JP2021022603A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性能を向上させることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、半導体モジュール１と、絶縁樹脂シート２と、封止材３と、ヒートシンク４とを備えている。絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１と接合されている。封止材３は、絶縁樹脂シート２を囲むように配置されている。ヒートシンク４は、絶縁樹脂シート２および封止材３を、半導体モジュール１とで、挟み込んでいる。絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１と、ヒートシンク４と、封止材３とに囲まれた領域に充填されている。封止材３は、半導体モジュール１およびヒートシンク４に挟み込まれた状態で、半導体モジュール１からヒートシンク４に向かう方向において変形可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、パワーモジュールおよびヒートシンクを接合するための絶縁樹脂シートを備えた半導体装置がある。例えば、特許３６４１２３２号公報（特許文献１）に記載された半導体装置では、パワーモジュールとヒートシンクとの間に絶縁樹脂シートが配置されている。絶縁樹脂シートは、パワーモジュールとヒートシンクとの間で加圧されることにより圧縮される。

特許３６４１２３２号公報

絶縁樹脂シートが加圧されると、絶縁樹脂シートに含まれるボイドが抑制される。ボイドが抑制されることにより、放電が発生する電圧を高めることが可能となるため、絶縁性能を高めることができる。上記公報に記載された半導体装置においては、半導体チップが配置された導体と冷却器（ヒートシンク）との間に挟まれている絶縁樹脂シートの側部は、露出している。絶縁樹脂シートが加圧された際に、絶縁樹脂シートが導体と冷却器（ヒートシンク）との間から周囲の空間へとはみ出す。周囲の空間へとはみ出した絶縁樹脂シートは十分に加圧されないため、ボイドを十分に抑制することができない。したがって、十分に高い絶縁性能が得られない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁性能を向上させることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の半導体装置は、半導体モジュールと、絶縁樹脂シートと、封止材と、ヒートシンクとを備えている。絶縁樹脂シートは、半導体モジュールと接合されている。封止材は、絶縁樹脂シートを囲むように配置されている。ヒートシンクは、絶縁樹脂シートおよび封止材を、半導体モジュールとで、挟み込んでいる。絶縁樹脂シートは、半導体モジュールと、ヒートシンクと、封止材とに囲まれた領域に充填されている。封止材は、半導体モジュールおよびヒートシンクに挟み込まれた状態で、半導体モジュールからヒートシンクに向かう方向において変形可能である。

本件発明の半導体装置によれば、封止材は、半導体モジュールおよびヒートシンクに挟み込まれた状態で半導体モジュールからヒートシンクに向かう方向において変形可能である。さらに、絶縁樹脂シートは、半導体モジュールと、ヒートシンクと、封止材とに囲まれた領域に充填されている。このため、絶縁樹脂シートは、半導体モジュールおよびヒートシンクの間からはみ出さない。よって、絶縁樹脂シートが十分に加圧されるため、絶縁樹脂シートに含まれるボイドが抑制される。したがって、半導体装置の絶縁性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係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１に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの状態を概略的に示す端面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に封止材が配置された状態を概略的に示す端面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に絶縁樹脂シートと封止材とが配置された状態を概略的に示す端面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に配置された絶縁樹脂シートと封止材との上に半導体モジュールが配置された状態を概略的に示す端面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクに封止材が配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクに配置された封止材の枠形状の内側に絶縁樹脂シートが配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図８に対応する平面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図８に対応する平面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図９に対応する平面図である。 本発明の実施の形態２において、図７に対応する端面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図８に対応する平面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図９に対応する平面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図８に対応する平面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に配置された封止材の枠材の内側に絶縁樹脂シートが配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に封止材の下部材が配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に配置された封止材の上部材と下部材とが形成する枠形状の内側に絶縁樹脂シートが配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図２１のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に封止材の第１部と第２部とが配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、ヒートシンクの上に封止材の第１部と、第２部と、第３部と、第４部と、絶縁樹脂シートとが配置された状態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図６に対応する端面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体装置の製造方法の配置工程において、図７に対応する端面図である。 本発明の実施の形態７に係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７の変形例に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１および図２を参照して、本実施の形態１に係る半導体装置１０の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す断面図である。図１は、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図２は、実施の形態１に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す平面図である。

半導体装置１０は、半導体モジュール１と、絶縁樹脂シート２と、封止材３と、ヒートシンク４とを備えている。半導体モジュール１は、電力用のパワーモジュールである。

半導体モジュール１は、半導体素子１１、放熱部材１２、主端子１３、接合部材１４およびモールド樹脂１５を含んでいる。半導体素子１１は、電力用半導体素子である。半導体素子１１の下面は、接合部材１４によって放熱部材１２に接合されている。放熱部材１２の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの高い熱伝導性を有している金属である。主端子１３には、具体的には、主端子１３ａおよび主端子１３ｂがある。主端子１３ａは、接合部材１４によって放熱部材１２に接合されている。主端子１３ｂは、接合部材１４によって半導体素子１１の上面に接合されている。モールド樹脂１５は、半導体素子１１と、放熱部材１２と、主端子１３と、接合部材１４とを覆っている。モールド樹脂１５から、主端子１３が部分的に露出していてもよい。放熱部材１２は、半導体モジュール１の下面から露出している。放熱部材１２には、半導体素子１１の動作中に、電流が流れる。

絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１と接合されている。絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１と、ヒートシンク４と、封止材３とに囲まれた領域に充填されている。

絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１の下に配置されている。絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１からヒートシンク４への平面視において、半導体モジュール１の底面と重なっている。絶縁樹脂シート２は、シート状である。絶縁樹脂シート２は、例えば、熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂を含んでいる。熱伝導性フィラーは、高い熱伝導性を有している。熱伝導性フィラーの材料は、例えば、窒化硼素（ＢＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）またはアルミナなどである。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ、ポリイミドまたはポリアミドなどである。絶縁樹脂シート２の材料は、熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂が複合化されているものである。

複合化する手段として、予め粒子状に形成された熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂が、混錬される。混錬された熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂が、基材に塗工される。基材に塗工された熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂が、平坦化される。次いで、平坦化された熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂が基材から剥がされる。これらにより、熱伝導性フィラーおよび熱硬化性樹脂が複合化されたシート状の絶縁樹脂シート２が形成される。

より高い放熱性を得るため、熱伝導性フィラーを配向させた材料およびフィラー間の接触熱抵抗を低減させた材料が用いられてもよい。予め熱伝導率の高い窒化硼素（ＢＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、アルミナなどの熱伝導性フィラー同士を焼結させて、フィラー間の接触面積を向上させた後にフィラー間の隙間に樹脂が充填されてもよい。この場合、フィラー間の接触状態を向上させることができるので、例えばフィラー自体の熱伝導性が高い点を利用して、樹脂の充填比率を任意に変化させることが可能となる。

