(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板に設けられた複数の貫通孔と、
半導体チップに接合された一方の端部および複数に分割された他方の端部がそれぞれ前記絶縁基板の一方の主面および他方の主面から突出するように複数の前記貫通孔をそれぞれ貫通する複数の導電体と、
を備え、
少なくとも２つ以上の前記導電体のそれぞれ少なくとも１つの分割された他方の端部は、折り曲げにより他の前記導電体の分割された他方の端部と接触することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしは、前記導電体よりも融点の低い材料でできた接合層を介して接合されてい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】
前記半導体チップを挟んで前記絶縁基板に対向する他の絶縁基板と、
一方の端部が前記他の絶縁基板に接合され、他方の端部が前記導電体の分割された他方の端部に直接接合された導電材と、
をさらに備える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】
前記導電材は、前記絶縁基板に設けられた開口部を通っており、
前記導電材の他方の端部は、前記絶縁基板の前記半導体チップ側に対して反対側で前記導電体の分割された他方の端部に接合されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁基板には導体パターンが形成されており、前記導電体は前記導体パターンに接合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】
絶縁基板と、前記絶縁基板に一体化された半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板の複数の貫通孔それぞれに、一方の端部および複数に分割された他方の端部がそれぞれ前記絶縁基板の一方の主面および他方の主面から突出するように導電体を挿入する第１の工程と、
前記第１の工程後、少なくとも２つ以上の前記導電体の分割された他方の端部を折り曲げ、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接触させる第２の工程と、
前記第２の工程後、前記導電体の一方の端部と前記半導体チップとを接触させる第３の工程と、
異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接合した後に、または、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接合すると同時に、前記半導体チップに前記導電体の一方の端部を接合して、前記半導体チップと前記絶縁基板とを一体化する第４の工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程では、前記貫通孔に前記導電体を挿入して、前記絶縁基板に形成された導体パターンと前記導電体とを接触させ、
前記第２の工程の前、または、前記第４の工程中に、前記導体パターンと前記導電体とを接合することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程よりも前に、前記導電体の分割された他方の端部に、前記導電体を構成する材料よりも融点の低い材料でできた接合層を形成する第５の工程をさらに含み、
前記第２の工程では、前記第５の工程によって形成された前記接合層を介して、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接触させ、
前記第４の工程では、前記接合層を溶融させることにより、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接合することを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３の工程では、さらに、前記半導体チップを挟んで前記絶縁基板に対向する他の絶縁基板と前記導電体とを電気的に接続する導電材を前記導電体の分割された他方の端部に接触させ、
前記第４の工程では、スポット状のレーザービームを入射して前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部との接触部分を溶融し、前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部とを接合することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３の工程では、さらに、前記半導体チップを挟んで前記絶縁基板に対向する他の絶縁基板と前記導電体とを電気的に接続する導電材を前記導電体の分割された他方の端部に接触させ、
前記第４の工程では、前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部との接触部分に生じる原子の拡散により、前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部とを接合することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記導電材の一方の端部は、前記他の絶縁基板に接合され、
前記導電材の他方の端部は、前記絶縁基板に設けられた開口部を通って、前記絶縁基板の前記半導体チップ側に対して反対側で前記導電体の分割された他方の端部に接合されることを特徴とする請求項８または１０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５は、従来のモジュール構造の半導体装置の構成について示す断面図である。図５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、おもて面に金属箔からなる回路パターン１０２ａ，１０２ｂを形成した絶縁基板である。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５に示すモジュール構造の半導体装置１００が形成される。
