(57)【要約】      （修正有）【課題】ペーストのはみ出しに由来する導電性の残存物の発生を抑制した半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子１０１と絶縁基板とを有し、前記絶縁基板には配線層１０２が形成され、前記半導体素子と前記配線層の間には焼結金属からなる接合層１０５が構成され、当該接合層は半導体素子に近い側に配置される第一の焼結層１０５ａと、前記配線層に近い側に配置される焼結層１０５ｂ、１０５ｃを有し、前記配線層に近い側の焼結層は、前記第一の焼結層よりも幅広で形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と絶縁基板とを有する半導体装置において、
前記絶縁基板には配線層が形成され、
前記半導体素子と前記配線層の間には焼結金属からなる接合層が構成され、
当該接合層は半導体素子に近い側に配置される第一の焼結層と、前記配線層に近い側に配置される焼結層を有し、
前記配線層に近い側の焼結層は、前記第一の焼結層よりも幅広で形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記配線層に近い側の焼結層は、前記半導体素子に近い側の焼結層と対向する前記第二の焼結層と、前記第二の焼結層以外の第三の焼結層から構成され、
前記第三の焼結層は前記第二の焼結層よりも空隙率が大きく、前記第一の焼結層は前記第二の焼結層よりも空隙率が小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第一の焼結層、前記第二の焼結層、及び前記第三の焼結層がそれぞれ銀で構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第一の焼結層は銀で構成され、前記第二の焼結層及び前記第三の焼結層は銅で構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第一の焼結層、前記第二の焼結層、及び前記第三の焼結層がそれぞれ銅で構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第二の焼結層の下に配置される前記配線層の最表面は銅、またはニッケルであることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
絶縁基板上に設けられた配線層上に焼結層を無加圧で形成する第一の工程と、
前記第一の工程の後に前記焼結層上に半導体素子とともに加圧して前記焼結層とは異なる焼結層を形成して当該半導体素子を接合する第二の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、前記配線層上に無加圧で形成した焼結層は、ニッケル、または銅に接合可能な酸化金属系ペーストを焼結することによって形成されることを特徴とする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、導電性接合材料を用いた半導体装置及びその半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体装置は電力変換装置、その電力変換装置を搭載した電車、風力発電装置、ハイブリッド自動車等の制御装置に多く使用されている。この半導体装置においては、例えば電子部品の電極端子と回路基板上の回路パターンの電極端子との電気的接合には「はんだ」や「はんだ合金」によるものが主流であった。
【０００３】
ところが、地球環境保全の観点から鉛の使用が厳しく制限されており、鉛の使用を制限して鉛を含まない材料で電極等の接合を行なう開発が進められている。特に、「高温はんだ」に関してはその代替となる有効な材料がまだ見出されていない。そのため、この「高温はんだ」に代わる材料の出現が望まれている。
【０００４】
このような背景から、その開発の一環として金属粒子と有機化合物の複合材料を用いて電極を接合する接合材料が提案されている。
【０００５】
例えば、金属粒子の粒径が１００ｎｍ以下のサイズまで小さくなったナノ粒子のように構成原子数が少なくなると、粒子の体積に対する表面積比は急激に増大し、その融点や焼結温度がバルクの状態(ナノ粒子より大きい状態)に比較して大幅に低下することが知られている。
【０００６】
しかしながら、このような材料を用いて大面積で接合しようとした場合、金属ナノ粒子を覆っている有機保護膜や有機溶媒を揮発させることが接合面中央部では難しく、接合部の強度劣化や電気的特性・熱的特性の劣化を招くと言う問題がある。
