(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024115689
(43)【公開日】2024-08-27
(54)【発明の名称】半導体組立体の製造方法、冷却器、及び半導体組立体
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20240820BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023021473
(22)【出願日】2023-02-15
(71)【出願人】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】110000486
【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】後藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】相澤 文隆
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 祐士
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA36
5F136CB07
5F136GA12
5F136GA31
(57)【要約】
【課題】フィンの破損を抑制することができる半導体組立体の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体組立体１の製造方法は、接合材料３００を介して冷却器２０及び半導体装置１０を積層する第１の工程と、冷却器２０に治具１００を取り付ける第２の工程と、冷却器２０と半導体装置１０とを接合する第３の工程と、を備え、冷却器２０は、複数のフィン５１から構成された複数のフィン列５０と、複数のフィン列５０が設けられたベース４０と、を備え、ベース４０は、フィン５１が形成されておらず線状に延在する非形成領域４２を有し、第２の工程は、フィン列５０の間に治具１００の押圧部１１０を挿入して、非形成領域４２に当接させることを含み、第３の工程は、押圧部１１０により非形成領域４２を押圧することを含む。
【選択図】図３
【解決手段】半導体組立体１の製造方法は、接合材料３００を介して冷却器２０及び半導体装置１０を積層する第１の工程と、冷却器２０に治具１００を取り付ける第２の工程と、冷却器２０と半導体装置１０とを接合する第３の工程と、を備え、冷却器２０は、複数のフィン５１から構成された複数のフィン列５０と、複数のフィン列５０が設けられたベース４０と、を備え、ベース４０は、フィン５１が形成されておらず線状に延在する非形成領域４２を有し、第２の工程は、フィン列５０の間に治具１００の押圧部１１０を挿入して、非形成領域４２に当接させることを含み、第３の工程は、押圧部１１０により非形成領域４２を押圧することを含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却器と半導体装置を備える半導体組立体の製造方法であって、
前記冷却器及び前記半導体装置の少なくとも一方に接合材料を配置し、前記接合材料を介して前記冷却器及び前記半導体装置を積層する第１の工程と、
前記冷却器に治具を取り付ける第２の工程と、
前記治具、前記冷却器、前記接合材料、及び前記半導体装置を加圧しながら加熱し、前記冷却器と前記半導体装置とを接合する第３の工程と、を備え、
前記冷却器は、
複数のフィンからそれぞれ構成され、それぞれ線状に延在する複数のフィン列と、
前記複数のフィン列が相互に間隔を空けて設けられたベースと、を備え、
前記ベースは、前記複数のフィン列の間に、前記フィンが形成されておらず線状に延在する非形成領域を有しており、
前記治具は、前記フィン列同士の間に進入可能であり、線状に延在する押圧部を備え、
前記第２の工程は、前記フィン列の間に前記押圧部を挿入して、前記ベースの前記非形成領域に前記押圧部を当接させることを含み、
前記第３の工程は、前記押圧部により前記非形成領域を押圧することを含む半導体組立体の製造方法。
前記冷却器及び前記半導体装置の少なくとも一方に接合材料を配置し、前記接合材料を介して前記冷却器及び前記半導体装置を積層する第１の工程と、
前記冷却器に治具を取り付ける第２の工程と、
前記治具、前記冷却器、前記接合材料、及び前記半導体装置を加圧しながら加熱し、前記冷却器と前記半導体装置とを接合する第３の工程と、を備え、
前記冷却器は、
複数のフィンからそれぞれ構成され、それぞれ線状に延在する複数のフィン列と、
前記複数のフィン列が相互に間隔を空けて設けられたベースと、を備え、
前記ベースは、前記複数のフィン列の間に、前記フィンが形成されておらず線状に延在する非形成領域を有しており、
前記治具は、前記フィン列同士の間に進入可能であり、線状に延在する押圧部を備え、
前記第２の工程は、前記フィン列の間に前記押圧部を挿入して、前記ベースの前記非形成領域に前記押圧部を当接させることを含み、
前記第３の工程は、前記押圧部により前記非形成領域を押圧することを含む半導体組立体の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記フィンは、板状であり、
前記フィン列は、前記フィンの冷却面が互いに対向するように前記フィンが並べられた構成となっており、
前記非形成領域は、複数の前記フィンの延在方向に対して交差する方向に沿って延在している半導体組立体の製造方法。
前記フィンは、板状であり、
前記フィン列は、前記フィンの冷却面が互いに対向するように前記フィンが並べられた構成となっており、
前記非形成領域は、複数の前記フィンの延在方向に対して交差する方向に沿って延在している半導体組立体の製造方法。
【請求項3】
請求項１または２に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記治具は、
複数の前記押圧部と、