【０００５】
このようなモジュール構造の半導体装置として、導体ピンを有する樹脂素材からなるプリント配線板において、導体ピンは断面が略円形状の金属線の一部に、金属線の直径よりも大きい鍔を有し、かつその近傍に金属線の直径より太い突起部が少なくともこの金属線の同一断面上に三方向以上、金属線表面に形成されており、この導体ピンが、前記プリント配線板の、前記金属線の突起部よりも小さい直径からなるスルーホールに圧入することによって固着され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】特開昭６２−２６６８５８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、上述した従来のモジュール構造は、半導体チップ１０１のおもて面電極と配線基板１０２の回路パターン１０２ａとの接続をアルミワイヤ１０３によって行う。このため、従来のモジュール構造では、近年、省電力を志向した再生可能なエネルギー源による発電設備の普及にともなって需要の増えた電力変換装置において特に課題となっているパワーモジュールの大容量化により、水平面積に占めるアルミワイヤ１０３の配線スペースの割合が増大する。このため、小型化を図ることが難しいという問題がある。
【０００８】
また、アルミワイヤ１０３は、小径で脆弱な構造を有する。このため、複数のアルミワイヤ１０３を配線接続に用いる従来のモジュール構造では、封止材に用いられる材料によっては、振動などの負荷によりアルミワイヤ１０３との接続部が破壊されやすいという問題がある。
【０００９】
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】
【００１０】
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は、絶縁基板と、前記絶縁基板に設けられた複数の貫通孔と、半導体チップに接合された一方の端部および複数に分割された他方の端部がそれぞれ前記絶縁基板の一方の主面および他方の主面から突出するように複数の前記貫通孔をそれぞれ貫通する複数の導電体と、を備え、少なくとも２つ以上の前記導電体のそれぞれ少なくとも１つの分割された他方の端部は、折り曲げにより他の前記導電体の分割された他方の端部と接触自在であることを特徴とする。
【００１１】
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、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしは、前記導電体よりも融点の低い材料でできた接合層を介して接合されている。
【００１２】
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、前記半導体チップを挟んで前記絶縁基板に対向する他の絶縁基板と、一方の端部が前記他の絶縁基板に接合され、他方の端部が前記導電体の分割された他方の端部に直接接合された導電材と、をさらに備え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、前記導電材は、前記絶縁基板に設けられた開口部を通っており、前記導電材の他方の端部は、前記絶縁基板の前記半導体チップ側に対して反対側で前記導電体の分割された他方の端部に接合さ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、前記絶縁基板には導体パターンが形成されており、前記導電体は前記導体パターンに接合されていることを特徴とする。
【００１５】
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、絶縁基板と、絶縁基板に一体化された半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、前記絶縁基板の複数の貫通孔それぞれに、一方の端部および複数に分割された他方の端部がそれぞれ前記絶縁基板の一方の主面および他方の主面から突出するように導電体を挿入する第１の工程と、前記第１の工程後、少なくとも２つ以上の前記導電体の分割された他方の端部を折り曲げ、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接触させる第２の工程と、前記第２の工程後、前記導電体の一方の端部と前記半導体チップとを接触させる第３の工程と、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接合した後に、または、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接合すると同時に、前記半導体チップに前記導電体の一方の端部を接合して、前記半導体チップと前記絶縁基板とを一体化する第４の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
