WO2019187608A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2019187608A1
WO2019187608A1 PCT/JP2019/003057 JP2019003057W WO2019187608A1 WO 2019187608 A1 WO2019187608 A1 WO 2019187608A1 JP 2019003057 W JP2019003057 W JP 2019003057W WO 2019187608 A1 WO2019187608 A1 WO 2019187608A1
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heat sink
heat
terminal
semiconductor device
sealing resin
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PCT/JP2019/003057
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English (en)
French (fr)
Inventor
領二 上瀧
大輔 福岡
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
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    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item

Definitions

  • the disclosure in this specification relates to a semiconductor device.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor element having a main electrode on both surfaces, a heat dissipating part (heat sink) disposed so as to sandwich the semiconductor element, at least a part of the heat dissipating part, and a sealing resin body that integrally seals the semiconductor element.
  • a semiconductor device comprising:
  • the semiconductor device has, as a heat radiating part, a first heat radiating part connected to the main electrode on one side and a second heat radiating part connected to the main electrode on the back side.
  • An uneven oxide film is formed on the mounting surface of each heat radiation portion so as to surround the connection portion with the main electrode.
  • the surface of the concavo-convex oxide film is continuously rugged, and the adhesion to the sealing resin body can be improved.
  • the uneven oxide film is an oxide film of the same metal as the main component metal of the metal thin film formed on the metal thin film by irradiating the metal thin film with laser light.
  • a concavo-convex oxide film can be formed by irradiating a metal thin film with pulsed laser light with a low energy density (100 J / cm 2 or less). Since a laser beam is used, it can be formed only in a desired portion as compared with a structure in which a polyamide or the like is formed in order to improve adhesion to the sealing resin body.
  • the uneven oxide film is formed on the mounting surface of each heat dissipating part in the semiconductor device.
  • the semiconductor device having the above configuration is stacked alternately with a cooler, for example, and held between the coolers.
  • the semiconductor device is sandwiched between the coolers in the stacking direction, and stress is applied to the semiconductor device in the state of being attached to the cooler.
  • the first heat radiating portion is provided with an extending portion that extends in one direction from the side surface and protrudes from the sealing resin body, the extending portion is connected to the side surface in one direction orthogonal to the stacking direction.
  • the stress described above is concentrated at the boundary portion between the second heat radiation portion and the sealing resin body that are not connected. Specifically, the stress concentrates on a boundary portion between the surface on one side of the second heat radiating portion and the surface on the extending portion side and the sealing resin body. Such stress concentration may cause cracks in the sealing resin body.
  • An object of the present disclosure is to provide a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of cracks in a sealing resin body due to stress generated by stacking with a cooler.
  • a semiconductor device is A semiconductor device stacked with a cooler and held between the coolers in the stacking direction, At least one semiconductor element having a main electrode formed on each of the one surface in the stacking direction and the back surface opposite to the one surface; A heat dissipating part disposed so as to sandwich the semiconductor element in the stacking direction, a first heat dissipating part electrically connected to the main electrode on the one surface side, and a second electrically connected to the main electrode on the back surface side A heat dissipating part; A sealing resin body that integrally seals at least a part of the first heat radiation part, at least a part of the second heat radiation part, and the semiconductor element; A first heat dissipating part of the heat dissipating part, connected to the first side surface in one direction orthogonal to the stacking direction, extending in one direction from the first side surface and projecting from the sealing resin body; It is a film formed on the surface of the heat radiating portion and sealed by the sealing resin body,
  • the roughened portion by the uneven oxide film has the side roughened portion in addition to the mounting surface roughened portion.
  • the side roughening part is formed in the 2nd side surface corresponding to the 1st side surface with which the extension part continued in the 2nd thermal radiation part.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the state which mounted the 2nd heat sink. It is a perspective view which shows the state in which the sealing resin body was formed. It is a perspective view which shows the state after cutting. It is a figure which shows the laminated structure with a cooler. It is a perspective view which shows the detailed structure of a 2nd heat sink. It is a perspective view of the 2nd heat sink seen from another angle. It is sectional drawing which follows the XVI-XVI line of FIG. It is a top view which shows a reference example, and respond
  • the semiconductor device of 2nd Embodiment it is a perspective view which shows a side surface roughening part, and respond
  • the semiconductor device of 3rd Embodiment it is a perspective view which shows a side surface roughening part, and respond
  • the thickness direction of the semiconductor element is indicated as the Z direction, orthogonal to the Z direction, and the arrangement direction of the semiconductor elements is indicated as the X direction.
  • a direction perpendicular to both the Z direction and the X direction is referred to as a Y direction.
  • the shape when viewed in the XY plane is the planar shape.
  • the XY plane view can also be said to be a projection view in the Z direction.
  • the Z direction corresponds to the stacking direction
  • the Y direction corresponds to one direction or the first direction.
  • the X direction corresponds to the second direction.
  • the suffix “H” indicates an element on the upper arm side of the upper and lower arms
  • the suffix “L” indicates an element on the lower arm side.
  • H and L are given to the end of part of the element, and the upper arm and the lower arm have the same reference numerals for another part.
  • a power conversion device 1 shown in FIG. 1 is mounted on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the power conversion apparatus 1 is configured to convert a DC voltage supplied from a DC power supply 2 mounted on a vehicle into a three-phase AC and output it to a three-phase AC motor 3.
  • the motor 3 functions as a vehicle driving source.
  • the power conversion device 1 can also convert the power generated by the motor 3 into direct current and charge the direct current power source 2.
  • the power conversion device 1 can perform bidirectional power conversion.
  • the power conversion device 1 includes a smoothing capacitor 4 and an inverter 5.
  • the terminal on the positive electrode side of the smoothing capacitor 4 is connected to the positive electrode which is an electrode on the high potential side of the DC power source 2, and the terminal on the negative electrode side is connected to the negative electrode which is an electrode on the low potential side of the DC power source 2.
  • the inverter 5 converts the input DC power into three-phase AC having a predetermined frequency and outputs it to the motor 3.
  • the inverter 5 converts AC power generated by the motor 3 into DC power.
  • the inverter 5 consists of six arms.
  • the inverter 5 is composed of upper and lower arms for three phases.
  • the upper and lower arms of each phase are formed by connecting two arms in series between a positive electrode line 6 that is a positive power line and a negative electrode line 7 that is a negative power line.
  • the positive electrode side line 6 is also called a high potential power supply line
  • the negative electrode side line 7 is also called a low potential power supply line.
  • the connection point between the upper arm and the lower arm is connected to the output line 8 to the motor 3.
  • an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) is adopted as a semiconductor element constituting each arm.
  • the semiconductor device 10 includes two IGBTs 11H and 11L connected in series.
  • FWDs 12H and 12L which are reflux diodes, are connected in reverse parallel to the IGBTs 11H and 11L, respectively.
  • the upper and lower arms for one phase are configured to include the two IGBTs 11H and 11L.
  • Reference numeral 11g shown in FIG. 1 is a gate electrode of the IGBTs 11H and 11L.
  • the semiconductor element has the gate electrode 11g.
  • n-channel type is adopted as the IGBTs 11H and 11L.
  • the collector electrode 11c of the IGBT 11H constituting the upper arm is electrically connected to the positive electrode side line 6.
  • the emitter electrode 11e of the IGBT 11L constituting the lower arm is electrically connected to the negative electrode side line 7.
  • the emitter electrode 11e of the IGBT 11H on the upper arm side and the collector electrode 11c of the IGBT 11L on the lower arm side are connected to each other.
  • the power conversion device 1 includes a boost converter that boosts the DC voltage supplied from the DC power supply 2 and a gate drive that controls the operation of the inverter 5 and the semiconductor elements constituting the boost converter.
  • a circuit or the like may be provided.
  • the semiconductor device 10 includes IGBTs 11H and 11L, a sealing resin body 13, first heat sinks 14H and 14L, terminals 16, second heat sinks 18H and 18L, joint portions 20, power supply terminals 22, An output terminal 23 and a signal terminal 24 are provided. 4 to 11, for convenience, a concavo-convex oxide film 30 (roughening portion) described later is omitted.
  • IGBT11H, 11L as a semiconductor element is comprised by semiconductor substrates, such as Si, SiC, and GaN.
  • the IGBTs 11H and 11L are both n-channel type.
  • FWDs 12H and 12L are also formed integrally with the IGBTs 11H and 11L. Specifically, the FWD 12H is formed on the IGBT 11H, and the FWD 12L is formed on the IGBT 11L.
  • RC (Reverse-Conducting) -IGBT is adopted as the IGBTs 11H and 11L.
  • the IGBT 11H corresponds to the upper arm element
  • the IGBT 11L corresponds to the lower arm element.
  • the IGBTs 11H and 11L have a vertical structure so that current flows in the Z direction.
  • the above-described gate electrodes 11g are also formed on the IGBTs 11H and 11L, respectively.
  • the gate electrode 11g has a trench structure.
  • a collector electrode 11c is formed on one surface of the IGBTs 11H and 11L, and an emitter electrode 11e is formed on the back surface opposite to the one surface.
  • the collector electrode 11c also serves as the cathode electrodes of the FWDs 12H and 12L, and the emitter electrode 11e also serves as the anode electrodes of the FWDs 12H and 12L.
  • the collector electrode 11c corresponds to the main electrode on one side, and the emitter electrode 11e corresponds to the main electrode on the back side.
  • the IGBTs 11H and 11L have substantially the same planar shape, more specifically, a substantially rectangular shape, and have substantially the same size and thickness.
  • the IGBTs 11H and 11L have the same configuration.
  • the IGBTs 11H and 11L are arranged such that their collector electrodes 11c are on the same side in the Z direction and their emitter electrodes 11e are on the same side in the Z direction.
  • the IGBTs 11H and 11L are located at substantially the same height in the Z direction and are arranged side by side in the X direction.
  • a pad 11p which is a signal electrode, is formed on the back surfaces of the IGBTs 11H and 11L, that is, on the emitter electrode forming surface.
  • the pad 11p is formed at a position different from the emitter electrode 11e.
  • the pad 11p is electrically separated from the emitter electrode 11e.
  • the pad 11p is formed at the end on the opposite side to the formation region of the emitter electrode 11e in the Y direction.
  • each of the IGBTs 11H and 11L has six pads 11p. Specifically, as the six pads 11p, a temperature sensor (temperature sensing diode) for detecting the temperature of the IGBT 11H, 11L, for the gate electrode 11g, for the dummy gate electrode, for the Kelvin emitter for detecting the potential of the emitter electrode 11e, for current sensing. For the anode potential as well as for the cathode potential.
  • the six pads are formed on one end side in the Y direction together and formed side by side in the X direction in the substantially rectangular planar IGBTs 11H and 11L.
  • the dummy gate electrode is a gate electrode that does not contribute to generation of an inversion layer (channel).
  • the sealing resin body 13 seals the IGBTs 11H and 11L.
  • the sealing resin body 13 is made of, for example, an epoxy resin.
  • the sealing resin body 13 is formed by, for example, a transfer mold method.
  • the sealing resin body 13 has one surface 13a orthogonal to the Z direction, a back surface 13b opposite to the one surface 13a, and a side surface connecting the one surface 13a and the back surface 13b.
  • the one surface 13a and the back surface 13b are flat surfaces, for example.
  • the first heat sinks 14H and 14L serve to radiate the heat of the corresponding IGBTs 11H and 11L to the outside of the semiconductor device 10.
  • the first heat sinks 14H and 14L also function as wiring. For this reason, in order to ensure thermal conductivity and electrical conductivity, it is formed using at least a metal material.
  • the first heat sinks 14H and 14L are provided so as to include the corresponding IGBTs 11H and 11L in the projection view from the Z direction.
  • the first heat sinks 14H and 14L are arranged on the one surface 13a side of the sealing resin body 13 with respect to the corresponding IGBTs 11H and 11L.
  • the first heat sinks 14H and 14L are connected to the corresponding collector electrodes 11c of the IGBTs 11H and 11L via the solder 15.
  • the first heat sinks 14H and 14L correspond to the first heat radiating portion.
  • Most of the first heat sinks 14 ⁇ / b> H and 14 ⁇ / b> L are covered with the sealing resin body 13.
  • the solder 15 is connected to the mounting surface 14a, and the heat radiating surface 14b opposite to the mounting surface 14a is exposed from the sealing resin body 13.
  • the heat radiation surface 14b is substantially flush with the one surface 13a.
  • a portion excluding a part of the mounting surface 14 a and the heat dissipation surface 14 b is covered with the sealing resin body 13.
  • the collector electrode 11c of the IGBT 11H is connected via the solder 15 to the mounting surface 14a of the first heat sink 14H.
  • the collector electrode 11c of the IGBT 11L is connected via the solder 15 to the mounting surface 14a of the first heat sink 14L.
  • the first heat sinks 14H and 14L are arranged side by side in the X direction and are arranged at substantially the same position in the Z direction.
  • the heat radiation surfaces 14b of the first heat sinks 14H and 14L are exposed from the one surface 13a of the sealing resin body 13 and are arranged in the X direction.
