JP2019176058A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器との積層により応力が作用する半導体装置において、封止樹脂体にクラックが生じるのを抑制すること【解決手段】半導体装置は、冷却器と積層され、積層方向において冷却器に挟まれて保持される。半導体装置は、両面に主電極を有するＩＧＢＴ、Ｚ方向においてＩＧＢＴを挟むように配置され、一面側の主電極と電気的に接続された第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、及び、裏面側の主電極と電気的に接続された第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌ、封止樹脂体、第１ヒートシンクであって、Ｙ方向の側面１４ｃに連なり、側面１４ｃからＹ方向に延設された正極端子２２ｐ及び出力端子２３、ヒートシンクの表面に形成された凹凸酸化膜を備える。凹凸酸化膜は、各ヒートシンクの実装面に形成された実装面粗化部と、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌにおいて側面１４ｃに対応する側面１８ｄ，１８ｅに形成された側面粗化部３２を有する。【選択図】図１８

Description

この明細書における開示は、半導体装置に関する。

特許文献１には、両面に主電極を有する半導体素子、半導体素子を挟むように配置された放熱部（ヒートシンク）、放熱部の少なくとも一部及び半導体素子を一体的に封止する封止樹脂体を備えた半導体装置が開示されている。

半導体装置は、放熱部として、一面側の主電極と接続された第１放熱部と、裏面側の主電極と接続された第２放熱部を有している。各放熱部の実装面には、主電極との接続部を取り囲むように凹凸酸化膜が形成されている。凹凸酸化膜の表面は連続して凹凸をなしており、封止樹脂体との密着性を向上することができる。

特開２０１６−１９７７０６号公報

凹凸酸化膜は、金属薄膜にレーザ光を照射することで金属薄膜上に形成された、金属薄膜の主成分金属と同じ金属の酸化物膜である。このような凹凸酸化膜は、低エネルギー密度（１００Ｊ／ｃｍ^２以下）でパルス発振のレーザ光を金属薄膜に照射することにより形成できる。レーザ光を用いるため、封止樹脂体との密着性を向上するためにポリアミドなどを成膜する構成に較べて、所望の部分のみに形成することができる。凹凸酸化膜は、半導体装置において、各放熱部の実装面に形成されている。

上記構成の半導体装置は、たとえば冷却器と交互に積層され、冷却器の間に保持される。半導体装置は積層方向において冷却器に挟まれ、冷却器への取り付け状態で半導体装置に応力が作用する。第１放熱部のみに、積層方向と直交する一方向の側面に連なり、この側面から一方向に延設されて封止樹脂体から突出する延設部が設けられていると、延設部が連なっていない第２放熱部と封止樹脂体との境界部分に、上記した応力が集中する。具体的には、第２放熱部の一方向の側面であって延設部側の面と封止樹脂体との境界部分に応力が集中する。このような応力集中により、封止樹脂体にクラックが生じる虞がある。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、冷却器との積層により応力が作用する半導体装置において、封止樹脂体にクラックが生じるのを抑制することを目的とする。

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

本開示のひとつである半導体装置は、
冷却器（５０）と積層され、積層方向において冷却器に挟まれて保持される半導体装置であって、
積層方向の一面及び一面と反対の裏面のそれぞれに形成された主電極（１１ｃ，１１ｅ）を有する少なくとも１つの半導体素子（１１Ｈ，１１Ｌ）と、
積層方向において半導体素子を挟むように配置された放熱部であり、一面側の主電極と電気的に接続された第１放熱部（１４Ｈ，１４Ｌ）、及び、裏面側の主電極と電気的に接続された第２放熱部（１８Ｈ，１８Ｌ）と、
第１放熱部の少なくとも一部、第２放熱部の少なくとも一部、及び半導体素子を一体的に封止する封止樹脂体（１３）と、
放熱部のうちの第１放熱部であって、積層方向と直交する一方向の第１側面（１４ｃ）に連なり、第１側面から一方向に延設されて封止樹脂体から突出する延設部（２２ｐ，２３）と、
放熱部の表面であって封止樹脂体による封止部分に形成された皮膜（３４）であり、金属薄膜（３５）、及び、金属薄膜上に形成され、金属薄膜の主成分の金属と同じ金属の酸化物の膜であって表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（３０）と、
を備え、
凹凸酸化膜は、各放熱部の実装面において主電極との接続部を取り囲むように形成された実装面粗化部（３１）と、第２放熱部において第１側面に対応する第２側面（１８ｄ，１８ｅ）に形成された側面粗化部（３２）と、を有する。

この半導体装置によれば、凹凸酸化膜による粗化部として、実装面粗化部に加えて、側面粗化部を有している。側面粗化部は、第２放熱部において、延設部が連なった第１側面に対応する第２側面に形成されている。側面粗化部を設けることで、冷却器との積層構造において、応力が集中する第２側面と封止樹脂体との境界部分の密着性が従来よりも高くなっている。したがって、封止樹脂体との密着性の高い部分を局所的に設けつつも、冷却器との積層により応力が作用する半導体装置において、封止樹脂体にクラックが生じるのを抑制することができる。

第１実施形態の半導体装置が適用される電力変換装置の概略構成を示す図である。 半導体装置を示す斜視図である。 半導体装置を示す平面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 図３のV-V線に沿う断面図である。 リードフレームを示す斜視図である。 半導体素子及びターミナルを実装した状態を示す斜視図である。 半導体素子及びターミナルを実装した状態を示す平面図である。 図８の領域IXを拡大した図である。 第２ヒートシンクを実装した状態を示す斜視図である。 封止樹脂体を形成した状態を示す斜視図である。 切削後の状態を示す斜視図である。 冷却器との積層構造を示す図である。 第２ヒートシンクの詳細構造を示す斜視図である。 別の角度から見た第２ヒートシンクの斜視図である。 図１４のXVI-XVI線に沿う断面図である。 参考例を示す平面図であり、図３に対応している。 側面粗化部を示す斜視図であり、図１０に対応している。 第２実施形態の半導体装置において、側面粗化部を示す斜視図であり、図１０に対応している。 第３実施形態の半導体装置において、側面粗化部を示す斜視図であり、図１０に対応している。 その他の例を示す平面図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体素子（ＩＧＢＴ）の厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、半導体素子の並び方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。特に断わりのない限り、ＸＹ面視したときの形状（ＸＹ平面に沿う形状）を平面形状とする。ＸＹ面視は、Ｚ方向の投影視とも言える。Ｚ方向が積層方向に相当し、Ｙ方向が一方向又は第１方向に相当する。Ｘ方向が第２方向に相当する。

（第１実施形態）
以下において、符号末尾のＨは、上下アームのうち、上アーム側の要素であることを示し、末尾のＬは、下アーム側の要素であることを示す。要素の一部には、上アーム及び下アームを明確にするために末尾にＨ，Ｌを付与し、別の一部については、上アームと下アームとで共通符号としている。

（電力変換装置の概略構成）
図１に示す電力変換装置１は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される。電力変換装置１は、車両に搭載された直流電源２から供給される直流電圧を、三相交流に変換して、三相交流方式のモータ３に出力するように構成されている。モータ３は、車両の走行駆動源として機能する。電力変換装置１は、モータ３により発電された電力を、直流に変換して直流電源２に充電することもできる。このように、電力変換装置１は、双方向の電力変換が可能となっている。