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１の工程では、前記貫通孔に前記導電体を挿入して、前記絶縁基板に形成された導体パターンと前記導電体とを接触させ、前記第２の工程の前、または、前記第４の工程中に、前記導体パターンと前記導電体とを接合することを特徴とす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の製造方法は、上述した発明において、前記第２の工程よりも前に、前記導電体の分割された他方の端部に、前記導電体を構成する材料よりも融点の低い材料でできた接合層を形成する第５の工程をさらに含み、前記第２の工程では、前記第５の工程によって形成された前記接合層を介して、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接触させ、前記第４の工程では、前記接合層を溶融させることにより、異なる前記導電体の分割された他方の端部どうしを接合す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の製造方法は、上述した発明において、前記第３の工程では、さらに、前記半導体チップを挟んで前記絶縁基板に対向する他の絶縁基板と前記導電体とを電気的に接続する導電材を前記導電体の分割された他方の端部に接触させ、前記第４の工程では、スポット状のレーザービームを入射して前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部との接触部分を溶融し、前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部とを接合することを特徴とする。
【００１９】
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３の工程では、さらに、前記半導体チップを挟んで前記絶縁基板に対向する他の絶縁基板と前記導電体とを電気的に接続する導電材を前記導電体の分割された他方の端部に接触させ、前記第４の工程では、前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部との接触部分に生じる原子の拡散により、前記導電材と前記導電体の分割された他方の端部とを接合することを特徴とする。
【００２０】
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、前記導電材の一方の端部は、前記他の絶縁基板に接合され、前記導電材の他方の端部は、前記絶縁基板に設けられた開口部を通って、前記絶縁基板の前記半導体チップ側に対して反対側で前記導電体の分割された他方の端部に接合されることを特徴とする。
【００２１】
上述した発明にかかる半導体装置によれば、アルミワイヤを用いずに、複数の導電体により半導体チップのおもて面電極と絶縁基板の導体パターンとを接続することができる。このため、アルミワイヤを接続するためだけの導体パターンを絶縁基板上に設ける必要がない。これにより、水平面積に占める配線スペースの割合を低減することができる。また、アルミワイヤを接続するためだけの導体パターンを絶縁基板上に設ける必要がないため、大容量化により水平面積に占める配線スペースの割合が増大することを防止することができる。また、上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップのおもて面電極と絶縁基板の導体パターンとの接続を、導電体の分割された他方の端部どうしの接合により行うため、従来のアルミワイヤによる接続に比べて強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の構成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一部の組み立て前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成について示す断面図である。
【図４】実施の形態３にかかる半導体装置の構成を示す説明図である。
【図５】従来のモジュール構造の半導体装置の構成について示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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成について示す断面図である。図１に示す半導体装置１０は、半導体チップ１を実装したモジュール構造の半導体装置である。図１に示すように、半導体装置１０は、半導体チップ１と、半導体チップ１の裏面に接合された第１の配線基板２と、半導体チップ１のおもて面に設けられた図示省略した電極（おもて面電極）に接合された複数の導電体１１と、各導電体１１と一体化された第２の配線基板１２と、を備える。
【００２６】
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。
【００２７】
第１の配線基板２は、半導体チップ１の裏面側に配置されている。第１の配線基板２は、おもて面に金属箔からなる回路パターン（導体パターン）２ａを形成した絶縁基板である。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）は、はんだなどの接合材３を介して回路パターン２ａと接合している。配線基板２の裏面には金属接合層（不図示）が設けられており、この金属接合層が接合材を介してヒートシンク（不図示）と接合している。
【００２８】
第２の配線基板１２は、半導体チップ１のおもて面側に配置されている。第２の配線基板１２は、両面それぞれに少なくとも１層以上の金属箔からなる回路パターン（配線パターン：不図示）を形成した絶縁基板である。第２の配線基板１２には、１つ以上の貫通孔１２ａが設けられている。貫通孔１２ａの側壁には、第２の配線基板１２のおもて面側から裏面にわたってはんだなどによる接合材１２ｂが設けられている。この接合材１２ｂによって、第２の配線基板１２のおもて面および裏面に形成された各回路パターンどうしが導通している。
【００２９】