  • the terminal 16 is interposed between the corresponding IGBTs 11H and 11L and the second heat sinks 18H and 18L. Since the terminal 16 is located in the middle of the heat conduction and electric conduction paths between the IGBTs 11H and 11L and the second heat sinks 18H and 18L, the terminal 16 is formed using at least a metal material in order to ensure heat conduction and electric conduction. Yes.
  • the terminal 16 is disposed to face the emitter electrode 11 e and is connected to the emitter electrode 11 e through the solder 17.
  • the terminal 16 is provided for each of the IGBTs 11H and 11L.
  • the second heat sinks 18H and 18L also function to dissipate the heat of the corresponding IGBTs 11H and 11L to the outside of the semiconductor device 10.
  • the second heat sinks 18H and 18L also function as wiring.
  • the second heat sinks 18H and 18L are provided so as to include the corresponding IGBTs 11H and 11L in the projection view from the Z direction.
  • the second heat sinks 18H and 18L are arranged on the back surface 13b side of the sealing resin body 13 with respect to the corresponding IGBTs 11H and 11L in the Z direction.
  • the second heat sinks 18H and 18L are electrically connected to the emitter electrodes 11e of the corresponding IGBTs 11H and 11L. Specifically, the second heat sinks 18H and 18L are electrically connected to the corresponding emitter electrode 11e via the solder 17, the terminal 16, and the solder 19.
  • the second heat sinks 18H and 18L correspond to the second heat radiating portion. Most of the second heat sinks 18H and 18L are covered with the sealing resin body 13. Of the surfaces of the second heat sinks 18H and 18L, the solder 19 is connected to the mounting surface 18a, and the heat radiation surface 18b opposite to the mounting surface 18a is exposed from the sealing resin body 13. The heat radiating surface 18b is substantially flush with the back surface 13b. Of the surfaces of the second heat sinks 18H and 18L, a portion excluding a part of the mounting surface 18a and the heat radiating surface 18b are covered with the sealing resin body 13.
  • the terminal 16 corresponding to the IGBT 11H is connected to the mounting surface 18a of the second heat sink 18H via the solder 19.
  • a terminal 16 corresponding to the IGBT 11L is connected to the mounting surface 18a of the second heat sink 18L via a solder 19.
  • a groove 18c for absorbing the overflowing solder 19 is formed on each mounting surface 18a.
  • the groove 18c is formed in an annular shape so as to surround the emitter electrode 11e, that is, the terminal 16 in a projection view from the Z direction.
  • the second heat sinks 18H and 18L are arranged side by side in the X direction and are arranged at substantially the same position in the Z direction.
  • the heat radiating surfaces 18b of the second heat sinks 18H and 18L are exposed from the back surface 13b of the sealing resin body 13 and are arranged in the X direction.
  • the second heat sinks 18H and 18L are common members, and the arrangement of the second heat sink 18H and the second heat sink 18L is two-fold symmetric with the Z axis as the rotation axis.
  • the second heat sinks 18H and 18L have side surfaces 18d and 18e in the Y direction.
  • the side surface 18d corresponds to the side surface 14c
  • the side surface 18e corresponds to the side surface 14c
  • the side surface 18d of the second heat sink 18H and the side surface 18e of the second heat sink 18L correspond to the second side surface.
  • the side surface 18d of the second heat sink 18H and the side surface 18e of the second heat sink 18L are surfaces on the same side as the side surface 14c in the Y direction, and members extending in the Y direction are not continuous.
  • the joint part 20 has a first joint part 20a, a second joint part 20b, and a third joint part 20c.
  • the first joint portion 20a and the third joint portion 20c electrically connect the second heat sink 18H on the upper arm side and the first heat sink 14L on the lower arm side.
  • the second joint portion 20b electrically connects the second heat sink 18L on the lower arm side and the negative electrode terminal 22n.
  • the first joint portion 20a is provided integrally with the second heat sink 18H by processing the same metal plate.
  • the 2nd joint part 20b is integrally provided with the 2nd heat sink 18L by processing the same metal plate.
  • the second heat sink 18H including the first joint portion 20a and the second heat sink 18L including the second joint portion 20b are used as a common member, and in the semiconductor device 10, these arrangements are two-fold symmetric with the Z axis as the rotation axis. It has become.
  • the first joint portion 20a is provided thinner than the second heat sink 18H so as to be covered with the sealing resin body 13.
  • the first joint portion 20a is continuous with the second heat sink 18H so as to be substantially flush with the mounting surface 18a of the second heat sink 18H.
  • the first joint portion 20a has a thin plate shape and extends in the X direction from the side surface of the second heat sink 18H on the second heat sink 18L side.
  • the second heat sink 18H is connected to the emitter electrode 11e and corresponds to a thick portion that performs a heat dissipation function, and the first joint portion 20a is formed from the thick portion.
  • the first joint portion 20a that is a thin portion extends from the side surface of the second heat sink 18H that is a thick portion in the X direction, and does not extend in the Y direction.
  • the third joint portion 20c is connected to the surface continuous with the mounting surface 18a of the second heat sink 18H via the solder 21.
  • the second joint portion 20b is also provided thinner than the second heat sink 18L so as to be covered with the sealing resin body 13.
  • the second joint portion 20b is connected to the second heat sink 18L so as to be substantially flush with the mounting surface 18a of the second heat sink 18L.
  • the second joint portion 20b has a thin plate shape and extends in the X direction from the side surface of the second heat sink 18L on the second heat sink 18L side.
  • the second heat sink 18L is connected to the emitter electrode 11e and corresponds to a thick portion that performs a heat dissipation function, and the second joint portion 20b is formed from the thick portion. It is also thinned and corresponds to a thin part that performs an electrical relay function.
  • the second joint portion 20b which is a thin portion, extends from the side surface of the second heat sink 18L, which is a thick portion, in the X direction, and does not extend in the Y direction.
  • a negative electrode terminal 22n is connected via a solder 21 to a surface continuous with the mounting surface 18a of the second heat sink 18L.
  • a groove 20d for absorbing the overflowing solder 21 is formed on the surface connected to the mounting surface 18a of each of the first joint portion 20a and the second joint portion 20b.
  • the groove 20d is formed in an annular shape.
  • the first joint portion 20a and the second joint portion 20b are also simply referred to as joint portions 20a and 20b.
  • solders 15, 17, 19, and 21 solders containing Ni balls are employed as the solders 15, 17, 19, and 21, solders containing Ni balls are employed.
  • the Ni ball only needs to have a diameter capable of securing a solder thickness that can be inspected by an ultrasonic flaw detector (SAT: Scanning Acoustic Tomograph), for example, 40 ⁇ m or more.
  • SAT Scanning Acoustic Tomograph
  • the third joint portion 20c is also integrally provided with the first heat sink 14L by processing the same metal plate.
  • the third joint portion 20c is provided thinner than the first heat sink 14L so as to be covered with the sealing resin body 13.
  • the third joint portion 20c is substantially flush with the mounting surface 14a of the first heat sink 14L.
  • the third joint portion 20c extends from the side surface of the first heat sink 14L on the first heat sink 14H side toward the second heat sink 18H.
  • the third joint portion 20c extends in the X direction in plan view from the Z direction.
  • the third joint portion 20 c has two bent portions.
  • the distal end portion of the third joint portion 20c overlaps the first joint portion 20a in the projection view from the Z direction.
  • the third joint portion 20 c and the first joint portion 20 a are connected via the solder 21.
  • the third joint portion 20c is provided to be side by side with the second joint portion 20b in the Y direction.
  • the first joint portion 20a may be a separate member from the second heat sink 18H and connected to the second heat sink 18H so as to be connected to the second heat sink 18H.
  • the second joint portion 20b may be configured as a separate member from the second heat sink 18L and connected to the second heat sink 18L so as to be connected to the second heat sink 18L.
  • the third joint portion 20c may be configured as a separate member from the first heat sink 14L and connected to the first heat sink 14L so as to be connected to the first heat sink 14L.
  • the upper arm and the lower arm can be electrically connected by only one of the first joint portion 20a and the third joint portion 20c.
  • the power supply terminal 22 has a positive terminal 22p and a negative terminal 22n.
  • the positive terminal 22p is electrically connected to the positive terminal of the smoothing capacitor 4.
  • the positive terminal 22p is electrically connected to the positive line 6.
  • the positive terminal 22p is a main terminal through which a main current flows.
  • the positive terminal 22p is also referred to as a high potential power supply terminal or a P terminal.
  • the positive electrode terminal 22p is connected to the first heat sink 14H, and extends in the Y direction from the side surface 14c opposite to the surface on the signal terminal 24 side in the Y direction among the side surfaces of the first heat sink 14H.
  • the positive terminal 22p corresponds to the extended portion or the first main terminal, and the side surface 14c corresponds to the first side surface.
  • the positive electrode terminal 22p is integrally provided with the first heat sink 14H by processing the same metal plate.
  • the positive electrode terminal 22p is connected to one end of the first heat sink 14H in the Y direction.
  • the positive electrode terminal 22p extends in the Y direction and protrudes from the side surface 13c of the sealing resin body 13 to the outside as shown in FIG.
  • a deformed strip is adopted as a metal plate constituting the first heat sink 14H and the positive electrode terminal 22p, and the positive electrode terminal 22p has a thin plate shape.
  • the first heat sink 14H is connected to the collector electrode 11c and corresponds to a thick part that performs a heat dissipation function, and the positive electrode terminal 22p is made thinner than the thick part, Corresponds to the thin part that performs the electrical relay function.
  • the positive electrode terminal 22p which is a thin portion, extends in the Y direction from the side surface 14c of the first heat sink 14H, which is a thick portion, and protrudes from the side surface 13c of the sealing resin body 13.
  • the negative electrode terminal 22 n is electrically connected to the negative electrode side terminal of the smoothing capacitor 4.
  • the negative electrode terminal 22 n is electrically connected to the negative electrode side line 7.
  • the negative terminal 22n is a main terminal through which a main current flows.
  • the negative terminal 22n is also referred to as a low potential power supply terminal or an N terminal.
  • the negative electrode terminal 22n is disposed so that a part thereof overlaps with the third joint portion 20c in a projected view from the Z direction.
  • the negative electrode terminal 22n is disposed at a position closer to the IGBT 11L than the third joint portion 20c in the Z direction.
  • the negative electrode terminal 22 n and the third joint portion 20 c are also connected via the solder 21.
  • the negative electrode terminal 22n extends in the Y direction and protrudes from the same side surface 13c as the positive electrode terminal 22p. As shown in FIGS. 5 and 6 and the like, the thickness of the connecting portion with the second joint portion 20b of the negative electrode terminal 22n is the thickness of the other portion, for example, the thickness of the portion protruding outward from the sealing resin body 13. Is thicker than.
  • the output terminal 23 is electrically connected to the connection point of the upper and lower arms.
  • the output terminal 23 is a main terminal through which a main current flows.
  • the output terminal 23 is electrically connected to a corresponding phase coil (stator winding) of the motor 3.
  • the output terminal 23 is also referred to as an AC terminal or an O terminal.
  • the output terminal 23 is connected to the first heat sink 14L. From the side surface 14c of the side surface of the first heat sink 14L opposite to the surface on the signal terminal 24 side in the Y direction, the output terminal 23 is the same as the positive electrode terminal 22p in the Y direction. It is extended to the side.
  • the output terminal 23 corresponds to the extended portion or the second main terminal, and the side surface 14c of the first heat sink 14L corresponds to the first side surface.
  • the output terminal 23 is integrally provided with the first heat sink 14L by processing the same metal plate.
  • the output terminal 23 is connected to one end of the first heat sink 14L in the Y direction.
  • the output terminal 23 extends in the Y direction and protrudes from the same side surface 13c as the positive electrode terminal 22p and the negative electrode terminal 22n.
  • a deformed strip is adopted as a metal plate constituting the first heat sink 14L and the output terminal 23, and the output terminal 23 has a thin plate shape.
  • the first heat sink 14L is connected to the collector electrode 11c and corresponds to a thick part that performs a heat dissipation function, and the output terminal 23 is made thinner than the thick part, Corresponds to the thin part that performs the electrical relay function.
  • the output terminal 23, which is a thin portion extends in the Y direction from the side surface 14c of the first heat sink 14L, which is a thick portion, and protrudes from the side surface 13c of the sealing resin body 13.
  • the protruding portions from the sealing resin body 13 of the positive electrode terminal 22p, the negative electrode terminal 22n, and the output terminal 23 are arranged at substantially the same position in the Z direction.
  • the positive terminal 22p, the negative terminal 22n, and the output terminal 23 are arranged in this order.
  • the negative electrode terminal 22n is disposed adjacent to the positive electrode terminal 22p.
  • the positive electrode terminal 22p, the negative electrode terminal 22n, and the output terminal 23 have a substantially flat plate shape at least in a protruding portion from the sealing resin body 13, and have thicknesses in the Z direction substantially equal to each other. Therefore, the thicknesses of the protruding portions of the positive terminal 22p, the negative terminal 22n, and the output terminal 23 are substantially equal to each other.
