(57)【要約】  半導体装置は、金属からなる基板（１）と、基板（１）の上方に配置された第一の金属配線（３）と、第一の金属配線（３）の上方に配置された第一の半導体素子（５ａ）および第二の半導体素子（５ｂ）と、第一の半導体素子（５ａ）および第二の半導体素子（５ｂ）の上方に配置された第二の金属配線（６）とを備えている。さらに第一の半導体素子（５ａ）および第二の半導体素子（５ｂ）のそれぞれと第一の金属配線（３）との間、ならびに、第一の半導体素子（５ａ）および第二の半導体素子（５ｂ）のそれぞれと第二の金属配線（６）との間の少なくともいずれか一方に配置された複数の突起（７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂ）とを備えている。
2015107871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる基板と、
前記基板の上方に配置された第一の金属配線と、
前記第一の金属配線の上方に配置された第一の半導体素子および第二の半導体素子と、
前記第一の半導体素子の上方および前記第二の半導体素子の上方に連続的に配置され、前記第一の半導体素子と前記第二の半導体素子とを電気的に接続する第二の金属配線と、
前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子のそれぞれと前記第一の金属配線との間、ならびに、前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子のそれぞれと前記第二の金属配線との間の少なくともいずれか一方に配置された複数の突起と、
を備えた、半導体装置。
【請求項２】
前記第一の金属配線と前記第一の半導体素子との間、および前記第一の金属配線と前記第二の半導体素子との間に配置された複数の導電部材をさらに備えた、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第二の金属配線と前記第一の半導体素子との間、および前記第二の金属配線と前記第二の半導体素子との間に配置された複数の導電部材をさらに備えた、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の導電部材の材料は半田である、請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記基板と前記第一の金属配線との間に配置された接着シートをさらに備えた、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記接着シートは、
絶縁層と、
前記絶縁層の上面に配置された接着層と、
を有する、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第一の半導体素子はパワー素子であり、
前記第二の半導体素子はダイオードである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第二の金属配線の、前記第一の半導体素子と対向する領域、および前記第二の半導体素子と対向する領域の少なくともいずれか一方には貫通孔が形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記複数の突起は、前記第一の半導体素子と前記第一の金属配線との間に配置された二以上の突起と、前記第二の半導体素子と前記第一の金属配線との間に配置された二以上の突起とを含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記複数の突起は、前記第一の半導体素子と前記第二の金属配線との間に配置された二以上の突起と、前記第二の半導体素子と前記第二の金属配線との間に配置された二以上の突起とを含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記複数の突起のうちの少なくとも一つは、前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子の一方と対向する平坦な面を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記複数の突起のうちの少なくとも一つは、前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子の一方と直接接する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記複数の突起のうちの少なくとも一つは、前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子のいずれとも離れている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記複数の突起は、前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子のそれぞれと前記第一の金属配線との間に配置され、
前記第一の金属配線の下面には、複数の凹部が形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記複数の突起は、前記第一の半導体素子および前記第二の半導体素子のそれぞれと前記第二の金属配線との間に配置され、
前記第二の金属配線の上面には、複数の凹部が形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第二の金属配線は、折れ曲がっていて、前記第一の金属配線と接続されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第一の半導体素子および第二の半導体素子の形状は丸みを帯びた角部を有する形状である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第二の金属配線は、前記第二の金属配線の上面に設けられて、前記複数の突起よりも体積の小さい凸部を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記基板と、前記第一の金属配線と、前記第一の半導体素子と、前記第二の半導体素子と、前記複数の突起と、前記第二の金属配線とを一体的に覆うモールド樹脂部をさらに備え、