絶縁樹脂シート２には、ボイドが発生し得る。絶縁樹脂シート２には、絶縁樹脂シート２を厚み方向に貫通するボイドが発生し得る。また、絶縁樹脂シート２が塗工される工程において、絶縁樹脂シート２を厚み方向に貫通するピンホールが発生し得る。半導体装置１０に必要な絶縁性能に応じて、絶縁樹脂シート２の構成は、２層の絶縁樹脂シート２が貼り合わせられた構成としてもよい。この構成により、ボイドが絶縁樹脂シート２を厚み方向に貫通することが抑制される。また、この構成により、ピンホールが絶縁樹脂シート２全体を貫通することが抑制される。

封止材３は、絶縁樹脂シート２を囲むように配置されている。封止材３は、半導体モジュール１およびヒートシンク４に挟み込まれた状態で、半導体モジュール１からヒートシンク４に向かう方向において変形可能である。

封止材３は、絶縁樹脂シート２の外周に配置されている。封止材３は、半導体モジュール１とヒートシンク４との間に配置されている。封止材３の形状は、枠形状である。封止材３の枠形状の内径は、半導体モジュール１からヒートシンク４への平面視において、半導体モジュール１の底面と重なっている。半導体モジュール１と、封止材３と、ヒートシンク４とによって、閉じた領域が形成されている。これらによって、いわゆる閉空間が形成されている。絶縁樹脂シート２は、閉じた領域（閉空間）に充填されている。封止材３は、加圧および加熱されることで、変形する。

加圧および加熱されて硬化している絶縁樹脂シート２が半導体モジュール１およびヒートシンク４に接着される際に、未接着領域が発生することを抑制するために、封止材３が絶縁樹脂シート２の厚みに追従して変形可能である必要がある。また、絶縁樹脂シート２にボイドが発生することにより絶縁性能が低下することを抑制するために、絶縁樹脂シート２の端部から染み出す樹脂成分が閉じた領域の外に染み出さないようにする必要がある。

絶縁樹脂シート２への加圧が１ＭＰａ以下である場合、封止材３の材料は、シリコーンゴムまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：polytetrafluoroethylene）などである。シリコーンゴムおよびポリテトラフルオロエチレンが圧縮破壊される面圧は、１ＭＰａである。シリコーンゴムおよびポリテトラフルオロエチレンは、接着圧が３ＭＰａ程度になるまで、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に染み出すことを抑制できる。

絶縁樹脂シート２への加圧が５ＭＰａ以上である場合、封止材３の材料は、金属である。封止材３の材料は、具体的には、メタルガスケット、はんだまたはアルミワイヤなどである。

封止材３は、絶縁体であってもよいし、導電体であってもよい。封止材３が絶縁体である場合、封止材３は、放熱部材１２と接していてもよい。また、封止材３が導電体である場合、封止材３は、放熱部材１２と接しておらず、モールド樹脂１５と接している。

ヒートシンク４は、絶縁樹脂シート２および封止材３を、半導体モジュール１とで、挟み込んでいる。

半導体モジュール１およびヒートシンク４は、それらの間に絶縁樹脂シート２および封止材３を挟んで積層されている。ヒートシンク４の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの高い熱伝導性を有している金属である。ヒートシンク４は、図示しない冷却液がヒートシンク４内を流れるように構成されていてもよい。つまり、ヒートシンク４は、いわゆる水冷方式であってもよい。ヒートシンク４は、水冷方式が通例である。ヒートシンク４は、例えば、ラジエーターなどの周辺部品に冷却液が流れるように周辺部品と接続されていてもよい。

ヒートシンク４および放熱部材１２は、導電性を有している。半導体モジュール１は、電気的に絶縁されていない。したがって、半導体モジュール１とヒートシンク４との間が電気的に絶縁される必要がある。仮に、放熱部材１２およびヒートシンク４の間が電気的に絶縁されない場合、放熱部材１２とヒートシンク４との間に電位差が発生することにより電流が流れると、周線部品とも導通する。これにより、半導体モジュール１がアースと短絡することで故障する可能性がある。

ヒートシンク４は、天板４１と、フィン４２とを含んでいる。絶縁樹脂シート２は、天板４１の上に配置されている。天板４１の形状は、板状である。ヒートシンク４は、複数のフィン４２を含んでいてもよい。フィン４２の表面積が大きいほど、ヒートシンク４の放熱性能が高くなる。

次に、図３〜図９を参照して本実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法を説明する。図３は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法を示すフローチャートである。図４は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の状態を概略的に示す端面図である。図５は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に封止材３が配置された状態を概略的に示す端面図である。図６は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に絶縁樹脂シート２と封止材３とが配置された状態を概略的に示す端面図である。図７は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に配置された絶縁樹脂シート２と封止材３との上に半導体モジュール１が配置された状態を概略的に示す端面図である。図８は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４に封止材３が配置された状態を概略的に示す平面図である。図９は、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４に配置された封止材３の枠形状の内側に絶縁樹脂シート２が配置された状態を概略的に示す平面図である。

図３に示すように、実施の形態１における半導体装置１０の製造方法は、配置工程Ｓ１１と、接合工程Ｓ１２とを備えている。

図４〜図７に示すように、配置工程Ｓ１１においては、半導体モジュール１と、ヒートシンク４とに、絶縁樹脂シート２および封止材３が、挟み込まれるように配置される。

図８に示すように、封止材３が、ヒートシンク４に配置される。封止材３の形状は、四角形状の枠形状である。封止材３の枠形状の内周は、半導体モジュール１の底面の外周よりも小さい。封止材３は、枠形状の内側と外側とが繋がらないように配置される。封止材３の材料は、具体的には、例えば、線径が５００μｍのシリコーンゴムである。封止材３の厚みは、圧縮されていない状態で、具体的には、例えば、５００μｍである。封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みのばらつきと、接合後の絶縁樹脂シート２の体積収縮率とに合わせて設定される。加圧および加熱の前の配置工程Ｓ１１における封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも厚くなるようにする。加圧および加熱され接着された後の接合工程Ｓ１２における封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みと等しくなるようにする。

図９に示すように、絶縁樹脂シート２が、封止材３に囲まれるようにヒートシンク４に配置される。絶縁樹脂シート２の厚みは、具体的には、例えば、３８０μｍ以上４２０μｍ以下である。絶縁樹脂シート２の硬化後の体積収縮率は、具体的には、１０％である。半導体モジュール１の底面の外形の形状は、具体的には、例えば、１辺が４０ｍｍの四角形状である。封止材３の形状は、具体的には、例えば、外周の１辺が３６ｍｍの四角形状である。封止材３は線径が５００μｍのシリコーンゴムであるため、封止材３の内周の１辺の寸法は３５ｍｍである。絶縁樹脂シート２の形状は、具体的には、例えば、１辺が３４ｍｍの四角形状である。

図７に示すように、加圧および加熱の前に、半導体モジュール１と、封止材３と、ヒートシンク４とを接触させる。これにより、絶縁樹脂シート２の周囲に閉じた領域（閉空間）が形成される。

接合工程Ｓ１２においては、絶縁樹脂シート２が、半導体モジュール１と、ヒートシンク４と、封止材３に囲まれた領域に充填される。絶縁樹脂シート２および封止材３が圧縮される。半導体モジュール１およびヒートシンク４が絶縁樹脂シート２と接合される。

