(57)【要約】【課題】半導体素子をパワーモジュールに組み込んだ状態において、当該半導体素子に発生する応力の状態を簡単な手法で検証することにより、半導体素子及びはんだを含めたパワーモジュールの耐久信頼性等の品質を確保する。【解決手段】半導体素子１６の検査装置１０及び製造方法では、半導体素子１６の表面２８における所定位置を打痕検査部３０とし、ロッド１８を打痕検査部３０に当接させて圧痕を付与する。次に、該圧痕を経過観察し、前記圧痕から半導体素子１６の表面２８に沿って進展する亀裂の有無を確認する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の表面における所定位置を打痕検査部とし、圧痕付与部により前記打痕検査部に圧痕を付与する第１の工程と、
前記半導体素子の表面に付与された前記圧痕を経過観察し、該圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する亀裂の有無を確認する第２の工程と、
を有する
ことを特徴とする半導体素子の検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体素子の検査方法において、
前記半導体素子の表面に沿って直線状の前記亀裂が発生していれば、前記半導体素子の表面に沿った方向の引張応力が該半導体素子に発生していると判定し、一方で、前記亀裂が発生していなければ、前記半導体素子の表面に沿った方向の圧縮応力が該半導体素子に発生していると判定する第３の工程をさらに有する
ことを特徴とする半導体素子の検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体素子の検査方法において、
前記打痕検査部は、前記半導体素子の表面に形成された電極における所定箇所であり、
前記圧痕は、前記電極を貫通して前記半導体素子を構成する半導体の基材にまで到達する
ことを特徴とする半導体素子の検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体素子の検査方法において、
前記第１の工程に先立ち、前記半導体素子をはんだにより回路基板に接合してパワーモジュールに組み込む
ことを特徴とする半導体素子の検査方法。
【請求項５】
半導体素子の表面における所定位置を打痕検査部とし、該打痕検査部に圧痕を付与する圧痕付与部を有し、
前記半導体素子の表面に付与された前記圧痕を経過観察し、該圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する亀裂の有無を確認する
ことを特徴とする半導体素子の検査装置。
【請求項６】
半導体素子の検査装置又は検査方法に供される半導体素子であって、
該半導体素子の表面における所定位置は、前記検査装置又は前記検査方法で用いられる圧痕付与部により圧痕が付与される打痕検査部として設定され、
前記圧痕付与部により前記半導体素子の表面に付与された圧痕を経過観察することで、該圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する亀裂の有無が確認される
ことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の検査方法及び検査装置、並びに、前記検査方法及び前記検査装置の検査に供される半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、例えば、モータ駆動制御システムに用いられるパワーモジュールは、高出力化に伴い十分な電気絶縁性と放熱性とが要求されている。
【０００３】
このようなパワーモジュールは、例えば、下記の工程により製造される。
【０００４】
先ず、セラミックス製の絶縁基板の両面に銅又はアルミニウム等からなる金属板をそれぞれ接合して回路基板を構成する。次に、溶融温度が比較的高い鉛系はんだにより半導体素子を絶縁基板の表面の金属板に固着した後に、該半導体素子にアルミニウム等の金属ワイヤを接続して電気回路を形成する。また、回路基板よりも厚みがあり且つ銅又はアルミニウム等からなる放熱板を、前記鉛系はんだよりも溶融温度の低い錫鉛系共晶はんだにより絶縁基板の裏面の金属板に固着する。
【０００５】
ところで、パワーモジュールの使用環境によって発生する熱的ストレス又は機械的ストレスに起因して、はんだに亀裂が入ることにより、パワーモジュールに発生する応力を緩和することができる。そこで、パワーモジュールの使用環境に応じた亀裂の入り度合いを、該パワーモジュールの製品特性を維持できる期間を見極めるための品質設計に役立てることが行われている。例えば、日本自動車技術会規格（ＪＡＳＯ）や日本工業規格（ＪＩＳ）には、はんだの耐久信頼性試験が定められており、当該試験の結果に基づいて、亀裂の入り度合いに応じた品質設計が可能となっている。
