(57)【要約】【課題】半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合するに際し、当接時の位置ずれの発生を抑制し、予め規定された精度及び強度を満足させる。【解決手段】半導体チップ１は、当接の際に基板２に対向する基板対向面１ｆから、基板２の側に突出するチップ電極１２を備え、基板２は、絶縁材により形成された絶縁層２１と、当接の際に基板対向面１ｆに対向するチップ対向面２ｆの側に形成されてチップ電極１２と接合される基板電極２２を有する導電層と、基板電極２２よりも基板対向面１ｆの側に突出する状態で絶縁材により形成された突出部２３とを備え、突出部２３は、当接の際に、チップ電極１２を囲う形状とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合して形成される電子部品モジュールであって、
前記半導体チップは、前記当接の際に前記基板に対向する基板対向面から、前記基板の側に突出するチップ電極を備え、
前記基板は、絶縁材により形成された絶縁層と、前記当接の際に前記基板対向面に対向するチップ対向面の側に形成されて前記チップ電極と接合される基板電極を有する導電層と、前記基板電極よりも前記基板対向面の側に突出する状態で前記絶縁材により形成された突出部とを備え、
前記突出部は、前記当接の際に、前記チップ電極を囲う形状とされている電子部品モジュール。
【請求項２】
前記突出部は、前記チップ電極の全周を囲う形状とされている請求項１に記載の電子部品モジュール。
【請求項３】
前記チップ電極は、複数個形成され、前記突出部は、全ての前記チップ電極のそれぞれを囲う形状とされている請求項１又は２に記載の電子部品モジュール。
【請求項４】
前記チップ電極と前記突出部とは、前記当接の際に対向する側面同士が平行状となるように、同等の角度の傾斜面を有して形成されている請求項１から３の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
【請求項５】
前記当接の際に、前記チップ電極と前記基板電極と前記突出部とによって囲まれる空間の何れかの位置に、凹部が形成されている請求項１から４の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
【請求項６】
前記押圧接合は接触部位における金属原子の拡散を利用した拡散接合であり、前記基板対向面から前記チップ電極の先端までのチップ電極高さは、前記基板電極から前記突出部の先端までの突出部高さ以上である請求項１から５の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
【請求項７】
前記押圧接合は導電性ペーストを用いたシンター接合であり、前記基板対向面から前記チップ電極の先端までのチップ電極高さは、前記基板電極から前記突出部の先端までの突出部高さより小さく、前記導電性ペーストの表面から前記突出部の先端までの突出部実効高さよりも大きい請求項１から５の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
【請求項８】
前記チップ電極と前記突出部とが前記当接の際に対向する側面同士の間に前記チップ電極の寸法公差に応じた大きさに設定された隙間が形成されている請求項１から７の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
【請求項９】
前記チップ電極と前記突出部とが前記当接の際に対向する側面同士の間に形成される隙間は、当該隙間の分、前記半導体チップと前記基板とが前記接合の際に位置ずれを生じても、前記チップ電極と、通電時において当該チップ電極とは電位の異なる前記基板電極との電気的絶縁のために必要な絶縁距離が確保できる大きさに設定されている請求項８に記載の電子部品モジュール。
【請求項１０】
前記基板電極、前記絶縁層、前記突出部は、粒子状にした成膜原料とキャリアガスとの混合体を吹き付けて膜を形成し成長させるエアロゾルデポジション法によって生成されている請求項１から９の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
【請求項１１】
