(57)【要約】      （修正有）【課題】三重点におけるクラック等の発生を抑制する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子３０と、半導体素子３０の上面に形成された上面電極８２と、上面電極８２の上面に形成されためっき層３８と、めっき層３８を貫通し、且つ、半導体素子３０の上面において予め定められた方向に延伸して形成された１つ以上のゲートランナー３２−２、３２−３と、めっき層３８の上方に配置されて上面電極８２と電気的に接続される金属配線板６０とを備える。金属配線板６０は、半導体素子３０の上面と平行な接合部６２と、接合部６２の端部において、半導体素子３０の上面と離れる方向に延伸する立上り部６３とを有する。半導体素子３０の上面と平行な面内において、立上り部６３と交差しないゲートランナーと、立上り部６３との最短距離である第１距離Ｌ１が１ｍｍ以上である。【選択図】図４
2018098282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の上面に形成された上面電極と、
前記上面電極の上面に形成されためっき層と、
前記めっき層を貫通し、且つ、前記半導体素子の上面において予め定められた方向に延伸して形成された１つ以上のゲートランナーと、
前記めっき層の上方に配置されて前記上面電極と電気的に接続される金属配線板と
を備え、
前記金属配線板は、
前記半導体素子の上面と平行な接合部と、
前記接合部の端部において、前記半導体素子の上面と離れる方向に延伸する立上り部と
を有し、
前記半導体素子の上面と平行な面内において、前記立上り部と交差しない前記ゲートランナーと、前記立上り部との最短距離である第１距離が１ｍｍ以上である半導体装置。
【請求項２】
前記上面電極の上面において、前記めっき層の外側に形成されたガードリングを更に備え、
前記半導体素子の上面と平行な面内において、前記ガードリングと、前記立上り部との最短距離である第２距離が１ｍｍ以上である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１距離は、前記第２距離よりも大きい
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属配線板と前記めっき層との間に設けられたはんだ部を更に備え、
前記はんだ部が、前記ガードリングと接していない
請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記立上り部と前記接合部との境界部分には、曲率半径が１ｍｍ以上の曲部が設けられている
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子の上面と平行な面内において、前記接合部の前記立上り部とは逆側の端部と、当該端部と交差しない前記ゲートランナーとの最短距離である第３距離が１ｍｍ以上である
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３距離は、前記第１距離よりも小さい
請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子の上面と平行な面内において、前記立上り部は、いずれの前記ゲートランナーとも交差しない
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記めっき層は、前記半導体素子の上面と平行な面内において、前記ゲートランナーによって複数の区画に分割され、
前記立上り部は、前記めっき層の区画のうち、最大面積の区画の上方に設けられる
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記立上り部は、前記半導体素子の上面と平行な面内において、前記半導体素子の長手方向に沿って配置されている
請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体素子の上面に配置されたゲートパッドを更に備え、
前記立上り部は、前記接合部の端部のうち、前記ゲートパッドとは逆側の端部に設けられる
請求項１から１０のいずれか一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、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の上面電極に、リードフレーム等の金属配線板を接続した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。金属配線板は、上面電極に接続される板状の接合部と、接合部の端部から上方に延伸して設けられた立上り部とを有する。
