(57)【要約】【課題】  半導体装置の耐久性を向上する。【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。側面には、非粗化エリアと、非粗化エリアよりも表面粗さの大きい粗化エリアとが設けられている。そして、非粗化エリアは接合面の周縁に隣接している。【選択図】図３
2020188159.tif 000002
【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、
前記側面には、非粗化エリアと、前記非粗化エリアよりも表面粗さの大きい粗化エリアとが設けられており、
前記非粗化エリアは、前記接合面の前記周縁に隣接している、
半導体装置。
【請求項２】
前記粗化エリアは、前記接合面の前記周縁から離れて位置する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導体部材は、板状部と、前記板状部の一表面から突出する突出部を有し、
前記接合面及び前記側面は、前記突出部に位置する、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記板状部の前記一表面には、前記突出部の周囲に沿って溝が設けられており、
前記非粗化エリアは、前記接合面の前記周縁から前記溝まで延びている、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記側面は、前記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る、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記側面は、前記接合面の前記周縁に沿って並ぶ複数の平面と、各々が前記複数の平面のうちの隣接する二つの間に位置する複数の角部とを有し、
前記粗化エリアは、前記複数の平面の少なくとも二つに設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記粗化エリアは、前記複数の平面の各々に設けられている、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記複数の平面の少なくとも一つには、二以上の前記粗化エリアが設けられている、請求項６又は７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記粗化エリアは、前記角部から離れた範囲に位置する、請求項６から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記粗化エリアは、前記角部を含む範囲に位置する、請求項６から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【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、余剰なはんだは、導体部材に沿って濡れ広がることが好ましい。しかしながら、導体部材の表面がはんだによって広く覆われてしまうと、導体部材と封止体との間の密着性が低下することによって、例えば半導体装置の耐久性が低下するおそれがる。本明細書は、このような事象を抑制して、半導体装置の耐久性を向上し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。側面には、非粗化エリアと、非粗化エリアよりも表面粗さの大きい粗化エリアとが設けられている。そして、非粗化エリアは接合面の周縁に隣接している。
【０００６】
上記した半導体装置では、導体部材の側面に、粗化エリアと非粗化エリアとが設けられている。粗化エリアは、表面粗さが大きいので、はんだの濡れ性が低い。従って、半導体素子と導体部材との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだは主に非粗化エリアに沿って濡れ広がる一方で、粗化エリアに濡れ広がることは抑制される。これにより、導体部材の表面が、はんだによって広く覆われることが回避され、半導体装置の耐久性は向上する。加えて、はんだに覆われない粗化エリアは、表面粗さが大きいので、封止体と強く密着することができる。導体部材と封止体との間の密着性が改善されることで、半導体装置の耐久性はさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１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】導体スペーサ２０の側面３２を示す図。
【図４】導体スペーサ２０の接合面３０を示す図。
【図５】実施例２の半導体装置１１０の外観を示す平面図。
【図６】図５中のＶＩ−ＶＩ線における断面図。
【図７】実施例２の第２導体板１１９の突出部１２０の側面１３２を示す図。
【図８】実施例２の第２導体板１１９の突出部１２０の接合面１３０を示す図。
【図９】実施例３の半導体装置２１０の外観を示す平面図。
【図１０】図９中のＸ−Ｘ線における断面図。
【図１１】実施例３の第２導体板２１９の突出部２２０の側面２３２を示す図。
【図１２】実施例３の第２導体板２１９の突出部２２０の接合面２３０を示す図。
【図１３】実施例３の半導体装置２１０に関する一変形例を示す。
【図１４】実施例３の半導体装置２１０に関する一変形例を示す。
【図１５】実施例３の半導体装置２１０に関する一変形例を示す。
