(57)【要約】【課題】半導体装置の製造品質を向上する。【解決手段】半導体装置は、第１部材と、第１部材の一方側に位置する第１領域に、第１はんだ層を介して接合された第２部材と、第１部材の第１領域と同じ側に位置する第２領域に、第２はんだ層を介して接合された第３部材とを備える。第１はんだ層には、第１はんだ層よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されているが、第２はんだ層には、そのような支持粒子は含有されていない。【選択図】図１
2020092232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を含む複数の部材がはんだ層を介して接合された半導体装置であって、
第１部材と、
前記第１部材の一方側に位置する第１領域に、第１はんだ層を介して接合された第２部材と、
前記第１部材の前記第１領域と同じ側に位置する第２領域に、第２はんだ層を介して接合された第３部材と、
を備え、
前記第１はんだ層には、前記第１はんだ層よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されており、
前記第２はんだ層には、前記支持粒子が含有されていない、
半導体装置。
【請求項２】
前記複数の支持粒子は、前記第１部材と前記第２部材との両者に接触している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１領域の面積は、前記第２領域の面積よりも大きい、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１領域に垂直な方向から見たときに、前記第１部材の重心が前記第１領域内に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１領域の法線と前記第２領域の法線は、互いに平行である、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】
前記複数の支持粒子は、金属材料で構成されている、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】
前記複数の支持粒子は、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）で構成されている、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２部材には、前記第１はんだ層とは反対側に、第３はんだ層を介して前記半導体素子が接合されており、
前記第３はんだ層には、前記第３はんだ層よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体素子を含む複数の部材がはんだ層を介して接合された半導体装置の製造方法であって、
第１部材の一方側に位置する第１領域の上方に、第１はんだ材を介して第２部材を配置するとともに、前記第１部材の前記第１領域と同じ側に位置する第２領域の上方に、第２はんだ材を介して第３部材を配置する工程と、
前記第１はんだ材及び前記第２はんだ材を溶融させて、前記第１部材の前記一方側に第２部材及び第３部材をはんだ付けする工程と、
を備え、
前記第１はんだ材には、前記第１はんだ材よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されており、
前記第２はんだ材には、前記支持粒子が含有されていない、
製造方法。
【請求項１０】
前記はんだ付けする工程では、溶融した前記第１はんだ材及び前記第２はんだ材の表面張力により、第１部材が前記第２部材及び前記第３部材に向けて引き付けられて、前記複数の支持粒子が前記第１部材と前記第２部材との両者に接触する、請求項９に記載の製造方法。
【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。この半導体装置では、半導体素子を含む複数の部材が、はんだ層を介して接合されている。各々のはんだ層には、最低限の厚みを確保するために、高融点の材料で構成された支持粒子が含有されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３６０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の製造では、単一の部材に対して、二以上の部材が同時にはんだ付けされることがある。このようなはんだ付けにおいて、それぞれのはんだ材に支持粒子が含有されていると、はんだ層の厚みが却って不均一となることがある。例えば、いずれかの部材に寸法又は位置の誤差が存在する場合、通常は、その誤差に応じてはんだ層の厚みが受動的に変化することで、寸法又は位置の誤差を打ち消すことができる。