特許 5957866 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5957866

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20160714BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 Z

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-268589(P2011-268589)

(22)【出願日】2011年12月8日

(65)【公開番号】特開2013-120866(P2013-120866A)

(43)【公開日】2013年6月17日

【審査請求日】2014年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089082

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 脩

(72)【発明者】

【氏名】竹本 敬介

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２７５１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９６１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７１９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９６２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４９５０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
前記半導体素子の裏面に接続された放熱構造体と、
前記放熱構造体に対し、充填材を介して接続されたヒートシンクと、
前記半導体素子の表面を覆う封止体と、
を備え、
前記放熱構造体および前記ヒートシンクの少なくとも一方における前記充填材との当接面には、周囲が取り囲まれ互いに分離された複数の凹部が形成され、
複数の前記凹部はハニカム形状を形成している半導体装置。

【請求項2】

前記放熱構造体は、
前記半導体素子の裏面に接合された絶縁基板と、
前記絶縁基板に接合されるとともに、前記ヒートシンクに対し前記充填材を介して接続された放熱板と、
により形成された請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記凹部は、前記放熱構造体および前記ヒートシンクの双方に形成された請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記放熱構造体における前記充填材との当接面には、一個当たりの断面積が、前記放熱構造体の全面積に対して、微小である複数の前記凹部が形成されている請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項5】

半導体素子と、
前記半導体素子の裏面に接続された放熱構造体と、
前記放熱構造体に対し、充填材を介して接続されたヒートシンクと、
前記半導体素子の表面を覆う封止体と、
を備え、
前記放熱構造体および前記ヒートシンクの少なくとも一方における前記充填材との当接面には、周囲が取り囲まれ互いに分離された複数の凹部が形成され、
各々の前記凹部の断面形状は、正方形状、三角形状および長円状のうちのいずれかである半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、あらゆる電子回路装置に使用される半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、放熱板とヒートシンクとの間に伝熱性を有する充填材が塗布された半導体装置において、充填材に含まれた気泡が、半導体装置の冷却性を低下させることは周知であった。充填材に含まれた気泡（以下、ボイドという）は、空気または水蒸気等によって形成されており、放熱板からヒートシンクへの熱の伝播を妨げるため、半導体素子からの放熱を抑制させることになる。昨今は、高い熱伝導性を確保するために、半導体装置において高粘度の充填材が頻繁に使用され、このため、放熱板とヒートシンクとの接合時に充填材にボイドが含まれる虞が高くなっている。

【0003】

これに対して、放熱板とヒートシンクとの接合時に、シリコングリス等によって形成された充填材からボイドを排出させるため、放熱板とヒートシンクとの間に充填材逃し部が形成された半導体装置に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。
この半導体装置においては、放熱板の下面に接合された伝熱部材とヒートシンクとの間で充填材を押し広げ、充填材に含まれたボイドを、余剰分の充填材とともに空隙である充填材逃し部に排出している。

【0004】

ところが、特許文献１に記載された半導体装置においては、半導体素子の発熱により放熱板に反りが発生すると、充填材に含まれたボイドが放熱板の反った部位に滞留するため、その放熱性について不十分な点があった。
例えば、図１１（ａ）に示した半導体装置１００において、放熱板１０３の表面には、はんだ１０２を介して半導体素子１０１が接合されており、放熱板１０３の裏面には充填材１０４を介してヒートシンク１０５が接続されている。当該半導体装置１００において、半導体素子１０１による発熱が充填材１０４へと伝わると、その粘度が低下して、充填材１０４に含まれていたボイドが表面に現れてくる。

【0005】

それとともに、図１１（ｂ）に示すように、加熱された各部材の線膨張係数の違いにより、放熱板１０３に反りが発生するため、発生したボイド（図１１（ｂ）においてＶＤにて示す）が上方へと移動し、ひとかたまりとなって放熱板１０３の反った部位（半導体素子１０１の直下）へと集まる。このようなボイドの滞留は、ヒートシンク１０５が充填材１０４よりも上方にある場合、ヒートシンク１０５の充填材１０４との当接面においても起こり得る。

