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JP2005117009A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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JP2005117009A
JP2005117009A JP2004148933A JP2004148933A JP2005117009A JP 2005117009 A JP2005117009 A JP 2005117009A JP 2004148933 A JP2004148933 A JP 2004148933A JP 2004148933 A JP2004148933 A JP 2004148933A JP 2005117009 A JP2005117009 A JP 2005117009A
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JP
Japan
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heat
heat sink
sealing resin
semiconductor device
radiation surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004148933A
Other languages
English (en)
Inventor
Takanori Tejima
孝紀 手嶋
Shusaku Nakazawa
秀作 中澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US10/916,551 priority patent/US7049688B2/en
Priority to DE102004043258.9A priority patent/DE102004043258B4/de
Priority to CNB2004100789305A priority patent/CN100350598C/zh
Publication of JP2005117009A publication Critical patent/JP2005117009A/ja
Priority to US11/365,674 priority patent/US20060145335A1/en
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Abstract

【課題】 両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンクの放熱面を封止樹脂から露出させるにあたって放熱性の向上に適した状態を実現する。
【解決手段】 発熱素子１０と、発熱素子１０の一側に設けられ発熱素子１０と熱的に接続された第１のヒートシンク３０と、発熱素子１０の他側に設けられ発熱素子１０と熱的に接続された第２のヒートシンク４０と、発熱素子１０、第１のヒートシンク３０および第２のヒートシンク４０を包み込むように封止する封止樹脂８０とを備える半導体装置１００において、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａが、封止樹脂８０から露出しており、第１のヒートシンク３０の放熱面３０）と第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａとの平行度が、０．２ｍｍ以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱素子の両側にヒートシンクを設け、これらを封止樹脂で封止するとともに、これら両ヒートシンクの放熱面を封止樹脂から露出させるようにした半導体装置およびその製造方法に関する。
この種の半導体装置は、発熱素子と、発熱素子の一側に設けられ発熱素子と熱的に接続された第１のヒートシンクと、発熱素子の他側に設けられ発熱素子と熱的に接続された第２のヒートシンクと、これら発熱素子、第１のヒートシンクおよび第２のヒートシンクを包み込むように封止する封止樹脂とを備えるとともに、両ヒートシンクの放熱面を封止樹脂から露出させるようにしたものである（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。以下、このような構造を両側ヒートシンク構造ということとする。
このような両側ヒートシンク構造を有する半導体装置は、一般に、発熱素子の両側にヒートシンクを設けたものを、金型内に設置し、トランスファーモールド法にて樹脂成形することにより、製造される。
この両側ヒートシンク構造は、発熱素子の両側からヒートシンクを介して放熱が行われるため、放熱性に優れる。さらに、このような両側ヒートシンク構造においては、ヒートシンクの両放熱面の外側に、たとえば水冷構造を有する冷却器を接触させ、放熱性を高めることが行われている。
特開２００１−２６７４６９号公報 特開２００２−１１０８９３号公報
しかしながら、この両側ヒートシンク構造を有する半導体装置においては、次に述べるような問題が生じる。図１４は、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置の一般的な断面構成を示す図である。
図１４においては、発熱素子１０の一側、他側に、それぞれ第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０が設けられており、これら両ヒートシンク３０、４０と発熱素子１０とが接合部材５０や電極ブロック２０を介して熱的に接続されている。
また、ここでは、発熱素子１０は、リード端子６０とボンディングワイヤ７０を介して結線されることにより電気的に接続されている。
そして、図１４においては、発熱素子１０、第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０およびこれらの接続部、さらには、ボンディングワイヤ７０、リード端子６０が、封止樹脂８０によって包み込むように封止されている。
ここにおいて、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａは、封止樹脂８０から露出させるものであるが、ヒートシンク３０、４０の組み付け公差やヒートシンク３０、４０の傾きなどにより、放熱面３０ａ、４０ａの封止樹脂８０からの露出が不十分なものになってしまうことがある。
図１４では、発熱素子１０の上側に位置する第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａの露出が不十分になっている。
このような不具合は、具体的には、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａ間の高さ、ヒートシンク３０、４０の厚さあるいは発熱素子１０の厚さ等の公差ばらつきや、ヒートシンク３０、４０の組み付け時においてヒートシンク３０、４０が傾いて組み付けられることなどによって、生じる。
つまり、上記した組み付け公差のばらつき等によって、封止樹脂を成形する際に、ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａと金型との間に隙間が生じ、この隙間に樹脂が回り込むことにより、その結果、封止樹脂８０が放熱面３０ａ、４０ａを被覆してしまうのである。
また、図１４に示されるように、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａが平行状態から傾いていると、これら両放熱面３０ａ、４０ａに上記冷却器を取り付けた際に、当該冷却器と放熱面３０ａ、４０ａとの間に隙間が生じるなどにより、放熱性が不十分となる恐れある。
また、上記特許文献１に記載されている半導体装置では、ヒートシンクの外周部に比較的変形しやすい変形部を設け、金型にワークを設置するときに、この変形部を変形させて金型内面に密着させることにより、ヒートシンクの放熱面に樹脂が回り込むのを防止するようにしている。
しかしながら、本発明者の検討によれば、この変形部を利用した手法においては、次のような問題が生じることがわかった。
つまり、この手法においては、金型でヒートシンクを押さえつけるときに、ヒートシンクのうちでも変形部に加圧がかたよるため、ヒートシンクの全面を均一に加圧することが困難である。
そのため、ヒートシンクのうちでも上記加圧力の比較的弱いところでは、両ヒートシンク間に充填される封止樹脂の圧力によって、ヒートシンクが膨らむなどの変形を生じやすい。
このように、ヒートシンクが膨らむ等の変形が発生すると、両ヒートシンクにおける放熱面間の平行度が悪化し、上述したような、冷却器取り付けの際に冷却器と放熱面との間に隙間が生じるなどの不具合が生じることになる。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、発熱素子の両側にヒートシンクを設け、これらを封止樹脂で封止するとともに、これら両ヒートシンクの放熱面を封止樹脂から露出させるようにした半導体装置、すなわち両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンクの放熱面を封止樹脂から露出させるにあたって放熱性の向上に適した状態を実現することを目的とする。
