JP5029139B2 - In-vehicle semiconductor device and method for manufacturing in-vehicle semiconductor device - Google Patents

In-vehicle semiconductor device and method for manufacturing in-vehicle semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that makes it easy to electrically connect wires or leads to a semiconductor element electrode in addition to preventing the sudden temperature rise of the semiconductor element, when heat greater than that of the state of normal heating condition (normal condition) is generated from the semiconductor element due to the overload and the like. <P>SOLUTION: The semiconductor device 10 includes an insulating circuit substrate 11 on which the semiconductor element 12 is bonded by a solder H. A thermal mass 17 is thermally coupled with the semiconductor element 12 to be bonded by the solder H on the semiconductor element 12. The thermal mass 17 also functions as an electrode of the semiconductor element 12. The insulating circuit substrate 11 is integrated through a metal heat sink 15 and metal board 16. The heat sink 15 has a refrigerant flowing path 15a in which a cooling medium is flowed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、車載用半導体装置及び車載用半導体装置の製造方法に係り、詳しくはヒートシンクを備えた回路基板上に半導体素子が接合されている車載用半導体装置及び車載用半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an in- vehicle semiconductor device and a method for manufacturing the in- vehicle semiconductor device, and more particularly to an in- vehicle semiconductor device in which a semiconductor element is bonded to a circuit board having a heat sink and a method for manufacturing the in- vehicle semiconductor device.

半導体装置としてヒートシンクに積層接着された基板の回路パターン上に半導体素子が搭載されたものが知られている。この半導体装置では半導体素子で発生した熱はその下面から基板を介してヒートシンクに伝導されて放熱（放散）される。このような構成において、半導体素子を小型化すると半導体素子が基板に接触する面積が小さくなり、半導体素子から発生する熱の半導体素子下面からの伝導量が減少して、半導体素子の冷却が円滑に行われない。このような不具合を解消するため、半導体素子の前記ヒートシンクに積層接着された基板と対向する面と反対側の面に放熱用の補助基板を搭載した半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。この半導体装置では補助基板に放熱フィン又は水冷式ヒートシンクが搭載されている。   As a semiconductor device, a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a circuit pattern of a substrate laminated and bonded to a heat sink is known. In this semiconductor device, heat generated in the semiconductor element is conducted from the lower surface thereof to the heat sink through the substrate to be radiated (dissipated). In such a configuration, when the semiconductor element is miniaturized, the area where the semiconductor element contacts the substrate is reduced, the amount of heat generated from the semiconductor element from the lower surface of the semiconductor element is reduced, and the semiconductor element is smoothly cooled. Not done. In order to solve such a problem, a semiconductor device has been proposed in which an auxiliary substrate for heat dissipation is mounted on a surface opposite to a surface facing a substrate laminated and bonded to the heat sink of a semiconductor element (see Patent Document 1). ). In this semiconductor device, a radiation fin or a water-cooled heat sink is mounted on an auxiliary substrate.

また、電力変換装置に使用される半導体素子において、過負荷によって起こる半導体素子の急激な温度上昇を抑制することのできる半導体モジュールが提案されている（特許文献２参照）。図１３（ａ）に示すように、半導体モジュール５１は、金属基板５２上に絶縁基板５３を介して設けられた半導体素子５４と、半導体素子５４の直上及び近傍に設けられ、半導体素子５４の使用可能上限温度よりわずかに低い温度で固体から液体に相変化することで、半導体素子５４の熱を一時的に吸収して、その後、放熱する蓄熱器５５とを有する。なお、半導体素子５４で発生した熱は、通常は図示しない冷却器へ金属基板５２を介して伝導され、過負荷状態において、冷却器の冷却能力が対応できないときに、余分な熱が蓄熱器５５に一時的に蓄えられた後、冷却器へ伝導される。   Moreover, a semiconductor module that can suppress a rapid temperature rise of a semiconductor element caused by an overload in a semiconductor element used in a power conversion device has been proposed (see Patent Document 2). As shown in FIG. 13A, the semiconductor module 51 includes a semiconductor element 54 provided on a metal substrate 52 via an insulating substrate 53, and provided immediately above and in the vicinity of the semiconductor element 54. It has a heat accumulator 55 that temporarily absorbs the heat of the semiconductor element 54 and then radiates it by changing the phase from solid to liquid at a temperature slightly lower than the upper limit temperature. The heat generated in the semiconductor element 54 is normally conducted to a cooler (not shown) through the metal substrate 52, and when the cooling capacity of the cooler cannot be accommodated in an overload state, excess heat is transferred to the regenerator 55. Is temporarily stored in and then conducted to the cooler.

また、従来から、金属部材とセラミックス部材や、基板と電子部品とを接合する方法として、高周波誘導加熱を用いる方法が知られている（特許文献３参照）。特許文献３には、複数の熱電素子と基板とを接合して熱電変換モジュールを製作する接合装置が提案されている。この接合装置は、図１３（ｂ）に示すように、台６１と、基板６２に一端面を接し同基板６２を加圧する加圧治具（錘）６３と、同加圧治具６３の周りに設けられる高周波加熱コイル６４とを備える。そして、台６１上に順次カーボンシート６５、熱電素子６６、基板６２を配置するとともに、加圧治具６３により基板６２を加圧した状態で誘導加熱（高周波加熱）により加圧治具６３を加熱する。すると、加圧治具６３の熱が基板６２に伝わり、熱電素子６６が基板６２に接合される。また、接合対象間に半田やろう材を配置しておけば半田付けやろう付けが行える。
特開２０００−３２３６３０号公報 特開２００２−２７０７６５号公報 実開平５−１３６６０号公報 Conventionally, a method using high-frequency induction heating is known as a method for joining a metal member and a ceramic member, or a substrate and an electronic component (see Patent Document 3). Patent Document 3 proposes a joining apparatus that joins a plurality of thermoelectric elements and a substrate to manufacture a thermoelectric conversion module. As shown in FIG. 13 (b), the bonding apparatus includes a table 61, a pressure jig (weight) 63 that presses the substrate 62 with one end face in contact with the substrate 62, and the surroundings of the pressure jig 63. And a high-frequency heating coil 64 provided in the apparatus. Then, the carbon sheet 65, the thermoelectric element 66, and the substrate 62 are sequentially disposed on the table 61, and the pressurizing jig 63 is heated by induction heating (high frequency heating) in a state where the pressurizing jig 63 pressurizes the substrate 62. To do. Then, the heat of the pressing jig 63 is transmitted to the substrate 62, and the thermoelectric element 66 is bonded to the substrate 62. In addition, soldering or brazing can be performed by placing solder or brazing material between the objects to be joined.
JP 2000-323630 A JP 2002-270765 A Japanese Utility Model Publication No. 5-13660

半導体素子は、一般に基板に接合される面と反対側の面にも電極が存在する。ところが、特許文献１に記載の半導体装置では、半導体素子の上に補助基板を搭載し、補助基板の上に放熱フィン又は水冷式ヒートシンクを熱的に結合する構成のため、半導体素子の上面に存在する電極に対して接続するワイヤあるいはリードを放熱フィン又は水冷式ヒートシンクと干渉しないように配置する構成が必要となる。その結果、ワイヤあるいはリードを電極と接合する作業が面倒になる。 A semiconductor element generally has an electrode on a surface opposite to a surface bonded to a substrate. However, in the semiconductor device described in Patent Document 1, the auxiliary substrate is mounted on the semiconductor element, and the heat dissipating fins or the water-cooled heat sink is thermally coupled on the auxiliary substrate. It is necessary to have a configuration in which wires or leads connected to the electrodes to be arranged are arranged so as not to interfere with the radiation fins or the water-cooled heat sink. As a result, the operation of joining the wire or lead to the electrode becomes troublesome.

特許文献２の半導体モジュールでは、特許文献１の構成に比較して、冷却器の能力は過負荷でない状態（通常状態）における半導体素子５４の発熱に対処できればよく、装置の大型化を抑制することができる。しかし、特許文献２の構成では、蓄熱器５５の内部に固相から液相に変化する物質を収容する必要があり、熱応力対策や製造上の都合で蓄熱器５５内部は液相時に空間が生じる状態になると推定される。そのため、蓄熱器５５を仮に電極に用いても低融点金属を収容した容器が実質の導電経路になり、半導体素子５４の中央と周囲で流れる電流が不均一になり、電極としては使用できない。さらに、電極に対して接続するワイヤあるいはリードを蓄熱器５５と干渉しないように配置する必要がある。また、車載用途に使用した場合は、加減速時、カーブ走行時、揺れの状態あるいは傾いた状態等において蓄熱器５５の容器内の低融点金属が偏った状態で固相になると、次回の蓄熱作用が不均一になる虞がある。   In the semiconductor module of Patent Document 2, as compared with the configuration of Patent Document 1, it is sufficient that the capacity of the cooler can cope with the heat generation of the semiconductor element 54 in a state (normal state) in which the cooler is not overloaded. Can do. However, in the configuration of Patent Document 2, it is necessary to accommodate a substance that changes from a solid phase to a liquid phase inside the heat accumulator 55, and the space inside the heat accumulator 55 is in the liquid phase due to thermal stress countermeasures and manufacturing convenience. It is presumed that it will occur. Therefore, even if the heat accumulator 55 is used as an electrode, a container containing a low-melting-point metal becomes a substantial conductive path, the current flowing in the center and the periphery of the semiconductor element 54 becomes uneven, and cannot be used as an electrode. Furthermore, it is necessary to arrange wires or leads connected to the electrodes so as not to interfere with the heat accumulator 55. In addition, when used for in-vehicle applications, the next heat storage when the low melting point metal in the container of the heat accumulator 55 becomes biased during acceleration / deceleration, running on a curve, shaking or tilting, etc. There is a possibility that the action becomes non-uniform.

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態（通常状態）より大きな熱が発生した場合、半導体素子の急激な温度上昇を抑制することができるとともに、ワイヤあるいはリードを半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない車載用半導体装置を提供することにある。また、第２の目的はその車載用半導体装置を製造する際の半田付けを効率良く行うことができる車載用半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a first object is to rapidly increase the semiconductor element when heat is generated from the semiconductor element due to an overload or the like, which is larger than the steady heat generation state (normal state). An object of the present invention is to provide an in- vehicle semiconductor device that can suppress an increase in temperature and does not bother the work of electrically bonding a wire or a lead to an electrode of a semiconductor element. A second object is to provide a manufacturing method of the in-vehicle semiconductor device can be efficiently soldered in the production of the automotive semiconductor device.

前記第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子で発生した熱が伝導される強制冷却式の冷却器と、前記半導体素子上に半導体素子と熱的に結合して半田で接合されているヒートマスとを備え、前記ヒートマスが電極を兼ねている。ここで、「強制冷却式の冷却器」とは、自然冷却、即ち単なる放冷ではなく、冷却媒体を外部からエネルギー供給して流す冷却や、沸騰冷却において冷却媒体が液相→気相→液相と変化することにより冷却媒体が自然と循環して冷却を行う方式の冷却器を意味する。また、「ヒートマス」とは、熱的に結合した半導体素子の温度がヒートマスの温度より上昇したときに半導体素子の熱を受けるべく、所定の熱容量を有する部材を意味する。以下、この明細書では同じ意味で使用する。   In order to achieve the first object, the invention according to claim 1 is directed to a semiconductor element, a forced cooling type cooler through which heat generated in the semiconductor element is conducted, and a semiconductor element and heat on the semiconductor element. And a heat mass joined by soldering, and the heat mass also serves as an electrode. Here, the “forced cooling type cooler” is not a natural cooling, that is, a simple cooling, but a cooling medium that is supplied with energy from the outside, or a cooling medium that flows from a liquid phase to a gas phase to a liquid in boiling cooling. It means a cooler of a type in which a cooling medium naturally circulates by changing with a phase to perform cooling. The term “heat mass” means a member having a predetermined heat capacity so as to receive the heat of the semiconductor element when the temperature of the thermally coupled semiconductor element rises above the temperature of the heat mass. Hereinafter, the same meaning is used in this specification.