電力変換装置１は、平滑コンデンサ４及びインバータ５を備えている。平滑コンデンサ４の正極側の端子は、直流電源２の高電位側の電極である正極に接続され、負極側の端子は、直流電源２の低電位側の電極である負極に接続されている。インバータ５は、入力された直流電力を所定周波数の三相交流に変換し、モータ３に出力する。インバータ５は、モータ３により発電された交流電力を、直流電力に変換する。

インバータ５は、６つのアームよりなる。インバータ５は、三相分の上下アームにより構成されている。各相の上下アームは、正極側の電源ラインである正極側ライン６と、負極側の電源ラインである負極側ライン７との間で、２つのアームが直列に接続されてなる。正極側ライン６は高電位電源ライン、負極側ライン７は低電位電源ラインとも称される。各相の上下アームにおいて、上アームと下アームとの接続点は、モータ３への出力ライン８に接続されている。

本実施形態では、各アームを構成する半導体素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと示す）を採用している。半導体装置１０は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを備えている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのそれぞれには、還流用のダイオードであるＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌが逆並列に接続されている。このように、一相分の上下アームは、２つのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを有して構成されている。図１に示す符号１１ｇは、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのゲート電極である。このように、半導体素子はゲート電極１１ｇを有している。

また、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌとしてｎチャネル型を採用している。上アームを構成するＩＧＢＴ１１Ｈのコレクタ電極１１ｃが、正極側ライン６と電気的に接続されている。下アームを構成するＩＧＢＴ１１Ｌのエミッタ電極１１ｅが、負極側ライン７と電気的に接続されている。そして、上アーム側のＩＧＢＴ１１Ｈのエミッタ電極１１ｅと、下アーム側のＩＧＢＴ１１Ｌのコレクタ電極１１ｃが相互に接続されている。

電力変換装置１は、上記した平滑コンデンサ４及びインバータ５に加えて、直流電源２から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ、インバータ５や昇圧コンバータを構成する半導体素子の動作を制御するゲート駆動回路などを備えてもよい。

（半導体装置の概略構成）
図２〜図１２に示すように、半導体装置１０は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、封止樹脂体１３、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、ターミナル１６、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌ、継手部２０、電源端子２２、出力端子２３、及び信号端子２４を備えている。図４〜図１１では、便宜上、後述する凹凸酸化膜３０（粗化部）を省略している。

半導体素子としてのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体基板に構成されている。本実施形態では、上記したようにＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌがいずれもｎチャネル型とされている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌには、ＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌも一体的に形成されている。詳しくは、ＩＧＢＴ１１ＨにＦＷＤ１２Ｈが形成され、ＩＧＢＴ１１ＬにＦＷＤ１２Ｌが形成されている。このように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌとして、ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴを採用している。ＩＧＢＴ１１Ｈが上アーム素子に相当し、ＩＧＢＴ１１Ｌが下アーム素子に相当する。

ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、Ｚ方向に電流が流れるように縦型構造をなしている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌには、上記したゲート電極１１ｇもそれぞれ形成されている。ゲート電極１１ｇはトレンチ構造をなしている。図４及び図５に示すように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの厚み方向、すなわちＺ方向において、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの一面にコレクタ電極１１ｃがそれぞれ形成され、一面と反対の裏面にエミッタ電極１１ｅがそれぞれ形成されている。コレクタ電極１１ｃはＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌのカソード電極も兼ねており、エミッタ電極１１ｅはＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌのアノード電極も兼ねている。コレクタ電極１１ｃが一面側の主電極に相当し、エミッタ電極１１ｅが裏面側の主電極に相当する。

ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、互いにほぼ同じ平面形状、詳しくは平面略矩形状をなすとともに、互いにほぼ同じ大きさとほぼ同じ厚みを有している。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、互いに同じ構成となっている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、お互いのコレクタ電極１１ｃがＺ方向における同じ側となり、お互いのエミッタ電極１１ｅがＺ方向における同じ側となるように配置されている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、Ｚ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、Ｘ方向に横並びで配置されている。

図９に示すように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの裏面、すなわちエミッタ電極形成面には、信号用の電極であるパッド１１ｐが形成されている。パッド１１ｐは、エミッタ電極１１ｅとは別の位置に形成されている。パッド１１ｐは、エミッタ電極１１ｅと電気的に分離されている。パッド１１ｐは、Ｙ方向において、エミッタ電極１１ｅの形成領域とは反対側の端部に形成されている。

本実施形態では、各ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌが、それぞれ６つのパッド１１ｐを有している。詳しくは、６つのパッド１１ｐとして、ゲート電極１１ｇ用、ダミーゲート電極用、エミッタ電極１１ｅの電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用、同じくカソード電位用を有している。６つのパッドは、平面略矩形状のＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌにおいて、Ｙ方向の一端側にまとめて形成されるとともに、Ｘ方向に並んで形成されている。なお、ダミーゲート電極とは、反転層（チャネル）の発生に寄与しないゲート電極である。

封止樹脂体１３は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを封止している。封止樹脂体１３は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体１３は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体１３は、Ｚ方向に直交する一面１３ａと、一面１３ａと反対の裏面１３ｂと、一面１３ａと裏面１３ｂとをつなぐ側面を有している。一面１３ａ及び裏面１３ｂは、たとえば平坦面となっている。

第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たす。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、配線としての機能も果たす。このため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌが、Ｚ方向からの投影視において、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを内包するように設けられている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌに対して、封止樹脂体１３の一面１３ａ側に配置されている。

第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのコレクタ電極１１ｃと、はんだ１５を介して接続されている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌが、第１放熱部に相当する。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌそれぞれの大部分は封止樹脂体１３によって覆われている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの表面のうち、実装面１４ａにはんだ１５が接続され、実装面１４ａとは反対の放熱面１４ｂが、封止樹脂体１３から露出されている。放熱面１４ｂは、一面１３ａと略面一となっている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの表面のうち、実装面１４ａの一部及び放熱面１４ｂを除く部分は、封止樹脂体１３によって覆われている。

詳しくは、第１ヒートシンク１４Ｈの実装面１４ａに、ＩＧＢＴ１１Ｈのコレクタ電極１１ｃが、はんだ１５を介して接続されている。第１ヒートシンク１４Ｌの実装面１４ａに、ＩＧＢＴ１１Ｌのコレクタ電極１１ｃが、はんだ１５を介して接続されている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの放熱面１４ｂは、封止樹脂体１３の一面１３ａから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。

ターミナル１６は、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌと第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌとの間に介在している。ターミナル１６は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌと第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌとの熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。ターミナル１６は、エミッタ電極１１ｅに対向配置され、はんだ１７を介してエミッタ電極１１ｅと接続されている。ターミナル１６は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌごとに設けられている。

第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌも、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ同様、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たす。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、配線としての機能も果たす。本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌが、Ｚ方向からの投影視において、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを内包するように設けられている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、Ｚ方向において、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌに対し、封止樹脂体１３の裏面１３ｂ側に配置されている。

第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのエミッタ電極１１ｅと電気的に接続されている。詳しくは、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、対応するエミッタ電極１１ｅと、はんだ１７、ターミナル１６、及びはんだ１９を介して、電気的に接続されている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌが、第２放熱部に相当する。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの大部分は封止樹脂体１３によって覆われている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの表面のうち、実装面１８ａにはんだ１９が接続されており、実装面１８ａとは反対の放熱面１８ｂが封止樹脂体１３から露出されている。放熱面１８ｂは、裏面１３ｂと略面一となっている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの表面のうち、実装面１８ａの一部及び放熱面１８ｂを除く部分は、封止樹脂体１３によって覆われている。

