JP2011009367A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of achieving not only relaxation of thermal stress between a structure including a semiconductor element and its supporter, but also suitable suppression of thermal resistance although having a simpler structure.SOLUTION: The structure 300 including the semiconductor element 310 is constituted by integrally bonding a cooler 100 supporting the structure through a stress relaxation layer 200 relaxing stress generated between the structure 300 and the cooler 100. The stress relaxation layer 200 is composed as a coupled body and formed as a concavity/convexity engagement structure of many concavities and convexities, surfaces opposed to each other as coupling surfaces being so shaped as to relax movement orientation toward surfaces of the cooler 100 and structure 300.

Description

本発明は、半導体装置に関し、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とこれを支持する支持体との間に設けられてこれら構造体及び支持体間の応力を緩和する応力緩和層を備える半導体装置の改良に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, is provided between a structure including a semiconductor element used for power conversion, various power control, and the like and a support that supports the structure, and stress between the structure and the support is reduced. The present invention relates to an improvement in a semiconductor device including a stress relaxation layer that relaxes.

こうした半導体装置としては、例えば電気自動車やハイブリッド車などにあって、車載バッテリから供給される直流電力をモータ駆動用の三相交流等に変換するなどの電力変換を行うインバータ装置が知られている。そして、このような半導体装置は通常、半導体素子(電力用半導体素子)を含んで構成される構造体が冷却器に一体に接合されていることが多い。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、熱交換機能を有する冷却器にロウ付けや半田付けなどにより接合、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。   As such a semiconductor device, for example, in an electric vehicle or a hybrid vehicle, an inverter device that performs power conversion such as converting DC power supplied from a vehicle-mounted battery into three-phase AC for driving a motor is known. . In such a semiconductor device, a structure including a semiconductor element (power semiconductor element) is usually joined to a cooler in many cases. That is, when the semiconductor element is mounted on an insulating substrate or a heat sink by soldering or the like, the structure is joined and fixed to a cooler having a heat exchange function by brazing or soldering, etc. I try to alleviate the fever.

ただし、冷却器とのこのような接合構造を採用する場合、上記構造体を構成する絶縁基板や放熱板に用いられる材料と冷却器に用いられる材料とでは一般にその線膨張係数が異なるために、こうした線膨張係数の相違に起因する応力が発生する。そして、このような応力に起因して上記構造体と冷却器とを接合する接合層にクラックや反り等が生じてしまう不都合がある。   However, when such a joining structure with a cooler is adopted, the linear expansion coefficient is generally different between the material used for the insulating substrate and the heat sink constituting the structure and the material used for the cooler. Stress due to such a difference in linear expansion coefficient is generated. And there exists a problem that a crack, curvature, etc. will arise in the joining layer which joins the said structure and a cooler due to such stress.

そこで従来は、こうした線膨張係数の相違に起因する上記クラックや反り等の発生を抑制すべく、例えば特許文献1に記載の装置あっては、上記構造体を構成する絶縁基板や放熱板とその支持体である冷却器との間に、複数の貫通孔あるいは溝状の凹所が形成された応力緩和部材を応力緩和層として介在させることとしている。また、特許文献2に記載の装置あっては、上記構造体を構成する絶縁基板や放熱板とその支持体である冷却器との間に、三軸方向に移動可能な複数のマイクロフィンが噛み合わされてなる応力緩和層を介在させることとしている。   Therefore, conventionally, in order to suppress the occurrence of cracks, warpage, and the like due to such a difference in linear expansion coefficient, for example, in the device described in Patent Document 1, the insulating substrate and the heat radiating plate that constitute the structure and its A stress relaxation member in which a plurality of through-holes or groove-shaped recesses are formed is interposed as a stress relaxation layer between the support and the cooler. Further, in the apparatus described in Patent Document 2, a plurality of micro fins movable in three axial directions are meshed between the insulating substrate and the heat radiating plate constituting the structure and the cooler as the support. The stress relaxation layer thus formed is interposed.

特開2006−294699号公報JP 2006-294699 A 特開平6−5750号公報JP-A-6-5750

このように、特許文献1や特許文献2に記載の装置によれば、それぞれ応力緩和層を通じて、確かに半導体素子を含む構造体とこれを支持する冷却器等の支持体との間に生じる応力の緩和が図られるようにはなる。   As described above, according to the devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the stress generated between the structure including the semiconductor element and the support such as a cooler that supports the semiconductor element is surely transmitted through the stress relaxation layer. Can be mitigated.

しかし、特許文献1に記載の装置の場合、応力緩和層としての上記構造では、応力緩和部材に設けられた複数の貫通孔あるいは溝状の凹所等の応力吸収空間が空気層からなるために、この空気層が熱抵抗として作用することとなり、上記冷却器による半導体素子との間での熱交換が妨げられることにもなる。ここで、上記応力緩和層を構成する応力緩和部材の体積をVal、空気層の体積をVsとしたとき、応力緩和層中に応力緩和部材が占める割合(占有率)Ralは、

Ral=Val/Val(Val+Vs)

なる関係となる。そして、これら占有率Ralと上記応力緩和層による応力緩和効果及び放熱性能との関係は、図15に示されるように、応力緩和効果と放熱性能とが相反する関係となるため、上記応力緩和層によって応力緩和効果と放熱性能との両立を図ることは難しい。
However, in the case of the apparatus described in Patent Document 1, in the above structure as the stress relaxation layer, the stress absorption space such as a plurality of through holes or groove-like recesses provided in the stress relaxation member is formed of an air layer. The air layer acts as a thermal resistance, and the heat exchange with the semiconductor element by the cooler is also hindered. Here, when the volume of the stress relaxation member constituting the stress relaxation layer is Val and the volume of the air layer is Vs, the ratio (occupancy) Ral occupied by the stress relaxation member in the stress relaxation layer is:

Ral = Val / Val (Val + Vs)

It becomes a relationship. The relationship between the occupation ratio Ral and the stress relaxation effect and the heat dissipation performance by the stress relaxation layer is a relationship in which the stress relaxation effect and the heat dissipation performance are opposite to each other as shown in FIG. Therefore, it is difficult to achieve both the stress relaxation effect and the heat dissipation performance.

一方、上記特許文献2に記載の装置のように、応力緩和層として上記複数のマイクロフィンを噛み合わされてなる積層体を用いる場合には、一つのマイクロフィンによって応力緩和が可能な方向は、一軸方向でしかなく応力緩和に対する自由度が極めて低い。このため、複数方向に対する応力を緩和するためには上記マイクロフィンを複数積層する必要があり、応力緩和層としての構造が複雑とならざるを得ない。   On the other hand, in the case of using a laminated body in which the plurality of microfins are meshed as the stress relaxation layer as in the device described in Patent Document 2, the direction in which stress relaxation is possible with one microfin is uniaxial. It is not only the direction, but the degree of freedom for stress relaxation is extremely low. For this reason, in order to relieve stress in a plurality of directions, it is necessary to laminate a plurality of the microfins, and the structure as the stress relieving layer must be complicated.

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、より簡易な構造でありながら、半導体素子を含む構造体とその支持体との間に生じる熱応力の緩和はもとより、熱抵抗についてもその好適な抑制を図ることのできる半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to reduce thermal stress generated between a structure including a semiconductor element and its support, while having a simpler structure, as well as heat. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suitably suppressing resistance.

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、半導体素子を含む構造体がこれを支持する支持体に、それら構造体及び支持体間に生じる応力を緩和する応力緩和層を介して一体に接合されて構成される半導体装置において、前記応力緩和層は、結合体からなって、その結合面として互いに対向する面が前記構造体及び支持体の面方向への移動指向性を緩和可能な形状からなる多数の凹部及び凸部の凹凸嵌合構造として形成されてなることを要旨とする。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
According to the first aspect of the present invention, a structure including a semiconductor element is integrally joined to a support that supports the structure via a stress relaxation layer that relieves stress generated between the structure and the support. In the semiconductor device according to the present invention, the stress relaxation layer is formed of a combined body, and a plurality of recesses whose surfaces facing each other as a bonding surface have a shape that can relax movement directivity in the surface direction of the structure and the support. And it makes it a summary to be formed as the uneven | corrugated fitting structure of a convex part.

上記構成によるように、応力緩和層としてこれを、結合面の互いに対向する面が構造体及び支持体への移動指向性を緩和可能な形状からなる多数の凹部及び凸部の凹凸嵌合構造からなる結合体にて構成することとすれば、移動指向性が緩和された凹部及び凸部が構造体及び支持体間に生じる応力に応じて変形する、あるいは凹部と凸部との間で滑りが生じることによって、半導体装置に内在する応力が吸収されるようになる。しかも同構成の場合、応力緩和層を多数の凹部及び凸部の凹凸嵌合構造からなる結合体として構成したことにより、同結合体としての嵌合面積が拡大されることから、応力緩和層としての熱抵抗についてもその好適な抑制を図ることができるようになる。また、移動指向性が緩和可能とされた形状からなる多数の凹部及び凸部の凹凸嵌合構造からなる結合体として応力緩和層を構成することにより、応力緩和層としての構造上の簡略化が図られるようにもなる。   As in the above configuration, the stress relaxation layer is formed from a plurality of concave and convex concave / convex fitting structures in which the opposing surfaces of the bonding surfaces have a shape that can relax the movement directivity to the structure and the support. If the concave and convex portions whose movement directivities are relaxed are deformed according to the stress generated between the structure and the support, or slippage between the concave and convex portions occurs. As a result, the stress inherent in the semiconductor device is absorbed. In addition, in the case of the same configuration, since the stress relaxation layer is configured as a combined body composed of an uneven fitting structure of a large number of concave portions and convex portions, the fitting area as the combined body is expanded, The thermal resistance can be suitably suppressed. Further, by constructing the stress relaxation layer as a combined body composed of a plurality of concave and convex concave / convex fitting structures whose movement directivity can be relaxed, the structural simplification of the stress relaxation layer can be achieved. It can also be seen.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半導体装置において、前記応力緩和層は、前記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体からなることを要旨とする。
上記構成によるように、凹凸嵌合構造として形成される面が積層面とされる積層体として応力緩和層を構成することとすれば、この積層面によって構造体と支持体との間に生じる応力が面方向に分散する態様で緩和されるようになる。これにより、上記応力緩和層による応力緩和効果が効率的に高められるようになる。
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the semiconductor device according to claim 1, the stress relaxation layer is made of a laminate having a surface formed as the concave-convex fitting structure as a laminated surface.
As in the above configuration, if the stress relaxation layer is configured as a laminate in which the surface formed as the uneven fitting structure is a laminate surface, the stress generated between the structure and the support by the laminate surface Is relaxed in such a manner as to be dispersed in the plane direction. Thereby, the stress relaxation effect by the stress relaxation layer is efficiently enhanced.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の半導体装置において、前記凸部が円錐状もしくは角錐状に形成されてなり、前記凹部が前記円錐状もしくは角錐状の凸部に嵌合される逆円錐状もしくは逆角錐状に形成されてなることを要旨とする。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the convex portion is formed in a conical shape or a pyramid shape, and the concave portion is fitted to the conical or pyramidal convex portion. The main point is that it is formed in an inverted cone shape or an inverted pyramid shape.