特許文献１  特開２００３−１１５５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体素子および金属配線板は、樹脂により封止される。金属配線板の温度が変動すると、金属配線板の立上り部は上下方向に伸縮しようとする。立上り部の上側は封止樹脂により押さえられるので、立上り部は半導体素子の上面電極を押圧する。このため、立上り部近傍の上面電極の領域は、他の上面電極の領域よりもひずみが大きくなる。
【０００４】
半導体素子の上面電極の上面は、ニッケル等でめっきされる。めっき膜は、ポリイミド等の絶縁膜で被覆されたゲートランナーにより複数の領域に分割される。このため、めっき膜とゲートランナーとの境界部分は、アルミニウム等の上面電極、めっき膜、ゲートランナーの３つの部材が集まる三重点となる。
【０００５】
ゲートランナーの絶縁膜の収縮等により、めっき膜とゲートランナーとの境界に隙間が生じると、当該隙間にはんだが侵入してしまう。この状態で、三重点近傍のひずみが大きくなると、アルミニウム等の上面電極にクラックが発生する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体素子を備えてよい。半導体装置は、半導体素子の上面に形成された上面電極を備えてよい。半導体装置は、上面電極の上面に形成されためっき層を備えてよい。半導体装置は、めっき層を貫通し、且つ、半導体素子の上面において予め定められた方向に延伸して形成された１つ以上のゲートランナーを備えてよい。半導体装置は、めっき層の上方に配置されて上面電極と電気的に接続される金属配線板を備えてよい。金属配線板は、半導体素子の上面と平行な接合部を有してよい。金属配線板は、接合部の端部において、半導体素子の上面と離れる方向に延伸する立上り部を有してよい。半導体素子の上面と平行な面内において、立上り部と交差しないゲートランナーと、立上り部との最短距離である第１距離が１ｍｍ以上であってよい。
【０００７】
半導体装置は、上面電極の上面において、めっき層の外側に形成されたガードリングを備えてよい。半導体素子の上面と平行な面内において、ガードリングと、立上り部との最短距離である第２距離が１ｍｍ以上であってよい。第１距離は、第２距離よりも大きくてよい。
【０００８】
半導体装置は、金属配線板とめっき層との間に設けられたはんだ部を更に備えてよい。はんだ部が、ガードリングと接していなくてよい。立上り部と接合部との境界部分には、曲率半径が１ｍｍ以上の曲部が設けられていてよい。
【０００９】
半導体素子の上面と平行な面内において、接合部の立上り部とは逆側の端部と、当該端部と交差しないゲートランナーとの最短距離である第３距離が１ｍｍ以上であってよい。第３距離は、第１距離よりも小さくてよい。
【００１０】
半導体素子の上面と平行な面内において、立上り部は、いずれのゲートランナーとも交差しなくてよい。めっき層は、半導体素子の上面と平行な面内において、ゲートランナーによって複数の区画に分割されてよい。立上り部は、めっき層の区画のうち、最大面積の区画の上方に設けられてよい。
【００１１】
立上り部は、半導体素子の上面と平行な面内において、半導体素子の長手方向に沿って配置されていてよい。半導体装置は、半導体素子の上面に配置されたゲートパッドを更に備えてよい。立上り部は、接合部の端部のうち、ゲートパッドとは逆側の端部に設けられてよい。
【００１２】
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の上面を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】半導体素子３０の上面の一例を示す図である。
【図４】半導体素子３０および金属配線板６０のＸＺ断面の一例を示す図である。
【図５】半導体素子３０の上面と平行な面内において、金属配線板６０により生じるひずみが大きい領域６１を示す模式図である。
【図６】第１距離Ｌ１と、上面電極８２の上面の塑性ひずみ振幅の関係を示す図である。
【図７】三重点９０を説明する部分拡大図である。
【図８】半導体素子３０の上面の他の例を示す図である。
【図９】半導体素子３０の上面の他の例を示す図である。
【図１０】半導体装置１００の製造方法における一工程を示す図である。
