特開 2024-3877 半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法

(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】P2024003877

(43)【公開日】2024-01-16

(54)【発明の名称】半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20240109BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240109BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20240109BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 Z

H01L25/04 C

H01L23/28 K

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022103201

(22)【出願日】2022-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】市田 英之

【テーマコード（参考）】

4M109

5F136

5H770

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA04

4M109CA02

4M109DB10

4M109GA05

5F136BA03

5F136DA26

5F136DA27

5F136EA27

5H770AA21

5H770BA02

5H770CA01

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA22

5H770DA30

5H770DA41

5H770PA11

5H770PA21

5H770PA42

5H770QA01

5H770QA05

5H770QA06

5H770QA08

(57)【要約】

【課題】ベース部材に対してケース部材が接着される半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法において、ベース部材に対してケース部材が剥離することを抑止する。
【解決手段】電力変換装置Ａであって、半導体チップ４が実装された絶縁回路基板３と、絶縁回路基板３を支持する放熱器１と、放熱器１に接着層２０を介して接着される樹脂製の樹脂ケース２とを備え、樹脂ケース２は、接着層２０と接触する接着面２ｂを有し、接着面２ｂの少なくとも一部が、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面よりも粗面化された粗面化接着面３０である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子が実装された基板と、
前記基板を支持するベース部材と、
前記ベース部材に接着層を介して接着される樹脂製のケース部材と
を備え、
前記ケース部材は、前記接着層と接触する接着面を有し、
前記接着面の少なくとも一部は、前記接着面と異なる前記ケース部材の表面よりも粗面化された粗面化接着面である
ことを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記粗面化接着面は、複数の窪みを有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記ケース部材は、複数のガラスフィラーが含有されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。

【請求項4】

前記粗面化接着面は、前記接着面と異なる前記ケース部材の表面よりも前記ガラスフィラーの露出割合が高いことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。

【請求項5】

前記接着層は、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。

【請求項6】

前記粗面化接着面は、前記接着面をレーザ加工により粗面化することで形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。

【請求項7】

前記ケース部材は、前記接着面として直線状に延伸する直線状接着面を有し、
前記直線状接着面の延伸方向における両端部が少なくとも前記粗面化接着面である
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。

【請求項8】

前記直線状接着面の延伸方向における中央部に前記粗面化接着面よりも平坦な平坦面が設けられていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。

【請求項9】

請求項１または２記載の半導体装置を含むことを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

ベース部材に対して樹脂製のケース部材を接着層により接着するケース部材接着工程と、
前記ベース部材に基板及び半導体素子を配置する配置工程と、
前記基板及び前記半導体素子をロウ材により接合するリフロー工程と
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ケース部材接着工程よりも前に行う粗面化工程を有し、
前記粗面化工程にて、前記ケース部材の前記接着層と接触する接着面の少なくとも一部を、前記接着面と異なる前記ケース部材の表面よりも粗面化された粗面化接着面とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記粗面化工程にて、前記粗面化接着面に複数の窪みを形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記ケース部材に対してガラスフィラーが含有されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記粗面化工程にて、前記接着面と異なる前記ケース部材の表面よりも前記粗面化接着面における前記ガラスフィラーの露出割合を高くすることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記ケース部材接着工程にて、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から前記接着層を形成することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。

【請求項15】

前記粗面化工程にて、前記接着面をレーザ加工により粗面化することで前記粗面化接着面を形成することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。

【請求項16】

前記ケース部材は、前記接着面として直線状に延伸する直線状接着面を有し、
前記粗面化工程にて、前記直線状接着面の延伸方向における両端部を少なくとも前記粗面化接着面とする
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体装置の製造方法。

【請求項17】

前記粗面化工程にて、前記直線状接着面の延伸方向における中央部に前記粗面化接着面よりも平坦な平坦面を設けることを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、半導体素子が搭載された絶縁基板の裏面にベース部材板が接合されたパワーモジュールが開示されている。特許文献１に開示されたパワーモジュールは、底面がベース部材板の表面と接するケース部材を備えている。このケース部材は、絶縁基板を取り囲む。さらに、特許文献１においては、ケース部材の底面に、ベース部材板の外周側へ向かうほどベース部材板の表面から遠ざかる傾斜面が設けられている。特許文献１に開示されたパワーモジュールでは、ベース部材板と傾斜面との間に充填された接着部材によりベース部材板とケース部材とが接着されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６３９９２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１では、ケース部材の底面に傾斜面を設けることで、車両搭載時の熱サイクルによってケース部材が取り囲む領域に充填される充填部材と接着部材とが剥離することを抑制する。しかしながら、特許文献１に開示されたパワーモジュール等の半導体素子を備える半導体装置は、いわゆるリフロー工程を経て製造される。リフロー工程における温度は、車両搭載時における温度よりも高い。特許文献１に開示された構造では、リフロー工程における温度が高い場合には、ベース部材に対してケース部材が剥離する可能性がある。

