(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの主面に設けられた電極と、絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板を備え、
前記導電板の一方の面は、前記半導体チップの電極が設けられた主面に接合され、
前記導電板の他方の面は、前記絶縁基板の配線パターンに接合され、
前記導電板は、前記半導体チップの第１の主面に接合され当該第１の主面に設けられた電極に接続する第１の導電板と、前記半導体チップの第２の主面に接合され当該第２の主面に設けられた電極に接続する第２の導電板と、を備え、
前記絶縁基板は、前記第１の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第１の絶縁基板と、前記第２の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第２の絶縁基板と、を備え、
前記第１の導電板の他方の面には、前記第１の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第１の絶縁基板との接合位置を固定する第１の突起部が設けられ、
前記第２の導電板の他方の面には、前記第２の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第２の絶縁基板との接合位置を固定する第２の突起部が設けられ、
前記第１の絶縁基板の配線パターンには、前記第１の導電板の前記第１の突起部に対応する位置に前記第１の突起部が挿入される第１の凹部が設けられ、
前記第２の絶縁基板の配線パターンには、前記第２の導電板の前記第２の突起部に対応する位置に前記第２の突起部が挿入される第２の凹部が設けられ、
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップの主面に設けられた電極と、絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板を備え、
前記導電板の一方の面は、前記半導体チップの電極が設けられた主面に接合され、
前記導電板の他方の面は、前記絶縁基板の配線パターンに接合され、
前記導電板は、前記半導体チップの第１の主面に接合され当該第１の主面に設けられた電極に接続する第１の導電板と、前記半導体チップの第２の主面に接合され当該第２の主面に設けられた電極に接続する第２の導電板と、を備え、
前記絶縁基板は、前記第１の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第１の絶縁基板と、前記第２の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第２の絶縁基板と、を備え、
前記第１の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第１の絶縁基板と前記第１の導電板との接合位置を固定する第１の導電体と、
前記第２の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第２の絶縁基板と前記第２の導電板との接合位置を固定する第２の導電体と、をさらに備え、
前記第１の導電板の他方の面には、前記第１の導電体の一方の端部が挿入される第１の凹部が設けられ、
前記第２の導電板の他方の面には、前記第２の導電体の一方の端部が挿入される第２の凹部が設けられ、
前記第１の絶縁基板の配線パターンには、前記第１の導電板の前記第１の凹部に対応する位置に前記第１の導電体の他方の端部が挿入される第３の凹部が設けられ、
前記第２の絶縁基板の配線パターンには、前記第２の導電板の前記第２の凹部に対応する位置に前記第２の導電体の他方の端部が挿入される第４の凹部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁基板の前記配線パターンが設けられた主面とは反対の面に設けられた金属接合膜と、
前記金属接合膜と接合されたヒートシンクと、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体チップの線膨張係数α１、前記導電板の線膨張係数α２、および前記絶縁基板の配線パターンの線膨張係数α３は、次の（１）式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
α１＜α２＜α３  ・・・（１）
【請求項５】
前記導電板は、モリブデン、タングステン、銅とモリブデンとからなる合金、鉄とニッケルとからなる合金、または、鉄とニッケルとコバルトとからなる合金、もしくはこれらの金属および合金を２種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁基板の配線パターンは、銅、アルミニウム、銀またはニッケルで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁基板の配線パターンには複数の前記導電板が接合され、複数の前記導電板にはそれぞれ前記半導体チップが接合され、複数の前記半導体チップの主面に設けられた電極どうしは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体チップの第１の主面に、前記半導体チップの第１の主面に設けられた電極と第１の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第１の導電板の一方の面を接合する第１の接合工程と、
前記第１の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第１の導電板の他方の面を接合する第２の接合工程と、
前記半導体チップの第２の主面に、前記半導体チップの第２の主面に設けられた電極と第２の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第２の導電板の一方の面を接合する第３の接合工程と、
前記第２の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第２の導電板の他方の面を接合する第４の接合工程と、
を含み、
前記第１の接合工程を前記第２の接合工程とともに行い、前記第３の接合工程を前記第４の接合工程とともに行い、
前記第２の接合工程では、前記第１の絶縁基板の配線パターンに設けられた第１の凹部に、前記第１の導電板の他方の面に設けられた第１の突起部を挿入し、前記第１の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第１の絶縁基板と前記第１の導電板との接合位置を固定し、
前記第４の接合工程では、前記第２の絶縁基板の配線パターンに設けられた第２の凹部に、前記第２の導電板の他方の面に設けられた第２の突起部を挿入し、前記第２の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第２の絶縁基板と前記第２の導電板との接合位置を固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体チップの第１の主面に、前記半導体チップの第１の主面に設けられた電極と第１の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第１の導電板の一方の面を接合する第１の接合工程と、
前記第１の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第１の導電板の他方の面を接合する第２の接合工程と、
前記半導体チップの第２の主面に、前記半導体チップの第２の主面に設けられた電極と第２の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第２の導電板の一方の面を接合する第３の接合工程と、
