(57)【要約】【課題】導体と半導体素子の表面電極との接合部の接続信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明の半導体装置１は、半導体素子２，３と、半導体素子２，３の表面電極（エミッタ電極２ｅ、アノード電極３ａ）に対向して略平行に配設された貫通孔９，１１を有する第１導体８と、貫通孔９，１１の側壁と表面電極（エミッタ電極２ｅ、アノード電極３ａ）とを接続する導電性接合材１０，１２と、を備え、第１導体８の表面電極（エミッタ電極２ｅ、アノード電極３ａ）と反対側の面に導電性接合材１０，１２の濡れを阻害する表面処理層８ｓを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する導体と、前記貫通孔に対向する位置に配置された半導体素子と、前記貫通孔の側壁と前記半導体素子の表面電極とを接続する導電性接合材と、を備え、
前記導体の前記半導体素子と対向する面の反対側における表面には、前記導体よりも濡れ性の低い表面処理層が形成され、
前記導電性接合材が前記表面処理層の一部を被覆する、
半導体装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記表面処理層が形成された側に突起部を有し、前記半導体素子側の面に傾斜部を有する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電性接合材は、前記突起部の先端を被覆することでリベット形状を形成している、
請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導電性接合材の溶融時における前記導体への濡れ面積を１００％とした場合に、前記導電性接合材の溶融時における前記表面処理層へ濡れ面積が９０％以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記表面処理層は、酸化物の標準生成自由エネルギーがＣｕよりも負の金属から選ばれる少なくとも１つの元素により構成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電性接合材は、Ｓｎを主成分とし、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｐｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素を含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記表面処理層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌから選ばれる少なくとも１つの元素により構成される、
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記突起部の前記導体の上面からの高さＬ１は、前記貫通孔の直径をＤとしたときに  Ｌ１＜｛（２．１）＾（１／２）−１｝Ｄ／２  を満たす、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流容量に対応した配線接続構造を有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に配慮して、高効率で省エネルギーに対応した半導体装置の必要性が高まっている。特に、産業機器、モータを備えた家電の駆動制御機器、電気自動車、ハイブリッド自動車向けの車載制御機器として、高電力に対応した半導体装置が求められている。さらに、半導体装置には、低コスト化、接合部における接続強度の安定化、及び高寿命化も要求されている。
【０００３】
特に電力用の半導体装置では、大電流をスイッチング制御して動作電流として大電流を流す必要があることから、半導体素子の電極と外部導体との接続は、アルミ等の太い線径の金属ワイヤを用いて複数本並列にワイヤボンディングする必要がある。しかしながら、さらなる高電圧及び大電流化の要求に対応するためには、ワイヤボンディング法では金属ワイヤの並列本数の増加や金属ワイヤの線径の増大化に繋がると共に、構造的にも実装においても困難性が高くなっていた。
【０００４】