詳しくは、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａに、ＩＧＢＴ１１Ｈに対応するターミナル１６が、はんだ１９を介して接続されている。第２ヒートシンク１８Ｌの実装面１８ａに、ＩＧＢＴ１１Ｌに対応するターミナル１６が、はんだ１９を介して接続されている。それぞれの実装面１８ａには、溢れたはんだ１９を吸収するための溝１８ｃが形成されている。溝１８ｃは、Ｚ方向からの投影視において、エミッタ電極１１ｅ、すなわちターミナル１６を取り囲むように環状に形成されている。

第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。そして、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの放熱面１８ｂが、封止樹脂体１３の裏面１３ｂから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌを共通部材としており、第２ヒートシンク１８Ｈと第２ヒートシンク１８Ｌとの配置はＺ軸を回転軸とする２回対称となっている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、Ｙ方向の側面１８ｄ，１８ｅを有している。第２ヒートシンク１８Ｈにおいて側面１８ｄが側面１４ｃに対応しており、第２ヒートシンク１８Ｌにおいて側面１８ｅが側面１４ｃに対応している。このため、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄ及び第２ヒートシンク１８Ｌの側面１８ｅが、第２側面に相当する。第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄ及び第２ヒートシンク１８Ｌの側面１８ｅは、Ｙ方向において側面１４ｃと同じ側の面であり、Ｙ方向に延びる部材が連なっていない。

継手部２０は、第１継手部２０ａ、第２継手部２０ｂ、及び第３継手部２０ｃを有している。第１継手部２０ａ及び第３継手部２０ｃは、上アーム側の第２ヒートシンク１８Ｈと、下アーム側の第１ヒートシンク１４Ｌとを電気的に接続している。図５及び図１０に示すように、第２継手部２０ｂは、下アーム側の第２ヒートシンク１８Ｌと負極端子２２ｎとを電気的に接続している。

本実施形態において、第１継手部２０ａは、同一の金属板を加工することで第２ヒートシンク１８Ｈと一体的に設けられている。また、第２継手部２０ｂは、同一の金属板を加工することで第２ヒートシンク１８Ｌと一体的に設けられている。第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈと、第２継手部２０ｂを含む第２ヒートシンク１８Ｌとを共通部材としており、半導体装置１０においてこれらの配置は、Ｚ軸を回転軸とする２回対称となっている。

第１継手部２０ａは、封止樹脂体１３に被覆されるように、第２ヒートシンク１８Ｈよりも薄く設けられている。第１継手部２０ａは、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａと略面一となるように、第２ヒートシンク１８Ｈに連なっている。第１継手部２０ａは、薄板状をなしており、第２ヒートシンク１８Ｈにおける第２ヒートシンク１８Ｌ側の側面からＸ方向に延びている。第１継手部２０ａ及び第２ヒートシンク１８Ｈを有する部材において、第２ヒートシンク１８Ｈは、エミッタ電極１１ｅと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、第１継手部２０ａは、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である第１継手部２０ａは、厚肉部である第２ヒートシンク１８Ｈの側面からＸ方向に延設されており、Ｙ方向に延設されていない。第１継手部２０ａにおいて、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａに連なる面には、はんだ２１を介して第３継手部２０ｃが接続されている。

第２継手部２０ｂも、封止樹脂体１３に被覆されるように、第２ヒートシンク１８Ｌよりも薄く設けられている。第２継手部２０ｂは、第２ヒートシンク１８Ｌの実装面１８ａと略面一となるように、第２ヒートシンク１８Ｌに連なっている。第２継手部２０ｂは、薄板状をなしており、第２ヒートシンク１８Ｌにおける第２ヒートシンク１８Ｌ側の側面からＸ方向に延びている。

第２継手部２０ｂ及び第２ヒートシンク１８Ｌを有する部材において、第２ヒートシンク１８Ｌは、エミッタ電極１１ｅと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、第２継手部２０ｂは、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である第２継手部２０ｂは、厚肉部である第２ヒートシンク１８Ｌの側面からＸ方向に延設されており、Ｙ方向に延設されていない。第２継手部２０ｂにおいて、第２ヒートシンク１８Ｌの実装面１８ａに連なる面には、はんだ２１を介して負極端子２２ｎが接続されている。

第１継手部２０ａ及び第２継手部２０ｂそれぞれの実装面１８ａに連なる面には、溢れたはんだ２１を吸収するための溝２０ｄが形成されている。溝２０ｄは、環状に形成されている。以下において、第１継手部２０ａ及び第２継手部２０ｂを、単に継手部２０ａ，２０ｂとも称する。

本実施形態では、はんだ１５，１７，１９，２１として、Ｎｉボール入りのはんだを採用している。Ｎｉボールとしては、超音波探傷装置（SAT：Scanning Acoustic Tomograph）での検査が可能なはんだ厚を確保できる直径、たとえば４０μｍ以上を有していればよい。これにより、はんだ１５，１７，１９，２１のいずれについても、たとえばボイドの検出が可能となる。

第３継手部２０ｃも、同一の金属板を加工することで第１ヒートシンク１４Ｌと一体的に設けられている。第３継手部２０ｃは、封止樹脂体１３に被覆されるように、第１ヒートシンク１４Ｌよりも薄く設けられている。第３継手部２０ｃは、第１ヒートシンク１４Ｌの実装面１４ａに略面一で連なっている。第３継手部２０ｃは、第１ヒートシンク１４Ｌにおける第１ヒートシンク１４Ｈ側の側面から、第２ヒートシンク１８Ｈに向けて延設されている。

第３継手部２０ｃは、Ｚ方向からの平面視において、Ｘ方向に延設されている。本実施形態では、図４に示すように、第３継手部２０ｃが屈曲部を２箇所有している。第３継手部２０ｃの先端部分は、Ｚ方向からの投影視において、第１継手部２０ａと重なっている。そして、第３継手部２０ｃと第１継手部２０ａとが、はんだ２１を介して接続されている。第３継手部２０ｃは、Ｙ方向において、第２継手部２０ｂと横並びとなるように設けられている。

なお、第１継手部２０ａを、第２ヒートシンク１８Ｈとは別部材とし、第２ヒートシンク１８Ｈに接続することで第２ヒートシンク１８Ｈに連なる構成としてもよい。第２継手部２０ｂを、第２ヒートシンク１８Ｌとは別部材とし、第２ヒートシンク１８Ｌに接続することで第２ヒートシンク１８Ｌに連なる構成としてもよい。また、第３継手部２０ｃを、第１ヒートシンク１４Ｌとは別部材とし、第１ヒートシンク１４Ｌに接続することで第１ヒートシンク１４Ｌに連なる構成としてもよい。第１継手部２０ａ及び第３継手部２０ｃの一方のみにより、上アームと下アームとを電気的に接続することもできる。

