(57)【要約】【課題】半導体ユニット内の内部接合材の溶融を防止しつつ、半導体ユニットと放熱部とを適切に接合して信頼性の低下を防止する。【解決手段】半導体ユニット２の裏面と放熱板３ａとを、錫−ビスマス合金粒子と金属粒子（銀粒子）とを含む第２接合材を介して接合して、加熱する。これにより、半導体ユニット２と放熱板３ａとが第２接合材が液相焼結した第２接合層４により接合されて、半導体装置１が製造される。第２接合材は、錫−ビスマス合金粒子と銀粒子とを含んでいるために、半導体ユニット２と放熱板３ａとの接合温度を２００℃以下とすることができる。このため、半導体ユニット２内の第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融せずに、半導体ユニット２と放熱板３ａとを接合することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
絶縁板と、前記絶縁板上に配置され、前記半導体素子が第１接合材を介して設けられる回路板とを有する積層基板と、
前記積層基板の裏面を表出して、前記半導体素子と前記積層基板とを封止する封止樹脂と、
を備える半導体ユニットを用意し、
前記半導体ユニットの前記裏面と放熱部とを、錫−ビスマス合金粒子と金属粒子とを含む第２接合材を介して接合して、加熱する、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記金属粒子は、銀、銅、金またはニッケルのうちのいずれかである、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記放熱部の前記第２接合材が配置される接合面は、銅または銅合金、または、ニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２接合材の加熱温度は、１８０℃以上、２２０℃以下である、
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記錫−ビスマス合金粒子におけるビスマスは４２．５ｗｔ％以上、６７．５ｗｔ％以下である、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属粒子が銀粒子である場合、
前記第２接合材の前記銀粒子に対する前記錫−ビスマス合金粒子は、１５ｗｔ％以上、４５ｗｔ％以下である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属粒子が銀粒子である場合、
前記第２接合材の前記銀粒子に対する前記錫−ビスマス合金粒子は、２０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属粒子が銀粒子である場合、
前記第２接合材の前記銀粒子に対する前記錫−ビスマス合金粒子は、２４ｗｔ％以上、３６ｗｔ％以下である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記金属粒子が銅粒子である場合、
前記第２接合材の前記銅粒子に対する前記錫−ビスマス合金粒子は、５５ｗｔ％以上、７５ｗｔ％以下である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記金属粒子が銅粒子である場合、
前記第２接合材の前記銅粒子に対する前記錫−ビスマス合金粒子は、６２ｗｔ％以上、７５ｗｔ％以下である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体ユニットと前記放熱部との接合加圧は、１ｋＰａ以上、２００ｋＰａ以下である、
請求項５乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１接合材は、錫−アンチモン系合金、錫−銀−銅系合金、錫−銀系合金、錫−銅系合金のいずれかを含む、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２接合材をギ酸雰囲気中で加熱する、
請求項２乃至１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体素子と、
絶縁板と、前記絶縁板上に配置され、前記半導体素子が第１接合層を介して設けられる回路板とを有する積層基板と、
前記積層基板の裏面を表出して、前記半導体素子と前記積層基板とを封止する封止樹脂と、
を備える半導体ユニットと、
前記半導体ユニットの前記裏面に、錫系合金を含む第２接合層を介して接合される放熱部と、
を有する半導体装置。
【請求項１５】
前記錫系合金は、錫と共に、銀、銅、金またはニッケルのうちのいずれかを含む、
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第２接合層は、さらに、ビスマスを含む、
請求項１５記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記放熱部の前記第２接合層が配置される接合面は、銅または銅合金、または、ニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第２接合層は、さらに、錫−銅合金を含む、
請求項１７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、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、絶縁板及び回路板が積層した積層基板と、回路板上に接合層（内部接合層）を介して配置された半導体素子とが封止樹脂により封止された半導体ユニットを備える。さらに、半導体装置は、半導体ユニットに接合層（外部接合層）を介して放熱部が備えられており、スイッチング等の電力変換用として用いられている。
【０００３】
このような半導体装置は、ケースを有しておらず、顧客の要求に対して装置の構造・信頼性設計に柔軟に対応でき、また、汎用性が高く、取り扱い性が向上する。また、このような半導体装置は、ケースを有していないことから、ケースと放熱部並びに封止樹脂とが剥がれやすいといった問題が解消され、信頼性の低下が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０７４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような半導体装置では、半導体ユニットと放熱部とを外部接合層を介して接合する際の接合温度が、内部接合層の融点よりも高い場合には、内部接合層が溶融して、半導体ユニット内の隙間等に流出してしまう。流出した内部接合層の一部は、ショート等の原因となってしまうおそれがあり、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【０００６】