【0006】

また、ボイドの滞留は、加熱による放熱板１０３やヒートシンク１０５の反りによるものばかりでなく、製造工程における放熱板１０３またはヒートシンク１０５の平面度のばらつきによっても発生する。
放熱板またはヒートシンク上に滞留したボイド（ボイド一つの面積）が大きい場合、大幅な放熱性能の低下につながり、半導体装置の冷却性を妨げる要因の一つであることは、よく知られているところである（特開２００９―１６４２０３号公報（第３頁）参照）。

【0007】

また、半導体装置に関する別の従来技術として、半導体素子とヒートシンクとの間に形成された空間内を、真空引き装置により真空にした後に、双方の間に充填材を流し込んで半導体素子とヒートシンクとを接合するものがあった（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に開示された半導体装置においては、半導体素子とヒートシンクとの間の空間内が真空になった後に、充填材を流し込むため、充填材へのボイドの混入をなくして、半導体装置の放熱性の低下を防ぐことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６―１２８５７１号公報（第６−７頁、図１）

【特許文献2】特開２０１０―２１９２６０号公報（第４頁、図３）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献２に開示された従来技術による半導体装置は、その組付工程において、半導体素子とヒートシンクとの間の空間内を真空にするための真空引き装置、工具、作業手間を必要とする。このため、当該従来技術による半導体装置は、その製造コストの増大を余儀なくされていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却性に優れ低コストの半導体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決するために、請求項１に係る半導体装置の発明の構成は、半導体素子と、半導体素子の裏面に接続された放熱構造体と、放熱構造体に対し、充填材を介して接続されたヒートシンクと、半導体素子の表面を覆う封止体と、を備え、放熱構造体およびヒートシンクの少なくとも一方における充填材との当接面には、周囲が取り囲まれ互いに分離された複数の凹部が形成され、複数の凹部はハニカム形状を形成していることである。

【0011】

請求項２に係る発明の構成は、請求項１の半導体装置において、放熱構造体は、半導体素子の裏面に接合された絶縁基板と、絶縁基板に接合されるとともに、ヒートシンクに対し充填材を介して接続された放熱板と、により形成されたことである。

【0012】

請求項３に係る発明の構成は、請求項１または２の半導体装置において、凹部は、放熱構造体およびヒートシンクの双方に形成されたことである。

【0013】

請求項４に係る発明の構成は、請求項１乃至３のうちのいずれかの半導体装置において、放熱構造体における充填材との当接面には、一個当たりの断面積が、放熱構造体の全面積に対して、微小である複数の凹部が形成されていることである。
請求項５に係る半導体装置の発明の構成は、半導体素子と、半導体素子の裏面に接続された放熱構造体と、放熱構造体に対し、充填材を介して接続されたヒートシンクと、半導体素子の表面を覆う封止体と、を備え、放熱構造体およびヒートシンクの少なくとも一方における充填材との当接面には、周囲が取り囲まれ互いに分離された複数の凹部が形成され、各々の凹部の断面形状は、正方形状、三角形状および長円状のうちのいずれかであることである。

【発明の効果】

【0014】

請求項１に係る半導体装置によれば、放熱構造体およびヒートシンクの少なくとも一方における充填材との当接面には、周囲が取り囲まれ互いに分離された複数の凹部が形成されたことにより、例え、放熱構造体またはヒートシンクに反りが発生しても、充填材から発生したボイドがそれぞれの凹部に分割されて捕獲されるため、放熱構造体またはヒートシンク上において、一つ一つのボイドが占める面積が低減される。したがって、放熱構造体からヒートシンクへの熱の伝播を妨げることがなく、半導体装置の最低放熱性能を維持することができる。

【0015】

図１２に示したように、半導体装置の放熱構造体の放熱平面またはヒートシンクの受熱平面に、周囲が取り囲まれた多数の凹部を形成した場合、充填材が一定量のボイドを含んでいても、一個当たりのボイド面積比（放熱構造体またはヒートシンク上において一個当たりのボイドが占める面積／放熱構造体またはヒートシンク上において全ボイドが占める面積）を減少させることによって、半導体素子からヒートシンクへ向けての熱抵抗比を低減させ、半導体装置の最低放熱性能を維持することができることは、本発明者が行った熱流体解析によるシミュレーションによって確認されている。