電源端子２２は、正極端子２２ｐ及び負極端子２２ｎを有している。正極端子２２ｐは、平滑コンデンサ４の正極側の端子と電気的に接続される。正極端子２２ｐは、正極側ライン６と電気的に接続される。正極端子２２ｐは、主電流が流れる主端子である。正極端子２２ｐは、高電位電源端子、Ｐ端子とも称される。正極端子２２ｐは、第１ヒートシンク１４Ｈに連なっており、第１ヒートシンク１４Ｈの側面のうち、Ｙ方向において信号端子２４側の面とは反対の側面１４ｃからＹ方向に延設されている。正極端子２２ｐが延設部又は第１主端子に相当し、側面１４ｃが第１側面に相当する。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、正極端子２２ｐが第１ヒートシンク１４Ｈと一体的に設けられている。正極端子２２ｐは、第１ヒートシンク１４ＨにおけるＹ方向の一端に連なっている。正極端子２２ｐは、Ｙ方向に延設され、図３に示すように、封止樹脂体１３の側面１３ｃから外部に突出している。

第１ヒートシンク１４Ｈ及び正極端子２２ｐを構成する金属板として異形条を採用しており、正極端子２２ｐは薄板状をなしている。正極端子２２ｐ及び第１ヒートシンク１４Ｈを有する部材において、第１ヒートシンク１４Ｈは、コレクタ電極１１ｃと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、正極端子２２ｐは、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である正極端子２２ｐは、厚肉部である第１ヒートシンク１４Ｈの側面１４ｃからＹ方向に延設され、封止樹脂体１３の側面１３ｃから突出している。

負極端子２２ｎは、平滑コンデンサ４の負極側の端子と電気的に接続される。負極端子２２ｎは、負極側ライン７と電気的に接続される。負極端子２２ｎは、主電流が流れる主端子である。負極端子２２ｎは、低電位電源端子、Ｎ端子とも称される。負極端子２２ｎは、その一部が、Ｚ方向からの投影視において第３継手部２０ｃと重なるように配置されている。負極端子２２ｎは、Ｚ方向において、第３継手部２０ｃよりもＩＧＢＴ１１Ｌに近い位置に配置されている。負極端子２２ｎと第３継手部２０ｃも、はんだ２１を介して接続されている。

負極端子２２ｎは、Ｙ方向に延設されて、正極端子２２ｐと同じ側面１３ｃから外部に突出している。図５及び図６などに示すように、負極端子２２ｎのうち、第２継手部２０ｂとの接続部分の厚みは、他の部分の厚み、たとえば封止樹脂体１３から外に突出した部分の厚みよりも厚くされている。

出力端子２３は、上下アームの接続点と電気的に接続される。出力端子２３は、主電流が流れる主端子である。出力端子２３は、モータ３の対応する相のコイル（固定子巻線）と電気的に接続される。出力端子２３は、交流端子、Ｏ端子とも称される。出力端子２３は、第１ヒートシンク１４Ｌに連なっており、第１ヒートシンク１４Ｌの側面のうち、Ｙ方向において信号端子２４側の面とは反対の側面１４ｃから、Ｙ方向であって正極端子２２ｐと同じ側に延設されている。出力端子２３が延設部又は第２主端子に相当し、第１ヒートシンク１４Ｌの側面１４ｃが第１側面に相当する。

本実施形態では、同一の金属板を加工することで、出力端子２３が第１ヒートシンク１４Ｌと一体的に設けられている。出力端子２３は、第１ヒートシンク１４ＬにおけるＹ方向の一端に連なっている。出力端子２３は、Ｙ方向に延設されて、正極端子２２ｐ及び負極端子２２ｎと同じ側面１３ｃから外部に突出している。

第１ヒートシンク１４Ｌ及び出力端子２３を構成する金属板として異形条を採用しており、出力端子２３は薄板状をなしている。出力端子２３及び第１ヒートシンク１４Ｌを有する部材において、第１ヒートシンク１４Ｌは、コレクタ電極１１ｃと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、出力端子２３は、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である出力端子２３は、厚肉部である第１ヒートシンク１４Ｌの側面１４ｃからＹ方向に延設され、封止樹脂体１３の側面１３ｃから突出している。

正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３それぞれの封止樹脂体１３からの突出部分は、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。また、Ｘ方向において、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３の順に並んで配置されている。このように、正極端子２２ｐの隣りに、負極端子２２ｎが配置されている。

正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３は、少なくとも封止樹脂体１３から突出部分において略平板状とされ、Ｚ方向の厚みが互いに略等しくされている。よって、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３それぞれの突出部分の厚みが、互いに略等しくされている。また、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３それぞれの突出部分の幅が、互いに略等しくされている。ここで、幅とは、側面１３ｃからの突出方向であるＹ方向及び板厚方向であるＺ方向の両方向に直交する方向、すなわちＸ方向の長さである。

また、正極端子２２ｐの突出長さが、負極端子２２ｎの突出長さよりも短くされている。ここで、突出長さとは、封止樹脂体１３の側面１３ｃを位置の基準として、外部に延設された長さである。本実施形態では、出力端子２３の突出長さが、負極端子２２ｎの突出長さよりも長くされている。すなわち、突出長さは、正極端子２２ｐが最も短くされ、出力端子２３が最も長くされている。負極端子２２ｎの突出長さは、中間の長さとされている。

なお、正極端子２２ｐを、第１ヒートシンク１４Ｈとは別部材とし、第１ヒートシンク１４Ｈに接続することで第１ヒートシンク１４Ｈに連なる構成としてもよい。負極端子２２ｎを、第３継手部２０ｃ、ひいては第２ヒートシンク１８Ｌと同一の金属板から構成してもよい。出力端子２３を、第１ヒートシンク１４Ｌとは別部材とし、第１ヒートシンク１４Ｌに接続することで第１ヒートシンク１４Ｌに連なる構成としてもよい。

電源端子２２及び出力端子２３には、後述する冷却器との積層状態で、図示しないバスバーがそれぞれ接続される。バスバーは、正極側ライン６、負極側ライン７、出力ライン８を構成する。バスバーは、たとえばレーザ溶接により、対応する電源端子２２、出力端子２３と接続される。

信号端子２４は、図７〜図９に示すように、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのパッド１１ｐに、ボンディングワイヤ２５を介して電気的に接続されている。本実施形態では、アルミニウム系のボンディングワイヤ２５を採用している。信号端子２４は、Ｙ方向に延設されており、図３に示すように、封止樹脂体１３において側面１３ｃとは反対の側面１３ｄから外部に突出している。

半導体装置１０は、ＩＧＢＴ１１Ｈ用に５本の信号端子２４を有し、ＩＧＢＴ１１Ｌ用に５本の信号端子２４を有している。それぞれの５本の信号端子２４のうち、１本の信号端子２４ａは、残りの信号端子２４ｂよりもボンディングワイヤ２５が接続される領域のＸ方向の幅が広くされている。信号端子２４ａには、エミッタ電極１１ｅの電位を検出するケルビンエミッタ用のパッド１１ｐとダミーゲート電極用のパッド１１ｐが、それぞれボンディングワイヤ２５を介して接続されている。これにより、ダミーゲート電極がエミッタ電位に固定されている。ゲート電極１１ｇ用、電流センス用、温度センサのアノード電位用、カソード電位用のパッド１１ｐについては、互いに異なる信号端子２４ｂに接続されている。

図６などに示すように、本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、第３継手部２０ｃ、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、出力端子２３、及び信号端子２４が、同一の金属板であるリードフレーム２６から構成されている。リードフレーム２６は、上記以外にも、外枠２６ａ、吊りリード２６ｂ、及びタイバー２６ｃなどを有している。リードフレーム２６において、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ及び負極端子２２ｎの一部分が厚肉部とされており、それ以外の部分は厚肉部よりも厚みの薄い薄肉部とされている。