前記モールド樹脂部は、第一の領域と、前記第一の領域と異なる誘電率を有する第二の領域とを含む、請求項１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、半導体素子を搭載した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、例えば、産業機器の駆動制御機器、モータを備えた家電の駆動制御機器、電気自動車或いはハイブリッド自動車向けの車載制御機器等として用いられる。半導体装置は、産業機器や家電、自動車等の電力機器の高電力化に対応することが求められている。【０００３】
半導体装置には、パワー素子に代表される半導体素子が搭載されている。従来のこのような半導体装置では長寿命化が困難な場合がある。【０００４】
このような背景技術に近似する例は、下記特許文献１に挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４３３２３号公報
【発明の概要】
【０００６】
半導体装置は、基板と、第一の金属配線と、第一の半導体素子と、第二の半導体素子と、第二の金属配線と、複数の突起とを備えている。基板は金属からなる。第一の金属配線は、基板の上方に配置されている。第一の半導体素子および第二の半導体素子は、第一の金属配線の上方に配置されている。第二の金属配線は、第一の半導体素子の上方および第二の半導体素子の上方に連続的に配置されている。第二の金属配線は、第一の半導体素子と第二の半導体素子とを電気的に接続する。複数の突起は、第一の半導体素子および第二の半導体素子のそれぞれと第一の金属配線との間、ならびに、第一の半導体素子および第二の半導体素子のそれぞれと第二の金属配線との間の少なくともいずれか一方に配置されている。
【０００７】
この半導体装置では、長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施形態の別の半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２は、第２の実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【図３】図３は、第３の実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【図４】図４は、第４の実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【図５】図５は、第５の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。
【図６】図６は、第６の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。
【図７】図７は、第７の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。
【図８】図８は、第８の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。
【図９】図９は、第９の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１．第１の実施形態）
（１−１．概要）
図１Ａは第１の実施形態の半導体装置の断面図である。この半導体装置は高電力を要する電力機器に用いられる。
【００１０】
半導体装置は、金属板１と、リードフレーム３と、第一の半導体素子５ａと、第二の半導体素子５ｂと、バスバー６と、複数の突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂとを備えている。
【００１１】
第一の半導体素子５ａと第二の半導体素子５ｂとは、リードフレーム３とバスバー６との間に配置されている。
【００１２】
突起７１ａ、７２ａは、第一の半導体素子５ａとバスバー６との間に配置されている。突起７１ｂ、７２ｂは、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との間に配置されている。
【００１３】
第１の実施形態では、これらの突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂにより、リードフレーム３とバスバー６との間の距離を長くできる。
【００１４】
近年、電力機器の高電力化により、リードフレーム３とバスバー６との間には高い電圧が印加され、大きな電界が発生している。従来の半導体装置では、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂが設けられていないため、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂがこの電界の影響を受け、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂが劣化することがある。したがって、半導体装置の寿命が短くなることがある。しかしながら第１の実施形態の半導体装置では、リードフレーム３とバスバー６との間の距離を長くすることが出来る。したがって、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの周囲に発生する電界の強度を緩和できる。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの劣化を抑制でき、半導体装置を長寿命化できる。
【００１５】
（１−２．構成）
