JP2023085765A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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conductor layer
screw
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Motohito Hori
良成 池田
Yoshinari Ikeda
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】半導体装置の導体層を介した接続に伴う品質の低下を抑える。【解決手段】半導体モジュール１は、導体層２１と、導体層２１上の絶縁板２２と、絶縁板２２上の回路パターン層２３と、回路パターン層２３上の半導体チップ７０とを備える。導体層２１は、第１貫通孔２１ａを有する。絶縁板２２は、第１貫通孔２１ａと対向する箇所にそれよりも大きい開口サイズの第２貫通孔２２ａを有する。回路パターン層２３は、第２貫通孔２２ａと対向する箇所にそれよりも大きい開口サイズの開口部２３ａを有する。冷却体９０との接続時には、導体層２１と冷却体９０との間に熱伝達媒体１００が設けられ、開口部２３ａ、第２貫通孔２２ａ及び第１貫通孔２１ａに挿通されてネジ取付孔９１に螺合されるネジ部材１２０Ａにより、第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲が冷却体９０側に押圧される。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
金属ベース、その上の絶縁層、更にその上の導電パターンを有する金属絶縁板の一部に、外部フィンにネジ止めする取付孔を設け、この金属絶縁板の導電パターン上に半導体チップをマウントし、そのマウント側表面を樹脂材で外装した樹脂封止型半導体装置において、樹脂材に、金属絶縁板の取付孔に達する、取付孔よりも大径の孔を設ける技術が知られている（特許文献１）。
また、トランジスタ回路が形成されたペレットがボンディングされるヘッダと、そのヘッダの上面の封止部及び下面の絶縁板部から構成される樹脂封止パッケージとを備える電子装置において、樹脂封止パッケージ及びヘッダにそれらを貫通する取付孔を開設し、その取付孔にセルフタップねじ部材を挿通して放熱板等にねじ込み、電子装置を固定する技術が知られている（特許文献２）。
また、一方の表面に金属層が設けられ、他方の表面に半導体チップが接合される回路層が設けられ、当該一方の表面が凹曲面状に反った絶縁回路基板を、その凹曲面状の表面が放熱体の当接面と向き合うようにグリースを介して載置し、絶縁回路基板の最突出部に穿設した貫通孔にネジを貫装して放熱体の雌ネジ部と締結し、最突出部の回路層を押圧して絶縁回路基板を放熱体の当接面に圧接する技術が知られている（特許文献３）。
また、回路基板の上面全域を覆う絶縁層と、絶縁層の表面に形成された導電パターンと、その所定の箇所に固着された半導体素子等と、回路基板の上面の一部が露出するように半導体素子等を封止する封止樹脂とを有する回路装置を、露出する当該一部に設けた貫通孔にビスを挿入して押圧し、ヒートシンクに固着する技術が知られている（特許文献４，５）。ここで、押圧の際、貫通孔に挿入するビスの頭部を、封止樹脂から露出する回路基板の露出領域に残存する絶縁層に接触させ、或いは、露出領域に貫通孔を取り囲むように円環状に残存させた絶縁層又は導電パターンに接触させ、或いはまた、絶縁層及び導電パターンを露出領域の全域に渡って除去した除去領域に接触させる技術が知られている（特許文献４，５）。
また、表裏面に銅箔が貼り付けられた絶縁基板及びその上に搭載された半導体チップがエポキシ樹脂材料でモールドされたパワー半導体モジュールの中央に貫通孔を設け、その貫通孔にボルトを挿通し、パワー半導体モジュールに放熱フィンを締着する技術が知られている（特許文献６）。
また、導電パターン付き絶縁基板、その上に搭載された半導体チップ、導電パターン付き絶縁基板に対向して設けられた梁部、及び弾力性を有する封止樹脂を備える半導体装置の中央に貫通孔を設け、その貫通孔にネジを挿通し、半導体装置を冷却体に取り付ける技術が知られている（特許文献７）。
特開昭６２－８８３４７号公報 特開昭６４－１２６１号公報 特開２００４－２８８８２８号公報 特開２０１０－１０５６８号公報 特開２０１０－３４３４６号公報 国際公開第２０１３／１４６２１２号パンフレット 国際公開第２０１４／０１３８８３号パンフレット
ところで、導体層と、導体上の絶縁板と、絶縁板上の回路パターン層とを有する絶縁回路基板を備え、その回路パターン層上に半導体チップが搭載された構成を有する半導体装置を、放熱ベース等の冷却体と接続する手法として、焼結材や半田といった接合材料を用いるものが知られている。例えば、絶縁回路基板の導体層と冷却体との間に、焼結銀や焼結銅等の焼結材が配置され、加熱及び加圧が行われて、導体層と冷却体とが焼結材によって接続される。或いは、絶縁回路基板の導体層と冷却体との間に、半田が配置され、加熱が行われて、導体層と冷却体とが半田によって接続される。
しかし、このように焼結材や半田といった接合材料を用いて絶縁回路基板の導体層と冷却体とを接続する手法では、絶縁回路基板を含む半導体装置の構成によっては、接続時に行われる加熱や加圧のために、絶縁回路基板の回路パターン層とそれに搭載される半導体チップとの間の接合材料の再溶融、半導体装置の構成部材の損傷や構成部材間の分離等が生じ、半導体装置の品質が低下してしまう恐れがあった。
１つの側面では、本発明は、半導体装置の導体層を介した接続に伴う品質の低下を抑えることを目的とする。
１つの態様では、第１貫通孔を有する導体層と、前記導体層上に配置され、前記第１貫通孔と対向する箇所に前記第１貫通孔よりも大きい開口サイズの第２貫通孔を有する絶縁板と、前記絶縁板上に配置され、前記第２貫通孔と対向する箇所に前記第２貫通孔よりも大きい開口サイズの開口部を有する回路パターン層と、前記回路パターン層上に搭載された半導体チップと、を備える半導体装置が提供される。
また、１つの態様では、第１貫通孔を有する導体層と、前記導体層上に配置され、前記第１貫通孔と対向する箇所に前記第１貫通孔よりも大きい開口サイズの第２貫通孔を有する絶縁板と、前記絶縁板上に配置され、前記第２貫通孔と対向する箇所に前記第２貫通孔よりも大きい開口サイズの開口部を有する回路パターン層と、を含む絶縁回路基板を準備する工程と、前記回路パターン層上に半導体チップを搭載する工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。
１つの側面では、半導体装置の導体層を介した接続に伴う品質の低下を抑えることが可能になる。
第１の実施の形態に係る半導体モジュールの一例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る絶縁回路基板の一例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る絶縁回路基板の一例の各層の分解図である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その１）である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その２）である。 第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その１）である。 第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その２）である。 第４の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その１）である。 第４の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図（その２）である。 第５の実施の形態に係る半導体モジュールの一例について説明する図である。 第５の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。 第６の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図である。
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの一例について説明する図である。図１（Ａ）には半導体モジュールの一例の要部平面図を模式的に示している。図１（Ｂ）には半導体モジュールの一例の要部側面図を模式的に示している。図１（Ｃ）には半導体モジュールの一例の要部断面図を模式的に示している。図１（Ｃ）は図１（Ａ）のI－I断面模式図である。