【図１６】実施例３の半導体装置２１０に関する一変形例を示す。
【図１７】実施例３の半導体装置２１０に関する一変形例を示す。
【図１８】実施例３の半導体装置２１０に関して、レーザ照射によって粗化エリアＸを形成する様子を示す。
【図１９】実施例１の半導体装置１０に関する一変形例を示す。
【図２０】実施例３の半導体装置２１０に関する一変形例であって、第１導体板１６及び第２導体板２１９に積層基板を採用したものを示す。
【図２１】参考例１の半導体装置３１０の外観を示す平面図。
【図２２】図２１中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線における断面図。
【図２３】参考例１の第２導体板３１９の突出部３２０の側面３３２を示す図。
【図２４】参考例１の第２導体板３１９の突出部３２０の接合面３３０を示す図。
【図２５】参考例２の半導体装置４１０の外観を示す平面図。
【図２６】図２５中のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線における断面図。
【図２７】参考例２の第２導体板４１９の突出部４２０の側面４３２を示す図。
【図２８】参考例２の第２導体板４１９の突出部４２０の接合面４３０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、非粗化エリアは、接合面の周縁に隣接していてもよい。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を、側面の非粗化エリアへスムーズに濡れ広げさせることができる。
【０００９】
本技術の一実施形態において、粗化エリアは、接合面の周縁から離れて位置してもよい。このような構成によると、余剰なはんだの濡れ広がりが、粗化エリアによって過剰に制限されることを避けることができる。
【００１０】
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。
【００１１】
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、非粗化エリアは、接合面の周縁から溝まで延びていてもよい。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、側面の非粗化エリア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。
【００１２】
本技術の一実施形態において、前記した側面は、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。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。
【００１３】
本技術の一実施形態において、前記した側面は、接合面の周縁に沿って並ぶ複数の平面と、各々が複数の平面のうちの隣接する二つの間に位置する角部とを有してもよい。この場合、粗化エリアは、複数の平面の少なくとも二つに設けられていてもよい。言い換えると、複数の平面の少なくとも一つは、粗化エリアを有さなくてもよい。あるいは、粗化エリアは、複数の平面の各々に設けられていてもよい。また、複数の平面の少なくとも一つには、二以上の粗化エリアが設けられていてもよい。
【００１４】
上記した実施形態において、粗化エリアは、角部から離れた範囲に位置してもよい。この場合、余剰なはんだは、側面の角部に沿って濡れ広がる。側面の角部付近では、熱変形に起因する応力が比較的に小さいことから、その範囲に余剰なはんだを受け入れることで、はんだが受けるダメージ（疲労）を小さくすることができる。ただし、他の実施形態として、粗化エリアは、角部を含む範囲に位置してもよい。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）図１−図４を参照して、実施例１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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
半導体装置１０は、第１導体板１６と第２導体板１８とをさらに備える。第１導体板１６と第２導体板１８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１８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１８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１８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。
【００２０】