【０００６】
具体的には、はんだの厚みを大きくして、亀裂の入る時間を遅らせる手法がとられており、一般的に、使用するはんだの材料に応じて、例えば、ペースト剤を使用する場合には、メタルマスクの開口幅を拡大したり、あるいは、メタルマスクの厚みを確保する手法が知られている。また、成形はんだ材では、はんだシート材の厚みを増やしたり、円柱状に加工する等の手法で、はんだの厚みを確保することが知られている。
【０００７】
一方、近年では、環境保護の観点から、鉛を含有しない鉛フリーはんだ材が使用されつつあるが、鉛フリーはんだ材は、鉛を含有するはんだ材（鉛系はんだ材）と比較して高硬度であるため、亀裂が一旦入ると、鉛系はんだ材よりも亀裂の進展が早く、信頼性に劣るという問題がある。また、鉛フリーはんだ材の溶融温度は比較的高いが、放熱板の固着に用いられる錫鉛系はんだ材の溶融温度範囲と近いため、半導体素子の固着に鉛フリーはんだ材を用いると、放熱板の固着時に鉛フリーはんだ材が再溶融し、信頼性が著しく低下する。そこで、鉛フリーはんだ材にレアメタルを添加したり、鉛フリーはんだ材を樹脂モールドで覆ったり、あるいは、鉛フリーはんだ材を含むパワーモジュール全体の厚みや材料構成を最適化することにより、鉛フリーはんだ材の耐久信頼性を向上させるようにしている。
【０００８】
このように、従来は、はんだ材の耐久信頼性を向上させることにより、パワーモジュールの耐久信頼性を向上させるようにしている。しかしながら、上述の手法では、はんだ材以外のパワーモジュールの構成要素（例えば、半導体素子）の耐久信頼性について、何ら考慮されていない。
【０００９】
すなわち、半導体素子は、パワーモジュールを構成する他の部材と比較して、脆性な材料で構成されている。そのため、はんだを加熱溶融させて半導体素子と回路基板の金属板とを接合した後に該はんだを冷却すると、前記半導体素子に応力（引張応力）が発生する。その状態で、半導体素子に対してワイヤボンディングを行うと、ボンディングツールから半導体素子の電極に加えられた力（衝撃）と前記応力とに起因して、半導体素子の電気絶縁を担う酸化膜が破壊される可能性がある。
【００１０】
そこで、特許文献１には、半導体素子に均一に応力を印加して、該半導体素子の電気特性の変動を評価する評価装置及び評価方法が提案されている。特許文献１では、試料台としてのベースプレートの表面に半導体素子を接着すると共に、裏面に歪ゲージを取り付け、該表面に荷重印加装置を配置する。そして、荷重印加装置からベースプレートに垂直荷重を印加するとベースプレートが湾曲し、歪ゲージは、ベースプレートの歪みを測定する。該歪みに基づいて半導体素子に印加された応力が測定される。また、半導体素子に応力が印加された状態でプローブを用いて半導体素子の電気特性を計測することにより、電気特性の変動を評価することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４６５３６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の技術は、半導体素子のみをベースプレートに接着させて評価試験を行うので、半導体素子をパワーモジュールに組み込んだ状態で評価試験が行われることはない。そのため、該評価試験で計測された応力は、半導体素子に発生する応力ではあっても、パワーモジュールに実際に組み込まれた半導体素子に発生する応力とは異なる可能性がある。
【００１３】
すなわち、実際に求められる耐久信頼性は、半導体素子と回路基板とがはんだにより接合されてパワーモジュールに組み込まれた状態での耐久信頼性である。そのため、特許文献１の技術を適用すれば、半導体素子単体に対する評価試験と、半導体素子を組み込んだ実際の製品（パワーモジュール）に対する評価試験とがそれぞれ行われ、特許文献１の評価試験が無駄に行われることになる。
【００１４】
また、パワーモジュールの構造や構成を変更すれば、半導体素子に発生する応力も変化することが予想される。近年では、環境保護の観点から、鉛フリーはんだ材が使用される場合もあるので、半導体素子をパワーモジュールに組み込んだ状態で、該半導体素子に発生する応力を計測する際には、半導体素子及びはんだの耐久信頼性を含めたパワーモジュール全体としての耐久信頼性を評価する必要がある。しかしながら、前述のように、特許文献１の技術では、半導体素子単体で評価試験を行うため、パワーモジュールの耐久信頼性まで考慮して評価を行うことはできない。
【００１５】