これを解決するために、外部導体と半導体素子とを、それぞれ内部導体に直接接合した半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された半導体装置の接合部を示す図である。図６の半導体装置の接合部においては、外部導体６０１を内部導体６０５に対して導電性接合材６０４を用いて直接接合すると共に、半導体素子６０２の各電極６０３を内部導体６０５の貫通孔６０６に対して導電性接合材６０４を用いて直接接合している。このように接合することにより、大電流の通電に対応可能としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６４０３４５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、従来の半導体装置においては、導電性接合材６０４に半田を用いた場合、溶融時における内部導体６０５の上面への導電性接合材６０４の濡れ広がりにより、内部導体６０５と電極６０３間のギャップ（接合厚）の制御が困難になり、導電性接合材６０４の接合部の接合信頼性に問題が生じることがある。
【０００７】
図７（ａ）、（ｂ）を用いて、導電性接合材６０４の接合部の接合信頼性の問題を具体的に説明する。図７（ａ）は、内部導体６０５と半導体素子６０２のギャップを例えばジグにより規制した場合の接合部を示す概略断面図であり、図７（ｂ）は、内部導体６０５と半導体素子６０２のギャップを規制しない場合の接合部を示す概略断面図である。
【０００８】
図７（ａ）に示すように、導電性接合材６０４の溶融時に、電極６０３と内部導体６０５との間を所定の距離ｄ１で保持すると、導電性接合材６０４は、テーパ部７００ａを有するフィレット形状となる。だが、距離ｄ１を一定に保持するためにジグを用いると、貫通孔６０６の底面近傍の外周部分７００ｃが導電性接合材６０４に被覆されない場合がある。
【０００９】
半導体装置は、過酷な温度変化環境下において使用されることが多く、動作時の内部の温度変化が大きいため、接合部においても大きな熱応力を受けることになる。半導体素子６０２と内部導体６０５という異なる材料間の熱膨張差が大きいと、過大な熱応力及び熱歪みが生じ、導電性接合材６０４の外周部分７００ｃに応力が集中して破断し、信頼性が低下する可能性がある。
【００１０】
一方、ギャップを一定に保持しない場合、図７（ｂ）に示すように、導電性接合材６０４の溶融時に、内部導体６０５の自重等により内部導体６０５と電極６０３間の距離ｄ２が小さくなる。距離ｄ２が小さくなると、応力緩和層として必要なギャップが確保されずに接合部への熱応力が増加するため、信頼性が低下する可能性がある。
【００１１】
本発明は、上述のような問題点を解決するためのものであり、導体と半導体素子の表面電極との接合部の接続信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、貫通孔を有する導体と、前記貫通孔に対向する位置に配置された半導体素子と、前記貫通孔の側壁と前記半導体素子の表面電極とを接続する導電性接合材と、を備え、前記導体の前記半導体素子と対向する面の反対側における表面には、前記導体よりも濡れ性の低い表面処理層が形成され、前記導電性接合材が前記表面処理層の一部を被覆することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、導体と半導体素子の表面電極との接合部の接続信頼性が向上した半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置を示す概略断面図
【図２】本実施の形態１における導体と半導体素子の表面電極との接合部近傍を示す概略断面図
【図３】本実施の形態１における導体と半導体素子の接合部の応力シミュレーション結果を示す図
【図４】本実施の形態１における半導体装置の製造方法のフローチャート
【図５】（ａ）〜（ｄ）本実施の形態１における導体に貫通孔を形成する過程を示す図
【図６】従来の半導体装置の接合部を示す概略図