前記チップ電極は、前記エアロゾルデポジション法によって生成されている請求項１０に記載の電子部品モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合して形成される電子部品モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機器の小型化や低価格化が強く求められ、半導体デバイスなどの電子部品を基板に高い信頼性で効率よく実装するための技術が種々提案されている。特開２０１３−２６５３８号公報（特許文献１）には、互いに複数の電極を有する２つの電子部品を、互いの電極同士を突き合わせ、押圧することによって接触部位の金属の個相拡散を生じさせて接合する技術が開示されている（第５１〜６８段落等）。特許文献１では、それぞれの電子部品の接合面は、電極が配列されている実装面方向に対して傾斜しており、２つの電子部品の間に塗布される接着材が硬化する際の収縮力によって接合面にさらに応力が生じるように構成されている。
【０００３】
但し、この手法では、２つの電子部品のそれぞれに設けられた電極同士を突き合わせる際に位置ずれを生じる可能性がある。そして、そのような位置ずれを生じると、接合力が充分ではなくなる可能性がある。また、このような接合によって形成される電子部品モジュールがパワー半導体素子を用いたものである場合には、位置ずれによって、隣接する電極間の距離が変わり、電極間の絶縁性を低下させる可能性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景に鑑みて、半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合するに際し、当接時の位置ずれの発生を抑制し、予め規定された精度及び強度を満足させることができる技術の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みた本発明に係る、半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合して形成される電子部品モジュールの１つの好適な構成は、
前記半導体チップが、前記当接の際に前記基板に対向する基板対向面から、前記基板の側に突出するチップ電極を備え、
前記基板が、絶縁材により形成された絶縁層と、前記当接の際に前記基板対向面に対向するチップ対向面の側に形成されて前記チップ電極と接合される基板電極を有する導電層と、前記基板電極よりも前記基板対向面の側に突出する状態で前記絶縁材により形成された突出部とを備え、
前記突出部が、前記当接の際に、前記チップ電極を囲う形状とされていることである。
【０００７】
この構成によれば、半導体チップのチップ電極と導通される基板電極との位置決めが、当接の際にチップ電極を囲う形状で形成されている突出部によって規定される。チップ電極と基板電極とは、規定された位置において当接され、押圧されるので充分な強度を有して接合されることが可能となる。従って、当接時の位置ずれの発生を抑制し、予め規定された精度及び強度を満足するように、半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合することができる。
【０００８】
ここで、本発明に係る電子部品モジュールは、前記突出部が、前記チップ電極の全周を囲う形状とされていると好適である。突出部が、チップ電極の全周を囲うことによって、より高い精度で半導体チップと基板とを当接させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る電子部品モジュールは、前記チップ電極が、複数個形成され、前記突出部が、全ての前記チップ電極のそれぞれを囲う形状とされていると好適である。チップ電極が複数個設けられている場合であっても、各チップ電極に対して突出部が設けられているので、精度良く半導体チップと基板とを当接させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る電子部品モジュールは、前記チップ電極と前記突出部とが、前記当接の際に対向する側面同士が平行状となるように、同等の角度の傾斜面を有して形成されていると好適である。この構成によれば、当接の際に、チップ電極と突出部との側面同士が沿う状態となるので、半導体チップと基板との位置合わせが容易となる。
【００１１】
ところで、２つの電子部品の接合面を対向させて接合する方式には、インナー材料や導電性ペーストなどの接合媒介材料を挟んで２つの接合面を当接させる方式と、そのような接合媒介材料を挟むこと無く、２つの接合面を直接当接させる方式とがある。接合媒介材料を用いる場合には、圧接によって縮小される空間に存在する接合媒介材料の逃げ道となる空間を設けることによって、接合媒介材料の使用量のばらつきを吸収でき、２つの接合面が当接する面積をより拡大させることが可能となる。その結果、強い接合強度を得ることが可能となる。１つの態様として、本発明に係る電子部品モジュールは、前記当接の際に、前記チップ電極と前記基板電極と前記突出部とによって囲まれる空間の何れかの位置に、凹部が形成されていると好適である。
