JP2016131196A

JP2016131196A - 半導体装置

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Publication number: JP2016131196A
Application number: JP2015004377A
Authority: JP
Inventors: 清文中島; Kiyofumi Nakajima; 秀喜安藤; Hideki Ando; 修司横田; Shuji Yokota; 木村　隆; Takashi Kimura; 隆木村; 勇輝井手; Yuki Ide
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2016-07-21

Abstract

【課題】冷却器の端部に生じる反りを抑制し、絶縁樹脂シートの剥離や破壊が発生するおそれを低減させた半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、少なくとも１つの主面に放熱部材が接合された半導体素子を放熱部材の一部を露出させて第１の樹脂部材で封止した半導体モジュールと、放熱部材の露出部を含む半導体モジュールの放熱面に内側表面が接合される絶縁樹脂シートと、絶縁樹脂シートの半導体モジュールが接合されていない外側表面に内側表面が接合される冷却器とを備えている。少なくとも、半導体モジュールの側面、絶縁樹脂シートの側面、冷却器の側面、および冷却器の絶縁樹脂シートが接合されていない外側表面の一部は、第２の樹脂部材で覆われている。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、半導体素子を封止した半導体モジュールと、当該半導体素子を冷却する冷却器とを備えた半導体装置に関する。

半導体装置として、半導体素子に、放熱部材、絶縁樹脂シート、および冷却器が、順に接合された構造が知られている。半導体素子および放熱部材は、樹脂部材で封止されて半導体モジュールとしてパッケージ化されている。例えば、特許文献１を参照。

特開２０１１−０７７４６４号公報

上記構造の半導体装置では、半導体モジュールに用いられた樹脂部材の線膨張係数と、冷却器の線膨張係数とが、異なる場合がある。半導体モジュールと冷却器との線膨張係数が異なると、半導体装置に冷熱ストレスが加わったときに半導体モジュールと冷却器との間で線膨張に差が生じる。この線膨張の差は、例えば高温状態から温度が低下していく過程で、冷却器の端部を外側（半導体モジュールが接合されていない面側）に反らせる原因になるおそれがある。冷却器の端部に反りが生じると、冷却器が絶縁樹脂シートと接合する境界部分に高い応力がかかる。このため、絶縁樹脂シートの剥離や破壊（クラックなど）が発生するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みて、冷却器の端部に生じる反りを抑制し、絶縁樹脂シートの剥離や破壊（クラックなど）が発生するおそれを低減させた半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、少なくとも１つの主面に放熱部材が接合された半導体素子を放熱部材の一部を露出させて第１の樹脂部材で封止した半導体モジュールと、放熱部材の露出部を含む半導体モジュールの放熱面に内側表面が接合される絶縁樹脂シートと、絶縁樹脂シートの半導体モジュールが接合されていない外側表面に内側表面が接合される冷却器とを備え、少なくとも、半導体モジュールの側面、絶縁樹脂シートの側面、冷却器の側面、および冷却器の絶縁樹脂シートが接合されていない外側表面の一部が、第２の樹脂部材で覆われていることを特徴とする。

この本発明の半導体装置によれば、半導体モジュール、絶縁樹脂シート、および冷却器の側部に加え、冷却器の外側表面の一部も樹脂部材で一体的に覆っている。このため、半導体装置が高温から低温に遷移したときなどには、第２の樹脂部材が収縮する力が冷却器の外側表面にもかかる。よって、半導体モジュールと冷却器との間の線膨張差によって生じる冷却器の端部が外側に反ろうとする力を、抑制できる。これにより、冷却器の変形に伴う絶縁樹脂シートにかかる応力を、低減させることができる。従って、絶縁樹脂シートの剥離や破壊（クラックなど）が発生するおそれを低減できる。