図１（Ａ）～図１（Ｃ）に示す半導体モジュール（「半導体装置」とも言う）１は、２ｉｎ１タイプの半導体モジュールの一例である。半導体モジュール１は、封止樹脂１０と、封止樹脂１０の内部に設けられた絶縁回路基板２０とを含む。封止樹脂１０には、エポキシ樹脂等の樹脂材料が用いられる。封止樹脂１０には、シリカ等の絶縁性のフィラーが含有されてもよい。絶縁回路基板２０には、焼結材や半田等の接合材料１４０を用いて半導体チップ７０が搭載され、ワイヤ等の導電部材８０を用いて半導体チップ７０が接続される。絶縁回路基板２０には更に、正極（Ｐ）端子３０、負極（Ｎ）端子４０、出力端子５０及び制御端子６０が接続される。Ｐ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０は、一端側が封止樹脂１０の内部に設けられて絶縁回路基板２０の所定の部位に接続され、他端側が封止樹脂１０の外部に引き出され、半導体モジュール１の外部接続に用いられる。
絶縁回路基板２０は、図１（Ｃ）に示すように、導体層２１と、導体層２１上に配置された絶縁板２２と、絶縁板２２上に配置された回路パターン層２３とを含む。導体層２１には、熱伝導性の良好な材料、例えば、銅等の金属材料が用いられる。絶縁板２２には、熱伝導性及び絶縁性の良好な材料、例えば、アルミナ、アルミナを主成分とする複合セラミックス、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミック材料が用いられる。このほか、絶縁板２２には、樹脂材料が用いられてもよい。回路パターン層２３には、導電性の良好な材料、例えば、銅等の金属材料が用いられる。回路パターン層２３は、絶縁回路基板２０に搭載される半導体チップ７０等、及び接続されるＰ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０と共に、半導体モジュール１の所定の回路を形成するように、所定のパターン形状で設けられる。このような導体層２１、絶縁板２２及び回路パターン層２３を含む絶縁回路基板２０には、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板等が用いられる。
絶縁回路基板２０の導体層２１は、第１貫通孔２１ａを有する。導体層２１上に配置される絶縁板２２は、導体層２１の第１貫通孔２１ａと対向する箇所に、第１貫通孔２１ａよりも大きい開口サイズの第２貫通孔２２ａを有する。絶縁板２２上に配置される回路パターン層２３は、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａと対向する箇所に、第２貫通孔２２ａよりも大きい開口サイズの開口部２３ａを有する。
封止樹脂１０は、絶縁回路基板２０の回路パターン層２３（及びその上に搭載される半導体チップ７０等）を封止するように設けられる。封止樹脂１０は、絶縁回路基板２０の導体層２１の主面（絶縁板２２側とは反対側の主面）が露出するように、設けられる。封止樹脂１０には、導体層２１の第１貫通孔２１ａ（並びに絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ及び回路パターン層２３の開口部２３ａ）と対向する箇所に、第１貫通孔２１ａよりも大きい開口サイズの第３貫通孔１０ａが設けられる。封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの開口サイズは、回路パターン層２３の開口部２３ａよりも小さい開口サイズ、或いは、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａよりも小さい開口サイズとされる。図１（Ａ）及び図１（Ｃ）には一例として、第２貫通孔２２ａよりも小さい開口サイズの第３貫通孔１０ａを図示している。
絶縁回路基板２０の第１貫通孔２１ａ、第２貫通孔２２ａ及び開口部２３ａと、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａとは、例えば、半導体モジュール１の中央部に位置するように設けられる。
上記のような半導体モジュール１に用いられる絶縁回路基板２０について、図２及び図３を参照して更に説明する。
図２は第１の実施の形態に係る絶縁回路基板の一例について説明する図である。図２（Ａ）には絶縁回路基板の一例の要部平面図を模式的に示している。図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）には絶縁回路基板の一例の要部断面図を模式的に示している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）のII－II断面模式図である。図２（Ｃ）は図２（Ｂ）のＰ２部拡大断面図である。
また、図３は第１の実施の形態に係る絶縁回路基板の一例の各層の分解図である。図３（Ａ）には回路パターン層の要部分解平面図を模式的に示している。図３（Ｂ）には絶縁板の要部分解平面図を模式的に示している。図３（Ｃ）には導体層の要部分解平面図を模式的に示している。
図２（Ａ）～図２（Ｃ）に示すように、絶縁回路基板２０は、導体層２１と、導体層２１上の絶縁板２２と、絶縁板２２上の回路パターン層２３とを含む。導体層２１には、図２（Ａ）～図２（Ｃ）並びに図３（Ｃ）に示すように、直径Ｄ１の開口サイズを有する第１貫通孔２１ａが設けられる。絶縁板２２には、図２（Ａ）～図２（Ｃ）並びに図３（Ｂ）に示すように、導体層２１の第１貫通孔２１ａよりも大きい直径Ｄ２の開口サイズを有する第２貫通孔２２ａが設けられる。回路パターン層２３には、図２（Ａ）～図２（Ｃ）並びに図３（Ａ）に示すように、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａよりも大きい直径Ｄ３の開口サイズを有する開口部２３ａが設けられる。
導体層２１の第１貫通孔２１ａは、図２（Ａ）～図２（Ｃ）に示すように、平面視及び断面視で、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａに内包されるように設けられ、第１貫通孔２１ａの内縁２１ｂと第２貫通孔２２ａの内縁２２ｂとの間には、導体層２１のテラス領域２１ｃが存在する。絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ（及び導体層２１の第１貫通孔２１ａ）は、図２（Ａ）～図２（Ｃ）に示すように、平面視及び断面視で、回路パターン層２３の開口部２３ａに内包されるように設けられ、第２貫通孔２２ａの内縁２２ｂと開口部２３ａの内縁２３ｂとの間には、絶縁板２２のテラス領域２２ｃが存在する。
絶縁回路基板２０の導体層２１に設けられる第１貫通孔２１ａの直径Ｄ１は、例えば、後述のようにして絶縁回路基板２０と冷却体とを接続する際に用いられるネジ部材の先端部側のネジ部が挿通され、且つ、反対側の頭部が挿通されないようなサイズに設定される。
上記のような絶縁回路基板２０の回路パターン層２３の所定の部位に、上記のような半導体チップ７０等の部品が搭載される。
図４は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成例を示す図である。図４には半導体モジュールの内部構成の一例の要部平面図を模式的に示している。
図４では、半導体モジュール１の封止樹脂１０の一部の図示を省略し、封止樹脂１０の内部構成の一例を模式的に図示している。図４に示す半導体モジュール１は、２ｉｎ１タイプの構成を有する半導体モジュールの一例である。
絶縁回路基板２０の回路パターン層２３には、第１パターン部２３ｄ、第２パターン部２３ｅ、第３パターン部２３ｆ、第４パターン部２３ｈ及び第５パターン部２３ｉが含まれる。
回路パターン層２３の第１パターン部２３ｄ上には、上アームを構成する半導体チップ７０、ここでは一例として４つの半導体チップ７１が、焼結材や半田等の接合材料（図示せず）を介して搭載される。回路パターン層２３の第２パターン部２３ｅ上には、下アームを構成する半導体チップ７０、ここでは一例として４つの半導体チップ７２が、焼結材や半田等の接合材料（図示せず）を介して搭載される。半導体チップ７１及び半導体チップ７２には、例えば、ＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting - Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）といった半導体素子が用いられる。ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング領域と逆並列接続となるボディーダイオードを内部に備えている。ＲＣ－ＩＧＢＴを用いた場合、半導体チップ７１，７２内に逆並列接続されたダイオードが内蔵されている。
半導体チップ７１及び半導体チップ７２の各々は、一方の主面（この例では下面）に設けられた第１負荷電極（例えば正極電極）と、他方の主面（この例では上面）に設けられた第２負荷電極（例えば負極電極）及び制御電極（第２負極電極と等電位のセンス電極を含む）とを有する。例えば、下面の第１負荷電極はコレクタ電極又はドレイン電極として機能し、上面の第２負荷電極はエミッタ電極又はソース電極として機能し、上面の制御電極はゲート電極として機能する。第２負荷電極には、ゲートに対する基準電位を測定するための補助ソース配線（ＭＯＳＦＥＴの場合）や補助エミッタ配線（ＲＣ－ＩＧＢＴの場合）が接続されている。
