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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-05-08
(45)【発行日】2025-05-16
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/48 20060101AFI20250509BHJP
H01L 23/29 20060101ALI20250509BHJP
H05K 7/14 20060101ALI20250509BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20250509BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20250509BHJP
H01L 25/18 20230101ALI20250509BHJP
【ＦＩ】
H01L23/48 G
H01L23/48 N
H01L23/48 P
H01L23/36 A
H05K7/14 C
H01L23/12 F
H01L25/04 C
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2024517145
(86)(22)【出願日】2023-09-22
(86)【国際出願番号】 JP2023034522
【審査請求日】2024-12-16
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小林 浩
【審査官】齊藤 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０８９９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０００３３０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００７０９２８（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２００２－０７６１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００７／００９０５２３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１１３５６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１３５６１９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２２／０１９９５６３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／１２
Ｈ０１Ｌ ２５／０７
Ｈ０１Ｌ ２３／２９
Ｈ０５Ｋ ７／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面を有する半導体基板と、前記第１面に対面する主面を有する実装基板とを備え、
前記第１面には、終端構造である電界強度緩和部と、前記電界強度緩和部に囲まれ、かつ前記実装基板に接続されている電極とが形成されており、
前記主面は、凹部が形成されている第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とを含み、
前記凹部は、前記第１面の平面視において前記電界強度緩和部に重なる位置に配置され、
前記第２領域は、前記電極に接続されている、半導体装置。
【請求項2】
前記第１面に対して垂直な方向をｚ方向とすると、前記凹部は、前記主面上に形成された開口部と、前記第１面から前記ｚ方向において最も離れた底面とを有し、
前記底面の幅は前記開口部の幅よりも小さい、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記凹部は、前記主面と前記底面とを接続する側面を有し、前記ｚ方向に沿った断面において、前記側面は直線部を有する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記凹部は、前記主面と前記底面とを接続する側面を有し、前記ｚ方向に沿った断面において、前記側面は曲線部を有する、請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記電極は、主電極である第１電極と制御電極である第２電極と含み、前記実装基板は、導電部を有し、
前記導電部は、前記第１電極に接続されている第１導電部と、前記第２電極に接続されている第２導電部とを含み、
前記第１導電部および前記第２導電部は、絶縁部を介して接続されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記電極は、少なくとも１以上の第３電極を含み、前記導電部は、前記第３電極に接続されている第３導電部を含む、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第３電極は、前記第１電極と同電位である、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記実装基板は、前記導電部に接続されている熱伝導性絶縁層を有する、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記実装基板は、前記導電部に接続されている絶縁基板と、前記絶縁基板に接続されている下電極とを有し、前記絶縁基板からみて前記導電部が配置している側の反対側に前記下電極が配置されている、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記半導体基板を内部に封止する封止樹脂を更に備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記封止樹脂を囲むケースを更に備えた、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記実装基板に接続されている冷却器を更に備えた、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記封止樹脂は、内部に前記冷却器の少なくとも一部を封止する、請求項１２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、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体基板の裏面と実装基板とが対向するように当該実装基板が半導体基板の電極に接続されているフリップチップ実装が用いられた半導体装置が知られている（例えば、特開２０１３‐８９９４８号公報参照）。特開２０１３‐８９９４８号公報では、半導体基板は活性領域に発生する高電界を緩和する電界強度緩和部としてガードリングを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３‐８９９４８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、上記のような半導体装置において、実装基板およびガードリングが近接すると、半導体基板における活性領域の電界が緩和されず、半導体装置の耐圧性が悪化する。
【0005】
本開示は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、本開示の目的は、耐圧性が改善された半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従った半導体装置は、半導体基板と実装基板とを備える。半導体基板は第１面を有する。実装基板は主面を有する。主面は第１面に対面する。第１面には、電界強度緩和部と、電極とが形成されている。電極は、実装基板に接続されている。主面には、凹部が形成されている。凹部は、第１面の平面視において電界強度緩和部に重なる位置に配置されている。
【発明の効果】
【0007】
上記によれば、耐圧性が改善された半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る半導体装置の概略断面図である。
【図2】実施の形態１に係る半導体装置における半導体基板の概略底面図である。
【図3】実施の形態１に係る半導体装置における実装基板の概略平面図である。