前記第２の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第２の導電板の他方の面を接合する第４の接合工程と、
を含み、
前記第１の接合工程を前記第２の接合工程とともに行い、前記第３の接合工程を前記第４の接合工程とともに行い、
前記第２の接合工程では、前記第１の導電板の他方の面に設けられた第１の凹部に第１の導電体の一方の端部を挿入し、前記第１の絶縁基板の配線パターンの、前記第１の導電板の前記第１の凹部に対応する位置に設けられた第２の凹部に前記第１の導電体の他方の端部を挿入し、前記第１の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第１の絶縁基板と前記第１の導電板との接合位置を固定し、
前記第４の接合工程では、前記第２の導電板の他方の面に設けられた第３の凹部に第２の導電体の一方の端部を挿入し、前記第２の絶縁基板の配線パターンの、前記第２の導電板の前記第３の凹部に対応する位置に設けられた第４の凹部に前記第２の導電体の他方の端部を挿入し、前記第２の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第２の絶縁基板と前記第２の導電板との接合位置を固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体チップの第１の主面に、前記半導体チップの第１の主面に設けられた電極と第１の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第１の導電板の一方の面を接合する第１の接合工程と、
前記第１の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第１の導電板の他方の面を接合する第２の接合工程と、
前記半導体チップの第２の主面に、前記半導体チップの第２の主面に設けられた電極と第２の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第２の導電板の一方の面を接合する第３の接合工程と、
前記第２の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第２の導電板の他方の面を接合する第４の接合工程と、
を含み、
前記第１の接合工程の後に、前記第２の接合工程を行い、前記第３の接合工程の後に、前記第４の接合工程を行い、
前記第２の接合工程では、前記第１の絶縁基板の配線パターンに設けられた第１の凹部に、前記第１の導電板の他方の面に設けられた第１の突起部を挿入し、前記第１の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第１の絶縁基板と前記第１の導電板との接合位置を固定し、
前記第４の接合工程では、前記第２の絶縁基板の配線パターンに設けられた第２の凹部に、前記第２の導電板の他方の面に設けられた第２の突起部を挿入し、前記第２の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第２の絶縁基板と前記第２の導電板との接合位置を固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体チップの第１の主面に、前記半導体チップの第１の主面に設けられた電極と第１の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第１の導電板の一方の面を接合する第１の接合工程と、
前記第１の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第１の導電板の他方の面を接合する第２の接合工程と、
前記半導体チップの第２の主面に、前記半導体チップの第２の主面に設けられた電極と第２の絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する第２の導電板の一方の面を接合する第３の接合工程と、
前記第２の絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記第２の導電板の他方の面を接合する第４の接合工程と、
を含み、
前記第１の接合工程の後に、前記第２の接合工程を行い、前記第３の接合工程の後に、前記第４の接合工程を行い、
前記第２の接合工程では、前記第１の導電板の他方の面に設けられた第１の凹部に第１の導電体の一方の端部を挿入し、前記第１の絶縁基板の配線パターンの、前記第１の導電板の前記第１の凹部に対応する位置に設けられた第２の凹部に前記第１の導電体の他方の端部を挿入し、前記第１の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第１の絶縁基板と前記第１の導電板との接合位置を固定し、
前記第４の接合工程では、前記第２の導電板の他方の面に設けられた第３の凹部に第２の導電体の一方の端部を挿入し、前記第２の絶縁基板の配線パターンの、前記第２の導電板の前記第３の凹部に対応する位置に設けられた第４の凹部に前記第２の導電体の他方の端部を挿入し、前記第２の絶縁基板の主面に水平な方向における前記第２の絶縁基板と前記第２の導電板との接合位置を固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の絶縁基板の前記配線パターンが設けられた主面とは反対の面に金属接合膜を設ける工程と、
ヒートシンクを前記金属接合膜に接合する工程と、
を含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体チップの線膨張係数α１、前記導電板の線膨張係数α２、および前記絶縁基板の配線パターンの線膨張係数α３は、次の（２）式を満たすことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
α１＜α２＜α３  ・・・（２）
【請求項１４】
前記導電板は、モリブデン、タングステン、銅とモリブデンとからなる合金、鉄とニッケルとからなる合金、または、鉄とニッケルとコバルトとからなる合金、もしくはこれらの金属および合金を２種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記絶縁基板の配線パターンは、銅、アルミニウム、銀またはニッケルで構成されていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁基板の配線パターンに、複数の前記導電板を接合し、
前記絶縁基板の配線パターンに接合された複数の前記導電板のそれぞれに前記半導体チップを接合することを特徴とする請求項８〜１５のいずれか一つ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】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーデバイスは、電力変換用途のスイッチングデバイスとして用いられる。図６は、従来の半導体装置の構造について示す断面図である。図６に示すように、半導体装置１００は、半導体チップ１０１と、配線基板１０２と、アルミワイヤ１０３と、ヒートシンク１０４と、ケース１０５と、を備えている。
【０００３】
配線基板１０２は、絶縁基板のおもて面に回路パターン１０２ａ，１０２ｂを形成した基板である。半導体チップ１０１の裏面は、図示省略した接合材を介して配線基板１０２の回路パターン１０２ａと接合している。半導体チップ１０１のおもて面に設けられた図示省略した電極（以下、おもて面電極とする）と回路パターン１０２ｂとはアルミワイヤ１０３によって電気的に接続されている。配線基板１０２の裏面には金属接合層１０２ｃが設けられており、この金属接合層１０２ｃが図示を省略した接合材を介してヒートシンク１０４と接合している。