半導体モジュール１を加圧することで、封止材３を変形させる。半導体モジュール１およびヒートシンク４が、絶縁樹脂シート２に接着される。絶縁樹脂シート２に接着された半導体モジュール１およびヒートシンク４が加熱されたまま保持されることで、絶縁樹脂シート２は硬化する。

絶縁樹脂シート２の接着条件における加熱温度は、具体的には、例えば、１８０℃である。絶縁樹脂シート２の接着条件における加圧力は、具体的には、例えば、２．０ＭＰａである。

絶縁樹脂シート２が接着される際に、半導体モジュール１が配置されている上面側から絶縁樹脂シート２が加圧される。絶縁樹脂シート２が加圧されることで、絶縁樹脂シート２に内在するボイドが除去される。絶縁樹脂シート２は、ヒータープレスによって、加熱しながら加圧される。これにより、絶縁樹脂シート２の熱硬化性樹脂が完全に硬化する。絶縁樹脂シート２は、ヒータープレスによって加熱されることで、軟化する。軟化した絶縁樹脂シート２を加圧することで、ボイドは潰しこまれる。軟化した絶縁樹脂シート２を加圧することで、絶縁樹脂シート２は半導体モジュール１およびヒートシンク４に接着する。絶縁樹脂シート２は、真空式ヒータープレスによって減圧された環境において圧力を加えられてもよい。この場合、絶縁樹脂シート２と半導体モジュール１との間および絶縁樹脂シート２とヒートシンク４との間に空気層が挟み込まれることが抑制される。

絶縁樹脂シート２は、常温では半硬化状態である。絶縁樹脂シート２は、硬化温度では硬化状態である。加熱された絶縁樹脂シート２の温度は、常温から硬化温度まで上昇する。絶縁樹脂シート２が常温から硬化温度まで加熱され硬化するまでの過程で、絶縁樹脂シート２は一時的に軟化する。一時的に軟化している状態の絶縁樹脂シート２が、加圧される。

次に、図１０を参照して、本実施の形態の変形例に係る半導体装置１０の製造方法を説明する。図１０は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１における封止材３とヒートシンク４との構成を概略的に示す平面図である。図１０は、図８に対応する。

本実施の形態の変形例において、ヒートシンク４は、係合部３０ａをさらに含んでいる。封止材３は、被係合部３０ｂをさらに含んでいる。係合部３０ａは、例えば、ピンである。被係合部３０ｂは、例えば、封止材３に設けられ、かつ、ピンと係合している穴である。配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の係合部３０ａが、封止材３の被係合部３０ｂに係合される。これにより、封止材３を、ヒートシンク４に係合することができる。これにより、封止材３の位置決めができる。この場合、封止材３は、ヒートシンク４に接合されなくてもよい。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
封止材３は、半導体モジュール１およびヒートシンク４に挟み込まれた状態で圧縮されている。さらに、絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１と、ヒートシンク４と、封止材３とに囲まれた領域に充填されている。このため、絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１およびヒートシンク４の間からはみ出さない。よって、絶縁樹脂シート２が十分に加圧されるため、絶縁樹脂シート２に含まれるボイドが抑制される。したがって、半導体装置１０の絶縁性能を向上させることができる。

加圧および加熱された絶縁樹脂シート２は、軟化している。このため、厚み方向に加圧された絶縁樹脂シート２は、面内方向にはみ出ようとする。半導体モジュール１と、封止材３と、ヒートシンク４とによって閉じた領域が形成されているため、絶縁樹脂シート２は閉じた領域の内側に保持される。これにより、絶縁樹脂シート２の流出が抑制できる。よって、絶縁樹脂シート２の全面を均一な圧力で加圧できる。したがって、ボイドの潰しこみ作用が得られるため、絶縁性能が高まる。また、絶縁樹脂シート２への加圧力が不足することが抑制される。

なお、半導体モジュール１の底面の形状と、絶縁樹脂シート２の形状と、封止材３の枠形状とは、四角形状または正方形状などに限られない。半導体モジュール１の底面は、例えば、コーナーにＲ形状を有している略四角形状でもよいし、他の形状でもよい。半導体モジュール１の底面の形状に合わせて封止材３を配置することで、同様の作用効果が得られる。絶縁樹脂シート２は、封止材３の枠形状に合わせて適宜に決められてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の実施の形態１と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

次に、図１１〜図１５を参照して、実施の形態２に係る半導体装置１０の製造方法を概略的に示す。図１１は、実施の形態２に係る半導体装置１０の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図１２は、実施の形態２に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図８に対応する平面図である。図１３は、実施の形態２に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図９に対応する平面図である。図１４は、実施の形態２において、図７に対応する端面図である。図１５は、実施の形態２に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す拡大断面図である。

実施の形態２において、封止材３は、金属製のワイヤである。図１２に示すように、封止材３は、折り曲げられた１本の線状の材料によって枠形状に形成されている。封止材３の線径は、具体的には、例えば、５００μｍである。このため、封止材３の厚みは圧縮されていない状態で、具体的には、例えば、５００μｍである。封止材３は、具体的には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）製のワイヤ（以下、アルミワイヤ）である。また、ヒートシンク４の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）である。

図１２に示すように、封止材３は、環状に構成されている。封止材３は、ヒートシンク４に沿って第１端部３１および第２端部３２を含んでいる。第１端部３１は、第２端部３２に沿って延在している。第１端部３１は、第２端部３２に接している。

第１端部３１は、枠形状の内側に折り曲げられている。第１端部３１は、封止材３の端部から、具体的には、例えば、２．５ｍｍの位置で折り曲げられることで形成されている。このため、第１端部３１の寸法は、具体的には、例えば、２．５ｍｍである。図１３に示すように、絶縁樹脂シート２の形状は、第１端部３１を考慮して適宜に決められてもよい。

封止材３を形成する部材は、継ぎ目を構成している。継ぎ目において、封止材３が互いに沿いつつ重なっている。図１４に、継ぎ目における第１端部３１および第２端部３２を示す。第２端部３２は、第１端部３１の上に重なっている。第１端部３１および第２端部３２が重なっている部分は、本実施の形態における継ぎ目である。継ぎ目の幅は、具体的には、例えば、２００μｍである。継ぎ目は、半導体モジュール１の下に配置される。継ぎ目における封止材３の厚みは、第１端部３１または第２端部３２のいずれかのみの厚みよりも厚い。

続いて、本実施の形態における製造方法を詳細に説明する。
配置工程Ｓ１１において、封止材３が、ヒートシンク４に接合される。接合方法は、例えば、金属接合および超音波接合などである。本実施の形態における接合方法は、具体的には、超音波接合である。封止材３がヒートシンク４に接合される箇所を、接合箇所３０とする。図１２に本実施の形態の接合箇所３０を示す。説明の便宜のため、接合箇所３０は実線で示されている。