  • the widths of the protruding portions of the positive terminal 22p, the negative terminal 22n, and the output terminal 23 are substantially equal to each other.
  • the width is the length in the X direction, that is, the direction perpendicular to both the Y direction, which is a protruding direction from the side surface 13c, and the Z direction, which is the plate thickness direction.
  • the protruding length of the positive terminal 22p is shorter than the protruding length of the negative terminal 22n.
  • the protruding length is a length extending outside with the side surface 13c of the sealing resin body 13 as a reference of the position.
  • the protruding length of the output terminal 23 is longer than the protruding length of the negative electrode terminal 22n. That is, the protruding length is the shortest at the positive terminal 22p and the longest at the output terminal 23.
  • the protruding length of the negative terminal 22n is an intermediate length.
  • the positive electrode terminal 22p may be a separate member from the first heat sink 14H, and may be connected to the first heat sink 14H to be connected to the first heat sink 14H.
  • the negative electrode terminal 22n may be made of the same metal plate as the third joint portion 20c and by extension, the second heat sink 18L.
  • the output terminal 23 may be configured as a separate member from the first heat sink 14L and connected to the first heat sink 14L so as to be connected to the first heat sink 14L.
  • a bus bar (not shown) is connected to the power supply terminal 22 and the output terminal 23 in a stacked state with a cooler described later.
  • the bus bar constitutes a positive electrode side line 6, a negative electrode side line 7, and an output line 8.
  • the bus bar is connected to the corresponding power terminal 22 and output terminal 23 by, for example, laser welding.
  • the signal terminal 24 is electrically connected to the pads 11p of the corresponding IGBTs 11H and 11L via bonding wires 25.
  • bonding wires 25 In this embodiment, an aluminum-based bonding wire 25 is employed.
  • the signal terminal 24 extends in the Y direction, and protrudes to the outside from the side surface 13d opposite to the side surface 13c in the sealing resin body 13, as shown in FIG.
  • the semiconductor device 10 has five signal terminals 24 for the IGBT 11H and five signal terminals 24 for the IGBT 11L. Of each of the five signal terminals 24, one signal terminal 24a has a wider width in the X direction in the region to which the bonding wire 25 is connected than the remaining signal terminal 24b.
  • a Kelvin emitter pad 11p for detecting the potential of the emitter electrode 11e and a dummy gate electrode pad 11p are connected to the signal terminal 24a via bonding wires 25, respectively. Thereby, the dummy gate electrode is fixed to the emitter potential.
  • the pads 11p for the gate electrode 11g, the current sense, the anode potential of the temperature sensor, and the cathode potential are connected to different signal terminals 24b.
  • the first heat sinks 14H and 14L, the third joint portion 20c, the positive terminal 22p, the negative terminal 22n, the output terminal 23, and the signal terminal 24 are the same metal plate.
  • the lead frame 26 is configured.
  • the lead frame 26 includes an outer frame 26a, a suspension lead 26b, a tie bar 26c, and the like.
  • a part of the first heat sinks 14H and 14L and the negative electrode terminal 22n is a thick part, and the other part is a thin part thinner than the thick part.
  • the first heat sink 14H is connected to the outer frame 26a via a positive terminal 22p extending from the side surface 14c.
  • the first heat sink 14L is also connected to the outer frame 26a via an output terminal 23 extending from the side surface 14c.
  • the suspension leads 26b are connected to the side surface 14d opposite to the side surface 14c of the first heat sinks 14H and 14L. The suspension lead 26b extends from the side surface 14d in the Y direction and is connected to the outer frame 26a.
  • the positive terminal 22p, the negative terminal 22n, and the output terminal 23, which are main terminals, have one end connected to the outer frame 26a in the Y direction.
  • the tie bars 26c extending in the X direction are connected to each other.
  • the signal terminal 24 is connected to the outer frame 26a and the suspension lead 26b by a tie bar 26c. In the signal terminal 24, the end opposite to the end to which the bonding wire 25 is connected is not connected to the outer frame 26a and is free.
  • the sealing resin body 13 causes the IGBTs 11H and 11L, a part of each of the first heat sinks 14H and 14L, a terminal 16, a part of each of the second heat sinks 18H and 18L, and a power supply terminal. A part of each 22, a part of the output terminal 23, and a part of the signal terminal 24 are integrally sealed.
  • the two IGBTs 11 ⁇ / b> H and 11 ⁇ / b> L constituting the upper and lower arms for one phase are sealed by the sealing resin body 13. For this reason, the semiconductor device 10 is also referred to as a 2 in 1 package.
  • the heat radiation surfaces 14b of the first heat sinks 14H and 14L are located on the same plane and are substantially flush with the one surface 13a of the sealing resin body 13.
  • the heat radiating surfaces 18b of the second heat sinks 18H and 18L are located in the same plane and are substantially flush with the back surface 13b of the sealing resin body 13.
  • the semiconductor device 10 has a double-sided heat dissipation structure in which both the heat dissipation surfaces 14b and 18b are exposed from the sealing resin body 13.
  • each element constituting the semiconductor device 10 is prepared.
  • a lead frame 26 shown in FIG. 6 is prepared.
  • IGBTs 11H and 11L, a terminal 16, a second heat sink 18H including the first joint portion 20a, and a second heat sink 18L including the second joint portion 20b are prepared.
  • the second heat sinks 18H and 18L are common members as described above.
  • the corresponding IGBTs 11H and 11L are arranged on the mounting surfaces 14a of the first heat sinks 14H and 14L in the lead frame 26 via the solder 15. At this time, the IGBTs 11H and 11L are arranged so that the collector electrode 11c faces the mounting surface 14a.
  • the terminal 16 in which the solders 17 and 19 are arranged on both sides in advance as the solder is arranged so that the solder 17 is on the IGBTs 11H and 11L side.
  • the quantity which can absorb the height variation in the semiconductor device 10 is arrange
  • the solder 21 is arrange
  • the second heat sinks 18H and 18L are arranged on a pedestal (not shown) so that the mounting surface 18a faces up. And a connection body is arrange
  • the load of the first heat sinks 14H and 14L is applied so that the height of the semiconductor device 10 becomes a predetermined height.
  • a spacer (not shown) is disposed between the first heat sinks 14H and 14L and the base, and the spacer is brought into contact with both the first heat sinks 14H and 14L and the base. In this way, the height of the semiconductor device 10 is set to a predetermined height.
  • FIG. 10 shows a state after 2nd reflow.
  • the sealing resin body 13 is molded by a transfer mold method.
  • the sealing resin body 13 is molded so that the first heat sinks 14H and 14L and the second heat sinks 18H and 18L are completely covered.
  • FIG. 11 shows a state after molding.
  • the molded sealing resin body 13 is cut along with a part of the first heat sinks 14H and 14L to expose the heat radiation surfaces 14b of the first heat sinks 14H and 14L. Thereby, the heat radiating surface 14b becomes substantially flush with the one surface 13a.
  • the sealing resin body 13 together with a part of the second heat sinks 18H and 18L the heat radiation surface 18b of the second heat sinks 18H and 18L is exposed. Thereby, the heat radiating surface 18b becomes substantially flush with the back surface 13b.
  • FIG. 12 shows a state after cutting.
  • the sealing resin body 13 may be molded in a state in which the heat radiating surfaces 14b and 18b are pressed against and adhered to the cavity wall surface of the molding die. In this case, when the sealing resin body 13 is molded, the heat radiation surfaces 14 b and 18 b are exposed from the sealing resin body 13. For this reason, the cutting after shaping
  • the semiconductor device 10 is alternately stacked with the cooler 50 and constitutes a power module together with the cooler 50.
  • the cooler 50 circulates refrigerant therein and is disposed on both sides of each semiconductor device 10 in the Z direction to cool the semiconductor device 10 from both sides.
  • the cooler 50 is formed in a tubular shape (tube shape) so as to have a passage through which a refrigerant flows.
  • the semiconductor devices 10 and the coolers 50 are arranged with a predetermined interval between the adjacent coolers 50 so as to be alternately stacked.
  • the Z direction corresponds to the stacking direction.
  • the cooler 50 is connected to the adjacent coolers 50 by an upstream connecting portion 51 on one end side in the X direction.
  • the upstream connecting portion 51 functions to distribute the supplied refrigerant (arrow R in FIG. 13) to each cooler 50.
  • adjacent coolers 50 are connected to each other by the downstream connecting portion 52.
  • the downstream connection portion 52 functions to merge the refrigerant distributed to the coolers 50.
  • the power module shown in FIG. 13 includes a plurality of semiconductor devices 10 that constitute upper and lower arms for three phases of the inverter 5 and a plurality of semiconductor devices 10 stacked alternately so as to cool each semiconductor device 10 from both sides.
  • the cooler 50 is provided.
  • the semiconductor device 10 is sandwiched between the coolers 50 in the Z direction.
  • Most of the sealing resin body 13 is disposed in the opposing region of the adjacent coolers 50.
  • the positive terminal 22p, the negative terminal 22n, and the output terminal 23 are extended to the outside of the facing region for connection with the corresponding bus bar.
  • (Uneven oxide film) 14 and 15 show the second heat sink 18H including the first joint portion 20a.
  • a concavo-convex oxide film 30 whose surface is continuously rugged is formed.
  • the semiconductor device 10 includes the uneven oxide film 30.
  • the uneven oxide film 30 is formed by irradiating a laser beam. Since the second heat sink 18L including the second joint portion 20b has a common structure, it has the same configuration.
  • the second heat sink 18H will be described as an example.
  • the uneven oxide film 30 is formed on the mounting surface 18a and the side surfaces 18d and 18e of the second heat sink 18H, respectively.
  • the semiconductor device 10 includes a mounting surface roughening portion 31 and a side surface roughening portion 32 as roughening portions by the uneven oxide film 30.
  • the formation region of the uneven oxide film 30 is hatched.
  • the mounting surface roughening portion 31 is formed by forming the uneven oxide film 30 on the mounting surface 18a.
  • the uneven oxide film 30 is not formed in the region inside the groove 18c and the groove 18c.
  • a boundary 31 a indicated by a broken line in FIGS. 14 and 15 indicates a boundary between the formation region and the non-formation region of the uneven oxide film 30.
  • the boundary 31a almost coincides with the outer periphery of the annular groove 18c for the most part.
  • the boundary 31a is set to the outside of a part of the outer periphery. Specifically, with respect to one of the four corners, the boundary 31a does not coincide with the outer peripheral portion of the substantially rectangular annular groove 18c having four rounded corners, and the boundary 31a is set outside the outer peripheral portion.
  • corrugated oxide film 30 is not formed is intentionally provided between the outer periphery of the groove
  • the mounting surface roughening portion 31 is integrally formed not only on the mounting surface 18a of the second heat sink 18H but also on the mounting surface of the first joint portion 20a connected to the second heat sink 18.
  • the concavo-convex oxide film 30 is not formed in the region inside the groove 20d and the groove 20d, and the boundary described above on the entire circumference of the groove 20d substantially coincides with the outer periphery of the groove 20d. ing.
  • the side surface roughening portion 32 is formed by forming an uneven oxide film 30 on each of the side surfaces 18d and 18e.
  • the side surface roughening portion 32 is formed only on the side surfaces 18d and 18e among the side surfaces of the second heat sink 18H.
  • the side roughened portion 32 is also formed integrally with the first joint portion 20a connected to the second heat sink 18H.
  • the uneven oxide film 30 is formed on a surface continuous with the side surface 18d.
  • the entire surface of each of the side surfaces 18d, 18e of the second heat sink 18H and the surface of the first joint portion 20a connected to the side surface 18d is a side roughened portion 32.
  • the uneven oxide film 30 is a part of the film 34 formed on the base material 33.
  • the base material 33 is a metal member such as Cu constituting the second heat sink 18H including the first joint portion 20a.
  • the film 34 has a metal thin film 35 formed on the surface of the base material 33 and a concavo-convex oxide film 30.
  • the metal thin film 35 includes at least a film containing Ni as a main component.
  • the metal thin film 35 is formed by, for example, plating or vapor deposition.
  • the metal thin film 35 includes, for example, an electroless Ni plating film.
  • the metal thin film 35 is formed on the surface of the base material 33 except for the heat dissipation surface 18b of the second heat sink 18H.
  • a plurality of concave portions 35 a are formed in the formation portion of the mounting surface roughening portion 31 and the formation portion of the side surface roughening portion 32.
  • the film thickness of the metal thin film 35 is, for example, about 10 ⁇ m. In other words, the film thickness before laser light irradiation described later is about 10 ⁇ m.
  • the recess 35a is formed by irradiation with pulsed laser light. One recess 35a is formed for each pulse.
  • the recess 35a is a laser beam irradiation mark. Adjacent recesses 35a are continuous in the scanning direction of the laser beam. In the portion where the mounting surface roughening portion 31 and the side surface roughening portion 32 are formed, the surface of the metal thin film 35 has a scale shape due to the plurality of concave portions 35a.
  • each recess 35a is 5 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the depth of the recess 35a is 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the depth of the concave portion 35a is shallower than 0.5 ⁇ m, the surface of the metal thin film 35 is not sufficiently melted and vapor-deposited by laser light irradiation, and the uneven oxide film 30 is difficult to be formed.