【０００４】
ヒートシンク１０４は、良熱伝導体で作られており、ベース部１０４ａおよび放熱フィン部１０４ｂを有する。ベース部１０４ａは、半導体チップ１０１で発生し、配線基板１０２を介して伝わる熱を放熱フィン部１０４ｂへ伝導する。放熱フィン部１０４ｂは、複数の放熱フィンを有し、ベース部１０４ａから伝導された熱を放散する。ヒートシンク１０４の周縁にはケース１０５が接着されている。このように各部材を配置して接合することで、図６に示す半導体装置１００のような単体のモジュールが形成される。
【０００５】
このような単体のモジュールとして、半導体素子が面接合により実装された第１バスバーと第２バスバーを樹脂枠により一体化し、半導体素子配設領域にゲル部材を充填して硬化させることにより半導体素子を封止した半導体モジュールと、半導体モジュールが放熱シートを挟んで固定される冷却器とを備える半導体装置において、半導体素子配設領域から半導体モジュールの放熱シートに対向する部分へと貫通する孔を、樹脂枠の連結部に形成した装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、太陽光発電や風力発電など、再生可能エネルギー源による省電力を志向した発電設備の普及にともない、電力変換装置の需要が増え、電力変換装置を構成するパワーモジュールの大容量化が特に課題となっている。上述した従来の半導体装置１００の大容量化を図る場合、半導体チップ１０１のおもて面電極と配線基板１０２とを電気的に接続するアルミワイヤ１０３の本数を定格電流に応じて増やして通電能力を確保する必要がある。
【０００８】
近年、デバイスの特性改善により個々の半導体チップ１０１の通電許容電流密度が増大しており、アルミワイヤ１０３の配線密度が高まる傾向にある。このため、配線基板１０２のアルミワイヤ１０３が接合される部分、すなわち回路パターン１０２ｂの表面積をアルミワイヤ１０３の本数に応じて一定の大きさで確保する必要がある。したがって、デバイスの特性改善により個々の半導体チップ１０１が縮小化されるのに対し、半導体チップ１０１の通電許容電流密度の増大により配線基板１０２の回路パターン１０２ｂの表面積は増大する。
【０００９】
特に、半導体チップ１０１が複数実装されるマルチチップパッケージ型半導体装置の場合、回路パターン１０２ｂは配線基板１０２上の複数個所に配置される。さらに、各半導体チップ１０１の通電能力をそれぞれ最大限に引き出して大容量化を行うため、配線基板１０２のおもて面の表面積に占める回路パターン１０２ｂの表面積の割合が大きくなり、半導体装置１００の小型化が困難であるという問題が生じる。
【００１０】
さらに、上述した従来の半導体装置１００は、ヒートサイクルによる負荷によって、使用開始後の早い時期に半導体チップ１０１と配線基板１０２との接合部分に破壊が生じる虞がある。このため、半導体装置１００の信頼性を確保することが困難であるという問題が生じる。
【００１１】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、小型化を実現することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、信頼性の高い半導体装置および半導体装置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】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、半導体チップの主面に設けられた電極と、絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板を備え、前記導電板の一方の面は、前記半導体チップの電極が設けられた主面に接合され、前記導電板の他方の面は、前記絶縁基板の配線パターンに接合されていることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記導電板の他方の面には、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板との接合位置を固定する突起部が設けられ、前記絶縁基板の配線パターンには、前記導電板の前記突起部に対応する位置に前記突起部が挿入される凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板と前記導電板との接合位置を固定する導電体をさらに備え、前記導電板の他方の面には、前記導電体の一方の端部が挿入される凹部が設けられ、前記絶縁基板の配線パターンには、前記導電板の前記凹部に対応する位置に前記導電体の他方の端部が挿入される凹部が設けられている。
【００１５】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体チップの線膨張係数α１、前記導電板の線膨張係数α２、および前記絶縁基板の配線パターンの線膨張係数α３は、α１＜α２＜α３を満たすことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記導電板は、モリブデン、タングステン、銅とモリブデンとからなる合金、鉄とニッケルとからなる合金、または、鉄とニッケルとコバルトとからなる合金、もしくはこれらの金属および合金を２種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンは、銅、アルミニウム、銀またはニッケルで構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンには複数の前記導電板が接合され、複数の前記導電板にはそれぞれ前記半導体チップが接合され、複数の前記半導体チップの主面に設けられた電極どうしは電気的に接続されている。
【００１９】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記導電板は、前記半導体チップの第１の主面に接合され当該第１の主面に設けられた電極に接続する第１の導電板と、前記半導体チップの第２の主面に接合され当該第２の主面に設けられた電極に接続する第２の導電板と、を備え、前記絶縁基板は、第１の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第１の絶縁基板と、第２の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第２の絶縁基板と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体チップの主面に、前記半導体チップの主面に設けられた電極と絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板の一方の面を接合する第１の接合工程と、前記絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記導電板の他方の面を接合する第２の接合工程と、を含み、前記第１の接合工程を前記第２の接合工程とともに行うことを特徴とする。
【００２１】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体チップの主面に、前記半導体チップの主面に設けられた電極と絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板の一方の面を接合する第１の接合工程と、前記絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記導電板の他方の面を接合する第２の接合工程と、を含み、前記第１の接合工程の後に、前記第２の接合工程を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２の接合工程では、前記絶縁基板の配線パターンに設けられた凹部に、前記導電板の他方の面に設けられた突起部を挿入し、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板と前記導電板との接合位置を固定することを特徴とする。