【0005】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ベース部材に対してケース部材が接着される半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法において、ベース部材に対してケース部材が剥離することを抑止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

【0007】

本発明の第１の態様は、半導体装置であって、半導体素子が実装された基板と、上記基板を支持するベース部材と、上記ベース部材に接着層を介して接着される樹脂製のケース部材とを備え、上記ケース部材が、上記接着層と接触する接着面を有し、上記接着面の少なくとも一部は、上記接着面と異なる上記ケース部材の表面よりも粗面化された粗面化接着面であるという構成を採用する。

【0008】

本発明の第２の態様は、ベース部材に対して樹脂製のケース部材を接着層により接着するケース部材接着工程と、上記ベース部材に基板及び半導体素子を配置する配置工程と、上記基板及び上記半導体素子をロウ材により接合するリフロー工程とを有する半導体装置の製造方法であって、上記ケース部材接着工程よりも前に行う粗面化工程を有し、上記粗面化工程にて、上記ケース部材の上記接着層と接触する接着面の少なくとも一部を、上記接着面と異なる上記ケース部材の表面よりも粗面化された粗面化接着面とするという構成を採用する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ケース部材の接着面の少なくとも一部が粗面化される。このため、接着面が粗面化されていない場合と比較して、ケース部材とベース部材との接着強度が向上する。したがって、本発明によれば、ベース部材に対してケース部材が接着される半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法において、ベース部材に対してケース部材が剥離することを抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態における電力変換装置の概略構成を示す回路図である。

【図2】本発明の第１実施形態の電力変換装置のパワーデバイスを含む模式的な部分拡大断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態の電力変換装置の樹脂ケースが有する接着面を含む拡大図である。

【図4】本発明の第１実施形態の電力変換装置の樹脂ケースが有する接着面に設けられた凹部の模式的な拡大図である。

【図5】本発明の第１実施形態の電力変換装置の製造方法を説明するための模式図である。

【図6】本発明の第１実施形態の電力変換装置の製造方法を説明するための模式図である。

【図7】本発明の第２実施形態の電力変換装置が備える樹脂ケースの下面である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明に係る半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法の一実施形態について説明する。以下の実施形態においては、本発明に係る半導体装置を電力変換装置に適用した例について説明する。

【0012】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の電力変換装置Ａの電気的な概略構成を示す回路図である。本実施形態の電力変換装置Ａは、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載されるＰＣＵ（パワーコントロールユニット）であり、昇降圧回路Ｅ１及び２つのインバータ回路（第１インバータ回路Ｅ２と第２インバータ回路Ｅ３）を備えている。また、本実施形態の電力変換装置Ａは、昇降圧回路Ｅ１と２つのインバータ回路や、インバータ回路とモータを接続するバスバーＢ（配線）を備えている。

【0013】

このような本実施形態の電力変換装置Ａは、バッテリから供給された電力を三相交流電力に変換してモータに供給する。また、電力変換装置Ａは、モータからの回生電力をバッテリに供給する。

【0014】

図１に示すように、昇降圧回路Ｅ１は、４つのパワーデバイスＤと、コンデンサＣと、リアクトルＬとを備えている。また、第１インバータ回路Ｅ２は、６つのパワーデバイスＤを備えている。また、第２インバータ回路Ｅ３は、６つのパワーデバイスＤを備えている。

【0015】

各々のパワーデバイスＤは、パワートランジスタを有している。これらのパワートランジスタは、半導体チップ４（図２参照）に形成され、絶縁回路基板３（図２参照）に実装されている。なお、本実施形態においては、１つのパワーデバイスＤが１つのパワートランジスタを備える例について説明する。しかしながら、１つのパワーデバイスＤが複数のパワートランジスタを備えてもよい。

【0016】

図２は、１つのパワーデバイスＤを含む電力変換装置Ａの模式的な部分拡大断面図である。この図に示すように、電力変換装置Ａは、放熱器１（ベース部材）と、樹脂ケース２（ケース）と、絶縁回路基板３（基板）と、半導体チップ４（半導体素子）と、外部端子５と、リードフレーム６と、リードワイヤ７と、封止材８とを備えている。なお、本実施形態では、パワーデバイスＤは、絶縁回路基板３と、半導体チップ４とで構成されている。

【0017】

放熱器１は、例えばウォータジャケットである。放熱器１は、半導体チップ４等を冷却する。放熱器１は、例えば冷却液が内部に流れており、絶縁回路基板３等を介して半導体チップ４から伝達された熱を冷却液によって回収する。なお、図２においては、放熱器１の一部（天板部）のみを図示している。放熱器１の天板の表面（図２における上面）には樹脂ケース２等が配置されている。一方、天板の裏面（図２における下面）には複数のフィンが形成されている。フィンが形成された天板の裏面側には、例えば冷却液の水路が形成されている。このような放熱器１は、絶縁回路基板３等を支持するベース部材として機能する。