封止材３は、２つの端部と、複数の曲げ部と、複数の線部とを含んでいる。２つの端部の各々は、封止材３の両端に位置する。曲げ部は、２つの線部の間に位置する。線部は、端部と曲げ部との間および複数の曲げ部の各々の間に位置する。端部に、接合箇所３０が設けられている。曲げ部に、接合箇所３０が設けられている。線部に、接合箇所３０が設けられてもよい。封止材３は、接合箇所３０においてヒートシンク４に接合されることで、固定されている。これにより、封止材３の位置が決められている。

まず、第１端部３１側の端部および曲げ部がヒートシンク４に接合される。次いで、曲げ部ならびに第２端部３２側の端部が接合される。第２端部３２は、第１端部３１と重なるように配置される。第２端部３２は、ヒートシンク４との間に隙間をあけるように空中を通過している。第１端部３１と第２端部３２とが重なることで、継ぎ目が設けられる。封止材３の継ぎ目は、ヒートシンク４に接合されない。このため、第１端部３１と第２端部３２とが重なっている箇所において、第２端部３２は、ヒートシンク４に接合されていない。

封止材３は、ツールによって荷重が加えられ、かつ、超音波が印加されることで、ヒートシンク４に超音波接合される。ツールは、超音波接合に専用のツールである。ツールの幅は、具体的には、例えば、１．０ｍｍである。封止材３は、接合される際に、荷重が加えられることにより潰れるため、圧縮される。封止材３の厚みは、接合によって薄くなる。加えられる荷重が大きすぎる場合、封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも薄く得る。この場合、接合工程Ｓ１２において、絶縁樹脂シート２が封止材３の外へ流れ出し得るため、本実施の形態の作用効果が得られない。よって、超音波接合の条件は、封止材３が潰れすぎないように適宜に選ばれる必要がある。

超音波接合の条件が最適に選ばれることで、封止材３の変形が抑制される。これにより、絶縁樹脂シート２の厚みと封止材３の厚みとの差が大きくなる。絶縁樹脂シート２の厚みと封止材３の厚みとの差が大きい場合、許容される絶縁樹脂シート２の厚みのばらつきが大きくなるため、プロセスマージンが拡大する。超音波接合された封止材３の厚みは、具体的には、例えば、最小４００μｍである。

図１３に示すように、封止材３の内側に、絶縁樹脂シート２が配置される。絶縁樹脂シート２の厚みは、具体的には、例えば、３６０μｍ以上４００μｍ以下である。加圧および加熱により硬化した後の絶縁樹脂シート２の体積収縮率は、具体的には、例えば、１０％である。

絶縁樹脂シート２が第１端部３１に乗り上げないようにするため、絶縁樹脂シート２の形状と寸法とが半導体モジュール１と適宜に合わせられる必要がある。図１４に示すように、第１端部３１と絶縁樹脂シート２とが接触しないようにするため、絶縁樹脂シート２の形状は、四角形状の１つの頂点から第１端部３１の寸法に相当する四角形状が取り除かれた形状である。絶縁樹脂シート２の形状は、具体的には、例えば、１辺が３４ｍｍの四角形状の１つの頂点から０．３ｍｍ×２．０ｍｍの四角形状が取り除かれた形状である。

絶縁樹脂シート２の接着条件における加熱温度は、具体的には、例えば、２００℃である。絶縁樹脂シート２の接着条件における加圧力は、具体的には、例えば、５．０ＭＰａである。加圧および加熱の前後における封止材３の厚みの変化量を確認するため、接着条件において予備試験が行われる。予備試験では、半導体モジュール１と、封止材３と、ヒートシンク４とが加圧および加熱され、圧縮される。予備試験では、絶縁樹脂シート２は用いられない。予備試験では、接着条件において、封止材３の厚みが絶縁樹脂シート２の厚み以下になることを確認する。具体的には、封止材３の厚みが、絶縁樹脂シート２の最小厚み以下になることを確認する。

図１１に示すように、本実施の形態の製造方法において、半導体装置１０の製造方法は、硬化工程Ｓ１３をさらに備えている。硬化工程Ｓ１３において、絶縁樹脂シート２および封止材３が圧縮された状態で、絶縁樹脂シート２は硬化する。

予備試験で確かめられた接合条件において、接合工程Ｓ１２および硬化工程Ｓ１３が実施される。接合工程Ｓ１２において、半導体モジュール１と、絶縁樹脂シート２と、封止材３と、ヒートシンク４とが、加圧および加熱される。加圧および加熱された絶縁樹脂シート２の温度は、具体的には、例えば、２００℃に到達する。硬化工程Ｓ１３において、絶縁樹脂シート２は、加圧および加熱が維持された状態で具体的には、例えば、５分間保持される。これにより、絶縁樹脂シート２は、硬化する。

配置工程Ｓ１１における封止材３は、円筒形状を有している。図１５に示すように、接合工程Ｓ１２における封止材３は、半導体モジュール１と接する第１接触部３０ｃおよびヒートシンク４と接する第２接触部３０ｄを含んでいる。第１接触部３０ｃおよび第２接触部３０ｄは、平坦面を有している。

圧縮される前の封止材３の断面形状は、円状である。圧縮された後の封止材３の断面形状は、いわゆる太鼓状である。封止材３は、第１接触部３０ｃの平坦部において、半導体モジュール１と密着している。封止材３は、第２接触部３０ｄの平坦部において、ヒートシンク４と密着している。

配置工程Ｓ１１における封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも大きい。接合工程Ｓ１２における封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚み以下である。

接合に必要な加圧が絶縁樹脂シート２に行われた状態において、絶縁樹脂シート２が封止材３から漏れ出すことを抑制するためには、次の式を満足することが望ましい。次の式が満足されない場合、絶縁樹脂シート２が閉じた領域から流れ出し得るなどにより、良好な接合部が形成されない可能性が生じる。

（加圧および加熱をされた後の封止材３の厚み）≦（加圧および加熱をされた後の絶縁樹脂シート２の厚み）≦（加圧および加熱をされる前の絶縁樹脂シート２の厚み）≦（加圧および加熱をされる前の封止材３の厚み）。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態において、封止材３は、金属製のワイヤであるため、高い圧力で加圧され得る。これにより、絶縁樹脂シート２にボイドが発生することをさらに抑制できる。圧縮された封止材３は、塑性変形している。これにより、封止材３が半導体モジュール１およびヒートシンク４に接合された後に、封止材３は膨張しない。よって、半導体モジュール１およびヒートシンク４に封止材３が反力を与えることを抑制することができる。

封止材３は、金属製のワイヤであるため、圧縮される前の封止材３の形状は、円筒形状である。このため、配置工程Ｓ１１において封止材３と半導体モジュール１およびヒートシンク４との接触面積は小さい。このため、接合工程Ｓ１２において封止材３に加わる応力（単位面積あたりの力）が大きくなる。よって、封止材３は、加圧によりさらに変形しやすい。封止材３は、加圧によりさらに圧縮されやすくなる。したがって、封止材３は、絶縁樹脂シート２の厚みに追従して、圧縮され得る。