  • the depth of the recess 35a is deeper than 5 ⁇ m, the surface of the metal thin film 35 is likely to be melted and scattered, and the surface formation by melting and scattering becomes more dominant than the vapor deposition, so that the uneven oxide film 30 is hardly formed.
  • the uneven oxide film 30 is an oxide film of the same metal as the main component metal constituting the metal thin film 35.
  • the uneven oxide film 30 is formed by oxidizing the metal constituting the metal thin film 35 by irradiating the metal thin film 35 with laser light.
  • the uneven oxide film 30 is an oxide film formed on the surface of the metal thin film 35 by oxidizing the surface layer of the metal thin film 35. Since the uneven oxide film 30 is formed by laser light irradiation, it can also be said to be a laser irradiation film.
  • the main component of the uneven oxide film 30 is an oxide of Ni that is the main component of the metal thin film 35.
  • the uneven oxide film 30 is formed on the surface of the recess 35 a among the surfaces of the metal thin film 35.
  • the average film thickness of the uneven oxide film 30 is set to 10 nm to several hundred nm.
  • the uneven oxide film 30 is formed following the unevenness of the surface of the metal thin film 35 having the recesses 35a. Further, unevenness is formed on the surface of the uneven oxide film 30 at a pitch finer than the width of the recess 35a. That is, very fine unevenness (roughened part) is formed. In other words, the plurality of convex portions 30a (columnar bodies) are formed at a fine pitch.
  • the average width of the protrusions 30a is 1 nm to 300 nm, and the average interval between the protrusions 30a is 1 nm to 300 nm. Further, the average height of the convex portions 30a is set to 10 nm to several hundred nm.
  • the mounting surface roughening portion 31 and the side surface roughening portion 32 are formed by the uneven oxide film 30 having very fine unevenness formed on the surface.
  • the concavo-convex oxide film 30 is provided, the wettability with respect to the solder can be reduced as compared with the configuration without the concavo-convex oxide film 30, that is, the configuration in which the surface of the metal thin film 35 is exposed. For this reason, the mounting surface roughening portion 31 can suppress the wetting and spreading of the solders 19 and 21.
  • the sealing resin body 13 is entangled with the convex portion 30a on the surface of the uneven oxide film 30, and an anchor effect is generated.
  • the contact area with the sealing resin body 13 increases due to the unevenness. Thereby, the sealing resin body 13 is in close contact with each of the mounting surface roughening portion 31 and the side surface roughening portion 32. Therefore, peeling of the sealing resin body 13 can be suppressed.
  • the uneven oxide film 30 can be formed by the following method. First, the second heat sink 18H on which the metal thin film 35 is formed is prepared.
  • the uneven oxide film 30 is formed by laser irradiation.
  • the surface of the metal thin film 35 is melted and evaporated.
  • the surface portion of the metal thin film 35 is melted, evaporated (vaporized), and suspended in the outside air.
  • Pulsed laser light energy density is large 100 J / cm 2 or less than 0 J / cm 2, the pulse width is adjusted to be equal to or less than 1 ⁇ seconds.
  • a YAG laser, a YVO 4 laser, a fiber laser, or the like can be employed.
  • the energy density may be 1 J / cm 2 or more.
  • the metal thin film 35 can be processed even at about 5 J / cm 2 , for example.
  • the laser light source and the second heat sink 18H are relatively moved to sequentially irradiate the laser light to a plurality of positions.
  • a recess 35 a is formed on the surface of the metal thin film 35.
  • the average thickness of the portion irradiated with the laser light is thinner than the average thickness of the portion not irradiated with the laser light.
  • the plurality of recesses 35a formed corresponding to the laser beam spot are continuous in the X direction and also in the Y direction. Thereby, the recessed part 35a which is a laser irradiation trace becomes scale shape, for example.
  • the molten metal thin film 35 is solidified. Specifically, the metal thin film 35 which has been melted and vaporized is deposited on the portion irradiated with the laser light and its peripheral portion. Thus, the uneven oxide film 30 is formed on the surface of the metal thin film 35 by depositing the metal thin film 35 which is melted and vaporized.
  • the uneven oxide film 30 is mainly formed in a portion of the metal thin film 35 irradiated with the laser beam.
  • the uneven oxide film 30 is not formed. Further, the uneven oxide film 30 is not formed even when continuous oscillation laser light is irradiated instead of pulse oscillation.
  • FIG. 17 shows a comparative example.
  • a code of the comparative example a value obtained by adding 100 to the code of the related element shown in the present embodiment is given.
  • an uneven oxide film is formed only on the mounting surfaces of the second heat sinks 118H and 118L. That is, it has only a mounting surface roughening part.
  • the semiconductor device 110 is sandwiched between coolers in the Z direction, and stress is applied to the semiconductor device 110 in the attached state to the cooler.
  • the semiconductor device 110 of the second heat sink 118 and the first heat sink not shown in the drawing, only the first heat sink extends from the side surface in the Y direction and extends from the sealing resin body 113.
  • a positive terminal 22p and an output terminal 123 are provided as a part. For this reason, stress concentrates on the boundary portion between the side surface 118d of the second heat sink 118H and the sealing resin body 113 and the boundary portion between the side surface 118e of the second heat sink 118H and the sealing resin body 113. Such stress concentration may cause a crack 200 (crack) as illustrated in the drawing in the sealing resin body 113. The crack 200 may occur along the X direction on the back surface 113b side.
  • the side roughening portion 32 is provided as the roughening portion by the uneven oxide film 30.
  • the side surface roughening portion 32 is formed on the side surface 18d corresponding to the side surface 14c with the extended portion in the second heat sink 18H.
  • the extended portion is formed on the side surface 18e corresponding to the side surface 14c.
  • the positive electrode terminal 22p and the output terminal 23 are connected to the side surfaces 14c of the first heat sinks 14H and 14L as extended portions. Since the positive terminal 22p and the output terminal 23 are connected to the bus bar, the first heat sinks 14H and 14L are not easily deformed by the stress of the stack. Accordingly, the stress is concentrated on the boundary portion between the side surface 18d of the second heat sink 18H and the sealing resin body 13, and on the boundary portion between the side surface 18e of the second heat sink 18H and the sealing resin body 13. However, generation of cracks can be suppressed by the side roughened portion 32 formed by the uneven oxide film 30.
  • the IGBTs 11H and 11L are arranged side by side in the X direction, whereby the first heat sinks 14H and 14L and the second heat sinks 18H and 18L are also arranged in the X direction.
  • the length of the sealing resin body 13 is increased in the X direction orthogonal to the extending direction of the positive electrode terminal 22p and the output terminal 23 which are the extending portions. For this reason, stress tends to concentrate on the boundary portion between the side surface 18d of the second heat sink 18H and the sealing resin body 13 and the boundary portion between the side surface 18e of the second heat sink 18H and the sealing resin body 13.
  • generation of cracks can be suppressed by the side roughened portion 32 formed by the uneven oxide film 30.
  • the side roughened portion 32 is provided in both the second heat sinks 18H and 18L, it is possible to suppress the occurrence of cracks even if stress acts on one of them.
  • the side surface roughening portion 32 is also provided on the side surfaces of the joint portions 20a and 20b connected to the second heat sinks 18H and 18L.
  • the side surface roughening part 32 is provided also in the thin part connected to the 2nd heat sinks 18H and 18L which are thick parts, it can suppress effectively that a crack arises.
  • a suspension lead 26b as an extending portion is connected to the side surface 14d of the first heat sinks 14H and 14L.
  • the suspension lead 26 b is a free end in the stacked structure with the cooler 50.
  • the side surface roughening portions 32 are provided on both the side surfaces 18d and 18e in the Y direction. That is, the side surface roughening portion 32 is also provided on the side surface 18e of the second heat sink 18H and the side surface 18d of the second heat sink 18H.
  • the example which uses the 2nd heat sinks 18H and 18L as a common member was shown, it is not limited to this. Different members may be employed, and the side roughened portion 32 may be provided only on the side surface 18d of the second heat sink 18H and only on the side surface 18e of the second heat sink 18L.
  • the uneven oxide film 30 may be provided on the mounting surfaces 14a of the first heat sinks 14H and 14L.
  • An uneven oxide film 30 may be provided on a portion of the lead frame 26 on the mounting surface 18a side that is sealed by the sealing resin body 13 and that excludes the mounting portion.
  • the second joint portion 20b connected to the second heat sink 18L on the lower arm side is connected to the negative electrode terminal 22n.
  • the connection of the negative electrode terminal 22n makes it difficult for the second heat sink 18L to be deformed, and it becomes more difficult to deform by connecting the negative electrode terminal 22n to the bus bar.
  • first joint portion 20a connected to the second heat sink 18H on the upper arm side is connected to the third joint portion 20c of the first heat sink 14L. None of the main terminals are connected to the second heat sink 18H and the first joint portion 20a. For this reason, in the laminated structure with the cooler 50, stress tends to concentrate on the boundary portion between the side surface 18d of the second heat sink 18H and the sealing resin body 13.
  • the side surface roughening portion 32 is formed only on the side surface 18d of the side surface 18d of the second heat sink 18H and the side surface 18e of the second heat sink 18L. As described above, since the side surface roughening portion 32 is provided only on the side surface 18d where stress is likely to concentrate, the generation of cracks in the sealing resin body 13 is suppressed while the laser light irradiation region is limited to a narrower range. can do.
  • the side surface roughening portion 32 is formed not only on the side surfaces 18 d and 18 e in the Y direction but also on the side surfaces in the X direction among the side surfaces of the second heat sinks 18 ⁇ / b> H and 18 ⁇ / b> L. Yes. Specifically, of the side surfaces in the X direction, the second heat sinks 18H and 18L are formed not on the surfaces facing each other, that is, on the joint portions 20a and 20b, but on the side surface 18f opposite to the facing surface. . The side surface 18f corresponds to the third side surface.
  • the example of the 2-in-1 package structure provided with two semiconductor elements was shown as the semiconductor device 10, it is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to a 1 in 1 package structure including one semiconductor element constituting one arm and a 6 in 1 package structure including six semiconductor elements constituting upper and lower arms for three phases.
  • a 1 in 1 package there is only one pair of the first heat sink and the second heat sink, and the main terminal is connected to the side surface of the first heat sink and the main terminal is not connected to the side surface of the second heat sink in the Y direction. it can.
  • the main terminal is connected to the side surface in the X direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the IGBTs 11H and 11L and the FWDs 12H and 12L may be separate elements.
  • Reference numeral 36 shown in FIG. 21 denotes a mounting surface roughening portion formed on the mounting surface side of the lead frame 26.
  • the present invention is not limited thereto. It is good also as a structure by which at least one of the thermal radiation surfaces 14b and 18b was covered with the sealing resin body 13.
  • the metal constituting the metal thin film 35 is not limited to Ni. That is, the uneven oxide film 30 is not limited to Ni oxide.
  • the uneven oxide film 30 may be an oxide film of the same metal as the metal constituting the metal thin film 35.