複数の貫通孔１２ａにはそれぞれ導電体１１が貫通する。導電体１１は、接合材１２ｂによって貫通孔１２ａの側壁に接合され、第２の配線基板１２と一体化されている。導電体１１の配置は、半導体チップ１のおもて面電極の平面レイアウトによって種々変更可能である。図１には、導電体１１を例えば一直線状に配置した場合を示す。
【００３０】
導電体１１の一方の端部１１ａは、第２の配線基板１２の裏面側から半導体チップ１側に突出している。そして、導電体１１の一方の端部１１ａは、はんだなどの接合材１３を介して半導体チップ１のおもて面電極と接合されている。導電体１１の他方の端部１１ｄは、第２の配線基板１２のおもて面側から突出している。また、導電体１１の他方の端部１１ｄは、導電体１１の他方の端部１１ｄから導電体１１の一方の端部１１ａに達しない深さで、かつ第２の配線基板１２のおもて面側にほぼ垂直に入れられた切込み１１ｃによって複数に分割されている。
【００３１】
導電体１１の他方の端部１１ｄ側の分割された部分（以下、先割れ部１１ｂとする）は、折り曲げにより他の導電体１１の分割された他方の端部と重なり合い接触自在になっている。１つの導電体１１に形成された複数の各先割れ部１１ｂは、それぞれ異なる方向に折り曲げられてもよい。具体的には、例えば、導電体１１の各先割れ部１１ｂは、第２の配線基板１２のおもて面に平行になるように折り曲げられて略Ｌ字状をなし、隣り合う導電体１１の先割れ部１１ｂと重なり合って接触している。先割れ部１１ｂどうしが重なり合う部分１４において、異なる導電体１１の先割れ部１１ｂどうしは接合層１５を介して接合されている。異なる導電体１１の先割れ部１１ｂどうしは、導電体１１の他方の端部１１ｄ側の一部のみが重なり合っていてもよいし、先割れ部１１ｂ全体が重なり合っていてもよい。
【００３２】
接合層１５は、第２の配線基板１２に導電体１１が一体化される前に予め形成された例えばめっき膜である。異なる導電体１１の先割れ部１１ｂどうしが接合されることにより、複数の導電体１１が一体化されている。接合層１５は、少なくとも、重なり合う先割れ部１１ｂの対向する面のうちの一方の面に設けられていればよい。または、接合層１５は、他の先割れ部１１ｂに対向する面と、この他の先割れ部１１ｂに対向する面に対して反対側の面との両面に設けられてもよい。
【００３３】
先割れ部１１ｂの両面に接合層１５が設けられる場合、先割れ部１１ｂが折り曲げられたときに他の導電体１１の先割れ部１１ｂに接合される面だけでなく、接合されない面にも接合層１５が設けられる。具体的には、例えば、折り曲げられる前の導電体１１において、切込み１１ｃ側の面と、切込み１１ｃ側の面に対して反対側の面との両面に接合層１５が設けられる。このように先割れ部１１ｂの両面に接合層１５を設けることにより、導電体１１の配置位置や、隣り合う先割れ部１１ｂどうしの重ね合わせ方などによって接合層１５の形成位置を変えた複数の導電体１１を用意する必要がなくなる。したがって、製造工程において省力化を図ることができる。
【００３４】
異なる導電体１１の先割れ部１１ｂは、例えば、次のように接合されている。第１導電体１１−１を中心に直線状に配置された３つの各第１〜３導電体１１−１〜１１−３の他方の端部１１ｄに、それぞれ２つの先割れ部１１ｂが形成されている場合を例に説明する。第１導電体１１−１において、一方の先割れ部１１ｂは第１導電体１１−１に隣り合う第２導電体１１−２側（紙面左側）に折り曲げられ、他方の先割れ部１１ｂは第１導電体１１−１に隣り合う第３導電体１１−３側（紙面右側）に折り曲げられている。
【００３５】
第２導電体１１−２の一方の先割れ部１１ｂは、第１導電体１１−１の一方の先割れ部１１ｂと重なるように第１導電体１１−１側（紙面右側）に折り曲げられ、接合層１５を介して第１導電体１１−１の一方の先割れ部１１ｂに接合されている。また、第３導電体１１−３の一方の先割れ部１１ｂは、端部１１ｄが第１導電体１１−１の他方の先割れ部１１ｂと重なるように第１導電体１１−１側（紙面左側）に折り曲げられ、接合層１５を介して第１導電体１１−１の他方の先割れ部１１ｂに接合されている。
【００３６】
第２導電体１１−２の他方の先割れ部１１ｂおよび第３導電体１１−３の他方の先割れ部１１ｂは、それぞれ第１導電体１１−１側と異なる方向に折り曲げられている。第２導電体１１−２の他方の先割れ部１１ｂおよび第３導電体１１−３の他方の先割れ部１１ｂは、他の部材に接合されていなくてもよい。また、第２導電体１１−２の他方の先割れ部１１ｂおよび第３導電体１１−３の他方の先割れ部１１ｂは、後述するように半導体チップ１のおもて面電極を引き出す外部接続用端子として機能させてもよい。
【００３７】
導電体１１は、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などを主成分とする良導電性の材料でできているのが好ましい。接合層１５は、例えば、錫（Ｓｎ）リッチなニッケル（Ｎｉ）、銀、銅またはアンチモン（Ｓｂ）などとの合金組成を有する材料など、導電体１１を構成する材料よりも融点の低い材料でできているのが好ましい。錫リッチな組成とは、他の成分よりも錫を多く含む組成である。接合層１５は、例えば、湿式めっきによって形成され２元共晶組成を有するめっき合金でできていてもよい。さらに、接合層１５の表面に、例えばアジピエン酸系フラックスやアジピン酸系フラックスなど、接合層１５の化学還元反応を促進する促進剤（不図示）が塗布されていてもよい。
【００３８】
また、半導体装置１０には、第１の配線基板２の周縁に接着され、第２の配線基板１２を囲むケース（不図示）が設けられている。このケース内の少なくとも第１の配線基板２と第２の配線基板１２との間には封止材（不図示）が充填されている。他の先割れ部１１ｂに接合されない先割れ部１１ｂは、第２の配線基板１２の主面に対して直立させ、または、予め折り曲げ加工を行わずに、ケース外部に半導体チップ１のおもて面電極を引き出す外部接続用端子として機能させてもよい。
