(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持板と、
電力用半導体素子と、
一端に第１端部を有し他端に第２端部を有する柱状導体からなり、前記第２端部が前記電力用半導体素子に接続され、前記第２端部よりも前記第１端部側で前記支持板に接続される導体ポストと、
を備え、
前記導体ポストの熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記導体ポストのビッカース硬度は７０以下であり、
前記支持板には、孔が形成され、
前記導体ポストは、少なくともその一部が前記孔に打ち込まれ、挿入された状態で固定され、
前記導体ポストの端面形状と前記孔の開口形状とは非相似の関係にある、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
少なくとも前記支持板側主面に導体層を有する放熱板をさらに備え、
前記電力用半導体素子の電極は、前記導体層と電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導体ポストの主成分は、銅、銀、金、又はアルミニウムである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導体ポストは、無酸素銅からなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導体ポストのビッカース硬度は６５以下である、
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。
【請求項６】
前記導体ポストの、前記支持板から前記第２端部側に突出する部分の長さと、前記導体ポストの幅との比（長さ／幅）は、１．１〜５である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導体ポストの幅は、２ｍｍ以下である、
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。
【請求項８】
導体ポストを支持板に接続することと、
前記導体ポストを電力用半導体素子に接続することと、
前記支持板に孔を形成することと、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記導体ポストを前記支持板に接続するタイミングでは、前記導体ポストのビッカース硬度は１００以上であり、その後、加熱によって、前記導体ポストのビッカース硬度を７０以下にし、
前記導体ポストを前記支持板に接続する際には、前記導体ポストの少なくとも一部が前記孔に打ち込まれ挿入される、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記導体ポストの端面形状と前記孔の開口形状とは非相似の関係にある、
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体素子への給電構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品が実装される半導体装置は、繰り返し動作によるヒートサイクルに耐え、かつ、電気的な接続及び絶縁を維持することや、部品を安定的に支持することなどが要求される。特にＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の電力用半導体素子（パワー半導体素子）を含む半導体モジュールをはじめ、大電力を扱う半導体装置では、高い放熱特性と繰り返し熱サイクルに耐えることが重要になる。繰り返しの熱サイクルに起因して、電力用半導体素子の接合部の半田等にクラックが発生すると、熱抵抗や電気抵抗が増加してしまい、さらに悪化すると、発熱により破壊が加速度的に進行し、装置の機能が発揮されなくなるおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、電極用部材と、電極用部材を用いて実装される半導体素子と、を有する半導体装置が開示されている。電極用部材は、複数の貫通孔を有する絶縁性の支持板（給電板）と、各貫通孔に配置された複数の導体ポスト（給電ポスト）と、から構成される。また、導体ポストは、半導体素子の電極に接合されている。特許文献１の技術によれば、１つの電極に複数の導体ポストを備えた上記電極用部材を用いて半導体素子を接合することで、１つの電極に１つの導体ポストを用いる場合に比べて、金属ポストと半導体素子との界面に加わる熱応力が小さくなる。したがって、金属ポストと半導体素子との間の熱膨張率の差が大きくても、半導体素子の接続信頼性を高めることができる。
【０００４】
特許文献２には、例えばガラスエポキシ樹脂基板からなる支持板（給電板）と、柱状の導体（導体ポスト）と、を有する半導体装置が開示されている。特許文献２の技術によれば、電気的導通の信頼性及び熱伝導性に関するヒートサイクル耐久性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３７４２９号公報
【特許文献２】特開２００９−６４９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＩＧＢＴモジュールでは、通常、１モジュール当たり複数のＩＧＢＴ素子が使用される。例えば３相交流用のＩＧＢＴモジュールでは、６個のＩＧＢＴ素子、及びＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子が使用される。そのため、１モジュールの面積が大きくなる。また、大電流用のＩＧＢＴモジュールでは、１個当たりの素子の面積も大きくなる。
【０００７】
こうした素子の面積の大きなＩＧＢＴモジュールでは、１素子内での熱歪みが大きくなる上、支持板と、ＩＧＢＴ素子と、表面にＩＧＢＴ素子を実装し放熱と絶縁の機能を備えた放熱板との間の熱膨張差が大きい場合には、１モジュール内での熱歪みも大きくなる。特に樹脂製の支持板を使用した場合には、一般的に放熱板は樹脂よりも熱膨張係数の小さいセラミック又は絶縁された金属からなり、支持板と放熱板との熱膨張率の差が大きくなるため、熱膨張差による熱歪みが生じ、さらに支持板の垂直方向にうねりや反りが生じ易くなる。これにより、導体ポストには、剪断応力や引っ張り応力が加わり易くなり、座屈等が生じ易くなる。
【０００８】
また、ＩＧＢＴモジュールの支持板として、放熱板と同じレベルに熱膨張係数の小さい材料、例えばセラミックからなる放熱板を用いることも考えられる。しかし、セラミックは一般的に剛性が高いため、放熱板の材料としてセラミックを用いた場合には、熱膨張差が小さくても、温度差が生じた場合には、導体ポストやＩＧＢＴ素子又はその電極の接合部に大きな歪みが生じることになる。
【０００９】
特許文献１、２に記載の半導体装置では、熱膨張係数の小さい組み合わせの、小さな領域での熱歪みの緩和には有効であったが、素子やモジュールのサイズが大きい場合、例えば多数の素子を並べた大型のモジュールなどでは、熱膨張率の差により広い領域で歪みが蓄積されるため十分な信頼性が得られなくなる。
【００１０】
なお、近年では、素子自体のサイズが小さくても、大電流を流すことのできるパワー素子が開発され、それによって、発熱量が高くなっている。ＩＧＢＴ素子材料自体、従来のＳｉ（シリコン）ベースの素子に加え、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）ベースの素子が開発され、従来の最高到達温度が１５０℃〜１８０℃に対し、２５０℃〜３５０℃に到達する素子も現れてきた。このため、ＩＧＢＴモジュールに生じる熱歪みは大きくなり、熱歪みに対する信頼性が要求されるようになってきた。
【００１１】
本発明は、支持板と放熱板との熱膨張率の差が大きく、端部などで歪みや反りが発生し易い場合であっても、長期のヒートサイクルに対する信頼性の高い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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点に係る半導体装置は、支持板と、電力用半導体素子と、一端に第１端部を有し他端に第２端部を有する柱状導体からなり、前記第２端部が前記電力用半導体素子に接続され、前記第２端部よりも前記第１端部側で前記支持板に接続される導体ポストと、を備え、前記導体ポストの熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記導体ポストのビッカース硬度は７０以下であり、前記支持板には、孔が形成され、前記導体ポストは、少なくともその一部が前記孔に打ち込まれ、挿入された状態で固定され、前記導体ポストの端面形状と前記孔の開口形状とは非相似の関係にある。