【００１２】
また、本発明に係る電子部品モジュールは、前記押圧接合が接触部位における金属原子の拡散を利用した拡散接合であり、前記基板対向面から前記チップ電極の先端までのチップ電極高さが、前記基板電極から前記突出部の先端までの突出部高さ以上であると好適である。拡散接合とは、母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件において、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧し、接合面間に生じる原子の拡散を利用して母材同士を接合する方法である。この場合、母材としてのチップ電極と基板電極とは、当接して充分に加圧される必要がある。チップ電極高さが突出部高さよりも短いと、半導体チップの基板対向面と突出部の先端とが当接し、チップ電極と基板電極とが当接しにくくなる可能性がある。従って、チップ電極高さは、突出部高さ以上であると好適である。
【００１３】
また、本発明に係る電子部品モジュールは、前記押圧接合が導電性ペーストを用いたシンター接合であり、前記基板対向面から前記チップ電極の先端までのチップ電極高さが、前記基板電極から前記突出部の先端までの突出部高さより小さく、前記導電性ペーストの表面から前記突出部の先端までの突出部実効高さよりも大きいと好適である。導電性ペーストを用いたシンター接合を適用する場合には、接合面に当該導電性ペーストが残留する。従って、導電性ペーストの占める空間を考慮して、チップ電極高さ及び突出部高さが設定されると好適である。
【００１４】
また、本発明に係る電子部品モジュールは、前記チップ電極と前記突出部とが前記当接の際に対向する側面同士の間に前記チップ電極の寸法公差に応じた大きさに設定された隙間が形成されていると好適である。半導体チップ及び基板の各種寸法には、寸法公差の範囲内でのばらつきがある。当然ながら、チップ電極及び突出部の位置も、当該寸法公差の範囲内で異なっている。半導体チップと基板とを当接させるに際しては、当該寸法公差の範囲内でチップ電極及び突出部の位置が異なっても、チップ電極と突出部との側面同士が接することがないように、このような隙間が設けられていると好適である。また、この隙間は、インナー材料や導電性ペーストを用いる場合には、インナー材料や導電性ペーストの逃げ道となる空間となる。
【００１５】
チップ電極及びチップ電極に対応する基板電極が複数設けられている場合、異なるチップ電極同士、及び異なる基板電極同士の間には、適切な絶縁距離が設定されていることが好ましい。上述したように、半導体チップ及び基板の各種寸法には、寸法公差の範囲内でのばらつきがあるが、そのばらつきの範囲内で、チップ電極及び突出部の位置が異なっても、絶縁距離が確保されることが好ましい。当該寸法公差の範囲内でチップ電極及び突出部の位置が異なっても、チップ電極と突出部との側面同士が接することがないように、隙間を設ける場合には、この隙間が、上述した絶縁距離が確保されるように設定されていると好適である。１つの態様として、本発明に係る電子部品モジュールの、前記チップ電極と前記突出部とが前記当接の際に対向する側面同士の間に形成される隙間は、当該隙間の分、前記半導体チップと前記基板とが前記接合の際に位置ずれを生じても、前記チップ電極と、通電時において当該チップ電極とは電位の異なる前記基板電極との電気的絶縁のために必要な絶縁距離が確保できる大きさに設定されていると好適である。
【００１６】
ここで、本発明に係る電子部品モジュールの、前記導電層、前記絶縁層、前記突出部は、粒子状にした成膜原料とキャリアガスとの混合体を吹き付けて膜を形成し成長させるエアロゾルデポジション法によって生成されていると好適である。また、さらに、前記チップ電極も、前記エアロゾルデポジション法によって生成されていると好適である。位置ずれを生じさせることなく、半導体チップと基板とを接合させる上では、チップ電極及び突出部にある程度の充分な高さが必要である。メッキやスパッタリングなどの手法では、高精度に充分な高さの突出部や電極を成長せることは難しい。一方、溶射技術の１つであるエアロゾルデポジション法では、高精度に充分な高さの突出部や電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】互いに当接される半導体チップと基板との模式的断面図
【図２】基板対向面から見た半導体チップの模式的平面図
【図３】チップ対向面から見た基板の模式的平面図