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Abstract

半導体装置は、冷却器と積層され、積層方向において冷却器に挟まれて保持される。半導体装置は、両面に主電極を有するＩＧＢＴ、Ｚ方向においてＩＧＢＴを挟むように配置され、一面側の主電極と電気的に接続された第１ヒートシンク（１４Ｈ，１４Ｌ）、及び、裏面側の主電極と電気的に接続された第２ヒートシンク（１８Ｈ，１８Ｌ）、封止樹脂体、第１ヒートシンクであって、Ｙ方向の側面（１４ｃ）に連なり、側面（１４ｃ）からＹ方向に延設された正極端子（２２ｐ）及び出力端子（２３）、ヒートシンクの表面に形成された凹凸酸化膜を備える。凹凸酸化膜は、各ヒートシンクの実装面に形成された実装面粗化部と、第２ヒートシンク（１８Ｈ，１８Ｌ）において側面（１４ｃ）に対応する側面（１８ｄ，１８ｅ）に形成された側面粗化部（３２）を有する。

Description

半導体装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年３月２９日に出願された日本出願番号２０１８－６４２０９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　この明細書における開示は、半導体装置に関する。
　特許文献１には、両面に主電極を有する半導体素子、半導体素子を挟むように配置された放熱部（ヒートシンク）、放熱部の少なくとも一部及び半導体素子を一体的に封止する封止樹脂体を備えた半導体装置が開示されている。
　半導体装置は、放熱部として、一面側の主電極と接続された第１放熱部と、裏面側の主電極と接続された第２放熱部を有している。各放熱部の実装面には、主電極との接続部を取り囲むように凹凸酸化膜が形成されている。凹凸酸化膜の表面は連続して凹凸をなしており、封止樹脂体との密着性を向上することができる。
特開２０１６－１９７７０６号公報
　凹凸酸化膜は、金属薄膜にレーザ光を照射することで金属薄膜上に形成された、金属薄膜の主成分金属と同じ金属の酸化物膜である。このような凹凸酸化膜は、低エネルギー密度（１００Ｊ／ｃｍ２以下）でパルス発振のレーザ光を金属薄膜に照射することにより形成できる。レーザ光を用いるため、封止樹脂体との密着性を向上するためにポリアミドなどを成膜する構成に較べて、所望の部分のみに形成することができる。凹凸酸化膜は、半導体装置において、各放熱部の実装面に形成されている。
　上記構成の半導体装置は、たとえば冷却器と交互に積層され、冷却器の間に保持される。半導体装置は積層方向において冷却器に挟まれ、冷却器への取り付け状態で半導体装置に応力が作用する。第１放熱部のみに、積層方向と直交する一方向の側面に連なり、この側面から一方向に延設されて封止樹脂体から突出する延設部が設けられていると、延設部が連なっていない第２放熱部と封止樹脂体との境界部分に、上記した応力が集中する。具体的には、第２放熱部の一方向の側面であって延設部側の面と封止樹脂体との境界部分に応力が集中する。このような応力集中により、封止樹脂体にクラックが生じる虞がある。
　本開示は、冷却器との積層により発生する応力により封止樹脂体にクラックが生じるのを抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、半導体装置は、
　冷却器と積層され、積層方向において冷却器に挟まれて保持される半導体装置であって、
　積層方向の一面及び一面と反対の裏面のそれぞれに形成された主電極を有する少なくとも１つの半導体素子と、
　積層方向において半導体素子を挟むように配置された放熱部であり、一面側の主電極と電気的に接続された第１放熱部、及び、裏面側の主電極と電気的に接続された第２放熱部と、
　第１放熱部の少なくとも一部、第２放熱部の少なくとも一部、及び半導体素子を一体的に封止する封止樹脂体と、
　放熱部のうちの第１放熱部であって、積層方向と直交する一方向の第１側面に連なり、第１側面から一方向に延設されて封止樹脂体から突出する延設部と、
　放熱部の表面であって封止樹脂体による封止部分に形成された皮膜であり、金属薄膜、及び、金属薄膜上に形成され、金属薄膜の主成分の金属と同じ金属の酸化物の膜であって表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜と、
を備え、
　凹凸酸化膜は、各放熱部の実装面において主電極との接続部を取り囲むように形成された実装面粗化部と、第２放熱部において第１側面に対応する第２側面に形成された側面粗化部と、を有する。
　この半導体装置によれば、凹凸酸化膜による粗化部として、実装面粗化部に加えて、側面粗化部を有している。側面粗化部は、第２放熱部において、延設部が連なった第１側面に対応する第２側面に形成されている。側面粗化部を設けることで、冷却器との積層構造において、応力が集中する第２側面と封止樹脂体との境界部分の密着性が従来よりも高くなっている。したがって、封止樹脂体との密着性の高い部分を局所的に設けつつも、冷却器との積層により応力が作用する半導体装置において、封止樹脂体にクラックが生じるのを抑制することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態の半導体装置が適用される電力変換装置の概略構成を示す図である。 半導体装置を示す斜視図である。 半導体装置を示す平面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 図３のV-V線に沿う断面図である。 リードフレームを示す斜視図である。 半導体素子及びターミナルを実装した状態を示す斜視図である。 半導体素子及びターミナルを実装した状態を示す平面図である。 図８の領域IXを拡大した図である。 第２ヒートシンクを実装した状態を示す斜視図である。 封止樹脂体を形成した状態を示す斜視図である。 切削後の状態を示す斜視図である。 冷却器との積層構造を示す図である。 第２ヒートシンクの詳細構造を示す斜視図である。 別の角度から見た第２ヒートシンクの斜視図である。 図１４のXVI-XVI線に沿う断面図である。 参考例を示す平面図であり、図３に対応している。 側面粗化部を示す斜視図であり、図１０に対応している。 第２実施形態の半導体装置において、側面粗化部を示す斜視図であり、図１０に対応している。 第３実施形態の半導体装置において、側面粗化部を示す斜視図であり、図１０に対応している。 その他の例を示す平面図である。
　図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体素子（ＩＧＢＴ）の厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、半導体素子の並び方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。特に断わりのない限り、ＸＹ面視したときの形状（ＸＹ平面に沿う形状）を平面形状とする。ＸＹ面視は、Ｚ方向の投影視とも言える。Ｚ方向が積層方向に相当し、Ｙ方向が一方向又は第１方向に相当する。Ｘ方向が第２方向に相当する。
　（第１実施形態）
　以下において、符号末尾のＨは、上下アームのうち、上アーム側の要素であることを示し、末尾のＬは、下アーム側の要素であることを示す。要素の一部には、上アーム及び下アームを明確にするために末尾にＨ，Ｌを付与し、別の一部については、上アームと下アームとで共通符号としている。
　（電力変換装置の概略構成）
　図１に示す電力変換装置１は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される。電力変換装置１は、車両に搭載された直流電源２から供給される直流電圧を、三相交流に変換して、三相交流方式のモータ３に出力するように構成されている。モータ３は、車両の走行駆動源として機能する。電力変換装置１は、モータ３により発電された電力を、直流に変換して直流電源２に充電することもできる。このように、電力変換装置１は、双方向の電力変換が可能となっている。
　電力変換装置１は、平滑コンデンサ４及びインバータ５を備えている。平滑コンデンサ４の正極側の端子は、直流電源２の高電位側の電極である正極に接続され、負極側の端子は、直流電源２の低電位側の電極である負極に接続されている。インバータ５は、入力された直流電力を所定周波数の三相交流に変換し、モータ３に出力する。インバータ５は、モータ３により発電された交流電力を、直流電力に変換する。
　インバータ５は、６つのアームよりなる。インバータ５は、三相分の上下アームにより構成されている。各相の上下アームは、正極側の電源ラインである正極側ライン６と、負極側の電源ラインである負極側ライン７との間で、２つのアームが直列に接続されてなる。正極側ライン６は高電位電源ライン、負極側ライン７は低電位電源ラインとも称される。各相の上下アームにおいて、上アームと下アームとの接続点は、モータ３への出力ライン８に接続されている。
　本実施形態では、各アームを構成する半導体素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと示す）を採用している。半導体装置１０は、直列接続された２つのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを備えている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのそれぞれには、還流用のダイオードであるＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌが逆並列に接続されている。このように、一相分の上下アームは、２つのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを有して構成されている。図１に示す符号１１ｇは、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのゲート電極である。このように、半導体素子はゲート電極１１ｇを有している。
　また、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌとしてｎチャネル型を採用している。上アームを構成するＩＧＢＴ１１Ｈのコレクタ電極１１ｃが、正極側ライン６と電気的に接続されている。下アームを構成するＩＧＢＴ１１Ｌのエミッタ電極１１ｅが、負極側ライン７と電気的に接続されている。そして、上アーム側のＩＧＢＴ１１Ｈのエミッタ電極１１ｅと、下アーム側のＩＧＢＴ１１Ｌのコレクタ電極１１ｃが相互に接続されている。
　電力変換装置１は、上記した平滑コンデンサ４及びインバータ５に加えて、直流電源２から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ、インバータ５や昇圧コンバータを構成する半導体素子の動作を制御するゲート駆動回路などを備えてもよい。
　（半導体装置の概略構成）
　図２～図１２に示すように、半導体装置１０は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、封止樹脂体１３、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、ターミナル１６、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌ、継手部２０、電源端子２２、出力端子２３、及び信号端子２４を備えている。図４～図１１では、便宜上、後述する凹凸酸化膜３０（粗化部）を省略している。
　半導体素子としてのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体基板に構成されている。本実施形態では、上記したようにＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌがいずれもｎチャネル型とされている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌには、ＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌも一体的に形成されている。詳しくは、ＩＧＢＴ１１ＨにＦＷＤ１２Ｈが形成され、ＩＧＢＴ１１ＬにＦＷＤ１２Ｌが形成されている。このように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌとして、ＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴを採用している。ＩＧＢＴ１１Ｈが上アーム素子に相当し、ＩＧＢＴ１１Ｌが下アーム素子に相当する。
　ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、Ｚ方向に電流が流れるように縦型構造をなしている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌには、上記したゲート電極１１ｇもそれぞれ形成されている。ゲート電極１１ｇはトレンチ構造をなしている。図４及び図５に示すように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの厚み方向、すなわちＺ方向において、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの一面にコレクタ電極１１ｃがそれぞれ形成され、一面と反対の裏面にエミッタ電極１１ｅがそれぞれ形成されている。コレクタ電極１１ｃはＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌのカソード電極も兼ねており、エミッタ電極１１ｅはＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌのアノード電極も兼ねている。コレクタ電極１１ｃが一面側の主電極に相当し、エミッタ電極１１ｅが裏面側の主電極に相当する。
　ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、互いにほぼ同じ平面形状、詳しくは平面略矩形状をなすとともに、互いにほぼ同じ大きさとほぼ同じ厚みを有している。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、互いに同じ構成となっている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、お互いのコレクタ電極１１ｃがＺ方向における同じ側となり、お互いのエミッタ電極１１ｅがＺ方向における同じ側となるように配置されている。ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌは、Ｚ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、Ｘ方向に横並びで配置されている。
　図９に示すように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの裏面、すなわちエミッタ電極形成面には、信号用の電極であるパッド１１ｐが形成されている。パッド１１ｐは、エミッタ電極１１ｅとは別の位置に形成されている。パッド１１ｐは、エミッタ電極１１ｅと電気的に分離されている。パッド１１ｐは、Ｙ方向において、エミッタ電極１１ｅの形成領域とは反対側の端部に形成されている。
　本実施形態では、各ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌが、それぞれ６つのパッド１１ｐを有している。詳しくは、６つのパッド１１ｐとして、ゲート電極１１ｇ用、ダミーゲート電極用、エミッタ電極１１ｅの電位を検出するケルビンエミッタ用、電流センス用、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの温度を検出する温度センサ（感温ダイオード）のアノード電位用、同じくカソード電位用を有している。６つのパッドは、平面略矩形状のＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌにおいて、Ｙ方向の一端側にまとめて形成されるとともに、Ｘ方向に並んで形成されている。なお、ダミーゲート電極とは、反転層（チャネル）の発生に寄与しないゲート電極である。
　封止樹脂体１３は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを封止している。封止樹脂体１３は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体１３は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体１３は、Ｚ方向に直交する一面１３ａと、一面１３ａと反対の裏面１３ｂと、一面１３ａと裏面１３ｂとをつなぐ側面を有している。一面１３ａ及び裏面１３ｂは、たとえば平坦面となっている。
　第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たす。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、配線としての機能も果たす。このため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌが、Ｚ方向からの投影視において、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを内包するように設けられている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌに対して、封止樹脂体１３の一面１３ａ側に配置されている。