以下、第１の実施形態の半導体装置の構成について詳細に説明する。
【００１６】
図１Ａに示すように、第１の実施形態の半導体装置は、金属板１と、接着シート２と、リードフレーム３と、半田バンプ４２ａ、４２ｂと、第一の半導体素子５ａと、第二の半導体素子５ｂと、半田バンプ４１ａ、４１ｂと、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂと、バスバー６と、スペーサ８とを備えている。
【００１７】
以下、それぞれの構成要素について説明する。
【００１８】
金属板１は基板に相当する。金属板１は、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂが作動して発生した熱を外部へ放出する。すなわち金属板１は、放熱板としての役割を果たす。金属板１の材料は、例えば銅またはアルミニウムである。金属板１の材料は、剛性がある程度高い金属であれば、銅やアルミニウム以外の金属でもよい。
【００１９】
接着シート２は、金属板１とリードフレーム３とを安定して接着し、固定するものである。接着シート２は、金属板１の上面とリードフレーム３の下面との間に配置されている。接着シート２は複数の層からなる積層構造である。第１の実施形態では、接着シート２は、絶縁層と、絶縁層よりも金属板１から離れた位置に配置された接着層とを有する。すなわち接着シート２は、金属板１の上面に配置された絶縁層と、絶縁層の上面に配置された接着層とを有する。絶縁層の厚みは、１９０μｍ〜２１０μｍ程度である。なお、接着シート２の構成としては、この構成の他、絶縁層の上面と下面とを接着層で挟んだ構成でもよい。この場合、絶縁層はアルミナからなる板であり、接着層は半田からなる層であってもよい。
【００２０】
リードフレーム３は第一の金属配線に相当する。リードフレーム３は金属薄板である。リードフレーム３は、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの下面をグランド電極に接続する配線である。リードフレーム３は、金属板１の上方に配置され、金属板１の上面に接着シート２を介して配置されている。リードフレーム３の材料は、例えば鉄やニッケル等である。
【００２１】
半田バンプ４２ａと半田バンプ４２ｂとは、それぞれ導電部材に相当する。半田バンプ４２ａは、リードフレーム３と第一の半導体素子５ａとの間に配置されている。半田バンプ４２ｂは、リードフレーム３と第二の半導体素子５ｂとの間に配置されている。半田バンプ４２ａ、４２ｂの厚みは、いずれも１００μｍ〜２００μｍである。半田バンプ４２ａ、４２ｂの材料は、錫および銀などの金属を含む合金からなる半田である。半田バンプ４２ａ、４２ｂは、鉛を含まない。ただし半田バンプ４２ａ、４２ｂは、ある程度以上の融点を有し、リードフレーム３と、第一の半導体素子５ａと、第二の半導体素子５ｂとの所定以上の結合力を有していれば、鉛を含んでいてもよい。また半田バンプ４２ａ、４２ｂは、７０μｍ〜９０μｍの直径を有する粒子を含んでいてもよい。これらの粒子の材料は、銀や樹脂であってもよい。
【００２２】
第一の半導体素子５ａはパワー素子である。第一の半導体素子５ａの上面には、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極とが形成されている。第一の半導体素子５ａは、リードフレーム３の上面に半田バンプ４２ａを介して配置されている。第一の半導体素子５ａの上面の外周には、ガードリング９ａが配置されている。ガードリング９ａの形状は、第一の半導体素子５ａの上面から見ると、環状である。ガードリング９ａは、第一の半導体素子５ａから発生する電界の強度を緩和する。ガードリング９ａの材料は金属である。
【００２３】
第二の半導体素子５ｂはダイオードである。第二の半導体素子５ｂは、リードフレーム３の上面に、半田バンプ４２ｂを介して配置されている。第二の半導体素子５ｂの上面の外周には、ガードリング９ｂが配置されている。ガードリング９ｂの形状は、第二の半導体素子５ｂの上面から見ると環状である。ガードリング９ｂは、第二の半導体素子５ｂから発生する電界の強度を緩和する。ガードリング９ｂの材料は金属である。
【００２４】
半田バンプ４１ａと半田バンプ４１ｂとは、それぞれ導電部材に相当する。半田バンプ４１ａは、第一の半導体素子５ａとバスバー６との間に配置されている。半田バンプ４１ｂは、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との間に配置されている。半田バンプ４１ａ、４１ｂの厚みは、それぞれ１００μｍ〜２００μｍである。半田バンプ４１ａ、４１ｂの材料は、半田バンプ４２ａ、４２ｂの材料と同様である。
【００２５】
突起７１ａと、突起７２ａと、突起７１ｂと、突起７２ｂとは、それぞれバスバー６の下面に、バスバー６と一体的に形成されている。突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂは、それぞれいわゆるワイヤーボンディングに用いる金属ワイヤーを溶融して形成したバンプである。突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの材料は金である。
【００２６】