同様に、第２導体板１８の下面１８ｂは、封止体１４の内部に位置しており、半導体素子１２の上面電極１２ｂと電気的に接続されている。但し、第２導体板１８の下面１８ｂと、半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間には、導体スペーサ２０が介挿されている。導体スペーサ２０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、本実施例における導体スペーサ２０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２導体板１８の上面１８ａは、封止体１４の上面１４ａに露出している。これにより、第２導体板１８についても、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。導体スペーサ２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間は、はんだ付けによって接合されており、導体スペーサ２０と半導体素子１２との間にはんだ層１５が形成されている。また、第２導体板１８の下面１８ｂと導体スペーサ２０との間も、はんだ付けによって接合されており、第２導体板１８と導体スペーサ２０との間にはんだ層１７が形成されている。また、第２導体板１８の下面１８ｂには、はんだ層１７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１８と導体スペーサ２０とのはんだ付けや、導体スペーサ２０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。
【００２１】
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１８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。
【００２２】
図３、図４に示すように、導体スペーサ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。導体スペーサ２０の側面３２には、粗化エリアＸと、非粗化エリアＹが設けられている。粗化エリアＸでは、封止体１４を構成する材料との密着性を向上させるために、導体スペーサ２０の表面が粗化されている。従って、粗化エリアＸの表面粗さは、非粗化エリアＹの表面粗さよりも大きい。特に限定されないが、粗化エリアＸは、レーザ照射によって形成されている。即ち、導体スペーサ２０の側面３２にレーザを照射して、側面３２を構成する金属（ここではニッケル）を微小に気化及び堆積させている。一例ではあるが、本実施例の導体スペーサ２０は板形状を有しており、導体スペーサ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。四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、接合面３０の周縁３０ｅに沿って並んでいる。各々の角部３４は、四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄのうちの隣接する二つの間に位置している。粗化エリアＸは、四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの各々に設けられている。各々の粗化エリアＸは、角部３４から離れて位置しており、角部３４を含む範囲は非粗化エリアＹとなっている。なお、粗化エリアＸを形成する方法（即ち、粗化の方法）は、レーザの照射に限定されず、例えば溝やディンプルを形成するといった、他の態様で行われてもよい。
【００２３】
上記した構成により、半導体装置１０を製造するときは、半導体素子１２と導体スペーサ２０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と導体スペーサ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、余剰なはんだが導体スペーサ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。しかしながら、導体スペーサ２０の側面３２がはんだによって広く覆われてしまうと、導体スペーサ２０と封止体１４との間の密着性が低下するおそれがある。この点に関して、本実施例の半導体装置１０では、導体スペーサ２０の側面３２に、粗化エリアＸと非粗化エリアＹとが設けられている。粗化エリアＸは、表面粗さが大きいので、はんだの濡れ性が低い。従って、半導体素子１２と導体スペーサ２０との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだは主に非粗化エリアＹに沿って濡れ広がり、粗化エリアＸに濡れ広がることは抑制される。これにより、導体スペーサ２０の側面３２が、はんだによって広く覆われることが回避される。加えて、はんだに覆われない粗化エリアＸは、表面粗さが大きいので、封止体１４と強く密着することができる。導体スペーサ２０と封止体１４との間の密着性が改善されることで、半導体装置１０の耐久性は有意に向上する。
【００２４】
本実施例の半導体装置１０では、非粗化エリアＹが、接合面３０の周縁３０ｅに隣接して設けられている。このような構成によると、接合面３０から溢れた余剰なはんだは、側面３２の非粗化エリアＹへスムーズに濡れ広がることができる。これにより、余剰なはんだが、半導体素子１２に向けて濡れ広がることを効果的に抑制することができる。加えて、粗化エリアＸは、接合面３０の周縁３０ｅから離れて位置している。このような構成によると、余剰なはんだの濡れ広がりが、粗化エリアＸによって過剰に制限されることを避けることができる。
【００２５】
本実施例の半導体装置１０では、非粗化エリアＹが、導体スペーサ２０の一方に位置するはんだ層１５から、導体スペーサ２０の他方に位置するはんだ層１７まで延びている。このような構成によると、二つのはんだ層１５、１７を、導体スペーサ２０の非粗化エリアＹを通じて繋げることができ、二つのはんだ層１５、１７の間ではんだの過不足を補完させる。これにより、例えば各々のはんだ層１５、１７の厚みを、比較的に小さく設計することができる。