以上述べたように、本発明の半導体装置によれば、冷却器の端部に生じる反りを抑制し、絶縁樹脂シートの剥離や破壊（クラックなど）が発生するおそれを低減できる。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の外観平面を示す図図１の半導体装置におけるＡ−Ａ線断面を示す図図１の半導体装置におけるＢ−Ｂ線断面を示す図半導体装置を用いた連結構造例１の断面を示す図半導体装置を用いた連結構造例２の断面を示す図図４の連結構造例２に用いる半導体装置を含む単体構造の平面および断面を示す図半導体装置の作用および効果を説明する図半導体装置の作用および効果を説明する図半導体装置の変形例を説明する図

以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体装置の実施形態について詳細に説明する。

本発明に係る半導体装置は、冷却器の端部を樹脂部材で覆っている。例えば、半導体素子が封止された半導体モジュールの端部、絶縁樹脂シートの端部、および冷却器の端部を、一体的に樹脂部材で覆う。特に、冷却器の端部は、側面だけでなく外側表面（半導体モジュールが接合されていない表面）の一部も覆っている。この構造により、冷熱ストレスが加わって半導体モジュールと冷却器との間で線膨張に差が生じても、各端部を覆った樹脂部材によって冷却器の反りを抑制できる。これにより、絶縁樹脂シートにかかる応力を低減させることができる。従って、本発明に係る半導体装置は、絶縁樹脂シートの剥離や破壊（クラックなど）が発生するおそれを低減できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１の単体構造の外観を概略的に示す平面図である。図２Ａは、図１に示した半導体装置１におけるＡ−Ａ線断面を概略的に示す図である。図２Ｂは、図１に示した半導体装置１におけるＢ−Ｂ線断面を概略的に示す図である。図３および図４は、本実施形態に係る半導体装置１を複数連結させて使用した連結構造例１および連結構造例２の断面を概略的に示す図である。図５は、図４に示した連結構造例２に用いられる半導体装置１を含む単体構造の平面および断面を示す図である。

［半導体装置の単体構造］
本実施形態に係る半導体装置１は、半導体素子１２、複数の放熱板１３、複数の絶縁樹脂シート１４、複数の冷却器１５、一次成形樹脂部材１６、二次成形樹脂部材１７、および複数のリード端子２０を備えている。半導体素子１２の両主面には、それぞれ、放熱板１３、絶縁樹脂シート１４、および冷却器１５が順に接合されている。以下、この接合の方向を「高さ方向」と表現し、高さ方向と直交する方向を「幅方向」と表現する。また、高さ方向および幅方向において、半導体素子１２に向く側または近づく側を「内側」と、半導体素子１２を背にする側または遠ざかる側を「外側」と、表現する。半導体素子１２、複数の放熱板１３、および複数のリード端子２０の一方端は、一次成形樹脂部材１６によって封止されて、半導体モジュール１０としてパッケージ化されている。半導体モジュール１０、絶縁樹脂シート１４、および冷却器１５は、端部（後述する）が二次成形樹脂部材１７で覆われている。

なお、図１、図２Ａ、および図２Ｂに示した半導体装置１の構造は一例である。よって、半導体装置１が備える冷却機構（放熱板１３、絶縁樹脂シート１４、冷却器１５）は、半導体素子１２の少なくとも一方の主面側にだけ設けられてもよい。また、半導体装置１における各構成の形状や配置（例えば、半導体モジュール１０のパッケージ形状、冷却器１５のフィンの数や形状、リード端子２０の本数や位置など）も、本実施形態の図面によって限定されるものではない。

半導体素子１２は、例えばパワートランジスタなどの、動作時に発熱する発熱性を持った半導体素子である。半導体素子１２は、２つの主面を有する略四角平板の形状をしている。半導体素子１２の各主面は、例えば半田などの接合部材やスペーサ部材などを介して、複数の放熱板１３とそれぞれ接合されている。半導体素子１２の端子は、図２Ｂの垂直断面視で示すように、導電性を有するリード端子２０の一方端とボンディングワイヤーや半田などの接合部材で電気的に接続されている。リード端子２０の他方端は、図示しない外部の回路基板と電気的に接続されている。