【００２３】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記導電板の他方の面に設けられた凹部に導電体の一方の端部を挿入し、前記絶縁基板の配線パターンの、前記導電板の凹部に対応する位置に設けられた凹部に前記導電体の他方の端部を挿入し、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板と前記導電板との接合位置を固定することを特徴とする。
【００２４】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体チップの線膨張係数α１、前記導電板の線膨張係数α２、および前記絶縁基板の配線パターンの線膨張係数α３は、α１＜α２＜α３を満たすことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記導電板は、モリブデン、タングステン、銅とモリブデンとからなる合金、鉄とニッケルとからなる合金、または、鉄とニッケルとコバルトとからなる合金、もしくはこれらの金属および合金を２種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されていることを特徴とする。
【００２６】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンは、銅、アルミニウム、銀またはニッケルで構成されていることを特徴とする。
【００２７】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンに、複数の前記導電板を接合し、前記絶縁基板の配線パターンに接合された複数の前記導電板のそれぞれに前記半導体チップを接合することを特徴とする。
【００２８】
上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップと絶縁基板とを導電板によって接合し、半導体チップの表面電極と絶縁基板の配線パターンとを電気的に接続する。これにより、従来のように半導体チップのおもて面電極と絶縁基板の配線パターンとを接続するためのアルミワイヤを設ける必要がなくなるので、アルミワイヤを接続するためだけの配線パターンを絶縁基板上に設ける必要がなくなる。また、上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップのおもて面に導電板を介して接合される絶縁基板の上側に設けられる外部接続端子の配置間隔を狭くすることができる。
【００２９】
また、上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップと絶縁基板との間に導電板を接合することで、半導体チップ、導電板および絶縁基板の配線パターンの線膨張係数の差が最小化され、各部材の接合部分で生じる歪が各部材に均等に分担される。このため、半導体チップに対する熱応力を低減させることができる。また、半導体チップと導電板とを接合する接合材、導電板と絶縁基板の配線パターンとを接合する接合材に対する熱応力を低減させることができる。
【００３０】
また、上述した発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、絶縁基板の配線パターンに設けられた凹部に導電板に設けられた突起部を挿入することで、半導体チップの主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。また、上述した発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、絶縁基板の配線パターンに設けられた凹部と、この凹部に対応する位置に設けられた導電板の凹部とに同一の導電体を挿入することで、半導体装置の半導体チップの主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。これにより、半導体チップ、導電板および絶縁基板を正確な位置で接合し一体化することができる。
【００３１】
また、上述した発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、半導体チップと絶縁基板とを導電板によって接合することにより、半導体チップ、導電板および絶縁基板の配線パターンの線膨張係数の差を最小化させた半導体装置を提供することができる。これにより、半導体チップに対する熱応力を低減させた半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、小型化を実現することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、信頼性の高い半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる半導体装置の各部材の構成について示す断面図である。
【図３】実施の形態２にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。
【図４】実施の形態２にかかる半導体装置の各部材の構成について示す断面図である。
【図５】実施の形態３にかかる製造途中の半導体装置について示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置の構造について示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。また、図２は、実施の形態１にかかる半導体装置の各部材の構成について示す断面図である。図２には、半導体装置１０を構成する各部材の接合前の状態を示す。図１に示すように、半導体装置１０は、半導体チップ１と、第１の導電板２−１と、第２の導電板２−２と、第１の配線基板３と、第２の配線基板４と、を備える。
【００３６】
半導体チップ１には、図示省略する１つ以上のデバイスが設けられている。半導体チップ１に設けられるデバイスとは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）などである。
【００３７】
第１の配線基板３は、絶縁基板のおもて面に回路パターン（配線パターン）３ａを形成した基板である。第１の導電板２−１は、半導体チップ１の裏面に設けられた図示省略した１つ以上の電極（以下、裏面電極とする）と第１の配線基板３の回路パターン３ａとを電気的に接続する部材である。半導体チップ１の裏面は、図示省略した接合材を介して第１の導電板２−１と接合している。第１の導電板２−１の、半導体チップ１と接合している面に対して反対側の面は、図示省略した接合材を介して第１の配線基板３の回路パターン３ａと接合している。
【００３８】
第１の導電板２−１の、第１の配線基板３と接合される側の面には、例えば円柱状の複数の突起部１１が設けられている。第１の配線基板３の回路パターン３ａには、第１の導電板２−１の各突起部１１に対応する位置にそれぞれ凹部３ａ−１が設けられている。第１の導電板２−１と第１の配線基板３の回路パターン３ａとは、図示省略する接合材を介して、第１の配線基板３の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１に第１の導電板２−１の突起部１１が挿入された状態で接合され一体化される。
【００３９】
このように半導体チップ１、第１の導電板２−１および第１の配線基板３が一体化されることにより、半導体チップ１の裏面電極と第１の配線基板３の回路パターン３ａとが第１の導電板２−１を介して電気的に接続される。第１の配線基板３の裏面には金属接合層３ｂが設けられており、この金属接合層３ｂが図示を省略した接合材を介して図示省略したヒートシンクと接合している。