このため、外部接合層による接合温度を内部接合層の融点よりも低くすることが望まれる。しかし、一般に、接合温度が低い外部接合層は、接合強度が低下する傾向があり、半導体ユニットと放熱部との接合性が低下し、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、半導体ユニット内の内部接合層の溶融を防止しつつ、半導体ユニットと放熱部とを適切に接合することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置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】
【０００８】
本発明の一観点によれば、半導体素子と、絶縁板と、前記絶縁板上に配置され、前記半導体素子が第１接合材を介して設けられる回路板とを有する積層基板と、前記積層基板の裏面を表出して、前記半導体素子と前記積層基板とを封止する封止樹脂と、を備える半導体ユニットを用意し、前記半導体ユニットの前記裏面と放熱部とを、錫−ビスマス合金粒子と金属粒子とを含む第２接合材を介して接合して、加熱する、半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の一観点によれば、半導体素子と、絶縁板と、前記絶縁板上に配置され、前記半導体素子が第１接合層を介して設けられる回路板とを有する積層基板と、前記積層基板の裏面を表出して、前記半導体素子と前記積層基板とを封止する封止樹脂と、を備える半導体ユニットと、前記半導体ユニットの前記裏面に、錫系合金を含む第２接合層を介して接合される放熱部と、を有する半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の技術によれば、半導体ユニット内の内部接合層の溶融を防止しつつ、半導体ユニットと放熱部とを適切に接合して信頼性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態の半導体装置の側断面図である。
【図２】第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】錫とビスマスとに関する状態図である。
【図４】第１の実施の形態の半導体装置の第２接合層のせん断強度を示すグラフである。
【図５】銀と錫とビスマスとに関して、図３及び図４から導かれた、接合温度及びせん断強度を満足する組成範囲を示す３元図である。
【図６】第１の実施の形態の半導体装置の第２接合層の再溶融温度を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態の半導体装置の第２接合層と放熱板との境界断面におけるＳＥＭ像である。
【図８】参考例の半導体装置を説明するための図である。
【図９】参考例の半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態の半導体装置の第２接合層のせん断強度を示すグラフである。
【図１１】第３の実施の形態の半導体装置の側断面図（その１）である。
【図１２】第３の実施の形態の半導体装置の側断面図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態の半導体装置について、図１を用いて説明する。
【００１３】
図１は、第１の実施の形態の半導体装置の側断面図である。
半導体装置１は、半導体ユニット２と、放熱部３とを有しており、半導体ユニット２と放熱部３とは外部接合層である第２接合層４により接合されている。
【００１４】
半導体ユニット２は、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とを有し、これが封止樹脂２６により封止されている。
積層基板２１は、絶縁板２１ａと、絶縁板２１ａの裏面に形成された金属板２１ｂと、絶縁板２１ａのおもて面に形成された回路板２１ｃとを有している。
【００１５】
絶縁板２１ａは、熱伝導性に優れた、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）等の高熱伝導性のセラミックスにより構成されている。
金属板２１ｂは、熱伝導性に優れたアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属により構成されている。このような金属板２１ｂは、後述する第２接合層４と接合する。
【００１６】
回路板２１ｃは、導電性に優れた銅等の金属により構成されており、複数の回路パターン２１ｃ１〜２１ｃ４を含んでいる。なお、回路板２１ｃが含む回路パターン２１ｃ１〜２１ｃ４は一例であって、この回路パターン２１ｃ１〜２１ｃ４以外の回路パターンを含む場合もある。
【００１７】
このような構成を有する積層基板２１として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Blazed）基板を用いることができる。積層基板２１は、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂで発生した熱を回路板２１ｃ、絶縁板２１ａ及び金属板２１ｂを介して、放熱部３側に伝導させることができる。
【００１８】
パワー半導体素子２３ａ，２３ｂは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulted Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体素子２３ａ，２３ｂは、例えば、裏面に主電極としてドレイン電極（または、コレクタ電極）を、おもて面に、主電極としてゲート電極及びソース電極（または、エミッタ電極）をそれぞれ備えている。
【００１９】
また、半導体素子２３ａ，２３ｂは、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードを含んでいる。このような半導体素子２３ａ，２３ｂは、裏面に主電極としてカソード電極を、おもて面に主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。
【００２０】
また、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂは、図１に示すような２つに限らず、必要に応じた数が設けられる。パワー半導体素子２３ａ，２３ｂは、回路パターン２１ｃ２，２１ｃ３上に、内部接合層である第１接合層２２ａ，２２ｂを介してそれぞれ配置されている。第１接合層２２ａ，２２ｂの材質については後述する。
【００２１】
プリント基板２５は、絶縁性の基板のおもて面に回路パターン（図示を省略）が形成されており、回路パターンと電気的に接続されているピン型端子が形成されている。このようなプリント基板２５は、ピン型端子によりパワー半導体素子２３ａ，２３ｂの主電極等に第１接合層２４ａ，２４ｂを介して電気的に配置されている。なお、プリント基板２５は、必ずしも半導体ユニット２内に配置されなくてもよい。例えば、積層基板２１と半導体素子２３ａ，２３ｂとを封止樹脂２６で封止した半導体ユニット２に対して、積層基板２１等に設けられた外部導出端子に、半導体ユニット２の外部からプリント基板２５を接続してもよい。
