WO2022244065A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2022244065A1
WO2022244065A1 PCT/JP2021/018627 JP2021018627W WO2022244065A1 WO 2022244065 A1 WO2022244065 A1 WO 2022244065A1 JP 2021018627 W JP2021018627 W JP 2021018627W WO 2022244065 A1 WO2022244065 A1 WO 2022244065A1
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WO
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mesh member
insulating substrate
semiconductor device
thickness
adhesive
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/018627
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
克紀 河西
達哉 北川
慎 上垣
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2023522014A priority Critical patent/JPWO2022244065A1/ja
Priority to PCT/JP2021/018627 priority patent/WO2022244065A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks

Definitions

  • the present disclosure relates to semiconductor devices.
  • Patent Document 1 describes a semiconductor device in which a semiconductor element is bonded to a substrate with a sheet-like hot-melt adhesive having stress relaxation properties.
  • a spacer is arranged inside the sheet-like hot-melt adhesive. The spacer is for improving the stress relaxation property of the sheet-like hot-melt adhesive.
  • the spacer uniformly increases the rigidity of the sheet-like hot-melt adhesive. stress increases.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and its object is to provide a semiconductor device that can reliably obtain a stress relaxation effect for the stress of the insulating substrate that occurs when the temperature changes.
  • a semiconductor device includes a semiconductor element, an insulating substrate on which the semiconductor element is mounted, a heat radiating portion superimposed on the insulating substrate, and a joint portion that joins the insulating substrate and the heat radiating portion.
  • the joint includes an adhesive and a mesh member having a linear expansion coefficient lower than that of the adhesive and provided with through holes. In the direction in which the heat radiating portion is superimposed on the insulating substrate, the center of the thickness of the mesh member is located closer to the insulating substrate than the center of the thickness of the joining portion.
  • the center of the thickness of the net-like member is located closer to the insulating substrate than the center of the thickness of the joint portion in the direction in which the heat radiating portion is superimposed on the insulating substrate. Therefore, a stress relaxation effect can be reliably obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment;
  • FIG. 2 is a plan view showing a mesh member according to Embodiment 1;
  • 4 is a plan view showing a modification of the mesh member according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view of the whole model of structural analysis. It is a side view of the whole model of structural analysis.
  • FIG. 4 is a plan view of the overall model for structural analysis; 4 is a graph showing the stress relaxation effect when the thickness of the mesh member is 0.5.
  • 4 is a graph showing the stress relaxation effect when the thickness of the mesh member is 0.3.
  • 4 is a graph showing the stress relaxation effect when the mesh member has a thickness of 0.7.
  • FIG. 4 is a graph showing the stress relaxation effect when the thickness of the mesh member is changed. 4 is a graph showing the stress relaxation effect when the plate member has a thickness of 0.5.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a combined member in the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step of placing a mesh member on a combined member in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of applying an adhesive to the net-like member and bonding the heat radiating portion in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment;
  • 3 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the joint portion according to the second embodiment
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step of placing a net-like member on a heat radiating portion in the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of applying an adhesive to a mesh member and joining a combination member in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment
  • 3 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to FIG. 2 of a semiconductor device according to a third embodiment
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. A semiconductor device 100 includes a semiconductor element 1 , a first joint portion 2 , a copper electrode 3 , a second joint portion 4 , an insulating substrate 5 , a third joint portion (joint portion) 6 , and a heat dissipation portion 9 .
  • the semiconductor element 1 and the copper electrode 3 are joined by the first joint portion 2
  • the copper electrode 3 and the insulating substrate 5 are joined by the second joint portion 4 .
  • the insulating substrate 5 and the heat radiating portion 9 are joined by the third joint portion 6 .
  • the semiconductor element 1 is, for example, an IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) or a MOSFET (METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR).
  • IGBT INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR
  • MOSFET METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR
  • the first joint portion 2 is used for joining the semiconductor element 1 and the copper electrode 3 .
  • the first joint portion 2 is a low-temperature sintered material or the like using silver nanoparticles.
  • the semiconductor element 1 and the copper electrode 3 may be bonded by direct bonding such as ultrasonic bonding, surface activation bonding, or copper solid-phase diffusion bonding without using the first bonding portion 2 .
  • a semiconductor element 1 is mounted on an insulating substrate 5 .
  • the insulating substrate 5 is a ceramic material containing at least one of silicon nitride (SIN), aluminum nitride (ALN), and alumina (AL 2 O 3 ).
  • the second joint portion 4 is for joining the copper electrode 3 and the insulating substrate 5 .
  • the second joint portion 4 is wax or the like.
  • the copper electrode 3 and the insulating substrate 5 may be joined by brazing through the second joining portion 4, or may be directly joined as described above.
  • the heat dissipation part 9 is superimposed on the insulating substrate 5 .
  • the insulating substrate 5 and the heat radiating portion 9 are joined by a third joint portion 6 .
  • the third joint portion 6 joins the insulating substrate 5 and the heat dissipation portion 9 .
  • the third joint 6 contains an adhesive 7 and a mesh member 8 .
  • the adhesive 7 has a smaller Young's modulus and a larger coefficient of linear expansion than solder.
  • the mesh member 8 is arranged inside the third joint portion 6 .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the third joint portion 6 and the mesh member 8.
  • the mesh member 8 is made of a member having a coefficient of linear expansion smaller than that of the adhesive 7 .
  • the mesh member 8 has a linear expansion coefficient lower than that of the adhesive 7 .
  • Through holes TH are provided in the mesh member 8 .
  • An adhesive 7 is placed inside the through hole TH (see FIG. 3).
  • a thickness center 10 of the mesh member 8 is positioned closer to the insulating substrate 5 than a thickness center 11 of the third joint portion 6 in the direction in which the heat radiating portion 9 is superimposed on the insulating substrate 5 .
  • the mesh member 8 may have a Young's modulus greater than that of the adhesive 7.
  • the mesh member 8 is parallel to the main surface of the insulating substrate 5 .
  • the insulating substrate 5 includes a surface 5 a facing the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 may be parallel to the surface 5 a of the insulating substrate 5 .
  • the mesh member 8 faces the entire surface 5 a of the insulating substrate 5 .
  • the mesh member 8 may contain the first filler.
  • the first filler has a higher Young's modulus than the adhesive 7 and a lower coefficient of linear expansion than the adhesive 7 .
  • the adhesive 7 may contain a second filler.
  • the second filler has a Young's modulus lower than that of the first filler and a coefficient of linear expansion higher than that of the first filler.
  • the second filler is uniformly contained in the adhesive 7 .
  • the mesh member 8 includes a facing surface 8 a that faces the insulating substrate 5 .
  • the facing surface 8 a is in contact with the adhesive 7 . It is preferable that the entire surface of the opposing surface 8 a is in contact with the adhesive 7 .