【００２６】
（実施例２）図５−図８を参照して、実施例２の半導体装置１１０について説明する。本実施例の半導体装置１１０は、導体スペーサ２０を有していないとともに、第２導体板１１９の形状が変更されており、これらの点において実施例１の半導体装置１０と相違する。その一方で、本実施例の半導体装置１１０の他の構成については、実施例１の半導体装置１０と共通している。図５−図８では，実施例１の半導体装置１０と共通する構成に、実施例１の半導体装置１０と同一の符号が付されており、それらについての重複する説明は省略する。
【００２７】
本実施例における第２導体板１１９は、板状部１１８と突出部１２０を有する。板状部１１８は、概して、実施例１における第２導体板１８と同一又は類似の形状を有する。板状部１１８の上面１１８ａは、封止体１４の上面１４ａに露出しており、板状部１１８の下面１１８ｂ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１２０は、板状部１１８の下面１１８ｂから、半導体素子１２に向けて突出している。突出部１２０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。突出部１２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間は、はんだ付けによって接合されており、突出部１２０と半導体素子１２との間にはんだ層１５が形成されている。なお、本実施例における第２導体板１１９についても、特に限定されないが、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。
【００２８】
第２導体板１１９の突出部１２０は、はんだ層１５に接する接合面１３０と、接合面１３０の周縁１３０ｅから延びる側面１３２を有する。突出部１２０の側面１３２には、粗化エリアＸと、非粗化エリアＹが設けられている。粗化エリアＸの表面粗さは、非粗化エリアＹの表面粗さよりも大きい。本実施例においても、粗化エリアＸは、レーザ照射によって形成されている。一例ではあるが、本実施例の突出部１２０は板形状を有しており、突出部１２０の側面１３２には、四つの平面１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄと、四つの角部１３４が含まれる。この点については、実施例１における導体スペーサ２０と共通している。粗化エリアＸは、四つの平面１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄの各々に設けられている。各々の粗化エリアＸは、角部１３４から離れて位置しており、角部１３４を含む範囲は非粗化エリアＹとなっている。
【００２９】
板状部１１８の下面１１８ｂには、溝１２８が設けられている。溝１２８は、突出部１２０の周囲に沿って環状に延びている。溝１２８は、第２導体板１１９の突出部１２０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。即ち、突出部１２０と半導体素子１２との間から溢れた余剰なはんだは、突出部１２０の側面１３２を伝って溝１２８まで移動し、溝１２８において収容される。
【００３０】
本実施例の半導体装置１１０では、接合面１３０を有する突出部１２０の側面１３２に、粗化エリアＸと非粗化エリアＹとが設けられている。粗化エリアＸは、表面粗さが大きいので、はんだの濡れ性が低い。従って、半導体素子１２と突出部１２０との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだは主に非粗化エリアＹに沿って濡れ広がり、粗化エリアＸに濡れ広がることは抑制される。これにより、突出部１２０の側面１３２が、はんだによって広く覆われることが回避される。加えて、はんだに覆われない粗化エリアＸは、表面粗さが大きいので、封止体１４と強く密着することができる。突出部１２０と封止体１４との間の密着性が改善されることで、半導体装置１０の耐久性は有意に向上する。
【００３１】
本実施例の半導体装置１１０においても、非粗化エリアＹが、接合面１３０の周縁１３０ｅに隣接して設けられている。このような構成によると、接合面１３０から溢れた余剰なはんだは、側面１３２の非粗化エリアＹへスムーズに濡れ広がることができる。これにより、余剰なはんだが、半導体素子１２に向けて濡れ広がることを効果的に抑制することができる。加えて、粗化エリアＸは、接合面１３０の周縁１３０ｅから離れて位置している。このような構成によると、余剰なはんだの濡れ広がりが、粗化エリアＸによって過剰に制限されることを避けることができる。
【００３２】
特に、本実施例の半導体装置１１０では、非粗化エリアＹが、接合面１３０の周縁１３０ｅから溝１２８まで延びている。このような構成によると、接合面１３０から溢れた余剰なはんだが、側面１３２の非粗化エリアＹを通じて溝１２８へとスムーズに案内される。余剰なはんだが溝１２８に収容されることで、板状部１１８の下面１１８ｂ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。
【００３３】
