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特開2025-9392半導体装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2025009392

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

H01L 23/29 20060101AFI20250110BHJP

H01L 25/07 20060101ALI20250110BHJP

H02M 7/48 20070101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 A

H01L25/04 C

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023112372

(22)【出願日】2023-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口雄斗

(72)【発明者】

【氏名】加藤良隆

(72)【発明者】

【氏名】遠藤剛

(72)【発明者】

【氏名】鶴田和弘

【テーマコード（参考）】

5F136

5H770

【Ｆターム（参考）】

5F136FA59

5H770AA21

5H770QA01

5H770QA06

5H770QA21

5H770QA28

5H770QA38

(57)【要約】

【課題】配線基板が高温になることを抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ１２０が第１封止部材１５０で封止された第１モジュール部１０と、半導体チップ１２０と電気的に接続される配線基板２１０が第２封止部材２３０で封止された第２モジュール部２０とを備え、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とは積層して配置されており、半導体チップ１２０と配線基板１００との間には、第１封止部材１５０および第２封止部材２３０より熱伝導率の低い空気層６００が配置される構成とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体装置であって、
半導体素子が形成された半導体チップ（１２０）が第１封止部材（１５０）で封止された第１モジュール部（１０）と、
前記半導体チップと電気的に接続される配線基板（２１０）が第２封止部材（２３０）で封止された第２モジュール部（２０）と、を備え、
前記第１モジュール部と前記第２モジュール部とは、積層して配置されており、
前記第１モジュール部と前記第２モジュール部との間に配置され、前記半導体チップと接続される端子部（１４０）と前記配線基板と接続される端子部（２２０）とを電気的に接続する導電性接合層（５１０）と、
前記第１モジュール部と前記第２モジュール部との間に配置された絶縁性接合層（５２０）と、を有し、
前記半導体チップと前記配線基板との間には、前記第１封止部材および前記第２封止部材より熱伝導率の低い空気層（６００）が配置されている半導体装置。

【請求項2】

前記導電性接合層は、前記端子部と接続される部分と異なる部分が前記絶縁性接合層で被覆されている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１モジュール部および前記第２モジュール部のうちの一方のモジュール部は、前記第１モジュール部と前記第２モジュール部との積層方向において、他方のモジュール部から突き出した突出部分を有し、
前記絶縁性接合層は、前記突出部分にも配置されている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１モジュール部のうちの前記第２モジュール部側の面（１０ａ）、および前記第２モジュール部のうちの前記第１モジュール部側の面（２０ｂ）の一方の面には、凹部（１５１、２３１）が形成されており、
前記空気層は、前記凹部内の空間を含んで構成される空気室（６１０）内の空間である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項5】

前記空気室は、前記第１モジュール部と前記第２モジュール部の積層方向において、前記半導体チップが内部に含まれる大きさとされている請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１モジュール部のうちの前記第２モジュール部側の面、および前記第２モジュール部のうちの前記第１モジュール部側の面の他方の面には、前記凹部の開口端部（１５１ａ、２３１ａ）と対向する位置に窪み部（１５２、２３２）が形成され、
前記絶縁性接合層は、前記窪み部内にも配置され、
前記凹部の開口端部は、前記絶縁性接合層から露出している請求項４に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記凹部が形成されるモジュール部には、前記凹部の底面に、前記凹部が形成される面よりも凹んだ位置に先端面（２３３ａ）を有する平面枠状の凸部（２３３）が形成され、前記凸部と前記凹部の側面との間で収容部（２３４）が構成されており、
前記絶縁性接合層は、前記収容部にも配置されている請求項４に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１モジュール部のうちの前記第２モジュール部側の面、および前記第２モジュール部のうちの前記第１モジュール部側の面の一方の面には、前記第１モジュール部と前記第２モジュール部の積層方向において、前記凹部を囲む枠状とされ、前記空気室を封止する突起部（２３５）が形成されている請求項４に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記凹部の壁面には、前記封止部材よりも前記絶縁性接合層との濡れ性が低い低下部（２３６）が形成されている請求項４に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記凹部が形成されるモジュール部には、前記凹部と外部空間とを連通する連通路（２３７）が形成されている請求項４に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第１モジュール部と前記第２モジュール部との間には、前記空気層を含有する空気層含有物（６２０）が配置されている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第１モジュール部のうちの前記第２モジュール部側の面（１０ａ）、および前記第２モジュール部のうちの前記第１モジュール部側の面（２０ｂ）の少なくとも一方の面には、前記空気層を含む多孔質部（６３１、６３２）が形成されている請求項１に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体チップおよび配線基板が封止部材で封止された半導体装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、半導体チップおよび配線基板が封止部材で封止された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この半導体装置では、リードフレーム上にトランジスタ等が形成された半導体チップが配置されている。配線基板は、リードフレーム上に半導体チップと離れる状態で配置され、半導体チップと電気的に接続されている。そして、半導体チップおよび配線基板は、モールド樹脂等で構成される封止部材によって一体的に封止されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１５１１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような半導体装置では、半導体チップで発生する熱がモールド樹脂を介して配線基板に伝わることにより、配線基板が高温となって配線基板の信頼性が低下する可能性がある。