【００４０】
第２の導電板２−２は、半導体チップ１のおもて面に設けられた図示省略した１つ以上の電極（以下、おもて面電極とする）と第２の配線基板４の回路パターン４ａとを電気的に接続する部材である。半導体チップ１のおもて面は、図示省略した接合材を介して第２の導電板２−２と接合している。第２の導電板２−２の、半導体チップ１と接合している面に対して反対側の面は、図示省略した接合材を介して第２の配線基板４の回路パターン４ａと接合している。第２の導電板２−２の、第２の配線基板４の回路パターン４ａと接合される側の面には、複数の突起部１２が設けられている。
【００４１】
第２の配線基板４は、絶縁基板の裏面およびおもて面にそれぞれ回路パターン４ａ，４ｂを形成した基板である。第２の配線基板４は、例えば、回路パターンを形成した絶縁基板が少なくとも２層以上積層されてなる多層基板でできている。第２の配線基板４を構成する絶縁基板間（内層）にも図示を省略する回路パターンが形成されていてもよく、各回路パターンは例えば回路パターン４ａによって電気的に接続される。
【００４２】
第２の配線基板４には、第２の配線基板４を貫通する貫通孔（以下、スルーホール部とする）４ａ−１が複数設けられている。各スルーホール部４ａ−１は、第２の導電板２−２の各突起部１２に対応する位置にそれぞれ設けられている。スルーホール部４ａ−１内には、当該スルーホール部４ａ−１の側壁から第２の配線基板４の裏面にまたがって設けられた回路パターン４ａによって凹部４ａ−２が設けられている。回路パターン４ａは、スルーホール部４ａ−１を通じて、第２の配線基板４のおもて面に形成された回路パターン４ｂに接続されている。
【００４３】
スルーホール部４ａ−１内に形成された凹部４ａ−２には、第２の配線基板４と第２の導電板２−２とが接合されたときに第２の導電板２−２の突起部１２と接する導電層４ａ−３が埋め込まれている。そして、スルーホール部４ａ−１内には、導電層４ａ−３を底面とし、かつ回路パターン４ａを側壁とする凹部４ａ−４が設けられている。
【００４４】
第２の導電板２−２と第２の配線基板４の回路パターン４ａとは、図示省略する接合材を介して、第２の配線基板４の回路パターン４ａに設けられた凹部４ａ−４に第２の導電板２−２の突起部１２が挿入された状態で接合され一体化される。これにより、半導体チップ１のおもて面電極と第２の配線基板４の回路パターン４ａとが第２の導電板２−２を介して電気的に接続される。
【００４５】
つぎに、図１に示す半導体装置１０の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、半導体装置１０を構成する第１，２の導電板２−１，２−２、および、第１，２の配線基板３，４を形成する。具体的には、第１の導電板２−１に予め突起部１１を形成する。第２の導電板２−２に予め突起部１２を形成する。第１の配線基板３の回路パターン３ａに予め凹部３ａ−１を形成する。第２の配線基板４の回路パターン４ａに予め凹部４ａ−４を形成する。より具体的には、第１，２の導電板２−１，２−２、および、第１，２の配線基板３，４は、次のように形成される。
【００４６】
第１の導電板２−１の突起部１１は、例えば、第１の導電板２−１の外形加工を行う前または後に、第１の導電板２−１の、第１の配線基板３と接合される側の面を塑性加工（プレス加工）によって変形させることで形成される。また、第１の導電板２−１の突起部１１は、例えば、第１の導電板２−１の、第１の配線基板３と接合される側の面を、エッチング処理や化学的処理によって部分的に除去することで形成されてもよい。第２の導電板２−２の突起部１２は、例えば、第１の導電板２−１の突起部１１と同様の方法で、第２の配線基板４と接合される側の面に形成される。
【００４７】
第１の配線基板３には、例えばセラミック系の絶縁基板を用いてもよい。回路パターン３ａを構成する材料には、例えば、第１の配線基板３と第１の導電板２−１とを接合する接合材よりも融点の高い材料を用いてもよい。第１の配線基板３がセラミック系の絶縁基板であり、回路パターン３ａが接合材よりも融点の高い材料でできている場合、第１の配線基板３の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１は、例えば、次のように形成される。
【００４８】
まず、回路パターン３ａと第１の配線基板３とを接合する前に、回路パターン３ａの、第１の導電板２−１に接合される側の面を例えば塑性加工によって変形させ、例えばドット状の平面形状を有する複数の凹部３ａ−１を形成する。各凹部３ａ−１は、第１の配線基板３に接合される第１の導電板２−１の突起部１１に対応する位置に形成される。その後、回路パターン３ａの凹部３ａ−１を形成した面に対して反対側の平坦面と、第１の配線基板３の平坦面とを面接合する。または、第１の配線基板３の平坦面に接合した箔状の回路パターン３ａを完全に溶融し、溶融した回路パターン３ａを成型加工し凹部３ａ−１を成形してもよい。この場合、回路パターン３ａを構成する材料として例えばアルミニウムを用いてもよい。
【００４９】
また、第１の配線基板３は、次のように形成されてもよい。まず、第１の配線基板３の平坦面に、箔状の回路パターン３ａを接合する。つぎに、フォトリソグラフィによって、回路パターン３ａの表面に、凹部３ａ−１の形成領域が開口するエッチングマスクを形成する。その後、エッチングマスクをマスクとしてエッチングを行い、エッチングマスクの開口部に露出する回路パターン３ａを、第１の配線基板３が露出しない深さで除去する。これにより、第１の配線基板３の回路パターン３ａに、複数の凹部３ａ−１が形成される。
【００５０】
第２の配線基板４の凹部４ａ−４は、例えば、次のように形成される。第２の配線基板４に、第２の配線基板４を貫通するスルーホール部４ａ−１を形成する。そして、スルーホール部４ａ−１内に、第２の配線基板４の裏面側から凹部４ａ−４が形成されるように、第２の配線基板４の裏面に回路パターン４ａおよび導電層４ａ−３を順に積層する。このとき、スルーホール部４ａ−１を通して第２の配線基板４のおもて面に形成された回路パターン４ｂに回路パターン４ａを接続し導通させる。
【００５１】
第１，２の配線基板３，４などの絶縁材と回路パターン３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂなどの導体パターンは、次のように接合される。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）からなる絶縁材に、銅（Ｃｕ）からなる導体パターンを接合する場合を例に説明する。接合材として、絶縁材および導体パターンよりも融点の低い、例えば銀（Ａｇ）−銅−チタン（Ｔｉ）からなる合金（以下、ろう材とする）を用いる。ろう材の融点は、約７００℃である。
【００５２】
まず、絶縁材と導体パターンとの間に板状のろう材を挿入し、絶縁材と導体パターンとを重ね合わせる。そして、ろう材の融点よりも２０〜８０℃高い加熱温度で当該重ね合わせた部材を加熱する。これにより、絶縁材および導体パターンの固相状態を保った状態で、ろう材のみが溶融される。導体パターン側では、ろう材が冷却されるときに生じる銀および銅の共晶との金属結合によって、導体パターンとろう材とが接合される。絶縁材側では、ろう材に添加物として混合されたチタンとの化合物反応が促進し、絶縁材とろう材とが物理的に接合される。
【００５３】
このため、例えば、予め凹部３ａ−１が形成された状態で回路パターン３ａを第１の配線基板３に接合する場合でも、回路パターン３ａの固相状態を保った状態で第１の配線基板３に接合される。これにより、回路パターン３ａに予め形成された凹部３ａ−１は、回路パターン３ａと第１の配線基板３との接合後においても、変形することなく回路パターン３ａに残る。第１の配線基板３に回路パターン３ｂを接合する方法、第２の配線基板４に回路パターン４ａ，４ｂを接合する方法は、第１の配線基板３に回路パターン３ａを接合する方法と同様である。
