JP6818039B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特にパワーモジュールとヒートシンクとが接続された構造を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
従来のパワーモジュールを含む半導体装置においては、パワーモジュールとヒートシンクとが熱伝導グリスにより熱的に接続されていた。しかし熱伝導グリスを用いた場合、長期使用時には、いわゆるポンプアウト現象またはブリードなどの不具合が発生する懸念がある。また熱伝導グリスを用いた場合、パワーモジュール全体の熱抵抗が増大する可能性がある。このため、半導体装置に含まれるパワーモジュールとヒートシンクとを熱伝導グリスにより接続する方法の代わりとして、グリスレス接続方法が開発されている。グリスレス接続方法の一例として、パワーモジュールとヒートシンクとの接合面に凹凸形状を設け、その凹凸部にてかしめ加工にてパワーモジュールとヒートシンクとが一体となるように加工する方法が考えられる。この方法は、たとえば特開２０１４−１７９３９４号公報（特許文献１）に開示されており、グリスを用いずにパワーモジュールとヒートシンクとを接続する。このため、長期使用時の当該半導体装置の信頼性確保、およびパワーモジュールからヒートシンクへの放熱性能の維持が期待できる。
特開２０１４−１７９３９４号公報
特開２０１４−１７９３９４号公報に開示される半導体装置に含まれるパワーモジュールは、半導体素子、はんだ、配線部材、絶縁層および金属部品が封止材によって一体化された構成を有している。金属部品には凹凸形状を有する凹凸部が設けられている。またパワーモジュールと接続されるヒートシンクは、金属部品と対向する面に、金属部品の凹凸部と嵌合可能な、凹凸形状を有する凹凸部が設けられている。金属部品を含むパワーモジュールとヒートシンクとが積まれた状態でプレス荷重が加えられ、凹凸部を塑性変形させることにより、パワーモジュールの金属部品とヒートシンクとが接合され一体化されている。
特開２０１４−１７９３９４号公報におけるパワーモジュールとヒートシンクとの凹凸部は、半導体装置の高さ方向に関する寸法の大きい凹凸部と、高さ方向に関する寸法の小さい凹凸部とを含んでいる。これにより、パワーモジュールからヒートシンクへの放熱性能が向上するとされている。しかしそのためには、形成されるすべての凹凸部が完全に嵌合して固着されることが必要であると考えられる。当該凹凸部は鍛造、ダイキャスト、押し出しなどの機械加工により形成されるため、当該凹凸部にはその形状の寸法ばらつき（公差）が存在することとなる。凹凸部の寸法ばらつき、および金属部品とヒートシンクとの位置関係のばらつきにより、パワーモジュールがヒートシンクに対して本来の接合態様に対して傾いたようにずれて一体化されてしまう可能性がある。
パワーモジュールがヒートシンクに対して傾いたように一体化された場合、両者の接触部の熱抵抗が大きくなったりばらついたりすることにより、パワーモジュールにおいては所望の放熱性能が得られなくなる。さらに、パワーモジュールがヒートシンクに対して傾いた状態でプレス荷重により加圧されれば、応力集中により封止材が破損したり、かしめ加工後のアセンブリ工程において組み付け不良が発生するなどの不具合発生が懸念される。組み付け不良を抑制するためにアセンブリ工程用の装置の組み付け精度を高めるためには、部材の寸法などのばらつきを吸収して部材間の平面同士が平行となるように調整するなどの処理が必要である。すなわち各部材の形状の確認と、平面間の平行状態の維持と、平行状態を維持しながらの加圧工程との各プロセスを経る必要がある。このような各プロセスを経るためには大掛かりでコストの高い装置を用いる必要があり、生産性が高められない懸念がある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、大掛かりな装置を用いなくても、パワーモジュールとヒートシンクとを生産性良く安定して一体化させることができ、その一体化のための加工時に発生する傾きおよびそれに伴う熱抵抗のばらつきを抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
本発明の一の半導体装置は、パワーモジュールと、放熱部材とを備えている。放熱部材はパワーモジュールに接続される。金属部品には複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が、放熱部材には複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部および複数の凸部からなる複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、１つの凹部と１つの凸部とを含む。第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部の壁面は、高さ方向に対する第１の傾斜角度を有する第１の壁面部分と、第１の傾斜角度とは異なる第２の傾斜角度を有する第２の壁面部分とを含む。金属部品と放熱部材とは、複数の凹部と複数の凸部とが接触する複数の凹凸部において一体となっている。
本発明の一の半導体装置は、パワーモジュールと、放熱部材とを備えている。放熱部材はパワーモジュールに接続される。金属部品には複数の凹部または凸部のいずれか一方が、放熱部材には複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。金属部品と放熱部材とは、複数の凹部と複数の凸部とが接触する複数の凹凸部において一体となっている。複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部の壁面は、高さ方向に対する第１の傾斜角度を有する第１の壁面部分と、第１の傾斜角度とは異なる第２の傾斜角度を有する第２の壁面部分とを含む。
本発明の他の半導体装置は、パワーモジュールと、放熱部材とを備えている。放熱部材はパワーモジュールに接続される。金属部品には複数の凹部および外斜面部、または凸部のいずれか一方が、放熱部材には複数の凹部および外斜面部、または凸部のいずれか他方が形成されている。金属部品と放熱部材とは、複数の外斜面部と複数の凸部とが接触する複数の第１の凹凸部、および複数の凹部と複数の凸部とが接触する複数の第２の凹凸部において一体となっている。複数の第１の凹凸部は、複数の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。複数の第１の凹凸部は互いに間隔をあけて１対配置されている。１対の第１の凹凸部は、１対の第１の凹凸部のそれぞれに含まれる凸部である１対の凸部が、付根部側から先端側へ、複数の外斜面部に沿いかつ高さ方向に対して傾斜するように延びている。第１の凹凸部の壁面は、高さ方向に対する第１の傾斜角度を有する第１の壁面部分と、第１の傾斜角度とは異なる第２の傾斜角度を有する第２の壁面部分とを含む。
本発明の一の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部と複数の凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部となるべき凹部である第１の凹部の壁面および第１の凹凸部となるべき凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第１の凹部の壁面の傾斜角度は、第１の凸部の壁面の傾斜角度と異なっている。一体化する工程においては、第１の凹部および第１の凸部が互いに接触することにより第１の凹部および第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。複数の凹部は第２の凹凸部となるべき第２の凹部を含む。複数の凸部は第２の凹凸部となるべき第２の凸部を含む。一体化する工程において複数の凹部と複数の凸部とを互いに嵌合する際に、第１の凹部および第１の凸部は、第２の凹部および第２の凸部よりも先に互いに接触する。
本発明の一の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部または凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部と凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部となるべき凹部である第１の凹部の壁面および第１の凹凸部となるべき凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第１の凹部の壁面の傾斜角度は、第１の凸部の壁面の傾斜角度と異なっている。一体化する工程においては、第１の凹部および第１の凸部が互いに接触することにより第１の凹部および第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。
本発明の他の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部と複数の凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部となるべき凹部である第１の凹部の壁面および第１の凹凸部となるべき凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第１の凹凸部は互いに間隔をあけて１対形成される。１対の第１の凹凸部となるべき１対の第１の凹部の底部の中央部間距離と、１対の第１の凹凸部となるべき１対の第１の凸部の先端の中央部間距離とは異なっている。一体化する工程においては、第１の凹部および第１の凸部が互いに接触することにより第１の凹部および第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。複数の凹部は前記第２の凹凸部となるべき第２の凹部を含む。複数の凸部は前記第２の凹凸部となるべき第２の凸部を含む。一体化する工程において前記複数の凹部と複数の凸部とを互いに嵌合する際に、前記第１の凹部および前記第１の凸部は、前記第２の凹部および前記第２の凸部よりも先に互いに接触する。
本発明の他の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部または凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部と凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部となるべき凹部である第１の凹部の壁面および第１の凹凸部となるべき凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第１の凹凸部は互いに間隔をあけて１対形成される。１対の第１の凹凸部となるべき１対の第１の凹部の底部の中央部間距離と、１対の第１の凹凸部となるべき１対の第１の凸部の先端の中央部間距離とは異なっている。一体化する工程においては、第１の凹部および第１の凸部が互いに接触することにより第１の凹部および第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。
本発明のさらに他の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部および外斜面部、または凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部および外斜面部、または凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部および凸部、ならびに複数の外斜面部および凸部を互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部のうち外斜面部および凸部により形成される第１の凹凸部は、複数の凹凸部のうち凹部および凸部により形成される第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第１の凹凸部となるべき外斜面部の壁面および第１の凹凸部となるべき凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第１の凹凸部は互いに間隔をあけて１対形成される。複数の凹部、外斜面部および凸部を形成する工程において形成される、１対の第１の凹凸部となるべき１対の外斜面部の底部の内周間距離は、１対の第１の凹凸部となるべき１対の第１の凸部の先端の中央部間距離より大きくなっている。一体化する工程においては、外斜面部および第１の凸部が互いに接触することにより第１の凹部および第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。
本発明によれば、第２の凹凸部よりも高さ方向の寸法が大きい第１の凹凸部を構成するべき第１の凹部および第１の凸部が、金属部品と放熱部材との一体化の際にガイド機構として機能する。つまり第１の凹凸部は、パワーモジュールがヒートシンクに対して本来の接合態様に対して傾いたようにずれて一体化されないようにする役割を有する。これにより、生産性良く安定して、熱抵抗のばらつきが抑制された半導体装置を提供することができる。