【0005】

本開示は、配線基板が高温になることを抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の１つの観点によれば、半導体装置は、半導体素子が形成された半導体チップ（１２０）が第１封止部材（１５０）で封止された第１モジュール部（１０）と、半導体チップと電気的に接続される配線基板（２１０）が第２封止部材（２３０）で封止された第２モジュール部（２０）と、を備え、第１モジュール部と第２モジュール部とは、積層して配置されており、第１モジュールと第２モジュールとの間に配置され、半導体チップと接続される端子部（１４０）と配線基板と接続される端子部（２２０）とを電気的に接続する導電性接合層（５１０）と、第１モジュール部と第２モジュールとの間に配置された絶縁性接合層（５２０）と、を有し、半導体チップと配線基板との間には、第１封止部材および第２封止部材より熱伝導率の低い空気層（６００）が配置されている。

【0007】

これによれば、半導体チップと配線基板との間には、第１封止部材および第２封止部材より熱伝導率が低い空気層が配置されている。このため、空気層によって半導体チップからの熱が配線基板に伝達され難くなり、配線基板が高温になることを抑制できる。

【0008】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態における半導体装置の断面図である。

【図2】半導体チップが発熱した際の模式図である。

【図3A】図１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図3B】図３Ａに続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図4】第２実施形態における半導体装置の断面図である。

【図5】積層方向における空気室と半導体チップの大きさとの関係を説明するための図である。

【図6】第３実施形態における半導体装置の断面図である。

【図7A】図６に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図7B】図７Ａに続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図8】第４実施形態における半導体装置の断面図である。

【図9】第５実施形態における半導体装置の断面図である。

【図10】第６実施形態における半導体装置の断面図である。

【図11】第７実施形態における半導体装置の断面図である。

【図12】第８実施形態における半導体装置の断面図である。

【図13】第９実施形態における半導体装置の断面図である。

【図14】第１０実施形態における半導体装置の断面図である。

【図15】第１１実施形態における半導体装置の断面図である。

【図16A】図１５に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図16B】図１６Ａに続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図17】第１２実施形態における半導体装置の断面図である。

【図18】第１３実施形態における半導体装置の断面図である。

【図19】第１３実施形態における半導体装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0011】

（第１実施形態）
第１実施形態の半導体装置の構成について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の半導体装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するために用いられると好適である。

【0012】

本実施形態の半導体装置は、図１に示されるように、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０を有し、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とが積層されて構成されている。

【0013】

第１モジュール部１０は、第１支持部材１１０、半導体チップ１２０、第２支持部材１３０、制御端子部１４０、第１封止部材１５０等を備えている。

【0014】

第１支持部材１１０は、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、またはこれらの合金等で構成されるリードフレーム等で構成されている。そして、本実施形態の第１支持部材１１０は、表面１１１ａおよび表面１１１ａと反対側の裏面１１１ｂを有する第１搭載部１１１と、第１搭載部１１１に接続された第１接続端子部１１２とを有している。なお、第１接続端子部１１２は、第１搭載部１１１における表面１１１ａの面方向に沿って延設されており、本実施形態では第１搭載部１１１と一体化されている。また、本実施形態の第１接続端子部１１２は、後述する制御端子部１４０側と反対側に延設されている。

【0015】

半導体チップ１２０は、一面１２０ａおよび一面１２０ａと反対側の他面１２０ｂを有し、ＭＯＳＦＥＴ素子やＩＧＢＴ素子等のパワー素子（すなわち、半導体素子）が形成されて構成されている。なお、ＭＯＳＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称であり、ＩＧＢＴは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略称である。そして、半導体チップ１２０は、他面１２０ｂ側が第１搭載部１１１と対向する状態で、接合部材４０１を介して第１搭載部１１１の表面１１１ａ上に配置されている。なお、半導体チップ１２０の一面１２０ａ側には、図示しないゲートパッド等が接続されている。また、半導体チップ１２０には、詳細は省略するが、温度センス等のセンス素子も適宜形成されている。