　第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのコレクタ電極１１ｃと、はんだ１５を介して接続されている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌが、第１放熱部に相当する。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌそれぞれの大部分は封止樹脂体１３によって覆われている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの表面のうち、実装面１４ａにはんだ１５が接続され、実装面１４ａとは反対の放熱面１４ｂが、封止樹脂体１３から露出されている。放熱面１４ｂは、一面１３ａと略面一となっている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの表面のうち、実装面１４ａの一部及び放熱面１４ｂを除く部分は、封止樹脂体１３によって覆われている。
　詳しくは、第１ヒートシンク１４Ｈの実装面１４ａに、ＩＧＢＴ１１Ｈのコレクタ電極１１ｃが、はんだ１５を介して接続されている。第１ヒートシンク１４Ｌの実装面１４ａに、ＩＧＢＴ１１Ｌのコレクタ電極１１ｃが、はんだ１５を介して接続されている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの放熱面１４ｂは、封止樹脂体１３の一面１３ａから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。
　ターミナル１６は、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌと第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌとの間に介在している。ターミナル１６は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌと第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌとの熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。ターミナル１６は、エミッタ電極１１ｅに対向配置され、はんだ１７を介してエミッタ電極１１ｅと接続されている。ターミナル１６は、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌごとに設けられている。
　第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌも、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ同様、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌの熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たす。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、配線としての機能も果たす。本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌが、Ｚ方向からの投影視において、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを内包するように設けられている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、Ｚ方向において、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌに対し、封止樹脂体１３の裏面１３ｂ側に配置されている。
　第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのエミッタ電極１１ｅと電気的に接続されている。詳しくは、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、対応するエミッタ電極１１ｅと、はんだ１７、ターミナル１６、及びはんだ１９を介して、電気的に接続されている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌが、第２放熱部に相当する。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの大部分は封止樹脂体１３によって覆われている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの表面のうち、実装面１８ａにはんだ１９が接続されており、実装面１８ａとは反対の放熱面１８ｂが封止樹脂体１３から露出されている。放熱面１８ｂは、裏面１３ｂと略面一となっている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの表面のうち、実装面１８ａの一部及び放熱面１８ｂを除く部分は、封止樹脂体１３によって覆われている。
　詳しくは、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａに、ＩＧＢＴ１１Ｈに対応するターミナル１６が、はんだ１９を介して接続されている。第２ヒートシンク１８Ｌの実装面１８ａに、ＩＧＢＴ１１Ｌに対応するターミナル１６が、はんだ１９を介して接続されている。それぞれの実装面１８ａには、溢れたはんだ１９を吸収するための溝１８ｃが形成されている。溝１８ｃは、Ｚ方向からの投影視において、エミッタ電極１１ｅ、すなわちターミナル１６を取り囲むように環状に形成されている。
　第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。そして、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの放熱面１８ｂが、封止樹脂体１３の裏面１３ｂから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌを共通部材としており、第２ヒートシンク１８Ｈと第２ヒートシンク１８Ｌとの配置はＺ軸を回転軸とする２回対称となっている。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、Ｙ方向の側面１８ｄ，１８ｅを有している。第２ヒートシンク１８Ｈにおいて側面１８ｄが側面１４ｃに対応しており、第２ヒートシンク１８Ｌにおいて側面１８ｅが側面１４ｃに対応している。このため、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄ及び第２ヒートシンク１８Ｌの側面１８ｅが、第２側面に相当する。第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄ及び第２ヒートシンク１８Ｌの側面１８ｅは、Ｙ方向において側面１４ｃと同じ側の面であり、Ｙ方向に延びる部材が連なっていない。
　継手部２０は、第１継手部２０ａ、第２継手部２０ｂ、及び第３継手部２０ｃを有している。第１継手部２０ａ及び第３継手部２０ｃは、上アーム側の第２ヒートシンク１８Ｈと、下アーム側の第１ヒートシンク１４Ｌとを電気的に接続している。図５及び図１０に示すように、第２継手部２０ｂは、下アーム側の第２ヒートシンク１８Ｌと負極端子２２ｎとを電気的に接続している。
　本実施形態において、第１継手部２０ａは、同一の金属板を加工することで第２ヒートシンク１８Ｈと一体的に設けられている。また、第２継手部２０ｂは、同一の金属板を加工することで第２ヒートシンク１８Ｌと一体的に設けられている。第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈと、第２継手部２０ｂを含む第２ヒートシンク１８Ｌとを共通部材としており、半導体装置１０においてこれらの配置は、Ｚ軸を回転軸とする２回対称となっている。
　第１継手部２０ａは、封止樹脂体１３に被覆されるように、第２ヒートシンク１８Ｈよりも薄く設けられている。第１継手部２０ａは、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａと略面一となるように、第２ヒートシンク１８Ｈに連なっている。第１継手部２０ａは、薄板状をなしており、第２ヒートシンク１８Ｈにおける第２ヒートシンク１８Ｌ側の側面からＸ方向に延びている。第１継手部２０ａ及び第２ヒートシンク１８Ｈを有する部材において、第２ヒートシンク１８Ｈは、エミッタ電極１１ｅと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、第１継手部２０ａは、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である第１継手部２０ａは、厚肉部である第２ヒートシンク１８Ｈの側面からＸ方向に延設されており、Ｙ方向に延設されていない。第１継手部２０ａにおいて、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａに連なる面には、はんだ２１を介して第３継手部２０ｃが接続されている。
　第２継手部２０ｂも、封止樹脂体１３に被覆されるように、第２ヒートシンク１８Ｌよりも薄く設けられている。第２継手部２０ｂは、第２ヒートシンク１８Ｌの実装面１８ａと略面一となるように、第２ヒートシンク１８Ｌに連なっている。第２継手部２０ｂは、薄板状をなしており、第２ヒートシンク１８Ｌにおける第２ヒートシンク１８Ｌ側の側面からＸ方向に延びている。
　第２継手部２０ｂ及び第２ヒートシンク１８Ｌを有する部材において、第２ヒートシンク１８Ｌは、エミッタ電極１１ｅと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、第２継手部２０ｂは、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である第２継手部２０ｂは、厚肉部である第２ヒートシンク１８Ｌの側面からＸ方向に延設されており、Ｙ方向に延設されていない。第２継手部２０ｂにおいて、第２ヒートシンク１８Ｌの実装面１８ａに連なる面には、はんだ２１を介して負極端子２２ｎが接続されている。
　第１継手部２０ａ及び第２継手部２０ｂそれぞれの実装面１８ａに連なる面には、溢れたはんだ２１を吸収するための溝２０ｄが形成されている。溝２０ｄは、環状に形成されている。以下において、第１継手部２０ａ及び第２継手部２０ｂを、単に継手部２０ａ，２０ｂとも称する。
　本実施形態では、はんだ１５，１７，１９，２１として、Ｎｉボール入りのはんだを採用している。Ｎｉボールとしては、超音波探傷装置（SAT：Scanning Acoustic Tomograph）での検査が可能なはんだ厚を確保できる直径、たとえば４０μｍ以上を有していればよい。これにより、はんだ１５，１７，１９，２１のいずれについても、たとえばボイドの検出が可能となる。
　第３継手部２０ｃも、同一の金属板を加工することで第１ヒートシンク１４Ｌと一体的に設けられている。第３継手部２０ｃは、封止樹脂体１３に被覆されるように、第１ヒートシンク１４Ｌよりも薄く設けられている。第３継手部２０ｃは、第１ヒートシンク１４Ｌの実装面１４ａに略面一で連なっている。第３継手部２０ｃは、第１ヒートシンク１４Ｌにおける第１ヒートシンク１４Ｈ側の側面から、第２ヒートシンク１８Ｈに向けて延設されている。
　第３継手部２０ｃは、Ｚ方向からの平面視において、Ｘ方向に延設されている。本実施形態では、図４に示すように、第３継手部２０ｃが屈曲部を２箇所有している。第３継手部２０ｃの先端部分は、Ｚ方向からの投影視において、第１継手部２０ａと重なっている。そして、第３継手部２０ｃと第１継手部２０ａとが、はんだ２１を介して接続されている。第３継手部２０ｃは、Ｙ方向において、第２継手部２０ｂと横並びとなるように設けられている。
　なお、第１継手部２０ａを、第２ヒートシンク１８Ｈとは別部材とし、第２ヒートシンク１８Ｈに接続することで第２ヒートシンク１８Ｈに連なる構成としてもよい。第２継手部２０ｂを、第２ヒートシンク１８Ｌとは別部材とし、第２ヒートシンク１８Ｌに接続することで第２ヒートシンク１８Ｌに連なる構成としてもよい。また、第３継手部２０ｃを、第１ヒートシンク１４Ｌとは別部材とし、第１ヒートシンク１４Ｌに接続することで第１ヒートシンク１４Ｌに連なる構成としてもよい。第１継手部２０ａ及び第３継手部２０ｃの一方のみにより、上アームと下アームとを電気的に接続することもできる。
　電源端子２２は、正極端子２２ｐ及び負極端子２２ｎを有している。正極端子２２ｐは、平滑コンデンサ４の正極側の端子と電気的に接続される。正極端子２２ｐは、正極側ライン６と電気的に接続される。正極端子２２ｐは、主電流が流れる主端子である。正極端子２２ｐは、高電位電源端子、Ｐ端子とも称される。正極端子２２ｐは、第１ヒートシンク１４Ｈに連なっており、第１ヒートシンク１４Ｈの側面のうち、Ｙ方向において信号端子２４側の面とは反対の側面１４ｃからＹ方向に延設されている。正極端子２２ｐが延設部又は第１主端子に相当し、側面１４ｃが第１側面に相当する。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、正極端子２２ｐが第１ヒートシンク１４Ｈと一体的に設けられている。正極端子２２ｐは、第１ヒートシンク１４ＨにおけるＹ方向の一端に連なっている。正極端子２２ｐは、Ｙ方向に延設され、図３に示すように、封止樹脂体１３の側面１３ｃから外部に突出している。
　第１ヒートシンク１４Ｈ及び正極端子２２ｐを構成する金属板として異形条を採用しており、正極端子２２ｐは薄板状をなしている。正極端子２２ｐ及び第１ヒートシンク１４Ｈを有する部材において、第１ヒートシンク１４Ｈは、コレクタ電極１１ｃと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、正極端子２２ｐは、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である正極端子２２ｐは、厚肉部である第１ヒートシンク１４Ｈの側面１４ｃからＹ方向に延設され、封止樹脂体１３の側面１３ｃから突出している。
　負極端子２２ｎは、平滑コンデンサ４の負極側の端子と電気的に接続される。負極端子２２ｎは、負極側ライン７と電気的に接続される。負極端子２２ｎは、主電流が流れる主端子である。負極端子２２ｎは、低電位電源端子、Ｎ端子とも称される。負極端子２２ｎは、その一部が、Ｚ方向からの投影視において第３継手部２０ｃと重なるように配置されている。負極端子２２ｎは、Ｚ方向において、第３継手部２０ｃよりもＩＧＢＴ１１Ｌに近い位置に配置されている。負極端子２２ｎと第３継手部２０ｃも、はんだ２１を介して接続されている。
　負極端子２２ｎは、Ｙ方向に延設されて、正極端子２２ｐと同じ側面１３ｃから外部に突出している。図５及び図６などに示すように、負極端子２２ｎのうち、第２継手部２０ｂとの接続部分の厚みは、他の部分の厚み、たとえば封止樹脂体１３から外に突出した部分の厚みよりも厚くされている。
　出力端子２３は、上下アームの接続点と電気的に接続される。出力端子２３は、主電流が流れる主端子である。出力端子２３は、モータ３の対応する相のコイル（固定子巻線）と電気的に接続される。出力端子２３は、交流端子、Ｏ端子とも称される。出力端子２３は、第１ヒートシンク１４Ｌに連なっており、第１ヒートシンク１４Ｌの側面のうち、Ｙ方向において信号端子２４側の面とは反対の側面１４ｃから、Ｙ方向であって正極端子２２ｐと同じ側に延設されている。出力端子２３が延設部又は第２主端子に相当し、第１ヒートシンク１４Ｌの側面１４ｃが第１側面に相当する。
　本実施形態では、同一の金属板を加工することで、出力端子２３が第１ヒートシンク１４Ｌと一体的に設けられている。出力端子２３は、第１ヒートシンク１４ＬにおけるＹ方向の一端に連なっている。出力端子２３は、Ｙ方向に延設されて、正極端子２２ｐ及び負極端子２２ｎと同じ側面１３ｃから外部に突出している。
　第１ヒートシンク１４Ｌ及び出力端子２３を構成する金属板として異形条を採用しており、出力端子２３は薄板状をなしている。出力端子２３及び第１ヒートシンク１４Ｌを有する部材において、第１ヒートシンク１４Ｌは、コレクタ電極１１ｃと接続され、放熱機能を果たす厚肉部に相当し、出力端子２３は、厚肉部よりも薄くされ、電気的な中継機能を果たす薄肉部に相当する。薄肉部である出力端子２３は、厚肉部である第１ヒートシンク１４Ｌの側面１４ｃからＹ方向に延設され、封止樹脂体１３の側面１３ｃから突出している。
　正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３それぞれの封止樹脂体１３からの突出部分は、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。また、Ｘ方向において、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３の順に並んで配置されている。このように、正極端子２２ｐの隣りに、負極端子２２ｎが配置されている。