実施の形態１の第１例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図１中の点線で囲まれた領域ＩＩの概略拡大断面図である。 実施の形態１の第１例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図３の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態１の第１例に係る半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略斜視図である。 実施の形態１の第１例に係る半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 実施の形態１の第１例に係る半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 実施の形態１の第１例に係る半導体装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 実施の形態１の第２例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図９中の点線で囲まれた領域Ｘの概略拡大断面図である。 実施の形態１の第２例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図１１の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態１の第２例に係る半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略斜視図である。 実施の形態１の第２例に係る半導体装置の製造方法の第１工程の変形例を示す概略斜視図である。 実施の形態１の第３例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図１５中の点線で囲まれた領域ＸＶＩの概略拡大断面図である。 実施の形態１の第３例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図１７の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態２の第１例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図１９中の点線で囲まれた領域ＸＸの概略拡大断面図である。 実施の形態２の第１例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図２１の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態２の第１例に係る半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略斜視図である。 実施の形態２の第１例に係る半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 実施の形態２の第１例に係る半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 実施の形態２の第１例に係る半導体装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 実施の形態２の第１例に係る半導体装置の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。 実施の形態２の第２例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図２８中の点線で囲まれた領域ＸＸＩＸの概略拡大断面図である。 実施の形態２の第２例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図３０の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態２の第３例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図３２中の点線で囲まれた領域ＸＸＸＩＩＩの概略拡大断面図である。 実施の形態２の第３例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図３４の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態３の第１例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図３６中の点線で囲まれた領域ＸＸＸＶＩＩの概略拡大断面図である。 実施の形態３の第１例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 図３８の凹部および凸部の各部の寸法等を示す概略拡大断面図である。 実施の形態３の第１例に係る半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の第１例に係る半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の第１例に係る半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の第１例に係る半導体装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 実施の形態３の第２例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図４４中の点線で囲まれた領域ＸＬＶの概略拡大断面図である。 実施の形態３の第２例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 実施の形態３の第３例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。 図４７中の点線で囲まれた領域ＸＬＶＩＩＩの概略拡大断面図である。 実施の形態３の第３例において、金属部品とヒートシンクとが一体化される前の、両者に形成された凹部および凸部の態様を示す概略断面図である。 実施の形態４の第１例における半導体装置の製造工程に用いられる加圧手段および加圧態様を示す概略断面図である。 図５０の加圧手段を示す概略平面図である。 実施の形態４の第２例における半導体装置の製造工程に用いられる加圧手段および加圧態様を示す概略断面図である。 図５２の加圧手段を示す概略平面図である。 図５２の加圧手段の変形例を示す概略平面図である。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の第１例の半導体装置の構成について、図１〜図４を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。図１を参照して、本実施の形態の第１例の半導体装置１０１は、パワーモジュール１００と、パワーモジュール１００に接続される放熱部材としてのヒートシンク２００とを備えている。パワーモジュール１００は、半導体素子１と、半導体素子１が接続された配線部材２と、配線部材２に接続された絶縁層３と、配線部材２に絶縁層３を介して接続された金属部品４と、封止材５とを含んでいる。したがって金属部品４は半導体素子１に固定されており、逆に言えば金属部品４に半導体素子１が搭載されている。封止材５は、半導体素子１と、配線部材２と、絶縁層３と、金属部品４の一部（図１のＺ方向上方の領域）とを封止している。封止材５は金属部品４の少なくとも一部（図１のＺ方向下方の領域）を露出している。
半導体素子１はシリコンなどの半導体材料により形成されたチップ状の部材であり、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの回路素子が組み込まれている。配線部材２はたとえば半導体素子１を載置するリードフレームであり、たとえば銅系または鉄系の材料により形成されている。絶縁層３は、たとえば窒化アルミニウムからなる絶縁性を有する平板状の部材であり、たとえば平面視において矩形状を有している。半導体素子１は、配線部材２としてのリードフレームとたとえばはんだにより接合されている。またリードフレームは絶縁層３を介して金属部品４に接合されている。
封止材５が、半導体素子１、配線部材２、絶縁層３と、金属部品４の一部とを封止することにより、半導体素子１および配線部材２が外部環境から保護される。また電気的短絡を防ぐ観点から絶縁される必要がある部位が封止材５に覆われることにより、絶縁される必要がある部位に対する高い絶縁信頼性が得られる。封止材５は樹脂ケース内に樹脂材料を充填する方法、または金型に樹脂材料を流し込むことにより樹脂ケースを用いずに形成する方法により、図１に示す半導体素子１などを封止する態様となるように形成される。なお金属部品４の一部（図１のＺ方向上方の領域）は封止材５に覆われるが、金属部品４の他の一部（図１のＺ方向下方の領域）は封止材５から露出している。金属部品４の封止材５から露出する下側の領域は、ヒートシンク２００と対向している。
金属部品４は半導体素子１の発する熱を拡散する役割を有しており、そのためにＺ方向に関して厚みを有している。金属部品４に拡散された熱は、さらにその下方のヒートシンク２００に伝搬される。ヒートシンク２００には、半導体素子１および配線部材２から発生した熱を半導体装置１０１の外部に放出させるための放熱フィンが形成されている。この放熱フィンにより、ヒートシンク２００から半導体装置１０１の外部に放熱される。
金属部品４およびヒートシンク２００は、熱伝導率が高い材料により形成されることが好ましく、これにより当該各部材の熱抵抗を低減することができる。具体的には、金属部品４およびヒートシンク２００は、アルミニウム、銅、アルミニウムおよび銅を主成分とする合金材料から選択されるいずれかにより形成されることが好ましい。あるいはこれらの材料を組み合わせることにより金属部品４およびヒートシンク２００が形成されてもよい。たとえばアルミニウムを主成分とする金属材料または合金材料により金属部品４およびヒートシンク２００が形成された場合、それらの部材をより軽量化させることができる。
なお金属部品４の硬度はヒートシンク２００の硬度と異なっていてもよい。金属部品４はヒートシンク２００よりも硬度が高くてもよいし、逆に金属部品４はヒートシンク２００よりも硬度が低くてもよい。
金属部品４とヒートシンク２００とは一体となるように、たとえば接続されている。つまりＺ方向に関する金属部品４の最下部と、ヒートシンク２００の最上部とにおいて、両部材の境界が不明瞭となるように互いに固着されている。具体的には、金属部品４の最下部には複数の凹凸部としての第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２が形成されている。第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２において、金属部品４の下部とヒートシンク２００の上部とが一体となっている。ここで第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２は、後述する加工前の傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２に相当する部分（完成品にて残存する場合はその残存する傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２）を含む領域であり、金属部品４の下部とヒートシンク２００の上部とが一体化された部分からなる（金属により形成された）領域を意味するものとする。金属部品４とヒートシンク２００とを固着させたときにおいて、好ましくは第２の凹凸部ＣＶ２の壁面部分では、金属部品４およびヒートシンク２００の少なくともいずれかに若干の塑性変形が起きる程度まで加圧される。この加圧により、当該壁面部分には金属部品４とヒートシンク２００とのお互いを挟みあう圧縮の残留が蓄積され、固着力が高められる。このため振動および衝撃に対する保証をするための設計が容易となる。また後述するように当該第２の凹凸部ＣＶ２は、圧縮の残留歪みが残ることにより、凹部と凸部との壁面間の接触熱抵抗を低減するという作用も発揮される。
図１においてはＸ方向中央部に１つの第１の凹凸部ＣＶ１が配置されており、これをＸ方向左右側双方から挟むように複数の第２の凹凸部ＣＶ２が互いに間隔をあけて配置されている。図１においては第１の凹凸部ＣＶ１のＸ方向左側および右側に４つずつの第２の凹凸部ＣＶ２が配置されているが、これは断面図であるため、実際には半導体装置１０１にはより多くの数の第２の凹凸部ＣＶ２が配置されていてもよい。
複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部ＣＶ１は、複数の凹凸部のうち第１の凹凸部ＣＶ１以外の他の一部である第２の凹凸部ＣＶ２よりも、高さ方向すなわちＺ方向に関する寸法が大きい。
図２は図１中の特に第１の凹凸部ＣＶ１に相当する、金属部品４とヒートシンク２００とが一体化された領域の構成をより詳細に示す概略拡大断面図である。図２を参照して、第１の凹凸部ＣＶ１の壁面は、第１の壁面部分Ｓ１と、第２の壁面部分Ｓ２とを含んでいる。第１の壁面部分Ｓ１は高さ方向すなわちＺ方向に対する第１の傾斜角度ＩＡ１を有しており、第１の凹凸部ＣＶ１のＺ方向最上部に隣接する領域に、たとえば丸みを帯びて形成されている。第２の壁面部分Ｓ２はＺ方向に対する第２の傾斜角度ＩＡ２を有しており、第１の壁面部分Ｓ１のたとえばＺ方向下側に直線状に形成されている。第２の傾斜角度ＩＡ２は第１の傾斜角度ＩＡ１とは異なっており、たとえば図２においては、第１の傾斜角度ＩＡ１の方が第２の傾斜角度ＩＡ２よりも大きい。
図３は、図１のように金属部品４とヒートシンク２００とが一体化される前の両部材の態様を示している。図３を参照して、一体化される前においては、金属部品４の最下面には、当該最下面に対して図の上方にへこんだ凹部としての傾き補正機構部Ｃ１と、当該最下面に対する凹部としての接続部Ｃ２とが形成されている。またヒートシンク２００の最上面には、当該最上面に対して図の上方に突起した凸部としての傾き補正機構部Ｖ１と、当該最上面に対する凸部としての接続部Ｖ２とが形成されている。ここではこれらの傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２は、その凹部または凸部を構成する表面（壁面）を意味するものとする。
互いに対向する金属部品４の最下面とヒートシンク２００の最上面とをたとえば互いに接触するように接近させることにより、傾き補正機構部Ｃ１に傾き補正機構部Ｖ１が挿入され、接続部Ｃ２に接続部Ｖ２が挿入される。そのように挿入された状態で傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とがたとえば接続により一体化されることで、第１の凹凸部ＣＶ１が形成されている。同様に接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とがたとえば接続により一体化されることで、第２の凹凸部ＣＶ２が形成されている。再度図２を参照して、その一体化の結果、第１の凹凸部ＣＶ１の壁面の少なくとも一部には、傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが互いに強固に接続等された強固定部１０が形成されている。強固定部１０は後述するように、たとえば傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とのかしめ加工により形成されている。図２においては強固定部１０は一例として第１の凹凸部ＣＶ１のＺ方向上部であり、第１の壁面部分Ｓ１およびそれに隣接する領域に形成されるが、これに限らずたとえばそのＺ方向下部に形成されてもよい。
なお第２の凹凸部ＣＶ２についても基本的には以上に述べた第１の凹凸部ＣＶ１と同様の構成を有している。