【００１４】
また、前記半導体装置は、少なくとも前記支持板側主面に導体層を有する放熱板をさらに備え、前記電力用半導体素子の電極は、前記導体層と電気的に接続される、構成としてもよい。
【００１５】
また、前記導体ポストの主成分は、銅、銀、金、又はアルミニウムである、構成としてもよい。
【００１６】
また、前記導体ポストは、無酸素銅からなる、構成としてもよい。
【００１７】
また、前記導体ポストのビッカース硬度は６５以下である、構成としてもよい。
【００１８】
また、前記導体ポストの、前記支持板から前記第２端部側に突出する部分の長さと、前記導体ポストの幅との比（長さ／幅）は、１．１〜５である、構成としてもよい。
【００１９】
また、前記導体ポストの幅は、２ｍｍ以下である、構成としてもよい。
【００２０】
本発明の第２の観点に係る半導体装置の製造方法は、導体ポストを支持板に接続することと、前記導体ポストを電力用半導体素子に接続することと、前記支持板に孔を形成することと、を含む半導体装置の製造方法であって、前記導体ポストを前記支持板に接続するタイミングでは、前記導体ポストのビッカース硬度は１００以上であり、その後、加熱によって、前記導体ポストのビッカース硬度を７０以下にし、前記導体ポストを前記支持板に接続する際には、前記導体ポストの少なくとも一部が前記孔に打ち込まれ挿入される。
【００２１】
前記導体ポストの端面形状と前記孔の開口形状とは非相似の関係にあってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、支持板と放熱板との熱膨張率の差が大きく、端部などで歪みや反りが発生し易い場合であっても、長期のヒートサイクルに対する信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】導体ポストと支持板との接続構造を示す断面図である。
【図４】導体ポストの構造を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の内容及び手順を示すフローチャートである。
【図６】焼鈍温度とビッカース硬度との関係を示すグラフである。
【図７】ＩＧＢＴ素子及びＦＷＤ素子を含む半導体装置の一例を示す図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】コーティングされた導体ポストの一例を示す図である。
【図１０】有底孔に導体ポストが挿入される例を示す図である。
【図１１】導体ポストを接続するための導電性材料を、支持板の第２面側に設けた例を示す図である。
【図１２】導体ポストと支持板との隙間に導電性材料を充填した例を示す図である。
【図１３Ａ】導体ポストの形状の別例としての正四角形を示す図である。
【図１３Ｂ】導体ポストの形状の別例としての正六角形を示す図である。
【図１３Ｃ】導体ポストの形状の別例としての正八角形を示す図である。
【図１４】導体ポストの形状の別例としての楕円を示す図である。
【図１５Ａ】導体ポストの形状の別例としての十字形を示す図である。
【図１５Ｂ】導体ポストの形状の別例としての正多角星形を示す図である。
【図１５Ｃ】導体ポストの形状の別例としてのコスモス形を示す図である。
【図１６Ａ】導体ポストの形状の別例としてのストレート形を示す図である。
【図１６Ｂ】導体ポストの形状の別例としてのテーパ形を示す図である。
【図１６Ｃ】導体ポストの形状の別例としての樽形を示す図である。
【図１６Ｄ】導体ポストの形状の別例としての鼓形を示す図である。
【図１７】鍔部の形状の別例を示す図である。
【図１８】複数の鍔部を有する導体ポストの一例を示す図である。
【図１９】窪みを有する導体ポストの一例を示す図である。
【図２０Ａ】孔よりも細いストレート形の導体ポストが孔全体に挿入される半導体装置の一例を示す図である。
【図２０Ｂ】孔と同程度の幅のストレート形の導体ポストが孔全体に挿入される半導体装置の一例を示す図である。
【図２０Ｃ】導体ポストが孔全体に挿入され鍔部で支持板と面接続する半導体装置の一例を示す図である。
【図２０Ｄ】導体ポストが孔に挿入されることなく導体回路に直接面接続する半導体装置の一例を示す図である。
【図２０Ｅ】導体ポストが孔の一部のみに挿入され鍔部で支持板と面接続する半導体装置の一例を示す図である。
【図２０Ｆ】導体ポストの鍔部が孔に挿入された状態で固定される半導体装置の一例を示す図である。
【図２１Ａ】導体ポストの、より実際的な形状を示す平面図である。
【図２１Ｂ】導体ポストの、より実際的な形状を示す側面図である。
【図２２Ａ】ストレート形の導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２２Ｂ】テーパ形の導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２２Ｃ】樽形の導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２２Ｄ】鼓形の導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２３Ａ】段付きストレート形の導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２３Ｂ】段付きテーパ形の導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２３Ｃ】複数の鍔部を有する導体ポストについて、導体ポストのアスペクト比を決める長さを示す図である。
【図２４Ａ】実施例１に係る支持板の製造方法の第１の工程を説明するための図である。
【図２４Ｂ】図２４Ａの工程の後の第２の工程を説明するための図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｂの工程の後の第３の工程を説明するための図である。
【図２４Ｄ】図２４Ｃの工程の後の第４の工程を説明するための図である。
【図２４Ｅ】図２４Ｄの工程の後の第５の工程を説明するための図である。
【図２５Ａ】実施例１において導体ポストを支持板の孔に挿入する方法の第１の工程を説明するための図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａの工程の後の第２の工程を説明するための図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｂの工程の後の第３の工程を説明するための図である。
【図２５Ｄ】図２５Ｃの工程の後の第４の工程を説明するための図である。
【図２５Ｅ】図２５Ｄの工程の後の第５の工程を説明するための図である。
【図２６】実施例１に係る導体ポストが支持板に接続された状態を示す図である。
【図２７】実施例２に係る導体ポストが支持板に接続された状態を示す図である。
【図２８】実施例１〜６及び比較例１〜５について、支持板の材料等を示す図表である。
【図２９】実施例１〜６及び比較例１〜５について、導体ポストの材料等を示す図表である。
【図３０】実施例１〜６及び比較例１〜５について、半田付けの条件を示す図表である。
【図３１】実施例１〜６及び比較例１〜５について、ビッカース硬度の測定結果を示す図表である。
【図３２】実施例１〜６及び比較例１〜５について、パワーサイクル耐久試験の結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、図中、矢印Ｚ１、Ｚ２は、それぞれ配線板の主面（表裏面）の法線方向（すなわち放熱板の厚み方向）に相当する配線板の積層方向を指す。一方、矢印Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２は、それぞれ積層方向に直交する方向（配線板の主面に平行な方向）を指す。配線板の主面は、Ｘ−Ｙ平面となる。また、配線板の側面は、Ｘ−Ｚ平面又はＹ−Ｚ平面となる。
【００２５】
実施形態では、相反する法線方向を向いた２つの主面を、第１面（矢印Ｚ１側の面）、第２面（矢印Ｚ２側の面）という。すなわち、第１面の反対側の主面が第２面であり、第２面の反対側の主面が第１面である。
【００２６】
導体ポストに関しては、Ｚ方向（挿入の方向）に平行で、且つ、導体ポストの中心を通る線を軸とする。すなわち、Ｚ方向が、軸方向に相当する。軸方向に直交する断面（Ｘ−Ｙ平面）を、横断面という。また、軸方向に平行な断面（Ｘ−Ｚ平面又はＹ−Ｚ平面）を、縦断面という。