【0016】

第２支持部材１３０は、第１支持部材１１０と同様のリードフレーム等で構成され、表面１３１ａおよび表面１３１ａと反対側の裏面１３１ｂを有する第２搭載部１３１と、第２搭載部１３１に接続された第２接続端子部１３２とを有している。

【0017】

そして、第２支持部材１３０は、第２搭載部１３１の表面１３１ａが接合部材４０２を介して半導体チップ１２０の一面１２０ａ側と接続されている。すなわち、第１支持部材１１０および第２支持部材１３０は、半導体チップ１２０を挟んで対向するように配置されている。なお、第２接続端子部１３２は、第２搭載部１３１における表面１３１ａの面方向に沿って延設され、本実施形態では、第１接続端子部１１２と同じ方向に延設されている。また、第２接続端子部１３２は、本実施形態では第２搭載部１３１と一体化されている。

【0018】

制御端子部１４０は、半導体チップ１２０の一面１２０ａ側に形成される図示しないゲートパッドと接合部材４０３を介して接続されている。また、本実施形態の制御端子部１４０は、後述の第１封止部材１５０における一面１５０ａから露出するように適宜折り曲げられて形状が調整されている。

【0019】

第１封止部材１５０は、モールド樹脂やポッティング樹脂等で構成され、第１支持部材１１０、半導体チップ１２０、第２支持部材１３０、制御端子部１４０等を封止するように形成されている。具体的には、第１封止部材１５０は、一面１５０ａ、一面１５０ａと反対側の他面１５０ｂ、４つの側面１５０ｃを有する略直方体形状とされている。そして、第１封止部材１５０は、他面１５０ｂから第１支持部材１１０における第１搭載部１１１の裏面１１１ｂが露出し、４つの側面１５０ｃのうちの１つの側面１５０ｃから第１接続端子部１１２および第２接続端子部１３２が突出するように形成されている。また、第１封止部材１５０は、一面１５０ａから制御端子部１４０が露出するように形成されている。

【0020】

ここで、第１モジュール部１０は、第１封止部材１５０および第１封止部材１５０から露出する第１支持部材１１０等にて外形が形作られる。以下、第１モジュール部１０において、第１封止部材１５０における一面１５０ａ側の面を一面１０ａともいい、他面１５０ｂ側の面を他面１０ｂともいい、側面１５０ｃ側の面を側面１０ｃともいう。つまり、第１モジュール部１０は、一面１０ａから制御端子部１４０が露出し、１つの側面１０ｃから第１接続端子部１１２および第２接続端子部１３２が突出し、他面１０ｂから第１搭載部１１１の裏面１１１ｂが露出する構成とされている。

【0021】

第２モジュール部２０は、配線基板２１０、配線端子部２２０、第２封止部材２３０等を備えている。

【0022】

配線基板２１０は、一面２１０ａおよび他面２１０ｂを有するプリント基板等で構成されている。本実施形態の配線基板２１０は、特に図示しないが、一面２１０ａ側に一面側配線が形成されると共に他面２１０ｂ側に他面側配線が形成され、一面側配線と他面側配線とを接続するスルーホール配線が適宜形成された構成とされている。そして、配線基板２１０は、一面２１０ａ側にチップコンデンサや抵抗等の電子部品２１１が接合部材２１２を介して搭載されていると共に、他面２１０ｂ側に半導体チップ１２０を駆動するための駆動ＩＣチップ２１３が図示しない接合部材を介して搭載されている。なお、配線基板２１０の一面２１０ａ側および他面２１０ｂ側に配置される各部材の種類や配置箇所は、適宜変更可能である。

【0023】

配線端子部２２０は、配線基板２１０の他面２１０ｂ側に接合部材２２１を介して配置されている。なお、配線端子部２２０は、図１では１本みを示しているが、半導体チップ１２０の構成に対応した本数とされ、図１と異なる別断面にも適宜配置される。

【0024】

第２封止部材２３０は、第１封止部材１５０と同様に、モールド樹脂やポッティング樹脂等で構成され、配線基板２１０および配線端子部２２０等を封止するように形成されている。具体的には、第２封止部材２３０は、一面２３０ａ、一面２３０ａと反対側の他面２３０ｂ、４つの側面２３０ｃを有する略直方体形状とされている。そして、第２封止部材２３０は、他面２３０ｂから配線端子部２２０が露出するように形成されている。

【0025】

ここで、第２モジュール部２０は、第２封止部材２３０にて外形が形作られる。以下、第２モジュール部２０において、第２封止部材２３０における、一面２３０ａ側の面を一面２０ａ、他面２３０ｂ側の面を他面２０ｂ、側面２３０ｃ側の面を側面２０ｃともいう。