傾き補正機構部Ｃ１は、金属部品４の最下面に対する第１の凹部として形成されており、図３においてはそのＸ方向中央部に１つ形成されている。接続部Ｃ２は、金属部品４の最下面に対する第２の凹部として形成されており、図３においてはＸ方向に関して複数（４つ）ずつ並んだものが傾き補正機構部Ｃ１を左右両側から挟むように形成されている。傾き補正機構部Ｖ１は、ヒートシンク２００の最上面に対する第１の凸部として形成されており、図３においてはそのＸ方向中央部に１つ形成されている。接続部Ｖ２は、金属部品４の最上面に対する第２の凸部として形成されており、図３においてはＸ方向に関して複数（４つ）ずつ並んだものが傾き補正機構部Ｖ１を左右両側から挟むように形成されている。ただし図３は断面図であり、実際にはより多くの数の接続部Ｃ２，Ｖ２が形成されている。
このように、金属部品４には複数の凹部としての傾き補正機構部Ｃ１および接続部Ｃ２が、ヒートシンク２００には複数の凸部としての傾き補正機構部Ｖ１および接続部Ｖ２が、それぞれ形成されている。ただしこれとは逆に、金属部品４に複数の凸部が、ヒートシンク２００に複数の凹部が形成されてもよい。
複数の傾き補正機構部Ｃ１と複数の傾き補正機構部Ｖ１とが接触する複数の第１の凹凸部ＣＶ１において、金属部品４とヒートシンク２００とが一体となっている。また複数の接続部Ｃ２と複数の接続部Ｖ２とが接触する複数の第２の凹凸部ＣＶ２においても、金属部品４とヒートシンク２００とが一体となっている。このように、金属部品４とヒートシンク２００とは、第１の凹凸部ＣＶ１と第２の凹凸部ＣＶ２とが接触してなる複数の凹凸部において一体となっている。
図３を参照して、図１のように金属部品４とヒートシンク２００とが一体化される前の状態において、傾き補正機構部Ｃ１の壁面のＺ方向に対する傾斜角度は、傾き補正機構部Ｖ１の壁面のＺ方向に対する傾斜角度よりも、少なくとも一部において大きい。なお図３においては、傾き補正機構部Ｃ１のＺ方向に対する傾斜角度は、傾き補正機構部Ｖ１のＺ方向に対する傾斜角度よりも、その全体において大きい。その結果、たとえば図２に示すように、第１の凹凸部ＣＶ１のＸ方向の幅、すなわち図２のＸ方向に関する第１の凹凸部ＣＶ１の寸法は、その第１の凹凸部ＣＶ１に含まれる凹部の底部側（図２の上側）に向かうほど小さくなっている。
図４を参照して、Ｚ方向に関して傾き補正機構部Ｃ１は接続部Ｃ２よりも寸法が大きく、傾き補正機構部Ｖ１は接続部Ｖ２よりも寸法が大きい。図３に示す金属部品４に形成される傾き補正機構部Ｃ１の底部９９（Ｚ方向最上部）のＸ方向に関する幅Ｄ１よりも、ヒートシンク２００に形成される傾き補正機構部Ｖ１の先端９７（Ｚ方向最上部）のＸ方向に関する幅Ｄ２の方が大きい。また図４の傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５（Ｚ方向最下部）のＸ方向に関する幅Ｄ３は、傾き補正機構部Ｖ１の付根部９３（Ｚ方向最下部）のＸ方向に関する幅Ｄ４と（ほぼ）等しい。また図４の接続部Ｃ２の底部９９のＸ方向に関する幅Ｄ５よりも、ヒートシンク２００に形成される接続部Ｖ２の先端９７のＸ方向に関する幅Ｄ６の方が大きい。このことが、金属部品４とヒートシンク２００とを固着したときに、凹部と凸部との壁面が若干の塑性変形を起こす関係であるといえる。また図４の接続部Ｃ２の開口部９５のＸ方向に関する幅Ｄ７は、接続部Ｖ２の付根部９３のＸ方向に関する幅Ｄ８と（ほぼ）等しい。
その結果、壁面のＺ方向に対する傾斜角度は、傾き補正機構部Ｃ１の傾斜角度ＩＡ３の方が傾き補正機構部Ｖ１の傾斜角度ＩＡ４よりも大きく、接続部Ｃ２の傾斜角度ＩＡ５の方が接続部Ｖ２の傾斜角度ＩＡ６よりも大きい。また図４においては傾き補正機構部Ｃ１の壁面のＺ方向に対する傾斜角度ＩＡ３は、接続部Ｃ２の壁面のＺ方向に対する傾斜角度ＩＡ５と（ほぼ）等しい。なお図４においては傾き補正機構部Ｖ１のＺ方向に対する傾斜角度ＩＡ４の方が接続部Ｖ２の当該傾斜角度ＩＡ６よりも大きく、接続部Ｖ２はＺ方向に対して傾かないように（Ｚ方向に沿って）延びているが、このような態様に限られない。
なおここでは傾き補正機構部Ｖ１および接続部Ｖ２のそれぞれは、上記のように配置された傾き補正機構部Ｃ１および接続部Ｃ２のそれぞれと、Ｘ方向に関する中央部の位置がほぼ等しくなり、傾き補正機構部Ｃ１および接続部Ｃ２のそれぞれと嵌合可能となるように、配置されている。またここでは傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とのＺ方向に関する高さはほぼ等しく、接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とのＺ方向に関する高さもほぼ等しくなっている。
また図３および図４中においては傾き補正機構部Ｃ１の底部９９および傾き補正機構部Ｖ１の先端９７はその角部が尖っている。しかし当該角部は丸みを帯びていてもよい。このことは接続部Ｃ２，Ｖ２についても同様である。
次に本実施の形態の第１例の半導体装置１０１の製造方法について、図５〜図８を用いて説明する。図５および図６を参照して、まずパワーモジュール１００が準備される。パワーモジュール１００は、半導体素子１と、半導体素子１が接続された配線部材２と、配線部材２に接続された絶縁層３と、配線部材２に絶縁層３を介して接続された金属部品４と、封止材５とを含んでいる。したがって金属部品４は半導体素子１に固定されている。封止材５は、半導体素子１と、配線部材２と、絶縁層３と、金属部品４の一部（図１のＺ方向上方の領域）とを封止している。封止材５は金属部品４の少なくとも一部（図１のＺ方向下方の領域）を露出している。またパワーモジュール１００に接続される放熱部材としてのヒートシンク２００が準備される。
パワーモジュール１００を構成する金属部品４に複数の凹部または凸部のいずれか一方が形成されており、ヒートシンク２００に複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。図５および図６においては金属部品４の最下部に、最終的に第１の凹凸部となるべき凹部である第１の凹部としての傾き補正機構部Ｃ１と、最終的に第２の凹凸部となるべき凹部である第２の凹部としての接続部Ｃ２とが形成されている。またヒートシンク２００の最上部に、最終的に第１の凹凸部となるべき凸部である第１の凸部としての傾き補正機構部Ｖ１と、最終的に第２の凹凸部となるべき凸部である第２の凸部としての接続部Ｖ２とが形成されている。これらは図５に示すようにＹ方向に沿って延びるように形成されていてもよい。
金属部品４およびヒートシンク２００がアルミニウムを主成分とする金属材料または合金材料からなる場合、上記凹部および凸部を有する金属部品４およびヒートシンク２００は、鍛造、ダイキャスト、押し出しなどの機械加工により形成される。なお、生産性および放熱性能を考慮した場合、金属部品４およびヒートシンク２００は鍛造、押し出しにより形成されることがより好ましい。
傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２は、図４に示す寸法および形状となるように形成されていることが好ましい。すなわちＺ方向に関して傾き補正機構部Ｃ１は接続部Ｃ２よりも寸法が大きく、傾き補正機構部Ｖ１は接続部Ｖ２よりも寸法が大きい。また傾き補正機構部Ｃ１の一体化前壁面Ｃ１０および傾き補正機構部Ｖ１の一体化前壁面Ｖ１０は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、一体化前壁面Ｃ１０の傾斜角度ＩＡ３は一体化前壁面Ｖ１０の傾斜角度ＩＡ４と異なっている。具体的には、一体化前壁面Ｃ１０の高さ方向に対する傾斜角度ＩＡ３は、一体化前壁面Ｖ１０の高さ方向に対する傾斜角度ＩＡ４よりも少なくとも一部において（図６においては全体において）大きい。傾き補正機構部Ｃ１は、底部側（図のＺ方向上側）に向かうほどその一体化前壁面Ｃ１０の間のＸ方向の幅が小さくなっていることが好ましい。
また上述のように、図４に示す傾き補正機構部Ｃ１の底部９９のＸ方向に関する幅Ｄ１よりも、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７のＸ方向に関する幅Ｄ２の方が大きく、かつ先端９７の幅Ｄ２よりも傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５のＸ方向に関する幅Ｄ３の方が大きいことが好ましい。
図６、図７および図８を参照して、次に、複数の凹部と凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品４とヒートシンク２００とが一体化される。金属部品４の傾き補正機構部Ｃ１およびヒートシンク２００の傾き補正機構部Ｖ１、ならびに金属部品４の接続部Ｃ２およびヒートシンク２００の接続部Ｖ２が互いに対向するように配置された状態で、互いに接触するように接近する。これにより、傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１、ならびに接続部Ｃ２および接続部Ｖ２が互いに嵌合される。嵌合する際には、図７に示すように、たとえばパワーモジュール１００の上に板状の加圧手段２０が載置され、この加圧手段２０にＺ方向下向きの加圧力Ｆが加えられる。これにより、互いに嵌合される傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１、ならびに接続部Ｃ２および接続部Ｖ２が塑性変形する。このように凹部および凸部の表面が塑性変形することにより新しく露出した金属面同士が接触するように、お互いに嵌合され固着される。すなわち傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１、ならびに接続部Ｃ２および接続部Ｖ２は、金属材料の塑性変形によるいわゆるかしめ加工により、強固定部１０（図２参照）を有するように互いに固着される。
ここで、複数の凹部と凸部とを互いに嵌合する際に、傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１は、接続部Ｃ２および接続部Ｖ２よりも先に互いに接触する。つまり特に図６を参照して、傾き補正機構部Ｃ１の一体化前壁面Ｃ１０と傾き補正機構部Ｖ１の一体化前壁面Ｖ１０とは、接続部Ｃ２と接続部Ｖ２との壁面同士よりも先に互いに接触する。これは、傾き補正機構部Ｃ１が接続部Ｃ２よりＺ方向寸法が大きく、傾き補正機構部Ｖ１が接続部Ｖ２よりＺ方向寸法が大きいことと、上記のようにたとえば図４の幅Ｄ１より幅Ｄ２の方が大きいこととなどにより可能となる。また複数の傾き補正機構部Ｃ１と複数の接続部Ｃ２との最下部（開口部）のＺ方向の位置（高さ）がほぼ等しく、かつ複数の傾き補正機構部Ｖ１と複数の接続部Ｖ２との最下部（付根部）のＺ方向の位置（高さ）がほぼ等しいように形成されている。このため図４に示すように傾き補正機構部Ｃ１の底部９９は接続部Ｃ２の底部よりもＺ方向上側（奥側）に配置され、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７は接続部Ｖ２の先端よりもＺ方向上側（奥側）に配置される。このことによっても、一体化前壁面Ｃ１０が一体化前壁面Ｖ１０よりも先に互いに接触することが可能となっている。そして互いに接触した傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが互いに接触することにより傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の少なくともいずれか一方が塑性変形する。言い換えれば互いに接触した傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが互いに干渉されながら、かしめ加工が進行する。
以上のように加圧力Ｆを用いて金属部品４とヒートシンク２００とを一体化する加工を行なうことにより、図８に示すように塑性変形された第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２を有する半導体装置が形成される。形成された第１の凹凸部ＣＶ１は、第２の凹凸部ＣＶ２よりも、高さ方向の寸法が大きい。
上記のように、塑性変形（かしめ加工）された強固定部１０は、図２の一例のように第１の凹凸部ＣＶ１の第１の壁面部分Ｓ１上に形成されてもよいが、それよりＺ方向下方の第２の壁面部分Ｓ２上に形成されてもよい。たとえば図４のように、底部９９の幅Ｄ１よりも先端９７の幅Ｄ２の方が大きく、開口部９５の幅Ｄ３と付根部９３の幅Ｄ４とがほぼ等しい場合には、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の嵌合後には特に先端９７の幅Ｄ２が凹部Ｃ１の狭い幅Ｄ１の中に食い込むことによるかしめ加工が顕著となる。このため図４の寸法を有する材料を用いた場合には、Ｚ方向に関する比較的上方の第１の壁面部分Ｓ１上に強固定部１０が形成される可能性が高くなる。逆にたとえば図４の幅Ｄ４が図４の幅Ｄ３より大きい場合には、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の嵌合後には特に付根部９３が狭い幅Ｄ３の中に食い込むことによるかしめ加工が顕著となるため、Ｚ方向に関する比較的下方の第２の壁面部分Ｓ２上に強固定部１０が形成される可能性が高くなる。
次に、本実施の形態の第２例の半導体装置１０２の構成について、図９〜図１２を用いて説明する。図９を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置１０２は、半導体装置１０１と基本的に同様の構成を有している。このため図９において半導体装置１０１と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。半導体装置１０２は半導体装置１０１に対し、第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２の位置関係において異なっている。具体的には、半導体装置１０２においては、Ｘ方向に関する左右両端に１つずつの第１の凹凸部ＣＶ１が配置されており、これらに挟まれるように複数（６つ）の第２の凹凸部ＣＶ２が配置されている。つまり半導体装置１０２においては、第１の凹凸部ＣＶ１は、第２の凹凸部ＣＶ２を挟むように１対のみ配置されている。このため半導体装置１０２の製造工程においては第１の凹凸部ＣＶ１がそのように形成される。この点において半導体装置１０２は、Ｘ方向に関する中央部に１つの第１の凹凸部ＣＶ１が配置されており、これを左右両側から挟むように複数（４つ）ずつの第２の凹凸部ＣＶ２が配置される半導体装置１０１と異なっている。