【図７】（ａ）従来のジグを使用して製造した半導体装置の接合部を示す概略断面図、（ｂ）従来のジグを使用せずに製造した半導体装置の接合部を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜説明を省略している。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す概略断面図である。図２は、導体と半導体素子の表面電極との接合部近傍を示す概略断面図である。
【００１７】
図１に示すように、半導体装置１の第１半導体素子２の裏面のコレクタ電極２ｃと、第２半導体素子３の裏面のカソード電極３ｃとは、半田５により金属板４にそれぞれ接合されている。金属板４の反対側の面は、絶縁シート６を介して放熱板７に固着されている。また、第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅと第１導体８に設けられた第１貫通孔９の側壁とは、第１導電性接合材１０により接続され、第２半導体素子３の表面のアノード電極３ａと第１導体８に設けられた第２貫通孔１１の側壁とは、第２導電性接合材１２により接続されている。
【００１８】
本発明は、このような構成の半導体装置１において、第１導体８の片面に表面処理層８ｓを設けていることを特徴とする。そして、本発明は、第１導体８の片面に表面処理層８ｓを設けることで、第１導体８上での導電性接合部材１０，１２の濡れ広がりを防止することができる。これらの詳しい構成及び効果は、後述する。
【００１９】
本実施の形態１において、導電性接合材１０，１２は、例えば、Ｓｎを主成分としてＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｐｂ等を含む半田である。また、第１導体８は、例えば、純Ｃｕ、又はＣｕにＺｎやＳｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅなど単独又は複数組み合わせてなるＣｕ合金などの電気導電性、熱伝導性に優れた特性を有する導体である。また、表面処理層８ｓは、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を用いているが、Ｃｕよりも酸素との結びつきが強い材料であればよく、具体的には導電性接合材１０，１２が溶融する温度４７３Ｋ（ケルビン）以上における酸化物の標準生成自由エネルギーがＣｕよりも負の金属であればよい。詳しくは後述する。
【００２０】
第１貫通孔９の径は、第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅの平面外径より小さく、第２貫通孔１１の径は、第２半導体素子３のアノード電極３ａの平面外径より小さく設定されている。第１半導体素子２のゲート電極２ｇは、金属ワイヤ１３により第２導体１４に接続されている。また、表面に表面処理層８ｓが形成された第１導体８には、第３導体１５が半田１６により接合されている。そして、第１半導体素子２、第２半導体素子３、金属板４、絶縁シート６、放熱板７の一部、第１導体８、金属ワイヤ１３、第２導体１４の一部、第３導体１５の一部は、封止樹脂１７によって封止されている。
【００２１】
絶縁シート６は、窒化ホウ素（ＢＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等のフィラーが混入されたエポキシ樹脂が用いられる。絶縁シート６に固着された放熱板７は、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋと大きく、かつ電気抵抗率が２μΩ・ｃｍと小さい銅もしくは銅合金の厚さ１〜５ｍｍ程度の板が使用され、放熱器としての機能を有する。封止樹脂１７は、エポキシ樹脂の他、耐熱性を有するエンプラ系のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を主体とした樹脂であってもよい。
【００２２】
本実施の形態１において、半導体装置１は、電力用の半導体装置であり、例えば、パワーデバイスである。第１半導体素子２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのトランジスタ機能を持った半導体素子であり、第２半導体素子３は、ダイオード機能を持った半導体素子であり、これら半導体素子を一対で用いている。
【００２３】