【図6】実施の形態１に係る半導体装置における凹部の概略部分断面図である。
【図7】実施の形態１に係る半導体装置における凹部の変形例における概略部分断面図である。
【図8】実施の形態１に係る半導体装置における凹部の変形例における概略部分断面図である。
【図9】実施の形態１に係る半導体装置における凹部の変形例における概略部分断面図である。
【図10】実施の形態１に係る半導体装置における導電部を示す概略平面図である。
【図12】実施の形態１に係る半導体装置の変形例１における半導体基板の概略底面図である。
【図13】実施の形態１に係る半導体装置の変形例１における実装基板の概略平面図である。
【図14】実施の形態１に係る半導体装置の変形例２における実装基板の概略平面図である。
【図15】実施の形態２に係る半導体装置の概略断面図である。
【図16】実施の形態２に係る半導体装置における実装基板の概略平面図である。
【図18】実施の形態３に係る半導体装置の概略断面図である。
【図19】実施の形態４に係る半導体装置の概略断面図である。
【図20】実施の形態５に係る半導体装置の概略断面図である。
【図21】実施の形態５に係る半導体装置の変形例における概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、特に言及しない限り、以下の図面において同一または対応する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【0010】
実施の形態１．
＜半導体装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａの概略断面図である。図２は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける半導体基板１の概略底面図である。図３は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける実装基板２の概略平面図である。図４は、図３の線分ＩＶ－ＩＶにおける概略断面図である。図５は、図３の線分Ｖ－Ｖにおける概略断面図である。図６は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける電界強度緩和部１２および凹部２１の概略部分断面図である。
＜半導体装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａの概略断面図である。図２は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける半導体基板１の概略底面図である。図３は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける実装基板２の概略平面図である。図４は、図３の線分ＩＶ－ＩＶにおける概略断面図である。図５は、図３の線分Ｖ－Ｖにおける概略断面図である。図６は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける電界強度緩和部１２および凹部２１の概略部分断面図である。
【0011】
図１から図６に示された半導体装置１００ａは、たとえば、電力用の半導体装置１００ａであって、半導体基板１と、実装基板２と、接合部５と、配線回路６と、封止樹脂７とを主に備える。接合部５は、第１接合部５ａ、第２接合部５ｂ、第３接合部５ｃ、第４接合部５ｄ、および第５接合部５ｅを含む。配線回路６は、第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂ、および第３配線回路６ｃを含む。
【0012】
半導体基板１は、第１面１ｓ１と第２面１ｓ２と第３面１ｓ３とを有する。第１面１ｓ１は、実装基板２の主面２０ｓ１に対向する面である。第２面１ｓ２は、第１面１ｓ１の反対側の面である。第３面１ｓ３は、第１面１ｓ１と第２面１ｓ２とを接続する。本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、第１面１ｓ１は、半導体基板１の裏面である。本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、第２面１ｓ２は、半導体基板１の表面である。本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、第３面１ｓ３は、半導体基板１の側面である。
【0013】
第１面１ｓ１および第２面１ｓ２は、ｘ方向と、ｘ方向に垂直なｙ方向とに延在している。ｘ方向は、配線回路が延びている方向である。ｙ方向は、ｘ方向に対して垂直な方向である。ｚ方向は、半導体基板１の厚さ方向である。第１面１ｓ１の法線方向は、ｚ方向方向である。第２面１ｓ２は＋ｚ方向を向いている。第１面１ｓ１は、－ｚ方向を向いている。
【0014】
図１および図２に示されているように、第１面１ｓ１には、電界強度緩和部１２と、電極１１とが形成されている。電界強度緩和部１２は、半導体基板１の裏面上に形成される電界強度を緩和する。そのため、電界強度緩和部１２は、第１面１ｓ１上において電極１１に対して離間して配置されている。図２に示されているように、電界強度緩和部１２は、電極１１を囲むように配置されていてもよい。電界強度緩和部１２の形状は、たとえば、環状であってもよい。具体的には、電界強度緩和部１２は、ガードリングと呼ばれる終端構造であってもよい。
【0015】
電界強度緩和部１２の形状は、環状でなくてもよい。具体的には、電界強度緩和部１２は、ＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）構造と呼ばれる終端構造であってもよい。電界強度緩和部１２は、たとえば、ｐ型領域であって、イオン注入によって形成されてもよい。
【0016】
図２に示されているように、電極１１は、第１電極１１ａと、第２電極１１ｂとを含む。第１電極１１ａは、主電極である。主電極には主電流が流れる。第２電極１１ｂは、制御電極である。制御電極は、主電流を制御する。第１電極１１ａおよび第２電極１１ｂは第１面１ｓ１上において互いに離間して配置されている。
【0017】
第１電極１１ａは、第１接合部５ａを介して実装基板２に接続されている。第２電極１１ｂは、第２接合部５ｂを介して実装基板２に接続されている。
【0018】
図１に示されているように、半導体基板１の第２面１ｓ２には、上電極１１ｕが形成されている。上電極１１ｕには主電流が流れる。上電極１１ｕには、第５接合部５ｅを介して第３配線回路６ｃが接続されている。第３配線回路６ｃは、ｘ方向に延びている。
【0019】
半導体基板１は、電力を制御するいわゆる電力用の半導体基板１である。半導体基板１を構成する材料として、任意の材料を用いてもよい。半導体基板１を構成する材料として、珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（ＧａＯ）といった材料を用いてもよい。
【0020】
半導体基板１に形成されている半導体素子の種類としては、特に限定する必要はないが、たとえば縦型の半導体素子であってもよい。この場合、当該半導体基板１のｚ方向（厚さ方向）に主電流が流れる。本実施の形態１における半導体基板１は、制御電極を有するトランジスタであるが、縦型の半導体素子であればダイオードであってもよく、他の機能を有してもよい。半導体基板１は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を用いることができる。
【0021】
電極１１を構成する材料は、高い導電性および熱伝導性を有する材料であることが好ましい。電極１１を構成する材料は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金のいずれかを含んでもよい。電極１１は、Ａｌ／Ｃｕの２層構造であってもよく、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）のいずれかを含む多層構造であってもよい。
【0022】
電極１１は、拡散防止層を含んでもよい。拡散防止層として、たとえば、チタン（Ｔｉ）等を含んでもよい。半導体基板１とオーミックコンタクトをとるために、電極１１の下地層としてニッケル（Ｎｉ）シリサイドを用いてもよい。電極１１の酸化防止あるいは接合性向上のために、電極１１は薄い表面層を含んでもよい。表面層を構成する材料は、たとえば金などの貴金属である。
【0023】