【0026】

そして、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、第１モジュール部１０の一面１０ａと第２モジュール部２０の他面２０ｂとが対向する状態で積層され、導電性接合層５１０および絶縁性接合層５２０を介して一体化されている。

【0027】

具体的には、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、制御端子部１４０のうちの第１封止部材１５０から露出する部分と、配線端子部２２０のうちの第２封止部材２３０から露出する部分とが対向するように積層されている。そして、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間には、制御端子部１４０と配線端子部２２０とを電気的に接続する導電性接合層５１０が配置されている。また、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間には、導電性接合層５１０が配置される部分と異なる部分に絶縁性接合層５２０が配置されている。

【0028】

なお、導電性接合層５１０は、例えば、はんだや導電性接着剤等で構成される。絶縁性接合層５２０は、エポキシ樹脂等で構成される。そして、絶縁性接合層５２０は、導電性接合層５１０のうちの制御端子部１４０および配線端子部２２０と接続される部分と異なる部分を被覆するように配置されている。

【0029】

また、本実施形態では、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との積層方向（以下では、単に積層方向ともいう）において、次の構成とされている。なお、図１中では、紙面上下方向が積層方向となる。

【0030】

すなわち、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第１モジュール部１０の方が第２モジュール部２０よりも大きくされている。言い換えると、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第１モジュール部１０内に第２モジュール部２０の全体が位置する大きさとされている。さらに、言い換えると、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第１モジュール部１０が第２モジュール部２０から突出した突出部分を有する形状とされている。そして、絶縁性接合層５２０は、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間に配置されると共に、第１モジュール部１０のうちの第２モジュール部２０から突き出した突出部分にもはみ出して配置されている。

【0031】

なお、本実施形態では、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第１モジュール部１０のうちの突き出す部分の突出長さがほぼ一定となるように構成されている。本実施形態では、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第１モジュール部１０の突出長さが１ｍｍ以上となるように、大きさが調整されている。

【0032】

第１モジュール部１０の半導体チップ１２０と第２モジュール部２０の配線基板２１０との間には、空気層６００が形成されている。本実施形態では、第２封止部材２３０の他面２３０ｂには、配線基板２１０と半導体チップ１２０との間に位置する部分に凹部２３１が形成されている。そして、この凹部２３１が閉塞されるように第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とが一体化されることにより、空気層６００を有する空気室６１０が構成される。具体的には、空気室６１０は、凹部２３１および絶縁性接合層５２０で囲まれる空間にて構成されている。なお、本実施形態の空気室６１０は、大気が密封されることで空気層６００が配置されており、空気層６００は、第１封止部材１５０および第２封止部材２３０よりも熱伝導率の低い物質である。

【0033】

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。このような半導体装置は、例えば、インバータ回路を構成するのに用いられ、使用時に半導体チップ１２０が発熱すると、図２Ａ中の矢印Ａのように配線基板２１０側に熱が伝わる。しかしながら、本実施形態では、半導体チップ１２０と配線基板２１０との間に、第１封止部材１５０および第２封止部材２３０よりも熱伝導率の低い空気層６００が配置されている。このため、空気層６００によって半導体チップ１２０からの熱が配線基板２１０に伝達され難くなり、配線基板２１０が高温になることを抑制できる。

【0034】

次に、上記半導体装置の製造方法について、図３Ａおよび図３Ｂを参照しつつ説明する。

【0035】

まず、図３Ａに示されるように、上記構成の第１モジュール部１０および第２モジュール部２０を用意し、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０を治具等で適宜保持する。そして、第１モジュール部１０の制御端子部１４０と第２モジュール部２０の配線端子部２２０とを導電性接合層５１０を介して接続しつつ、第１モジュール部１０の一面１０ａ上に第２モジュール部２０を配置する。なお、この状態では、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間のうちの導電性接合層５１０が配置される部分と異なる部分は、隙間が構成された状態となっている。

【0036】

続いて、図３Ｂに示されるように、硬化されることで絶縁性接合層５２０を構成する構成部材５２０ａを用意する。そして、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との隙間を毛細管現象によって構成部材５２０ａが流動するように、構成部材５２０ａを塗布する。本実施形態では、積層方向において第１モジュール部１０のうちの第２モジュール部２０から突出した突出部分の所定箇所にディスペンサ等を用いて構成部材５２０ａを塗布することにより、構成部材５２０ａを第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との隙間に流動させる。