（実施例３）図９−図１２を参照して、実施例３の半導体装置２１０について説明する。本実施例の半導体装２１０は、実施例２の半導体装置１１０と比較して、第２導体板２１９の形状が変更されている。一方で、本実施例の半導体装置２１０の他の構成については、実施例２の半導体装置１１０と共通している。図９−図１２では，実施例２の半導体装置１１０と共通する構成に、実施例２の半導体装置１１０と同一の符号が付されており、それらについての重複する説明は省略する。
【００３４】
本実施例における第２導体板２１９は、板状部２１８と突出部２２０を有する。板状部２１８は、概して、実施例２における第２導体板１１９の板状部１１８と同一又は類似の形状を有する。板状部２１８の下面２１８ｂには、実施例２と同様に、突出部２２０に沿って溝２２８が形成されている。突出部２２０は、半導体素子１２の上面電極と１２ｂと電気的に接続されている。突出部２２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間は、はんだ付けによって接合されており、突出部２２０と半導体素子１２との間にはんだ層１５が形成されている。なお、本実施例における第２導体板２１９についても、特に限定されないが、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。
【００３５】
第２導体板２１９の突出部２２０は、はんだ層１５に接する接合面２３０と、接合面２３０の周縁２３０ｅから延びる側面２３２を有する。ここで、本実施例における突出部２２０は錐台形状を有しており、その側面２３２は、接合面２３０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。このような構成によると、接合面２３０の面積を維持しつつ、側面２３２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。
【００３６】
突出部２２０の側面２３２には、粗化エリアＸと、非粗化エリアＹが設けられている。粗化エリアＸの表面粗さは、非粗化エリアＹの表面粗さよりも大きい。一例ではあるが、本実施例の突出部２２０は、四角錐台の形状を有しており、突出部２２０の側面２３２には、四つの平面２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄと、四つの角部２３４が含まれる。粗化エリアＸは、四つの平面２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの各々に設けられている。各々の粗化エリアＸは、角部２３４から離れて位置しており、角部２３４を含む範囲は非粗化エリアＹとなっている。
【００３７】
本実施例の半導体装置２１０においても、接合面２３０を有する突出部２２０の側面２３２に、粗化エリアＸと非粗化エリアＹとが設けられている。粗化エリアＸは、表面粗さが大きいので、はんだの濡れ性が低い。従って、半導体素子１２と突出部２２０との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだは主に非粗化エリアＹに沿って濡れ広がり、粗化エリアＸに濡れ広がることは抑制される。これにより、突出部２２０の側面２３２が、はんだによって広く覆われることが回避される。加えて、はんだに覆われない粗化エリアＸは、表面粗さが大きいので、封止体１４と強く密着することができる。突出部２２０と封止体１４との間の密着性が改善されることで、半導体装置１０の耐久性は有意に向上する。
【００３８】
本実施例の半導体装置２１０においても、非粗化エリアＹが、接合面２３０の周縁２３０ｅに隣接して設けられている。このような構成によると、接合面２３０から溢れた余剰なはんだは、側面２３２の非粗化エリアＹへスムーズに濡れ広がることができる。これにより、余剰なはんだが、半導体素子１２に向けて濡れ広がることを効果的に抑制することができる。加えて、粗化エリアＸは、接合面２３０の周縁２３０ｅから離れて位置している。このような構成によると、余剰なはんだの濡れ広がりが、粗化エリアＸによって過剰に制限されることを避けることができる。加えて、非粗化エリアＹは、接合面２３０の周縁２３０ｅから溝２２８まで延びている。このような構成によると、接合面２３０から溢れた余剰なはんだが、側面２３２の非粗化エリアＹを通じて溝２２８へとスムーズに案内される。余剰なはんだが溝２２８に収容されることで、板状部２１８の下面２１８ｂ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。
【００３９】
上述した各実施例の半導体装置１０、１１０、２１０において、粗化エリアＸの形状、位置及び大きさは、自由に変更することができる。代表例として、図１３−図１７に、実施例３の半導体装置２１０に関する変形例を示す。図１３に示す例では、各々の粗化エリアＸが、側面２３２の角部２３４を含む範囲に設けられており、互いに隣接する二つの平面２３２ａ−２３２ｄに亘って延びている。なお、本例においても、非粗化エリアＹは、各平面２３２ａ−２３２ｄの中央付近において、接合面２３０の周縁２３０ｅから溝２２８まで延びている。
【００４０】
図１４に示す例では、側面２３２の四つの平面２３２ａ−２３２ｄのうち、信号端子２６に近接する一平面２３２ｃには、粗化エリアＸが設けられていない。信号端子２６に近接する一平面２３２ｃは、半導体素子１２の信号パッド（図示省略）にも隣接している。このような平面２３２ｃについては、粗化エリアＸを設けないことによって（あるいは、粗化エリアＸの占有率を低下させることによって）、余剰なはんだを第２導体板２１９側へ積極的に誘導するとよい。これにより、余剰なはんだが、半導体素子１２に向けて濡れ広がることが効果的に抑制され、例えば信号パッド間の短絡といった不具合を回避することができる。