【0018】

樹脂ケース２は、接着層２０を介して、放熱器１に接着されている。樹脂ケース２は、パワーデバイスＤが収容される開口部２ａを有している。樹脂ケース２は、パワーデバイスＤの数と同数の開口部２ａを有している。各々の開口部２ａに対して１つのパワーデバイスＤが収容されている。この樹脂ケース２は、バスバーＢを保持している。図２に示すように、バスバーＢは、リードフレーム６との接合箇所が開口部２ａの内側に向けて露出された状態で保持されている。

【0019】

樹脂ケース２は、放熱器１の上面と接着される接着面２ｂを有している。本実施形態においては、樹脂ケースの放熱器１側の底面が接着面２ｂである。この接着面２ｂは、接着層２０と接触する面であり、接着層２０を介して、放熱器１と接着されている。

【0020】

図３は、接着面２ｂを含む拡大図である。図３に示すように、接着面２ｂには、複数の凹部２ｃ（窪み）が形成されている。凹部２ｃが設けられた領域は、凹部２ｃが設けられていない領域と比較して粗面化されている。このような粗面化された接着面２ｂを粗面化接着面３０と称する。本実施形態においては、接着面２ｂの全面に対して凹部２ｃが設けられている。つまり、本実施形態においては、接着面２ｂの全体が、粗面化された粗面化接着面３０である。

【0021】

粗面化接着面３０は、樹脂ケース２の接着面２ｂと異なる表面（例えば、図２に示す樹脂ケース２の外壁面２ｄや内壁面２ｅ）よりも粗面化された面である。なお、ここで言う粗面化とは、算術平均粗さ、最大高さ、十点平均高さの値を大きくすることのみならず、図３に示すような複数の凹部２ｃを形成することも含む。

【0022】

凹部２ｃは、後述するように、樹脂ケース２の接着面２ｂに対してレーザを照射するレーザ加工によって形成される。レーザ加工を行う場合には、接着面２ｂの一部がレーザ照射により溶融し、溶融跡が凹部２ｃとなる。なお、凹部２ｃの形成方法は、本実施形態のようなレーザ加工に限定されるものではない。例えば、ブラスト処理等によって凹部２ｃを形成してもよい。

【0023】

このような凹部２ｃは、本実施形態においては、接着面２ｂに対して密に配置されている。ただし、凹部２ｃ同士が離れて配置されるように凹部２ｃを形成してもよい。凹部２ｃの直径は、例えば数十μｍ～数百μｍである。また、凹部２ｃの深さは、例えば数μｍ～数百μｍである。なお、本実施形態においては、全ての凹部２ｃの直径及び深さは同一である。しかしながら、異なる直径の凹部２ｃを備えてもよい。また、異なる深さの凹部２ｃを備えてもよい。

【0024】

また、本実施形態において樹脂ケース２は、図４に示すガラスフィラー２ｆが含有された高耐熱性樹脂により形成されている。図４は、１つの凹部２ｃの模式的な拡大図である。図４に示すように、凹部２ｃの内壁面には、多数のガラスフィラー２ｆが露出されている。凹部２ｃの内壁面のガラスフィラー２ｆの露出割合は、凹部２ｃが設けられていない部分と比較して大きい。ここで言う露出割合とは、表面の単位面積あたりにおけるガラスフィラー２ｆの露出量を意味する。つまり、凹部２ｃの内壁面は、凹部２ｃが設けられていない樹脂ケース２の表面と比較して、表面の単位面積あたりにおけるガラスフィラー２ｆの露出量が多い。このように、多数のガラスフィラー２ｆが露出されることで、凹部２ｃの内壁面（すなわち粗面化接着面３０）がより粗くなり、粗面化接着面３０の粗面化がさらに促進されている。

【0025】

ガラスの溶融温度は、樹脂ケース２を形成する樹脂よりも高温である。このため、上述のように凹部２ｃをレーザ加工にて形成する場合に、樹脂が溶融してもガラスフィラー２ｆは溶融しない。この結果、凹部２ｃの形成範囲に位置するガラスフィラー２ｆが図４に示すように外部に露出され、凹部２ｃの内壁面におけるガラスフィラー２ｆの露出割合が大きくなる。

【0026】

このような凹部２ｃをレーザ加工にて形成する場合には、例えば炭酸ガスレーザを用いることができる。より具体的には、波長が１０６００ｎｍの炭酸ガスレーザを用いることができる。このような炭酸ガスレーザは、波長が遠赤外線であるため樹脂へのエネルギ吸収が良く、樹脂ケース２に照射した場合に効率良く熱を発生させることができる。このため、樹脂を熱溶融させて、ガラスフィラー２ｆを露出させることが可能となる。