Ｙ方向において、第１ヒートシンク１４Ｈは、側面１４ｃから延設された正極端子２２ｐを介して外枠２６ａに連結されている。第１ヒートシンク１４Ｌも、側面１４ｃから延設された出力端子２３を介して外枠２６ａに連結されている。また、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌにおける側面１４ｃと反対の側面１４ｄには、吊りリード２６ｂが連なっている。吊りリード２６ｂは、側面１４ｄからＹ方向に延設され、外枠２６ａに連結されている。

主端子である正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３は、Ｙ方向においてそれぞれの一端が外枠２６ａに連なっている。また、Ｘ方向に延びるタイバー２６ｃにより、相互に連結されている。信号端子２４は、タイバー２６ｃにより、外枠２６ａ及び吊りリード２６ｂに連結されている。信号端子２４において、ボンディングワイヤ２５が接続される端部とは反対の端部は、外枠２６ａに連結されておらず、フリーとなっている。

以上のように構成される半導体装置１０では、封止樹脂体１３により、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌそれぞれの一部、ターミナル１６、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌそれぞれの一部、電源端子２２それぞれの一部、出力端子２３の一部、及び信号端子２４の一部が、一体的に封止されている。半導体装置１０では、封止樹脂体１３によって、一相分の上下アームを構成する２つのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌが封止されている。このため、半導体装置１０は、２ｉｎ１パッケージとも称される。

第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌそれぞれの放熱面１４ｂは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体１３の一面１３ａと略面一となっている。同じく、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌそれぞれの放熱面１８ｂは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体１３の裏面１３ｂと略面一となっている。このように、半導体装置１０は、放熱面１４ｂ，１８ｂがともに封止樹脂体１３から露出された両面放熱構造をなしている。

（半導体装置１０の製造方法）
製造方法の概略について説明する。先ず、半導体装置１０を構成する各要素を準備する。たとえば図６に示すリードフレーム２６を準備する。また、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、ターミナル１６、第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈ、第２継手部２０ｂを含む第２ヒートシンク１８Ｌをそれぞれ準備する。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、上記したように共通部材である。

次いで、リードフレーム２６における第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの実装面１４ａ上に、はんだ１５を介して、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを配置する。その際、コレクタ電極１１ｃが実装面１４ａと対向するように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを配置する。次に、たとえば予め両面にはんだ１７，１９が迎えはんだとして配置されたターミナル１６を、はんだ１７がＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ側となるように配置する。はんだ１９については、半導体装置１０における高さばらつきを吸収可能な量、配置しておく。また、第３継手部２０ｃ及び負極端子２２ｎ上にはんだ２１を配置しておく。

そして、この積層状態で、はんだの１ｓｔリフローを実施する。これにより、はんだ１５を介して、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのコレクタ電極１１ｃと対応する第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌとが接続される。また、はんだ１７を介して、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのエミッタ電極１１ｅと対応するターミナル１６とが接続される。すなわち、リードフレーム２６、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、及びターミナル１６が一体化された接続体を得ることができる。リフロー後、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのパッド１１ｐと信号端子２４を、ボンディングワイヤ２５により接続する。図７、図８、図９は、ボンディング後の接続体を示している。

次いで、実装面１８ａが上になるようにして第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌを図示しない台座上に配置する。そして、ターミナル１６が第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌに対向するように、接続体を第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌ上に配置し、はんだの２ｎｄリフローを実施する。２ｎｄリフローでは、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ側から荷重を加えることで、半導体装置１０の高さが所定高さとなるようにする。詳しくは、図示しないスペーサを、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌと台座との間に配置し、スペーサを、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌと台座の両方に接触させる。このようにして、半導体装置１０の高さが所定高さとなるようにする。図１０は、２ｎｄリフロー後の状態を示している。

次いで、トランスファモールド法により封止樹脂体１３の成形を行う。本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ及び第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌが完全に被覆されるように、封止樹脂体１３を成形する。図１１は、成形後の状態を示している。

次いで、成形した封止樹脂体１３を第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの一部ごと切削することにより、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの放熱面１４ｂを露出させる。これにより、放熱面１４ｂは一面１３ａと略面一となる。同じく、封止樹脂体１３を第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの一部ごと切削することにより、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの放熱面１８ｂを露出させる。これにより、放熱面１８ｂは裏面１３ｂと略面一となる。

図１２は、切削後の状態を示している。なお、放熱面１４ｂ，１８ｂを成形金型のキャビティ壁面に押し当て、密着させた状態で、封止樹脂体１３を成形してもよい。この場合、封止樹脂体１３を成形した時点で、放熱面１４ｂ，１８ｂが封止樹脂体１３から露出される。このため、成形後の切削が不要となる。

次いで、外枠２６ａ及びタイバー２６ｃなど、リードフレーム２６の不要部分を除去する。これにより、半導体装置１０を得ることができる。

（冷却器との積層構造）
図１３に示すように、半導体装置１０は、冷却器５０と交互に積層され、冷却器５０とともにパワーモジュールを構成する。冷却器５０は、内部に冷媒が流通され、Ｚ方向において各半導体装置１０の両面側にそれぞれ配置されて、半導体装置１０を両面側から冷却する。冷却器５０は、冷媒が流れる通路を内部に有するように、管状（チューブ状）に形成されている。また、Ｚ方向において、半導体装置１０と冷却器５０とが交互に積層されるように、隣り合う冷却器５０の間に所定間隔を有して配置されている。このように，Ｚ方向が、積層方向に相当する。

冷却器５０は、Ｘ方向の一端側で、上流側連結部５１により、隣り合う冷却器５０同士が連結されている。上流側連結部５１は、供給された冷媒を、各冷却器５０に分配する機能を果たす。一方、Ｘ方向の他端側で、下流側連結部５２により、隣り合う冷却器５０同士が連結されている。この下流側連結部５２は、各冷却器５０に分配された冷媒を合流させる機能を果たす。

図１３に示すパワーモジュールは、インバータ５の三相分の上下アームを構成する３つの半導体装置１０と、各半導体装置１０を両面側から冷却するように、半導体装置１０と交互に積層された複数の冷却器５０を備えている。半導体装置１０は、Ｚ方向において冷却器５０によって挟まれている。封止樹脂体１３の大部分は、隣り合う冷却器５０の対向領域内に配置されている。正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３は、対応するバスバーとの接続のため、対向領域の外まで延設されている。

（凹凸酸化膜）
図１４及び図１５は、第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈを示している。第２ヒートシンク１８Ｈには、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜３０が形成されている。このように、半導体装置１０は、凹凸酸化膜３０を備えている。凹凸酸化膜３０は、レーザ光を照射することで形成されている。第２継手部２０ｂを含む第２ヒートシンク１８Ｌも、共通構造であるため、同様の構成となっている。以下では、第２ヒートシンク１８Ｈを例に説明する。

図１４及び図１５に示すように、凹凸酸化膜３０は、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａと側面１８ｄ，１８ｅにそれぞれ形成されている。半導体装置１０は、凹凸酸化膜３０による粗化部として、実装面粗化部３１及び側面粗化部３２を有している。明確化のため、図１４では、凹凸酸化膜３０の形成領域にハッチングを施している。