放熱板１３は、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの熱伝導性に優れた材料で構成される放熱部材である。放熱板１３は、２つの表面および表面に接する４つの側面からなる略平板の形状をしている。放熱板１３の内側表面は、半導体素子１２の主面と接合されている。この放熱板１３は、接合している半導体素子１２で発生した熱を冷却器１５に逃がす、いわゆるヒートスプレッダーとしての役割を有する。

一次成形樹脂部材１６は、例えばエポキシ樹脂などの材料で構成される。一次成形樹脂部材１６は、半導体素子１２、半導体素子１２の両主面に接合された複数の放熱板１３、および半導体素子１２に接続された複数のリード端子２０の一方端を封止することで、半導体モジュール１０を形成している。この際、放熱板１３の外側表面（半導体素子１２が接合されていない表面）は、一次成形樹脂部材１６で覆われておらず、半導体モジュール１０のパッケージ外部に露出している。この放熱板１３の半導体モジュール１０のパッケージ外部に露出している部分を、露出部という。この一次成形樹脂部材１６を使用した封止には、例えば周知のトランスファーモジュール方式を用いることができる。

絶縁樹脂シート１４は、例えば高い熱伝導性を有した熱硬化樹脂材料で構成される。絶縁樹脂シート１４は、２つの表面および表面に接する４つの側面からなる略平板の形状をしている。この絶縁樹脂シート１４は、放熱板１３の表面よりも大きな表面を有している。絶縁樹脂シート１４は、内側表面が放熱板１３の露出部を覆うように、放熱板１３の外側表面に接合される。具体的には、図２Ａに示す垂直断面視のように、絶縁樹脂シート１４の側面１４ｓの位置を、放熱板１３の側面１３ｓの位置よりも、幅方向外側に設ける。なお、絶縁樹脂シート１４の側面１４ｓの位置は、半導体モジュール１０の側面１０ｓの位置と同じまたはそれより幅方向内側に設けられる。

絶縁樹脂シート１４は、その高い熱伝導性によって放熱板１３の熱を冷却器１５に伝える役割を担う。加えて、絶縁樹脂シート１４は、放熱板１３と冷却器１５とを電気的に絶縁する役割をも担う。高い熱伝導性を有した樹脂としては、高熱伝導セラミックを含有したアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを内部に充填した樹脂などが挙げられる。

冷却器１５は、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料で構成されるヒートシンクである。この冷却器１５は、２つの表面および表面に接する４つの側面からなる略平板状の冷却天板１５ａと、略円柱状の複数の冷却フィン１５ｆとで、構成される。複数の冷却フィン１５ｆは、冷却天板１５ａの外側表面１５ｒ上の所定領域に、立設されている。所定領域は、外側表面１５ｒ上における、側面１５ｓから予め定めた距離までの範囲を除いた領域である。冷却器１５の冷却天板１５ａは、絶縁樹脂シート１４と同じまたはそれ以上の大きさを有している。そして、冷却器１５は、絶縁樹脂シート１４を覆うようにして、冷却天板１５ａの内側表面（複数の冷却フィン１５ｆが設けられていない表面）が、絶縁樹脂シート１４の外側表面に接合される。

例えば、図２Ａに示す垂直断面視では、冷却器１５の側面１５ｓの位置を、絶縁樹脂シート１４の側面１４ｓと同じ位置にしている。冷却器１５は、その優れた熱伝導性によって、接合される半導体モジュール１０（放熱板１３）から絶縁樹脂シート１４を介して伝わる熱を、半導体モジュール１０の外部に放出させる役割を有する。

