半導体装置及び当該半導体装置の製造方法

【課題】良好な電気絶縁性が確保された熱伝導性絶縁樹脂シートを有する半導体装置と当該半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】熱伝導性絶縁樹脂シート３０が、ヒートシンク７またはパワーモジュール２０のいずか一方に設けられたシート接着用凹部５１に封入され、シート接着用凹部５１の周縁と相対するモールド樹脂５の面は、パワーモジュール２０の上方に向けてモールド樹脂５内に突出して、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分と熱伝導性絶縁樹脂シート３０から押し出されたボイドとを内包する窪み５２を備える半導体装置１と当該半導体装置１の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱伝導性絶縁部材を有する半導体装置と当該半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置では、発熱部である半導体素子と放熱部材との間に配置されて、半導体素子と放熱部材とを接着して熱を放熱部材へ伝達させ、且つ絶縁層としても機能する熱伝導性絶縁部材として、熱硬化性樹脂に無機充填材を添加した熱伝導性樹脂組成物が用いられている。
電力用半導体装置の場合では、この熱伝導性樹脂組成物として熱硬化性樹脂シートなどが用いられている。
このような電力用半導体装置用の熱伝導性絶縁樹脂シートは、例えば２５００Ｖの交流電圧に１分間耐え得るなどの高い耐電圧特性が要求されるが、熱伝導性絶縁樹脂シート内に内在する気泡（いわゆる、ボイド）が耐電圧特性を低下させる要因となっている。
【０００３】
しかし、パッシェンの法則に示されているように、熱伝導性絶縁樹脂シート内のボイドの大きさと放電電圧には相関関係があるため、ボイドの大きさを小さくすることで放電開始電圧を高めて、熱伝導性絶縁樹脂シートの耐電圧特性、すなわち電気絶縁性を向上させることができる。
ボイドの大きさを小さくする方法として、電力用半導体装置の製造工程において１０ＭＰａにも及ぶ高圧力を未硬化状態の熱伝導性絶縁樹脂シートに印加してボイドを潰したり、あるいはボイドを隣接する硬化途中のモールド樹脂内に押し出すという、例えば特許文献１に記載するような半導体装置と半導体装置の製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６５２８１号公報（第１３頁段落[００６７]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の半導体装置及び半導体装置の製造方法では、高圧力を印加しても潰しきれないボイドが熱伝導性絶縁樹脂シートの内部に残存したり、隣接する硬化途中のモールド樹脂内に押し出せなかったボイドが熱伝導性絶縁樹脂シートの界面に残存するために、高い電気絶縁性を持つ熱伝導性絶縁樹脂シートを有する半導体装置を安定的に提供することが難しいという課題があった。
【０００６】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、ボイドが抑制され良好な電気絶縁性が確保された熱伝導性絶縁部材を有する半導体装置と、当該半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る半導体装置は、
半導体素子と、
半導体素子が固着される金属配線部材と、
半導体素子と金属配線部材の下面以外とを封止してパワーモジュールを形成するモールド樹脂と、
金属配線部材の下面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して接着されるヒートシンクとを備えた半導体装置において、
熱伝導性絶縁樹脂シートは、ヒートシンクまたはパワーモジュールの少なくともいずか一方に設けられたシート接着凹部に封入され、
シート接着凹部の周縁と相対するモールド樹脂の面は、パワーモジュールの上方に向けてモールド樹脂内に突出して、熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを内包する窪みを備えたものである。
【０００８】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、
特許請求の範囲の請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
モールド樹脂を加熱しながらモールド樹脂の上面の中央部を加圧し、加圧範囲をパワーモジュールの外周に向けて徐々に拡大させて、加圧によりシート接着用凹部から溶出した熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と、熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを窪みに誘導するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る半導体装置は、
