(57)【要約】【課題】半導体装置が破壊されることを抑制する。【解決手段】半導体素子１と被実装部材６との積層方向に貫通する孔部４ｂが形成された型部４と、孔部４ｂに配置されたＡｇ焼結体５とを有する接続部材３とする。これによれば、Ａｇ焼結体５の内部に空隙７が形成されたとしても、隣接する孔部４ｂに形成された空隙７が互いに連通してしまうことが型部４によって抑制される。このため、接続部材３の強度が低下することを抑制でき、半導体装置が破壊されることを抑制できる。【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（１）が接続部材（３）を介して被実装部材（６）に搭載された半導体装置において、
一面（１ａ）および前記一面と反対側の他面（１ｂ）を有し、前記他面側に電極（２）が形成された前記半導体素子と、
前記電極と対向して配置され、導電性を有する前記被実装部材と、
前記半導体素子と前記被実装部材との間に配置され、前記半導体素子と前記被実装部材とを電気的および機械的に接続する前記接続部材と、を備え、
前記接続部材は、前記半導体素子と前記被実装部材との積層方向に貫通する複数の孔部（４ｂ）が形成された型部（４）と、前記複数の孔部にそれぞれ配置されたＡｇ焼結体（５）とを有し、
前記半導体素子と前記被実装部材とは、前記Ａｇ焼結体を介して機械的に接続されている半導体装置。
【請求項２】
前記型部は、金属板（４ａ）に前記複数の孔部が形成されることで構成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記型部は、金属製の複数の細線（９）が網目状に編み込まれたメッシュシートで構成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
一面（１ａ）および前記一面と反対側の他面（１ｂ）を有し、前記他面側に電極（２）が形成された半導体素子（１）と、
前記電極と対向して配置され、導電性を有する被実装部材（６）と、
前記半導体素子と前記被実装部材との間に配置され、前記半導体素子と前記被実装部材とを電気的および機械的に接続する接続部材（３）と、を備え、
前記接続部材は、前記半導体素子と前記被実装部材との積層方向に貫通する複数の孔部（４ｂ）が形成された型部（４）と、前記複数の孔部にそれぞれ配置されたＡｇ焼結体（５）とを有し、
前記半導体素子と前記被実装部材とは、前記Ａｇ焼結体を介して機械的に接続されている半導体装置の製造方法において、
前記型部を用意し、前記型部の前記複数の孔部にＡｇ粉末を含むペースト材料（５ａ）を充填して接続部材用シート（８）を用意することと、
前記半導体素子の電極と前記被実装部材とが対向するように、前記被実装部材上に前記接続部材用シートを介して前記半導体素子を搭載することと、
加熱することにより、前記ペースト材料から前記Ａｇ焼結体を構成し、前記半導体素子と前記被実装部材とを機械的に接続することと、を行う半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記接続部材用シートを用意することでは、前記型部として、前記複数の孔部のそれぞれに、内部に気泡を残存させることなく前記ペースト材料が充填されるものを用意する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記接続部材用シートを用意することでは、前記型部として、前記ペースト材料から前記Ａｇ焼結体を構成することにおいて、隣接する前記孔部の間に位置する部分が残存した状態で前記Ａｇ焼結体が構成されるものを用意する請求項４または５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】
本発明は、半導体素子が接続部材を介して被実装部材に搭載されて構成される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体装置として、次のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この半導体装置では、半導体素子は、一面および他面を有すると共に少なくとも他面側に電極を有するものが用いられる。また、被実装部材は、導電性部材であるリードフレーム等が用いられる。そして、半導体素子は、他面側の電極が被実装部材と対向するように配置されると共に電極が被実装部材と電気的に接続されるように、接続部材としてのＡｇ焼結体を介して被実装部材上に搭載されている。
【０００３】