【００２２】
なお、図１には、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５とがピン型端子で接続されている。しかし、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂ及びプリント基板２５、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂ及び回路板２１ｃ、回路板２１ｃ同士、また、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂまたは回路板２１ｃと外部導出端子（図示省略）は、リードフレームやワイヤーボンディングによって接続されていてもよい。
【００２３】
なお、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂは、適用温度（溶融温度）が２２０℃を超える材料のはんだ材が多く用いられるが、２００℃以上、２２０℃以下の溶融温度のはんだ材も用いられる。このような第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂには、例えば、錫（Ｓｎ）−アンチモン（Ｓｂ）系合金、錫−銀−銅系合金、錫−銀系合金、または、錫−銅系合金等を含むクリームはんだまたは板はんだ（やにを含まない）といった第１接合材を用いることができる。
【００２４】
封止樹脂２６は、例えば、マレイミド変性エポキシ樹脂、マレイミド変性フェノール樹脂、マレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂で構成されている。このような封止樹脂２６は、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とを封止している。封止樹脂２６は、積層基板２１の金属板２１ｂの裏面が露出されるように積層基板２１を封止する。
【００２５】
このような半導体ユニット２は、積層基板２１に第１接合材を介してパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを設け、さらに、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂの主電極に第１接合材を介してプリント基板２５を設ける。溶融させた第１接合材を固化して構成される第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂにより、積層基板２１とパワー半導体素子２３ａ，２３ｂとを接合し、また、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５とを接合する。これらを所定の金型内にセットする。そして、金型内に樹脂を充填して、積層基板２１、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂ、プリント基板２５を封止することで、半導体ユニット２が得られる。なお、半導体ユニット２の製造方法の詳細については後述する。
【００２６】
放熱部３は、放熱板３ａと、冷却器３ｂとを含んでいる。
放熱板３ａは、熱伝導性に優れた、例えば、銅または銅合金により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の材料をめっき処理等により放熱板３ａの表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン（Ｐ）合金、ニッケル−ボロン（Ｂ）等がある。
【００２７】
冷却器３ｂは、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅等により構成されている。なお、冷却器３ｂを構成するアルミニウム、鉄、銀、銅等は合金でもよい。冷却器３ｂは、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等のめっき材により表面がめっきされてもよい。また、冷却器３ｂには、フィン、または、複数のフィンから構成されるヒートシンク並びに水冷による冷却装置等を適用することができる。
【００２８】
放熱板３ａと冷却器３ｂとは、はんだ材または銀ろう等によって接合されてもよい。
また、放熱部３は、放熱板３ａと、冷却器３ｂとに分かれていなくても、一体型でもよい。その場合は、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅等により構成される。そして、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等により放熱部３の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン等がある。さらに、第２接合材と密着性を向上させるために、第２接合層４との接合表面は銅または銅合金をめっき処理等により形成してもよい。
【００２９】
したがって、第２接合層４側の放熱部３の表面、つまり第２接合層４が配置される放熱部３の表面（接合面）は、接合強度の点から銅または銅合金、または、ニッケルまたはニッケル合金がめっき処理されることが好ましい。
【００３０】
このような放熱部３は、積層基板２１を介して伝導された半導体素子２３ａ，２３ｂから発せられた熱を外部に放出して半導体装置１を冷却することができる。
第２接合層４は、半導体ユニット２の封止樹脂２６から露出された金属板２１ｂの裏面と放熱部３の放熱板３ａとを接合する。このような第２接合層４は、錫−ビスマス（Ｂｉ）合金粒子と金属粒子とを含有した第２接合材が半導体ユニット２の金属板２１ｂの裏面または放熱部３の放熱板３ａのいずれかに形成される。そして、半導体ユニット２と放熱部３とが第２接合材を介して接合され、液相焼結されることで第２接合層４が構成される。
【００３１】
なお、液相焼結とは、難焼結性の金属に、それより低い融点の金属を少量加え、生成する液相の表面張力によって粒子再配列を誘起し、液相中の速い拡散、溶解・析出、固相粒子の成長等を経て、緻密化するプロセスである。また、既述の通り、金属板２１ｂや放熱部３等の被接合材の接合面は、銅または銅合金がめっき処理されることが好ましい。また、同様にニッケルまたはニッケル合金も好ましい。これは、第２接合材とこれらの被接合材の接合強度が良好であるからである。被接合材の銅またはニッケルが第２接合材に拡散し、錫等と合金を形成するために、接合強度が高いと考えられる。
【００３２】