【００３９】
すべての先割れ部１１ｂを折り曲げた場合、半導体チップ１のおもて面電極に接合された外部接続用端子（不図示）を第１の配線基板２に設け、この外部接続用端子により半導体チップ１のおもて面電極をケース外部に引き出してもよい。半導体チップ１の裏面に形成された電極（以下、裏面電極とする）をケース外部に引き出す外部接続用端子（不図示）は、例えば、半導体チップ１のおもて面電極をケース外部に引き出す外部接続用端子とは別に第１の配線基板２に設けられている。
【００４０】
次に、実施の形態１にかかる半導体装置１０の製造方法について、図１，２を参照して説明する。図２は、実施の形態１にかかる半導体装置の一部の組み立て前の構成について示す断面図である。図２には、組み立て途中の第２の配線基板１２の構成を示す。まず、図２に示すように、複数の導電体１１を用意する。そして、各導電体１１の他方の端部１１ｄに切込み１１ｃを入れて、各導電体１１の他方の端部１１ｄにそれぞれ複数の先割れ部１１ｂを形成する。以下、導電体１１の他方の端部１１ｄに２つの先割れ部１１ｂが形成された場合を例に説明する（図３においても同様）。このとき、先割れ部１１ｂは、まだ折り曲げられていない。
【００４１】
次に、導電体１１の他方の端部１１ｄ（先割れ部１１ｂの端部）に、例えばめっき処理によって接合層１５を形成する。具体的には、先割れ部１１ｂの切込み１１ｃ側の面と、切込み１１ｃ側に対して反対側の面との両面にそれぞれ接合層１５−１，１５−２が形成されるのが好ましい。その理由は、上述したとおりである。また、接合層１５−１，１５−２の表面に、接合層１５の化学還元反応を促進する促進剤を塗布するのが好ましい。その理由は後述する。
【００４２】
次に、導電体１１の一方の端部１１ａが第２の配線基板１２の裏面側から突出するように導電体１１を圧入し貫通孔１２ａに挿入する。各貫通孔１２ａの側壁には、導電体１１の挿入前に、第２の配線基板１２のおもて面から裏面にわたって予め接合材１２ｂが形成されている。このため、貫通孔１２ａに挿入された導電体１１は、接合材１２ｂに接触し、接合材１２ｂとの間に働く凝集力によって第２の配線基板１２に一体化される。
【００４３】
次に、図１に示すように、プレス成型などによる塑性加工によって、第２の配線基板１２に一体化された導電体１１の先割れ部１１ｂを所望の方向に折り曲げ、隣り合う導電体１１の先割れ部１１ｂどうしを重ね合わせる。これにより、重なり合う先割れ部１１ｂどうしは接合層１５を介して接触し、重なり合う先割れ部１１ｂ間に働く凝集力によって一体化される。具体的には、一方の先割れ部１１ｂに形成された接合層１５−１と、他方の先割れ部１１ｂに形成された接合層１５−２とが接触する。
【００４４】
他の先割れ部１１ｂに接合されない先割れ部１１ｂを、半導体チップ１のおもて面電極をケース（不図示）の外部に引き出す外部接続用端子として機能させる場合、外部接続用端子として機能させる先割れ部１１ｂは折り曲げずに、第２の配線基板１２に対して直立させた状態とする。図１には、第２の配線基板１２に一体化された各導電体１１のすべての先割れ部１１ｂを折り曲げた状態を示す。このようにして、複数の導電体１１と一体化された第２の配線基板１２が作製される。
【００４５】
次に、第１の配線基板２の回路パターン２ａ上に、はんだなどの接合材３を塗布する。そして、第１の配線基板２の回路パターン２ａ上の接合材３を塗布した箇所に半導体チップ１を載せる（マウント）。さらに、半導体チップ１のおもて面の導電体１１の接合箇所に、はんだなどの接合材１３を塗布する。そして、半導体チップ１のおもて面上の接合材１３に、導電体１１の一方の端部１１ａが接触するように第２の配線基板１２を半導体チップ１上に載せる。
【００４６】
次に、第１の配線基板２、半導体チップ１および第２の配線基板１２を重ねた状態で例えば還元雰囲気炉内にて熱処理を行い、接合材３，１３および接合層１５を溶解する。これにより、第１の配線基板２と半導体チップ１とが接合材３によって接合され、半導体チップ１と第２の配線基板１２とが接合材１３によって接合される。また、重なり合う先割れ部１１ｂどうしが、接合層１５によって接合される。さらに、導電体１１の側面と貫通孔１２ａの側壁とが接合材１２ｂによって接合され、各導電体１１と第２の配線基板１２とが一体化される。
【００４７】
この熱処理は、例えば水素（Ｈ2）還元雰囲気炉で行う場合、接合層１５の表面に形成された表面酸化膜を除去して界面接合反応を進展させるために、例えば２５０〜３００℃程度の熱処理温度で行う必要がある。このため、接合層１５の表面に接合層１５の化学還元反応を促進する促進剤が塗布されるのが好ましい。その理由は、熱処理時に接合層１５の化学還元反応が促進され、先割れ部１１ｂどうしを接合するための熱処理温度をはんだの融点まで下げることができるからである。
【００４８】
したがって、接合層１５の表面に接合層１５の化学還元反応を促進する促進剤を塗布することにより、はんだの融点程度の低温で半導体チップ１を実装し、半導体装置１０を作製することができる。例えば、２元共晶組成を有する接合層１５が形成されている場合、はんだの融点である２２０〜２４０℃程度の熱処理で半導体装置１０を作製することができる。接合層１５の化学還元反応を促進する促進剤を塗布する処理は、先割れ部１１ｂに接合層１５を形成した後、先割れ部１１ｂを折り曲げるための塑性加工を行う前までに行えばよい。
【００４９】