【0016】

また、充填材から発生したボイドが各凹部に分割されて収容されることにより、真空引き装置等を必要とせずに半導体装置の放熱性能を向上させることができるため、その製造コストを低減することができる。
尚、最低放熱性能とは、半導体装置が、ボイドにより妨げられることなく、半導体素子による発熱を最低限放出することができる能力をいう。
また、複数の凹部はハニカム形状を形成していることにより、放熱構造体またはヒートシンクの限られた表面積において、所定面積を有する凹部を多数形成することができる。

【0017】

請求項２に係る半導体装置によれば、放熱構造体は、半導体素子の裏面に接合された絶縁基板と、絶縁基板に接合されるとともに、ヒートシンクに対し充填材を介して接続された放熱板とにより形成されたことにより、半導体素子が発生した熱を放熱板によって放熱させることができるため、半導体装置の冷却性を向上させることができる。

【0018】

請求項３に係る半導体装置によれば、凹部は、放熱構造体およびヒートシンクの双方に形成されたことにより、充填材に対して放熱構造体が上方にある場合においても、充填材に対してヒートシンクが上方にある場合においても、充填材に含まれたボイドを凹部に捕獲することができ、双方の場合において、一つのタイプの半導体装置を兼用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態１による半導体装置を示した縦断面図

【図2】図１に示した導体回路付絶縁基板を裏面から見た場合の平面図

【図3】図２に示した導体回路付絶縁基板の部分拡大図

【図4】図１に示した半導体装置の模式図であって、常温時の半導体装置の断面図（ａ）および発熱して導体回路付絶縁基板に反りが発生した時の半導体装置の断面図（ｂ）

【図5】図１に示した半導体装置について行った熱流体解析結果のグラフを示した図

【図6】実施形態１の第１変形実施形態による導体回路付絶縁基板の断面図（ａ）および第２変形実施形態による導体回路付絶縁基板の断面図（ｂ）

【図7】実施形態１の第３変形実施形態による凹部の形状を示した平面図（ａ）、第４変形実施形態による凹部の形状を示した平面図（ｂ）および第５変形実施形態による凹部の形状を示した平面図（ｃ）

【図8】本発明の実施形態２による半導体装置を示した縦断面図

【図9】実施形態２の変形実施形態による半導体装置の縦断面図

【図10】本発明の実施形態３による半導体装置を示した縦断面図

【図11】従来技術による半導体装置の模式図であって、常温時の半導体装置の断面図（ａ）および発熱して放熱板に反りが発生した時の半導体装置の断面図（ｂ）

【図12】一個当たりのボイド面積比を変化させて行った熱流体解析結果のグラフを示した図

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜実施形態１＞
図１乃至図７に基づき、本発明の実施形態１による半導体装置１について説明する。本実施形態による半導体装置１の用途は特定のものに限られず、あらゆる電子回路に適用することが可能である。尚、説明中において、図１における上方を半導体装置１の上方とし、下方を半導体装置１の下方とする。また、半導体チップ２の上方の面を半導体チップ２の表面とし、下方の面を半導体チップ２の裏面として説明する。

【0022】

半導体装置１の半導体チップ２（半導体素子に該当する）は、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、パワーＩＣといったスイッチング機能を有するパワー半導体であるが、本発明による半導体装置１に使用可能なものは、特にこれに限定されるものではない。半導体チップ２の表面には、金属ワイヤによってリード端子がそれぞれ接続される複数の電極パッド（いずれも図示せず）が形成されている。