【図１１】金属配線板６０の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の上面を示す図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示す図である。本明細書においては、後述する半導体素子３０の厚み方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。素子、基板、層、膜またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は重力方向に限定されない。本例では、上下方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向と垂直な面内において直交する２つの方向をＸ軸方向およびＹ軸方向と称する。
【００１６】
本例の半導体装置１００は、冷却部１０、ケース１２、はんだ部１４、絶縁基板１６、金属板２６、回路部１８、回路部２０、はんだ部２４、はんだ部２５、半導体素子３０、金属配線板６０、および、はんだ部８０を備える。半導体素子３０は、シリコン基板等の半導体基板に形成された半導体チップである。半導体素子３０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、フリーホイールダイオード（ＦＷＤ）等を含んでよい。半導体素子３０は、また、ＩＧＢＴおよびＦＷＤを一つのチップに設けたＲＣ−ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ）を含んでよい。半導体素子３０の上面には、エミッタ電極、ソース電極、アノード電極等の上面電極が形成されている。
【００１７】
冷却部１０は、半導体素子３０等が発する熱を、外部に放出する。冷却部１０は、アルミニウム等の熱伝導率が高い材料で形成される。冷却部１０は、放熱面積を増大させるべく複数のフィンが形成されていてもよい。
【００１８】
冷却部１０の上面には、積層基板が設けられる。本例の積層基板は、絶縁基板１６、金属板２６、回路部１８および回路部２０で構成されるＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板である。
【００１９】
絶縁基板１６は、セラミック等の絶縁材料で形成される。金属板２６は、絶縁基板１６の下面に設けられる。回路部１８および回路部２０は、絶縁基板１６の上面に設けられる。はんだ部１４は、金属板２６と冷却部１０とを熱的および機械的に固定する。はんだ部１４は、Ｓｎ−Ｓｂ系またはＳｎ−Ｓｂ−Ａｇ系の高強度はんだであることが好ましい。
【００２０】
回路部１８および回路部２０は、半導体素子３０と電気的に接続され、半導体素子３０との間で電力および電気信号等を受け渡す。回路部１８および回路部２０は、絶縁基板１６の上面に形成された金属配線、パッド等を含んでよく、信号処理回路等を含んでもよい。
【００２１】
半導体素子３０は、回路部１８の上面に設けられる。半導体素子３０は、はんだ部２４により回路部１８に固定される。はんだ部２４は、半導体素子３０および回路部１８を、電気的および機械的に接続する。例えばはんだ部２４は、回路部１８に含まれるパッド等と、半導体素子３０の端子とを接続する。はんだ部２４は、例えばＳｎ−Ｃｕ系またはＳｎ−Ｓｂ系のはんだである。また、半導体素子３０は、金属配線板６０を介して回路部２０と電気的に接続される。金属配線板６０の一方の端部は半導体素子３０の上面に接続され、金属配線板６０のもう一方の端部は回路部２０の上面に接続される。
【００２２】
一例として金属配線板６０は、銅、銅合金、アルミニウム、または、アルミニウム合金等で形成される。金属配線板６０の厚みは、一例として０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。金属配線板６０は、半導体素子３０の上面に接続される接合部６２と、回路部２０の上面に接続される接合部６６と、２つの接合部６２および接合部６６を接続する接続部６４とを有する。接合部６２は、半導体素子３０の上面と平行に配置されてよい。接合部６６は、回路部２０の上面と平行に配置されてよい。
【００２３】
接合部６２は、はんだ部８０により半導体素子３０に固定される。接合部６６は、はんだ部２５により回路部２０に固定される。はんだ部８０およびはんだ部２５は、例えばＳｎ−Ｃｕ系またはＳｎ−Ｓｂ系のはんだである。
【００２４】
接合部６２と接続部６４との間には、立上り部６３が設けられる。また、接合部６６と接続部６４との間には、立上り部６５が設けられる。立上り部６３は、接合部６２の端部において、半導体素子３０の上面と離れる方向に延伸する。立上り部６５は、接合部６６の端部において、回路部２０の上面と離れる方向に延伸する。本例の立上り部６３および立上り部６５は、半導体素子３０の上面および回路部２０の上面と垂直な方向（すなわちＺ軸方向）に延伸している。
【００２５】