【００２７】
その他、回路等の配線として機能する導体パターンを含む層を、配線層という。スルーホールに形成された導体を、スルーホール導体という。配線層には、上記導体パターンのほかに、スルーホール導体のランドなどが含まれることもある。「孔」には、貫通孔のほか、非貫通の孔も含まれる。非貫通の孔について、孔の「壁面」という場合には、その「壁面」には、側面のほか、底面も含まれる。孔又は柱体（突起）の「幅」は、特に指定がなければ、円の場合には直径を意味し、円以外の場合には√（４×断面積／π）を意味する（詳しくは後述する）。孔の壁面に導体等が形成された場合には、別段の定めがない限り、その厚みの分だけ孔の幅は小さくなったものとする。孔又は柱体（突起）がテーパーしている場合には、対応箇所の値、平均値、又は最大値等を比較して、２以上の孔又は突起の「幅」の一致又は不一致を判定することができる（詳しくは後述する）。「挿入」には、孔径に比して十分細い部材を孔に差し込むことのほか、部材を孔に嵌入又は螺入することなども含まれる。
【００２８】
図１及び図２に、本実施形態の半導体装置１０１を示す。図１は、半導体装置１０１の分解図である。ただし、説明の便宜上、図１では、一部の要素について図示を省略している。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
半導体装置１０１は、半導体素子１０と、放熱板２０と、接続基板５０と、外部接続端子６１〜６４と、を備える。接続基板５０は、支持板３０と、導体ポスト４０（導体ポスト）と、を備える。
【００３０】
半導体素子１０は、例えばＩＧＢＴ素子からなる。ただしこれに限定されず、半導体素子１０は、例えばスイッチング電源やインバータ等に使用されるＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）など、他の電力用半導体素子であってもよい。また、電力用半導体素子にも限定されず、半導体素子１０の種類は任意である。
【００３１】
放熱板２０は、例えば絶縁性のセラミック板、耐熱性の樹脂、又は絶縁処理された金属板からなる。ただしこれに限定されず、放熱板２０の材料は任意である。
【００３２】
半導体素子１０の第２面（裏面）には、電極１１が設けられている。電極１１は、例えばコレクタ電極である。一方、半導体素子１０の第１面（表面）には、電極１２、１３、１４が設けられている。電極１２は例えばゲート電極であり、電極１３は例えば各種センサの電極であり、電極１４は例えばエミッタ電極である。
【００３３】
放熱板２０の第１面（支持板側主面）には、導電性を有する電極２１（導体層）が形成されている。電極２１は、導電性材料７１ａを介して電極１１と電気的に接続される。これにより、半導体素子１０が放熱板２０に固定される。導電性材料７１ａは、例えば半田や銀ロウ等のロウ材、又は導電性のペーストなどからなる。導電性材料７１ａは、例えば温度又は圧力などにより性質が変化（例えば硬化）する。こうした性質変化を利用して、電極１１と電極２１との接着が可能になる。以下、導電性材料７１ａで接続される部分を、第１接続部という。
【００３４】
支持板３０は、絶縁基板３０ａと、導体回路３１、３２と、導体３３（スルーホール導体）と、から構成される配線板である。導体回路３１は、絶縁基板３０ａの第２面（下面）に形成され、導体回路３２は、絶縁基板３０ａの第１面（上面）に形成される。支持板３０には、複数（導体ポスト４０に対応した数）の孔３０ｂが形成されている。孔３０ｂは、例えばスルーホール（貫通孔）である。孔３０ｂの壁面には、導体３３が形成される。なお、孔３０ｂは有底孔であってもよい（後述の図１０参照）。導体回路３１、３２、及び導体３３は、例えば銅からなる。銅は、プリント配線板として広く使用されており入手し易い。ただし、これらの材料は銅に限定されず、導電性を有する材料であれば任意である。
【００３５】
導体ポスト４０は、例えば銅等の金属（詳しくは後述する）からなる柱状導体である。導体ポスト４０は、例えば電極１２（ゲート電極）に接続されるゲートポストＧと、電極１３（センサ電極）に接続されるセンサポストＳと、電極１４（エミッタ電極）に接続されるエミッタポストＥと、に区別される。ゲートポストＧには例えば２本の導体ポスト４０が含まれ、センサポストＳには例えば１本の導体ポスト４０が含まれ、エミッタポストＥには例えば１５本（３×５）の導体ポスト４０が含まれる。
【００３６】
ゲートポストＧ、センサポストＳ、及びエミッタポストＥに含まれる導体ポスト４０の各々は、図３（断面図）及び図４（平面図）に示すように、第１柱部４１と、第２柱部４２と、鍔部４３と、を有する。鍔部４３はストッパとして機能する。すなわち、導体ポスト４０を孔３０ｂに挿入する際に、鍔部４３により過剰な挿入が防止される。
【００３７】
導体ポスト４０は、一端に第１端部４１ａを有し、他端に第２端部４２ａを有する。第１端部４１ａは、第１柱部４１の矢印Ｚ１側の端部であり、第２端部４２ａは、第２柱部４２の矢印Ｚ２側の端部（第１端部４１ａとは反対側の端部）である。第１柱部４１、第２柱部４２、及び鍔部４３の各々の形状は、円柱である。ただし、これに限定されず、これらの形状は任意である（後述の図１３Ａ〜図１９参照）。
【００３８】
孔３０ｂには、それぞれ第１端部４１ａ側から、導体ポスト４０の一部（第１柱部４１）が挿入される。電極１２、１３、１４には、それぞれ導体ポスト４０の第２端部４２ａが接続される。
【００３９】
電極１２、１３、１４と導体ポスト４０の第２端部４２ａとは、それぞれ導電性材料７２ａ、７２ｂ、７２ｃを介して電気的に接続される。導電性材料７２ａ〜７２ｃは、例えば半田や銀ロウ等のロウ材、又は導電性のペーストなどからなる。導電性材料７２ａ〜７２ｃは、導電性材料７１ａと同様、接着性を有する。以下、導電性材料７２ａ〜７２ｃで接続される部分を、第２接続部という。
【００４０】
外部接続端子６１は電極２１に接続され、外部接続端子６２〜６４は導体回路３２に接続される。外部接続端子６１と電極２１とは、導電性材料７１ｂを介して電気的に接続される。外部接続端子６２、６３、６４と導体回路３２とは、それぞれ導電性材料７３ａ、７３ｂ、７３ｃを介して電気的に接続される。これにより、外部接続端子６２と電極１２、外部接続端子６３と電極１３、外部接続端子６４と電極１４の各組（ペア）が、相互に電気的に接続される。導電性材料７１ｂ及び７３ａ〜７３ｃは、例えば半田や銀ロウ等のロウ材、又は導電性のペーストなどからなる。導電性材料７１ｂ及び７３ａ〜７３ｃは、導電性材料７１ａ等と同様、接着性を有する。
【００４１】
上記構成を有する半導体装置１０１において、導体ポスト４０の材料は、熱伝導率の高い材料であることが好ましく、詳しくは熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。本実施形態では、導体ポスト４０が熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなる（具体的な材料名等は後述する）。これにより、熱応力に対する耐久性が向上する。以下、このことについて詳しく説明する。
【００４２】
半導体装置１０１を使用する際には、電流を流すと同時に半導体素子１０が発熱し、半導体素子１０の寸法が熱膨張により変化する。支持板３０には主に導体ポスト４０を介して熱が伝わる。
【００４３】
導体ポスト４０の材料としては、例えば鉄系の合金、具体的には熱伝導率１９．７Ｗ／ｍ・ＫのコバールＦｅＮｉ２９Ｃｏ１２Ｓｎ０．２（以下、単に「コバール」という）などを用いることが考えられる。コバールは、熱伝導率が低く、例えばピン材料などによく使われる。しかし、こうした材料を用いた場合、導体ポスト４０の熱伝導率が低くなり、支持板３０に熱が伝わりにくくなる。このため、半導体素子１０の急激な温度上昇に対し支持板３０の温度上昇は低くなり、両者の間に温度差が生じ易くなる。そして、両者の間に大きな温度差が生じた場合には、同一温度の場合よりも大きな熱膨張の差が生じることにより、第２接続部（導電性材料７２ａ〜７２ｃ）に大きな熱応力が発生し易くなる。こうした熱応力が長期間断続的に発生すると、第２接続部に亀裂が入り、最終的には断線に至るおそれがある。
【００４４】
一方、導体ポスト４０が熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなる場合には、支持板３０に熱が伝わり易くなるため、上記熱応力が緩和される。その結果、熱応力に対する耐久性が向上する。