さらに、特許文献１の技術では、評価試験を行うために、ベースプレート、接着剤、歪ゲージ、荷重印加装置及びプローブを少なくとも用意する必要があるので、半導体素子に発生する応力を簡単に計測することはできない。
【００１６】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、半導体素子をパワーモジュールに組み込んだ状態において、当該半導体素子に発生する応力の状態を簡単な手法で検証することにより、半導体素子及びはんだを含めたパワーモジュールの耐久信頼性等の品質を確保することが可能となる検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、このような検査方法及び検査装置に供される半導体素子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】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の検査方法は、半導体素子の表面における所定位置を打痕検査部とし、圧痕付与部により前記打痕検査部に圧痕を付与する第１の工程と、前記半導体素子の表面に付与された前記圧痕を経過観察し、該圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する亀裂の有無を確認する第２の工程とを有することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係る半導体素子の検査装置は、半導体素子の表面における所定位置を打痕検査部とし、該打痕検査部に圧痕を付与する圧痕付与部を有し、前記半導体素子の表面に付与された前記圧痕を経過観察し、該圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する亀裂の有無を確認することを特徴としている。
【００２０】
さらに、上記の検査装置又は検査方法に供される半導体素子は、該半導体素子の表面における所定位置が、前記検査装置又は前記検査方法で用いられる圧痕付与部により圧痕が付与される打痕検査部として設定され、前記圧痕付与部により前記半導体素子の表面に付与された圧痕を経過観察することで、該圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する亀裂の有無を確認するようにしている。
【００２１】
このように、本発明では、半導体素子の表面における所定位置を打痕検査部とし、圧痕付与部により前記打痕検査部に圧痕を付与して該圧痕を経過観察する。この場合、前記半導体素子に応力が発生している状態で、前記打痕検査部に前記圧痕を付与すれば、該応力に起因した亀裂が前記圧痕から前記半導体素子の表面に沿って進展する可能性がある。従って、前記亀裂の有無を確認することにより、前記半導体素子に応力が発生しているか否かを容易に検証することができる。
【００２２】
すなわち、本発明では、前記半導体素子の表面に前記圧痕を付与するだけで、前記半導体素子に発生している応力の状態を検証することが可能となるので、前記半導体素子をパワーモジュールに組み込んだ状態において、該半導体素子での応力の発生の有無を容易に検証することができる。この結果、前記パワーモジュールの構造や構成を変更した場合でも、該パワーモジュールに組み込まれた前記半導体素子に発生する応力を容易に検証することができる。そのため、本発明では、特許文献１の技術と比較して、半導体素子の耐久信頼性を含めたパワーモジュール全体としての耐久信頼性まで考慮した評価を行うことが可能となる。
【００２３】
また、本発明では、検査対象となるパワーモジュール（に組み込まれた半導体素子）と、圧痕付与部とがあれば、該半導体素子に対する検査を行うことが可能となるため、特許文献１の技術と比較して、前記半導体素子に発生する応力を簡単に検証することができる。
【００２４】
このように、本発明では、前記半導体素子を前記パワーモジュールに組み込んだ状態において、当該半導体素子に発生する応力の状態を簡単な手法で検証することができるので、前記半導体素子及びはんだを含めた前記パワーモジュールの耐久信頼性等の品質を容易に確保することが可能となる。
【００２５】
また、上記の検査方法では、前記半導体素子の表面に沿って直線状の前記亀裂が発生していれば、前記半導体素子の表面に沿った方向の引張応力が該半導体素子に発生していると判定し、一方で、前記亀裂が発生していなければ、前記半導体素子の表面に沿った方向の圧縮応力が該半導体素子に発生していると判定する第３の工程をさらに有してもよい。これにより、前記半導体素子に発生している応力の状態を容易に特定することができる。
