「２００μｍ」の厚さで「１．８ｋｖ」の絶縁耐圧を確保することが可能となる。この点、上記製造方法によれば、エポキシ樹脂の基準シート厚さを「２００μｍ」とすることにより、絶縁材としての必要十分な絶縁機能を確保することができるとともに、接合材としての熱抵抗の低減も図られるようになる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法の第１の実施の形態について、その適用対象とする半導体装置の断面構造を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、主にその接合までの工程を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、主にその接合後の工程を示す概略断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明にかかる半導体装置の製造方法の第２の実施の形態について、主にその接合までの工程を示す概略断面図。 直流−三相交流変換を行うインバータ装置の一般的な構成例を示す回路図。 従来の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例について、その断面構造を示す概略断面図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法の第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。

図１は、この実施の形態にかかる半導体装置の製造方法が適用される半導体装置について、その概略断面構造を示したものである。同図１に示されるように、この半導体装置は、半導体素子１１０並びにこの半導体素子１１０が半田層１１１を介して実装された放熱板１２０からなる構造体１００と、構造体１００の支持体として絶縁性の樹脂シート２００を介して半導体素子１１０を冷却する冷却器３００とを有して構成されている。なお、こうして積層された半導体装置は、その配線部分がポッティング樹脂やゲル等からなる保護層４００によって覆われている。

ここで、構造体１００を構成する半導体素子１１０は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）などの動作時に高温の熱が発せられる電力用半導体素子である。また放熱板１２０は、半導体素子１１０から発せられた熱を放熱する部分であり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、銅−モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）合金、アルミニウム−炭化ケイ素（Ａｌ−ＳｉＣ）合金、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などによって形成されている。そして、この放熱板１２０は半田層１１１となる半田のぬれ性が得られるように表面処理されており、この上面に上記半導体素子１１０が半田付けによって実装されている。一方、その支持体である冷却器３００は、半導体素子１１０の動作に伴って発せられる熱を熱交換することでその冷却を図るためのものであり、本実施の形態では、例えばアルミニウム製からなる水冷式の冷却器が用いられている。そしてこの冷却器３００は、上下一対の板材３１０及び３２０と複数のフィン３３０とによって構成され、その内部にはこれら複数のフィン３３０によって区画された冷媒流路３４０が形成されている。

また、これら半導体素子１１０及び放熱板１２０からなる構造体１００と冷却器３００との間に接合材として介在する上記樹脂シート２００は、エポキシ樹脂からなってその基準シート厚が「２００μｍ」に設定されている。なお、このような樹脂シート２００は、「２００μｍ」の厚さで１．８ｋｖの絶縁耐圧を確保することが可能であり、実用上は、半導体素子１１０の容量や用途に応じてその厚さが調整される。

このように、樹脂シート２００を用いて冷却器３００と構造体１００とを接合する方法によれば、樹脂シート２００自体の熱抵抗が低いことから、半導体素子１１０から冷却器３００に伝達される熱の伝達効率、すなわち当該半導体装置としての冷却効率を高めることができるようになる。また、この樹脂シート２００は、構造体１００と冷却器３００との接合材としての接着機能を有するとともに、半導体素子１１０と冷却器３００とを電気的に絶縁する絶縁機能を有している。このため、半導体装置を構成する上でシリコングリースや絶縁基板を割愛することが可能となり、熱抵抗の低減はもとより、絶縁基板と半導体素子１１０との線膨張係数の相違に起因する反りやクラック等が抑制されるようにもなる。

ただし、半導体装置としてこのような構成によると、前述のように、放熱板１２０の下面の剛性が面方向に均一であるのに対し、冷却器３００の上面３００ａの剛性はフィン３３０による裏面からの支持面／非支持面との兼ね合いで面方向に不均一となる。このため、冷却器３００に構造体１００を構成する放熱板１２０を加圧接合する際、これらの間に介在される樹脂シート２００には、冷却器３００の上面３００ａの剛性の不均一に起因する不均一な圧力が加えられることとなり、樹脂シート２００に凹凸状の歪みやこの歪みに起因する接合不良等が生じる懸念がある。