なお、かかる説明は、本実施の形態の理解のための考察に過ぎず、本実施の形態は上記の特定の理論に限定されるものではない。なお、銅合金とは、主成分として銅を８０ａｔ％以上含有する合金であり、ニッケル合金とは、主成分としてニッケルを８０ａｔ％以上含有する合金である。
【００３３】
このようにして構成される第２接合層４の厚さは、好ましくは、５０μｍ以上、２００μｍ以下であり、より好ましくは、５０μｍ以上、１００μｍ以下である。なお、金属粒子は、例えば、銀、銅、金（Ａｕ）またはニッケルのうちのいずれか（またはその合金）が選択される。特に、第１の実施の形態では、金属粒子として、銀粒子が用いられている場合を例に挙げて説明する。
【００３４】
錫−ビスマス合金粒子と銀粒子とを含む第２接合材は、溶媒としてエタノール等の有機溶媒が用いられて錫−ビスマス合金粒子と、銀粒子とが混合される。なお、この際の銀粒子の粒径は０．１μｍ以上、１０μｍ以下、錫−ビスマス合金粒子の粒径は２μｍ程度であり、銀粒子の粒径は、錫−ビスマス合金粒子の粒径と同程度か、または大きいことを要する。
【００３５】
なお、第２接合層４（並びに第２接合材）の詳細については後述する。
次に、このような半導体装置１の製造方法について、図２を用いて説明する。
図２は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００３６】
半導体装置１は、以下の工程にしたがって製造することができる。
［ステップＳ１］  半導体ユニット２を組み立てる。
半導体ユニット２の組み立てはさらに以下の工程を含む。
【００３７】
［ステップＳ１ａ］  半導体ユニット２の構成を用意する。半導体ユニット２の構成とは、例えば、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５と、封止するための封止樹脂等である。
【００３８】
また、放熱部３も予め用意しておく。
［ステップＳ１ｂ］  積層基板２１の回路パターン２１ｃ２，２１ｃ３上に、第１接合材（図示を省略）を介してパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを配置する。
【００３９】
第１接合材は、焼結前の第１接合層２２ａ，２２ｂであって、融点が２２０℃よりも高い、例えば、２３０℃である錫−アンチモン系合金を含む。積層基板２１の回路パターン２１ｃ２，２１ｃ３とパワー半導体素子２３ａ，２３ｂとの間に設けられた第１接合材を加熱により溶融して、固化することで、積層基板２１とパワー半導体素子２３ａ，２３ｂとの間に第１接合層２２ａ，２２ｂが構成されて、積層基板２１にパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを配置することができる。
【００４０】
［ステップＳ１ｃ］  パワー半導体素子２３ａ，２３ｂのおもて面の主電極に第１接合材を介してプリント基板２５を配置する。
なお、この場合でも、ステップＳ１ｂと同様にして、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５との間に設けられた第１接合材を溶融して、固化することで、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５との間に第１接合層２４ａ，２４ｂが構成されて、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５とを接合することができる。
【００４１】
なお、ステップＳ１ｂ，Ｓ１ｃの工程は同時に行うことができる。すなわち、積層基板２１に第１接合材を介してパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを配置し、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂに第１接合材を介してプリント基板２５を配置する。そして、それぞれの第１接合材を溶融して、固化することで、積層基板２１にパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを第１接合層２２ａ，２２ｂを介して配置し、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５とを第１接合層２４ａ，２４ｂを介して接合することができる。
【００４２】
［ステップＳ１ｄ］  ステップＳ１ｂ，Ｓ１ｃで積層基板２１にパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを配置して、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂにプリント基板２５を接合することにより構成される構造体を封止樹脂２６で封止する。
【００４３】
この際、封止樹脂２６は、金属板２１ｂの放熱部３と対向する裏面全面を封止せずに露出して、半導体ユニット２を構成する。
以上により、半導体ユニット２を得ることができる。
【００４４】
［ステップＳ２］  半導体ユニット２の露出された、少なくとも金属板２１ｂの裏面全面に第２接合材（図示を省略）を配置して、第２接合材を介して半導体ユニット２に放熱部３を取り付ける。
【００４５】
この際の半導体ユニット２と放熱部３との接合加圧は、１ｋＰａ以上、２００ｋＰａ以下の低加圧接合で行われる。
［ステップＳ３］  半導体ユニット２に第２接続材を介して放熱部３を取り付けたものを所定のチャンバー内にセットして加熱する。
【００４６】
時間の経過に伴って、加熱温度を所定の昇温率で増加させる。そして、加熱温度が、所定の接合温度、例えば、１８０℃以上、２２０℃以下になるとその温度を維持しつつ、チャンバー内にギ酸を噴霧して、ギ酸雰囲気中による加熱を行う。
【００４７】
第２接合材が、錫−ビスマス合金粒子と銀粒子とを含むと、半導体ユニット２と放熱部３とに対する第２接合材による接合温度を、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂの融点よりも低い１８０℃以上、２２０℃以下とすることができる。なお、接合温度とは、第２接合材を加熱して、半導体ユニット２と放熱板３ａとが接合する時の温度である。
【００４８】
これにより、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融することなく、半導体ユニット２と放熱部３とを接合することができる。
また、このような焼結をギ酸雰囲気中で行うことにより、ギ酸の還元効果に基づき、錫−ビスマス合金粒子の酸化を抑制しつつ、第２接合材の濡れ性を向上させることができる。また、放熱部３の放熱板３ａの酸化も抑制することができる。
【００４９】
以上の工程により、図１に示した半導体装置１を製造することができる。
次に、第２接合層４（第２接合材）について説明する。
既述の通り、第２接合材は、錫−ビスマス合金粒子と、銀粒子とを含むものである。