【図４】チップ対向面から見た基板の模式的平面図
【図５】チップ対向面から見た基板の模式的平面図
【図６】位置決め構造の種々の形態例を示す図
【図７】位置決め構造の種々の形態例を示す図
【図８】位置決め構造の種々の形態例を示す図
【図９】接合媒介材料を用いた接合時の半導体チップと基板との模式的断面図
【図１０】接合媒介材料の逃げを設けた場合の位置決め構造の種々の形態例を示す図
【図１１】接合媒介材料の逃げを設けた場合の位置決め構造の種々の形態例を示す図
【図１２】接合媒介材料の逃げを設けた場合の位置決め構造の種々の形態例を示す図
【図１３】接合媒介材料の逃げを設けた場合の位置決め構造の種々の形態例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、回転電機を駆動制御するためのインバータに用いられるＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのパワースイッチング素子（半導体チップ）を、基板に接合して実装する例を用いる。半導体チップと基板とが当接され、互いの電極同士が押圧接合されることによって、電子部品モジュールが形成される。本実施形態では、ＩＧＢＴモジュールが形成される。
【００１９】
図１の断面図に示すように、半導体チップ１は、チップ本体１０と、チップ本体１０に形成されたチップ電極領域１１と、チップ電極領域１１に積層形成されたチップ電極端子１２とを有して構成されている。本実施形態では、チップ電極領域１１はチップ本体１０に埋め込まれる形態で形成されており、チップ本体１０とチップ電極領域１１との端面は、ほぼ同一平面上（後述する基板対向面１ｆ）に沿っている。本実施形態においては、チップ電極領域１１及びチップ電極端子１２を総称して広義の“チップ電極”と称する。また、本実施形態において狭義の“チップ電極”は、チップ電極端子１２に相当する。
【００２０】
図１には、チップ電極領域１１として、ＩＧＢＴのソース電極領域１１ｓとベース電極領域１１ｂとを例示しており、チップ電極端子１２として、ＩＧＢＴのソース電極端子１２ｓとベース電極端子１２ｂとを例示している。チップ電極端子１２（チップ電極）は、半導体チップ１と基板２との当接の際に、半導体チップ１が基板２に対向する基板対向面１ｆから、基板２の側（当接の際に基板対向面１ｆに対向する基板２のチップ対向面２ｆの側）に突出する形態で形成されている。つまり、チップ電極端子１２は、チップ電極領域１１から突出して形成されている。チップ電極端子１２は、銀、銅、アルミニウム、グラフェン、導電性有機材料などの導電性材料によって形成されている。
【００２１】
半導体チップ１と接合される基板２は、絶縁材により形成された絶縁層２１（基板本体２０）と、チップ対向面２ｆの側に形成されてチップ電極端子１２と接合される基板電極２２を有する導電層と、基板電極２２よりも基板対向面１ｆの側に突出する状態で絶縁材により形成された突出部２３とを備えて構成されている。本実施形態では、導電層に形成される基板電極２２として、ベース電極端子１２ｂと接続されるベース接続電極２２ｂと、ソース電極端子１２ｓと接続されるソース接続電極２２ｓとを図１に例示している。また、図１の断面図（及び後述する図３〜図５）の平面図に示すように、突出部２３は、半導体チップ１と基板２との当接の際に、チップ電極端子１２を囲う形状となるように形成されている。
【００２２】
図２は、基板対向面１ｆの側から見た半導体チップ１の模式的平面図を示しており、図３〜図５は、チップ対向面２ｆの側から見た基板２の模式的平面図を示している。図３に示すように、好ましくは、突出部２３は、チップ電極端子１２の全周を囲う形状で形成されているとよい。図３では、図２に示すチップ電極端子１２に対応する基板電極２２の全周を囲う形状で突出部２３が形成されている状態を示している。突出部が、チップ電極端子１２（チップ電極）の全周を囲うことによって、より高い精度で半導体チップと基板とを当接させることができる。
【００２３】
当然ながら、図４に示すように、部分的に抜けがあり、チップ電極端子１２の全周を囲うことなく、断続的にチップ電極端子１２を囲う状態で突出部２３が形成されることを妨げるものではない。また、図５に示すように、チップ電極端子１２に対応する部分のみ導電層が露出して基板電極２２を形成し、他の部分は全て絶縁層２１による突出部２３が形成されていてもよい。
【００２４】
絶縁層２１は、電気的絶縁性能が高い材料、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等によって形成されている。導電層（基板電極２２）は、チップ電極端子１２と同様に、銀、銅、アルミニウム、グラフェン、導電性有機材料などの導電性材料によって形成されている。