実装面粗化部３１は、実装面１８ａに凹凸酸化膜３０が形成されてなる。実装面１８ａにおいて、溝１８ｃ及び溝１８ｃよりも内側の領域には、凹凸酸化膜３０が形成されていない。図１４及び図１５に破線で示す境界３１ａは、凹凸酸化膜３０の形成領域と非形成領域との境界を示している。境界３１ａは、環状をなす溝１８ｃの外周に大部分でほぼ一致している。境界３１ａは、外周の一部分に対して、それよりも外側に設定されている。具体的には、四隅が丸められた略矩形環状の溝１８ｃに対し、四隅のひとつについては、その外周部分に境界３１ａが一致せず、外周部分よりも外側に境界３１ａが設定されている。このように、本実施形態では、溝１８ｃの外周と境界３１ａとの間に、凹凸酸化膜３０の形成されていない非粗化領域３１ｂを意図的に設けている。

カメラ等の撮像手段によってレーザ光による粗化の位置ずれを検査する際、境界３１ａ、すなわち実装面粗化部３１の輪郭のすべてが溝１８ｃ内に入ると、ピントが合わず、輪郭を認識できなくなる。このため、位置ずれが生じても検出できない。これに対し、本実施形態では、溝１８ｃの外周と境界３１ａとの間に非粗化領域３１ｂを設けているため、確実に位置ずれを検査することができる。

また、実装されるＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのサイズが異なり、これにより溝１８ｃの大きさが異なる複数の品番を検査する際に、誤ったパターンでの粗化を検出することも可能となる。たとえば、サイズ大用のパターンで粗化すべきところ、誤ってサイズ小用のパターンで粗化したとしても、非粗化領域３１ｂの少なくとも一部が溝１８ｃ外となるため、位置ずれ検査と合わせて粗化パターン間違えも検査することができる。

本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａだけでなく、第２ヒートシンク１８に連なる第１継手部２０ａの実装面にも、実装面粗化部３１が一体的に形成されている。第１継手部２０ａにおいて、凹凸酸化膜３０は、溝２０ｄ及び溝２０ｄよりも内側の領域には、形成されておらず、溝２０ｄの全周で上記した境界が溝２０ｄの外周とほぼ一致している。

側面粗化部３２は、側面１８ｄ，１８ｅのそれぞれに凹凸酸化膜３０が形成されてなる。側面粗化部３２は、第２ヒートシンク１８Ｈの側面のうち、側面１８ｄ，１８ｅのみに形成されている。本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈに連なる第１継手部２０ａにも、側面粗化部３２が一体的に形成されている。第１継手部２０ａにおいて、凹凸酸化膜３０は、側面１８ｄに連なる面に形成されている。第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄ，１８ｅ及び該側面１８ｄに連なる第１継手部２０ａの面それぞれの全面が、側面粗化部３２とされている。

図１６に示すように、凹凸酸化膜３０は、基材３３上に形成された皮膜３４の一部である。基材３３は、第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈを構成するＣｕなどの金属部材である。皮膜３４は、基材３３の表面に形成された金属薄膜３５と、凹凸酸化膜３０を有している。

本実施形態において、金属薄膜３５はＮｉを主成分とする膜を少なくとも含んでいる。金属薄膜３５は、たとえばめっき、蒸着により形成されたものである。金属薄膜３５は、たとえば無電解Ｎｉめっき膜を含んでいる。

金属薄膜３５は、基材３３の表面のうち、第２ヒートシンク１８Ｈの放熱面１８ｂを除く部分に形成されている。金属薄膜３５の表面のうち、実装面粗化部３１の形成部分、及び、側面粗化部３２の形成部分には、複数の凹部３５ａが形成されている。凹部３５ａが形成されていない部分において、金属薄膜３５の膜厚は、たとえば１０μｍ程度とされる。換言すれば、後述するレーザ光の照射前の膜厚が、１０μｍ程度とされる。

凹部３５ａは、パルス発振のレーザ光の照射により形成されている。１パルスごとに１つの凹部３５ａが形成される。凹部３５ａは、レーザ光の照射痕である。レーザ光の走査方向において、隣り合う凹部３５ａが連なっている。実装面粗化部３１及び側面粗化部３２の形成部分において、金属薄膜３５の表面は、複数の凹部３５ａにより鱗状をなしている。

各凹部３５ａの幅は、５μｍ〜３００μｍとされている。凹部３５ａの深さは、０．５μｍ〜５μｍとされている。凹部３５ａの深さが０．５μｍより浅いと、レーザ光の照射による金属薄膜３５の表面の溶融及び蒸着が不十分となり、凹凸酸化膜３０が形成され難くなる。凹部３５ａの深さが５μｍよりも深いと、金属薄膜３５の表面が溶融飛散しやすくなり、蒸着よりも溶融飛散による表面形成が支配的となり、凹凸酸化膜３０が形成され難くなる。

凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５を構成する主成分金属と同じ金属の酸化物の膜である。凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５にレーザ光を照射することで、金属薄膜３５を構成する金属を酸化して形成されている。凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５の表層を酸化することで、金属薄膜３５の表面に形成された酸化物の膜である。凹凸酸化膜３０は、レーザ光の照射により形成されるため、レーザ照射膜とも言える。

本実施形態では、凹凸酸化膜３０を構成する成分のうち、８０％がＮＩ_２Ｏ_３、１０％がＮｉＯ、１０％がＮｉとなっている。このように、凹凸酸化膜３０の主成分は、金属薄膜３５の主成分であるＮｉの酸化物である。

凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５の表面のうち、凹部３５ａの表面に形成されている。凹凸酸化膜３０の平均膜厚は、１０ｎｍ〜数百ｎｍとされている。凹凸酸化膜３０は、凹部３５ａを有する金属薄膜３５の表面の凹凸に倣って形成されている。また、凹凸酸化膜３０の表面には、凹部３５ａの幅よりも細かいピッチで凹凸が形成されている。すなわち、非常に微細な凹凸（粗化部）が形成されている。換言すれば、複数の凸部３０ａ（柱状体）が、細かいピッチで形成されている。たとえば凸部３０ａの平均幅は１ｎｍ〜３００ｎｍ、凸部３０ａ間の平均間隔は１ｎｍ〜３００ｎｍとされている。また、凸部３０ａの平均高さは、１０ｎｍ〜数百ｎｍとされている。

このように、表面に非常に微細な凹凸が形成された凹凸酸化膜３０により、実装面粗化部３１及び側面粗化部３２が形成されている。凹凸酸化膜３０を有すると、凹凸酸化膜３０を有さない構成、すなわち金属薄膜３５の表面が露出する構成に比べて、はんだに対する濡れ性を低下させることができる。このため、実装面粗化部３１により、はんだ１９，２１の濡れ拡がりを抑制することができる。

また、凹凸酸化膜３０の表面の凸部３０ａに封止樹脂体１３が絡みつき、アンカー効果が生じる。凹凸により、封止樹脂体１３との接触面積が増える。これにより、実装面粗化部３１及び側面粗化部３２のそれぞれに、封止樹脂体１３が密着する。したがって、封止樹脂体１３の剥離を抑制することができる。

なお、凹凸酸化膜３０については、以下の方法によって形成することができる。まず、上記した金属薄膜３５が形成された第２ヒートシンク１８Ｈを準備する。

次に、レーザ光を照射して凹凸酸化膜３０を形成する。第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａ及び側面１８ｄ，１８ｅのそれぞれに、パルス発振のレーザ光を照射することにより、金属薄膜３５の表面を溶融及び蒸発させる。具体的には、レーザ光を照射することにより、金属薄膜３５の表面の部分を溶融させるとともに、蒸発（気化）させて、外気中に浮遊させる。