【0027】

また、樹脂ケース２がガラスフィラー２ｆを含む場合には、接着層２０は、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から形成されているとよい。シランカップリング剤を含むシリコーン接着剤を用いると、樹脂ケース２を放熱器１に接着するときに、シランカップリング剤の加水分解が起こり、シラノール基が生成される。生成されたシラノール基は、ガラスフィラー２ｆの表面の水酸基に吸着して水素結合し、さらに脱水反応が進むことで共有結合を形成する。この結果、接着層２０と樹脂ケース２との接着強度が向上し、さらには樹脂ケース２と放熱器１の接着強度も向上する。

【0028】

このように、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から形成された接着層２０に対して引張試験を行ったところ、界面破壊が生じることなく、凝集破壊が生じた。この結果から、接着層２０と樹脂ケース２との接着強度が向上されていることが分かった。

【0029】

なお、上述のようなシリコーン接着剤に含まれるシランカップリング剤としては、例として、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス (２－メトキシエトキシ ) シラン、３－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いることができる。また、シリコーン樹脂側の官能基は例えばビニル基であり、ガラスフィラー２ｆ側の官能基は例えばエトキシ基、メトキシ基である。

【0030】

このような粗面化接着面３０が接着層２０を介して放熱器１に接着される樹脂ケース２は、接着面２ｂと接着層２０との接触面積の増大によって、放熱器１に強固に接着される。また、粗面化接着面３０の凹部２ｃに接着層２０が入り込むことによるアンカー効果によって、より樹脂ケース２と放熱器１との接着強度が向上される。さらに、樹脂ケース２に含まれるガラスフィラー２ｆの成分と接着層２０の成分とが共有結合されることで、さらに樹脂ケース２と放熱器１との接着強度が向上される。

【0031】

図２に戻り、絶縁回路基板３は、絶縁性セラミックス基板と、絶縁性セラミックス基板の両面に形成された金属層とを有する。絶縁性セラミックス基板の表側（図２における上面）に形成された金属層は、半導体チップ４と電気的に接続され、導電回路の一部を形成する。絶縁性セラミックス基板の裏側（図２における下面）に形成された金属層は、半導体チップ４等から伝わる熱を放熱器１に伝達する伝熱路の一部を形成する。

【0032】

絶縁性セラミックス基板は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン系セラミックス（Ｓｉ_３Ｎｉ_４）によって形成することができる。また、金属層は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）によって形成することができる。

【0033】

半導体チップ４は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体素子が形成されたチップである。半導体チップ４は、絶縁回路基板３上に実装されている。本実施形態においては、１つの絶縁回路基板３に対して、１つの半導体チップ４が実装されている。なお、１つの絶縁回路基板３に対して複数の半導体チップ４が実装されていてもよい。半導体チップ４は、シリコン（Ｓｉ）半導体を用いて形成することができる。また、半導体チップ４は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体等のワイドギャップ半導体を用いて形成することも可能である。

【0034】

外部端子５は、樹脂ケース２に対して保持されている。外部端子５は、複数設けられており、各々がリードワイヤ７を介して半導体チップ４に接続されている。これらの外部端子５を介して外部から半導体チップ４が制御される。

【0035】

リードフレーム６は、パワーデバイスＤとバスバーＢとを接続する板状の導電部材である。本実施形態においては、２つのリードフレーム６が１つのパワーデバイスＤに対して接続されている。なお、１つのパワーデバイスＤに対して接続されるリードフレーム６の数は、変更することができる。これらのリードフレーム６は、制御信号が流れるリードワイヤ７と比較して、大きな電流が流れる導電部材である。

【0036】

なお、図２においては、リードフレーム６は、半導体チップ４とバスバーＢとに接続されている。しかしながら、リードフレーム６は、絶縁回路基板３とバスバーＢとを接続してもよい。

【0037】

リードワイヤ７は、半導体チップ４と外部端子５とを接続する導電部材である。つまり、半導体チップ４と外部端子５とは、いわゆるワイヤボンディングによって電気的に接続されている。

【0038】

封止材８は、樹脂ケース２の開口部２ａの内部に充填されている。封止材８は、絶縁回路基板３及び半導体チップ４等を覆い、絶縁回路基板３及び半導体チップ４等が空気等に触れることを抑止する。この封止材８は、例えば、シリコーンゲルによって形成することができる。

【0039】

また、本実施形態の電力変換装置Ａには、ロウ材である半田２１が各所に設けられている。具体的には、図２に示すように、リードフレーム６とバスバーＢとの接合箇所に半田２１が設けられている。つまり、リードフレーム６とバスバーＢとは、半田２１を用いて接合されている。また、リードフレーム６と半導体チップ４との接合箇所に半田２１が設けられている。つまり、リードフレーム６と半導体チップ４とは、半田２１を用いて接合されている。