図１０を参照して、半導体装置１０２における第１の凹凸部ＣＶ１の構成は、図６に示す半導体装置１０１における第１の凹凸部ＣＶ１の構成と基本的に同様である。つまり図１１および図１２を参照して、半導体装置１０２においては基本的に、第１の凹凸部ＣＶ１を形成する傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の形状、寸法、傾き角度などは半導体装置１０１のそれらに準じている。具体的には、たとえば図１２の傾き補正機構部Ｃ１の底部９９のＸ方向に関する幅Ｄ１よりも、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７のＸ方向に関する幅Ｄ２の方が大きい。図１２の傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５（Ｚ方向最下部）のＸ方向に関する幅Ｄ３は、傾き補正機構部Ｖ１の付根部９３（Ｚ方向最下部）のＸ方向に関する幅Ｄ４と（ほぼ）等しい。その結果、壁面のＺ方向に対する傾斜角度は、傾き補正機構部Ｃ１の方が傾き補正機構部Ｖ１よりも大きい。ただし傾き補正機構部Ｃ１の傾斜角度ＩＡ３は接続部Ｃ２の傾斜角度ＩＡ５より大きく、傾き補正機構部Ｖ１の傾斜角度ＩＡ４は接続部Ｖ２の傾斜角度ＩＡ６よりも大きい。
なお図１１および図１２においては、接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とは、いずれもその壁面はＺ方向に沿う方向に延びており、傾斜していない。つまり接続部Ｃ２の傾斜角度ＩＡ５および接続部Ｖ２の傾斜角度ＩＡ６はほぼゼロとなっている。ただしこのような態様に限らず、たとえば接続部Ｖ２が傾き補正機構部Ｖ１と、壁面のＺ方向に対する傾き角度が（ほぼ）等しくなるように傾斜した構成であってもよい。また寸法Ｄ５〜Ｄ８においては、少なくとも接続部Ｖ２が接続部Ｃ２に挿入可能な大小関係を有している。
図１３を参照して、図９に示す半導体装置１０２を形成する際に準備されるパワーモジュール１００およびヒートシンク２００の態様は基本的に半導体装置１０１の製造時に準備されるパワーモジュール１００等と同様である。すなわち図９のパワーモジュール１００と同様に、図１３のパワーモジュール１００においても、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２は、Ｙ方向に沿って延びるように形成されてもよい。しかし図１４を参照して、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２は、平面視においてドット状あるいはマトリックス状に分散配置されるように形成されてもよい。この場合においても図１３の構成と同様の作用効果が期待できる。
次に、本実施の形態の第３例の半導体装置１０３の構成について、図１５〜図１８を用いて説明する。図１５を参照して、本実施の形態の第３例の半導体装置１０３は、半導体装置１０２と基本的に同様の構成を有している。このため図１５において半導体装置１０２と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。半導体装置１０３は半導体装置１０２に対し、第１の凹凸部ＣＶ１の壁面の形状において異なっている。
図１５および図１６を参照して、１対の第１の凹凸部ＣＶ１のそれぞれは、その内側すなわち第２の凹凸部ＣＶ２側の壁面については、半導体装置１０１，１０２と同様に第１の壁面部分Ｓ１と第２の壁面部分Ｓ２とを含む構成となっている。ただし当該第１の凹凸部ＣＶ１は、Ｘ方向に関する外側においては、やや曲面状の壁面となっている。なお強固定部１０については半導体装置１０１,１０２と同様に設けられている。
図１７および図１８を参照して、半導体装置１０３を形成する際（一体化する前）には、傾き補正機構部Ｃ１の接続部Ｃ２と隣接しない側すなわち図の外側の壁面は、曲面形状となっている。すなわち傾き補正機構部Ｃ１は、接続部Ｃ２と隣接する図の内側の壁面Ｃ１１が平面状となっているのに対し、接続部Ｃ２と隣接しない側すなわち図の外側の壁面Ｃ１２が曲面状となっている。なお傾き補正機構部Ｖ１の壁面は、半導体装置１０１，１０２の場合と同様に、平面状の壁面Ｃ１１と接触可能な平面状の壁面Ｖ１１と、曲面状の壁面Ｃ１２と接触可能な平面状の壁面Ｖ１２とを有している。半導体装置１０１と同様に傾き補正機構部Ｃ１に傾き補正機構部Ｖ１を挿入しかしめ加工することにより、図１５および図１６に示すような第１の凹凸部ＣＶ１が形成されるように変形固着される。
なお半導体装置１０３における第２の凹凸部ＣＶ２の壁面の傾き、およびそれを構成する接続部Ｃ２，Ｖ２の壁面の傾き角度が、半導体装置１０２のそれらとは異なっている（図１４のドット状の各部についても同様）。しかし基本的に第２の凹凸部およびそれを構成する接続部Ｃ２，Ｖ２の傾き角度は任意である。つまりこれらの傾き角度は、第２の凹凸部ＣＶ２の熱抵抗を安定化させることが可能な限り、任意の角度とすることができる。
次に、本発明の背景について説明しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。
パワーモジュールとヒートシンクとを有する半導体装置の製造工程において、パワーモジュールの金属部品およびヒートシンクのそれぞれに形成される凹凸形状の接続部は、鍛造、ダイキャスト、押し出しなどの機械加工により形成される。このため形成される凹凸形状の接続部には寸法ばらつきおよび位置ばらつきが生じる。このため金属部品とヒートシンクとの一体化の際に、特別な調整機構なしに金属部品とヒートシンクとを傾きなどの位置ばらつきが生じないように正確に位置決めすることは困難である。仮にそのような調整を行なわずに金属部品とヒートシンクとを一体化すれば、両者間のかしめ加工時に金属部品およびヒートシンクの寸法ばらつきおよび位置ばらつきにより、パワーモジュールまたはヒートシンクが傾いた状態で凹凸部が嵌合する可能性がある。
パワーモジュールまたはヒートシンクが傾き嵌合された状態で両者間にかしめ加工がなされれば、加圧力を加えた場合に傾いた状態でかしめられてしまう。このため、パワーモジュールとヒートシンクとの接続部における熱抵抗が増加し、かしめ加工後のアセンブリ工程において組み付け不良が起こる可能性がある。また傾きを抑制するために許容量以上の過剰な加圧力を加えた場合、封止材が割れる可能性がある。
一方、上記のような不具合を回避し正確に位置決めするためには、大型で複雑な装置を用いて位置の調整を行なう必要があると考えられるが、そのようにすれば半導体装置の生産性が低下するという問題が生じる。
そこで本実施の形態においては、凹部と凸部とを嵌合して半導体装置を構成する金属部品４とヒートシンク２００とを一体化する工程において、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１を含む第１の凹凸部ＣＶ１が、接続部Ｃ２，Ｖ２を含む第２の凹凸部ＣＶ２よりも高さ方向の寸法が大きい。傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の壁面は高さ方向に対して傾斜しており、それらの間の傾斜角度は互いに異なっている。このため一体化する工程においては、傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが互いに干渉されながらかしめ加工が進行する。
つまり傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１との壁面の傾斜角度が互いに異なることにより、傾き補正機構部Ｖ１を傾き補正機構部Ｃ１に挿入する際には、傾き補正機構部Ｃ１を形成する凹部の底部９９（図４参照）に傾き補正機構部Ｖ１の凸部の先端９７が接触する（完全に入り込む）前に傾き補正機構部Ｖ１が傾き補正機構部Ｃ１に引っかかる。言い換えれば、当該挿入時に、傾き補正機構部Ｖ１の壁面Ｖ１０（図６参照）は傾き補正機構部Ｃ１の壁面Ｃ１０に接触する構成となっている。
上記のように底部９９に先端９７が接触し凹部に凸部が完全に挿入される前に傾き補正機構部Ｖ１が傾き補正機構部Ｃ１に引っかかる、すなわち傾き補正機構部Ｖ１と傾き補正機構部Ｃ１とが仮置きされる。このような効果をより高めるために、本実施の形態においては、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接続部Ｃ２，Ｖ２よりも先に互いに接触する構成となっている。その後は加圧力Ｆを加えることにより、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の有する傾き調整の機能により、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が水平な状態になるように調整される。これにより金属部品４がヒートシンク２００に対して水平な状態となる。さらに加圧力Ｆを加えれば、上記の水平な状態を維持しながら傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の特に底部９９および先端９７に近い領域であり第１の壁面部分Ｓ１に近い領域において塑性変形がなされ、かしめられる。やがて接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とも互いに嵌合および接続され、第２の凹凸部ＣＶ２となる。
このように傾き補正機構部Ｃ１の一体化前壁面Ｃ１０と傾き補正機構部Ｖ１の一体化前壁面Ｖ１０とが接続部Ｃ２，Ｖ２よりも先に互いに接触するため、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１は両者間の傾きを補正する役割をもたらす。すなわち、仮にパワーモジュール１００とヒートシンク２００との位置決めが不適切であった場合でも、加圧手段２０を用いてパワーモジュール１００がＺ方向下向きに加圧されれば、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７は傾き補正機構部Ｃ１の、Ｘ方向左右側のいずれか一方の一体化前壁面Ｃ１０に接触する。すると、パワーモジュール１００は加圧手段２０へ加えられる加圧力ＦによりＺ方向下方に押し下げられていくため、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７は、これが接触した傾き補正機構部Ｃ１の一体化前壁面Ｃ１０のテーパに倣ってＸ方向に移動する。金属部品４の長手方向がＸ方向となるように調整機構を配置する構成とすれば、傾き補正効果がより発揮されるため、より好ましい。
パワーモジュール１００の金属部品４の上側の部材の主面、すなわち封止材５の上側および下側の主面を平坦とすることが好ましい。このようにすれば、加圧手段２０を用いたパワーモジュール１００の加圧時にパワーモジュール１００と加圧手段２０とが面接触し、垂直方向に荷重を加え、かつ水平方向に移動可能な構成が実現可能である。このためパワーモジュール１００の封止材５の上面、すなわちパワーモジュール１００全体の主面には加圧手段２０と接触する領域が設けられ、当該領域が平坦面とされることが好ましい。当該平坦面はパワーモジュール１００全体の主面の全面に亘る必要は必ずしもないが、たとえばパワーモジュール１００の長手方向において、中心点を挟んで同じ距離だけ離れた２つの領域を設け、当該領域の上面を加圧手段２０と接触可能な平坦な領域とすることが好ましい。このようにすれば、最小限の面積の平坦面において加圧手段２０と接触可能とし、垂直方向の加圧および水平方向の移動の双方が可能となる。これはパワーモジュール１００全体の主面には機種名、ロット番号、製造番号、意匠などを表示する領域を設けることが常であるため、パワーモジュール１００の全面を加圧領域とすれば、側面などに表示領域を設けることになりその表示の工程が煩雑となり不経済であるためである。
また傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１にはこれらを平坦に調整する機能を有することから、先端９７がＸ方向に移動することにより、金属部品４がヒートシンク２００に対して水平な状態となる。さらに加圧力Ｆを加えれば、上記の水平な状態を維持しながら傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の特に底部９９および先端９７に近い領域であり第１の壁面部分Ｓ１に近い領域において塑性変形がなされ、かしめられる。やがて接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とも互いに嵌合および接続され、第２の凹凸部ＣＶ２となる。
このことにより、パワーモジュール１００のＸ方向の位置がヒートシンク２００に対して自動的に正確な位置に一意的に決められる。
すなわち傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１は、接続部Ｃ２，Ｖ２に先立って互いに接触しながら両者間の相対位置を一意的に決定するという、位置決めガイドのような役割を有している。したがって傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１により、大掛かりな画像検査装置または精密な位置決め手段を用いることなく、自動的にかつ高精度に、パワーモジュール１００をヒートシンク２００に対して位置決めすることができ、パワーモジュール１００の傾きを抑制することができる。これにより、傾きおよび位置ずれのない高い位置精度の状態でかしめ加工による一体化がなされる。このように位置精度を高める効果は、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が１つのみ配置される半導体装置１０１よりも、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が２つ配置される半導体装置１０２においていっそう顕著となる。
接続部Ｃ２，Ｖ２同士の接触前に傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接触し位置決めすることにより、それに続いて接続部Ｃ２，Ｖ２も高精度に位置決めされる。このため傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１による第１の凹凸部ＣＶ１および接続部Ｃ２，Ｖ２による第２の凹凸部ＣＶ２は、熱抵抗が増加したりばらついたりすることなく、低い熱抵抗値（高い放熱性）でのパワーモジュール１００からヒートシンク２００への熱輸送を可能とする。また傾きを抑制できることから加圧力Ｆを過剰に増加させる必要もないため、半導体装置１０１〜１０３としてのヒートシンク一体型パワーモジュールの信頼性をより高めることができる。