【０００７】
特許文献１には、空隙率が互いに異なる複数種類の接合層によって接合部材を構成させることによって、有機成分の揮発経路を確保する発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３１１３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、金属ナノ粒子を用いて接合する場合には接合部の接合信頼性を向上させる必要があり、そのために金属ナノ粒子を焼結させる際に加圧が必要となる。金属ナノ粒子は、上述した有機溶媒などでペースト化されているため、加圧によって接合部材間からペーストがはみ出してしまい、焼結後に導電性の残存物となり残ってしまうという課題がある。
【００１０】
特許文献１に記載の発明では、有機成分の揮発経路については考慮されているが、加圧によるペーストのはみ出しについては一切考慮されていない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ペーストのはみ出しに由来する導電性の残存物の発生を抑制した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における半導体装置は、半導体素子と絶縁基板とを有し、前記絶縁基板には配線層が形成され、前記半導体素子と前記配線層の間には焼結金属からなる接合層が構成され、当該接合層は半導体素子に近い側に配置される第一の焼結層と、前記配線層に近い側に配置される焼結層を有し、前記配線層に近い側の焼結層は、前記第一の焼結層よりも幅広で形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることによって、ペーストのはみ出しに由来する導電性の残存物の発生を抑制した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】前駆焼結層１０５ｅの接合状態を示す図である。
【図２】図１０の点線部Ｂの拡大図である。
【図３】比較例１の一形態を表す図である。
【図４】比較例１の他の形態を表す図である。
【図５】比較例２の形態を表す図である。
【図６】配線層１０２の表面の詳細を示す図である。
【図７】焼結層が（ａ）単純２層焼結構造のクラック伸展、及び（ｂ）本発明の焼結構造のクラック伸展を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第三の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の半導体装置１５０の（ａ）上面図、及び（ｂ）断面図である。
【図１１】本発明の接合プロセスの（ａ）第一工程、（ｂ）第二工程、及び（ｃ）第三工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。まず、図１０を用いて本発明の半導体装置１５０の構造について説明する。図１０は半導体装置１５０の外観を示したものであり、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ’の断面図を示したものである。
【００１６】
本実施例において、半導体素子１０１の一方の面は、図示しないコレクタ電極が、以下で説明する接合層１０５によってセラミックス絶縁基板１０３上の配線層１０２に接合されている。また、セラミックス絶縁基板１０３の裏面配線層１２２は、支持部材１１０にはんだ層１０９を介して接合されている。セラミックス絶縁基板１０３、配線層１０２、及び裏面配線層１２２をもって配線基板１２３と称する。配線層１０２はＣｕ配線である。接合層１０５は厚さ８０μｍである。半導体素子１０１の他方の面は、エミッタ電極が接続用アルミワイヤ２０１を用いて接合されており、アルミワイヤ２０１はセラミックス絶縁基板１０３上の配線層１０２と接合されている。また、配線層１０２は銅で構成されている。
【００１７】
図１０における他の符号は、それぞれ、ケース１１１、外部端子１１２、ボンディングワイヤ１１３、封止材１１４を示している。ケース１１１は、半導体素子１０１を搭載した配線基板１２３を収納するものであり、その内部には封止材１１４が充填されている。当該封止材１１４は半導体素子１０１等を覆っている。
【００１８】
外部端子は電力を半導体装置１５０の外部に取り出すための端子であり、ボンディングワイヤ１１３を介して配線層１０２と接続されている。
【００１９】