このような半導体装置は、例えば、次のように製造される。すなわち、被実装部材上にＡｇ粒子を含むペースト材料を配置し、ペースト材料上に、電極が被実装部材と対向するように半導体素子を搭載する。そして、ペースト材料を焼結してＡｇ焼結体を構成することにより、上記半導体装置が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７１２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ａｇ焼結体は、焼結されて構成される際、内部に空隙が形成される。そして、この空隙が被実装部材の平面方向に連なって広がってしまうと、Ａｇ焼結体の接続強度が低下し、Ａｇ焼結体が破壊されてしまうことがある。すなわち、半導体装置が破壊されてしまうことがある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、破壊されることを抑制できる半導体装置およびそ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】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１では、半導体素子（１）が接続部材（３）を介して被実装部材（６）に搭載された半導体装置において、一面（１ａ）および一面と反対側の他面（１ｂ）を有し、他面側に電極（２）が形成された半導体素子と、電極と対向して配置され、導電性を有する被実装部材と、半導体素子と被実装部材との間に配置され、半導体素子と被実装部材とを電気的および機械的に接続する接続部材と、を備え、接続部材は、半導体素子と被実装部材との積層方向に貫通する複数の孔部（４ｂ）が形成された型部（４）と、複数の孔部にそれぞれ配置されたＡｇ焼結体（５）とを有し、半導体素子と被実装部材とは、Ａｇ焼結体を介して機械的に接続されるようにしている。
【０００８】
これによれば、孔部に配置されたＡｇ焼結体の内部に空隙が形成されたとしても、隣接する孔部に形成された空隙が互いに連通してしまうことが型部によって抑制される。このため、被実装部材の平面方向に沿って空隙が広がることを抑制できる。したがって、接続部材の強度が低下することを抑制でき、半導体装置が破壊されることを抑制できる。
【０００９】
また、請求項４は、請求項１ないし３のいずれか１つの製造方法に関するものであり、型部を用意し、型部の複数の孔部にＡｇ粉末を含むペースト材料（５ａ）を充填して接続部材用シート（８）を用意することと、半導体素子の電極と被実装部材とが対向するように、被実装部材上に接続部材用シートを介して半導体素子を搭載することと、加熱することにより、ペースト材料からＡｇ焼結体を構成し、半導体素子と被実装部材とを機械的に接続することと、を行うものである。
【００１０】
これによれば、Ａｇ焼結体を構成する際に当該Ａｇ焼結体の内部に空隙が形成されたとしても、隣接する孔部に形成された空隙が互いに連通してしまうことが型部によって抑制される。このため、被実装部材の平面方向に沿って空隙が広がることを抑制した半導体装置を製造することができる。つまり、接続部材の強度が低下することを抑制することで破壊されることを抑制した半導体装置を製造できる。
【００１１】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す接続部材の平面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】接続部材をＡｇ焼結体のみで構成した場合の接続部材近傍の断面図である。
【図５】図３（ｄ）の接続部材近傍の拡大図である。
【図６】第２実施形態における型部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の半導体装置は、図１に示されるように、半導体素子１が接続部材３を介して被実装部材６に搭載されて構成されている。
【００１５】
半導体素子１は、一面１ａおよび一面１ａと反対側の他面１ｂを有し、他面１ｂ側に電極２を有するものが用いられる。例えば、半導体素子１は、一面１ａ側に図示しないエミッタ電極やゲート電極等を有し、他面１ｂ側に電極２としてのコレクタ電極を有するＩＧＢＴ素子等が用いられる。なお、半導体素子１は、これに限定されるものではなく、例えば、ＭＯＳＦＥＴ素子等であってもよい。
【００１６】
接続部材３は、型部４と、Ａｇ（すなわち、銀）を主成分とするＡｇ焼結体５とを有する構成とされている。具体的には、図２に示されるように、型部４は、本実施形態では、金属板４ａに、当該金属板４ａを厚さ方向に貫通する複数の孔部４ｂが形成されることで構成されている。なお、金属板４ａの厚さ方向とは、言い換えると、半導体素子１と被実装部材６との積層方向のことである。