【００４５】
また、導体ポスト４０の材料は、硬度の低い材料であることが好ましく、詳しくはビッカース硬度が７０以下であることが好ましく、中でもビッカース硬度が６５以下であることがより好ましい。本実施形態では、導体ポスト４０がビッカース硬度６５以下の材料からなる（具体的な材料名等は後述する）。これにより、熱応力に対する耐久性が向上する。なお、この硬度は半導体装置１０１を作動する前の硬度である。以下、このことについて詳しく説明する。
【００４６】
半導体装置１０１を作動しようとして、半導体素子１０に急激に電流を流すと同時に、半導体素子１０は急激に発熱する。熱伝導により導体ポスト４０が支持板３０に熱を伝えていくが、支持板３０の温度が十分な温度まで上昇するためには時間がかかる。したがって、半導体装置１０１の始動時等において急速に電流が増加する場合には、支持板３０が十分に温まるまで、半導体素子１０と支持板３０との間に大きな温度差が生じ易くなる。したがって、各接続部（第２接続部等）には、こうした温度差に起因する熱応力に耐えるだけの耐久性が要求される。
【００４７】
この点、本実施形態では、導体ポスト４０がビッカース硬度６５以下の材料からなる。このように、導体ポスト４０の硬度を小さく、すなわち柔らかくしておくことで、大きな熱応力を導体ポスト４０で一時的に吸収し、接続部全体の応力を緩和することができる。その結果、熱応力に対する耐久性が向上する。こうした効果は、ビッカース硬度７０以下の材料で顕著になり、中でもビッカース硬度６５以下の材料でさらに顕著に大きくなる。
【００４８】
硬さ（又は柔らかさ）を表す指標（物性値）としてはヤング率も考えられるが、本実施形態では、ヤング率ではなく、ビッカース硬度を硬さの指標として用いている。これは、装置に組み込んだ状態でヤング率を測定することが困難であることによる。ビッカース硬度であれば、微小な部分で測定ができ、装置の信頼性にほとんど影響なく、測定できる。
【００４９】
さらに、上記条件（熱伝導率や硬度）を満たす観点から、導体ポスト４０の材料としては、例えば銅、アルミニウム、銀、又は金等を主成分とする金属又は合金を用いることが有効である。中でも、銅、又はアルミニウムを主成分とする金属又は合金が特に有効である。これらの材料は、硬度を制御し易く、安価である。
【００５０】
実現容易の観点からは、市販の材料を利用して導体ポスト４０を製造することが好ましい。例えば市販の銅として、高純度の銅や、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ等の添加物（不純物元素）を高純度の銅にごく微量加えた銅がある。例えばＺｎ、Ｓｎをごく微量加えたＺｒ系無酸素銅や、Ｓｎ系無酸素銅などが、ピンやリードフレーム等に用いられている。一方、高純度の銅は軟化し易いため、ピンやリードフレーム等に用いられていない。Ｚｒ系無酸素銅やＳｎ系無酸素銅などは軟化温度が高いため、本実施形態の上記条件（硬度）を満たすためには、これらの材料よりも高純度の銅の方が好ましい。
【００５１】
不純物元素の含有量が少ない高純度の銅は、最結晶温度が２５０℃以下になるため、リフロー炉程度の温度で金属ポストを軟化させることができる。このため、基板（特に樹脂製基板）に与えるダメージを小さくすることができる。
【００５２】
高純度の銅としては、例えば無酸素銅や、タフピッチ銅が有効である。これらの銅は再結晶温度が低いため、熱処置温度を下げることができる。このため、基板（特に樹脂製基板）に変質や反り等のダメージを与えることなく、導体ポスト４０を軟化させることができる。これにより、熱処理後の導体ポスト４０のビッカース硬度を例えば６０以下にすることなども容易になる。
【００５３】
タフピッチ銅は、銅の純度が９９．９０％以上であり、残部の多くは酸化銅として酸素が占めている。このため、不純物元素の含有量が低い。
【００５４】
無酸素銅は、還元性雰囲気で加熱しても脆化しないため、特に好ましい。無酸素銅としては、ＪＩＳ  Ｈ０５００で定義されるＣ１０１１、Ｃ１０２０などが好適に利用できる。これらの無酸素銅は、銅の純度がそれぞれ９９．９９％、９９．９６％と非常に高く、不純物元素の含有量が低い。
【００５５】
また、導体ポスト４０の材料として、銅成分が９９．９６％以上である無酸素銅Ｃ１０２０又はＣ１１００を用いることもできる。その他、「銅：９９．９０％以上、リン：０．０３％」のリン脱酸銅Ｃ１２２０、「銅：９９．９％、Ａｇ：０．１％」のＣ１０７０、「銅：９９．８４％、Ｓｎ：０．１５％、リン：０．００６％」のもの、「Ｃｕ：９９．５％、Ｚｎ：５％」の丹銅Ｃ２１００なども、導体ポスト４０の材料として使用することができる。
【００５６】
また、アルミニウムを主体とする材料を導体ポスト４０の材料として用いる場合には、純アルミ系１Ｎ９９、１Ｎ９０、１０５０、１０６０、１０７０、１０８０等が有効である。その他、「Ｓｉ：０．６５％、Ｍｇ：０．６％」の６Ｎ０１、「Ｓｉ：０．４％、Ｍｇ：０．６％」の６０６３、「Ｚｎ：１％、Ｍｇ：０．１％」の７０７２なども、導体ポスト４０の材料として使用することができる。
【００５７】
導体ポスト４０の幅（「幅」の定義については後述する）は、例えば２ｍｍ以下であることが好ましく、中でも１ｍｍ以下であることが特に好ましい。径が大きい場合には、材料の硬度が低くても、導体ポスト４０が変形しにくい傾向にある。また、半導体素子１０との熱膨張差により、導体ポスト４０の第１端部４１ａや第２端部４２ａなどにおいて局部的に熱応力が発生し易くなり、過度の熱応力により導電性材料７２ａ〜７２ｃにクラックや気泡が発生すること、ひいては接合不良を起こすことが懸念される。こうした傾向は、径が１ｍｍよりも大きい場合に顕著になり、中でも径が２ｍｍよりも大きい場合にさらに顕著になる。したがって、導体ポスト４０の幅を２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下にすることで、熱応力が発生しにくくなり、長期のヒートサイクルに対する信頼性を向上させることができる。
【００５８】
導体ポスト４０の幅をＤ、導体ポスト４０の長さのうち、孔３０ｂに挿入されていない第２端部４２ａ側の部分（支持板３０から放熱板２０側に突出する部分）の長さ（「長さ」の定義については後述する）をＬとすると、ＬとＤとの比、すなわちＬ／Ｄ（以下、アスペクト比という）は、１．１以上であることが好ましく、中でも１．２５以上であることが特に好ましい。アスペクト比が小さくなるほど、ＤとＬとは近くなり、ＬはＤに比して小さくなる。したがって、発生した熱応力によって、導体ポスト４０が変形しにくくなる。他方、アスペクト比が大きくなるほど、導体ポスト４０の変形が容易になり、大きな熱応力であっても吸収できるようになる。こうした効果は、アスペクト比１．１以上で顕著になり、アスペクト比１．２５以上になると、さらに顕著に大きくなる。ただし、アスペクト比５を超えると、支持板３０まで熱が伝わるまでに時間がかかり、長い時間大きな熱応力を吸収し続けなければならないほか、振動など外部からの機械的応力を受けやすくなるおそれがある。この意味で、アスペクト比は１．１〜５であることが好ましく、中でも１．２５〜３であることがより好ましい。
【００５９】
全導体ポスト４０と半導体素子１０とが互いに接合する面積は、半導体素子１０の片面の面積の２％程度であることが好ましい。半導体素子１０が急激に高温になった場合、導体ポスト４０が多ければ多いほど熱応力を吸収することができるが、多くの導体ポスト４０を同時に電極１２〜１４に接続することは困難である。したがって、発熱する半導体素子１０に対して、特に発熱の早い箇所に集中して導体ポスト４０を配置し、効率よく熱応力を吸収することが好ましい。発明者の実験等によれば、導体ポスト４０と半導体素子１０との接合面積が２％あれば、熱応力に対して十分な耐久性が得られると考えられる。
【００６０】
半導体装置１０１は、例えば図５に示すような手順で製造される。
【００６１】
ステップＳ１１では、絶縁基板３０ａの導体ポスト４０の取付位置に孔３０ｂを形成する。孔３０ｂは、例えばドリルやレーザで形成することができる。
【００６２】
続くステップＳ１２では、絶縁基板３０ａに導体を形成する。すなわち、例えばめっきにより、絶縁基板３０ａの両面に導体層を形成し、孔３０ｂの壁面に導体３３を形成する。その後、両面の導体層をパターニングして、それらを導体回路３１、３２とする。このパターニングの時期は、ステップＳ１３の前でも後でもよい。なお、導体層の形成方法は任意である。例えば別途用意した金属箔（例えば銅箔）を絶縁基板３０ａに接着してもよい。また、例えば無電解めっき、スパッタ、又は蒸着などの後、めっきすることによって、上記導体層及び導体３３を形成してもよい。もっとも、孔３０ｂの壁面にも導体を形成する場合には、めっきが好ましい。めっきであれば、孔３０ｂの壁面にも容易に導体を形成することができる。
