JP2015170786A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却器への良好な熱的および機械的接続が得られる半導体装置を提供する。
【解決手段】ベース板１は、半導体素子４が実装された実装面ＳＭと、冷却器へ放熱するための放熱面ＳＲとを有する。被覆部１１０は、ベース板１の実装面ＳＭ上で半導体素子４を封止する部分を有する。被覆部１１０は、放熱面ＳＲの外側に配置され厚さＤＴ方向において放熱面ＳＲよりも突出した突出部分１１０Ｐを有する。媒介部２００は、ベース板１の放熱面ＳＲ上に設けられ、厚さ方向ＤＴにおいて被覆部１１０の突出部分１１０Ｐよりも突出しており、固相状態の熱可塑性材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、冷却器へ放熱するための放熱面を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
パワーモジュールは多くの熱を発生しやすいことから、しばしば冷却フィンまたはヒートシンクなどの冷却器の上に取り付けられる。両者の間に隙間があると効率的な放熱が行えなくなるので、通常、パワーモジュールが有する金属製のベース板と、冷却器との間に熱伝導グリースが塗布される。塗布作業の観点で、グリースは比較的高い流動性を有するものが用いられるのが一般的である。また熱伝導グリースの材料は、比較的熱伝導性が高いものが選ばれ得る。しかしながら、ベース板および冷却フィンの材料と比べればその熱伝導性が低いことから、グリースはベース板と冷却フィンとの間の隙間を、過度でない分量で適切に埋めることが望ましい。このため、グリースの厚さ分布を制御する技術が検討されている。
たとえば特開２０００−５８７２７号公報（特許文献１）によれば、モジュール中央部におけるグリースの厚さを小さく抑えるための技術が検討されている。この技術においては、金属ベースの取付穴よりも周辺側に突起が設けられる。この構成により、取付ねじの締付力を利用してモジュールにモーメントが発生させられ、金属ベースの中央部がヒートシンクに近づけられる。この結果、中央部におけるグリースの厚さを小さくされる。
特開２０００−５８７２７号公報
上記公報に記載の技術によれば、金属ベース（ベース板）をヒートシンク（冷却器）に取り付ける際に、冷却器に対するベース板の姿勢は、ベース板の周辺側に設けられた突起によって規定される。このため、ベース板の大部分を占める中央部分の姿勢は、モジュールのモーメントを介して間接的に制御されるのみであり、直接的には規制されない。この結果、冷却器へのベース板の取付時に応力の偏りが生じやすい。このような応力の偏りに起因して、グリースの厚さ分布が乱され得る。また仮に上記取付作業直後のグリースの厚さ分布が適切であったとしても、パワーモジュールの稼働に伴って熱サイクルを経ると、応力の偏りに起因してグリースの厚さ分布が乱されやすい。以上のように、上記従来の技術では、ベース板と冷却器との間の熱的および機械的接続が不十分となりやすい。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却器への良好な熱的および機械的接続が得られる半導体装置を提供することである。
本発明の半導体装置は、冷却器へ放熱するための放熱面を有するものであって、半導体素子とベース板と被覆部と媒介部とを有する。ベース板は、半導体素子が実装された実装面と、実装面と反対の放熱面とを有し、実装面から放熱面へ向かう厚さ方向を有する。被覆部は、ベース板の実装面上で半導体素子を封止する部分を有する。被覆部は、放熱面の外側に配置され厚さ方向において放熱面よりも突出した突出部分を有する。媒介部は、ベース板の放熱面上に設けられ、厚さ方向において被覆部の突出部分よりも突出しており、固相状態の熱可塑性材料からなる。