熱伝導性絶縁樹脂シートが、ヒートシンクまたはパワーモジュールの少なくともいずか一方に設けられたシート接着用凹部に封入され、
シート接着用凹部の周縁と相対するモールド樹脂の面には、パワーモジュールの上方に向けてモールド樹脂内に突出して、熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを内包する窪みが備えられたものなので、
熱伝導性絶縁樹脂シート内のボイドが低減され、良好な電機絶縁性を確保することができる。
【００１０】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、
モールド樹脂を加熱しながらモールド樹脂の上面の中央部を加圧し、加圧範囲をパワーモジュールの外周に向けて徐々に拡大させて、加圧によりシート接着用凹部から溶出した熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と、熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを窪みに誘導するものなので、
熱伝導性絶縁樹脂シート内のボイドを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る熱伝導性樹脂シートの設置圧着工程を示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るパワーモジュールと加圧前の電力用半導体装置の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の加圧中における断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置のシート接着用凹部の構成例である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置と電力用半導体装置の加圧中における断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の断面図と、モールド樹脂の平面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の加圧時における断面の連続図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置の断面図とモールド樹脂の平面図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置の断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係る熱伝導性絶縁樹脂シートの要部拡大図である。
【図１２】この発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、電力用半導体装置１００の断面図である。
半導体素子１は、例えばインバータやコンバータ等を構成するＩＧＢＴ素子のような発熱性の電力用素子である。
半導体素子１の上面と主端子２ａは半田３ａにより半田付けされており、半導体素子１の下面と金属配線部材４は半田３ｂにより半田付けされている。
また、主端子２ｂと金属配線部材４も半田３ｃにより半田付けされている。
【００１３】
半導体素子１と、主端子２ａ、２ｂと、金属配線部材４の下面以外とをモールド樹脂５で封止してパワーモジュール２０を形成する。
主端子２ａ、２ｂの半田付けされていない側の端部はモールド樹脂５の外側に突出している。
また、金属配線部材４の下面は上述の通りモールド樹脂５に覆われていないため、パワーモジュール２０より露出しており、この露出した金属配線部材４の下面に熱伝導性絶縁樹脂シート３０を介してヒートシンク７を接着して、電力用半導体装置１００を形成する。
【００１４】
発熱性の電力用素子で構成された半導体素子１は、高電圧、高電流という環境下で使用されるために、非常に高温になる。半導体素子１の正常な動作を確保するためにはこの発生した熱を逃がし、半導体素子１の適切な動作温度を維持する必要がある。
そこで、金属配線部材４は、主端子２ａと接続されて半導体素子１に通電をするという電極としての役割のみならず、ヒートスプレッダとしての役割をも兼ねている。
すなわち、半導体素子１にて発生した熱は、半田３ｂを介して金属配線部材４の全体に広がり、金属配線部材４に接着されている放熱板であるヒートシンク７に広範囲に渡って放熱されることで、電力用半導体装置１００の放熱性が向上するのである。
【００１５】