続いて、半導体素子１０１と配線層１０２の接合部の詳細について図２を用いて説明する。図２は図１０のＢ（点線部）を拡大したものである。ここでは、本発明の特徴となる接合層１０５の構造を中心に説明する。
【００２０】
接合層１０５は、半導体素子１０１側の第一の焼結層１０５a、第一の焼結層１０５aと配線層１０２の間に設けられた第二の焼結層１０５ｂ、及び第二の焼結層１０５ｂのうち、第一の焼結層１０５aの上側に配置された半導体チップよりも外側部分に存在する第三の焼結層１０５ｃで構成されている。
【００２１】
このとき後述する方法によって接合層を形成させることによって、それぞれの焼結層の焼結密度を第一の焼結層１０５a、第二の焼結層１０５ｂ、第三の焼結層１０５ｃの順に焼結密度が低くなるように接合層１０５を作成する。つまり焼結密度は、第一の焼結層１０５ａ＞第二の焼結層１０５ｂ＞第三の焼結層１０５ｃとなる。
【００２２】
第一の焼結層１０５aは半導体素子１０１のサイズとほぼ同等のサイズとなっている。そのため、第一の焼結層１０５aの形成時、すなわち半導体素子１０１搭載時に経た加圧工程時のペーストはみ出しが抑止されていることを示す。また下地である第二の焼結層１０５ｂがポーラス状態のため、焼結層を形成するためのペースト塗布、及び加圧時にはみ出しにくい状態とすることができる。続いて、接合層１０５に用いられている材料について説明する。
【００２３】
配線層１０２にＣｕや、表面にＮｉめっきされたものへの電極形成について、従来の粒径が１００ｎｍ以下の銀粒子を接合の主剤とするペースト材料を用いた場合では、Ｃｕ、Ｎｉ電極表面の酸化物層が存在するため、接合材とが接合されないという問題があった。一方、銀をはじめとする貴金属めっき法による電極形成は、マスク形成、プロセスが複雑で、かつ廃液処理の問題などがあり、適用には障害が多かった。
【００２４】
そこで、本実施形態では金属粒子前駆体である平均粒径が１ｎｍ〜５μｍの酸化銀粒子と酸化銀粒子を還元する作用を有する酢酸系化合物、またはアルコールを添加し、さらに有機溶剤とを含む接合材料により、還元雰囲気下、３００℃加熱でＣｕ、あるいはＮｉ電極上に銀電極を形成する。本プロセスは、金属粒子前駆体に対して化合物からなる還元剤を添加することによって、金属粒子前駆体単体を加熱分解するよりも低温で金属粒子前駆体が還元され、その際に平均粒径が１００ｎｍ以下の銀粒子が作製され、金属粒子同士が相互に融合することで焼結、すなわち電極形成が行なわれるという現象を利用している。
【００２５】
当該材料を用いることによって、Ｃｕ、Ｎｉ表面の酸化物を除去して接合ができるため、Ｃｕ、Ｎｉ電極に対して優れた接合強度が得ることができる。
【００２６】
続いて、図１１を用いて接合層１０５の作成方法について説明する。
【００２７】
まず、図１１（ａ）に示すように、上述した接合用のペースト材料を配線層１０２の上に塗布し、無加圧で焼結させて第二の焼結層１０５ｂ及び第三の焼結層１０５ｃの前駆焼結層１０５ｅを作成する。無加圧でペースト材料を焼結させることによって、前駆焼結層１０５ｅの焼結密度を低くし、空隙率を高くすることが可能になる。当該プロセスで前駆焼結層１０５ｅの焼結密度を低くすることによって、第一の焼結層１０５ａを形成する際にペースト材料を吸収する領域が出来、ペーストのはみ出しをより抑制することができる。
【００２８】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、接合用のペースト材料１０１ａ１を前駆焼結層１０５ｅの上に塗布する。このとき、ペースト材料１０１ａ１を塗布する領域は前駆焼結層１０５ｅよりも内側の領域とすることが必要となる。このように塗布しなければ、ペースト材料１０５ａ１のはみ出しを抑制できないからである。そしてペースト材料１０５ａ１の塗布が終了したら、その上に半導体素子１０１を配置する。そして図示するように半導体素子１０１の上面より加圧しながら焼結を行なう。
【００２９】
ペースト材料１０５ａ１の焼結が終了すると、図１１（ｃ）に示すような、第一の焼結層１０５ａ、第二の焼結層１０５ｂ、第三の焼結層１０５ｃが形成される。
【００３０】
なお、前駆焼結層１０５ｅを形成する材料と第一の焼結層１０５ａを形成する材料は同じものを用いても良いが、前駆焼結層１０５ｅを形成する材料に還元促進剤として添加する酢酸系化合物やアルコールを用いると、卑金属電極との接合促進の他、反応時のガスが多いため、還元生成した銀微粒子による焼結層の状態を、高密度焼結状態では無く、スポンジのようなポーラス状態にできるためより好ましい。
【００３１】