【００２５】
尚、図１〜図５では、隣り合うチップ電極端子１２に対応する基板電極２２を囲う突出部２３が共通して設けられている形態を例示した。しかし、図示は省略するが、それぞれの基板電極２２がそれぞれ独立した突出部２３によって囲われる形態であってもよい。
【００２６】
また、図１に示すベース電極端子１２ｂ及びソース電極端子１２ｓのように、半導体チップ１の基板対向面１ｆの側に、チップ電極端子１２が複数個形成されている場合、突出部２３は、当該全てのチップ電極端子１２のそれぞれを囲う形状で形成されていると好適である。各チップ電極端子１２に対して突出部２３が設けられることにより、精度良く半導体チップ１と基板２とを当接させることができる。
【００２７】
図６〜図８は、チップ電極端子１２と突出部２３とにより構築される位置決め構造の種々の形態をさらに例示している。図６〜図８では、簡略化のため、例えばソース電極端子１２ｓに相当する１つのチップ電極端子１２と、当該チップ電極端子１２に対応する基板電極２２のみを示している。図１及び図６〜図８に示すように、チップ電極端子１２と突出部２３とは、半導体チップ１と基板２との当接の際に対向する側面同士が平行状となるように、同等の角度の傾斜面を有して形成されている。このような構造を備えることにより、半導体チップ１と基板２との当接の際に、チップ電極端子１２と突出部２３との側面同士が沿う状態となるので、半導体チップ１と基板２との位置合わせが容易となる。
【００２８】
例えば図７に例示する態様では、チップ電極端子１２の傾斜面は基板２の側へ向かうに従ってチップ電極端子１２の幅が小さくなるように傾斜し、突出部２３の傾斜面はチップ１の側に向かうに従って突出部２３の幅が小さくなるように傾斜している。この構成の場合、基板電極２２を底部とし、突出部２３の側面を内側面とした有底筒状空間の開口部に対して、チップ電極端子１２の先端部の幅が狭くなる。従って、半導体チップ１と基板２とを接近させる際に、有底筒状空間の開口部とチップ電極端子１２の先端部との位置合わせが容易となり、有底筒状空間にチップ電極端子１２を挿入することも容易となる。そして、押圧方向に沿って半導体チップ１と基板２とを接近させるに従って、有底筒状空間の底部、即ち基板電極２２に対してチップ電極端子１２の先端部が接触するように、精度良く位置決めされていく。従って、容易且つ精度の良い位置決めが実現できる。
【００２９】
このようにして精度良く位置合わせを行うことができるように構成された半導体チップ１と基板２とは、圧力を掛けて両者を押しつけることによって接合される（押圧接合）。シンター接合や拡散接合と称される接合方式は、ＩＧＢＴモジュールのような高い耐熱性を要求されるような対象物の接合技術として活用されている。シンター接合は、導電性ペーストを用いた接合方式である。例えば、微粒子の銀ナノペーストを用いると、約９００［℃］の銀の融点よりも遙かに低い温度（例えば３００［℃］）で焼結による接合を実現することができる。焼結後の導電性ペーストの融点は、銀と同様の９００［℃］である。
【００３０】
拡散接合とは、母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件において、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧し、接合面間に生じる原子の拡散を利用して母材同士を接合する方法である。拡散接合には、接合時に接合物の母材同士を直接接触させるものと、インナー材料（インサート）を用いるものに分類される。インナー材料を用いるものはさらに接合時にインナー材料が溶けないものと溶けるものに分けられる。インナー材料（インサート）を用いず、母材同士を直接接触させる接合形態は固相拡散接合と称される。多くの場合、固相拡散接合ではインナー材料は用いられないが、溶けないインナー材料を用いた固相拡散接合も存在する。固相拡散接合では、接合の進行に伴って接合界面に存在する空隙が消失し、最終的に界面が消失して接合が完了する。
【００３１】
一方、接合時に、インナー材料が溶融するものは液相拡散接合と呼ばれる。インナー材料が溶融して、それが母材中に拡散するに従って接合部の組成に変化が起こり、それに伴ってインナー材料を含む接合部の融点が上昇し、等温凝固することによって接合が完了する。液相拡散接合は、母材同士を直接接合することが困難な材料の場合や、低温での接合が必要な場合に用いられる。
【００３２】