本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、電極１１に特段の制約はない。たとえば、第１電極１１ａおよび第２電極１１ｂの配置箇所に特段の制約はない。具体的には、図２に示されているように、制御電極として第２電極１１ｂは第１面１ｓ１上の隅に配置されてもよいが、第１面１ｓ１の中心に配置されてもよい。
【0024】
第２電極１１ｂの形状は、任意の形状であってもよい。第２電極１１ｂの形状は、たとえば、図２に示されているように四角形状であってもよく、その他に、円状であってもよく、楕円状であってもよく、楕円状と四角状とを組み合わせた形状であってもよい。第２電極１１ｂの形状は、六角形状であってもよい。
【0025】
図１に示されているように、実装基板２は、導電部２０と、熱伝導性絶縁層３０と、支持層４０とを有している。導電部２０は、表面と裏面２０ｓ２と側面２０ｓ３とを有する。表面は、半導体基板１の第１面１ｓ１に対面している。つまり、実装基板２の主面２０ｓ１は、導電部２０の表面から構成される。裏面２０ｓ２は、導電部２０の表面の反対側の面である。側面２０ｓ３は、表面と裏面２０ｓ２とを接続する面である。
【0026】
図１に示されているように、熱伝導性絶縁層３０は、導電部２０の裏面２０ｓ２に接続されている。支持層４０は、熱伝導性絶縁層３０において導電部２０が接続されている面の反対側の面に接続されている。支持層４０において、熱伝導性絶縁層３０が接続されている面の反対側の面が封止樹脂７から露出している。
【0027】
導電部２０は、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとを含む。第１導電部２０ａは、第２導電部２０ｂに対して離間して配置されている。第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂは互いに絶縁されていればよい。図１に示されているように、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとの間は、たとえば、シリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂などの絶縁材料で充填されていることが好ましい。本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとの間に充填される絶縁材料として、たとえば、図１に示されているように、封止樹脂７であってもよい。
【0028】
当該半導体装置１００ａの製造工程において、任意の段階で、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとの間に、絶縁材料が充填されてもよい。たとえば、半導体装置１００ａの製造工程の初期段階で、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとの間に、絶縁材料が充填されてもよい。たとえば、当該半導体装置１００ａの製造工程において最終工程に近い段階で、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとの間に、絶縁材料が充填されてもよい。
【0029】
耐熱性の観点から、第１導電部２０ａと第２導電部２０ｂとの間に充填される絶縁材料がシリコーンゲルである場合、半導体装置１００ａが高温で処理される工程を経た後に、当該絶縁材料を充填することが好ましい。
【0030】
図３に示されているように、実装基板２の主面２０ｓ１には凹部２１が形成されている。つまり、凹部２１は、導電部２０の表面に形成されている。第１導電部２０ａにおいて、主面２０ｓ１は、第１電極側面２０ａｓ１と、第１配線回路側面２０ａｓ２とを含む。第１電極側面２０ａｓ１および第１配線回路側面２０ａｓ２の間に凹部２１が形成されている。凹部２１には、封止樹脂７が充填されていることが好ましい。
【0031】
第２導電部２０ｂにおいて、主面２０ｓ１は、第２電極側面２０ｂｓ１と、第２配線回路側面２０ｂｓ２とを含む。第２電極側面２０ｂｓ１および第２配線回路側面２０ｂｓ２の間に凹部２１が形成されている。
【0032】
導電部２０は、電極１１に接続されている。具体的には、第１電極１１ａは、第１導電部２０ａの第１電極側面２０ａｓ１に第１接合部５ａを介して接続されている。第２電極１１ｂは、第２導電部２０ｂの第２電極側面２０ｂｓ１に第２接合部５ｂを介して接続されている。
【0033】
つまり、ｚ方向からみた平面視において、第１電極１１ａは、第１導電部２０ａの第１電極側面２０ａｓ１に重なる位置に配置されている。ｚ方向からみた平面視において、第２電極１１ｂは、第２導電部２０ｂの第２電極側面２０ｂｓ１に重なる位置に配置されている。
【0034】
図１に示されているように、第１配線回路６ａは、第１配線回路側面２０ａｓ２に第３接合部５ｃを介して接続されている。第１配線回路６ａは、ｘ方向に延びている。第２配線回路６ｂは、第２配線回路側面２０ｂｓ２に第４接合部５ｄを介して接続されている。第２配線回路６ｂは、－ｘ方向に延びている。このようにして、主電極である第１電極１１ａと第１導電部２０ａとが電気的および機械的に接続され、制御電極である第２電極１１ｂと第２導電部２０ｂとが電気的および機械的に接続される。
【0035】
導電部２０を構成する材料は、高い導電性および熱伝導性を有する材料であることが好ましい。導電部２０を構成する材料は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金のいずれかを含んでもよい。
【0036】
熱伝導性絶縁層３０は、接着機能、電気的絶縁機能、熱伝導機能を有する材料であることが好ましい。熱伝導性絶縁層３０を構成する材料は、たとえば、無機充填材を含有した熱硬化性樹脂シート、熱硬化性樹脂が含侵された無機成形体シート、および塗布膜などであってもよい。熱伝導性絶縁層３０は、互いに離間している第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂとを固定する。
【0037】
支持層４０の下面に冷却器（図示せず）が接続されてもよい。支持層４０は、当該冷却器に熱を伝えることができる材料であってもよい。具体的は、支持層４０を構成する材料は、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金を含む金属薄板あるいは金属箔であってもよい。また、支持層４０は、当該半導体装置１００ａの機械的強度の大半を占める。そのため、支持層４０は高い機械的強度を有することが好ましい。
【0038】
実装基板２において、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０は熱伝導性絶縁層３０の接着機能により接着されている。具体的には、加圧および加温することで導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０が接着される。
【0039】
第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂ、第３配線回路６ｃを構成する部材は、たとえば導電性を有するリードフレームであってもよい。第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂ、第３配線回路６ｃは、主面２０ｓ１に対して平行となるように配置されていることが好ましい。特に、第１配線回路６ａおよび第３配線回路６ｃの形状は、平板状であることが好ましい。このようにすれば、寄生インダクタンスが低減される。
【0040】
封止樹脂７は、半導体基板１と、実装基板２と、第１配線回路６ａの一部と、第２配線回路６ｂの一部と、第３配線回路６ｃの一部とを覆う。このようにすれば、半導体装置１００ａの絶縁性が向上し、湿度や汚染などによる外部環境の影響を低減できる。
【0041】
第１配線回路６ａは第１導電部２０ａの第１配線回路側面２０ａｓ２から封止樹脂７の外側へ延在している。第２配線回路６ｂは第２導電部２０ｂの第２配線回路側面２０ｂｓ２から封止樹脂７の外側へ延在している。第３配線回路６ｃは半導体基板１の第２面１ｓ２から封止樹脂７の外側へ延在している。
【0042】
封止樹脂７の外部において外部機器と接続できるように、第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂ、第３配線回路６ｃの各々における一部は、封止樹脂７の表面から外側へ延在している。第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂ、第３配線回路６ｃは、封止樹脂７の外側に延在している部分において、たとえばフォーミングにより屈曲していてもよい。