また、より詳細な接合条件や材料の条件については実験例にて示す。
【００３２】
続いて、第二の焼結層１０５ｂ及び第三の焼結層１０５ｃの前駆焼結層１０５ｅの詳細な構造について説明する。上述した材料を用いることによって、平均粒径が１００ｎｍ以下の銀粒子が作製され、銀粒子同士が相互に融合し、接合に至る。図１はその機構を説明する図である。接合に至る機構は、（１）生成した１００ｎｍ以下の銀粒子が相手電極（Ｃｕ、Ｎｉ）表面に薄膜層１０５ｄを形成、（２）この層は相手の金属電極板、すなわちＣｕ、あるいはＮｉの結晶成長方向と同一方向に一部が結晶成長しており、（３）さらに薄膜層形成に寄与しなかった銀粒子同士の融合によって焼結層ができる。そして、薄膜層１０５ｄを含んだ前駆焼結層１０５ｅが形成される。
【００３３】
このような構造に出来ることによって、前駆焼結層１０５ｅとしての焼結密度は低いが配線層１０２との界面では高密度になっているため、配線層１０２との間の抵抗を低減することが可能となる。
【００３４】
以上、上述したように本実施形態では、配線層１０２側の焼結層を無加圧で焼結させることによって低密度の前駆焼結層１０５ｅを作成し、さらにその後に前駆焼結層１０５ｅよりも小さい領域にペースト材料を塗布して加圧・接合する。当該プロセスを利用して接合層を作成することによって、前駆焼結層１０５ｅに加圧によりはみ出る可能性のあるペーストを吸収させて第二の焼結層１０５ｂを作成し、かつペースト塗布領域に対応する領域の低密度焼結層で吸収しきれなかったペースト材料を、当該ペースト材料塗布領域外周の領域で吸収した第三の焼結層１０５ｃを作成することが可能となり、加圧によるペースト材料のはみ出しを抑制することが出来る。
【００３５】
また、前駆焼結層１０５ｅを形成した後にペースト材料１０５ａ１に圧力を加えて接合層１０５を作成することによって、無加圧で作成されたことによって低い焼結密度になり抵抗が上昇した前駆焼結層１０５ｅのうち、一部の焼結層（つまり第二の焼結層１０５ｂに対応する部分）の焼結密度を高くする出来る。そのため、ペーストのはみ出しを抑止しつつ半導体素子１０１から配線層１０２までの接合層の焼結密度を十分に高い状態を保つことができ、半導体素子１０１から配線層１０２に至るまでの抵抗上昇を防ぐことが可能となる。
【００３６】
また、接合層１０５の焼結密度が、第一の焼結層１０５ａ＞第二の焼結層１０５ｂ＞第三の焼結層１０５ｃとなる構造にすることによって、半導体素子１０１と最も近い第一の焼結層１０５aの焼結密度が高くなるため、半導体素子１０１と第一の焼結層１０５aとの界面の接触抵抗を最も低減した接合層１０５の構造とすることができる。
【００３７】
また、配線層１０２の表面は、実際には図６に示すように数μｍから数１０μｍのうねりがある。後述する図５のように２層の焼結層としない場合、図６に示すようにこのうねりの頂部では密焼結（密焼結部１０５ｇ）、谷部では粗焼結(粗焼結部１０５ｈ)となる。その影響で図６に示すように焼結層は粗と密の状態が混在した形となる。
【００３８】
粗な領域が半導体素子１０１の端部になった場合、ここがクラック伸展の起点となり、長期信頼性の確保が困難になる。さらに、うねりの谷部では空洞に近い状態になること熱溜まり部となり、熱抵抗の悪化を引き起こすことがある。
【００３９】
図２に示す実施形態は、このような不具合を解消するための形態でもあり、第二の焼結層１０５ｂが基板電極表面のうねりを埋め、かつある程度のポーラス性を有しているため、第一の焼結層１０５ａ形成時の加圧プロセス時に均一な加圧状態を確保でき、この結果第一の焼結層１０５ａの焼結密度を均一化することができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、単純な２層の焼結構造では無く、第一の焼結層１０５ａが第二の焼結層１０５ｂ及び第三の焼結層１０５ｃ（つまり配線層１０２に近い側に配置される焼結層）よりも高密度である構造は、繰り返し熱応力付加などによる長期信頼性確保にも非常に有効である。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、単純２層構造では半導体素子１０１と第一の焼結層１０５ａの界面にクラックが伸展することが多く、界面のクラック伸展は接続寿命が非常に短くなる。
【００４２】
一方本発明構造では、図７（ｂ）に示すようにクラックは焼結層中に伸展する。これは半導体素子１０１側は高密度焼結であるためチップとの界面を含めた接合強度が非常に高いためであり、このため長期信頼性の確保が実現できる。
【００４３】