封止材３は、封止材３の第１接触部３０ｃおよび第２接触部３０ｄの平坦面において、半導体モジュール１およびヒートシンク４と密着する。これにより、絶縁樹脂シート２をさらに封止できる。この場合、封止材３の断面形状は、太鼓状となる。

仮に、半導体モジュール１およびヒートシンク４が凹凸部を含んでいる場合でも、封止材３は凹凸部に追従して圧縮され得る。図１５に示すように、凹凸部は、例えば、半導体モジュール１が有する段差である。段差の厚みは、具体的には、例えば、１００μｍである。半導体モジュール１が段差を含んでいる場合でも、封止材３の第１接触部３０ｃは段差に追従して変形できる。このため、封止材３は、半導体モジュール１とヒートシンク４とで、閉じた領域を確実に形成できる。これにより、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出すことが抑制できる。

封止材３の第１端部３１が第２端部３２に沿って延在しているため、第１端部３１と第２端部３２との接触面積は、第１端部３１の端面のみが第２端部３２に接触している場合の接触面積よりも大きい。これにより、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に漏れ出すことが抑制できる。

第１端部３１および第２端部３２は、枠形状の内側で重なり合うことで継ぎ目を形成している。これにより、継ぎ目の全体を半導体モジュール１で加圧することができる。よって、継ぎ目から絶縁樹脂シート２が漏れ出すことが抑制される。

配置工程Ｓ１１において、封止材３がヒートシンク４に接合されることで位置決めされる。これにより、封止材３がヒートシンク４上の望ましい位置に固定される。よって、半導体装置１０の製造が効率化される。

硬化工程Ｓ１３において、絶縁樹脂シート２は硬化する。接合工程Ｓ１２において加圧および加熱をされボイドが抑制された絶縁樹脂シート２が、硬化工程Ｓ１３において接合条件が維持された状態で保持される。これにより、絶縁樹脂シート２にボイドが発生することがさらに抑制できる。

配置工程Ｓ１１における加圧される前の封止材３の厚みが、絶縁樹脂シート２の厚みよりも厚いため、絶縁樹脂シート２を確実に封止できる。接合工程Ｓ１２における加圧された後の封止材３の厚みが、絶縁樹脂シート２の厚みと等しいため、絶縁樹脂シート２は閉じた領域に充填される。よって、絶縁樹脂シート２は、均一に加圧され得る。また、これにより、絶縁樹脂シート２は、半導体モジュール１およびヒートシンク４と十分に接着される。また、これにより、絶縁樹脂シート２が周囲の空間に漏れ出すことが抑制される。よって、良好な接合部が形成される。

製造工程の、第１端部３１がヒートシンク４に接合され、かつ、第２端部３２がヒートシンク４に接合されていない状態において、第２端部３２がツールによって接合される際に、第２端部３２の下に配置されている第１端部３１がツールによって潰されないことが望ましい。つまり、継ぎ目において第２端部３２と重ねられた状態で第１端部３１が潰されないことが望ましい。第２端部３２は、継ぎ目においてヒートシンク４に接合されない。これにより、第２端部３２の下に配置されている第１端部３１がツールによって潰されることが抑制される。よって、継ぎ目において第２端部３２の下に配置されている第１端部３１の形状を維持することができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

次に、図１６および図１７を参照して、実施の形態３に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す。図１６は、実施の形態３に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図８に対応する平面図である。図１７は、実施の形態３に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図９に対応する平面図である。

図１６に示すように、実施の形態３において、封止材３の第１端部３１は領域の外に配置されている。

第１端部３１が封止材３の枠形状の内ではなく枠形状の外に配置されている点において、実施の形態３は実施の形態２と異なっている。第１端部３１と第２端部３２は、封止材３の枠形状の外において、平行に配置され、かつ、重なり合っている。このため、継ぎ目は封止材３の枠形状の外に配置されている。継ぎ目の幅は、具体的には、例えば、２００μｍである。図１６に本実施の形態における接合箇所３０を示す。曲げ部は、ヒートシンク４に接合されている。

本実施の形態における継ぎ目の寸法は、実施の形態２における継ぎ目の寸法よりも小さい。継ぎ目が小さいため、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出やすくなる。よって、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出ないことを予め確かめる必要がある。また、本実施の形態における絶縁樹脂シート２の形状は、図１７に示すように四角形状である。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
継ぎ目が封止材３の枠形状の外に配置されているため、絶縁樹脂シート２の形状を加工する必要がない。また、このため、絶縁樹脂シート２の寸法を小さくする必要がない。よって、半導体装置１０の絶縁性能が損なわれない。

継ぎ目における封止材３の厚みは、他の箇所における封止材３の厚みよりも厚い。このため、継ぎ目には他の箇所よりも大きな荷重が加わっている。継ぎ目が大きいほど、封止材３の全体の厚みの差が大きくなる。よって、継ぎ目が大きいほど、封止材３の全面に加わる圧力が不均一になる。

継ぎ目の寸法が小さいほど、封止材３の全体の厚みの差が小さくなる。つまり、封止材３の全体の厚みがより均一になる。これにより、半導体モジュール１によって封止材３の全面および絶縁樹脂シート２の全面が均一に加圧され得る。したがって、絶縁樹脂シート２のボイドが抑制されることで、半導体装置１０の絶縁性能が高くなる。

実施の形態４．
実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

次に、図１８〜図２０を参照して、実施の形態４に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す。図１８は、実施の形態４に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図８に対応する平面図である。図１９は、実施の形態４に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に配置された封止材３の枠部３３の内側に絶縁樹脂シート２が配置された状態を概略的に示す平面図である。図２０は、実施の形態４に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す平面図である。

実施の形態４において、封止材３は、枠部３３および突出部３４を含んでいる。枠部３３は、絶縁樹脂シート２を囲んでいる。突出部３４は、ヒートシンク４に沿って領域の外に向かって枠部３３から突出している。突出部３４は、ヒートシンク４と接合されている。

封止材３は、複数の部材によって形成されている。図１８に示すように、封止材３は、具体的には、４つの部材によって形成されている。封止材３は、１つの枠部３３および複数の突出部３４を含んでいる。封止材３は、具体的には、４つの突出部３４を含んでいる。封止材３は、１つの突出部３４を含んでいてもよい。

図１９に示すように、枠部３３は、絶縁樹脂シート２を囲んでいる。枠部３３は、半導体モジュール１とヒートシンク４とに挟まれることで、閉じた領域を形成している。

図２０に示すように、突出部３４は、半導体モジュール１とヒートシンク４との間から外向きに突出している。突出部３４は、封止材３を形成する２つの部材が平行に配置され、かつ、重なり合うことで形成されている。このため、突出部３４には、継ぎ目が設けられている。継ぎ目の幅は、具体的には、例えば、２００μｍである。

図１８に示すように、接合箇所３０は、閉じた領域の外側に配置されている。接合箇所３０は、絶縁樹脂シート２と隣接しない。突出部３４は、具体的には、曲げ部および突出部３４の先端（端部）においてヒートシンク４に接合されている。突出部３４は、ヒートシンク４に接合されているため、接合箇所３０を含んでいる。

