JP5533350B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基材に内蔵された半導体素子と、絶縁基材に半導体素子を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路とを備える半導体装置及びその製造方法に関するものである。

従来、特許文献１に示されるように、樹脂容器により半導体素子が封止されており、この樹脂容器の内部に冷媒（冷却液）が流れる流路（孔）が設けられている半導体装置があった。この半導体装置では、半導体素子から発生した熱を冷媒により外部に放熱し、半導体素子の温度上昇を回避できる。このため、冷却フィンを不要とし、製造コストを低減することができる。

特開平２−２０２０４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている半導体装置では、冷却効率を向上させようとすると、例えば、流路を増やす必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、冷媒流路を増やすことなく、冷却効率を向上させることができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の半導体装置は、
絶縁基材と、
前記絶縁基材に埋設されるとともに、当該絶縁基材によって封止された半導体素子と、
前記絶縁基材により構成され、前記半導体素子を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路と、を有し、
前記絶縁基材は、前記冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の凸部を備えることを特徴とするものである。

このように、冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の凸部を設けることによって、冷媒との接触面積を増やすことができるため、冷却効率を向上させることができる。また、凸部を設けることによって、冷媒の流れを乱して乱流を発生させることができる。このように、冷媒に乱流を発生させることによって、半導体素子からの熱を冷媒の広い範囲に拡散させることができるため、冷却効率を向上させることができる。つまり、このように冷媒流路内に凸部を設けることによって、冷媒流路を増やすことなく冷却効率を向上させることができる。

また、請求項２に示すように、凸部は、冷媒流路を構成する流路構成面における半導体素子側の表面に形成されるようにしてもよい。

このようにすることによって、冷媒流路における半導体素子に近いところ、すなわち、最も半導体素子からの熱が伝わりやすいところで乱流を発生させることができる。よって、半導体素子からの熱を効率良く冷媒中に拡散させることができるので好ましい。

また、請求項３に示すように、冷媒流路は、半導体素子の表面のうち最も広い面に対向配置され、複数の凸部は、冷媒流路を構成する流路構成面における、半導体素子の最も広い面に対向する部位に設けられるようにしてもよい。

このようにすることによって、半導体素子の最も広い面から冷却できるので好ましい。

また、請求項４に示すように、凸部は、半導体素子の最も広い面に平行、かつ、冷媒の流通方向に垂直な一方向に所定間隔をおいて配置された複数個を一組の凸部群として、複数の凸部群が冷媒の流入方向に所定間隔をおいて配置されるものであり、各凸部群は、隣り合う凸部群における凸部同士が冷媒の流通方向に垂直な方向おいて重ならない位置に配置されるようにしてもよい。

このようにすることによって、凸部同士が冷媒の流入方向において重なって配置される場合よりも乱流が発生しやすくなるので、より一層冷却効率を向上させることができる。

なお、絶縁基材は、冷媒流路を構成する互いに対向する流路構成面を有するものであり、凸部は、請求項５に示すように、絶縁基材における互いに対向する流路構成面間に連通して設けられるようにしてもよい。

このようにすることによって、凸部の圧損を抑制することができる。

また、絶縁基材は、冷媒流路を構成する互いに対向する流路構成面を有するものであり、凸部は、請求項６に示すように、冷媒流路を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられるようにしてもよい。

このようにすることによって、冷媒に乱流を発生させやすくできる。

また、請求項７に示すように、絶縁基材は、冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも凹んだ複数の凹部を備えるようにしてもよい。

このように、凸部と凹部とを備えることによって、凸部だけの場合よりも乱流が発生しやすくなるので、より一層冷却効率を向上させることができる。

また、請求項８に示すように、複数の前記半導体素子を備え、冷媒流路は、分岐部から各半導体素子に対応するように複数の流路に分岐して合流部で合流するように設けられるようにしてもよい。

このようにすることによって、他の半導体素子によって温められていない冷媒で半導体素子を冷却することができるので好ましい。

また、請求項９に示すように、半導体素子は、両面側に外部接続用の電極板が電気的に接続されるものであり、冷媒流路は、各電極板における半導体素子とは反対側に配置されるようにしてもよい。

このようにすることによって、両面電極型の半導体素子を両面側から冷却することができるので好ましい。

また、上記目的を達成するために請求項１０に記載の半導体装置の製造方法は、
絶縁基材によって半導体素子が封止され、半導体素子を冷却するための冷媒流路が構成される半導体装置の製造方法であって、
半導体素子を封止するとともに、表面に周囲より凹んだ複数の凹部を有する流路形成部材を、凹部の形成面とは異なる面である２つの側面のそれぞれ一部が露出し、且つ、各凹部が充填されるように、絶縁基材を配置して構造体を形成する構造体形成工程と、
構造体形成工程後、絶縁基材に対して露出する部位から、エッチャントにより流路形成部材を選択的に除去し、絶縁基材における流路形成部材の除去領域を冷媒流路とする流路形成工程と、を備えることを特徴とするものである。

このように、構造体形成工程後に、流路形成部材を絶縁基材の側面に露出した部位から選択的にエッチャントで除去することによって、絶縁基材における冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の凸部を備える半導体装置を製造することができる。