【００１７】
金属板４ａは、導電性を有する材料であってＡｇとの濡れ性の高い材料であり、かつＡｇと反応しない、またはＡｇと反応して安定した合金を形成する材料を用いて構成され、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ等で構成されるものが用いられる。孔部４ｂは、本実施形態では、円筒状とされているが、形状は特に限定されるものではなく、四角柱状であってもよいし、三角柱であってもよい。また、孔部４ｂは、実際には、図１および図２よりも多数形成されており、例えば、８０〜３００ｍｅｓｈ／ｉｎｃｈとなるように金属板４ａに形成されている。
【００１８】
そして、金属板４ａに形成された各孔部４ｂにＡｇ焼結体５が配置されている。なお、図１に示されるように、Ａｇ焼結体５内には、空隙７が形成されている。但し、各孔部４ｂに配置されたＡｇ焼結体５の空隙７は、互いに連通していない。
【００１９】
被実装部材６は、導電性部材が採用され、例えば、リードフレームで構成される。そして、半導体素子１は、電極２（すなわち、他面１ｂ側）が被実装部材６と対向するように配置され、接続部材３を介して電極２が被実装部材６と電気的に接続されていると共に、Ａｇ焼結体５を介して被実装部材６と機械的に接続されている。
【００２０】
また、半導体素子１の電極２と被実装部材６との間の長さは、型部４によって規定されている。言い換えると、半導体素子１の電極２と被実装部材６との間の長さは、型部４の厚さ（すなわち、金属板４ａの厚さ）で規定されている。
【００２１】
以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。
【００２２】
まず、図３（ａ）に示されるように、金属板４ａを用意し、金属板４ａにレーザ等によって複数の孔部４ｂを形成することで型部４を用意する。なお、金属板４ａは、後述する図３（ｂ）の工程において、孔部４ｂにペースト材料５ａを充填する際、気泡を残存させずにペースト材料５ａが孔部４ｂに充填されるように、Ａｇとの濡れ性が高い材料が採用される。また、金属板４ａは、後述する図３（ｄ）の工程において、隣接する孔部４ｂの間に位置する部分が残存するように、Ａｇと反応しない、またはＡｇと反応して安定した合金を形成する材料で構成されたものが用いられる。本実施形態では、これらの条件を満たす金属板４ａとして、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ等で構成されたものが用いられる。
【００２３】
そして、図３（ｂ）に示されるように、孔部４ｂに、加熱されることでＡｇ焼結体５を構成するペースト材料５ａを充填することにより、接続部材用シート８を用意する。例えば、ペースト材料５ａとしては、アルコールやエチレングリコール等の溶剤に直径が数μｍ程度のＡｇ粉末が混入されたものが用いられる。また、孔部４ｂにペースト材料５ａを充填させる方法としては、マスクやスキージ等を用いた印刷法や、ペースト材料５ａで満たした容器内に型部４を浸漬させることで孔部４ｂに当該ペースト材料５ａを充填する方法等が採用される。なお、この工程では、必要に応じ、仮焼成等を行ってもよいし、金属板４ａの表面および裏面に付着したペースト材料５ａを除去するための研磨等を行ってもよい。
【００２４】
次に、図３（ａ）および（ｂ）とは別工程において、上記半導体素子１および被実装部材６を用意する。そして、図３（ｃ）に示されるように、半導体素子１の他面１ｂ側に形成された電極２が被実装部材６と対向するように、被実装部材６上に接続部材用シート８を介して半導体素子１を搭載する。
【００２５】
その後、図３（ｄ）に示されるように、図３（ｃ）の工程まで行ったものを加熱し、ペースト材料５ａを焼結させてＡｇ焼結体５を形成する。そして、半導体素子１と被実装部材６とをＡｇ焼結体５を介して電気的、機械的に接続することにより、図１に示す半導体装置が製造される。
【００２６】
ここで、本実施形態のＡｇ焼結体５の内部の状態について、接続部材３をＡｇ焼結体５のみで構成した図４と比較しつつ説明する。なお、接続部材３をＡｇ焼結体５のみで構成した場合のその他の部分の構造は、図１と同様である。
【００２７】