上述したが、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置においては、両ヒートシンクの放熱面の平行度が悪いものであると、両放熱面に冷却器を取り付けた際に、当該冷却器と放熱面との間に隙間が生じるなどにより、放熱性が不十分となる恐れある。
つまり、両側ヒートシンク構造においては、両ヒートシンクの放熱面の平行度を、極力小さいものにすることが、放熱性の向上のためには重要なことである。
このことから、本発明者は、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンクの放熱面の平行度に着目し、この平行度がどの程度であれば、実用上、放熱性を十分に確保できるか、鋭意検討を行った。
この検討においては、両放熱面の外側にそれぞれ冷却器を設けた装置構成とし（図３参照）、このような装置構成において、発熱素子から冷却器までの熱抵抗と上記平行度との関係について調査を行った。
その結果、両ヒートシンクの放熱面の平行度が０．２ｍｍ以下であるならば、熱抵抗がほぼ一定の値で低いものに抑えられ、当該平行度が０．２ｍｍを超えると熱抵抗が上昇する傾向にあることが見出された（図４参照）。
本発明は、上述したような本発明者の行った検討の結果、得られた知見に基づいて創出されたものである。
すなわち、請求項１に記載の発明では、発熱素子（１０）と、発熱素子（１０）の一側に設けられ、発熱素子（１０）と熱的に接続された第１のヒートシンク（３０）と、発熱素子（１０）の他側に設けられ、発熱素子（１０）と熱的に接続された第２のヒートシンク（４０）と、発熱素子（１０）、第１のヒートシンク（３０）および第２のヒートシンク（４０）を包み込むように封止する封止樹脂（８０）と、を備える半導体装置において、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）が、封止樹脂（８０）から露出しており、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度が、０．２ｍｍ以下となっていることを特徴としている。
それによれば、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）を、封止樹脂（８０）から露出させるとともに、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を０．２ｍｍ以下とすることにより、発熱素子（１０）の放熱経路における熱抵抗を、極力小さい値に抑えておくことができる。
よって、本発明によれば、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンク（３０、４０）の放熱面（３０ａ、４０ａ）を封止樹脂（８０）から露出させるにあたって放熱性の向上に適した状態を実現することができる。
ここで、好ましくは、請求項２に記載の発明のように、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度が、０．１５ｍｍ以下となっているのがよい。
さらに、好ましくは、請求項３に記載の発明のように、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度が、０．１ｍｍ以下となっているのがよい。
ここで、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３に記載の半導体装置において、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）の外側に、それぞれ冷却器（１１０）が設けられていることを特徴としている。
それによれば、両ヒートシンク（３０、４０）の放熱面（３０ａ、４０ａ）にそれぞれ冷却器（１１０）を設けているから、より放熱性の向上に適した状態を実現することができる。
また、請求項５に記載の発明は、発熱素子（１０）の両側を第１のヒートシンク（３０）、第２のヒートシンク（４０）によって挟み込むとともに、これら両ヒートシンク（３０、４０）と発熱素子（１０）とを熱的に接続した後、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）を露出させた状態で、発熱素子（１０）、第１のヒートシンク（３０）および第２のヒートシンク（４０）を封止樹脂（８０）によって包み込むように封止するようにした半導体装置の製造方法において、次のような点を特徴としたものである。
・封止樹脂（８０）による封止工程では、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）の少なくとも一方を、封止樹脂（８０）に埋没させるようにしたこと。
・続いて、封止樹脂（８０）に埋没しているヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を、その外側から封止樹脂（８０）とともに研削もしくは切削することにより、封止樹脂（８０）から露出させるようにしたこと。本発明の製造方法は、これらの点を特徴としている。
それによれば、封止樹脂（８０）の成形後において、封止樹脂（８０）の回り込みによって埋没したヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を、研削もしくは切削によって容易に露出させることができる。
また、この封止樹脂（８０）に埋没しているヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を研削もしくは切削することで、当該放熱面（３０ａ）の傾きを調整することができるので、両ヒートシンク（３０、４０）の放熱面（３０ａ、４０ａ）の平行度を所望の値に適切に調整することが可能となる。
そのため、本発明の製造方法によれば、上記請求項１に記載の半導体装置を適切に製造することができる。
したがって、本発明によっても、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンク（３０、４０）の放熱面（３０ａ、４０ａ）を封止樹脂（８０）から露出させるにあたって放熱性の向上に適した状態を実現することができる。
ここで、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、研削もしくは切削を行うことにより、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする。
また、好ましくは、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の半導体装置の製造方法においても、前記研削もしくは切削を行うことによって、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１５ｍｍ以下とするのがよい。
さらに、好ましくは、請求項８に記載の発明のように、請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、前記研削もしくは切削を行うことによって、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１ｍｍ以下とするのがよい。
さらに、請求項９に記載の発明では、請求項５〜請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、封止樹脂（８０）による封止工程では、封止樹脂（８０）に埋没するべき放熱面（３０ａ）、および、この封止樹脂（８０）に埋没するべき放熱面（３０ａ）を被覆する部分の封止樹脂（８０）の表面（８０ａ）を、放熱面（３０ａ）を被覆しない部分の封止樹脂（８０）の表面（８０ｂ）よりも段差を有して突出させるようにし、この突出した部分に対して研削もしくは切削を行うようにしたことを特徴としている。
それによれば、上記突出した部分のみを実質的に研削もしくは切削すれば、埋没した放熱面（３０ａ）を露出させることができるため、研削もしくは切削する領域を、極力、小面積化することができる。
また、請求項１０に記載の発明は、発熱素子（１０）の両側を第１のヒートシンク（３０）、第２のヒートシンク（４０）によって挟み込むとともに、これら両ヒートシンク（３０、４０）と発熱素子（１０）とを熱的に接続した後、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）を露出させた状態で、発熱素子（１０）、第１のヒートシンク（３０）および第２のヒートシンク（４０）を封止樹脂（８０）によって包み込むように封止するようにした半導体装置の製造方法において、次のような点を特徴としたものである。