上記構成によるように、応力緩和層を構成する凸部を円錐状もしくは角錐状とするとともに、この凸部に勘合される凹部を逆円錐状もしくは逆角錐状に形成することとすれば、これら凸部と凹部との嵌合面が応力緩和層の厚み方向に対して傾斜することとなる。この
ため、凸部と凹部との滑り度合いが高められるようになり、ひいては、応力緩和層としての応力緩和能力が高められるようになる。
As described above, if the convex portions constituting the stress relaxation layer have a conical shape or a pyramid shape, and the concave portions to be fitted into the convex portions are formed in an inverted conical shape or an inverted pyramid shape, these convex portions are formed. The fitting surface between the portion and the recess is inclined with respect to the thickness direction of the stress relaxation layer. For this reason, the degree of slippage between the convex portion and the concave portion is increased, and as a result, the stress relaxation capability as the stress relaxation layer is increased.

請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の半導体装置において、前記凸部が一柱面を底とする三角柱状に形成されてなり、前記凹部が前記三角柱状の凸部に嵌合される逆三角柱状に形成されてなることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the convex portion is formed in a triangular prism shape having one column surface as a bottom, and the concave portion is fitted to the triangular prism-shaped convex portion. The gist is that it is formed in the shape of an inverted triangular prism.

上記構成によるように、三角柱状の一柱面を底とする凸部とこの凸部に嵌合される逆三角柱状の凹部とによる凹凸嵌合構造を構成することとすれば、これら凸部及び凹部の変形と、三角柱状の凸部の傾斜面と逆三角柱状の凹部の傾斜面との滑り効果によって半導体装置内に内在した応力が好適に緩和されるようになる。   As in the above configuration, if a concave-convex fitting structure is formed by a convex portion having a triangular prism-shaped bottom surface and an inverted triangular prism-shaped concave portion fitted to the convex portion, these convex portions and Due to the deformation of the concave portion and the sliding effect between the inclined surface of the triangular prism-shaped convex portion and the inclined surface of the inverted triangular prism-shaped concave portion, the stress inherent in the semiconductor device is preferably alleviated.

請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記凹部及び凸部が、前記半導体素子の幾何中心を基点とする点対称に形成されてなることを要旨とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the second to fourth aspects, the concave portion and the convex portion are formed point-symmetrically with respect to the geometric center of the semiconductor element. This is the gist.

上記半導体装置では、構造体や支持体の外縁から熱源となる半導体素子の中心に向けて応力が生じることとなる。この点、上記構成によれば、応力緩和層を構成する凹部及び凸部が半導体素子の幾何中心を基点とする点対称に形成されることによって、構造体や支持体の外縁から熱源となる半導体素子の中心に向けて生じた応力に対しての上記凸部及び凹部の移動指向性が高められるようになり、ひいては、応力緩和層としての応力緩和効果も的確に高められるようになる。   In the semiconductor device described above, stress is generated from the outer edge of the structure or support toward the center of the semiconductor element serving as a heat source. In this regard, according to the above configuration, the recesses and the convex portions constituting the stress relaxation layer are formed point-symmetrically with respect to the geometric center of the semiconductor element, so that the semiconductor serving as a heat source from the outer edge of the structure or the support The movement directivity of the convex portion and the concave portion with respect to the stress generated toward the center of the element can be enhanced, and as a result, the stress relaxation effect as the stress relaxation layer can be accurately enhanced.

請求項6に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記凹部及び前記凸部が、前記半導体素子の幾何中心を基点とする放射状に形成されてなることを要旨とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the second to fourth aspects, the concave portions and the convex portions are formed radially with a geometric center of the semiconductor element as a base point. This is the gist.

上記構成によれば、応力緩和層を構成する凹部及び凸部が半導体素子の幾何中心を基点とする放射状に形成されたことによって、構造体や支持体の外縁から熱源となる半導体素子の中心に向けて生じた応力に対応するかたちで上記凸部及び凹部の移動指向性が高められるようになることから、この場合も応力緩和層としての応力緩和効果が的確に高められるようになる。   According to the above configuration, the concave portions and the convex portions constituting the stress relaxation layer are formed radially from the geometric center of the semiconductor element, so that the outer edge of the structure body or the support body extends from the outer edge of the semiconductor element to the center of the semiconductor element. Since the movement directivity of the convex portion and the concave portion is enhanced in a manner corresponding to the stress generated toward the surface, the stress relaxation effect as the stress relaxation layer can be accurately enhanced also in this case.

請求項7に記載の発明は、請求項2〜6のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記凹部及び前記凸部が、前記半導体素子の幾何中心を中点とする円形状に形成されてなることを要旨とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the second to sixth aspects, the concave portion and the convex portion are formed in a circular shape having a geometric center of the semiconductor element as a midpoint. The gist of this is

上記構成によるように、応力緩和層を構成する凹部及び凸部を半導体素子の幾何中心を中心とする円形状に形成することとすれば、これら凹部及び凸部の移動指向性が応力緩和層の全方位に対して高められるようになり、この場合も、応力緩和層としての応力緩和効果が的確に高められるようになる。   As described above, if the concave portions and the convex portions constituting the stress relaxation layer are formed in a circular shape centering on the geometric center of the semiconductor element, the movement directivity of the concave portions and the convex portions is the stress relaxation layer. In this case, the stress relaxation effect as the stress relaxation layer can be accurately enhanced.

請求項8に記載の発明は、請求項2〜7のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記凹部及び前記凸部の数が、前記半導体素子の幾何中心から前記応力緩和層の角部にかけて漸次多くなる態様で形成されてなることを要旨とする。   The invention according to claim 8 is the semiconductor device according to any one of claims 2 to 7, wherein the number of the concave portions and the convex portions is a corner portion of the stress relaxation layer from a geometric center of the semiconductor element. The gist is that it is formed in a manner that gradually increases over time.

上記半導体装置では、温度変動幅が大きくなる構造体あるいは支持体の角部における応力が集中することとなる。この点、上記構成によれば、これら応力が集中する構造体あるいは支持体の角部に対応するかたちで半導体素子の幾何中心から応力緩和層の角部にかけて上記凹部及び凸部の数が漸次多くなる態様で形成されたことによって、応力の度合いに
応じた応力緩和が図られるようになり、半導体装置に内在する応力を好適に緩和することが可能となる。
In the semiconductor device described above, the stress at the corners of the structure or the support that increases the temperature fluctuation range is concentrated. In this regard, according to the above configuration, the number of the concave portions and the convex portions is gradually increased from the geometric center of the semiconductor element to the corner portion of the stress relaxation layer in a manner corresponding to the corner portion of the structure or support where the stress is concentrated. By being formed in such a manner, stress relaxation according to the degree of stress can be achieved, and stress inherent in the semiconductor device can be preferably relaxed.

請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記支持体は、前記半導体素子を含む構造体を冷却する冷却器であることを要旨とする。
この発明は、上記構成によるように、支持体として半導体素子を含む構造体を冷却する冷却器を有する半導体装置に適用して特に有効であり、これら構造体と冷却器との線膨張係数の相違に起因する応力を好適に緩和することができるようになるとともに、半導体装置としての放熱性能も高められるようになる。
The invention according to claim 9 is the semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the support is a cooler for cooling the structure including the semiconductor element. .
The present invention is particularly effective when applied to a semiconductor device having a cooler for cooling a structure including a semiconductor element as a support, as described above, and the difference in linear expansion coefficient between the structure and the cooler. As a result, it is possible to suitably relieve the stress caused by the heat dissipation and improve the heat dissipation performance of the semiconductor device.

請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記応力緩和層を構成すべく結合される板材が金属製の板材からなることを要旨とする。   The gist of the invention described in claim 10 is that, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, a plate material to be joined to form the stress relaxation layer is made of a metal plate material. .

上記構成によれば、応力緩和層を金属製の板材により構成することによって、この応力緩和層によって半導体装置に内在する応力を緩和する上で、応力緩和層としての熱抵抗の抑制が図られるようになり、ひいては、半導体装置としての放熱性能がより高められるようになる。   According to the above configuration, by configuring the stress relaxation layer with a metal plate, the thermal resistance as the stress relaxation layer can be suppressed when the stress existing in the semiconductor device is relaxed by the stress relaxation layer. As a result, the heat dissipation performance as a semiconductor device is further improved.

請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の半導体装置において、前記金属製の板材が、アルミニウムまたは銅からなることを要旨とする。
上記構成によるように、上記板材をアルミニウムによって構成することとすれば、アルミニウムの剛性が低いことから、応力緩和層による応力吸収時において上記凹部及び凸部が変形しやすくなる。これにより、これら凹部及び凸部の応力緩和効果が高められるようになる。また上記構成によるように、上記板材を銅によって構成することとすれば、銅の熱伝導率が高いことから、上記応力緩和層によって半導体装置に内在する応力を緩和する上で、半導体装置としての熱抵抗をより好適に抑制することができるようになる。
The invention according to claim 11 is the semiconductor device according to claim 10, wherein the metal plate is made of aluminum or copper.
If the plate material is made of aluminum as in the above configuration, the rigidity of the aluminum is low, so that the concave portion and the convex portion are easily deformed when the stress is absorbed by the stress relaxation layer. Thereby, the stress relaxation effect of these recessed parts and convex parts comes to be improved. Further, as described above, if the plate material is made of copper, the thermal conductivity of copper is high. Therefore, the stress relaxation layer relieves the stress inherent in the semiconductor device. The thermal resistance can be more suitably suppressed.

