JP5114323B2

JP5114323B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP5114323B2
Application number: JP2008176087A
Authority: JP
Inventors: 昌吾森; 忍田村; 忍山内
Original assignee: Toyota Industries Corp; Showa Denko KK
Current assignee: Toyota Industries Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2010016254A

Description

本発明は、絶縁基板とヒートシンクとの間に応力緩和部材が設けられるとともに、絶縁基板とヒートシンクとが熱伝導可能に結合された半導体装置に関する。

半導体装置としては、窒化アルミニウムなどからなる絶縁基板の表裏両面に純アルミニウムなどの金属板を接合し、表面金属板に半田付けなどにより半導体素子を接合するとともに裏面金属板とヒートシンク（放熱装置）とを互いに熱伝導可能な状態で結合したものがある。そして、この半導体装置では、半導体素子の発する熱を、裏面金属板に接合されたヒートシンクから放熱するようになっている。ところで、半導体装置では、ヒートシンクの放熱性能が長期間にわたって維持されることが要求されているが、従来の構成によれば、使用条件によっては絶縁基板と、金属板及びヒートシンクとの線膨張係数の相違に起因して発生する熱応力によって接合部にクラックや反りが生じ、放熱性能が低下する虞がある。

そこで、従来、このような問題を解決するために、裏面側の金属板に対して所定深さの段差、溝、凹陥部からなる熱応力緩和部を設けた半導体モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、特許文献１に記載の半導体モジュールでは、表面側の金属板に対する裏面側の金属板の体積比が０．６以下となるように、熱応力緩和部の数や大きさを設定している。

また、その他に、裏金属板に対して放熱装置との接合面に、孔又は溝からなる非接合領域と孔又は溝が形成されていない接合領域とを形成し、接合領域の面積を接合面全体の面積に対して６５％〜８５％の範囲とした半導体モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−１７６２７号公報特開２００７−１７３４０５号公報

ところで、特許文献１に記載の半導体モジュールは、裏面側の金属板に形成された熱応力緩和部としての段差、溝、凹陥部によって、温度変化時に半導体モジュールに生じる熱応力を緩和するようになっている。このため、半導体モジュールにおいては、段差、溝、凹陥部をできる限り大きくして、熱応力緩和部として設けた方が好ましいが、熱応力緩和部を大きくすると、その分、裏面側の金属板の熱伝導性が低下するため、熱伝導性及び応力緩和機能のバランスを考慮する必要があった。ところが、この半導体モジュールでは、熱応力緩和部を大きくすることに比例して裏面側の金属板の熱伝導性が低下してしまうため、応力緩和機能の向上には限界があった。

また、特許文献２に記載の半導体モジュールにおいても同様に、非接合領域を大きくするのに比例して裏金属板の熱伝導性が低下してしまうため、応力緩和機能の向上には限界があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、応力緩和部材の熱伝導性の低下を抑えつつ、応力緩和部材による応力緩和機能を向上させることができる半導体装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、絶縁基板の一面に金属配線層が接合されるとともに前記金属配線層には半導体素子が接合され、前記絶縁基板と前記絶縁基板の他面側に配置されたヒートシンクとの間には、高熱伝導性材料からなる応力緩和部材が設けられ、前記絶縁基板と前記ヒートシンクとは互いに熱伝導可能に結合された半導体装置において、前記ヒートシンクは、一方向に長くかつ間隔を空けて並設された複数の仕切り壁を有し、前記応力緩和部材には、厚み方向に貫通する貫通孔又は厚み方向に開口する有底穴からなる応力吸収部が設けられ、前記貫通孔における仕切り壁の長手方向に沿う長さは、前記貫通孔における複数の仕切り壁の並設方向に沿う長さよりも長く、前記有底穴における仕切り壁の長手方向に沿う長さは、前記有底穴における複数の仕切り壁の並設方向に沿う長さよりも長いことを要旨とする。