しかしながら、それぞれのはんだ材に支持粒子が含有されていると、それぞれのはんだ材で最低限の厚みが維持される。その結果、二以上の部材に対して単一の部材が傾いた姿勢で接合され、はんだ層の厚みは不均一となってしまう。本明細書は、このような問題を少なくとも部分的に解決し、半導体装置の製造品質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技術は、半導体装置の製造方法に具現化される。この製造方法は、第１部材の一方側に位置する第１領域に、第１はんだ材を介して第２部材を配置するとともに、第１部材の第１領域と同じ側に位置する第２領域に、第２はんだ材を介して第３部材を配置する工程と、第１はんだ材及び第２はんだ材を溶融させて、第１部材の一方側に第２部材及び第３部材をはんだ付けする工程とを備える。第１はんだ材には、第１はんだ材よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されているが、第２はんだ材には、そのような支持粒子は含有されていない。ここで、第１部材、第２部材及び第３部材のそれぞれは、半導体素子であってもよいし、そうでなくてもよい。即ち、半導体装置は、第１部材、第２部材及び第３部材とは別に、半導体素子をさらに備えてもよい。
【０００６】
上記した製造方法によると、いずれかの部材に寸法又は位置の誤差が存在する場合は、その誤差に応じて、溶融した第２はんだ材の厚みが変化することができる。その一方で、第１はんだ材では、支持粒子によって最低限の厚みが維持される。これにより、第２及び第３部材に対して、第１部材は傾くことなく正しい姿勢で接合される。従って、第１部材と第２部材との間の第１はんだ材だけでなく、第１部材と第３部材との間の第２はんだ材についても、比較的に均一な厚みに維持されることができる。
【０００７】
上記した製造方法により、新規で有用な半導体装置が具現化される。この半導体装置は、第１部材と、第１部材の一方側に位置する第１領域に、第１はんだ層を介して接合された第２部材と、第１部材の第１領域と同じ側に位置する第２領域に、第２はんだ層を介して接合された第３部材とを備える。第１はんだ層には、第１はんだ層よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されているが、第２はんだ層には、そのような支持粒子は含有されていない。
【０００８】
上記した半導体装置では、第１はんだ層と第２はんだ層のうち、第１はんだ層のみに支持粒子が含有されている。このような構成によると、半導体装置が製造されるときに、第２及び第３部材に対して、第１部材は傾くことなく、正しい姿勢で接合されることができる。これにより、第１はんだ層と第２はんだ層とのそれぞれは、比較的に均一な厚みで形成される。それぞれのはんだ層が均一な厚みを有することで、例えば熱変形に伴う内部応力の集中が抑制されるので、半導体装置は優れた耐久性を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の半導体装置１０の構造を模式的に示す断面図。
【図２】半導体装置１０の電気的な構造を示す回路図。
【図３】第１上側導体板１４をその下面１４ａ側から示す図。
【図４】半導体装置１０の製造方法の一工程である第１はんだ付け工程を示す図。
【図５】半導体装置１０の製造方法の一工程である第２はんだ付け工程を示す図。
【図６】第２はんだ付け工程における第１上側導体板１４の挙動を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本技術に係る製造方法の一実施形態では、前記したはんだ付けする工程において、溶融した第１はんだ材及び第２はんだ材の表面張力により、第１部材が第２部材及び前記第３部材に向けて引き付けられて、複数の支持粒子が第１部材と第２部材との両者に接触するとよい。これにより、即ち、第１部材と第２部材との間の距離、即ち、第１はんだ層の厚みが、複数の支持粒子によって均一に維持されやすい。
【００１１】
上記した実施形態によると、製造された半導体装置では、第１はんだ層内の複数の支持粒子が、第１部材と第２部材との両者に接触している。
【００１２】
本技術に係る製造方法の一実施形態では、第１はんだ材が接触する第１領域の面積が、第２はんだ材が接触する第２領域の面積よりも大きくてもよい。このような構成によると、溶融した第１はんだ材の表面張力が、溶融した第２はんだ材の表面張力よりも、第１部材を強く引き付ける。第１はんだ材には、複数の支持粒子が含有されているので、第１はんだ材が第１部材を強く引き付けることで、第２及び第３部材に対して第１部材の姿勢が安定する。
【００１３】
上記した実施形態によると、製造された半導体装置では、第１部材において第１はんだ層が接触する第１領域の面積は、第１部材において第２はんだ層が接触する第２領域の面積よりも大きくなる。