本発明にかかる半導体装置の第1の実施の形態について、同半導体装置の断面構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-section of the semiconductor device concerning 1st Embodiment of this invention. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の構造を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の平面構造をその拡大断面構造とともに示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment with the expanded sectional structure. 本発明にかかる半導体装置の第2の実施の形態について、同半導体装置を構成する応力緩和層の構造を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the stress relaxation layer which comprises the semiconductor device concerning 2nd Embodiment of the semiconductor device concerning this invention. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の平面構造をその拡大断面構造とともに示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment with the expanded sectional structure. 本発明にかかる半導体装置の第3の実施の形態について、同半導体装置を構成する応力緩和層の構造を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the stress relaxation layer which comprises the semiconductor device concerning 3rd Embodiment of this invention. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の平面構造をその拡大断面構造とともに示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment with the expanded sectional structure. 本発明にかかる半導体装置の第4の実施の形態について、同半導体装置を構成する応力緩和層の構造を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the stress relaxation layer which comprises the semiconductor device concerning 4th Embodiment of this invention. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の平面構造をその拡大断面構造とともに示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment with the expanded sectional structure. 本発明にかかる半導体装置の第5の実施の形態について、同半導体装置を構成する応力緩和層の構造を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the stress relaxation layer which comprises the semiconductor device concerning 5th Embodiment of this invention. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の平面構造をその拡大断面構造とともに示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment with the expanded sectional structure. 本発明にかかる半導体装置の第6の実施の形態について、同半導体装置を構成する応力緩和層の構造を模式的に示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows typically the structure of the stress relaxation layer which comprises the semiconductor device concerning 6th Embodiment of the semiconductor device concerning this invention. 同実施の形態の半導体装置の応力緩和層の平面構造をその拡大断面構造とともに示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer of the semiconductor device of the embodiment with the expanded sectional structure. 本発明にかかる半導体装置の他の実施の形態について、同半導体装置を構成する応力緩和層の平面構造をその断面構造とともに示す平面図及び断面図。The planar view and sectional drawing which show the planar structure of the stress relaxation layer which comprises the semiconductor device concerning other embodiment of this invention with the sectional structure about other embodiment. 従来の半導体装置を構成する応力緩和層の応力緩和効果と放熱性能との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the stress relaxation effect of the stress relaxation layer which comprises the conventional semiconductor device, and heat dissipation performance.

(第1の実施の形態)
図1は、この実施の形態にかか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、支持体としての冷却器100上に応力緩和層200を介して実装される構造体300を有している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional structure of a semiconductor device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, this semiconductor device has a structure 300 mounted on a cooler 100 as a support via a stress relaxation layer 200.

ここで、冷却器100は、構造体300を構成する半導体素子310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。   Here, the cooler 100 is intended to cool the heat generated by the operation of the semiconductor element 310 constituting the structure 300 by heat exchange. In the present embodiment, the cooler 100 is made of, for example, aluminum. A water-cooled cooler consisting of

こうした冷却器100に支持される構造体300は、半導体素子310とこの半導体素子310が実装された絶縁基板320とによって構成されている。このうち、半導体素子310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り、また絶縁基板320は、DBA(ダイレクト・ブレイジング・アルミニウム)と称される基板であって、セラミック基板321の両面にアルミニウム板322及び323がロウ付け等によって接着固定されている。なお、アルミニウム板323は半田311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310が半田付けによって実装されている。   The structure 300 supported by the cooler 100 includes a semiconductor element 310 and an insulating substrate 320 on which the semiconductor element 310 is mounted. Of these, the semiconductor element 310 is a power semiconductor element that generates high-temperature heat during operation of, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and the insulating substrate 320 is made of DBA (direct brazing aluminum). The aluminum plates 322 and 323 are bonded and fixed to both surfaces of the ceramic substrate 321 by brazing or the like. The aluminum plate 323 is surface-treated so that the wettability of the solder 311 can be obtained, and the semiconductor element 310 is mounted on the upper surface by soldering.

また、これら構造体300と冷却器100との間に介在する応力緩和層200は、これら構造体300と冷却器100との線膨張係数が異なることに起因する熱応力を緩和、吸収する部分であり、ロウ付けやその他の方法によって構造体300及び冷却器100に一体に接合されている。   Further, the stress relaxation layer 200 interposed between the structural body 300 and the cooler 100 is a portion that relaxes and absorbs thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the structural body 300 and the cooler 100. Yes, it is integrally joined to the structure 300 and the cooler 100 by brazing or other methods.

このようにして構成される半導体装置は、上述のように、構造体300と冷却器100との材質の違いにより、それぞれの線膨張係数が異なるものとなっている。このため、上記半導体素子310の動作に伴って高温の熱が発せられることにより、半導体素子310と冷却器100との熱交換によって冷却器100は高温となり熱膨張する一方、半導体素子310の動作が停止すると、冷却器100は次第に低温となり熱収縮する。そして、こうした冷却器100の熱膨張や熱収縮の際に、冷却器100とこの冷却器100上に接合される絶縁基板320との線膨張係数が異なることに起因して応力の内在を招き、それら冷却器100や絶縁基板320に反りやクラックを生じる虞がある。   As described above, the semiconductor device configured as described above has different linear expansion coefficients due to the difference in material between the structure 300 and the cooler 100. For this reason, when high temperature heat is generated in accordance with the operation of the semiconductor element 310, the cooler 100 becomes high temperature and thermally expands due to heat exchange between the semiconductor element 310 and the cooler 100, while the operation of the semiconductor element 310 is performed. When stopped, the cooler 100 gradually becomes low temperature and heat shrinks. And, in the case of such thermal expansion or contraction of the cooler 100, stress is inherent due to the difference in the linear expansion coefficient between the cooler 100 and the insulating substrate 320 bonded to the cooler 100, There is a risk of warping or cracking in the cooler 100 or the insulating substrate 320.

そこで本実施の形態では、こうした冷却器100や絶縁基板320に反りやクラックの要因となる応力を緩和すべく、冷却器100と構造体300との間に上記応力緩和層200を介在させることとしている。図2に、本実施の形態で採用する応力緩和層200について、その分解斜視構造を模式的に示す。   Therefore, in the present embodiment, the stress relaxation layer 200 is interposed between the cooler 100 and the structure 300 in order to relieve the stress that causes warping and cracks in the cooler 100 and the insulating substrate 320. Yes. FIG. 2 schematically shows an exploded perspective structure of the stress relaxation layer 200 employed in the present embodiment.

図2に示すように、この応力緩和層200は、例えばアルミニウム製の下板210と上板220とが結合された結合体として構成されている。なおここでは、この結合体が下板210と上板220との積層による積層体となっている。こうした結合体(積層体)を構
成する下板210には、上板220に対向する面に冷却器100及び構造体300の面方向への移動指向性が緩和可能、特に無指向性とされた形状からなる多数の円錐状の複数の凸部211が、半導体素子310の幾何中心にあたる中心線Oを基点として点対称かつマトリクス状に形成されている。また、上板220には、上記下板210に対向する面に冷却器100及び構造体300の面方向への移動指向性が無指向性とされた形状からなって上記凸部211が嵌合される逆円錐状の複数の凹部221が、これも半導体素子310の幾何中心にあたる中心線Oを基点として点対称かつマトリクス状に形成されている。そしてこれにより、これら下板210と上板220とは、その結合面(積層面)が互いに対向する凹凸嵌合構造をなしている。なお、これら凸部211及び凹部221の数は、応力緩和層200の応力緩和能力に比例するものであり、これら凸部211及び凹部221は製造上可能な限り多く形成されるものとする。
As shown in FIG. 2, the stress relaxation layer 200 is configured as a combined body in which, for example, an aluminum lower plate 210 and an upper plate 220 are combined. Here, this combined body is a laminated body formed by laminating the lower plate 210 and the upper plate 220. In the lower plate 210 constituting such a combined body (laminated body), the movement directivity in the surface direction of the cooler 100 and the structure 300 can be relaxed on the surface facing the upper plate 220, and in particular, the non-directional property is set. A plurality of conical convex portions 211 having a shape are formed in a point-symmetric and matrix shape with a center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310 as a base point. In addition, the upper plate 220 has a shape in which the movement directivity in the surface direction of the cooler 100 and the structure 300 is omnidirectional on the surface facing the lower plate 210, and the convex portion 211 is fitted into the upper plate 220. A plurality of inverted conical recesses 221 are formed in a point-symmetrical and matrix manner with a center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310 as a base point. As a result, the lower plate 210 and the upper plate 220 form an uneven fitting structure in which the coupling surfaces (lamination surfaces) face each other. In addition, the number of these convex parts 211 and the recessed parts 221 is proportional to the stress relaxation capability of the stress relaxation layer 200, and these convex parts 211 and recessed parts 221 shall be formed as much as possible in manufacture.

そして、図3に平面図と併せてそのA−A線及びB−B線に沿った拡大断面構造をそれぞれ示すように、下板210に形成された凸部211と上板220に形成された凹部221とが互いに嵌合されることによって、上記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体としての応力緩和層200が構成される。なお、本実施の形態では、凸部211及び凹部221に関する移動指向性の緩和化を維持すべく、下板210と上板220との四隅をねじSCによりねじ止めすることによって応力緩和層200を構成するそれら下板210及び上板220間の締結を図っている。   3 is formed on the upper plate 220 and the convex portion 211 formed on the lower plate 210 so as to show the enlarged cross-sectional structures along the AA line and the BB line along with the plan view. When the recesses 221 are fitted to each other, the stress relaxation layer 200 is formed as a laminate having the surface formed as the uneven fitting structure as a laminate surface. In the present embodiment, the stress relaxation layer 200 is formed by screwing the four corners of the lower plate 210 and the upper plate 220 with screws SC in order to maintain the mitigation of movement directivity with respect to the convex portions 211 and the concave portions 221. Fastening between the lower plate 210 and the upper plate 220 constituting the same is intended.

次に、本実施の形態の半導体装置による上記応力緩和層200の作用について説明する。
すなわちいま、冷却器100や構造体300に対して応力が発生したとすると、凸部211及び凹部221の移動指向性が無指向性とされたことにより、これら凸部211及び凹部221が応力に応じる態様で変形するようになるとともに、凸部211と凹部221との間で滑りが生じるようになる。こうして、冷却器100や構造体300に対して発生した応力が次第に分散される態様で緩和されるようになる。
Next, the operation of the stress relaxation layer 200 by the semiconductor device of the present embodiment will be described.
In other words, if stress is generated on the cooler 100 or the structure 300, the movement directivity of the convex portion 211 and the concave portion 221 is omnidirectional, so that the convex portion 211 and the concave portion 221 are stressed. While it deform | transforms in the aspect which responds, slip comes to arise between the convex part 211 and the recessed part 221. FIG. Thus, the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 is relaxed in such a manner that the stress is gradually dispersed.