  • the gap between the mesh member 8 and the insulating substrate 5 is within 0.1 times the thickness of the third joint portion 6 .
  • the thickness of the mesh member 8 is 0.3 to 0.7 times the thickness of the third joint portion 6 .
  • FIG. 3 is a plan view for explaining the mesh member 8.
  • the mesh member 8 is a mesh member.
  • a through hole TH is provided inside the outer frame 8b of the mesh member 8 .
  • the mesh through holes TH are triangular.
  • FIG. 4 is a plan view for explaining a modification of the mesh member 8.
  • the mesh through-holes TH may be square.
  • a method of forming a mesh shape there are a method of sintering metal or ceramic powder in a mold and a method of sintering metal or ceramic powder by direct heating using a laser.
  • FIG. 5 to 7 show an overall structural analysis model for clarifying the relationship between the position of the mesh member 8 inside the third joint 6 and the stress generated in the insulating substrate 5, and stress relaxation.
  • FIG. 5 is a perspective view of an overall model for structural analysis.
  • FIG. 6 is a side view showing the thickness of the mesh member 8.
  • FIG. 7 is a plan view showing dimensions of the mesh member 8.
  • the analysis conditions are a temperature change of 180°C to -40°C.
  • the analysis method is three-dimensional finite element analysis.
  • the analysis instrument is ANSYS.
  • the dimension A of the thickness of the mesh member 8 is equal to the dimension A of the width of the mesh of the mesh member 8 .
  • FIG. 8 shows the relationship between the distance from the center 10 of the thickness of the mesh member 8 from the heat radiating portion 9 and the stress relaxation rate when the thickness of the mesh member 8 is 0.5 times the thickness of the third joint portion 6. ing.
  • the stress relaxation rate is zero. Therefore, when the stress relaxation rate is positive, there is an effect of stress relaxation by the mesh member 8, and when the stress relaxation rate is negative, the stress relaxation effect by the mesh member 8 is ineffective.
  • the numerical values on the horizontal axis are normalized to 1 for the thickness of the third joint portion 6 . Since the thickness of the mesh member 8 is 0.5 times the thickness of the third joint portion 6, the thickness of the mesh member 8 is 0.5. When the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is located at a distance of 0.25 from the heat radiating portion 9, the mesh member 8 and the heat radiating portion 9 come into contact with each other.
  • the center 10 of the thickness of the mesh member 8 When the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is positioned at a distance of 0.75 from the heat radiating portion 9, the mesh member 8 and the insulating substrate 5 come into contact with each other. According to the analysis results, the closer the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is to the insulating substrate 5 side, the greater the stress relaxation effect becomes.
  • the stress relaxation rate When the distance from is 0.5 or more, the stress relaxation rate is 10% or more.
  • the distance from the heat radiating portion 9 is 0.65 or more and 0.75 or less, the stress relaxation rate becomes a maximum value and substantially constant. That is, when the gap between the mesh member 8 and the insulating substrate 5 is within 0.1 times the thickness of the third joint portion 6, the stress relaxation rate is substantially constant at the maximum value.
  • FIG. 9 shows the relationship between the distance from the center 10 of the thickness of the mesh member 8 from the heat radiating portion 9 and the stress relaxation rate when the thickness of the mesh member 8 is 0.3 times the thickness of the third joint portion 6. ing.
  • the stress relaxation rate is calculated based on the above formula in the same manner as described above.
  • the stress relaxation rate is zero.
  • the numerical values on the horizontal axis are normalized to 1 for the thickness of the third joint portion 6 . Since the thickness of the mesh member 8 is 0.3 times the thickness of the third joint portion 6, the thickness of the mesh member 8 is 0.3.
  • the center 10 of the thickness of the mesh member 8 When the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is positioned at a distance of 0.15 from the heat radiation portion 9, the mesh member 8 and the heat radiation portion 9 come into contact with each other. When the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is located at a distance of 0.85 from the heat radiating portion 9, the mesh member 8 and the insulating substrate 5 come into contact with each other. According to the analysis results, the closer the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is to the insulating substrate 5 side, the greater the stress relaxation effect becomes. When the distance from is 0.5 or more, the stress relaxation rate is 10% or more. Moreover, when the distance from the heat radiating portion 9 is 0.55 or more and 0.65 or less, the stress relaxation rate is a maximum value and substantially constant. That is, when the gap between the mesh member 8 and the insulating substrate 5 is within 0.1 times the thickness of the third joint portion 6, the stress relaxation rate is substantially constant at the maximum value.
  • FIG. 10 shows the relationship between the distance from the center 10 of the thickness of the mesh member 8 from the heat radiating portion 9 and the stress relaxation rate when the thickness of the mesh member 8 is 0.7 times the thickness of the third joint portion 6. ing.
  • the stress relaxation rate is calculated based on the above formula in the same manner as described above.
  • the stress relaxation rate is zero.
  • the numerical values on the horizontal axis are normalized to 1 for the thickness of the third joint portion 6 . Since the thickness of the mesh member 8 is 0.7 times the thickness of the third joint portion 6, the thickness of the mesh member 8 is 0.7.
  • the center 10 of the thickness of the mesh member 8 When the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is positioned at a distance of 0.35 from the heat radiation portion 9, the mesh member 8 and the heat radiation portion 9 come into contact with each other. When the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is positioned at a distance of 0.65 from the heat radiating portion 9, the mesh member 8 and the insulating substrate 5 come into contact with each other. According to the analysis results, the closer the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is to the insulating substrate 5 side, the greater the stress relaxation effect becomes. When the distance from is 0.5 or more, the stress relaxation rate is 10% or more. Moreover, the stress relaxation rate is the maximum value and substantially constant when the distance from the heat radiating portion 9 is 0.55 or more and 0.65 or less. That is, when the gap between the mesh member 8 and the insulating substrate 5 is within 0.1 times the thickness of the third joint portion 6, the stress relaxation rate is substantially constant at the maximum value.
  • FIG. 11 shows the maximum stress relaxation rate for each thickness when the thickness of the mesh member 8 is changed.
  • the vertical axis is the stress relaxation rate
  • the horizontal axis is the thickness of the mesh member 8 when the thickness of the third joint portion 6 is normalized to 1.
  • the thickness of the mesh member 8 is 0.5 times the thickness of the third joint portion 6 .
  • the maximum stress relaxation rate is plotted when the thickness of the mesh member 8 is 0.3 times, 0.5 times, and 0.7 times the thickness of the third joint 6, and the dashed curve indicates polynomial approximation.
  • the stress relaxation effect when the thickness of the mesh member 8 is 0.5, the stress relaxation effect is greatest, and when the thickness of the mesh member 8 is 0.3 or more and 0.7 or less, the stress relaxation rate is 10% or more. If the stress relaxation rate is less than 10%, there is almost no effect during use.