【００１４】
本技術に係る製造方法の一実施形態では、前記したはんだ付けする工程において、第１領域に垂直な方向から見たときに、第１部材の重心が第１領域内に位置してもよい。このような構成によると、溶融した第１及び第２はんだ材が第１部材を引き付けたときに、第１はんだ材に含有された複数の支持粒子が、第１部材にその重心の近くで接触するので、第２及び第３部材に対して第１部材の姿勢が安定する。
【００１５】
上記した実施形態によると、製造された半導体装置においても、第１領域に垂直な方向から見たときに、第１部材の重心が第１領域内に位置することになる。
【００１６】
本技術に係る半導体装置又はその製造方法の一実施形態では、第１領域の法線と第２領域の法線は互いに平行であってもよい。加えて、第１領域と第２領域は、同一平面に位置してもよい。但し、他の実施形態として、第１領域と第２領域は、同一平面に位置しなくてもよく、それらの法線が互いにわずかな角度（例えば１０度以下）を成してもよい。
【００１７】
本技術に係る半導体装置又はその製造方法の一実施形態では、複数の支持粒子が金属材料で構成されていてもよい。この場合、特に限定されないが、複数の支持粒子はニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）で構成されていてもよい。支持粒子が金属材料で構成されていると、第１はんだ層の導電性を維持又は高めることができる。但し、他の実施形態として、複数の支持粒子の一部又は全部が、絶縁体や半導体で構成されていてもよい。
【００１８】
本技術に係る半導体装置又はその製造方法の一実施形態では、第２部材の第１はんだ層とは反対側に、第３はんだ層を介して半導体素子が接合されていてもよい。この場合、第３はんだ層には、第３はんだ層よりも高融点の材料で構成された複数の支持粒子が含有されていてもよい。このような構成によると、半導体素子と重畳的に配置された第１はんだ層及び第３はんだ層が、それぞれの支持粒子によって均一な厚みで形成される。これにより、例えば熱変形に伴う内部応力の集中が、特に発熱源である半導体素子の近傍において、効果的に抑制される。
【実施例】
【００１９】
図面を参照して、実施例の半導体装置１０とその製造方法について説明する。本実施例の半導体装置１０は、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった電動自動車において、コンバータやインバータといった電力変換回路に用いることができる。但し、半導体装置１０の用途は特に限定されない。半導体装置１０は、様々な装置や回路に広く採用することができる。
【００２０】
図１、図２に示すように、半導体装置１０は、第１半導体素子１２と、第２半導体素子２２と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子２２を封止する封止体５０とを備える。封止体５０は、絶縁性材料で構成されており、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった封止用樹脂で構成されている。半導体装置１０はさらに、第１電力端子３２、第２電力端子３４及び第３電力端子３６を備える。各々の電力端子３２、３４、３６は、封止体５０の内外に亘って延びており、封止体５０の内部で第１半導体素子１２と第２半導体素子２２との少なくとも一方に電気的に接続されている。
【００２１】
第１半導体素子１２は、上面電極１２ａと下面電極１２ｂとを有する。上面電極１２ａは、第１半導体素子１２の上面に位置しており、下面電極１２ｂは、第１半導体素子１２の下面に位置している。即ち、第１半導体素子１２は、上下一対の電極１２ａ、１２ｂを有する縦型の半導体素子である。同様に、第２半導体素子２２は、上面電極２２ａと下面電極２２ｂとを有する。上面電極２２ａは第２半導体素子２２の上面に位置しており、下面電極２２ｂは第２半導体素子２２の下面に位置する。即ち、第２半導体素子２２についても、上下一対の電極２２ａ、２２ｂを有する縦型の半導体素子である。本実施例における第１半導体素子１２と第２半導体素子２２は、互いに同種の半導体素子であり、詳しくはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードとを内蔵するＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴである。
【００２２】