本発明によれば、ベース板を冷却器に取り付ける際に、冷却器に対するベース板の姿勢が、ベース板上に設けられた固相状態の媒介部によって規定される。これにより、ベース板の取り付け時の応力の偏りが抑えられる。よって、ベース板の取付後に加熱によって液相状態とされた媒介部の厚さ分布が応力の偏りに起因して乱れることが抑えられる。また媒介部が液相状態とされた際には、被覆部の突出部分が冷却器に支持されることにより、液相状態の媒介部が安定的に存在するための空間がベース板と冷却器との間に保たれる。よってベース板と冷却器との間の良好な熱的および機械的接続が得られる。
本発明の実施の形態１における装置の構成を概略的に示す図であり、図２の線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。 図１の概略底面図である。 図１の半導体装置の冷却器への取付方法の一工程を概略的に示す断面図である。 図１の半導体装置と冷却器とからなる冷却器付半導体装置の構成を概略的に示す図であり、図５の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。 図４の概略底面図である。 比較例の冷却器付半導体装置の構成を示す図であり、図７の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。 図６の底面図である。 図６においてグリースの厚さに偏りが生じた様子を示す断面図である。 比較例の冷却器付半導体装置の構成を模式的に示す側面図（Ａ）、および上面図（Ｂ）である。 図９の冷却器付半導体装置の使用後の一状態を示す側面図（Ａ）、および上面図（Ｂ）である。 図１０の冷却器付半導体装置の、より後の状態を示す側面図（Ａ）、および上面図（Ｂ）である。 図１１（Ｂ）のモジュール本体におけるベース板の底面でのグリースの分布の一例を示す写真である。 本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１３の第１の変形例を示す概略断面図である。 図１３の第２の変形例を示す概略断面図である。 図１３の第３の変形例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態５における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１９の半導体装置の冷却器への取付方法の一工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す斜視図である。 図２１の工程における印刷圧および印刷厚さの各々を印刷方向において例示するグラフ図である。 図２１の工程に用いられるスキージの例を示す側面図（Ａ）、および正面図（Ｂ）である。 図２１の工程におけるスキージの凸量および印刷厚さの各々を印刷方向に直交する方向において例示するグラフ図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施の形態のパワーモジュール５０１（半導体装置）は、冷却フィンまたはヒートシンクなどの冷却器へ放熱するための放熱面ＳＲを有するものである。パワーモジュール５０１は半導体素子４と回路基板１０と外部電極５とワイヤ６と被覆部１１０と媒介部２００とを有する。半導体素子４は、電力用半導体素子であり、たとえば、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ＭＩＳＦＥＴ(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、ＪＦＥＴ(Junction Field Effect Transistor)またはダイオードである。パワーモジュール５０１は、たとえば、産業用機器または民生機器のモータ制御などに用いられる装置である。
回路基板１０はベース板１と絶縁層２と回路パターン３とを有する。ベース板１は、互いに反対の実装面ＳＭ（図１における上面）および放熱面ＳＲ（図１における下面）を有する。実装面ＳＭには、絶縁層２および回路パターン３を介して半導体素子４が実装されている。ベース板１は、実装面ＳＭから放熱面ＳＲへ向かう厚さ方向ＤＴ（図１における下方向）を有する。