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
(1)冷却器100と構造体300との間に介在する応力緩和層200を、移動指向性が緩和可能、特に無指向性とされた円錐状の凸部211及び逆円錐状の凹部221からなる凹凸嵌合構造を備えた結合体として構成することとした。これにより、これら凸部211及び凹部221の応力に応じた変形や凸部211と凹部221との間での滑りを通じて、半導体装置に内在した応力が緩和されるようになる。
As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) The stress relaxation layer 200 interposed between the cooler 100 and the structure 300 can be moved from the conical convex portion 211 and the inverted conical concave portion 221 that can reduce the movement directivity, and are particularly omnidirectional. It decided to comprise as a conjugate | bonded_body provided with the uneven | corrugated fitting structure which becomes. As a result, the stress inherent in the semiconductor device is relaxed through deformation according to the stress of the convex portion 211 and the concave portion 221 and slipping between the convex portion 211 and the concave portion 221.

(2)応力緩和層200を、多数の凸部211及び凹部221の凹凸嵌合構造として構成した。これにより、結合体としての嵌合面積が拡大されるようになり、応力緩和層200としての熱抵抗についてもその好適な抑制を図ることができるようになる。   (2) The stress relaxation layer 200 is configured as an uneven fitting structure of a large number of convex portions 211 and concave portions 221. Thereby, the fitting area as a combined body comes to be expanded, and the suitable suppression can also be aimed at also about the thermal resistance as the stress relaxation layer 200. FIG.

(3)応力緩和層200を、上下一対の下板210と上板220とによって構成することとした。これにより、上記応力緩和層200としての構造上の簡略化が図られるようになる。   (3) The stress relaxation layer 200 is constituted by a pair of upper and lower lower plates 210 and 220. As a result, the structure of the stress relaxation layer 200 can be simplified.

(4)凸部211と凹部221とによる嵌合構造として形成される面を、下板210と上板220との積層面とした。これにより、応力緩和層200による面方向に対する応力緩和効果が高められるようになる。   (4) A surface formed as a fitting structure by the convex portion 211 and the concave portion 221 is a laminated surface of the lower plate 210 and the upper plate 220. Thereby, the stress relaxation effect with respect to the surface direction by the stress relaxation layer 200 is enhanced.

(5)応力緩和層200を、アルミニウムによって形成することとした。これにより、下板210及び上板220の移動指向性が緩和されるようになり、ひいては、応力緩和層
200としての応力緩和効果がより高められるようになる。
(5) The stress relaxation layer 200 is made of aluminum. Thereby, the movement directivity of the lower plate 210 and the upper plate 220 is relaxed, and as a result, the stress relaxation effect as the stress relaxation layer 200 is further enhanced.

(6)凸部211を円錐状に形成するとともに、凹部221を逆円錐状に形成することとした。これにより、これら凸部211と凹部221との滑り度合い、並びに移動指向性の緩和化の度合いが高められるようになり、ひいては、応力緩和層200としての応力緩和効果が高められるようになる。   (6) The convex portion 211 is formed in a conical shape, and the concave portion 221 is formed in an inverted conical shape. As a result, the degree of slippage between the convex portions 211 and the concave portions 221 and the degree of mitigation of movement directivity can be increased, and as a result, the stress relaxation effect as the stress relaxation layer 200 can be enhanced.

(第2の実施の形態)
以下、本発明にかかる半導体装置を具体化した第2の実施の形態を図4及び図5を参照して説明する。なお、この第2の実施の形態は、下板210及び上板220に形成する凸部及び凹部を一柱面を底とする三角柱状及び逆三角柱状に形成したものであり、その他の基本的な構成は先の第1の実施の形態と共通になっている。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, convex portions and concave portions formed on the lower plate 210 and the upper plate 220 are formed in a triangular prism shape and an inverted triangular prism shape with one column surface as the bottom, and other basic features. This configuration is the same as that of the first embodiment.

図4及び図5は、先の図2及び図3に対応する図として、この第2の実施の形態にかかる半導体装置を構成する応力緩和層200の構造を示したものである。なお、これら図4及び図5において、先の図2及び図3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。   4 and 5 show the structure of the stress relaxation layer 200 constituting the semiconductor device according to the second embodiment as a diagram corresponding to FIGS. 2 and 3 described above. In FIGS. 4 and 5, the same elements as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions of these elements are omitted. .

すなわち図4に示すように、本実施の形態では、応力緩和層200を構成する下板210に、移動指向性を緩和可能な形状の凸部、すなわち一柱面を底とする三角柱状の凸部212が形成されている。また、こうした下板210と結合される上板220には、上記凸部212が嵌合される態様で、移動指向性を緩和可能な形状の凹部、すなわち一柱面を底とする逆三角柱状の凹部222が形成されている。なお、本実施の形態では、冷却器100や構造体300に対して発生する応力がそれらの四隅を基点として上記半導体素子310の中心に向かって推移することに鑑み、上記凸部212及び凹部222を上記半導体素子310の幾何中心にあたる中心線Oを基点とする放射状に形成することとする。   That is, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, the lower plate 210 constituting the stress relaxation layer 200 has a convex portion having a shape that can relax the movement directivity, that is, a triangular prism-shaped convex portion having a bottom surface of one column. A portion 212 is formed. Further, the upper plate 220 coupled to the lower plate 210 has a shape in which the convex portion 212 is fitted, and a concave portion having a shape that can relieve movement directivity, that is, an inverted triangular prism shape having one column surface as a bottom. A recess 222 is formed. In the present embodiment, in consideration of the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 transitioning from the four corners toward the center of the semiconductor element 310, the convex portions 212 and the concave portions 222 are formed. Are formed radially with a center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310 as a base point.

そして、図5に示すように、下板210に形成された凸部212と上板220に形成された凹部222とが互いに嵌合されることによって、上記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体としての応力緩和層200が構成される。   And as shown in FIG. 5, the convex part 212 formed in the lower board 210 and the concave part 222 formed in the upper board 220 are mutually fitted, and the surface formed as the said uneven fitting structure is formed. A stress relaxation layer 200 is formed as a laminate that is a laminate surface.

このような応力緩和層200の存在により、冷却器100や構造体300に対して応力が発生したとすると、移動指向性が緩和された三角柱状の凸部212及び逆三角柱状の凹部222が応力に応じる態様で変形するようになるとともに、凸部212と凹部222との間で滑りが生じるようになる。また本実施の形態では、これら凸部212及び凹部222が半導体素子310の幾何中心に対応する中心線Oを基点として放射状に形成されたことによって、冷却器100及び構造体300の四隅や周辺端部を起点として上記中心線Oに向かって推移する応力の分布に応じる態様で凸部212及び凹部222に変形や滑りが生じるようになる。こうして、冷却器100や構造体300に対して発生した応力が次第に分散される態様で緩和されるようになる。   If stress is generated in the cooler 100 and the structure 300 due to the presence of the stress relaxation layer 200, the triangular prism-shaped convex portion 212 and the inverted triangular prism-shaped concave portion 222 whose movement directivity is relaxed are stressed. And a slip occurs between the convex portion 212 and the concave portion 222. In the present embodiment, the convex portions 212 and the concave portions 222 are formed radially with the center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310 as a base point, so that the four corners and peripheral edges of the cooler 100 and the structural body 300 are formed. The protrusion 212 and the recess 222 are deformed or slipped in a manner corresponding to the distribution of stress that changes toward the center line O starting from the portion. Thus, the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 is relaxed in such a manner that the stress is gradually dispersed.

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、第1の実施の形態による前記(1)〜(5)の効果に準じた効果が得られるとともに、前記(6)の効果に代えて以下のような効果が得られるようになる。   As described above, according to the semiconductor device according to the present embodiment, the effects according to the effects (1) to (5) according to the first embodiment are obtained, and the effect (6) is obtained. Instead, the following effects can be obtained.

(7)凸部212を一柱面を底とする三角柱状に形成するとともに、この凸部212が嵌合される凹部222を逆三角柱状に形成することとした。これにより、これら凸部212と凹部222の各傾斜面の嵌合によって下板210と上板220とが結合されるようになることから、凸部212と凹部222との間での滑り効果が高められるようになり、ひいては、応力緩和層200としての応力緩和効果が高められるようになる。   (7) The convex portion 212 is formed in a triangular prism shape with one column surface as the bottom, and the concave portion 222 into which the convex portion 212 is fitted is formed in an inverted triangular prism shape. As a result, the lower plate 210 and the upper plate 220 are coupled by the fitting of the inclined surfaces of the convex portion 212 and the concave portion 222, so that the sliding effect between the convex portion 212 and the concave portion 222 is reduced. As a result, the stress relaxation effect as the stress relaxation layer 200 is enhanced.

(8)凸部212及び凹部222を、上記中心線Oを基点とした放射状に形成することとした。これにより、これら凸部212及び凹部222の移動指向性が冷却器100や構造体300に対して発生する応力の推移に対応する態様で緩和されるようになり、ひいては、応力緩和層200としての応力緩和能力が高められるようになる。なお、ここでは、下板210及び上板220に形成される凸部及び凹部として、先の第1の実施の形態の円錐状の凸部211及び逆円錐状の凹部221に代えて三角柱状の凸部212及び逆三角柱状の凹部222を採用することとしたが、先の第1の実施の形態の円錐状の凸部211及び逆円錐状の凹部221を上記中心線Oを基点として放射状に形成することも勿論有効である。   (8) The convex portions 212 and the concave portions 222 are formed radially with the center line O as a base point. As a result, the movement directivity of the convex portions 212 and the concave portions 222 is relaxed in a manner corresponding to the transition of the stress generated on the cooler 100 and the structural body 300. Stress relaxation ability is improved. Here, as the convex portions and concave portions formed on the lower plate 210 and the upper plate 220, instead of the conical convex portions 211 and the inverted conical concave portions 221 of the first embodiment, a triangular prism shape is used. Although the convex portion 212 and the inverted triangular prism-shaped concave portion 222 are adopted, the conical convex portion 211 and the inverted conical concave portion 221 of the first embodiment are radiated from the center line O as a base point. Of course, the formation is also effective.