　正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３は、少なくとも封止樹脂体１３から突出部分において略平板状とされ、Ｚ方向の厚みが互いに略等しくされている。よって、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３それぞれの突出部分の厚みが、互いに略等しくされている。また、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３それぞれの突出部分の幅が、互いに略等しくされている。ここで、幅とは、側面１３ｃからの突出方向であるＹ方向及び板厚方向であるＺ方向の両方向に直交する方向、すなわちＸ方向の長さである。
　また、正極端子２２ｐの突出長さが、負極端子２２ｎの突出長さよりも短くされている。ここで、突出長さとは、封止樹脂体１３の側面１３ｃを位置の基準として、外部に延設された長さである。本実施形態では、出力端子２３の突出長さが、負極端子２２ｎの突出長さよりも長くされている。すなわち、突出長さは、正極端子２２ｐが最も短くされ、出力端子２３が最も長くされている。負極端子２２ｎの突出長さは、中間の長さとされている。
　なお、正極端子２２ｐを、第１ヒートシンク１４Ｈとは別部材とし、第１ヒートシンク１４Ｈに接続することで第１ヒートシンク１４Ｈに連なる構成としてもよい。負極端子２２ｎを、第３継手部２０ｃ、ひいては第２ヒートシンク１８Ｌと同一の金属板から構成してもよい。出力端子２３を、第１ヒートシンク１４Ｌとは別部材とし、第１ヒートシンク１４Ｌに接続することで第１ヒートシンク１４Ｌに連なる構成としてもよい。
　電源端子２２及び出力端子２３には、後述する冷却器との積層状態で、図示しないバスバーがそれぞれ接続される。バスバーは、正極側ライン６、負極側ライン７、出力ライン８を構成する。バスバーは、たとえばレーザ溶接により、対応する電源端子２２、出力端子２３と接続される。
　信号端子２４は、図７～図９に示すように、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのパッド１１ｐに、ボンディングワイヤ２５を介して電気的に接続されている。本実施形態では、アルミニウム系のボンディングワイヤ２５を採用している。信号端子２４は、Ｙ方向に延設されており、図３に示すように、封止樹脂体１３において側面１３ｃとは反対の側面１３ｄから外部に突出している。
　半導体装置１０は、ＩＧＢＴ１１Ｈ用に５本の信号端子２４を有し、ＩＧＢＴ１１Ｌ用に５本の信号端子２４を有している。それぞれの５本の信号端子２４のうち、１本の信号端子２４ａは、残りの信号端子２４ｂよりもボンディングワイヤ２５が接続される領域のＸ方向の幅が広くされている。信号端子２４ａには、エミッタ電極１１ｅの電位を検出するケルビンエミッタ用のパッド１１ｐとダミーゲート電極用のパッド１１ｐが、それぞれボンディングワイヤ２５を介して接続されている。これにより、ダミーゲート電極がエミッタ電位に固定されている。ゲート電極１１ｇ用、電流センス用、温度センサのアノード電位用、カソード電位用のパッド１１ｐについては、互いに異なる信号端子２４ｂに接続されている。
　図６などに示すように、本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、第３継手部２０ｃ、正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、出力端子２３、及び信号端子２４が、同一の金属板であるリードフレーム２６から構成されている。リードフレーム２６は、上記以外にも、外枠２６ａ、吊りリード２６ｂ、及びタイバー２６ｃなどを有している。リードフレーム２６において、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ及び負極端子２２ｎの一部分が厚肉部とされており、それ以外の部分は厚肉部よりも厚みの薄い薄肉部とされている。
　Ｙ方向において、第１ヒートシンク１４Ｈは、側面１４ｃから延設された正極端子２２ｐを介して外枠２６ａに連結されている。第１ヒートシンク１４Ｌも、側面１４ｃから延設された出力端子２３を介して外枠２６ａに連結されている。また、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌにおける側面１４ｃと反対の側面１４ｄには、吊りリード２６ｂが連なっている。吊りリード２６ｂは、側面１４ｄからＹ方向に延設され、外枠２６ａに連結されている。
　主端子である正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３は、Ｙ方向においてそれぞれの一端が外枠２６ａに連なっている。また、Ｘ方向に延びるタイバー２６ｃにより、相互に連結されている。信号端子２４は、タイバー２６ｃにより、外枠２６ａ及び吊りリード２６ｂに連結されている。信号端子２４において、ボンディングワイヤ２５が接続される端部とは反対の端部は、外枠２６ａに連結されておらず、フリーとなっている。
　以上のように構成される半導体装置１０では、封止樹脂体１３により、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌそれぞれの一部、ターミナル１６、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌそれぞれの一部、電源端子２２それぞれの一部、出力端子２３の一部、及び信号端子２４の一部が、一体的に封止されている。半導体装置１０では、封止樹脂体１３によって、一相分の上下アームを構成する２つのＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌが封止されている。このため、半導体装置１０は、２ｉｎ１パッケージとも称される。
　第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌそれぞれの放熱面１４ｂは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体１３の一面１３ａと略面一となっている。同じく、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌそれぞれの放熱面１８ｂは、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体１３の裏面１３ｂと略面一となっている。このように、半導体装置１０は、放熱面１４ｂ，１８ｂがともに封止樹脂体１３から露出された両面放熱構造をなしている。
　（半導体装置１０の製造方法）
　製造方法の概略について説明する。先ず、半導体装置１０を構成する各要素を準備する。たとえば図６に示すリードフレーム２６を準備する。また、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、ターミナル１６、第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈ、第２継手部２０ｂを含む第２ヒートシンク１８Ｌをそれぞれ準備する。第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌは、上記したように共通部材である。
　次いで、リードフレーム２６における第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの実装面１４ａ上に、はんだ１５を介して、対応するＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを配置する。その際、コレクタ電極１１ｃが実装面１４ａと対向するように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌを配置する。次に、たとえば予め両面にはんだ１７，１９が迎えはんだとして配置されたターミナル１６を、はんだ１７がＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ側となるように配置する。はんだ１９については、半導体装置１０における高さばらつきを吸収可能な量、配置しておく。また、第３継手部２０ｃ及び負極端子２２ｎ上にはんだ２１を配置しておく。
　そして、この積層状態で、はんだの１ｓｔリフローを実施する。これにより、はんだ１５を介して、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのコレクタ電極１１ｃと対応する第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌとが接続される。また、はんだ１７を介して、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのエミッタ電極１１ｅと対応するターミナル１６とが接続される。すなわち、リードフレーム２６、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ、及びターミナル１６が一体化された接続体を得ることができる。リフロー後、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのパッド１１ｐと信号端子２４を、ボンディングワイヤ２５により接続する。図７、図８、図９は、ボンディング後の接続体を示している。
　次いで、実装面１８ａが上になるようにして第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌを図示しない台座上に配置する。そして、ターミナル１６が第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌに対向するように、接続体を第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌ上に配置し、はんだの２ｎｄリフローを実施する。２ｎｄリフローでは、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ側から荷重を加えることで、半導体装置１０の高さが所定高さとなるようにする。詳しくは、図示しないスペーサを、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌと台座との間に配置し、スペーサを、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌと台座の両方に接触させる。このようにして、半導体装置１０の高さが所定高さとなるようにする。図１０は、２ｎｄリフロー後の状態を示している。
　次いで、トランスファモールド法により封止樹脂体１３の成形を行う。本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ及び第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌが完全に被覆されるように、封止樹脂体１３を成形する。図１１は、成形後の状態を示している。
　次いで、成形した封止樹脂体１３を第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの一部ごと切削することにより、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの放熱面１４ｂを露出させる。これにより、放熱面１４ｂは一面１３ａと略面一となる。同じく、封止樹脂体１３を第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの一部ごと切削することにより、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの放熱面１８ｂを露出させる。これにより、放熱面１８ｂは裏面１３ｂと略面一となる。
　図１２は、切削後の状態を示している。なお、放熱面１４ｂ，１８ｂを成形金型のキャビティ壁面に押し当て、密着させた状態で、封止樹脂体１３を成形してもよい。この場合、封止樹脂体１３を成形した時点で、放熱面１４ｂ，１８ｂが封止樹脂体１３から露出される。このため、成形後の切削が不要となる。
　次いで、外枠２６ａ及びタイバー２６ｃなど、リードフレーム２６の不要部分を除去する。これにより、半導体装置１０を得ることができる。
　（冷却器との積層構造）
　図１３に示すように、半導体装置１０は、冷却器５０と交互に積層され、冷却器５０とともにパワーモジュールを構成する。冷却器５０は、内部に冷媒が流通され、Ｚ方向において各半導体装置１０の両面側にそれぞれ配置されて、半導体装置１０を両面側から冷却する。冷却器５０は、冷媒が流れる通路を内部に有するように、管状（チューブ状）に形成されている。また、Ｚ方向において、半導体装置１０と冷却器５０とが交互に積層されるように、隣り合う冷却器５０の間に所定間隔を有して配置されている。このように，Ｚ方向が、積層方向に相当する。
　冷却器５０は、Ｘ方向の一端側で、上流側連結部５１により、隣り合う冷却器５０同士が連結されている。上流側連結部５１は、供給された冷媒（図１３中、矢印Ｒ）を、各冷却器５０に分配する機能を果たす。一方、Ｘ方向の他端側で、下流側連結部５２により、隣り合う冷却器５０同士が連結されている。この下流側連結部５２は、各冷却器５０に分配された冷媒を合流させる機能を果たす。
　図１３に示すパワーモジュールは、インバータ５の三相分の上下アームを構成する３つの半導体装置１０と、各半導体装置１０を両面側から冷却するように、半導体装置１０と交互に積層された複数の冷却器５０を備えている。半導体装置１０は、Ｚ方向において冷却器５０によって挟まれている。封止樹脂体１３の大部分は、隣り合う冷却器５０の対向領域内に配置されている。正極端子２２ｐ、負極端子２２ｎ、及び出力端子２３は、対応するバスバーとの接続のため、対向領域の外まで延設されている。
　（凹凸酸化膜）
　図１４及び図１５は、第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈを示している。第２ヒートシンク１８Ｈには、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜３０が形成されている。このように、半導体装置１０は、凹凸酸化膜３０を備えている。凹凸酸化膜３０は、レーザ光を照射することで形成されている。第２継手部２０ｂを含む第２ヒートシンク１８Ｌも、共通構造であるため、同様の構成となっている。以下では、第２ヒートシンク１８Ｈを例に説明する。
　図１４及び図１５に示すように、凹凸酸化膜３０は、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａと側面１８ｄ，１８ｅにそれぞれ形成されている。半導体装置１０は、凹凸酸化膜３０による粗化部として、実装面粗化部３１及び側面粗化部３２を有している。明確化のため、図１４では、凹凸酸化膜３０の形成領域にハッチングを施している。
　実装面粗化部３１は、実装面１８ａに凹凸酸化膜３０が形成されてなる。実装面１８ａにおいて、溝１８ｃ及び溝１８ｃよりも内側の領域には、凹凸酸化膜３０が形成されていない。図１４及び図１５に破線で示す境界３１ａは、凹凸酸化膜３０の形成領域と非形成領域との境界を示している。境界３１ａは、環状をなす溝１８ｃの外周に大部分でほぼ一致している。境界３１ａは、外周の一部分に対して、それよりも外側に設定されている。具体的には、四隅が丸められた略矩形環状の溝１８ｃに対し、四隅のひとつについては、その外周部分に境界３１ａが一致せず、外周部分よりも外側に境界３１ａが設定されている。このように、本実施形態では、溝１８ｃの外周と境界３１ａとの間に、凹凸酸化膜３０の形成されていない非粗化領域３１ｂを意図的に設けている。
　カメラ等の撮像手段によってレーザ光による粗化の位置ずれを検査する際、境界３１ａ、すなわち実装面粗化部３１の輪郭のすべてが溝１８ｃ内に入ると、ピントが合わず、輪郭を認識できなくなる。このため、位置ずれが生じても検出できない。これに対し、本実施形態では、溝１８ｃの外周と境界３１ａとの間に非粗化領域３１ｂを設けているため、確実に位置ずれを検査することができる。
　また、実装されるＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌのサイズが異なり、これにより溝１８ｃの大きさが異なる複数の品番を検査する際に、誤ったパターンでの粗化を検出することも可能となる。たとえば、サイズ大用のパターンで粗化すべきところ、誤ってサイズ小用のパターンで粗化したとしても、非粗化領域３１ｂの少なくとも一部が溝１８ｃ外となるため、位置ずれ検査と合わせて粗化パターン間違えも検査することができる。
　本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａだけでなく、第２ヒートシンク１８に連なる第１継手部２０ａの実装面にも、実装面粗化部３１が一体的に形成されている。第１継手部２０ａにおいて、凹凸酸化膜３０は、溝２０ｄ及び溝２０ｄよりも内側の領域には、形成されておらず、溝２０ｄの全周で上記した境界が溝２０ｄの外周とほぼ一致している。
　側面粗化部３２は、側面１８ｄ，１８ｅのそれぞれに凹凸酸化膜３０が形成されてなる。側面粗化部３２は、第２ヒートシンク１８Ｈの側面のうち、側面１８ｄ，１８ｅのみに形成されている。本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈに連なる第１継手部２０ａにも、側面粗化部３２が一体的に形成されている。第１継手部２０ａにおいて、凹凸酸化膜３０は、側面１８ｄに連なる面に形成されている。第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄ，１８ｅ及び該側面１８ｄに連なる第１継手部２０ａの面それぞれの全面が、側面粗化部３２とされている。