・封止樹脂（８０）による封止工程では、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）の少なくとも一方を、封止樹脂（８０）に埋没させるようにしたこと。
・続いて、封止樹脂（８０）を除去することにより、封止樹脂（８０）に埋没しているヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を露出させた後、この露出した放熱面（３０ａ）を研削もしくは切削するようにしたこと。本発明の製造方法は、これらの点を特徴としている。
上記請求項５に記載の製造方法では、ヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を被覆している封止樹脂（８０）に対して、研削もしくは切削を行うことにより、封止樹脂（８０）を除去しつつ放熱面（３０ａ）の露出、面の傾き調整を行っている。
それに対して、本製造方法では、いったん、ヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を被覆している封止樹脂（８０）を除去した後、放熱面（３０ａ）の研削もしくは切削を行うものである。
それによれば、封止樹脂（８０）の除去後に露出したヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を研削もしくは切削することで、当該放熱面（３０ａ）の傾きを調整することができるので、両ヒートシンク（３０、４０）の放熱面（３０ａ、４０ａ）の平行度を所望の値に適切に調整することが可能となる。
そのため、本発明の製造方法によっても、上記請求項１に記載の半導体装置を適切に製造することができる。
ここで、請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、露出した放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うことによって、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする。
また、好ましくは、請求項１２に記載の発明のように、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法においても、露出した前記放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うことによって、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１５ｍｍ以下とするのがよい。
さらに、好ましくは、請求項１３に記載の発明のように、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、露出した前記放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うことによって、第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１ｍｍ以下とするのがよい。
さらに、請求項１４に記載の発明では、請求項１０〜請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、封止樹脂（８０）による封止工程では、封止樹脂（８０）に埋没するべき放熱面（３０ａ）、および、この封止樹脂（８０）に埋没するべき放熱面（３０ａ）を被覆する部分の封止樹脂（８０）の表面（８０ａ）を、放熱面（３０ａ）を被覆しない部分の封止樹脂（８０）の表面（８０ｂ）よりも段差を有して突出させるようにし、この突出した部分に対して封止樹脂（８０）の除去および露出した放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うようにしたことを特徴としている。
それによれば、上記突出した部分のみに対して、実質的に封止樹脂（８０）の剥離および研削もしくは切削を行うことで、埋没した放熱面（３０ａ）を露出させることができるため、研削もしくは切削する領域を、極力、小面積化することができる。
ここで、請求項１５に記載の発明のように、請求項１０〜請求項１４に記載の半導体装置の製造方法においては、封止樹脂（８０）の除去は、レーザ、水または砥粒を用いた加工によって行うことができる。
この請求項１５に記載の半導体装置の製造方法においては、具体的には、封止樹脂（８０）の除去をレーザを用いた加工によって行うようにした場合、ＣＯ2レーザまたはＹＡＧレーザを用いることができ、水を用いた加工によって行うようにした場合、ウォータージェット加工を用いることができ、砥粒を用いた加工によって行うようにした場合、ショットブラストを用いることができる。
また、請求項１９に記載の発明のように、請求項１０〜請求項１４に記載の半導体装置の製造方法においては、封止樹脂（８０）に埋没するべき放熱面（３０ａ）に離型剤（Ｋ９）を塗布した後に、封止樹脂（８０）による封止工程を行うことによって、当該放熱面（３０ａ）と封止樹脂（８０）との界面を剥離させておき、当該界面が剥離している部位において封止樹脂（８０）をはがすことにより、封止樹脂（８０）の除去を行うようにすることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明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ついては、図中、同一符号を付し、説明の簡略化を図ることとする。
（第１実施形態）
［装置構成等］
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の概略断面構成を示す図である。
発熱素子１０は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のトランジスタやＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等の駆動時に発熱を伴う半導体素子等からなるものである。
発熱素子１０の一側（図１中の上側）には、電極ブロック２０を介して、第１のヒートシンク３０が設けられている。また、発熱素子１０の他側（図１中の下側）には、第２のヒートシンク４０が設けられている。
ここで、発熱素子１０と電極ブロック２０との間、電極ブロック２０と第１のヒートシンク３０との間、および、発熱素子１０と第２のヒートシンク４０との間には、接合部材５０が介在して設けられている。
電極ブロック２０は、熱伝導性に優れた部材からなるもので、たとえば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等からなる。本例では、電極ブロック２０は、発熱素子１０よりもひとまわり小さい銅製板状のものとして構成されている。
第１のヒートシンク３０および第２のヒートシンク４０は、電極ブロック２０と同様に、熱伝導性に優れた部材からなるもので、たとえば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等からなる。本例では、これら両ヒートシンク３０、４０は、発熱素子１０よりもひとまわり大きい銅製板状のものとして構成されている。
接合部材５０は、発熱素子１０と電極ブロック２０との間、電極ブロック２０と第１のヒートシンク３０との間、および、発熱素子１０と第２のヒートシンク４０との間を、熱的、電気的に接合するためのものであり、たとえば、はんだや、金属フィラーを樹脂に分散させてなる導電性接着剤などが採用される。
こうして、本例においては、第１のヒートシンク３０は、接合部材５０および電極ブロック２０を介して発熱素子１０と熱的に接続されており、第２のヒートシンク４０は接合部材５０を介して発熱素子１０と熱的に接続されている。
また、図１においては、発熱素子１０の側方近傍に、銅等の導電性金属材料等からなるリード端子６０が配設されており、発熱素子１０とリード端子６０とは、アルミニウムや金（Ａｕ）等からなるボンディングワイヤ７０介して結線されることにより、発熱素子１０の信号端子等（ＩＧＢＴではゲート端子等）が電気的に接続されている。
そして、図１においては、発熱素子１０、電極ブロック２０、第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０、およびボンディングワイヤ７０、さらにはリード端子６０とボンディングワイヤ７０との接続部が、封止樹脂８０によって包み込むように封止されている。
この封止樹脂８０は、通常の半導体装置のモールドパッケージ等に用いられるモールド樹脂、たとえばエポキシ樹脂等を採用することができる。
ここにおいて、本実施形態では、第１のヒートシンク３０および第２のヒートシンク４０において、発熱素子１０側の面とは反対側の面が、それぞれ放熱面３０ａ、４０ａを構成している。
そして、図１に示されるように、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａが、封止樹脂８０から露出している。