前記複数の押圧部を相互に連結する連結部と、を備える半導体組立体の製造方法。
前記治具は、
複数の前記押圧部と、
前記複数の押圧部を相互に連結する連結部と、を備える半導体組立体の製造方法。
【請求項4】
請求項１または２に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記治具の前記押圧部の高さが、前記フィンの高さより大きい半導体組立体の製造方法。
前記治具の前記押圧部の高さが、前記フィンの高さより大きい半導体組立体の製造方法。
【請求項5】
請求項１または２に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記接合材料は、銀を含む組成物で構成されている半導体組立体の製造方法。
前記接合材料は、銀を含む組成物で構成されている半導体組立体の製造方法。
【請求項6】
請求項１または２に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記フィンは、銅を含む材料で構成されている半導体組立体の製造方法。
前記フィンは、銅を含む材料で構成されている半導体組立体の製造方法。
【請求項7】
請求項１または２に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記冷却器は、前記フィンを覆うように前記ベースに取り付けられるカバーを備え、
前記半導体組立体の製造方法は、
前記ベース及び前記フィン列から前記治具を取り外す第４の工程と、
前記カバーを前記ベースに当接させて前記カバーを取り付ける第５の工程と、を備えた半導体組立体の製造方法。
前記冷却器は、前記フィンを覆うように前記ベースに取り付けられるカバーを備え、
前記半導体組立体の製造方法は、
前記ベース及び前記フィン列から前記治具を取り外す第４の工程と、
前記カバーを前記ベースに当接させて前記カバーを取り付ける第５の工程と、を備えた半導体組立体の製造方法。
【請求項8】
請求項７に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記治具は、
複数の前記押圧部と、
前記複数の押圧部を相互に連結する連結部と、を備え、
前記連結部は、枠状の形状を有し、
前記押圧部は、前記連結部の枠状の形状を横断する桟であり、
前記連結部における前記ベースとの第１の当接面の形状は、前記カバーにおける前記ベースとの第２の当接面の形状を包含しており、
前記第２の工程は、前記連結部を前記ベースに当接することを含み、
前記第３の工程は、前記連結部により前記ベースを押圧することを含む半導体組立体の製造方法。
前記治具は、
複数の前記押圧部と、
前記複数の押圧部を相互に連結する連結部と、を備え、
前記連結部は、枠状の形状を有し、
前記押圧部は、前記連結部の枠状の形状を横断する桟であり、
前記連結部における前記ベースとの第１の当接面の形状は、前記カバーにおける前記ベースとの第２の当接面の形状を包含しており、
前記第２の工程は、前記連結部を前記ベースに当接することを含み、
前記第３の工程は、前記連結部により前記ベースを押圧することを含む半導体組立体の製造方法。
【請求項9】
請求項８に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記治具の前記連結部の高さが、前記フィンの高さより大きい半導体組立体の製造方法。
前記治具の前記連結部の高さが、前記フィンの高さより大きい半導体組立体の製造方法。
【請求項10】
請求項７または８に記載の半導体組立体の製造方法であって、
前記カバーは、冷却流体の供給口及び排出口を有しており、
前記非形成領域は、前記供給口及び前記排出口を通過する仮想直線に対し、略垂直な方向に沿って延在している半導体組立体の製造方法。
前記カバーは、冷却流体の供給口及び排出口を有しており、
前記非形成領域は、前記供給口及び前記排出口を通過する仮想直線に対し、略垂直な方向に沿って延在している半導体組立体の製造方法。
【請求項11】
複数のフィンからそれぞれ構成され、それぞれ線状に延在する複数のフィン列と、
前記複数のフィン列が相互に間隔を空けて設けられたベースと、を備え、
前記ベースは、前記複数のフィン列の間に、前記フィンが形成されておらず線状に延在する非形成領域を有しており、
前記非形成領域は、接合層を介して前記ベースを半導体装置と接合する際に治具によって押圧される領域である冷却器。
前記複数のフィン列が相互に間隔を空けて設けられたベースと、を備え、
前記ベースは、前記複数のフィン列の間に、前記フィンが形成されておらず線状に延在する非形成領域を有しており、
前記非形成領域は、接合層を介して前記ベースを半導体装置と接合する際に治具によって押圧される領域である冷却器。
【請求項12】
請求項１１に記載の冷却器であって、
前記フィンは、板状であり、
前記フィン列は、前記フィンの冷却面が互いに対向するように前記フィンが並べられた構成となっており、
前記非形成領域は、複数の前記フィンの延在方向に対して交差する方向に沿って延在している冷却器。
前記フィンは、板状であり、
前記フィン列は、前記フィンの冷却面が互いに対向するように前記フィンが並べられた構成となっており、
前記非形成領域は、複数の前記フィンの延在方向に対して交差する方向に沿って延在している冷却器。
【請求項13】
請求項１１または１２に記載の冷却器であって、
前記フィンは、銅を含む材料で構成されている冷却器。
前記フィンは、銅を含む材料で構成されている冷却器。
【請求項14】
請求項１１または１２に記載の冷却器と、
半導体装置と、
前記冷却器及び前記半導体装置の間に設けられた接合層と、を備えた半導体組立体。
半導体装置と、
前記冷却器及び前記半導体装置の間に設けられた接合層と、を備えた半導体組立体。
【請求項15】
請求項１４に記載の半導体組立体であって、
前記冷却器は、前記フィンを覆うように前記ベースに取り付けられたカバーを備え、