【0037】

その後は、特に図示しないが、加熱処理等を行い、構成部材５２０ａを硬化させて絶縁性接合層５２０を構成することにより、図１に示す半導体装置が製造される。

【0038】

以上説明した本実施形態によれば、半導体チップ１２０と配線基板２１０との間には、第１封止部材１５０および第２封止部材２３０より熱伝導率が低い空気層６００が配置されている。このため、空気層６００によって半導体チップ１２０からの熱が配線基板２１０に伝達され難くなり、配線基板２１０が高温になることを抑制できる。したがって、半導体装置の信頼性を向上できる。

【0039】

（１）本実施形態では、第１モジュール部１０の半導体チップ１２０と第２モジュール部２０の配線基板２１０とが導電性接合層５１０を介して接続されている。また、導電性接合層５１０は、絶縁性接合層５２０で被覆されている。このため、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とを別の封止部材で構成しつつ、積層して配置することができる。

【0040】

（２）本実施形態では、積層方向において、第１モジュール部１０が第２モジュール部２０から突出した突出部分を有している。このため、絶縁性接合層５２０を構成する構成部材５２０ａを第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との隙間に容易に配置することができる。

【0041】

（３）本実施形態では、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とが別の封止部材１５０、２３０によって封止され、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とを積層して配置することで空気層６００を構成している。このため、例えば、第１封止部材１５０と第２封止部材２３０とが一体化された封止部材である場合と比較して、封止部材を構成する際に空気室を形成する必要がなく、封止部材を形成するための金型が複雑になることを抑制できる。

【0042】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、空気室６１０の形状を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0043】

本実施形態では、図４および図５に示されるように、空気室６１０（すなわち、空気層６００）は、積層方向において、半導体チップ１２０よりも大きくされている。具体的には、空気室６１０は、積層方向において、半導体チップ１２０の全体が内部に位置するように、凹部２３１の大きさが調整されている。

【0044】

以上説明した本実施形態によれば、半導体チップ１２０と配線基板２１０との間に空気層６００が配置されている。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0045】

（１）本実施形態では、空気室６１０（すなわち、空気層６００）は、積層方向において、半導体チップ１２０よりも大きくされている。このため、半導体チップ１２０からの熱が配線基板２１０に伝達されることをさらに抑制できる。

【0046】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、第１モジュール部１０側に空気室６１０を形成しものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0047】

本実施形態の半導体装置は、図６に示されるように、第１モジュール部１０は、第１封止部材１５０の一面１５０ａに凹部１５１が形成されている。そして、空気室６１０は、凹部１５１が閉塞されないように、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０とが導電性接合層５１０および絶縁性接合層５２０を介して一体化されることで構成されている。つまり、本実施形態では、空気室６１０（すなわち、空気層６００）は、第１モジュール部１０側に配置されている。

【0048】

また、本実施形態では、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第２モジュール部２０の方が第１モジュール部１０よりも大きくされている。言い換えると、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第２モジュール部２０内に第１モジュール部１０の全体が位置する大きさとされている。本実施形態では、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、積層方向において、第２モジュール部２０の突出長さが１ｍｍ以上となるように、大きさが調整されている。

【0049】

次に、このような半導体装置の製造方法について、図７Ａおよび図７Ｂを参照しつつ説明する。

【0050】

まず、図７Ａに示されるように、上記構成の第１モジュール部１０および第２モジュール部２０を用意し、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０を治具等で適宜保持する。そして、第１モジュール部１０の制御端子部１４０と第２モジュール部２０の配線端子部２２０とが導電性接合層５１０を介して接続されるように、第２モジュール部２０の他面２０ｂ上に第１モジュール部１０を配置する。

【0051】

続いて、図７Ｂに示されるように、積層方向において第２モジュール部２０のうちの第１モジュール部１０から突出した突出部分の所定箇所にディスペンサ等を用いて構成部材５２０ａを塗布する。そして、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との隙間に構成部材５２０ａを流動させる。

【0052】

その後は、特に図示しないが、加熱処理等を行って構成部材５２０ａを硬化させ、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との上下を反転させることにより、図６に示す半導体装置が製造される。

【0053】

【0054】

（１）本実施形態では、空気室６１０（すなわち、空気層６００）は、半導体チップ１２０が配置される第１モジュール部１０側に配置される。つまり、空気室６１０は、発熱する半導体チップ１２０の近傍に配置される。このため、半導体チップ１２０から発生する熱の広がりを早期に遮断し易くできる。

【0055】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、第１モジュール部１０に窪み部を形成しものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0056】

本実施形態の半導体装置は、図８に示されるように、第１封止部材１５０の一面１５０ａのうちの凹部２３１と対向する部分に窪み部１５２が形成されている。具体的には、窪み部１５２は、積層方向において、凹部２３１の全体が窪み部１５２内に位置する大きさとされた平面矩形状とされている。このため、凹部２３１の開口端部２３１ａは、全領域が窪み部１５２の底面と対向した状態となっている。