【0043】
接合部５を構成する材料として、はんだが挙げられる。ただし、はんだは比較的高い熱抵抗を有するため、本実施の形態１に係る半導体装置１００ａの接合部５を構成する材料としてはんだ以外の材料を用いてもよい。また、接合部５の長期信頼性の観点からも、はんだ以外の材料を用いてもよい。なお、熱抵抗は、熱伝導率と、ｚ方向における接合厚さと、ｘ方向およびｙ方向における接合部５の断面積とから決定される。
【0044】
特に、はんだを用いて第３接合部５ｃ、第４接合部５ｄ、第５接合部５ｅを形成すると、当該半導体装置１００ａの製造工程上、プロセス温度、温度プロファイルによって、はんだの再溶融が発生し得る。そのため、本実施の形態１に係る半導体装置１００ａの第３接合部５ｃ、第４接合部５ｄ、第５接合部５ｅを構成する材料としてはんだとは異なる材料を用いてもよい。
【0045】
たとえば、銀（Ａｇ）あるいは銅（Ｃｕ）等の微粒子を含む焼結材は、本実施の形態１に係る半導体装置１００ａの接合部５を構成する材料として好ましい。焼結材を用いて接合部５を形成することで、接合厚さが薄くなる。また、焼結材は、高い熱伝導率を有する。その結果、当該接合部５は小さい熱抵抗を有する。接合部５を形成する際に、加圧、無加圧、プロセス温度、温度プロファイルについて、特段条件はない。
【0046】
Ｃｕ－Ｓｎ等の液相拡散によって接合部５が形成されてもよい。このようにすれば、接合厚さを低減するため、当該接合部５における熱抵抗を更に低減することができる。
【0047】
熱抵抗の更なる抑制のために、接合部５は形成されてなくてもよい。固相反応によって、半導体装置１００ａを構成する部材が直接的に接合されてもよい。具体的には、第１電極１１ａおよび第１導電部２０ａが、第１接合部５ａを介さず、固相反応により直接的に接続されてもよい。
【0048】
当該半導体装置１００ａの動作時に、半導体基板１は発熱する。半導体基板１で発生した熱は、電極１１を通過する。制御電極である第２電極１１ｂを通過する熱量は、主電極である第１電極１１ａを通過する熱量より小さい。そのため、第１接合部５ａおよび第２接合部５ｂを形成する際、第１接合部５ａおよび第２接合部５ｂは同じ材料でなくてもよい。ただし、製造工程の短縮の観点から、第１接合部５ａおよび第２接合部５ｂは同じ材料であることが好ましい。
【0049】
製造工程の短縮の観点から、第３接合部５ｃ、第４接合部５ｄ、第５接合部５ｅを構成する材料は、第１接合部５ａ、第２接合部５ｂと同じ材料であってもよい。第３接合部５ｃ、第４接合部５ｄ、第５接合部５ｅを形成せず、超音波接合あるいはレーザー溶接によって直接的にリードフレームを接合してもよい。
【0050】
封止樹脂７を構成する材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であってもよい。封止樹脂７は、たとえば、トランスファーモールドによって形成される。後述するように、封止樹脂７は、ケースモールドによって形成されてもよい。
【0051】
ここで、本実施の形態１に係る半導体装置１００ａの特徴は、図１および図３に示されるように、実装基板２の主面２０ｓ１に凹部２１が形成されている点である。凹部２１は、第１面１ｓ１の平面視において、電界強度緩和部１２に重なる位置に配置されている。
【0052】
前述したように、電界強度緩和部１２は、半導体基板１の裏面上に形成される電界強度を緩和する。ただし、実装基板２が当該電界強度緩和部１２の近傍に配置されている場合、実装基板２が電界強度緩和部１２の電界強度に影響を与えてしまう。その結果、半導体装置１００ａの耐圧性が悪化するおそれがある。
【0053】
本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、実装基板２の主面２０ｓ１に凹部２１が形成されていることで、電界強度緩和部１２が実装基板２から受ける影響が抑制される。その結果、半導体装置１００ａの耐圧性が改善する。
【0054】
図３に示されているように、凹部２１は電界強度緩和部１２の形状に沿って形成されていることが好ましい。具体的には、主面２０ｓ１の平面視において凹部２１の形状は、環状であってもよい。
【0055】
このようにすることで、電界強度緩和部１２が実装基板２から受ける影響が抑制される。また、半導体基板１の裏面（第１面１ｓ１）が、放熱面として熱抵抗が抑制される。その結果、当該半導体装置１００ａの放熱性が向上する。
【0056】
図４および図５に示されているように、凹部２１は、底面２１ｓ１と側面２１ｓ２とを有する。底面２１ｓ１は、凹部２１において、第１面１ｓ１および電界強度緩和部１２からｚ方向において最も離れた面である。側面２１ｓ２は、主面２０ｓ１と底面２１ｓ１とを接続する面である。
【0057】
図４および図５に示されているように、主面２０ｓ１から底面２１ｓ１までの距離ｔ１は、導電部２０の厚みｔ２より小さい。導電部２０の厚みｔ２は、導電部２０の表面から裏面２０ｓ２までのｚ方向における距離である。つまり、凹部２１の内周面は導電体により構成されており、当該内周面は電気的に連続している。異なる観点から言うと、たとえば、第１導電部２０ａにおいて第１電極側面２０ａｓ１および第１配線回路側面２０ａｓ２は凹部２１を介して導通している。第２導電部２０ｂにおいて第２電極側面２０ｂｓ１および第２配線回路側面２０ｂｓ２は凹部２１を介して導通している。
【0058】
凹部２１は、主面２０ｓ１上に形成された開口部２１ａを有する。図４および図５に示されているように、ｚ方向に沿った断面において、凹部２１の形状は、開口部２１ａから底面２１ｓ１に向かって狭くなっている形状であってもよい。具体的には、図４に示されているように、底面２１ｓ１の幅ｗ１は開口部２１ａの幅ｗ２より小さい。このようにすることで、半導体基板１で発生し電極１１を通過する熱の流路幅が広がり、当該半導体装置１００ａにおける熱抵抗が低減する。
【0059】
図６に示されているように、ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２の形状は、直線的なテーパ状であってもよい。具体的には、ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２の形状は、直線部Ｌを有してもよい。後述するように、ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２は、円弧状あるいは楕円状であってもよい。具体的には、ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２は、曲線部Ｒを有してもよい。
【0060】
側面２１ｓ２は、直線部Ｌおよび曲線部Ｒを組み合わせた面であってもよい。このようにして、ｚ方向における断面において、凹部２１の形状は、開口部２１ａから底面２１ｓ１に向かって狭くなっている形状であってもよい。
【0061】
図６に示されているように、凹部２１の幅ｗ１は、電界強度緩和部１２の幅ｄより大きいことが好ましい。凹部２１の幅ｗ１は、第３面１ｓ３から電界強度緩和部１２の内周面までの距離ｌより大きいことがより好ましい。
【0062】
図７から図９は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける凹部２１の変形例における概略部分断面図である。図７から図９は、図６に対応する。図７から図９に示された半導体装置１００ａは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、凹部２１の形状が異なる。
【0063】
図７に示されているように、底面２１ｓ１が実装基板２の側面２０ｓ３にまで延在していてもよい。図７に示されているように、凹部２１の幅ｗ１は、凹部２１の側面２１ｓ２から実装基板２の側面２０ｓ３までのｘ方向における距離である。
【0064】
なお、第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂなどのリードフレームは、凹部２１の底面２１ｓ１に接続されてもよい。ただし、凹部２１の底面２１ｓ１より、第１配線回路側面２０ａｓ２および第２配線回路側面２０ｂｓ２などの主面２０ｓ１の表面モフォロジーが優れている。そのため、第１配線回路６ａ、第２配線回路６ｂなどのリードフレームは、第１配線回路側面２０ａｓ２および第２配線回路側面２０ｂｓ２などの主面２０ｓ１に接続されていることが好ましい。