パルス発振のレーザ光は、エネルギー密度が０Ｊ／ｃｍ^２より大きく１００Ｊ／ｃｍ^２以下で、パルス幅が１μ秒以下となるように調整される。この条件を満たすには、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ファイバレーザなどを採用することができる。たとえばＹＡＧレーザの場合、エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ^２以上であればよい。無電解Ｎｉめっきの場合、たとえば５Ｊ／ｃｍ^２程度でも金属薄膜３５を加工することができる。

このとき、レーザ光の光源と第２ヒートシンク１８Ｈとを相対的に移動させることにより、レーザ光を複数の位置に順に照射する。レーザ光を照射し、金属薄膜３５の表面を溶融、気化させることで、金属薄膜３５の表面には、凹部３５ａが形成される。金属薄膜３５のうち、レーザ光を照射した部分の平均厚みは、レーザ光を照射しない部分の平均厚みよりも薄くなる。また、レーザ光のスポットに対応して形成される複数の凹部３５ａは、Ｘ方向において連なるとともに、Ｙ方向においても連なる。これにより、レーザ照射痕である凹部３５ａは、たとえば鱗状となる。

次いで、溶融した金属薄膜３５の部分を凝固させる。具体的には、溶融して気化した金属薄膜３５を、レーザ光が照射された部分やその周辺部分に蒸着させる。このように、溶融して気化した金属薄膜３５を蒸着させることにより、金属薄膜３５の表面上に凹凸酸化膜３０を形成する。凹凸酸化膜３０は、主として、金属薄膜３５におけるレーザ光が照射された部分に形成される。

なお、レーザ光の照射において、エネルギー密度を１００Ｊ／ｃｍ^２よりも大きくすると、凹凸酸化膜３０が形成されない。また、パルス発振ではなく、連続発振のレーザ光を照射した場合にも、凹凸酸化膜３０が形成されない。

（半導体装置の効果）
図１７は、比較例を示している。比較例の符号として、本実施形態に示した関連する要素の符号に１００を加算したもの付与している。比較例では、図示しないが、第２ヒートシンク１１８Ｈ，１１８Ｌの実装面のみに、凹凸酸化膜が形成されている。すなわち、実装面粗化部のみを有している。半導体装置１１０はＺ方向において冷却器に挟まれ、冷却器への取り付け状態で半導体装置１１０に応力が作用する。半導体装置１１０では、第２ヒートシンク１１８及び図中に表れていない第１ヒートシンクのうち、第１ヒートシンクのみに、Ｙ方向の側面からＹ方向に延設されて封止樹脂体１１３から突出する延設部としての正極端子２２ｐ、出力端子１２３が設けられている。このため、第２ヒートシンク１１８Ｈの側面１１８ｄと封止樹脂体１１３との境界部分、第２ヒートシンク１１８Ｈの側面１１８ｅと封止樹脂体１１３との境界部分に応力が集中する。このような応力集中により、封止樹脂体１１３に図中に例示するようなクラック２００（割れ）が生じる虞がある。クラック２００は、裏面１１３ｂ側においてＸ方向に沿って生じる虞がある。

これに対し、本実施形態では、凹凸酸化膜３０による粗化部として、実装面粗化部３１に加えて、側面粗化部３２を有している。側面粗化部３２は、図１８に示すように、第２ヒートシンク１８Ｈにおいて、延設部が連なる側面１４ｃに対応する側面１８ｄに形成されている。また、第２ヒートシンク１８Ｌにおいて、延設部が連なる側面１４ｃに対応する側面１８ｅに形成されている。側面粗化部３２を設けることで、冷却器５０との積層構造において応力が集中する側面と封止樹脂体１３との境界部分の密着性が従来よりも高くなっている。したがって、封止樹脂体１３との密着性の高い部分を局所的に設けつつも、冷却器５０との積層により応力が作用する半導体装置１０において、封止樹脂体１３にクラックが生じるのを抑制することができる。

特に本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの側面１４ｃに、延設部として正極端子２２ｐ、出力端子２３が連なっている。正極端子２２ｐ及び出力端子２３はバスバーと接続されるため、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌが積層の応力を受けて変形し難い。その分、応力は第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと封止樹脂体１３との境界部分に集中する。しかしながら、凹凸酸化膜３０による側面粗化部３２により、クラックが生じるのを抑制することができる。

本実施形態では、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１ＬがＸ方向において並んで配置されており、これにより第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８ＬもＸ方向に並んで配置されている。この横並び配置により、延設部である正極端子２２ｐ、出力端子２３の延設方向と直交するＸ方向において、封止樹脂体１３の長さが長くなっている。このため、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと封止樹脂体１３との境界部分に応力が集中しやすい。しかしながら、凹凸酸化膜３０による側面粗化部３２により、クラックが生じるのを抑制することができる。特に、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの両方に側面粗化部３２を設けているため、いずれかに応力が偏って作用しても、クラックが生じるのを抑制することができる。

本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌに連なる継手部２０ａ，２０ｂの側面にも、側面粗化部３２が設けられている。このように、厚肉部である第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌに連なる薄肉部にも側面粗化部３２が設けられているため、クラックが生じるのを効果的に抑制することができる。

本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの側面１４ｄには、延設部としての吊りリード２６ｂが連なっている。吊りリード２６ｂは、冷却器５０との積層構造において、自由端である。これに対し、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌにおいて、Ｙ方向の側面１８ｄ，１８ｅの両方に側面粗化部３２を設けている。すなわち、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄにも、側面粗化部３２を設けている。したがって、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと封止樹脂体１３との境界部分、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分に応力が集中しても、クラックが生じるのを抑制することができる。

なお、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌを共通部材とする例を示したが、これに限定されない。互いに異なる部材を採用し、第２ヒートシンク１８Ｈにおいて側面１８ｄのみ、第２ヒートシンク１８Ｌにおいて側面１８ｅのみに、側面粗化部３２を設けてもよい。

また、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの実装面１８ａに凹凸酸化膜３０（実装面粗化部３１）を設ける例を示したがこれに限定されない。実装面１８ａに加えて、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの実装面１４ａに凹凸酸化膜３０を設けてもよい。リードフレーム２６において実装面１８ａ側の面のうち、封止樹脂体１３に封止される部分であって、実装部分を除く部分に凹凸酸化膜３０を設けてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。

下アーム側の第２ヒートシンク１８Ｌに連なる第２継手部２０ｂは、負極端子２２ｎと接続されている。負極端子２２ｎの接続により、第２ヒートシンク１８Ｌは変形し難くなり、負極端子２２ｎにバスバーに接続されることでさらに変形し難くなる。

一方、上アーム側の第２ヒートシンク１８Ｈに連なる第１継手部２０ａは、第１ヒートシンク１４Ｌの第３継手部２０ｃと接続されている。第２ヒートシンク１８Ｈ及び第１継手部２０ａには、主端子がいずれも連なっていない。このため、冷却器５０との積層構造において、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分に応力が集中しやすい。