ケース１２は、冷却部１０の上面において、積層基板、半導体素子３０、金属配線板６０、および、各はんだ部を囲んで設けられる。本例のケース１２は枠形状を有する。ケース１２は、金属等の導電材料で形成されてよく、樹脂等の絶縁材料で形成されてもよい。ケース１２の内部は、封止樹脂２２で封止される。つまり、積層基板、半導体素子３０、金属配線板６０、および、各はんだ部は、全体が封止樹脂２２で覆われている。
【００２６】
図３は、半導体素子３０の上面の一例を示す図である。図４は、半導体素子３０および金属配線板６０のＸＺ断面の一例を示す図である。図３においては、金属配線板６０の接合部６２および立上り部６３が設けられる位置を破線で示している。半導体素子３０の上面には、上面電極８２、めっき層３８、１つ以上のゲートランナー３２およびガードリング３４が設けられる。
【００２７】
上面電極８２は、半導体素子３０の基板上面における所定の領域に形成される。半導体素子３０の上面には、上面電極８２とは分離した領域に、１以上のパッド３６が形成されてもよい。上面電極８２は、例えばエミッタ電極、ソース電極またはアノード電極である。パッド３６は、例えばゲート電極、または、温度検出用電極等である。
【００２８】
めっき層３８は、上面電極８２の上面に形成される。めっき層３８は、例えばＮｉ、Ｎｉ／ＡｕまたはＳｎ等を含む。めっき層３８は、上面電極８２の上面全体に形成されてよい。それぞれのゲートランナー３２は、めっき層３８をＺ軸方向において貫通する。つまり、ゲートランナー３２の下端は上面電極８２に接触し、上端はめっき層３８から露出する。
【００２９】
ゲートランナー３２は、不純物がドープされたポリシリコン等で形成された導電部と、導電部を被覆するポリイミド等の絶縁部とを有する。当該絶縁部は、当該導電部を、めっき層３８、上面電極８２およびはんだ部８０から絶縁する。それぞれのゲートランナー３２は、半導体素子３０の上面において予め定められた方向に延伸して形成されている。例えばそれぞれのゲートランナー３２は、ＸＹ面において直線状に設けられる。ゲートランナー３２の導電部は、パッド３６と、半導体素子３０内に形成されたトランジスタ等の制御電極とに電気的に接続される。
【００３０】
図３の例では、第１のゲートランナー３２−１は、Ｘ軸方向におけるめっき層３８の両端間にわたって形成されている。第２のゲートランナー３２−２および第３のゲートランナー３２−３は、Ｙ軸方向におけるめっき層３８の両端間にわたって、互いに平行に形成されている。これによりめっき層３８は６個の区画に分割される。
【００３１】
ガードリング３４は、上面電極８２の上面において、めっき層３８の外側に形成される。外側とは、半導体素子３０の上面端部により近い側を指す。本例のガードリング３４は、上面電極８２の上面において、めっき層３８の全体を囲むように設けられている。ガードリング３４は、上面電極８２の縁に沿って形成されてよい。
【００３２】
金属配線板６０は、めっき層３８の上方に配置されており、はんだ部８０およびめっき層３８を介して上面電極８２と電気的に接続される。金属配線板６０の接合部６２および立上り部６３は、上面電極８２およびめっき層３８が形成された領域内に配置される。つまり、接合部６２および立上り部６３は、ガードリング３４よりも内側に配置される。
【００３３】
金属配線板６０の立上り部６３は、半導体素子３０の上面において、予め定められた方向に伸びる直線形状を有する。図３の例における立上り部６３は、Ｙ軸方向に伸びており、第２のゲートランナー３２−２および第３のゲートランナー３２−３と平行に配置される。なお、本例の立上り部６３は、半導体素子３０の上面において、第１のゲートランナー３２−１と垂直に交差するように配置されている。
【００３４】
上述したように、金属配線板６０は封止樹脂２２により封止される。このため、温度変動に伴い立上り部６３が上下方向に伸縮しようとすると、立上り部６３の上側が封止樹脂２２により押さえられる。従って、立上り部６３は、はんだ部８０、めっき層３８、上面電極８２を押圧し、または、引っ張る。
【００３５】
一方で、上面電極８２の上面には、ゲートランナー３２の絶縁部と、めっき層３８と、上面電極８２とが集まる三重点が存在する。当該三重点には、ゲートランナー３２の絶縁部の熱収縮等により隙間が生じやすく、はんだが入り込みやすい。かかる三重点に対して、立上り部６３の押圧等により大きなひずみが生じると、アルミニウム等で形成された上面電極８２にクラックが入る場合がある。
【００３６】
このため、大きなひずみが生じやすい立上り部６３の直下には、当該三重点が存在しないことが好ましい。本例では、半導体素子３０の上面と平行な面内において、立上り部６３と交差しないゲートランナー３２と、立上り部６３との最短距離である第１距離Ｌ１が、１ｍｍ以上である。本例では、Ｙ軸方向に沿った複数のゲートランナー３２のうち、立上り部６３に最も近い第２のゲートランナー３２−２と、立上り部６３との最短距離が、１ｍｍ以上である。