この発明では、半導体素子が定常発熱状態（通常状態）にある場合は、半導体素子で発生した熱は、冷却器に伝導されて円滑に除去される。一方、過渡的な過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態より大きな熱が発生した場合は、冷却器による冷却機能が足りなくなるが、半導体素子で発生した熱の一部はヒートマスに一時的に吸収されるため、半導体素子が過熱状態になることは抑制される。そして、定常発熱状態に復帰すると、ヒートマスに吸収されていた熱が半導体素子及び基板を介して冷却器に伝導されて除去される。また、ヒートマスが電極を兼ねているため、半導体素子の上面にヒートマスが接合されても、ワイヤあるいはリードをヒートマスの上面に接合すればよく、半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない。   In the present invention, when the semiconductor element is in a steady heat generation state (normal state), the heat generated in the semiconductor element is conducted to the cooler and smoothly removed. On the other hand, if the semiconductor element generates more heat than the steady heat generation state due to a transient overload, etc., the cooling function by the cooler will be insufficient, but part of the heat generated by the semiconductor element will be temporarily absorbed by the heat mass. Therefore, the semiconductor element is prevented from being overheated. When returning to the steady heat generation state, the heat absorbed by the heat mass is conducted to the cooler through the semiconductor element and the substrate and removed. In addition, since the heat mass also serves as an electrode, even if the heat mass is bonded to the upper surface of the semiconductor element, it is only necessary to bond a wire or lead to the upper surface of the heat mass, and the work of electrically bonding to the electrode of the semiconductor element becomes troublesome. Don't be.

請求項２に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子の一方の面と熱的に結合された強制冷却式の冷却器と、前記半導体素子の他方の面と熱的に結合されたヒートマスとを備え、前記ヒートマスは半導体素子の電極を兼ねている。この発明でも、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。   The invention according to claim 2 is a semiconductor device, a forced cooling type cooler thermally coupled to one surface of the semiconductor device, and a heat mass thermally coupled to the other surface of the semiconductor device. The heat mass also serves as an electrode of a semiconductor element. Also in this invention, there exists an effect similar to the invention of Claim 1.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記半導体素子は絶縁基板上に設けられ、前記半導体素子で発生した熱が前記絶縁基板を介して前記冷却器に伝導される。この発明では、半導体素子と冷却器とを電気的に絶縁した状態で接合できる。したがって、半導体素子と冷却器内を流れる冷却媒体との電気的な絶縁を確保できるため、冷却媒体として導電性の液体、例えば水やＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）を使うことが可能である。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the semiconductor element is provided on an insulating substrate, and heat generated by the semiconductor element is transmitted to the cooler via the insulating substrate. Conducted by In the present invention, the semiconductor element and the cooler can be joined in an electrically insulated state. Therefore, since electrical insulation between the semiconductor element and the cooling medium flowing in the cooler can be ensured, a conductive liquid such as water or LLC (Long Life Coolant) can be used as the cooling medium.

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で直接接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面は複数の領域に分割されている。半導体素子とヒートマスの熱膨張率を比較すると、ヒートマスの熱膨張率が大きいため、ヒートマスが半導体素子と対向する面全体で半導体素子に半田で接合された場合は、半導体素子が発熱した場合、ヒートマス及び半導体素子の熱膨張の差に起因して、ヒートマスと半導体素子との間に介在する半田に作用する応力が大きくなる。しかし、この発明では、ヒートマスの前記半導体素子との接合面は複数の領域に分割されているため、半田に作用する前記応力が複数の領域に分散されることにより緩和される。   The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat mass is directly bonded to the semiconductor element with solder, and the bonding surface of the heat mass with the semiconductor element Is divided into a plurality of regions. When the thermal expansion coefficient of the semiconductor element and the heat mass is compared, the thermal expansion coefficient of the heat mass is large. Therefore, when the heat mass is bonded to the semiconductor element over the entire surface facing the semiconductor element by solder, Due to the difference in thermal expansion of the semiconductor element, the stress acting on the solder interposed between the heat mass and the semiconductor element increases. However, in this invention, since the joint surface of the heat mass with the semiconductor element is divided into a plurality of regions, the stress acting on the solder is alleviated by being dispersed in the plurality of regions.

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子と対向する面には、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面と前記半導体素子との間に存在する半田の厚さ分、前記接合面より突出するように形成された支持突部が、前記ヒートマスの重心が前記支持突部に含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置するように設けられている。ここで、「ヒートマスの重心が支持突部に含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置する」とは、支持突部が３箇所に点状に設けられている場合は、その３箇所（３点）を結ぶ仮想三角形の内側に位置することを意味する。また、支持突部が４箇所以上に点状に設けられている場合は、そのうちの少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に位置することを意味する。また、支持突部が点状と線状に形成されている場合又は線状に形成された支持突部のみの場合は、点状の支持突部と線状の支持突部の少なくとも３箇所あるいは線状の支持突部の少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に位置することを意味する。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat mass is joined to the semiconductor element with solder, and the surface of the heat mass facing the semiconductor element. Is a support protrusion formed so as to protrude from the bonding surface by the thickness of the solder existing between the semiconductor element and the bonding surface of the heat mass with the semiconductor element, and the center of gravity of the heat mass is It is provided so as to be located inside a virtual polygon connecting at least three points included in the support protrusion. Here, “the center of gravity of the heat mass is located inside a virtual polygon connecting at least three points included in the support protrusion” means that if the support protrusions are provided in three points in the form of dots, 3 It means to be located inside the virtual triangle connecting the places (three points). Moreover, when the support protrusion is provided in four or more places like a dot, it means that it is located inside a virtual polygon connecting at least three of them. In addition, when the support protrusions are formed in the shape of dots and lines, or in the case of only the support protrusions formed in a line shape, at least three points of the point-like support protrusions and the line-shaped support protrusions or It means that it is located inside a virtual polygon that connects at least three of the linear support protrusions.

この発明の半導体装置は、ヒートマスの半導体素子と対向する面に前記構成の支持突部が存在するため、半導体装置の製造工程においてヒートマスを半導体素子に半田付けで接合する際、支持突部の作用により、ヒートマスの半導体素子との接合面と、半導体素子との間に存在する半田の厚さが予め設定された厚さで接合される。したがって、良好な半田付け接合部が形成される。   In the semiconductor device of the present invention, since the support protrusion having the above-described configuration exists on the surface of the heat mass that faces the semiconductor element, when the heat mass is joined to the semiconductor element by soldering in the manufacturing process of the semiconductor device, the action of the support protrusion Thus, the thickness of the solder existing between the joining surface of the heat mass with the semiconductor element and the semiconductor element is joined with a preset thickness. Therefore, a good solder joint is formed.

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記支持突部は前記ヒートマスの四隅に設けられている。この発明では、半導体装置の製造工程において、容易にヒートマスの接合面全体が半導体素子と一定の間隔で半田を介して良好に接合される。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, wherein the support protrusions are provided at four corners of the heat mass. According to the present invention, in the manufacturing process of the semiconductor device, the entire joining surface of the heat mass is easily satisfactorily joined to the semiconductor element via the solder at a constant interval.

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスの材質は、前記半導体素子と前記ヒートマスとを接合する半田より高融点の金属である。ヒートマスは電極として使用できる導電性を有する必要があるが、金属の場合は導電性が非金属より高く、熱伝導率も非金属より高いものが多いため電極として好適なものを容易に得ることができる。また、ヒートマスを形成する際の加工が容易になる。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the material of the heat mass is a metal having a melting point higher than that of solder for joining the semiconductor element and the heat mass. is there. The heat mass needs to have conductivity that can be used as an electrode. However, in the case of a metal, the conductivity is higher than that of a nonmetal and the thermal conductivity is higher than that of a nonmetal. it can. Moreover, the process at the time of forming a heat mass becomes easy.

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートマスの熱容量は、前記半導体素子から前記冷却器への伝熱経路の熱容量より大きく設定されている。半導体素子が発生させる過渡的な熱を受ける（吸収する）ための熱容量を半導体素子に熱的に結合させる必要があるが、ヒートマスの熱容量を前記伝熱経路の熱容量より大きく設定すると、前記過渡的な熱をヒートマスが効果的に吸収できるとともに、半導体素子から冷却器に至る定常的な伝熱経路の熱抵抗が低い構成を実現できる。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein a heat capacity of the heat mass is set larger than a heat capacity of a heat transfer path from the semiconductor element to the cooler. Has been. The heat capacity for receiving (absorbing) the transient heat generated by the semiconductor element needs to be thermally coupled to the semiconductor element. However, if the heat capacity of the heat mass is set larger than the heat capacity of the heat transfer path, the transient capacity is increased. Heat mass can be effectively absorbed by the heat mass, and a low heat resistance of a steady heat transfer path from the semiconductor element to the cooler can be realized.

請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記電極は、前記半導体素子の主電流の電極である。ここで、「主電流の電極」とは、例えば、半導体素子がＭＯＳＦＥＴであればソースかドレイン、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であればエミッタかコレクタ、ダイオードであればアノードかカソードのように、トランジスタのゲートやベースのような制御電極以外の電極を意味する。この発明では、電極が制御電極ではないため、過渡的に温度変化が大きくなっても支障がない。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8 , wherein the electrode is an electrode of a main current of the semiconductor element. Here, the “main current electrode” is, for example, a source or drain if the semiconductor element is a MOSFET, an emitter or collector if the semiconductor element is an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and an anode or cathode if the diode is a diode. Means an electrode other than the control electrode, such as the gate or base of a transistor. In the present invention, since the electrode is not a control electrode, there is no problem even if the temperature change becomes transiently large.

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の車載用半導体装置の製造方法であって、基板上に半田付けされる半導体素子上にヒートマスを半田付けする際、前記半導体素子上に半田を介して前記ヒートマスを載置し、前記ヒートマスを高周波誘導加熱で加熱するとともにその熱で半田を溶融させて前記ヒートマスと前記半導体素子とを接合する。この発明では、ヒートマスの半導体素子への半田付けがヒートマスを高周波誘導加熱で加熱することにより行われる。半田が溶融した際、半田の上に載置されているものが軽いと半田の表面張力により持ち上げられて半田の厚さが均一にならない場合があるが、ヒートマスが錘の役割も兼ねるため、ヒートマスは半田が均一な厚さで半田付けされる。 The invention of claim 10 is a method for producing a vehicle semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, soldering heat mass on a semiconductor device to be soldered onto a substrate In this case, the heat mass is placed on the semiconductor element via solder, the heat mass is heated by high-frequency induction heating, and the solder is melted by the heat to join the heat mass and the semiconductor element. In the present invention, the soldering of the heat mass to the semiconductor element is performed by heating the heat mass by high frequency induction heating. When the solder melts, if the material placed on the solder is light, it may be lifted by the surface tension of the solder and the thickness of the solder may not be uniform. The solder is soldered with a uniform thickness.

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記半導体素子の前記基板への半田付けと、前記ヒートマスの前記半導体素子への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行う。この発明では、半導体素子の基板への半田付け工程及びヒートマスの前記半導体素子への半田付け工程で要する合計時間を短縮することができる。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to the tenth aspect , the soldering of the semiconductor element to the substrate and the soldering of the heat mass to the semiconductor element are performed in a single step by high frequency induction heating. Do. According to the present invention, the total time required for the process of soldering the semiconductor element to the substrate and the process of soldering the heat mass to the semiconductor element can be shortened.

本発明によれば、過負荷等によって半導体素子から定常発熱状態（通常状態）より大きな熱が発生した場合、半導体素子の急激な温度上昇を抑制することができるとともに、ワイヤあるいはリードを半導体素子の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない車載用半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, when heat larger than a steady heat generation state (normal state) is generated from a semiconductor element due to an overload or the like, a rapid temperature rise of the semiconductor element can be suppressed, and a wire or a lead can be connected to the semiconductor element. It is possible to provide an in- vehicle semiconductor device in which the work of electrically joining to the electrode is not troublesome.

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載されて使用される半導体装置（半導体モジュール）に具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。なお、図１及び図２は、半導体装置や半田付け装置の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くするために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。 (First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is embodied in a semiconductor device (semiconductor module) mounted on a vehicle and used will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 schematically show the configuration of a semiconductor device or a soldering device. For convenience of illustration, some dimensions are exaggerated for easy understanding. The ratio of dimensions such as width, length and thickness is different from the actual ratio.

図１に示すように、半導体装置１０は、基板としての絶縁回路基板１１を備え、絶縁回路基板１１上に半導体素子（半導体チップ）１２が半田Ｈを介して接合されている。絶縁回路基板１１は、表面に金属回路１３を有するセラミック基板１４が冷却器としての金属製のヒートシンク１５と金属板１６を介して接合されて一体化されている。ヒートシンク１５は、板状に形成されるとともに、冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５の冷却能力は、半導体素子１２が定常発熱状態（通常状態）にある場合、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１５に伝導されて円滑に除去されるように設定されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 includes an insulating circuit substrate 11 as a substrate, and a semiconductor element (semiconductor chip) 12 is bonded to the insulating circuit substrate 11 via solder H. The insulating circuit board 11 is integrated by bonding a ceramic board 14 having a metal circuit 13 on its surface via a metal heat sink 15 and a metal plate 16 as a cooler. The heat sink 15 is formed in a plate shape and includes a refrigerant flow path 15a through which a cooling medium flows. The cooling capacity of the heat sink 15 is such that when the semiconductor element 12 is in a steady heat generation state (normal state), heat generated in the semiconductor element 12 is conducted to the heat sink 15 via the insulating circuit board 11 and is smoothly removed. Is set.