その後、例えば第１の配線基板２の周縁に接着されて第２の配線基板１２を囲むケースを取り付け、第１の配線基板２と第２の配線基板１２との間に封止材（不図示）を注入する。他の先割れ部１１ｂに接合されない先割れ部１１ｂを外部接続用端子として機能させる場合、ケース取り付け時に、第２の配線基板１２に対して直立された先割れ部１１ｂがケース外部に突出する。一方、すべての先割れ部１１ｂに対して折り曲げ加工を行う場合、ケース取り付け前に、半導体チップ１のおもて面電極に電気的に接合された外部接続用端子（不図示）を導電体１１とは別に第１の配線基板２に設ける。また、ケース取り付け前に、第１の配線基板２に、半導体チップ１の裏面電極に電気的に接合された外部接続用端子（不図示）を設ける。この外部接続用端子は、ケース取り付け時にケース外部に突出する。これにより、図１に示す半導体装置１０が完成する。
【００５０】
以上、説明したように、実施の形態１によれば、アルミワイヤを用いずに、導電体１１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１２の回路パターン２ａとを接続する。このため、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２上に設ける必要がない。これにより、水平面積に占める配線スペースの割合を低減することができる。また、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２上に設ける必要がないため、大容量化により水平面積に占める配線スペースの割合が増大することを防止することができる。これにより、小型化を実現することができる。
【００５１】
また、実施の形態１によれば、半導体チップ１のおもて面電極と第１の配線基板２の回路パターン２ａとの接続を、導電体１１の先割れ部１１ｂどうしの接合により行うため、従来のアルミワイヤによる接続に比べて強度を向上させることができる。これにより、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、実施の形態１によれば、水平面積に占める配線スペースの割合が低減するため、第１の配線基板２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、大容量化を図ることができる。また、実施の形態１によれば、複数の導電体１１の各先割れ部１１ｂを折り曲げて相互に接合することにより導電経路を形成することができる。このため、導電体１１の個数、各導電体１１の分割数（先割れ部１１ｂの個数）、および先割れ部１１ｂの折り曲げ方向や接合先を種々変更することにより、容易に所望の配線構造を実現することができる。
【００５２】
（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成について示す断面図である。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、先割れ部１１ｂどうしが重なり合う部分１４に貫通孔（以下、第２貫通孔とする）２１が形成され、この第２貫通孔２１に導電材２２を貫通させることにより、先割れ部１１ｂどうしが接合されている点である。
【００５３】
図３に示すように、各先割れ部１１ｂにそれぞれ形成された貫通孔は、他の先割れ部１１ｂと重なり合ったときに連続した１つの第２貫通孔２１をなす。第２貫通孔２１には、例えば柱状の導電材２２が貫通する。導電材２２の側面には、第２貫通孔２１に挿入される前に予めめっき膜などの接合層（不図示）が形成されている。導電材２２の側面に形成された接合層は、実施の形態１における先割れ部１１ｂに形成された接合層と同様の構成を有する。導電材２２の側面に形成された接合層の表面に、接合層の化学還元反応を促進する促進剤が塗布されていてもよい。導電材２２の側面に形成された接合層によって第２貫通孔２１の側壁と導電材２２とが接合されることにより、重なり合う先割れ部１１ｂどうしが接合されている。
【００５４】
次に、実施の形態２にかかる半導体装置２０の製造方法について説明する。まず、実施の形態１と同様に、各導電体１１の他方の端部１１ｄにそれぞれ２つの先割れ部１１ｂを形成する。そして、他の先割れ部１１ｂと重ね合わされたときに第２貫通孔２１をなす貫通孔を先割れ部１１ｂに形成する。次に、実施の形態１と同様に、導電体１１を圧入して貫通孔（以下、第１貫通孔とする）１２ａに挿入した後、先割れ部１１ｂを所定の方向に折り曲げるための塑性加工を行う。これにより、先割れ部１１ｂどうしが重なり合う部分１４において、２つの先割れ部１１ｂが接触し、重なり合う２つの先割れ部１１ｂを貫通する第２貫通孔２１が形成される。
【００５５】
次に、第２貫通孔２１に導電材２２を圧入して熱処理を行う。導電材２２の側面には、予め、めっき膜などの接合層が形成されているため、この熱処理により導電材２２の側面に形成された接合層が溶解し、導電材２２の側面と第２貫通孔２１の側壁とが接合される。導電材２２の側面に形成された接合層の表面に、実施の形態１の先割れ部１１ｂに形成された接合層と同様に、接合層の化学還元反応を促進する促進剤が塗布されてもよい。このように、導電材２２によって、重なり合った先割れ部１１ｂどうしが一体化される。
【００５６】
導電材２２の側面と第２貫通孔２１の側壁とを接合する熱処理条件は、実施の形態１の先割れ部１１ｂどうしを接合する接合層を溶解するための熱処理条件と同様である。また、第２貫通孔２１に導電材２２を挿入した後に熱処理を行わず、第２貫通孔２１と導電材２２との凝集力によって一体化させた状態で次の工程に進んでもよい。この場合、後述する半導体チップ１、第１の配線基板２、第２の配線基板１２および複数の導電体１１を接合するための熱処理によって、導電材２２の側面と第２貫通孔２１の側壁とを凝集力よりも強い結合力で接合する。
【００５７】
次に、実施の形態１と同様に、半導体チップ１、第１の配線基板２、および、導電体１１と一体化された第２の配線基板１２の順に重ねて熱処理を行う。これにより、半導体チップ１、第１の配線基板２、第２の配線基板１２および複数の導電体１１が接合し一体化される。その後、実施の形態１と同様に以降の処理を行うことにより、図３に示す半導体装置２０が完成する。実施の形態２にかかる半導体装置２０の、第２貫通孔２１および導電材２２の構成および導電材２２により先割れ部１１ｂどうしを接合する方法以外は、実施の形態１にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法と同様である。