上記の目的を達成するため、請求項４に記載の発明は、絶縁基板の一面に金属配線層が接合されるとともに前記金属配線層には半導体素子が接合され、前記絶縁基板と前記絶縁基板の他面側に配置されたヒートシンクとの間には、高熱伝導性材料からなる応力緩和部材が設けられ、前記絶縁基板と前記ヒートシンクとは互いに熱伝導可能に結合された半導体装置において、前記ヒートシンクは、一方向に長くかつ間隔を空けて並設された複数の仕切り壁を有し、前記応力緩和部材には、厚み方向に貫通するとともに前記仕切り壁の長手方向に沿うように配列された複数の貫通孔によって構成された孔群からなる応力吸収部が設けられ、全ての前記貫通孔は、前記仕切り壁の並設方向に沿う開口幅が前記仕切り壁の長手方向に沿う開口幅よりも長くなるように形成され、前記孔群における仕切り壁の長手方向に沿う開口幅の総和は、前記応力吸収部における複数の仕切り壁の並設方向に沿う最大幅よりも長いことを要旨とする。

請求項１及び請求項４に記載の発明では、応力緩和部材は仕切り壁の長手方向に変形し易くなっている。そして、絶縁基板とヒートシンクとの線膨張係数の相違に起因して熱応力が発生したときに、一方向に延びる仕切り壁があることで仕切り壁の長手方向の熱応力は仕切り壁の並設方向の熱応力に比べて大きくなるが、応力緩和部材は仕切り壁の長手方向に沿う熱応力をより緩和できる。したがって、応力緩和部材の応力緩和機能は向上する。

また、応力緩和部材において、応力吸収部を形成しても、応力吸収部における複数の仕切り壁の並設方向に沿った長さが長くなることを抑制できる。そのため、例えば、真円形状の孔又は穴を大きくすることで応力緩和部材の応力緩和機能を向上させる場合に比べて、応力緩和部材において高熱伝導性材料からなる部分の減少量を抑制できる。そして、半導体素子から発生した熱は第１金属板、絶縁基板、応力緩和部材を介してヒートシンクに円滑に伝達され、ヒートシンクに伝達された熱は、ヒートシンクから外部に放出される。したがって、応力緩和部材に設けられた応力吸収部を大きくしたことに起因する、応力緩和部材の熱伝導性の低下を抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記絶縁基板の他面には、金属板が接合され、前記応力緩和部材は、前記金属板とは別に設けられていることを要旨とする。

この発明では、応力緩和部材は、半導体素子や基板等とは別体の状態で加工することができるため、応力緩和部材に孔や穴を形成する際に半導体素子や基板に対する影響を考慮する必要がない。よって、応力緩和部材の応力吸収部は、高熱伝導性材料に対して、例えば、プレス加工のような機械的な加工を施すことにより形成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記応力緩和部材のうち前記半導体素子と対応する部分は、前記応力吸収部が形成されておらず、前記半導体素子から発生した熱を伝導可能な熱伝導部として構成されていることを要旨とする。

応力緩和部材において半導体素子と対応する部分は、半導体素子から発生した熱が早くに到達する部分である。そのため、この発明では、この半導体素子と対応する部分を応力緩和部が存在しない熱伝導部とすることで、半導体素子から発生した熱が速やかに応力緩和部材を伝導してヒートシンクに到達できるように構成することができる。

本発明によれば、応力緩和部材の熱伝導性の低下を抑えつつ、応力緩和部材による応力緩和機能を向上させることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。なお、図１及び図２は、半導体装置の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かりやすくするために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。

図１に示すように、半導体装置１０は、絶縁回路基板１１を備え、絶縁回路基板１１上に半導体素子（半導体チップ）１２が搭載されている。絶縁回路基板１１は、絶縁基板としてのセラミック基板１３の表面１３ａに第１金属板（金属回路板）１４が接合されるとともにセラミック基板１３の裏面１３ｂに第２金属板１５が接合されることで構成されている。なお、第１金属板１４及び第２金属板１５は、アルミニウムや銅により形成されている。

セラミック基板１３は、図１における上側が半導体素子１２の搭載面となる表面１３ａ側とされており、表面１３ａのうち半導体素子１２の搭載面に金属配線層として機能する第１金属板１４が接合されている。そして、第１金属板１４には、図示しない半田を介して半導体素子１２が接合されている。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードが用いられる。