そこで、本実施の形態では、冷却器３００と放熱板１２０との接合工程に先立ち、冷却器３００上に、その接合面の上記フィン３３０による裏面からの非支持面に各々対応して樹脂シート２００の敷設厚さを予め凸状に厚く敷設することによって、冷却器３００の上面３００ａの剛性の違いを吸収することとする。そして、このような樹脂シート２００を介して冷却器３００上に放熱板１２０を加圧接合することで、冷却器３００の上面３００ａの剛性のばらつきに起因する樹脂シート２００の歪みや接合不良を抑制するようにしている。

次に、このような基準樹脂シート２１０及び絶縁凸部２２０を用いて放熱板１２０及び冷却器３００の接合を行う本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、その製造工程の一例を図２及び図３を参照しつつ説明する。

この製造に際してはまず、図２（ａ）に示すように、上記冷却器３００の上面３００ａに、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、コータ法等によって、エポキシ樹脂からなる半硬化状態の基準樹脂シート２１０を敷設する。そして、この基準樹脂シート２１０を敷設した後、図２（ｂ）に示すように、この敷設した基準樹脂シート２１０上に、冷却器３００の冷媒流路３４０と対向する位置に、同じくエポキシ樹脂からなる半硬化状態の絶縁凸部２２０を敷設する。これにより、冷却器３００の上面３００ａを覆うかたちで半硬化状態の基準樹脂シート２１０が形成されるとともに、この基準樹脂シート２１０上のうち各冷媒流路３４０の直上となる位置に絶縁凸部２２０が形成されることとなる。なお、これら基準樹脂シート２１０及び絶縁凸部２２０によって構成される樹脂シート２００には、絶縁機能とともに接着機能及び高熱伝導性が要求される。このため、接着機能を確保する上では上記エポキシ樹脂の他にもフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂系を用いることが可能であり、さらに、高熱伝導性を確保する上ではアルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の無機充填材が添加されていることが好ましい。

そして、こうして基準樹脂シート２１０及び絶縁凸部２２０の敷設が終了すると、図２（ｃ）に示すように、これら基準樹脂シート２１０及び絶縁凸部２２０が硬化する前に、これらの上層に放熱板１２０を載置する。そしてこの状態で、１６０℃の加熱処理を施しつつ、面方向に均一な剛性を有する一対の加圧治具５１０及び５２０によってそれぞれ放熱板１２０の上面及び冷却器３００の下面から加圧処理を施す。このとき、冷却器３００を介して基準樹脂シート２１０に加えられる圧力がフィン３３０の直上と冷媒流路３４０の直上とで不均一であることに起因する凹凸状の歪みが基準樹脂シート２１０に生じるようになるものの、こうした凹凸状の歪みは基準樹脂シート２１０上に形成された上記絶縁凸部２２０によって吸収されるようになる。そしてこれにより、図３（ａ）に示すように、冷却器３００や放熱板１２０の面方向に対して均一な厚さ（ここでの例では「２００μｍ」）を有する樹脂シート２００の層が形成されるようになり、かつ、この樹脂シート２００によって冷却器３００に対し放熱板１２０が一体に接合されるようになる。

こうして冷却器３００に放熱板１２０が接合されると、次いで、図３（ｂ）に示すように、例えばＩＧＢＴからなる半導体素子１１０を半田付けによって放熱板１２０上に実装する。これによって、半田層１１１を接合媒体とした半導体素子１１０及び放熱板１２０からなる構造体１００が形成される。

そして、こうして構造体１００が形成されると、図３（ｃ）に示すように、ワイヤボンディングによる配線を施し、それらワイヤ１４０ａ及び１４０ｂによって半導体素子１１０が電気的に接続される。次いで、樹脂シート２００を介して一体に接合された構造体１００及び冷却器３００によって構成される半導体装置の配線部分に上記ポッティング樹脂やゲル等からなる保護層４００を設けて、同半導体装置としての製造が完了される。