【００５８】
以上、説明したように、実施の形態２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、実施の形態１にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３にかかる半導体装置の構成を示す説明図である。図４の上側には、実施の形態３にかかる半導体装置３０の仰視図を示す。図４の下側には、実施の形態３にかかる半導体装置３０の断面図を示す。実施の形態３にかかる半導体装置３０が実施の形態２にかかる半導体装置と異なるのは、他の先割れ部１１ｂに接続されていない先割れ部１１ｂを、導電材（以下、第２導電材とする）３２を介して第１の配線基板２のおもて面に配置されたランド(配線用の中継点）４１に接合し、第１の配線基板２と第２の配線基板１２とが一体化された立体的な配線構造を構成した点である。
【００６０】
図４に示すように、第１の配線基板２のおもて面には、回路パターン２ａと離れて、金属箔からなる回路パターン（不図示）が形成されたランド４１が設けられている。ランド４１は、局部的に加熱されたときの温度上昇に耐え得るセラミック絶縁基板でできている。ランド４１の回路パターンには、柱状の第２導電材３２の一方の端部が接合されている。第２導電材３２は、例えば第１の配線基板２のおもて面に垂直に接合されている。また、ランド４１には、例えば、半導体チップ１のおもて面電極をケース外部に引き出す外部接続用端子（不図示）が接続される。
【００６１】
半導体チップ１を挟んで第１の配線基板２に対向する第２の配線基板１２には、第１の配線基板２に設けられたランド４１に対向する位置に開口部４２が設けられている。第２導電材３２の他方の端部は、第２の配線基板１２の開口部４２を通って第２の配線基板１２のおもて面側（第２の配線基板１２の半導体チップ１側に対して反対側）に突出している。また、導電体１１の他方の端部１１ｄは、実施の形態２と同様に切込み１１ｃによって分割されている。ここでは、３つの先割れ部１１ｂ（以下、第１〜３先割れ部１１ｂ−１〜１１ｂ−３とする）が形成されている場合を例に説明する。
【００６２】
第１，２先割れ部１１ｂ−１，１１ｂ−２は、実施の形態２と同様に、それぞれ隣り合う他の導電体１１側に折り曲げられ、隣り合う導電体１１の先割れ部１１ｂに接合されている。具体的には、第１，２先割れ部１１ｂ−１，１１ｂ−２の各端部１１ｄには、実施の形態２と同様に、それぞれ第２貫通孔２１が設けられ、第２貫通孔２１に貫通する導電材（以下、第１導電材とする）２２により、それぞれ隣り合う他の第１，２先割れ部１１ｂ−１，１１ｂ−２どうしと接合されている。
【００６３】
第３先割れ部１１ｂ−３は、第２の配線基板１２の開口部４２側に折り曲げられている。そして、第３先割れ部１１ｂ−３には、第２貫通孔２１と同様に、第３貫通孔３１が形成されている。第３貫通孔３１には、第１の配線基板２のランド４１に接合された第２導電材３２の他方の端部が貫通する。第３貫通孔３１の側壁には、第２導電材３２が挿入される前に予めめっき膜などの接合層（不図示）が形成されている。
【００６４】
第３貫通孔３１の側壁に形成された接合層は、実施の形態１における先割れ部１１ｂに形成された接合層と同様の構成を有する。第３貫通孔３１の側壁に形成された接合層の表面に、接合層の化学還元反応を促進する促進剤が塗布されていてもよい。第３貫通孔３１の側壁に形成された接合層により、第３の先割れ部１１ｂ−３の第３貫通孔３１の側壁と第２導電材３２の側面とが接合され一体化されている。
【００６５】
第２導電材３２は、例えば、６００〜１１００℃程度の融点を有する銅やアルミニウム、ニッケルなどを主成分とする材料でできているのが好ましい。その理由は、次の通りである。ランド４１は、通常、局所的な加熱の温度上昇に耐え得るセラミックと一体化されたセラミック絶縁基板で構成されている。このため、ランド４１の回路パターンと第２導電材３２との接触部分にレーザービームを局部的に照射して局部的に溶融することにより、ランド４１の回路パターンと第２導電材３２の一方の端部とを直接接合することができるからである。
【００６６】
ランド４１の回路パターンは、例えば、第２導電材３２と同様に、銅やアルミニウム、ニッケルなどを主成分とする材料でできていてもよい。この場合、ランド４１の回路パターンは、第２導電材３２と同様の材料構成としてもよいし（例えば、Ｃｕ−Ｃｕ、Ａｌ−ＡｌまたはＮｉ−Ｎｉなど）、第２導電材３２と異なる材料構成としてもよい（例えば、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ−ＮｉまたはＡｌ−Ｎｉなど）。
【００６７】
この場合、導電体１１は、銅やアルミニウムを主成分とする材料でできているのが好ましい。その理由は、導電体１１の第２導電材３２との接触部分（第３の先割れ部１１ｂ−３の第３貫通孔３１の側壁）に接合層などを形成することなく、先割れ部１１ｂ−３と第２導電材３２との接触部分にレーザービームを局部的に照射して局所的に溶融することにより、第３の先割れ部１１ｂ−３と第２導電材３２とを直接接合することができるからである。
【００６８】
さらに、導電体１１は、銅を主成分とする材料でできているのが好適である。その理由は、次の通りである。通常、第２の配線基板１２などのセラミック基板に形成される回路パターンは銅でできている。このため、超音波を用いて各部材の接触面に生じる原子の拡散を利用して当該各部材どうしを接合する拡散接合により、第２の配線基板１２の回路パターンと導電体１１とを接合し一体化することができるからである（同種材料による接合）。また、第２の配線基板１２の回路パターンがアルミニウムを主成分とする材料でできている場合には、アルミニウムを主成分とする材料でできた導電体１１を用いることにより、接合性の良好な同種材料による接合状態を得ることができる。