一方、セラミック基板１３は図１における下側が表面１３ａの反対面としての裏面１３ｂとされており、裏面１３ｂにセラミック基板１３とヒートシンク１６とを結合する結合層として機能する第２金属板１５が接合されている。

そして、セラミック基板１３が結合されたヒートシンク１６は、金属製であるとともに、半導体素子１２で発生した熱を強制的に除去する強制冷却式の冷却器として機能する。ヒートシンク１６の冷却能力は、半導体素子１２が定常発熱状態（通常状態）にある場合、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介してヒートシンク１６に伝導されて円滑に除去されるように設定されている。ヒートシンク１６は、長手方向が図２における左右方向となり、短手方向が図２の上下方向となる平面視略長方形状に形成されるとともに、その外郭が扁平中空状のケース部１７によって構成されている。

ケース部１７にはその内部に一直線状に延びる複数の仕切り壁１８が設けられている。図１及び図２に示すように、複数の仕切り壁１８は等間隔に配置されるとともに、互いに平行となるように構成されている。そして、複数の仕切り壁１８は、隣り合う仕切り壁１８同士及び仕切り壁１８とケース部１７の内側壁部１７ａとによって流体（例えば、冷却水）が流れる複数の冷媒通路１９を区画している。複数の仕切り壁１８は、ヒートシンク１６の長手方向に並列されるとともに、ヒートシンク１６の短手方向に沿って長く延びている。そして、ヒートシンク１６と絶縁回路基板１１における第２金属板１５との間には、絶縁回路基板１１とヒートシンク１６とを結合する応力緩和部材２０が設けられている。

応力緩和部材２０は高熱伝導性材料としてのアルミニウムからなるとともに、平面視略長方形の平板状に形成されている。そして、応力緩和部材２０は、一面２０ａ全体が第２金属板１５にろう付けされるとともに、一面２０ａに背向する他面２０ｂ全体がヒートシンク１６にろう付けされている。すなわち、応力緩和部材２０と第２金属板１５との間、及び応力緩和部材２０とヒートシンク１６との間にはろう材よりなる接合部が形成されている。このため、絶縁回路基板１１とヒートシンク１６とは、応力緩和部材２０を介して互いに熱伝導可能に結合され、半導体素子１２から発せられた熱が絶縁回路基板１１、応力緩和部材２０の順に伝導してヒートシンク１６に伝わるようになっている。また、応力緩和部材２０には、応力緩和部材２０の厚み方向のみに貫通する平面視楕円形状の複数個（本実施形態では１２個）の応力吸収部としての貫通孔２１が形成されている。

貫通孔２１は、応力緩和部材２０を構成する平板にプレス加工（機械加工）を施すことにより形成されている。図２に示すように、各貫通孔２１は、その仕切り壁１８の長手方向（図２で示す矢印Ｙ方向）に沿う長さＴ１が、仕切り壁１８の並設方向（図１及び図２で示す矢印Ｘ方向）に沿う長さＴ２よりも長く形成されている。そして、各貫通孔２１は全て同じ形状に形成されるとともに、２つ以上の貫通孔２１が仕切り壁１８の長手方向に沿って並べられた状態で配置されている。各貫通孔２１は、その長軸が仕切り壁１８の長手方向に平行で、かつ、その短軸が仕切り壁１８の並設方向に平行となるように形成されている。つまり応力緩和部材２０は、仕切り壁１８の並設方向に比べて仕切り壁１８の長手方向へ変形し易く構成されている。各貫通孔２１は、半導体素子１２の中心と対応する応力緩和部材２０の基準点Ｐを基準として点対称な配置となっている。また、貫通孔２１は、応力緩和部材２０のうち半導体素子１２直下の部分には形成されておらず、平面視において半導体素子１２と重ならないように構成されている。そして、半導体素子１２と対応する応力緩和部材２０の部位は、半導体素子１２に最も近い部位であり、貫通孔２１に比べて熱伝導性が良好な熱伝導部２２として構成されている。

次に、前記のように構成された半導体装置１０の作用について説明する。
半導体装置１０は、ハイブリッド車に搭載されるとともに、図示しない冷却媒体循環路にヒートシンク１６がパイプを介して連通された状態で使用される。冷却媒体循環路にはポンプ及びラジエータが設けられ、ラジエータは、モータにより回転されるファンを備え、ラジエータからの放熱が効率よく行われるようになっている。冷媒として、例えば、水が使用される。