【００５０】
ここで、錫とビスマスとに関する状態図について、図３を用いて説明する。
図３は、錫とビスマスとに関する状態図である。
なお、図３の下側横軸は、錫とビスマスとの組成比（原子パーセント（ａｔ％））を示しており、上側横軸は、錫とビスマスとの組成比（重量パーセント（ｗｔ％））を示している。また、図３の縦軸は、温度（℃）を示している。
【００５１】
上記の半導体装置１の製造方法で説明したように、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融しないためには、半導体ユニット２と放熱板３ａとの接合温度は、２２０℃以下、好ましくは２００℃以下であることを要する。
【００５２】
そこで、２００℃に対して、例えば、３０℃程度余裕をもって、融点が１７０℃以下のビスマスの組成比（含有量）の範囲は、図３によれば、４２．５ｗｔ％以上、６７．５ｗｔ％以下となる。なお、ビスマスが５７ｗｔ％の際は共晶となる。
【００５３】
次に、第２接合材の錫−ビスマス合金粒子において、ビスマスが４２．５ｗｔ％、５７ｗｔ％、６７．５ｗｔ％の場合における、第２接合材から生成される第２接合層４の接合強度（せん断強度）について図４を用いて説明する。
【００５４】
図４は、第１の実施の形態の半導体装置の第２接合層のせん断強度を示すグラフである。
なお、図４では、錫−ビスマス合金粒子と銀粒子とを含有させた第２接合材から液相焼結させた第２接合層４に対して室温でせん断試験を行って得られたせん断強度について示している。なお、液相焼結については後述する。
【００５５】
また、図４の横軸は、第２接合材における錫−ビスマス合金粒子の含有量（ｗｔ％）を、縦軸は、せん断強度（ＭＰａ）をそれぞれ表している。なお、本実施の形態ではこれを強度曲線と呼ぶ。
【００５６】
また、図４のせん断強度で計測される第２接合層４に液相焼結される第２接合材が含む錫−ビスマス合金粒子が、ビスマスが４２．５ｗｔ％（丸（●）（Ｓｎ−４２．５Ｂｉ））、５７ｗｔ％（四角（■）（Ｓｎ−５７Ｂｉ））、６７．５ｗｔ％（三角（▲）（Ｓｎ−６７．５Ｂｉ））の場合についてそれぞれ表している。
【００５７】
また、図４のせん断強度は、第２接合材を挟んだ半導体ユニット２と放熱部３との接合加圧を１ｋＰａ以上、２００ｋＰａ以下の低加圧接合で接合している。高い加圧力で接合すると、素子が破壊したり、半導体ユニット２に亀裂が入ったりするため、２００ｋＰａ以下が好ましい。また、１ｋＰａ以上で加圧することが好ましい。これは、１ｋＰａ以上の加圧により金属粒子と錫−ビスマス合金粒子とが密着し、反応性が向上するためである。より好ましくは５ｋＰａ以上である。なお、この加圧は、半導体ユニット２の自重以外に外部より加える力によるものである。
【００５８】
このようなものをビスマスの含有量ごとに６つ用意して、６つの平均値を図４のせん断強度としている。
このグラフによれば、錫−ビスマス合金粒子におけるビスマスが４２．５ｗｔ％以上、６７．５ｗｔ％以下の範囲において、錫−ビスマス合金粒子の含有量は、せん断強度が最小強度（錫−ビスマス合金粒子が１０ｗｔ％の時の６ＭＰａ）に対して３０％程度向上し、１０ＭＰａを超えている、１５ｗｔ％以上、４５ｗｔ％以下（図４に示すグラフ中の（ａ）の範囲）であることが望ましい。
【００５９】
また、錫−ビスマス合金粒子の含有量は、強度が最小強度（６ＭＰａ）に対して１００％程度向上している、２０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下（図４に示すグラフ中の（ｂ）の範囲）であることがより望ましい。
【００６０】
さらに、錫−ビスマス合金粒子の含有量は、２４ｗｔ％以上、３６ｗｔ％以下（図４に示すグラフ中の（ｃ）の範囲）であることがより望ましい。これは、各組成の強度曲線のピーク値の範囲であり、最もせん断強度の高い組成範囲である。
【００６１】
なお、半導体装置１の耐熱信頼性を満たすためには、１０ＭＰａ以上のせん断強度であることがより好ましい。この強度曲線のグラフによれば、例えば、錫−ビスマス合金粒子の組成がＳｎ−５７Ｂｉである時に、錫−ビスマス合金粒子が３０ｗｔ％（７０Ａｇ−１２．９Ｓｎ−１７．１Ｂｉ）の場合に最も高いせん断強度（ピーク値）を示している。なお、Ｓｎ−５７Ｂｉとは、錫−ビスマス合金粒子において、ビスマスが５７ｗｔ％、錫が４３ｗｔ％であることを示す。
【００６２】
なお、せん断強度は、銅板の間に第２接合材を挟み、加熱し、接合した後、室温でせん断力を測定して求めたものである。
次に、このような銀−錫−ビスマスの組成に基づいて、銀−錫−ビスマスの組成の範囲について、図５を用いて説明する。
【００６３】
図５は、銀と錫とビスマスとに関して、図３及び図４から導かれた、接合温度及びせん断強度を満足する組成範囲を示す３元図である。
なお、図５の３元図中には、銀、錫、ビスマスの範囲に対応付けた種類の破線が記入されている。
【００６４】
各破線により囲まれる、銀−錫−ビスマスの組成範囲は、例えば、図５に示されるような３つの範囲（範囲（Ａ），（Ｂ），（Ｃ））の含有量（ｗｔ％）で表すことができる。
この図によれば、図４で示した範囲（ａ）に相当する範囲は、図５における範囲（Ａ）である。具体的には、図５の銀−錫−ビスマスの３元図において、５０ｗｔ％≦Ａｇ≦８５ｗｔ％、７．８ｗｔ％≦Ｓｎ≦２０．７ｗｔ％、１０．２ｗｔ％≦Ｂｉ≦２４．３ｗｔ％を満たす領域である。
【００６５】
また、図４で示した範囲（ｂ）に相当する範囲は、図５における範囲（Ｂ）である。具体的には、図５の銀−錫−ビスマスの３元図において、６０ｗｔ％≦Ａｇ≦８０ｗｔ％、６．５ｗｔ％≦Ｓｎ≦２３ｗｔ％、８．５ｗｔ％≦Ｂｉ≦２７ｗｔ％を満たす領域である。
【００６６】
また、図４で示した範囲（ｃ）に相当する範囲は、図５における範囲（Ｃ）である。具体的には、図５の銀−錫−ビスマスの３元図において、６４ｗｔ％≦Ａｇ≦７６ｗｔ％、７．８ｗｔ％≦Ｓｎ≦２０．７ｗｔ％、１０．２ｗｔ％≦Ｂｉ≦２４．３ｗｔ％を満たす領域である。
【００６７】
上述のような銀−錫−ビスマスの組成範囲において、銅板に対するせん断強度（接合強度）は良好であり、また、被接合材として銅板に代わってニッケル板を用いた場合でも同様にせん断強度は良好であった。
【００６８】
次に、このような第２接合層４における再溶融温度について図６を用いて説明する。
図６は、第１の実施の形態の半導体装置の第２接合層の再溶融温度を示すグラフである。具体的には、第２接合材における錫−ビスマス合金粒子の含有量は３０ｗｔ％、錫−ビスマス合金粒子におけるビスマスが５７ｗｔ％である。
【００６９】
図６では、半導体装置１の第２接合層４に対して、示差走査熱量測定（ＤＳＣ : Differential Scanning Calorimetry）を用いて行った熱分析結果を示すものである。
また、図６の横軸は、計測時の第２接合層４に対する温度（℃）を、縦軸は、その際の第２接合層４の熱量（ｍＶ）をそれぞれ表している。