封止材３が超音波接合される際に、封止材３はツールで押さえられる。よって、接合箇所３０における封止材３の厚みは、薄くなる。このため、接合箇所３０において絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出る可能性は、他の箇所において絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出る可能性よりも高い。よって、封止材３が絶縁樹脂シート２を囲っている部分（枠部３３）は、接合されないことが望ましい。

枠部３３が絶縁樹脂シート２を囲んでいるため、枠部３３の厚みと絶縁樹脂シート２の厚みとの差が絶縁樹脂シート２の流出に影響を与える。枠部３３の厚みは、具体的には、例えば、４５０μｍ以上である。絶縁樹脂シート２の厚みは、具体的には、例えば、３６０μｍ以上４００μｍ以下である。枠部３３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも厚い。なお、接合箇所３０における突出部３４の厚みは、具体的には、例えば、４００μｍ以上である。枠部３３の厚みは、接合箇所３０における突出部３４の厚みよりも厚い。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
枠部３３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも厚い。封止材３は、枠形状の外側においてヒートシンク４と接合されている。封止材３は、具体的には、突出部３４においてヒートシンク４と接合されている。このため、枠部３３の厚みは、接合により薄くならない。よって、絶縁樹脂シート２の厚みと枠部３３の厚みとの差は、大きくなる。よって、プロセスマージンが拡大される。したがって、絶縁樹脂シート２の厚みにばらつきがあった場合でも、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出ることがさらに抑制される。

実施の形態５．
実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

次に、図２１〜図２４を参照して、実施の形態５に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す。図２１は、実施の形態５に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に封止材３の下部材３６が配置された状態を概略的に示す平面図である。図２２は、実施の形態５に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に配置された封止材３の上部材３５と下部材３６とが形成する枠形状の内側に絶縁樹脂シート２が配置された状態を概略的に示す平面図である。図２３は、実施の形態５に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す平面図である。図２４は、図２１のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿う断面図である。

実施の形態５において、封止材３は、上部材３５および下部材３６を含んでいる。下部材３６は、嵌入部３６１を含んでいる。上部材３５は、下部材３６と交差している。上部材３５は、嵌入部３６１に嵌入している。封止材３の厚みは、全体で均一である。

封止材３は、複数の上部材３５および複数の下部材３６によって形成されている。嵌入部３６１は、下部材３６に形成されている。封止材３は、具体的には、２つの上部材３５および２つの下部材３６によって形成されている。下部材３６は、具体的には、４つの嵌入部３６１を含んでいる。

図２１に示すように、下部材３６の形状は、具体的には、直線状である。図２２に示すように、上部材３５は、嵌入部３６１の上において下部材３６と交差している。上部材の形状は、具体的には、直線状である。図２３に示すように、上部材３５および下部材３６の端部は、半導体モジュール１とヒートシンク４との間の外に配置されている。図２４に示すように、嵌入部３６１の形状は、上部材３５と嵌合する凹形状である。

封止材３は、上部材３５および下部材３６の端部ならびに嵌入部３６１においてヒートシンク４と接合されている。本実施の形態における接合箇所３０を、図２１および図２２に示す。

封止材３を形成する２つの部材が交差している場合、部材が交差している箇所における封止材３の厚みは厚くなる。このため、半導体モジュール１によって加圧された場合でも、封止材３は変形しにくくなる。よって、封止材３が、絶縁樹脂シート２の厚みまで圧縮されるには、大きな荷重が必要になる。

封止材３を形成する部材が、具体的には、例えば、５００μｍの線径を有するアルミワイヤの場合、アルミワイヤが２本重ねられた箇所における封止材３の厚みは、圧縮されていない状態で、例えば、１０００μｍである。絶縁樹脂シート２の厚みは、具体的には、例えば、３６０μｍである。封止材３の厚みが、例えば、１０００μｍから３６０μｍとなるまで封止材３を形成する部材を圧縮するには、大きな荷重が必要である。

絶縁樹脂シート２の厚みまで封止材３を押し潰すことができない場合、半導体モジュール１とヒートシンク４との間に隙間が生じ得る。この場合、絶縁樹脂シート２が隙間を通って閉じた領域の外に流れ出し得る。よって、部材が重ね合わせられている箇所において封止材３は薄い厚みを有し、かつ、変形しやすいことが望ましい。

続いて、本実施の形態における製造方法を詳細に説明する。
配置工程Ｓ１１において、図２１に示すように、まず、下部材３６の嵌入部３６１および端部がヒートシンク４に接合される。嵌入部３６１は、下部材３６がヒートシンク４に接合される際に形成される。嵌入部３６１は、具体的には、下部材３６が超音波接合によってヒートシンク４に接合される際に、下部材３６に大きい荷重が加えられることで形成される。

図２４に示すように、接合箇所３０の厚みは、下部材３６の接合されていない箇所の厚みよりも薄い。嵌入部３６１の厚みは、接合箇所３０の厚みよりも薄い。

次いで、上部材３５が下部材３６と嵌入部３６１において交差することで、図２２に示すように、枠形状を形成するように配置される。上部材３５の端部がヒートシンク４に接合される。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
上部材３５が下部材３６の嵌入部３６１に嵌入しているため、嵌入部３６１において上部材３５と下部材３６とが重ね合わせられた厚みは小さくなっている。このため、封止材３は絶縁樹脂シート２の厚みまでさらに小さい荷重で圧縮される。よって、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出すことが抑制できる。また、半導体モジュール１とヒートシンク４との間に隙間が生じることが抑制される。このため、絶縁樹脂シート２が閉じた領域から流れ出すことが抑制される。また、封止材３は、面内方向に変形しやすくなる。

実施の形態６．
実施の形態６は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

次に、図２５および図２６を参照して、実施の形態６に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す。図２５は、実施の形態６に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に封止材３の第１部３０１と第２部３０２とが配置された状態を概略的に示す平面図である。図２６は、実施の形態６に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、ヒートシンク４の上に封止材３の第１部３０１と、第２部３０２と、第３部３０３と、第４部３０４と、絶縁樹脂シート２とが配置された状態を概略的に示す平面図である。

図２６に示すように、実施の形態６において、封止材３は、第１部３０１と、第２部３０２と、第３部３０３と、第４部３０４とを含んでいる。第１部３０１および第２部３０２は、互いに絶縁樹脂シート２を挟んで配置されている。第３部３０３および第４部３０４は、互いに絶縁樹脂シート２を挟んで配置されている。第１部３０１は、第３部３０３と第１隣接部３１３を構成している。第１部３０１は、第４部３０４と第２隣接部３１４を構成している。第２部３０２は、第４部３０４と第３隣接部３２４を構成している。第２部３０２は、第３部３０３と第４隣接部３２３を構成している。第１部３０１、第２部３０２、第３部３０３および第４部３０４の各々の一方端部および他方端部はそれぞれ折れ曲がるように構成されている。第１隣接部３１３は、第１部３０１の一方端部と第３部３０３の他方端部とがお互いに沿いつつ重なるように構成されている。第２隣接部３１４は、第１部３０１の他方端部と第４部３０４の一方端部とが互いに沿いつつ重なるように構成されている。第３隣接部３２４は、第２部３０２の一方端部と第４部３０４の他方端部とが互いに沿いつつ重なるように構成されている。第４隣接部３２３は、第２部３０２の他方端部と第３部３０３の一方端部とが互いに沿いつつ重なるように構成されている。