【００３７】
第１距離Ｌ１を１ｍｍ以上とすることで、温度変動が生じても三重点におけるひずみを小さくすることができる。このため、上面電極８２におけるクラック発生を抑制して、半導体装置１００を高寿命化できる。第１距離Ｌ１は、１．２ｍｍ以上であってよく、１．５ｍｍ以上であってもよい。本例において、第１距離Ｌ１における立上り部６３およびゲートランナー３２の基準位置は、Ｘ軸方向におけるそれぞれの中央位置である。
【００３８】
なお、立上り部６３と交差するゲートランナー３２−１においても三重点は存在する。しかし、ひずみが大きくなるのは、立上り部６３と交差している部分近傍だけであるので、比較的に上面電極８２にクラックが生じにくい。このため、立上り部６３と交差しないゲートランナー３２、特に、立上り部６３と平行に設けられたゲートランナー３２と、立上り部６３との距離を大きくすることで、効率よく半導体装置１００を高寿命化できる。
【００３９】
また、ガードリング３４とめっき層３８との境界においても、同様に三重点が存在する。このため、半導体素子３０の上面と平行な面内において、立上り部６３と、ガードリング３４との距離も大きくすることが好ましい。立上り部６３と、ガードリング３４との距離は、はんだ部８０がガードリング３４に接しない程度であることが好ましい。これにより、三重点における隙間にはんだが入り込むことを抑制して、半導体装置１００を高寿命化できる。本例では、立上り部６３と、ガードリング３４との最短距離である第２距離Ｌ２が１ｍｍ以上である。本例において、第２距離Ｌ２における立上り部６３およびゲートランナー３２の基準位置は、Ｘ軸方向において互いに対向する端部位置である。
【００４０】
本例の立上り部６３は、ガードリング３４と、いずれかのゲートランナー３２との間に配置される。この場合、立上り部６３とゲートランナー３２との第１距離Ｌ１を、立上り部６３とガードリング３４との第２距離Ｌ２より大きくしてよい。ゲートランナー３２上にははんだ部８０が設けられるので、ゲートランナー３２とめっき層３８との間にはんだが入り込みやすい。このため、第１距離Ｌ１をより大きくすることで、ゲートランナー３２における三重点でのひずみをより小さくして、半導体装置１００をより高寿命化できる。第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２の１．５倍以上であってよく、２倍以上であってもよい。
【００４１】
なお、Ｘ軸方向におけるゲートランナー３２−２とガードリング３４との距離をＸｍｍとして、第１距離Ｌ１の上限をＸ−１ｍｍとしてもよい。つまり、第１距離Ｌ１は、ガードリング３４にはんだ部８０が到達しないだけの第２距離Ｌ２を確保した状態で、最大化してよい。
【００４２】
また、金属配線板６０の立上り部６３と接合部６２との境界部分には、曲部６７が設けられていることが好ましい。曲部６７は意図的に曲面状に形成されており、例えば曲率半径が１ｍｍ以上である。曲部６７の曲率半径は、１．５ｍｍ以上であってよく、２．０ｍｍ以上であってもよい。
【００４３】
また、立上り部６３と接続部６４との境界部分にも、曲部６８が設けられていてもよい。曲部６８は、意図的に形成されていない曲面であってよい。曲部６７の曲率半径は、曲部６８の曲率より大きくてよい。
【００４４】
立上り部６３と接合部６２との境界部分に曲部６７を設けることで、接合部６２とめっき層３８との間に設けたはんだ部８０をリフロー等で加熱する場合に、はんだ部８０が曲部６７に沿って上方に上がっていきやすくなる。このため、はんだ部８０が横方向に広がり、ガードリング３４に到達することを抑制できる。
【００４５】
このように、曲部６７を設けることで、立上り部６３とガードリング３４との距離を小さくしても、ガードリング３４にはんだ部８０が到達しにくくなる。従って、半導体素子３０を小型化できる。または、ゲートランナー３２と立上り部６３との距離を容易に確保できる。
【００４６】
また、半導体素子３０の上面と平行な面内において、接合部６２の立上り部６３とは逆側の端部と、当該端部と交差しないゲートランナー３２との最短距離である第３距離Ｌ３も、１ｍｍ以上であってよい。接合部６２の端部は、接合部６２の中央部分と比べて、ひずみが大きくなる場合がある。このため、第３距離Ｌ３も、１ｍｍ以上とすることが好ましい。ただし、立上り部６３と比べると、接合部６２の端部におけるひずみは小さいので、第３距離Ｌ３は、第１距離Ｌ１よりも小さくてよい。
【００４７】