上アームの半導体チップ７１は、下面の第１負荷電極が、接合材料を介して、Ｐ端子３０が接続される第１パターン部２３ｄと接続され、上面の第２負荷電極が、ワイヤ等の導電部材８１ａを介して、出力端子５０が接続される第２パターン部２３ｅと接続される。下アームの半導体チップ７２は、下面の第１負荷電極が、接合材料を介して、出力端子５０が接続される第２パターン部２３ｅと接続され、上面の第２負荷電極が、ワイヤ等の導電部材８２ａを介して、Ｎ端子４０が接続される回路パターン層２３の第３パターン部２３ｆと接続される。上アームの半導体チップ７１の、上面の制御電極（センス電極を含む）は、ワイヤ等の導電部材８１ｂを介して回路パターン層２３の第４パターン部２３ｈと接続され、第４パターン部２３ｈは、ワイヤ等の導電部材８１ｃを介して制御端子６０の一部（制御端子６１）と接続される。下アームの半導体チップ７２の、上面の制御電極（センス電極を含む）は、ワイヤ等の導電部材８２ｂを介して回路パターン層２３の第５パターン部２３ｉと接続され、第５パターン部２３ｉは、ワイヤ等の導電部材８２ｃを介して制御端子６０の一部（制御端子６２）と接続される。
半導体モジュール１では、Ｐ端子３０及び制御端子６１に接続された半導体チップ７１と、Ｎ端子４０及び制御端子６２に接続された半導体チップ７２とが直列接続され、半導体チップ７１と半導体チップ７２との接続ノードに出力端子５０が接続される。半導体モジュール１において、Ｐ端子３０から入った電流は、第１パターン部２３ｄを流れ、制御端子６１で制御される上アームの半導体チップ７１及び導電部材８１ａを経由して第２パターン部２３ｅを流れ、出力端子５０に流れる。出力端子５０から入った電流は、第２パターン部２３ｅを流れ、制御端子６２で制御される下アームの半導体チップ７２及び導電部材８２ａを経由して第３パターン部２３ｆを流れ、Ｎ端子４０に流れる。
例えば、このような半導体モジュール１が３つ、互いに並列接続される。並列接続された半導体モジュール１の、各々の出力端子５０に繋がる、直列接続された半導体チップ７１と半導体チップ７２と間の接続ノードが、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力ノードとされ、モータ等の負荷と接続される。
尚、ここでは、上アームを構成する４つの半導体チップ７１と、下アームを構成する４つの半導体チップ７２とを含む半導体モジュール１を例示したが、半導体モジュール１の半導体チップ７１の個数及び半導体チップ７２の個数はこれに限定されるものではない。絶縁回路基板２０には、搭載される半導体チップ７１及び半導体チップ７２の個数やレイアウトに応じたパターン形状の回路パターン層２３が形成され得る。
図１から図４に示した半導体モジュール１の絶縁回路基板２０には、前述のように、導体層２１に直径Ｄ１の第１貫通孔２１ａが設けられ、絶縁板２２に直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２の第２貫通孔２２ａが設けられ、回路パターン層２３に直径Ｄ２よりも大きい直径Ｄ３の開口部２３ａが設けられる。封止樹脂１０には、第１貫通孔２１ａの直径Ｄ１よりも大きい直径、例えば、直径Ｄ１よりも大きく、且つ、直径Ｄ２よりは小さい直径の第３貫通孔１０ａが設けられる。第１貫通孔２１ａ、第２貫通孔２２ａ、開口部２３ａ及び第３貫通孔１０ａは、互いに対向する箇所に設けられる。
半導体モジュール１の絶縁回路基板２０を放熱ベース等の冷却体と接続する際には、絶縁回路基板２０の導体層２１と冷却体との間にコンパウンドや熱伝導シートのような熱伝達媒体が介在される。そして、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、並びに、絶縁回路基板２０の開口部２３ａ、第２貫通孔２２ａ及び第１貫通孔２１ａにネジ部材が挿通され、そのネジ部材の先端部側が冷却体に螺合される。この時、絶縁回路基板２０は、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）を、冷却体に螺合されるネジ部材の先端部側とは反対側の頭部で冷却体側に押圧することができるようになっている。
半導体モジュール１では、焼結材や半田等の接合材料を用いず、コンパウンドや熱伝導シートのような熱伝達媒体及びネジ部材等を用いて絶縁回路基板２０を冷却体と接続することが可能になるため、接続時の加熱や加圧が不要になる。これにより、絶縁回路基板２０の回路パターン層２３（第１パターン部２３ｄ及び第２パターン部２３ｅ）に半導体チップ７０（半導体チップ７１及び半導体チップ７２）を接続している焼結材や半田等の接合材料１４０の熱による再溶融、半導体チップ７０並びにそれと接続される部材の圧力による損傷、半導体チップ７０等が搭載される絶縁回路基板２０からの熱や圧力による封止樹脂１０の剥離（分離）等を抑えることが可能になる。また、ネジ部材を用いた接続時に、ネジ部材によって絶縁回路基板２０の導体層２１を押圧することができるようにすることで、回路パターン層２３を押圧する場合に生じ得る回路パターン層２３の損傷やネジ部材との電気的な接続による不具合、絶縁板２２を押圧する場合に生じ得る絶縁板２２の損傷等を抑えることが可能になる。
絶縁回路基板２０によれば、導体層２１を介した冷却体との接続に伴う品質の低下を効果的に抑えることのできる半導体モジュール１が実現される。
以下、上記のような構成を有する半導体モジュール１と冷却体との接続例を第２、第３及び第４の実施の形態として説明する。
［第２の実施の形態］
図５及び図６は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図５には半導体装置の一例の要部分解断面図を模式的に示している。図６には半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
上記第１の実施の形態で述べたような半導体モジュール１を備える半導体装置の組み立て（製造）において、半導体モジュール１のほか、図５に示すような冷却体９０、熱伝達媒体１００、ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａが準備される。
ここで、冷却体９０には、例えば、放熱ベース、ヒートシンク等として機能する金属板が用いられる。冷却体９０の金属板には、熱伝導性の良好な金属材料、例えば、銅やアルミニウム等の金属板が用いられる。冷却体９０の金属板には、板状や針状のフィンが設けられてもよく、また、液体や気体の冷媒が流通可能な流路が内蔵されてもよい。冷却体９０は、半導体モジュール１の、封止樹脂１０から露出する導体層２１側、即ち、導体層２１の絶縁板２２側とは反対側に、配置される。冷却体９０は、導体層２１の第１貫通孔２１ａと対向する箇所に、第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ａが螺合されるネジ取付孔９１を有する。
熱伝達媒体１００は、半導体モジュール１と冷却体９０との間に配置される。熱伝達媒体１００には、例えば、コンパウンドや熱伝導シートのようなＴＩＭ（Thermal Interface Material）が用いられる。熱伝達媒体１００は、半導体モジュール１の封止樹脂１０から露出する導体層２１側に予め塗布又は貼付されてもよいし、冷却体９０の半導体モジュール１の導体層２１と対向する面側に予め塗布又は貼付されてもよい。熱伝達媒体１００は、半導体モジュール１と冷却体９０との間に配置された時に、半導体モジュール１の導体層２１の第１貫通孔２１ａ及び冷却体９０のネジ取付孔９１の周囲に配置される。
ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａには、例えば、金属製のものが用いられる。このほか、ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａには、それら自体の機械強度、及びそれらを用いて半導体モジュール１と冷却体９０とを接続した時の接続強度を十分に確保すること等が可能であれば、樹脂製のものが用いられてもよい。
ワッシャ１１０Ａには、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａに収容可能であって、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）に当接可能な外径を有する平ワッシャが用いられる。ワッシャ１１０Ａは、導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ａのネジ部１２１Ａが挿通可能な開口サイズの孔１１１Ａを有する。