このように、金属配線部材４は２つの役割をもつので、金属配線部材４の材料としては、熱伝導性および電気伝導性の良いものが好ましく、例えば銅や、半田付け可能なようにニッケルメッキされたアルミニウム等を用いるとよい。勿論、これらの材料に限らず、熱および電気を伝導できる材料であれば、他の材料を用いてもよい。
一方、ヒートシンク７は、アルミニウムや銅など導電性の金属で構成されており、ヒートシンク７内を流れる導電性溶液を通じて、ラジエータなど周辺部品と接続されて冷却を行うという水冷方式が一般的に用いられている。
【００１６】
次に金属配線部材４とヒートシンク７間に熱伝導性絶縁樹脂シート３０を設置する理由について説明する。
例えばパワーモジュール２０がインバータである場合に、金属配線部材４には直流電圧または交流電圧が印加されるため、パワーモジュール２０の動作中に、金属配線部材４には電位が発生する。
このため、金属配線部材４とヒートシンク７とは電気的に絶縁分離される必要がある。
もしこの絶縁分離が十分でないと、ヒートシンク７は周辺部材とも接続されているので、最悪の場合に半導体素子１がヒートシンク７を介してアースと短絡し、半導体素子１が故障する可能性もある。
そのため、金属配線部材４とヒートシンク７間に、シート接着用凹部５１という凹み部を設け、ここに熱を伝達する特性を有するだけでなく電気絶縁性も有する熱伝導性絶縁樹脂シート３０を封入することで、金属配線部材４とヒートシンク７を絶縁分離している。
【００１７】
以下、電力用半導体装置１００の製造工程における熱伝導性絶縁樹脂シート３０の設置、圧着方法の概要について、フロー図を基に説明する。
図２は、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の設置、圧着工程の概要を示すフロー図である。
まずヒートシンク７を設置し（Ｓ１）、その上に熱伝導性絶縁樹脂シート３０を載置（Ｓ２）する。
そして熱伝導性絶縁樹脂シート３０が、シート接着用凹部５１内に配置されるように上方からパワーモジュール２０を重ねて（Ｓ３）、電力用半導体装置１００を組み立てる。
【００１８】
ここで、真空式ヒータープレス装置８（以降、プレス装置８という）で電力用半導体装置１００全体を減圧下におき（Ｓ４）、電力用半導体装置１００の加熱を開始する（Ｓ５）。
熱伝導性絶縁樹脂シート３０として用いる熱硬化性樹脂は、固体状態時に加熱すると最初は軟化するという性質を有する。加熱によって熱伝導性絶縁樹脂シート３０が軟化した後に、金属配線部材４の中央部の鉛直上方付近のパワーモジュール２０の上面を、プレス装置８で鉛直下方に加圧する（Ｓ６）。
【００１９】
パワーモジュール２０の上部を鉛直下方に加圧することで、その圧力が軟化された熱伝導性絶縁樹脂シート３０に加わり、ボイドが潰しこまれる。
また、加熱された熱硬化性樹脂は加圧されると流動性を持つので、流動化した熱伝導性絶縁樹脂シート３０内をボイドが移動して、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の外へボイドが押し出される（詳細は後述）。
ここで、電力用半導体装置１００全体を減圧下におく理由は、減圧下でパワーモジュール２０の上部に圧力を加えることで、熱伝導性絶縁樹脂シート３０とヒートシンク７の界面、および熱伝導性絶縁樹脂シート３０と金属配線部材４の界面に挟みこまれた空気層を低圧膨張させて、排出させやすくするためである。
【００２０】
軟化した熱伝導性絶縁樹脂シート３０は、シート接着用凹部５１の形状に沿いながらシート接着用凹部５１内に熱伝導性絶縁樹脂層を形成して圧着され、更なる加熱の継続により最後は硬化する。
熱伝導性絶縁樹脂シート３０が完全に硬化した後に、パワーモジュール２０の加圧を停止し（Ｓ７）、続いて電力用半導体装置１００の加熱を停止し（Ｓ８）、最後にプレス装置８の減圧を停止して（Ｓ９）、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の設置圧着工程を終了する（Ｓ１０）。
【００２１】
好ましくは、加熱ステップ（Ｓ５）において、減圧下での加熱を一定時間以上保持するとよい。こうすることで硬化前の熱伝導性絶縁樹脂シート３０に内包された溶剤や水分が気化し、排出されやすくなり、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の絶縁性が高まるからである。
本来この溶剤を使用しないことがボイド対策として有効であるが、この溶剤は熱伝導性絶縁樹脂シート３０の加工を容易にするものであり、溶剤がないと熱伝導性絶縁樹脂シート３０は粘度が高過ぎて加工性が非常に悪くなる。
【００２２】
以下、電力用半導体装置１００を加圧する工程（Ｓ６）およびこの工程（Ｓ６）にてボイドを潰しこむ作用について図を用いて詳しく説明する。
図３（ａ）は、熱伝導性絶縁樹脂シート３０を取り付ける前のパワーモジュール２０の断面図である。