但し、第１半導体素子１２と第２半導体素子２２の各々は、ＲＣ−ＩＧＢＴ素子に限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）素子といった他のパワー半導体素子であってもよい。あるいは、第１半導体素子１２と第２半導体素子２２の各々は、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子（又はＭＯＳＦＥＴ素子）といった、二以上の半導体素子に置き換えられてもよい。第１半導体素子１２と第２半導体素子２２の具体的な構成は特に限定されず、各種の半導体素子を採用することができる。また、第１半導体素子１２と第２半導体素子２２の各々は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）といった、各種の半導体材料を用いて構成されることができる。各々の半導体素子１２、２２の上面電極１２ａ、２２ａ及び下面電極１２ｂ、２２ｂを構成する材料についても、特に限定されないが、例えばアルミニウム系及び／又はその他の金属を採用することができる。
【００２３】
半導体装置１０は、第１上側導体板１４と、第１導体スペーサ１６と、第１下側導体板１８とをさらに備える。これらの部材１４、１６、１８は、例えば銅やアルミニウムといった金属材料のような、導電性材料で構成されている。第１上側導体板１４、第１導体スペーサ１６及び第１下側導体板１８の各々は、概して板形状を有しており、互いに平行に配置されている。第１上側導体板１４と第１下側導体板１８は、第１半導体素子１２及び第１導体スペーサ１６とを介して、互いに対向している。また、第１上側導体板１４には、第１電力端子３２の基端が接続されており、第１電力端子３２の先端は封止体５０の外部に位置している。
【００２４】
第１上側導体板１４は、第１導体スペーサ１６を介して第１半導体素子１２の上面電極１２ａに接合されており、第１半導体素子１２の上面電極１２ａと電気的に接続されている。第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間は、はんだ付けによって接合されており、それらの部材１４、１６の間にはんだ層４２が形成されている。第１導体スペーサ１６と第１半導体素子１２の上面電極１２ａとの間もはんだ付けによって接合されており、それらの部材１６、１２の間にもはんだ層４４が形成されている。第１下側導体板１８は、第１半導体素子１２の下面電極１２ｂに接合されており、第１半導体素子１２の下面電極１２ｂと電気的に接続されている。第１下側導体板１８と第１半導体素子１２の下面電極１２ｂとの間ははんだ付けされており、それらの部材１２、１８の間にはんだ層４６が設けられている。
【００２５】
第１上側導体板１４の上面は、封止体５０の上面５０ａにおいて外部に露出されており、第１下側導体板１８の下面は、封止体５０の下面５０ｂにおいて外部に露出されている。これにより、第１上側導体板１４及び第１下側導体板１８は、半導体装置１０において電気回路の一部を構成するだけでなく、第１半導体素子１２の熱を外部に放出する放熱板としても機能する。
【００２６】
第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間のはんだ層４２には、複数の支持粒子４２ａが含有されている。複数の支持粒子４２ａは、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間のはんだ付けにおいて、はんだ層４２が最低限の厚みを確保すために設けられている。複数の支持粒子４２ａは、それを含有するはんだ層４２よりも高融点の材料で構成されており、かつ、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との両者に接触している。一例ではあるが、本実施例の半導体装置１０では、複数の支持粒子４２ａとして、ニッケル（Ｎｉ）で構成された球形粒子が採用されている。また、はんだ層４２には、錫（Ｓｎ）を主成分とする合金が採用されている。但し、支持粒子４２ａの材料や形状、及び、はんだ層４２の材料はこれらに限定されない。
【００２７】
同様に、第１導体スペーサ１６と第１半導体素子１２との間のはんだ層４４にも、複数の支持粒子４４ａが含有されている。複数の支持粒子４４ａは、それを含有するはんだ層４４よりも高融点の材料で構成されており、かつ、第１導体スペーサ１６と第１半導体素子１２との両者に接触している。また、第１半導体素子１２と第１下側導体板１８との間のはんだ層４６にも、複数の支持粒子４６ａが含有されている。複数の支持粒子４６ａは、それを含有するはんだ層４６よりも高融点の材料で構成されており、かつ、第１半導体素子１２と第１下側導体板１８との両者に接触している。一例ではあるが、本実施例の半導体装置１０では、複数の支持粒子４４ａ、４６ａとして、ニッケルで構成された球形粒子が採用されている。また、はんだ層４４、４６には、錫（Ｓｎ）を主成分とする合金が採用されている。但し、これらの支持粒子４４ａ、４６ａの材料や形状、及び、はんだ層４４、４６の材料についても、これらに限定されない。
【００２８】