第１導体８は、第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅ及び第２半導体素子３のアノード電極３ａとの間に所定の距離ｄ３を設けて配設されている。本実施の形態１における距離ｄ３は１ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは、  ０．２ｍｍ≦ｄ３≦０．６ｍｍ  である。また、本実施の形態１における第１貫通孔９及び第２貫通孔１１の径は、電極の平面外形が１５ｍｍ×１５ｍｍのＩＧＢＴ及びダイオードを用いているので、φ１０ｍｍ以下となっている。また、本実施の形態１では、表面電極である第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅおよび第２半導体素子３のアノード電極３ａでは、１電極につき１貫通孔という関係となっている。図１に示すように、第１半導体素子２であるＩＧＢＴと第２半導体素子３であるダイオード上に配置されている導体は、同一の第１導体８であり、この形状は概ね平板形状となっている。また、第１導体８、第２導体１４、第３導体１５は、銅もしくは銅合金からなるもので、厚さ０．１〜２ｍｍ程度の平板であり、本実施の形態１では、厚さ０．６ｍｍである。さらに、エミッタ電極２ｅ、アノード電極３ａ、コレクタ電極２ｃ、カソード電極３ｃは、導電性接合材１０，１２との濡れ性を確保するため、酸化しにくい元素（例えば、ＡｕやＡｇ）が望ましいが、本実施の形態１ではＡｇを用いている。なお、第１導体８は、半導体装置１の小型化や内部配線接続の短縮化を図るため、外部へと繋がる入出力端子と同一導体となっている。第１導体８は平板形状でなく、階段状に折れ曲がりがあっても構わない。さらに、半導体素子にかかる熱応力、歪を緩和させるため、第１導体８を折り曲げてベンド形状としてもよい。
【００２４】
続いて、図２を用いて、表面処理層８ｓの効果について説明する。図２は、本実施の形態１に係る半導体装置の導体と半導体素子の表面電極との接合部を示す概略断面図である。
【００２５】
図２に示すように、本実施の形態１では、エミッタ電極２ｅと対向する面の反対側の第１導体８の面に、導電性接合材１０，１２の溶融時に濡れ性を阻害する表面処理層８ｓを成膜している。すなわち、本実施の形態１では、エミッタ電極２ｅと対向する面の反対側の第１導体８の面に、第１導体８よりも濡れ性の低い表面処理層８ｓを成膜している。
【００２６】
表面処理層８ｓは、厚さ２μｍ以上かつ１０μｍ以下のＮｉである。
【００２７】
また、本実施の形態１では、図２の下側から第１導体８に第１貫通孔９を形成したものを用いているため、鉛直下側に屈曲部９ａが形成されると共に、鉛直上側に突起部８ａが形成されている。屈曲部９ａは、エミッタ電極２ｅに対向する側（下側）に形成されている。屈曲部９ａは、Ｒが０．１ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下の屈曲である。第１貫通孔９の下側に屈曲部９ａを形成していることにより、第１導電性接合材１０による接続時に、圧力勾配により、第１導電性接合材１０が屈曲部９ａを被覆するように第１貫通孔９に濡れ上がる。そのため、本実施の形態１のように屈曲部９ａを設けることで、第１貫通孔９の底部近傍を第１導電性接合材１０で覆うことができ、接合信頼性を向上させることができる。さらに、第１貫通孔９の開口面より上側に流れた第１導電性接合材１０は、表面処理層８ｓの濡れ性が低いため、第１導体８上への過剰な濡れ広がりが防止される。過剰な濡れ広がりが防止された結果、第１導体８上の導電性接合材１０の量が従来と比べて少なくなり、第１導体８にかかる荷重が小さくなるので、従来の構成で発生していた第１導体８の沈み込みの影響が小さくなる。さらに、図２に示すように、本実施の形態１では、第１貫通孔９の上側に形成された突起部８ａに第１導電性接合材１０が鉤状に引っ掛かる構造となっているため、第１導電性接合材１０による接合強度も高くなっている。
【００２８】
このようにして、本実施の形態１では、スペーサ等のジグを用いなくとも、第１導体８と第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅとのギャップｄ３を一定に保ちつつ、第１導電性接合材１０の第１貫通孔９の濡れ上がり性向上と第１導体８の上面方向への濡れ広がり防止とを、両立させることができ、安定したリベット形状で第１導体８と第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅを接続することが可能となる。