【００２６】
さらに、前記打痕検査部は、前記半導体素子の表面に形成された電極における所定箇所であり、前記圧痕は、前記電極を貫通して前記半導体素子を構成する半導体の基材にまで到達している。これにより、前記基材を含めた前記半導体素子に発生している応力の状態を確実に検証することができる。
【００２７】
また、前記第１の工程に先立ち、前記半導体素子をはんだにより回路基板に接合してパワーモジュールに組み込む工程も加えれば、実際のパワーモジュールに対する耐久信頼性の評価を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、半導体素子をパワーモジュールに組み込んだ状態において、当該半導体素子に発生する応力の状態を簡単な手法で検証することができるので、前記半導体素子及びはんだを含めた前記パワーモジュールの耐久信頼性等の品質を容易に確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る半導体素子の検査装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る半導体素子の検査方法のフローチャートである。
【図３】検証結果の一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係る半導体素子の検査装置について、検査方法との関連で、好適な実施形態を、添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態に係る検査装置１０は、検査対象のパワーモジュール１２に搭載された半導体素子１６での引張応力又は圧縮応力の発生の有無を検証するための装置であり、ロッド（圧痕付与部）１８を有するマイクロビッカース硬度計を含み構成されている。
【００３２】
この場合、パワーモジュール１２では、放熱板２０がはんだ２２によりＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板２４の底面に接合され、半導体素子１６がはんだ２６によりＤＣＢ基板２４の上面に接合されている。
【００３３】
ＤＣＢ基板２４は、ＳｉＮ等のセラミックスからなる絶縁基板２４ａの底面に銅板２４ｂが配置されると共に、絶縁基板２４ａの上面に銅板２４ｃが配置された回路基板である。すなわち、銅板２４ｂと放熱板２０とがはんだ２２により接合され、銅板２４ｃと半導体素子１６とがはんだ２６により接合されている。
【００３４】
半導体素子１６では、半導体の基材１６ａの底面に電極１６ｂが形成されると共に、上面に電極１６ｃが形成されており、電極１６ｂがはんだ２６により銅板２４ｃと接合されている。
【００３５】
そして、検査装置１０では、電極１６ｃの表面２８における所定位置を打痕検査部３０として設定し、ロッド１８の先端を打痕検査部３０に当接させることにより、電極１６ｃから基材１６ａにまで到達する深さの圧痕を形成する。そして、前記圧痕を経過観察することにより、該圧痕から表面２８に沿って、直線状の割れ（亀裂）が発生したか否かを確認する。
【００３６】
なお、はんだ２２、２６は、例えば、同じ種類の鉛フリーはんだが用いられる。また、半導体素子１６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等のパワー半導体素子である。さらに、放熱板２０は、ヒートシンクに連結される放熱用ベース板、あるいは、ヒートシンクである。また、パワーモジュール１２では、ワイヤボンディング等により電極１６ｃが図示しないワイヤと接続され、さらには、図示しない樹脂により半導体素子１６、ＤＣＢ基板２４及びワイヤが封止される。
【００３７】
本実施形態に係る検査装置１０は、以上のように構成されるものであり、次に、パワーモジュール１２に組み込まれた半導体素子１６に対する検査（検査方法）について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００３８】
なお、この説明では、必要に応じて、図１も参照しながら説明する。本実施形態では、生産時又は品質確認時において、少なくとも１個のパワーモジュール１２をサンプルとして検査装置１０での検査に供する。従って、ＤＣＢ基板２４に対して半導体素子１６と放熱板２０とがはんだ接合された状態で検査が行われる。また、この検査では、打痕検査部３０に圧痕を付与し、半導体素子１６の一部を破損させる検査であるため、検査済みのパワーモジュール１２（サンプル）が製品として出荷されたり、又は、製品として使用されることがないことは勿論である。
【００３９】