被覆部１１０は、ベース板１の実装面ＳＭ上で半導体素子４を封止する部分を有する。被覆部１１０は、放熱面ＳＲの外側に配置され厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出した突出底部１１０Ｐ（突出部分）を有する。この構成により突出底部１１０Ｐは、厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出した取付面ＳＦを有する。これによりベース板１の放熱面ＳＲから被覆部１１０の取付面ＳＦへと隆起する段差が構成されている。突出底部１１０Ｐは、図２に示すように、ベース板１上の媒介部２００を完全に取り囲んでいることが好ましい。被覆部１１０は、たとえば樹脂によって作られている。
被覆部１１０には、冷却器（図１および図２において図示せず）の取付のための貫通穴である取付穴９が設けられている。取付穴９は、放熱面ＳＲの外側に配置されており、厚さ方向ＤＴに沿って延びている。本実施の形態においては取付穴９は、突出底部１１０Ｐを貫通している。言い換えれば、取付穴９は取付面ＳＦに設けられている。取付穴９は、図２においては、被覆部１１０の四隅、すなわち突出底部１１０Ｐの四隅に設けられている。取付穴９は、ベース板１から離れて設けられている。
媒介部２００は、ベース板１の放熱面ＳＲ上に設けられ、厚さ方向ＤＴにおいて被覆部１１０の突出底部１１０Ｐよりも突出している。この構成により媒介部２００は、厚さ方向ＤＴにおいて取付面ＳＦよりも突出した突出面ＳＴを有する。この構成により、媒介部２００は、放熱面ＳＲの一部の上において放熱面ＳＲと取付面ＳＦとの段差を埋めており、さらに取付面ＳＦから突出している。
媒介部２００は、加熱によって固相から液相へと変化し得る熱可塑性材料からなり、たとえば、結晶性樹脂からなる。媒介部２００は、図１および図２に示す時点、すなわち冷却器の取付前の時点では、固相状態を有する。この材料の融点は、常温よりも高く、かつ、半導体素子４の動作温度よりも低いことが好ましい。このため半導体素子４として、動作温度が高いもの、特に、炭化珪素基板を用いた半導体素子である炭化珪素半導体素子を用いた場合、融点の選択範囲を広くすることができる。なお熱可塑性材料には、常に固相状態にある固体フィラーが添加されていてもよい。固体フィラーは、たとえば金属からなる。
好ましくは媒介部２００は放熱面ＳＲ上において、部分的にのみ形成されている。より好ましくは媒介部２００は、図２に示すように、放熱面ＳＲ上において互いに離れた複数のパターンを有する。各パターンの形状は、たとえば、図示されているような円形、または六角形である。さらに好ましくは、これらパターンは放熱面ＳＲ上において一定の周期で配置されていることが好ましい。
外部電極５は、被覆部１１０外に部分的に露出されており、被覆部１１０内において半導体素子４に電気的に接続されている。外部電極５は被覆部１１０内から被覆部１１０外へと突出していてもよい。
ワイヤ６は、典型的にはボンディングワイヤである。ワイヤ６は被覆部１１０内において、回路パターン３と共にパワーモジュール５０１の電気的経路を構成している。
次にパワーモジュール５０１を冷却装置に取り付ける方法について、以下に説明する。
図３を参照して、取付面ＳＦが冷却フィン３００（冷却装置）に面するように、パワーモジュール５０１が冷却フィン３００上に載せられる。これにより媒介部２００の突出面ＳＴが冷却フィン３００に支持される。
次に取付穴９を用いてねじ４００によって被覆部１１０が冷却フィン３００に取り付けられる。これよりパワーモジュール５０１が冷却フィン３００に取り付けられる。ねじ４００は規定のトルクで締め付けられることが好ましい。
次に媒介部２００が加熱されることで、媒介部２００をなす熱可塑性材料が液相状態とされる。この加熱は、半導体素子４の動作に起因した発熱を利用して行われ得る。
図４および図５を参照して、固相状態であった媒介部２００（図３）が、上述したように液相状態の媒介部２００Ｆに変化する。媒介部２００Ｆは放熱面ＳＲ上を塗れ拡がり、好ましくは放熱面ＳＲの全体の上を濡れ拡がる。これにより、冷却フィン付パワーモジュール８０１（冷却器付半導体装置）が得られる。なお冷却フィン付パワーモジュール８０１の動作が停止されれば、媒介部２００Ｆはその形状をおおよそ保ったまま固相状態に変化する。