【0065】
図８に示されているように、ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２は、曲線部Ｒを有してもよい。側面２１ｓ２は、直線部Ｌと曲線部Ｒとを組み合わせた面であってもよい。
【0066】
凹部２１において、内周側の側面２１ｓ２および外周側の側面２１ｓ２の形状が互いに異なっていてもよい。具体的には、図９に示されているように、内周側の側面２１ｓ２の断面形状が円弧状あるいは楕円状などの曲線状であり、外周側の側面２１ｓ２の断面形状が直線状であってもよい。また、外周側の側面２１ｓ２はテーパ状に底面２１ｓ１に対して傾斜していてもよい。具体的には、内周側の側面２１ｓ２は、曲線部Ｒを有しており、外周側の側面２１ｓ２が、直線部Ｌを有していてもよい。このようにすることで、ｚ方向における断面において、凹部２１の形状は、開口部２１ａから底面２１ｓ１に向かって狭くなっている形状であってもよい。
【0067】
上述のような凹部２１は、シリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂などの絶縁材料で充填されていることが好ましい。本実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおいて、凹部２１に充填される絶縁材料として、たとえば、図１に示されているように、封止樹脂７であってもよい。
【0068】
凹部２１は、機械加工あるいは化学加工などの任意の方法で形成されてもよい。機械加工として、具体的には、切削加工、研削加工、フライス加工等の除去加工、およびプレス加工、鋳造加工、鍛造加工等の成形加工などが挙げられる。化学加工として、具体的には、エッチング加工などが挙げられる。
【0069】
＜半導体装置の製造方法＞
本実施の形態に係る半導体装置１００ａの製造方法では、まず半導体基板１および導電部２０を準備する工程（Ｓ１ａ）を実施する。導電部２０の表面上には凹部２１が形成されている。導電部２０は、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂを含む。第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂは、互いに離間して配置される。
本実施の形態に係る半導体装置１００ａの製造方法では、まず半導体基板１および導電部２０を準備する工程（Ｓ１ａ）を実施する。導電部２０の表面上には凹部２１が形成されている。導電部２０は、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂを含む。第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂは、互いに離間して配置される。
【0070】
第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂが互いに離れている状態だと、当該半導体装置１００ａの製造工程中において、当該導電部２０の取り扱いが困難となる。そのため、図１０および図１１に示されているように、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂは、絶縁材料として絶縁部３を介して接続されていてもよい。図１０は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａにおける導電部２０を示す概略平面図である。図１１は、図１０の線分ＸＩ－ＸＩにおける概略断面図である。
【0071】
絶縁部３は、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂを接続する接着機能と、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂを絶縁する電気的絶縁機能とを有する。絶縁部３を構成する材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂である。このように、絶縁部３を用いることで、当該半導体装置１００ａの製造工程中に第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂを一体として取り扱うことができる。また、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂが一体となっているため、導電部２０における機械的強度が確保される。
【0072】
次に、導電部２０に半導体基板１を搭載する工程（Ｓ２ａ）を実施する。具体的には、半導体基板１の第１面１ｓ１に形成された電極１１と導電部２０とを接合部５を介して接続する。
【0073】
次に、リードフレームを接続する工程（Ｓ３ａ）を実施する。具体的には、第１導電部２０ａに接合部５を介して第１配線回路６ａを接続する。第２導電部２０ｂに接合部５を介して第２配線回路６ｂを接続する。半導体基板１の上電極１１ｕに接合部５を介して第３配線回路６ｃを接続する。
【0074】
次に、封止樹脂７を形成する工程（Ｓ４ａ）を実施する。具体的には、トランスファーモールド用の金型内に、支持層４０、熱伝導性絶縁層３０、および上述した半導体基板１を搭載した導電部２０を配置する。その後、トランスファーモールドによって封止樹脂７を形成する。
【0075】
【0076】
＜半導体装置の製造方法の変形例＞
本実施の形態１に係る半導体装置１００ａの製造方法の変形例では、まず半導体基板１および実装基板２を準備する工程（Ｓ１ｂ）を実施する。実装基板２は、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０を有する。導電部２０の表面上には凹部２１が形成されている。
本実施の形態１に係る半導体装置１００ａの製造方法の変形例では、まず半導体基板１および実装基板２を準備する工程（Ｓ１ｂ）を実施する。実装基板２は、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０を有する。導電部２０の表面上には凹部２１が形成されている。
【0077】
このようにすることで、当該半導体装置１００ａの製造工程中に、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０が実装基板２として一体となっていることで、導電部２０における機械的な強度が確保される。また、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０が実装基板２として一体となっていることで、当該半導体装置１００ａの製造工程における導電部２０の取り扱い性が向上する。そのため、半導体装置１００ａの製造工程において、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０が実装基板２として一体となって製造されることが好ましい。
【0078】
次に、導電部２０に半導体基板１を搭載する工程（Ｓ２ｂ）を実施する。具体的には、半導体基板１の第１面１ｓ１に形成された電極１１と導電部２０とを接合部５を介して接続する。
【0079】
次に、リードフレームを接続する工程（Ｓ３ｂ）を実施する。具体的には、第１導電部２０ａに接合部５を介して第１配線回路６ａを接続する。第２導電部２０ｂに接合部５を介して第２配線回路６ｂを接続する。半導体基板１の上電極１１ｕに接合部５を介して第３配線回路６ｃを接続する。
【0080】
次に、封止樹脂７を形成する工程（Ｓ４ｂ）を実施する。具体的には、トランスファーモールド用の金型内に、半導体基板１を搭載した実装基板２を配置する。その後、トランスファーモールドによって封止樹脂７を形成する。
【0081】
この工程（Ｓ４ｂ）において、樹脂による圧力を利用して、熱伝導性絶縁層３０の接着機能、電気的絶縁機能を発生させる必要がない。そのため、この工程（Ｓ４ｂ）におけるトランスファーモールドによって封止樹脂７を形成する際の条件が緩和する。
【0082】
【0083】
＜作用効果＞
本開示に従った半導体装置１００ａは、半導体基板１と実装基板２とを備える。半導体基板１は第１面１ｓ１を有する。実装基板２は主面２０ｓ１を有する。主面２０ｓ１は第１面１ｓ１に対面する。第１面１ｓ１には、電界強度緩和部１２と、電極１１とが形成されている。電極１１は、実装基板２に接続されている。主面２０ｓ１には、凹部２１が形成されている。凹部２１は、第１面１ｓ１の平面視において電界強度緩和部１２に重なる位置に配置されている。