ヒートシンク１５は、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して伝導される強制冷却式の冷却器として機能する。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。冷媒流路１５ａは、図示しない入口部及び出口部を備え、入口部及び出口部は、車両に装備された冷媒循環路に連結可能に形成されている。なお、絶縁回路基板１１及び半導体素子１２はヒートシンク１５に複数搭載されているが、図示の都合上、１個のみ示している。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードが用いられる。   The heat sink 15 functions as a forced cooling type cooler in which heat generated in the semiconductor element 12 is conducted through the insulating circuit board 11. The heat sink 15 is formed of aluminum metal, copper or the like. An aluminum-based metal means aluminum or an aluminum alloy. The metal plate 16 functions as a bonding layer for bonding the ceramic substrate 14 and the heat sink 15 and is made of, for example, aluminum or copper. The refrigerant flow path 15a includes an inlet portion and an outlet portion (not shown), and the inlet portion and the outlet portion are formed so as to be connectable to a refrigerant circulation path equipped in the vehicle. Although a plurality of insulating circuit boards 11 and semiconductor elements 12 are mounted on the heat sink 15, only one is shown for convenience of illustration. As the semiconductor element 12, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET, or a diode is used.

金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。
半導体素子１２上には半導体素子１２で発生した熱を一時的に吸収して、その後、放出するヒートマス１７が半田Ｈで接合されている。即ち、半導体装置１０は、半導体素子１２上に半導体素子１２と熱的に結合して半田で接合されているヒートマス１７を備えている。ヒートマス１７は半導体素子１２の電極を兼ねている。半導体素子１２がＩＧＢＴの場合、上面側がエミッタになってヒートマス１７はエミッタ電極になり、半導体素子１２がＭＯＳＦＥＴの場合、上面側がソースになってヒートマス１７はソース電極になり、半導体素子１２がダイオードの場合、上面側がアノードになってヒートマス１７はアノード電極になる。ヒートマス１７は、平面形状が半導体素子１２より大きな本体１７ａと、半導体素子１２より小さな脚部１７ｂとから構成されている。この実施形態では、脚部１７ｂは１つ設けられている。 The metal circuit 13 is made of, for example, aluminum or copper. The ceramic substrate 14 is made of, for example, aluminum nitride, alumina, silicon nitride, or the like.
A heat mass 17 that temporarily absorbs heat generated in the semiconductor element 12 and then releases the heat is bonded onto the semiconductor element 12 with solder H. That is, the semiconductor device 10 includes a heat mass 17 that is thermally coupled to the semiconductor element 12 and joined by solder on the semiconductor element 12. The heat mass 17 also serves as an electrode of the semiconductor element 12. When the semiconductor element 12 is an IGBT, the upper surface side is an emitter and the heat mass 17 is an emitter electrode. When the semiconductor element 12 is a MOSFET, the upper surface side is a source and the heat mass 17 is a source electrode, and the semiconductor element 12 is a diode. In this case, the upper surface side becomes an anode and the heat mass 17 becomes an anode electrode. The heat mass 17 includes a main body 17 a having a planar shape larger than that of the semiconductor element 12 and leg portions 17 b smaller than the semiconductor element 12. In this embodiment, one leg portion 17b is provided.

ヒートマス１７の熱容量は、過負荷等によって半導体素子１２から定常発熱状態より大きな熱が発生して、ヒートシンク１５による冷却機能が足りなくなった際、半導体素子１２で発生した熱の一部を一時的に吸収して半導体素子１２が過熱状態になることを抑制するのに必要な値に設定されている。例えば、半導体装置１０がハイブリッド車の走行用モータの制御に使用されるインバータの場合、定常運転状態から急な加速あるいは急停止の場合、１秒未満の短時間で半導体素子１２からの発熱で定格の３〜５倍もの損失熱量が発生する。この実施形態においては、その際に、半導体素子１２の温度が動作温度の上限を超えないように設定される。なお、急停止の場合に過大な損失熱量が発生するのは、回生動作が行われるために大きな電流が流れるからである。   When the heat capacity of the heat mass 17 is larger than that of the steady heat generation state from the semiconductor element 12 due to overload or the like, and the cooling function by the heat sink 15 is insufficient, a part of the heat generated in the semiconductor element 12 is temporarily stored. It is set to a value necessary to suppress the semiconductor element 12 from being absorbed and being overheated. For example, in the case where the semiconductor device 10 is an inverter used for controlling a driving motor of a hybrid vehicle, when sudden acceleration or sudden stop is caused from a steady operation state, the heat generation from the semiconductor element 12 is rated in a short time of less than 1 second. 3 to 5 times as much heat loss. In this embodiment, the temperature of the semiconductor element 12 is set so as not to exceed the upper limit of the operating temperature. The excessive heat loss is generated in the case of a sudden stop because a large current flows because the regenerative operation is performed.

ヒートマス１７の材質としては、半導体素子１２とヒートマス１７とを接合する半田Ｈより高融点の金属が好ましい。
半導体装置１０において、半導体素子１２からヒートシンク１５への伝熱経路は、半導体素子１２の底面を頂部とし、底面と４５°の角度を成す面を側面（斜面）とする四角錐台状となり、図３において二点鎖線で示す直線Ｌが電熱経路の境界を表す。ヒートマス１７の熱容量は、前記伝熱経路の熱容量より大きく設定されている。 The material of the heat mass 17 is preferably a metal having a melting point higher than that of the solder H that joins the semiconductor element 12 and the heat mass 17.
In the semiconductor device 10, the heat transfer path from the semiconductor element 12 to the heat sink 15 has a quadrangular frustum shape with the bottom surface of the semiconductor element 12 as a top portion and a side surface (slope surface) that forms an angle of 45 ° with the bottom surface. 3, a straight line L indicated by a two-dot chain line represents a boundary of the electric heating path. The heat capacity of the heat mass 17 is set larger than the heat capacity of the heat transfer path.

ヒートマス１７のサイズとしては、ヒートマス１７を図１の上から見た大きさが、半導体素子１２の発熱箇所と同等〜半導体素子１２全体のサイズにするのがスペースと熱抵抗の両観点から好ましく、厚みを適宜変更して後記する実施例のシミュレーションと同様のシミュレーションあるいは実測を行って必要な熱容量を確保すればよい。   As for the size of the heat mass 17, it is preferable from the viewpoint of space and thermal resistance that the size of the heat mass 17 viewed from above in FIG. The necessary heat capacity may be ensured by appropriately changing the thickness and performing simulation or actual measurement similar to the simulation of the embodiment described later.

次に半導体装置１０の製造方法を説明する。半導体装置１０の製造方法の一工程である半導体素子１２へのヒートマス１７の半田付け工程は従来にない新規な工程であるので、ヒートマス１７の半田付け方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 will be described. Since the process of soldering the heat mass 17 to the semiconductor element 12, which is one process of the manufacturing method of the semiconductor device 10, is a novel process that has not been conventionally performed, the method of soldering the heat mass 17 will be described.

図２は、高周波誘導加熱で半田付けを行う半田付け装置の構成を概略的に示している。図２に示すように、半導体装置１０の製造に使用する半田付け装置ＨＫは、密閉可能な容器（チャンバ）１８を備え、当該容器１８は開口部１９ａを有する箱型の本体１９と、当該本体１９の開口部１９ａを開放及び閉鎖する蓋体２０とから構成されている。本体１９には、ヒートシンク１５を位置決めして支持する支持台２１が設置されている。また、本体１９には、蓋体２０の装着部位にパッキン２２が配設されている。   FIG. 2 schematically shows a configuration of a soldering apparatus that performs soldering by high-frequency induction heating. As shown in FIG. 2, the soldering apparatus HK used for manufacturing the semiconductor device 10 includes a container 18 that can be sealed, and the container 18 includes a box-shaped main body 19 having an opening 19a, and the main body. It is comprised from the cover body 20 which opens and closes 19 opening part 19a. The main body 19 is provided with a support base 21 for positioning and supporting the heat sink 15. The main body 19 is provided with a packing 22 at a site where the lid 20 is mounted.

蓋体２０は、本体１９の開口部１９ａを閉鎖可能な大きさで形成されており、本体１９に蓋体２０を装着することにより容器１８内には密閉空間Ｓが形成されるようになっている。   The lid 20 is formed in a size that can close the opening 19 a of the main body 19, and the sealed space S is formed in the container 18 by attaching the lid 20 to the main body 19. Yes.

また、本体１９には、容器１８内に還元性ガス（この実施形態では水素）を供給するための還元ガス供給部２３が接続されている。還元ガス供給部２３は、配管２３ａと、当該配管２３ａの開閉バルブ２３ｂと、水素タンク２３ｃとを備えている。また、本体１９には、容器１８内に不活性ガス（この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス供給部２４が接続されている。不活性ガス供給部２４は、配管２４ａと、当該配管２４ａの開閉バルブ２４ｂと、窒素タンク２４ｃとを備えている。また、本体１９には、容器１８内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部２５が接続されている。ガス排出部２５は、配管２５ａと、当該配管２５ａの開閉バルブ２５ｂと、真空ポンプ２５ｃとを備えている。半田付け装置ＨＫは、還元ガス供給部２３、不活性ガス供給部２４及びガス排出部２５を備えることにより、密閉空間Ｓ内の圧力を調整可能な構成とされており、密閉空間Ｓ内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。   The main body 19 is connected to a reducing gas supply unit 23 for supplying a reducing gas (hydrogen in this embodiment) into the container 18. The reducing gas supply unit 23 includes a pipe 23a, an opening / closing valve 23b of the pipe 23a, and a hydrogen tank 23c. The main body 19 is connected to an inert gas supply unit 24 for supplying an inert gas (nitrogen in this embodiment) into the container 18. The inert gas supply unit 24 includes a pipe 24a, an opening / closing valve 24b of the pipe 24a, and a nitrogen tank 24c. The main body 19 is connected to a gas discharge unit 25 for discharging the gas filled in the container 18 to the outside. The gas discharge unit 25 includes a pipe 25a, an opening / closing valve 25b of the pipe 25a, and a vacuum pump 25c. The soldering apparatus HK includes a reducing gas supply unit 23, an inert gas supply unit 24, and a gas discharge unit 25, so that the pressure in the sealed space S can be adjusted. The pressure is increased or decreased by pressure adjustment.

また、本体１９には、半田付け後の容器１８内に熱媒体（冷却用ガス）を供給するための供給手段としての熱媒供給部（図示せず）が接続されている。
蓋体２０の内側には、高周波加熱コイル２６が設置されている。この実施形態の高周波加熱コイル２６は、複数のセラミック基板１４と対応する大きさに形成されている。高周波加熱コイル２６は、渦巻き状（角形渦巻き状）に形成されており、平面的に展開されている。また、高周波加熱コイル２６は、半田付け装置ＨＫが備える図示しない高周波発生装置に電気的に接続されているとともに、容器１８内に設置された温度センサ（図示せず）の計測結果に基づき、高周波発生装置の出力が制御されるようになっている。また、高周波加熱コイル２６には、コイル内部に冷却水を通すための冷却路２６ａが形成されているとともに、半田付け装置ＨＫが備える図示しない冷却水タンクに接続されている。 The main body 19 is connected to a heat medium supply unit (not shown) as supply means for supplying a heat medium (cooling gas) into the container 18 after soldering.
A high-frequency heating coil 26 is installed inside the lid body 20. The high frequency heating coil 26 of this embodiment is formed in a size corresponding to the plurality of ceramic substrates 14. The high frequency heating coil 26 is formed in a spiral shape (rectangular spiral shape) and is developed in a plane. The high-frequency heating coil 26 is electrically connected to a high-frequency generator (not shown) included in the soldering device HK, and is based on the measurement result of a temperature sensor (not shown) installed in the container 18. The output of the generator is controlled. The high-frequency heating coil 26 is formed with a cooling path 26a for passing cooling water inside the coil, and is connected to a cooling water tank (not shown) provided in the soldering apparatus HK.

次に、前記半田付け装置ＨＫを用いて半導体装置１０の製造方法の一工程であるヒートマス半田付け工程において、半導体素子１２に対するヒートマス１７の半田付けを行う方法について説明する。なお、ヒートマス半田付け工程の前に、ヒートシンク１５上に接合された絶縁回路基板１１を作製する工程と、その絶縁回路基板１１の金属回路１３上に半導体素子１２を半田付けする半導体素子実装工程が行われる。そして、半導体素子実装工程に続いてヒートマス半田付け工程が行われる。   Next, a method for soldering the heat mass 17 to the semiconductor element 12 in the heat mass soldering step, which is one step of the method for manufacturing the semiconductor device 10 using the soldering apparatus HK, will be described. Before the heat mass soldering step, there are a step of manufacturing the insulating circuit substrate 11 bonded on the heat sink 15 and a semiconductor element mounting step of soldering the semiconductor element 12 on the metal circuit 13 of the insulating circuit substrate 11. Done. Then, a heat mass soldering process is performed following the semiconductor element mounting process.