ネジ部材１２０Ａには、ネジ、ボルト又はビスが用いられる。ネジ部材１２０Ａは、ネジ部１２１Ａ及び頭部１２２Ａを有する。ネジ部１２１Ａは、ワッシャ１１０Ａの孔１１１Ａ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通可能な直径を有し、先端部が冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。頭部１２２Ａは、ネジ部１２１Ａの先端部側とは反対側に設けられる。頭部１２２Ａは、ワッシャ１１０Ａの孔１１１Ａよりも大きく、且つ、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａよりも小さい直径を有する。即ち、ネジ部材１２０Ａは、ワッシャ１１０Ａと共に封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａに収容可能なサイズの頭部１２２Ａを有する。
尚、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａを、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａよりも大きい開口サイズに設定している場合には、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａよりも小さい外径のワッシャ１１０Ａ、及び第２貫通孔２２ａよりも小さい直径の頭部１２２Ａを有するネジ部材１２０Ａが用いられる。
ワッシャ１１０Ａには、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ内において、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）に当接されるような外径のものが用いられる。ネジ部材１２０Ａには、そのようなワッシャ１１０Ａを冷却体９０側に押圧することができるような頭部１２２Ａを有するものが用いられる。
組み立てに際し、例えば、この図５に示すような半導体モジュール１、冷却体９０、熱伝達媒体１００、ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａが準備される。半導体モジュール１と冷却体９０とが、互いの第１貫通孔２１ａとネジ取付孔９１とが対向するように配置され、そのように配置される半導体モジュール１と冷却体９０との間に、熱伝達媒体１００が配置される。そして、ネジ部材１２０Ａが、ワッシャ１１０Ａの孔１１１Ａに挿通され、そのネジ部１２１Ａが、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通される。挿通されるネジ部１２１Ａの先端部が、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。これにより、図６に示すような半導体装置２Ａ、即ち、ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａが用いられ、熱伝達媒体１００を介して半導体モジュール１と冷却体９０とが接続された半導体装置２Ａが得られる。
図６に示す半導体装置２Ａでは、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ａのネジ部１２１Ａの、その先端部が、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。半導体モジュール１は、導体層２１がワッシャ１１０Ａを介してネジ部材１２０Ａの頭部１２２Ａで冷却体９０側に押圧され、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０と接続される。
この時、ワッシャ１１０Ａは、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの内部において、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）に当接される。この導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲に当接されるワッシャ１１０Ａが、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合されるネジ部材１２０Ａの頭部１２２Ａで冷却体９０側に押圧される。これにより、半導体モジュール１は、ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａで導体層２１が冷却体９０側に押圧され、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０と接続される。ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａで冷却体９０側に押圧される導体層２１の厚さを比較的厚くしておくと、剛性が高まり、半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続強度が高められる。
半導体装置２Ａでは、半導体モジュール１と冷却体９０とが、焼結材や半田等の接合材料を用いず、ＴＩＭのような熱伝達媒体１００、並びにネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａを用いて接続されるため、接続時の加熱や加圧が不要になる。これにより、回路パターン層２３に半導体チップ７０を接続している焼結材や半田等の接合材料１４０の熱による再溶融、半導体チップ７０並びにそれと接続される部材の圧力による損傷、半導体チップ７０等が搭載される絶縁回路基板２０からの熱や圧力による封止樹脂１０の剥離等が抑えられる。
更に、半導体装置２Ａでは、ネジ部材１２０Ａの頭部１２２Ａにより、ワッシャ１１０Ａを介して、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲が、冷却体９０側に押圧される。これにより、回路パターン層２３を押圧する場合に生じ得る回路パターン層２３の損傷や金属製のネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａとの電気的な接続による不具合、絶縁板２２を押圧する場合に生じ得る絶縁板２２の損傷等が抑えられる。
半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続に伴う品質の低下を効果的に抑えることのできる半導体装置２Ａが実現される。
また、半導体装置２Ａでは、ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａに金属製のものを用いると、導体層２１と冷却体９０とが、ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａを介して熱的に接続される。半導体モジュール１で発生する熱は、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０に伝熱されるほか、ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａを介して冷却体９０に伝熱される。これにより、半導体モジュール１からの放熱性が高められ、過熱による半導体モジュール１の損傷や性能低下が抑えられる。
半導体装置２Ａでは、ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａに金属製のものを用いると、導体層２１と冷却体９０とが、ワッシャ１１０Ａ及びネジ部材１２０Ａを介して電気的に接続される。一方、半導体装置２Ａでは、ネジ部材１２０Ａの頭部１２２Ａが、ワッシャ１１０Ａと共に、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａに収容される。従って、ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａと、封止樹脂１０から外部に延びる上記のようなＰ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０との間に、十分な沿面距離（絶縁距離）が確保される。これにより、金属製のネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａを用いることによる半導体モジュール１のノイズ等の電気的な不具合、性能低下が抑えられる。
尚、ネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａには、それら自体の機械強度、及び半導体モジュール１と冷却体９０との接続強度を十分に確保することができ、上記のようなネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａの冷却体９０との熱的及び電気的な接続が不要であれば、樹脂製のものを用いることもできる。
半導体装置２Ａでは、半導体モジュール１と冷却体９０との接続において、ＴＩＭのような熱伝達媒体１００を介したネジ部材１２０Ａの締め付けによる方法が用いられ、焼結材や半田等の接合材料を用いる場合のような特別な設備が不要になり、様々な種類や大きさの冷却体９０に対する半導体モジュール１の接続が可能になる。
［第３の実施の形態］