【００４１】
図１５に示す例では、側面２３２の四つの平面２３２ａ−２３２ｄのうち、互いに反対側に位置する二つの平面２３２ｂ、２３２ｄに、粗化エリアＸがそれぞれ設けられている。図１６に示す例でも、側面２３２の四つの平面２３２ａ−２３２ｄのうち、互いに反対側に位置する他の二つの平面２３２ａ、２３２ｃに粗化エリアＸがそれぞれ設けられている。このように、側面２３２が複数の平面２３２ａ−２３２ｄを有する場合、複数の平面２３２ａ−２３２ｄの少なくとも一つに、粗化エリアＸが設けられていればよい。
【００４２】
図１７に示す例では、側面２３２の四つの平面２３２ａ−２３２ｄの各々に、複数の粗化エリアＸが設けられている。このように、側面２３２が複数の平面２３２ａ−２３２ｄを有する場合、複数の平面２３２ａ−２３２ｄの少なくとも一つに、複数の粗化エリアＸが設けられてもよい。なお、図１７に示す例では、複数の粗化エリアＸが、接合面２３０の周縁２３０ｅに沿って配列されている。そして、隣接する任意の二つの粗化エリアＸの間では、非粗化エリアＹが接合面２３０の周縁２３０ｅから溝２２８まで延びている。以上、実施例３の半導体装置２１０に関していくつかの変形例を説明したが、図１３−図１７に示した構成は、他の実施例の半導体装置１０、１１０にも同様に採用することができる。
【００４３】
前述したように、各実施例の半導体装置１０、１１０、２１０では、粗化エリアＸがレーザ照射によって形成されている。この点に関しては、実施例３の半導体装置２１０のように、粗化エリアＸを形成すべき側面２３２が傾斜していると有利である。即ち、図１８に示すように、側面２３２が傾斜していると、向きの異なる全ての平面２３２ａ−２３２ｄに対して、同一方向からレーザＬを照射することができる。このとき、板状部２１８の下面２１８ｃｂに対しても、同一方向からレーザＬを照射することによって、粗化エリアＸを設けてもよい。但し、粗化エリアＸを形成する手段については、レーザ照射に限定されず、公知な他の手法を適宜採用することができる。例えば、側面２３２を機械的又は化学的に加工してもよいし、側面２３２上に被膜を形成することによって、表面粗さを大きくしてもよい。
【００４４】
上述した各実施例の半導体装置１０、１１０、２１０において、はんだ層１３、１５、１７の厚みを調整するために、はんだ層１３、１５、１７内に粒体を含有させてもよい。この場合、粒体は、例えばニッケルといった、はんだよりも融点の高い金属又はその他の導体で構成することができる。図１９に代表例を示す。図１９に示す例では、実施例１の半導体装置１０において、半導体素子１２と導体スペーサ２０との間のはんだ層１５に、ニッケルで構成された複数の粒体４０が含有されている。このような構成は、他の実施例の半導体装置１１０、２１０にも、必要に応じて適宜採用することができる。
【００４５】
上述した各実施例の半導体装置１０、１１０、２１０において、第１導体板１６と第２導体板１８、１１９、２１９の一方又は両方は、絶縁基板（例えばセラミック基板）に導体板が接合された積層基板であってもよい。この場合、積層基板は、例えばＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板、ＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）又はＡＭＣ（Active Metal brazed Copper）基板であってよい。図２０に代表例を示す。図２０に示す例では、実施例３の半導体装置２１０において、第１導体板１６及び第２導体板２１９に、セラミック基板２４２を有する積層基板が採用されている。このような構成によると、第１導体板１６及び第２導体板２１９の熱変形が抑制され、半導体装置１０の内部に生じる応力が低減されることで、例えば半導体装置１０の耐久性が向上する。
【００４６】
（参考例１）図２１−図２４を参照して、参考例１の半導体装置３１０を説明する。本参考例の半導体装置３１０は、実施例３の半導体装置２１０と比較して、第２導体板３１９の突出部３２０の側面３３２の構成が変更されている。詳しくは、本参考例の半導体装置３１０では、粗化エリアＸ及び非粗化エリアＹに代えて、突出部３２０の側面３３２に多孔質膜ＰＦが形成されている。一方で、本参考例の半導体装置３１０の他の構成については、実施例３の半導体装置２１０と共通している。図２１−図２４では，実施例３の半導体装置２１０と共通する構成に、実施例３の半導体装置２１０と同一の符号が付されており、それらについての重複する説明は省略する。
【００４７】
図３、図４に示すように、第２導体板３１９は、板状部３１８と突出部３２０を有する。第２導体板３１９は、概して、実施例３における第２導体板２１９の板状部１１８と同一又は類似の形状を有する。板状部３１８の下面３１８ｂには、突出部３２０に沿って溝３２８が形成されている。突出部３２０は、半導体素子１２の上面電極と１２ｂと電気的に接続されている。突出部３２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間は、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。なお、本参考例における第２導体板３１９についても、特に限定されないが、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。
