(57)【要約】【課題】  半導体装置の製造コストの低減と製造品質の向上を図る。【解決手段】  半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、封止体の内部で半導体素子にはんだ層を介して接合された導体部材とを備える。導体部材は、はんだ層に接する接合面と、接合面の周縁から延びる側面とを有する。側面の少なくとも一部には、多孔質膜が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止体と、
前記封止体の内部で前記半導体素子にはんだ層を介して接合された導体部材と、
を備え、
前記導体部材は、前記はんだ層に接する接合面と、前記接合面の周縁から延びる側面とを有し、
前記側面の少なくとも一部には、多孔質膜が設けられている、
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、封止体の内部で半導体素子に接合された導体部材とを備える。半導体素子と導体部材との間は、はんだ層を介して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４６９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子と導体部材との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだが半導体素子と導体部材との間から溢れることがある。このとき、余剰なはんだが半導体素子に向けて濡れ広がると、半導体素子において短絡や絶縁不良といった不具合を招くおそれがある。そのことから、従来技術では、はんだの濡れ性を高めるために、導体部材の表面に対して金めっきを施して、余剰なはんだを導体部材へ誘導していた。しかしながら、金めっきは高価であることから、その代替技術が必要とされている。本明細書は、半導体装置の製造コストの抑制と製造品質の向上を同時に図り得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、封止体の内部で半導体素子にはんだ層を介して接合された導体部材とを備える。導体部材は、はんだ層に接する接合面と、接合面の周縁から延びる側面とを有する。側面の少なくとも一部には、多孔質膜が設けられている。
【０００６】
上記した半導体装置では、導体部材の側面に、多孔質膜が設けられている。これにより、半導体素子と導体部材との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだは多孔質膜によって吸収されやすく、余剰なはんだが半導体素子に向けて濡れ広がることが抑制される。加えて、多孔質膜には封止体が食い込むことから、導体部材の側面と封止体との間は強く密着する。これにより、封止体による半導体素子の密封性を高めることもできる。さらに、多孔質膜は、例えばニッケルといった、金よりも安価な材料で構成することができる。そのことから、半導体装置の製造コストを抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例の半導体装置１０の外観を示す平面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】第２導体板１９の突出部２０の側面３２を示す図。
【図４】第２導体板１９の突出部２０の接合面３０を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本技術の一実施形態において、導体部材は、板状部と、板状部の一表面から突出する突出部を有してもよい。そして、前記した接合面及び側面は、突出部に位置してもよい。但し、導体部材の具体的な形状は、特に限定されない。
【０００９】
上記した実施形態において、板状部の一表面には、突出部の周囲に沿って溝が設けられていてもよい。この場合、多孔質膜は、接合面の周縁から溝に亘る範囲に設けられていてもよい。このような構成によると、接合面から溢れた余剰なはんだが、多孔質膜を通じて溝へと案内される。余剰なはんだが溝に収容されることで、はんだの過剰な濡れ広がりを抑制することができる。
【００１０】
本技術の一実施形態において、前記した斜面は、接合面から離れるにつれて外側へ変位するように傾斜していてもよい。即ち、当該側面は、錐台形状であってもよい。このような構成によると、接合面の面積を維持しつつ、側面の面積を大きくすることによって、より多くの余剰なはんだに対応することができる。
【実施例】
【００１１】
図１−図４を参照して、実施例の半導体装置１０を説明する。本実施例の半導体装置１０は、例えば電気自動車の電力制御装置に採用され、コンバータやインバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。なお、本明細書における電気自動車は、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、モータに加えてエンジンを有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等を含む。