このように、冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の凸部を設けることによって、冷媒との接触面積を増やすことができるため、冷却効率を向上させることができる。また、凸部を設けることによって、冷媒の流れを乱して乱流を発生させることができる。このように、冷媒に乱流を発生させることによって、半導体素子からの熱を冷媒の広い範囲に拡散させることができるため、冷却効率を向上させることができる。

また、請求項１１に示すように、流路形成部材は、主として銅を含むものであり、エッチャントとして、塩化第二銅エッチャント液又は塩化第二鉄エッチャント液を用いることができる。

また、構造体形成工程としては、請求項１２に示すように、半導体素子と、流路形成部材とを金型のキャビティ内に配置する工程であり、流路形成部材の側面が金型のキャビティ内面と接した状態で、流路形成部材を金型のキャビティ底面と半導体素子との間、及び金型のキャビティ底面の反対面と半導体素子との間の少なくとも一方に配置するものであり、流路形成部材を金型のキャビティ底面と半導体素子との間に配置する場合は、金型のキャビティ底面に絶縁性の支持部材を介して固定した状態で配置し、流路形成部材を金型のキャビティ底面の反対面と半導体素子との間に配置する場合は、半導体素子に絶縁性の支持部材を介して固定した状態で配置する配置工程と、配置工程後に、金型のキャビティ内に絶縁基材を構成するモールド樹脂を注入して構造体とする成型工程と、を含むようにしてもよい。

なお、この支持部材としては、請求項１３に示すように、絶縁基材を構成するモールド樹脂と同一の材料を用いることができる。

また、構造体形成工程としては、請求項１４に示すように、絶縁基材を構成する複数の樹脂フィルムを、樹脂フィルムにおける熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも１枚おきに位置するように、半導体素子と、流路形成部材とを積層して積層体とする工程であり、半導体素子に隣接するように熱可塑性樹脂フィルムを配置するとともに、流路形成部材の側面が樹脂フィルムの側面から露出した状態で、流路形成部材を最下層の樹脂フィルムと半導体素子との間、及び最上面の樹脂フィルムと半導体素子との間の少なくとも一方に、樹脂フィルムを介して配置するとともに、凹部の形成面に隣接するように熱可塑性樹脂フィルムを配置する積層工程と、積層体を加熱しつつ積層方向上下から加圧することにより、熱可塑性樹脂を軟化させて複数枚の前記樹脂フィルムを一括で一体化するとともに半導体素子を封止し、流路形成部材を側面が露出された状態で覆い、構造体とする加圧・加熱工程と、を含むようにしてもよい。

本発明の実施の形態における半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における流路形成部材の概略構成を示す斜視図である。 図５のV−V線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の流路形成部材を除去する前の断面図（図１のII−II線に沿う断面図に相当する）である。 本発明の実施の形態における半導体装置の流路形成部材を除去する前の断面図（図１のIII−III線に沿う断面図に相当する）である。 本発明の実施の形態における冷媒流路中の突起が形成された形成面側の斜視図である。 （ａ）は変形例１における流路形成部材の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）はこの流路形成部材で形成された乱流発生部の形成面側の斜視図である。 （ａ）は変形例２における流路形成部材の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）はこの流路形成部材で形成された乱流発生部の形成面側の斜視図である。 （ａ）は変形例３における流路形成部材の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。 変形例３における流路形成部材を用いて製造された半導体装置の流路部分の断面図である。 変形例４における流路形成部材の概略構成を示す断面図である。 変形例４における流路形成部材を用いて製造された半導体装置の概略構成を示す断面図（図１のII−II線に沿う断面図に相当する）である。 変形例４における流路形成部材を用いて製造された半導体装置の概略構成を示す断面図（図１のIII−III線に沿う断面図に相当する）である。 変形例５における流路形成部材の概略構成を示す斜視図である。 変形例５における流路形成部材を用いて製造された半導体装置の概略構成を示す断面図（図２のIV−IV線に沿う断面図に相当する）である。 変形例６における流路形成部材の概略構成を示す斜視図である。 変形例６における流路形成部材を用いて製造された半導体装置を複数個組み合わせた状態の概略構成を示す断面図（図２のIV−IV線に沿う断面図に相当する）である。 変形例７における半導体装置の流路形成部材を除去する前の断面図（図１のII−II線に沿う断面図に相当する）である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

本実施の形態における半導体装置１００は、図１〜３などに示すように、絶縁基材（以下、モールド樹脂とも称する）１０に埋設されるとともに、モールド樹脂１０によって封止された半導体素子２０と、絶縁基材に設けられるものであり、半導体素子２０を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路６０と、を有するものである。なお、図１は、半導体装置１００の平面図であるが、モールド樹脂１０にて隠れている半導体素子２０、パワー端子３１の一部、パワー端子３２の一部、冷媒流路６０、突起（凸部）１１を隠れ線で示している。

この半導体素子２０は、インバータ回路を構成するＩＧＢＴなどのパワー素子とダイオードを採用することができる。つまり、半導体装置１００は、所謂パワーカードとして用いることができる。ただし、図面においては、半導体素子２０は、一つのみが設けられているように簡略化している。また、半導体素子２０は、これに限定されるものではない。