【0040】

また、半導体チップ４と絶縁回路基板３との間に半田２１が設けられている。つまり、半導体チップ４と絶縁回路基板３とは、半田２１を用いて接合されている。また、絶縁回路基板３と放熱器１との間に半田２１が設けられている。つまり、絶縁回路基板３と放熱器１とは、半田２１を用いて接合されている。

【0041】

また、図２においては省略されているが、リードワイヤ７と外部端子５も半田を用いて接合されている。また、リードワイヤ７と半導体チップ４も半田を用いて接合されている。

【0042】

続いて、図５及び図６を参照して、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法について説明する。図５及び図６は、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法を説明するための工程図である。

【0043】

まず、図５（ａ）に示すように、樹脂ケース２の接着面２ｂを粗面化する粗面化工程を行う。粗面化工程は、樹脂ケース２の接着面２ｂの一部あるいは全域に対してレーザＸを照射することで粗面化接着面３０を形成する工程である。なお、本実施形態においては、接着面２ｂの全域に対してレーザＸを照射することで、接着面２ｂの全域を粗面化接着面３０とする。

【0044】

レーザＸが接着面２ｂに照射されると、レーザＸが照射された樹脂ケース２の一部が溶融して凹部２ｃが形成される（図３参照）。このような凹部２ｃを多数形成することで、接着面２ｂを粗面化する。なお、樹脂ケース２に含まれるガラスフィラー２ｆは、レーザＸの照射により溶融しない。このため、レーザ加工により凹部２ｃを形成した場合には、凹部２ｃの形成前に樹脂ケース２に埋没したガラスフィラー２ｆが、凹部２ｃの形成後に凹部２ｃの内壁面に露出する。このため、レーザ加工によって粗面化接着面３０が、樹脂ケース２がガラスフィラー２ｆを含まない場合よりもさらに粗面化される。

【0045】

続いて、図５（ｂ）に示すように、放熱器１に対して樹脂ケース２を接着層２０により接着する樹脂ケース接着工程（ケース部材接着工程）を行う。樹脂ケース接着工程では、樹脂ケース２の接着面２ｂ及び放熱器１の上面の少なくともいずれかに対して、シランカップリング剤が含まれるシリコーン接着剤を塗布し、放熱器１と樹脂ケース２とを接着後にシリコーン接着剤を硬化させる。シリコーン接着剤が硬化することで接着層２０が形成される。

【0046】

シリコーン接着剤は、樹脂ケース２の接着面２ｂ（粗面化接着面３０）と接触した場合に、凹部２ｃに対して入り込む。つまり、粗面化接着面３０の凹部２ｃは、シリコーン接着剤によって埋設される。この結果、粗面化接着面３０の凹部２ｃを埋設する接着層２０が形成される。また、上述のように、シリコーン接着剤（接着層２０）に含まれるシランカップリング剤がガラスフィラー２ｆの成分と共有結合する。このため、接着層２０と樹脂ケース２とは強固に固着される。

【0047】

続いて、図６（ａ）に示すように、放熱器１に絶縁回路基板３及び半導体チップ４を配置する配置工程を行う。配置工程では、樹脂ケース２に設けられた開口部２ａの内側、すなわち樹脂ケース２に囲まれた領域に絶縁回路基板３及び半導体チップ４を配置する。図６（ａ）に示すように、絶縁回路基板３は、半田シート２２を介して放熱器１上に配置される。また、半導体チップ４は、半田シート２２を介して絶縁回路基板３上に配置される。

【0048】

また、配置工程では、リードフレーム６も配置される。リードフレーム６は、一端が半田シート２２を介して半導体チップ４上に配置される。また、リードフレーム６は、他端が半田片２３を介してバスバーＢと接続される。なお、配置工程では、リードワイヤ７を設置してもよい。また、リードワイヤ７は、後述するリフロー工程後に行ってもよい。

【0049】

続いて、図６（ｂ）に示すように、絶縁回路基板３及び半導体チップを半田２１により接合するリフロー工程を行う。リフロー工程では、上述の半田シート２２及び半田片２３を高温環境で溶融させ、その後に硬化させることで半田２１を形成する。このリフロー工程によって、絶縁回路基板３が放熱器１に対して接合される。また、半導体チップ４が絶縁回路基板３に接合される。また、リードフレーム６が半導体チップ４及びバスバーＢに接合される。その後、樹脂ケース２の開口部２ａに封止材８を設ける。

【0050】

以上のような本実施形態の電力変換装置Ａは、絶縁回路基板３と、放熱器１と、樹脂ケース２とを備える。絶縁回路基板３は、半導体チップ４が実装されている。放熱器１は、 絶縁回路基板３を支持する。樹脂ケース２は、樹脂製であり、放熱器１に接着層２０を介して接着される。また、樹脂ケース２は、接着層２０と接触する接着面２ｂを有する。接着面２ｂは、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面（外壁面２ｄや内壁面２ｅ）よりも粗面化された粗面化接着面３０である。