【0023】

一方、半導体チップ２の裏面には、裏面電極（図示せず）が形成されている。裏面電極には、はんだ３により導体回路付絶縁基板４（放熱構造体に該当する）が接合されている。導体回路付絶縁基板４は、半導体チップ２に対して共晶金属結合法あるいは導電性樹脂材料による樹脂接着法等によって接合してもよい。本実施形態において、半導体チップ２は、導体回路付絶縁基板４の略中央部に取り付けられている（図２示）。
導体回路付絶縁基板４は略平板状を呈しており、銅、アルミニウム等の導電性の金属板５とセラミックス板６とが、Al-Si系ロウ材またはAg-Cu系ロウ材もしくは接着剤により接合されて形成されている。導体回路付絶縁基板４において、金属板５は上方に配置され、上述したように半導体チップ２がはんだ付けされている。

【0024】

導体回路付絶縁基板４には、アルミニウム板と窒化アルミニウム板とにより形成されたＤＢＡ(Direct Brazed Aluminium)、あるいは銅板と窒化ケイ素板とにより形成されたＤＢＣ(Direct Bond Copper)（登録商標）等が適用可能である。また、導体回路付絶縁基板４は、アルミニウム板と酸化アルミニウム板とを接合して形成してもよい。導体回路付絶縁基板４は、所定の強度、剛性、耐熱性、熱伝動性および絶縁性を有するとともに、熱膨張率が所定値よりも低いといった特性を有している。

【0025】

図１に示したように、半導体チップ２の表面および導体回路付絶縁基板４は、エポキシ樹脂等の合成樹脂材料による樹脂筐体８（封止体に該当する）で覆われている。これにより、上述した各部材は樹脂筐体８内に封入され、水、異物等から保護される。セラミックス板６は、樹脂筐体８によって封入された状態で下面が露出している。

【0026】

導体回路付絶縁基板４（セラミックス板６）の下面に形成された放熱平面４ａは、シリコングリス等により形成されたサーマルグリス９（充填材に該当する）を介して、ヒートシンク（熱交換器）１０の受熱平面１０ａに接合されている。ヒートシンク１０は、銅、アルミニウム等のような、熱伝動性の良好な材料により形成されている。半導体チップ２による発熱は、導体回路付絶縁基板４を介してヒートシンク１０へと伝わり、ヒートシンク１０は、半導体装置１をその下端面において冷却している。
また、樹脂筐体８の上面には、平板状の固定用治具１１が載置されている。固定用治具１１には、上方より複数の取付ボルト１２が貫通し、取付ボルト１２がヒートシンク１０の周縁部に締め付けられることにより、樹脂筐体８がヒートシンク１０に固定されている。

【0027】

次に、上述した半導体装置１の製造工程について簡単に説明する。
最初に、金属板５とセラミックス板６とが予め接合されて形成された導体回路付絶縁基板４の上面（金属板５側）に、はんだボンディングにより半導体チップ２の裏面電極を接合する（ダイボンディング工程）。
次に、半導体チップ２の表面の電極パッドを、それぞれリード端子に対し金属ワイヤによって接続する（ワイヤボンディング工程）。
次に、半導体チップ２、リード端子および導体回路付絶縁基板４を覆うとともに、導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａが露出するように、合成樹脂材料を充填して樹脂筐体８を形成する（封止工程）。
最後に、放熱平面４ａにサーマルグリス９を塗布し、ヒートシンク１０を接合した後、固定用治具１１および取付ボルト１２により、樹脂筐体８とヒートシンク１０とを固定する（ヒートシンク取付工程）。

【0028】

図２に示すように、導体回路付絶縁基板４（セラミックス板６）の放熱平面４ａには、複数の凹部７が形成されている。各々の凹部７は放熱平面４ａにおいて、上方に向けて窪むように形成され、窪み方向に垂直な断面形状が略正六角形状を呈している。凹部７の断面形状は正六角形に限られたものではなく、正方形状、真円状、三角形状、長円状あるいはその他の形状であってもよい。

【0029】

凹部７は導体回路付絶縁基板４に多数形成され、これらは導体回路付絶縁基板４上において均等に配置されている。これらの凹部７は周囲を取り囲まれることにより互いに分離されており、全体としてハニカム形状（ハニカム構造）を形成している。尚、図２は、導体回路付絶縁基板４上における凹部７の形成状態をイメージ的に表したものである。したがって、実際の導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａには、一個当たりの断面積が導体回路付絶縁基板４の全面積に対して、数％であるような非常に微小な凹部７が無数に形成されている（図３において、拡大図を示す）。