【００７０】
なお、焼結前の第２接合層４（第２接合材）の溶融温度は１４０℃程度であった。
一方、図６によれば、２７０℃程度におけるピークは、ビスマスの溶融を表している。
すなわち、ビスマスが２７０℃程度で溶融していることから、第２接合層４も溶融していることが考えられ、第２接合層４の再溶融温度は、２７０℃程度であることが分かる。
【００７１】
したがって、第２接合層４（第２接合材）の溶融温度が１４０℃程度から２７０℃程度に上昇したことが分かる。
次に、このようにして第２接合材から得られた第２接合層４の組成について、図７を用いて説明する。
【００７２】
図７は、第１の実施の形態の半導体装置の第２接合層と放熱板との境界断面におけるＳＥＭ像である。
図７に示す第２接合層４は、銀粒子と、３０ｗｔ％の錫−ビスマス合金粒子（Ｓｎ−５７Ｂｉ）とを含む第２接合材を焼結させたものである。
【００７３】
なお、図７は、図１において破線で示される第２接合層４と放熱板３ａとを跨る領域Ａに対する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）によるＳＥＭ像Ｐである。
【００７４】
このようなＳＥＭ像Ｐによれば、第２接合層４は、錫−銀合金（Ａｇ3Ｓｎ）と、ビスマスと、錫−銅合金（Ｃｕ3Ｓｎ）とを含んでいる。
図２のステップＳ３で説明したように、半導体ユニット２と放熱部３（放熱板３ａ）との間の第２接合材は、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが熔融しない接合温度、例えば１８０℃以上、２２０℃以下で加熱されると、錫−ビスマス合金粒子が溶融して濡れ広がる。そして、加熱温度を所定の降温率で低下させて焼結させると、図７に示されるように、溶融した錫と銀とにより合金化される錫−銀合金が全体に広がって構成される。このようにして広がった錫−銀合金の間の隙間にビスマスが入り込んで構成される。さらに、放熱部３（放熱板３ａ）との境界部に合金化される錫−銅合金が構成される。このようにして第２接合材から液相焼結されると、錫−銀合金と、ビスマスと、錫−銅合金とにより組成される第２接合層４が構成される。
【００７５】
このような第２接合層４は、錫−ビスマス合金粒子を含む第２接合材から液相焼結により生成されるために、錫−銀合金の間の隙間にビスマスが入り込み、また、放熱部３（放熱板３ａ）の境界部に錫−銅合金が構成されて、緻密化かつ合金化される。このため、第２接合層４は、再溶融温度が上昇し、また、低加圧接合が可能となり、さらに、半導体ユニット２と放熱部３との接合性が向上したことが考えられる。
【００７６】
ここで、第１の実施の形態の半導体装置１に対する参考例の半導体装置について、図８を用いて説明する。
図８は、参考例の半導体装置を説明するための図である。
【００７７】
なお、図８では、図１と同じ構成のものには同じ符号を付しており、それらの説明の詳細については省略している。
半導体装置１０は、冷却器３ｂと、冷却器３ｂ上に第３接合層１４を介して設けられた積層基板２１と、積層基板２１上に第１接合層２２ａ，２２ｂを介して設けられたパワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂに第１接合層２４ａ，２４ｂを介して設けられたプリント基板２５とを有している。そして、半導体装置１０は、冷却器３ｂ上に樹脂ケース５が設けられて、樹脂ケース５内に充填されている封止樹脂２６により封止されている。
【００７８】
樹脂ケース５は、例えば、上面視で矩形状を成す箱型であって、開口部５ａ内に、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とを収納して冷却器３ｂ上に接着剤（図示を省略）を介して設けられている。樹脂ケース５は、図示を省略するものの、リードフレームを有することも可能である。このような場合には、樹脂ケース５内で、リードフレームと半導体素子２３ａ，２３ｂとがボンディングワイヤ（図示を省略）で電気的に接続される。
【００７９】
このような樹脂ケース５は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂等のいずれかにより構成されている。このような樹脂ケース５内の積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とが封止樹脂２６により封止されている。
【００８０】
また、第３接合層１４は、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂと同じ材質により構成されている。すなわち、第３接合層１４は、第１接合材と同様の材質の第３接合材が熱処理されて生成される。第３接合層１４は、積層基板２１の金属板２１ｂの裏面と、冷却器３ｂとの間に設けられている。
【００８１】
次に、このような半導体装置１０の製造方法について、図９を用いて説明する。
図９は、参考例の半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
なお、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５と、冷却器３ｂとは事前に用意されている。
【００８２】
［ステップＳ１１］  （ステップＳ１ｂと同様に）積層基板２１の回路パターン２１ｃ２，２１ｃ３上に、第１接合層２２ａ，２２ｂを介してパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを配置する。
【００８３】
［ステップＳ１２］  （ステップＳ１ｃと同様に）パワー半導体素子２３ａ，２３ｂのおもて面の主電極に第１接合層２４ａ，２４ｂを介してプリント基板２５を配置する。
［ステップＳ１３］  ステップＳ１１，Ｓ１２で構成した積層基板２１の金属板２１ｂの裏面全面に第３接合材を設ける。このような積層基板２１に第３接合材を介して冷却器３ｂを取り付ける。
【００８４】
積層基板２１の金属板２１ｂと冷却器３ｂとの間に設定された第３接合材を加熱により溶融して、固化することで、積層基板２１と冷却器３ｂとの間に第３接合層１４が構成されて、積層基板２１を冷却器３ｂに配置することができる。
【００８５】
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３の工程は、図２でも説明したように、同時に行うことができる。すなわち、冷却器３ｂに第３接合材を介して積層基板２１を配置し、積層基板２１に第１接合材を介してパワー半導体素子２３ａ，２３ｂを配置し、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂに第１接合材を介してプリント基板２５を配置する。そして、それぞれの第１，第３接合材を溶融して、固化することで、冷却器３ｂと積層基板２１を第３接合層１４を介して接合し、積層基板２１とパワー半導体素子２３ａ，２３ｂとを第１接合層２２ａ，２２ｂを介して接合し、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５とを第１接合層２４ａ，２４ｂを介して接合することができる。