【0051】

本実施形態の電力変換装置Ａによれば、樹脂ケース２の接着面２ｂが粗面化される。このため、接着面２ｂが粗面化されていない場合と比較して、樹脂ケース２と放熱器１との接着強度が向上する。したがって、本実施形態の電力変換装置Ａによれば、放熱器１に対して樹脂ケース２が剥離することを抑止することができる。

【0052】

このように放熱器１に対して樹脂ケース２の剥離を抑止できるため、剥離した箇所から樹脂ケース２の開口部２ａの内側に外気や水が侵入することを長期に亘って防止できる。このため、絶縁回路基板３や半導体チップ４が外気や水に接触することを防止することができる。

【0053】

また、本実施形態の電力変換装置Ａにおいては、粗面化接着面３０が、複数の凹部２ｃを有する。このような本実施形態の電力変換装置Ａによれば、粗面化接着面３０と接着層２０との接着面積が凹部２ｃを設けない場合と比較して増大し、粗面化接着面３０と接着層２０との接着強度を向上させることが可能となる。

【0054】

また、本実施形態の電力変換装置Ａにおいて、樹脂ケース２は、複数のガラスフィラー２ｆが含有されている。樹脂ケース２がガラスフィラー２ｆを含有することで、樹脂ケース２の強度及び耐熱性を、ガラスフィラー２ｆを含有しない場合よりも向上させることが可能となる。

【0055】

また、本実施形態の電力変換装置Ａにおいて、粗面化接着面３０は、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面よりもガラスフィラー２ｆの露出割合が高い。このような本実施形態の電力変換装置Ａによれば、ガラスフィラー２ｆを用いて粗面化接着面３０を粗面化することができる。例えば、上述のような凹部２ｃを設けない場合であっても、接着面２ｂのガラスフィラー２ｆの露出割合を、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面よりも高めることで、接着面２ｂを粗面化接着面３０とすることができる。

【0056】

また、本実施形態の電力変換装置Ａにおいて接着層２０は、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から形成されている。このような本実施形態の電力変換装置Ａによれば、共有結合が形成され、接着層２０と樹脂ケース２との接着強度が向上し、さらには樹脂ケース２と放熱器１の接着強度も向上する。

【0057】

また、本実施形態の電力変換装置Ａにおいては、粗面化接着面３０は、接着面２ｂをレーザ加工により粗面化することで形成されている。レーザ加工により、凹部２ｃを形成することで接着面２ｂを粗面化接着面３０とすることができる。また、レーザ加工により、樹脂ケース２を溶融させてガラスフィラー２ｆを露出させることで接着面２ｂを粗面化接着面３０とすることができる。

【0058】

また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法は、樹脂ケース接着工程と、配置工程と、リフロー工程とを有する。樹脂ケース接着工程は、放熱器１に対して樹脂製の樹脂ケース２を接着層２０により接着する。配置工程は、放熱器１に絶縁回路基板３及び半導体チップ４を配置する。リフロー工程は、絶縁回路基板３及び半導体チップ４を半田２１により接合する。また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法は、樹脂ケース接着工程よりも前に行う粗面化工程を有する。粗面化工程では、樹脂ケース２の接着層２０と接触する接着面２ｂを、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面よりも粗面化された粗面化接着面３０とする。

【0059】

このような本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法によれば、樹脂ケース２の接着面２ｂが粗面化される。このため、接着面２ｂが粗面化されていない場合と比較して、樹脂ケース２と放熱器１との接着強度が向上する。したがって、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法によれば、放熱器１に対して樹脂ケース２が剥離することを抑止することができる。

【0060】

また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法においては、粗面化工程にて、粗面化接着面３０に複数の凹部２ｃを形成する。このような本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法によれば、粗面化接着面３０と接着層２０との接着面積が凹部２ｃを設けない場合と比較して増大し、粗面化接着面３０と接着層２０との接着強度を向上させることが可能となる。

【0061】

また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法においては、樹脂ケース２に対してガラスフィラー２ｆが含有されている。樹脂ケース２がガラスフィラー２ｆを含有することで、樹脂ケース２の強度及び耐熱性を、ガラスフィラー２ｆを含有しない場合よりも向上させることが可能となる。

【0062】

また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法においては、粗面化工程にて、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面よりも粗面化接着面３０におけるガラスフィラー２ｆの露出割合を高くする。このような本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法によれば、ガラスフィラー２ｆを用いて粗面化接着面３０を粗面化することができる。例えば、上述のような凹部２ｃを設けない場合であっても、接着面２ｂのガラスフィラー２ｆの露出割合を、接着面２ｂと異なる樹脂ケース２の表面よりも高めることで、接着面２ｂを粗面化接着面３０とすることができる。