【００６３】
続くステップＳ１３では、導体ポスト４０を第１端部４１ａ側から孔３０ｂに挿入する。これにより、接続基板５０が完成する。導体ポスト４０は、嵌入しても、挿入後に固定してもよい。さらには、導体ポスト４０の嵌入後に、その固定を補強してもよい。
【００６４】
続くステップＳ１４では、半導体素子１０を放熱板２０に実装（接続）する。
【００６５】
続くステップＳ１５では、半導体素子１０を接続基板５０に実装（接続）する。
【００６６】
その後、外部接続端子６１〜６４を接続することで、半導体装置１０１が完成する。なお、上記ステップＳ１１〜Ｓ１５の詳細については、後述の実施例１、２において説明する。これらの工程の順序は、適宜、変更可能である。
【００６７】
上記半導体装置１０１の製造方法において、製造段階での導体ポスト４０のビッカース硬度は１００以上であることが好ましい。以下、このことについて説明する。
【００６８】
導体ポスト４０を再結晶温度以上に加熱すると、軟化する。嵌め合いに余裕が無い場合にはひっかかりが生じると、その箇所からは、深く嵌入することができない。また、嵌め合いに余裕がある場合には、導体ポスト４０を垂直に保持し、且つ、先端の高さを揃えることは難しい。したがって、嵌め合いに余裕があり過ぎると、導体ポスト４０と半導体素子１０との接続が不十分となり、使用時にクラック等が発生する原因となる。このため、製造段階での導体ポスト４０のビッカース硬度は１００以上あることが好ましい。ただし、導体ポスト４０のビッカース硬度は、少なくとも半導体装置１０１を使用する段階までには、前述の７０以下に調整しておくことが好ましい。したがって、導体ポスト４０を支持板３０に接続する時及び導体ポスト４０を半導体素子１０に接続する時の少なくとも一方（好ましくは両方）のタイミングでは、導体ポスト４０のビッカース硬度を１００以上にしておき、その後、導体ポスト４０のビッカース硬度を７０以下にすることが好ましい。
【００６９】
なお、銅又はアルミニウムを主成分とする導体ポスト４０を製造する場合には、焼き鈍しなどの加熱徐冷による熱処理を、予め又は製造段階で施すことが好ましい。参考のため、図６に、無酸素銅（線Ｌ１）、Ｚｒ−ＯＦＣ（線Ｌ２）、及び７０／３０黄銅（線Ｌ３）について、ビッカース硬度と焼鈍温度との関係を示す。
【００７０】
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば以下のように変形して実施することもできる。
【００７１】
半導体素子を複数用いてもよい。また、種類の異なる複数の半導体素子を用いてもよい。例えば図７（図１に対応する図）及び図８（図２に対応する図）に示す半導体装置１０２のように、ＩＧＢＴ素子からなる半導体素子１０に加えて、ＦＷＤ素子からなる半導体素子１０ａを配置してもよい。半導体素子１０ａは、例えば半導体素子１０のエミッタ、コレクタ間に並列に実装する。半導体素子１０ａは、第２面（裏面）に電極１１ａを有し、第１面（表面）に電極１２ａを有する。
【００７２】
この場合、導体ポスト４０は、ゲートポストＧ、センサポストＳ、エミッタポストＥのほか、電極１２ａ（ＦＷＤ電極）に接続されるＦＷＤポストＦにも区別される。ＦＷＤポストＦには例えば４本（２×２）の導体ポスト４０が含まれる。また、電極１１ａは、導電性材料７１ｃを介して電極２１と電気的に接続される。導電性材料７１ｃで接続される部分も、前述の第１接続部に含まれる。電極１２ａは、導電性材料７２ｄを介して、導体ポスト４０の第２端部４２ａと電気的に接続される。導電性材料７２ｄで接続される部分も、前述の第２接続部に含まれる。導体回路３２には、導電性材料７３ｄを介して外部接続端子６５が電気的に接続される。これにより、外部接続端子６５と電極１２ａが、互いに電気的に接続される。なお、導電性材料７１ｃ、７２ｄ、及び７３ｄは、例えば半田や銀ロウ等のロウ材、又は導電性のペーストなどからなる。導電性材料７１ｃ、７２ｄ、及び７３ｄは、導電性材料７１ａ等と同様、接着性を有する。
【００７３】
このようにＩＧＢＴ素子と並列にＦＷＤ素子を配置することにより、ＩＧＢＴ素子のスイッチングで発生するノイズ（逆電流）を緩和することができる。
【００７４】
導体ポスト４０は、全体的な硬度に影響を与えないような態様でコーティングされていてもよい。例えば図９に示すように、導体ポスト４０が、柱状導体４０ａと、コーティング膜４０ｂと、からなり、柱状導体４０ａが、硬度の高いコーティング膜４０ｂで被覆されていてもよい。柱状導体４０ａの材料としては、銅、銀、金、又はアルミニウムを主成分とする材料が有効である。コーティング膜４０ｂの材料としては、例えばクロム、ニッケル、パラジウム、チタン、又は白金が有効である。特に、厚さ１０μｍ程度のＮｉ膜、Ｃｒ膜、又はＴｉ等の金属薄膜が、コーティング膜４０ｂとして有効である。導体ポスト４０をコーティングする場合には、例えばめっきにより１０μｍ程度のＮｉ膜やＣｒ膜を形成しても、あるいはスパッタリングなどでＴｉ膜を形成してもよい。
【００７５】
図１０に示すように、孔３０ｂは有底孔であってもよい。導体３３は、孔３０ｂの壁面全体に形成されていても、孔３０ｂの側面のみに形成されていてもよい。
【００７６】
さらに、支持板３０と導体ポスト４０とを相互に接続することができれば、孔３０ｂを形成しなくてもよい（後述の図２０Ｄ参照）。
【００７７】
図１１に示すように、支持板３０の第２面側に導電性材料７４を設けて、支持板３０と導体ポスト４０との接続強度を高めてもよい。なお、導電性材料７４は、例えば半田や銀ロウ等のロウ材、又は導電性のペーストなどからなる。導電性材料７４は、導電性材料７１ａ等と同様、接着性を有する。
【００７８】
図１２に示すように、孔３０ｂ内において、導体ポスト４０と支持板３０との隙間に、例えば導電性材料７５を充填してもよい。これにより、導体ポスト４０と支持板３０との接続強度が向上する。なお、導電性材料７５は、例えば半田や銀ロウ等のロウ材、又は導電性のペーストなどからなる。導電性材料７５は、導電性材料７１ａ等と同様、接着性を有する。
【００７９】
図１２に示されるように、導電性材料７４及び７５は、導体ポスト４０上（矢印Ｚ１側）の導電性材料７３から連続していてもよい。これらは、例えば導電性材料７３が重力により垂れることを利用して、容易に形成することができる。導体ポスト４０上の導電性材料７３は、外部接続端子６２等を接続する以外の目的で設けてもよい（例えば後述の図２０Ｅ、図２０Ｆ参照）。
【００８０】
導体ポスト４０の形状は、円柱に限られず任意である。例えば導体ポスト４０の端面（第１端部４１ａ側又は第２端部４２ａ側の端面）、又は第１柱部４１（特に第１端部４１ａ）、第２柱部４２（特に第２端部４２ａ）、もしくは鍔部４３の横断面（Ｘ−Ｙ平面）などの形状は、円（真円）に限られず任意である。これらの面の形状は、例えば図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに示すように、正四角形、正六角形、又は正八角形等の正多角形であってもよい。その他、上記各面の形状は、Ｕ状、Ｌ状、Ｖ状等の形状であってもよい。なお、多角形、Ｕ形、Ｌ形、又はＶ形等の角の形状は任意であり、例えば直角でも、鋭角でも、鈍角でも、丸みを帯びていてもよい。ただし、熱応力の集中を防止する上では、角が丸みを帯びていた方が好ましい。
【００８１】
また、図１４に示すように、上記各面の形状は、楕円であってもよい。また、長方形や三角形等であってもよい。ただし、これらの形状は、異方性を有する点で不利である。
【００８２】
上記円、楕円、正多角形は、孔の形状と相似し易いという利点を有する。
【００８３】
また、図１５Ａ〜図１５Ｃに示すように、十字形（例えば図１５Ａ参照）、正多角星形（例えば図１５Ｂ参照）、又はコスモス形（例えば図１５Ｃ参照）など、中心から放射状に直線を引いた形（複数の羽根を放射状に配置した形）も、上記各面の形状として有効である。こうした形状を有する導体ポスト４０は、円柱などの単純な形状の孔３０ｂに挿入するのに適している。
【００８４】
その他、上記形状を組み合わせた（複合した）形状なども用いることができる。また、これらの形状の１つを孔３０ｂの開口形状としてもよい。導体ポスト４０の端面形状と孔３０ｂの開口形状とは、相似の関係にあっても、非相似の関係にあってもよい。したがって、各々の形状を例えば図１３Ａ〜図１５Ｃに示した形状から選ぶなどして、任意の形状を組み合わせることができる。