次に比較例について説明する。
図６および図７を参照して、比較例のモジュール本体ＭＤＺは回路パターン３と裏面金属層３Ｋと半導体素子４と外部電極５とワイヤ６と絶縁基板９０とはんだ９１と封止材１２１とを有する。モジュール本体ＭＤＺは、筐体１２２Ｚとねじ４００とグリース２９０とを用いて冷却フィン３００に取り付けられることで、冷却フィン付パワーモジュール８０１Ｚを構成している。
筐体１２２Ｚはモジュール本体ＭＤＺの外周に配置されている。筐体１２２Ｚおよび冷却フィン３００はベース板１Ｚの外周部分を挟んでいる。ねじ４００は、筐体１２２Ｚおよびベース板１Ｚのそれぞれの取付穴９および９Ｍを通って冷却フィン３００に取り付けられる。これによりベース板１Ｚの裏面がグリース２９０を介して冷却フィン３００に押し付けられる。冷却フィン付パワーモジュール８０１Ｚの動作時に半導体素子４から発生した熱は、ベース板１Ｚの底面からグリース２９０を介して冷却フィン３００へと伝わる。グリース２９０は上記の取付作業前に予めベース板１Ｚまたは冷却フィン３００の上に塗布される。グリース２９０は、塗布が容易なように常温においても比較的高い流動性を有するものが用いられ、たとえば粘度１００〜５００Ｐａ・ｓのものが用いられる。
図８を参照して、グリース２９０は、様々な原因によって、偏った厚さを有しやすい。想定される第１の原因は、グリース２９０が塗布される際にベース板１Ｚが有する反りである。この反りは、モジュール本体ＭＤＺを構成する部材の間での熱膨張係数の差異に起因して生じ得る。想定される第２の原因は、ねじ４００の締付トルクのばらつきである。比較例においては、ねじ４００を締め付ける際に、ベース板１Ｚと冷却フィン３００との間のスペーサとなる部材がないため、比較的小さいトルクばらつきであっても、グリース２９０の厚さの偏りを引き起こし得る。
グリース２９０の厚さに偏りがあると、ねじ４００の締付時にモジュール本体ＭＤＺに不均一な力が加わることで、封止材１２１にクラックＣＲが生じやすい。クラックＣＲは、封止材１２１が絶縁破壊を防止する能力を低下させ得る。またグリース２９０の厚さに偏りがあると、ねじ４００の締付時点で特に支障がなくても、半導体素子４の動作を繰り返すことで、別の支障が生じ得る。このことについて、以下に説明する。
グリース２９０の厚さばらつきが大きいと、ベース板１Ｚの底面と冷却フィン３００との間の熱伝導性のばらつきも大きくなる。この状態で冷却フィン付パワーモジュール８０１Ｚが繰り返し動作されると、ベース板１Ｚの裏面の反り形状が大きく変化することで、グリース２９０が冷却フィン３００の中央から外側へと移動する現象（ポンピングアウトとも呼ばれる）が発生する。
具体的には、ヒートサイクルの発生によって、図９（Ａ）および（Ｂ）に示すようにモジュール本体ＭＤＺの下に存在していたグリース２９０が、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すように外側へと吐き出され、続いて図１１（Ａ）および（Ｂ）に示すように再びモジュール本体ＭＤＺの下に吸い込まれる。これが繰り返されることで、図１２に例示するように、ベース板１Ｚの底面上においてグリース２９０がない箇所（ボイド）が形成される。ボイドの存在は熱伝導性を著しく低下させることから、冷却フィン３００による冷却効果が低下する。よって半導体素子４の正常な動作が困難になる場合がある。
本実施の形態によれば、ベース板１を冷却フィン３００に取り付ける際に（図３）、冷却フィン３００に対するベース板１の姿勢が、ベース板１上に設けられた固相状態の媒介部２００によって規定される。具体的には、ベース板１の放熱面ＳＲと、これに対向する冷却フィン３００の面とを互いにほぼ平行にしつつ、両者の間に空間を保つことができる。よって、ベース板１の取り付け時の応力の偏りが抑えられる。よって、ベース板１の取付後に加熱によって液相状態とされた媒介部２００Ｆ（図４）の厚さ分布が応力の偏りに起因して乱れることが抑えられる。