図２，図３に示すように、半導体素子２０は、両面に電極（図示省略）を有し、この両電極と外部接続用の電極板であるパワー端子３１，３２とが電気的及び機械的に接続されている。つまり、半導体素子２０は、半導体装置１００（絶縁基材１０）の厚み方向において、二つのパワー端子３１，３２にて挟まれるように位置している。なお、半導体素子２０とパワー端子３１とは、放熱ブロック（例えば銅などからなる）４０を介して電気的に接続されている。この放熱ブロック４０は、放熱性を向上させるとともに、半導体素子２０（半導体素子２０の信号用電極）と信号用端子３３とを電気的に接続するボンディングワイヤ５０がパワー端子３１と接触するのを抑制するためのもの（スペーサ）である。なお、信号用端子３３は、一部がモールド樹脂１０の内部に配置されるとともに、その他部分がモールド樹脂１０の側面から突出して設けられている。

このように、本実施の形態においては、パワー端子３２、半導体素子２０、放熱ブロック４０、パワー端子３１が一方向（モールド樹脂１０の厚み方向）に積層されている。以下、このパワー端子３２、半導体素子２０、放熱ブロック４０、パワー端子３１が積層される方向を単に積層方向とも称する。

なお、パワー端子３２は、例えば、ニッケルメッキを施した金属部材である。半導体素子２０（一方の電極）とパワー端子３２とは、半田を介して電気的及び機械的に接続されている。つまり、半導体素子２０は、半田を介してパワー端子３２に実装されている。このパワー端子３２は、半導体素子２０から発せられた熱を放熱するための放熱板としても機能するものである。また、パワー端子３２は、一部がモールド樹脂１０の内部に配置されるとともに、その他部分がモールド樹脂１０の側面から突出して設けられている。なお、パワー端子３２におけるモールド樹脂１０の内部に配置される部位（平板部）は、モールド樹脂１０の外側に配置される部位（端子部）よりも面積が広く、半導体素子２０における平板部の対向面と同等の面積もしくは対向面よりも面積が広く設定されている。

また、半導体素子２０（他方の電極）と放熱ブロック４０とは、半田を介して電気的及び機械的に接続されている。つまり、放熱ブロック４０は、半田を介して半導体素子２０に実装されている。

また、パワー端子３１は、例えば、ニッケル／金メッキを施した金属部材である。このパワー端子３１と放熱ブロック４０とは、半田を介して、電気的及び機械的に接続されている。このパワー端子３１は、半導体素子２０から発せられた熱を放熱するための放熱板としても機能するものである。また、パワー端子３１は、一部がモールド樹脂１０の内部に配置されるとともに、その他部分がモールド樹脂１０の側面から突出して設けられている。なお、パワー端子３１におけるモールド樹脂１０の内部に配置される部位（平板部）は、モールド樹脂１０の外側に配置される部位（端子部）よりも面積が広く、半導体素子２０における平板部の対向面と同等の面積もしくは対向面よりも面積が広く設定されている。

なお、パワー端子３２，３２は、モールド樹脂１０の同一側面から突出しており、信号用端子３３は、モールド樹脂１０におけるパワー端子３２，３２が突出している側面とは異なる側面（例えば、反対面）から突出している。

モールド樹脂１０は、図２，３に示すように、半導体素子２０の両面側（両電極側）に、二つの側面間を貫通して平行に設けられる冷媒流路６０（すなわち、中空の冷媒流路６０）を備える。つまり、半導体素子２０は、冷媒流路６０によって挟まれる位置に設けられている。

また、モールド樹脂１０は、端子３１〜３３が突出する側面とは異なる二つの側面の一方に二つの冷媒入口６１ａ、他方に二つの冷媒出口６１ｂを備える。また、冷媒流路６０は、モールド樹脂１０によって、半導体素子２０、パワー端子３１，３２、信号用端子３３、放熱ブロック４０、ボンディングワイヤ５０と電気的に絶縁されている。このようにすることによって、両面電極型の半導体素子２０を両面側から冷却することができる。

なお、本実施の形態においては、半導体素子２０の両面側（両電極側）に配置された二つの冷媒流路６０を設ける例を採用するが、本発明はこれに限定されるものではない。少なくとも一つの冷媒流路６０が設けられていればよい。

この冷媒入口６１ａ及び冷媒出口６１ｂは、冷媒を循環させる図示しないポンプ、および冷媒を冷却する図示しない熱交換器に接続されている。よって、半導体装置１００は、図２，３に示すに、半導体素子２０の両電極面に沿って冷媒が流されている。なお、冷媒としては、本実施形態ではエチレングリコール系の不凍液が混入した水を用いている。ただし、冷媒は、これに限定されるものではない。

また、図２，３に示すように、冷媒流路６０は、半導体素子２０の表面における最も広い面（放熱ブロック４０、パワー端子３２が接続される電極形成面）に対向して平行に設けられる。なお、図１〜３に示すように、冷媒流路６０は、半導体素子２０の表面における最も広い表面に平行な半導体素子２０の投影面を含むように設けると好ましい。換言すると、冷媒流路６０は、半導体素子２０の最も広い表面に対向する部位を含むように設けると好ましい。