【００８５】
導体ポスト４０の端面（特に第２端部４２ａ側の端面）の面積は、円の面積に換算した場合（図１３Ａ〜図１５Ｃ中の一点鎖線参照）において径２ｍｍの円の面積程度であることが好ましい。
【００８６】
一方、導体ポスト４０の縦断面（Ｘ−Ｚ平面又はＹ−Ｚ平面）の形状は、段付き形（例えば図３参照）に限られず任意である。この形状は、例えば図１６Ａ〜図１６Ｄに示すように、ストレート形（例えば図１６Ａ参照）、テーパ形（例えば図１６Ｂ参照）、樽形（例えば図１６Ｃ参照）、又は鼓形（例えば図１６Ｄ参照）であってもよい。
【００８７】
鍔部４３の形状も任意であり、例えば図１７に示すように、球状であってもよい。鍔部４３の数も任意である。例えば図１８に示すように、導体ポスト４０の側面（周面）の複数箇所（例えば２箇所）に鍔部４３（凸部）が設けられていてもよい。
【００８８】
例えば図１９に示すように、導体ポスト４０の側面（周面）に窪み４４（凹部）が設けられていてもよい。窪み４４の形状や数等は任意である。
【００８９】
導体ポスト４０の寸法等は、孔３０ｂの寸法等に応じて変更してもよい。図２０Ａ〜図２０Ｆに、孔３０ｂに挿入された導体ポスト４０の代表的な例を示す。以下、図２０Ａ〜図２０Ｆに示す導体ポストを、それぞれ導体ポスト＃Ａ〜＃Ｆという。
【００９０】
導体ポスト＃Ａ、＃Ｂ、＃Ｃ、＃Ｆは、孔３０ｂの全体に挿入されるタイプである。これらの導体ポスト＃Ａ、＃Ｂ、＃Ｃ、＃Ｆは、孔３０ｂを貫通して、矢印Ｚ１側に突出してもよい。一方、導体ポスト＃Ｅは、孔３０ｂの一部にのみ挿入されるタイプである。
【００９１】
導体ポスト＃Ｃ、＃Ｄ、＃Ｅは、支持板３０と面接続するタイプである。このうち、導体ポスト＃Ｄは、孔３０ｂに挿入されることなく、導体回路３１に直接接続するタイプである。また、導体ポスト＃Ｃ、＃Ｅは、孔３０ｂに挿入され、しかも導体回路３１と面で接続するタイプである。
【００９２】
導体ポスト＃Ａ、＃Ｃは、孔３０ｂの幅よりも小さい幅を有する。導体ポスト＃Ｂ、＃Ｅは、孔３０ｂの幅と同じか、孔３０ｂの幅よりも大きい幅を有する。導体ポスト＃Ｆは、孔３０ｂの幅と略同一幅の鍔部４３を有し、鍔部４３が孔３０ｂに挿入される。そして、鍔部４３以外の部分は、孔３０ｂの幅よりも小さい幅を有する。
【００９３】
上記図３等には導体ポスト４０の形状を模式的に示したが、実際には、図２１Ａ（平面図）及び図２１Ｂ（側面図）に示すように、用途等に合わせて、導体ポスト４０の形状を精密に設計することが好ましい。例えば軽量化や材料削減等を図るためには、不要な部分を削ったり穴を空けたりして、なるべく体積を小さくすることが好ましい。なお、図２１Ａ及び図２１Ｂに示した形状の詳細については、後述の実施例２において説明する。
【００９４】
前述したように、導体ポスト４０の幅（径）は、例えば２ｍｍ以下であることが好ましく、中でも１ｍｍ以下であることが特に好ましい。ここで、テーパ形、樽形、又は鼓形のように断面積が徐々に変わる場合（例えば図１６Ｂ〜図１６Ｄ参照）の「幅」は、軸方向の平均面積から求めることができる。また、鍔部４３を有する導体ポスト４０（段付きの導体ポスト４０）などにおいて、平均面積が急激に変わるような場合（ここでは、軸方向０．０１ｍｍ当たり平均直径が０．０１ｍｍを超える変化のことを急激という）には、面積変化の少ない部分（鍔部４３を除いた細い部分）のみの平均面積から、「幅」を求めることができる。
【００９５】
前述したように、導体ポスト４０のアスペクト比（長さ／幅）は１．１〜５であることが好ましく、中でも１．２５〜３であることがより好ましい。ここで、「長さ（Ｌ）」は、例えば図２２Ａ〜図２２Ｄに示すように、孔３０ｂに挿入されていない第２端部４２ａ側の部分の長さである。また、導体ポスト４０が鍔部４３を有する場合には、鍔部４３よりも第２端部４２ａ側の部分の長さが、「長さ（Ｌ）」に相当する。
【００９６】
半導体装置１０１、１０２の構成、及びその構成要素の種類、性能、寸法、材質、形状、層数、又は配置等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に変更することができる。
【００９７】
本発明の製造方法は、図５のフローチャートに示した内容及び順序に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に内容及び順序を変更することができる。また、用途等に応じて、必要ない工程を割愛してもよい。
【００９８】
（実施例１）
以下、実施例１に係る半導体装置１０２（図７、図８参照）について説明する。本実施例においては、上記実施形態で示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付し、各要素について、より詳細なパラメータを明示する。
【００９９】
半導体素子１０は、厚さ０．０９ｍｍ、サイズ８×８ｍｍ、Ｓｉ製のＩＧＢＴチップである。半導体素子１０は、外部電極として、外部接続端子６１〜６４を有する。外部接続端子６１は、サイズ１０×１ｍｍ、長さ４０ｍｍのコレクタ電極である。外部接続端子６２は、径１ｍｍ、長さ２９ｍｍのゲート電極である。外部接続端子６３は、径１ｍｍ、長さ２９ｍｍの各種センサの電極である。外部接続端子６４は、サイズ１０×１ｍｍ、長さ２９ｍｍのエミッタ電極である。
【０１００】
半導体素子１０ａは、厚さ０．０９ｍｍ、サイズ２×２ｍｍ、Ｓｉ製のＦＷＤチップである。電極１１ａ、１２ａは、ＦＷＤチップの電極である。
【０１０１】
放熱板２０は、ＡＬＮ製の放熱板である。詳しくは、放熱板２０は、厚さ０．６４ｍｍ、サイズ１４×１２ｍｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）セラミックからなる。放熱板２０の片面に接着される電極２１は、厚さ０．３ｍｍ、サイズ１２×１０ｍｍで、含有元素「Ｆｅ：０．８５％、Ｚｎ：０．１２％、Ｐ：０．０３％」の銅板（Ｃ１９４０）からなる。
【０１０２】
接続基板５０は、支持板３０と、導体ポスト４０と、を有する。支持板３０は、厚さ０．４７ｍｍ、サイズ１４×１２ｍｍの配線板である。また、導体ポスト４０の形状は、図７及び図８に示した形状とは異なる（図２６参照）。
【０１０３】
支持板３０は、以下のような手順で製造される。この工程は、図５のステップＳ１１、Ｓ１２に相当する工程である。
【０１０４】
まず、図２４Ａに示すように、支持板３０の出発材料（以下、出発基板３００という）を用意する。出発基板３００は、ＨＬ８３０ＮＳ（三菱ガス化学社製）である。ＨＬ８３０ＮＳは、ＢＴレジン基板である。出発基板３００は、絶縁基板３０ａと、この絶縁基板３０ａの両面にラミネートされた銅箔３０１、３０２と、から構成される。絶縁基板３０ａの厚みは０．２ｍｍであり、銅箔３０２、３０２の厚みは０．１０５ｍｍである。
【０１０５】
続けて、図２４Ｂに示すように、ドリルによって径０．５ｍｍの孔３０ｂを、出発基板３００に形成（穴明け）する。孔３０ｂは、スルーホールである。孔３０ｂは、電極１２〜１４、１２ａ（パッド）の各々に対向して形成される。各電極に対向する孔３０ｂの数は、半導体素子１０の電極１２〜１４について「ゲート電極：２、センサ電極：１、エミッタ電極：３×５＝１５」であり、半導体素子１０ａの電極１２ａについて「２×２＝４」である。孔３０ｂは、１ｍｍのピッチで、電極１２〜１４、１２ａの中心に配置される。
【０１０６】
続けて、図２４Ｃに示すように、化学銅めっき（上村メッキ社製）により、厚さ０．１μｍの化学銅めっき膜３０３を基板表面全体に形成する。
【０１０７】
続けて、図２４Ｄに示すように、電解銅めっき（奥野製薬社製）により、厚み４０μｍの電解銅めっき膜３０４を基板表面全体に形成する。これにより、銅箔３０１又は３０２、化学銅めっき膜３０３、及び電解銅めっき膜３０４の３層からなる導体層が基板両面に形成され、孔３０ｂには、導体３３（銅めっき膜）が形成される。
【０１０８】
続けて、図２４Ｅに示すように、上記形成された基板両面の導体層をパターニングすることで、導体回路３１、３２を形成する。具体的には、上記めっきした基板の両面に、感光性を有するドライフィルムをラミネートし、フォトリソグラフィ技術によりこれをパターニングする。これにより、半導体素子１０及び１０ａの電極に対応した配置及び寸法を有するドライフィルムが形成される。その後、こうしたドライフィルムを導体層上に残した状態で、塩化銅溶液により導体層をエッチングする。これにより、導体回路３１、３２が形成される。