このように傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接触して傾きおよび位置を補正する機能を有するため、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の形状および寸法の条件さえ満足すれば、接続部Ｃ２，Ｖ２の形状および寸法の大小関係等は特に不問である場合もある。このため接続部Ｃ２，Ｖ２の形状等の考慮が必要最低限でよくなり、生産性をより向上させることができる可能性があるといえる。
さらに、本実施の形態においては、底部９９の幅Ｄ１よりも先端９７の幅Ｄ２が大きく、先端９７の幅Ｄ２よりも開口部９５の幅Ｄ３が大きいことが好ましい。傾き補正機構部Ｃ１の壁面の傾斜角度ＩＡ３が、傾き補正機構部Ｖ１の壁面の傾斜角度ＩＡ４よりも（少なくとも一部において）大きく、傾き補正機構部Ｃ１は底部側に向かうほどその壁面の間の幅が小さくなっていることが好ましい。このような構成を有することにより、傾き補正機構部Ｃ１の内部に傾き補正機構部Ｖ１を容易に挿入できる。また、傾き補正機構部Ｃ１の両方の壁面に傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の両端を接触させることができる。その結果、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１は、接続部Ｃ２，Ｖ２に先立って互いに接触しながら両者間の相対位置を一意的に決定することができる。
さらに、たとえば半導体装置１０３を形成する傾き補正機構部Ｃ１は、平面状の壁面Ｃ１１と曲面状の壁面Ｃ１２とを有している。これにより第１の凹凸部ＣＶ１も、部分的に曲面状の壁面を有している。この実施例（第３例）においては、平面状の壁面Ｃ１１が傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の嵌合時の位置補正の機能を有している。具体的には、たとえ当該嵌合時に位置がずれていても、傾き補正機構部Ｖ１の先端が傾斜面である傾き補正機構部Ｃ１の壁面Ｃ１１上を接触しながら滑ることにより位置ずれを補正することができる。したがってＸ方向に関する片面のみが位置ずれ補正に寄与する平面状の壁面Ｃ１１であればよく、Ｘ方向に関する他の面については位置ずれ補正に寄与する形状でなくてもよい。したがって、傾き補正機構部Ｃ１の特に接続部Ｃ２に隣接しない側の壁面については、その形状の条件を他の部分に比較して緩和させることができる。よって、傾き補正機構部Ｃ１の加工時に生じる寸法公差の影響を考慮すべき部分の数を減らすことができ、生産性をより向上させることができる可能性がある。
なお本実施の形態における完成品である半導体装置１０１〜１０３の第１の凹凸部ＣＶ１の壁面は、高さ方向に対する第１の傾斜角度ＩＡ１を有する第１の壁面部分Ｓ１と、第１の傾斜角度ＩＡ１とは異なる第２の傾斜角度ＩＡ２を有する第２の壁面部分Ｓ２とを含んでいる。完成品を分析して上記特徴を見出すことにより、本実施の形態の製法により形成された半導体装置１０１〜１０３であることを検証できる。
また金属部品４とヒートシンク２００との硬度が異なることにより、両者のかしめ加工時の荷重を調整することができ、たとえば当該荷重が過剰になることを抑制することができる。
その他、たとえば半導体装置１０２，１０３のように第１の凹凸部ＣＶ１が、第２の凹凸部ＣＶ２を挟むように、すなわち平面視におけるＸ方向の端面に近い端部領域に１対のみ配置されていることにより、これよりも多数の第１の凹凸部ＣＶ１を有する場合に比べて、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が水平な状態を維持しながら第１の凹凸部ＣＶ１を嵌合させるという効果をより高めることができる。
実施の形態２．
まず本実施の形態の第１例の半導体装置の構成について、図１９〜図２２を用いて説明する。図１９を参照して、本実施の形態の第１例の半導体装置２０１は、半導体装置１０２と基本的に同様の構成を有している。このため図１９において半導体装置１０２と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図１９および図２０を参照して、半導体装置２０１は半導体装置１０２に対し、第１の凹凸部ＣＶ１の第１の壁面部分Ｓ１および第２の壁面部分Ｓ２のＺ方向に対する第１の傾斜角度ＩＡ１、第２の傾斜角度ＩＡ２、ならびに第２の凹凸部ＣＶ２の壁面のＺ方向に対する傾斜角度が異なっている。
図２０における第１の傾斜角度ＩＡ１および第２の傾斜角度ＩＡ２は、図１０における半導体装置１０２の第１の傾斜角度ＩＡ１および第２の傾斜角度ＩＡ２よりも小さい。また図２１および図２２を参照して、半導体装置２０１における第１の凹凸部ＣＶ１を形成する傾き補正機構部Ｃ１の傾斜角度ＩＡ３は傾き補正機構部Ｖ１の傾斜角度ＩＡ４よりも大きい。また傾き補正機構部Ｃ１の底部９９のＸ方向の幅Ｄ１が、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７のＸ方向の幅Ｄ２よりも小さい。
本実施の形態においては、接続部Ｃ２の傾斜角度ＩＡ５および接続部Ｖ２の傾斜角度ＩＡ６がゼロではない角度を有しており、接続部Ｃ２および接続部Ｖ２の壁面もＺ方向に対して傾斜している。また傾斜角度ＩＡ５と傾斜角度ＩＡ６との間には数度の差異が設けられている。
図２３〜図２７を参照して、半導体装置２０１の製造方法は基本的に実施の形態１の半導体装置１０２（１０１）の製造方法を示す図５〜図８の各工程に準ずる。すなわち図２３および図２４は図５に、図２５は図６に、図２６は図７に、図２７は図８に、概ね対応する。ただし図２３〜図２７においては図５〜図８と比較して、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の傾斜角度および幅などの寸法が異なっており、また傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の数も異なっている。上記形状および寸法を有する傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１などを用いて嵌合および一体化を行なうことにより、実施の形態１と同様に、接続部Ｃ２，Ｖ２の接触前に傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接触して傾き補正および位置決めを行なうことができる。
次に、本実施の形態の第２例の半導体装置２０２の構成について、図２８〜図２９を用いて説明する。図２８および図２９を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置２０２は、半導体装置２０１と基本的に同様の構成を有している。このため図２８および図２９において半導体装置２０１と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。半導体装置２０２は半導体装置２０１に対し、以下の点において異なっている。
図２８中Ｘ方向に並ぶ第２の凹凸部ＣＶ２のうち最も第１の凹凸部ＣＶ１に近い側の第２の凹凸部ＣＶ２を考える。この第２の凹凸部ＣＶ２の第１の凹凸部ＣＶ１側における最下部から、これに隣接する第１の凹凸部ＣＶ１のＸ方向に関する中央部までの、Ｘ方向に関する距離をＤ１１とする。また上記第１の凹凸部ＣＶ１のＸ方向に関する中央部から、これに隣接する金属部品４のＸ方向端面までの、Ｘ方向に関する距離をＤ１２とする。このとき、距離Ｄ１２が距離Ｄ１１より小さくなっている。
金属部品４は、そのＸ方向に関する端面および端面に隣接する領域において、屈曲部３０を始点としてＸ方向外側に反るように屈曲している。屈曲部３０は、金属部品４とヒートシンク２００とが一体化された第１の凹凸部ＣＶ１と金属部品４との境界付近に現れ、本来Ｚ方向に延びるべき金属部品４がＺ方向に対して傾斜するように延びる部分の始点（最も付根の部分）を意味している。
第１の凹凸部ＣＶ１の屈曲部３０と隣接しない側（図２９の右側）については半導体装置２０１と同様に、第１の凹凸部ＣＶ１はＺ方向に対する第１の傾斜角度ＩＡ１を有する第１の壁面部分Ｓ１と、それとは異なる第２の傾斜角度ＩＡ２を有する第２の壁面部分Ｓ２とを有している。これに対し金属部品４が屈曲部３０から屈曲する部分は、これらの傾斜角度ＩＡ１，ＩＡ２よりも、Ｚ方向に対する傾斜角度ＩＡ１１が大きくなっている。この大きな傾斜角度ＩＡ１１を有する第３の壁面部分Ｓ３は傾き補正機構部Ｃ１の一部である。このためここでは屈曲部３０から屈曲した第３の壁面部分Ｓ３も第１の凹凸部ＣＶ１に含まれるものとする。また金属部品４の端面に隣接する領域において金属部品４がＸ方向外側に反ることにより、屈曲部３０より下側の領域では金属部品４が外側に沿った部分と傾き補正機構部Ｖ１との間に隙間が形成されている。この隙間の部分も第１の凹凸部ＣＶ１に含まれるものとする。
半導体装置２０２においては、第１の凹凸部ＣＶ１の壁面は、第１の傾斜角度ＩＡ１を有する第１の壁面部分Ｓ１と、これとは異なる第２の傾斜角度ＩＡ２を有する第２の壁面部分Ｓ２とに加え、さらにこれらとは異なる傾斜角度ＩＡ１１を有する第３の壁面部分Ｓ３を有している。
図３０〜図３１を参照して、半導体装置２０２の製造方法は基本的に半導体装置２０１の製造方法を示す図２３〜図２７の各工程に準ずる。ただし金属部品４を含むパワーモジュール１００と、これに接続されるヒートシンク２００とに形成される傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２の位置関係において、半導体装置２０２の製造方法は半導体装置２０１の製造方法と異なっている。
すなわち、図３０中Ｘ方向に並ぶ接続部Ｃ２のうち最も傾き補正機構部Ｃ１に近い側の接続部Ｃ２を考える。この接続部Ｃ２の傾き補正機構部Ｃ１側における最下部から、これに隣接する傾き補正機構部Ｃ１のＸ方向に関する中央部までの、Ｘ方向に関する距離をＤ１３とする。また上記傾き補正機構部Ｃ１のＸ方向に関する中央部から、これに隣接する金属部品４のＸ方向端面までの、Ｘ方向に関する距離をＤ１４とする。このとき、距離Ｄ１４が距離Ｄ１３より小さくなっている。また複数の傾き補正機構部Ｖ１および接続部Ｖ２のそれぞれは、上記のように配置された傾き補正機構部Ｃ１および接続部Ｃ２のそれぞれと、Ｘ方向に関する中央部の位置がほぼ等しくなり、傾き補正機構部Ｃ１および接続部Ｃ２のそれぞれと嵌合可能となるように、配置されている。
上記のような寸法の条件を満たすように傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１および接続部Ｃ２，Ｖ２が準備された後、実施の形態１などと同様の加圧力を加える手法により第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２が形成され、かしめ加工により金属部品４とヒートシンク２００とが一体化される。このとき、当該加圧力により、Ｘ方向に関する左端部および右端部に配置される第１の凹凸部ＣＶ１のさらに外側の領域が、屈曲部３０から外側に延びるように屈曲される。
ここで、半導体装置２０２の製造においては、凹部が形成される部材の硬度よりも凸部が形成される部材の硬度が高くなるように、金属部品４とヒートシンク２００との材質が調整されることが好ましい。ここでは金属部品４に凹部が、ヒートシンク２００に凸部が形成されるため、金属部品４よりもヒートシンク２００の硬度が高くなるように形成される。このようにすれば、加圧力を加えた際に金属部品４がヒートシンク２００よりも優先的に変形し、Ｘ方向外側に屈曲しやすくなる。このため傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接続部Ｃ２，Ｖ２におけるかしめ加工の信頼性等に与える影響を最小限とすることができ、これにより、金属部品４などの傾きを抑制する効果をいっそう高めることができる。
次に、本実施の形態の第３例の半導体装置２０３の構成について、図３２〜図３３を用いて説明する。図３２および図３３を参照して、本実施の形態の第３例の半導体装置２０３は、半導体装置２０２と基本的に同様の構成を有している。このため図３２および図３３において半導体装置２０２と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。半導体装置２０３は半導体装置２０２に対し、第１の凹凸部ＣＶ１のＺ方向最上部すなわち金属部品４の傾き補正機構部Ｃ１の底部９９と、傾き補正機構部Ｖ１のＺ方向最上部である先端９７との間に隙間９１が形成されている点において異なっている。
隙間９１は傾き補正機構部Ｃ１により形成されるため、ここでは当該隙間９１と、その真上の傾き補正機構部Ｃ１も第１の凹凸部ＣＶ１に含まれるものとする。また半導体装置２０２と同様に半導体装置２０３についても、屈曲部３０から屈曲した第３の壁面部分Ｓ３、および金属部品４の外側に沿った部分と傾き補正機構部Ｖ１との隙間も、第１の凹凸部ＣＶ１に含まれるものとする。
後述するように、半導体装置２０３においては、第１の凹凸部ＣＶ１にはかしめ加工による強固定部１０があまり形成されない場合がある。半導体装置２０３においては、第１の凹凸部ＣＶ１の壁面は、隙間９１の部分の傾き補正機構部Ｃ１としての、第１の傾斜角度ＩＡ１を有する第１の壁面部分Ｓ１と、これとは異なる第２の傾斜角度ＩＡ２を有する、一体化された領域の壁面としての第２の壁面部分Ｓ２とに加え、これらとは異なる傾斜角度ＩＡ１１を有する第３の壁面部分Ｓ３を有している。第２の壁面部分Ｓ２は傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが一体化されることにより形成されるが、第２の傾斜角度ＩＡ２はたとえば第１の傾斜角度ＩＡ１よりも小さくなっている。これに対し、傾斜角度ＩＡ１１はたとえば第１の傾斜角度ＩＡ１よりも大きくなっている。
図３４〜図３５を参照して、半導体装置２０３の製造方法は基本的に半導体装置２０２の製造方法を示す図３０〜図３１の各工程に準ずる。ここでも凹部が形成される金属部品４の硬度よりも凸部が形成されるヒートシンク２００の硬度が高くなるように、金属部品４とヒートシンク２００との材質が調整されることが好ましい。ただしここでは、凹形状の傾き補正機構部Ｃ１の高さ方向の寸法ｈ１が、凸形状の傾き補正機構部Ｖ１の高さ方向の寸法ｈ２よりも高くなっている。このため半導体装置２０３の製造工程においては傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１がそのように形成される。この点において図３４〜図３５の各工程は、両者の高さがほぼ等しい図３０〜図３１の各工程と異なっている。このようにすれば、傾き補正機構部Ｖ１の先端と傾き補正機構部Ｃ１の底部とが接触しなくなる。これにより図３３に示すような隙間９１が形成される。このため、第１の凹凸部ＣＶ１におけるＺ方向の公差の影響を抑制することができる。