半導体装置１０は、第２上側導体板２４と、第２導体スペーサ２６と、第２下側導体板２８とをさらに備える。これらの部材２４、２６、２８は、例えば銅やアルミニウムといった金属材料のような、導電性材料で構成されている。第２上側導体板２４、第２導体スペーサ２６及び第２下側導体板２８の各々は、概して板形状を有しており、互いに平行に配置されている。第２上側導体板２４と第２下側導体板２８は、第２半導体素子２２及び第２導体スペーサ２６とを介して、互いに対向している。第２上側導体板２４には、第３電力端子３６の基端が接続されており、第３電力端子３６の先端は封止体５０の外部に位置している。第２下側導体板２８には、第２電力端子３４の基端が接続されており、第２電力端子３４の先端は封止体５０の外部に位置している。
【００２９】
第２上側導体板２４は、第２導体スペーサ２６を介して第２半導体素子２２の上面電極２２ａに接合されており、第２半導体素子２２の上面電極２２ａと電気的に接続されている。第２上側導体板２４と第２導体スペーサ２６との間は、はんだ付けによって接合されており、それらの部材２４、２６の間にはんだ層５２が形成されている。第２導体スペーサ２６と第２半導体素子２２の上面電極２２ａとの間も、はんだ付けによって接合されており、それらの部材２６、２２の間にもはんだ層５４が形成されている。第２下側導体板２８は、第２半導体素子２２の下面電極２２ｂに接合されており、第２半導体素子２２の下面電極２２ｂと電気的に接続されている。第２下側導体板２８と第２半導体素子２２の下面電極２２ｂとの間は、はんだ付けによって接合されており、それらの部材２２、２８の間にはんだ層５６が設けられている。
【００３０】
第２上側導体板２４の上面は、封止体５０の上面５０ａにおいて外部に露出されており、第２下側導体板２８の下面は、封止体５０の下面５０ｂにおいて外部に露出されている。これにより、第２上側導体板２４及び第２下側導体板２８は、半導体装置１０において電気回路の一部を構成するだけでなく、第２半導体素子２２の熱を外部に放出する放熱板としても機能する。
【００３１】
第２上側導体板２４と第２導体スペーサ２６との間のはんだ層５２には、前述した第１半導体素子１２側のはんだ層４２、４４、４６と同様に、複数の支持粒子５２ａが含有されている。複数の支持粒子５２ａは、それを含有するはんだ層５２よりも高融点の材料で構成されており、かつ、第２上側導体板２４と第２導体スペーサ２６との両者に接触している。同様に、第２導体スペーサ２６と第２半導体素子２２との間のはんだ層５４にも、複数の支持粒子５４ａが含有されている。複数の支持粒子５４ａは、それを含有するはんだ層５４よりも高融点の材料で構成されており、かつ、第２導体スペーサ２６と第２半導体素子２２との両者に接触している。また、第２半導体素子２２と第２下側導体板２８との間のはんだ層５６にも、複数の支持粒子５６ａが含有されている。複数の支持粒子５６ａは、それを含有するはんだ層５６よりも高融点の材料で構成されており、かつ、第２半導体素子２２と第２下側導体板２８との両者に接触している。一例ではあるが、本実施例の半導体装置１０では、複数の支持粒子５２ａ、５４ａ、５６ａとして、ニッケルで構成された球形粒子が採用されている。また、はんだ層５２、５４、５６には、錫（Ｓｎ）を主成分とする合金が採用されている。但し、これらの支持粒子５２ａ、５４ａ、５６ａの材料や形状、及び、はんだ層５２、５４、５６の材料についても、これらに限定されない。
【００３２】
半導体装置１０はさらに、継手部２９を備える。継手部２９は、封止体５０の内部に位置しており、第１上側導体板１４と第２下側導体板２８との間を互いに接続している。特に限定されないが、本実施例における継手部２９は、第２下側導体板２８と一体に形成されている。継手部２９は、第２下側導体板２８から第１上側導体板１４に向けて延びており、その先端において第１上側導体板１４に接合されている。第１上側導体板１４と継手部２９との間は、はんだ付けによって接合されており、それらの部材１４、２９との間にはんだ層４８が形成されている。ここで、第１上側導体板１４と継手部２９との間のはんだ層４８には、前述したような支持粒子が含有されていない。従って、第１上側導体板１４と継手部２９との間のはんだ付けにおいて、第１上側導体板１４と継手部２９との間の距離、即ち、はんだ層４８の厚みは、比較的に自由に変化し得る。
【００３３】
以上の説明から理解されるように、本実施例の半導体装置１０では、第１上側導体板１４の下面１４ａ側に、第１導体スペーサ１６及び継手部２９の二つが、はんだ付けによって接合されている。従って、図３に示すように、第１上側導体板１４の下面１４ａは、第１導体スペーサ１６が接合された第１領域Ｒ１と、継手部２９が接合された第２領域Ｒ２とを有する。一例ではあるが、本実施例における第１上側導体板１４は、第１領域Ｒ１が設けられたメイン部分１４ｍと、第２領域Ｒ２が設けられた接続部分１４ｓとを有しており、接続部分１４ｓはメイン部分１４ｍよりも薄くなっている。