【０１０９】
続けて、上記導体回路３１、３２を形成した基板を１４×１２ｍｍのサイズに切断する。この切断には、ダイシングソー（東京精密社製）を用いる。これにより、厚さ０．４９ｍｍの支持板３０が得られる。
【０１１０】
導体ポスト４０は、以下のように支持板３０の孔３０ｂに挿入される。この工程は、図５のステップＳ１３に相当する工程である。
【０１１１】
まず、図２５Ａに示すように、厚み０．８ｍｍの銅板４０１を、金型（金型ポンチ１００１、金型ダイ１００２）にセットする。銅板４０１は、無酸素銅Ｃ１０２０（三菱伸銅社製）からなる。金型ポンチ１００１の径は０．４５ｍｍである。
【０１１２】
続けて、図２５Ｂに示すように、金型ポンチ１００１で銅板４０１を打ち込み、０．０５ｍｍ突出させる。
【０１１３】
続けて、図２５Ｃに示すように、支持板３０の孔３０ｂに銅板４０１の突出部を対向させ、両者を密着させる。
【０１１４】
続けて、図２５Ｄに示すように、金型ポンチ１００１を用いて、孔３０ｂに銅板４０１を打ち込む。これにより、図２５Ｅに示すように、導体ポスト４０は、孔３０ｂを貫通し、反対側（矢印Ｚ２側）へ約０．６ｍｍ突出する。導体ポスト４０の突出した部分（図中の突出部Ｐ１）の各パラメータは、「平均径：０．４４ｍｍ、平均突出量：０．５９５ｍｍ、アスペクト比：１．３５２」である。突出部Ｐ１のビッカース硬度を測定したところ、ビッカース硬度は１１５であった。
【０１１５】
本実施例では、導体ポスト４０が、第２端部４２ａ側から支持板３０の孔３０ｂに挿入される。導体ポスト４０は、導体３３と嵌合した状態で固定される。その結果、嵌合面積（導体ポスト４０と孔３０ｂの壁面の導体３３とが固着している面積）は０．２７６ｍｍ２であった。図２６に示すように、導体ポスト４０の側面Ｓ１（周面）と導体回路３１の側面とは、略全面が接触する。
【０１１６】
こうした方法で、全ての孔３０ｂに対して導体ポスト４０を挿入（嵌入）する。その結果、導体ポスト４０のコプラナリティは０．０２８ｍｍであった。なお、コプラナリティとは、部品の端子等の並び方が同一平面内にある程度（均一性）をいう。
【０１１７】
続けて、孔３０ｂ内における支持板３０と導体ポスト４０との隙間に、スパークルフラックスＷＦ−６４００（千住金属社製）及びエコソルダーボールＳ  Ｍ７０５（千住金属社製）を充填する。エコソルダーボールＳ  Ｍ７０５は、径０．３ｍｍ、含有元素「Ａｇ：３％、Ｃｕ：０．５％」のＰｂフリー半田ボールである。
【０１１８】
その後、６０ｍｍ／分の速度で支持板３０をＮ２雰囲気のリフロー炉に流し、孔３０ｂの壁面と導体ポスト４０とを半田付けする。これにより、支持板３０と導体ポスト４０との接続が補強される。その結果、接続基板５０が製造される。半田溶融時において、加熱による最高到達温度は２８０℃である。また、２４０℃以上に加熱される時間は３５分間である。そして、常温に戻した後、冷却速度５℃／分でリフロー炉から上記半田付けした基板を取り出す。突出部Ｐ１のビッカース硬度を測定したところ、ビッカース硬度は６３であった。
【０１１９】
半導体素子１０及び１０ａは、以下のように放熱板２０に実装（接続）される。この工程は、図５のステップＳ１４に相当する工程である。
【０１２０】
導電性材料７１ａ、７１ｃにより、半導体素子１０の電極１１及び半導体素子１０ａの電極１１ａと放熱板２０の電極２１とを相互に接続する。導電性材料７１ａ、７１ｃは、含有元素「Ａｇ：３％、Ｃｕ：０．５％」のＳｎ半田からなる。半導体素子１０及び１０ａは、導電性材料７１ａ、７１ｃによりＮ２雰囲気のリフロー炉で半田付けされる。半田溶融時において、加熱による最高到達温度は２６０℃である。また、２４０℃以上に加熱される時間は９０秒間である。
【０１２１】
半導体素子１０及び１０ａは、以下のように接続基板５０に実装（接続）される。この工程は、図５のステップＳ１５に相当する工程である。
【０１２２】
半導体素子１０及び１０ａを放熱板２０に実装した後、半導体素子１０の電極１２〜１４及び半導体素子１０ａの電極１２ａに、厚さ３０μｍの導電性材料７２ａ〜７２ｄを印刷する。導電性材料７２ａ〜７２ｄは、例えば半田ペーストＳ７０Ｇ（千住金属社製）からなる。半田ペーストＳ７０Ｇは、含有元素「Ａｇ：３％、Ｃｕ：０．５％」のＳｎ半田である。
【０１２３】
続けて、半導体素子１０及び１０ａの各電極に、導体ポスト４０を対向させる。
【０１２４】
その後、１２０ｍｍ／分の速度で支持板３０をＨ２リフロー炉（デンコー社製）に流し、半導体素子１０及び１０ａの各電極と導体ポスト４０とを半田付けする。半田溶融時において、加熱による最高到達温度は３５０℃である。また、２７０℃以上に加熱される時間は２５分間である。そして、冷却速度１００℃／分でリフロー炉から上記半田付けした基板を取り出す。
【０１２５】
こうした方法によれば、導体ポスト４０を接続するための導電性材料７２ａ〜７２ｄに半田フィレットが形成される。半田（導電性材料７２ａ〜７２ｄ）は、０．２ｍｍの高さまでせり上がる。導体ポスト４０の側部においてビッカース硬度を測定したところ、４２という低い硬度であった。
【０１２６】
半導体素子１０及び１０ａの各電極と導体ポスト４０とは、上記方法により、まとめて接続（一括接続）される。その後、上記に準ずる半田付けにより外部接続端子６１〜６５を接続することで、半導体装置１０２が完成する。
【０１２７】
こうして得られる実施例１に係る半導体装置１０２は、長期のヒートサイクルに対する信頼性が高い。このことについて、発明者は、パワーサイクル耐久試験を行った。
【０１２８】
具体的には、半導体素子１０に電流を流しながら、半導体素子１０を常温２５℃から１５０℃に１秒以内に急速に加熱させ、１５０℃に到達したところで電流を切って５秒以内に常温まで強制的に冷却するというサイクルを１サイクルとして、半導体装置１０２が破壊されるまで、上記サイクルを繰り返した。
【０１２９】
こうした試験により、実施例１の半導体装置１０２では、エミッタポストＥに含まれる１５本の導体ポスト４０について、１本当たり６０Ａ（アンペア）、すなわち合計９００Ａを印加することで１５０℃に到達することがわかった。また、３０日（４３００００サイクル）にわたって試験を継続的に行っても、半導体装置１０２は切断することなく動作した（すなわち破壊に至らなかった）ため、そこで試験を終了した。試験の終了後、導体ポスト４０のビッカース硬度を測定したところ、６８になっており、試験中に導体ポスト４０が硬化したことが確認された。
【０１３０】
比較のため、同様の試験を他の半導体装置についても行った。
【０１３１】
比較例１の半導体装置は、アルミワイヤウェッジボンディングにより、ＩＧＢＴチップの電極（外部出力端子）に、径０．４ｍｍ、長さ１５ｍｍの純アルミニウムワイヤを接続した半導体装置である。上記試験を行ったところ、比較例１の半導体装置では、１３Ａの電流で１５０℃に到達した。これにより、少ない電流しかＩＧＢＴチップに流せないことがわかった。また、１２２５サイクルで、アルミワイヤの接続部分が断線した。
【０１３２】
（実施例２）
以下、実施例２に係る半導体装置１０１（図１、図２参照）について説明する。本実施例においては、上記実施形態で示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付し、各要素について、より詳細なパラメータを明示する。
【０１３３】
実施例１と同様、半導体素子１０はＩＧＢＴチップであり、放熱板２０は、ＡＬＮ製の放熱板である。支持板３０も、実施例１と同様にして製造される。ただし、孔３０ｂは、径０．４２ｍｍのスルーホールである。
【０１３４】
導体ポスト４０は、以下のように製造される。
【０１３５】
まず、径０．５ｍｍ、純度９９．９％のアルミニウム（１Ｎ９９）線を用意する。そして、金型を用いて、絞り成形によりアルミニウム線を加工して、先の図２１Ａ及び図２１Ｂに示したような形状にする。その結果、アルミニウムからなる導体ポスト４０が完成する。導体ポスト４０の端面形状（Ｘ−Ｙ平面）は、１辺が０．１４５ｍｍの正８角形である。相当径は０．３５９５ｍｍである。鍔部４３の横断面形状は、１辺の長さ０．２９ｍｍの正８角形である。鍔部４３の厚さは、０．２ｍｍである。導体ポスト４０の第１端部４１ａには、十字形の部分（以下、十字部分という）が形成されている。十字部分は４つの小片からなり、小片１つの幅（図２１Ａ中のｄ１）は０．１ｍｍである。十字部分の高さ（図２１Ｂ中のｄ２）は０．４ｍｍである。十字部分の幅（図２１Ｂ中のｄ３）は０．４６ｍｍである。すなわち、孔３０ｂの径よりも大きい。第１柱部４１の長さは０．４ｍｍ、第２柱部４２の長さは０．６ｍｍであり、アスペクト比は２．７８である。成形した直後に導体ポスト４０のビッカース硬度を測定したところ、９３であった。