図３（ｂ）は、ヒートシンク７の上に載置された熱伝導性絶縁樹脂シート３０が、シート接着用凹部５１内にくるように上方からパワーモジュール２０を重ねた図である。
図４は、プレス装置８により加圧される電力用半導体装置１００の断面図である。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、シート接着用凹部５１の厚み（ｄ１）よりも大きい厚み（ｄ２）を持つ熱伝導性絶縁樹脂シート３０を用いる。
このように熱伝導性絶縁樹脂シート３０の厚み（ｄ２）を、シート接着用凹部５１の厚み（ｄ１）より大きくして、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の体積をシート接着用凹部５１の体積よりも大きくする理由は、熱伝導性絶縁樹脂シート３０内の溶剤が加熱により気化して押し出されるために、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の硬化後の体積が加熱加圧前に比べて約１０％減少するからである。
シート接着用凹部５１の厚み（ｄ１）は絶縁性を確保するために必要な厚みであり、熱伝導性絶縁樹脂シート３０がこの厚みを確保できるように、予め体積の大きな熱伝導性絶縁樹脂シート３０を用意している。
【００２４】
シート接着用凹部５１の周縁と相対するモールド樹脂５の面には、パワーモジュール２０の上方に向けて突出する窪みである余剰吸収部５２が設けられている。
図１、図４に示すように、余剰吸収部５２は、シート接着用凹部５１内に収まりきらない熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分を収容する場所である。
この余剰吸収部５２を設けていないと、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分が、パワーモジュール２０とヒートシンク７との接触部分（Ｐ１）に不規則にはみ出し、熱伝導性絶縁樹脂シート３０を封止するシート接着用凹部５１が閉鎖された空間とならず、熱伝導性絶縁樹脂シート３０に圧力を加えたとしても、この圧力が開放されてしまい、ボイド９を潰す作用が不十分となる。
一旦、熱伝導性絶縁樹脂シート３０がはみ出る流路が発生すると、パワーモジュール２０への加圧により、更にシート接着用凹部５１内から熱伝導性絶縁樹脂が流出し、結果として熱伝導性絶縁樹脂シート３０の厚みが非常に薄くなってしまい、所望の絶縁性が得られなくなる。
【００２５】
そこで、シート接着用凹部５１の体積より大きな体積を持つ熱伝導性絶縁樹脂シート３０を用い、余剰吸収部５２を設けておくことによって、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分を余剰吸収部５２に排出させる。
パワーモジュール２０を鉛直下方に加圧することで、パワーモジュール２０とヒートシンク７との隙間（ｄ１とｄ２の差による隙間）は閉じられ、余剰分は余剰吸収部５２に収納される。
こうして、パワーモジュール２０とヒートシンク７の接触部分（Ｐ１）に余剰分がはみ出すことなく、シート接着用凹部５１を余すところなく熱伝導性絶縁樹脂で充填することができるので、熱伝導性絶縁樹脂層の十分な厚みが確保される。
こうして、金属配線部材４とヒートシンク７間の高い絶縁性を確保させつつ、ボイド９を確実に潰し込むという効果を得ることができる。
【００２６】
熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分は、余剰吸収部５２の体積内で確実に収まるように設定する必要がある。
シート接着用凹部５１の表面に存在する微少な凹凸や、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の圧縮率の変化によりこの余剰分は多少増減するものの、この増減分の最大想定値で余剰分を想定することによって、余剰分は余剰吸収部５２からあふれない。
また、シート接着用凹部５１の体積および余剰吸収部５２の体積を合算して得られる空間の体積を、硬化前の熱伝導性絶縁樹脂シート３０の体積と同等程度に設定する方法を用いても、余剰分の体積が余剰吸収部５２の体積を超えることはない。
こうして、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分が余剰吸収部５２から流出することを防止することができる。
【００２７】
次にパワーモジュール２０の上面加圧時における、ボイド９の熱伝導性絶縁樹脂シート３０外への押し出し作用について説明する。
図３（ｂ）に示すように、加圧前の熱伝導性絶縁樹脂シート３０には多数のボイド９が内包されている。ここでパワーモジュール２０の上面を、プレス装置８で鉛直下方に加圧する。この加圧によりパワーモジュール２０に、鉛直下方にしなる弓形状の反りが発生する。（図４参照）