  • the thickness of the mesh member 8 and the position of the mesh member 8 within the third joint portion 6 are important in order to ensure the stress relaxation effect of the mesh member 8 .
  • the center 10 of the thickness of the mesh member 8 is positioned closer to the insulating substrate 5 than the center 11 of the thickness of the third joint 6, as shown in FIGS. There is a need.
  • the thickness of the mesh member 8 needs to be 0.3 times or more and 0.7 times or less the thickness of the third joint portion 6 .
  • FIG. 12 shows the results of structural analysis when the third joint 6 is provided with a flat plate-like member without through-holes instead of the net-like member 8 .
  • FIG. 12 shows the relationship between the stress relaxation rate and the distance from the thickness center of the plate-like member from the heat radiating portion 9 when the thickness of the plate-like member is 0.5 times the thickness of the third joint portion 6.
  • the vertical axis is the stress relaxation rate
  • the horizontal axis is the thickness of the plate member when the thickness of the third joint portion 6 is normalized to 1. For example, when the horizontal axis is 0.5, the thickness of the plate member is 0.5 times the thickness of the third joint portion 6 .
  • the plate-like member has a thickness of 0.5
  • the plate-like member and the heat-dissipating portion 9 come into contact with each other when the center of the thickness of the heat-dissipating portion 9 is located at a distance of 0.25 from the heat-dissipating portion 9 .
  • the center of the thickness of the plate-shaped member is positioned at a distance of 0.75 from the heat radiating portion, the plate-shaped member and the insulating substrate 5 come into contact with each other.
  • the stress relaxation rate is negative in the case of the plate-shaped member, and conversely, the stress increases. This is because the rigidity of the plate member is increased more than necessary. Accordingly, the present disclosure employs a mesh member.
  • the insulating substrate 5 and the copper electrode 3 are joined via the second joining portion 4 by brazing or the like.
  • the copper electrode 3 and the semiconductor element 1 are joined via the first joint portion 2 such as a low-temperature sintered material using silver nanoparticles, so that copper is formed on the insulating substrate 5 as shown in FIG.
  • a combination member 16 with electrode 3 and semiconductor element 1 is produced.
  • the bonding between the semiconductor element 1 and the copper electrode 3, and between the insulating substrate 5 and the copper electrode 3 is performed by ultrasonic bonding, surface activation bonding, or copper solidification without the first bonding portion 2 and the second bonding portion 4 intervening. Direct bonding such as phase diffusion bonding may also be used.
  • the combination member 16 is arranged so that the surface 17 that is not in contact with the first joint portion 2 of the semiconductor element 1 faces downward.
  • a mesh member 8 is placed on the surface 18 of the insulating substrate 5 that is not in contact with the second joint portion 4 .
  • the adhesive 7 is applied from above the net member 8 to the surface 18 of the insulating substrate 5 on which the net member 8 of the insulating substrate 5 is placed.
  • the insulating substrate 5 and the heat radiating portion 9 are joined by the adhesive 7 and the mesh member 8 . Since the mesh member 8 has a mesh shape, the insulating substrate 5 and the heat radiating portion 9 can be joined together by the penetration of the adhesive 7 into the mesh through holes TH (see FIG. 3). Since the adhesive 7 is applied while the mesh member 8 is in contact with the insulating substrate 5 in advance, the center of the thickness of the mesh member 8 is closer to the insulating substrate 5 than the center of the thickness of the third joint portion 6 . can be located in Then, a structure is obtained in which a stress relaxation effect stress of 10% or more can be secured.
  • the thickness center 10 of the mesh member 8 is more insulated than the thickness center 11 of the third joint portion 6 in the direction in which the heat dissipation portion 9 is superimposed on the insulating substrate 5 .
  • the stress generated in the insulating substrate 5 can be relaxed. Therefore, a stress relaxation effect can be reliably obtained for the stress of the insulating substrate 5 generated when the temperature changes. Thereby, breakage of the insulating substrate 5 can be suppressed.
  • the adhesive 7 has a higher linear expansion coefficient than solder, if only the adhesive 7 is applied to the surface 5a of the insulating substrate 5, the insulating substrate 5 may be damaged due to thermal stress. .
  • mesh member 8 has a lower coefficient of linear expansion than adhesive 7 . The stress generated in the insulating substrate 5 can be suppressed by suppressing the thermal deformation of the third joint portion 6 by the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 has a Young's modulus larger than that of the adhesive 7 . Thereby, deformation of the adhesive 7 can be suppressed.
  • the mesh member 8 is parallel to the surface 5a of the insulating substrate 5. As shown in FIG. Thereby, the stress relaxation effect on the insulating substrate 5 can be made uniform.
  • the mesh member 8 contains the first filler that has a higher Young's modulus than the adhesive 7 and a lower coefficient of linear expansion than the adhesive 7 . Therefore, it is possible to make the Young's modulus of the net member 8 larger than that of the adhesive 7 . Also, the coefficient of linear expansion of the mesh member 8 can be made lower than the coefficient of linear expansion of the adhesive 7 .
  • the adhesive 7 contains the second filler having a Young's modulus equal to or lower than that of the first filler and a linear expansion coefficient equal to or higher than that of the first filler.
  • the second filler is uniformly contained in the adhesive 7 . Thereby, the strength and heat resistance of the adhesive 7 can be enhanced.
  • the facing surface 8a of the mesh member 8 is in contact with the adhesive 7. Thereby, the adhesiveness between the adhesive 7 and the mesh member 8 and the insulating substrate 5 can be enhanced.
  • the gap between the mesh member 8 and the insulating substrate 5 is within 0.1 times the thickness of the third joint portion 6 . Thereby, the stress generated in the insulating substrate 5 can be relaxed as much as possible.
  • the thickness of the mesh member 8 is 0.3 times or more and 0.7 times or less the thickness of the third joint portion 6 . As a result, the stress generated in the insulating substrate 5 can be reliably relieved.
  • Embodiment 2 The semiconductor device 100 according to the second embodiment has the same configuration, manufacturing method, and effects as those of the semiconductor device according to the first embodiment unless otherwise specified.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view around the third joint portion 6 of the semiconductor device 100 according to the second embodiment.
  • the semiconductor device 100 according to the second embodiment basically has the same configuration as the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the third joint portion 6 includes a first convex portion 19 .
  • the first convex portion 19 is connected to the mesh member 8 .
  • the first convex portion 19 protrudes from the mesh member 8 toward the heat radiating portion 9 and is in contact with the heat radiating portion 9 .
  • At least three or more first protrusions 19 are attached to a portion of the mesh member 8 .
  • the first projection 19 is for positioning the mesh member 8 in the height direction.
  • the length of the first convex portion 19 is such that the mesh member 8 is parallel to the insulating substrate 5 and the thickness center 10 of the mesh member 8 is closer to the insulating substrate 5 than the thickness center 11 of the third joint portion 6 . adjusted to position.