【0057】

そして、絶縁性接合層５２０は、窪み部１５２内にも配置されている。但し、第２封止部材２３０における凹部２３１の開口端部２３１ａは、絶縁性接合層５２０ら露出した状態となっている。

【0058】

【0059】

（１）本実施形態では、第２モジュール部２０に窪み部１５２が形成され、空気室６１０を構成する凹部２３１の開口端部２３１ａは、絶縁性接合層５２０から露出している。このため、製品毎に空気層６００の断熱効果がばらつくことを抑制できる。

【0060】

すなわち、半導体装置は、上記の図３Ｂを参照して説明したように、構成部材５２０ａを第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間の隙間に流動させて製造される。この場合、構成部材５２０ａが凹部２３１の開口端部２３１ａに接触すると、構成部材５２０ａが凹部２３１の側面を這い上がる可能性がある。そして、構成部材５２０ａが凹部２３１の側面を這い上がると、空気室６１０内の体積が変動し、空気層６００の断熱効果がばらつく。このため、本実施形態では、窪み部１５２を形成して窪み部１５２内に構成部材５２０ａが流れるようにすることにより、凹部２３１の開口端部２３１ａが絶縁性接合層５２０から露出するようにしている。これにより、本実施形態では、製品毎に空気室６１０の体積が変動することを抑制し、空気層６００の断熱効果がばらつくことを抑制できる。

【0061】

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、窪み部１５２の構成を変更したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0062】

本実施形態の半導体装置は、図９に示されるように、窪み部１５２は、凹部２３１の開口端部２３１ａと対向する部分に形成された枠状とされている。

【0063】

【0064】

（１）本実施形態のように、窪み部１５２を凹部２３１の開口端部２３１ａと対向する部分に形成された枠状としても、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。また、窪み部１５２を枠状とすることにより、上記第４実施形態と比較すると、窪み部１５２内に流れ込む絶縁性接合層５２０の量を低減できる。

【0065】

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせたものであ。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0066】

本実施形態の半導体装置は、図１０に示されるように、第３実施形態と同様に、第１モジュール部１０に凹部１５１が形成されて空気室６１０が構成されている。そして、第２モジュール部２０の第２封止部材２３０には、他面２０ｂのうちの凹部１５１と対向する部分に窪み部２３２が形成されている。具体的には、窪み部２３２は、積層方向において、凹部１５１の全体が窪み部２３２内に位置する大きさとされた平面矩形状とされている。このため、第１封止部材１５０に形成された凹部１５１の開口端部１５１ａは、全領域が窪み部２３２の底面と対向した状態となっている。

【0067】

絶縁性接合層５２０は、窪み部１５２内にも配置されている。そして、凹部１５１の開口端部１５１ａは、絶縁性接合層５２０から露出した状態となっている。

【0068】

【0069】

（１）本実施形態のように、第２モジュール部２０に窪み部２３２を形成し、第１モジュール部１０に形成された凹部１５１の開口端部１５１ａが絶縁性接合層５２０から露出するようにしても、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0070】

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、凹部２３１に堰止構造を追加したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0071】

本実施形態の半導体装置は、図１１に示されるように、第２封止部材２３０に形成された凹部２３１には、底面の外縁部に、底面の面方向に対する法線方向に突き出した凸部２３３が形成されている。具体的には、凸部２３３は、先端面２３３ａが第２封止部材２３０の他面２３０ｂよりも凹んだ位置となるように高さが調整され、凹部２３１の側面に沿って平面枠状に形成されている。そして、凸部２３３と凹部２３１の側面との間には、収容部２３４が構成され、収容部２３４に絶縁性接合層５２０が配置された状態となっている。なお、図１１は、図１中のXI部分の拡大図に相当する。また、本実施形態では、凸部２３３が堰止構造に相当する。

【0072】

このような半導体装置は、上記第１実施形態と同様に製造され、構成部材５２０ａが第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との隙間を流動する際、構成部材５２０ａが凹部２３１の開口端部２３１ａに接触することで凹部２３１の側面を這い上がる。しかしながら、本実施形態では、収容部２３４が構成されているため、構成部材５２０ａは、収容部２３４に流れ込むが、凸部２３３よりも内縁部側まで侵入することが抑制される。また、凸部２３３は、先端面２３３ａが第２封止部材２３０の他面２３０ｂよりも凹んだ位置となるように高さが調整されている。このため、凸部２３３の先端面２３３ａが構成部材５２０ａと接触して構成部材５２０ａが凸部２３３を這い上がることはない。したがって、本実施形態の半導体装置では、収容部２３４に絶縁性接合層５２０が配置された状態となるが、製品毎に空気室６１０の体積が変動することを抑制できる。