前記ベースは、前記フィンが設けられた面に形成された枠状の圧痕を有しており、
前記圧痕の形状は、前記カバーにおいて前記ベースと当接する第２の当接面の形状を包含している半導体組立体。
前記冷却器は、前記フィンを覆うように前記ベースに取り付けられたカバーを備え、
前記ベースは、前記フィンが設けられた面に形成された枠状の圧痕を有しており、
前記圧痕の形状は、前記カバーにおいて前記ベースと当接する第２の当接面の形状を包含している半導体組立体。
【請求項16】
冷却器と、
半導体装置と、
前記冷却器と前記半導体装置との間に設けられ、銀を含有する接合層と、を備え、
前記冷却器は、複数のフィンと、前記フィンが設けられた板状のベースと、を備え、
前記フィンの厚みは、０．０５～２ｍｍであり、
前記フィン同士の間隔は、０．０５～２ｍｍであり、
前記ベースの厚みは、０．３～５ｍｍである半導体組立体。
半導体装置と、
前記冷却器と前記半導体装置との間に設けられ、銀を含有する接合層と、を備え、
前記冷却器は、複数のフィンと、前記フィンが設けられた板状のベースと、を備え、
前記フィンの厚みは、０．０５～２ｍｍであり、
前記フィン同士の間隔は、０．０５～２ｍｍであり、
前記ベースの厚みは、０．３～５ｍｍである半導体組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体組立体の製造方法、冷却器、及び半導体組立体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体チップと、ヒートシンクとを、銀の加圧焼結体で接合して構成された半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置は、半導体チップとヒートシンクとの間に銀を含む焼結材料を設け、加熱しながら加圧することによって製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－００２５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の半導体装置では、ヒートシンクを板状部材およびメッキ膜からなる構成としている。上記の半導体装置において、熱交換性能の向上を図るために、ヒートシンクをフィンによって構成した場合、板状部材からなるヒートシンクに比べ強度が低いため、加熱または加圧によってヒートシンクが変形したり、破損したりしてしまうおそれがあるという問題があった。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、フィンの破損を抑制することができる半導体組立体の製造方法、冷却器、及び半導体組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
［１］本発明の態様１は、冷却器と半導体装置を備える半導体組立体の製造方法であって、前記冷却器及び前記半導体装置の少なくとも一方に接合材料を配置し、前記接合材料を介して前記冷却器及び前記半導体装置を積層する第１の工程と、前記冷却器に治具を取り付ける第２の工程と、前記治具、前記冷却器、前記接合材料、及び前記半導体装置を加圧しながら加熱し、前記冷却器と前記半導体装置とを接合する第３の工程と、を備え、前記冷却器は、複数のフィンからそれぞれ構成され、それぞれ線状に延在する複数のフィン列と、前記複数のフィン列が相互に間隔を空けて設けられたベースと、を備え、前記ベースは、前記複数のフィン列の間に、前記フィンが形成されておらず線状に延在する非形成領域を有しており、前記治具は、前記フィン列同士の間に進入可能であり、線状に延在する押圧部を備え、前記第２の工程は、前記フィン列の間に前記押圧部を挿入して、前記ベースの前記非形成領域に前記押圧部を当接させることを含み、前記第３の工程は、前記押圧部により前記非形成領域を押圧することを含む半導体組立体の製造方法である。
【0007】
［２］本発明の態様２は、態様１の半導体組立体の製造方法であって、前記フィンは、板状であり、前記フィン列は、前記フィンの冷却面が互いに対向するように前記フィンが並べられた構成となっており、前記非形成領域は、複数の前記フィンの延在方向に対して交差する方向に沿って延在している半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0008】
［３］本発明の態様３は、態様１または２の半導体組立体の製造方法であって、前記治具は、複数の前記押圧部と、前記複数の押圧部を相互に連結する連結部と、を備える半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0009】
［４］本発明の態様４は、態様１～３のいずれか一つの半導体組立体の製造方法であって、前記治具の前記押圧部の高さが、前記フィンの高さより大きい半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0010】
［５］本発明の態様５は、態様１～４のいずれか一つの半導体組立体の製造方法であって、前記接合材料は、銀を含む組成物で構成されている半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0011】
［６］本発明の態様６は、態様１～５のいずれか一つの半導体組立体の製造方法であって、前記フィンは、銅を含む材料で構成されている半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0012】
［７］本発明の態様７は、態様１～６のいずれか一つの半導体組立体の製造方法であって、前記冷却器は、前記フィンを覆うように前記ベースに取り付けられるカバーを備え、前記半導体組立体の製造方法は、前記ベース及び前記フィン列から前記治具を取り外す第４の工程と、前記カバーを前記ベースに当接させて前記カバーを取り付ける第５の工程と、を備えた半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0013】