【００４８】
第２導体板３１９の突出部３２０は、はんだ層１５に接する接合面３３０と、接合面３３０の周縁３３０ｅから延びる側面３３２を有する。突出部３２０は錐台形状を有しており、その側面３３２は、接合面３３０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、本参考例の突出部３２０は、四角錐台の形状を有しており、突出部３２０の側面３３２には、四つの平面３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄと、四つの角部３３４が含まれる。なお、突出部３２０の形状については特に限定されず、様々に変更することができる。
【００４９】
側面３３２には、多孔質膜ＰＦが設けられている。特に限定されないが、本参考例における多孔質膜ＰＦは、側面３３２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３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄ及び四つの角部３３４の全てに形成されている。また、多孔質膜ＰＦは、接合面３３０の周縁３３０ｅから溝３２８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３３２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３３２ａ−３３２ｄ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−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。
【００５０】
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３３２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、本参考例の多孔質膜ＰＦは、側面３３２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。
【００５１】
以上のように、本参考例の半導体装置３１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２を封止する封止体１４と、封止体１４の内部で半導体素子１２にはんだ層を介して接合された第２導体板３１９（導体部材の一例）とを備える。第２導体板３１９は、はんだ層１５に接する接合面３３０と、接合面３３０の周縁３３０ｅから延びる側面３３２とを有する。そして、側面３３２の少なくとも一部には、多孔質膜ＰＦが設けられている。
【００５２】
上記した構成により、半導体装置３１０を製造するときは、第２導体板３１９の突出部３２０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３２０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３２０の側面３３２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３２０の側面３３２に対して高価な金めっきを施すことが行われていた。
【００５３】
これに対して、本参考例の半導体装置３１０では、突出部３２０の側面３３２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３１０の製造コストを抑制しながら、耐久性の向上を図ることができる。
【００５４】
特に限定されないが、本参考例における多孔質膜ＰＦは、接合面３３０から溝３２８まで広がっている。これにより、接合面３３０から溢れたはんだは、側面３３２の多孔質膜ＰＦを通じて溝３２８へとスムーズに案内される。余剰なはんだが溝３２８に収容されることで、板状部３１８の下面３１８ｂ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３２０の側面３３２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。
【００５５】
（参考例２）図２５−図２８を参照して、参考例２の半導体装置４１０を説明する。本参考例の半導体装置４１０は、実施例３の半導体装置２１０と比較して、第２導体板４１９の突出部４２０の側面４３２の構成が変更されている。詳しくは、本参考例の半導体装置４１０では、粗化エリアＸ及び非粗化エリアＹに代えて、突出部４２０の側面４３２に複数の誘導溝ＧＧが形成されている。一方で、本参考例の半導体装置４１０の他の構成については、実施例３の半導体装置２１０と共通している。図２５−図２８では，実施例３の半導体装置２１０と共通する構成に、実施例３の半導体装置２１０と同一の符号が付されており、それらについての重複する説明は省略する。
【００５６】
図２７、図２８に示すように、第２導体板４１９は、板状部４１８と突出部４２０を有する。第２導体板４１９は、概して、実施例３における第２導体板２１９の板状部１１８と同一又は類似の形状を有する。板状部４１８の下面４１８ｂには、突出部４２０に沿って溝４２８が形成されている。以下では、誘導溝ＧＧと区別するために、この溝４２８を外周溝４２８と称する。突出部４２０は、半導体素子１２の上面電極と１２ｂと電気的に接続されている。突出部４２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間は、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。なお、本参考例における第２導体板４１９についても、特に限定されないが、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。