【0063】

また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法においては、樹脂ケース接着工程にて、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から接着層２０を形成する。このような本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法によれば、共有結合が形成され、接着層２０と樹脂ケース２との接着強度が向上し、さらには樹脂ケース２と放熱器１の接着強度も向上する。

【0064】

また、本実施形態の電力変換装置Ａの製造方法においては、粗面化工程にて、接着面２ｂをレーザ加工により粗面化することで粗面化接着面３０を形成する。レーザ加工により、凹部２ｃを形成することで接着面２ｂを粗面化接着面３０とすることができる。また、レーザ加工により、樹脂ケース２を溶融させてガラスフィラー２ｆを露出させることで接着面２ｂを粗面化接着面３０とすることができる。

【0065】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

【0066】

図７は、本実施形態の電力変換装置が備える樹脂ケース２Ａを放熱器１側から見た下面図である。なお、ここでの説明においては、便宜上、樹脂ケース２Ａに対して放熱器１側を下側として説明するが、電力変換装置の設置姿勢はこれに限定されるものではない。

【0067】

図７に示すように、樹脂ケース２Ａは、下方から見た外形形状が略長方形である枠状に形成されている。この樹脂ケース２Ａの下面には、樹脂ケース２Ａの長辺方向に沿った長尺な長辺接着面２ｇ（直線状接着面）が設けられている。また、樹脂ケース２Ａの下面には、樹脂ケース２Ａの短辺方向に沿った短辺接着面２ｈが設けられている。

【0068】

長辺接着面２ｇ及び短辺接着面２ｈは、図７に示すように、各々が２つ設けられている。長辺接着面２ｇは、直線状に延伸する接着面２ｂであり、短辺接着面２ｈよりも長い。つまり、短辺接着面２ｈは、長辺接着面２ｇよりも短い接着面２ｂである。これらの長辺接着面２ｇ及び短辺接着面２ｈは、各々が接着層２０を介して放熱器１と接着されている。

【0069】

各々の長辺接着面２ｇは、延伸方向における両端部が粗面化接着面３０である。これらの粗面化接着面３０の間の領域は、粗面化されていない接着面２ｂ（平坦面３１）である。つまり、本実施形態においては、長辺接着面２ｇの延伸方向における中央部に平坦面３１が設けられている。

【0070】

平坦面３１は、粗面化接着面３０と比較して平坦な面である。なお、平坦面３１における平坦とは、粗面化接着面３０と比較して平坦であることを意味し、全く凹凸を有していないことを意味するものではない。本実施形態において、平坦面３１の表面粗さは、樹脂ケース２の接着面２ｂと異なる表面（例えば、図２に示す樹脂ケース２の外壁面２ｄや内壁面２ｅ）と同一である。

【0071】

このような本実施形態の電力変換装置Ａを製造する場合には、粗面化工程にて、長辺接着面２ｇの両端部を粗面化し、中央部は粗面化しない。これによって、長辺接着面２ｇは、両端部が粗面化接着面３０となり、中央部が平坦面３１となる。

【0072】

例えば、図７に示すような外形形状が略長方形の樹脂ケース２Ａは、樹脂ケース２Ａと放熱器１との線膨張係数の違いに起因して、リフロー工程において長辺方向における両端部が放熱器１から剥離しやすい。これは、上述の線膨張係数の違いにより、放熱器１が樹脂ケース２Ａの両端部から離間するように反るためである。これに対して、本実施形態の電力変換装置では、長辺接着面２ｇの両端部が粗面化接着面３０であることから、長辺接着面２ｇの両端部が放熱器１に対して剥離することを抑止できる。

【0073】

一方で、樹脂ケース２Ａの長辺方向における中央部は、上述のように放熱器１が反った場合であっても、放熱器１から離間し難い。このため、長辺接着面２ｇの中央部が平坦面３１であっても、長辺接着面２ｇの中央部が放熱器１に対して剥離することを抑止できる。このような平坦面３１を設けることで、粗面化が必要となる接着面２ｂの領域が減少し、粗面化工程を簡素化することが可能となる。

【0074】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0075】

例えば、上記実施形態においては、樹脂ケースがガラスフィラー２ｆを含有する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。ガラスフィラー２ｆを含まない樹脂ケースを用いることも可能である。このような場合には、ブラスト処理等によって接着面２ｂの一部あるいは全部を粗面化してもよい。

【0076】

また、上記実施形態においては、樹脂ケースが接着されるベース部材が放熱器１である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。放熱器１と異なるベース部材に対して樹脂ケースが接着される構成を採用することも可能である。