封止材３は、複数の部材を含んでいる。複数の部材の各々は、一方端部および他方端部において曲げられている。一方端部および他方端部において、複数の部材の各々が平行に配置され、かつ、沿いつつ重ねられることで、封止材３が枠形状に形成されている。複数の部材の各々が重なっている箇所に、継ぎ目が設けられている。複数の部材は、半導体モジュール１の下に配置されている。本実施の形態において、封止材３が含んでいる複数の部材は、第１部３０１〜第４部３０４である。

図２６に示すように、第１部３０１〜第４部３０４は、一方端部および他方端部において斜めに曲げられている。第１部３０１は第１隣接部３１３において、第３部３０３と平行に配置され、かつ、重なり合っている。第１部３０１は第２隣接部３１４において、第４部３０４と平行に配置され、かつ、重なり合っている。第２部３０２は第３隣接部３２４において、第４部３０４と平行に配置され、かつ、重なり合っている。第２部３０２は第４隣接部３２３において、第３部３０３と平行に配置され、かつ、重なり合っている。これらによって、封止材３が枠形状に形成されている。第１部３０１〜第４部３０４は、交差していない。第１隣接部３１３〜第４隣接部３２３に、継ぎ目が設けられている。継ぎ目の幅は、具体的には、例えば、２００μｍである。

第１部３０１〜第４部３０４は、半導体モジュール１の下に配置されている。第１部３０１〜第４部３０４は、半導体モジュール１からヒートシンク４への平面視において、半導体モジュール１の底面と重なっている。第１部３０１〜第４部３０４は、半導体モジュール１の周囲にはみ出さない。

なお、第１部３０１〜第４部３０４の配置パターンは、図２６に示す配置パターンに限られない。なお、封止材３に含まれる部材の数は、４つに限られない。封止材３が枠形状に形成されるならば、配置パターンおよび部材の数は適宜に決められてもよい。

続いて、本実施の形態における製造方法を詳細に説明する。
配置工程Ｓ１１において、まず、図２５に示すように、第１部３０１および第２部３０２の端部の各々および曲げ部の各々が、接合箇所３０においてヒートシンク４に接合される。次いで、図２６に示すように、第１隣接部３１３〜第４隣接部３２３が形成されるように、第３部３０３および第４部３０４が、接合箇所３０においてヒートシンク４に接合される。接合箇所３０は、図２５および図２６に示す通りである。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
第１部３０１〜第４部３０４が半導体モジュール１の周囲にはみ出さないため、封止材３は、半導体モジュール１の周囲にはみ出さない。よって、複数の半導体モジュール１が狭い間隔で隣接に並んでいる場合でも、複数の封止材３を配置できる。したがって、複数の半導体モジュール１が狭い間隔で隣接するように配置することができる。

第１隣接部３１３〜第４隣接部３２３において、第１部３０１〜第４部３０４の各々は、沿うように配置されている。つまり、第１部３０１〜第４部３０４の各々は、交差していない。このため、本実施の形態の封止材３の厚みは、複数の部材を重ね合わせ、かつ、交差させることで形成される封止材３の厚みよりも薄くなる。このため、絶縁樹脂シート２が閉じた領域から流れ出ることを安定して抑制できる。

実施の形態７．
実施の形態７は、特に説明しない限り、上記の実施の形態２と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

次に、図２７〜図２９を参照して、実施の形態７に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す。図２７は、実施の形態７に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図６に対応する端面図である。図２８は、実施の形態７に係る半導体装置１０の製造方法の配置工程Ｓ１１において、図７に対応する端面図である。図２９は、実施の形態７に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す断面図である。図３０は、実施の形態７の変形例に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す断面図である。

図２９および図３０に示すように、実施の形態７において、半導体モジュール１は、底面を含んでいる。底面は、基準面１０１と、凹部１０２および凸部１０３のいずれかとを含んでいる。凹部１０２は、基準面１０１よりも凹んでいる。凸部１０３は、基準面１０１よりも突出している。凹部１０２および凸部１０３のいずれかは、封止材３に接している。

半導体モジュール１の底面の外周に凹部１０２および凸部１０３のいずれかが形成されている。凹部１０２および凸部１０３のいずれかは、封止材３と接している。凹部１０２および凸部１０３のいずれかは、絶縁樹脂シート２を囲んでいる。このため、絶縁樹脂シート２は、封止材３と、ヒートシンク４と、基準面１０１と、凹部１０２および凸部１０３のいずれかとに囲まれた閉じた領域に充填されている。

凹部１０２および凸部１０３は、具体的には、モールド樹脂１５によって形成されている。モールド樹脂１５を成型する金型を適宜に加工することで、凹部１０２および凸部１０３のいずれかが形成されたモールド樹脂１５が成型される。モールド樹脂１５が成型された後に、レーザー加工または切削加工などによって凹部１０２および凸部１０３のいずれかが形成されてもよい。

図２９に示すように、半導体モジュール１は、具体的には、凸部１０３を含んでいる。凸部１０３の形状は、突起状である。凸部１０３の厚みは、具体的には、例えば、２００μｍである。モールド樹脂１５を成型する金型を加工することで、凸部１０３が形成されている。

半導体モジュール１が凸部１０３を含んでいる場合、封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも薄くてもよい。なお、封止材３の厚みが絶縁樹脂シート２の厚みよりも薄い場合、実施の形態１〜６に係る構成の半導体装置１０において、絶縁樹脂シート２は閉じた領域の外へ流れ出し得る。

絶縁樹脂シート２の厚みは、具体的には、例えば、３６０μｍ以上４００μｍ以下である。封止材３は、具体的には、例えば、線径が３００μｍのアルミワイヤである。線径が３００μｍのアルミワイヤがヒートシンク４に超音波接合された場合、アルミワイヤの厚みは、具体的には、例えば、２５０μｍ以上３００μｍ以下になる。超音波接合されたアルミワイヤが半導体モジュール１によって加圧された場合、アルミワイヤの厚みは、具体的には、例えば、１５０μｍ以上２５０μｍ以下になる。このため、封止材３の厚みは、接合されかつ圧縮された状態で、具体的には、例えば、１５０μｍ以上２５０μｍ以下である。なお、半導体モジュール１による加圧力は、具体的には、例えば、５．０ＭＰａである。

例えば、厚みが２００μｍの凸部１０３が、厚みが１５０μｍ以上２５０μｍ以下の封止材３と接しているとき、凸部１０３の厚みが封止材３の厚みに加わっているため、封止材３の厚みは、具体的には、例えば、３５０μｍ以上４５０μｍ以下であると見なせる。よって、絶縁樹脂シート２は、具体的には、例えば、３５０μｍ以上４５０μｍ以下の封止材３に囲まれていると見なせる。つまり、凸部１０３が、封止材３と接しているとき、凸部１０３の厚みが封止材３の厚みに加わっていると見なせる。