【００３４】
第１領域Ｒ１には、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間に位置するはんだ層４２が接触し、第２領域Ｒ２には、第１上側導体板１４と継手部２９との間に位置するはんだ層４８が接触する。ここで、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間のはんだ層４２には、複数の支持粒子４２ａが含有されている。しかしながら、第１上側導体板１４と継手部２９との間のはんだ層４８には、そのような支持粒子が含有されていない。これは、本技術の一実施形態である半導体装置１０の製造方法に由来する特徴であり、この点については後段において詳細に説明する。
【００３５】
即ち、本実施例における第１上側導体板１４は、本技術における第１部材の一例である。同様に、第１導体スペーサ１６は、本技術における第２部材の一例であり、継手部２９は、本技術における第３部材の一例である。また、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間に位置するはんだ層４２は、本技術における第１はんだ層の一例であり、第１上側導体板１４と継手部２９との間に位置するはんだ層４８は、本技術における第２はんだ層の一例であり、第１導体スペーサ１６と第１半導体素子１２との間に位置するはんだ層４６は、本技術における第３はんだ層の一例である。以下では、はんだ層４２、４８、４６を、それぞれ第１はんだ層４２、第２はんだ層４８及び第３はんだ層と称することがある。
【００３６】
加えて、本実施例の半導体装置１０では、第１上側導体板１４において第１はんだ層４２が接触する第１領域Ｒ１の面積は、第１上側導体板１４において第２はんだ層４８が接触する第２領域Ｒ２の面積よりも大きい。また、第１領域Ｒ１に垂直な方向から見たときに、第１上側導体板１４の重心Ｇ１４は、第１領域Ｒ１内に位置している。さらに、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２は共に、第１上側導体板１４の下面１４ａに位置しており、第１領域Ｒ１の法線と第２領域Ｒ２の法線は互いに平行である。これらの特徴についても、下記する半導体装置１０の製造方法に由来するもの、あるいは、その製造方法において技術的意義を有するものである。
【００３７】
次に、図４−図６を参照して、半導体装置１０の製造方法について説明する。この製造方法は、主に、図４に示す第１はんだ付け工程と、図５、図６に示す第２はんだ付け工程とを備える。第１はんだ付け工程では、第１下側導体板１８上に、第１半導体素子１２及び第１導体スペーサ１６をはんだ付けするとともに、第２下側導体板２８上に、第２半導体素子２２及び第２導体スペーサ２６をはんだ付けする。第１はんだ付け工程の具体的な態様については、特に限定されない。
【００３８】
一例ではあるが、本実施例の製造方法では、先ず、第１下側導体板１８上に、はんだ材４６’を介して第１半導体素子１２を配置し、第１半導体素子１２上に、はんだ材４４’を介して第１導体スペーサ１６を配置する。これらのはんだ材４４’、４６’には、複数の支持粒子４４ａ、４６ａがそれぞれ含有されている。また、第２下側導体板２８上に、はんだ材５６’を介して第２半導体素子２２を配置し、第２半導体素子２２上に、はんだ材５４’を介して第２導体スペーサ２６を配置する。これらのはんだ材５４’、５６’にも、複数の支持粒子５４ａ、５６ａがそれぞれ含有されている。この段階において、第１下側導体板１８と第２下側導体板２８は単一のリードフレームの形で用意され、それらの導体板１８、２８はタイバー６０を介して互いに連結されている。
【００３９】
続いて、上述した組み立て体１０’をリフロー炉で加熱して、はんだ材４４’、４６’、５４’、５６’を溶融させる。このとき、各々のはんだ材４４’、４６’、５４’、５６’は、それらに含有される支持粒子４４ａ、４６ａ、５４ａ、５６ａによって、所望の寸法で一定の厚みに維持される。はんだ材４４’、４６’、５４’、５６’を所定の時間に亘って溶融させた後、組み立て体１０’から除熱する。はんだ材４４’、４６’、５４’、５６’は再凝固し、半導体装置１０におけるはんだ層４４、４６、５４、５６となる。
【００４０】
次に、第２はんだ付け工程が実施される。図５に示すように、第２はんだ付け工程では、第１はんだ付け工程後の組み立て体１０’に、第１上側導体板１４及び第２上側導体板２４をはんだ付けする。第２はんだ付け工程の具体的な態様は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における第２はんだ付け工程では、先ず、第１上側導体板１４及び第２上側導体板２４を、上下反転させた姿勢で配置する。即ち、第２はんだ付け工程では、第１上側導体板１４の下面１４ａが上方を向いている。次いで、第１上側導体板１４及び第２上側導体板２４の上に、はんだ材４２’、４８’、５２’を介して、第１はんだ付け工程後の組み立て体１０’を上下反転させた姿勢で配置する。このとき、第１上側導体板１４の下面１４ａでは、第１領域Ｒ１の上方に、はんだ材４２’を介して第１導体スペーサ１６が配置されるとともに、第２領域Ｒ２の上方に、はんだ材４８’を介して継手部２９が配置される。組み立て体１０’は、図６に示すように、治具７０を用いて支持されてもよい。