図７及び図８は第３の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図７には半導体装置の一例の要部分解断面図を模式的に示している。図８には半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
上記第１の実施の形態で述べたような半導体モジュール１を備える半導体装置の組み立て（製造）において、半導体モジュール１のほか、図７に示すような冷却体９０、熱伝達媒体１００、スペーサ１３０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びネジ部材１２０Ｂが準備される。
ここで、冷却体９０には、上記第２の実施の形態で述べたような冷却体９０、即ち、導体層２１の第１貫通孔２１ａと対向する箇所に、第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ｂが螺合されるネジ取付孔９１を有する冷却体９０が用いられる。
熱伝達媒体１００には、上記第２の実施の形態で述べたような熱伝達媒体１００、即ち、半導体モジュール１と冷却体９０との間に配置され、導体層２１の第１貫通孔２１ａ及び冷却体９０のネジ取付孔９１の周囲に配置されるＴＩＭが用いられる。
スペーサ１３０Ｂには、例えば、金属製のものが用いられる。このほか、スペーサ１３０Ｂには、それ自体の機械強度、及びそれを用いて半導体モジュール１と冷却体９０とを接続した時の接続強度を十分に確保すること等が可能であれば、樹脂製のものが用いられてもよい。スペーサ１３０Ｂには、半導体モジュール１の封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａに収容可能な外径及び高さを有する円筒形スペーサが用いられる。スペーサ１３０Ｂは、導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ｂのネジ部１２１Ｂが挿通可能な開口サイズの孔１３１Ｂを有する。スペーサ１３０Ｂには、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ内において、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）に、一端が当接可能なものが用いられる。
尚、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａを、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａよりも大きい開口サイズに設定している場合には、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａよりも小さい外径のスペーサ１３０Ｂが用いられる。
ワッシャ１１０Ｂ及びネジ部材１２０Ｂには、例えば、金属製のものが用いられる。このほか、ワッシャ１１０Ｂ及びネジ部材１２０Ｂには、それら自体の機械強度、及びそれらを用いて半導体モジュール１と冷却体９０とを接続した時の接続強度を十分に確保すること等が可能であれば、樹脂製のものが用いられてもよい。
ワッシャ１１０Ｂには、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａよりも大きな外径を有する平ワッシャが用いられる。ワッシャ１１０Ｂは、導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ｂのネジ部１２１Ｂが挿通可能な開口サイズの孔１１１Ｂを有する。ワッシャ１１０Ｂには、一端が導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲に当接されるスペーサ１３０Ｂの、その他端に当接可能なものが用いられる。
ネジ部材１２０Ｂには、ネジ、ボルト又はビスが用いられる。ネジ部材１２０Ｂは、ネジ部１２１Ｂ及び頭部１２２Ｂを有する。ネジ部１２１Ｂは、ワッシャ１１０Ｂの孔１１１Ｂ、スペーサ１３０Ｂの孔１３１Ｂ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通可能な直径を有し、先端部が冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。頭部１２２Ｂは、ネジ部１２１Ｂの先端部側とは反対側に設けられる。頭部１２２Ｂは、ワッシャ１１０Ｂの孔１１１Ｂよりも大きい直径を有する。
組み立てに際し、例えば、この図７に示すような半導体モジュール１、冷却体９０、熱伝達媒体１００、スペーサ１３０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びネジ部材１２０Ｂが準備される。半導体モジュール１と冷却体９０とが、互いの第１貫通孔２１ａとネジ取付孔９１とが対向するように配置され、そのように配置される半導体モジュール１と冷却体９０との間に、熱伝達媒体１００が配置される。そして、ネジ部材１２０Ｂが、ワッシャ１１０Ｂの孔１１１Ｂ及びスペーサ１３０Ｂの孔１３１Ｂに挿通され、そのネジ部１２１Ｂが、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通される。挿通されるネジ部１２１Ｂの先端部が、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。これにより、図８に示すような半導体装置２Ｂ、即ち、ネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂが用いられ、熱伝達媒体１００を介して半導体モジュール１と冷却体９０とが接続された半導体装置２Ｂが得られる。
図８に示す半導体装置２Ｂでは、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ｂのネジ部１２１Ｂの、その先端部が、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。半導体モジュール１は、導体層２１がスペーサ１３０Ｂ及びワッシャ１１０Ｂを介してネジ部材１２０Ｂの頭部１２２Ｂで冷却体９０側に押圧され、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０と接続される。
この時、スペーサ１３０Ｂは、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの内部において、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）に一端が当接される。この導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲に一端が当接されるスペーサ１３０Ｂの他端が、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの外部に配置されるワッシャ１１０Ｂを介して、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合されるネジ部材１２０Ｂの頭部１２２Ｂで冷却体９０側に押圧される。ネジ部材１２０Ｂの頭部１２２Ｂは、ワッシャ１１０Ｂと同様に、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの外部に配置される。これにより、半導体モジュール１は、ネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂで導体層２１が冷却体９０側に押圧され、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０と接続される。ネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂで冷却体９０側に押圧される導体層２１の厚さを比較的厚くしておくと、剛性が高まり、半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続強度が高められる。
半導体装置２Ｂでは、半導体モジュール１と冷却体９０とが、焼結材や半田等の接合材料を用いず、ＴＩＭのような熱伝達媒体１００、並びにネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂを用いて接続されるため、接続時の加熱や加圧が不要になる。これにより、回路パターン層２３に半導体チップ７０を接続している焼結材や半田等の接合材料１４０の熱による再溶融、半導体チップ７０並びにそれと接続される部材の圧力による損傷、半導体チップ７０等が搭載される絶縁回路基板２０からの熱や圧力による封止樹脂１０の剥離等が抑えられる。
更に、半導体装置２Ｂでは、ネジ部材１２０Ｂの頭部１２２Ｂにより、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂを介して、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲が冷却体９０側に押圧される。これにより、回路パターン層２３を押圧する場合に生じ得る回路パターン層２３の損傷や金属製のネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂとの電気的な接続による不具合、絶縁板２２を押圧する場合に生じ得る絶縁板２２の損傷等が抑えられる。