このような界面破断のない破断モードを呈することは半導体装置設計に欠かすことのできない指標である。界面破断が支配的であると寿命策定ができず、信頼性設計が困難、あるいは不可能である。
【００４４】
なお、本発明構造において、下地電極板材質は銅、ニッケルの他、貴金属めっきを施しても良い。また、第１焼結層、及び第２、第３焼結層は銀のみでは無く、銅と銅、あるいは銀と銅の組み合わせでも良い。
《実験例》
以下、実験例について説明する配線基板１２３上に半導体素子１０１を搭載するプロセスについて説明する。半導体素子１０１はＩＧＢＴ、及びダイオード素子で、それぞれ同一の大きさで約１３ｍｍ×１３ｍｍである。
【００４５】
先ず、酸化銀ペーストとしてセチルアルコールを５ｗｔ%含んだ平均粒径２μｍの酸化銀粒子とジエチレングリコールモノブチルエーテル溶剤の混合材を用意した。このペーストを用い、無垢の銅配線電極を有し、絶縁部は窒化珪素で構成された配線基板１２３上にメタルマスクを用いて本ペーストを印刷した。メタルマスクの開口サイズは約１５ｍｍ×１５ｍｍでパワー半導体素子よりも大きい。
【００４６】
印刷後、水素雰囲気中、昇温速度１０℃、ピーク温度３００℃で１５分保持して銅電極上に銀電極を形成した。このとき銀電極の形状は、目的の半導体素子の大きさや配置位置に対応するマスクによって決まる。焼結完了後の銀電極は空隙率約１０％のポーラス状態であった。この状態を図１に示すとおりである。焼結層には空洞部が多く散見され、かつ相手電極との界面の一部には、相手電極である銅の結晶成長方向と同一方向に一部が結晶成長している。
【００４７】
次に、形成した銀電極上に別の酸化銀系ペーストを塗布する。このときのペーストはアルコールなど積極的に酸化銀の還元促進する部材は少量にしたものを用い、酸化銀還元後の銀焼結層の焼結密度を、先に銅電極上に形成した焼結層よりも高い状態にする。なおこのペーストは貴金属電極とは良好に接合できるが卑金属とは接合性が劣るため、半導体素子の最表面電極は貴金属であることが必要である。
【００４８】
ペースト塗布方法はここでもメタルマスクを用いる。マスクの開口寸法は半導体素子サイズと同じ約１２ｍｍ×１２ｍｍである。なお、前駆焼結層１０５ｅの面積に対して６４％の面積領域以下であればはみ出しが十分に抑制できる。塗布後、目的の半導体素子を配置し、加圧を加えて加熱する。このとき、加圧は０.３ＭＰａ、温度は２５０℃として２０分保持した。雰囲気は大気中とした。
【００４９】
当該作成方法で作成した半導体装置では、ペーストのはみ出し部は形成されなかった。
《比較例１》
第一の焼結層１０５ａと第二の焼結層１０５ｂ、及び半導体素子１０１と同等のサイズで半導体装置を作成した場合、図３に示すようにはみ出し焼結部１０５ｆが形成された。これが外力や振動などの影響ではがれ落ちると、導電性のゴミとなり、短絡不良等の原因となることがあるため、好ましくない。
【００５０】
また、図４のように、はみ出し部１０５ｆが多くなったものも見られた。このような場合、そのはみ出し焼結部が半導体チップ上に形成したパッシベーション膜上を覆うと電界の乱れが生じ、耐圧などの半導体特性に影響することがある。さらにはチップ表面の電極に接触すると短絡不良となってしまうため、好ましくない。
《比較例２》
第二の焼結層１０５ｂを設けず、半導体素子と同等のサイズの焼結層が設けられたものを作成した。この場合、図５に示すようにポーラスな前駆焼結層１０５ｅが無いため、図４と同じくはみ出し部１０５ｆが形成された。
【００５１】
以上のように、本実施形態の発明を用いることによって、加圧をして焼結した場合であっても、ペーストのはみ出しを抑制した半導体装置を作成することができた。
《第二の実施形態》
図８は、本発明の第二の実施形態を示したものである。本実施形態と第一の実施形態の異なる点は、第二の焼結層２０５ｂ及び第三の焼結層２０５ｃを銅で構成した点である。なお、第一の実施形態と同じ構成には、第一の実施形態で用いた図面番号と同様の図面番号を用いている。
【００５２】
配線基板１２３には銅配線形成窒化珪素回路基板を用いた。当該銅配線形成窒化珪素回路基板に対して、ギ酸銅０.５ｗｔ%含んだ平均粒径２μｍの酸化第二銅粒子とジエチレングリコールモノブチルエーテルの混合材を用いて１５ｍｍ×１５ｍｍの銅電極を形成した後、この上にステアリン酸０.１ｗｔ%を含んだ平均粒径２μｍの酸化銀粒子とジエチレングリコールモノブチルエーテル溶剤の混合材で構成した酸化銀ペーストを印刷し、１２ｍｍ×１２ｍｍのＩＧＢＴチップを接合した半導体装置である。
【００５３】