  • the first convex portion 19 is a component separate from the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 and the first projection are separate bodies.
  • the material of the first projections 19 may be different from the material of the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 and the first projections 19 may be made of different materials.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a modification of the third joint portion 6.
  • FIG. 17 the first convex portion 19 may be formed integrally with the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 and the first projections 19 may be integrated.
  • FIG. 18 An example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19.
  • FIG. 18 An example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19.
  • FIG. 18 An example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19.
  • FIG. 18 An example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19.
  • the combined member 16 is manufactured in the same manner as in the manufacturing method of the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the mesh member 8 having the first projections 19 is placed on the heat radiating portion 9 .
  • the adhesive 7 is applied.
  • the combined member 16 is placed on the adhesive 7 in the direction in which the insulating substrate 5 is adhered to the adhesive 7 .
  • the combination member 16 is thereby joined to the adhesive 7 and the mesh member 8 .
  • the thickness of the third joint portion 6 is adjusted so that the thickness center 10 of the mesh member 8 is above the thickness center 11 of the third joint portion 6 inside the third joint portion 6. .
  • the semiconductor element 1 of the combination member 16 it is necessary to direct the semiconductor element 1 of the combination member 16 downward when bonding the combination member 16 and the heat radiating portion 9 together.
  • the weight of the heat radiating portion 9 and the insulating substrate 5 may act as a load on the semiconductor element 1 .
  • the adhesive 7 does not bond to the portion where the surface of the mesh member 8 facing the insulating substrate 5 is in contact with the insulating substrate 5, there is a possibility of adhesion failure.
  • the heat radiating portion 9 and the insulating substrate 5 are arranged below the semiconductor element 1, the load due to the weight of the heat radiating portion 9 and the insulating substrate 5 is reduced during manufacturing.
  • the position of the mesh member 8 can be adjusted by the first projections 19 without covering the semiconductor element 1 .
  • the insulating substrate 5 is insulated by adjusting the length of the first protrusions 19 and injecting the adhesive 7 so as to leave a gap between the insulating substrate 5 and the surface 8a of the mesh member 8 facing the insulating substrate 5, thereby insulating the mesh member 8.
  • the adhesive 7 enters the gap between the insulating substrate 5 and the facing surface 8 a facing the substrate 5 . Thereby, the adhesiveness between the insulating substrate 5 and the adhesive 7 can be ensured.
  • the first convex portion 19 protrudes from the mesh member 8 toward the heat radiating portion 9 and is in contact with the heat radiating portion 9 . Therefore, the position of the mesh member 8 can be adjusted by the first projections 19 .
  • the mesh member 8 and the first projections 19 are separate bodies. Therefore, the first projections 19 can be made separate from the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 and the first projections 19 are made of different materials. Therefore, the material of the first projections 19 can be different from that of the mesh member 8 .
  • the mesh member 8 and the first projections 19 are integrated. Therefore, the first convex portion 19 can be made integral with the mesh member 8 .
  • Embodiment 3 The semiconductor device 100 according to the third embodiment has the same configuration, manufacturing method, and effects as those of the semiconductor device according to the first embodiment unless otherwise specified.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view around the third joint portion 6 of the semiconductor device 100 according to the third embodiment.
  • the semiconductor device 100 according to the third embodiment basically has the same configuration as the semiconductor device according to the first embodiment.
  • the heat radiating portion 9 includes a body portion 9a and a second convex portion 9b.
  • the second convex portion 9b is connected to the body portion 9a.
  • the main body portion 9a and the second convex portion 9b may be integrated.
  • the second convex portion 9b protrudes from the main body portion 9a toward the mesh member 8 and is in contact with the mesh member 8 . At least three or more second protrusions 9b are attached to a portion of the body portion 9a.
  • a mesh member 8 is installed on the second convex portion 9b.
  • the second projection 9b is for positioning the mesh member 8 in the height direction.
  • the length of the second convex portion 9b is such that the mesh member 8 is parallel to the insulating substrate 5 and the thickness center 10 of the mesh member 8 is closer to the insulating substrate 5 than the thickness center 11 of the third joint portion 6. adjusted to position.
  • the processing of the second convex portion 9b on the heat radiating portion 9 is mechanical processing, laser processing, or the like.
  • the semiconductor element 1 of the combination member 16 it is necessary to direct the semiconductor element 1 of the combination member 16 downward when bonding the combination member 16 and the heat radiating portion 9 together.
  • the weight of the heat radiating portion 9 and the insulating substrate 5 may act as a load on the semiconductor element 1 .
  • the adhesive 7 does not bond to the portion where the surface of the mesh member 8 facing the insulating substrate 5 is in contact with the insulating substrate 5, there is a possibility of adhesion failure.
  • the heat dissipation portion 9 and the insulating substrate 5 are arranged below the semiconductor element 1, the load due to the weight of the heat dissipation portion 9 and the insulating substrate 5 is reduced during the manufacturing process.
  • the position of the mesh member 8 can be adjusted by the second projections 9b without covering the semiconductor element 1.
  • FIG. Insulation of the mesh member 8 is achieved by adjusting the length of the second convex portion 9b so as to form a gap between the surface 8a of the mesh member 8 facing the insulating substrate 5 and the insulating substrate 5 and injecting the adhesive 7.
  • the adhesive 7 enters the gap between the insulating substrate 5 and the facing surface 8 a facing the substrate 5 . Thereby, the adhesiveness between the insulating substrate 5 and the adhesive 7 can be ensured.
  • the second convex portion 9b protrudes from the main body portion 9a toward the mesh member 8 and is in contact with the mesh member 8 . Therefore, the position of the mesh member 8 can be adjusted by the second protrusions 9b.