二次成形樹脂部材１７は、例えばエポキシ樹脂などの材料で構成される。この二次成形樹脂部材１７の線膨張係数は、半導体モジュール１０に用いた一次成形樹脂部材１６の線膨張係数および冷却器１５の線膨張係数よりも大きい。二次成形樹脂部材１７は、半導体モジュール１０の端部、絶縁樹脂シート１４の端部、および冷却器１５の端部を、一体的に覆う形状で形成される。半導体モジュール１０の端部には、側面１０ｓが少なくとも含まれ、絶縁樹脂シート１４の大きさに応じて放熱面の一部が含まれる。絶縁樹脂シート１４の端部には、側面１４ｓが含まれる。冷却器１５の端部には、側面１５ｓおよび外側表面１５ｒの一部が少なくとも含まれ、絶縁樹脂シート１４の大きさに応じて内側表面の一部も含まれる。

例えば、図２Ａに示す垂直断面視では、半導体モジュール１０の側面１０ｓおよび放熱面の一部と、絶縁樹脂シート１４の側面１４ｓと、および冷却器１５の側面１５ｓおよび外側表面１５ｒの一部とが、二次成形樹脂部材１７で覆われている。冷却器１５の外側表面１５ｒは、冷却フィン１５ｆが立設されていない平坦な部分が二次成形樹脂部材１７で覆われている。

二次成形樹脂部材１７の高さ方向は、冷却器１５の冷却フィン１５ｆを越えないように形成される。すなわち、図２Ａの垂直断面視で示すように、冷却器１５の外側表面１５ｒを覆う部分の二次成形樹脂部材１７の厚さｈ２は、冷却フィン１５ｆの高さｈ１よりも薄くなっている（ｈ１＞ｈ２）。また、二次成形樹脂部材１７の幅方向は、図２Ｂの垂直断面視で示すように、複数のリード端子２０の他方端が外部に突出する幅で形成されている。

［半導体装置の連結構造］
図３および図４に、３つの半導体装置１を高さ方向に連結させた構造の装置を例示する。このような連結構造は、例えば三相インバータ回路を構成する上下アーム用の半導体装置などに用いられる。図示するような連結構造では、冷却器１５の放熱効率が低下する。このため、放熱効率を向上させるために、この連結構造の装置では、半導体装置１のリード端子が設けられていない側面に冷却水路３０を設け、冷却水路３０に冷却水を流して冷却器１５（の複数の冷却フィン１５ｆ）を冷却している。

＜連結構造例１＞
図３に示す連結構造例１の装置は、まず、二次成形樹脂部材１７で半導体モジュール１０の端部、絶縁樹脂シート１４の端部、および冷却器１５の端部を一体的に覆った半導体装置１を、高さ方向に３つ連結させる。その後、次工程において、３つ連結させた半導体装置１を囲む外壁を、長手方向に冷却水路３０を確保しつつ、三次成形樹脂部材１９で形成する。これにより、図３に示す連結構造例１の装置が一括成形される。一括成形には、周知の方法を用いることができる。三次成形樹脂部材１９は、二次成形樹脂部材１７と同じ材料でも異なる材料でもよい。

＜連結構造例２＞
図４に示す連結構造例２の装置は、まず、二次成形樹脂部材１７で半導体モジュール１０の端部、絶縁樹脂シート１４の端部、および冷却器１５の端部を一体的に覆う工程において、半導体装置１の幅方向の周囲に外壁１８を一緒に形成する。二次成形樹脂部材１７と外壁１８とは、半導体装置１のリード端子が設けられていない幅方向が冷却水路３０の幅だけ離間している。この外壁１８が形成された半導体装置１の外観平面図を図５（ａ）に、図５（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図５（ｂ）に示す。外壁１８の高さ方向の両面には、凹部１８ａが設けられている。外壁１８は、二次成形樹脂部材１７と同じ材料が好ましいが、異なる材料であってもよい。

次に、外壁１８を有する半導体装置１を、高さ方向に３つ連結させる。その際、連結された２つの半導体装置１の外壁１８間に形成される凹部１８ａの空間には、金属板２１とシール部材２２とが挿入される。金属板２１は、半導体装置１の幅方向を囲む環状の部材であり、シール部材２２が接触する位置に設けられる。この金属板２１は、外壁１８がクリープ変形した場合におけるシール性能の劣化を抑制する機能を有する。金属板２１は、外壁１８の連結時に凹部１８ａに挿入されてもよいし、外壁１８を成形する際にインサート手法によって外壁１８内に埋め込まれてもよい。シール部材２２は、例えばパッキン（Ｏリングなど）やガスケットなどであり、金属板２１に接触することで外壁１８の隙間から冷却水が漏れることを防止する。これにより、図４に示す連結構造例２の装置が成形される。