半導体装置１０に搭載された半導体素子１２が駆動されると、半導体素子１２から熱が発生する。半導体素子１２から発生した熱は、半導体素子１２の直下に向けて伝導され、第１金属板１４、セラミック基板１３、第２金属板１５、応力緩和部材２０、ヒートシンク１６の順に伝導される。なお、応力緩和部材２０においては、半導体素子１２の直下には貫通孔２１が形成されておらず、熱伝導部２２が形成されているため、応力緩和部材２０に伝達された熱は円滑にヒートシンク１６にまで伝導することができる。

このように熱伝導されると、絶縁回路基板１１及びヒートシンク１６は高温となり、熱膨張する。このとき、例えば、仕切り壁１８の長手方向を考慮せず、図２に２点鎖線で示す真円形状の仮想孔Ｒ１のような形状の孔が形成されている場合、一方向に長い仕切り壁１８が存在するため、仕切り壁１８の長手方向におけるヒートシンク１６とセラミック基板１３との間に発生する熱膨張による応力は、仕切り壁１８の並設方向におけるヒートシンク１６とセラミック基板１３との間に発生する熱膨張による応力に比べて大きくなる。つまり、セラミック基板１３と、ヒートシンク１６及び第１，第２金属板１４，１５との線膨張係数が異なることで、半導体装置１０には熱応力が発生し、とくに、ヒートシンク１６とセラミック基板１３との間には、仕切り壁１８の長手方向に大きな熱応力が発生しようとする。ここで、この長手方向の熱応力を緩和するために、仮想孔Ｒ２のように孔を大きくすればよいが、高熱伝導性材料からなる部分が減少し、熱伝導性が低下する。本実施形態においては、ヒートシンク１６の仕切り壁１８の方向を考慮し、応力緩和部材２０は、仕切り壁１８の長手方向へ変形し易く構成されているため仕切り壁１８の長手方向における熱応力を並設方向における熱応力よりも緩和する。その結果、長手方向と並設方向の熱応力を均一に近づけることになる。したがって、必要以上に貫通孔を大きくすることがないので熱伝導性の低下を抑制できる。さらに、半導体装置１０の温度上昇時に、セラミック基板１３と第２金属板１５との間の接合部にクラックが生じたり、ヒートシンク１６の絶縁回路基板１１への接合面に反りが生じたりすることをより抑制できる。

一方、半導体素子１２からの発熱が停止すると、セラミック基板１３及びヒートシンク１６の温度は低下し、熱収縮する。本実施形態においては、このときも、ヒートシンク１６と第２金属板１５との間の熱応力について仕切り壁、応力緩和部材２０が仕切り壁１８の長手方向により変形することで、仕切り壁１８の長手方向における熱応力をより緩和する。したがって、半導体装置１０の温度低下時に、セラミック基板１３と第２金属板１５との間の接合部にクラックが生じたり、ヒートシンク１６の絶縁回路基板１１への接合面に反りが生じたりすることをより抑制できる。

また、ヒートシンク１６に熱が伝導されると、ケース部１７、及び仕切り壁１８と、冷媒通路１９を流れる冷媒との間で熱交換が行われ、半導体素子１２から発生した熱は冷媒によって持ち去られる。即ち、ヒートシンク１６は、冷媒通路１９を流れる冷却媒体によって強制冷却されるため、半導体素子１２等からヒートシンク１６に至る熱の伝導経路における温度勾配が大きくなり、半導体素子１２で発生した熱が絶縁回路基板１１を介して効率よく除去される。

この実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）応力緩和部材２０には、複数の貫通孔２１が形成されている。そして、各貫通孔２１は、その仕切り壁１８の長手方向に沿った長さＴ１が複数の仕切り壁１８の並設方向に沿った長さＴ２に比べて長くなるように形成されている。したがって、応力緩和部材２０を仕切り壁１８の長手方向に変形し易くして、その応力緩和機能を向上させることができる。