半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続に伴う品質の低下を効果的に抑えることのできる半導体装置２Ｂが実現される。
また、半導体装置２Ｂでは、ネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂに金属製のものを用いると、導体層２１と冷却体９０とが、スペーサ１３０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びネジ部材１２０Ｂを介して熱的及び電気的に接続される。半導体モジュール１で発生する熱は、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０に伝熱されるほか、スペーサ１３０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びネジ部材１２０Ｂを介して冷却体９０に伝熱される。これにより、半導体モジュール１からの放熱性が高められ、過熱による半導体モジュール１の損傷や性能低下が抑えられる。
半導体装置２Ｂでは、ネジ部材１２０Ｂの頭部１２２Ｂが、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの外部に配置される。そのため、頭部１２２Ｂが比較的大きなネジ部材１２０Ｂを用いることが可能になる。
半導体装置２Ｂでは、半導体モジュール１と冷却体９０との接続において、熱伝達媒体１００を介したネジ部材１２０Ｂの締め付けによる方法が用いられ、焼結材や半田等の接合材料を用いる場合のような特別な設備が不要になり、様々な種類や大きさの冷却体９０に対する半導体モジュール１の接続が可能になる。
［第４の実施の形態］
図９及び図１０は第４の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図９には半導体装置の一例の要部分解断面図を模式的に示している。図１０には半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
上記第１の実施の形態で述べたような半導体モジュール１を備える半導体装置の組み立て（製造）において、半導体モジュール１のほか、図９に示すような冷却体９０、熱伝達媒体１００、ワッシャ１１０Ｃ及びネジ部材１２０Ｃが準備される。
ここで、冷却体９０には、上記第２の実施の形態で述べたような冷却体９０、即ち、導体層２１の第１貫通孔２１ａと対向する箇所に、第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ｃが螺合されるネジ取付孔９１を有する冷却体９０が用いられる。
熱伝達媒体１００は、上記第２の実施の形態で述べたような熱伝達媒体１００、即ち、半導体モジュール１と冷却体９０との間に配置され、導体層２１の第１貫通孔２１ａ及び冷却体９０のネジ取付孔９１の周囲に配置されるＴＩＭが用いられる。
ワッシャ１１０Ｃ及びネジ部材１２０Ｃには、例えば、金属製のものが用いられる。このほか、ワッシャ１１０Ｃ及びネジ部材１２０Ｃには、それら自体の機械強度、及びそれらを用いて半導体モジュール１と冷却体９０とを接続した時の接続強度を十分に確保すること等が可能であれば、樹脂製のものが用いられてもよい。
ワッシャ１１０Ｃには、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａよりも大きな外径を有する平ワッシャが用いられる。ワッシャ１１０Ｃは、ネジ部材１２０Ｃのネジ部１２１Ｃが挿通可能な開口サイズの孔１１１Ｃを有する。
ネジ部材１２０Ｃには、ネジ、ボルト又はビスが用いられる。ネジ部材１２０Ｃは、先端部が冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合されるネジ部１２１Ｃと、ネジ部１２１Ｃの先端部側とは反対側に設けられる頭部１２２Ｃとを有する。ネジ部１２１Ｃは、ワッシャ１１０Ｃの孔１１１Ｃ及び封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａには挿通されるが導体層２１の第１貫通孔２１ａには挿通されない直径を有する第１部位１２１Ｃａと、それよりも細径で第１貫通孔２１ａに挿通される直径を有する第２部位１２１Ｃｂとを有する。頭部１２２Ｃは、ワッシャ１１０Ｃの孔１１１Ｃよりも大きい直径を有する。
組み立てに際し、例えば、この図９に示すような半導体モジュール１、冷却体９０、熱伝達媒体１００、ワッシャ１１０Ｃ及びネジ部材１２０Ｃが準備される。半導体モジュール１と冷却体９０とが、互いの第１貫通孔２１ａとネジ取付孔９１とが対向するように配置され、そのように配置される半導体モジュール１と冷却体９０との間に、熱伝達媒体１００が配置される。そして、ネジ部材１２０Ｃが、ワッシャ１１０Ｃの孔１１１Ｃに挿通され、そのネジ部１２１Ｃの太径の第１部位１２１Ｃａが、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ及び絶縁板２２の第２貫通孔２２ａに挿通され、ネジ部１２１Ｃの細径の第２部位１２１Ｃｂが、導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通される。挿通されるネジ部１２１Ｃの先端部が、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。これにより、図１０に示すような半導体装置２Ｃ、即ち、ネジ部材１２０Ｃ及びワッシャ１１０Ｃが用いられ、熱伝達媒体１００を介して半導体モジュール１と冷却体９０とが接続された半導体装置２Ｃが得られる。
図１０に示す半導体装置２Ｃでは、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ及び導体層２１の第１貫通孔２１ａに挿通されるネジ部材１２０Ｃのネジ部１２１Ｃの、その先端部が、冷却体９０のネジ取付孔９１に螺合される。半導体モジュール１は、導体層２１がネジ部材１２０Ｃで冷却体９０側に押圧され、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０と接続される。
この時、ネジ部材１２０Ｃは、そのネジ部１２１Ｃの太径の第１部位１２１Ｃａが、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの内部において、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（導体層２１のテラス領域２１ｃ）に当接される。この導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲に当接される太径の第１部位１２１Ｃａが、ネジ部材１２０Ｃ（その細径の第２部位１２１Ｃｂ）のネジ取付孔９１への螺合により、導体層２１を冷却体９０側に押圧する。このようにネジ部１２１Ｃの太径の第１部位１２１Ｃａによって導体層２１が冷却体９０側に押圧され、半導体モジュール１が熱伝達媒体１００を介して冷却体９０と接続される。ネジ部１２１Ｃの太径の第１部位１２１Ｃａで冷却体９０側に押圧される導体層２１の厚さを比較的厚くしておくと、剛性が高まり、半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続強度が高められる。
半導体装置２Ｃでは、半導体モジュール１と冷却体９０とが、焼結材や半田等の接合材料を用いず、ＴＩＭのような熱伝達媒体１００、並びにネジ部材１２０Ｃ及びワッシャ１１０Ｃを用いて接続されるため、接続時の加熱や加圧が不要になる。これにより、回路パターン層２３に半導体チップ７０を接続している焼結材や半田等の接合材料１４０の熱による再溶融、半導体チップ７０並びにそれと接続される部材の圧力による損傷、半導体チップ７０等が搭載される絶縁回路基板２０からの熱や圧力による封止樹脂１０の剥離等が抑えられる。
更に、半導体装置２Ｃでは、ネジ部材１２０Ｃのネジ部１２１Ｃにおける太径の第１部位１２１Ｃａにより、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲が冷却体９０側に押圧される。これにより、回路パターン層２３を押圧する場合に生じ得る回路パターン層２３の損傷や金属製のネジ部材１２０Ｃ及びワッシャ１１０Ｃとの電気的な接続による不具合、絶縁板２２を押圧する場合に生じ得る絶縁板２２の損傷等が抑えられる。
半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続に伴う品質の低下を効果的に抑えることのできる半導体装置２Ｃが実現される。