【００２９】
ここで、発明者らの検討により、第１導電性接合材１０の溶融時の第１導体８への濡れ面積を１００％とした場合、表面処理層８ｓへの濡れ面積が９０％以下であれば、第１導体８の自重及び第１導体８の上面方向への第１導電性接合材１０の流出量による減少を抑制することが可能となり、結果としてギャップｄ３が確保されることがわかった。
【００３０】
一方、ギャップｄ３が一定に保持されて第１導体８の上面に濡れ拡がる面積が減少することによって、接合強度が低下する場合がある。本実施の形態１では、それに対し、前述のように突起部８ａを図２に示すように第１導電接合部材１０で被覆するようにすることにより、接合部の接合強度を向上させている。
【００３１】
また、本実施の形態１では、半導体素子２，３の表面電極としてＡｇを用いているため、溶融時の導電性接合材１０，１２は第１導体８のＣｕよりも半導体素子２，３の表面電極のＡｇに対して優先的に濡れることになり、第１導体８の下面方向へ過剰に濡れ拡がることを防止することができる。また、ギャップｄ３をより確実に一定に保持するためには、第１導体８の下面部の屈曲部９ａ以外の部分に、表面処理層８ｓを形成するのが望ましい。
【００３２】
加えて、屈曲部９ａが存在することで、第１貫通孔９の上面方向に対する第１導電性接合材１０の濡れ上がり以外の副次的な効果として、半導体装置１が使用される過酷な温度変化環境下における接合部への熱応力に対し、熱応力を緩和しやすくなる。
【００３３】
以上の説明は、接合部における第１貫通孔９について説明したが、第２貫通孔１１および第２半導体素子３、第２導電性接合材１２についても、同様の構成と効果を有する。
【００３４】
本実施の形態１の半導体装置１は、以上説明したように、接合部の劣化や、第１導電性接合材１０とエミッタ電極２ｅの剥離等を防止し、導電性接合材１０，１２の接合信頼性を確保し、高寿命化を満足させることが可能となる。
【００３５】
図３は、第１導体８と第１半導体素子２を接続した場合に、第１導体８と第１半導体素子２のエミッタ電極２ｅとのギャップｄが違う条件と、ギャップｄが一定で屈曲部９ａのＲを変化させた条件において、接合部にかかる最大応力の違いを数値シミュレーションにより求めた結果を示す図である。図３において、何れの条件においても第１導電性接合材１０の供給量は一定としている。また、シミュレーションの温度条件は、第１半導体素子２の動作温度限界１７５℃を高温側、室温の２５℃を低温側としている。また、第１導体８の厚みは０．６ｍｍとしている。
【００３６】
図３より、ギャップｄが３００μｍから５０μｍに小さくなると、４５％以上の応力上昇につながっていることが分かった。これに対して、ギャップｄを３００μｍで一定にして、屈曲部９ａのＲを変化させると、屈曲部無しの場合と比較してＲが０．１ｍｍの場合は応力減少が６％改善し、０．５ｍｍの場合は応力減少が７３％と大幅に改善することが分かった。
【００３７】
これらの結果から、第１導体８と第１半導体素子２の表面電極との接続において、第１導体８と第１半導体素子２の表面電極とのギャップｄを維持しつつ第１貫通孔９の屈曲部９ａを設けることで、ギャップｄが小さくなる場合と屈曲部９ａが存在しない場合とを比較して、第１導体８と第１半導体素子２の応力を大幅に低減できることが確認できた。
【００３８】
ここで、表面処理層８ｓとしてのＮｉ以外の材料例について説明する。金属データブック（日本金属学会編）の酸化物の標準生成自由エネルギーデータより、半田が溶融する温度、例えば５３３Ｋ（ケルビン）において、Ｃｕの酸化物ＣｕＯ、Ｎｉの酸化物ＮｉＯの標準生成自由エネルギーは各々、−５２０００ｃａｌ／ｍｏｌ・Ｏ2、−９００００ｃａｌ／ｍｏｌ・Ｏ2である。一方、前述したように、発明者らの検討により、表面処理層８ｓにＮｉを選択した場合、第１導電性接合材１０（半田）の溶融時における第１導体８への濡れ面積を１００％とした場合、表面処理層８ｓへの濡れ面積が８９％という第１導電性接合材１０の濡れ性抑制効果が得られる。本発明では、これ以上の濡れ性抑制効果を必要とするため、少なくともＮｉの酸化物の標準生成自由エネルギーより負の金属を選択すれば同様の効果が得られる。具体的には、酸化物の自由エネルギーがＮｉの酸化物よりも負な元素は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌであり、これらの元素から少なくとも１つを選択し、表面処理層８ｓとして形成すれば良い。なお、それら複数の元素を積層させても良いが、望ましくは第１導体８のＣｕに電気めっき法により容易に成膜することが可能なＮｉ、Ｃｏ、Ｔｉを選択することが望ましい。