また、図２，３に示すように、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の突起（凸部）１１が設けられている。具体的には、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面における半導体素子２０側の流路構成面（突起形成面１２）に、積層方向に突出する突起１１が設けられている。換言すると、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面における半導体素子２０側の流路構成面（突起形成面１２）に、複数の凹凸が形成されている。

また、この突起１１は、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する対向する流路構成面間に連通することなく設けられている。換言すると、突起１１は、冷媒流路６０を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられている。このように、突起１１を対向する流路構成面との間に間隙を有して設けることによって、冷媒に乱流を発生させやすくすることができる。なお、本実施の形態においては、円柱形状の突起１１を採用するが、本発明はこれに限定されるものではない。一定の形状に限定されないし任意の複数の形状の突起であっても良い。

つまり、突起１１は、突起形成面１２を基準として突出している部位である。逆に、突起１１の頂点を基準とすると、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも凹んだ凹部が設けられていると換言することができる。なお、この突起１１は、冷媒流路６０を流れる冷媒に乱流を発生させるためのものであり、乱流発生部材とも称することができる。

この複数の突起１１は、図１〜３に示すように、冷媒流路６０を構成する流路構成面における、少なくとも半導体素子２０の最も広い面に対向する部位に設けられるようにすると好ましい。本実施の形態のように両面電極型の半導体素子２０を採用する場合、複数の突起１１は、半導体素子２０の両電極に対向する部位に設けられると好ましい。

さらに、図１，４に示すように、突起１１は、半導体素子２０の最も広い面に平行、かつ、冷媒の流入方向に垂直な一方向に所定間隔をおいて配置された複数個を一組の突起群（凸部群）として、複数の突起群が冷媒の流入方向に所定間隔をおいて配置されるものであり、各突起群は、隣り合う突起群における突起１１同士が冷媒の流入方向において重ならない位置に配置されるようにすると好ましい。つまり、図４においては、冷媒入口６１ａに最も近い突起群（５つの突起１１からなる）を構成する各突起１１と、冷媒入口６１ａに二番目に近い突起群（６つの突起１１からなる）を構成する各突起１１とは、冷媒の流入方向に垂直な方向において重ならない位置に配置される。

このように、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の突起を設けることによって、冷媒との接触面積を増やすことができるため、冷却効率を向上させることができる。また、突起１１を設けることによって、冷媒の流れを乱して乱流を発生させることができる。このように、冷媒に乱流を発生させることによって、半導体素子２０からの熱を冷媒の広い範囲に拡散させることができるため、冷却効率を向上させることができる。つまり、このように冷媒流路６０内に突起１１を設けることによって、冷媒流路６０を増やすことなく冷却効率を向上させることができる。

また、冷媒流路６０を構成する流路構成面における半導体素子２０側の流路構成面に突起１１を設けることによって、冷媒流路６０における半導体素子２０に近いところ、ちなわち、最も半導体素子２０からの熱が伝わりやすいところで乱流を発生させることができる。よって、半導体素子２０からの熱を効率良く冷媒中に拡散させることができるので好ましい。

また、冷媒流路６０は、半導体素子２０の最も広い面に平行に設けられ、複数の突起１１は、冷媒流路６０を構成する流路構成面における、半導体素子２０の最も広い面に対向する部位に設けられるようにすることによって、半導体素子２０の最も広い面から冷却できるので好ましい。

また、隣り合う突起群における突起１１同士が冷媒の流入方向において重ならない位置に配置することによって、突起１１同士が冷媒の流入方向において重なって配置される場合よりも乱流が発生しやすくなるので、より一層冷却効率を向上させることができる。

また、このように、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する流路構成面に突起１１を設けることで、冷媒流路として突起を有するパイプなどを別途設ける場合よりも、半導体装置のコストを安価にすることができる。

ここで、図５〜８に基づいて、本実施の形態における半導体装置の製造方法に関して説明する。つまり、上述のモールド樹脂１０に封止された半導体素子２０と、モールド樹脂１０に設けられるものであり、半導体素子２０を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路６０と、を有する半導体装置の製造方法に関して説明する。

まず、図５，６に基づいて、半導体装置１００における冷媒流路６０を形成するための流路形成部材２００に関して説明する。流路形成部材２００は、主として銅を含む板状の部材からなる。この流路形成部材２００は、形成する冷媒流路６０に対応する外形を有する。

さらに、図５，６に示すように、流路形成部材２００は、流路構成面に周辺よりも凹んだ複数の凹部２１０が設けられている。この凹部２１０は、突起１１の雌型となるものである。つまり、流路形成部材２００は、形成する突起１１の個数と同数の凹部２１０が形成されている。また、この凹部２１０は、形成する突起１１の外形に対応した凹みである。また、図６に示すように、凹部２１０は、流路形成部材２００を構成する板状の部材を貫通することなく設けられている。なお、凹部２１０は、例えば、プレス加工やエッチングなどによって形成することができる。ただし、凹部２１０の形成方向は特に限定されるものではない。