また、半導体素子３０の上面と平行な面内において、接合部６２の立上り部６３とは逆側の端部と、ガードリング３４との最短距離である第４距離Ｌ４も、１ｍｍ以上であってよい。これにより、当該部分においても、はんだ部８０がガードリング３４まで到達することを抑制できる。なお、第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２、第３距離Ｌ３、第４距離Ｌ４のいずれよりも大きくてよい。
【００４８】
図５は、半導体素子３０の上面と平行な面内において、金属配線板６０により生じるひずみが大きい領域６１を示す模式図である。領域６１は、立上り部６３に沿った領域と、接合部６２の端部のうち立上り部６３の近傍の領域とを含む。立上り部６３の近傍では、温度変動により立上り部６３から受ける応力が大きくなり、ひずみが大きくなる。上述したように、ゲートランナー３２およびガードリング３４は、領域６１から離して配置されることが好ましい。
【００４９】
図６は、第１距離Ｌ１と、上面電極８２の上面の塑性ひずみ振幅の関係を示す図である。本例では、上面電極８２はＡｌ−Ｓｉで形成され、厚みは５μｍである。また、めっき層３８は、ニッケルで形成され、厚みは４．５μｍである。はんだ部８０は、Ｓｎ−０．７Ｃｕで形成され、厚みは１５０μｍである。金属配線板６０は銅（Ｃ１０２０−１／２Ｈ：線膨張係数は１６．７×１０−６／℃）で形成されており、厚みは０．５ｍｍである。金属配線板６０の立上り部６３の高さは３．４ｍｍである。
【００５０】
図６においては、図３に示すように立上り部６３が、ガードリング３４とゲートランナー３２−２との間に配置されているときの、ゲートランナー３２−２との第１距離Ｌ１を正としている。また、立上り部６３がゲートランナー３２−２とゲートランナー３２−３との間に配置されているときの、ゲートランナー３２−２との第１距離Ｌ１を負としている。また、ガードリング３４には、はんだ部８０が到達しない条件とした。
【００５１】
また、半導体装置１００において、パワーサイクル寿命と、塑性ひずみ振幅との関係を調査した。塑性ひずみ振幅と、パワーサイクル寿命とは概ね比例する。当該調査により判明した、寿命目標５万サイクルを達成するための塑性ひずみ振幅をＴＨとする。パワーサイクル寿命５万サイクルは、一般的な製品での要求仕様を満たせる寿命である。
【００５２】
なお、パワーサイクル寿命とは、例えば、ＩＧＢＴ等のパワーデバイスを含む半導体装置１００に対して、オン動作とオフ動作を繰り返し、デバイスの発熱により熱的なストレスを繰り返し印加したときに、一定割合の半導体装置１００において、上面電極８２にクラックが生じるサイクル数を指す。本例では、半導体素子３０の温度を１秒間で２５℃から１７５℃まで上昇させ、その後、９秒間かけて２５℃まで降下させて１サイクルとした。
【００５３】
図６に示すように、第１距離Ｌ１を１．０ｍｍ以上とすることで、塑性ひずみ振幅を閾値ＴＨ以下にすることができる。これにより、要求される寿命目標を達成することができる。なお、第１距離Ｌ１を負方向に大きくしすぎると、ゲートランナー３２−３と立上り部６３との距離が小さくなってしまい、ゲートランナー３２−３の三重点における塑性ひずみ振幅が大きくなっている。
【００５４】
図７は、三重点９０を説明する部分拡大図である。図７では、ガードリング３４近傍の三重点９０を示している。ガードリング３４のポリイミド等が収縮すると、ガードリング３４とめっき層３８との間に隙間が生じてしまう。
【００５５】
このとき、ガードリング３４と金属配線板６０との距離が近すぎると、金属配線板６０とめっき層３８との間のはんだ部８０が三重点９０まで到達して、ガードリング３４とめっき層３８との間の隙間に入り込んでしまう。この状態で、金属配線板６０の立上り部６３が上下方向に伸縮すると、はんだ部８０を介して上面電極８２の上面に応力が印加され、上面電極８２において塑性ひずみが生じる。当該塑性ひずみの上下方向の振幅が大きくなりすぎると、半導体装置１００の寿命が低下してしまう。これに対して図１から図６において説明した半導体装置１００によれば、三重点と、立上り部６３とを離して配置しているので、半導体装置１００を高寿命化できる。
【００５６】
図８は、半導体素子３０の上面の他の例を示す図である。本例では、半導体素子３０の上面と平行な面内において、立上り部６３は、いずれのゲートランナー３２とも交差しない。このような構成により、更に半導体装置１００を高寿命化することができる。
【００５７】
めっき層３８は、ゲートランナー３２により、複数の区画に分割されている。本例では、めっき層３８−１、めっき層３８−２、めっき層３８−３の区画に分割されている。めっき層３８−１の区画は、半導体素子３０の上面と平行な面内における面積が、他のいずれの区画よりも大きい。また、めっき層３８−１の区画は、半導体素子３０の上面において接合部６２が延伸している方向（本例ではＸ軸方向）における長さが、他の区画よりも長い。