なお、図３および図４の装置例では、冷却器１５同士を接触させて連結しているが、冷却器１５が離れていてもよい。また、図４で示した外壁１８の凹部１８ａは、高さ方向の片面だけに設けてもよいし、また設けなくてもよい。また、図４で示した金属板２１は、凹部１８ａによって形成される空間の、高さ方向上下の両方に設けられてもよい。

［半導体装置の作用および効果］
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、上述した本実施形態に係る半導体装置１の作用および効果を説明する。図６Ａは、図２Ａに示した半導体装置１のＡ−Ａ線断面図における作用および効果を示す図である。図６Ｂは、図２Ｂに示した半導体装置１のＢ−Ｂ線断面図における作用および効果を示す図である。

図６Ａの破線円Ｄを参照する。本実施形態に係る半導体装置１の構成によれば、半導体モジュール１０の端部、絶縁樹脂シート１４の端部、および冷却器１５の端部を、二次成形樹脂部材１７で一体的に覆っている。特に、冷却器１５の端部としては、側面１５ｓだけでなく第２の底面１５ｒの一部も覆われている。また、二次成形樹脂部材１７の線膨張係数（例えば３０ｐｐｍ／Ｋ）を、半導体モジュール１０に用いた一次成形樹脂部材１６の線膨張係数（例えば１４ｐｐｍ／Ｋ）および冷却器１５の線膨張係数（例えば２３ｐｐｍ／Ｋ）よりも大きくしている。

このため、高温から低温に遷移したときなど、半導体モジュール１０と冷却器１５との間の線膨張差（実線矢印）によって、冷却器１５の端部が高さ方向外側に反ろうとする力（点線矢印）が生じたとしても、線膨張が最も大きい二次成形樹脂部材１７が収縮する力（白抜矢印）が働く。よって、二次成形樹脂部材１７が収縮する力（白抜矢印）によって、冷却器１５の端部が高さ方向外側に反ろうとする力（点線矢印）を抑制できる。これにより、冷却器１５の変形に伴う絶縁樹脂シート１４にかかる応力を、低減させることができる。従って、絶縁樹脂シート１４の剥離や破壊（クラックなど）が発生するおそれを低減できる。よって、絶縁樹脂シート１４の冷熱耐久性を向上させることができる。

図６Ａの破線円Ｅを参照する。本実施形態に係る半導体装置１の構成によれば、絶縁樹脂シート１４の側面１４ｓと、冷却器１５の側面１５ｓおよび外側表面１５ｒの一部とを、二次成形樹脂部材１７で一体的に覆っている。このため、樹脂部材外の空間から絶縁樹脂シート１４までの最短経路は、実線矢印の経路となる。よって、半導体装置１が冷却水を用いて冷却器１５を冷却する構造（上記の連結構造など）に用いられるような場合、冷却水が絶縁樹脂シート１４まで滲み込んで絶縁樹脂シート１４が吸湿してしまうことを遅らせることができる。これにより、絶縁樹脂シート１４の酸化を抑制でき、吸湿や熱に起因する接着強度の低下も抑制することができる。従って、絶縁樹脂シート１４の冷熱耐久性を向上させることができる。

図６Ａの破線円Ｆを参照する。本実施形態に係る半導体装置１の構成によれば、絶縁樹脂シート１４の側面１４ｓの位置を、放熱板１３の側面１３ｓの位置よりも、幅方向外側に設けている。このため、絶縁樹脂シート１４と半導体モジュール１０の一次成形樹脂部材１６とが直接接着する領域（×印部）が生じる。よって、半導体装置１が冷却水を用いて冷却器１５を冷却する構造（上記の連結構造など）に用いられるような場合、この直接接着する領域によって、放熱板１３の側面１３ｓまで冷却水が滲み込んで吸湿してしまうことを防止することができる（実線矢印）。これにより、絶縁樹脂シート１４の剥離を防止することができる。従って、絶縁樹脂シート１４の剥離を起因とする半田クラックを防止することができる。