本実施の形態においては、この流路形成部材２００を用いて半導体装置１００を製造する。

まず、半導体素子２０を封止するとともに、上述の流路形成部材２００を、凹部２１０の形成面とは異なる面である２つの側面のそれぞれ一部が露出し、且つ、各凹部２１０が充填されるように、モールド樹脂１０を配置して構造体を形成する（構造体形成工程）。
より具体的には、パワー端子３１，３２、信号用端子３３、放熱ブロック４０が取り付けられた半導体素子２０がモールド樹脂１０にて封止された構造体（成形体）を形成する（構造体形成工程）。

この構造体形成工程は、一例として、半導体素子２０と、二つの流路形成部材２００とを金型（図示省略）のキャビティ内、つまり、複数の金型が閉じることによって形成されるキャビティ内に配置する配置工程、及び、配置工程後に実施する、金型のキャビティ内にモールド樹脂１０を注入して構造体とする成型工程を備えるようにしてもよい。

この配置工程では、各流路形成部材２００は、凹部２１０が形成された面が半導体素子２０の各電極と対向するように、金型のキャビティ底面と半導体素子２０との間、及び金型キャビティ底面の反対面と半導体素子２０との間に配置される。また、各流路形成部材２００は、流路形成部材２００における凹部２１０の形成面とは異なる面である２つの側面が金型のキャビティ内面（側面）と接した状態で配置される。

さらに、冷媒流路６０とパワー端子３１，３２との間にモールド樹脂１０を介在させつつ、冷媒流路６０をモールド樹脂１０に形成するために、絶縁性の支持部材３００を用いる。具体的には、一方の流路形成部材２００は、半導体素子２０（パワー端子３１）上に絶縁性の支持部材３００を介して、金型のキャビティ底面の反対面と間隔（積層方向における間隔）をおいて配置される。他方の流路形成部材２００は、金型のキャビティ底面上に絶縁性の支持部材３００を介して、半導体素子２０（パワー端子３２）と間隔（積層方向における間隔）をおいて配置される。つまり、流路形成部材２００は、金型のキャビティ底面と半導体素子２０との間に配置する場合は、金型のキャビティ底面に支持部材３００を介して固定した状態で配置する。また、金型のキャビティ底面の反対面と半導体素子２０との間に配置する場合は、半導体素子２０（パワー端子３１）に支持部材３００を介して固定した状態で配置する。

なお、半導体素子２０は、パワー端子３１，３２を複数の金型によって挟み込むなどして金型のキャビティ内に配置される。

このようにして製造された構造体は、図７，図８に示すように、パワー端子３２側の支持部材３００の一面がモールド樹脂１０の底面側の外部に露出しつつ、この露出した面の反対面が一方の流路形成部材３００と接している。さらに、パワー端子３１側の支持部材３００の一面がパワー端子３１と接しつつ、このパワー端子３１と接した面の反対面が他方の流路形成部材３００と接している。この支持部材３００は、半導体装置１００の一部としてモールド樹脂１０中に残るものであり、このモールド樹脂１０と同一の材料を用いることができる。

なお、本実施の形態においては、半導体素子２０の両面側（両電極側）に冷媒流路６０を設ける例を採用しているため、二つの流路形成部材２００を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。少なくとも一つの流路形成部材２００を配置するようにすればよい。

そして、この構造体形成工程後に、モールド樹脂１０に対して露出する部位から、エッチャントにより流路形成部材２００を選択的に除去し、モールド樹脂１０における流路形成部材２００の除去領域を冷媒流路６０とする（流路形成工程）。例えば、パワー端子３１，３２、信号用端子３３をエッチャントに耐食性のある部材にて覆い、構造体をエッチャントに浸漬することで、流路形成部材２００を選択的に除去する。なお、上述のように、流路形成部材２００は、主として銅を含むものであるため、エッチャントとしては、塩化第二銅エッチャント液又は塩化第二鉄エッチャント液を採用することができる。

このようにすることで、上述のような半導体装置１００を製造することができる。つまり、構造体形成工程後に、凹部２１０が形成された流路形成部材２００をモールド樹脂１０の側面に露出した部位から選択的にエッチャントで除去することによって、図９に示すように、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する流路構成面（突起形成面１２）に周囲よりも突出した複数の突起１１を備える半導体装置を製造することができる。

また、このようにすることで、冷媒流路として突起を有するパイプなどを別途設けることなく、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する流路構成面に突起１１を設けることができる。よって、パイプなどを設ける場合よりも、半導体装置のコストを安価にすることができる。

（変形例１）
また、上述の実施の形態においては、円柱形状の突起１１を採用したが本発明はこれに限定されるものではない。図１０（ｂ）に示すように、四角柱形状の突起１１ａを採用することもできる。なお、変形例１と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。変形例１と上述の実施の形態との異なる点は、モールド樹脂１０における突起の形状及び流路形成部材２００ａにおける凹部の形状である。

この場合、流路形成部材２００ａは、図１０（ａ）に示すように、形成する突起１１ａの外形に対応した形状に周囲よりも凹んだ複数の凹部２１０ａが形成されている。そして、この流路形成部材２００ａを用いて、上述と同様の製造方法にて半導体装置を製造することによって、図１０（ｂ）に示すように、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する流路構成面（突起形成面１２）に周囲よりも突出した四角柱形状の複数の突起１１ａを形成することができる。