なお、突起７１ａ、７２ａは、第一の半導体素子５ａとバスバー６との間に配置されている。第一の半導体素子５ａの上面に配置される突起７１ａ、７２ａの数は、二以上が好ましい。さらには三以上がより好ましい。これにより突起７１ａ、７２ａは、安定して第一の半導体素子５ａ上に配置される。また突起７１ａ、７２ａは、第一の半導体素子５ａの上面におけるコーナ部分と接触する位置に配置されることが好ましい。これにより突起７１ａ、７２ａは、安定して第一の半導体素子５ａ上に配置される。また突起７１ａ、７２ａの第一の半導体素子５ａと対向する面は、平坦な面である。そしてこれらの突起７１ａ、７２aの平坦な面は、第一の半導体素子５ａに直接接している。これにより突起７１ａ、７２aと、第一の半導体素子５ａとの物理的接続が安定して持続する。また突起７１ａ、７２aと、第一の半導体素子５ａとの電気的接続が安定して持続する。さらに突起７１ａ、７２ａの先端は、第一の半導体素子５ａの隣り合う複数の電極にまたがらない位置に配置されている。これにより複数の電極間の電気的なショートを抑制できる。なお、第１の実施形態では、突起７１ａの周囲に配置される半田バンプ４１ａの体積は、突起７１ａより内側にある突起７２ａの周囲に配置される半田バンプ４１ａの体積よりも小さい。そして突起７１ａの外側の周囲には、できるだけ半田バンプ４１ａが回りこまないようにしている。これにより半田バンプ４１ａが受ける電界の影響を抑制できる。その結果、第一の半導体素子５ａのマイグレーションを抑制し、半導体装置の経時劣化を抑制できる。また隣に配置される他の半導体装置との電気的なショートを抑制できる。
【００２７】
また突起７１ｂと突起７２ｂとは、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との間に配置されている。第二の半導体素子５ｂの上面に配置される突起７１ｂ、７２ｂの数は、二以上が好ましい。さらには三以上がより好ましい。これにより突起７１ｂ、７２ｂは、安定して第二の半導体素子５ｂ上に配置される。また突起７１ｂ、７２ｂは、第二の半導体素子５ｂの上面におけるコーナ部分と接触する位置に配置されることが好ましい。これにより突起７１ｂ、７２ｂは、安定して第二の半導体素子５ｂ上に配置される。また突起７１ｂ、７２ｂの第二の半導体素子５ｂと対向する面は、平坦な面である。そしてこれらの突起７１ｂ、７２ｂの平坦な面は、第二の半導体素子５ｂに直接接している。これにより突起７１ｂ、７２ｂと、第二の半導体素子５ｂとの物理的接続および電気的接続が安定して持続する。さらに突起７１ｂ、７２ｂの先端は、第二の半導体素子５ｂの隣り合う複数の電極にまたがらない位置に配置されている。これにより複数の電極間の電気的なショートを抑制できる。なお、第１の実施形態では、突起７１ｂの周囲に配置される半田バンプ４１ｂの体積は、突起７１ｂより内側にある突起７２ｂの周囲に配置される半田バンプ４１ｂの体積よりも小さい。そして突起７１ｂの外側の周囲には、できるだけ半田バンプ４１ｂが回りこまないようにしている。これにより半田バンプ４１ｂが受ける電界の影響を抑制できる。その結果、第二の半導体素子５ｂのマイグレーションを抑制し、半導体装置の経時劣化を抑制できる。また隣に配置される他の半導体装置との電気的なショートを抑制できる。
【００２８】
バスバー６は第二の金属配線に相当する。バスバー６は金属の板である。バスバー６は、第一の半導体素子５ａの上方に配置され、第一の半導体素子５ａの上面に半田バンプ４１ａを介して配置されている。さらにバスバー６は、第二の半導体素子５ｂの上方に配置され、第二の半導体素子５ｂの上面に半田バンプ４１ｂを介して配置されている。そしてバスバー６は、第一の半導体素子５ａの上方と第二の半導体素子５ｂの上方とを跨るように連続的に配置されている。バスバー６は、第一の半導体素子５ａと第二の半導体素子５ｂとを電気的に接続している。
【００２９】
スペーサ８は、リードフレーム３とバスバー６との間に挟まれている。スペーサ８によりリードフレーム３とバスバー６との間の間隔を一定の間隔に保持できる。
【００３０】
（１−３．製造方法）
以下、第１の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３１】
はじめに、金属板１を用意する。
【００３２】
次に、金属板１上に接着シート２を接着する。
【００３３】
次に、接着シート２上にリードフレーム３を配置し、接着シート２とリードフレーム３とを接着する。
【００３４】
次に、リードフレーム３上に半田バンプ４２ａ、４２ｂを形成する。そしてリードフレーム３の中央部分にスペーサ８を配置する。また半田バンプ４２ａ上に第一の半導体素子５ａを配置する。さらに半田バンプ４２ｂ上に第二の半導体素子５ｂを配置する。
【００３５】
次に、第一の半導体素子５ａ上に半田バンプ４１ａを形成する。また第二の半導体素子５ｂ上に半田バンプ４１ｂを形成する。
【００３６】
次に、バスバー６の所定の位置に、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを形成する。突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの先端に、一体的で平坦な金属の板を押圧し、全ての突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの高さを揃える。
【００３７】
次に、突起７１ａ、７２ａが第一の半導体素子５ａと対向し、突起７１ｂ、７２ｂが第二の半導体素子５ｂと対向するように、バスバー６を配置する。
【００３８】
次に、リフロー工程により、半田バンプ４１ａ、４１ｂと半田バンプ４２ａ、４２ｂとを凝固させる。
【００３９】
以上の工程で、第１の実施形態の半導体装置を製造できる。
【００４０】
（１−４．効果）
以下、第１の実施形態の半導体装置の効果について説明する。
【００４１】
第１の実施形態では、半導体装置の長寿命化を実現できる。その理由を以下に説明する。第１の実施形態では、突起７１ａ、７２ａを設けることにより、第一の半導体素子５ａとバスバー６との間隔を、所定の大きさに保つことができる。また突起７１ｂ、７２ｂを設けることにより、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との間隔を、所定の大きさに保つことができる。これによりリードフレーム３とバスバー６との間の間隔も、所定の大きさに保つことができる。したがって、リードフレーム３とバスバー６との間に大電圧を印加する場合も、リードフレーム３とバスバー６との間に発生する電界の強度を緩和できる。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの劣化を抑制でき、半導体装置を長寿命化できる。なお、自動車関連機器は、使用される環境の変化が激しい。そしてこのような条件下であっても、高い安全性、耐久性および長寿命化が要求される。第１の実施形態の半導体装置は、高い安全性、耐久性を有し、長寿命化を実現できる。したがってこの半導体装置は、自動車関連機器に用いられる半導体装置としても有用である。