（２）貫通孔２１は、複数の仕切り壁１８の並設方向に沿った長さＴ２は、仕切り壁１８の長手方向に沿った長さＴ１よりも短く、応力緩和部材２０の応力緩和機能を向上させようとして仮想孔Ｒ１自体を拡大した場合に比べて応力緩和部材２０の接合部分の減少量を抑制できる。したがって、半導体素子１２から発生した熱は、応力緩和部材２０を円滑に伝導して、ヒートシンク１６にまで到達することができる。そのため、応力緩和部材２０における熱伝導性の低下を抑制できる。

（３）セラミック基板１３の裏面１３ｂには、第２金属板１５が接合されている。そして、ヒートシンク１６と絶縁回路基板１１における第２金属板１５との間には、絶縁回路基板１１とは別に応力緩和部材２０が設けられている。したがって、半導体素子１２やセラミック基板１３とは別の状態で、応力緩和部材２０を構成する平板を加工して貫通孔２１を形成することができるため、半導体素子１２やセラミック基板１３に対する影響を考慮する必要がない。よって、応力緩和部材２０の貫通孔２１を、例えば、プレス加工等の機械加工で簡単に形成することができる。

（４）応力緩和部材２０において、半導体素子１２の直下であって、半導体素子１２と対応する部分は、半導体素子１２から発生した熱が通過する熱伝導部２２として形成されている。したがって、応力緩和部材２０のうち、半導体素子１２から発生した熱が最も早くに到達する半導体素子１２の直下の部分を熱伝導部２２として構成することで、半導体素子１２から発生した熱は、円滑に応力緩和部材２０を伝導してヒートシンク１６へ到達することができる。

（５）複数の貫通孔２１は、応力緩和部材２０の厚み方向に貫通している。したがって、高熱伝導性材料からなる板材に複数の有底穴を形成して応力緩和部材とする場合に比べて、応力緩和部材２０をより変形し易く構成することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 貫通孔２１は、その長軸が仕切り壁１８の長手方向と平行となるように形成しなくともよい。例えば、仕切り壁１８の長手方向に沿う長さＴ１が仕切り壁１８の並設方向に沿う長さＴ２に比べて長くなるのであれば、長軸が仕切り壁１８の長手方向に対して交差するような楕円形状の貫通孔２１を形成してもよい。

○ 貫通孔２１の数についてはとくに限定しない。寸法の大きな応力緩和部材２０を用いる場合には、設ける貫通孔２１の数を増やしてもよい。
○ 貫通孔２１の大きさを変更してもよい。貫通孔２１は仕切り壁１８の長手方向に沿う長さＴ１が仕切り壁１８の並設方向に沿う長さＴ２よりも長い形状であるならば、貫通孔２１を小さくしてもよいし、大きくしてもよい。したがって、例えば、仕切り壁１８の並設方向に沿った長さＴ２が仮想孔Ｒ１の直径よりも長い貫通孔２１を形成してもよい。

○ 貫通孔２１の形状を変更してもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、貫通孔３０を平面視矩形状に形成し、その貫通孔３０において、仕切り壁１８の長手方向に沿った長さＴ３が仕切り壁１８の並設方向に沿った長さＴ４に比べて長くなるように形成してもよい。また、仕切り壁１８の長手方向に沿って配列されている各貫通孔３０が連続するように変更してもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、仕切り壁１８の長手方向に沿って一続きに延びるように形成された貫通孔３１を設けてもよい。ただし、この場合、半導体素子１２の直下に位置する応力緩和部材２０の部分は、熱伝導部２２として構成し、貫通孔３１が存在しないようにする必要がある。