つまり、半導体装置１００は、モールド樹脂１０と、モールド樹脂１０に埋設されるとともに、モールド樹脂１０によって封止された半導体素子２０と、モールド樹脂１０により構成され、半導体素子２０を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路６０と、を有し、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも突出した四角柱形状の複数の凸部（突起１１ａ）を備える。なお、突起１１ａは、上述の実施の形態と同様に、冷媒流路６０を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられている。

（変形例２）
また、図１１（ｂ）に示すように、断面Ｓ字形状（突起形成面１２に平行な面で切断した場合の断面がＳ字形状）の突起１１ｂを採用することもできる。換言すると、変形例２として、波型の突起１１ｂを採用することもできる。なお、変形例２と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。変形例２と上述の実施の形態との異なる点は、モールド樹脂１０における突起の形状及び流路形成部材２００ｂにおける凹部の形状である。

この場合、流路形成部材２００ｂは、図１１（ａ）に示すように、形成する突起１１ｂの外形に対応した形状に周囲よりも凹んだ複数の凹部２１０ｂが形成されている。そして、この流路形成部材２００ｂを用いて、上述と同様の製造方法にて半導体装置を製造することによって、図１１（ｂ）に示すように、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する流路構成面（突起形成面１２）に周囲よりも突出した四角柱形状の複数の突起１１ｂを形成することができる。

つまり、半導体装置１００は、モールド樹脂１０と、モールド樹脂１０に埋設されるとともに、モールド樹脂１０によって封止された半導体素子２０と、モールド樹脂１０により構成され、半導体素子２０を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路６０と、を有し、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも突出した断面Ｓ字形状の複数の凸部（突起１１ｂ）を備える。なお、突起１１ｂは、上述の実施の形態と同様に、冷媒流路６０を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられている。

（変形例３）
また、上述の実施の形態においては、冷媒に乱流を発生させるために突起１１のみを採用したが本発明はこれに限定されるものではない。図１３に示すように、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも突出した突起１１ｃ２に加えて、周囲よりも凹んだ複数の凹部１１ｃ１を備えるようにしてもよい。なお、変形例３と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。変形例３と上述の実施の形態との異なる点は、主に突起１１ｃ２の形状、突起１１ｃ２に加えて周囲よりも凹んだ複数の凹部１１ｃ１を備える点である。なお、この凹部１１ｃ１及び突起１１ｃ２の形状に関しては、特に限定されるものではないため詳しい説明は省略する。

この場合、流路形成部材２００ｃは、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、形成する突起１１ｃ２の外形に対応した形状に周囲よりも凹んだ複数の凹部２１０ｃ１が形成されるとともに、形成する凹部１１ｃ１の外形に対応した形状に周囲よりも突出した複数の凸部２１０ｃ２が形成されている。

そして、この流路形成部材２００ｃを用いて、上述と同様の製造方法にて半導体装置を製造することによって、図１３に示すように、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する流路構成面（突起形成面１２）に周囲よりも突出した複数の突起１１ｃ２と、周囲よりも凹んだ複数の凹部１１ｃ１を形成することができる。

つまり、半導体装置１００は、モールド樹脂１０と、モールド樹脂１０に埋設されるとともに、モールド樹脂１０によって封止された半導体素子２０と、モールド樹脂１０により構成され、半導体素子２０を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路６０と、を有し、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の凸部（突起１１ｃ２）と周囲よりも凹んだ複数の凹部１１ｃ１とを備える。なお、突起１１ｃ２は、上述の実施の形態と同様に、冷媒流路６０を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられている。

このように、冷媒流路６０を構成する流路構成面に突起１１ｃ２に加えて、凹部１１ｃ１を備えることによって、突起１１ｃ２だけの場合よりも乱流が発生しやすくなるので、より一層冷却効率を向上させることができる。

（変形例４）
また、上述の実施の形態、変形例１〜３においては、突起が冷媒流路６０を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられている例を採用したが本発明はこれに限定されるものではない。図１５，図１６に示すように、突起１１ｄは、モールド樹脂１０における互いに対向する流路構成面間に連通して設けられるようにしてもよい。なお、変形例４と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。なお、変形例４と上述の実施の形態との異なる点は、突起１１ｄが対向する流路構成面間に連通して設けられている点である。

この場合、流路形成部材２００ｄは、図１４に示すように、形成する突起１１ｄの外形に対応した形状に貫通した貫通孔２１０ｄが形成されている。そして、この流路形成部材２００ｄを用いて、上述と同様の製造方法にて半導体装置を製造することによって、図１５，１６に示すように、モールド樹脂１０における冷媒流路６０を構成する互いに対向する流路構成面間に連通した複数の突起１１ｄを形成することができる。換言すると、冷媒流路６０を構成する互いに対向する流路構成面は、突起１１ｄによってつながっている。

つまり、半導体装置１００は、モールド樹脂１０と、モールド樹脂１０に埋設されるとともに、モールド樹脂１０によって封止された半導体素子２０と、モールド樹脂１０により構成され、半導体素子２０を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路６０と、を有し、モールド樹脂１０は、冷媒流路６０における互いに対向する流路構成面間に連通して設けられる複数の凸部（突起１１ｄ）を備える。なお、突起１１ｄの形状は特に限定されるものではない。