【００５７】
第２導体板４１９の突出部４２０は、はんだ層１５に接する接合面４３０と、接合面４３０の周縁４３０ｅから延びる側面４３２を有する。突出部４２０は錐台形状を有しており、その側面４３２は、接合面４３０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、本参考例の突出部４２０は、四角錐台の形状を有しており、突出部４２０の側面４３２には、四つの平面４３２ａ、４３２ｂ、４３２ｃ、４３２ｄと、四つの角部４３４が含まれる。なお、突出部４２０の形状については特に限定されず。様々に変更することができる。
【００５８】
突出部４２０の側面４３２には、複数の誘導溝ＧＧが設けられている。特に限定されないが、本参考例では、四つ誘導溝ＧＧが、四つの角部４３４にそれぞれ設けられている。各々の誘導溝ＧＧは、接合面４３０の周縁４３０ｅから外周溝４２８まで、角部４３４に沿って延びている。これにより、四つの誘導溝ＧＧは、接合面４３０に対して対称的に配置されている。なお、誘導溝ＧＧの数、位置及び形状については、特に限定されない。他の形態として、突出部４２０の側面４３２には、少なくとも一つの誘導溝ＧＧが設けられていればよい。また、誘導溝ＧＧは、側面４３２の角部４３４に限られず、側面４３２のうちの平面３２ａ−３２ｄに設けられてもよい。また、誘導溝ＧＧの幅及び／又は深さは、その長手方向に沿って一定であってもよいし、連続的又は段階的に変化してもよい。
【００５９】
以上のように、本変形例の半導体装置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、封止体１４の内部で半導体素子１２にはんだ層１５を介して接合された導体部材４１９とを備える。導体部材４１９は、板状部４１８と、板状部４１８の下面４１８ｂから突出する突出部４２０とを有する。突出部４２０は、はんだ層１５に接する接合面４３０と、接合面４３０の周縁４３０ｅから延びる側面４３２とを有する。板状部４１８の下面４１８ｂには、突出部４２０の周縁に沿って延びる外周溝４２８が設けられている。そして、突出部４２０の側面４３２には、接合面４３０の周縁４３０ｅから外周溝４２８まで延びる誘導溝ＧＧが設けられている。
【００６０】
以上の構成により、半導体装置４１０を製造するときは、第２導体板４１９の突出部４２０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４２０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４２０の側面４３２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４２０の側面４３２に対して高価な金めっきを施すことが行われていた。しかしながら、突出部４２０の側面４３２がはんだによって広く覆われてしまうと、当該側面４３２と封止体１４との間の密着性が低下することによって、例えば半導体装置４１０の耐久性が低下するおそれがある。
【００６１】
これに対して、本参考例の半導体装置４１０では、突出部４２０の側面４３２に、誘導溝ＧＧが設けられている。誘導溝ＧＧの断面は十分に小さく、溶融したはんだは誘導溝ＧＧに沿って濡れ広がる。従って、余剰なはんだは、誘導溝ＧＧを通じて外周溝４２８へと誘導され、半導体素子１２に向けて濡れ広がることが抑制される。また、余剰なはんだが誘導溝ＧＧに集まることによって、突出部４２０の側面４３２がはんだによって広く覆われることが回避される。これにより、突出部４２０の側面４３２と封止体１４との間の密着性が維持されて、半導体装置４１０の耐久性は有意に向上する。さらに、誘導溝ＧＧの形成は、例えばブレス加工によって行うことができ、金めっきよりも安価に実施することができる。そのことから、半導体装置４１０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。
【００６２】
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。また、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】
【００６３】
１０：半導体装置
１２：半導体素子
１４：封止体
１６：第１導体板
１８、１１９、２１９：第２導体板
２０：導体スペーサ
２２：第１電力端子
２４：第２電力端子
２６：信号端子
２８：溝
３０、１３０、２３０：導体スペーサ又は突出部の接合面
３２、１３２、２３２：導体スペーサ又は突出部の側面
３２ａ−３２ｄ、１３２ａ−１３２ｄ、２３２ａ−２３２ｄ：側面の平面
３４、１３４、２３４：側面の角部
１１８、２１８：第２導体板の板状部
１２０、２２０：第２導体板の突出部
Ｘ：粗化エリア
Ｙ：非粗化エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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