【０１３６】
続けて、１７Ｎの圧力で導体ポスト４０の十字部分を支持板３０の孔３０ｂに圧入する。これにより、図２７に示すように、導体ポスト４０が第１端部４１ａ側から支持板３０の孔３０ｂに挿入（嵌入）される。その結果、嵌合面積は０．１４４ｍｍ２であった。
【０１３７】
こうした方法で、全ての孔３０ｂに対して導体ポスト４０を挿入（嵌入）する。その結果、導体ポスト４０のコプラナリティは０．０１２ｍｍであった。
【０１３８】
続けて、実施例１と同様に半田ボールを供給し、リフロー炉にて導体ポスト４０を固着する。導体ポスト４０のビッカース硬度を測定したところ、２５であった。
【０１３９】
その後、放熱板２０及び接続基板５０の各々と半導体素子１０を接続し、半田付けにより外部接続端子６１〜６４を接続することで、半導体装置１０１が完成する。こうした半導体装置１０１では、半田（導電性材料７２ａ〜７２ｃ）が、０．３ｍｍの高さまでせり上がり、半田フィレットが形成される。導体ポスト４０の側部においてビッカース硬度を測定したところ、２４であった。
【０１４０】
こうして得られる実施例２に係る半導体装置１０１について、実施例１と同様のパワーサイクル耐久試験を行ったところ、エミッタポストＥに含まれる１５本の導体ポスト４０について、１本当たり２３Ａ（アンペア）、すなわち合計３４５Ａを印加することで１５０℃に到達することがわかった。また、２８５４５６サイクルで、断線に至った。断線箇所を確認したところ、半田フィレットの側面から、導体ポスト４０と接続する半田（導電性材料７２ａ〜７２ｃ）内部に亀裂が生じていた。しかしながら、実施例２の半導体装置１０１の耐久性は、前述の比較例１の２００倍以上に相当することがわかった。また、試験の終了後、導体ポスト４０のビッカース硬度を測定したところ、７２になっており、試験中に導体ポスト４０が硬化したことが確認された。
【０１４１】
（他の実施例）
さらに、実施例２における材料等の諸条件を変えたいくつかの例、すなわち熱伝導率及びビッカース硬度を変化させた例（実施例３、４及び比較例２、３）、並びに導体ポスト４０の径及びアスペクト比を変化させた例（実施例５、６及び比較例４、５）について、ビッカース硬度や耐久性等を測定した。これらの結果を、上記実施例１、２及び比較例１の結果と共に、図２８〜図３２に示す。図中、試料＃１１〜＃１６は、実施例１〜６の半導体装置に相当し、試料＃２１〜＃２５は、比較例１〜５の半導体装置に相当する。図２８には、支持板３０の材料等を示す。図２９には、導体ポスト４０の材料等を示す。図３０には、半田付けの条件を示す。図３１には、ビッカース硬度の測定結果を示す。図３２には、パワーサイクル耐久試験の結果を示す。
【０１４２】
図３２に示されるように、試料＃１１〜＃１６（実施例１〜６）は、試料＃２１〜＃２５（比較例１〜５）に比べて、多くの電流を流すことができ、且つ、長期のヒートサイクルに対する信頼性が高い。
【０１４３】
上記実施形態や別例等は、組み合わせることができる。
【０１４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、「請求項」に記載されている発明や「発明を実施するための形態」に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明に係る半導体装置は、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などを含む半導体モジュールを実現することに適している。本発明に係る半導体装置の製造方法は、こうした半導体装置の製造に適している。
【符号の説明】
【０１４６】
１０  半導体素子（ＩＧＢＴチップ）
１０ａ  半導体素子（ＦＷＤチップ）
１１〜１４  電極
１１ａ、１２ａ  電極
２０  放熱板
２１  電極
３０  支持板
３０ａ  絶縁基板
３０ｂ  孔
３１、３２  導体回路
３３  導体
４０  導体ポスト
４０ａ  柱状導体
４０ｂ  コーティング膜
４１  第１柱部
４１ａ  第１端部
４２  第２柱部
４２ａ  第２端部
４３  鍔部
５０  接続基板
６１〜６５  外部接続端子
７１ａ〜７１ｃ  導電性材料
７２ａ〜７２ｄ  導電性材料
７３、７３ａ〜７３ｄ  導電性材料
７４  導電性材料
７５  導電性材料
１０１、１０２  半導体装置
３００  出発基板
３０１、３０２  銅箔
３０３  化学銅めっき膜
３０４  電解銅めっき膜
４０１  銅板
１００１  金型ポンチ
１００２  金型ダイ
Ｅ  エミッタポスト
Ｆ  ＦＷＤポスト
Ｇ  ゲートポスト
Ｓ  センサポスト
【図１】
0005581043.tif 000002
【図２】
0005581043.tif 000003
【図３】
0005581043.tif 000004
【図４】
0005581043.tif 000005
【図５】
0005581043.tif 000006
【図６】
0005581043.tif 000007
【図７】
0005581043.tif 000008
【図８】
0005581043.tif 000009
【図９】
0005581043.tif 000010
【図１０】
0005581043.tif 000011
【図１１】
0005581043.tif 000012
【図１２】
0005581043.tif 000013
【図１３Ａ】
0005581043.tif 000014
【図１３Ｂ】
0005581043.tif 000015
【図１３Ｃ】
0005581043.tif 000016
【図１４】
0005581043.tif 000017
【図１５Ａ】
0005581043.tif 000018
【図１５Ｂ】
0005581043.tif 000019
【図１５Ｃ】
0005581043.tif 000020
【図１６Ａ】
0005581043.tif 000021
【図１６Ｂ】
0005581043.tif 000022
【図１６Ｃ】
0005581043.tif 000023
【図１６Ｄ】
0005581043.tif 000024
【図１７】
0005581043.tif 000025
【図１８】
0005581043.tif 000026
【図１９】
0005581043.tif 000027
【図２０Ａ】
0005581043.tif 000028
【図２０Ｂ】
0005581043.tif 000029
【図２０Ｃ】
0005581043.tif 000030
【図２０Ｄ】
0005581043.tif 000031
【図２０Ｅ】
0005581043.tif 000032
【図２０Ｆ】
0005581043.tif 000033
【図２１Ａ】
0005581043.tif 000034
【図２１Ｂ】
0005581043.tif 000035
【図２２Ａ】
0005581043.tif 000036
【図２２Ｂ】
0005581043.tif 000037
【図２２Ｃ】
0005581043.tif 000038
【図２２Ｄ】
0005581043.tif 000039
【図２３Ａ】
0005581043.tif 000040
【図２３Ｂ】
0005581043.tif 000041
【図２３Ｃ】
0005581043.tif 000042
【図２４Ａ】
0005581043.tif 000043
【図２４Ｂ】
0005581043.tif 000044
【図２４Ｃ】
0005581043.tif 000045
【図２４Ｄ】
0005581043.tif 000046
【図２４Ｅ】
0005581043.tif 000047
【図２５Ａ】
0005581043.tif 000048
【図２５Ｂ】
0005581043.tif 000049
【図２５Ｃ】
0005581043.tif 000050
【図２５Ｄ】
0005581043.tif 000051
【図２５Ｅ】
0005581043.tif 000052
【図２６】
0005581043.tif 000053
【図２７】
0005581043.tif 000054
【図２８】
0005581043.tif 000055
【図２９】
0005581043.tif 000056
【図３０】
0005581043.tif 000057
【図３１】
0005581043.tif 000058
【図３２】
0005581043.tif 000059