隙間９１は次のような作用も発揮する。ヒートシンク２００および金属部品４の製造工程としてはダイキャストおよび機械加工を伴うが、ダイキャストを行なう場合には、加工される表面に細かい金属粉が脱離する場合がある。また機械加工の場合には加工により生じるキリコが加工される表面に付着される場合がある。そのような金属粉またはキリコなどの異物が介在した場合、第１の凹凸部ＣＶ１を構成する各壁面同士の密着性が阻害されるという課題がある。ヒートシンク２００および金属部品４を構成する金属材料は塑性変形することが可能である。このため、ヒートシンク２００および金属部品４の異物と接した領域が変形することにより、ある程度は第１の凹凸部ＣＶ１を構成する各壁面同士を接触させることは可能である。しかしその異物の大きさによっては第１の凹凸部ＣＶ１を構成する各壁面同士を完全に密着させることはできない恐れがある。これに対して隙間９１は異物が第１の凹凸部ＣＶ１を構成する各壁面同士を接触させるときに当該壁面の表面を滑って隙間９１に入り込む。これにより、隙間９１は第１の凹凸部ＣＶ１を構成する各壁面同士を強固に確保することを可能とする。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においても実施の形態１と同様に、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接続部Ｃ２，Ｖ２よりも先に互いに接触し、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７が傾き補正機構部Ｃ１の一体化前壁面Ｃ１０のテーパに倣ってＸ方向に移動する。これにより、傾き抑制および正確な位置決めを可能とする。
しかしながら、たとえば第１例の半導体装置２０１のような比較的大きい第１の傾斜角度ＩＡ１および第２の傾斜角度ＩＡ２を有する場合には、接続部Ｃ２，Ｖ２が完全にかしめ加工されるために必要な加圧力が増加してしまう。
そこで、たとえば第２例の半導体装置２０２のように、距離Ｄ１２（Ｄ１４）を距離Ｄ１１（Ｄ１３）よりも小さくする。これにより、傾き補正機構部Ｃ１よりもＸ方向外側の部分を外側に屈曲させることにより、剛性を低下させることができ、加圧力を外側に逃がすことができる。
なおこの場合、加圧力が加わった際には傾き補正機構部Ｃ１の接続部Ｃ２に隣接しない側（Ｘ方向外側）が塑性変形しやすい。金属部品４の傾き補正をするために傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが嵌合された後、さらに加圧されて接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とがかしめられる際に、接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とが意図しない態様で引っ掛かり傾いたり変形したりする不具合が起こり得る。このような不具合が、加圧力をＸ方向外側に逃がすことにより抑制され、接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とからなる第２の凹凸部ＣＶ２の傾きなどに起因する放熱性能の低下を抑制することができる。
さらに、たとえば第３例の半導体装置２０３のように、傾き補正機構部Ｃ１を傾き補正機構部Ｖ１よりも高さ方向の寸法を大きくするように形成する。これにより、完成品の第１の凹凸部ＣＶ１は傾き補正機構部Ｃ１の底部９９との間に隙間９１を有する構成となるか、またはこのような隙間９１を有さない場合であっても加圧力により塑性変形をほとんど起こさないような接触状態となる。つまりこの場合、一体化させる工程においてかしめ加工を進行させても、かしめ加工による強固定部１０があまり形成されない場合がある。
このようにすることができれば、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１およびこれらによる第１の凹凸部ＣＶ１が、第２の凹凸部ＣＶ２を形成するための接続部Ｃ２，Ｖ２のかしめ加工時に第２の凹凸部ＣＶ２に与える影響が小さくなる。このため、たとえば実施の形態１の半導体装置１０３のように、傾き補正機構部Ｃ１のＸ方向に関する片側の壁面のみ形状制御し他の片側の壁面については曲面を含む任意形状とすることもできる。このようにすれば、傾き補正機構部Ｃ１の形状の自由度が高くなる。したがって、たとえば機械加工により傾き補正機構部Ｃ１に形成されるＲ形状部により、そこに挿入される傾き補正機構部Ｖ１が意図しない態様で引っ掛かり傾いたり変形したりする不具合を抑制することができる。つまり傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１を形成する加工時に生じる公差により第１の凹凸部ＣＶ１が影響を受ける可能性を低減することができる。
なお本実施の形態においては、接続部Ｃ２の傾斜角度ＩＡ５と接続部Ｖ２の傾斜角度ＩＡ６との間には数度の差異が設けられている。このようにすれば、接続部Ｃ２，Ｖ２のかしめ加工において両者が塑性変形することにより、第２の凹凸部ＣＶ２の強度および熱抵抗が所望の値となるように制御することができる。本実施の形態においては、第２の凹凸部ＣＶ２の数を増加させるか、または隣り合う第２の凹凸部ＣＶ２の間隔を小さくすることにより、第２の凹凸部ＣＶ２における金属部品４とヒートシンク２００との接続強度を増加させることができる。
また本実施の形態のようにかしめ加工により金属部品４とヒートシンク２００とをグリスレス接続する場合、両者の接続部に生じる接触熱抵抗を低減させることが課題となる。一般的に接触熱抵抗は接触面にかかる面圧と接触面積とに依存することが知られている。本実施の形態においては、接触面にかかる面圧は接触部の強度と相関関係にあることが確認された。このため、接続部Ｃ２，Ｖ２の数および間隔を変更することにより、接触熱抵抗を低減できるとともに高い接触強度を確保することができる。また本実施の形態においては、嵌合する工程において傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１が接続部Ｃ２，Ｖ２よりも先に接触する条件が達成されていればよい。接続部Ｃ２，Ｖ２の寸法および形状は、所望の接続強度および熱抵抗を実現できるよう、金属部品４およびヒートシンク２００の形成方法およびそれらへの許容荷重の条件によって適宜変更してもよい。
一例として、接続部Ｃ２，Ｖ２のＺ方向の高さを２ｍｍ、傾き補正機構部Ｃ１のＺ方向の高さを４ｍｍとし、傾き補正機構部Ｖ１のＺ方向の高さを３．５ｍｍとする。また傾き補正機構部Ｃ１の傾斜角度ＩＡ３を８．６°、傾き補正機構部Ｖ１の傾斜角度ＩＡ４を８．０°、傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５の幅Ｄ３（図４参照）を２．９ｍｍ、傾き補正機構部Ｖ１の付根部９３の幅Ｄ４（図４参照）を３．０ｍｍとする。この場合、第１の凹凸部ＣＶ１および第２の凹凸部ＣＶ２において、１．０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導グリス３０μｍ相当の熱抵抗を実現可能であることが確認できた。ただし熱抵抗は、上述した値に一意的に決定されるわけではなく、接続部Ｃ２，Ｖ２の凹凸構造の高さおよび数などを変化させることにより、設計上必要となる広範囲の熱抵抗値を実現することが可能である。
実施の形態３．
まず本実施の形態の第１例の半導体装置の構成について、図３６〜図３９を用いて説明する。図３６を参照して、本実施の形態の第１例の半導体装置３０１は、半導体装置１０２，２０１と基本的に同様の構成を有しており、複数の第１の凹凸部ＣＶ１は、Ｘ方向に関して複数の第２の凹凸部ＣＶ２を挟むように１対のみ配置されている。このため図３６において半導体装置１０２，２０１と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図３６および図３７を参照して、半導体装置３０１は半導体装置１０２，２０１に対し、第１の凹凸部ＣＶ１の態様において大きく異なっている。
本実施の形態においては、金属部品４には複数の凹部としての接続部Ｃ２、および複数の他の凹部としての傾き補正機構部Ｃ１が形成されている。ヒートシンク２００には複数の凸部としての傾き補正機構部Ｖ１および接続部Ｖ２が、それぞれ形成されている。しかし逆に金属部品４に複数の凸部が、ヒートシンク２００に複数の凹部および他の凹部が形成されてもよい。他の凹部としての傾き補正機構部Ｃ１には外斜面部８０が含まれている。外斜面部８０はＸ方向外側を向き、Ｚ方向に対して傾斜している。すなわち外斜面部８０は傾き補正機構部Ｃ１を構成する壁面の一部である。
図３７を参照して、半導体装置３０１にてＸ方向の間隔をあけて１対配置された第１の凹凸部ＣＶ１は、そのそれぞれに含まれる１対の凸部としての傾き補正機構部Ｖ１が、その付根部９３側から先端９７側へ、傾き補正機構部Ｃ１の外斜面部８０に沿いかつＺ方向に対して傾斜するように延びている。図３７中に点線で示す凸部中央線ＤＬは、概ね傾き補正機構部Ｖ１の延びる方向に沿って延びている。凸部中央線ＤＬは、Ｚ方向に対して傾斜するように延びている。
半導体装置３０１の傾き補正機構部Ｖ１においても、特にそのＸ方向内側の壁面には、金属部品４とのかしめ加工により一体化されたことによる強固定部１０が形成されていてもよい。またこのかしめ加工により、第１の凹凸部ＣＶ１は、特にそのＸ方向内側の壁面が、Ｚ方向に対する第１の傾斜角度ＩＡ１を有する第１の壁面部分Ｓ１と、第１の傾斜角度ＩＡ１とは異なる第２の傾斜角度ＩＡ２を有する第２の壁面部分Ｓ２とを含んでいる。なお第１の凹凸部ＣＶ１は特にそのＸ方向外側において傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の壁面が残存しているが、ここではこれらの傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の壁面、および傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１との間の隙間も、第１の凹凸部ＣＶ１に含めることにする。このため本実施の形態においては、上記の第１の壁面部分Ｓ１および第２の壁面部分Ｓ２の他にも、Ｘ方向外側にて残存する傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の壁面の角度が互いに異なることにより、互いに傾斜角度の異なる２つの壁面を有するということもできる。
図３７に示すようにＸ方向の外側においては傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の壁面が残存し、隙間が形成されている。また傾き補正機構部Ｃ１の底部９９と傾き補正機構部Ｖ１の先端９７との間にも隙間が形成されている。なお傾き補正機構部Ｃ１の壁面と傾き補正機構部Ｖ１の壁面とは少なくとも１点である接触点９０において互いに接触し一体化されてもよい。
図３８を参照して、本実施の形態においては、図３６のように金属部品４とヒートシンク２００とが一体化される前の状態において、傾き補正機構部Ｖ１と傾き補正機構部Ｃ１とのＸ方向に関する中央部の位置が異なっている。具体的には、１対の第１の凹凸部ＣＶ１となるべき１対の傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の中央部間距離Ｄ２１は、１対の傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の中央部間距離Ｄ２２よりも大きい。ここで中央部間距離とは、たとえば１対の傾き補正機構部Ｃ１のそれぞれのＸ方向に関する中央部（底部９９の中央部）同士の距離を意味する。なお本実施の形態においても、接続部Ｖ２と接続部Ｃ２とはＸ方向に関する中央部の位置がほぼ等しくなっている。ここでは逆に１対の傾き補正機構部Ｃ１の中央部間距離Ｄ２１の方が、１対の傾き補正機構部Ｖ１の中央部間距離Ｄ２２よりも小さくてもよい。この場合、図３７とは逆に、傾き補正機構部Ｖ１はＸ方向外側にてかしめられ、Ｘ方向内側にてその壁面が残存する態様となる。
より詳しくは、図３９を参照して、上記のように１対の傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の中央部間距離Ｄ２１は、１対の傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の中央部間距離Ｄ２２よりも大きい。また傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の幅Ｄ２８よりも傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の幅Ｄ２６の方が大きく、かつ傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の幅Ｄ２６よりも傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５の幅Ｄ２７の方が大きい。また傾き補正機構部Ｖ１の付根部９３の最大幅Ｄ２５が傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５の幅Ｄ２７よりも小さい。
次に本実施の形態の第１例の半導体装置３０１の製造方法について、図４０〜図４３を用いて説明する。半導体装置３０１の製造方法は基本的には実施の形態１の半導体装置１０１の製造方法に準ずる。ただし上記のように、１対の傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の中央部間距離は、１対の傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の中央部間距離よりも大きい。図４０を参照して、傾き補正機構部Ｃ１はＺ方向に対して傾斜した壁面Ｃ１１および壁面Ｃ１２を含み、傾き補正機構部Ｖ１はＺ方向に対して傾斜した壁面Ｖ１１および壁面Ｖ１２を含むと考えれば、一体化する工程において互いに嵌合する際に、接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とが互いに接触する前に、Ｘ方向内側の壁面Ｖ１１がＸ方向内側の壁面Ｃ１１に接触する。
図４１〜図４３を参照して、図６〜図８の工程と同様に、パワーモジュール１００の上の加圧手段２０への加圧力Ｆにより、互いに嵌合される傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１、ならびに接続部Ｃ２および接続部Ｖ２が塑性変形する。