また、半導体装置２Ｃでは、ネジ部材１２０Ｃに金属製のものを用いると、導体層２１と冷却体９０とが、ネジ部材１２０Ｃを介して熱的及び電気的に接続される。半導体モジュール１で発生する熱は、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０に伝熱されるほか、ネジ部材１２０Ｃを介して冷却体９０に伝熱される。これにより、半導体モジュール１からの放熱性が高められ、過熱による半導体モジュール１の損傷や性能低下が抑えられる。
半導体装置２Ｃでは、ネジ部材１２０Ｃの頭部１２２Ｃが、封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａの外部に配置される。そのため、頭部１２２Ｃが比較的大きなネジ部材１２０Ｃを用いることが可能になる。
半導体装置２Ｃでは、半導体モジュール１と冷却体９０との接続において、熱伝達媒体１００を介したネジ部材１２０Ｃの締め付けによる方法が用いられ、焼結材や半田等の接合材料を用いる場合のような特別な設備が不要になり、様々な種類や大きさの冷却体９０に対する半導体モジュール１の接続が可能になる。
次に、変形例を第５の実施の形態として説明する。
［第５の実施の形態］
図１１は第５の実施の形態に係る半導体モジュールの一例について説明する図である。図１１（Ａ）には半導体装置の一例の要部平面図を模式的に示している。図１１（Ｂ）には半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のXI－XI断面模式図である。
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す半導体モジュール（「半導体装置」とも言う）１ａは、互いに対向して配置される導体層２１の第１貫通孔２１ａ、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ、回路パターン層２３の開口部２３ａ、及び封止樹脂１０の第３貫通孔１０ａを、異なる箇所に２組有している点で、上記第１の実施の形態で述べた半導体モジュール１と相違する。半導体モジュール１ａの回路パターン層２３には、接合材料１４０や導電部材８０を用いて半導体チップ７０が接続される。回路パターン層２３には更に、Ｐ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０等が接続される。
半導体モジュール１ａでは、各組の第３貫通孔１０ａ、開口部２３ａ、第２貫通孔２２ａ及び第１貫通孔２１ａにそれぞれ、所定のネジ部材を挿通することができるようになっている。半導体モジュール１ａは、熱伝達媒体を介して冷却体と接続される。半導体モジュール１ａと冷却体とを接続した半導体装置の一例を図１２に示す。
図１２は第５の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図１２には半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
半導体モジュール１ａと接続される冷却体９０ａには、各組の導体層２１の第１貫通孔２１ａと対向する箇所にそれぞれ、ネジ取付孔９１ａが設けられる。半導体モジュール１ａと冷却体９０ａとが、互いの対応する第１貫通孔２１ａとネジ取付孔９１ａとが対向するように配置され、それらの間にＴＩＭのような熱伝達媒体１００が配置される。そして、例えば、上記第２の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ａが、ワッシャ１１０Ａに挿通されて、各組の第３貫通孔１０ａ、開口部２３ａ、第２貫通孔２２ａ及び第１貫通孔２１ａにそれぞれ、挿通される。挿通される各ネジ部材１２０Ａのネジ部１２１Ａの先端部がそれぞれ、冷却体９０ａのネジ取付孔９１ａに螺合される。これにより、図１２に示すような半導体装置２Ｄ、即ち、２組のネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａが用いられ、熱伝達媒体１００を介して半導体モジュール１ａと冷却体９０ａとが接続された半導体装置２Ｄが得られる。
半導体装置２Ｄでは、上記第２の実施の形態で半導体装置２Ａについて述べたのと同様の効果が得られる。半導体装置２Ｄでは更に、半導体モジュール１ａと冷却体９０ａとが、異なる２箇所でネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａを用いて接続されるため、半導体モジュール１ａが冷却体９０ａの平面方向に回転してずれることが回避される。
尚、ここでは、半導体モジュール１ａを、上記第２の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａを用いて冷却体９０ａと接続する例を示した。このほか、半導体モジュール１ａは、上記第３の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂを用いて、或いは、上記第４の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ｃ及びワッシャ１１０Ｃを用いて、冷却体９０ａと接続することもできる。
また、互いに対向して配置される第１貫通孔２１ａ、第２貫通孔２２ａ、開口部２３ａ及び第３貫通孔１０ａ、並びにネジ取付孔９１ａの組は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）並びに図１２に示すような配置及び組数に限定されるものではない。例えば、平面視で半導体モジュール１ａの辺（封止樹脂１０の外縁）と平行な直線上（例えば半導体モジュール１ａの中央部を通る直線上）に３組以上設けたり、平面視で半導体モジュール１ａの中央部を通る対角線上の異なる箇所に２組又は３組以上設けたり、平面視で半導体モジュール１ａの４隅に４組設けたりすることもできる。
次に、半導体モジュール及びそれを備える半導体装置の製造方法の例を第６の実施の形態として説明する。
［第６の実施の形態］
図１３は第６の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図である。
例えば、上記第１の実施の形態で述べたような絶縁回路基板２０が準備される（ステップＳ１）。即ち、導体層２１と、導体層２１上の絶縁板２２と、絶縁板２２上の回路パターン層２３とを含み、導体層２１に第１貫通孔２１ａが設けられ、絶縁板２２に第１貫通孔２１ａよりも大きい開口サイズの第２貫通孔２２ａが設けられ、回路パターン層２３に第２貫通孔２２ａよりも大きい開口サイズの開口部２３ａが設けられた絶縁回路基板２０が準備される。ここで、第２貫通孔２２ａは、第１貫通孔２１ａと対向する箇所に設けられ、開口部２３ａは、第２貫通孔２２ａと対向する箇所に設けられ、第１貫通孔２１ａ、第２貫通孔２２ａ及び開口部２３ａは、互いに対向する箇所に設けられる。第１貫通孔２１ａ、第２貫通孔２２ａ及び開口部２３ａは、絶縁回路基板２０の所定の箇所に、１組又は２組以上設けられる。
準備された絶縁回路基板２０に、上記のような半導体チップ７０や、Ｐ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０等が搭載される（ステップＳ２）。絶縁回路基板２０には、回路パターン層２３の所定の部位に、Ｐ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０が接続される。半導体チップ７０は、回路パターン層２３の所定の部位に、焼結材や半田等の接合材料１４０を用いて搭載され、ワイヤ等の導電部材８０を用いて接続される。
絶縁回路基板２０への半導体チップ７０等の搭載後、封止樹脂１０が形成される（ステップＳ３）。封止樹脂１０により、Ｐ端子３０、Ｎ端子４０、出力端子５０及び制御端子６０の各々の一部、半導体チップ７０及びそれが搭載される回路パターン層２３、半導体チップ７０と接続される導電部材８０が封止される。封止樹脂１０は、導体層２１の第１貫通孔２１ａと対向する箇所に、第１貫通孔２１ａよりも大きい開口サイズの第３貫通孔１０ａを有するように、形成される。第３貫通孔１０ａは、第１貫通孔２１ａ（並びにそれと対向する第２貫通孔２２ａ及び開口部２３ａ）が複数箇所に設けられる場合には、各々と対向する箇所に形成される。
ステップＳ１、Ｓ２及びＳ３の工程により、絶縁回路基板２０及び封止樹脂１０を備える半導体モジュール１，１ａが形成される。
形成された半導体モジュール１等は、ＴＩＭのような熱伝達媒体１００を介して、上記のような冷却体９０又は冷却体９０ａの上に配置される（ステップＳ４）。半導体モジュール１等は、その導体層２１の第１貫通孔２１ａと、冷却体９０等のネジ取付孔９１とが対向するように配置される。熱伝達媒体１００は、半導体モジュール１等と冷却体９０等との間の、第１貫通孔２１ａ及びネジ取付孔９１等の周囲に配置される。