【0073】

【0074】

（１）本実施形態では、凹部２３１に凸部２３３が構成されている。このため、凸部２３３よりも内縁部側まで構成部材５２０ａが這い上がることを抑制できる。したがって、製品毎に空気層６００の体積が変化することを抑制でき、断熱効果がばらつくことを抑制できる。

【0075】

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、第２モジュール部２０に突起部を追加したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0076】

本実施形態の半導体装置は、図１２に示されるように、第２封止部材２３０には、他面２３０ｂのうちの凹部２３１の周囲に、凹部２３１を囲む枠状の突起部２３５が形成されている。突起部２３５は、高さが導電性接合層５１０に対応するように調整されており、第１モジュール部１０の一面１０ａと当接する高さとされている。そして、空気室６１０は、凹部２３１、突起部２３５、第１モジュール部１０の一面１０ａで囲まれる空間にて構成されている。つまり、空気室６１０は、突起部２３５によって封止された状態となっている。なお、本実施形態では、突起部２３５が堰止構造に相当する。

【0077】

絶縁性接合層５２０は、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間のうちの突起部２３５より外側に配置されている。つまり、絶縁性接合層５２０は、空気室６１０内には配置されていない。

【0078】

【0079】

（１）本実施形態では、第２封止部材２３０の他面２０ｂに突起部２３５が形成され、突起部２３５が第１モジュール部１０と当接している。このため、絶縁性接合層５２０が空気室６１０内に入り込み難くなり、製品毎に空気層６００の断熱効果がばらつくことを抑制できる。

【0080】

（第８実施形態の変形例）
上記第８実施形態の変形例について説明する。上記第８実施形態において、突起部２３５は、第１モジュール部１０側に形成されていてもよい。また、上記第８実施形態において、第１モジュール部１０に突起部２３５に対応する凹み部を形成し、突起部２３５が凹み部に挿入されるようにしてもよい。これによれば、さらに第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との位置合わせを容易にできる。

【0081】

（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、凹部２３１に低下部を形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0082】

本実施形態の半導体装置は、図１３に示されるように、凹部２３１の壁面には、第２封止部材２３０よりも絶縁性接合層５２０との濡れ性が低い低下部２３６が形成されている。低下部２３６は、例えば、フッ化水素膜等で構成される。また、低下部２３６部は、例えば、凹部２３１の壁面にレーザ照射等を行って粗化した粗化部で形成される。

【0083】

【0084】

（１）本実施形態では、凹部２３１の壁面に低下部２３６が形成されている。このため、絶縁性接合層５２０を構成する構成部材５２０ａを配置する際、構成部材５２０ａが凹部２３１の壁面を這い上がり難くなる。したがって、製品毎に空気層６００の断熱効果がばらつくことを抑制できる。

【0085】

（第１０実施形態）
第１０実施形態について説明する。本実施形態は、第９実施形態に対し、第１モジュール部１０にも低下部を形成したものである。その他に関しては、第９実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0086】

本実施形態の半導体装置は、図１４に示されるように、第１封止部材１５０の一面１５０ａのうちの凹部２３１と対向する部分に、第１封止部材１５０よりも絶縁性接合層５２０との濡れ性が低い低下部１５３が形成されている。第１封止部材１５０に形成される低下部１５３は、第２封止部材２３０に形成される低下部２３６と同様に、フッ化水素膜や、レーザ照射等を行って粗化した粗化部で形成される。

【0087】

【0088】

（１）本実施形態では、第１封止部材１５０の一面１５０ａのうちの凹部２３１と対向する部分にも低下部１５３が形成されている。このため、絶縁性接合層５２０を構成する構成部材５２０ａを配置する際、構成部材５２０ａが凹部２３１の壁面をさらに這い上がり難くなる。したがって、製品毎に空気層６００の断熱効果がばらつくことをさらに抑制できる。

【0089】

（第１１実施形態）
第１１実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、空気層６００の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0090】

本実施形態の半導体装置では、図１５に示されるように、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との間には、半導体チップ１２０と配線基板２１０との間となる部分に、空気層６００を有する多孔質部材６２０が配置されている。

【0091】

多孔質部材６２０は、例えば、グラスウール等で構成され、空気層６００は、多孔質部材６２０の内部に含有される空気で構成されている。また、本実施形態では、多孔質部材６２０が空気層含有物に相当する。なお、多孔質部材６２０は、空気層６００と異なる部分が第１封止部材１５０や第２封止部材２３０よりも熱伝導率が低い材料で構成されることが好ましい。