【0030】

次に、図４に基づき、半導体装置１のボイド発生時の状態について説明する。尚、図４（ａ）および図４（ｂ）において、樹脂筐体８、固定用治具１１および取付ボルト１２は省略されている。上述したように、サーマルグリス９の上方に配置された導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａに、多数の凹部７が形成されている半導体装置１（図４（ａ）示）において、半導体チップ２による発熱または製造工程による平面度のばらつきによって、導体回路付絶縁基板４に反りが発生したとする。これにより、図４（ｂ）に示すように、導体回路付絶縁基板４は、その略中央部において上方に向けて撓みが発生する。

【0031】

半導体装置１の発熱等により、サーマルグリス９に含まれていたボイドが表面に現れると、サーマルグリス９の上方へと移動し、導体回路付絶縁基板４に形成されている凹部７に捕獲される（図４（ｂ）においてＶＤにて示す）。ボイドは主に、導体回路付絶縁基板４の略中央部に位置する複数の凹部７に収容される。各々の凹部７は、微小なサイズに形成されているため、ボイドは細かく分割されて各凹部７内に収容される。

【0032】

図５は、本発明者が行った熱流体解析による熱シミュレーションの結果を表すグラフを示している。グラフにおいて、横軸は全ボイド面積比を示し、これは導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａの全面積に対する、サーマルグリス９に混入したボイド全体によって占められる放熱平面４ａ上の面積比に該当する。
また、グラフの縦軸は、半導体装置１の熱抵抗比を示しており、サーマルグリス９にボイドが混入していない場合の熱抵抗比の値を１としている。熱抵抗比は、半導体チップ２の温度をＴｊとし、ヒートシンク１０の温度をＴａとした場合、式［（Ｔｊ−Ｔａ）／半導体チップ２による発熱量］〔℃／Ｗ〕にて表され、熱抵抗比の値が小さいほど半導体装置１の放熱性が優れていることになる。また、グラフに示した最小凹部サイズとは、導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａの全面積に対する、一つ一つの凹部７によって占められる放熱平面４ａ上の面積比を示している。

【0033】

シミュレーションは、半導体チップ２の発熱量、放熱平面４ａの面積、サーマルグリス９内に混入したボイド量および半導体装置１のその他の構成部品の仕様は同一であることを前提とし、導体回路付絶縁基板４上における凹部７の有無および凹部７の面積の違いによって、放熱性能のパラメータである熱抵抗比の値が、どのように変化するかを明らかにするために行った。

【0034】

当該シミュレーションにおいて、凹部７が形成されていない場合は、ボイドの全部がひと固まりとなって、放熱平面４ａの略中央部（半導体チップ２の直下）に滞留したとしている。また、放熱平面４ａに凹部７が形成されている場合は、ボイドの全部が放熱平面４ａの略中央部に位置する凹部７によって、すべて分割されたとしている。したがって、この場合、［各ボイドが占める放熱平面４ａ上の面積＝一個当たりの凹部７の面積］となる。

【0035】

図５に示されたように、凹部７が形成されていない場合に比較して、導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａに凹部７が形成されている場合には、半導体装置１の熱抵抗比が低減し、放熱性が向上していることが分かる。また、形成された凹部７の面積を小さくすれば、よりいっそう半導体装置１の熱抵抗比が低減する。特に、全ボイド面積比が大きいほど、その優位性が大きく、全ボイド面積比が０．１の時、最小凹部サイズを０．０１とすると、凹部７が形成されていない場合に比較して、その熱抵抗比がおよそ１／２となっており、放熱性が２倍になることが分かる。