また媒介部２００が液相状態とされた際には（図４）、被覆部１１０の突出底部１１０Ｐが冷却フィン３００に支持されることにより、液相状態の媒介部２００Ｆが安定的に存在するための空間がベース板１と冷却フィン３００との間に保たれる。よってベース板１と冷却フィン３００との間の良好な熱的および機械的接続が得られる。
また媒介部２００（図１）は、グリースと異なり、硬い固相状態にある。このため、媒介部２００が形成された状態で半導体装置を容易に輸送することができる。
また媒介部２００は、ベース板１の放熱面ＳＲ上において、互いに離れた複数のパターンを有することが好ましい（図２）。これにより、媒介部２００が液相状態とされる際に拡がるための空間を確保しつつ、媒介部２００が１つのパターンとして偏って存在する場合に比して、放熱面ＳＲ上における媒介部２００の分布をより均一化することができる。よって、ベース板１の取付後に液相状態とされた媒介部２００Ｆ（図４）の厚さ分布の乱れがより抑えられる。
（実施の形態２）
図１３を参照して、パワーモジュール５０２（半導体装置）は被覆部１１０（図１）に代わり被覆部１２０を有する。被覆部１２０は封止材１２１および筐体１２２を有する。封止材１２１はベース板１の実装面ＳＭ上で半導体素子４を封止している。封止材１２１は筐体１２２内に設けられている。言いかえれば、パワーモジュール５０２は、筐体１２２と、筐体１２２に収められたモジュール本体ＭＤとを有する。筐体１２２には冷却フィン３００の取付（図３参照）のための取付穴９が設けられている。
筐体１２２は、放熱面ＳＲの外側に配置され厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出した突出底部１２２Ｐ（突出部分）を有する。この構成により突出底部１２２Ｐは、厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出した取付面ＳＦを有する。これによりベース板１の放熱面ＳＲから筐体１２２の取付面ＳＦへと隆起する段差が構成されている。突出底部１２２Ｐは、突出底部１１０Ｐ（図２）と同様に、ベース板１上の媒介部２００を完全に取り囲んでいることが好ましい。被覆部１２０は、たとえば樹脂によって作られている。媒介部２００は厚さ方向ＤＴにおいて突出底部１２２Ｐよりも突出している。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、封止材１２１とは別個の部材である筐体１２２によって、放熱面ＳＲよりも突出した突出部分としての突出底部１２２Ｐを構成することができる。
図１４を参照して、第１の変形例のパワーモジュール５０２ａ（半導体装置）においては、筐体１２２は、ベース板１の冷却フィン３００（図３参照）に対向する対向面ＳＯを有する。また筐体１２２は、対向面ＳＯから突出している突起１２２Ｑ（突出部分）を有する。媒介部２００は厚さ方向ＤＴにおいて突起１２２Ｑよりも突出している。
本変形例によれば、突起１２２Ｑが対向面ＳＯから突出する寸法を調整することで、液相状態の媒介部２００Ｆ（図４参照）が存在するための空間の厚さを調整することができる。よって媒介部２００Ｆの厚さを調整することができる。このような調整は、ベース板１の裏面の反りの大きさに応じて行い得る。この反りは、異なる熱膨張係数を持つ複数の部材が接合された構成をモジュール本体ＭＤが有することに起因して生じ得る。
図１５を参照して、第２の変形例のパワーモジュール５０２ｂ（半導体装置）においては筐体１２２に、取付穴９に挿入された金属製のブッシュ１３（突出部分）が設けられている。ブッシュ１３は、筐体１２２のクリープを防止するものである。またブッシュ１３は、上述した対向面ＳＯから突出している。媒介部２００は厚さ方向ＤＴにおいてブッシュ１３よりも突出している。
本変形例によれば、ブッシュ１３によって、ベース板１の放熱面ＳＲよりも突出した部分、すなわち突出部分を構成することができる。よってブッシュ１３が、クリープを防止する機能と、上記突出部分を構成する機能との両方を有することができる。