【００５４】
上述したように予め突起部１１，１２が形成された第１，２の導電板２−１，２−２、および、予め凹部３ａ−１，４ａ−４が形成された第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａの表面に、各部材どうしを接合する接合材と反応しやすい金属膜（図示省略）を形成する。そして、第１の配線基板３の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１に第１の導電板２−１の突起部１１を挿入し、第１の配線基板３上に第１の導電板２−１を重ねる。また、この第１の導電板２−１上に、半導体チップ１の裏面を下にして重ね、半導体チップ１上に、突起部１２が形成された側の面に対して反対側の面を下にして第２の導電板２−２を重ねる。
【００５５】
さらに、第２の配線基板４の回路パターン４ａに設けられた凹部４ａ−４が第２の導電板２−２の突起部１２に挿入されるように、第２の導電板２−２上に第２の配線基板４を重ねる。これらの部材は、各部材間にそれぞれ箔状の接合材（図示省略）を挿入した状態で重ね合わされる。その後、重ね合わされた各部材を一括して加熱することで、各部材間にそれぞれ挿入された接合材を介して、第１の配線基板３、第１の導電板２−１、半導体チップ１、第２の導電板２−２、および第２の配線基板４がそれぞれ接合され一体化される。これにより、図１に示す半導体装置１０が完成する。
【００５６】
第１，２の導電板２−１，２−２、第１，２の配線基板３，４をそれぞれ構成する材料は、半導体装置１０の支持材となる第１，２の配線基板３，４と、半導体チップ１との線膨張係数の差がそれぞれの接合界面で吸収される構成となるように選択するのが好ましい。具体的には、第１，２の導電板２−１，２−２、第１，２の配線基板３，４をそれぞれ構成する材料の組み合わせは、隣接する部材どうしの線膨張係数の差が最小化される組み合わせとするのが望ましい。
【００５７】
より具体的には、半導体チップ１の線膨張係数α１は、例えば半導体チップ１が通常のシリコン（Ｓｉ）からなる場合、４ｐｐｍ／Ｋ程度である。一方、例えば第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａが銅からなる場合、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａの線膨張係数α３は１８ｐｐｍ／Ｋ程度である。このため、第１，２の導電板２−１，２−２の線膨張係数α２が９ｐｐｍ／Ｋ程度となるように、第１，２の導電板２−１，２−２を構成する材料を選択する。
【００５８】
このように、半導体チップ１、第１，２の導電板２−１，２−２、および、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａのそれぞれの線膨張係数α１，α２，α３が下記（１）式を満たすように各部材を構成する材料を選択する。これにより、各部材のそれぞれの接合部分で生じる歪は、各部材に均等に分担されるとともに、下記（１）式を満たさない材料からなる部材どうしが接合された場合よりも各部材の線膨張係数の差が最小化される。
【００５９】
α１＜α２＜α３  ・・・（１）
【００６０】
例えば、半導体チップ１がシリコンで構成され、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａが銅で構成される場合、第１，２の導電板２−１，２−２を銅−モリブデン（Ｍｏ）からなる合金で構成してもよい。第１，２の導電板２−１，２−２を銅−モリブデンからなる合金で構成する場合、この合金の体積割合（固相率）が１５〜４５％となるように第１，２の導電材２−１，２−２を構成することで、上記（１）式を満たす半導体チップ１、第１，２の導電板２−１，２−２、および第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａが得られる。
【００６１】
また、例えば、半導体チップ１がシリコンからなり、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａが銅からなる場合、第１，２の導電板２−１，２−２を鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）からなる合金で構成してもよい。第１，２の導電板２−１，２−２を鉄−ニッケル−コバルトからなる合金で構成する場合においても、第１，２の導電板２−１，２−２を銅−モリブデンからなる合金で構成した場合と同様の、第１，２の導電板２−１，２−２の線膨張係数α２が得られる。
【００６２】
詳細には、第１，２の導電板２−１，２−２は、モリブデン、タングステン（Ｗ）、銅−モリブデンからなる合金、鉄−ニッケルからなる合金、または鉄−ニッケル−コバルトからなる合金で構成されてもよいし、これらの金属および合金を２種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されてもよい。また、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａは、銅、アルミニウム（Ａｌ）、銀またはニッケルで構成されてもよい。
【００６３】
半導体チップ１と第１，２の導電板２−１，２−２、および、第１，２の導電板２−１，２−２と第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａとを接合する接合材として、例えば、錫（Ｓｎ）系のはんだを用いてもよい。具体的には、接合材として、例えば、錫−銀、硫黄（Ｓ）−アンチモン（Ｓｂ）、錫−銅、錫−ビスマス（Ｂｉ）、または錫−亜鉛（Ｚｎ）などを含むはんだを用いてもよい。
【００６４】
接合材として錫（Ｓｎ）系のはんだを用いる場合、各部材と接合材との化学反応を高めるために各部材の表面に形成される金属膜は、ニッケル、ニッケル−リン（Ｐ）からなる合金、銀、銀−パラジウムからなる合金（Ｐｄ）からなる合金、金（Ａｕ）または錫を成分とする金属膜であってもよいし、これらの金属または合金を２つ以上積層してなる多層膜であってもよい。この金属膜は、例えば、スパッタリング法や蒸着法によって各部材の表面に形成される。
【００６５】
以上、説明したように、実施の形態１にかかる半導体装置１０によれば、半導体チップ１と第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａとをそれぞれ第１，２の導電板２−１，２−２によって接合する。これにより、従来のように半導体チップのおもて面電極と配線基板の回路パターンとを接続するためのアルミワイヤを設ける必要がなくなるので、アルミワイヤを接続するためだけの回路パターンを第１の配線基板３上に設ける必要がなくなる。これにより、配線基板を小型化することができ、半導体装置１０の小型化を実現することができる。また、半導体装置１０の小型化により、各部材の小型化が図れるので、従来よりもコストを低減することができる。
【００６６】
また、実施の形態１にかかる半導体装置１０によれば、半導体チップ１のおもて面に第２の導電板２−２を介して接合される第２の配線基板４の上側に設けられる外部接続端子（図示省略）の配置間隔を狭くすることができる。また、実施の形態１にかかる半導体装置１０によれば、第１の配線基板３上にアルミワイヤを接続するためだけの回路パターンを設ける必要がないので、配線基板上に従来よりも多く半導体チップ１を実装することができる。これにより、従来よりも半導体装置１０の大容量化を図ることができる。
【００６７】