熱伝導性絶縁樹脂シート３０内のボイド９は、加熱及び加圧により軟化して流動化した熱伝導性絶縁樹脂シート３０の浮力を受けて熱伝導性絶縁樹脂シート３０内の高い位置、すなわちシート接着用凹部５１の外周側にかけて徐々に移動し、最後は熱伝導性絶縁樹脂シート３０から排出されて余剰吸収部５２に収納される。（図１）
【００２８】
ここで絶縁性が最も懸念される箇所は、図１に太線Ａ部として示す金属配線部材４とヒートシンク７間の沿面放電距離である。
ヒートシンク７と金属配線部材４間の電位差により生じる等電位線を考えた時に、金属配線部材４とヒートシンク７の間の熱伝導性絶縁樹脂シート３０にはきわめて大きい勾配の電界が生じるが、余剰吸収部５２はこの領域から離して配置されており、沿面放電距離も十分に長くなるため余剰吸収部５２において絶縁破壊は起きにくい。
【００２９】
図５は、シート接着用凹部５１をヒートシンク７側に設置する場合の１例である。
図５に示すようにシート接着用凹部５１をパワーモジュール２０側でなくヒートシンク７の上面に設ける場合でも、また、図示しないがシート接着用凹部５１をパワーモジュール２０とヒートシンク７の上面の両方に設置して互いを連通させても同様の効果を得られることは勿論のことである。
【００３０】
熱伝導性絶縁樹脂シート３０の材料としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂のような熱硬化性樹脂が好ましい。
熱伝導性絶縁樹脂シート３０にはフィラーを含浸させることで、熱伝導率を格段に向上させることができるが、そのような材料としては、アルミナ、窒化ボロン、窒化シリコン、窒化アルミなどがある。フィラーの含有率としては、体積％で５０％〜８０％程度が好ましい。
すなわち、フィラーの含有率が５０％以下であると熱伝導率が低く、８０％以上、特に９０％以上では、ボロボロと脆い物質となり、容易に成形できなくなる。
また、８０％以上では、適切なフィラー粒径分布の配合比を選択しないと、十分な混ぜ込みができずにボイド９が残りやすい。
また、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の厚みとしては、およそ１００μｍから５００μｍ程度が好ましい。
【００３１】
この発明の実施の形態１の半導体装置および当該半導体装置の製造方法によると、熱伝導性絶縁樹脂を封入するシート接着用凹部５１の周縁に余剰吸収部５２を設けることで、シート接着用凹部５１を余すところなく熱伝導性絶縁樹脂シート３０で充填することができ、また絶縁性能を低下させる要因となる熱伝導性絶縁樹脂シート３０内のボイド９を潰しこみ、あるいは絶縁性能に影響のない場所にボイド９を誘導することができるので、高い電気絶縁性を持つ熱伝導性絶縁樹脂シートを有する半導体装置を提供することができる。
【００３２】
また、ボイド９が残らないことからシート接着用凹部５１の厚みを小さくすることができ、結果、パワーモジュール２０を小型化できる。これにより、パワーモジュール２０やヒートシンク７を覆うケース部材の重量や材料使用量を削減できるという効果も得られる。
また、部留まりが向上するので、電力用半導体装置１００に使用される半導体素子、半田接合剤などの環境負荷物質の使用量を低減することが可能となる。
【００３３】
なお、本発明は電力用半導体装置以外の用途に使用する半導体装置に利用可能であることは言うまでもない。
【００３４】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図６は、この発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置２００の断面図である。
パワーモジュール２２０は、その厚みが外周部から中央部に向かうに従って次第に薄くなるように、モールド樹脂２０５の上面が形成されている。
このモールド樹脂２０５の上面は緩やかな曲面で形成されており、その曲面の底部は金属配線部材４の中心部の鉛直方向上方にある。
【００３５】
図６（ｂ）に示すように、プレス装置８にてこのような曲面を持つモールド樹脂２０５の上面を加圧すると、曲面の底を中心として鉛直下方にしなる弓形状の反りが発生し、その反りは実施の形態１に比べて促進されている。
このようにパワーモジュール２２０の上面に曲面を持たせて加圧時の弓形状の反りを促進することで、余剰吸収部５２へボイド９を排出する効果が高まる。
またこの曲面は、変曲点を持たない滑らかな面で構成されていると好ましい。
【００３６】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図７（ａ）は、この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置３００の断面図である。
図７（ｂ）は、この発明の実施の形態３に係るモールド樹脂３０５の平面図である。