［８］本発明の態様８は、態様７の半導体組立体の製造方法であって、前記治具は、複数の前記押圧部と、前記複数の押圧部を相互に連結する連結部と、を備え、前記連結部は、枠状の形状を有し、前記押圧部は、前記連結部の枠状の形状を横断する桟であり、前記連結部における前記ベースとの当接面の形状は、前記カバーにおける前記ベースとの当接面の形状を包含しており、前記第２の工程は、前記連結部を前記ベースに当接することを含み、前記第３の工程は、前記連結部により前記ベースを押圧することを含む半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0014】
［９］本発明の態様９は、態様８の半導体組立体の製造方法であって、前記治具の前記連結部の高さが、前記フィンの高さより大きい半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0015】
［１０］本発明の態様１０は、態様７または８の半導体組立体の製造方法であって、前記カバーは、冷却流体の供給口及び排出口を有しており、前記非形成領域は、前記供給口及び前記排出口を通過する仮想直線に対し、略垂直な方向に沿って延在している半導体組立体の製造方法であってもよい。
【0016】
［１１］本発明の態様１１は、複数のフィンから構成され、線状に延在する複数のフィン列と、前記複数のフィン列が相互に間隔を空けて設けられたベースと、を備え、前記ベースは、前記複数のフィン列の間に、前記フィンが形成されておらず線状に延在する非形成領域を有しており、前記非形成領域は、接合層を介して前記ベースを半導体装置と接合する際に治具によって押圧される領域である冷却器である。
【0017】
［１２］本発明の態様１２は、態様１１の冷却器であって、前記フィンは、板状であり、前記フィン列は、前記フィンの冷却面が互いに対向するように前記フィンが並べられた構成となっており、前記非形成領域は、複数の前記フィンの延在方向に対して交差する方向に沿って延在している冷却器であってもよい。
【0018】
［１３］本発明の態様１３は、態様１１または１２の冷却器であって、前記フィンは、銅を含む材料で構成されている冷却器であってもよい。
【0019】
［１４］本発明の態様１４は、態様１１または１２の冷却器と、半導体装置と、前記冷却器及び前記半導体装置の間に設けられた接合層と、を備えた半導体組立体である。
【0020】
［１５］本発明の態様１５は、態様１４の半導体組立体であって、前記冷却器は、前記フィンを覆うように前記ベースに取り付けられたカバーを備え、前記ベースは、前記フィンが設けられた面に形成された枠状の圧痕を有しており、前記圧痕の形状は、前記カバーにおいて前記ベースと当接する第２の当接面の形状を包含している半導体組立体であってもよい。
【0021】
［１６］本発明の態様１６は、冷却器と、半導体装置と、前記冷却器と前記半導体装置との間に設けられ、銀を含有する接合層と、を備え、前記冷却器は、複数のフィンと、前記フィンが設けられた板状のベースと、を備え、前記フィンの厚みは、０．０５～２ｍｍであり、前記フィン同士の間隔は、０．０５～２ｍｍであり、前記ベースの厚みは、０．３～５ｍｍである半導体組立体である。
【発明の効果】
【0022】
本発明に係る半導体組立体の製造方法では、冷却器と半導体装置とを接合する際に、冷却器のベースにおけるフィン列の間の非形成領域を治具の押圧部で押圧する。これにより、フィン自体に圧力をかけることなく冷却器、接合材料、及び半導体装置を加圧しながら加熱し、冷却器及び半導体装置を接合することができるため、フィンの破損を抑制することができる。
【0023】
また、本発明に係る冷却器は、フィン列の間に非形成領域が設けられているため、治具を用いて非形成領域を押圧することで、フィン自体に圧力をかけることなく接合材料を介して半導体装置と接合させることができる。このため、加圧によるフィンの破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0026】
【0027】
本実施形態における半導体組立体１は、図１に示すように、半導体装置１０と、冷却器２０と、接合層３０と、を備えている。
【0028】
半導体装置１０は、半導体素子１１と、基板１２と、モールド１３とで構成されている。半導体素子１１としては、特に限定されないが、シリコン、または炭化ケイ素シリコンから構成されたＭＯＦＳＥＴ素子、およびＩＧＢＴ素子等を例示することができる。半導体素子１１は、基板１２の一方の面１２１に実装されている。モールド１３は、エポキシ樹脂等の樹脂材料で構成され、半導体素子１１を封止している。モールド１３から基板１２の他方の面１２２が露出しており、基板１２の面１２２が接合層３０を介して冷却器２０と接合されている。
【0029】
なお、半導体装置１０の構成は、半導体素子１１を備えていれば、特に上記に限定されない。例えば、本実施形態では、半導体装置１０が半導体素子１１を封止するモールド１３を備えているが、半導体装置１０の構成は特にこれに限定されず、モールド１３を備えていなくてもよい。
【0030】
冷却器２０は、ベース４０と、複数のフィン列５０ａ～５０ｅと、カバー６０とを備えている。
【0031】
ベース４０は、略矩形の平面形状を有する板状の部材であり、接合層３０を介して半導体装置１０に固定されている。ベース４０の構成は特にこれに限定されず、フィン列５０ａ～５０ｅが設けられ、カバー６０と当接することができる平面形状を有していればよい。本実施形態におけるベース４０は、純銅で構成されているが、ベース４０を構成する材料は特に限定されない。ベース４０を構成する材料としては、銅またはアルミニウムなどの金属材料や、銅またはアルミニウムを含む合金材料等を例示することができる。ベース４０を純銅で構成することにより、冷却器２０の冷却性能をより高めることができる。また、ベース４０の厚みＴＢは、特に限定されないが、０．３～５ｍｍ（０．３ｍｍ≦ＴＢ≦５ｍｍ）である。ベース４０の厚みを上記範囲内とすることにより、後述する加熱及び加熱の工程によりベース４０が変形することを抑制することができると共に、冷却器２０の冷却性能の向上を図ることができる。