図１６を参照して、第３の変形例のパワーモジュール５０２ｃ（半導体装置）においては被覆部１２０は、封止材１２１および筐体１２２を互いに接着する接着部１５を有する。接着部１５は、厚さ方向ＤＴへ向かって、モジュール本体ＭＤおよび筐体１２２の間からはみ出している。媒介部２００は厚さ方向ＤＴにおいて接着部１５よりも突出している。
本変形例によれば、封止材１２１および筐体１２２を互いに接着する接着部１５によって、放熱面ＳＲよりも突出した部分、すなわち突出部分を構成することができる。つまり、モジュール本体ＭＤと筐体１２２とを互いに接着する工程と、突出部分を構成する工程とを、同時に行うことができる。また接着部１５を形成する際の接着剤の塗布量を調整することで、突出部分の寸法を調整することができる。
（実施の形態３）
図１７を参照して、パワーモジュール５０３（半導体装置）はベース板１Ｐを有する。ベース板１Ｐは、筐体１２２によって結合された部分１ａおよび１ｂを有する。部分１ａおよび１ｂの各々のそれぞれを用いて、モジュール本体ＭａおよびＭｂが構成されている。言いかえればパワーモジュール５０３は、筐体１２２に収められることによって結合されたモジュール本体ＭａおよびＭｂを有する。モジュール本体Ｍａはベース板の部分１ａと絶縁層２ａと回路パターン３ａと半導体素子４ａと外部電極５ａと封止材１２１ａとを有する。モジュール本体Ｍｂはベース板の部分１ｂと絶縁層２ｂと回路パターン３ｂと半導体素子４ｂと外部電極５ｂと封止材１２１ｂとを有する。
本実施の形態によれば、複数のモジュール本体ＭａおよびＭｂを筐体１２２によって結合することで一括して扱うことができる。
（実施の形態４）
図１８を参照して、本実施の形態のパワーモジュール５０４（半導体装置）においては、筐体１２２の底部には、熱可塑性樹脂から作られた非相変化部２００Ｐ（突出部分）が設けられている。熱可塑性樹脂は媒介部２００の材料と同様または同じものである。非相変化部２００Ｐは、放熱面ＳＲの外側に配置され厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出している。この構成により非相変化部２００Ｐは、厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出した取付面ＳＦを有する。媒介部２００は厚さ方向ＤＴにおいて非相変化部２００Ｐよりも突出している。
非相変化部２００Ｐの厚さは媒介部２００の厚さよりも小さいことが好ましい。この場合、筐体１２２の底部は、厚さ方向ＤＴにおいて放熱面ＳＲよりも突出している。言いかえれば、この場合、パワーモジュール５０４は、パワーモジュール５０２（図１３）の取付面ＳＦ上に非相変化部２００Ｐが付加された構成を有する。
その場合、製造工程が簡素化される。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、非相変化部２００Ｐによって取付面ＳＦが厚さ方向ＤＴへ突出する程度を調整することができる。また非相変化部２００Ｐが媒介部２００と同様または同じ材料からなることにより、工程をより簡素化することができる。
なお非相変化部２００Ｐは媒介部２００と異なりベース板１上にではなく筐体１２２上に設けられるため、半導体素子４の動作による温度上昇を受けにくい。これにより非相変化部２００Ｐは、温度上昇によって媒介部２００が液相状態とされた際にも固相状態を保つことができる。よって非相変化部２００Ｐは冷却フィン３００に安定的に支持され続ける。
（実施の形態５）
図１９を参照して、パワーモジュール５０５（半導体装置）は媒介部２００（図１）に代わり媒介部２００Ｇを有する。媒介部２００Ｇはベース板１の放熱面ＳＲ上において、異なる厚さを有する。具体的には媒介部２００Ｇは、厚膜部２０１と、厚膜部２０１よりも薄い薄膜部２０２とを含む。薄膜部２０２は放熱面ＳＲの中央の上に設けられている。厚膜部２０１は放熱面ＳＲ上において薄膜部２０２よりも外側に配置されている。より具体的には媒介部２００Ｇは、放熱面ＳＲ上において中央から端へ向かうにつれて徐々に大きくなる厚さを有する。