【００８６】
［ステップＳ１４］  樹脂ケース５の開口部５ａに積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とを収納して、樹脂ケース５を冷却器３ｂに接着剤（図示を省略）により取り付ける。
【００８７】
［ステップＳ１５］  樹脂ケース５内に封止樹脂２６を充填して、冷却器３ｂ上の、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂとプリント基板２５と積層基板２１とを封止樹脂２６で封止する。
【００８８】
以上の工程により図８に示した半導体装置１０を製造することができる。
しかしながら、このような半導体装置１０では、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂと第３接合層１４とが同じ材質であるために、ステップＳ１３の工程時に、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融してしまうおそれがある。また、樹脂ケース５を冷却器３ｂに接着剤で取り付けているために、冷却器３ｂから樹脂ケース５が剥がれてしまうおそれがある。また、封止樹脂２６は、樹脂ケース５に対して接着性が高くないために、樹脂ケース５から剥がれやすい。したがって、このような半導体装置１０は信頼性が低下してしまうおそれがある。
【００８９】
一方、半導体装置１を製造するにあたり、まず、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、絶縁板２１ａ及び、絶縁板２１ａ上に配置され、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂが第１接合材を介して設けられる回路板２１ｃを有する積層基板２１と、積層基板２１の裏面を表出して、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂ及び積層基板２１を封止する封止樹脂２６と、を備える半導体ユニット２を用意する。
【００９０】
次いで、半導体ユニット２の裏面と放熱板３ａとを、錫−ビスマス合金粒子と金属粒子（銀粒子）とを含む第２接合材を介して接合して、加熱する。
上記により、半導体ユニット２と放熱板３ａとが第２接合材が液相焼結した第２接合層４により接合されて、半導体装置１が製造される。
【００９１】
このような半導体装置１の製造方法において、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが、例えば、強度等が所定の要件を満たす、錫−アンチモン系合金、錫−銀−銅系合金、錫−銀系合金、錫−銅系合金等を含む材料の場合には、それらの融点は２２０℃よりも高い。これに対して、第２接合材は、錫−ビスマス合金粒子と銀粒子とを含んでおり、半導体ユニット２と放熱板３ａとの接合温度を１８０℃以上、２２０℃以下とすることができる。このため、半導体ユニット２内の第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融せずに、半導体ユニット２と放熱板３ａとを接合することができる。
【００９２】
さらに、第２接合材が液相焼結した、半導体ユニット２と放熱板３ａとを接合する第２接合層４は、特に、錫−ビスマス合金粒子の含有量が１５ｗｔ％以上、４５ｗｔ％以下、より好ましくは、２０ｗｔ％以上、４０ｗｔ％以下、さらに好ましくは、２４ｗｔ％以上、３６ｗｔ％以下である場合に、第２接合層４の強度が増加し、半導体ユニット２と放熱板３ａとの接合性が向上する。
【００９３】
したがって、上記の製造方法で製造された半導体装置１は、半導体ユニット２内の第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融することなく、半導体ユニット２と放熱板３ａとを適切に接合することができ、半導体装置１の信頼性の低下を抑制することができる。
【００９４】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、第２接合材に含まれる金属粒子が銅の場合を例に挙げて説明する。
【００９５】
以下では、第１の実施の形態において、第２接合材に錫−ビスマス合金粒子と銅粒子とが含有されているものとする。
この場合、第２接合材の錫−ビスマス合金粒子において、上述の通り、融点が１７０℃以下のビスマスの組成比（含有量）の範囲は、図３によれば、４２．５ｗｔ％以上、６７．５ｗｔ％以下となる。ビスマスが５７ｗｔ％の場合において、第２接合材から生成される第２接合層４の接合強度（せん断強度）について図１０を用いて説明する。
【００９６】
図１０は、第２の実施の形態の半導体装置の第２接合層のせん断強度を示すグラフである。
なお、図１０では、錫−ビスマス合金粒子と銅粒子とを含有させた第２接合材から液相焼結させた第２接合層４に対して室温でせん断試験を行って得られたせん断強度について示している。
【００９７】
また、図１０の横軸は、錫−ビスマス合金粒子の含有量（ｗｔ％）を、縦軸は、せん断強度（ＭＰａ）をそれぞれ表している。
また、図１０では、第２接合材が含む錫−ビスマス合金粒子においてビスマスが５７ｗｔ％（四角（◆）（Ｓｎ−５７Ｂｉ））の場合について表している。
【００９８】
また、金属粒子として、銅を選択した場合の第２接合材は、溶媒としてテルピネオール及び／またはエチレングリコールが用いられて錫−ビスマス合金粒子と、銅粒子とが混合される。なお、この際の銅粒子の粒径は１００ｎｍ程度であって、銅粒子の粒径は、錫−ビスマス合金粒子の粒径よりも小さい場合を要する。
【００９９】
このグラフによれば、錫−ビスマス合金粒子の含有量が５５ｗｔ％を超えると、強度が最小強度（３ＭＰａ）に対して、１００％程度向上している。
さらに、錫−ビスマス合金粒子の含有量が６２ｗｔ％を超えると、最小強度（３ＭＰａ）に対して、強度が３００％程度向上し、１０ＭＰａを超えているため好ましい。なお、第２の実施の形態の半導体装置１の耐熱信頼性を満たすためには、１０ＭＰａ程度以上のせん断強度があることがより好ましい。
【０１００】
但し、錫−ビスマス合金粒子の含有量が７５ｗｔ％を超えると、再溶融温度が多少低下する傾向がある。このため、錫−ビスマス合金粒子の含有量は、７５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【０１０１】
また、第２の実施の形態では、図示を省略するものの、第１の実施の形態の場合と同様に、第２接合層４の再溶融温度は、２７０℃程度であった。