【0032】
それぞれのフィン列５０ａ～５０ｅは、図２に示すように、ベース４０の表面４１に相互に間隔を空けて設けられた複数のフィン５１で構成されている。本実施形態では、ベース４０に５つのフィン列５０ａ～５０ｅが設けられているが、フィン列５０の個数は特にこれに限定されない。なお、この明細書において、以後フィン列５０ａ～５０ｅを「フィン列５０」とも総称する。
【0033】
本実施形態では、フィン列５０を構成するそれぞれのフィン５１は、板状であり、ベース４０の表面４１に対して略垂直な方向（図中Ｚ方向）に突出すると共に、所定の方向に延在するようにベース４０に配置されている。本実施形態では、それぞれのフィン５１は、図２においてＸ方向に沿って延在しており、複数のフィン５１は、実質的に相互に平行に延在している。また、一つのフィン列５０を構成する複数のフィン５１の幅は、実質的に同一となっている。
【0034】
フィン５１は、特に限定されないが、ベース４０と同じ材料で構成されている。ベース４０及びフィン５１の製造方法としては、特に限定されず、スカイブ加工、押出成形、冷間鋳造、その他の機械加工など、公知の方法を用いることができる。本実施形態では、ベース４０とフィン５１が一体的に形成されているが、ベース４０とフィン５１を別々に形成してもよい。
【0035】
図２に示すように、本実施形態におけるそれぞれのフィン列５０は、複数のフィン５１を、当該フィン５１の冷却面５１１（図１参照）を互いに対向するように並べることで形成されており、フィン５１の延在方向に対して略垂直な方向（図中Ｙ方向）に沿って線状に延在している。本実施形態では、それぞれのフィン列５０は、図中のＹ方向に沿って線状に延在するように、ベース４０の表面４１に設けられており、複数のフィン列５０は、相互に実質的に平行に延在している。
【0036】
フィン５１の厚みＴＦは、特に限定されないが、０．０５～２ｍｍ（０．０５ｍｍ≦ＴＦ≦２ｍｍ）である。また、フィン５１同士の間隔ＧＦは、対向する冷却面５１１同士の間の距離として表され、特に限定されないが、０．０５～２ｍｍ（０．０５ｍｍ≦ＧＦ≦２ｍｍ）である。フィン５１の幅ＷＦ（平面視における長手方向の長さ）は、特に限定されないが、２～２０ｍｍ（０．０５ｍｍ≦ＷＦ≦２ｍｍ）である。
【0037】
本実施形態では、フィン５１が板状であるが、フィン５１の構成は特にこれに限定されない。例えば、フィン５１が、角柱形状または円柱形状を有するピンフィンで構成されていてもよい。
【0038】
ベース４０の表面４１において、フィン列５０同士の間には、線状の非形成領域４２が設けられている。非形成領域４２は、本実施形態における半導体組立体１を製造する際に、ベース４０を半導体装置１０と接合する際に治具１００（後述）によって押圧される領域である。非形成領域４２は、フィン５１の延在する方向、すなわち、平面視におけるフィン５１の長手方向に対して、略垂直な方向（図中Ｙ方向）に沿って延在している。非形成領域４２は、フィン５１の延在する方向に対して略９０°で交差している（図中θ≒９０°）。また、非形成領域４２の幅（図中Ｘ方向の長さ）は、特に限定されないが、フィン５１の幅よりも小さくなっている。
【0039】
カバー６０は、開口６１を有する箱型の形状を有しており、フィン列５０を覆うようにベース４０に当接して設けられている。開口６１は、平面視において全てのフィン列５０を包含する大きさを有している。カバー６０は、ねじ止め等によりベース４０に固定されている。また、カバー６０には、配管７０にそれぞれ接続された冷媒（冷却流体）の供給口６２及び排出口６３が形成されている。供給口６２及び排出口６３は、供給口６２及び排出口６３を通過する仮想直線ＶＬが、フィン５１の延在方向（図中Ｘ方向）に沿うように、供給口６２及び排出口６３が互いに対向するように配置されている。上述したベース４０の非形成領域４２は、仮想直線ＶＬに対して、略垂直な方向（図中Ｙ方向）に沿って延在している。すなわち、非形成領域４２及びフィン列５０が、冷却器２０内の冷媒の流れる方向（図中Ｘ方向）に対して、略垂直な方向（図中Ｙ方向）に沿って延在しており、フィン５１が、冷媒の流れる方向に対して略平行な方向（図中Ｘ方向）に沿って延在している。これにより、冷却器２０内の冷媒の流れが均一となるため、冷却器２０の冷却性能を高めることができる。
【0040】
供給口６２の最も近傍に設けられたフィン列５０ａと、カバー６０との間の空間は、冷媒の圧力を冷媒の流れる方向と垂直な方向（図中Ｙ方向）に均一化するためのリザーバー空間６０１となっている。また、排出口６３の最も近傍に設けられたフィン列５０ｅと、カバー６０との間の空間も、同様にリザーバー空間６０２となっている。特に限定されないが、リザーバー空間６０１，６０２において、フィン５１の延在方向（図中Ｘ方向）と平行な方向の幅は、非形成領域４２の幅よりも大きくなっている。
【0041】
図６は本実施形態における半導体組立体１の第１変形例を示す断面図であり、図７は本実施形態における半導体組立体１の第２変形例を示す断面図であり、図８は本実施形態における半導体組立体１の第３変形例を示す断面図であり、図６～８は、それぞれ図２に対応する図である。
【0042】
なお、本実施形態では、非形成領域４２がフィン５１の延在する方向に対して略垂直な方向（図中Ｙ方向）に沿って延在しているが、非形成領域４２の構成は特にこれに限定されない。例えば、図６に示すように、平面視において、複数のフィン５１がフィン５１の延在する方向（図中Ｘ方向）に対して斜めに交差する方向に沿って並べられており、非形成領域４２がフィン５１の延在する方向に対して斜めに交差する方向に沿って延在していてもよい。平面視におけるフィン５１の延在方向に対する非形成領域４２の延在方向の交差角θは、特に限定されないが、７５°以上９０°以下である（７５°≦θ≦９０°）。なお、図６に示すように、交差角θを９０°以外の角度とする場合も、フィン５１の延在方向が流体の流れる方向と略平行となるようにフィン５１、並びに供給口６２及び排出口６３を配置することが好ましい。