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Abstract

半導体装置（１００）は、半導体素子（１）と、半導体素子（１）が搭載された絶縁基板（５）と、絶縁基板（５）に重ねられた放熱部（９）と、絶縁基板（５）と放熱部（９）とを接合する接合部（６）とを備えている。接合部（６）は、接着剤（７）と、接着剤（７）よりも低い線膨張係数を有しかつ貫通穴が設けられた網状部材（８）とを含んでいる。絶縁基板（５）に放熱部（９）が重ねられた方向において、網状部材（８）の厚みの中心は、接合部（６）の厚みの中心よりも絶縁基板（５）側に位置する。

Description

半導体装置
　本開示は、半導体装置に関するものである。
　特開平１１－３５８９３号公報（特許文献１）には、応力緩和特性を有するシート状ホットメルト接着剤により半導体素子が基板に接着された半導体装置が記載されている。この公報に記載された半導体装置では、シート状ホットメルト接着剤の内部にスペーサが配置されている。スペーサは、シート状ホットメルト接着剤の応力緩和特性を向上させるためのものである。
特開平１１－３５８９３号公報
　上記公報に記載された半導体装置では、スペーサによりシート状ホットメルト接着剤の剛性が一様に上がるため、温度変化時のスペーサの変形によって、シート状ホットメルト接着剤に接着された基板に発生する応力が大きくなる。
　本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度変化時に発生する絶縁基板の応力において応力緩和効果が確実に得られる半導体装置を提供することである。
　本開示の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が搭載された絶縁基板と、絶縁基板に重ねられた放熱部と、絶縁基板と放熱部とを接合する接合部とを備えている。接合部は、接着剤と、接着剤よりも低い線膨張係数を有しかつ貫通穴が設けられた網状部材とを含んでいる。絶縁基板に放熱部が重ねられた方向において、網状部材の厚みの中心は、接合部の厚みの中心よりも絶縁基板側に位置する。
　本開示の半導体装置によれば、絶縁基板に放熱部が重ねられた方向において、網状部材の厚みの中心は、接合部の厚みの中心よりも絶縁基板側に位置する。したがって、応力緩和効果が確実に得られる。
実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 図１のＩＩ部分を示す拡大図である。 実施の形態１に係る網状部材を示す平面図である。 実施の形態１に係る網状部材の変形例を示す平面図である。 構造解析の全体モデルの斜視図である。 構造解析の全体モデルの側面図である。 構造解析の全体モデルの平面図である。 網状部材の厚みが０．５のときの応力緩和効果を示すグラフである。 網状部材の厚みが０．３のときの応力緩和効果を示すグラフである。 網状部材の厚みが０．７のときの応力緩和効果を示すグラフである。 網状部材の厚みを変化させた場合の応力緩和効果を示すグラフである。 板状部材の厚みが０．５のときの応力緩和効果を示すグラフである。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法における組合せ部材が製造される工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法における組合せ部材に網状部材が載せられる工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法における網状部材に接着剤が塗布され放熱部が接合される工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の図２に対応する部分を示す断面図である。 実施の形態２に係る接合部の変形例を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法における放熱部に網状部材が載せられる工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法における網状部材に接着剤が塗布され組合せ部材が接合される工程を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の図２に対応する部分を示す断面図である。
　以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、図中において、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を繰り返さない。
　実施の形態１．
　図１を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１００について説明する。図１は実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。半導体装置１００は、半導体素子１と、第一接合部２と、銅電極３と、第二接合部４と、絶縁基板５と、第三接合部（接合部）６と、放熱部９とを備えている。半導体素子１と銅電極３とは第一接合部２によって接合されている、銅電極３と絶縁基板５とは第二接合部４によって接合されている。絶縁基板５と放熱部９とは第三接合部６によって接合される。
　半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（ＩＮＳＵＬＡＴＥＤ　ＧＡＴＥ　ＢＩＰＯＬＡＲ　ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）またはＭＯＳＦＥＴ（ＭＥＴＡＬ　ＯＸＩＤＥ　ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ　ＦＩＥＬＤ　ＥＦＦＥＣＴ　ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）などである。
　第一接合部２は、半導体素子１と銅電極３との接合に用いられる。第一接合部２は、銀ナノ粒子を用いた低温焼結材などである。なお、半導体素子１と銅電極３とは、第一接合部２を用いずに、超音波接合、表面活性化結合、あるいは銅の固相拡散接合などの直接接合により接合されていてもよい。
　絶縁基板５に半導体素子１が搭載されている。絶縁基板５は、窒化珪素（ＳＩＮ）、窒化アルミニウム（ＡＬＮ）、およびアルミナ（ＡＬ２Ｏ３）の少なくともいずれか一つを含む材料のセラミック材である。第二接合部４は、銅電極３と絶縁基板５とを接合するためのものである。第二接合部４は、ロウなどである。銅電極３と絶縁基板５とは第二接合部４によってロウ付けで接合されていても良いし、上記のように直接接合されていても良い。
　放熱部９は、絶縁基板５に重ねられている。絶縁基板５と放熱部９とは、第三接合部６によって接合されている。第三接合部６は、絶縁基板５と放熱部９とを接合する。第三接合部６は、接着剤７と、網状部材８とを含んでいる。接着剤７は、はんだと比較してヤング率が小さく、線膨張係数が大きい。網状部材８は、第三接合部６の内部に配置されている。
　図２は第三接合部６および網状部材８について説明するための断面図である。網状部材８は、接着剤７よりも線膨張係数が小さい部材で構成されている。網状部材８は、接着剤７よりも低い線膨張係数を有している。網状部材８に貫通穴ＴＨ（図３参照）が設けられている。貫通穴ＴＨ（図３参照）の内部に接着剤７が配置されている。絶縁基板５に放熱部９が重ねられた方向において網状部材８の厚みの中心１０は、第三接合部６の厚みの中心１１よりも絶縁基板５側に位置する。
　網状部材８は、接着剤７よりも大きいヤング率を有していてもよい。網状部材８は、絶縁基板５の主たる面に平行である。絶縁基板５は、網状部材８に対向する面５ａを含んでいる。網状部材８は、絶縁基板５の面５ａに平行であってもよい。網状部材８は、絶縁基板５の面５ａの全面と対向している。
　網状部材８は、第１フィラーを含んでいてもよい。第１フィラーは、接着剤７よりも大きいヤング率を有しかつ接着剤７よりも低い線膨張係数を有している。