図４に示されるように、Ａｇ粉末は、拡散しつつ粒成長するため、拡散の終端位置に密集し易い。すなわち、接続部材３をＡｇ焼結体５のみで構成する場合、電極２近傍と、被実装部材６近傍の部分にＡｇ粉末が密集し易く、電極２と被実装部材６との間の中間部分に空隙７が発生し易くなる。そして、この空隙７が被実装部材６の平面方向に沿って繋がってしまうと、当該部分の接続強度が非常に低くなる。つまり、当該部分から破壊されてしまう可能性が高くなる。
【００２８】
これに対し、本実施形態では、型部４（すなわち、金属板４ａ）を備えている。このため、Ａｇ焼結体５を構成する場合、図５に示されるように、孔部４ｂ内において空隙７が発生するものの、隣接する孔部４ｂ内に発生した空隙７が互いに連通することが型部４によって抑制される。つまり、空隙７が被実装部材６の平面方向に沿って繋がってしまうことが抑制される。したがって、接続強度が低下することを抑制できる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態では、接続部材３は、孔部４ｂが形成された型部４と、孔部４ｂに配置されたＡｇ焼結体５とで構成されている。このため、孔部４ｂに配置されたＡｇ焼結体５の内部に空隙７が形成されたとしても、隣接する孔部４ｂに形成された空隙７が互いに連通することが型部４によって抑制される。つまり、被実装部材６の平面方向に沿って空隙７が広がることを抑制できる。したがって、接続部材３の強度が低下することを抑制でき、半導体装置が破壊されることを抑制できる。
【００３０】
また、接続部材３は、型部４を有している。そして、半導体素子１と被実装部材６との間の長さは、型部４の厚さによって規定される。このため、半導体素子１が被実装部材６に対して傾くことを抑制できる。さらに、半導体素子１と被実装部材６との間の長さが型部４の厚さによって規定されるため、半導体素子１と被実装部材６との間の長さが半導体装置毎にばらつくことを抑制できる。
【００３１】
また、型部４は、Ａｇとの濡れ性が高い材料で構成されている。このため、孔部４ｂにペースト材料５ａが充填されないことを抑制できる。また、型部４は、Ａｇと反応しない、またはＡｇと反応して安定した合金を形成する材料で構成されている。このため、型部４のうちの隣接する孔部４ｂの間に位置する部分が消滅し、隣接する孔部４ｂの空隙７が互いに連通してしまうことを抑制できる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、型部４の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３３】
本実施形態では、図６に示されるように、型部４は、金属製の複数の細線９が網目状に編み込まれたメッシュシートで構成されている。言い換えると、型部４は、複数の細線９が格子状に編み込まれたメッシュシートで構成されている。そして、本実施形態では、細線９で囲まれる部分が孔部４ｂとして機能するようになっている。
【００３４】
なお、細線９は、上記金属板４ａと同様に、導電性を有する材料であってＡｇとの濡れ性が高い材料であり、かつＡｇと反応しない、またはＡｇと反応して安定した合金を形成する材料を用いて構成される。
【００３５】
このように、型部４をメッシュシートで構成しても、孔部４ｂにＡｇ焼結体５が配置されるようにすることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００３７】
例えば、上記第１実施形態において、金属板４ａに、Ａｇとの濡れ性が高い材料であって、かつＡｇと反応しない、またはＡｇと反応して安定した合金を形成するメッキ膜を形成してもよい。この場合、金属板４ａのうちのメッキ膜で被覆される部分は、Ａｇとの濡れ性が低い材料で構成されていてもよいし、Ａｇと反応して不安定な合金を形成する材料で構成されていてもよい。同様に、上記第２実施形態において、細線９に、Ａｇとの濡れ性の高い材料であって、かつＡｇと反応しない、またはＡｇと反応して安定した合金を形成するメッキ膜を形成してもよい。この場合、細線９のうちのメッキ膜で被覆される部分は、Ａｇとの濡れ性の低い材料で構成されていてもよいし、Ａｇと反応して不安定な合金を形成する材料で構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１    半導体素子
２    電極
３    接続部材
４    型部
４ｂ  孔部
５    Ａｇ焼結体
【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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