【００３９】
続いて、図４を用いて、本実施の形態１の半導体装置の製造方法の概要を説明する。図４は、本実施の形態１における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、ステップＳ０１の印刷工程において、金属板４の半導体素子２，３を搭載する部分に、印刷転写工法により半田５を印刷する。
【００４１】
次に、ステップＳ０２のマウント工程において、ステップＳ０１で印刷した半田５の上に、第１半導体素子２、第２半導体素子３を搭載する。
【００４２】
次に、ステップＳ０３のリフロー工程において、半田５を加熱により溶融した後、冷却により凝固させ、第１半導体素子２、第２半導体素子３を金属板４に接続する。
【００４３】
次に、ステップＳ０４のワイヤボンド工程では、ゲート電極２ｇと第２導体間とを金属ワイヤ１３を用い、ワイヤボンドにより接続する。
【００４４】
次に、ステップＳ０５の印刷工程において、コレクタ電極２ｃ、アノード電極３ａ、第３導体１５上において後工程で第１導体８を搭載する部分に、印刷転写工法により、第１導電性接合材１０、第２導電性接合材１２、半田１６を供給して印刷転写する。
【００４５】
次に、ステップＳ０６のマウント工程において、予め上面に表面処理層８ｓを形成した第１導体８を、突起部８ａが上側かつ屈曲部９ａが下側になるように配置し、第１導体８を、半導体素子２，３の表面電極の上に印刷された導電性接合材１０，１２に対してマウントする。
【００４６】
次に、ステップＳ０７のリフロー工程において、第１導電性接合材１０、第２導電性接合材１２、半田１６を加熱により溶融した後に冷却により凝固させてリフローし、第１導体８とコレクタ電極２ｃ、アノード電極３ａ、第３導体１５とを接続する。
【００４７】
次に、ステップＳ０８の洗浄工程において、半田のフラックス残渣を洗浄して除去する。
【００４８】
次に、ステップＳ０９の封止成形工程において、ステップＳ０８までの工程で作成した接合構造物と放熱板７、絶縁シート６とを、封止樹脂１７を用いて、一括で封止成形する。
【００４９】
次に、ステップＳ１０のキュア工程において、加熱により封止樹脂１７の有機成分を完全硬化させる（キュアする）。
【００５０】
なお、ここで、ステップＳ０１、Ｓ０５における半田５，１６、導電性接合材１０，１２の供給工法はディスペンス工法でも良い。また、半田はペースト状以外でもよく、半田のインゴッドを溶融させた状態でポッティング工法により供給してもよい。ポッティング工法の場合はフラックスを含まないため、凝固後に洗浄工程が不要になり、半導体装置の製造コストダウンにもつながる。
【００５１】
続いて、図５を用いて、表面処理層８ｓ、第１貫通孔９、突起部８ａ、屈曲部９ａを形成する方法について説明する。
【００５２】
図５（ａ）に示すように第１導体８を準備し、図５（ｂ）に示すように表面処理層８ｓを形成する。本実施の形態１では、表面処理層８ｓの形成にはめっき工法を用いたが、蒸着工法などを用いてもよい。次に、第１導体８の下面から上面へ向けてパンチ（加工ツール）により孔開け加工を行い第１導体８の上面の開口面から上面方向に突出した突起部８ａを形成する。パンチに対するダイの形状、位置関係により図５（ｃ）、（ｄ）のように穴あけ加工後の第１貫通孔９の開口面より突出した突起部８ａの形状を変えることができる。ただし、図５（ｃ）のように突起部８ａ１の先端形状が鋭利であれば第１導電性接合材１０の形成後に応力集中箇所の起点となり得るため、図５（ｄ）のように突起部８ａ２の先端がつぶれた平坦な形状の方が望ましい。孔開け加工方法は、パンチに対するダイの形状又は位置関係により図５（ｂ）から直接図（ｄ）の形状としても良いが、図５（ｃ）の形状から突起部８ａの上面から押圧して潰すことで図（ｄ）の形状としても良い。