図２０を参照して、パワーモジュール５０５を有する冷却フィン付パワーモジュール８０５においては、放熱面ＳＲが凸形状を有するようにベース板１が反っている場合に、この反りに対応した厚さ分布を有する媒介部２００Ｇが設けられる。これによりパワーモジュール５０５を冷却フィン３００により安定に取り付けることができる。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、媒介部２００Ｇの厚さ分布を、均一ではなく、ベース板１の反りに対応したものとすることができる。これにより、ベース板１が反りを有している際に、ベース板１と冷却フィン３００との間のより良好な熱的および機械的接続が得られる。
（実施の形態６）
本実施の形態においては、上述したパワーモジュール（半導体装置）の製造方法について説明する。
図１を参照して、まずベース板１が準備され、その実装面ＳＭ上に半導体素子４が実装される。実装面ＳＭ上で半導体素子４を封止する部分を有する被覆部１１０が形成される。媒介部２００が、以下のように形成される。
図２１を参照して、図を見やすくするために直交座標系ｘｙが付してある。ｘｙ面を有する印刷マスク５０（マスク板）が準備される。ｘｙ面には、形成されることになる媒介部２００のパターンに対応したパターンを有する穴が設けられている。印刷マスク５０がベース板１の放熱面ＳＲ（たとえば図１および図２参照）上に配置される。次に印刷マスク５０上に液相状態の熱可塑性材料が載せられる。次に印刷マスク５０上において、印刷用スキージ４１の幅方向がおおよそｙ方向に維持されつつ、印刷パターン５１上を通過するように印刷用スキージ４１がｘ方向へ動かされる。これにより放熱面ＳＲ上に液相状態の熱可塑性材料が塗布される。この液相状態の熱可塑性材料が硬化されることで、媒介部２００が形成される。上述した印刷の際に印刷用スキージ４１が印刷マスク５０に押し付けられる圧、すなわち印刷圧Ｐを変化させることで、印刷厚さを変化させることができる。
本実施の形態によれば、印刷用スキージ４１による塗布によって媒介部２００を形成することができる。熱可塑性材料を塗布する印刷の際に、印刷圧Ｐが調整されてもよい。この調整方法として、たとえば、印刷用スキージ４１を印刷マスク５０に押し付ける力を調整する方法（図２２）と、特殊形状を有する印刷用スキージ４２（図２３）を用いる方法とがある。これらについて、以下に説明する。
図２２を参照して、印刷用スキージ４１を印刷マスク５０に押し付ける力が調整されることにより印刷圧が調整されることで、媒介部２００の印刷厚さの分布を、印刷方向としての方向ｘにおいて調整することができる。具体的には、印刷圧をいったん高めてその後に低めることによって、印刷方向としての方向ｘにおいて中央よりも両端でより大きな厚さを有する媒介部２００を形成することができる。
図２３を参照して、図を見やすくするために直交座標系ＸＹが付してある。上述した通常の印刷用スキージ４１と異なり、印刷用スキージ４２においては、印刷マスク５０に接触させられる接触部ＰＣが凸部および凹部の少なくともいずれかを有する（図中では、凸部を有するものが示されている）。言い換えれば、印刷用スキージ４２は、印刷方向におおよそ対応する長さ方向Ｘと、長さ方向Ｘに直交する幅方向Ｙとを有し、その接触部ＰＣの表面には、幅方向Ｙに応じて変化する凹凸形状が設けられている。具体的には、接触部ＰＣは、Ｙ方向における中央において凸量が大きくなるような凸部を有する。
図２４を参照して、これにより媒介部２００の厚さ分布を、印刷方向に直交する方向ｙ（図２１）において調整することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
Ｍａ，Ｍｂ，ＭＤ モジュール本体、ＰＣ 接触部、ＳＦ 取付面、ＳＭ 実装面、ＳＯ 対向面、ＳＲ 放熱面、ＳＴ 突出面、１，１Ｐ ベース板、４，４ａ，４ｂ 半導体素子、５，５ａ，５ｂ 外部電極、９ 取付穴、１０ 回路基板、１３ ブッシュ（突出部分）、１５ 接着部（突出部分）、４１，４２ 印刷用スキージ、５０ 印刷マスク、５１ 印刷パターン、１１０，１２０ 被覆部、１１０Ｐ，１２２Ｐ 突出底部（突出部分）、１２１，１２１ａ，１２１ｂ 封止材、１２２ 筐体、１２２Ｑ 突起（突出部分）、２００，２００Ｆ，２００Ｇ 媒介部、２００Ｐ 非相変化部（突出部分）、２０１ 厚膜部、２０２ 薄膜部、３００ 冷却フィン（冷却器）、４００ ねじ、５０１〜５０５，５０２ａ〜５０２ｃ パワーモジュール（半導体装置）、８０１，８０１Ｚ，８０５ 冷却フィン付パワーモジュール（冷却器付半導体装置）。