【0043】
また、図２では、フィン列５０を構成するフィン５１の幅が実質的に同一となっているが、フィン５１の幅は特にこれに限定されない。例えば、図６に示すように、フィン列５０が異なる幅のフィン５１を含んでいてもよい。具体的には、図６において、供給口６２の近傍に位置するフィン列５０ｇ、５０ｅを構成するフィン５１の幅は、フィン５１における供給口６２側の端部が、仮想直線ＶＬに対して略垂直な方向（図中Ｙ方向）に沿って位置するように調整されている。同様に、排出口６３の近傍に位置するフィン列５０ｆ、５０ｈを構成するフィン５１の幅は、フィン５１における排出口６３側の端部が、仮想直線ＶＬに対して略垂直な方向に沿って位置するように調整されている。すなわち、図６に示す構成では、略矩形の断面形状を有するリザーバー空間６０１、６０２の形状に対応してフィン列５０ｇ～５０ｈを構成するフィン５１の幅が調整されている。これにより、リザーバー空間６０１、６０２が冷媒の流れる方向（仮想直線ＶＬ）に対して垂直な方向に延在し、冷却器２０内の冷媒の流れが均一となるため、冷却器２０の冷却性能を高めることができる。
【0044】
また、図２及び図６では、フィン列５０が一つの方向に沿って延在するように、フィン５１が一つの方向に沿って並べられており、非形成領域４２が一つの方向に沿って延在しているが、フィン列５０及び非形成領域４２の構成は特にこれに限定されない。例えば、図７に示すように、フィン列５０が途中で曲がるようにフィン５１が並べられていてもよい。図７に示す構成では、フィン列５０ａ～５０ｅが略Ｖ字形状となるようにフィン５１が配置されている。また、フィン列５０ｆ、５０ｇを構成するフィン５１の幅は、リザーバー空間６０１、６０２の形状に対応して調整されている。フィン列５０ａとフィン列５０ｆの間の非形成領域４２は、フィン５１の延在方向（図中Ｘ方向）に対して斜めに交差する（交差角θ）方向に沿って線状に設けられている。その他の非形成領域４２は、フィン５１の延在方向に対して斜めに交差する方向に沿って線状に設けられていると共に、略Ｖ字形状を有している。特に限定されないが、フィン列５０及び非形成領域４２の形状は、仮想直線ＶＬに対してＹ軸方向に対称となっている。
【0045】
また、図２、図６、及び図７に示す構造では、カバー６０の供給口６２及び排出口６３が、互いに対向するように、図中Ｘ方向に沿って配置されているが、特にこれに限定されない。例えば、図８に示すように、供給口６２及び排出口６３が、互いに対向しない位置に配置されていてもよい。図８に示す構成では、フィン５１の延在方向が、冷媒の流れる方向（仮想直線ＶＬ）と一致するように各フィン５１が配置されており、フィン列５０及び非形成領域４２が、ベース４０の辺４５に対して斜めに設けられている。
【0046】
図１に戻り、カバー６０の高さは、フィン５１の高さと実質的に同一となっており、フィン５１の高さ方向における端部（図中Ｚ方向下側の端部）がカバー６０の底面６４に接触している。カバー６０の高さは、特にこれに限定されず、フィン５１の図中Ｚ方向下側の端部とカバー６０の底面６４との間に間隔が設けられていてもよい。この間隔は、特に限定されないが０ｍｍ超、０．３ｍｍ以下である。
【0047】
本実施形態では、平面視における半導体装置１０及び冷却器２０の外形及び大きさが実質的に同一となっているが、特にこれに限定されず、半導体装置１０と冷却器２０の外形が異なっていてもよい。
【0048】
接合層３０は、金属を含む組成物の焼結体で構成された層である。接合層３０に含まれる金属としては、銀を例示することができる。接合層３０は、後述するように、金属及び溶媒を含む接合材料を熱プレスにより焼結することにより形成することができる。接合層３０が銀を含む焼結体で構成されていることにより、半導体装置１０及び冷却器２０の接続信頼性を向上することができる。
【0049】
次いで、本実施形態における半導体組立体１の製造方法について、図３（ａ）～３（ｅ）、及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）～図３（ｅ）は本実施形態における半導体組立体１の製造方法を示す断面図であり、図４は本実施形態における治具１００の平面図であり、図５は本実施形態におけるベース４０及びフィン列５０の平面図である。
【0050】
本実施形態における半導体組立体１の製造方法は、冷却器２０及び半導体装置１０の少なくとも一方に接合材料３００を配置し、接合材料３００を介して冷却器２０及び半導体装置１０を積層する第１の工程と、冷却器２０に治具１００を取り付ける第２の工程と、冷却器２０と半導体装置１０とを接合する第３の工程と、治具１００を取り外す第４の工程と、ベース４０にカバー６０を取り付ける第５の工程と、を備える。
【0051】
第１の工程では、冷却器２０及び半導体装置１０の少なくとも一方に接合材料３００を配置し、接合材料３００を介して冷却器２０及び半導体装置１０を積層する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、半導体装置１０の基板１２の面１２２に接合材料３００を配置しているが、特にこれに限定されず、例えば、冷却器２０のベース４０においてフィン列５０が設けられた面４１とは反対側の面４３に接合材料３００を配置してもよい。なお、第１の工程から第５の工程では、ベース４０にカバー６０が取り付けられていないが、図３（ａ）～図３（ｅ）の説明では、便宜上、ベース４０及びフィン列５０を冷却器２０と称する。
【0052】