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）放熱板１２０と冷却器３００との接合に先立ち、基準樹脂シート２１０上に冷却器３００の冷媒流路３４０と対向する態様で絶縁凸部２２０を形成することとした。このため、放熱板１２０と冷却器３００との加圧接合に際して樹脂シート２００に凹凸状の歪みが生じたとしても、こうした歪みが絶縁凸部２２０によって吸収されることとなり、放熱板１２０及び冷却器３００の面方向に対して均一な厚さの樹脂シート２００が形成されるようになる。これにより、樹脂シート２００による構造体１００と冷却器３００との着実な接合を実現しつつ、半導体装置としての絶縁性及び熱伝導性の好適な両立を図ることができるようになる。

（２）冷却器３００上に構造体１００を一体に接合する接合材として、エポキシ樹脂か
らなる樹脂シート２００を用いることとした。これにより、この樹脂シート２００のみによって、構造体１００と冷却器３００との接合及び絶縁が可能となり、半導体装置としての熱抵抗の低減や小型化が促進されるようにもなる。
（第２の実施の形態）
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法を具体化した第２の実施の形態を図４を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態では、先の第１の実施の形態において採用した絶縁凸部２２０の敷設を割愛し、治具のみによって加圧バランスの調整を行うこととしている。

図４（ａ）、（ｂ）は、先の図２に対応する図として、この第２の実施の形態による主に接合までの製造工程の一例を示したものである。なお、この図４において、先の図２に示した各要素と同一の要素についてはそれぞれ同一の符号を付して示しており、それら要素についての重複する説明は割愛する。

この第２の実施の形態においては、図４（ｂ）に示すように、第１加圧治具５３０として、放熱板１２０を挟んで冷却器３００と対称となる構造を有して放熱板１２０に対向する面におけるフィン３３０による裏面からの支持面／非支持面が冷却器３００とは互い違いに位置決めされた治具を用意する。この第１加圧治具５３０は、上下一対の当接板５３１、５３２とこれらを支持する支持部５３３とによって構成されており、この第１加圧治具５３０の下面５３０ｂが放熱板１２０の上面に当接される第１当接面となっている。なお、この第１加圧治具５３０を構成する材料は冷却器３００と同一の材料（ここでの例ではアルミニウム）によって形成されている。このうち、上記支持部５３３は、冷却器３００の冷媒流路３４０と同数設けられているとともに、各支持部５３３間の間隔Ｄ２が冷却器３００の各フィン３３０間の間隔Ｄ１と等しくなっている。すなわち、第１加圧治具５３０の当接板５３１及び５３２が冷却器３００の板材３１０及び３２０に対応するとともに、第１加圧治具５３０の支持部５３３とこの支持部５３３によって区画される空間Ｓとがそれぞれ冷却器３００のフィン３３０と冷媒流路３４０とに対応している。そしてこれにより、こうした第１加圧治具５３０の第１当接面５３０ｂの剛性とそのばらつきが、冷却器３００の上面３００ａの剛性とそのばらつきと互い違いに等しくなっている。また、第２加圧治具５４０は、放熱板１２０と同一の材料によって面方向に均一な厚さで形成されることにより、冷却器３００の下面に当接される第２当接面５４０ａの面方向の剛性が、放熱板１２０の下面の面方向の剛性と同一となっている。これにより、樹脂シート２００は、加圧接合時において、互い違いに同一の剛性を有する第１加圧治具５３０及び冷却器３００によって上下から挟まれるかたちで押圧されるとともに、同じく各々同一の剛性を有する放熱板１２０及び第２加圧治具５４０によって上下から挟まれるかたちで押圧されることとなる。