図６Ｂの破線円Ｇを参照する。本実施形態に係る半導体装置１の構成によれば、半導体モジュール１０の端部、絶縁樹脂シート１４の端部、および冷却器１５の端部を、二次成形樹脂部材１７で一体的に覆っている。特に、冷却器１５の端部としては、側面１５ｓだけでなく第２の底面１５ｒの一部も覆われている。このため、冷却器１５とリード端子２０との間の沿面距離は、二次成形樹脂部材１７で覆わない構造での距離（点線矢印；例えば２．５ｍｍ）に比べて、二次成形樹脂部材１７で覆った本構造の距離（実線矢印；例えば１２ｍｍ）の方が長くなる。よって、半導体装置１の絶縁性能が向上する。また、二次成形樹脂部材１７で沿面距離を確保できるため、二次成形樹脂部材１７の形状を工夫すれば装置の小型化も可能である。

なお、発明者が行った冷熱耐久試験（−４０℃⇔１２５℃）では、下記の表に示すように、本実施形態に係る半導体装置１の構造では、３０００サイクル経過時に５つの試料（絶縁樹脂シート）にクラックの発生がなかったことを確認できた。

また、本実施形態に係る二次成形樹脂部材１７を用いた半導体装置１は、従来の二次成形樹脂部材１７を用いない半導体装置と比べて、構造体積（体格）をおおよそ２０％も低減できることが確認できた。

［半導体装置の変形例］
上述した半導体装置１の変形例を、図７を参照して幾つか説明する。この変形例は、冷却器１５の形状に関わるものである。

＜変形例１＞
図７（ａ）に、変形例１による半導体装置２の構造断面を示す。この変形例１による半導体装置２では、上述した半導体装置１に比べて、冷却器１５の端部がさらに幅方向外側に伸びている。図７（ａ）の例では、冷却器１５の側部１５ｓが半導体モジュール１０の側部１０ｓよりも外側に位置している。

この変形例１の構造によれば、二次成形樹脂部材１７が冷却天板１５ａに接着する面積を、大きくすることができる。よって、冷却器１５と二次成形樹脂部材１７との接着性が向上する。

＜変形例２＞
図７（ｂ）に、変形例２による半導体装置３の構造断面を示す。この変形例２による半導体装置３では、冷却器１５に設けられた複数の冷却フィン１５ｆのうち最も外側にある冷却フィン１５ｆ_１を、二次成形樹脂部材１７で覆っている。この構造の場合、図７（ｂ）に示すように、最も外側にある冷却フィン１５ｆ_１の高さｈ３は、二次成形樹脂部材１７の外側表面１５ｒの一部を覆う厚さｈ２よりも薄くする（ｈ２＞ｈ３）。この冷却フィン１５ｆおよび１５ｆ_１は、同じ工程で成形することができる。

この変形例２の構造によれば、二次成形樹脂部材１７が冷却天板１５ａに接着する面積を、大きくすることができる。よって、冷却器１５と二次成形樹脂部材１７との接着性が向上する。また、樹脂外の空間から絶縁樹脂シート１４までの最短経路を、上述した半導体装置１に比べて長くすることができる。よって、冷却水が絶縁樹脂シート１４まで滲み込んで絶縁樹脂シート１４が吸湿してしまうことを遅らせることができる。これにより、絶縁樹脂シート１４の酸化を抑制でき、吸湿や熱に起因する接着強度の低下も抑制することができる。従って、絶縁樹脂シート１４の冷熱耐久性を向上させることができる。