【００１２】
図１、図２に示すように、半導体装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２を封止する封止体１４とを備える。封止体１４は、絶縁性の材料で構成されている。特に限定されないが、本実施例における封止体１４は、例えばエポキシ樹脂といった、封止用材料で構成されている。封止体１４は、概して板形状を有しており、上面１４ａ、下面１４ｂ、第１端面１４ｃ、第２端面１４ｄ、第１側面１４ｅ及び第２側面１４ｆを有する。
【００１３】
半導体素子１２は、パワー半導体素子であって、半導体基板１２ａと上面電極１２ｂと下面電極１２ｃとを有する。上面電極１２ｂは、半導体基板１２ａの上面に位置しており、下面電極１２ｃは、半導体基板１２ａの下面に位置している。上面電極１２ｂと下面電極１２ｃは、半導体基板１２ａを介して互いに電気的に接続される。特に限定されないが、本実施例における半導体素子１２は、スイッチング素子であり、上面電極１２ｂと下面電極１２ｃとの間を、選択的に導通及び遮断することができる。半導体基板１２ａの種類については特に限定されない。半導体基板１２ａは、例えばシリコン基板、炭化シリコン基板又は窒化物半導体基板であってもよい。上面電極１２ｂ及び下面電極１２ｃについては、例えばアルミニウム、ニッケル又は金といった、一又は複数種類の金属を用いて構成されることができる。
【００１４】
一例ではあるが、本実施例における半導体素子１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードとが一体化されたＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴである。上面電極１２ｂは、ＩＧＢＴのエミッタ及びダイオードのアノードに接続されており、下面電極１２ｃは、ＩＧＢＴのコレクタ及びダイオードのカソードに接続されている。なお、他の実施形態として、半導体素子１２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であってもよい。この場合、上面電極１２ｂは、ＭＯＳＦＥＴのソースに接続され、下面電極１２ｃは、ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される。
【００１５】
半導体装置１０は、第１導体板１６と第２導体板１９とをさらに備える。第１導体板１６と第２導体板１９は、半導体素子１２を挟んで互いに対向している。第１導体板１６と第２導体板１９は、例えば金属といった導体で構成されている。一例ではあるが、本実施例における第１導体板１６と第２導体板１９は、銅で構成されているとともに、その表面にニッケルめっきが施されている。第１導体板１６と第２導体板１９は、封止体１４によって保持されており、半導体素子１２を挟んで互いに対向している。第１導体板１６の上面１６ａは、封止体１４の内部に位置しており、半導体素子１２の下面電極１２ｃと電気的に接続されている。第１導体板１６の下面１６ｂは、封止体１４の下面１４ｂに露出している。これにより、第１導体板１６は、半導体素子１２と電気的に接続された回路の一部を構成するとともに、半導体素子１２の熱を外部へ放出する放熱板としても機能することができる。第１導体板１６の上面１６ａと、半導体素子１２の下面電極１２ｃとの間は、はんだ付けによって接合されており、第１導体板１６と半導体素子１２との間には、はんだ層１３が形成されている。
【００１６】
第２導体板１９は、板状部１８と突出部２０とを有する。板状部１８は、概して、第１導体板１６と同一又は類似の形状を有する。板状部１８の上面１８ａは、封止体１４の上面１４ａに露出しており、板状部１８の下面１８ｂは、封止体１４の内部で第１導体板１６に対向している。突出部２０は、板状部１８の下面１８ｂから、半導体素子１２に向けて突出している。突出部２０は、半導体素子１２の上面電極１２ｂと電気的に接続されている。詳しくは、突出部２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間が、はんだ付けによって接合されており、それらの間にはんだ層１５が形成されている。また、板状部１８の下面１８ｂには、突出部２０の周縁に沿って、溝２８が形成されている。溝２８は、第２導体板１９と半導体素子１２とのはんだ付けにおいて、余剰なはんだを収容するために設けられている。
【００１７】
半導体装置１０は、第１電力端子２２と、第２電力端子２４と、複数の信号端子２６とを備える。第１電力端子２２及び第２電力端子２４は、封止体１４の第１端面１４ｃから突出している。第１電力端子２２は、封止体１４の内部において第１導体板１６と電気的に接続されており、第２電力端子２４は、封止体１４の内部において第２導体板１９と電気的に接続されている。これにより、第１電力端子２２と第２電力端子２４との間は、半導体素子１２を介して電気的に接続されている。複数の信号端子２６は、封止体１４の第２端面１４ｄから突出している。各々の信号端子２６は、半導体素子１２の信号パッド（図示省略）と電気的に接続されている。