仮に、封止材３の厚みに凸部１０３の厚みが加わっていない場合、絶縁樹脂シート２の厚みを、具体的には、例えば、１５０μｍ以上２５０μｍ以下とすることで良好な接合が得られる。封止材３の厚みに凸部１０３の厚みが加わっている場合、絶縁樹脂シート２の厚みを、具体的には、例えば、３５０μｍ以上４５０μｍ以下とすることで良好な接合が得られる。本実施の形態においては、絶縁樹脂シート２の厚みは、具体的には、例えば、３６０μｍ以上４００μｍ以下である。よって、絶縁樹脂シート２の全面を加圧および加熱することで接着する際にも、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出すことが抑制される。

次に、図３０を参照して、実施の形態７の変形例に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す。

図３０は、実施の形態７の変形例に係る半導体装置１０の構成を概略的に示す断面図である。

図３０に示すように、本実施の形態の変形例において、半導体モジュール１は、具体的には、凹部１０２を含んでいる。本実施の形態の変形例において、封止材３の厚みは、絶縁樹脂シート２の厚みよりも厚い。なお、凹部１０２は半導体モジュール１の外周と繋がっていなくてもよい。

続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
半導体モジュール１の底面に凸部１０３を設けることで、絶縁樹脂シート２の厚みが封止材３の厚みよりも厚い場合でも、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出すことを抑制できる。また、プロセスマージンがさらに大きくなる。

凸部１０３を設けることにより封止材３の厚みを薄くできるため、封止材３の使用量が減少する。この場合、モールド樹脂１５の使用量が増加する。封止材３の材料がモールド樹脂１５よりも高価な金属材料などである場合、半導体モジュール１を安価に製造することができる。よって、半導体装置１０の製造コストが低下する。

モールド樹脂１５を成型する金型により半導体モジュール１の底面に凹部１０２および凸部１０３のいずれかを設ける場合、製造工程を変更する必要がないため、半導体装置１０の製造コストの増加を招かない。

凹部１０２を設けることにより、絶縁樹脂シート２よりも厚い封止材３を確実に配置することができる。よって、絶縁樹脂シート２が閉じた領域の外に流れ出すことをさらに抑制できる。

上記の各実施の形態は適宜組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 半導体モジュール、２ 絶縁樹脂シート、３ 封止材、４ ヒートシンク、１０ 半導体装置、３０ 接合箇所、３１ 第１端部、３２ 第２端部、３３ 枠部、３４ 突出部、３５ 上部材、３６ 下部材、１０１ 基準面、１０２ 凹部、１０３ 凸部、３０１ 第１部、３０２ 第２部、３０３ 第３部、３０４ 第４部、３１３ 第１隣接部、３１４ 第２隣接部、３２４ 第３隣接部、３２３ 第４隣接部、３６１ 嵌入部。

Claims (13)

1. 半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールと接合される絶縁樹脂シートと、
   前記絶縁樹脂シートを囲むように配置される封止材と、
   前記絶縁樹脂シートおよび前記封止材を、前記半導体モジュールとで、挟み込むヒートシンクとを備え、
   前記絶縁樹脂シートは、前記半導体モジュールと、前記ヒートシンクと、前記封止材とに囲まれた領域に充填されており、
   前記封止材は、前記半導体モジュールおよび前記ヒートシンクに挟み込まれた状態で、前記半導体モジュールから前記ヒートシンクに向かう方向において変形可能である、半導体装置。
2. 前記封止材は、金属製のワイヤである、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記封止材は、枠部および突出部をさらに含み、
   前記枠部は、前記絶縁樹脂シートを囲み、
   前記突出部は、前記ヒートシンクに沿って前記領域外に向かって前記枠部から突出し、かつ、前記ヒートシンクと接合されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体モジュールは、底面を含み、
   前記底面は、基準面と、凹部および凸部のいずれかとを含み、
   前記凹部は、前記基準面よりも凹んでおり、
   前記凸部は、前記基準面よりも突出しており、
   前記凹部および前記凸部のいずれかは、前記封止材に接している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記封止材は、環状に構成されており、かつ、前記ヒートシンクに沿って第１端部および第２端部を含み、
   前記第１端部は、前記第２端部に沿って延在し、かつ、前記第２端部に接している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記第１端部は、前記領域外に配置されている、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記封止材は、上部材と、嵌入部を有する下部材とを含み、
   前記上部材は、前記下部材と交差し、かつ、前記嵌入部に嵌入し、
   前記封止材の厚みは、全体で均一である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記封止材は、互いに前記絶縁樹脂シートを挟んで配置された第１部および第２部と、互いに前記絶縁樹脂シートを挟んで配置され、かつ、前記第１部および前記第２部と直交するように配置されている第３部および第４部とを含み、
   前記第１部は、前記第３部と第１隣接部を構成し、かつ前記第４部と第２隣接部を構成しており、
   前記第２部は、前記第４部と第３隣接部を構成し、かつ前記第３部と第４隣接部を構成しており、
   前記第１部、前記第２部、前記第３部および前記第４部の各々の一方端部および他方端部はそれぞれ折れ曲がるように構成されており、
   前記第１隣接部は、前記第１部の前記一方端部と前記第３部の前記他方端部とがお互いに沿いつつ重なるように構成されており、
   前記第２隣接部は、前記第１部の前記他方端部と前記第４部の前記一方端部とが互いに沿いつつ重なるように構成されており、
   前記第３隣接部は、前記第２部の前記一方端部と前記第４部の前記他方端部とが互いに沿いつつ重なるように構成されており、
   前記第４隣接部は、前記第２部の前記他方端部と前記第３部の前記一方端部とが互いに沿いつつ重なるように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 半導体モジュールと、ヒートシンクとに、絶縁樹脂シートおよび封止材が、挟み込まれるように配置される配置工程と、
   前記絶縁樹脂シートが、前記半導体モジュールと、前記ヒートシンクと、前記封止材に囲まれた領域に充填され、前記絶縁樹脂シートおよび前記封止材が圧縮され、前記半導体モジュールおよび前記ヒートシンクが前記絶縁樹脂シートと接合される接合工程とを備えている、半導体装置の製造方法。
10. 硬化工程をさらに備え、
    前記硬化工程において、前記絶縁樹脂シートおよび前記封止材が圧縮された状態で、前記絶縁樹脂シートは硬化する、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記配置工程における前記封止材の厚みは、前記絶縁樹脂シートの厚みよりも大きく、
    前記接合工程における前記封止材の厚みは、前記絶縁樹脂シートの厚み以下である、請求項９および請求項１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記配置工程において、前記封止材が、前記ヒートシンクに接合される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記配置工程における前記封止材は、円筒形状を有しており、
    前記接合工程における前記封止材は、前記半導体モジュールと接する第１接触部および前記ヒートシンクと接する第２接触部を含み、
    前記第１接触部および前記第２接触部は、平坦面を有している、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。