ヒートマス１７の半田付けを行う際には、最初に、本体１９から蓋体２０を外し、開口部１９ａを開放する。そして、図２に示すように本体１９の支持台２１上にヒートシンク１５を置き、位置決めする。次に、絶縁回路基板１１に対して既に半田付けされている半導体素子１２上に、シート半田２７を載置し、シート半田２７上にヒートマス１７の脚部１７ｂを配置する。   When soldering the heat mass 17, first, the lid 20 is removed from the main body 19 and the opening 19 a is opened. Then, as shown in FIG. 2, the heat sink 15 is placed on the support base 21 of the main body 19 and positioned. Next, the sheet solder 27 is placed on the semiconductor element 12 that has already been soldered to the insulating circuit board 11, and the legs 17 b of the heat mass 17 are disposed on the sheet solder 27.

次に蓋体２０を本体１９に取り付け、開口部１９ａを閉鎖して、容器１８内に密閉空間Ｓを形成する。この状態では、高周波加熱コイル２６は、ヒートマス１７と対向する状態に配置される。   Next, the lid 20 is attached to the main body 19, the opening 19 a is closed, and the sealed space S is formed in the container 18. In this state, the high frequency heating coil 26 is disposed in a state of facing the heat mass 17.

次に、ガス排出部２５を操作して容器１８内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部２４を操作して容器１８内に窒素を供給し、密閉空間Ｓ内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部２３を操作して容器１８内に水素を供給し、密閉空間Ｓ内を還元ガス雰囲気とする。   Next, the inside of the container 18 is evacuated by operating the gas discharge part 25, and nitrogen is supplied into the container 18 by operating the inert gas supply part 24, and the inside of the sealed space S is filled with the inert gas. . After this evacuation and supply of nitrogen are repeated several times, the reducing gas supply unit 23 is operated to supply hydrogen into the container 18, and the sealed space S is made a reducing gas atmosphere.

次に、高周波発生装置を作動させ、高周波加熱コイル２６に高周波電流を流す。すると、高周波加熱コイル２６には、対応するヒートマス１７を通る高周波の磁束が発生し、ヒートマス１７には磁束の通過によってうず電流が発生して発熱する。その熱が半導体素子１２上に載置されたシート半田２７に伝わり、シート半田２７が加熱されて溶融温度以上の温度になることにより溶融する。   Next, the high frequency generator is operated, and a high frequency current is passed through the high frequency heating coil 26. Then, a high-frequency magnetic flux passing through the corresponding heat mass 17 is generated in the high-frequency heating coil 26, and an eddy current is generated in the heat mass 17 due to the passage of the magnetic flux to generate heat. The heat is transferred to the sheet solder 27 placed on the semiconductor element 12, and the sheet solder 27 is heated and melted when the temperature becomes equal to or higher than the melting temperature.

半田が完全に溶融した後、高周波発生装置を停止させる。なお、容器１８内に設置した温度センサ（図示せず）の検出結果に基づき、高周波加熱コイル２６に流れる高周波電流の大きさが制御される。また、容器１８内（密閉空間Ｓ）の圧力は、半田付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。   After the solder is completely melted, the high frequency generator is stopped. The magnitude of the high-frequency current flowing through the high-frequency heating coil 26 is controlled based on the detection result of a temperature sensor (not shown) installed in the container 18. Further, the pressure in the container 18 (sealed space S) is increased and decreased in accordance with the progress of the soldering operation, and the atmosphere is adjusted.

そして、高周波発生装置を停止させた後、冷却用の熱媒供給部を操作して容器１８内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク１５の冷媒流路１５ａの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、容器１８内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路１５ａ及びヒートシンク１５の周囲を流れて、絶縁回路基板１１及びヒートマス１７を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、ヒートマス１７と半導体素子１２とを接合する。この状態において、ヒートマス１７の半田付けが終了し、半導体装置１０が完成する。そして、蓋体２０を本体１９から取り外した後、容器１８内から半導体装置１０を取り出す。   Then, after stopping the high-frequency generator, the cooling medium is operated to supply the cooling gas into the container 18. The cooling gas is blown toward the inlet or outlet of the refrigerant flow path 15a of the heat sink 15, and the cooling gas supplied into the container 18 flows around the refrigerant flow path 15a and the heat sink 15 to generate an insulating circuit. The substrate 11 and the heat mass 17 are cooled. As a result, the molten solder is solidified by being cooled below the melting temperature, and the heat mass 17 and the semiconductor element 12 are joined. In this state, the soldering of the heat mass 17 is finished, and the semiconductor device 10 is completed. Then, after removing the lid 20 from the main body 19, the semiconductor device 10 is taken out from the container 18.

次に前記のように構成された半導体装置１０の作用を説明する。半導体装置１０は、ハイブリッド車に搭載されるとともに、図示しない冷却媒体循環路にヒートシンク１５がパイプを介して連通された状態で使用される。冷却媒体循環路にはポンプ及びラジエータが設けられ、ラジエータは、モータにより回転されるファンを備え、ラジエータからの放熱が効率よく行われるようになっている。冷却媒体として、例えば、水が使用される。   Next, the operation of the semiconductor device 10 configured as described above will be described. The semiconductor device 10 is mounted on a hybrid vehicle, and is used in a state where a heat sink 15 communicates with a cooling medium circulation path (not shown) via a pipe. The cooling medium circulation path is provided with a pump and a radiator, and the radiator includes a fan that is rotated by a motor so that heat is efficiently radiated from the radiator. For example, water is used as the cooling medium.

半導体装置１０に搭載された半導体素子１２が駆動されると、半導体素子１２から熱が発生する。定常運転状態（定常発熱状態）では、半導体素子１２から発生した熱は、半田Ｈ及び絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１５に伝導される。ヒートシンク１５に伝導された熱は、冷媒流路１５ａを流れる冷却媒体に伝導されるとともに持ち去られる。即ち、ヒートシンク１５は、冷媒流路１５ａを流れる冷却媒体によって強制冷却されるため、半導体素子１２等からヒートシンク１５に至る熱の伝導経路における温度勾配が大きくなり、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して効率良く除去される。   When the semiconductor element 12 mounted on the semiconductor device 10 is driven, heat is generated from the semiconductor element 12. In a steady operation state (steady heat generation state), heat generated from the semiconductor element 12 is conducted to the heat sink 15 via the solder H and the insulating circuit board 11. The heat conducted to the heat sink 15 is conducted to the cooling medium flowing through the refrigerant flow path 15a and taken away. That is, since the heat sink 15 is forcibly cooled by the cooling medium flowing through the refrigerant flow path 15a, the temperature gradient in the heat conduction path from the semiconductor element 12 or the like to the heat sink 15 increases, and the heat generated in the semiconductor element 12 is insulated. It is efficiently removed through the circuit board 11.

定常運転状態から急な加速あるいは急な停止が行われると、半導体素子１２からの発熱が急増し、１秒以下の短時間で定格の３〜５倍もの損失熱量が発生する。この非定常時の高発熱に対しては、ヒートシンク１５による強制冷却だけでは対処できない。しかし、半導体素子１２にはヒートマス１７が半田付けされているため、ヒートシンク１５で除去できない熱がヒートマス１７に一時的に吸収される。そして、定常運転状態に戻ると、ヒートマス１７の熱が半導体素子１２及び絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１５へ伝導され、ヒートマス１７は元の状態に戻る。   When sudden acceleration or sudden stop is performed from the steady operation state, the heat generation from the semiconductor element 12 rapidly increases, and a heat loss of 3 to 5 times the rating is generated in a short time of 1 second or less. This unsteady high heat generation cannot be dealt with only by forced cooling by the heat sink 15. However, since the heat mass 17 is soldered to the semiconductor element 12, heat that cannot be removed by the heat sink 15 is temporarily absorbed by the heat mass 17. And when returning to a steady operation state, the heat of the heat mass 17 is conducted to the heat sink 15 through the semiconductor element 12 and the insulating circuit board 11, and the heat mass 17 returns to the original state.

次にヒートマス１７の具体的な作用をシミュレーションの結果と共により詳細に説明する。半導体素子１２の温度（以下、適宜単に素子温度と記載する。）が６５℃（３３８．１５Ｋ）で定常動作（継続的に半導体素子１２が発熱し、かつヒートシンク１５により冷却されている状態）から、半導体素子１２が最大発熱した場合の素子温度と、半導体素子１２から見た熱抵抗の変化を求めた。この熱抵抗は半導体素子１２からヒートマス１７と半導体素子１２からヒートシンク１５への両伝熱のし易さの和を示す。この熱抵抗が低いほど半導体素子１２が冷え易いといった指標になる。   Next, the specific action of the heat mass 17 will be described in more detail together with the simulation results. The temperature of the semiconductor element 12 (hereinafter simply referred to as element temperature as appropriate) is 65 ° C. (338.15 K) and the steady operation (the state where the semiconductor element 12 continuously generates heat and is cooled by the heat sink 15). The element temperature when the semiconductor element 12 generated the maximum heat and the change in the thermal resistance viewed from the semiconductor element 12 were obtained. This thermal resistance indicates the sum of the ease of heat transfer from the semiconductor element 12 to the heat mass 17 and from the semiconductor element 12 to the heat sink 15. The lower the thermal resistance, the easier it is to cool the semiconductor element 12.

同じ熱容量のヒートマス１７を、材質をＡｌ（アルミニウム）とＣｕ（銅）に変えてシミュレーションを行った。図４及び図５に半導体素子１２の熱抵抗の時間変化を示す。なお、図５は図４の部分拡大図である。図４及び図５において、二点鎖線はヒートマス１７が無い状態、破線（点線）はアルミニウム製のヒートマス１７を使用した場合、実線は銅製のヒートマス１７を使用した場合を示す。図４及び図５から、最大発熱開始から所定時間の間、熱抵抗が所望値より低く収まっていれば、必要な能力のヒートマス１７になっているといえる。Ｃｕに比べて熱伝導率の悪いＡｌ製のヒートマス１７を使用した場合、当初は半導体素子１２の熱抵抗の上昇が大きく、即ち昇温は急になるが、熱伝導率の良いＣｕ製のヒートマス１７の方が熱飽和に早く近づくため、途中でＣｕ製のヒートマス１７を使用した場合の方が、熱抵抗が大きくなる。このことから、ヒートマス１７を形成する材質の選択によって熱抵抗を所望の値に設定可能となる。   The heat mass 17 having the same heat capacity was simulated by changing the material to Al (aluminum) and Cu (copper). 4 and 5 show changes over time in the thermal resistance of the semiconductor element 12. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4 and 5, a two-dot chain line indicates a state without the heat mass 17, a broken line (dotted line) indicates a case where the aluminum heat mass 17 is used, and a solid line indicates a case where the copper heat mass 17 is used. 4 and 5, it can be said that the heat mass 17 has the required capacity if the thermal resistance is lower than a desired value for a predetermined time from the start of the maximum heat generation. When an Al heat mass 17 having a lower thermal conductivity than that of Cu is used, initially the heat resistance of the semiconductor element 12 is greatly increased, that is, the temperature rises suddenly, but a Cu heat mass having a good thermal conductivity. Since 17 approaches the thermal saturation earlier, the thermal resistance increases when the Cu heat mass 17 is used on the way. From this, the thermal resistance can be set to a desired value by selecting the material forming the heat mass 17.

ヒートマス１７作用を示すシミュレーションとして、過渡状態発生から所定時間（０．５秒）経過後の素子温度を、ヒートマス１７の厚さを、例えば、６ｍｍと１２ｍｍに変更して行った。結果を図６に示す。図６から、ヒートマス１７の厚さが異なると、即ちヒートマス１７の熱容量が異なると、半導体素子１２の温度上昇の度合いが異なり、厚さが薄い方が、即ち熱容量が小さい方が温度上昇の度合いが大きいと言える。したがって、熱容量によって半導体素子１２の温度上昇の度合いを調整できることが裏付けられる。   As a simulation showing the action of the heat mass 17, the element temperature after a lapse of a predetermined time (0.5 seconds) from the occurrence of the transient state was changed by changing the thickness of the heat mass 17 to, for example, 6 mm and 12 mm. The results are shown in FIG. From FIG. 6, when the thickness of the heat mass 17 is different, that is, when the heat capacity of the heat mass 17 is different, the degree of temperature rise of the semiconductor element 12 is different, and the thinner the thickness, that is, the smaller the heat capacity, the degree of temperature rise. Can be said to be large. Therefore, it is supported that the degree of temperature rise of the semiconductor element 12 can be adjusted by the heat capacity.

したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）半導体装置１０は、絶縁回路基板１１上に設けられた半導体素子１２と、半導体素子１２で発生した熱が伝導される強制冷却式の冷却器であるヒートシンク１５と、半導体素子１２上に半導体素子１２と熱的に結合して半田で接合されているヒートマス１７とを備えている。そして、ヒートマス１７が半導体素子１２の電極を兼ねている。したがって、過負荷等によって半導体素子１２から定常発熱状態より大きな熱が発生した場合は、半導体素子１２で発生した熱の一部はヒートマス１７に一時的に吸収されるため、ヒートシンク１５による冷却能力が不足しても半導体素子１２が過熱状態になることは抑制される。また、ヒートマス１７が電極を兼ねているため、半導体素子１２の上面にヒートマス１７が接合されても、ワイヤあるいはリードを半導体素子１２の電極に電気的に接合する作業が面倒にならない。 Therefore, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The semiconductor device 10 includes a semiconductor element 12 provided on the insulating circuit board 11, a heat sink 15 that is a forced cooling type cooler that conducts heat generated in the semiconductor element 12, and the semiconductor element 12. A heat mass 17 is provided which is thermally coupled to the semiconductor element 12 and joined by solder. The heat mass 17 also serves as an electrode of the semiconductor element 12. Therefore, when heat larger than the steady heat generation state is generated from the semiconductor element 12 due to overload or the like, a part of the heat generated in the semiconductor element 12 is temporarily absorbed by the heat mass 17, so that the cooling capability of the heat sink 15 is increased. Even if it is insufficient, the semiconductor element 12 is prevented from being overheated. Further, since the heat mass 17 also serves as an electrode, even if the heat mass 17 is bonded to the upper surface of the semiconductor element 12, the work of electrically bonding the wire or the lead to the electrode of the semiconductor element 12 is not complicated.

（２）半導体素子１２は絶縁基板としての絶縁回路基板１１上に設けられ、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して冷却器（ヒートシンク１５）に伝導される。したがって、半導体素子１２と冷却器とを電気的に絶縁した状態で接合でき、半導体素子１２と冷却器内を流れる冷却媒体との電気的な絶縁を確保できるため、冷却媒体として導電性の液体、例えば水やＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）を使うことが可能である。   (2) The semiconductor element 12 is provided on the insulating circuit board 11 as an insulating substrate, and heat generated in the semiconductor element 12 is conducted to the cooler (heat sink 15) through the insulating circuit board 11. Therefore, the semiconductor element 12 and the cooler can be joined in an electrically insulated state, and electrical insulation between the semiconductor element 12 and the cooling medium flowing in the cooler can be ensured. For example, water or LLC (Long Life Coolant) can be used.

（３）ヒートマス１７は、半導体素子１２から定常発熱状態より大きな熱が短時間で発生した場合に、ヒートシンク１５による冷却が不足する分を吸収可能な熱容量となるように形成されている。したがって、半導体素子１２が過熱状態になるのをより抑制することができる。   (3) The heat mass 17 is formed to have a heat capacity capable of absorbing the amount of cooling by the heat sink 15 when heat larger than the steady heat generation state is generated from the semiconductor element 12 in a short time. Therefore, the semiconductor element 12 can be further suppressed from being overheated.

（４）ヒートマス１７は、半導体素子１２の上面に、上面より小さな大きさの脚部１７ｂを介して半田付けされるとともに、半導体素子１２の上面より大きな面積の本体１７ａから構成されている。したがって、本体１７ａと脚部１７ｂとが同じ面積の構成に比較して、半導体素子１２で発生した熱を効率良く吸収することができる。   (4) The heat mass 17 is soldered to the upper surface of the semiconductor element 12 via leg portions 17b having a size smaller than that of the upper surface, and includes a main body 17a having an area larger than that of the upper surface of the semiconductor element 12. Therefore, the heat generated in the semiconductor element 12 can be efficiently absorbed as compared with the configuration in which the main body 17a and the leg portion 17b have the same area.

（５）ヒートマス１７の材質は、半導体素子１２とヒートマス１７とを接合する半田より高融点の金属である。ヒートマス１７は電極として使用できる導電性を有する必要があるが、金属の場合は導電性が非金属より高く、熱伝導率も非金属より高いものが多いため電極として好適なものを容易に得ることができる。また、ヒートマス１７を形成する際の加工が容易になる。   (5) The material of the heat mass 17 is a metal having a higher melting point than the solder for joining the semiconductor element 12 and the heat mass 17. The heat mass 17 needs to have conductivity that can be used as an electrode. However, in the case of a metal, the conductivity is higher than that of a nonmetal and the thermal conductivity is higher than that of a nonmetal. Can do. Moreover, the process at the time of forming the heat mass 17 becomes easy.

（６）ヒートマス１７の熱容量は、半導体素子１２から冷却器（ヒートシンク１５）への伝熱経路の熱容量より大きく設定されている。半導体素子１２が発生させる過渡的な熱を受けるための熱容量を半導体素子１２に熱的に結合させる必要があるが、ヒートマス１７の熱容量を前記伝熱経路の熱容量より大きく設定すると、過渡的な熱をヒートマス１７が効果的に吸収できるとともに、半導体素子１２から冷却器に至る定常的な伝熱経路の熱抵抗が低い構成を実現できる。   (6) The heat capacity of the heat mass 17 is set larger than the heat capacity of the heat transfer path from the semiconductor element 12 to the cooler (heat sink 15). Although it is necessary to thermally couple the heat capacity for receiving the transient heat generated by the semiconductor element 12 to the semiconductor element 12, if the heat capacity of the heat mass 17 is set larger than the heat capacity of the heat transfer path, the transient heat The heat mass 17 can be effectively absorbed, and a configuration in which the thermal resistance of the steady heat transfer path from the semiconductor element 12 to the cooler is low can be realized.

（７）半導体装置１０は車載用の半導体装置である。車両の走行用モータの駆動装置に半導体装置を用いた場合、走行状態により電流が一時的に急増して半導体装置が過渡的な過負荷状態になる場合があるが、半導体素子１２に発生した熱の一部はヒートマス１７に吸収されるため、半導体素子１２が過熱状態になることは抑制される。   (7) The semiconductor device 10 is a vehicle-mounted semiconductor device. When a semiconductor device is used as a driving device for a vehicle running motor, the current temporarily increases depending on the running state and the semiconductor device may be in a transient overload state. Is absorbed by the heat mass 17, so that the semiconductor element 12 is prevented from being overheated.

（８）半導体装置１０の製造方法の一工程である半導体素子１２上にヒートマス１７を半田付けする際、半導体素子１２上に半田（シート半田２７）を介してヒートマス１７を載置し、ヒートマス１７を高周波誘導加熱で加熱するとともにその熱でシート半田２７を溶融させてヒートマス１７と半導体素子１２とを接合する。したがって、シート半田２７に対して効率良く熱を伝えることができ、誘導加熱ではなく電気ヒータでシート半田２７の周囲を加熱する場合に比べて、半導体素子１２を金属回路１３に接合している半田Ｈを溶融させずに、効率良くシート半田２７を加熱溶融させることができる。   (8) When soldering the heat mass 17 onto the semiconductor element 12, which is one step of the manufacturing method of the semiconductor device 10, the heat mass 17 is placed on the semiconductor element 12 via solder (sheet solder 27). Is heated by high frequency induction heating and the sheet solder 27 is melted by the heat to join the heat mass 17 and the semiconductor element 12 together. Therefore, heat can be efficiently transmitted to the sheet solder 27, and the solder that joins the semiconductor element 12 to the metal circuit 13 as compared with the case where the periphery of the sheet solder 27 is heated by an electric heater instead of induction heating. The sheet solder 27 can be efficiently heated and melted without melting H.

（９）半田が溶融した際、半田の上に載置されているものが軽いと半田の表面張力により持ち上げられて半田の厚さが均一にならない場合があるが、ヒートマス１７が錘の役割も兼ねるため、ヒートマス１７は半田Ｈが均一な厚さで半田付けされる。   (9) When the solder is melted, if the material placed on the solder is light, it may be lifted by the surface tension of the solder and the thickness of the solder may not be uniform. Accordingly, the heat mass 17 is soldered with a uniform thickness of the solder H.

（１０）高周波加熱コイル２６が蓋体２０に装備されるとともに、蓋体２０が閉じた状態において、高周波加熱コイル２６がヒートマス１７と対向する状態に配置されるように構成されている。したがって、ヒートマス１７を効率良く加熱することができるとともに、高周波加熱コイル２６を半導体素子１２上にシート半田２７及びヒートマス１７を順次配置する作業に支障を来さない退避位置と、ヒートマス１７の加熱に適した加熱位置との間で移動させる構成が簡単になる。   (10) The high frequency heating coil 26 is mounted on the lid 20, and the high frequency heating coil 26 is arranged to face the heat mass 17 when the lid 20 is closed. Therefore, the heat mass 17 can be efficiently heated, and the high-frequency heating coil 26 can be used for heating the heat mass 17 and a retreat position that does not hinder the work of sequentially arranging the sheet solder 27 and the heat mass 17 on the semiconductor element 12. The configuration for moving between suitable heating positions is simplified.

（１１）ヒートシンク１５を強制冷却する冷却媒体として水が使用される。したがって、半導体装置１０が車両に装備された場合、車両にはエンジン等の冷却に使用する冷却媒体循環路が設けられているため、冷媒流路１５ａをパイプを介して冷却媒体循環路に連通させれば、半導体装置１０専用の冷却媒体循環用ポンプ等を必ずしも設ける必要がない。   (11) Water is used as a cooling medium for forcibly cooling the heat sink 15. Therefore, when the semiconductor device 10 is installed in a vehicle, since the vehicle is provided with a cooling medium circulation path used for cooling the engine or the like, the refrigerant flow path 15a is communicated with the cooling medium circulation path via the pipe. In this case, it is not always necessary to provide a cooling medium circulation pump dedicated to the semiconductor device 10.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図７にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、ヒートマス１７の構成が異なりその他の構成は第１の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the configuration of the heat mass 17 is different, and the other configurations are basically the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description of the same portions is omitted.

ヒートマス１７は複数の導電性の脚部１７ｃを備え、複数の脚部１７ｃを介して接合面が複数の領域に分割されて半導体素子１２に半田Ｈで接合されている。熱衝撃試験で半田Ｈにクラックが発生するのを抑制するには、１つの脚部１７ｃと半導体素子１２との接合部は、縦・横それぞれ２ｍｍ以下が好ましく、また、脚部１７ｃの高さ（長さ）は１．０ｍｍ以上が好ましい。   The heat mass 17 includes a plurality of conductive legs 17 c, and the bonding surface is divided into a plurality of regions via the legs 17 c and bonded to the semiconductor element 12 with solder H. In order to suppress the occurrence of cracks in the solder H in the thermal shock test, the joint between one leg 17c and the semiconductor element 12 is preferably 2 mm or less in length and width, and the height of the leg 17c. (Length) is preferably 1.0 mm or more.

半導体素子１２及びヒートマス１７の熱膨張率を比較すると、ヒートマス１７の熱膨張率が大きい。そのため、ヒートマス１７が半導体素子１２と対向する面全体で半導体素子１２に半田Ｈで接合された場合は、半導体素子１２が発熱した場合、ヒートマス１７及び半導体素子１２の熱膨張の差に起因して、ヒートマス１７と半導体素子１２との間に介在する半田Ｈに作用する応力が大きくなる。しかし、ヒートマス１７は、半導体素子１２に複数の導電性の脚部１７ｃを介して半田Ｈで接合されているため、半田Ｈに作用する応力が複数の脚部１７ｃで緩和される。   When the thermal expansion coefficients of the semiconductor element 12 and the heat mass 17 are compared, the thermal expansion coefficient of the heat mass 17 is large. Therefore, when the heat mass 17 is bonded to the semiconductor element 12 with the solder H over the entire surface facing the semiconductor element 12, when the semiconductor element 12 generates heat, it is caused by a difference in thermal expansion between the heat mass 17 and the semiconductor element 12. The stress acting on the solder H interposed between the heat mass 17 and the semiconductor element 12 is increased. However, since the heat mass 17 is joined to the semiconductor element 12 with the solder H via the plurality of conductive legs 17c, the stress acting on the solder H is relieved by the legs 17c.