ＩＧＢＴチップは、窒素雰囲気下で、０.１ＭＰａ加圧を加えて、ピーク温度２５０℃で接合した。このＩＧＢＴの接合面（コレクタ側）の電極構造はＡｌ/Ｔｉ/Ｎｉ/Ａｕで最表面はＡｕである。本構造では、第二の焼結層２０５ｂが銅電極と接合した銅焼結層、金電極を有する半導体素子１０１と接合した第一の焼結層２０５ａが銀であるため、各界面の接合強度が第一の実施形態よりも高くなっている。
【００５４】
一方、第一の焼結層２０５ａと第二の焼結層２０５ｂの界面は焼結銅と焼結銀の界面となり、図１に示す接合構造に加え、焼結金属同士の接合となることからアンカー効果も加わり、この界面強度も非常に強くなる。
【００５５】
また、本構造では一部を卑金属としたことによって、第一の実施形態と比較して耐マイグレーション性向上と低コストになるという利点もある。。
《第三の実施形態》
図９は、本発明の第三の実施形態を示したものである。本実施形態と第一の実施形態の異なる点は、接続層３０５（第一の焼結層３０５ａ、第二の焼結層３０５ｂ、第三の焼結層３０５ｃ）を全て銅で構成した点である。なお、第一の実施形態と同じ構成には、第一の実施形態で用いた図面番号と同様の図面番号を用いている。
【００５６】
配線基板１２３には、第二の実施形態と同様に銅配線形成窒化珪素回路基板を用いた。銅配線形成窒化珪素回路基板に対して、ギ酸銅０.５ｗｔ%含んだ平均粒径２μｍの酸化第二銅粒子とジエチレングリコールモノブチルエーテルの混合材を用いて１５ｍｍ×１５ｍｍの銅電極を形成した後、この上にギ酸銅を含まない平均粒径２μｍの酸化第二銅粒子とαテルピネオールの混合材で構成した酸化銅ペーストを印刷し、１２ｍｍ×１２ｍｍのＩＧＢＴチップを接合した半導体装置である。
【００５７】
ＩＧＢＴチップは、水素雰囲気下で、０.３ＭＰａ加圧を加えて、ピーク温度３００℃で接合した。このＩＧＢＴの接合面（コレクタ側）の電極構造はＡｌ/Ｔｉ/Ｎｉで最表面はＮｉである。本構造は、第一の焼結層３０５ａ、第二の焼結層３０５ｂとも銅であり、配線基板材質は銅、半導体素子１０１の最表面電極材質はＡｕを省いたＮｉとなっている。そのため、第一の実施形態と比較して耐マイグレーション性は非常に高いことに加え、貴金属を省いた構造でもあるため、低コスト構造である。
【００５８】
本発明の半導体装置は各種の電力変換装置に適用することができる。電力変換装置に本発明の半導体装置を適用することによって、高温環境の場所に搭載でき、かつ専用の冷却器を持たなくても長期的な信頼性を確保することが可能になる。
【００５９】
また、インバータ装置及び電動機は、電気自動車にその動力源として組み込むことができる。この自動車においては、動力源から車輪に至る駆動機構を簡素化できたため、ギヤーの噛込み比率の違いにより変速していた従来の自動車に比べ、変速時のショックが軽減され、スムーズな走行が可能で、振動や騒音の面でも従来よりも軽減することができる。
【００６０】
更に、本実施例の半導体装置を組み込んだインバータ装置は冷暖房機に組み込むことも可能である。この際、従来の交流電動機を用いた場合よりも高い効率を得ることができる。これにより、冷暖房機使用時の電力消費を低減することができる。また、室内の温度が運転開始から設定温度に到達するまでの時間を、従来の交流電動機を用いた場合よりも短縮できる。
【００６１】
本実施例と同様の効果は、半導体装置が他の流体を撹拌又は流動させる装置、例えば洗濯機、流体循環装置等に組み込まれた場合でも享受できる。
〔その他の実施形態〕
以上説明した第１〜第３実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
【００６２】
例えば、第１〜第３実施形態のそれぞれは、その構成の一部を、その他の実施形態または変形例に記載の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態または変形例に記載の構成に、その他の実施形態または変形例に記載の構成を加えることもできる。さらに、本発明の技術的範囲に包含される限りにおいて、第１〜第３実施形態のそれぞれに記載された構成の一部を削除することもできる。
【符号の説明】
【００６３】
１０１・・・半導体素子
１０２・・・配線層
１０５・・・接合層
１０５ａ・・・第一の焼結層
１０５ｂ・・・第二の焼結層
１０５ｃ・・・第三の焼結層
【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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