さらに、本実施形態では、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａと第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａとの平行度が、０．２ｍｍ以下となっている。この平行度は、ＪＩＳ（日本工業規格）にて規定されているものである。なお、この平行度は、好ましくは０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下がよい。
［装置の製造方法等］
次に、上記半導体装置１００の製造方法について説明する。本半導体装置１００は、たとえば、次のようにして製造することができる。
まず、第２のヒートシンク４０の上に、接合部材５０を介して発熱素子１０を搭載し、接合する。次に、発熱素子１０の上に、接合部材５０を介して電極ブロック２０を搭載し、接合する。ただし、これらは同時に、行うこともできる。
次に、発熱素子１０の近傍にリード端子６０を配置し、発熱素子１０とリード端子６０との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ７０を形成する。これにより、発熱素子１０の信号端子等（ＩＧＢＴではゲート端子等）とリード端子６０とが、ボンディングワイヤ７０を介して電気的に接続される。
次に、電極ブロック２０の上に、接合部材５０を介して第１のヒートシンク３０を搭載し、接合する。
このようにして、一体化されたワーク、すなわち発熱素子１０、電極ブロック２０、第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０、ボンディングワイヤ７０およびリード端子６０が一体化されたものを、図示しない金型内に設置し、トランスファーモールド法にて樹脂成形を行う。
これにより、上記一体化されたワークが、封止樹脂８０によって包み込まれるように封止される。
ここで、本実施形態では、この封止樹脂８０による封止工程では、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの少なくとも一方を、封止樹脂８０に埋没させるようにする。その様子を図２に示す。
図２では、発熱素子１０の上側に位置する第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａが、封止樹脂８０に埋没している。このような状態とすることは、上記金型の上型と第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａとの間に隙間を設けた状態で、樹脂成形を行うようにすれば容易に実現可能である。
また、ここでは、ワークにおいて発熱素子１０の下側に位置する第２のヒートシンク４０は、上記金型の下型に押しつけられて密着しているため、その放熱面４０ａは封止樹脂８０から露出している。
なお、この図２に示されるワーク状態では、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度は、０．２ｍｍ以下になっていてもよいが、０．２ｍｍより大きくなっていてもよい。図２では、第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａに対して、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａが傾いており、上記平行度は０．２ｍｍよりも大きくなっている。
続いて、樹脂封止されたワークを金型から取り出し、封止樹脂８０に埋没している第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを、その外側から封止樹脂８０とともに研削もしくは切削することにより、封止樹脂８０から露出させる。
具体的には、図２において、図中に示される破線Ｋのレベルまで、当該破線Ｋの上方から封止樹脂８０および第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを、砥石を用いて研削したり、刃具を用いて切削する。
それにより、図２中に示される破線Ｋのレベルにて、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａが、封止樹脂８０から露出する。
ここで、露出する放熱面３０ａは、研削もしくは切削前の面から一部が削られた状態の面であることはいうまでもない。そして、この露出した放熱面３０ａが、上記図１に示される半導体装置１００における第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａとなる。
そして、この研削もしくは切削の工程においては、当該研削もしくは切削を行うことにより、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａと第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａとの平行度が、０．２ｍｍ以下となるように調整する。ここで、好ましくは、当該平行度が０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下となるように調整する。
この研削もしくは切削の終了に伴い、上記図１に示される半導体装置１００ができあがる。
なお、上記図２に示される例では、発熱素子１０の上側に位置する第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａが、封止樹脂８０に埋没しているが、発熱素子１０の下側に位置する第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａを封止樹脂８０に埋没させるようにしてもよい。その場合には、第２のヒートシンク４０に対して、上記同様の研削もしくは切削を行い、放熱面の露出を行うようにすればよい。
また、封止樹脂８０による封止工程では、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａを、ともに、封止樹脂８０に埋没させるようにしてもよい。その場合には、両ヒートシンク３０、４０に対して、上記同様の研削もしくは切削を行い、放熱面の露出を行うようにすればよい。
［特徴点等］
以上述べてきたように、本実施形態によれば、発熱素子１０と、発熱素子１０の一側に設けられ発熱素子１０と熱的に接続された第１のヒートシンク３０と、発熱素子１０の他側に設けられ発熱素子１０と熱的に接続された第２のヒートシンク４０と、発熱素子１０、第１のヒートシンク３０および第２のヒートシンク４０を包み込むように封止する封止樹脂８０とを備える半導体装置において、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａが、封止樹脂８０から露出しており、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａと第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａとの平行度が０．２ｍｍ以下であることを主たる特徴とする半導体装置１００が提供される。
それによれば、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａを、封止樹脂８０から露出させるとともに、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａと第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａとの平行度を０．２ｍｍ以下とすることにより、発熱素子１０の放熱経路における熱抵抗を、極力小さい値に抑えておくことができる。
この発熱素子１０の放熱経路における熱抵抗を極力小さい値に抑制できる効果については、本発明者が実験検討した結果に基づいて確認されたものである。この検討結果の一例について、次に述べておく。
図３は、この検討に用いた本実施形態の半導体装置２００の概略断面構成を示す図である。
この図３に示される半導体装置２００は、上記図１に示される半導体装置１００に対して、さらに第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの外側に、それぞれ、ヒートシンクを冷却するための冷却器としての冷却ブロック１１０を設けたものである。
なお、図３では、半導体装置１００において、発熱素子１０、両ヒートシンク３０、４０、封止樹脂８０のみを示し、他の電極ブロック、ボンディングワイヤ、リード端子等は省略してある。
より具体的に、この図３に示される半導体装置２００は、上記図１に示される半導体装置１００において、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの外側に、電気的絶縁性を有する絶縁部材１２０を介して冷却ブロック（冷却器）１１０を設け、各ヒートシンク３０、４０と冷却ブロック１１０とを熱的に接続したものである。
この冷却ブロック１１０は、内部に冷却水が流れる冷却水流路１１０ａが設けられており、ヒートシンク３０、４０からの熱は、この冷却水流路１１０ａ内の冷却水にて冷却され、熱交換が行われるようになっている。