○ 貫通孔２１からなる応力吸収部の代わりに、応力緩和部材２０の厚み方向に貫通するとともに仕切り壁１８の長手方向に沿って配列された複数の孔からなる孔群を応力吸収部として設けてもよい。例えば、貫通孔２１が形成されていた部位に、図３（ｃ）に示すように、孔群４０を設け、全ての孔群４０を、仕切り壁１８の長手方向に沿う開口幅ｔ１が複数の仕切り壁１８の並設方向に沿う開口幅ｔ２よりも短い矩形状の複数の貫通孔４１によって形成する。孔群４０を構成する各貫通孔４１は、仕切り壁１８の長手方向に沿うように配列されるとともに、応力緩和部材２０には貫通孔４１のみ形成する。そして、応力吸収部を構成する孔群４０は、仕切り壁１８の長手方向に沿う開口幅ｔ１の総和が、仕切り壁１８の並設方向に沿う貫通孔４１の開口幅ｔ２（応力吸収部の幅）に比べて長くなるように形成する。また、仕切り壁１８の長手方向において隣り合う孔群４０間の間隔Ｈ１は、孔群４０を構成する複数の貫通孔４１のうちの、仕切り壁１８の長手方向において隣り合う貫通孔４１の間隔Ｈ２よりも長くなるように形成する。そして、このような孔群４０を設ければ、応力緩和部材２０は、仕切り壁１８の長手方向に変形し易くなるため、仕切り壁１８の長手方向における熱応力をより緩和できるようになり、応力緩和機能が向上する。しかも、応力吸収部が応力緩和部材２０の厚み方向に貫通する複数の貫通孔４１からなる孔群４０によって構成されているため、有底穴からなる応力吸収部に比べて応力緩和部材２０をより変形し易く構成することができる。また、仕切り壁１８の並設方向に沿う孔群４０の最大幅が、孔群４０における仕切り壁１８の長手方向に沿った開口幅ｔ１の総和を超えない程度であれば、仕切り壁１８の並設方向において若干ずれた状態で仕切り壁１８の長手方向に沿って並べられた複数の貫通孔４１から孔群４０を構成してもよい。

○ 応力緩和部材２０に形成する貫通孔２１の配置を変更してもよい。例えば、複数の貫通孔２１が千鳥状の配置となるように、応力緩和部材２０に複数の貫通孔２１を形成してもよい。

○ 応力吸収部として貫通孔２１の代わりに応力緩和部材２０にその厚み方向のみに開口する有底穴を形成してもよい。この場合、例えば、応力緩和部材２０の他面２０ｂに仕切り壁１８の長手方向に沿った開口幅が仕切り壁１８の並設方向に沿った開口幅に比べて長い有底穴を形成すればよく、この場合、有底穴の開口はヒートシンク１６側を向くようになる。また、貫通孔２１の代わりに応力緩和部材２０に有底穴を形成する場合、応力緩和部材２０が半導体装置１０に生じた熱応力を十分に緩和できる機能を得られるのであれば、有底穴の深さについてはとくに限定しない。

○ 第２金属板１５が応力緩和部材２０を兼用するように構成してもよい。例えば、応力緩和部材２０を省略し、第２金属板１５のヒートシンク１６側の面に、仕切り壁１８の長手方向に沿った長さが仕切り壁１８の並設方向に沿った長さに比べて長い穴を複数形成し、第２金属板１５を応力緩和部材として用いてもよい。このように構成すれば、第２金属板１５は、半導体装置１０の温度変化時に、半導体装置１０に生じた熱応力を緩和する応力緩和部材として機能する。しかも、第２金属板１５は、応力吸収部として平面視真円状の穴からなる従来の応力緩和部材に比べて仕切り壁１８の長手方向に大きく変形することができるため、従来に比べて応力緩和機能は向上している。

○ 各仕切り壁１８が延びる方向を変更してもよい。各仕切り壁１８は、一方向に長い仕切り壁であれば、その延設方向についてはとくに限定されないため、例えば、ヒートシンク１６の短手方向に対して交差する方向に延びる仕切り壁１８を設けてもよい。

○ 各仕切り壁１８同士は、並設方向に連続して延びる構成でもよい。したがって、例えば、連続する波板状のコルゲートフィンを用いて、各仕切り壁１８を構成してもよい。この場合、仕切り壁１８の上端部と別の仕切り壁１８の上端部とは連続するとともに、仕切り壁１８の下端部と別の仕切り壁１８の下端部とは連続するように構成される。

○ ヒートシンク１６の構成を変更してもよい。例えば、ケース部１７に代えて、板状のヒートシンクベースを用い、ヒートシンクベースの一面に複数の仕切り壁１８を設けてもよい。そして、この場合、ヒートシンクベースの他面に応力緩和部材２０を接合することで、ヒートシンク１６を半導体素子１２で発生した熱を除去する冷却器として構成すればよい。