このとき、傾き補正機構部Ｃ１に比べて中央部間距離の小さい傾き補正機構部Ｖ１は、中央部間距離の大きい傾き補正機構部Ｃ１の位置に整合するように傾き補正機構部Ｃ１内に挿入されるために、Ｚ方向に対して傾斜しながら傾き補正機構部Ｃ１内に挿入される。このように傾き補正機構部Ｖ１が傾斜することにより、壁面Ｖ１１は壁面Ｃ１１のテーパに倣ってＸ方向に移動するように塑性変形する。金属部品４の長手方向がＸ方向となるように、調整機構を配置する構成とすると、傾き補正効果がより発揮されるため、より好ましい。これにより互いに接触した傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１とが互いに接触することにより傾き補正機構部Ｃ１および傾き補正機構部Ｖ１の少なくともいずれか一方が塑性変形し、かしめ加工が進行する。以上により、第２の凹凸部ＣＶ２を挟むように１対のみの第１の凹凸部ＣＶ１が形成される。
ここで、半導体装置３０１の製造においては、凸部が形成される部材の硬度よりも凹部が形成される部材の硬度が高くなるように、金属部品４とヒートシンク２００との材質が調整されることが好ましい。ここでは金属部品４に凹部が、ヒートシンク２００に凸部が形成されるため、ヒートシンク２００よりも金属部品４の硬度が高くなるように形成される。このようにすれば、加圧力Ｆを加えた際に傾き補正機構部Ｖ１の凸部中央線ＤＬが傾くように変形しやすくなる。このため傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１との接触後、さらに加圧されて接続部Ｃ２と接続部Ｖ２とが接触しかしめられる際に傾き補正機構部Ｃ１と傾き補正機構部Ｖ１との引っ掛かりによる意図せぬ力を、傾き補正機構部Ｖ１の変形により外部に逃がしやすくできる。このため接続部Ｃ２，Ｖ２のかしめ加工に対する影響を小さくすることができ、接続部Ｃ２，Ｖ２の傾きを抑制することができる。したがって接続部Ｃ２，Ｖ２から形成される第２の凹凸部ＣＶ２の放熱性能に対する影響を小さくすることができる。
次に、本実施の形態の第２例の半導体装置３０２の構成について、図４４〜図４６を用いて説明する。図４４〜図４６を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置３０２は、半導体装置３０１と基本的に同様の構成を有しているため、詳細な説明を繰り返さない。図４５に示す半導体装置３０２は、傾き補正機構部Ｖ１が傾き補正機構部Ｃ１の底部９９に接触し、両者間に隙間が形成されずに金属部品４とヒートシンク２００とが一体化された構成であってもよい。
このような構成とするために、たとえば図４６および図３９を参照して、本実施の形態の第２例の半導体装置３０２においては、本実施の形態の第１例の半導体装置３０１と比較して、傾き補正機構部Ｖ１の最大幅Ｄ２５が小さくなり、傾き補正機構部Ｖ１の傾斜角度ＩＡ４が小さくなっているが、傾き補正機構部Ｖ１の先端幅Ｄ２６は変化しない。あるいは変形例として、本実施の形態の第２例の半導体装置３０２においては、本実施の形態の第１例の半導体装置３０１と比較して、傾き補正機構部Ｖ１の傾斜角度ＩＡ４を変化させずに、幅Ｄ２５およびＤ２６を小さくしてもよい。
なお上記変形例においては、傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の幅Ｄ２８よりも傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の幅Ｄ２６の方が大きくなくても（たとえば小さくても）よい。
次に、本実施の形態の第３例の半導体装置３０３の構成について、図４７〜図４９を用いて説明する。図４７〜図４９を参照して、本実施の形態の第３例の半導体装置３０３は、半導体装置３０１，３０２と基本的に同様の構成を有しているため、半導体装置３０３において半導体装置３０１，３０２と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。ただし図４７の半導体装置３０３においては、金属部品４には傾き補正機構部Ｃ１の代わりに単なる平面としての外斜面部８０が複数形成されている。半導体装置３０３においては、この複数の外斜面部８０と、凸部としての複数の傾き補正機構部Ｖ１とが接触し、これらが一体となるように、第１の凹凸部ＣＶ１が複数（１対）形成されている。
半導体装置３０１においては、外斜面部８０は凹形状の傾き補正機構部Ｃ１のＸ方向内側に、その内壁面の一部として配置されている。半導体装置３０３においてもこれと同様の位置に外斜面部８０が配置されているが、当該外斜面部８０は傾き補正機構部Ｃ１内に傾き補正機構部Ｃ１に含まれる部分として形成されているのではなく、金属部品４の最外部に形成されている。すなわち半導体装置３０３は半導体装置３０１に比べて、第１の凹凸部ＣＶ１がＸ方向に関してその外側が露出するように配置されている点において異なっている。
図４７に示した第１の凹凸部ＣＶ１は、他の凹部としての傾き補正機構部Ｃ１を含むように形成されている半導体装置３０１，３０２とは構成が異なっている。
次に、半導体装置３０３の製造方法のうち、特に半導体装置３０１の製造方法と異なる点について、図４９を用いて説明する。図４９を参照して、金属部品４には、凹形状の傾き補正機構部Ｃ１の代わりに、外斜面部Ｃ１６が形成されている。すなわち金属部品４には複数の外斜面部Ｃ１６および複数の凹部としての接続部Ｃ２が形成され、ヒートシンク２００には複数の凸部としての傾き補正機構部Ｖ１および接続部Ｖ２が形成されている。
外斜面部Ｃ１６は金属部品４の、半導体装置３０１における傾き補正機構部Ｃ１の形成される領域に形成されている。すなわち外斜面部Ｃ１６はＸ方向に関する左右両端に、接続部Ｃ２を挟むように形成されている。
外斜面部Ｃ１６はその壁面がＸ方向外側を向き露出するように形成され、Ｚ方向に対する傾斜角度ＩＡ３を有するように形成されている。外斜面部Ｃ１６のＺ方向寸法は接続部Ｃ２のＺ方向寸法よりも大きい。また１対の第１の凹凸部ＣＶ１となるべき１対の外斜面部Ｃ１６の底部９９の内周間距離Ｄ３１は、１対の第１の凹凸部ＣＶ１となるべき１対の傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の中央部間距離Ｄ３２よりも大きい。
ここで外斜面部Ｃ１６の底部９９とは、外斜面部Ｃ１６のＺ方向最上部の平面視における外側を囲むように配置される、ＸＹ平面に沿う平面である。このため外斜面部Ｃ１６の底部９９は外斜面部Ｃ１６の最上部と交差し、当該最上部とＺ座標がほぼ等しい。また内周間距離Ｄ３１とは、１対の外斜面部Ｃ１６の底部９９すなわち１対の外斜面部Ｃ１６のＺ方向に関する最上部同士の、Ｘ方向に関する距離を意味する。
このように外斜面部Ｃ１６および接続部Ｃ２が形成された金属部品４と、半導体装置３０１などと同様に壁面Ｖ１１，Ｖ１２を有する傾き補正機構部Ｖ１および接続部Ｖ２が形成されたヒートシンク２００とが、上記他の各実施例と同様に嵌合され一体化される。このときパワーモジュール１００の上の加圧手段２０への加圧力Ｆにより、半導体装置３０１の製造方法と同様に、外斜面部Ｃ１６の内周間距離Ｄ３１に比べて中央部間距離Ｄ３２の小さい傾き補正機構部Ｖ１は、内周間距離の大きい外斜面部Ｃ１６の位置に整合するように外斜面部Ｃ１６の壁面と一体化しようとする。このために傾き補正機構部Ｖ１は、Ｚ方向に対して傾斜しながら外斜面部Ｃ１６と一体化するように塑性変形すなわちかしめ加工され、図４７および図４８に示すような態様となる。このように、外斜面部Ｃ１６と傾き補正機構部Ｖ１とが互いに接触することにより外斜面部Ｃ１６および傾き補正機構部Ｖ１の少なくともいずれか一方が塑性変形し、かしめ加工が進行する。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の上記各例においても、他の実施の形態と同様に、加圧力Ｆを利用して、傾き補正機構部Ｖ１が傾き補正機構部Ｃ１または外斜面部Ｃ１６と互いに接触することにより、傾き補正機構部Ｃ１または外斜面部Ｃ１６と、傾き補正機構部Ｖ１との少なくともいずれか一方が塑性変形し、かしめ加工が進行する。底部９９に先端９７が接触する前に傾き補正機構部Ｖ１が傾き補正機構部Ｃ１または外斜面部Ｃ１６に接することによるガイド効果をより高めるために、傾き補正機構部Ｃ１（外斜面部Ｃ１６）および傾き補正機構部Ｖ１が接続部Ｃ２，Ｖ２よりも先に互いに接触する構成となっている。
このことは、たとえば第１例および第２例においては、図３８および図４６における距離Ｄ２１が距離Ｄ２２よりも大きいことにより実現されている。すなわち、仮にパワーモジュール１００とヒートシンク２００との位置決めが不適切であった場合でも、加圧手段２０を用いてパワーモジュール１００がＺ方向下向きに加圧されれば、傾き補正機構部Ｖ１の通常はＸ方向内側の壁面Ｖ１１と傾き補正機構部Ｃ１の壁面Ｃ１１とが最初に接触する。すると、パワーモジュール１００は加圧手段２０への加圧力ＦによりＺ方向下方に押し下げられていくため、傾き補正機構部Ｖ１は、壁面Ｃ１１に倣ってＸ方向に移動する。これによりやがて、傾き補正機構部Ｖ１の他方の壁面である壁面Ｖ１２と傾き補正機構部Ｃ１の壁面Ｃ１２とも接触する。このようにして接続部Ｃ２，Ｖ２よりも前に、Ｘ方向に関する左右双方において傾き補正機構部Ｖ１が傾き補正機構部Ｃ１に接触する。このことにより、パワーモジュール１００のＸＹ方向の位置がヒートシンク２００に対して自動的に正確な位置に一意的に決められる。したがって本実施の形態においても実施の形態１と同様に、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１は、パワーモジュール１００の正確な位置決めおよび傾き抑制の作用効果を奏することができる。
上記加工法を用いるため、第１の凹凸部ＣＶ１は、傾き補正機構部Ｖ１が付根部９３側から先端９７側へ、高さ方向に対して傾斜するように延び、第１の傾斜角度ＩＡ１を有する第１の壁面部分Ｓ１と、第２の傾斜角度ＩＡ２を有する第２の壁面部分Ｓ２とを有する態様となる。
なお特に第２例の半導体装置３０２においては上述のように、必ずしも傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の幅Ｄ２８よりも傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の幅Ｄ２６の方が大きくなくても（たとえば小さくても）よい。本実施の形態においては１対の傾き補正機構部Ｃ１の底部９９の中央部間距離Ｄ２１が１対の傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の中央部間距離Ｄ２２よりも大きい。このため、傾き補正機構部Ｖ１が付根部９３側から先端９７側へ、高さ方向に対して傾斜するように延びる。これにより、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７が傾き補正機構部Ｃ１の底部９９に達する前に、傾き補正機構部Ｖ１の壁面Ｖ１１，Ｖ１２が傾き補正機構部Ｃ１の壁面Ｃ１１，Ｃ１２の双方に接することによるガイド効果が得られると考えられるため、Ｄ２８はＤ２６より小さくてもよい。
この考え方に基づき、半導体装置３０２の傾き補正機構部Ｃ１から、接続部Ｃ２に隣接しない側（Ｘ方向外側）の部分を取り除いたものが半導体装置３０３である。半導体装置３０３においては第１の凹凸部ＣＶ１のＸ方向外側に金属部品４が配置されない構成となるため、第１の凹凸部ＣＶ１のかしめ加工による強固定部１０が半導体装置３０１，３０２などより少なくなる。このため当該強固定部１０が接続部Ｃ２，Ｖ２のかしめ加工による第２の凹凸部ＣＶ２の形成時に与える影響をより小さくすることができる。半導体装置３０３の例においては、傾き補正機構部Ｖ１の先端９７の幅Ｄ２６が傾き補正機構部Ｃ１の開口部９５の幅Ｄ２７より小さいという条件を満たすことが好ましい。
実施の形態４．
図５０〜図５４はすべて、上記の各半導体装置の製造方法に含まれる、加圧手段２０による複数の凹部と凸部とを互いに嵌合させる工程を示す概略断面図または概略平面図である。たとえば図７および図８に示すように、上記の各実施の形態１〜３においては、加圧手段２０はパワーモジュール１００上面の全面に載置される例を示している。ただし上記の実施の形態１に示したとおり、図７および図８の構成においても、パワーモジュール１００上面の全面にて加圧手段２０と接触可能であるとは限らない。本実施の形態においては、パワーモジュール１００の平面視における全体での加圧力Ｆの印加ができない場合を示している。
たとえば図５０および図５１を参照して、ここには金属部品４とヒートシンク２００とを一体化する工程において、加圧手段２０がパワーモジュール１００の平面視における一部の領域（中央部付近）のみに１つ設置され、その部分のみに加圧力Ｆが作用する場合を示している。実施の形態１で説明した傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１の傾き補正および位置決めの効果を十分に得るためには、平面視における、封止材５、金属部品４およびヒートシンク２００のそれぞれの中央部の中心点２１に相当する位置を含むように加圧手段２０が設置され、その加圧手段２０の部分のみに加圧力Ｆが作用する構成とすることが好ましい。ここで金属部品４にはその平面視における中心点２１に対して点対称となるように複数の凹部または凸部である接続部Ｃ２，Ｖ２などが形成される場合、金属部品４の特に凹凸部分の中心点２１に相当する位置を含むように加圧手段２０が設置されることになる。
たとえば図５２〜図５４を参照して、ここには金属部品４とヒートシンク２００とを一体化する工程において、加圧手段２０がパワーモジュール１００の平面視における一部の領域に２つ設置され、その部分のみに加圧力Ｆが作用する場合を示している。この場合、金属部品４の中央部の（特に凹凸部分の）中心点２１に対して互いに点対称となる位置、すなわち中心点２１を挟んで同じ距離だけ離れた２つの位置のそれぞれに１つずつ、合計２つの加圧手段２０が配置され、そこに加圧力Ｆが作用することが好ましい。ここで互いに点対称となる位置の２つの加圧手段２０は、図５３のようにＸ方向に関して中心点２１を挟むように配置されてもよいし、図５４のようにＸ方向およびＹ方向に対して斜め方向に関して中心点２１を挟むように配置されてもよい。なお金属部品４の中央部の（特に凹凸部分の）中心点２１に対して互いに点対称となる位置に配置されれば、３つ以上の加圧手段２０が配置されてもよい。
このようにパワーモジュール１００の平面視における一部の領域のみに加圧手段２０が配置され加圧される場合においても、金属部品４の中心点２１、または金属部品４の凹凸部分の中心点２１に対して点対称となるように少なくとも１つ以上の加圧手段２０が設置されることが好ましい。なおここで中心点２１に対して点対称となる１つの加圧手段２０とは、図５０および図５１のように中心点２１と重なるように加圧手段２０が設置される場合を意味する。このようにすれば、傾き補正機構部Ｃ１，Ｖ１は他の実施の形態１〜３と同様の作用効果を奏することができる。