このように、図３に示される半導体装置２００は、放熱性をさらに高めるようにしたものである。また、絶縁部材１２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性を有する板材を用いたり、これらの板材とともに電気絶縁性を有する伝熱グリス等も用いることができる。
ここで、図３では、この半導体装置２００を台９００の上に搭載し、上側の冷却ブロック１１０から荷重Ｇを印加するようにしている。この荷重Ｇはたとえば０〜１５００ｋｇｆとすることができる。
このような図３に示される半導体装置２００を用いて、次のような条件にて検討を行った。
発熱素子１０は駆動により発熱するが、ここでは、その発熱量は６５Ｗとした。絶縁部材１２０としては、窒化アルミニウムからなる厚さ１ｍｍの板材を用いた。冷却ブロック１１０の冷却水流路１１０ａを流れる冷却水の流量は、６リットル／ｍｉｎ、当該冷却水の水温は４０℃とした。
また、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの面積は、それぞれ３０ｍｍ×１５ｍｍとし、その平面度は約５０μｍとした。そして、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度Ｈ（図３参照、単位：μｍ）は、第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａを基準面とした。
また、熱抵抗は、発熱素子１０から両ヒートシンク３０、４０、絶縁部材１２０を通って、冷却ブロック１１０の冷却水流路１１０ａに至るまでの放熱経路における熱抵抗である。
具体的には、発熱素子１０の温度をＴｃ、冷却水の温度をＴｗ、発熱素子１０の発熱量をＱとすると、熱抵抗は（Ｔｃ−Ｔｗ）／Ｑ（単位：Ｋ／Ｗ（ケルビン／ワット））で表される。
そして、上述した条件にて、荷重Ｇを変えたときの上記平行度Ｈと上記熱抵抗との関係を調べた。その結果が図４に示される。なお、図４では、荷重Ｇが５０ｋｇｆである場合を黒丸プロット、荷重Ｇが３００ｋｇｆである場合を黒四角プロット、荷重Ｇが１０００ｋｇｆである場合を黒三角プロットにて示してある。
図４に示されるように、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度Ｈが０．２ｍｍ以下であるならば、熱抵抗がほぼ一定の値で低いものに抑えられており、平行度Ｈが０．２ｍｍを超えると熱抵抗が上昇する傾向が顕著になることがわかる。
ここで、図４に示されるように、熱抵抗の上昇を抑制するためには、好ましくは平行度Ｈが０．１５ｍｍであることが望ましく、より好ましくは平行度Ｈが０．１ｍｍ以下であることが望ましい。
なお、図４において、荷重Ｇが大きくなると、全体的に熱抵抗が小さくなっているが、これは、荷重Ｇの増加により、半導体装置２００の厚さが薄くなること、すなわち放熱経路の短化が生じること、さらに、放熱経路において各部界面の密着性が高まることなどにより、熱抵抗が小さくなるためであると考えられる。
この図４に示されるような検討結果に基づいて、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａと第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａとの平行度を０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下とすることにより、発熱素子１０の放熱経路における熱抵抗を、極力小さい値に抑えることができることがわかった。
よって、本実施形態によれば、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａを封止樹脂８０から露出させるにあたって放熱性の向上に適した状態を実現することができる。
また、上記図３に示される半導体装置２００によれば、上記図１に示される半導体装置１００において、さらに、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの外側に、それぞれ冷却器としての冷却ブロック１１０が設けられていることを特徴とする半導体装置２００が提供される。
それによれば、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａに、さらに、それぞれ冷却ブロック１００を設けているから、より放熱性の向上に適した状態を実現することができる。
なお、図３に示される半導体装置２００では、上下の冷却ブロック１１０によって、その間の両ヒートシンク３０、４０および発熱素子１０等に対して、荷重Ｇを印加するようにしているが、実際には、上下の冷却ブロック１１０の外側にバネ部材等を設けることにより、この荷重Ｇの印加がなされるようになっている。
また、本実施形態によれば、発熱素子１０の両側を第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０によって挟み込むとともに、これら両ヒートシンク３０、４０と発熱素子１０とを熱的に接続した後、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａを露出させた状態で、発熱素子１０、第１のヒートシンク３０および第２のヒートシンク４０を封止樹脂８０によって包み込むように封止するようにした半導体装置の製造方法において、次のような特徴点を有する製造方法を提供することができる。
・封止樹脂８０による封止工程では、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの少なくとも一方を、封止樹脂８０に埋没させるようにすること。
・続いて、封止樹脂８０に埋没しているヒートシンク３０の放熱面３０ａを、その外側から封止樹脂８０とともに研削もしくは切削することにより、封止樹脂８０から露出させること。
それによれば、封止樹脂８０の成形後において、封止樹脂８０の回り込みによって埋没したヒートシンク３０の放熱面３０ａを、研削もしくは切削によって容易に露出させることができる。
また、この封止樹脂８０に埋没している放熱面３０ａを研削もしくは切削することで、当該放熱面３０ａの傾きを調整することができるので、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度を所望の値に適切に調整することが可能となる。
つまり、このような特徴を有する本実施形態の製造方法によれば、上記した本実施形態の半導体装置１００に製造することができるため、本製造方法によっても、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａを封止樹脂８０から露出させるにあたって放熱性の向上に適した状態を実現することができる。
［変形例］
また、上記図１や図３では、半導体装置１００、２００は、発熱素子１０が１個であったが、もちろん、複数個の発熱素子を有するものであってもよい。そのような半導体装置の例を本実施形態の変形例として、図５に示す。
図５では、第１のヒートシンク３０と第２のヒートシンク４０との間に、２個の発熱素子１０、１１を介在させた例を示している。限定するものではないが、たとえば、これら２個の発熱素子１０、１１としては、一方をＩＧＢＴとし、他方をＦＷＤとすることができる。
また、図５では、一体化されたワーク、すなわち発熱素子１０、電極ブロック２０、第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０が一体化されたものを、金型９１０内に設置し、封止樹脂８０を充填した状態として示してある。
ここでは、上側に位置する第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを封止樹脂８０に埋没させるようにしている。
一方、発熱素子１０の下側に位置する第２のヒートシンク４０を、金型９１０の上型に設けられた押さえ９１１によって下型９１２に押しつけることで密着させている。そのため、第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａには封止樹脂８０が回り込ます、第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａは、封止樹脂８０から露出させることができる。
そして、本変形例においても、封止樹脂８０に埋没している第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを、その外側から封止樹脂８０とともに研削もしくは切削することにより、封止樹脂８０から露出させればよい。
このようにして製造される本変形例の半導体装置では、発熱素子１０、１１が複数個のものとなる。このような複数個の発熱素子をヒートシンクで挟んだ構成の場合、従来では、複数個の発熱素子の間に充填された封止樹脂が、ヒートシンクを膨らませて変形させる場合がある。