シンター接合や拡散接合では、圧力を掛ける方向が適切に管理されなければ、チップ電極端子１２を基板２の適切な位置（つまり対応する基板電極２２）に接合させることができなくなる可能性がある。そして、そのような位置ずれは、隣り合ったチップ電極端子１２や、基板電極２２の間の距離を縮め、絶縁距離を確保することができずに、絶縁距離の不足を招く可能性がある。また、上述したような液相拡散を行わせる場合には、拡散相の管理が不充分となり、所望の接合強度を得られなくなる可能性もある。
【００３３】
上述したように、チップ電極領域１１にさらにチップ電極端子１２を積層して突出したチップ電極を形成し、当接の際にこの突出したチップ電極（チップ電極端子１２）を囲うように基板２に突出部２３を設けることで、そのような位置ずれを抑制することができる。
【００３４】
ところで、上述したように、拡散接合は、母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件において、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧し、接合面間に生じる金属原子の拡散を利用して母材同士を接合する。本実施形態の場合、母材としてのチップ電極端子１２と導電層（チップ電極端子１２に対応する基板電極２２）とは、当接して充分に加圧される必要がある。つまり、押圧接合が接触部位における金属原子の拡散を利用した拡散接合である場合には、基板対向面１ｆからチップ電極端子１２の先端までのチップ電極高さｈ１が、基板電極２２から突出部２３の先端までの突出部高さｈ２以上であること（ｈ１≧ｈ２）が好ましい（図１参照）。チップ電極高さｈ１が突出部高さｈ２よりも短いと、半導体チップ１の基板対向面１ｆと突出部２３の先端とが当接し、チップ電極端子１２と基板電極２２とが当接しにくくなる可能性がある。従って、チップ電極高さｈ１は、突出部高さｈ２以上であると好適である。
【００３５】
一方、導電性ペーストを用いたシンター接合等、母材同士を直接密着させない場合には、母材と母材との間に、他の物質が挟み込まれることになる。この場合には、導電性ペーストなど、接合される母材の間に挟み込まれる接合媒介材料の占める空間も考慮して、チップ電極端子１２及び突出部２３の高さが設定されるとよい。例えば、図９に示すように、押圧接合が導電性ペースト（接合媒介材料２５）を用いたシンター接合である場合には、基板対向面１ｆからチップ電極端子１２の先端までのチップ電極高さｈ１が、チップ電極端子１２に対応する基板電極２２から突出部２３の先端までの突出部高さｈ２より小さく、導電性ペースト（接合媒介材料２５）の表面から突出部２３の先端までの突出部実効高さｈ３よりも大きいこと（ｈ３＜ｈ１＜ｈ２）が好ましい。
【００３６】
導電性ペーストを用いたシンター接合や、インナー材料を用いた拡散接合では、導電性ペーストやインナー材料などの接合媒介材料２５が、２つの接合面の間に密閉されることになる。圧接によって縮小される空間に存在する接合媒介材料２５の逃げ道となる空間を設けることによって、接合媒介材料２５の使用量のばらつきを吸収でき、２つの接合面が当接する面積をより拡大させることが可能となる。その結果、強い接合強度を得ることが可能となる。
【００３７】
図１０〜図１３は、インナー材料やペースト材などの接合媒介材料２５の逃げ道を設ける構造を例示している。図１０に示す例では、チップ電極端子１２と突出部２３とが当接の際に対向する側面同士の間に、チップ電極端子１２の寸法公差に応じた大きさに設定された隙間Ｇが形成されている例を示している。半導体チップ１及び基板２の各種寸法には、寸法公差の範囲内でのばらつきがある。当然ながら、チップ電極端子１２及び突出部２３の位置も、当該寸法公差の範囲内で異なっている。半導体チップ１と基板２とを当接させるに際しては、当該寸法公差の範囲内でチップ電極端子１２及び突出部２３の位置が異なっても、チップ電極端子１２と突出部２３との側面同士が接することがないように、このような隙間Ｇが設けられていると好適である。また、この隙間Ｇは、インナー材料や導電性ペーストを用いる場合には、インナー材料や導電性ペーストの逃げ道となる空間となる。
【００３８】
尚、チップ電極端子１２と突出部２３とが当接の際に対向する側面同士の間に形成される隙間Ｇは、当該隙間Ｇの分、半導体チップ１と基板２とが、接合の際に位置ずれを生じても、チップ電極端子１２と、通電時において当該チップ電極端子１２とは電位の異なる基板電極２２との電気的絶縁のために必要な絶縁距離が確保できる大きさに設定されていると好適である。図１に示すベース電極端子１２ｂ及びソース電極端子１２ｓ、ベース接続電極２２ｂ及びソース接続電極２２ｓのように、チップ電極端子１２及びチップ電極端子１２に対応する基板電極２２が複数設けられている場合、異なるチップ電極端子１２同士、及び異なる基板電極２２同士の間には、適切な絶縁距離が設定されていることが好ましい。つまり、ベース電極端子１２ｂとソース電極端子１２ｓとの絶縁距離、ベース接続電極２２ｂとソース接続電極２２ｓとの絶縁距離は、適切に設定されていることが好ましい。