このようにすることによって、突起１１ｄの圧損を抑制することができる。つまり、冷媒流路６０を流れる冷媒に対する強度を向上することができる。

（変形例５）
また、図１８に示すように、半導体装置１００は、複数の半導体素子２０を備え、冷媒流路が分岐部６２から各半導体素子２０に対応するように複数の流路（第１冷媒流路６０ａ、第２冷媒流路６０ｂ）に分岐して合流部６３で合流するように設けられるようにしてもよい。なお、変形例５と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。変形例５と上述の実施の形態との異なる点は、モールド樹脂１０における流路の形状及び流路形成部材２００ｅの形状である。

この場合、流路形成部材２００ｅは、図１７に示すように、形成する冷媒流路の形状に応じて環状に設けられるものである。そして、この流路形成部材２００ｅを用いて、上述と同様の製造方法にて半導体装置を製造することによって、冷媒流路６０は、分岐部６２から各半導体素子２０に対応するように複数の流路（第１冷媒流路６０ａ、第２冷媒流路６０ｂ）に分岐して合流部６３で合流するように形成することができる。

このようにすることによって、他の半導体素子によって温められていない冷媒で半導体素子を冷却することができるので好ましい。また，冷却に必要な部分のみに冷媒流路を形成することができる。

（変形例６）
また、半導体装置１００は、図２０に示すように、冷媒流路６０が十字形状（突起形成面１２に平行な面で切断した場合の断面が十字形状）に設けられるようにしてもよい。なお、変形例６と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。変形例６と上述の実施の形態との異なる点は、モールド樹脂１０における流路の形状及び流路形成部材２００ｆの形状である。

この場合、流路形成部材２００ｆは、図１９に示すように、形成する冷媒流路の形状に応じて十字形状に設けられるものである。そして、この流路形成部材２００ｆを用いて、上述と同様の製造方法にて半導体装置を製造することによって、十字形状の冷媒流路６０を形成することができる。

このようにすることによって、図２０に示すように、複数の半導体装置１００同士の接続によって冷媒流路を自由に形成できるので，半導体装置の設計の自由度を向上できる。

（変形例７）
また、上述の実施の形態においては、構造体をモールド成型する例を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、構造体形成工程として、配置工程と成型工程とを備える例を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、変形例７と上述の実施の形態とは、同様なところが多いため、異なる点を中心的に説明する。なお、変形例７と上述の実施の形態との異なる点は、構造体形成工程である。

構造体形成工程は、絶縁基材を構成する複数の樹脂フィルムを、樹脂フィルムにおける熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも１枚おきに位置するように、パワー端子３１，３２、信号用端子３３、放熱ブロック４０が取り付けられた半導体素子２０と、流路形成部材２００とを積層して積層体とする積層工程、及びこの積層体を加熱しつつ積層方向上下から加圧することにより、熱可塑性樹脂を軟化させて複数枚の樹脂フィルムを一括で一体化するとともに半導体素子２０を封止し、流路形成部材２００を側面が露出された状態で覆い、構造体とする加圧・加熱工程を採用するようにしてもよい。

なお、変形例７においては、半導体素子２０と信号用端子３３とをボンディングワイヤで接続する例を採用しているが、導体箔をパターニングして樹脂フィルムに形成された導体パターンと樹脂フィルムのビアホールに埋設された層間接続部とによって接続すると好ましい。また、変形例７においては、樹脂フィルムとして、熱可塑性樹脂フィルム１０ａ〜１０ｌを採用する。

なお、この積層工程は、半導体素子２０に隣接するように熱可塑性樹脂フィルム（ここでは、熱可塑性樹脂フィルム１０ｄ〜１０ｉなど）を配置するとともに、流路形成部材２００における凹部２１０の形成面とは異なる面である２つの側面が樹脂フィルムの側面から露出した状態で、流路形成部材２００を最下層の樹脂フィルム（熱可塑性樹脂フィルム１０ｌ）と半導体素子２０との間、及び最上面の樹脂フィルム（熱可塑性樹脂フィルム１０ａ）と半導体素子２０との間に、樹脂フィルムを介して配置するとともに、凹部２１０の形成面に隣接するように熱可塑性樹脂フィルム（ここでは、熱可塑性樹脂フィルム１０ｃ、１０ｊ）を配置して積層体とする（図２１）。

なお、このように、半導体装置の基本的な構成や製造方法は、特に断りのない限り、本出願人がこれまで出願してきたＰＡＬＡＰに関する構成を適宜採用することができる。なお、ＰＡＬＡＰは株式会社デンソーの登録商標である。

なお、ここまで説明した変形例１〜７は、それぞれ単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。例えば、変形例１と変形例４とを組み合わせて、四角柱形状の突起１１がモールド樹脂１０における互いに対向する流路構成面間に連通して設けられるようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