　接着剤７は、第２フィラーを含んでいてもよい。第２フィラーは、第１フィラー以下のヤング率を有しかつ第１フィラー以上の線膨張係数を有している。第２フィラーは、接着剤７に一様に含有されている。
　網状部材８は、絶縁基板５に対向する対向面８ａを含んでいる。対向面８ａは、接着剤７に接している。対向面８ａの全面が接着剤７に接していることが好ましい。
　網状部材８と絶縁基板５との隙間は、第三接合部６の厚みに対して、０．１倍以内である。網状部材８の厚みは、第三接合部６の厚みに対して、０．３倍以上０．７倍以下である。
　図３は、網状部材８について説明するための平面図である。網状部材８は、網目状の部材である。網状部材８の外枠８ｂの内側に貫通穴ＴＨが設けられている。網状部材８の形状については、例えば、図３に示されるように、網目の貫通穴ＴＨが三角形である。
　図４は、網状部材８の変形例について説明するための平面図である。図４に示されるように、網目の貫通穴ＴＨが四角形であってもよい。
　網目形状の成形方法としては、金属またはセラミックの粉末を金型で焼結して成形する方法、金属またはセラミックの粉末をレーザーを用いた直接加熱により焼結して成形する方法などがある。
　図５～図７は、第三接合部６の内部の網状部材８の位置と絶縁基板５に発生する応力に関して応力緩和の関係を明らかにするための構造解析の全体モデルを示している。図５は、構造解析の全体モデルの斜視図である。図６は、網状部材８の厚みを示す側面図である。図７は、網状部材８の寸法を示す平面図である。
　解析条件は、温度変化が１８０℃から－４０℃である。解析方法は、３次元有限要素解析である。解析器具は、ＡＮＳＹＳである。網状部材８の厚みの寸法Ａは、網状部材８の網の幅の寸法Ａと等しい。
　図８～図１０は、第三接合部６の内部の網状部材８の位置と絶縁基板５に発生する応力に関して応力緩和の関係を明らかにするために構造解析を実施した結果を示している。
　図８は、網状部材８の厚さが第三接合部６の厚みの０．５倍のときの網状部材８の厚みの中心１０の放熱部９からの距離と応力緩和率との関係を示している。
　応力緩和率は、次の計算式に基づいて計算される。
　応力緩和率（％）＝（１－σ２／σ１）×１００
　σ１は、第三接合部６が接着剤７のみの場合の絶縁基板５に発生する応力である。σ２は、第三接合部６が接着剤７および網状部材８の場合の絶縁基板５に発生する応力である。
　第三接合部６に網状部材８が無い場合（第三接合部６が接着剤７のみの場合）、応力緩和率は０である。したがって、応力緩和率が正の場合は網状部材８による応力緩和の効果が有り、応力緩和率が負の場合は網状部材８による応力緩和の効果がない。なお、横軸の数値は、第三接合部６の厚さを１に正規化している。網状部材８の厚みが第三接合部６の厚みの０．５倍なので網状部材８の厚みは０．５となる。網状部材８の厚みの中心１０が放熱部９からの距離が０．２５に位置すると網状部材８と放熱部９とが接触する。網状部材８の厚みの中心１０が放熱部９からの距離が０．７５に位置すると網状部材８と絶縁基板５とが接触する。解析結果より、網状部材８の厚みの中心１０が絶縁基板５側に近づくほど応力緩和効果が大きくなり、放熱部９からの距離が０．４以上で応力緩和率が正になり、放熱部９からの距離が０．５以上で応力緩和率が１０％以上となる。また、放熱部９からの距離が０．６５以上０．７５以下で応力緩和率は最大値でほぼ一定となる。つまり、網状部材８と絶縁基板５との隙間が第三接合部６の厚みに対して０．１倍以内の場合に応力緩和率は最大値でほぼ一定となる。
　図９は、網状部材８の厚さが第三接合部６の厚みの０．３倍のときの網状部材８の厚みの中心１０の放熱部９からの距離と応力緩和率との関係を示している。応力緩和率は、前述同様に上記の式に基づいて計算される。第三接合部６に網状部材８が無い場合（第三接合部６が接着剤７のみの場合）、応力緩和率は０である。横軸の数値は、第三接合部６の厚さを１に正規化している。網状部材８の厚みが第三接合部６の厚みの０．３倍なので網状部材８の厚みは０．３となる。網状部材８の厚みの中心１０が放熱部９からの距離が０．１５に位置すると網状部材８と放熱部９とが接触する。網状部材８の厚みの中心１０が放熱部９からの距離が０．８５に位置すると網状部材８と絶縁基板５とが接触する。解析結果より、網状部材８の厚みの中心１０が絶縁基板５側に近づくほど応力緩和効果が大きくなり、放熱部９からの距離が０．４以上で応力緩和率が正になり、放熱部９からの距離が０．５以上で応力緩和率が１０％以上となる。また、放熱部９からの距離が０．５５以上０．６５以下で応力緩和率は最大値でほぼ一定となる。つまり、網状部材８と絶縁基板５との隙間が第三接合部６の厚みに対して０．１倍以内の場合に応力緩和率は最大値でほぼ一定となる。
　図１０は、網状部材８の厚さが第三接合部６の厚みの０．７倍のときの網状部材８の厚みの中心１０の放熱部９からの距離と応力緩和率との関係を示している。応力緩和率は、前述同様に上記の式に基づいて計算される。第三接合部６に網状部材８が無い場合（第三接合部６が接着剤７のみの場合）、応力緩和率は０である。横軸の数値は、第三接合部６の厚さを１に正規化している。網状部材８の厚みが第三接合部６の厚みの０．７倍なので網状部材８の厚みは０．７となる。網状部材８の厚みの中心１０が放熱部９からの距離が０．３５に位置すると網状部材８と放熱部９とが接触する。網状部材８の厚みの中心１０が放熱部９からの距離が０．６５に位置すると網状部材８と絶縁基板５とが接触する。解析結果より、網状部材８の厚みの中心１０が絶縁基板５側に近づくほど応力緩和効果が大きくなり、放熱部９からの距離が０．４５以上で応力緩和率が正になり、放熱部９からの距離が０．５以上で応力緩和率が１０％以上となる。また、放熱部９から距離が０．５５以上０．６５以下で応力緩和率は最大値でほぼ一定となる。つまり、網状部材８と絶縁基板５との隙間が第三接合部６の厚みに対して０．１倍以内の場合に応力緩和率は最大値でほぼ一定となる。
　図１１は、網状部材８の厚みを変化させたときの各厚みの最大応力緩和率を示している。縦軸は応力緩和率、横軸は第三接合部６の厚みを１と正規化したときの網状部材８の厚みである。例えば、横軸が０．５のときは網状部材８の厚さが第三接合部６の厚みの０．５倍である。網状部材８の厚みが第三接合部６の厚みの０．３倍、０．５倍、０．７倍の場合の最大応力緩和率がプロットされ、破線の曲線は多項式近似を示している。図１１より、網状部材８の厚みが０．５のときに最も応力緩和効果があり、網状部材８の厚みが０．３以上０．７以下のときに応力緩和率は１０％以上となる。なお、応力緩和率が１０％未満では、使用時にほとんど効果がない。
　したがって、網状部材８によって応力緩和効果を確保するためには、網状部材８の厚みと網状部材８の第三接合部６内での位置が重要である。１０％以上の応力緩和率を確保するためには、図８～図１１より、網状部材８の厚みの中心１０は、第三接合部６の厚みの中心１１よりも絶縁基板５側に位置する必要がある。また、図１１より、網状部材８の厚みは、第三接合部６の厚みに対して０．３倍以上０．７倍以下となる必要がある。さらに、最大の応力緩和効果を得るためには、網状部材８と絶縁基板５との隙間が第三接合部６の厚みに対して０．１倍以内となるように網状部材８を位置させる必要がある。
　図１２は、第三接合部６が網状部材８の代わりに貫通穴が設けられていない平坦な板状部材を備えた場合の構造解析の結果を示している。
　図１２は、板状部材の厚さが第三接合部６の厚みの０．５倍のときの板状部材の厚み中心の放熱部９からの距離と応力緩和率との関係を示している。縦軸は応力緩和率であり、横軸は第三接合部６の厚みを１と正規化したときの板状部材の厚みである。例えば、横軸が０．５のときは、板状部材の厚みは第三接合部６の厚みに対して０．５倍である。板状部材の厚みが０．５なので放熱部９の厚みの中心が放熱部９からの距離が０．２５に位置すると板状部材と放熱部９とが接触する。板状部材の厚みの中心が放熱部からの距離が０．７５に位置すると板状部材と絶縁基板５とが接触する。解析結果より、板状部材の場合は応力緩和率が負となり、逆に応力が大きくなる。これは、板状部材により剛性が必要以上に大きくなることが原因である。従って、本開示は、網状部材を採用する。