【００４２】
また第１の実施形態の半導体装置では、第一の半導体素子５ａ上に複数の突起７１ａ、７２ａが配置され、第二の半導体素子５ｂ上に複数の突起７１ｂ、７２ｂが配置されている。これにより、バスバー６が傾くのを抑制できる。そして第一の半導体素子５ａとバスバー６との距離と、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との距離とを、所定の長さに高精度に保持できる。さらにはバスバー６とリードフレーム３との距離も、所定の長さに高精度に保持できる。
【００４３】
また第１の実施形態では、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂが、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの一方と対向する平坦な面を有する。これにより第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂとバスバー６との電気的接続および物理的接続を向上できる。なお、複数の突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの少なくとも一つが、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの一方と対向する平坦な面を有していてもよい。
【００４４】
（１−５．変形例）
図１Ｂは、第１の実施形態の別の半導体装置の断面図である。
【００４５】
図１Ｂに示すように、バスバー６には、貫通孔６３ａ、６３ｂが設けられている。貫通孔６３ａ、６３ｂは、バスバー６の上面と下面との間を貫通する。
【００４６】
貫通孔６３ａは、バスバー６の、第一の半導体素子５ａと対向する領域に設けられている。すなわち貫通孔６３ａは、バスバー６の、半田バンプ４１ａと対向する領域に設けられている。
【００４７】
貫通孔６３ｂは、バスバー６の、第二の半導体素子５ｂと対向する領域に設けられている。すなわち貫通孔６３ｂは、バスバー６の、半田バンプ４１ｂと対向する領域に設けられている。
【００４８】
このように貫通孔６３ａを設けることにより、半導体装置の製造工程において、半田バンプ４１ａに気泡が発生しても、気泡の空気を、貫通孔６３ａを介して放出できる。同様に、貫通孔６３ｂを設けることにより、半田バンプ４１ｂに発生する気泡の空気を放出できる。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂと、バスバー６との結合力を向上できる。またその結合力を長期間維持できる。
【００４９】
なお、バスバー６の、第一の半導体素子５ａと対向する領域、および第二の半導体素子５ｂと対向する領域の、少なくともいずれか一方に貫通孔を形成してもよい。この場合は、貫通孔に対向する半田バンプの気泡を低減できる。
【００５０】
なお、第１の実施形態では、リードフレーム３とバスバー６との間にスペーサ８を設けているが、スペーサ８は必ずしも必要な構成要素ではない。スペーサ８が無い場合も、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを設けることにより、バスバー６が傾くのを抑制できる。また突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを設けることにより、リードフレーム３とバスバー６との間の間隔を安定して所定の大きさに保つことができる。
【００５１】
また第１の実施形態では、導電部材として半田バンプ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを用いたが、半田バンプ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ以外でもよい。例えば金や、銀ペースト、金属微粒子を含む樹脂からなる導電性接着剤等を用いて、導電部材を形成してもよい。
【００５２】
また第１の実施形態では、第一の半導体素子５ａはパワー素子であり、第二の半導体素子５ｂはダイオードであるが、第一の半導体素子５ａ、第二の半導体素子５ｂは、その他の半導体素子であってもよい。
【００５３】
（２．第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の半導体装置の断面を示す図である。なお、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００５４】
第２の実施形態の半導体装置は、図２に示すように、第一の半導体素子５ａとリードフレーム３との間に、突起７３ａと、突起７４ａとを備えている。また、第二の半導体素子５ｂとリードフレーム３との間に、突起７３ｂと、突起７４ｂとを備えている。
【００５５】