【００３９】
上述したように、半導体チップ１及び基板２の各種寸法には、寸法公差の範囲内でのばらつきがあるが、そのばらつきの範囲内で、チップ電極端子１２及び基板電極２２の位置が異なっても、絶縁距離が確保されることが好ましい。また、半導体チップ１と基板２とが接合されると、ベース電極端子１２ｂとベース接続電極２２ｂとが導通することになるから、ベース電極端子１２ｂとソース接続電極２２ｓとの絶縁距離、ベース接続電極２２ｂとソース電極端子１２ｓとの絶縁距離も、確保される必要がある。従って、上述したように、寸法公差の範囲内でチップ電極端子１２及び突出部２３の位置が異なっても、チップ電極端子１２と突出部２３との側面同士が接することがないように、隙間Ｇを設ける場合、この隙間Ｇは、上述した絶縁距離が確保されるように設定されていると好適である。
【００４０】
図１１〜図１３には、インナー材料や導電性ペーストなどの接合媒介材料２５の逃げ道を設ける別の構造を例示している。これらの例では、当接の際に、チップ電極端子１２と基板電極２２と突出部２３とによって囲まれる空間の何れかの位置に、凹部Ｓが形成されている。この凹部Ｓは、圧接によって縮小される空間に存在するインナー材料や導電性ペーストなどの接合媒介材料２５の逃げ道となる空間となる。図１１は、突出部２３の側面、つまり、突出部２３により囲まれた有底筒状空間の内壁に凹部Ｓ（Ｓ１）が形成される例を示している。図１２は、接合媒介材料２５として個体のインナー材料を用いて、拡散接合を実施する場合を例示しており、基板電極２２に凹部Ｓ（Ｓ２）が形成されている。図１３は、接合媒介材料２５として導電性ペーストを用いてシンター接合を実施する場合を例示している。この場合には、下方に位置する基板２の基板電極２２に凹部Ｓ（Ｓ２）を設けると、当該凹部Ｓ（Ｓ２）に導電性ペーストが流れ込んでしまうので、上方に位置する半導体チップ１のチップ電極端子１２の端部に凹部Ｓ（Ｓ３）を設けている。
【００４１】
尚、本実施形態のように、接合されるチップ電極端子１２に対応する基板電極２２を囲うように突出部２３が形成されると（特に当該基板電極２２の全周を囲んで突出部２３が形成されると）、接合媒介材料２５を用いるような場合に当該基板電極２２の領域から接合媒介材料２５がはみ出すことを抑制することができる。例えば、複数のチップ電極端子１２やそれに対応する基板電極２２を有する場合に、他の基板電極２２との短絡や、絶縁距離の短縮などが抑制される。
【００４２】
上述したように、基板対向面１ｆに沿った断面の面積がチップ電極領域１１と同等となるように凸状のチップ電極端子１２（凸部）を形成すると共に、当該チップ電極端子１２と接合される基板２上の基板電極２２の周囲に突出部２３を配置することで基板電極２２を底部とする凹部を形成し、当該凸部と凹部とを噛み合わせることによって、半導体チップ１と基板２とを当接させる際の位置ずれが抑制される。その結果、必要な部分のみを適切に接合させることが可能となる。位置ずれを抑制できるように、つまり、凹凸を乗り越えて半導体チップ１と基板２とがずれないようにするためには、当該凹凸にある程度の高さ（例えば１００［μｍ］以上）が必要である。メッキやスパッタリングなどの手法では、精度良く、高い凹凸を形成させることが容易ではない。本実施形態では、この点に鑑みて、溶射技術の１つであるエアロゾルデポジション法（Aerosol Deposition Method）が利用される。エアロゾルデポジション法とは、粒子状にした成膜原料とキャリアガスとの混合体を吹き付けて膜を形成し成長させる方法である。
【００４３】
本実施形態においては、少なくとも基板２に、エアロゾルデポジション法が適用される。つまり、基板２の基板電極２２、絶縁層２１、突出部２３が、粒子状の成膜原料とキャリアガスとが混合・攪拌されてアエロゾル化（固相−気相状態化）した原料粒子を吹き付けて形成される膜を成長させて生成されている。噴射された原料粒子の持つ運動エネルギーが基板２への衝突の際に成膜エネルギーに変換され、基板２−粒子間、及び粒子−粒子間の結合が実現される。
【００４４】