　図１３～図１５を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法の一例を説明する。
　まず、絶縁基板５と銅電極３とがロウ付けなどで第二接合部４を介して接合される。銅電極３と半導体素子１とが銀ナノ粒子を用いた低温焼結材などの第一接合部２を介して接合されることで、図１３に示されるように、絶縁基板５の上に銅電極３、半導体素子１を備えた組合せ部材１６が製造される。なお、半導体素子１と銅電極３、絶縁基板５と銅電極３の接合は、第一接合部２および第二接合部４を介さずに、超音波接合、表面活性化結合、あるいは銅の固相拡散接合などの直接接合により接合されてもよい。
　次に、図１４に示されるように、組合せ部材１６は、半導体素子１の第一接合部２と接していない面１７を下に向けるように配置される。絶縁基板５の第二接合部４と接していない面１８に網状部材８が載せられる。
　続いて、図１５に示されるように、絶縁基板５の網状部材８が載せられた絶縁基板５の面１８に網状部材８の上から接着剤７が塗布される。接着剤７および網状部材８により絶縁基板５と放熱部９とが接合される。網状部材８は網目形状なので、網目の貫通穴ＴＨ（図３参照）に接着剤７が浸透することで絶縁基板５と放熱部９との接合が可能となる。網状部材８が予め、絶縁基板５に接するように位置した状態で、接着剤７が塗布されるので、網状部材８の厚みの中心が、第三接合部６の厚みの中心より絶縁基板５側に位置することが可能になる。そして、１０％以上の応力緩和効果応力が確保できる構造が得られる。
　次に、実施の形態１に係る作用効果について説明する。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、絶縁基板５に放熱部９が重ねられた方向において、網状部材８の厚みの中心１０は、第三接合部６の厚みの中心１１よりも絶縁基板５側に位置する。これにより、絶縁基板５に発生する応力を緩和することができる。したがって、温度変化時に発生する絶縁基板５の応力において応力緩和効果が確実に得られる。これにより、絶縁基板５の破損を抑制することができる。
　接着剤７は、はんだと比較して高い線膨張係数を有しているため、絶縁基板５の面５ａに接着剤７のみが塗布されると、熱応力により絶縁基板５が破損するおそれがある。実施の形態１に係る半導体装置１００では、網状部材８は、接着剤７よりも低い線膨張係数を有している。網状部材８によって第三接合部６の熱変形を抑えることで絶縁基板５に発生する応力を抑えることができる。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、網状部材８は、接着剤７よりも大きいヤング率を有する。これにより、接着剤７の変形を抑制することができる。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、網状部材８は、絶縁基板５の面５ａに平行である。これにより、絶縁基板５への応力緩和効果を均一にすることができる。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、網状部材８は、接着剤７よりも大きいヤング率を有しかつ接着剤７よりも低い線膨張係数を有する第１フィラーを含んでいる。このため、網状部材８のヤング率を接着剤７のヤング率よりも大きくすることが可能である。また、網状部材８の線膨張係数を接着剤７の線膨張係数よりも低くすることが可能である。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、接着剤７は、第１フィラー以下のヤング率を有しかつ第１フィラー以上の線膨張係数を有する第２フィラーを含んでいる。第２フィラーは、接着剤７に一様に含有されている。これにより、接着剤７の強度および耐熱性を高めることができる。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、網状部材８の対向面８ａは、接着剤７に接している。これにより、接着剤７と網状部材８および絶縁基板５との接着性を高めることができる。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、網状部材８と絶縁基板５との隙間は、第三接合部６の厚みに対して、０．１倍以内である。これにより、絶縁基板５に発生する応力を最大限緩和することができる。
　実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、網状部材８の厚みは、第三接合部６の厚みに対して、０．３倍以上０．７倍以下である。これにより、絶縁基板５に発生する応力において応力緩和効果が確実に得られる。
　実施の形態２．
　実施の形態２に係る半導体装置１００は、特に説明しない限り、実施の形態１に係る半導体装置と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。
　図１６を参照して、実施の形態２に係る半導体装置１００について説明する。図１６は、実施の形態２に係る半導体装置１００の第三接合部６周辺の断面図である。実施の形態２に係る半導体装置１００は、基本的には実施の形態１に係る半導体装置１００と同様の構成を備える。第三接合部６は、第１凸部１９を含んでいる。第１凸部１９は、網状部材８に接続されている。第１凸部１９は、網状部材８から放熱部９に向けて突出しかつ放熱部９に接している。網状部材８の一部に少なくとも３つ以上の第１凸部１９が取り付けられている。第１凸部１９は、網状部材８の高さ方向の位置決めのためのものである。第１凸部１９の長さは、網状部材８が絶縁基板５に平行でありかつ網状部材８の厚さの中心１０が第三接合部６の厚さの中心１１よりも絶縁基板５側に位置するように調整される。第１凸部１９は、網状部材８と別部品である。網状部材８と第１凸部とは別体である。第１凸部１９の材料は、網状部材８の材料と異なっていてもよい。網状部材８と第１凸部１９とは異なる材料で構成されていてもよい。
　図１７は、第三接合部６の変形例について説明するための断面図である。図１７に示されるように、第１凸部１９は、網状部材８と一体形状でも良い。網状部材８と第１凸部１９とは一体化されていてもよい。
　図１８および図１９を参照して、実施の形態２に係る半導体装置１００の製造方法の一例を説明する。
　まず、実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法と同様に組合せ部材１６が製造される。次に、図１８に示されるように、放熱部９の上に第１凸部１９を有した網状部材８が載せられる。そして、図１９に示されるように、接着剤７が塗布される。組合せ部材１６は、接着剤７の上から絶縁基板５が接着剤７と接着される方向に載せられる。これにより、組合せ部材１６は、接着剤７および網状部材８に接合される。このとき、第三接合部６の内部で網状部材８の厚さの中心１０が第三接合部６の厚さの中心１１より上になるように第三接合部６の厚さが調節される。
　実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法では、組合せ部材１６と放熱部９との接着時に組合せ部材１６の半導体素子１を下向きにする必要がある。半導体素子１を下向きにすることで放熱部９および絶縁基板５の重さが負荷として半導体素子１にかかる可能性がある。また、網状部材８の絶縁基板５に対向している面と絶縁基板５とが接している部分に接着剤７が接合しないことで接着不良となる可能性がある。
　一方、実施の形態２に係る半導体装置１００の製造方法では、放熱部９および絶縁基板５が半導体素子１よりも下に配置されるため、製造時に放熱部９および絶縁基板５の重さによる負荷を半導体素子１にかけずに、第１凸部１９によって網状部材８の位置を調整することができる。網状部材８の絶縁基板５に対向する対向面８ａと絶縁基板５との隙間をあけるように第１凸部１９の長さを調節して接着剤７を注入することで、網状部材８の絶縁基板５に対向する対向面８ａと絶縁基板５との隙間に接着剤７が入り込む。これにより、絶縁基板５と接着剤７との接着性を確保することができる。