先ず、図２のステップＳ１において、検査対象となるパワーモジュール１２の構造及び構成を決定する。
【００４０】
次のステップＳ２において、ステップＳ１で決定された構造及び構成に基づき、半導体素子１６、放熱板２０及びＤＣＢ基板２４をそれぞれ製造すると共に、はんだ２２、２６となるはんだ材を用意する。次に、はんだ２６により半導体素子１６をＤＣＢ基板２４の銅板２４ｃに接合すると共に、はんだ２２により放熱板２０を銅板２４ｂに接合する。これにより、半導体素子１６がパワーモジュール１２に組み込まれる。
【００４１】
なお、はんだ２６の加熱溶融によって半導体素子１６と銅板２４ｃとが接合した後に、はんだ２６が冷却して半導体素子１６が銅板２４ｃに固着されると、該半導体素子１６には、表面２８に沿った方向（図１の左右方向）の引張応力又は圧縮応力が発生する。また、放熱板２０又はＤＣＢ基板２４に反りが発生している場合においても、はんだ２６の冷却によって半導体素子１６が銅板２４ｃに固着されると、該反りに起因して、半導体素子１６には、表面２８に沿った方向に引張応力又は圧縮応力が発生する。さらに、半導体素子１６の構造や形状によっては、該半導体素子１６をパワーモジュール１２に組み込むことで、該半導体素子１６には、表面２８に沿った方向に引張応力又は圧縮応力が発生する可能性もある。
【００４２】
ここで、引張応力とは、打痕検査部３０から図１の右方向及び左方向に向かって互いに離間するように半導体素子１６に作用する第一主応力であり、半導体素子１６を右方向及び左方向に引き延ばそうとする力である。一方、圧縮応力とは、図１の右方向及び左方向から打痕検査部３０に向かって半導体素子１６に作用する第三主応力であり、左右方向に沿って半導体素子１６を圧縮させようとする力である。
【００４３】
次のステップＳ３（第１の工程）において、ロッド１８を下降させ、該ロッド１８の先端を電極１６ｃの表面２８の打痕検査部３０に当接させる。これにより、ロッド１８の当接による衝撃で、打痕検査部３０から電極１６ｃを介して基材１６ａにまで到達する深さの圧痕３２（図３参照）が形成される。
【００４４】
次のステップＳ４（第２の工程）において、検査装置１０を操作する作業者の目視により、あるいは、図示しない実体顕微鏡を用いて、圧痕３２を経過観察し、圧痕３２から表面２８に沿って、直線状の割れ（亀裂３４）が発生しているか否かを確認する。
【００４５】
なお、ステップＳ４では、圧痕３２から表面２８に沿って直線状に進展する割れのみを亀裂３４として確認する。従って、圧痕３２自体、圧痕３２の周囲に発生している単なるキズ（圧痕３２から進展していないキズ）、電極１６ｃの一部の欠け、又は、直線状ではない割れについては、亀裂３４と認定しない。これは、後述するように、引張応力に起因した割れが圧痕３２から直線的に進展する割れであるので、該直線状の割れのみを亀裂３４と認定することで、引張応力の発生を特定しやすいようにするためである。
【００４６】
次のステップＳ５において、亀裂３４の発生が確認された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、次のステップＳ６において、パワーモジュール１２に搭載された半導体素子１６に引張応力が発生し、圧痕３２の付与による亀裂３４の発生で該半導体素子１６が破損したと判定する。一方、亀裂３４が発生していないことが確認された場合（ステップＳ５：ＮＯ）、次のステップＳ７において、半導体素子１６に圧縮応力が発生している、すなわち、引張応力が発生せず、圧痕３２を付与しても該圧痕３２以外の半導体素子１６の破損は見られないと判定する。
【００４７】
ここで、半導体素子１６に発生する引張応力は、表面２８に沿った方向で且つ圧痕３２から互いに離間するように作用する応力であるため、前記引張応力が発生している状態で半導体素子１６に圧痕３２が付与された場合には、該引張応力に起因して、表面２８に沿った亀裂３４が圧痕３２から直線状に進展する。従って、ステップＳ５、Ｓ６（第３の工程）では、直線状に進展する亀裂３４の発生を確認することで、半導体素子１６に引張応力が発生していることを容易に検証することができる。
【００４８】
一方、半導体素子１６に発生する圧縮応力は、図１の左右から打痕検査部３０に向かって半導体素子１６に作用する応力であるため、前記圧縮応力が発生している状態で半導体素子１６に圧痕３２が付与された場合、該圧縮応力は、亀裂３４の発生を抑制するように作用する。従って、ステップＳ５、Ｓ７（第３の工程）では、亀裂３４が発生していないことを確認することで、半導体素子１６に圧縮応力が発生していることを容易に検証することができる。
【００４９】