(第3の実施の形態)
以下、本発明にかかる半導体装置を具体化した第3の実施の形態を図6及び図7を参照して説明する。なお、この第3の実施の形態は、先の第2の実施の形態と同じく下板210及び上板220に形成する凸部及び凹部を、一柱面を底とする三角柱状及び逆三角柱状に形成したものであり、その他の基本的な構成は先の第1の実施の形態と共通になっている。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, as in the previous second embodiment, the convex and concave portions formed on the lower plate 210 and the upper plate 220 are triangular prisms and inverted triangular prisms with one column surface as the bottom. The other basic configuration is the same as that of the first embodiment.

図6及び図7は、先の図2及び図3に対応する図として、この第3の実施の形態にかかる半導体装置を構成する応力緩和層200の構成を示したものである。なお、これら図6及び図7において、先の図2及び図3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。   FIGS. 6 and 7 show the configuration of the stress relaxation layer 200 constituting the semiconductor device according to the third embodiment as a diagram corresponding to FIGS. 2 and 3 described above. In FIGS. 6 and 7, the same elements as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions of these elements are omitted. .

すなわち図6に示すように、本実施の形態では、応力緩和層200を構成する下板210に、移動指向性を緩和可能な形状の凸部、すなわち一柱面を底とする三角柱状の凸部213が形成されている。また、こうした下板210と結合される上板220には、上記凸部213が嵌合される態様で、移動指向性を緩和可能な形状の凹部、すなわち一柱面を底とする逆三角柱状の凹部223が形成されている。なお、本実施の形態では、冷却器100や構造体300に対して発生する応力が、これらの四隅を基点として上記半導体素子310の中心に向かって推移することに鑑み、凸部213及び凹部223を上記半導体素子310の幾何中心に対応する中心線Oを中心とした円形状に形成することとする。   That is, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, the lower plate 210 constituting the stress relaxation layer 200 has a convex portion having a shape capable of relaxing the movement directivity, that is, a triangular prism-shaped convex portion having a bottom surface of one column. A portion 213 is formed. In addition, the upper plate 220 coupled to the lower plate 210 has a shape in which the convex portion 213 is fitted, and a concave portion having a shape that can relieve the movement directivity, that is, an inverted triangular prism shape having one column surface as a bottom. The recess 223 is formed. In the present embodiment, the convex portion 213 and the concave portion 223 are considered in consideration that the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 changes toward the center of the semiconductor element 310 with these four corners as base points. Is formed in a circular shape centering on a center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310.

そして、図7に示すように、下板210に形成された凸部213と上板220に形成された凹部223とが互いに嵌合されることによって、上記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体としての応力緩和層200が構成される。   And as shown in FIG. 7, the surface formed as the said uneven | corrugated fitting structure by the convex part 213 formed in the lower board 210 and the recessed part 223 formed in the upper board 220 mutually fitting. A stress relaxation layer 200 is formed as a laminate that is a laminate surface.

このような応力緩和層200の存在により、冷却器100や構造体300に対して応力が発生したとすると、移動指向性が緩和された三角柱状の凸部213及び逆三角柱状の凹部223が応力に応じる態様で変形するようになるとともに、凸部213と凹部223との間で滑りが生じるようになる。また本実施の形態では、これら凸部213及び凹部223が上記中心線Oを中心として円形状に形成されたことによって、凸部213及び凹部223の移動指向性の緩和化の度合いが中心線Oを中心とした全方位に対して高められ、これら凸部213及び凹部223の変形や滑りが生じやすくなる。こうして、冷却器100や構造体300に対して発生した応力が次第に分散される態様で緩和されるようになる。   Assuming that stress is generated in the cooler 100 and the structure 300 due to the presence of the stress relaxation layer 200, the triangular prism-shaped convex portion 213 and the inverted triangular prism-shaped concave portion 223 whose movement directivity is relaxed are stressed. And a slip occurs between the convex portion 213 and the concave portion 223. In the present embodiment, the convex portions 213 and the concave portions 223 are formed in a circular shape with the center line O as the center, so that the degree of relaxation of the movement directivity of the convex portions 213 and the concave portions 223 is the center line O. And the convex portions 213 and the concave portions 223 are likely to be deformed and slipped. Thus, the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 is relaxed in such a manner that the stress is gradually dispersed.

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、第1の実施の形態による前記(1)〜(5)の効果、及び第2の実施の形態による前記(7)の効果に準じた効果が得られるとともに、第2の実施の形態による前記(8)の効果に代えて以下のような効果が得られるようになる。   As described above, according to the semiconductor device of the present embodiment, the effects (1) to (5) according to the first embodiment and the effect (7) according to the second embodiment. The following effect can be obtained instead of the effect (8) according to the second embodiment.

(9)凸部213及び凹部223を、上記中心線Oを中心とした円形状に形成することとした。これにより、これら凸部213及び凹部223による応力緩和能力が応力緩和層200の全方位に対して高められるようになる。なお、ここでは、下板210及び上板220に形成される凸部及び凹部として、先の第1の実施の形態の円錐状の凸部211及び逆円錐状の凹部221に代えて三角柱状の凸部213及び逆三角柱状の凹部223を採用することとしたが、先の第1の実施の形態の円錐状の凸部211及び逆円錐状の凹部221を上記中心線Oを中心として円形状に形成することも勿論有効である。   (9) The convex portion 213 and the concave portion 223 are formed in a circular shape centered on the center line O. Thereby, the stress relaxation capability by these convex part 213 and the recessed part 223 comes to be improved with respect to all the directions of the stress relaxation layer 200. FIG. Here, as the convex portions and concave portions formed on the lower plate 210 and the upper plate 220, instead of the conical convex portions 211 and the inverted conical concave portions 221 of the first embodiment, a triangular prism shape is used. Although the convex portion 213 and the inverted triangular prism-shaped concave portion 223 are adopted, the conical convex portion 211 and the reverse conical concave portion 221 of the first embodiment are circular with the center line O as the center. Of course, it is also effective to form them.

(第4の実施の形態)
以下、本発明にかかる半導体装置を具体化した第4の実施の形態を図8及び図9を参照して説明する。なお、この第4の実施の形態は、下板210及び上板220に形成する凸部及び凹部の数を、半導体素子310の幾何中心から応力緩和層200の角部にかけて漸次多くなる態様で形成したものであり、その他の基本的な構成は先の第1の実施の形態と共通になっている。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment embodying the semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the fourth embodiment, the number of convex portions and concave portions formed on the lower plate 210 and the upper plate 220 is formed so as to gradually increase from the geometric center of the semiconductor element 310 to the corner portion of the stress relaxation layer 200. The other basic configuration is the same as that of the first embodiment.

図8及び図9は、先の図2及び図3に対応する図として、この第2の実施の形態にかかる半導体装置を構成する応力緩和層200の構成を示したものである。なお、これら図8及び図9において、先の図2及び図3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。   FIGS. 8 and 9 show the configuration of the stress relaxation layer 200 constituting the semiconductor device according to the second embodiment as a diagram corresponding to FIGS. 2 and 3 described above. In FIGS. 8 and 9, the same elements as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions of these elements are omitted. .

すなわち図8に示すように、本実施の形態では、冷却器100や構造体300に対して発生する応力がそれらの四隅を基点として上記半導体素子310の中心に向かって推移することに鑑み、下板210には、半導体素子310の幾何中心にあたる中心線Oから同下板210の四隅210A〜210Dにかけて漸次多くなる態様で凸部214が形成されている。また、こうした下板210と結合される上板220には、同じく上記中心線Oから同上板220の四隅220A〜220Dにかけて漸次多くなる態様で、上記凸部214と嵌合される凹部224が形成されている。なお、これら凸部214、凹部224としては、先の第1の実施の形態と同様、円錐状、逆円錐状のものをそれぞれ採用している。   That is, as shown in FIG. 8, in the present embodiment, in view of the fact that the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 changes toward the center of the semiconductor element 310 with the four corners as base points. On the plate 210, convex portions 214 are formed in such a manner that the number gradually increases from the center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310 to the four corners 210 </ b> A to 210 </ b> D of the lower plate 210. In addition, the upper plate 220 coupled to the lower plate 210 is formed with a concave portion 224 that fits the convex portion 214 in a manner that gradually increases from the center line O to the four corners 220A to 220D of the upper plate 220. Has been. In addition, as these convex part 214 and the recessed part 224, the thing of a cone shape and a reverse cone shape is each employ | adopted similarly to the previous 1st Embodiment.

そして、図9に示すように、下板210に形成された凸部214と上板220に形成された凹部224とが互いに嵌合されることによって、上記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体としての応力緩和層200が構成される。これにより、同図9にA−A線に沿った拡大断面構造を示すように、下板210と上板220との結合面では、応力緩和層200の四隅200A〜200Dから中心に向けて凸部214及び凹部224の形成密度が高められた凹凸嵌合構造が形成されるようになる。   Then, as shown in FIG. 9, the convex portion 214 formed on the lower plate 210 and the concave portion 224 formed on the upper plate 220 are fitted to each other, so that the surface formed as the concave-convex fitting structure is formed. A stress relaxation layer 200 is formed as a laminate that is a laminate surface. As a result, as shown in the enlarged cross-sectional structure along the line AA in FIG. 9, the joint surface between the lower plate 210 and the upper plate 220 protrudes from the four corners 200A to 200D of the stress relaxation layer 200 toward the center. The concave-convex fitting structure in which the formation density of the portions 214 and the concave portions 224 is increased is formed.

このような応力緩和層200の存在により、冷却器100や構造体300に対して応力が発生したとすると、移動指向性が緩和された凸部214及び凹部224が応力に応じる態様で変形するようになるとともに、凸部214と凹部224との間で滑りが生じるようになる。また、本実施の形態では、凸部214及び凹部224の数が上記中心線Oから応力緩和層200の四隅200A〜200Dから上記中心線Oにかけて漸次多くなる態様で形成されたことによって、冷却器100や構造体300の四隅を基点として発生した応力がその初期段階で応力緩和層200の四隅200A〜200Dにおいて緩和されたのちに応力緩和層200の中心部に向かうにつれて次第に緩和されるようになる。こうして、本実施の形態による応力緩和層200によっても、冷却器100や構造体300に対して発生した応力が次第に分散される態様で緩和されるようになる。   If stress is generated in the cooler 100 or the structure 300 due to the presence of the stress relaxation layer 200, the convex portions 214 and the concave portions 224 whose movement directivity is relaxed are deformed in a manner corresponding to the stress. At the same time, slip occurs between the convex portion 214 and the concave portion 224. In the present embodiment, the number of the convex portions 214 and the concave portions 224 is formed so as to gradually increase from the center line O to the four corners 200A to 200D of the stress relaxation layer 200 to the center line O. 100 and the stress generated from the four corners of the structure 300 are relaxed at the four corners 200A to 200D of the stress relaxation layer 200 in the initial stage and then gradually relaxed toward the center of the stress relaxation layer 200. . Thus, the stress relaxation layer 200 according to the present embodiment also relaxes the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 in such a manner that the stress is gradually dispersed.