　次に、実施の形態２の作用効果について説明する。
　実施の形態２に係る半導体装置１００によれば、第１凸部１９は、網状部材８から放熱部９に向けて突出しかつ放熱部９に接している。このため、第１凸部１９によって網状部材８の位置を調整することができる。
　実施の形態２に係る半導体装置１００によれば、網状部材８と第１凸部１９とは別体である。このため、第１凸部１９を網状部材８と別部品とすることができる。
　実施の形態２に係る半導体装置１００によれば、網状部材８と第１凸部１９とは異なる材料で構成されている。このため、第１凸部１９を網状部材８と異なる材料とすることができる。
　実施の形態２に係る半導体装置１００によれば、網状部材８と第１凸部１９とは一体化されている。このため、第１凸部１９を網状部材８と一体形状とすることができる。
　実施の形態３．
　実施の形態３に係る半導体装置１００は、特に説明しない限り、実施の形態１に係る半導体装置と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。
　図２０を参照して、実施の形態３に係る半導体装置１００について説明する。図２０は、実施の形態３に係る半導体装置１００の第三接合部６周辺の断面図である。実施の形態３に係る半導体装置１００は、基本的には実施の形態１に係る半導体装置と同様の構成を備える。放熱部９は、本体部９ａと、第２凸部９ｂとを含んでいる。第２凸部９ｂは、本体部９ａに接続されている。本体部９ａと第２凸部９ｂとは一体化されていてもよい。第２凸部９ｂは、本体部９ａから網状部材８に向けて突出しかつ網状部材８に接している。本体部９ａの一部に少なくとも３つ以上の第２凸部９ｂが取り付けられている。第２凸部９ｂの上に網状部材８が設置されている。第２凸部９ｂは、網状部材８の高さ方向の位置決めのためのものである。第２凸部９ｂの長さは、網状部材８が絶縁基板５に平行でありかつ網状部材８の厚さの中心１０が第三接合部６の厚さの中心１１よりも絶縁基板５側に位置するように調整される。なお、放熱部９への第２凸部９ｂの加工は、機械加工、レーザー加工などである。
　実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法では、組合せ部材１６と放熱部９との接着時に組合せ部材１６の半導体素子１を下向きにする必要がある。半導体素子１を下向きにすることで放熱部９および絶縁基板５の重さが負荷として半導体素子１にかかる可能性がある。また、網状部材８の絶縁基板５に対向している面と絶縁基板５とが接している部分に接着剤７が接合しないことで接着不良となる可能性がある。
　一方、実施の形態３に係る半導体装置１００の製造方法では、放熱部９および絶縁基板５が半導体素子１よりも下に配置されるため、製造時に放熱部９および絶縁基板５の重さによる負荷を半導体素子１にかけずに、第２凸部９ｂによって網状部材８の位置を調整することができる。網状部材８の絶縁基板５に対向する対向面８ａと絶縁基板５との隙間をあけるように第２凸部９ｂの長さを調節して接着剤７を注入することで、網状部材８の絶縁基板５に対向する対向面８ａと絶縁基板５との隙間に接着剤７が入り込む。これにより、絶縁基板５と接着剤７との接着性を確保することができる。
　次に実施の形態３の作用効果について説明する。
　実施の形態３に係る半導体装置１００によれば、第２凸部９ｂは、本体部９ａから網状部材８に向けて突出しかつ網状部材８に接している。このため、第２凸部９ｂによって網状部材８の位置を調整することができる。
　上記の各実施の形態は適宜組み合わせることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示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　第一接合部、３　銅電極、４　第二接合部、５　絶縁基板、５ａ　面、６　第三接合部、７　接着剤、８　網状部材、８ａ　対向面、９　放熱部、９ａ　本体部、９ｂ　第２凸部、１９　第１凸部、１００　半導体装置、ＴＨ　貫通穴。

Claims (13)

  1. 　半導体素子と、
    　前記半導体素子が搭載された絶縁基板と、
    　前記絶縁基板に重ねられた放熱部と、
    　前記絶縁基板と前記放熱部とを接合する接合部とを備え、
    　前記接合部は、接着剤と、前記接着剤よりも低い線膨張係数を有しかつ貫通穴が設けられた網状部材とを含み、
    　前記絶縁基板に前記放熱部が重ねられた方向において、前記網状部材の厚みの中心は、前記接合部の厚みの中心よりも前記絶縁基板側に位置する、半導体装置。
  2. 　前記網状部材は、前記接着剤よりも大きいヤング率を有する、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記絶縁基板は、前記網状部材に対向する面を含み、
    　前記網状部材は、前記絶縁基板の前記面に平行である、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記網状部材は、前記接着剤よりも大きいヤング率を有しかつ前記接着剤よりも低い線膨張係数を有する第１フィラーを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 　前記接着剤は、前記第１フィラー以下のヤング率を有しかつ前記第１フィラー以上の線膨張係数を有する第２フィラーを含み、
    　前記第２フィラーは、前記接着剤に一様に含有されている、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 　前記網状部材は、前記絶縁基板に対向する対向面を含み、
    　前記対向面は、前記接着剤に接している、請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 　前記網状部材と前記絶縁基板との隙間は、前記接合部の厚みに対して、０．１倍以内である、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 　前記網状部材の厚みは、前記接合部の厚みに対して、０．３倍以上０．７倍以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体装置。
  9. 　前記接合部は、前記網状部材に接続された第１凸部を含み、
    　前記第１凸部は、前記網状部材から前記放熱部に向けて突出しかつ前記放熱部に接している、請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体装置。
  10. 　前記網状部材と前記第１凸部とは別体である、請求項９に記載の半導体装置。
  11. 　前記網状部材と前記第１凸部とは異なる材料で構成されている、請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 　前記網状部材と前記第１凸部とは一体化されている、請求項９に記載の半導体装置。
  13. 　前記放熱部は、本体部と、前記本体部に接続された第２凸部とを含み、
    　前記第２凸部は、前記本体部から前記網状部材に向けて突出しかつ前記網状部材に接している、請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体装置。
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01130592U (ja) * 1988-02-29 1989-09-05
JP2015043356A (ja) * 2013-08-26 2015-03-05 三菱電機株式会社 パワーモジュール

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