＜変形例３＞
図７（ｃ）に、変形例３による半導体装置４の構造断面を示す。この変形例３による半導体装置４では、冷却器１５に設けられた複数の冷却フィン１５ｆのうち最も外側にある冷却フィン１５ｆ_１およびその隣の２番目の冷却フィン１５ｆ_２を、二次成形樹脂部材１７で覆っている。この構造の場合、図７（ｃ）に示すように、最も外側および２番目にある冷却フィン１５ｆ_１および１５ｆ_２の高さｈ３は、二次成形樹脂部材１７の外側表面１５ｒの一部を覆う厚さｈ２よりも薄くする（ｈ２＞ｈ３）。この冷却フィン１５ｆ、１５ｆ_１、および１５ｆ_２は、同じ工程で成形することができる。

この変形例３の構造によれば、この変形例２の構造の効果よりも、冷却器１５と二次成形樹脂部材１７との接着性、絶縁樹脂シート１４の吸湿遅延、酸化抑制、接着強度、および冷熱耐久性を、さらに向上させることができる。

＜変形例４＞
図７（ｄ）に、変形例４による半導体装置５の構造断面を示す。この変形例４による半導体装置５は、上記変形例３による半導体装置４において、冷却天板１５ａの厚みを、冷却フィン１５ｆ_１と冷却フィン１５ｆ_２との間の箇所だけ薄くしている。

この変形例４の構造によれば、この変形例３の構造の効果よりも、冷却器１５と二次成形樹脂部材１７との接着性、絶縁樹脂シート１４の吸湿遅延、酸化抑制、接着強度、および冷熱耐久性を、さらに向上させることができる。

＜変形例５＞
図７（ｅ）に、変形例５による半導体装置６の構造断面を示す。この変形例５による半導体装置６では、上記変形例４による半導体装置５において、冷却天板１５ａの厚みを、冷却フィン１５ｆ_１と側面１５ｓとの間の箇所をさらに薄くしている。

この変形例５の構造によれば、この変形例４の構造の効果よりも、冷却器１５と二次成形樹脂部材１７との接着性、絶縁樹脂シート１４の吸湿遅延、酸化抑制、接着強度、および冷熱耐久性を、さらに向上させることができる。さらに、冷却フィン１５ｆ_２から側面１５ｓまでの冷却天板１５ａの厚みを薄くしているので、絶縁樹脂シート１４の端部にかかる応力を低減できる。

発明者が行った応力シミュレーションの結果では、冷却フィン１５ｆ_２から側面１５ｓまでの冷却天板１５ａの厚みを薄くした変形例５の構造は、厚みが均一の冷却天板１５ａを用いた構造に比べて、絶縁樹脂シート１４の端部にかかる応力をおおよそ５９％も低減できることを確認できた（下記の表を参照）。

本発明は、半導体素子を封止した半導体モジュールと、当該半導体素子を冷却する冷却器とを備えた半導体装置などに利用可能である。

１〜６半導体装置
１０半導体モジュール
１２半導体素子
１３放熱板（放熱部材）
１４絶縁樹脂シート
１５冷却器（ヒートシンク）
１６一次成形樹脂部材
１７二次成形樹脂部材
１８外壁
１８ａ凹部
１９三次形成樹脂部材
２０リード端子
２１金属板
２２シール部材
３０冷却水路

Claims

半導体装置であって、
少なくとも１つの主面に放熱部材が接合された半導体素子を、当該放熱部材の一部を露出させて、第１の樹脂部材で封止した半導体モジュールと、
前記放熱部材の露出部を含む前記半導体モジュールの放熱面に、内側表面が接合される絶縁樹脂シートと、
前記絶縁樹脂シートの前記半導体モジュールが接合されていない外側表面に、内側表面が接合される冷却器とを備え、
少なくとも、前記半導体モジュールの側面、前記絶縁樹脂シートの側面、前記冷却器の側面、および前記冷却器の前記絶縁樹脂シートが接合されていない外側表面の一部が、第２の樹脂部材で覆われていることを特徴とする、半導体装置。