【0036】

本実施形態によれば、サーマルグリス９との当接面である導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａには、周囲が取り囲まれ互いに分離された複数の凹部７が形成されたことにより、例え、導体回路付絶縁基板４に反りが発生しても、サーマルグリス９から発生したボイドがそれぞれの凹部７に分割されて捕獲されるため、放熱平面４ａ上において、一つ一つのボイドが占める面積が低減される。したがって、導体回路付絶縁基板４からヒートシンク１０への熱の伝播を妨げることがなく、半導体装置１の最低放熱性能を維持することができる。

【0037】

また、凹部７は導体回路付絶縁基板４のセラミックス板６に設けられているため、セラミックス板６の成形時に、凹部７も同時に形成することができる。
また、ボイドを半導体装置１の外に排出することなく放熱性を確保することができるため、ボイドの排出不足等が発生することがなく、半導体装置１の冷却性を確実に維持することができる。

【0038】

また、サーマルグリス９から発生したボイドが各凹部７に分割されて収容されることにより、真空引き装置等を必要とせずに半導体装置１の放熱性能を向上させることができるため、その製造コストを低減することができる。
また、複数の凹部７はハニカム形状を形成していることにより、放熱平面４ａ上の限られた表面積において、所定面積を有する凹部７を多数形成することができる。

【0039】

図６（ａ）は、実施形態１の第１変形実施形態による導体回路付絶縁基板４１を示している。導体回路付絶縁基板４１は、図１に示したような金属板５とセラミックス板６とが接合されたものの下面（セラミックス板６側）に、さらに、金属板５１が接合されて形成されている。金属板５１の下面には、図１に示したものと同様の凹部７１が形成されている。凹部７１は、上方に向けて窪むように形成されている。

【0040】

図６（ｂ）は、実施形態１の第２変形実施形態による導体回路付絶縁基板４２を示している。導体回路付絶縁基板４２は、図６（ａ）に示した導体回路付絶縁基板４１と同様に、一対の金属板５、５２の間に、セラミックス板６が介装されて形成されており、導体回路付絶縁基板４２の下面には凹部７２が形成されている。本変形実施形態による凹部７２は、金属板５２を貫通することにより形成されている。

【0041】

図７（ａ）は、実施形態１の第３変形実施形態による凹部７３の形状を示している。本変形実施形態による凹部７３は、導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａに複数個形成されており、窪み方向に垂直な断面形状が略正方形状を呈している。凹部７３は導体回路付絶縁基板４上において均等に配置され、それぞれの凹部７３は周囲を取り囲まれることにより互いに分離されている。

【0042】

また、図７（ｂ）は、実施形態１の第４変形実施形態による凹部７４の形状を示している。本変形実施形態による凹部７４は、凹部７３と同様に導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａに複数個形成されており、窪み方向に垂直な断面形状が真円状を呈している。
また、図７（ｃ）は、実施形態１の第５変形実施形態による凹部７５の形状を示している。本変形実施形態による凹部７５は、凹部７３と同様に導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａに複数個形成されており、窪み方向に垂直な断面形状が略正三角形状を呈している。

【0043】

＜実施形態２＞
次に、図８に基づき、本発明の実施形態２による半導体装置２０について説明する。実施形態１の場合と同様に、説明中において、図８における上方を半導体装置２０の上方とし、下方を半導体装置２０の下方とする。
本実施形態による半導体装置２０は、実施形態１の場合と同様に、はんだ３を介して半導体チップ２が接合された導体回路付絶縁基板４を備えている。導体回路付絶縁基板４の放熱平面（下面）４ａには凹部７は形成されておらず、はんだ３を介して、放熱板１４が接合されている。放熱板１４は、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステンおよびこれらの合金等のような、熱伝動性の良好な材料により形成されている。

【0044】

また、半導体チップ２の表面、導体回路付絶縁基板４および放熱板１４の上面は、ゲル状の合成樹脂材料にて形成された絶縁体１３（封止体に該当する）で覆われている。
放熱板１４の下面には、サーマルグリス９を介して、ヒートシンク１０が接合されている。ヒートシンク１０は、半導体装置２０をその下端面において冷却している。
放熱板１４には、上方より複数の取付ボルト１５が貫通し、取付ボルト１５がヒートシンク１０の周縁部に締め付けられることにより、放熱板１４とヒートシンク１０とが固定されている。