１０ 絶縁基材（モールド樹脂）、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ２，１１ｄ 突起、１１ｃ１ 凹部，１２ 突起形成面、２０ 半導体素子、３１，３２ パワー端子、３３ 信号端子、４０ 放熱ブロック、５０ ボンディングワイヤ、６０ 冷媒流路、６０ａ 第１冷媒流路、６０ｂ 第２冷媒流路、６１ａ 冷媒入口、６１ｂ 冷媒出口、１００ 半導体装置、２００，２００ａ〜２００ｆ 流路形成部材、２１０，２１０ａ，２１０ｂ 凹部、２１０ｃ１ 凹部、２１０ｃ２ 凸部、２１０ｄ 貫通孔、３００ 支持部材

Claims (14)

1. 絶縁基材と、
   前記絶縁基材に埋設されるとともに、当該絶縁基材によって封止された半導体素子と、
   前記絶縁基材により構成され、前記半導体素子を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路と、を有し、
   前記絶縁基材は、前記冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも突出した複数の凸部を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記凸部は、前記冷媒流路を構成する流路構成面における前記半導体素子側に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記冷媒流路は、前記半導体素子の表面のうち最も広い面に対向配置され、
   複数の前記凸部は、前記冷媒流路を構成する流路構成面における、前記半導体素子の最も広い面に対向する部位に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記凸部は、前記半導体素子の最も広い面に平行、かつ、前記冷媒の流通方向に垂直な一方向に所定間隔をおいて配置された複数個を一組の凸部群として、複数の当該凸部群が前記冷媒の流入方向に所定間隔をおいて配置されるものであり、
   各凸部群は、隣り合う前記凸部群における前記凸部同士が前記冷媒の流通方向に垂直な方向おいて重ならない位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記絶縁基材は、前記冷媒流路を構成する互いに対向する流路構成面を有し、
   前記凸部は、前記絶縁基材における互いに対向する流路構成面間に連通して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記絶縁基材は、前記冷媒流路を構成する互いに対向する流路構成面を有し、
   前記凸部は、前記冷媒流路を構成する一方の流路構成面から突出して、対向する流路構成面との間に間隙を有して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記絶縁基材は、前記冷媒流路を構成する流路構成面に周囲よりも凹んだ複数の凹部を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 複数の前記半導体素子を備え、
   前記冷媒流路は、分岐部から各半導体素子に対応するように複数の流路に分岐して合流部で合流するように設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記半導体素子は、両面側に外部接続用の電極板が電気的に接続されるものであり、
   前記冷媒流路は、各電極板における前記半導体素子とは反対側に配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 絶縁基材によって半導体素子が封止され、前記半導体素子を冷却するための冷媒流路が構成される半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体素子を封止するとともに、表面に周囲より凹んだ複数の凹部を有する流路形成部材を、前記凹部の形成面とは異なる面である２つの側面のそれぞれ一部が露出し、且つ、各凹部が充填されるように、前記絶縁基材を配置して構造体を形成する構造体形成工程と、
    前記構造体形成工程後、前記絶縁基材に対して露出する部位から、エッチャントにより前記流路形成部材を選択的に除去し、前記絶縁基材における前記流路形成部材の除去領域を前記冷媒流路とする流路形成工程と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 前記流路形成部材は、主として銅を含むものであり、
    前記エッチャントとして、塩化第二銅エッチャント液又は塩化第二鉄エッチャント液を用いることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記構造体形成工程は、
    前記半導体素子と、前記流路形成部材とを金型のキャビティ内に配置する工程であり、当該流路形成部材の前記側面が前記金型のキャビティ内面と接した状態で、当該流路形成部材を前記金型のキャビティ底面と前記半導体素子との間、及び前記金型のキャビティ底面の反対面と前記半導体素子との間の少なくとも一方に配置するものであり、前記流路形成部材を前記金型のキャビティ底面と前記半導体素子との間に配置する場合は、前記金型のキャビティ底面に絶縁性の支持部材を介して固定した状態で配置し、前記流路形成部材を前記金型のキャビティ底面の反対面と前記半導体素子との間に配置する場合は、前記半導体素子に絶縁性の支持部材を介して固定した状態で配置する配置工程と、
    前記配置工程後に、前記金型のキャビティ内に前記絶縁基材を構成するモールド樹脂を注入して前記構造体とする成型工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記支持部材として、前記絶縁基材を構成するモールド樹脂と同一の材料を用いることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記構造体形成工程は、
    前記絶縁基材を構成する複数の樹脂フィルムを、当該樹脂フィルムにおける熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも１枚おきに位置するように、前記半導体素子と、前記流路形成部材とを積層して積層体とする工程であり、前記半導体素子に隣接するように前記熱可塑性樹脂フィルムを配置するとともに、前記流路形成部材の前記側面が前記樹脂フィルムの側面から露出した状態で、当該流路形成部材を最下層の前記樹脂フィルムと前記半導体素子との間、及び最上面の前記樹脂フィルムと前記半導体素子との間の少なくとも一方に、前記樹脂フィルムを介して配置するとともに、前記凹部の形成面に隣接するように前記熱可塑性樹脂フィルムを配置する積層工程と、
    前記積層体を加熱しつつ積層方向上下から加圧することにより、前記熱可塑性樹脂を軟化させて複数枚の前記樹脂フィルムを一括で一体化するとともに前記半導体素子を封止し、前記流路形成部材を前記側面が露出された状態で覆い、前記構造体とする加圧・加熱工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。