【００５８】
本例の立上り部６３は、めっき層３８の区画のうち、最大面積のめっき層３８−１の区画の上方に配置されている。また、接合部６２は、めっき層３８の全ての区画に跨って配置されている。これにより、立上り部６３と、ゲートランナー３２とを交差させない条件で、金属配線板６０を容易に配置することができる。
【００５９】
例えばめっき層３８は、立上り部６３と平行なゲートランナー３２−５により、分割される。立上り部６３と平行なゲートランナー３２−５により分割されためっき層３８の区画のうち、立上り部６３が配置された区画は、ゲートランナー３２−５と直交するゲートランナー３２−４では分割されない。一方、ゲートランナー３２−５により分割されためっき層３８の区画のうち、立上り部６３が配置されていない区画は、ゲートランナー３２−４により分割される。
【００６０】
なお、立上り部６３は、接合部６２の端部のうち、パッド３６とは逆側の端部に配置されることが好ましい。これにより、パッド３６に接続されるワイヤー等が、金属配線板６０と干渉することを抑制できる。また、本例の半導体素子３０の上面は、長方形である。立上り部６３は、半導体素子３０の上面と平行な面内において、半導体素子３０の上面の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。これにより、立上り部６３により応力が印加される範囲を広げて、局所的に大きな応力が印加されることを抑制できる。
【００６１】
図９は、半導体素子３０の上面の他の例を示す図である。本例においても、半導体素子３０の上面と平行な面内において、立上り部６３は、いずれのゲートランナー３２とも交差しない。
【００６２】
本例では、全てのゲートランナー３２が、立上り部６３と平行な方向（本例ではＹ軸方向）に沿ってストライプ状に配置されている。これにより、めっき層３８は、Ｘ軸方向において複数の区画に分割される。なお、立上り部６３が配置されるめっき層３８−１の区画は、めっき層３８の他の区画よりも面積が大きい。より具体的には、めっき層３８−１のＸ軸方向における幅は、他のめっき層３８の区画における幅よりも大きい。これにより、立上り部６３と、ゲートランナー３２およびガードリング３４とのＸ軸方向における距離を容易に確保することができる。
【００６３】
図１０は、半導体装置１００の製造方法における一工程を示す図である。当該工程では、治具９６を用いて金属配線板６０を位置決めした状態ではんだ部８０を加熱して、金属配線板６０をめっき層３８上に固定する。
【００６４】
治具９６は、接合部６２の立上り部６３とは逆側の端部６９に当接する。金属配線板６０に曲部６７を設けることで、はんだ部８０は、端部６９側よりも、曲部６７側により多く流れる。この場合、金属配線板６０には、治具９６側に動こうとする力が働く。しかし、金属配線板６０の端部６９に治具９６が当接しているので、はんだ部８０の加熱時に、金属配線板６０が動いてしまうことを抑制できる。このため、立上り部６３と、ゲートランナー３２およびガードリング３４との距離を確保することが容易になる。
【００６５】
図１１は、金属配線板６０の他の例を示す図である。本例の金属配線板６０は、複数の半導体素子３０に接続される。例えば金属配線板６０は、半導体素子３０の上面と平行な面内において直線状に設けられた共通部７０と、共通部７０から突出した複数の接続部６４を有する。それぞれの接続部６４は、対応する半導体素子３０の上方まで延伸している。それぞれの接続部６４の先端には立上り部６３および接合部６２が設けられる。このような例においても、それぞれの立上り部６３において、ゲートランナー３２およびガードリング３４との距離を確保することが好ましい。
【００６６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１０・・・冷却部、１２・・・ケース、１４・・・はんだ部、１６・・・絶縁基板、１８・・・回路部、２０・・・回路部、２２・・・封止樹脂、２４・・・はんだ部、２５・・・はんだ部、２６・・・金属板、３０・・・半導体素子、３２・・・ゲートランナー、３４・・・ガードリング、３６・・・パッド、３８・・・めっき層、６０・・・金属配線板、６１・・・領域、６２・・・接合部、６３・・・立上り部、６４・・・接続部、６５・・・立上り部、６６・・・接合部、６７・・・曲部、６８・・・曲部、６９・・・端部、７０・・・共通部、８０・・・はんだ部、８２・・・上面電極、９０・・・三重点、９６・・・治具、１００・・・半導体装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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