本開示に従った半導体装置１００ａは、半導体基板１と実装基板２とを備える。半導体基板１は第１面１ｓ１を有する。実装基板２は主面２０ｓ１を有する。主面２０ｓ１は第１面１ｓ１に対面する。第１面１ｓ１には、電界強度緩和部１２と、電極１１とが形成されている。電極１１は、実装基板２に接続されている。主面２０ｓ１には、凹部２１が形成されている。凹部２１は、第１面１ｓ１の平面視において電界強度緩和部１２に重なる位置に配置されている。
【0084】
このようにすることで、凹部２１が形成されることで電界強度緩和部１２と実装基板２との間の距離を充分大きくできる。このため、電界強度緩和部１２が実装基板２から受ける影響が抑制される。その結果、半導体装置１００ａの耐圧性が改善する。
【0085】
上記半導体装置１００ａにおいて、第１面１ｓ１に対して垂直な方向をｚ方向とする。凹部２１は、開口部２１ａと底面２１ｓ１とを有する。開口部２１ａは、主面２０ｓ１上に形成されている。底面２１ｓ１は、第１面１ｓ１からｚ方向において最も離れている。底面２１ｓ１の幅ｗ１は開口部２１ａの幅ｗ２よりも小さい。
【0086】
このようにすれば、半導体基板１で発生し電極１１を通過する熱の流路幅が広がり、当該半導体装置１００ａにおける熱抵抗が低減する。
【0087】
上記半導体装置１００ａにおいて、凹部２１は、側面２１ｓ２を有する。側面２１ｓ２は、主面２０ｓ１と底面２１ｓ１とを接続する。ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２は直線部Ｌを有する。
【0088】
このようにすれば、ｚ方向における断面において、凹部２１の形状は、開口部２１ａから底面２１ｓ１に向かって狭くなっている形状となる。その結果、半導体基板１で発生し電極１１を通過する熱の流路幅が広がり、当該半導体装置１００ａにおける熱抵抗が低減する。
【0089】
上記半導体装置１００ａにおいて凹部２１は、凹部２１は、側面２１ｓ２を有する。側面２１ｓ２は、主面２０ｓ１と底面２１ｓ１とを接続する。ｚ方向に沿った断面において、側面２１ｓ２は曲線部Ｒを有する。
【0090】
このようにすれば、ｚ方向における断面において、凹部２１の形状は、開口部２１ａから底面２１ｓ１に向かって狭くなっている形状となる。その結果、半導体基板１で発生し電極１１を通過する熱の流路幅が広がり、当該半導体装置１００ａにおける熱抵抗が低減する。
【0091】
上記半導体装置１００aにおいて、電極１１は、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとを含む。第１電極１１ａは、主電極である。第２電極１１ｂは、制御電極である。実装基板２は、導電部２０を有する。導電部２０は、第１導電部２０ａと、第２導電部２０ｂとを含む。第１導電部２０ａは、第１電極１１ａに接続されている。第２導電部２０ｂは、第２電極１１ｂに接続されている。第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂは、絶縁部を介して接続されている。
【0092】
このようにすれば、半導体装置１００ａの製造工程中に第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂを一体として取り扱うことができる。つまり、半導体装置１００ａの製造工程における導電部２０の取り扱い性が向上する。また、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂが一体となっているため、導電部２０における機械的強度が確保される。
【0093】
上記半導体装置１００ａにおいて、実装基板２は、熱伝導性絶縁層３０を有する。熱伝導性絶縁層３０は、導電部２０に接続されている。
【0094】
このようにすれば、導電部２０における機械的な強度が確保される。また、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０が実装基板２として一体となっていることで、当該半導体装置１００ａの製造工程における導電部２０の取り扱い性が向上する。
【0095】
＜変形例１の構成＞
図１２は、実施の形態１に係る半導体装置の変形例１における半導体基板１の概略底面図である。図１２は、図２に対応する。図１３は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａの変形例１における実装基板２の概略平面図である。図１３は、図３に対応する。図１２および図１３に示された半導体装置１００ａは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、図１２に示されているように、半導体基板１の第１面１ｓ１に第３電極１１ｃが形成されている点で異なる。第１電極１１ａおよび第２電極１１ｂの他に、第１面１ｓ１に少なくとも１以上の第３電極１１ｃが形成されていてもよい。第３電極１１ｃの数は、１であってもよく、複数であってもよい。
図１２は、実施の形態１に係る半導体装置の変形例１における半導体基板１の概略底面図である。図１２は、図２に対応する。図１３は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａの変形例１における実装基板２の概略平面図である。図１３は、図３に対応する。図１２および図１３に示された半導体装置１００ａは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、図１２に示されているように、半導体基板１の第１面１ｓ１に第３電極１１ｃが形成されている点で異なる。第１電極１１ａおよび第２電極１１ｂの他に、第１面１ｓ１に少なくとも１以上の第３電極１１ｃが形成されていてもよい。第３電極１１ｃの数は、１であってもよく、複数であってもよい。
【0096】
図１２に示されているように、第３電極１１ｃは、第１面１ｓ１上において第１電極１１ａおよび第２電極１１ｂに対して離間して配置されている。このようにすれば、第３電極１１ｃが、主電極である第１電極１１ａと同電位である時、導電部２０は制御電極である第２電極１１ｂに対して平行に配線が可能な第３導電部２０ｃを含む。その結果、耐ノイズ性が向上した半導体装置１００ａを得ることができる。
【0097】
前述したように、第１面１ｓ１に第３電極１１ｃが形成されている時、図１３に示されているように、導電部２０は第３導電部２０ｃを更に含む。第３導電部２０ｃは接合部５（図示せず）を介して第３電極１１ｃに接続されている。
【0098】
図１３に示されているように、第３導電部２０ｃは、第１導電部２０ａおよび第２導電部２０ｂに対して離間して配置されている。第１導電部２０ａ、第２導電部２０ｂ、および第３導電部２０ｃは互いに絶縁されていればよい。第１導電部２０ａ、第２導電部２０ｂ、および第３導電部２０ｃの間は、たとえば、シリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂などの絶縁材料で充填されていることが好ましい。第１導電部２０ａ、第２導電部２０ｂ、および第３導電部２０ｃの間に充填される絶縁材料として、たとえば、図１に示されている封止樹脂７であってもよい。
【0099】
第３導電部２０ｃにおいて、主面２０ｓ１は、第３電極側面２０ｃｓ１と、第３配線回路側面２０ｃｓ２とを含む。第３電極側面２０ｃｓ１および第３配線回路側面２０ｃｓ２の間に凹部２１が形成されている。
【0100】
ｚ方向からみた平面視において、第３電極１１ｃは、第３導電部２０ｃの第３電極側面２０ｃｓ１に重なる位置に配置されている。第３配線回路側面２０ｃｓ２に、電流センス線およびオンチップダイオードからの配線である温度センス線のいずれかが接続されていてもよい。このようにして、第３電極１１ｃと第３導電部２０ｃとが電気的および機械的に接続されてもよい。
【0101】
＜作用効果＞
上記半導体装置１００ａにおいて、電極１１は、少なくとも１以上の第３電極１１ｃを含む。導電部２０は、第３導電部２０ｃを含む。第３導電部２０ｃは、第３電極１１ｃに接続されている。
上記半導体装置１００ａにおいて、電極１１は、少なくとも１以上の第３電極１１ｃを含む。導電部２０は、第３導電部２０ｃを含む。第３導電部２０ｃは、第３電極１１ｃに接続されている。
【0102】
このようにすることで、第３導電部２０ｃに、電流センス線およびオンチップダイオードからの配線である温度センス線のいずれかが接続されていてもよい。
【0103】
上記半導体装置１００ａにおいて、第３電極１１ｃは、第１電極１１ａと同電位である。