すなわち、第２の実施の形態でも、第２接合層４（第２接合材）の溶融温度が上昇したことが分かる。
【０１０２】
これは、第１の実施の形態の場合と同様に、第２接合層４が、錫−ビスマス合金粒子を含む第２接合材から液相焼結により生成されるために、錫−銅合金の間の隙間にビスマスが入り込み、また、放熱部３（放熱板３ａ）の境界部に錫−銅合金が構成されて、緻密化かつ合金化される。このため、第２接合層４は、再溶融温度が上昇し、また、低加圧接合が実現し、さらに、半導体ユニット２と放熱部３との接合性が向上したことが考えられる。
【０１０３】
よって、このような第２接合材を介した半導体素子２３ａ，２３ｂと放熱板３ａとの接合は、第１の実施の形態と同様に、１ｋＰａ以上、２００ｋＰａ以下の低加圧接合が可能となる。
【０１０４】
したがって、第２の実施の形態でも、半導体装置１を製造するにあたり、まず、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、絶縁板２１ａ及び、絶縁板２１ａ上に配置され、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂが第１接合材を介して設けられる回路板２１ｃを有する積層基板２１と、積層基板２１の裏面を表出して、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂ及び積層基板２１を封止する封止樹脂２６と、を備える半導体ユニット２を用意する。
【０１０５】
次いで、半導体ユニット２の裏面と放熱板３ａとを、錫−ビスマス合金粒子と金属粒子（銅粒子）とを含む第２接合材を介して接合して、加熱する。
上記により、半導体ユニット２と放熱板３ａとが第２接合材が液相焼結した第２接合層４により接合されて、第２の実施の形態の半導体装置１が製造される。
【０１０６】
このような第２の実施の形態の半導体装置１の製造方法においても、第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂの融点は２２０℃よりも高い。これに対して、第２接合材は、錫−ビスマス合金粒子と銅粒子とを含んでいるために、半導体ユニット２と放熱板３ａとの接合温度を２２０℃以下とすることができる。このため、半導体ユニット２内の第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融せずに、半導体ユニット２と放熱板３ａとを接合することができる。
【０１０７】
さらに、第２接合材が液相焼結した、半導体ユニット２と放熱板３ａとを接合する第２接合層４は、特に、錫−ビスマス合金粒子の含有量が５５ｗｔ％以上、より好ましくは、６２ｗｔ％以上である場合に、半導体ユニット２と放熱板３ａとの接合性が向上する。また、錫−ビスマス合金粒子の含有量は７５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【０１０８】
したがって、第２の実施の形態の半導体装置１は、半導体ユニット２内の第１接合層２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂが溶融することなく、半導体ユニット２と放熱板３ａとを適切に接合することができ、第２の実施の形態の半導体装置１の信頼性の低下を抑制することができる。
【０１０９】
［第３の実施の形態］
第１，第２の実施の形態では、図１に示す半導体装置１のように、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とを封止する封止樹脂２６の下面（図１中下側の面）と積層基板２１の金属板２１ｂの下面（図１中下側の面）とが段差がなく、水平である場合を例に挙げている。
【０１１０】
第３の実施の形態ではこのような半導体装置１以外のバリエーションについて、図１１及び図１２を用いて説明する。
図１１及び図１２は、第３の実施の形態の半導体装置の側断面図である。
【０１１１】
なお、図１１及び図１２に示す半導体装置１ａ，１ｂは、半導体装置１と同じ構成には同じ符号を付しており、それらの詳細な説明については省略する。
図１１に示す半導体装置１ａは、半導体装置１に対して、封止樹脂２６の下面が積層基板２１の金属板２１ｂの下面よりも上方（かつ、絶縁板２１ａの下面よりも下方）である場合である。
【０１１２】
また、図１２に示す半導体装置１ｂは、半導体装置１に対して、まず、放熱板３ａのおもて面に、凹部３ａ１が形成されて、凹部３ａ１に第２接合層４が配置される。
そして、第２接合層４上に、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とが配置されて、これらが、封止樹脂２６により封止されている。
【０１１３】
なお、半導体装置１ｂでは、放熱板３ａのおもて面に凹部３ａ１を形成しなくてもよい（すなわち、放熱板３ａのおもて面は平坦である）。この場合には、放熱板３ａの平坦なおもて面上に第２接合層４が配置される。そして、第２接合層４上に、積層基板２１と、パワー半導体素子２３ａ，２３ｂと、プリント基板２５とが配置されて、これらが、封止樹脂２６により封止される。
【０１１４】
このような半導体装置１ａ，１ｂに対して、第１，第２の実施の形態で説明した第２接合層４を適用することにより、第１，第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
図１及び図１１のように、第２接合層４の周囲の全部または一部が、樹脂等で囲まれておらず、大気等に開放されている場合は、第２接合層に生じる熱応力を低減できるため、より好ましい。
【符号の説明】
【０１１５】
１  半導体装置
２  半導体ユニット
３  放熱部
３ａ  放熱板
３ｂ  冷却器
４  第２接合層
２１  積層基板
２１ａ  絶縁板
２１ｂ  金属板
２１ｃ  回路板
２１ｃ１，２１ｃ２，２１ｃ３，２１ｃ４  回路パターン
２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ  第１接合層
２３ａ，２３ｂ  パワー半導体素子
２５  プリント基板
２６  封止樹脂
【図１】
2018110187.tif 000003
【図２】
2018110187.tif 000004
【図３】
2018110187.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018110187.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018110187.tif 000009
【図８】
2018110187.tif 000010
【図９】
2018110187.tif 000011
【図１０】
2018110187.tif 000012
【図１１】
2018110187.tif 000013
【図１２】
2018110187.tif 000014