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、第1の実施の形態による前記(1)〜(6)の効果に準じた効果が得られるとともに、更に以下のような効果が併せて得られるようになる。   As described above, according to the semiconductor device according to the present embodiment, effects similar to the effects (1) to (6) according to the first embodiment are obtained, and the following effects are further obtained. Can be obtained together.

(10)下板210及び上板220に形成される凸部214及び凹部224を、上記中心線Oから下板210及び上板220の四隅210A〜210D及び220A〜220Dにかけて漸次多くなる態様で形成することとした。これにより、冷却器100や構造体300の四隅を基点として発生する応力を初期段階で好適に緩和することができるようになる。   (10) The convex portions 214 and the concave portions 224 formed on the lower plate 210 and the upper plate 220 are formed in such a manner that they gradually increase from the center line O to the four corners 210A to 210D and 220A to 220D of the lower plate 210 and the upper plate 220. It was decided to. As a result, the stress generated from the four corners of the cooler 100 and the structure 300 can be preferably alleviated at the initial stage.

(第5の実施の形態)
以下、本発明にかかる半導体装置を具体化した第5の実施の形態を図10及び図11を参照して説明する。なお、この第5の実施の形態は、下板210及び上板220に形成する凸部及び凹部を、円錐状の凸部215及び逆円錐状の凹部225と一柱面を底とする三角柱状の凸部216と一柱面を底とする逆三角柱状の凹部226とによって構成したものであり、その他の基本的な構成は先の第1の実施の形態と共通になっている。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the convex portions and the concave portions formed on the lower plate 210 and the upper plate 220 are formed into a triangular prism shape having a conical convex portion 215 and an inverted conical concave portion 225 as one bottom. The convex portion 216 and the concave portion 226 having an inverted triangular prism shape with the bottom of one column surface are used, and other basic configurations are the same as those in the first embodiment.

図10及び図11は、先の図2及び図3に対応する図として、この第5の実施の形態にかかる半導体装置を構成する応力緩和層200の構成を示したものである。なお、これら図10及び図11において、先の図2及び図3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。   FIGS. 10 and 11 show the configuration of the stress relaxation layer 200 constituting the semiconductor device according to the fifth embodiment as a diagram corresponding to FIGS. 2 and 3 described above. In FIGS. 10 and 11, the same elements as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions of these elements are omitted. .

すなわち図10に示すように、本実施の形態では、冷却器100や構造体300に対して発生する応力がそれらの四隅を基点として上記半導体素子310の中心に向かって推移することに鑑み、下板210の四隅210A〜210Dには円錐状の凸部215を高い密度で形成することとするとともに、これら四隅210A〜210D間の四辺には一柱面を底とする三角柱状の凸部216を形成することとする。そして、こうした下板210と結合される上板220には、その四隅220A〜220Dに上記凸部215と嵌合される逆円錐状の凹部225が形成されている。また、上板220の四隅220A〜220Dの間の四辺には、上記凸部216と嵌合される一柱面を底とする逆三角柱状の凹部226が形成されている。   That is, as shown in FIG. 10, in the present embodiment, in view of the fact that the stress generated on the cooler 100 and the structural body 300 changes toward the center of the semiconductor element 310 with these four corners as base points. Conical convex portions 215 are formed at a high density at the four corners 210A to 210D of the plate 210, and triangular prism-shaped convex portions 216 with one column surface at the bottom are formed on the four sides between the four corners 210A to 210D. It will be formed. The upper plate 220 coupled to the lower plate 210 is formed with an inverted conical concave portion 225 fitted to the convex portion 215 at the four corners 220A to 220D. Further, on the four sides between the four corners 220 </ b> A to 220 </ b> D of the upper plate 220, an inverted triangular prism-shaped concave portion 226 is formed with the bottom of one column surface that is fitted to the convex portion 216.

そして図11に示すように、下板210に形成された円錐状の凸部215と上板220に形成された逆円錐状の凹部225とが互いに嵌合されるとともに、同じく下板210に形成された三角柱状の凸部216と上板220に形成された逆三角柱状の凹部226とが互いに嵌合されることによって、凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体としての応力緩和層200が構成される。これにより、同図11にB1−B1線に沿った拡大断面構造を示すように、下板210と上板220との結合面のうち、応力緩和層200の外縁側では、応力緩和層200の四隅200A〜200Dにおいて高密度の凹凸嵌合構造が形成されるとともに各四隅200A〜200Dの間で低密度の凹凸嵌合構造が形成される。また、同図11にB2−B2線に沿った拡大断面構造を示すように、下板210と上板220との結合面のうち応力緩和層200の内側では、凹凸嵌合構造が形成されないこととなる。   Then, as shown in FIG. 11, a conical convex portion 215 formed on the lower plate 210 and an inverted conical concave portion 225 formed on the upper plate 220 are fitted to each other and are also formed on the lower plate 210. The triangular prism-shaped convex portion 216 and the inverted triangular prism-shaped concave portion 226 formed on the upper plate 220 are fitted to each other, so that the surface formed as the concave-convex fitting structure serves as a laminated surface. The stress relaxation layer 200 is configured. As a result, as shown in FIG. 11 in an enlarged cross-sectional structure along the line B1-B1, on the outer edge side of the stress relaxation layer 200 of the joint surface between the lower plate 210 and the upper plate 220, A high-density concavo-convex fitting structure is formed at the four corners 200A to 200D, and a low-density concavo-convex fitting structure is formed between the four corners 200A to 200D. Further, as shown in FIG. 11 in which an enlarged cross-sectional structure along the line B2-B2 is shown, the concave-convex fitting structure is not formed on the inner side of the stress relaxation layer 200 in the joint surface between the lower plate 210 and the upper plate 220. It becomes.

このような応力緩和層200の存在により、冷却器100や構造体300に対して応力が発生したとすると、まず、応力緩和層200の四隅200A〜200Dに高密度に形成された円錐状の凸部215及び逆円錐状の凹部225によって、冷却器100や構造体300の四隅を基点として発生した応力がその初期段階で緩和されるようになる。そして、応力緩和層200の周辺においても、上記三角柱状の凸部216及び逆三角柱状の凹部226によって、冷却器100や構造体300に対して発生した応力が緩和されるようになる。こうして、冷却器100や構造体300の四隅を基点として発生した応力は、応力緩和層200の200A〜200Dからその中心に推移するにつれて次第に緩和されるようになる。   Assuming that stress is generated in the cooler 100 and the structure 300 due to the presence of the stress relaxation layer 200, first, conical protrusions formed at high density at the four corners 200A to 200D of the stress relaxation layer 200. The stress generated from the four corners of the cooler 100 and the structure 300 is relieved at the initial stage by the portion 215 and the inverted conical recess 225. Even in the vicinity of the stress relaxation layer 200, the stress generated on the cooler 100 and the structural body 300 is relaxed by the triangular prism-shaped convex portion 216 and the inverted triangular prism-shaped concave portion 226. Thus, the stress generated from the four corners of the cooler 100 and the structure 300 is gradually relaxed as it changes from 200A to 200D of the stress relaxation layer 200 to the center thereof.

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、第1の実施の形態による前記(1)〜(6)の効果や先の第2の実施の形態による前記(7)の効果に準じた効果が得られるとともに、以下の効果が得られるようになる。   As described above, according to the semiconductor device of the present embodiment, the effects (1) to (6) according to the first embodiment and the (7) according to the second embodiment described above. The effect according to the effect is obtained, and the following effect is obtained.

(11)応力緩和層200の四隅200A〜200Dにおいて円錐状の凸部215及び逆円錐状の凹部225による凹凸嵌合構造を形成するとともに、応力緩和層200の周辺において三角柱状の凸部216及び逆三角柱状の凹部226による凹凸嵌合構造を形成することとした。これにより、応力の発生の基点となるとともにその影響が大きい冷却器100や構造体300の周辺部に対する応力緩和能力が高められるようになる。また、このように半導体装置に内在する応力を緩和する上で必要最小限の凹凸嵌合構造を採用したことにより、応力緩和層200としての構造上の簡略化が図られるようにもなる。   (11) The concave / convex fitting structure is formed by the conical convex portions 215 and the inverted conical concave portions 225 at the four corners 200A to 200D of the stress relaxation layer 200, and the triangular prism-shaped convex portions 216 around the stress relaxation layer 200 and The concave / convex fitting structure by the inverted triangular prism-shaped concave portion 226 is formed. Thereby, the stress relaxation ability with respect to the peripheral part of the cooler 100 or the structure 300 which becomes a starting point of the generation of stress and has a large influence is enhanced. Further, by adopting the minimum uneven fitting structure necessary for relieving the stress inherent in the semiconductor device in this way, the structure of the stress relieving layer 200 can be simplified.

(12)下板210及び上板220の四隅210A〜210D及び220A〜220Dに形成される凸部215及び凹部225を高密度に形成することとした。これにより、応力発生の基点となる冷却器100や構造体300の四隅に対する応力緩和能力が高められるようになり、冷却器100や構造体300に対して発生した応力をその初期段階で緩和することができるようになる。   (12) The convex portions 215 and the concave portions 225 formed at the four corners 210A to 210D and 220A to 220D of the lower plate 210 and the upper plate 220 are formed with high density. Thereby, the stress relaxation ability with respect to the four corners of the cooler 100 and the structure 300 as a base point of stress generation can be enhanced, and the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 can be relaxed at the initial stage. Will be able to.

(第6の実施の形態)
以下、本発明にかかる半導体装置を具体化した第6の実施の形態を図12及び図13を参照して説明する。なお、この第6の実施の形態は、三層の積層体によって応力緩和層200を構成したものであり、その他の基本的な構成は先の第1の実施の形態と共通になっている。
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a sixth embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the sixth embodiment, the stress relaxation layer 200 is configured by a three-layer laminate, and other basic configurations are the same as those in the first embodiment.