そして、本実施の形態では、冷却器３００の各冷媒流路３４０の中心線Ｃ１と第１加圧治具５３０の各支持部５３３の中心線Ｃ２とがそれぞれ重なる態様で、第１加圧治具５３０及び第２加圧治具５４０による加圧処理を施す。これにより、冷却器３００の上面３００ａの剛性のばらつきに起因する圧力のばらつきが第１加圧治具５３０の第１当接面５３０ｂの剛性のばらつきに応じた圧力によって相殺される態様で加圧バランスが調整されるようになる。

次に、このような前提のもとに、第１加圧治具５３０及び第２加圧治具５４０を用いて行われる放熱板１２０及び冷却器３００の接合工程の一例を図４を参照しつつ説明する。
この接合に際してはまず、図４（ａ）に示すように、冷却器３００上に厚さ「２００μｍ」の半硬化状態の樹脂シート２００を敷設（塗布）する。次に、図４（ｂ）に示すように、この樹脂シート２００が硬化する前に、この樹脂シート２００上に放熱板１２０を載置する。そしてこの状態で、１６０℃の加熱処理を施しつつ、冷却器３００の各冷媒流路
３４０の中心線Ｃ１と第１加圧治具５３０の各支持部５３３の中心線Ｃ２とがそれぞれ重なる態様で、放熱板１２０の上方と冷却器３００の下方からそれぞれ第１加圧治具５３０と第２加圧治具５４０とによる加圧処理を施す。

こうして、先の図３（ａ）に示したような、均一な厚さ（ここの例では「２００μｍ」）を有する樹脂シート２００の層が形成されることとなり、こうした樹脂シート２００によって冷却器３００に放熱板１２０が一体に接合される。

そして、こうして冷却器３００に放熱板１２０が接合されると、先の図３（ｂ）及び（ｃ）に準じた工程を経て、構造体１００及び冷却器３００が樹脂シート２００を介して一体になった半導体装置としてその製造が完了される。

以上説明したように、この第２の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）樹脂シート２００を介した放熱板１２０と冷却器３００との加圧接合に際し、冷却器３００と、この冷却器３００のフィン３３０による裏面からの支持面／非支持面が冷却器３００とは互い違いに位置決めされた第１治具５３０とによって、放熱板１２０を介して樹脂シート２００が上下から挟まれる態様で加圧処理を施すこととした。これにより、冷却器３００の上面３００ａの剛性のばらつきに起因する圧力の不均一が相殺されるようになり、樹脂シート２００に生じる歪みを抑制することができるようになる。また、この接合工程に先立つ樹脂シート２００の形成が容易となり、ひいては、こうした樹脂シート２００を用いた半導体装置の製造もより容易となる。

（２）樹脂シート２００を介した放熱板１２０と冷却器３００との加圧接合に際し、放熱板１２０の剛性と同一の剛性を有する第２加圧治具５４０を用いることとした。これにより、樹脂シート２００に対する面方向の圧力をより均一にすることができるようになり、樹脂シート２００に生じる歪みをより好適に抑制することができるようになる。

（他の実施の形態）
なお、上記実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記第１の実施の形態では、基準樹脂シート２１０上に冷却器３００の冷媒流路３４０と同数の凸状の絶縁凸部２２０を形成することとしたが、放熱板１２０と冷却器３００との加圧接合時に生じる基準樹脂シート２１０の歪みを吸収可能なものであればよく、絶縁凸部２２０の数及び形状は任意である。

・上記第２の実施の形態では、第１加圧治具５３０を、冷却器３００と同一剛性の材料（アルミニウム）によって形成することとしたが、冷却器３００の上面３００ａとこの上面３００ａに対向する第１当接面５３０ｂの剛性のばらつきが等しいものであればよく、第１加圧治具５３０の材料は、アルミニウムに限定されるものではない。

・上記第２の実施の形態では、第１加圧治具５３０を構成する支持部５３３の数を、冷却器３００の冷媒流路３４０と同一の数としたが、冷却器３００の上面３００ａとこの上面３００ａに対向する第１当接面５３０ｂとによって加えられる圧力の不均一を相殺可能なものであればよく、支持部５３３の数は任意である。