また、実施の形態１にかかる半導体装置１０によれば、半導体チップ１と第１，２の配線基板３，４との間に第１，２の導電板２−１，２−２を接合することで、半導体チップ１、第１，２の導電板２−１，２−２および第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａの線膨張係数の差が最小化され、各部材の接合部分で生じる歪が各部材に均等に分担される。このため、半導体チップ１に対する熱応力を低減させることができる。また、半導体チップ１と第１，２の導電板２−１，２−２とを接合する接合材、第１，２の導電板２−１，２−２と第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａとを接合する接合材に対する熱応力を低減させることができる。これにより、半導体装置１０の信頼性を高めることができる。
【００６８】
また、実施の形態１にかかる半導体装置１０の製造方法によれば、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａに設けられた凹部３ａ−１，４ａ−４に第１，２の導電板２−１，２−２に設けられた突起部１１，１２をそれぞれ挿入することで、半導体チップ１の主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。これにより、半導体チップ１、第１，２の導電板２−１，２−２および第１，２の配線基板３，４を正確な位置で接合し一体化することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置１０を提供することができる。
【００６９】
また、実施の形態１にかかる半導体装置１０の製造方法によれば、半導体チップ１と第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａとの間に第１，２の導電板２−１，２−２を接合することにより、半導体チップ１、第１，２の導電板２−１，２−２および第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａの線膨張係数の差を最小化させた半導体装置１０を提供することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置１０を提供することができる。また、第１の配線基板３上に従来よりも多く半導体チップ１を実装することができるので、従来よりも半導体装置１０の大容量化を図ることができる。
【００７０】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。また、図４は、実施の形態２にかかる半導体装置の各部材の構成について示す断面図である。図４には、半導体装置２０を構成する各部材の接合前の状態を示す。実施の形態２にかかる半導体装置２０が実施の形態１にかかる半導体装置と異なるのは、第１，２の導電板の突起部に代えて、第１，２の導電板２１，２２に凹部２１−１，２２−１を設け、当該凹部２１−１，２２−１に円柱状の導電体２１−２，２２−２を挿入したことである。
【００７１】
図３に示すように、半導体装置２０は、半導体チップ１と、第１の導電板２１と、第２の導電板２２と、第１の配線基板３と、第２の配線基板４と、を備える。第１の導電板２１は、半導体チップ１の裏面電極と第１の配線基板３の回路パターン３ａとを電気的に接続する部材である。半導体チップ１の裏面は、図示省略した接合材を介して第１の導電板２１と接合している。
【００７２】
第１の導電板２１の、半導体チップ１と接合している面に対して反対側の面には、例えばドット状の平面形状を有する凹部２１−１が複数設けられている。凹部２１−１には、円柱状の導電体２１−２の一方の端部が挿入される。導電体２１−２の他方の端部は、第１の配線基板３の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１に挿入される。第１の導電板２１と第１の配線基板３の回路パターン３ａとは、図示省略する接合材を介して、第１の配線基板３の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１と、この凹部３ａ−１に対応する位置に設けられた第１の導電板２１の凹部２１−１とに同一の導電体２１−２が挿入された状態で接合され一体化される。
【００７３】
第２の導電板２２は、半導体チップ１のおもて面電極と第２の配線基板４の回路パターン４ａとを電気的に接続する部材である。半導体チップ１のおもて面は、図示省略した接合材を介して第２の導電板２２と接合している。第２の導電板２２の、第２の配線基板４の回路パターン４ａと接合される側の面には、例えばドット状の平面形状を有する凹部２２−１が複数設けられている。凹部２２−１には、円柱状の導電体２２−２の一方の端部が挿入されている。導電体２２−２の他方の端部は、第２の配線基板４の回路パターン４ａに設けられた凹部４ａ−２に挿入される。
【００７４】
第２の導電板２２と第２の配線基板４の回路パターン４ａとは、図示省略する接合材を介して、第２の配線基板４の回路パターン４ａに設けられた凹部４ａ−２と、この凹部４ａ−２に対応する位置に設けられた第２の導電板２２の凹部２２−１とに同一の導電体２２−２が挿入された状態で接合され一体化される。導電体２２−２の軸方向の長さは、例えば、凹部４ａ−２の深さに合わせて適宜決定される。第２の配線基板４の回路パターン４ａに形成された凹部４ａ−２には、例えば実施の形態１のように導電層を埋め込まなくてもよい。実施の形態２にかかる半導体装置２０の第１，２の導電板２１，２２の外部形状以外の構成は、実施の形態１にかかる半導体装置と同様である。
【００７５】
つぎに、図３に示す半導体装置２０の製造方法について説明する。まず、図４に示すように、半導体装置２０を構成する第１，２の導電板２１，２２、および、第１，２の配線基板３，４を形成する。具体的には、第１の導電板２１に予め凹部２１−１を形成する。第２の導電板２２に予め凹部２２−１を形成する。第１の配線基板３の回路パターン３ａに予め凹部３ａ−１を形成する。第２の配線基板４の回路パターン４ａに予め凹部４ａ−２を形成する。
【００７６】
より具体的には、第１の導電板２１の凹部２１−１は、例えば、第１の導電板２１の外形加工を行う前または後に、第１の導電板２１の、第１の配線基板３と接合される側の面を塑性加工によって変形させることで形成される。第２の導電板２２の凹部２２−１の形成方法は、第１の導電板２１の凹部２１−１と同様である。第１，２の配線基板３，４の形成方法は、実施の形態１における第１，２の配線基板と同様である。
【００７７】
上述したように予め凹部２１−１，２２−１が形成された第１，２の導電板２１，２２、および、予め凹部３ａ−１，４ａ−２が形成された第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａの表面に、各部材どうしを接合する接合材と反応しやすい金属膜（図示省略）を形成する。そして、各部材間に箔状の接合材を挿入し、実施の形態１と同様の順番で各部材を重ね合わせる。
【００７８】
各部材を重ね合わせたとき、すなわち、半導体チップ１と第１の導電板２１とを接合するときに、第１の配線基板３の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１と、この凹部３ａ−１に対応する第１の導電板２１の凹部２１−１とに同一の導電体２１−２の各端部をそれぞれ挿入する。また、半導体チップ１と第２の導電板２２とを接合するときに、第２の配線基板４の回路パターン４ａに設けられた凹部４ａ−２と、この凹部４ａ−２に対応する第２の導電板２２の凹部２２−１とに同一の導電体２２−２の各端部をそれぞれ挿入する。
【００７９】