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（３），（５）〜（１１）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
（１２）ヒートマス１７は複数の導電性の脚部１７ｃを備え、複数の脚部１７ｃを介して半導体素子１２に半田Ｈで接合されている。したがって、半導体素子１２が発熱した場合に、ヒートマス１７及び半導体素子１２の熱膨張の差に起因して、半田Ｈに作用する応力が複数の脚部１７ｃで緩和される。 Therefore, according to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as (1) to (3) and (5) to (11) in the first embodiment.
(12) The heat mass 17 includes a plurality of conductive legs 17c, and is joined to the semiconductor element 12 with solder H via the plurality of legs 17c. Therefore, when the semiconductor element 12 generates heat, the stress acting on the solder H due to the difference in thermal expansion between the heat mass 17 and the semiconductor element 12 is relieved by the plurality of legs 17c.

（１３）ヒートマス１７と半導体素子１２とは複数の脚部１７ｃを介して接合面が複数の領域に分割されて接合されるため、ヒートマス１７と半導体素子１２とに生じる熱応力が緩和される。特に、１つの脚部１７ｃと半導体素子１２との接合部は、縦・横それぞれ２ｍｍ以下、かつ脚部１７ｃの高さ（長さ）が１．０ｍｍ以上に形成されているため、半田Ｈに作用する前記応力がより緩和され、熱衝撃試験において、半田接合部の信頼性が向上し、半田クラックの発生が抑えられる。   (13) Since the joining surface of the heat mass 17 and the semiconductor element 12 is divided into a plurality of regions via the plurality of leg portions 17c, the thermal stress generated in the heat mass 17 and the semiconductor element 12 is relieved. In particular, the joint between one leg portion 17c and the semiconductor element 12 is 2 mm or less in length and width, and the height (length) of the leg portion 17c is 1.0 mm or more. The stress that acts is further relaxed, and in the thermal shock test, the reliability of the solder joint is improved and the occurrence of solder cracks is suppressed.

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図８（ａ），（ｂ）にしたがって説明する。なお、第３の実施形態は、ヒートマス１７の構成が異なりその他の構成は第１の実施形態と基本的に同様であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, the configuration of the heat mass 17 is different, and the other configurations are basically the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description of the same parts is omitted.

図８（ａ）に示すように、ヒートマス１７の本体１７ａの半導体素子１２と対向する面には、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと、半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さ分、接合面１７ｅより突出するように支持突部１７ｄが形成されている。即ち、ヒートマス１７に脚部１７ｂは設けられていない。支持突部１７ｄの接合面１７ｅからの突出長さは、ヒートマス１７を半導体素子１２に良好に接合するために必要な半田Ｈの適切な厚さと同じに設定されている。   As shown in FIG. 8 (a), on the surface of the main body 17 a of the heat mass 17 that faces the semiconductor element 12, the solder H existing between the bonding surface 17 e of the heat mass 17 and the semiconductor element 12 and the semiconductor element 12. The support protrusion 17d is formed so as to protrude from the joint surface 17e by the thickness of the thickness. That is, the leg portion 17 b is not provided on the heat mass 17. The protruding length of the support protrusion 17d from the bonding surface 17e is set to be the same as the appropriate thickness of the solder H necessary for bonding the heat mass 17 to the semiconductor element 12 satisfactorily.

図８（ｂ）に示すように、支持突部１７ｄは、直方体状の本体１７ａの接合面１７ｅ側の四隅に１つずつ、合計４個設けられている。したがって、ヒートマス１７の重心は、ヒートマス１７が半導体素子１２の上に載置された状態において、４つの支持突部１７ｄ（支持点）を結ぶ仮想多角形の内側に位置している。   As shown in FIG. 8B, a total of four support protrusions 17d are provided, one at each of the four corners on the joint surface 17e side of the rectangular parallelepiped main body 17a. Therefore, the center of gravity of the heat mass 17 is located inside a virtual polygon that connects the four support protrusions 17 d (support points) in a state where the heat mass 17 is placed on the semiconductor element 12.

この実施形態のヒートマス１７を半導体素子１２上に半田付けする場合は、第１の実施形態と異なり、絶縁回路基板１１に対する半導体素子１２の半田付けと、半導体素子１２に対するヒートマス１７の半田付けとが同時に行われる。具体的には、半田付け装置ＨＫの支持台２１上にヒートシンク１５を位置決め配置した後、絶縁回路基板１１の金属回路１３上に、シート半田２７及び半導体素子１２を順に配置し、さらに半導体素子１２上にシート半田２７及びヒートマス１７を載置する。ヒートマス１７は、支持突部１７ｄがシート半田２７の上に位置する状態で載置される。   When soldering the heat mass 17 of this embodiment onto the semiconductor element 12, unlike the first embodiment, soldering of the semiconductor element 12 to the insulating circuit substrate 11 and soldering of the heat mass 17 to the semiconductor element 12 are performed. Done at the same time. Specifically, after positioning and arranging the heat sink 15 on the support base 21 of the soldering apparatus HK, the sheet solder 27 and the semiconductor element 12 are sequentially arranged on the metal circuit 13 of the insulating circuit board 11, and further the semiconductor element 12 The sheet solder 27 and the heat mass 17 are placed thereon. The heat mass 17 is placed in a state where the support protrusion 17 d is positioned on the sheet solder 27.

そして、蓋体２０を閉じた後、第１の実施形態と同様にして、容器１８内を還元雰囲気にして、高周波加熱コイル２６に高周波電流を流してヒートマス１７を加熱する。そして、ヒートマス１７で発生した熱によりヒートマス１７と半導体素子１２との間のシート半田２７が溶融される。また、熱は半導体素子１２を介して半導体素子１２と金属回路１３との間に配置されたシート半田２７を加熱して溶融させる。   Then, after closing the lid 20, as in the first embodiment, the inside of the container 18 is made a reducing atmosphere, and a high-frequency current is passed through the high-frequency heating coil 26 to heat the heat mass 17. The sheet solder 27 between the heat mass 17 and the semiconductor element 12 is melted by the heat generated in the heat mass 17. Further, the heat heats and melts the sheet solder 27 disposed between the semiconductor element 12 and the metal circuit 13 via the semiconductor element 12.

シート半田２７が溶融した際、半田はその表面張力によってヒートマス１７を持ち上げるように作用する。ヒートマス１７は、その重量が溶融状態の半田の表面張力によって持ち上げられない値に設定されているため、支持突部１７ｄが半導体素子１２の上面に当接した状態に保持される。そして、溶融した半田が溶融温度未満に冷却されて凝固すると、半田は支持突部１７ｄの接合面１７ｅからの突出長さに等しい厚さで、半導体素子１２の上面とヒートマス１７の接合面１７ｅとの間で凝固してヒートマス１７を半導体素子１２に接合する。   When the sheet solder 27 is melted, the solder acts to lift the heat mass 17 by its surface tension. Since the weight of the heat mass 17 is set to a value that cannot be lifted by the surface tension of the molten solder, the heat mass 17 is held in a state where the support protrusion 17 d is in contact with the upper surface of the semiconductor element 12. When the molten solder is cooled below the melting temperature and solidified, the solder has a thickness equal to the protruding length from the bonding surface 17e of the support protrusion 17d, and the upper surface of the semiconductor element 12 and the bonding surface 17e of the heat mass 17 And the heat mass 17 is bonded to the semiconductor element 12.

したがって、この実施形態によれば、第１の実施形態における（１）〜（３），（５）〜（１１）と同様の効果の他に次の効果を得ることができる。
（１４）ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面には、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さ分、接合面１７ｅより突出するように形成された支持突部１７ｄが、ヒートマス１７の重心が支持突部１７ｄを結ぶ仮想多角形（四角形）の内側に位置するように設けられている。したがって、半導体装置１０の製造工程においてヒートマス１７を半導体素子１２に半田付けで接合する際、支持突部１７ｄの作用により、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと、半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さが予め設定された厚さで接合され、良好な半田付け接合部が形成される。 Therefore, according to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as (1) to (3) and (5) to (11) in the first embodiment.
(14) The surface of the heat mass 17 facing the semiconductor element 12 protrudes from the bonding surface 17e by the thickness of the solder H existing between the bonding surface 17e of the heat mass 17 and the semiconductor element 12 and the semiconductor element 12. The support protrusion 17d formed as described above is provided so that the center of gravity of the heat mass 17 is located inside a virtual polygon (rectangle) connecting the support protrusions 17d. Accordingly, when the heat mass 17 is joined to the semiconductor element 12 by soldering in the manufacturing process of the semiconductor device 10, the support protrusion 17 d causes the heat mass 17 between the joining surface 17 e with the semiconductor element 12 and the semiconductor element 12. The thickness of the solder H existing in is bonded with a preset thickness, and a good solder joint is formed.

（１５）支持突部１７ｄはヒートマス１７の四隅に設けられている。したがって、半導体装置１０の製造工程において、容易にヒートマス１７の接合面１７ｅ全体が半導体素子１２と一定の間隔で半田を介して良好に接合される。   (15) The support protrusions 17 d are provided at the four corners of the heat mass 17. Accordingly, in the manufacturing process of the semiconductor device 10, the entire bonding surface 17 e of the heat mass 17 is easily bonded to the semiconductor element 12 at a predetermined interval via solder.

（１６）絶縁回路基板１１に半導体素子１２を半田付けした後に、半導体素子１２とヒートマス１７とを半田付けする場合は、絶縁回路基板１１と半導体素子１２との半田付けに使用する半田Ｈ１の融点が、半導体素子１２とヒートマス１７との半田付けに使用する半田Ｈ２の融点より高い半田を使用する必要がある。なぜならば、半田Ｈ１の融点が半田Ｈ２の融点より低いと、半導体素子１２とヒートマス１７との半田付けの際に、半田Ｈ１が溶けてしまうという問題が生じる。しかし、この実施形態では、両方の半田付けを同時に行うため、同じ半田を使用することができ、半田の管理が煩雑にならない。また、半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付けと、ヒートマス１７の半導体素子１２への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行うため、半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付け工程及びヒートマス１７の半導体素子１２への半田付け工程で要する合計時間を短縮することができる。   (16) When the semiconductor element 12 and the heat mass 17 are soldered after the semiconductor element 12 is soldered to the insulating circuit board 11, the melting point of the solder H1 used for soldering the insulating circuit board 11 and the semiconductor element 12 However, it is necessary to use a solder having a melting point higher than that of the solder H2 used for soldering the semiconductor element 12 and the heat mass 17. This is because when the melting point of the solder H1 is lower than the melting point of the solder H2, the solder H1 is melted when the semiconductor element 12 and the heat mass 17 are soldered. However, in this embodiment, since both soldering is performed simultaneously, the same solder can be used, and solder management is not complicated. Further, since the soldering of the semiconductor element 12 to the insulating circuit board 11 and the soldering of the heat mass 17 to the semiconductor element 12 are performed in a single process by high frequency induction heating, the soldering of the semiconductor element 12 to the insulating circuit board 11 is performed. The total time required for the attaching process and the soldering process of the heat mass 17 to the semiconductor element 12 can be shortened.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第２の実施形態のように、ヒートマス１７に複数の脚部１７ｃを設けて、半田Ｈに作用する応力を緩和させる構成において、図９（ａ）に示すように、脚部１７ｃを基端側ほど太くなる構成としてもよい。 The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
In the configuration in which a plurality of legs 17c are provided on the heat mass 17 to relieve the stress acting on the solder H as in the second embodiment, the legs 17c are arranged at the base end as shown in FIG. It is good also as a structure which becomes thicker toward the side.