Claims (12)

  1. 冷却器へ放熱するための放熱面を有する半導体装置であって、
    半導体素子と、
    前記半導体素子が実装された実装面と、前記実装面と反対の前記放熱面とを有し、前記実装面から前記放熱面へ向かう厚さ方向を有するベース板と、
    前記ベース板の前記実装面上で前記半導体素子を封止する部分を有する被覆部とを備え、前記被覆部は、前記放熱面の外側に配置され前記厚さ方向において前記放熱面よりも突出した突出部分を有し、さらに
    前記ベース板の前記放熱面上に設けられ、前記厚さ方向において前記被覆部の前記突出部分よりも突出し、固相状態の熱可塑性材料からなる媒介部を備える、半導体装置。
  2. 前記媒介部は、前記ベース板の前記放熱面上において、互いに離れた複数のパターンを有する、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記媒介部は、前記ベース板の前記放熱面上において、異なる厚さを有する、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記被覆部は、前記突出部分を有する筐体と、前記筐体内に設けられた封止材とを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記ベース板は、前記筐体によって結合された複数の部分を有する、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記筐体は、前記ベース板の前記冷却器に対向する対向面を有し、前記突出部分は前記対向面から突出している、請求項４または５に記載の半導体装置。
  7. 前記筐体には前記冷却器の取付のための貫通穴が設けられており、前記突出部分は、前記貫通穴に挿入された金属製ブッシュにより構成されている、請求項４または５に記載の半導体装置。
  8. 前記突出部分は熱可塑性材料から作られている、請求項４または５に記載の半導体装置。
  9. 前記突出部分は前記筐体と前記封止材とを接着する接着部によって構成されている、請求項４または５に記載の半導体装置。
  10. 冷却器へ放熱するための放熱面を有する半導体装置の製造方法であって、
    実装面と、前記実装面と反対の前記放熱面とを有し、前記実装面から前記放熱面へ向かう厚さ方向を有するベース板を準備する工程と、
    前記実装面上に半導体素子を実装する工程と、
    前記ベース板の前記実装面上で前記半導体素子を封止する部分を有する被覆部を形成する工程とを備え、前記被覆部は、前記放熱面の外側に配置され前記厚さ方向において前記放熱面よりも突出した突出部分を有し、さらに
    前記ベース板の前記放熱面上に設けられ、前記厚さ方向において前記突出部分よりも突出し、固相状態の熱可塑性材料からなる媒介部を形成する工程を備え、前記媒介部を形成する工程は、前記ベース板の前記放熱面上に配置されたマスク板上においてスキージを動かすことで、前記放熱面上に、液相状態の熱可塑性材料を塗布する工程を含む、半導体装置の製造方法。
  11. 前記熱可塑性材料を塗布する工程は、前記スキージが前記マスク板上に押し付けられる圧力を調整する工程を含む、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記スキージは、前記マスク板に接触させられる接触部を有し、前記接触部は凸部および凹部の少なくともいずれかを有する、請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
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