本実施形態における接合材料３００は、銀粒子及び溶媒を含有するペースト状の組成物である。銀粒子としては、特に限定されないが、平均粒径が０．１μｍ以上、１μｍ以下のものを用いる。また、接合材料３００における銀粒子の含有量は、特に限定されないが、７０～９５質量％である。溶媒としては、後述する第３の工程における加熱により蒸発できるものであれば特に限定されないが、例えば、アルコール系溶媒、グリコール系溶媒等の有機溶媒を用いることができる。
【0053】
接合材料３００を配置する方法は、特に限定されないが、冷却器２０及び半導体装置１０の少なくとも一方に、塗布により配置することができる。接合材料３００の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上、５００μｍ以下である。接合材料３００を配置した後、接合材料３００を介して冷却器２０及び半導体装置１０を積層する。
【0054】
第２の工程では、図３（ｂ）に示すように、冷却器２０に治具１００を取り付ける。治具１００は、図３（ｂ）及び図４に示すように、複数の押圧部１１０と、複数の押圧部１１０を相互に連結する連結部１２０とからなる。なお、図３（ｂ）において治具１００の断面を示す部分は、図４のIII（ｂ）-III（ｂ）線に沿った断面に対応する。第２の工程では、図３（ｂ）に示すように、押圧部１１０をフィン列５０同士の間の空間に進入させ、押圧部１１０をベース４０の非形成領域４２に当接させると共に、連結部１２０をベース４０の表面４１に当接させることにより、治具１００を冷却器２０に取り付ける。
【0055】
本実施形態における治具１００は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で構成されているが、治具１００を構成する材料は特にこれに限定されない。治具１００を構成する材料としては、後述する第３の工程における加熱及び加圧により変形したり破損したりしない材料であればよく、例えば、耐熱合金等を挙げることができる。本実施形態では、押圧部１１０と連結部１２０とは一体的に形成されているが、押圧部１１０と連結部１２０を別々に形成してもよい。
【0056】
押圧部１１０は、第２の工程においてフィン列５０の間に進入してベース４０に当接される線状に延在する部分である。押圧部１１０におけるベース４０との当接面１１０１は、ベース４０の非形成領域４２に対応する形状を有している。本実施形態における押圧部１１０は、隣り合うフィン列５０同士の間の空間に対応した角柱形状を有している。また、断面視における押圧部１１０の高さは、フィン５１の高さよりわずかに（数十マイクロメートル～数ミリメートル程度）大きくなっているが、特にこれに限定されず、フィン５１の高さより大きければよい。また、押圧部１１０の高さの上限は、特に限定されないが、フィン５１の高さに１０ミリメートル足した高さである。押圧部１１０の高さがフィン５１の高さに比べ大きすぎると、第３の工程における加熱の際に接合材料３００へ熱が十分に伝わらず、半導体装置１０と冷却器２０の接合が不十分となるおそれがある。
【0057】
連結部１２０は、複数の押圧部１１０を互いに連結する枠状の部分である。本実施形態では、平面視において矩形枠状の形状を有しているが、押圧部１１０を互いに連結することができる限り特にこれに限定されず、例えば棒状の部材であってもよい。治具１００が連結部１２０を備えていることにより、第３の工程において治具１００を介して半導体装置１０、冷却器２０、及び接合材料３００を加圧する際に、複数の押圧部１１０がばらばらに傾かないようすることができる。このため、押圧部１１０を用いてベース４０の非形成領域４２をより安定して押圧することができる。
【0058】
連結部１２０の外形は、ベース４０の外形と略同一の形状となっているが、特にこれに限定されない。例えば、平面視において連結部１２０の外形がベース４０を包含する程度に、連結部１２０の外形がベース４０の外形より大きくなっていてもよい。断面視における連結部１２０の高さは、高さよりわずかに（数十マイクロメートル～数ミリメートル程度）大きくなっているが、特にこれに限定されず、フィン５１の高さ以上であればよい。また、連結部１２０の高さの上限は、特に限定されないが、フィン５１の高さに１０ミリメートル足した高さである。連結部１２０の高さがフィン５１の高さに比べ大きすぎると、第３の工程における加熱の際に接合材料３００へ熱が十分に伝わらず、半導体装置１０と冷却器２０の接合が不十分となるおそれがある。本実施形態では、押圧部１１０及び連結部１２０の高さが実質的に同一となっている。
【0059】
本実施形態における治具１００は、連結部１２０が矩形枠状の形状を有しており、複数の押圧部１１０はそれぞれ連結部１２０の枠状の形状を横断する桟となっている。すなわち、本実施形態における治具１００は、はしご型（いげた状）の形状を有している。本実施形態では、押圧部１１０と連結部１２０の間の空間が、フィン列５０の形状と対応しており、治具１００を冷却器２０に取り付けることにより、それぞれのフィン列５０が治具１００に挿入される。
【0060】
第３の工程では、図３（ｃ）に示すように、治具１００、冷却器２０、接合材料３００、及び半導体装置１０を加圧しながら加熱する。加圧は、冷却器２０、接合材料３００、及び半導体装置１０の積層方向（図中Ｚ方向）に沿って均一に圧力をかけるように行う。このとき、押圧部１１０によってベース４０の非形成領域４２が押圧される。加圧及び加熱には、熱プレス機９００を用いることができる。例えば、図３（ｃ）に示すように、熱プレス機９００の加熱板９１０及び加熱板９２０で治具１００、冷却器２０、接合材料３００、及び半導体装置１０を挟み込むことで加圧及び加熱を行うことができる。
【0061】
加圧時の圧力は、特に限定されないが、好ましくは１ＭＰａ以上、４０ＭＰａ以下であり、より好ましくは１０ＭＰａ以上、４０ＭＰａ以下であり、さらに好ましくは２０ＭＰａ以上、３５ＭＰａ以下である。また、加熱時の温度は、特に限定されないが、好ましくは１５０℃以上、４００℃以下であり、より好ましくは２００℃以上、３５０℃以下であり、さらに好ましくは２５０℃以上、３００℃以下である。第３の工程における加圧及び加熱により、接合材料３００の銀粒子の焼結が進行し、接合層３０が形成される。