【００４１】
ここで、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間のはんだ材４２’には、前述した複数の支持粒子４２ａが含有されている。それに対して、第１上側導体板１４と継手部２９との間のはんだ材４８’には、そのような支持粒子が含有されていない。即ち、前者のはんだ材４２’は、本技術における第１はんだ材の一例であり、後者のはんだ材４８’は、本技術における第２はんだ材の一例である。以下では、それらのはんだ材４２’、４８’を、それぞれ第１はんだ材４２’及び第２はんだ材４８’と称することがある。なお第１はんだ材４２’及び第２はんだ材４８’の具体的な態様は特に限定されない。これらのはんだ材４２’、４８’は、例えばシート状のはんだ材であってもよいし、ペースト又はスラリー状のはんだ材であってもよい。
【００４２】
次に、再びリフロー炉を用いて、はんだ材４２’、４８’、５２’を溶融させる。図６に示すように、はんだ材４２’、４８’、５２’が溶融すると、溶融した第１はんだ材４２’及び第２はんだ材４８’の表面張力Ｆ１、Ｆ２によって、第１上側導体板１４が第１導体スペーサ１６及び継手部２９に向けて引き付けられる。但し、第１はんだ材４２’には、複数の支持粒子４２ａが含有されており、複数の支持粒子４２ａが、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との両者に接触する。これにより、第１はんだ材４２’の厚みが維持される。
【００４３】
その一方で、第２はんだ材４８’には、そのような支持粒子が含有されていない。従って、第１上側導体板１４、第１導体スペーサ１６及び継手部２９のいずれかに寸法又は位置の誤差が存在する場合は、その誤差に応じて第２はんだ材４８’の厚みが変化する。これにより、第１導体スペーサ１６及び継手部２９に対して、第１上側導体板１４は傾くことなく正しい姿勢で接合される。従って、第１上側導体板１４と第１導体スペーサ１６との間の第１はんだ層４２だけでなく、第１上側導体板１４と継手部２９との間の第２はんだ層４８についても、比較的に均一な厚みに維持される。
【００４４】
前述したように、第１上側導体板１４において、第１はんだ材４２’が接触する第１領域Ｒ１の面積は、第２はんだ材４８’が接触する第２領域Ｒ２の面積よりも大きい。このような構成によると、溶融した第１はんだ材４２’の表面張力Ｆ１が、溶融した第２はんだ材４８’の表面張力Ｆ２よりも、第１上側導体板１４を強く引き付ける。第１はんだ材４２’には、複数の支持粒子４２ａが含有されているので、第１はんだ材４２’が第１上側導体板１４を強く引き付けることで、第１上側導体板１４の姿勢がより安定しやすい。
【００４５】
本実施例の製造方法では、第２はんだ付け工程において、第１領域Ｒ１に垂直な方向から見たときに、第１上側導体板１４の重心Ｇ１４が第１領域Ｒ１内に位置する。このような構成によると、溶融した第１はんだ材４２’及び第２はんだ材４８’が第１上側導体板１４を引き付けたときに、第１はんだ材４２’に含有された複数の支持粒子４２ａが、第１上側導体板１４にその重心Ｇ１４の近くで接触するので、第１上側導体板１４の姿勢がより安定しやすい。
【００４６】
以上、いくつか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る。
【符号の説明】
【００４７】
１０：半導体装置
１２：第１半導体素子
１４：第１上側導体板（第１部材の一例）
１６：第１導体スペーサ（第２部材の一例）
１８：第１下側導体板
２２：第２半導体素子
２４：第２上側導体板
２６：第２導体スペーサ
２８：第２下側導体板
２９：継手部（第３部材の一例）
３２、３４、３６：電力端子
４２、４４、４６、４８、５２、５４、５６：はんだ層
４２’、４４’、４６’、４８’、５２’、５４’、５６’：はんだ材
４２ａ、４４ａ、４６ａ、５２ａ、５４ａ、５６ａ：支持粒子
５０：封止体
Ｆ１：表面張力
Ｆ２：表面張力
Ｇ１４：第１上側導体板１４の重心
Ｒ１：第１上側導体板１４の下面１４ａの第１領域
Ｒ２：第１上側導体板１４の下面１４ａの第２領域
【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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