すると、ヒートシンクの膨らみによって、両ヒートシンクの放熱面の平行度が悪化し、上述したように、冷却器取り付けの際に冷却器と放熱面との間に隙間が生じるなどの不具合が生じることになる。
その点、本実施形態によれば、このようなヒートシンクの膨らみが発生しても、その後に行われる研削もしくは切削によって、この膨らみ部分を削って平坦にすることができることから、本実施形態における良好な平行度の関係を実現することができ、問題は生じない。
なお、この図５に示される半導体装置では、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを封止樹脂８０に埋没させ、研削または切削により露出させるようにしているが、このものにおいても、第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａを封止樹脂８０に埋没させるか、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａを、ともに、封止樹脂８０に埋没させ、その後研削または切削により、当該放熱面の露出を行うようにしてもよい。
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において樹脂封止後のワークの様子を示す概略断面図である。
本実施形態は、上記実施形態における製造方法の封止樹脂８０による封止工程について、変形したものである。
つまり、図６に示されるように、封止工程では、封止樹脂８０に埋没している第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを被覆している部分の封止樹脂８０の表面８０ａ、および、当該埋没している放熱面３０ａを、封止樹脂８０における放熱面３０ａを被覆していない部分の封止樹脂８０の表面８０ｂよりも段差を有して突出させるように、封止樹脂８０による封止を行う。
言い換えれば、封止工程では、封止樹脂８０に埋没するべき放熱面３０ａ、および、この封止樹脂８０に埋没するべき放熱面３０ａを被覆する部分の封止樹脂８０の表面８０ａを、放熱面３０ａを被覆しない部分の封止樹脂８０の表面８０ｂよりも段差を有して突出させるように樹脂封止を行う。
ここで、封止樹脂８０の表面８０ａ、８０ｂのうち前者の表面８０ａを突出表面８０ａ、後者の表面８０ｂを段差表面８０ｂということにする。
そして、続く研削もしくは切削工程においては、この突出した部分、すなわち、図６における上記突出表面８０ａおよび放熱面３０ａに対して研削もしくは切削を行う。この研削もしくは切削は、図６中の破線Ｋのレベルまで行う。
すなわち、研削もしくは切削は、上記の突出した部分３０ａ、８０ａが除去され、砥石や刃具が段差表面８０ｂに到達する前の段階で終了する。それによって、図６においては、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａが露出する。
このように、本実施形態の製造方法によれば、上記突出した部分のみを実質的に研削もしくは切削すれば、埋没した放熱面３０ａを露出させることができる。そのため、研削もしくは切削する領域を、極力、小面積化することができる。そして、研削もしくは切削に要する時間を短縮できるなどの利点がある。
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置３００の概略断面構成を示す図である。
図７に示されるように、本実施形態では、複数個の半導体ユニット１００’を縦に重ねた配置構成すなわち縦置き構成とし、各半導体ユニット１００’の間に冷却器としての冷却ブロック１１０を介在して設けたものである。
そして、これら多段に積層された複数個の半導体ユニット１００’および冷却ブロック１１０の全体をもって、本実施形態の半導体装置３００が構成されている。
ここで、各半導体ユニット１００’は、上記図１に示した半導体装置１００と同様のもので、発熱素子１０、電極ブロック２０、第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０、およびボンディングワイヤ７０、さらにはリード端子６０とボンディングワイヤ７０との接続部が、封止樹脂８０によって包み込むように封止されている。
それとともに、各半導体ユニット１００’においても、封止樹脂８０から露出している両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度が０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下となっている。
なお、本実施形態においても、この平行度の関係は、上記第１実施形態に示したように、放熱面の埋没、研削もしくは切削という手順で製造を行うことにより、容易に実現することができる。
また、この図７に示される半導体装置３００において、冷却ブロック１１０が各半導体ユニット１００’における両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの外側に設けられている。
そして、この場合も、図示しないが、各放熱面３０ａ、４０ａと冷却ブロック１１０との間には、上記図３に示したような電気的絶縁性を有する絶縁部材１２０が介在されており、それによって、各ヒートシンク３０、４０と冷却ブロック１１０との間は熱的に接続されている。
また、本実施形態では、半導体装置３００における積層方向に荷重を印加することで使用されるが、この荷重の印加は、上記図３の半導体装置２００と同様に、冷却ブロック１１０の外側にバネ部材等を設けることにより、行われるようになっている。
このように、本実施形態においても、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０ａの放熱面４０ａを封止樹脂８０から露出させるとともに、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度を０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下としたことを主たる特徴とする半導体装置３００が提供される。
また、本実施形態においても、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの外側に、それぞれ冷却器としての冷却ブロック１１０が設けられた半導体装置３００が提供される。
そして、このような本実施形態の半導体装置３００によれば、上記第１実施形態にて述べたのと同様の作用効果が得られることは明らかである。
（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置４００の概略断面構成を、示す図である。
図８に示されるように、本実施形態では、複数個の半導体ユニット１００’を平面的に配置した配置構成すなわち横置き構成とし、各半導体ユニット１００’の両側に、一対の冷却器としての冷却ブロック１１０を設けたものである。
そして、これら複数個の半導体ユニット１００’および一対の冷却ブロック１１０の全体をもって、本実施形態の半導体装置４００が構成されている。
ここで、各半導体ユニット１００’は、上記第３実施形態における半導体ユニットと同様のもの、すなわち、上記図１に示した半導体装置１００と同様のものである。
つまり、本実施形態の各半導体ユニット１００’も、発熱素子１０、電極ブロック２０、第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０、およびボンディングワイヤ７０、さらにはリード端子６０とボンディングワイヤ７０との接続部が、封止樹脂８０によって包み込むように封止されるとともに、封止樹脂８０から露出している両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度が０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下となっているものである。
なお、本実施形態においても、この平行度の関係は、上記第１実施形態に示したように、放熱面の埋没、研削もしくは切削という手順で製造を行うことにより、容易に実現することができる。
そして、この半導体装置４００においても、冷却ブロック１１０が各半導体ユニット１００’における両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの外側に設けられているが、各放熱面３０ａ、４０ａと冷却ブロック１１０との間には、絶縁部材１２０が介在されており、各ヒートシンク３０、４０と冷却ブロック１１０との間は熱的に接続されている。
また、本実施形態では、複数個の半導体ユニット１００’に対して、上側と下側とでそれぞれ１個の共通した冷却ブロック１００が設けられた構成となっている。
そして、本実施形態でも、一対の冷却ブロック１１０によって、その間の半導体ユニット１００’に荷重を印加することで使用されるが、この荷重の印加は、上記図３の半導体装置２００と同様に、一対の冷却ブロック１１０の外側にバネ部材等を設けることにより、行われるようになっている。