【００６９】
次に、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。ここでは、導電体１１の他方の端部１１ｄに３つの先割れ部１１ｂが形成された場合を例に説明する。まず、実施の形態２と同様に、各導電体１１の他方の端部１１ｄに複数の先割れ部１１ｂを形成し、先割れ部１１ｂの各端部１１ｄに貫通孔を形成する。具体的には、第１，２の先割れ部１１ｂ−１，１１ｂ−２の各端部１１ｄには、それぞれ第２貫通孔２１をなす貫通孔を形成する。第３の先割れ部１１ｂ−３には、第３貫通孔３１を形成する。
【００７０】
次に、実施の形態２と同様に、導電体１１を圧入して第１貫通孔１２ａに挿入し、先割れ部１１ｂを所定の方向に折り曲げるための塑性加工を行った後、重なり合う２つの第１，２の先割れ部１１ｂ−１，１１ｂ−２を貫通する第２貫通孔２１に導電材２２を圧入する。次に、第１の配線基板２の回路パターン２ａ上およびランド４１の回路パターン上に、それぞれはんだなどの接合材３および接合材４３を塗布する。そして、第１の配線基板２の回路パターン２ａ上の接合材３を塗布した箇所に半導体チップ１を載せる（マウント）。また、ランド４１の回路パターン上の接合材４３を塗布した箇所に、第２導電材３２の一方の端部が接触するように第２導電材３２を載せる。
【００７１】
次に、半導体チップ１のおもて面の導電体１１の接合箇所に、はんだなどの接合材１３を塗布する。そして、半導体チップ１のおもて面上の接合材１３に導電体１１の一方の端部１１ａが接触するように、第２の配線基板１２を半導体チップ１上に載せる。このとき、第２導電材３２の他方の端部が第２の配線基板１２の開口部４２を通って、かつ第３の先割れ部１１ｂ−３の第３貫通孔３１に挿入されるように、第２の配線基板１２を半導体チップ１上に載せる。
【００７２】
次に、実施の形態２と同様に熱処理を行い、半導体チップ１、第１の配線基板２、第２の配線基板１２および導電体１１を接合し一体化する。次に、先割れ部１１ｂ−３の第３貫通孔３１の側壁と第２導電材３２の側面との接触部分に、レーザービームを局部的に照射する。これにより、先割れ部１１ｂ−３の第３貫通孔３１の側壁と第２導電材３２の側面との接触部分を局所的に溶融し、第３の先割れ部１１ｂ−３と第２導電材３２とを接合する。
【００７３】
その後、実施の形態２と同様に、外部接続用端子やケース（不図示）などを配置し、以降の処理を行うことにより、図４に示す半導体装置３０が完成する。実施の形態３にかかる半導体装置３０の、第２導電材３２を介して第３先割れ部１１ｂ−３をランド４１に接続する構成およびその接続方法以外は、実施の形態２にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法と同様である。
【００７４】
以上、説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１，２にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法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、アルミワイヤを用いずに、半導体チップ１のおもて面電極を第１の配線基板２から引き出すことができる。
【００７５】
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枚数によらず同様の効果を得ることができる。
【００７６】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態では、第２の配線基板と導電体、導電体の先割れ部どうし、第１の配線基板と半導体チップ、および半導体チップと第２の配線基板をそれぞれ接触させた後、１回の熱処理により一括して各部材どうしを接合しているが、各部材を接触させるごとに熱処理を行うことにより各部材どうしを接合してもよい。
【００７７】
また、上述した実施の形態では、第２の配線基板に導電体を挿入する前に、導電体の先割れ部に接合層を形成する場合を例に説明しているが、導電体の先割れ部への接合層の形成は、導電体の先割れ部を折り曲げる塑性加工の前までに行われればよい。また、１つの導電体に４つ以上の先割れ部が形成されていてもよい。また、先割れ部は、他の先割れ部の端部と重なり合うように折り曲げられていればよく、その折り曲げ形状および折り曲げ方向は種々変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
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】
【００７９】
１  半導体チップ
２  第１の配線基板
２ａ  第１の配線基板の回路パターン
３，１３  接合材
１１  導電体
１１ａ  導電体の一方の端部
１１ｂ  導電体の先割れ部
１１ｃ  導電体の切込み
１１ｄ  導電体の他方の端部（先割れ部の端部）
１２  第２の配線基板
１４  先割れ部の端部どうしが重なり合う部分
１５  接合層
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005994254.tif 000004
【図４】
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【図５】
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