図12及び図13は、先の図2及び図3に対応する図として、この第6の実施の形態にかかる半導体装置を構成する応力緩和層200の構成を示したものである。なお、これら図12及び図13において、先の図2及び図3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。   FIGS. 12 and 13 show the configuration of the stress relaxation layer 200 constituting the semiconductor device according to the sixth embodiment as a diagram corresponding to FIGS. 2 and 3 described above. In FIGS. 12 and 13, the same elements as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions of these elements are omitted. .

すなわち図12に示すように、本実施の形態では、上記応力緩和層200が上記下板210と上板220との間に中板230が介在された積層体として構成されている。こうした積層体を構成する中板230には、下板210に対向する面に冷却器100及び構造体300の面方向への移動指向性が緩和、特に無指向性とされた形状からなるとともに上記凸部211と嵌合される逆円錐状の凹部231がマトリクス状に形成されている。また、この中板230の上板220の対向する面には、冷却器100及び構造体300の面方向への移動指向性が緩和、特に無指向性とされた形状からなる多数の円錐状の凸部232がマトリクス状に形成されている。これにより、下板210と中板230との結合面並びに中板230と上板220との結合面が、互いに対向する凹凸嵌合構造として形成されるとともに応力緩和層200の積層面として形成されている。   That is, as shown in FIG. 12, in the present embodiment, the stress relaxation layer 200 is configured as a laminate in which an intermediate plate 230 is interposed between the lower plate 210 and the upper plate 220. The intermediate plate 230 constituting such a laminated body has a shape in which the movement directivity in the surface direction of the cooler 100 and the structure 300 is relaxed on the surface facing the lower plate 210, and in particular has a non-directional shape. The inverted conical recesses 231 fitted with the projections 211 are formed in a matrix. Further, on the opposing surface of the upper plate 220 of the intermediate plate 230, the movement directivity in the surface direction of the cooler 100 and the structure 300 is relaxed, and in particular, a large number of conical shapes having a non-directional shape. Protrusions 232 are formed in a matrix. As a result, the coupling surface between the lower plate 210 and the middle plate 230 and the coupling surface between the middle plate 230 and the upper plate 220 are formed as a concave-convex fitting structure facing each other and as a laminated surface of the stress relaxation layer 200. ing.

そして、図13に示すように、下板210に形成された凸部211と中板230に形成された凹部231とが互いに嵌合されるとともに、同中板230に形成された凸部232と上板220に形成された凹部221とが互いに嵌合されることによって、上記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体としての応力緩和層200が構成される。   And as shown in FIG. 13, while the convex part 211 formed in the lower board 210 and the recessed part 231 formed in the middle board 230 are mutually fitted, the convex part 232 formed in the middle board 230, When the concave portion 221 formed on the upper plate 220 is fitted to each other, the stress relaxation layer 200 as a laminate having the surface formed as the concave-convex fitting structure as a laminated surface is configured.

こうして、応力緩和層200では、同図13にA−A線及びB−B線に沿った拡大断面構造を示すように、応力緩和層200の面方向全域に亘って上記凸部211及び凹部231、並びに凸部232及び凹部221による凹凸嵌合構造が形成されるようになる。   Thus, in the stress relaxation layer 200, the convex portions 211 and the concave portions 231 over the entire surface direction of the stress relaxation layer 200, as shown in FIG. 13 in an enlarged cross-sectional structure along the lines AA and BB. As a result, a concave / convex fitting structure is formed by the convex portion 232 and the concave portion 221.

このような応力緩和層200の存在により、冷却器100や構造体300に対して応力が発生したとすると、凸部211及び凹部231、並びに凸部232及び凹部221の移動指向性が無指向性とされたことにより、これら各凸部211、232及び各凹部221、231が応力に応じる態様で変形するようになるとともに、凸部211と凹部231との間、凸部232と凹部221との間で滑りが生じるようになる。そしてさらに、これら各凸部211、232及び各凹部231、221による凹凸嵌合構造が複数層形成されたことによって、冷却器100や構造体300に対して発生した応力が段階的に緩和されるようになる。こうして、冷却器100や構造体300に対して発生した応力は、応力緩和層200によって次第に分散される態様で緩和されるようになる。   If stress is generated on the cooler 100 or the structure 300 due to the presence of the stress relaxation layer 200, the movement directivity of the convex portions 211 and the concave portions 231 and the convex portions 232 and the concave portions 221 is omnidirectional. As a result, the convex portions 211 and 232 and the concave portions 221 and 231 are deformed in a manner depending on the stress, and between the convex portions 211 and the concave portions 231, and between the convex portions 232 and the concave portions 221. Slip occurs between them. In addition, by forming a plurality of concave / convex fitting structures with the convex portions 211 and 232 and the concave portions 231 and 221, stress generated on the cooler 100 and the structure 300 is gradually reduced. It becomes like this. Thus, the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 is relieved in such a manner that it is gradually dispersed by the stress relieving layer 200.

以上説明したように、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、第1の実施の形態による前記(1)〜(6)の効果に準じた効果が得られるとともに、更に以下のような効果が併せて得られるようになる。   As described above, according to the semiconductor device according to the present embodiment, effects similar to the effects (1) to (6) according to the first embodiment are obtained, and the following effects are further obtained. Can be obtained together.

(13)応力緩和層200を、上記下板210及び中板230及び上板220からなる三層の積層体によって構成することとした。これにより、各結合面における凹凸嵌合構造によって冷却器100や構造体300に対して発生した応力が段階的に緩和されるようになり、ひいては、応力緩和層200による応力緩和効果が更に高められるようになる。   (13) The stress relaxation layer 200 is constituted by a three-layer laminate including the lower plate 210, the middle plate 230, and the upper plate 220. As a result, the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 is gradually reduced by the concave-convex fitting structure on each coupling surface, and the stress relaxation effect by the stress relaxation layer 200 is further enhanced. It becomes like this.

(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。
・上記各実施の形態では、下板210と上板220とをねじSCによって結合することとした。これに限らず、上記凸部211〜216、232と凹部221〜226、231との移動指向性の緩和化を確保可能な場合には、例えば、接合剤によって下板210と上板220とを結合するようにしてもよい。またこの他、下板210と上板220との結合面にシリコングリース等の潤滑剤を介在させるようにしてもよい。
(Other embodiments)
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms.
In each of the above embodiments, the lower plate 210 and the upper plate 220 are coupled by the screw SC. In addition to this, when it is possible to ensure the mitigation of movement directivity between the convex portions 211 to 216 and 232 and the concave portions 221 to 226 and 231, for example, the lower plate 210 and the upper plate 220 are bonded with a bonding agent. You may make it combine. In addition, a lubricant such as silicon grease may be interposed on the joint surface between the lower plate 210 and the upper plate 220.

・上記各実施の形態では、上記応力緩和層200を上記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体として構成することとした。これに限らず、先の図2に対応する図として例えば図14に示すように、凹凸嵌合構造として形成される面を縦断層面とする横方向に結合された層として、すなわち横方向への結合体として上記応力緩和層200を構成するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the stress relaxation layer 200 is configured as a laminated body in which the surface formed as the uneven fitting structure is a laminated surface. Not limited to this, as shown in FIG. 14 as a diagram corresponding to FIG. 2 above, for example, as a layer coupled in the horizontal direction with the surface formed as the concave-convex fitting structure as a vertical tomographic plane, that is, in the horizontal direction The stress relaxation layer 200 may be configured as a combined body.

・上記各実施の形態では、下板210に凸部211〜216を形成するとともに上板220に凹部221〜226を形成することとしたが、これら凸部211〜216と凹部221〜226とによる凹凸嵌合構造を形成する上では、下板210に凹部221〜226を形成するとともに上板220に凸部211〜216を形成するようにしてもよい。また、上記第6の実施の形態では、中板230の下面に凹部231を形成するとともに同中板230の上面に凸部232を形成することとした。これに限らず、この中板230と上記下板210及び上板220による凹凸嵌合構造を形成可能なものであればよく、中板230の下面に凸部232を形成するとともに同中板230の上面に凹部231を形成するようにしてもよい。また同様に、中板230の上下両面に凹部を形成するとともに、この凹部に嵌合される凸部を下板210の上面と上板220の下面とに形成するようにしてもよい。同じく、中板230の上下両面に凸部を形成するとともに、この凸部が嵌合される凹部を下板210の上面と上板220の下面とに形成するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the convex portions 211 to 216 are formed on the lower plate 210 and the concave portions 221 to 226 are formed on the upper plate 220. However, depending on the convex portions 211 to 216 and the concave portions 221 to 226, In forming the concave-convex fitting structure, the concave portions 221 to 226 may be formed on the lower plate 210 and the convex portions 211 to 216 may be formed on the upper plate 220. In the sixth embodiment, the concave portion 231 is formed on the lower surface of the intermediate plate 230 and the convex portion 232 is formed on the upper surface of the intermediate plate 230. However, the present invention is not limited to this, as long as the concave and convex fitting structure can be formed by the intermediate plate 230 and the lower plate 210 and the upper plate 220. The convex portion 232 is formed on the lower surface of the intermediate plate 230 and the intermediate plate 230 is formed. You may make it form the recessed part 231 in the upper surface of this. Similarly, recesses may be formed on the upper and lower surfaces of the intermediate plate 230, and the protrusions fitted into the recesses may be formed on the upper surface of the lower plate 210 and the lower surface of the upper plate 220. Similarly, convex portions may be formed on the upper and lower surfaces of the middle plate 230, and concave portions into which the convex portions are fitted may be formed on the upper surface of the lower plate 210 and the lower surface of the upper plate 220.

・上記第1の実施の形態では、凸部211及び凹部221を半導体素子310の幾何中心にあたる中心線Oを基点とする点対称かつマトリクス状に形成することとしたが、凸部211及び凹部221による凹凸嵌合構造によって冷却器100や構造体300に対する応力を緩和可能なものであればよく、中心線Oを基点とする点対称のみに、あるいはマト
リクス状のみに凸部211及び凹部221を形成するようにしてもよい。また、上記第2の実施の形態では、上記凸部212及び凹部222を上記中心線Oを基点とする放射状に形成することとし、上記第3の実施の形態では、上記凸部213及び凹部223を上記中心線Oを中心とする円形状に形成することとした。これに限らず、移動指向性が緩和可能とされた複数の凸部及び凹部によって上記半導体装置に内在する応力を緩和可能なものであればよく、上記凹凸嵌合構造を構成する凸部及び凹部の形成態様は任意である。
In the first embodiment, the convex portions 211 and the concave portions 221 are formed in a point-symmetrical matrix with the center line O corresponding to the geometric center of the semiconductor element 310 as a base point. The protrusions 211 and the recesses 221 are only required to be symmetric with respect to the center line O or only in a matrix shape, as long as the stress on the cooler 100 and the structure 300 can be relieved by the concave / convex fitting structure. You may make it do. In the second embodiment, the convex portions 212 and the concave portions 222 are formed radially from the center line O, and in the third embodiment, the convex portions 213 and the concave portions 223 are formed. Is formed in a circular shape centered on the center line O. Not limited to this, it is only necessary to be able to relieve stress inherent in the semiconductor device by a plurality of convex portions and concave portions whose movement directivity can be relaxed, and the convex portions and concave portions constituting the concave-convex fitting structure. The formation mode of is arbitrary.