【0092】

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、上記半導体装置の製造方法について、図１６Ａおよび図１６Ｂを参照しつつ説明する。

【0093】

まず、図１６Ａに示されるように、第１モジュール部１０の一面１０ａのうちの半導体チップ１２０と対向する部分に構成部材５２０ａを介して多孔質部材６２０を配置する。その後、加熱処理等を行って構成部材５２０ａを硬化させて絶縁性接合層５２０とすることにより、多孔質部材６２０を固定する。なお、多孔質部材６２０は、第２モジュール部２０の他面２０ｂと当接するように、厚さが調整されている。

【0094】

続いて、図１６Ｂに示されるように、第１モジュール部１０の制御端子部１４０と第２モジュール部２０の配線端子部２２０とを導電性接合層５１０を介して接続しつつ、第１モジュール部１０の一面１０ａ上に第２モジュール部２０を配置する。この際、多孔質部材６２０は、第２モジュール部２０の他面２０ｂと当接した状態となっている。

【0095】

その後は、特に図示しないが、第１モジュール部１０と第２モジュール部２０との隙間に構成部材５２０ａを流動させ、構成部材５２０ａを硬化させて絶縁性接合層５２０を構成することにより、図１５に示す半導体装置が製造される。

【0096】

【0097】

（１）本実施形態のように、空気層６００は、多孔質部材６２０で構成されていてもよい。そして、このように多孔質部材６２０を配置することにより、第２封止部材２３０に凹部２３１を形成する必要がなくなる。

【0098】

（第１１実施形態の変形例）
第１１施形態の変形例について説明する。上記第１１実施形態において、空気層含有物は、アクリルやエポキシ樹脂等で構成され、内部に空気層６００を有する箱状のケース等で構成されていてもよい。

【0099】

（第１２実施形態）
第１２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、空気層６００の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0100】

本実施形態の半導体装置は、図１７に示されるように、第１モジュール部１０の一面１０ａには、空気層６００を含む多孔質部６３１が形成されている。同様に、第２モジュール部２０の他面２０ｂには、空気層６００を含む多孔質部６３２が形成されている。このような多孔質部６３１、６３２は、例えば、レーザ照射等の粗化処理を行って形成される粗化部で構成される。この場合、第１封止部材１５０および第２封止部材２３０にフィラー等が混入されている場合には、粗化処理を行うことでフィラー等が除去された隙間等も空気層６００となる。

【0101】

【0102】

（１）本実施形態のように、空気層６００は、多孔質部６３１、６３２で構成されていてもよい。

【0103】

（第１２実施形態の変形例）
第１２実施形態の変形例について説明する。多孔質部６３１、６３２は、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０の一方に形成されていてもよい。

【0104】

（第１３実施形態）
第１３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、連通路を形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0105】

本実施形態の半導体装置は、図１８および図１９に示されるように、第２封止部材２３０には、凹部２３１と連通する連通路２３７が形成されている。具体的には、連通路２３７は、第２封止部材２３０の側面２３０ｃに達するように形成されている。このため、空気室６１０は、外部空間と連通した状態となっている。なお、図１８は、図１９中のXVIII－XVIII線に沿った断面図である。

【0106】

【0107】

（１）本実施形態では、空気室６１０が外部空間と連通路２３７を介して連通されている。このため、使用環境の温度による空気層６００の膨張や圧縮等によって空気室６１０に余分な応力が印加されることを抑制できる。

【0108】

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0109】

例えば、上記各実施形態において、第１支持部材１１０および第２支持部材１３０の構成は適宜変更可能であり、ＡＭＢ（Active Matal Brazingの略）基板等で構成されていてもよい。

【0110】

また、上記各実施形態において、第１モジュール部１０および第２モジュール部２０は、平面形状が同じ大きさとされていてもよい。

【0111】

上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、空気室６１０を有する半導体装置とする場合には、適宜上記第２実施形態を組み合わせ、空気室６１０を大きくするようにしてもよい。また、空気室６１０を有する半導体装置とする場合には、適宜第４～第６実施形態を組み合わせ、窪み部１５２、２３２を形成するようにしてもよい。また、空気室６１０を有する半導体装置とする場合には、第７～第１０実施形態を組み合わせ、堰止構造を形成するようにしてもよい。また、空気室６１０を有する半導体装置とする場合には、上記第１３実施形態を適宜組み合わせ、連通路２３７を形成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0112】

１０第１モジュール部
２０第２モジュール部
１２０半導体チップ
１５０第１封止部材
２１０配線基板
２３０第２封止部材
５１０導電性接合層
５２０絶縁性接合層
６００空気層

【図1】