○ 第１の実施形態において、ヒートマス１７は、全体が単一材料で均一に形成される構成に限らず、半導体素子１２と半田付けされる端部寄りの部分（以下、底面側部と称す。）が低膨張率となる構成にしてもよい。例えば、図９（ｂ）に示すように、ヒートマス１７の底面側部２８を銅やアルミニウムに比較して熱膨張率が半導体素子に近い材料、例えばインバー（Ｉｎｖａｒ）で形成してもよい。インバーとは、Ｎｉ（ニッケル）が３６重量％で残りが実質的にＦｅ（鉄）の合金である。また、図９（ｃ）に示すように、ヒートマス１７の底面側部２８を銅やアルミニウム等の導電性の良い金属にセラミックスが分散された構成としてもよい。図９（ｄ）に示す構成では、ヒートマス１７の底面側部２８を複数の孔２８ａを有するセラミックス板で形成するとともに、孔２８ａ内がヒートマス１７を構成する金属で満たされ、かつ底面側部２８の底面に金属膜２９が形成されている。また、図９（ｅ），（ｆ）に示すように、底面側部２８を銅とインバーの金属複合材３０で形成するとともにその他の部分を銅で形成してもよい。金属複合材３０は、エキスパンドメタル３１と、エキスパンドメタル３１を囲繞するマトリックス金属３２の銅とで構成され、インバーで形成されたエキスパンドメタル３１を銅板の間に挟んだ状態で圧延・接合することにより形成される。図９（ｂ）〜（ｆ）の底面側部２８を備えたヒートマス１７を使用した場合、第１の実施形態のヒートマス１７を使用した場合に比較してヒートマス１７と半導体素子１２との間の半田Ｈに作用する応力が緩和される。   In the first embodiment, the heat mass 17 is not limited to a configuration in which the whole is uniformly formed of a single material, but is a portion closer to the end to be soldered to the semiconductor element 12 (hereinafter referred to as a bottom side). ) May have a low expansion coefficient. For example, as shown in FIG. 9B, the bottom surface side portion 28 of the heat mass 17 may be formed of a material having a thermal expansion coefficient close to that of a semiconductor element compared to copper or aluminum, for example, Invar. Invar is an alloy of 36% by weight of Ni (nickel) and substantially the remainder of Fe (iron). Moreover, as shown in FIG.9 (c), it is good also as a structure by which the ceramic was disperse | distributed to the metal with good electroconductivity, such as copper and aluminum, in the bottom face part 28 of the heat mass 17. In the configuration shown in FIG. 9D, the bottom surface side portion 28 of the heat mass 17 is formed of a ceramic plate having a plurality of holes 28a, the inside of the holes 28a is filled with the metal constituting the heat mass 17, and the bottom surface side portion 28 is formed. A metal film 29 is formed on the bottom surface. Further, as shown in FIGS. 9E and 9F, the bottom side portion 28 may be formed of a metal composite material 30 of copper and invar, and the other portion may be formed of copper. The metal composite 30 is composed of an expanded metal 31 and copper of a matrix metal 32 surrounding the expanded metal 31, and is rolled and joined in a state where the expanded metal 31 formed of invar is sandwiched between copper plates. It is formed. When the heat mass 17 provided with the bottom surface side portion 28 of FIGS. 9B to 9F is used, compared with the case where the heat mass 17 of the first embodiment is used, between the heat mass 17 and the semiconductor element 12. The stress acting on the solder H is relieved.

○ 図９（ｂ）〜（ｆ）では、脚部１７ｂが存在しない構成のヒートマス１７のみ図示しているが、第１の実施形態のように脚部１７ｂを備えた構成とし、底面側部２８を脚部１７ｂとしてもよい。また、第２の実施形態のように複数の脚部１７ｃを備えたヒートマス１７においても、図９（ｂ）〜（ｆ）に示すような底面側部２８の熱膨張率が低い構成を採用してもよい。   9 (b) to 9 (f), only the heat mass 17 having a configuration in which the leg portion 17b does not exist is illustrated, but the configuration is provided with the leg portion 17b as in the first embodiment, and the bottom side portion 28 is provided. May be the leg portion 17b. Moreover, also in the heat mass 17 provided with the several leg part 17c like 2nd Embodiment, the structure with a low thermal expansion coefficient of the bottom face side part 28 as shown to FIG.9 (b)-(f) is employ | adopted. May be.

○ 複数の半導体素子に対して一つのヒートマスを接合してもよい。この場合、ヒートマスが半導体素子間の導電接続を兼ねる。また特に、例えばインバータのトランジスタと逆並列に接続したダイオードのように、各半導体素子において発熱が急増するタイミングが互いに異なる場合、一つの半導体素子１２に一つのヒートマス１７を接合した構成に比べて、より大きな熱容量のヒートマスを接合した構成と同等の効果が得られる。   ○ One heat mass may be bonded to a plurality of semiconductor elements. In this case, the heat mass also serves as a conductive connection between the semiconductor elements. In particular, when the timing at which heat generation rapidly increases in each semiconductor element, such as a diode connected in reverse parallel to the transistor of the inverter, for example, compared to a configuration in which one heat mass 17 is bonded to one semiconductor element 12, The same effect as that obtained by joining a heat mass having a larger heat capacity can be obtained.

○ 一つの半導体素子１２に複数のヒートマス１７を接合してもよい。この場合、ヒートマス１７を分割することにより熱応力が緩和される。
○ 第３の実施形態のように、ヒートマス１７の本体１７ａの半導体素子１２と対向する面に、支持突部１７ｄを設ける場合、支持突部１７ｄはヒートマス１７の四隅に設けられる構成に限らない。例えば、図１０（ａ）に示すように、ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面のヒートマス１７の長手方向両端部に線状の支持突部１７ｄを一対設けてもよい。 A plurality of heat masses 17 may be bonded to one semiconductor element 12. In this case, thermal stress is relieved by dividing the heat mass 17.
In the case where the support protrusions 17d are provided on the surface of the main body 17a of the heat mass 17 that faces the semiconductor element 12 as in the third embodiment, the support protrusions 17d are not limited to the configuration provided at the four corners of the heat mass 17. For example, as shown in FIG. 10A, a pair of linear support protrusions 17 d may be provided at both ends in the longitudinal direction of the heat mass 17 on the surface of the heat mass 17 facing the semiconductor element 12.

○ 支持突部１７ｄは、ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面に、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さ分、接合面１７ｅより突出するように形成されていればよく、複数の脚部１７ｃを備え、脚部１７ｃの先端が接合面１７ｅを構成するヒートマス１７に適用しても良い。例えば、図１０（ｂ）に示すように、ヒートマス１７の半導体素子１２と対向する面に、四角柱状の脚部１７ｃを複数列設けるとともに、ヒートマス１７の四隅部に支持突部１７ｄをそれぞれ設けても良い。また、図１０（ｃ）に示すように、ヒートマス１７の長手方向と直交する方向に延びる複数の脚部１７ｃを設け、ヒートマス１７の長手方向両端に位置する脚部１７ｃの接合面１７ｅの両端に支持突部１７ｄを形成しても良い。これらの場合も、半導体装置１０の製造工程においてヒートマス１７を半導体素子１２に半田付けで接合する際、支持突部１７ｄの作用により、ヒートマス１７の半導体素子１２との接合面１７ｅと、半導体素子１２との間に存在する半田Ｈの厚さが予め設定された厚さで接合され、良好な半田付け接合部が形成される。   The support protrusion 17d has a bonding surface 17e corresponding to the thickness of the solder H existing between the semiconductor element 12 and the bonding surface 17e of the heat mass 17 on the surface facing the semiconductor element 12 of the heat mass 17. It may be formed so as to protrude more, and may be applied to the heat mass 17 that includes a plurality of leg portions 17c, and the tips of the leg portions 17c constitute the joining surface 17e. For example, as shown in FIG. 10B, a plurality of rows of quadrangular columnar legs 17c are provided on the surface of the heat mass 17 facing the semiconductor element 12, and support protrusions 17d are provided at the four corners of the heat mass 17, respectively. Also good. Also, as shown in FIG. 10C, a plurality of leg portions 17c extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the heat mass 17 are provided, and both ends of the joint surfaces 17e of the leg portions 17c located at both longitudinal ends of the heat mass 17 are provided. The support protrusion 17d may be formed. Also in these cases, when the heat mass 17 is joined to the semiconductor element 12 by soldering in the manufacturing process of the semiconductor device 10, due to the action of the support protrusion 17 d, the joining surface 17 e of the heat mass 17 with the semiconductor element 12 and the semiconductor element 12. The thickness of the solder H existing between the two is joined at a preset thickness, and a good solder joint is formed.

○ 支持突部１７ｄの位置は、ヒートマス１７の四隅に限らず、ヒートマス１７の重心が支持突部１７ｄに含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置するように設けられていればよい。「ヒートマス１７の重心が支持突部１７ｄに含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置する」とは、支持突部１７ｄが３箇所に点状に設けられている場合は、その３箇所（３点）を結ぶ仮想三角形の内側に位置することを意味する。また、支持突部が４箇所以上に点状に設けられている場合は、そのうちの少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に位置することを意味する。例えば、図１１（ａ）に示すように、支持突部１７ｄが５箇所に点状に設けられており、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃの３箇所の支持突部１７ｄを結ぶ三角形の外側に位置する場合でも、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５箇所あるいはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５箇所の内の４箇所の支持突部１７ｄを結ぶ多角形の内側に位置すればよい。また、図１１（ｂ）に示すように、支持突部１７ｄが４箇所に点状に設けられており、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４箇所の支持突部１７ｄを結ぶ多角形の外側に位置する場合でも、重心ＧがＡ，Ｂ，Ｃの３箇所の支持突部１７ｄを結ぶ三角形の内側に位置すればよい。さらに、図１１（ｃ）に示すように、支持突部１７ｄが点状と線状に形成されている場合又は図１０（ａ）に示すように線状に形成された支持突部１７ｄのみの場合は、点状の支持突部１７ｄと線状の支持突部１７ｄの少なくとも３箇所あるいは線状の支持突部１７ｄの少なくとも３箇所を結ぶ仮想多角形の内側に、重心Ｇが位置すればよい。   The position of the support protrusion 17d is not limited to the four corners of the heat mass 17, and it is only necessary that the center of gravity of the heat mass 17 is located inside a virtual polygon connecting at least three points included in the support protrusion 17d. . “The center of gravity of the heat mass 17 is located inside a virtual polygon connecting at least three points included in the support protrusion 17d” means that the support protrusions 17d are provided in three points in the form of dots. It means to be located inside the virtual triangle connecting the places (three points). Moreover, when the support protrusion is provided in four or more places like a dot, it means that it is located inside a virtual polygon connecting at least three of them. For example, as shown in FIG. 11 (a), support protrusions 17d are provided in five spots, and the center of gravity G is outside the triangle connecting the three support protrusions 17d of A, B, and C. Even if it is located, the center of gravity G is located inside the polygon that connects the five support projections 17d among the five locations A, B, C, D, and E, or five locations A, B, C, D, and E. It only has to be located. Further, as shown in FIG. 11 (b), support protrusions 17d are provided in four points, and the center of gravity G is a polygon connecting the four support protrusions 17d of A, B, C, and D. Even if it is located outside, the center of gravity G may be located inside the triangle connecting the three support projections 17d of A, B, and C. Further, as shown in FIG. 11 (c), when the support protrusion 17d is formed in a dot shape and a line shape, or only in the support protrusion 17d formed in a line shape as shown in FIG. 10 (a). In this case, the center of gravity G may be positioned inside a virtual polygon that connects at least three points of the dot-like support protrusion 17d and the linear support protrusion 17d or at least three of the line-like support protrusion 17d. .

○ 図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体素子１２のチップサイズに拘わらず、ソースあるいはエミッタのパッド３３の幅Ｗｐがある上限値を超えないようなレイアウトにしてもよい。この場合、ゲート配線のインピーダンスを抑制することができる。   As shown in FIGS. 12A to 12C, the layout may be such that the width Wp of the source or emitter pad 33 does not exceed a certain upper limit regardless of the chip size of the semiconductor element 12. In this case, the impedance of the gate wiring can be suppressed.

○ 第１の実施形態において、第３の実施形態のように半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付けと、ヒートマス１７の半導体素子１２への半田付けとを高周波誘導加熱により同時におこなってもよい。また、第３の実施形態において、第１の実施形態のように既に絶縁回路基板１１に半田付けされている半導体素子１２の上にヒートマス１７を半田付けしてもよい。   In the first embodiment, even if the soldering of the semiconductor element 12 to the insulating circuit substrate 11 and the soldering of the heat mass 17 to the semiconductor element 12 are performed simultaneously by high-frequency induction heating as in the third embodiment. Good. In the third embodiment, the heat mass 17 may be soldered on the semiconductor element 12 that has already been soldered to the insulating circuit board 11 as in the first embodiment.

○ 半導体素子１２の絶縁回路基板１１への半田付けと、ヒートマス１７の半導体素子１２への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行う場合、半導体素子１２と絶縁回路基板１１とを接合する半田の溶融温度が、ヒートマス１７と半導体素子１２とを接合する半田の溶融温度より低いものを使用してもよい。半導体素子１２の半田付け及びヒートマス１７の半田付けを一度の工程で行う場合、ヒートマス１７の加熱により、ヒートマス１７と半導体素子１２との間に介在する半田及び半導体素子１２と絶縁回路基板１１との間に介在する半田の両者を溶融させる必要があるため、ヒートマス１７の熱が伝導され易い前者の半田の溶融温度が高い方が好ましい。   When the soldering of the semiconductor element 12 to the insulating circuit board 11 and the soldering of the heat mass 17 to the semiconductor element 12 are performed in a single process by high frequency induction heating, the semiconductor element 12 and the insulating circuit board 11 are joined. A solder whose melting temperature is lower than the melting temperature of the solder for joining the heat mass 17 and the semiconductor element 12 may be used. When the soldering of the semiconductor element 12 and the soldering of the heat mass 17 are performed in a single process, the solder between the heat mass 17 and the semiconductor element 12 and the semiconductor element 12 and the insulating circuit substrate 11 are heated by the heating mass 17. Since it is necessary to melt both of the intervening solders, it is preferable that the melting temperature of the former solder, in which the heat of the heat mass 17 is easily conducted, be higher.