図１９に示すように、本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと第２ヒートシンク１８Ｌの側面１８ｅのうち、側面１８ｄのみに側面粗化部３２が形成されている。このように、応力が集中しやすい側面１８ｄのみに側面粗化部３２を設けたので、レーザ光の照射領域をより狭い範囲に限定しつつも、封止樹脂体１３にクラックが生じるのを抑制することができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。

図２０に示すように、本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの側面のうち、Ｙ方向の側面１８ｄ，１８ｅだけでなく、Ｘ方向の側面にも、側面粗化部３２が形成されている。具体的には、Ｘ方向の側面のうち、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの互いに対向する面、すなわち継手部２０ａ，２０ｂ側の面ではなく、対向面とは反対の側面１８ｆにそれぞれ形成されている。側面１８ｆが、第３側面に相当する。

これにより、側面１８ｆに対する封止樹脂体１３の密着性が向上されているため、側面１８ｆと封止樹脂体１３との境界部分に応力が作用しても、この境界部分に沿ってクラックが生じるのを抑制することができる。

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

半導体装置１０として、２つの半導体素子（ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ）を備える２ｉｎ１パッケージ構造の例を示したが、これに限定されない。１つのアームを構成する１つの半導体素子を備える１ｉｎ１パッケージ構造や、三相分の上下アームを構成する６つの半導体素子を備える６ｉｎ１パッケージ構造にも適用できる。１ｉｎ１パッケージの場合、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクを１組のみを有し、Ｙ方向において、第１ヒートシンクの側面に主端子が連なり、第２ヒートシンクの側面には主端子が連ならない構成に適用できる。第２ヒートシンクについては、たとえばＸ方向の側面に主端子が連なる。

ＦＷＤ１２Ｈ，１２ＬがＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌと一体に形成される例を示したが、これに限定されない。図２１に示すように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１ＬとＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌとを別素子としてもよい。なお、図２１に示す符号３６は、リードフレーム２６の実装面側に形成された実装面粗化部である。

第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの放熱面１４ｂ及び第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの放熱面１８ｂが封止樹脂体１３から露出される例を示したが、これに限定されない。放熱面１４ｂ，１８ｂの少なくとも一方が封止樹脂体１３によって覆われた構成としてもよい。

金属薄膜３５を構成する金属はＮｉに限定されない。すなわち、凹凸酸化膜３０もＮｉの酸化物に限定されない。凹凸酸化膜３０としては、金属薄膜３５を構成する金属と同じ金属の酸化物の膜であればよい。

１…電力変換装置、２…直流電源、３…モータ、４…平滑コンデンサ、５…インバータ、６…正極側ライン、７…負極側ライン、８…出力ライン、１０…半導体装置、１１Ｈ，１１Ｌ…ＩＧＢＴ、１１ｃ…コレクタ電極、１１ｅ…エミッタ電極、１１ｇ…ゲート電極、１１ｐ…パッド、１２Ｈ，１２Ｌ…ＦＷＤ、１３…封止樹脂体、１３ａ…一面、１３ｂ…裏面、１３ｃ，１３ｄ…側面、１４Ｈ，１４Ｌ…第１ヒートシンク、１４ａ…実装面、１４ｂ…放熱面、１４ｃ，１４ｄ…側面、１５…はんだ、１６…ターミナル、１７…はんだ、１８Ｈ，１８Ｌ…第２ヒートシンク、１８ａ…実装面、１８ｂ…放熱面、１８ｃ…溝、１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ…側面、１９…はんだ、２０…継手部、２０ａ…第１継手部、２０ｂ…第２継手部、２０ｃ…第３継手部、２０ｄ…溝、２１…はんだ、２２…電源端子、２２ｐ…正極端子、２２ｎ…負極端子、２３…出力端子、２４，２４ａ，２４ｂ…信号端子、２５…ボンディングワイヤ、２６…リードフレーム、２６ａ…外枠、２６ｂ…吊りリード、２６ｃ…タイバー、３０…凹凸酸化膜、３０ａ…凸部、３１…実装面粗化部、３１ａ…境界、３１ｂ…非粗化領域、３２…側面粗化部、３３…基材、３４…皮膜、３５…金属薄膜、３５ａ…凹部、３６…粗化部、５０…冷却器、５１…上流側連結部、５２…下流側連結部

Claims (5)

1. 冷却器（５０）と積層され、積層方向において前記冷却器に挟まれて保持される半導体装置であって、
   前記積層方向の一面及び前記一面と反対の裏面のそれぞれに形成された主電極（１１ｃ，１１ｅ）を有する少なくとも１つの半導体素子（１１Ｈ，１１Ｌ）と、
   前記積層方向において前記半導体素子を挟むように配置された放熱部であり、一面側の前記主電極と電気的に接続された第１放熱部（１４Ｈ，１４Ｌ）、及び、裏面側の前記主電極と電気的に接続された第２放熱部（１８Ｈ，１８Ｌ）と、
   前記第１放熱部の少なくとも一部、前記第２放熱部の少なくとも一部、及び前記半導体素子を一体的に封止する封止樹脂体（１３）と、
   前記放熱部のうちの前記第１放熱部であって、前記積層方向と直交する一方向の第１側面（１４ｃ）に連なり、前記第１側面から前記一方向に延設されて前記封止樹脂体から突出する延設部（２２ｐ，２３）と、
   前記放熱部の表面であって前記封止樹脂体による封止部分に形成された皮膜（３４）であり、金属薄膜（３５）、及び、前記金属薄膜上に形成され、前記金属薄膜の主成分の金属と同じ金属の酸化物の膜であって表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（３０）と、
   を備え、
   前記凹凸酸化膜は、各放熱部の実装面において前記主電極との接続部を取り囲むように形成された実装面粗化部（３１）と、前記第２放熱部において前記第１側面に対応する第２側面（１８ｄ，１８ｅ）に形成された側面粗化部（３２）と、を有する半導体装置。
2. 前記延設部は、前記第１放熱部を介して前記主電極と電気的に接続された主端子である請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体素子として、上下アームの上アームを構成する上アーム素子と、下アームを構成し、前記一方向である第１方向及び前記積層方向と直交する第２方向に前記上アーム素子と並んで配置された下アーム素子と、を有し、
   前記放熱部として、前記積層方向において前記上アーム素子及び前記下アーム素子それぞれを個別に挟むように配置された２組の前記第１放熱部及び前記第２放熱部を有し、
   前記主端子として、前記上アーム素子に対応する前記第１放熱部に連なる第１主端子と、前記下アーム素子に対応する前記第１放熱部に連なり、前記第１主端子と同じ方向に延設された第２主端子と、を有し、
   前記下アーム素子に対応する前記第２放熱部に接合部材を介して接続され、前記第１主端子と同じ方向に延設された第３主端子と、
   前記上アーム素子の低電位側に配置された前記第２放熱部と、前記下アーム素子の高電位側に配置された前記第１放熱部とを電気的に接続する継手部（２０ａ，２０ｃ）と、
   をさらに備え、
   前記側面粗化部は、前記上アーム素子に対応する前記第２放熱部及び前記下アーム素子に対応する前記第２放熱部の少なくとも一方に形成されている請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記側面粗化部は、前記上アーム素子に対応する前記第２放熱部のみに形成されている請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記側面粗化部が、前記第２方向の側面のうち、前記上アーム素子側の第２放熱部と前記下アーム素子側の第２放熱部との対向面とは反対の面である第３側面（１８ｆ）にも形成されている請求項３又は請求項４に記載の半導体装置。

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