これらの検証結果を踏まえ、ステップＳ６で引張応力が発生していると判定された構造又は構成のパワーモジュール１２については、その製造又は構成では耐久信頼性に問題があるため、半導体素子１６に引張応力が発生しないような品質設計を行うよう、パワーモジュール１２の設計者又は製造技術者にフィードバックを行うことができる。
【００５０】
また、ステップＳ７で引張応力が発生していない（圧縮応力が発生している）と判定された構造又は構成のパワーモジュール１２については、耐久信頼性が確保されているため、製品として出荷可能又は使用可能であると判断される。
【００５１】
なお、上述の検査では、同じ構造又は構成のパワーモジュール１２について、少なくとも１個のパワーモジュール１２をサンプルとして検査装置１０に供すれば、半導体素子１６に発生する引張応力又は圧縮応力を特定可能であるため、検査で使用されるサンプルの個数を削減することができる。
【００５２】
勿論、数個のサンプルを検査装置１０に供して検査を行ってもよい。この場合には、サンプル毎に図２に示す検査工程を順に行えばよい。あるいは、各サンプルについてステップＳ１〜Ｓ４の検査工程をそれぞれ行った後に、各サンプルに対するステップＳ５〜Ｓ７の工程を一括して行ってもよい。
【００５３】
図３は、比較的大きなサイズで且つ放熱板２０の厚みが薄いパワーモジュール１２（パワーモジュール１）と、比較的小さなサイズで且つ放熱板２０の厚みが厚いパワーモジュール１２（パワーモジュール２）とについて、半導体素子１６の表面２８の打痕検査部３０に圧痕３２を付与した場合の亀裂３４の進展の有無を確認した結果を示す一覧表である。
【００５４】
図３中、「パワーモジュール１」は、はんだ２２、２６が鉛系はんだ又は鉛フリーはんだである場合の結果を示し、「パワーモジュール２」では、はんだ２２、２６がいずれも鉛フリーはんだである場合の結果を示している。また、図３中、「割れ発生品」とは、亀裂３４が発生したパワーモジュール１２を示し、「割れ無し品」又は「割れ無し」とは、亀裂３４が発生しなかったパワーモジュール１２を示している。さらに、図３中、「拡大」とは、圧痕３２近傍を実体顕微鏡で拡大したものを示している。さらに、破壊数とは、圧痕３２を付与したパワーモジュール１２（サンプル）の個数に対して実際に亀裂３４が発生したパワーモジュール１２の個数を示したものである。例えば、「２／８」は、検査対象の８個のパワーモジュール１２（サンプル）のうち、２個のパワーモジュール１２に亀裂３４が発生したことを示している。
【００５５】
「パワーモジュール１」において、鉛系はんだを用いて半導体素子１６を接合した場合（図３中の左側のケース）では、検査対象の８個のパワーモジュール１２のうち、２個のパワーモジュール１２で半導体素子１６に亀裂３４が発生した。
【００５６】
この場合、鉛フリーはんだよりも硬度の低い鉛系はんだ（耐クリープ性の低いはんだ）を使用しているため、該鉛系はんだでの割れの発生により半導体素子１６に発生する応力が緩和されているはずである。しかしながら、２個のパワーモジュール１２について亀裂３４が発生する結果が得られたため、該パワーモジュール１２については、その構造や構成を改善する必要があることを設計者や製造技術者にフィードバックすることができる。
【００５７】
また、「パワーモジュール１」において、鉛フリーはんだを用いて半導体素子１６を接合した場合（図３中の真ん中のケース）では、検査対象の６個のパワーモジュール１２の全てについて半導体素子１６に亀裂３４が発生した。これは、鉛フリーはんだが高硬度であり、はんだでの割れが発生しにくいため、半導体素子１６に引張応力が発生しやすくなり、この結果、亀裂３４が発生しやすくなることに起因している。従って、このようなパワーモジュール１２についても、その構造や構成を改善する必要があることを設計者又は製造技術者にフィードバックすることができる。
【００５８】
これに対して、「パワーモジュール２」は、いずれも、鉛フリーはんだを用いて接合した場合（図３中の右側の２つのケース）の検証結果を示している。このうち右側の結果は、半導体素子１６の厚みが比較的薄い場合での結果であり、左側の結果は、半導体素子１６の厚みが比較的厚い場合での結果である。
【００５９】
いずれの結果においても、検査対象となった全てのパワーモジュール１２において、半導体素子１６での亀裂３４の発生は見られなかった。
【００６０】