絶縁層２１や突出部２３の成膜材料は、電気的絶縁性能が高い材料、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等である。基板電極２２の成膜材料は、銀、銅、アルミニウム、グラフェン、導電性有機材料などの導電性材料である。キャリアガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスである。接合媒介材料２５が用いられる場合、当該接合媒介材料２５もエアロゾルデポジション法によって塗布することが可能である。液相拡散接合の場合には、例えば、錫等を用いたインナー材料膜が形成される。シンター接合の場合には、銀や銅などの導電性ペーストが塗布される。また、図１１及び図１２に例示したように、基板２の側に凹部Ｓ（Ｓ１又はＳ２）を形成する場合にも、エアロゾルデポジション法を用いることによって精度のよい形状を実現することができる。
【００４５】
さらに、半導体チップ１のチップ電極端子１２も、エアロゾルデポジション法によって生成されていると好適である。基板２の形成と、半導体チップ１の後加工とを１つの工程で実施することができ、半導体モジュールの形成（半導体チップ１と基板２との接合）工程を効率化、短縮化することができ、コスト低減にも寄与する。チップ電極端子１２の成膜材料は、基板電極２２と同様に、銀、銅、アルミニウム、グラフェン、導電性有機材料などの導電性材料である。図１３に例示したように、半導体チップ１の側において、チップ電極端子１２に凹部Ｓ（Ｓ３）を形成する場合にも、エアロゾルデポジション法を用いることによって精度のよい形状を実現することができる。
【００４６】
ところで、半導体チップ１が、ＩＧＢＴなどのパワー半導体のように、発熱の多いものの場合、半導体チップ１や基板２にヒートシンクを備える必要がある。例えば、基板２がセラミック基板等の場合には、基板２とは別にヒートシンクを備える必要が生じる。上述したように、基板２の材料として（絶縁層２１の材料として）、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の熱伝導性に優れた材料を用いることが可能であり、ヒートシンクを基板２自体に形成させることができる。つまり、ヒートシンクから半導体チップ１との接合面までを１つの工程で形成させることが可能である。ヒートシンクは、表面積を大きくするために多くのヒダを有して形成されることが多いが、そのような形状もエアロゾルデポジション法によって、容易に実現できる。
【００４７】
尚、上記の説明においては、半導体チップ１が複数のチップ電極端子１２を有している場合に、全てのチップ電極端子１２のそれぞれを囲う形態で突出部２３が形成されている例を示した。しかし、複数のチップ電極端子１２の内の一部について、それらを囲うように突出部２３が形成されていてもよい。例えば、４個以上のチップ電極端子１２の内の２カ所、或いは３カ所に対して、突出部２３が形成されていれば、半導体チップ１と基板２との位置決めを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、半導体チップと基板とを当接させ、互いの電極同士を押圧接合して形成される電子部品モジュールに適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１        ：半導体チップ
１ｆ      ：基板対向面
２        ：基板
２ｆ      ：チップ対向面
１１      ：チップ電極領域（チップ電極）
１１ｂ    ：ベース電極領域（チップ電極）
１１ｓ    ：ソース電極領域（チップ電極）
１２      ：チップ電極端子（チップ電極）
１２ｂ    ：ベース電極端子（チップ電極）
１２ｓ    ：ソース電極端子（チップ電極）
２１      ：絶縁層
２２      ：基板電極
２２ｂ    ：ベース接続電極（基板電極）
２２ｓ    ：ソース接続電極（基板電極）
２３      ：突出部
２５      ：接合媒介材料（導電性ペースト）
Ｇ        ：隙間
Ｓ        ：凹部
ｈ１      ：チップ電極高さ
ｈ２      ：突出部高さ
ｈ３      ：突出部実効高さ
【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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【図１２】
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【図１３】
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