熱伝達媒体１００を介して冷却体９０等の上に配置された半導体モジュール１等は、所定のネジ部材等を用いて冷却体９０等と接続され（ステップＳ５）、固定される。例えば、上記第２の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ａ及びワッシャ１１０Ａを用いて、半導体モジュール１等が冷却体９０等と接続される。このほか、上記第３の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ｂ、ワッシャ１１０Ｂ及びスペーサ１３０Ｂを用いて、或いは、上記第４の実施の形態で述べたようなネジ部材１２０Ｃ及びワッシャ１１０Ｃを用いて、半導体モジュール１等が冷却体９０等と接続されてもよい。
ステップＳ５の工程において、半導体モジュール１等は、所定のネジ部材等により、絶縁板２２の第２貫通孔２２ａ内の、導体層２１の第１貫通孔２１ａの周囲（テラス領域２１ｃ）が冷却体９０等の側に押圧され、熱伝達媒体１００を介して冷却体９０等と接続される。
以上のような方法により、半導体モジュール１等と冷却体９０等とを備える半導体装置が製造される。この方法では、半導体モジュール１等と冷却体９０等との、加熱及び加圧を不要とした接続が可能になる。これにより、接合材料１４０の再溶融や封止樹脂１０の剥離が抑えられる。更に、半導体モジュール１等と冷却体９０等とは、所定のネジ部材等で導体層２１を押圧して接続される。これにより、回路パターン層２３や絶縁板２２を押圧して接続する場合のようなそれらへの損傷や電気的な不具合の発生が抑えられる。この方法によれば、半導体モジュール１の導体層２１を介した冷却体９０との接続に伴う品質の低下を効果的に抑えることのできる半導体装置が実現される。
１，１ａ 半導体モジュール（半導体装置）
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 半導体装置
１０ 封止樹脂
１０ａ 第３貫通孔
２０ 絶縁回路基板
２１ 導体層
２１ａ 第１貫通孔
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 内縁
２１ｃ，２２ｃ テラス領域
２２ 絶縁板
２２ａ 第２貫通孔
２３ 回路パターン層
２３ａ 開口部
２３ｄ 第１パターン部
２３ｅ 第２パターン部
２３ｆ 第３パターン部
２３ｈ 第４パターン部
２３ｉ 第５パターン部
３０ Ｐ端子
４０ Ｎ端子
５０ 出力端子
６０，６１，６２ 制御端子
７０，７１，７２ 半導体チップ
８０，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ 導電部材
９０，９０ａ 冷却体
９１，９１ａ ネジ取付孔
１００ 熱伝達媒体
１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ ワッシャ
１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１３１Ｂ 孔
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ ネジ部材
１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ ネジ部
１２１Ｃａ 第１部位
１２１Ｃｂ 第２部位
１２２Ａ，１２２Ｂ，１２２Ｃ 頭部
１３０Ｂ スペーサ
１４０ 接合材料
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 直径

Claims (14)

  1. 第１貫通孔を有する導体層と、
    前記導体層上に配置され、前記第１貫通孔と対向する箇所に前記第１貫通孔よりも大きい開口サイズの第２貫通孔を有する絶縁板と、
    前記絶縁板上に配置され、前記第２貫通孔と対向する箇所に前記第２貫通孔よりも大きい開口サイズの開口部を有する回路パターン層と、
    前記回路パターン層上に搭載された半導体チップと、
    を備える半導体装置。
  2. 前記回路パターン層及び前記半導体チップを封止し、前記第１貫通孔と対向する箇所に前記第１貫通孔よりも大きい開口サイズの第３貫通孔を有する封止樹脂を備える、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記導体層の前記絶縁板側とは反対側に配置され、前記第１貫通孔と対向する箇所にネジ取付孔を有する冷却体と、
    前記導体層と前記冷却体との間であって前記第１貫通孔及び前記ネジ取付孔の周囲に配置された熱伝達媒体と、
    を備える、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記第３貫通孔、前記開口部、前記第２貫通孔及び前記第１貫通孔に挿通され、先端部が前記ネジ取付孔に螺合されるネジ部と、
    前記ネジ部の前記先端部側とは反対側に設けられ、前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲を前記冷却体側に押圧する頭部と、
    を有するネジ部材を備える、請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記導体層は、前記ネジ部材を通じて前記冷却体と熱的及び電気的に接続される、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記頭部は、前記第３貫通孔の内部に配置され、前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲を前記冷却体側に押圧する、請求項４又は５に記載の半導体装置。
  7. 前記第３貫通孔の内部に配置され、一端が前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲に当接する筒状のスペーサを備え、
    前記頭部は、前記第３貫通孔の外部に配置され、前記スペーサの他端を押圧し、前記スペーサを介して前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲を前記冷却体側に押圧する、請求項４又は５に記載の半導体装置。
  8. 前記ネジ部は、前記第３貫通孔に挿通され前記第１貫通孔に挿通されない第１部位と、前記第１貫通孔に挿通され前記第１部位よりも細径の第２部位と、を有し、
    前記頭部は、前記第３貫通孔の外部に配置され、前記第１部位を介して前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲を前記冷却体側に押圧する、請求項４又は５に記載の半導体装置。
  9. 前記第１貫通孔、前記第２貫通孔、前記開口部、前記第３貫通孔及び前記ネジ取付孔を複数組有し、
    前記複数組の各々に、複数の前記ネジ部材がそれぞれ、前記ネジ部が前記第３貫通孔、前記開口部、前記第２貫通孔及び前記第１貫通孔に挿通されて前記先端部が前記ネジ取付孔に螺合され、前記頭部が前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲を前記冷却体側に押圧するように、配置される、請求項４乃至８の内いずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記導体層の厚さは、前記回路パターン層の厚さよりも厚い、請求項１乃至９の内いずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 第１貫通孔を有する導体層と、
    前記導体層上に配置され、前記第１貫通孔と対向する箇所に前記第１貫通孔よりも大きい開口サイズの第２貫通孔を有する絶縁板と、
    前記絶縁板上に配置され、前記第２貫通孔と対向する箇所に前記第２貫通孔よりも大きい開口サイズの開口部を有する回路パターン層と、
    を含む絶縁回路基板を準備する工程と、
    前記回路パターン層上に半導体チップを搭載する工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  12. 前記回路パターン層及び前記半導体チップを封止し、前記第１貫通孔と対向する箇所に前記第１貫通孔よりも大きい開口サイズの第３貫通孔を有する封止樹脂を形成する工程を備える、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記導体層の前記絶縁板側とは反対側に、前記第１貫通孔と対向する箇所にネジ取付孔を有する冷却体を配置する工程と、
    前記導体層と前記冷却体との間であって前記第１貫通孔及び前記ネジ取付孔の周囲に、熱伝達媒体を配置する工程と、
    を備える、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記第３貫通孔、前記開口部、前記第２貫通孔及び前記第１貫通孔に、ネジ部材のネジ部を挿通し、前記ネジ部の先端部を前記ネジ取付孔に螺合し、前記ネジ部材の、前記ネジ部の前記先端部側とは反対側に設けられた頭部により、前記第２貫通孔内の前記第１貫通孔の周囲を前記冷却体側に押圧する工程を備える、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
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