このように、本実施形態においても、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０ａの放熱面４０ａを封止樹脂８０から露出させるとともに、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度を０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下としたことを主たる特徴とする半導体装置４００が提供される。
また、本実施形態においても、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの外側に、それぞれ冷却器としての冷却ブロック１１０が設けられた半導体装置４００が提供される。
そして、このような本実施形態の半導体装置４００によっても、上記第１実施形態にて述べたのと同様の作用効果が得られることは明らかである。
さらに、本実施形態では、平面的に配置された複数個の半導体ユニット１００’に対して、上側と下側とでそれぞれ１個の共通した冷却ブロック１１０を設けた独自の構成としている。
この場合、複数個の半導体ユニット１００’の高さ寸法が揃っていなければ、各半導体ユニット１００’における各放熱面３０ａ、４０ａと冷却ブロック１１０との接触が部分的に不十分となり、たとえば、比較的高さの低い半導体ユニット１００’においては、放熱面３０ａ、４０ａと冷却ブロック１１０との間に隙間が発生し、放熱性が悪化してしまう可能性がある。
その点に対して、本実施形態では、ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａを研削または切削することにより、上記平行度の調整が可能であるとともに、半導体ユニット１００’の高さ寸法の調整も同時に可能であるため、各半導体ユニット１００’の高さ寸法を容易に揃えることができる。
（第５実施形態）
上記実施形態の製造方法では、封止樹脂８０による封止工程では、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの少なくとも一方を、封止樹脂８０に埋没させるようにし、続いて、封止樹脂８０に埋没しているヒートシンク３０の放熱面３０ａを、その外側から封止樹脂８０とともに研削もしくは切削することにより、封止樹脂８０から露出させるようにしている。つまり、放熱面３０ａと封止樹脂８０とを一括して除去するように研削もしくは切削を行うようにしている。
本発明の第５実施形態では、その研削および切削の具体的な方法を示す。図９（ａ）は、封止樹脂８０と放熱面３０ａの所定厚みを一括して除去する方法を示すもので、図示例では刃具Ｋ１を用いている。また、図９（ｂ）は、たとえば数μｍの厚さずつ段階的に除去する方法を示すもので、図示例では回転する砥石Ｋ２を用いている。
（第６実施形態）
上記実施形態では、ヒートシンク３０の放熱面３０ａを被覆している封止樹脂８０に対して、研削もしくは切削を行うことにより、封止樹脂８０を除去しつつ放熱面３０ａの露出、面の傾き調整を行っていた。
本発明の第６実施形態では、いったん、ヒートシンク３０の放熱面３０ａを被覆している封止樹脂８０を除去した後、放熱面３０ａの研削もしくは切削を行う点が、上記実施形態の製造方法と相違するところである。
図１０は、本実施形態の製造方法の一例を示す図である。本製造方法は、発熱素子１０の両側を第１のヒートシンク３０、第２のヒートシンク４０によって挟み込むとともに、これら両ヒートシンク３０、４０と発熱素子１０とを熱的に接続した後、各放熱面３０ａ、４０ａを露出させた状態で、発熱素子１０、両ヒートシンク３０、４０を封止樹脂８０によって包み込むように封止するようにした半導体装置の製造方法において、次のような点を特徴としたものである。
まず、封止樹脂８０による封止工程では、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａおよび第２のヒートシンク４０の放熱面４０ａの少なくとも一方を、封止樹脂８０に埋没させる。ここでは、第１のヒートシンク３０の放熱面３０ａを埋没させている。
続いて、封止樹脂８０を除去することにより、封止樹脂８０に埋没しているヒートシンク３０の放熱面３０ａを露出させる。ここで、封止樹脂８０の除去は、レーザ、水または砥粒を用いた加工によって行うことができる。
図１０に示される例では、封止樹脂８０の除去をレーザ照射装置Ｋ３から照射されるレーザＫ４を用いた加工によって行うようにしており、この場合、ＣＯ2レーザまたはＹＡＧレーザを用いることができる。
次に、露出したヒートシンク３０の放熱面３０ａを研削もしくは切削する。この研削、切削は、上記実施形態と同様に、砥石を用いて研削したり、刃具を用いて切削するという方法により実行できる。
本実施形態の製造方法によれば、封止樹脂８０の除去後に露出したヒートシンク３０の放熱面３０ａを研削もしくは切削することで、当該放熱面３０ａの傾きを調整することができるので、両ヒートシンク３０、４０の放熱面３０ａ、４０ａの平行度を所望の値に適切に調整することが可能となる。
具体的には、露出した放熱面３０ａへの研削もしくは切削を行うことによって、上記平行度を、０．２ｍｍ以下、好ましくは、０．１５ｍｍ以下、さらに、好ましくは、０．１ｍｍ以下とする。
このように、本製造方法によっても、上記図１に示したような記載の半導体装置を適切に製造することができる。
また、上記図１０ではレーザを用いた封止樹脂８０の除去例を示したが、それ以外にも、封止樹脂８０の除去方法としては、図１１、図１２、図１３に示されるような方法を用いることができる。
図１１に示されるように、封止樹脂８０の除去を水を用いた加工によって行うようにした場合に、ウォータージェット加工を用いることができる。図１１では、ノズルＫ５から水Ｋ６が噴出されている。
また、図１２に示されるように、封止樹脂８０の除去を砥粒を用いた加工によって行うようにした場合、ショットブラストを用いることができる。図１２では、ノズルＫ７から砥粒Ｋ８が噴出されている。
また、図１３に示されるように、封止樹脂８０の除去を離型剤Ｋ９を用いた方法により行うこともできる。この離型剤Ｋ９は油のようなもので、一般の樹脂成形に用いられる離型剤と同様のものを採用することができる。
具体的には、封止樹脂８０に埋没するべき放熱面３０ａに離型剤Ｋ９を塗布した後に、封止樹脂８０による封止工程を行うことによって、当該放熱面３０ａと封止樹脂８０との界面を剥離させておき、当該界面が剥離している部位において封止樹脂８０をはがす。それにより、封止樹脂８０の除去を行うことができる。
なお、本実施形態においても、上述した第２実施形態のように、封止樹脂８０の表面８０ａ、８０ｂに突出表面８０ａおよび段差表面８０ｂを形成する方法を採用することができる。
具体的に、上記図６を参照して述べると、封止工程では、封止樹脂８０に埋没するべき放熱面３０ａ、および、この封止樹脂８０に埋没するべき放熱面３０ａを被覆する部分の封止樹脂８０の表面８０ａを、放熱面３０ａを被覆しない部分の封止樹脂８０の表面８０ｂよりも段差を有して突出させるように、樹脂封止を行う。
次に、この突出した部分に対して封止樹脂８０の除去を行う。すなわち、上記突出表面８０ａの部分において、封止樹脂８０を除去し、放熱面３０ａを露出させる。たとえば離型剤Ｋ９の周囲の封止樹脂８０をレーザなどで除去することで、離型剤Ｋ９上の封止樹脂８０は容易にはがすことができる。次に、露出した放熱面３０ａへの研削もしくは切削を行う。
それによれば、上記突出した部分のみに対して、実質的に封止樹脂８０の剥離および研削もしくは切削を行うことで、埋没した放熱面３０ａを露出させることができるため、研削もしくは切削する領域を、極力、小面積化することができる。
（他の実施形態）
なお、本発明は、両側ヒートシンク構造を有する半導体装置において、第１のヒートシンクの放熱面および第２のヒートシンクの放熱面を封止樹脂から露出させるとともに、第１のヒートシンクの放熱面と第２のヒートシンクの放熱面との平行度を０．２ｍｍ以下としたことを要部としたものであり、他の細部については、適宜設計変更可能である。
本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。 上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法において樹脂封止後のワークの様子を示す概略断面図である。 上記第１実施形態において、両ヒートシンクの放熱面の外側にそれぞれ冷却器を設けた半導体装置の構成を示す概略断面図である。 両ヒートシンクの放熱面の平行度と熱抵抗との関係について調べた結果を示す図である。 上記第１実施形態の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る放研削および切削の具体的な方法を示す図である。 レーザを用いた封止樹脂の除去例を示ず図である。 ウォータージェット加工を用いた封止樹脂の除去例を示す図である。 ショットブラスト加工を用いた封止樹脂の除去例を示す図である。 離型剤を用いた封止樹脂の除去例を示す図である。 両側ヒートシンク構造を有する半導体装置の一般的な断面構成を示す図である。