第１の配線基板３と第１の導電板２１、第２の配線基板４と第２の導電板２２との接合方法以外の、半導体装置２０の製造方法は、実施の形態１にかかる半導体装置と同様である。実施の形態２にかかる半導体装置２０を構成する各部材や接合材の条件は、実施の形態１にかかる半導体装置と同様である。
【００８０】
以上、説明したように、実施の形態２にかかる半導体装置２０によれば、実施の形態１にかかる半導体装置と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態２にかかる半導体装置２０の製造方法によれば、第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａに設けられた凹部３ａ−１，４ａ−２と、この凹部３ａ−１，４ａ−２に対応する位置に設けられた第１，２の導電板２１，２２の凹部２１−１，２２−１とに同一の導電体２１−２，２２−２を挿入することで、半導体装置２０の半導体チップ１の主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。このため、半導体チップ１、第１，２の導電板２１，２２および第１，２の配線基板３，４を正確な位置で接合し一体化することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３にかかる製造途中の半導体装置について示す断面図である。実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態１にかかる半導体装置と異なるのは、第１，２の導電板２−１，２−２と第１，２の配線基板３，４の回路パターン３ａ，４ａとを接合する前に、予め、半導体チップ１と第１，２の導電板２−１，２−２とを接合したことである。
【００８２】
図５を参照して、実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体チップ１と、予め突起部１１，１２が形成された第１，２の導電板２−１，２−２とを接合する。具体的には、第１の導電板２−１の、突起部１１が形成された面に対して反対側の面と半導体チップ１の裏面とが接する状態で、第１の導電板２−１上に半導体チップ１を重ねる。
【００８３】
さらに、第２の導電板２−２の、突起部１２が形成された面に対して反対側の面を下にして、半導体チップ１上に第２の導電板２−２を重ねる。半導体チップ１と第１，２の導電板２−１，２−２とは、実施の形態１と同様にそれぞれ箔状の接合材（図示省略）が挿入された状態で重ね合わされる。そして、重ね合わされた各部材を一括して加熱することで、第１の導電板２−１、半導体チップ１、および第２の導電板２−２がこの順で一体化されてなる部材（第１の中間組立部材とする）３１を形成する。
【００８４】
半導体チップ１と第１，２の導電板２−１，２−２との接合は、例えば、接合材として高融点を有する接合材を用い、加熱しながら加圧し原子の拡散によって各部材どうしを接合する拡散接合（熱圧着）により行うのが好ましい。高融点を有する接合材とは、例えば、拡散接合による熱処理において液状化しない融点を有する接合材である。このような接合材として、例えば、銀、銅、パラジウム、金などの微細粒子で構成される接合材を用いてもよい。
【００８５】
このようにして、複数の第１の中間組立部材３１を複数形成し、複数の第１の中間組立部材３１を、第１の配線基板３２の回路パターン３ａ上の所定の位置に載置する。実施の形態１と同様に、第１配線基板３２の回路パターン３ａに設けられた凹部３ａ−１に第１の導電板２−１の突起部１１を挿入した状態で、第１の配線基板３２上に第１の中間組立部材３１を載置する。そして、第１の配線基板３２の回路パターン３ａに複数の第１の中間組立部材３１を接合して一体化し、第２の中間組立部材３３を形成する（図５の点線で囲まれた部分）。第１の配線基板３２の回路パターン３ａと第１の中間組立部材３１との接合も拡散接合により行うのが好ましい。
【００８６】
つぎに、第２の中間組立部材３３の各第２の導電板２−２上にそれぞれ第２の配線基板３４を重ねる。実施の形態１と同様に、各第２の導電板２−２の突起部１２が第２配線基板３４の回路パターン４ａに設けられた凹部４ａ−４に挿入されるように、第２の中間組立部材３３と第２の配線基板３４とを重ね合わせる。そして、第２の配線基板３４の回路パターン４ａに第２の導電板２−２を接合することで、第２の配線基板３４と第２の中間組立部材３３とを一体化する。
【００８７】
その後、第１の配線基板３２を所定の位置（例えば図５にて二点差線で示す部分）３５で切断し、個別の半導体装置に切り分ける。これにより、例えば、実施の形態１に示すような半導体装置が完成する。図５では、切断後の第１の配線基板３２には第１の中間組立部材３１がそれぞれ２つずつ設けられているが、これに限らず、１つの半導体装置において第１の中間組立部材３１は１つ設けられてもよいし、３つ以上設けられてもよい。
【００８８】
実施の形態３にかかる半導体装置の各部材の接合方法は、実施の形態１における接合方法と同様である。また、実施の形態３にかかる半導体装置を構成する各部材や接合材の条件は、実施の形態１にかかる半導体装置と同様である。また、実施の形態３においては、実施の形態１にかかる半導体装置を複数作製しているが、実施の形態２にかかる半導体装置を複数作製してもよい。
【００８９】
以上、説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１にかかる半導体装置と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態３によれば、複数の半導体装置を一括して作製（製造）することができる。したがって、半導体装置を構成する各部材を組み立てて複数の半導体装置を作成する際に、工程数を低減することができる。
【００９０】
以上において本発明では、上述した実施の形態に限らず、半導体チップを実装したさまざまな構成の半導体装置に適用することが可能である。例えば、配線基板上に１つの半導体チップが実装されたモジュールに適用してもよいし、配線基板上に複数の半導体チップが実装されたモジュールに適用してもよい。本発明は、実装される半導体チップの個数によらず同様の効果を得ることができる。
【００９１】
また、上述した実施の形態では、導電板に設けた突起部または導電板の凹部に挿入する導電体の形状を円柱状として説明しているが、これに限らず、配線基板の回路パターンに設けられた凹部に挿入されることにより、導電板と配線基板との接合時の位置ずれを防止することができる形状を有していればよい。導電板に設けた突起部または導電板の凹部に挿入する導電体の形状によって、配線基板の回路パターンに設けられた凹部の平面形状も種々変更される。また、半導体チップ１のおもて面（または裏面）に複数の表面電極が設けられ、当該複数の表面電極の電位がそれぞれ異なる場合、各表面電極にそれぞれ第１の導電板（または第２の導電板）を接合してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、電力変換用途のスイッチングデバイスとして用いられるパワー半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１  半導体チップ
２−１  導電板（第１）
２−２  導電板（第２）
３  配線基板（第１）
３ａ，３ｂ  配線基板（第１）の回路パターン
４  配線基板（第２）
４ａ，４ｂ  配線基板（第２）の回路パターン
４ａ−１  配線基板（第２）のスルーホール部
４ａ−２，４ａ−４  配線基板（第２）の回路パターンに設けられた凹部
４ａ−３  導電層
１０  半導体装置
１１  導電板（第１）の突起部
１２  導電板（第２）の突起部
【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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