【0045】

図８に示すように、放熱板１４のサーマルグリス９との当接面（下面）には、実施形態１による導体回路付絶縁基板４に形成されたものと同様の凹部１６が、多数形成されている。各々の凹部１６は、周囲が取り囲まれることにより互いに分離されるとともに、放熱板１４の下面において、上方に向けて窪むように形成されている。その他の構成については、実施形態１の場合と同様であるため説明は省略する。尚、本実施形態において、導体回路付絶縁基板４は絶縁基板に該当し、導体回路付絶縁基板４と放熱板１４とを包括した構成が、放熱構造体に該当する。

【0046】

本実施形態によれば、半導体チップ２の裏面に接合された導体回路付絶縁基板４と、導体回路付絶縁基板４に接合されるとともに、ヒートシンク１０に対しサーマルグリス９を介して接続された放熱板１４とによって放熱構造体が形成されたことにより、半導体チップ２が発生した熱を放熱板１４によって放熱させることができるため、半導体装置２０の冷却性を向上させることができる。

【0047】

図９は、実施形態２の変形実施形態による半導体装置２１を示している。半導体装置２１は、半導体装置２０に含まれる導体回路付絶縁基板４に代えて、上述した導体回路付絶縁基板４１と類似の、一対の金属板５の間にセラミックス板６が介装された導体回路付絶縁基板４３を使用している。導体回路付絶縁基板４３には凹部７は形成されておらず、半導体装置２０と同様に、放熱板１４の下面に凹部１６が形成されている。

【0048】

＜実施形態３＞
図１０に示された本発明の実施形態３による半導体装置２２は、実施形態１による半導体装置１と同様に、半導体チップ２が接合された導体回路付絶縁基板４、導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａにサーマルグリス９を介して接続されたヒートシンク１０、半導体チップ２等を封止する樹脂筐体８、樹脂筐体８とヒートシンク１０とを固定する固定治具１１および取付ボルト１２を備えている。
また、実施形態１による半導体装置１と同様に、本実施形態においても、導体回路付絶縁基板４の放熱平面４ａには多数の凹部７が形成されている。

【0049】

本実施形態による半導体装置２２においては、導体回路付絶縁基板４に形成された凹部７に加えて、ヒートシンク１０のサーマルグリス９との当接面である受熱平面１０ａ（上面）にも、多数の凹部１７が形成されている。それぞれの凹部１７は、周囲が取り囲まれることにより互いに分離されている。各々の凹部１７は、導体回路付絶縁基板４に形成された凹部７とは反対に、下方に向けて窪むように形成され、窪み方向に垂直な断面形状は正方形状、真円状、三角形状、長円状、ハニカム形状等のいずれでもよい。

【0050】

本実施形態によれば、凹部７、１７は、導体回路付絶縁基板４およびヒートシンク１０の双方に形成されたことにより、サーマルグリス９に対して導体回路付絶縁基板４が上方にある場合においても、サーマルグリス９に対してヒートシンク１０が上方にある場合においても、サーマルグリス９に含まれたボイドを凹部７または凹部１７に捕獲することができ、双方の場合において、一つのタイプの半導体装置２２を兼用することができる。

【0051】

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
図１または図８に示した半導体装置１、２０において、ヒートシンク１０の受熱平面１０ａ上のみに、凹部１７を形成してもよい。
また、図８および図９に示した半導体装置２０、２１において、放熱板１４およびヒートシンク１０の双方に、凹部１６、１７を形成してもよい。

【符号の説明】

【0052】

図面中、１，２０，２１，２２は半導体装置、２は半導体チップ（半導体素子）、４，４１，４２，４３は導体回路付絶縁基板（放熱構造体、絶縁基板）、７，１６，１７，７１，７２，７３，７４，７５は凹部、８は樹脂筐体（封止体）、９はサーマルグリス（充填材）、１０はヒートシンク、１３は絶縁体（封止体）、１４は放熱板（放熱構造体）を示している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】