符号の説明
１０…発熱素子、３０…第１のヒートシンク、
３０ａ…第１のヒートシンクの放熱面、４０…第２のヒートシンク、
４０ａ…第２のヒートシンクの放熱面、８０…封止樹脂、
８０ａ…封止樹脂に埋没している放熱面を被覆している部分の封止樹脂の表面、
８０ｂ…放熱面を被覆していない部分の封止樹脂の表面、
１１０…冷却器としての冷却ブロック。Ｋ９…離型剤。

Claims (19)

  1. 発熱素子（１０）と、
    前記発熱素子（１０）の一側に設けられ、前記発熱素子（１０）と熱的に接続された第１のヒートシンク（３０）と、
    前記発熱素子（１０）の他側に設けられ、前記発熱素子（１０）と熱的に接続された第２のヒートシンク（４０）と、
    前記発熱素子（１０）、前記第１のヒートシンク（３０）、および前記第２のヒートシンク（４０）を包み込むように封止する封止樹脂（８０）と、を備える半導体装置において、
    前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）が、前記封止樹脂（８０）から露出しており、
    前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度が、０．２ｍｍ以下となっていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度が、０．１５ｍｍ以下となっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度が、０．１ｍｍ以下となっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）の外側に、それぞれ冷却器（１１０）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
  5. 発熱素子（１０）の両側を第１のヒートシンク（３０）、第２のヒートシンク（４０）によって挟み込むとともに、これら両ヒートシンク（３０、４０）と前記発熱素子（１０）とを熱的に接続した後、
    前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）を露出させた状態で、前記発熱素子（１０）、前記第１のヒートシンク（３０）および前記第２のヒートシンク（４０）を封止樹脂（８０）によって包み込むように封止するようにした半導体装置の製造方法において、
    前記封止樹脂（８０）による封止工程では、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）の少なくとも一方を、前記封止樹脂（８０）に埋没させるようにし、
    続いて、前記封止樹脂（８０）に埋没している前記ヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を、その外側から前記封止樹脂（８０）とともに研削もしくは切削することにより、前記封止樹脂（８０）から露出させるようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記研削もしくは切削を行うことによって、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記研削もしくは切削を行うことによって、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記研削もしくは切削を行うことによって、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記封止樹脂（８０）による封止工程では、
    前記封止樹脂（８０）に埋没するべき前記放熱面（３０ａ）、および、この封止樹脂（８０）に埋没するべき前記放熱面（３０ａ）を被覆する部分の前記封止樹脂（８０）の表面（８０ａ）を、前記放熱面（３０ａ）を被覆しない部分の前記封止樹脂（８０）の表面（８０ｂ）よりも段差を有して突出させるようにし、
    この突出した部分に対して前記研削もしくは切削を行うようにしたことを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
  10. 発熱素子（１０）の両側を第１のヒートシンク（３０）、第２のヒートシンク（４０）によって挟み込むとともに、これら両ヒートシンク（３０、４０）と前記発熱素子（１０）とを熱的に接続した後、
    前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）を露出させた状態で、前記発熱素子（１０）、前記第１のヒートシンク（３０）および前記第２のヒートシンク（４０）を封止樹脂（８０）によって包み込むように封止するようにした半導体装置の製造方法において、
    前記封止樹脂（８０）による封止工程では、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）および前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）の少なくとも一方を、前記封止樹脂（８０）に埋没させるようにし、
    続いて、前記封止樹脂（８０）を除去することにより、前記封止樹脂（８０）に埋没している前記ヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）を露出させた後、この露出した前記放熱面（３０ａ）を研削もしくは切削するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 前記露出した前記放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うことによって、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．２ｍｍ以下とす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. 前記露出した前記放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うことによって、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記露出した前記放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うことによって、前記第１のヒートシンク（３０）の放熱面（３０ａ）と前記第２のヒートシンク（４０）の放熱面（４０ａ）との平行度を、０．１ｍｍ以下とす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. 前記封止樹脂（８０）による封止工程では、
    前記封止樹脂（８０）に埋没するべき前記放熱面（３０ａ）、および、この封止樹脂（８０）に埋没するべき前記放熱面（３０ａ）を被覆する部分の前記封止樹脂（８０）の表面（８０ａ）を、前記放熱面（３０ａ）を被覆しない部分の前記封止樹脂（８０）の表面（８０ｂ）よりも段差を有して突出させるようにし、
    この突出した部分に対して前記封止樹脂（８０）の除去および前記露出した前記放熱面（３０ａ）への研削もしくは切削を行うようにしたことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記封止樹脂（８０）の除去は、レーザ、水または砥粒を用いた加工によって行うようにしたことを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記封止樹脂（８０）の除去はレーザを用いた加工によって行うようにし、前記レーザとしてＣＯ2レーザまたはＹＡＧレーザを用いることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
  17. 前記封止樹脂（８０）の除去は水を用いた加工によって行うようにし、前記水を用いた加工としてウォータージェット加工を用いることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
  18. 前記封止樹脂（８０）の除去は砥粒を用いた加工によって行うようにし、前記砥粒を用いた加工としてショットブラストを用いることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
  19. 前記封止樹脂（８０）に埋没するべき前記放熱面（３０ａ）に離型剤（Ｋ９）を塗布した後に、前記封止樹脂（８０）による封止工程を行うことによって、当該放熱面（３０ａ）と封止樹脂（８０）との界面を剥離させておき、
    当該界面が剥離している部位において前記封止樹脂（８０）をはがすことにより、前記封止樹脂（８０）の除去を行うようにしたことを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
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