【００５３】
ここで、一般的には、樹脂との絶縁性を保持する沿面距離を稼ぐ為、穴あけ加工時に第１導体８の上面方向（樹脂方向）に突起部が形成されないように研磨などにより突起部を無くすが、本発明では、前述のように、導電性接合材１０，１２の接合部の接合信頼性向上のために、あえて図５（ｃ）、（ｄ）のように突起部８ａを残したまま半導体装置１を製造している。
【００５４】
ここで、図５（ｃ）において突起部８ａの傾斜角度θは５°以上かつ６０°以下の範囲であればよい。また、第１導体８の下面部の第１導電性接合材１０のテーパ部１０ａ（図２参照）の傾斜角度（第１導電性接合材１０の濡れ角度）の範囲と傾斜角度θとを同じにすることで、第１導電性接合材１０における熱歪の発生を防止することができる。また、図５（ｃ）の形状の場合の突起部８ａ１の高さＬ１は、溶融時における第１導体８への濡れ面積を１００％に対して表面処理層８ｓへの濡れ面積が９０％以下を実現するために、  Ｌ１＜｛（２．１）＾（１／２）−１｝Ｄ／２  を満たすことが望ましい。Ｄは第１貫通孔９の直径である。本実施の形態１では第１貫通孔９の直径Ｄが３ｍｍであることから、Ｌ１の上限は０．６７ｍｍである。突起部８ａ１の高さＬ１の下限は、第１導体８の上面より凸状に盛り上がる高さ以上となるように、  Ｌ１＞（Ｄ／２）ｔａｎθ0  を満たすことが望ましい。θ0は、第１導電性接合材１０の濡れ角度であり、最大１０°である。本実施の形態１では第１貫通孔９の直径が３ｍｍであることから、Ｌ１の下限は０．２６ｍｍである。よって、本実施の形態１では、  （Ｄ／２）ｔａｎ１０°＜Ｌ１＜｛（２．１）＾（１／２）−１｝Ｄ／２  を満たすことが望ましい。この条件は、前述のように第１貫通孔９の直径Ｄが３ｍｍの場合は、０．２６ｍｍ＜Ｌ１＜０．６７ｍｍとなる。
【００５５】
また、Ｌ２は、Ｌ１とθの関係から範囲が決まり、本実施の形態１では、０ｍｍ＜Ｌ２＜１．２ｍｍとなった。
【００５６】
また、図５（ｄ）に示す突起部８ａ２のＬ３は、前述の高さＬ１の５０％分を押圧すれば先端が平坦な形状になる。その際、押圧された分がＬ３に相当し、本実施の形態１では、０．１３ｍｍ＜Ｌ１＜０．３４ｍｍとなった。
【００５７】
このようにして、第１導体８の突起部８ａを導電性接合材１０，１２で被覆した状態で接合すると共に第１導体８と半導体素子２，３の表面電極とのギャップを一定に保つことで、第１導体８と半導体素子２，３の表面電極との接合部において、導電性接合材１０，１２を安定なリベット形状とすることが可能となる。この結果、半導体素子２，３と第１導体８の線膨張率差に基づく熱応力及び熱歪が緩和され、接合部の長寿命化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、導体と半導体素子の表面電極との接合部の接続信頼性を向上させ、高寿命かつ生産性が高い半導体装置を提供することが可能であるため、大電流が要求されるインバータ制御機能を持つパワーデバイスに有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１    半導体装置
２    第１半導体素子
２ｃ  コレクタ電極
２ｅ  エミッタ電極
２ｇ  ゲート電極
３    第２半導体素子
３ａ  アノード電極
３ｃ  カソード電極
４    金属板
５，１６  半田
６    絶縁シート
７    放熱板
８    第１導体
８ｓ  表面処理層
８ａ，８ａ１，８ａ２  突起部
９    第１貫通孔
９ａ  屈曲部
１０    第１導電性接合材
１０ａ  テーパ部
１１    第２貫通孔
１２    第２導電性接合材
１３    金属ワイヤ
１４    第２導体
１５    第３導体
１７    封止樹脂
６０１    外部導体
６０２    半導体素子
６０３    電極
６０４    導電性接合材
６０５    内部導体
６０６    貫通孔
７００ａ  テーパ部
７００ｃ  外周部分
【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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