このことから、「パワーモジュール２」では、半導体素子１６に圧縮応力が発生し、半導体素子１６及びはんだ２２、２６を含めたパワーモジュール１２の耐久信頼性が確保されているので、製品として出荷可能又は使用可能であると容易に判断することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、半導体素子１６の表面２８における所定位置を打痕検査部３０とし、ロッド１８により打痕検査部３０に圧痕３２を付与して該圧痕３２を経過観察する。この場合、半導体素子１６に引張応力が発生している状態で、打痕検査部３０に圧痕３２を付与すれば、該引張応力に起因した亀裂３４が圧痕３２から半導体素子１６の表面２８に沿って直線状に進展する可能性がある。従って、直線状に進展する亀裂３４の有無を確認することにより、半導体素子１６に引張応力又は圧縮応力が発生しているか否かを容易に検証することができる。
【００６２】
すなわち、本実施形態では、半導体素子１６の表面２８に圧痕３２を付与するだけで、半導体素子１６に発生している応力の状態（引張応力又は圧縮応力であるか否か）を検証することが可能となるので、該半導体素子１６をパワーモジュール１２に組み込んだ状態において、該半導体素子１６での引張応力又は圧縮応力の発生の有無を容易に検証することができる。この結果、パワーモジュール１２の構造や構成を変更した場合でも、該パワーモジュール１２に組み込まれた半導体素子１６に発生する引張応力又は圧縮応力を容易に検証することができる。そのため、本実施形態では、特許文献１の技術と比較して、半導体素子１６の耐久信頼性を含めたパワーモジュール１２全体としての耐久信頼性まで考慮した評価を行うことが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態では、検査対象となるパワーモジュール１２（に組み込まれた半導体素子１６）と、ロッド１８とがあれば、該半導体素子１６に対する検査を行うことが可能となるため、特許文献１の技術と比較して、半導体素子１６に発生する引張応力又は圧縮応力を簡単に検証することができる。
【００６４】
このように、本実施形態では、半導体素子１６をパワーモジュール１２に組み込んだ状態において、当該半導体素子１６に発生する応力の状態を簡単な手法で検証することができるので、該半導体素子１６及びはんだ２２、２６を含めたパワーモジュール１２の耐久信頼性等の品質を容易に確保することが可能となる。
【００６５】
また、半導体素子１６の表面２８に形成された電極１６ｃにおける所定箇所を打痕検査部３０とし、ロッド１８を打痕検査部３０に当接させて、該電極１６ｃを貫通して半導体の基材１６ａにまで到達する圧痕３２を形成することで、基材１６ａを含めた半導体素子１６に発生している引張応力又は圧縮応力を確実に検証することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、同じ構造又は構成であれば、少なくとも１個のパワーモジュール１２をサンプルとして検査装置１０で検査すれば、当該構造又は構成のパワーモジュール１２の半導体素子１６に発生する引張応力又は圧縮応力を特定することができる。これにより、検査で使用されるサンプルの個数を削減することができる。しかも、その検査では、前述のように、当該パワーモジュール１２に組み込まれた半導体素子１６に発生する引張応力又は圧縮応力を簡単に検証することができる。
【００６７】
つまり、本実施形態では、生産時又は品質確認時において、少なくとも１個のパワーモジュール１２に対して上述の検査を実行すれば、はんだ２２、２６や、放熱板２０又はＤＣＢ基板２４の反りや、半導体素子１６自体に起因した、該半導体素子１６に発生する引張応力又は圧縮応力を検証することができるので、多数のサンプルを検査（耐久信頼性試験）に投入して品質を確認する必要がなくなる。これにより、パワーモジュール１２の構造又は構成の設定及び品質確認が容易になり、半導体素子１６を含めたパワーモジュール１２の開発効率を著しく向上させることができる。
【００６８】
本発明は、上記した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…検査装置                          １２…パワーモジュール
１６…半導体素子                        １６ａ…基材
１６ｂ、１６ｃ…電極                    １８…ロッド
２２、２６…はんだ                      ２４…ＤＣＢ基板
２８…表面                              ３０…打痕検査部
３２…圧痕                              ３４…亀裂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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