【0062】
第４の工程では、図３（ｄ）に示すように、ベース４０及びフィン５１から治具１００を取り外す。このとき、第３の工程における治具１００の押圧により、ベース４０の表面４１には、図５に示すように、押圧部１１０及び連結部１２０の形状に対応した圧痕４４が形成されている。なお、図５においてハッチングを付した箇所が圧痕４４を表す。
【0063】
第５の工程では、図３（ｅ）に示すように、カバー６０をベース４０に当接させてベース４０に取り付ける。なお、カバー６０の当接面６５の形状は、連結部１２０の当接面１２０１（図４参照）の形状に包含されており、圧痕４４の形状（図５参照）に包含されている。これにより、カバー６０の当接面６５は、ベース４０の圧痕４４が形成された領域に当接される。圧痕４４がベース４０の表面４１に形成されていることにより、ベース４０の表面４１の平滑性をより高められるため、ベース４０に対するカバー６０の密着性を高めることができる。
【0064】
以上のようにして、本実施形態における半導体組立体１が製造される。本実施形態における半導体組立体１の製造方法によれば、冷却器２０と半導体装置１０とを接合する際に、治具１００を冷却器２０に取り付け、ベース４０の非形成領域４２を押圧部１１０で押圧する。このため、フィン５１自体に圧力をかけることなく、冷却器２０、接合材料３００、及び半導体装置１０を加圧しながら加熱し、冷却器２０及び半導体装置１０を接合することができるため、フィン５１の破損を抑制することができる。
【0065】
また、本実施形態における冷却器２０は、ベース４０においてフィン列５０の間に非形成領域４２が設けられているため、治具１００を用いて非形成領域４２を押圧することで、フィン５１自体に圧力をかけることなく接合材料３００を介して半導体装置１０と接合させることができる。このため、加圧によるフィン５１の破損を抑制することができる。
【0066】
また、本実施形態における半導体組立体１は、冷却器２０と半導体装置１０とが銀を含有する接合層３０で接合され、フィン５１の厚みＴＦが０．０５～２ｍｍ（０．０５ｍｍ≦ＴＦ≦２ｍｍ）であり、フィン５１同士の間隔ＧＦが０．０５～２ｍｍ（０．０５ｍｍ≦ＧＦ≦２ｍｍ）であり、ベース４０の厚みＴＢが０．３～５ｍｍ（０．３ｍｍ≦ＴＢ≦５ｍｍ）である。これにより、本実施形態における半導体組立体１は、冷却器２０及び半導体装置１０の接続信頼性に優れていると共に、フィン５１の冷却性能に優れている。特に、本実施形態で用いられた冷却器２０は、フィン５１及びベース４０の厚みが小さく、フィン５１同士の間隔が狭いため、強度が小さく、治具１００を用いない場合には、銀を含む接合材料３００を焼結させる際の加圧及び加熱により簡単に変形したり破損したりしてしまう問題がある。これに対し、本実施形態では、ベース４０に非形成領域４２を設け、治具１００を冷却器２０に取り付けて加圧及び加熱を行うことにより、銀を含有する接合層３０を備え、かつ、フィン５１及びベース４０の厚みが小さく、フィン５１同士の間隔の狭い半導体組立体１を製造することができた。
【0067】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【0068】
例えば、上述の実施形態では、フィン列５０が複数のフィン５１を１列に並べた構成となっているが、例えば、フィン列５０を、２つのフィン５１を、フィン５１の延在方向（図中Ｘ方向）に沿って間隔をあけて並べ、これら２つのフィン５１を１組として、複数のフィン５１の組を所定の方向に沿って線状に並べた構成としてもよい。すなわち、フィン列５０を、複数のフィン５１を互いの冷却面５１１が対向するように所定の方向に沿って線状に配置したものを、間隔をあけて２列並べた構成としてもよい。このとき、フィン列５０において、フィン５１の延在方向（図中Ｘ方向）におけるフィン５１同士の間隔は、フィン列５０同士の間隔よりも狭くすることが好ましく、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。フィン列５０において、間隔をあけて２つのフィン５１を配置する構成とすることにより、冷却器２０における冷媒の流れを促進し、冷却器２０の冷却性能をより高めることができる。
【0069】
また、上述の実施形態では、冷却器２０がカバー６０を備えているが、冷却器２０がカバー６０を備えておらず、外部からフィン５１に向かって冷媒を直接吹き付けてもよい。
【符号の説明】
【0070】
１…半導体組立体
１０…半導体装置
１１…半導体素子
１２…基板
１２１，１２２…面
１３…モールド
２０…冷却器
３０…接合層
４０…ベース
４１，４３…面
４２…非形成領域
４４…圧痕
５０、５０ａ～５０ｈ…フィン列
５１…フィン
５１１…冷却面
６０…カバー
６１…開口
６２…供給口
６３…排出口
６４…底面
６５…当接面
６０１，６０２…リザーバー空間
７０…配管
１００…治具
１１０…押圧部
１１０１…当接面
１２０…連結部
１２０１…当接面
９００…熱プレス機
９１０，９２０…加熱板
ＶＬ…仮想直線
１０…半導体装置
１１…半導体素子
１２…基板
１２１，１２２…面
１３…モールド
２０…冷却器
３０…接合層
４０…ベース
４１，４３…面
４２…非形成領域
４４…圧痕
５０、５０ａ～５０ｈ…フィン列
５１…フィン
５１１…冷却面
６０…カバー
６１…開口
６２…供給口
６３…排出口
６４…底面
６５…当接面
６０１，６０２…リザーバー空間
７０…配管
１００…治具
１１０…押圧部
１１０１…当接面
１２０…連結部
１２０１…当接面
９００…熱プレス機
９１０，９２０…加熱板
ＶＬ…仮想直線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】