なお、図５０〜図５４のように加圧手段２０をパワーモジュール１００の平面視における一部の領域のみに配置する場合、加圧手段２０によって加圧される領域と加圧されない領域との境界およびそれに隣接する領域において樹脂の封止材５の変形による応力集中が起こる。このため、仮に上記位置に半導体素子１があれば、上記応力によって半導体素子１が割れる可能性がある。したがって当該境界以外の領域に半導体素子１が配置されることが好ましい。上記境界を避けるように半導体素子１を配置することにより、上記境界への応力集中に起因する半導体素子１の割れを抑制することができ、生産性をいっそう向上させることができる。
以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 半導体素子、２ 配線部材、３ 絶縁層、４ 金属部品、５ 封止材、１０ 強固定部、２０ 加圧手段、２１ 中心点、３０ 屈曲部、８０ 外斜面部、９０ 接触点、９１ 隙間、９３ 付根部、９５ 開口部、９７ 先端、９９ 底部、１００ パワーモジュール、１０１，１０２，１０３，２０１，２０２，２０３，３０１，３０２，３０３ 半導体装置、２００ ヒートシンク、Ｃ１，Ｖ１ 傾き補正機構部、Ｃ２，Ｖ２ 接続部、Ｃ１０，Ｖ１０ 一体化前壁面、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｖ１１，Ｖ１２ 壁面、Ｃ１６ 外斜面部、ＣＶ１ 第１の凹凸部、ＣＶ２ 第２の凹凸部、ＤＬ 凸部中央線、Ｆ 加圧力、ＩＡ１ 第１の傾斜角度、ＩＡ２ 第２の傾斜角度、Ｓ１ 第１の壁面部分、Ｓ２ 第２の壁面部分、Ｓ３ 第３の壁面部分。

Claims (13)

  1. 半導体素子と、前記半導体素子が搭載された金属部品と前記半導体素子とを封止し前記金属部品の少なくとも一部を露出する封止材とを含むパワーモジュールと、
    前記パワーモジュールの前記金属部品に接続される放熱部材とを備え、
    前記金属部品には複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
    前記複数の凹部および前記複数の凸部からなる複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、１つの前記凹部と１つの前記凸部とを含み、
    前記第１の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
    前記第１の凹凸部の壁面は、前記高さ方向に対する第１の傾斜角度を有する第１の壁面部分と、前記第１の傾斜角度とは異なる第２の傾斜角度を有する第２の壁面部分とを含み、
    前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の凹凸部において一体となっており、
    前記第１の凹凸部は、前記第２の凹凸部を挟むように１対配置されており、
    前記金属部品には前記複数の凹部および前記凹部の一部としての複数の外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には前記複数の凹部および前記外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
    前記１対の第１の凹凸部は、前記１対の第１の凹凸部のそれぞれに含まれる前記凸部である１対の凸部が、付根部側から先端側へ、前記複数の外斜面部に沿いかつ前記高さ方向に対して傾斜するように延びており、
    前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の外斜面部と前記複数の凸部とが接触する複数の第１の凹凸部、および前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の第２の凹凸部において一体となっている、半導体装置。
  2. 前記複数の凹部および前記複数の凸部は、平面視においてドット状に配置されている、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第１の凹凸部を構成する前記凹部は、前記第１の凹凸部を構成する前記凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記金属部品の硬度は前記放熱部材の硬度と異なる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 半導体素子と、前記半導体素子が固定され複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が形成された金属部品と、前記半導体素子を封止し前記金属部品の少なくとも一部を露出する封止材とを含むパワーモジュールを準備する工程と、
    複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成され、前記パワーモジュールに接続される放熱部材を準備する工程と、
    前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、前記金属部品と前記放熱部材とを一体化する工程とを備え、
    前記複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
    前記第１の凹凸部となるべき前記凹部である第１の凹部の壁面および前記第１の凹凸部となるべき前記凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、
    前記第１の凹部の壁面の傾斜角度は、前記第１の凸部の壁面の傾斜角度と異なっており、
    前記一体化する工程においては、前記第１の凹部および前記第１の凸部が互いに接触することにより前記第１の凹部および前記第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形し、
    前記複数の凹部は前記第２の凹凸部となるべき第２の凹部を含み、
    前記複数の凸部は前記第２の凹凸部となるべき第２の凸部を含み、
    前記一体化する工程において前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合する際に、前記第１の凹部および前記第１の凸部は、前記第２の凹部および前記第２の凸部よりも先に互いに接触し、
    前記第１の凹凸部は、前記第２の凹凸部を挟むように１対配置されており、
    前記金属部品には前記複数の凹部および前記凹部の一部としての複数の外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には前記複数の凹部および前記外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
    前記１対の第１の凹凸部は、前記１対の第１の凹凸部のそれぞれに含まれる前記凸部である１対の凸部が、付根部側から先端側へ、前記複数の外斜面部に沿いかつ前記高さ方向に対して傾斜するように延びており、
    前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の外斜面部と前記複数の凸部とが接触する複数の第１の凹凸部、および前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の第２の凹凸部において一体となっている、半導体装置の製造方法。
  6. 前記第１の凹部の底部の幅よりも前記第１の凸部の先端の幅が大きく、かつ前記第１の凸部の先端の幅よりも前記第１の凹部の開口部の幅が大きい、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記第１の凹部の前記壁面の前記高さ方向に対する傾斜角度は、前記第１の凸部の前記壁面の前記高さ方向に対する傾斜角度よりも、少なくとも一部において大きく、
    前記第１の凹部の幅は、底部側に向かうほど小さくなっている、請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第１の凹凸部は前記第２の凹凸部を挟むように１対のみ形成される、請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記第１の凹部は前記第１の凸部よりも高さ方向の寸法が大きい、請求項５〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 半導体素子と、前記半導体素子が固定され複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方を形成された金属部品と、前記半導体素子を封止し前記金属部品の少なくとも一部を露出する封止材とを含むパワーモジュールを準備する工程と、
    複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成され、前記パワーモジュールに接続される放熱部材を準備する工程と、
    前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、前記金属部品と前記放熱部材とを一体化する工程とを備え、
    前記複数の凹凸部の一部である第１の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記第１の凹凸部以外の第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
    前記第１の凹凸部となるべき前記凹部である第１の凹部の壁面および前記第１の凹凸部となるべき前記凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、
    前記第１の凹凸部は、前記第２の凹凸部を挟むように１対のみ形成され、
    前記１対の前記第１の凹凸部となるべき１対の前記第１の凹部の底部の中央部間距離と、前記１対の前記第１の凹凸部となるべき１対の前記第１の凸部の先端の中央部間距離とは異なっており、
    前記一体化する工程においては、前記第１の凹部および前記第１の凸部が互いに接触することにより前記第１の凹部および前記第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形し、
    前記複数の凹部は前記第２の凹凸部となるべき第２の凹部を含み、
    前記複数の凸部は前記第２の凹凸部となるべき第２の凸部を含み、
    前記一体化する工程において前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合する際に、前記第１の凹部および前記第１の凸部は、前記第２の凹部および前記第２の凸部よりも先に互いに接触し、
    前記金属部品には前記複数の凹部および前記凹部の一部としての複数の外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には前記複数の凹部および前記外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
    前記１対の第１の凹凸部は、前記１対の第１の凹凸部のそれぞれに含まれる前記凸部である１対の凸部が、付根部側から先端側へ、前記複数の外斜面部に沿いかつ前記高さ方向
    に対して傾斜するように延びており、
    前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の外斜面部と前記複数の凸部とが接触する複数の第１の凹凸部、および前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の第２の凹凸部において一体となっている、半導体装置の製造方法。
  11. 前記１対の前記第１の凹凸部となるべき１対の前記第１の凹部の底部の中央部間距離は、前記１対の前記第１の凹凸部となるべき１対の前記第１の凸部の先端の中央部間距離より大きい、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記パワーモジュールを準備する工程においては、前記半導体素子と、前記複数の凹部および前記複数の外斜面部、または前記凸部のいずれか一方が形成された前記金属部品と、前記半導体素子および前記金属部品の少なくとも一部を封止する前記封止材とを含むパワーモジュールが準備され、
    前記パワーモジュールに接続される放熱部材を準備する工程においては、前記複数の凹部および外斜面部、または凸部のいずれか他方が形成され、
    前記一体化する工程においては、前記複数の凹部および前記複数の凸部、ならびに前記複数の外斜面部および前記複数の凸部を互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、前記金属部品と前記放熱部材とが一体化され、
    前記複数の凹凸部のうち前記外斜面部および前記凸部により形成される第１の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記凹部および前記凸部により形成される第２の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
    前記第１の凹凸部となるべき前記外斜面部の壁面および前記第１の凹凸部となるべき前記凸部である第１の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、
    前記複数の凹部、前記外斜面部および前記凸部を形成する工程において形成される、前記１対の前記第１の凹凸部となるべき１対の前記外斜面部の底部の内周間距離は、前記１対の前記第１の凹凸部となるべき１対の前記第１の凸部の先端の中央部間距離より大きくなっており、
    前記一体化する工程においては、前記外斜面部および前記第１の凸部が互いに接触することにより前記外斜面部および前記第１の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する、請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記金属部品は前記放熱部材と硬度が異なる、請求項５〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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