【００１８】
図３、図４に示すように、第２導体板１９の突出部２０は、はんだ層１５に接する接合面３０と、接合面３０の周縁３０ｅから延びる側面３２を有する。突出部２０は錐台形状を有しており、その側面３２は、接合面３０から離れるにつれて外側へ変位するように傾斜している。特に、本実施例の突出部２０は、四角錐台の形状を有しており、突出部２０の側面３２には、四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、四つの角部３４が含まれる。
【００１９】
突出部２０の側面３２には、多孔質膜ＰＦが設けられている。特に限定されないが、本実施例における多孔質膜ＰＦは、側面３２の全体に亘って設けられている。即ち、多孔質膜ＰＦは、四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ及び四つの角部３４の全てに形成されている。また、多孔質膜ＰＦは、接合面３０の周縁３０ｅから溝２８に至る範囲に亘って設けられている。但し、他の実施形態として、多孔質膜ＰＦは、側面３２の少なくとも一部に設けられていればよい。この場合、多孔質膜ＰＦは、例えば、四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの少なくとも一つに設けられていればよい。また、一又は複数の平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの各々において、多孔質膜ＰＦは部分的に設けられていてもよい。
【００２０】
多孔質膜ＰＦは、例えばコールドスプレー法によって形成することができる。即ち、多孔質膜ＰＦを形成する材料の粉末を、当該材料の融点よりも低い温度下で、側面３２へ高速で吹き付けることによって、多孔質膜ＰＦは形成することができる。一例ではあるが、本実施例の多孔質膜ＰＦは、側面３２に設けられためっき層と同じく、ニッケルで構成されている。多孔質膜ＰＦの下地として、同じ材料で構成されためっき層が存在していると、強度に優れた多孔質膜ＰＦを形成することができる。なお、多孔質膜ＰＦは、コールドスプレー法に限られず、例えば焼結といった他の手法で形成されてもよい。
【００２１】
以上の構成により、半導体装置１０を製造するときは、第２導体板１９の突出部２０と半導体素子１２との間をはんだ付けする必要がある。このはんだ付けでは、余剰なはんだが半導体素子１２と突出部２０との間から溢れることがある。この場合、仮に余剰なはんだが半導体素子１２に向けて濡れ広がると、半導体素子１２において短絡や絶縁不良を招くおそれがある。これに対して、余剰なはんだが突出部２０の側面３２に沿って濡れ広がれば、半導体素子１２における短絡や絶縁不良を避けることができる。そのことから、従来技術では、はんだの濡れ性を高めるために、突出部２０の側面３２に対して高価な金めっきを施すことが行われていた。
【００２２】
これに対して、本実施例の半導体装置１０では、突出部２０の側面３２に、多孔質膜ＰＦが設けられている。多孔質膜ＰＦは、その構造上、溶融したはんだを毛細管現象によって吸収することができる。従って、余剰なはんだは、多孔質膜ＰＦによって吸収されやすく、半導体素子１２に向けて濡れ広がることが抑制される。多孔質膜ＰＦは、例えばニッケルといった、金よりも安価な材料で構成することができる。そのことから、半導体装置１０の製造コストを抑制しながら、製造品質の向上を図ることができる。
【００２３】
特に限定されないが、本実施例における多孔質膜ＰＦは、接合面３０から溝２８まで広がっている。これにより、接合面３０から溢れたはんだは、側面３２の多孔質膜ＰＦを通じて溝２８へとスムーズに案内される。余剰なはんだが溝２８に収容されることで、板状部１８の下面１８ｂにおいても、はんだの過剰な濡れ広がりを抑制することができる。加えて、多孔質膜ＰＦに封止体１４が食い込むことによって、突出部２０の側面３２と封止体１４との間が強く密着する。これにより、封止体１４による半導体素子１２の密封性を高めることもできる。
【００２４】
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０：半導体装置
１２：半導体素子
１４：封止体
１６：第１導体板
１８：第２導体板の板状部
１９：第２導体板
２０：第２導体板の突出部
２２：第１電力端子
２４：第２電力端子
２６：信号端子
２８：溝
３０：突出部の接合面
３２：突出部の側面
ＰＦ：多孔質膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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