【0077】

また、上記実施形態においては、本発明の半導体装置を電力変換装置に適用した例、すなわち電力変換装置が半導体装置を含む例について説明した。しかしながら、本発明は、電力変換装置に限定されるものではなく、ケース部材とベース部材とが接着層を介して接着された半導体装置に適用可能である。

【0078】

なお、上記実施形態については、例えば以下の付記のようにも記載できる。

【0079】

（付記１）
半導体素子が実装された基板と、
上記基板を支持するベース部材と、
上記ベース部材に接着層を介して接着される樹脂製のケース部材と
を備え、
上記ケース部材は、上記接着層と接触する接着面を有し、
上記接着面の少なくとも一部は、上記接着面と異なる上記ケース部材の表面よりも粗面化された粗面化接着面である
ことを特徴とする半導体装置。

【0080】

（付記２）
上記粗面化接着面は、複数の窪みを有することを特徴とする付記１記載の半導体装置。

【0081】

（付記３）
上記ケース部材は、複数のガラスフィラーが含有されていることを特徴とする付記１または２記載の半導体装置。

【0082】

（付記４）
上記粗面化接着面は、上記接着面と異なる上記ケース部材の表面よりも上記ガラスフィラーの露出割合が高いことを特徴とする付記３記載の半導体装置。

【0083】

（付記５）
上記接着層は、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から形成されていることを特徴とする付記３または４記載の半導体装置。

【0084】

（付記６）
上記粗面化接着面は、上記接着面をレーザ加工により粗面化することで形成されていることを特徴とする付記３～５のいずれか一つに記載の半導体装置。

【0085】

（付記７）
上記ケース部材は、上記接着面として直線状に延伸する直線状接着面を有し、
上記直線状接着面の延伸方向における両端部が少なくとも上記粗面化接着面である
ことを特徴とする付記１～６のいずれか一つに記載の半導体装置。

【0086】

（付記８）
上記直線状接着面の延伸方向における中央部に上記粗面化接着面よりも平坦な平坦面が設けられていることを特徴とする付記７記載の半導体装置。

【0087】

（付記９）
付記１～８のいずれか一つに記載の半導体装置を含むことを特徴とする電力変換装置。

【0088】

（付記１０）
ベース部材に対して樹脂製のケース部材を接着層により接着するケース部材接着工程と、
上記ベース部材に基板及び半導体素子を配置する配置工程と、
上記基板及び上記半導体素子をロウ材により接合するリフロー工程と
を有する半導体装置の製造方法であって、
上記ケース部材接着工程よりも前に行う粗面化工程を有し、
上記粗面化工程にて、上記ケース部材の上記接着層と接触する接着面の少なくとも一部を、上記接着面と異なる上記ケース部材の表面よりも粗面化された粗面化接着面とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【0089】

（付記１１）
上記粗面化工程にて、上記粗面化接着面に複数の窪みを形成することを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。

【0090】

（付記１２）
上記ケース部材に対してガラスフィラーが含有されていることを特徴とする付記１０または１１記載の半導体装置の製造方法。

【0091】

（付記１３）
上記粗面化工程にて、上記接着面と異なる上記ケース部材の表面よりも上記粗面化接着面における上記ガラスフィラーの露出割合を高くすることを特徴とする付記１２記載の半導体装置の製造方法。

【0092】

（付記１４）
上記ケース部材接着工程にて、シランカップリング剤が含まれたシリコーン接着剤から上記接着層を形成することを特徴とする付記１２または１３記載の半導体装置の製造方法。

【0093】

（付記１５）
上記粗面化工程にて、上記接着面をレーザ加工により粗面化することで上記粗面化接着面を形成することを特徴とする付記１２～１４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。

【0094】

（付記１６）
上記ケース部材は、上記接着面として直線状に延伸する直線状接着面を有し、
上記粗面化工程にて、上記直線状接着面の延伸方向における両端部を少なくとも上記粗面化接着面とする
ことを特徴とする付記１０～１５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。

【0095】

（付記１７）
上記粗面化工程にて、上記直線状接着面の延伸方向における中央部に上記粗面化接着面よりも平坦な平坦面を設けることを特徴とする付記１６記載の半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0096】

１……放熱器（ベース部材）、２……樹脂ケース（ケース部材）、２Ａ……樹脂ケース（ケース部材）、２ｂ……接着面、２ｃ……凹部（窪み）、２ｄ……外壁面、２ｅ……内壁面、２ｆ……ガラスフィラー、２ｇ……長辺接着面、２ｈ……短辺接着面、３……絶縁回路基板（基板）、４……半導体チップ（半導体素子）、５……外部端子、６……リードフレーム、７……リードワイヤ、８……封止材、２０……接着層、２１……半田（ロウ材）、２２……半田シート、２３……半田片、３０……粗面化接着面、３１……平坦面、Ａ……電力変換装置、Ｘ……レーザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】