図８（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置３００の加圧時における断面の連続図である。
パワーモジュール３２０は、モールド樹脂３０５の上面であって且つ金属配線部材４の中央近傍の鉛直上方の位置に、直線状の溝である直線状溝部３６０を有している。
このパワーモジュール３２０の加圧方法は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、まず、プレス装置３０８でモールド樹脂の上面の中央部を鉛直下方に加圧し、加圧範囲をパワーモジュール３２０の外周に向けて徐々に拡大させる。
プレス装置３０８の加圧面は、加圧後のパワーモジュール３２０の撓み傾斜相当となるように中心から外周に傾斜を持たせた形状となっている。
【００３７】
この加圧方法によると、加圧の初期段階でモールド樹脂３０５が反り、次第にプレス装置３０８の下面がモールド樹脂の上面全体に接触するので、パワーモジュール３２０を安定的に加圧して撓ませることができる。
このようにパワーモジュール３２０の平面部とプレス装置３０８の平面部とで加圧が進められることから、加圧工程におけるプロセス条件が安定する。
特に複数の半導体装置を加圧する場合に、各半導体装置の加圧におけるプロセス条件を一致させることができるので、各半導体装置で同等のボイド低減効果を得ることが可能になる。
【００３８】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図９（ａ）は、この発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置４００の断面図である。
図９（ｂ）は、この発明の実施の形態４に係るモールド樹脂４０５部の平面図である。
パワーモジュール４２０は、その上面に十字形の溝である十字状溝部４６１を有している。
この十字状溝部４６１を設けることによりパワーモジュール４２０の更なる反りを、パワーモジュール４２０の四方に渡って発生させることができ、余剰吸収部５２へボイドを誘導する効果が高まる。
【００３９】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１０は、この発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置５００の断面図である。
シート接着用凹部５１上に２個の半導体素子１が設置されている。
【００４０】
一般に電力用半導体装置が自動車のモーター駆動用である場合には、小型化、軽量化が自動車の基本性能である燃費に直結するため、重要な要素となってくる。
またレイアウト設計において半導体素子が小型であると、設計の自由度が増すと共に、基板が小型化できるなど、利点が多いことから半導体の小型化要求は高い。
こうして複数の半導体素子１を近づけて配置して小型化された電力用半導体装置５００においても、複数の半導体素子１の下にシート接着用凹部５１と余剰吸収部５２を設けることで、同様のボイドの低減効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１１は、この発明の実施の形態６に係る熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の要部拡大図である。
熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の周縁の厚みは中央部の厚みよりも大きくなるように形成されている。
一般に、パワーモジュールを構成する金属配線部材およびモールド樹脂の線膨張率は、ヒートシンクとの線膨張率と差が生じる。
例えば金属配線部材が銅の場合は、モールド樹脂を銅の線膨張率に合わせて、パワーモジュール全体として、ほぼ銅の線膨張率（１６＊１０＾−６／℃）と等価となるように調節して、パワーモジュールの半田３ａ、３ｂ、３ｃの信頼性を確保する。
しかしヒートシンクはアルミニウム（２３＊１０＾−６／℃）等を通常使用するために、パワーモジュールとヒートシンクに線膨張率の差が生じるのである。
【００４２】
この線膨張率の差によって、熱伝導性樹脂シート６３０の周縁（図中太線Ｂ部）からモールド樹脂の剥離が進展し、剥離が電位の発生する金属配線部材まで到達した場合には、金属配線部材とヒートシンクが通電する可能性がある
そのため、パワーモジュールとヒートシンクとの間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート６３０によって、その線膨張率差を吸収する必要がある。
ここでパワーモジュールとヒートシンクの線膨張率差に起因する熱応力が最も大きくかかる熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の場所は、熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の周縁である。