○ ヒートシンク１５は強制冷却式の冷却器であればよく、ヒートシンク１５を流れる冷却媒体は水に限らず、例えば、他の液体や空気などの気体であってもよい。また、沸騰冷却式の冷却器であってもよい。   The heat sink 15 may be a forced cooling type cooler, and the cooling medium flowing through the heat sink 15 is not limited to water, and may be other liquids or gases such as air. Further, it may be a boiling cooling type cooler.

○ 半導体装置１０は、半導体素子１２で発生した熱がヒートシンク１５に対して電気的絶縁状態で伝導される構成に限定されるものではなく、ヒートシンク１５に流れる冷却媒体が導電性の媒体ではなく例えば空気であれば、半導体素子１２とヒートシンク１５との間が導電可能な状態であってもよい。なお、冷却媒体の配管の一部が絶縁性の性質、例えば樹脂製であるのが好ましい。また、基板を介さずに半導体素子１２とヒートシンク１５とを直接半田付けしてもよい。   The semiconductor device 10 is not limited to the configuration in which the heat generated in the semiconductor element 12 is conducted in an electrically insulated state with respect to the heat sink 15, and the cooling medium flowing through the heat sink 15 is not a conductive medium, for example As long as it is air, the semiconductor element 12 and the heat sink 15 may be in a conductive state. In addition, it is preferable that a part of piping of a cooling medium is an insulating property, for example, resin. Further, the semiconductor element 12 and the heat sink 15 may be directly soldered without using a substrate.

○ ヒートシンク１５即ち強制冷却式の冷却器の配置位置は、半導体素子１２で発生した熱が基板を介して伝導される位置であればよく、半導体素子１２の下方に配置される構成に限らず、例えば、半導体素子１２の側方に配置されてもよい。   The arrangement position of the heat sink 15, that is, the forced cooling type cooler, is not limited to the configuration arranged below the semiconductor element 12, as long as the heat generated in the semiconductor element 12 is transmitted through the substrate. For example, it may be disposed on the side of the semiconductor element 12.

○ 銅製あるいはアルミニウム製のヒートマス１７の中に強磁性体の部分を含むようにしてもよい。例えば、鉄製あるいはニッケル製の板やバーを設ける。この場合、誘導加熱によりヒートマス１７が加熱され易くなる。   O The ferromagnetic mass may be included in the heat mass 17 made of copper or aluminum. For example, an iron or nickel plate or bar is provided. In this case, the heat mass 17 is easily heated by induction heating.

○ 絶縁回路基板１１上に金属回路１３が１個形成される構成に限らず、金属回路１３が複数形成されるとともに、各金属回路１３上に半導体素子１２がそれぞれ接合された構成としてもよい。   Not only the structure in which the single metal circuit 13 is formed on the insulating circuit board 11 but also a structure in which a plurality of metal circuits 13 are formed and the semiconductor element 12 is joined to each metal circuit 13 may be employed.

○ 半田付けに使用する半田はシート半田２７に限らず、半田ペーストを使用してもよい。そして、半導体素子１２の上面に塗布された半田ペーストの上にヒートマス１７を配置した状態で誘導加熱を行うようにしてもよい。   The solder used for soldering is not limited to the sheet solder 27, and a solder paste may be used. And you may make it perform induction heating in the state which has arrange | positioned the heat mass 17 on the solder paste apply | coated to the upper surface of the semiconductor element 12. FIG.

○ 溶融した半田の表面張力に対してヒートマス１７の重量が不足する場合、ヒートマス１７の上にさらに錘を載置して半田付けを行なってもよい。
○ 蓋体２０は、本体１９に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。 When the weight of the heat mass 17 is insufficient with respect to the surface tension of the melted solder, a weight may be further placed on the heat mass 17 to perform soldering.
The lid 20 may be configured to be non-removable with respect to the main body 19, for example, an open / close type.

○ 高周波加熱コイル２６を容器１８の外側において蓋体２０の上方に配置する構成としてもよい。この場合、蓋体２０は、少なくとも高周波加熱コイル２６と対向する部位が電気的絶縁材で形成されているのが好ましい。また、蓋体２０全体を同じ電気的絶縁材で形成してもよい。   The high-frequency heating coil 26 may be arranged above the lid 20 outside the container 18. In this case, it is preferable that the lid 20 is formed of an electrically insulating material at least at a portion facing the high-frequency heating coil 26. Moreover, you may form the whole cover body 20 with the same electrical insulating material.

○ 半導体装置１０は、車載用に限らず他の用途に使用するものに適用してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記ヒートマスは少なくとも一部に強磁性体の部分を含むように形成されている。 The semiconductor device 10 may be applied not only to in-vehicle use but also to other uses.
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) pre-Symbol heat mass is formed so as to include a portion of the at least a portion in the ferromagnetic body.

（２）前記ヒートマスは、半導体素子から定常発熱状態より大きな熱が短時間で発生した場合に、前記強制式冷却器による冷却が不足する分を吸収可能な熱容量となるように形成されている。 (2) pre-Symbol heat mass is in the event of a large heat faster than the steady heating state the semiconductor devices are formed so as to absorb possible thermal capacity minute to insufficient cooling due to the forced cooler .

第１の実施形態における半導体装置の模式図。1 is a schematic diagram of a semiconductor device according to a first embodiment. 半田付け装置の概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of a soldering apparatus. 半導体素子からヒートシンクへの伝熱経路を示す模式図。The schematic diagram which shows the heat-transfer path | route from a semiconductor element to a heat sink. 半導体素子の熱抵抗変化を示すシミュレーション結果の線図。The diagram of the simulation result which shows the thermal resistance change of a semiconductor element. 図４の部分拡大図。The elements on larger scale of FIG. 半導体素子の温度上昇度合い対するヒートマスの厚さの影響を示すグラフ。The graph which shows the influence of the thickness of the heat mass with respect to the temperature rise degree of a semiconductor element. 第２の実施形態における半導体装置の概略斜視図。The schematic perspective view of the semiconductor device in 2nd Embodiment. （ａ）は第３の実施形態における半導体装置の模式図、（ｂ）はヒートマスの斜視図。(A) is a schematic diagram of the semiconductor device in 3rd Embodiment, (b) is a perspective view of heat mass. （ａ）〜（ｅ）はそれぞれヒートマスの別の実施形態を示す模式図、（ｆ）は金属複合材の断面図。(A)-(e) is a schematic diagram which shows another embodiment of a heat mass, respectively, (f) is sectional drawing of a metal composite material. （ａ）〜（ｃ）は別の実施形態におけるヒートマスの斜視図。(A)-(c) is a perspective view of the heat mass in another embodiment. （ａ）〜（ｃ）は別の実施形態における支持突部の位置を示すヒートマスの模式図。(A)-(c) is a schematic diagram of the heat mass which shows the position of the support protrusion in another embodiment. （ａ）〜（ｃ）は別の実施形態における半導体素子の模式平面図。(A)-(c) is a schematic plan view of the semiconductor element in another embodiment. （ａ）は従来技術の概略図、（ｂ）は別の従来技術の断面図。(A) is the schematic of a prior art, (b) is sectional drawing of another prior art.

符号の説明Explanation of symbols

Ｇ…重心、Ｈ…半田、１０…半導体装置、１１…基板としての絶縁回路基板、１２…半導体素子、１５…冷却器としてのヒートシンク、１７…ヒートマス、１７ｂ，１７ｃ…脚部、１７ｄ…支持突部、１７ｅ…接合面、２７…半田としてのシート半田。   G ... center of gravity, H ... solder, 10 ... semiconductor device, 11 ... insulated circuit board as substrate, 12 ... semiconductor element, 15 ... heat sink as cooler, 17 ... heat mass, 17b, 17c ... leg, 17d ... support projection Part, 17e ... joint surface, 27 ... sheet solder as solder.

Claims (11)

半導体素子と、
前記半導体素子で発生した熱が伝導される強制冷却式の冷却器と、
前記半導体素子上に半導体素子と熱的に結合して半田で接合されているヒートマスと
を備え、
前記ヒートマスが電極を兼ねている車載用半導体装置。 A semiconductor element;
A forced cooling type cooler in which heat generated in the semiconductor element is conducted;
A heat mass thermally bonded to the semiconductor element and bonded by solder on the semiconductor element;
An in- vehicle semiconductor device in which the heat mass also serves as an electrode. 半導体素子と、
前記半導体素子の一方の面と熱的に結合された強制冷却式の冷却器と、
前記半導体素子の他方の面と熱的に結合されたヒートマスと
を備え、
前記ヒートマスは半導体素子の電極を兼ねている車載用半導体装置。 A semiconductor element;
A forced cooling cooler thermally coupled to one side of the semiconductor element;
A heat mass thermally coupled to the other surface of the semiconductor element;
The heat mass is an in- vehicle semiconductor device that also serves as an electrode of a semiconductor element. 前記半導体素子は絶縁基板上に設けられ、前記半導体素子で発生した熱が前記絶縁基板を介して前記冷却器に伝導される請求項１又は請求項２に記載の車載用半導体装置。 The in- vehicle semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is provided on an insulating substrate, and heat generated in the semiconductor element is conducted to the cooler through the insulating substrate. 前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で直接接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面は複数の領域に分割されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車載用半導体装置。 The in- vehicle semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat mass is directly bonded to the semiconductor element with solder, and a bonding surface of the heat mass with the semiconductor element is divided into a plurality of regions. apparatus. 前記ヒートマスは前記半導体素子に半田で接合され、前記ヒートマスの前記半導体素子と対向する面には、前記ヒートマスの前記半導体素子との接合面と前記半導体素子との間に存在する半田の厚さ分、前記接合面より突出するように形成された支持突部が、前記ヒートマスの重心が前記支持突部に含まれる少なくとも３点を結ぶ仮想多角形の内側に位置するように設けられている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の車載用半導体装置。 The heat mass is bonded to the semiconductor element with solder, and the surface of the heat mass facing the semiconductor element is a thickness of solder existing between the bonding surface of the heat mass with the semiconductor element and the semiconductor element. The support protrusion formed so as to protrude from the joint surface is provided so that the center of gravity of the heat mass is located inside a virtual polygon connecting at least three points included in the support protrusion. The vehicle-mounted semiconductor device as described in any one of Claims 1-4. 前記支持突部は前記ヒートマスの四隅に設けられている請求項５に記載の車載用半導体装置。 The on- vehicle semiconductor device according to claim 5, wherein the support protrusions are provided at four corners of the heat mass. 前記ヒートマスの材質は、前記半導体素子と前記ヒートマスとを接合する半田より高融点の金属である請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の車載用半導体装置。 The in- vehicle semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein a material of the heat mass is a metal having a melting point higher than that of solder for joining the semiconductor element and the heat mass. 前記ヒートマスの熱容量は、前記半導体素子から前記冷却器への伝熱経路の熱容量より大きく設定されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の車載用半導体装置。 The in- vehicle semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein a heat capacity of the heat mass is set larger than a heat capacity of a heat transfer path from the semiconductor element to the cooler. 前記電極は、前記半導体素子の主電流の電極である請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の車載用半導体装置。 The on- vehicle semiconductor device according to claim 1 , wherein the electrode is an electrode of a main current of the semiconductor element. 請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の車載用半導体装置の製造方法であって、
基板上に半田付けされる半導体素子上にヒートマスを半田付けする際、前記半導体素子上に半田を介して前記ヒートマスを載置し、前記ヒートマスを高周波誘導加熱で加熱するとともにその熱で半田を溶融させて前記ヒートマスと前記半導体素子とを接合する車載用半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing an in- vehicle semiconductor device according to any one of claims 1 to 9 ,
When soldering a heat mass on a semiconductor element to be soldered on a substrate, the heat mass is placed on the semiconductor element via solder, and the heat mass is heated by high frequency induction heating and the solder is melted by the heat. A method for manufacturing an in- vehicle semiconductor device, wherein the heat mass and the semiconductor element are joined together. 前記半導体素子の前記基板への半田付けと、前記ヒートマスの前記半導体素子への半田付けとを高周波誘導加熱により一度の工程で行う請求項１０に記載の車載用半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing an in- vehicle semiconductor device according to claim 10 , wherein soldering of the semiconductor element to the substrate and soldering of the heat mass to the semiconductor element are performed in a single step by high-frequency induction heating.
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