○ ヒートシンク１６を構成する材料については、セラミック基板１３と線膨張係数が異なる金属材料であればよく、例えば、ヒートシンク１６をアルミニウムや銅等で形成してもよい。なお、アルミニウムとは純アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。

○ セラミック基板１３を構成する具体的な材料については、とくに限定されない。セラミック基板１３は、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素などにより形成すればよい。

○ ヒートシンク１６は内部に水が流れる構成としたが、水以外にもアルコール等の他の液体が流れる構成としてもよい。また、ヒートシンク１６を流れる冷媒は、液体に限らず、空気などの気体であってもよい。

○ 半導体装置１０は、車載用に限らず他の用途に使用するものに適用してもよい。

半導体装置の模式断面図。絶縁回路基板を省略した状態における半導体装置の部分模式平面図。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、別の実施形態において絶縁回路基板を省略した状態における半導体装置の部分模式平面図。

符号の説明

Ｔ１…仕切り壁の長手方向に沿う貫通孔の長さ、Ｔ２…仕切り壁の並設方向に沿う貫通孔の長さ、ｔ１…仕切り壁の長手方向に沿う開口幅、ｔ２…仕切り壁の並設方向に沿う開口幅、１０…半導体装置、１２…半導体素子、１３…絶縁基板としてのセラミック基板、１３ａ…一面としての表面、１３ｂ…他面としての裏面、１４…金属配線層としての第１金属板、１５…金属板としての第２金属板、１６…ヒートシンク、１８…仕切り壁、２０…応力緩和部材、２１，３０，３１…貫通孔、２２…熱伝導部、４０…孔群、４１…貫通孔。

Claims

絶縁基板の一面に金属配線層が接合されるとともに前記金属配線層には半導体素子が接合され、前記絶縁基板と前記絶縁基板の他面側に配置されたヒートシンクとの間には、高熱伝導性材料からなる応力緩和部材が設けられ、前記絶縁基板と前記ヒートシンクとは互いに熱伝導可能に結合された半導体装置において、
前記ヒートシンクは、一方向に長くかつ間隔を空けて並設された複数の仕切り壁を有し、
前記応力緩和部材には、厚み方向に貫通する貫通孔又は厚み方向に開口する有底穴からなる応力吸収部が設けられ、
前記貫通孔における仕切り壁の長手方向に沿う長さは、前記貫通孔における複数の仕切り壁の並設方向に沿う長さよりも長く、
前記有底穴における仕切り壁の長手方向に沿う長さは、前記有底穴における複数の仕切り壁の並設方向に沿う長さよりも長いことを特徴とする半導体装置。
前記絶縁基板の他面には、金属板が接合され、
前記応力緩和部材は、前記金属板とは別に設けられている請求項１に記載の半導体装置。
前記応力緩和部材のうち前記半導体素子と対応する部分は、前記応力吸収部が形成されておらず、前記半導体素子から発生した熱を伝導可能な熱伝導部として構成されている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
絶縁基板の一面に金属配線層が接合されるとともに前記金属配線層には半導体素子が接合され、前記絶縁基板と前記絶縁基板の他面側に配置されたヒートシンクとの間には、高熱伝導性材料からなる応力緩和部材が設けられ、前記絶縁基板と前記ヒートシンクとは互いに熱伝導可能に結合された半導体装置において、
前記ヒートシンクは、一方向に長くかつ間隔を空けて並設された複数の仕切り壁を有し、
前記応力緩和部材には、厚み方向に貫通するとともに前記仕切り壁の長手方向に沿うように配列された複数の貫通孔によって構成された孔群からなる応力吸収部が設けられ、
全ての前記貫通孔は、前記仕切り壁の並設方向に沿う開口幅が前記仕切り壁の長手方向に沿う開口幅よりも長くなるように形成され、
前記孔群における仕切り壁の長手方向に沿う開口幅の総和は、前記応力吸収部における複数の仕切り壁の並設方向に沿う最大幅よりも長いことを特徴とする半導体装置。