よって、熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の周縁の厚みを大きくすることで、熱伝導性絶縁樹脂シート６３０にかかる熱応力を緩和して、モールド樹脂５の剥離進展を抑制することができる。
【００４３】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１２は、この発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置の要部拡大図である。
モールド樹脂５の外周のヒートシンク７との接触部に、水分進入を防止する樹脂である水分進入抑制樹脂７７０を設けている。
これによりパワーモジュールの側面とヒートシンク７との接触部が隙間のない状態となり、高湿度環境下において熱伝導性絶縁樹脂シート３０が封止されているシート接着用凹部５１への水分の浸入が抑止でき、絶縁性低下を抑制出来る。
ここでの水分進入抑制樹脂７７０の材料としては、ポリイミド系樹脂などが好ましい。
【００４４】
なお、以上で述べた実施の形態１乃至実施の形態７は、それぞれ組み合わせて使用してもよい。
また技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以上の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１半導体素子、４金属配線部材、５，２０５，３０５，４０５モールド樹脂、
７ヒートシンク、８，３０８プレス装置、９ボイド、
２０，２２０，３２０，４２０，５２０パワーモジュール、
３０，６３０熱伝導性絶縁樹脂シート、５１シート接着用凹部、５２余剰吸収部、１００，２００，３００，４００，５００電力用半導体装置、３６０直線状溝部、
４６１十字状溝部、７７０水分進入抑制樹脂。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子が固着される金属配線部材と、
前記半導体素子と前記金属配線部材の下面以外とを封止してパワーモジュールを形成するモールド樹脂と、
前記金属配線部材の下面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して接着されるヒートシンクとを備えた半導体装置において、
前記熱伝導性絶縁樹脂シートは、前記ヒートシンクまたは前記パワーモジュールの少なくともいずか一方に設けられたシート接着用凹部に封入され、
前記シート接着用凹部の周縁と相対する前記モールド樹脂の面は、前記パワーモジュールの上方に向けて前記モールド樹脂内に突出して、前記熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と前記熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを内包する窪みを備えた半導体装置。
【請求項２】
前記パワーモジュールの厚みは外周部から中央部に向かうに従って薄くなるように前記モールド樹脂の上面を形成する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記モールド樹脂の上面であって且つ前記金属配線部材の中央近傍の鉛直上方の位置に、直線状の溝を設けた請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記直線状の溝は十字形である請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記パワーモジュールを構成する前記半導体素子を複数個配置した請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記熱伝導性絶縁樹脂シートの外周部側の厚みを中央部側の厚みに比べて大きくなるように形成された請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記モールド樹脂の外周の前記ヒートシンクとの接触部に、水分進入抑制樹脂を配置した請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記モールド樹脂を加熱しながら前記モールド樹脂の上面の中央部を加圧し、加圧範囲を前記パワーモジュールの外周に向けて徐々に拡大させて、加圧により前記シート接着用凹部から溶出した前記熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と、前記熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを前記窪みに誘導する半導体装置の製造方法。

【図１】