　図１６に示すように、凹凸酸化膜３０は、基材３３上に形成された皮膜３４の一部である。基材３３は、第１継手部２０ａを含む第２ヒートシンク１８Ｈを構成するＣｕなどの金属部材である。皮膜３４は、基材３３の表面に形成された金属薄膜３５と、凹凸酸化膜３０を有している。
　本実施形態において、金属薄膜３５はＮｉを主成分とする膜を少なくとも含んでいる。金属薄膜３５は、たとえばめっき、蒸着により形成されたものである。金属薄膜３５は、たとえば無電解Ｎｉめっき膜を含んでいる。
　金属薄膜３５は、基材３３の表面のうち、第２ヒートシンク１８Ｈの放熱面１８ｂを除く部分に形成されている。金属薄膜３５の表面のうち、実装面粗化部３１の形成部分、及び、側面粗化部３２の形成部分には、複数の凹部３５ａが形成されている。凹部３５ａが形成されていない部分において、金属薄膜３５の膜厚は、たとえば１０μｍ程度とされる。換言すれば、後述するレーザ光の照射前の膜厚が、１０μｍ程度とされる。
　凹部３５ａは、パルス発振のレーザ光の照射により形成されている。１パルスごとに１つの凹部３５ａが形成される。凹部３５ａは、レーザ光の照射痕である。レーザ光の走査方向において、隣り合う凹部３５ａが連なっている。実装面粗化部３１及び側面粗化部３２の形成部分において、金属薄膜３５の表面は、複数の凹部３５ａにより鱗状をなしている。
　各凹部３５ａの幅は、５μｍ～３００μｍとされている。凹部３５ａの深さは、０．５μｍ～５μｍとされている。凹部３５ａの深さが０．５μｍより浅いと、レーザ光の照射による金属薄膜３５の表面の溶融及び蒸着が不十分となり、凹凸酸化膜３０が形成され難くなる。凹部３５ａの深さが５μｍよりも深いと、金属薄膜３５の表面が溶融飛散しやすくなり、蒸着よりも溶融飛散による表面形成が支配的となり、凹凸酸化膜３０が形成され難くなる。
　凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５を構成する主成分金属と同じ金属の酸化物の膜である。凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５にレーザ光を照射することで、金属薄膜３５を構成する金属を酸化して形成されている。凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５の表層を酸化することで、金属薄膜３５の表面に形成された酸化物の膜である。凹凸酸化膜３０は、レーザ光の照射により形成されるため、レーザ照射膜とも言える。
　本実施形態では、凹凸酸化膜３０を構成する成分のうち、８０％がＮＩ２Ｏ３、１０％がＮｉＯ、１０％がＮｉとなっている。このように、凹凸酸化膜３０の主成分は、金属薄膜３５の主成分であるＮｉの酸化物である。
　凹凸酸化膜３０は、金属薄膜３５の表面のうち、凹部３５ａの表面に形成されている。凹凸酸化膜３０の平均膜厚は、１０ｎｍ～数百ｎｍとされている。凹凸酸化膜３０は、凹部３５ａを有する金属薄膜３５の表面の凹凸に倣って形成されている。また、凹凸酸化膜３０の表面には、凹部３５ａの幅よりも細かいピッチで凹凸が形成されている。すなわち、非常に微細な凹凸（粗化部）が形成されている。換言すれば、複数の凸部３０ａ（柱状体）が、細かいピッチで形成されている。たとえば凸部３０ａの平均幅は１ｎｍ～３００ｎｍ、凸部３０ａ間の平均間隔は１ｎｍ～３００ｎｍとされている。また、凸部３０ａの平均高さは、１０ｎｍ～数百ｎｍとされている。
　このように、表面に非常に微細な凹凸が形成された凹凸酸化膜３０により、実装面粗化部３１及び側面粗化部３２が形成されている。凹凸酸化膜３０を有すると、凹凸酸化膜３０を有さない構成、すなわち金属薄膜３５の表面が露出する構成に比べて、はんだに対する濡れ性を低下させることができる。このため、実装面粗化部３１により、はんだ１９，２１の濡れ拡がりを抑制することができる。
　また、凹凸酸化膜３０の表面の凸部３０ａに封止樹脂体１３が絡みつき、アンカー効果が生じる。凹凸により、封止樹脂体１３との接触面積が増える。これにより、実装面粗化部３１及び側面粗化部３２のそれぞれに、封止樹脂体１３が密着する。したがって、封止樹脂体１３の剥離を抑制することができる。
　なお、凹凸酸化膜３０については、以下の方法によって形成することができる。まず、上記した金属薄膜３５が形成された第２ヒートシンク１８Ｈを準備する。
　次に、レーザ光を照射して凹凸酸化膜３０を形成する。第２ヒートシンク１８Ｈの実装面１８ａ及び側面１８ｄ，１８ｅのそれぞれに、パルス発振のレーザ光を照射することにより、金属薄膜３５の表面を溶融及び蒸発させる。具体的には、レーザ光を照射することにより、金属薄膜３５の表面の部分を溶融させるとともに、蒸発（気化）させて、外気中に浮遊させる。
　パルス発振のレーザ光は、エネルギー密度が０Ｊ／ｃｍ２より大きく１００Ｊ／ｃｍ２以下で、パルス幅が１μ秒以下となるように調整される。この条件を満たすには、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ファイバレーザなどを採用することができる。たとえばＹＡＧレーザの場合、エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ２以上であればよい。無電解Ｎｉめっきの場合、たとえば５Ｊ／ｃｍ２程度でも金属薄膜３５を加工することができる。
　このとき、レーザ光の光源と第２ヒートシンク１８Ｈとを相対的に移動させることにより、レーザ光を複数の位置に順に照射する。レーザ光を照射し、金属薄膜３５の表面を溶融、気化させることで、金属薄膜３５の表面には、凹部３５ａが形成される。金属薄膜３５のうち、レーザ光を照射した部分の平均厚みは、レーザ光を照射しない部分の平均厚みよりも薄くなる。また、レーザ光のスポットに対応して形成される複数の凹部３５ａは、Ｘ方向において連なるとともに、Ｙ方向においても連なる。これにより、レーザ照射痕である凹部３５ａは、たとえば鱗状となる。
　次いで、溶融した金属薄膜３５の部分を凝固させる。具体的には、溶融して気化した金属薄膜３５を、レーザ光が照射された部分やその周辺部分に蒸着させる。このように、溶融して気化した金属薄膜３５を蒸着させることにより、金属薄膜３５の表面上に凹凸酸化膜３０を形成する。凹凸酸化膜３０は、主として、金属薄膜３５におけるレーザ光が照射された部分に形成される。
　なお、レーザ光の照射において、エネルギー密度を１００Ｊ／ｃｍ２よりも大きくすると、凹凸酸化膜３０が形成されない。また、パルス発振ではなく、連続発振のレーザ光を照射した場合にも、凹凸酸化膜３０が形成されない。
　（半導体装置の効果）
　図１７は、比較例を示している。比較例の符号として、本実施形態に示した関連する要素の符号に１００を加算したもの付与している。比較例では、図示しないが、第２ヒートシンク１１８Ｈ，１１８Ｌの実装面のみに、凹凸酸化膜が形成されている。すなわち、実装面粗化部のみを有している。半導体装置１１０はＺ方向において冷却器に挟まれ、冷却器への取り付け状態で半導体装置１１０に応力が作用する。半導体装置１１０では、第２ヒートシンク１１８及び図中に表れていない第１ヒートシンクのうち、第１ヒートシンクのみに、Ｙ方向の側面からＹ方向に延設されて封止樹脂体１１３から突出する延設部としての正極端子２２ｐ、出力端子１２３が設けられている。このため、第２ヒートシンク１１８Ｈの側面１１８ｄと封止樹脂体１１３との境界部分、第２ヒートシンク１１８Ｈの側面１１８ｅと封止樹脂体１１３との境界部分に応力が集中する。このような応力集中により、封止樹脂体１１３に図中に例示するようなクラック２００（割れ）が生じる虞がある。クラック２００は、裏面１１３ｂ側においてＸ方向に沿って生じる虞がある。
　これに対し、本実施形態では、凹凸酸化膜３０による粗化部として、実装面粗化部３１に加えて、側面粗化部３２を有している。側面粗化部３２は、図１８に示すように、第２ヒートシンク１８Ｈにおいて、延設部が連なる側面１４ｃに対応する側面１８ｄに形成されている。また、第２ヒートシンク１８Ｌにおいて、延設部が連なる側面１４ｃに対応する側面１８ｅに形成されている。側面粗化部３２を設けることで、冷却器５０との積層構造において応力が集中する側面と封止樹脂体１３との境界部分の密着性が従来よりも高くなっている。したがって、封止樹脂体１３との密着性の高い部分を局所的に設けつつも、冷却器５０との積層により応力が作用する半導体装置１０において、封止樹脂体１３にクラックが生じるのを抑制することができる。
　特に本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの側面１４ｃに、延設部として正極端子２２ｐ、出力端子２３が連なっている。正極端子２２ｐ及び出力端子２３はバスバーと接続されるため、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌが積層の応力を受けて変形し難い。その分、応力は第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと封止樹脂体１３との境界部分に集中する。しかしながら、凹凸酸化膜３０による側面粗化部３２により、クラックが生じるのを抑制することができる。
　本実施形態では、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１ＬがＸ方向において並んで配置されており、これにより第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌ、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８ＬもＸ方向に並んで配置されている。この横並び配置により、延設部である正極端子２２ｐ、出力端子２３の延設方向と直交するＸ方向において、封止樹脂体１３の長さが長くなっている。このため、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと封止樹脂体１３との境界部分に応力が集中しやすい。しかしながら、凹凸酸化膜３０による側面粗化部３２により、クラックが生じるのを抑制することができる。特に、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの両方に側面粗化部３２を設けているため、いずれかに応力が偏って作用しても、クラックが生じるのを抑制することができる。
　本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌに連なる継手部２０ａ，２０ｂの側面にも、側面粗化部３２が設けられている。このように、厚肉部である第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌに連なる薄肉部にも側面粗化部３２が設けられているため、クラックが生じるのを効果的に抑制することができる。
　本実施形態では、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの側面１４ｄには、延設部としての吊りリード２６ｂが連なっている。吊りリード２６ｂは、冷却器５０との積層構造において、自由端である。これに対し、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌにおいて、Ｙ方向の側面１８ｄ，１８ｅの両方に側面粗化部３２を設けている。すなわち、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄにも、側面粗化部３２を設けている。したがって、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｅと封止樹脂体１３との境界部分、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分に応力が集中しても、クラックが生じるのを抑制することができる。
　なお、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌを共通部材とする例を示したが、これに限定されない。互いに異なる部材を採用し、第２ヒートシンク１８Ｈにおいて側面１８ｄのみ、第２ヒートシンク１８Ｌにおいて側面１８ｅのみに、側面粗化部３２を設けてもよい。
　また、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの実装面１８ａに凹凸酸化膜３０（実装面粗化部３１）を設ける例を示したがこれに限定されない。実装面１８ａに加えて、第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの実装面１４ａに凹凸酸化膜３０を設けてもよい。リードフレーム２６において実装面１８ａ側の面のうち、封止樹脂体１３に封止される部分であって、実装部分を除く部分に凹凸酸化膜３０を設けてもよい。
　（第２実施形態）
　本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。
　下アーム側の第２ヒートシンク１８Ｌに連なる第２継手部２０ｂは、負極端子２２ｎと接続されている。負極端子２２ｎの接続により、第２ヒートシンク１８Ｌは変形し難くなり、負極端子２２ｎにバスバーに接続されることでさらに変形し難くなる。
　一方、上アーム側の第２ヒートシンク１８Ｈに連なる第１継手部２０ａは、第１ヒートシンク１４Ｌの第３継手部２０ｃと接続されている。第２ヒートシンク１８Ｈ及び第１継手部２０ａには、主端子がいずれも連なっていない。このため、冷却器５０との積層構造において、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと封止樹脂体１３との境界部分に応力が集中しやすい。
　図１９に示すように、本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈの側面１８ｄと第２ヒートシンク１８Ｌの側面１８ｅのうち、側面１８ｄのみに側面粗化部３２が形成されている。このように、応力が集中しやすい側面１８ｄのみに側面粗化部３２を設けたので、レーザ光の照射領域をより狭い範囲に限定しつつも、封止樹脂体１３にクラックが生じるのを抑制することができる。
　（第３実施形態）
　本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。
　図２０に示すように、本実施形態では、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの側面のうち、Ｙ方向の側面１８ｄ，１８ｅだけでなく、Ｘ方向の側面にも、側面粗化部３２が形成されている。具体的には、Ｘ方向の側面のうち、第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの互いに対向する面、すなわち継手部２０ａ，２０ｂ側の面ではなく、対向面とは反対の側面１８ｆにそれぞれ形成されている。側面１８ｆが、第３側面に相当する。
　これにより、側面１８ｆに対する封止樹脂体１３の密着性が向上されているため、側面１８ｆと封止樹脂体１３との境界部分に応力が作用しても、この境界部分に沿ってクラックが生じるのを抑制することができる。
　この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
　半導体装置１０として、２つの半導体素子（ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌ）を備える２ｉｎ１パッケージ構造の例を示したが、これに限定されない。１つのアームを構成する１つの半導体素子を備える１ｉｎ１パッケージ構造や、三相分の上下アームを構成する６つの半導体素子を備える６ｉｎ１パッケージ構造にも適用できる。１ｉｎ１パッケージの場合、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクを１組のみを有し、Ｙ方向において、第１ヒートシンクの側面に主端子が連なり、第２ヒートシンクの側面には主端子が連ならない構成に適用できる。第２ヒートシンクについては、たとえばＸ方向の側面に主端子が連なる。
　ＦＷＤ１２Ｈ，１２ＬがＩＧＢＴ１１Ｈ，１１Ｌと一体に形成される例を示したが、これに限定されない。図２１に示すように、ＩＧＢＴ１１Ｈ，１１ＬとＦＷＤ１２Ｈ，１２Ｌとを別素子としてもよい。なお、図２１に示す符号３６は、リードフレーム２６の実装面側に形成された実装面粗化部である。
　第１ヒートシンク１４Ｈ，１４Ｌの放熱面１４ｂ及び第２ヒートシンク１８Ｈ，１８Ｌの放熱面１８ｂが封止樹脂体１３から露出される例を示したが、これに限定されない。放熱面１４ｂ，１８ｂの少なくとも一方が封止樹脂体１３によって覆われた構成としてもよい。
　金属薄膜３５を構成する金属はＮｉに限定されない。すなわち、凹凸酸化膜３０もＮｉの酸化物に限定されない。凹凸酸化膜３０としては、金属薄膜３５を構成する金属と同じ金属の酸化物の膜であればよい。

 

Claims (5)

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

     
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