・上記第1、第4、第6の各実施の形態では、上記凹凸嵌合構造を円錐状の凸部211、214、232と逆円錐状の凹部221、224、231とによって構成することとした。これに限らず、例えば、凸部211、214、232を角錐状あるいは一柱面を底とする三角柱状に形成するとともに、凹部221、224、231を逆角錐状あるいは一柱面を底とする逆三角柱状に形成するようにしてもよい。また、この他、柱状の凸部及び凹部によって上記嵌合構造を形成するようにしてもよい。一方、上記第2、第3の各実施の形態では、上記凹凸嵌合構造を、一柱面を底とする三角柱状の凸部212、213と一柱面を底とする逆三角柱状の凹部222、223とによって構成することとした。これに限らず、例えば凸部212、213を円錐状あるいは角錐状に形成するとともに凹部222、223を逆円錐状あるいは逆角錐状に形成するようにしてもよい。他方、上記第5の実施の形態では、応力緩和層200の四隅200A〜200Dの凹凸嵌合構造を円錐状の凸部215及び逆円錐状の凹部225によって構成するとともに、応力緩和層200の四辺の凹凸嵌合構造を一柱面を底とする三角柱状の凸部216及び逆三角柱状の凹部226とによって構成することとした。これに限らず、応力緩和層200の四隅200A〜200Dの凹凸嵌合構造を一柱面を底とする三角柱状の凸部及び逆三角柱状の凹部によって構成するとともに、応力緩和層200の四辺の凹凸嵌合構造を円錐状の凸部及び逆円錐状の凹部によって構成するようにしてもよい。また、応力緩和層200の四隅及び四辺の凹凸嵌合構造を円錐状の凸部及び逆円錐状の凹部のみ、あるいは一柱面を底とする三角柱状の凸部及び逆三角柱状の凹部のみによって構成するようにしてもよい。   In each of the first, fourth, and sixth embodiments, the concave-convex fitting structure is configured by conical convex portions 211, 214, 232 and inverted conical concave portions 221, 224, 231. did. For example, the convex portions 211, 214, and 232 are formed in a pyramid shape or a triangular prism shape with one column surface as the bottom, and the concave portions 221, 224, and 231 are formed in an inverted pyramid shape or one column surface as the bottom. You may make it form in a reverse triangular prism shape. In addition, the fitting structure may be formed by columnar convex portions and concave portions. On the other hand, in each of the second and third embodiments, the concave-convex fitting structure includes the triangular prism-shaped convex portions 212 and 213 having one column surface as the bottom and the inverted triangular prism-shaped concave portion having the one column surface as the bottom. 222 and 223. For example, the convex portions 212 and 213 may be formed in a conical shape or a pyramid shape, and the concave portions 222 and 223 may be formed in an inverted conical shape or an inverted pyramid shape. On the other hand, in the fifth embodiment, the concave / convex fitting structure at the four corners 200A to 200D of the stress relaxation layer 200 is constituted by the conical convex portion 215 and the inverted conical concave portion 225, and the four sides of the stress relaxation layer 200 are provided. The concavo-convex fitting structure is composed of a triangular prism-shaped convex portion 216 and an inverted triangular prism-shaped concave portion 226 with one column surface as the bottom. Not only this but the uneven | corrugated fitting structure of four corners 200A-200D of the stress relaxation layer 200 is comprised by the triangular prism-shaped convex part and the reverse triangular prism-shaped recessed part which make one column surface the bottom, and four sides of the stress relaxation layer 200 are included. You may make it comprise an uneven | corrugated fitting structure by a cone-shaped convex part and a reverse cone-shaped recessed part. Further, the concave / convex fitting structure of the four corners and four sides of the stress relaxation layer 200 is formed only by a conical convex portion and an inverted conical concave portion, or by only a triangular prism-shaped convex portion and an inverted triangular prism-shaped concave portion having one column surface as a bottom. You may make it comprise.

要は、凸部及び凹部の移動指向性が緩和可能とされることによって、冷却器100や構造体300に対して発生した応力を緩和可能なものであればよく、上記各実施の形態における上記凸部及び凹部の形状はそれら実施の形態で例示した形状に限定されるものではない。   In short, it is sufficient if the movement directivity of the convex part and the concave part can be alleviated so that the stress generated on the cooler 100 and the structure 300 can be alleviated. The shapes of the convex portion and the concave portion are not limited to the shapes exemplified in those embodiments.

・上記各実施の形態では、応力緩和層200を構成すべく結合される板材として、アルミニウム製の板材210、220、230を用いることとした。応力緩和層200を構成する板材としては、銅製であってもよく、この場合には、銅の熱伝導率が高いことから、上記応力緩和層200によって半導体装置に内在する応力を緩和する上で、半導体装置としての熱抵抗をより好適に抑制することができるようになる。   In each of the above embodiments, the aluminum plate materials 210, 220, and 230 are used as the plate materials to be combined to form the stress relaxation layer 200. The plate material constituting the stress relaxation layer 200 may be made of copper. In this case, since the thermal conductivity of copper is high, the stress relaxation layer 200 is used to relax the stress inherent in the semiconductor device. As a result, the thermal resistance of the semiconductor device can be more suitably suppressed.

・上記各実施の形態では、支持体として水冷式の冷却器を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、空冷式の冷却器あるいはヒートシンク等を構造体300の支持体として用いる構成であってもよい。   In each of the above embodiments, a water-cooled cooler is used as the support, but the present invention is not limited to this, and an air-cooled cooler or a heat sink is used as the support for the structure 300. It may be.

100…冷却器、200…応力緩和層、200A〜200D…応力緩和層の四隅、210…下板(板材)、210A〜210D…下板の四隅、211〜216…凸部、220…上板(板材)、220A〜220D…上板の四隅、221〜226…凹部、230…中板(板材)、231…凹部、232…凸部、300…構造体、310…半導体素子、311…半田、320…絶縁基板、321…セラミック基板、322…アルミニウム板、SC…ねじ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Cooler, 200 ... Stress relaxation layer, 200A-200D ... Four corners of stress relaxation layer, 210 ... Lower plate (plate material), 210A-210D ... Four corners of lower plate, 211-216 ... Projection, 220 ... Upper plate ( (Plate material), 220A to 220D ... four corners of upper plate, 221 to 226 ... concave portion, 230 ... middle plate (plate material), 231 ... concave portion, 232 ... convex portion, 300 ... structure, 310 ... semiconductor element, 311 ... solder, 320 ... Insulating substrate, 321 ... Ceramic substrate, 322 ... Aluminum plate, SC ... Screw.

Claims (11)

半導体素子を含む構造体がこれを支持する支持体に、それら構造体及び支持体間に生じる応力を緩和する応力緩和層を介して一体に接合されて構成される半導体装置において、
前記応力緩和層は、結合体からなって、その結合面として互いに対向する面が前記構造体及び支持体の面方向への移動指向性を緩和可能な形状からなる多数の凹部及び凸部の凹凸嵌合構造として形成されてなる
ことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device configured such that a structure including a semiconductor element is integrally bonded to a support that supports the structure via a stress relaxation layer that relieves stress generated between the structure and the support.
The stress relaxation layer is composed of a combined body, and a plurality of concave and convex irregularities whose surfaces facing each other as a bonding surface have a shape capable of relaxing movement directivity in the surface direction of the structure and the support. A semiconductor device formed as a fitting structure.
前記応力緩和層は、前記凹凸嵌合構造として形成される面を積層面とする積層体からなる
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is formed of a stacked body having a surface formed as the uneven fitting structure as a stacked surface.
前記凸部が円錐状もしくは角錐状に形成されてなり、前記凹部が前記円錐状もしくは角錐状の凸部に嵌合される逆円錐状もしくは逆角錐状に形成されてなる
請求項2に記載の半導体装置。
The said convex part is formed in cone shape or a pyramid shape, and the said recessed part is formed in the reverse cone shape or reverse pyramid shape fitted to the said cone shape or pyramid shape convex part. Semiconductor device.
前記凸部が一柱面を底とする三角柱状に形成されてなり、前記凹部が前記三角柱状の凸部に嵌合される逆三角柱状に形成されてなる
請求項2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the convex portion is formed in a triangular prism shape with one column surface as a bottom, and the concave portion is formed in an inverted triangular prism shape fitted to the triangular prism-shaped convex portion.
前記凹部及び凸部が、前記半導体素子の幾何中心を基点とする点対称に形成されてなる
請求項2〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the concave portion and the convex portion are formed point-symmetrically with respect to a geometric center of the semiconductor element.
前記凹部及び前記凸部が、前記半導体素子の幾何中心を基点とする放射状に形成されてなる
請求項2〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the concave portion and the convex portion are formed radially with a geometric center of the semiconductor element as a base point.
前記凹部及び前記凸部が、前記半導体素子の幾何中心を中点とする円形状に形成されてなる
請求項2〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the concave portion and the convex portion are formed in a circular shape having a geometric center of the semiconductor element as a midpoint.
前記凹部及び前記凸部の数が、前記半導体素子の幾何中心から前記応力緩和層の角部にかけて漸次多くなる態様で形成されてなる
請求項2〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the number of the concave portions and the convex portions is formed so as to gradually increase from a geometric center of the semiconductor element to a corner portion of the stress relaxation layer.
前記支持体は、前記半導体素子を含む構造体を冷却する冷却器である
請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the support is a cooler that cools a structure including the semiconductor element.
前記応力緩和層を構成すべく結合される板材が金属製の板材からなる
請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein a plate member bonded to form the stress relaxation layer is made of a metal plate member.
前記金属製の板材が、アルミニウムまたは銅からなる
請求項10に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10, wherein the metal plate material is made of aluminum or copper.
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