【0104】
このようにすることで、耐ノイズ性が向上した半導体装置１００ａを得ることができる。
【0105】
＜変形例２の構成＞
図１４は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａの変形例２における実装基板２の概略底面図である。図１４は、図３に対応する。図１４に示された実装基板２は、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａにおける実装基板２と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、図１４に示されているように、本実施の形態１に係る半導体装置１００ａが複数の半導体基板１を備える点で異なる。
図１４は、実施の形態１に係る半導体装置１００ａの変形例２における実装基板２の概略底面図である。図１４は、図３に対応する。図１４に示された実装基板２は、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａにおける実装基板２と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、図１４に示されているように、本実施の形態１に係る半導体装置１００ａが複数の半導体基板１を備える点で異なる。
【0106】
図１から図６に示された半導体装置１００ａは、半導体基板１の数は１つであったが、半導体装置１００ａにおいて半導体基板１の数は複数であってもよい。半導体装置１００ａは、互いに異なる複数の半導体基板１を備えてもよく、互いに異なる構造を有する複数の半導体基板１を備えてもよい。半導体基板１の種類として縦型と呼ばれる構造であれば、パラレル数および組み合わせに関して特段の制約はない。
【0107】
実施の形態１に係る半導体装置１００ａの変形例２において、半導体装置１００ａの回路構成は、１つのモジュールに２つの半導体基板１を搭載したいわゆる２ｉｎ１タイプとなっている。図１４は、ハーフブリッジを構成する実装基板２である。図１４に示されているように、実装基板２の左右両端に配置されている４つの第１電極側面２０ａｓ１はトランジスタ用の半導体基板１に接続されてもよい。実装基板２の中央に配置されている４つの第１電極側面２０ａｓ１はトランジスタ用の半導体基板１に接続されてもよい。
【0108】
実施の形態２．
＜半導体装置の構成＞
図１５は、実施の形態２に係る半導体装置１００ｂの概略断面図である。図１５は、図１に対応する。図１６は、実施の形態２に係る半導体装置１００ｂにおける実装基板２の概略平面図である。図１６は、図３に対応する。図１７は、図１６の線分ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける概略断面図である。図１７は、図４に対応する。図１５から図１７に示された半導体装置１００ｂは、基本的には図１および図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、導電部２０の裏面２０ｓ２に接続されている部材が、熱伝導性絶縁層３０ではなく、絶縁基板３１である点で異なる。
＜半導体装置の構成＞
図１５は、実施の形態２に係る半導体装置１００ｂの概略断面図である。図１５は、図１に対応する。図１６は、実施の形態２に係る半導体装置１００ｂにおける実装基板２の概略平面図である。図１６は、図３に対応する。図１７は、図１６の線分ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける概略断面図である。図１７は、図４に対応する。図１５から図１７に示された半導体装置１００ｂは、基本的には図１および図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、導電部２０の裏面２０ｓ２に接続されている部材が、熱伝導性絶縁層３０ではなく、絶縁基板３１である点で異なる。
【0109】
具体的には、本実施の形態２に係る半導体装置１００ｂにおいて、実装基板２は導電部２０と絶縁基板３１と下電極４１とを有する。前述したように、絶縁基板３１は、導電部２０の裏面２０ｓ２に接続されている。下電極４１は、絶縁基板３１において導電部２０が接続されている面の反対側の面に接続されている。下電極４１は、絶縁基板３１が接続されている面の反対側の面が封止樹脂７から露出している。
【0110】
絶縁基板３１を構成する材料は、たとえば、任意の材料であってもよく、Ｓｉ－ＮおよびＡｌ－Ｎのいずれかが主成分であるセラミックであってもよい。絶縁基板３１は、導電部２０および下電極４１を絶縁する。
【0111】
本実施の形態２に係る半導体装置１００ｂにおいて、下電極４１には電流が流れない。ただし、高い熱伝導性を有することが好ましい。また、当該半導体装置１００ｂにおける反りを抑制するために、下電極４１の線膨張係数は、導電部２０の線膨張係数と同じであることが好ましい。つまり、下電極４１を構成する材料は、導電部２０を構成する材料と同じであることが好ましい。下電極を構成する材料は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金のいずれかを含んでもよい。
【0112】
導電部２０、絶縁基板３１、下電極４１の各々は、直接接合法または活性金属接合（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ）法により接合されてもよい。なお、ここで直接接合法とは、２つの構成材料を直接反応により接合する方法である。また、ここで活性金属接合法とは、２つの構成材料をチタンまたはジルコニウムなどの活性金属を添加したロウ材により接合する方法である。
【0113】
図１７に示されているように、導電部２０、絶縁基板３１、下電極４１が実装基板２として一体となっていることで、当該半導体装置１００ｂの製造工程における導電部２０の取り扱い性が向上する。
【0114】
＜作用効果＞
上記半導体装置１００ｂにおいて、実装基板２は、絶縁基板３１と、下電極４１とを有している。絶縁基板３１は、導電部２０に接続されている。下電極４１は、絶縁基板３１に接続されている。絶縁基板３１からみて導電部２０が配置している側の反対側に下電極４１が配置されている。
上記半導体装置１００ｂにおいて、実装基板２は、絶縁基板３１と、下電極４１とを有している。絶縁基板３１は、導電部２０に接続されている。下電極４１は、絶縁基板３１に接続されている。絶縁基板３１からみて導電部２０が配置している側の反対側に下電極４１が配置されている。
【0115】
このようにすることで、導電部２０、絶縁基板３１、下電極４１が実装基板２として一体となる。その結果、当該半導体装置１００ｂの製造工程における導電部２０の取り扱い性が向上する。
【0116】
実施の形態３．
＜半導体装置の構成＞
図１８は、実施の形態３に係る半導体装置１００ｃの概略断面図である。図１８は、図１に対応する。図１８に示された半導体装置１００ｃは、基本的には図１および図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、ケースモールドによって封止樹脂７が形成されている点で異なる。封止樹脂７として、たとえば、ポッティング樹脂が使用される。ポッティング樹脂を構成する材料は、たとえば、シリコーンゲルである。
＜半導体装置の構成＞
図１８は、実施の形態３に係る半導体装置１００ｃの概略断面図である。図１８は、図１に対応する。図１８に示された半導体装置１００ｃは、基本的には図１および図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、ケースモールドによって封止樹脂７が形成されている点で異なる。封止樹脂７として、たとえば、ポッティング樹脂が使用される。ポッティング樹脂を構成する材料は、たとえば、シリコーンゲルである。
【0117】
図１８に示されているように、支持層４０上にケース８が配置されている。当該半導体基板１を囲むようにケース８が配置されている。ケース８は、接着剤などによって支持層４０に固定される。接着剤などによって固定されたケース８および支持層４０はシールされている。
【0118】
ケース８を構成する材料は、たとえば、射出成形が可能であり、高い耐熱性および絶縁性を有する材料であることが好ましい。ケース８を構成する材料として、任意の材料を用いてもよいが、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのエンジニアリングプラスチックであってもよい。
【0119】
＜半導体装置の製造方法＞
本実施の形態３に係る半導体装置１００ｃの製造方法では、まず半導体基板１および実装基板２を準備する工程（Ｓ１ｃ）を実施する。実装基板２は、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０を有する。導電部２０の表面上には凹部２１が形成されている。
本実施の形態３に係る半導体装置１００ｃの製造方法では、まず半導体基板１および実装基板２を準備する工程（Ｓ１ｃ）を実施する。実装基板２は、導電部２０、熱伝導性絶縁層３０、および支持層４０を有する。導電部２０の表面上には凹部２１が形成されている。
【0120】
次に、導電部２０に半導体基板１を搭載する工程（Ｓ２ｃ）を実施する。具体的には、半導体基板１の第１面１ｓ１に形成された電極１１と導電部２０とを接合部５を介して接続する。
【0121】
次に、リードフレームを接続する工程（Ｓ３ｃ）を実施する。具体的には、第１導電部２０ａに接合部５を介して第１配線回路６ａを接続する。第２導電部２０ｂに接合部５を介して第２配線回路６ｂを接続する。半導体基板１の上電極１１ｕに接合部５を介して第３配線回路６ｃを接続する。
【0122】
次に、封止樹脂７を形成する工程（Ｓ４ｃ）を実施する。具体的には、接着剤などによって支持層４０にケース８を固定する。その後、ポッティング樹脂等をケース８に充填する。
【0123】
次の工程として、たとえば、蓋（図示せず）を当該半導体装置１００ｃに搭載してもよい。また、封止樹脂７の外部に延在している配線回路に対して、折り曲げなどの端子処理を施してもよい。
【0124】
このようにして、図１８に示された本実施の形態３に係る半導体装置１００ｃを得ることができる。
【0125】
＜作用効果＞
上記半導体装置１００ｃは、ケース８を更に備える。ケース８は、封止樹脂７を囲む。
上記半導体装置１００ｃは、ケース８を更に備える。ケース８は、封止樹脂７を囲む。
【0126】
このようにすれば、ケースモールドによって封止樹脂７が形成された半導体装置１００ｃを得ることができる。
【0127】
実施の形態４．
＜半導体装置の構成＞
図１９は、実施の形態４に係る半導体装置１００ｄの概略断面図である。図１９は、図１に対応する。図１９に示された半導体装置１００ｄは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、冷却器９を備える点で異なる。
＜半導体装置の構成＞
図１９は、実施の形態４に係る半導体装置１００ｄの概略断面図である。図１９は、図１に対応する。図１９に示された半導体装置１００ｄは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、冷却器９を備える点で異なる。
【0128】
具体的には、封止樹脂７から露出している支持層４０の裏面に第６接合部５ｆを介して冷却器９が接続されている。冷却器９の内部には冷媒としての液体を流通させるための流路が形成されている。本実施の形態４に係る半導体装置１００ｄにおける冷却器９は、液体冷却用の冷却器９であるが、空冷用の冷却器９であってもよい。このようにすれば、当該半導体装置１００ｄの放熱性が改善される。
【0129】
第６接合部５ｆを構成する材料として、はんだが挙げられるが、高い熱伝導率を有し、接合厚さが薄くても長期信頼性を確保できる材料であることが特に好ましい。
【0130】
冷却器９を構成する材料は、高い熱伝導率を有する材料であればよい。冷却器９を構成する材料は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金のいずれかを含んでもよい。
【0131】
本実施の形態４に係る半導体装置１００ｄにおいて、ケースモールドによって封止樹脂７を形成する場合、冷却器９を実装基板２に接合した後に、ポッティング樹脂をケース８に充填することが好ましい。
【0132】
＜作用効果＞
上記半導体装置１００ｄは、冷却器９を更に備える。冷却器９は、実装基板２に接続されている。
上記半導体装置１００ｄは、冷却器９を更に備える。冷却器９は、実装基板２に接続されている。
【0133】
このようにすることで、当該半導体装置１００ｄにおける放熱性が改善される。
実施の形態５．
＜半導体装置の構成＞
図２０は、実施の形態５に係る半導体装置１００ｅの概略断面図である。図２０は、図１に対応する。図２０に示された半導体装置１００ｅは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、封止樹脂７が冷却器９の一部を封止している点で異なる。
実施の形態５．
＜半導体装置の構成＞
図２０は、実施の形態５に係る半導体装置１００ｅの概略断面図である。図２０は、図１に対応する。図２０に示された半導体装置１００ｅは、基本的には図１から図６に示された半導体装置１００ａと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、封止樹脂７が冷却器９の一部を封止している点で異なる。
【0134】
冷却器９は、実装基板２の支持層４０の役割を有する。そのため、冷却器９に熱伝導性絶縁層３０が接続されている。そのため、冷却器９は、図１９に示されている第６接合部５ｆを介して熱伝導性絶縁層３０に接続されていなくてもよい。このようにすることで、当該半導体装置１００ｅの放熱性が更に改善される。
【0135】
図２１は、実施の形態５に係る半導体装置１００ｅの変形例における概略断面図である。図２１は、図１に対応する。図２１に示された半導体装置１００ｅは、基本的には図２０に示された半導体装置１００ｅと同様の構成を備え、同様の効果を得られるが、封止樹脂７が冷却器９の全体を封止している点で異なる。
【0136】
＜作用効果＞
上記半導体装置１００ｅは、内部に冷却器９の少なくとも一部を封止する。
上記半導体装置１００ｅは、内部に冷却器９の少なくとも一部を封止する。
【0137】
このようにすることで、当該半導体装置１００ｅの放熱性が更に改善される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本開示の基本的な範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本開示の基本的な範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【0138】
１ 半導体基板、１ｓ１ 第１面、１ｓ２ 第２面、１ｓ３ 第３面、２ 実装基板、３ 絶縁部、５ 接合部、５ａ 第１接合部、５ｂ 第２接合部、５ｃ 第３接合部、５ｄ 第４接合部、５ｅ 第５接合部、５ｆ 第６接合部、６ 配線回路、６ａ 第１配線回路、６ｂ 第２配線回路、６ｃ 第３配線回路、７ 封止樹脂、８ ケース、９ 冷却器、１１ 電極、１１ａ 第１電極、１１ｂ 第２電極、１１ｃ 第３電極、１１ｕ 上電極、１２ 電界強度緩和部、２０ 導電部、２０ａ 第１導電部、２０ａｓ１ 第１電極側面、２０ａｓ２ 第１配線回路側面、２０ｂ 第２導電部、２０ｂｓ１ 第２電極側面、２０ｂｓ２ 第２配線回路側面、２０ｃ 第３導電部、２０ｃｓ１ 第３電極側面、２０ｃｓ２ 第３配線回路側面、２０ｓ１ 主面、２０ｓ２ 裏面、２０ｓ３ 側面、２１ 凹部、２１ａ 開口部、２１ｓ１ 底面、２１ｓ２ 側面、３０ 熱伝導性絶縁層、３１ 絶縁基板、４０ 支持層、４１ 下電極
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ 半導体装置、ｄ 幅、ｌ 距離、Ｌ 直線部、Ｒ 曲線部、ｔ１ 距離、ｗ１ 幅、ｗ２ 幅。
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ 半導体装置、ｄ 幅、ｌ 距離、Ｌ 直線部、Ｒ 曲線部、ｔ１ 距離、ｗ１ 幅、ｗ２ 幅。
【要約】
半導体装置（１００ａ）は、半導体基板（１）と実装基板（２）とを備える。半導体基板（１）は第１面（１ｓ１）を有する。実装基板（２）は主面（２０ｓ１）を有する。主面（２０ｓ１）は第１面（１ｓ１）に対面する。第１面（１ｓ１）には、電界強度緩和部（１２）と、電極（１１）とが形成されている。電極（１１）は、実装基板（２）に接続されている。主面（２０ｓ１）には、凹部（２１）が形成されている。凹部（２１）は、第１面（１ｓ１）の平面視において電界強度緩和部（１２）に重なる位置に配置されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】