・上記樹脂シート２００を、「２００μｍ」の厚さで形成することとしたが、絶縁材としての絶縁耐圧を確保可能なものであればよく、その厚さは任意である。要は、絶縁材としての絶縁機能と接合材としての接合機能との両立が可能な厚さであればよい。

・上記各実施の形態では、スクリーン印刷法やドクターブレード法、コータ法により冷
却器３００の上面３００ａに樹脂シート２００を敷設することとしたが、樹脂シート２００の敷設方法は任意であり、これらに限定されるものではない。また、この他、予め形成されたシート状の樹脂シートを冷却器３００の上面３００ａに載置するようにしてもよい。

・上記各実施の形態は、例えば先の図５に示したようなインバータ装置を構成する半導体装置、すなわち冷却器（図示略）上に樹脂シートを介して６つの構造体（半導体素子等）が一括搭載される半導体装置の製造にも適用することができる。

・上記各実施の形態では、上記構造体を冷却する冷却器として、水冷式の冷却器３００を用いたが、これに代えて空冷式の冷却器を用いてもよい。すなわち、樹脂シートの下面と接合される冷却器上面の剛性が不均一なものであれば本発明を適用することはできる。

１１…直流電源、１２Ｎ…負極バスバー、１２Ｐ…正極バスバー、１３…平滑コンデンサ、１４…インバータ回路、１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ…半導体素子（スイッチング素子）、１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗ…還流ダイオード、２１Ｕ…出力線、２２Ｕ…Ｕ相出力電極、２２Ｖ…Ｖ相出力電極、２２Ｗ…Ｗ相出力電極、５０…構造体、５１…半導体素子、５２…放熱板、６０…絶縁樹脂シート、７０…冷却器、７１…フィン、７２…間隙、１００…構造体、１１０…半導体素子、１１１…半田層、１２０…放熱板、１４０ａ、１４０ｂ…ワイヤ、２００…樹脂シート、２１０…基準樹脂シート、２２０…絶縁凸部、３００…冷却器、３１０、３２０…板材、３３０…フィン、３４０…冷媒流路、４００…保護層、５１０、５２０…加圧治具、５３０…第１加圧治具、５３０ｂ…第１当接面、５３１、５３２…当接板、５３３…支持部、５４０…第２加圧治具、第２当接面…５４０ａ、Ｍ…三相モータ。

Claims (7)

1. 冷却通路を区画する多数のフィンを備える冷却器に半導体素子を含む構造体を絶縁性の樹脂シートによって接合固定して半導体装置を製造する方法において、
   前記樹脂シートをその上下から加圧して前記構造体を前記冷却器に接合する際に、その加圧バランスを前記冷却器の前記構造体との接合面における前記フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスに調整するようにした
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記構造体が放熱板とこの放熱板上に半田付けにより実装される半導体素子からなり、前記樹脂シートの加圧は、前記半導体素子が実装される以前の放熱板と前記冷却器との間で行われる
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記冷却器の前記構造体との接合面における前記フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスの調整が、当該接合面の前記フィンによる裏面からの非支持面に各々対応して前記樹脂シートの敷設厚さを予め凸状に厚く敷設しておくことにより行われる
   請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記冷却器の前記構造体との接合面における前記フィンによる裏面からの支持面／非支持面での剛性の違いを吸収し得る加圧バランスの調整が、前記放熱板を挟んで前記冷却器と対称となる構造を有して放熱板に対向する面におけるフィンによる裏面からの支持面／非支持面が前記冷却器とは互い違いに位置決めされた治具を前記放熱板を介して押圧することにより行われる
   請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記治具として前記冷却器と同一剛性のものを用いる
   請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記絶縁性の樹脂シートとしてエポキシ樹脂からなるシートを用いる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記加圧するエポキシ樹脂の基準シート厚を２００μｍとする
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

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