突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂは、それぞれリードフレーム３の上面に、リードフレーム３と一体的に形成されている。突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂは、それぞれ金属を溶融して形成したバンプである。第一の半導体素子５ａの下面に配置される突起７３ａ、７４ａの数は、二以上が好ましい。さらには三以上がより好ましい。これにより第一の半導体素子５ａは、安定して突起７３ａ、７４ａ上に配置される。また、突起７３ａ、７４ａの先端は、第一の半導体素子５ａの下面におけるコーナ部分と接することが好ましい。これにより第一の半導体素子５ａは突起７３ａ、７４ａ上に安定して配置される。また突起７３ａ、７４ａの第一の半導体素子５ａと対向する面は、平坦な面である。そしてこれらの突起７３ａ、７４aの平坦な面は、第一の半導体素子５ａに直接接している。これにより、突起７３ａ、７４aと第一の半導体素子５ａとの物理的接続および電気的接続が安定して持続する。なお、第２の実施形態では、突起７３ａの周囲に配置される半田バンプ４２ａの体積は、突起７３ａより内側にある突起７４ａの周囲に配置される半田バンプ４２ａの体積よりも小さい。そして突起７３ａの外側の周囲には、できるだけ半田バンプ４２ａが回りこまないようにしている。これにより半田バンプ４２ａが受ける電界の影響を抑制できる。その結果、第一の半導体素子５ａのマイグレーションを抑制し、半導体装置の経時劣化を抑制できる。また隣接して配置される他の半導体装置との電気的なショートを抑制できる。
【００５６】
また第二の半導体素子５ｂの下面に配置される突起７３ｂ、７４ｂの数は、二以上が好ましい。さらには三以上がより好ましい。これにより第二の半導体素子５ｂは、安定して突起７３ｂ、７４ｂ上に配置される。また突起７３ｂ、７４ｂの先端は、第二の半導体素子５ｂの下面内におけるコーナ部分と接することが好ましい。これにより第二の半導体素子５ｂは、突起７３ｂ、７４ｂ上に安定して配置される。また、突起７３ｂ、７４ｂの、第二の半導体素子５ｂと対向する面は、平坦な面である。そしてこれらの突起７３ｂ、７４ｂの平坦な面は、第二の半導体素子５ｂに直接接している。これにより、突起７３ｂ、７４ｂと第二の半導体素子５ｂとの物理的接続および電気的接続が安定して持続する。なお、第２の実施形態では、突起７３ｂの周囲に配置される半田バンプ４２ｂの体積は、突起７３ｂより内側にある突起７４ｂの周囲に配置される半田バンプ４２ｂの体積よりも小さい。そして突起７３ｂの外側の周囲には、できるだけ半田バンプ４２ｂが回りこまないようにしている。これにより半田バンプ４２ｂが受ける電界の影響を抑制できる。その結果、第二の半導体素子５ｂのマイグレーションを抑制し、半導体装置の経時劣化を抑制できる。また隣接して配置される他の半導体装置との電気的なショートを抑制できる。
【００５７】
なお、突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂは、第１の実施形態で示す製造方法において、接着シート２上にリードフレーム３を配置する前、あるいは配置した後の工程で形成されていてもよい。
【００５８】
第２の実施形態では、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを設けることで、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂと、バスバー６との間隔を所定の大きさに保つことができる。そしてさらに、突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂを設けることで、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂとリードフレーム３との間隔を所定の大きさに保つことができる。したがって、リードフレーム３とバスバー６との距離を所定の長さに確保することができる。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂが受ける電界の影響を緩和でき、半導体装置を長寿命化できる。
【００５９】
また第２の実施形態では、突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂが、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの一方と対向する平坦な面を有する。これにより第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂとリードフレーム３との電気的接続および物理的接続を向上できる。なお、複数の突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂの少なくとも一つが平坦な面を有していてもよい。
【００６０】
（３．第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態の半導体装置の断面を示す図である。なお、第１の実施形態または第２の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００６１】
第３の実施形態の半導体装置は、図３に示すように、第一の半導体素子５ａとリードフレーム３との間に突起７３ａ、７４ａが配置され、第二の半導体素子５ｂとリードフレーム３との間に突起７３ｂ、７４ｂが配置されている。第一の半導体素子５ａとバスバー６との間、および第二の半導体とバスバー６との間には、突起が配置されていない。第一の半導体素子５ａとバスバー６との間は半田バンプ４１ａにより接続され、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との間は半田バンプ４１ｂにより接続されている。
【００６２】
第３の実施形態では、突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂを設けることで、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂとリードフレーム３との間隔を所定の大きさに保つことができる。したがって、リードフレーム３とバスバー６との距離を所定の長さ以上に確保することができる。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂが受ける電界の影響を緩和でき、半導体装置を長寿命化できる。
【００６３】
（４．第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態の半導体装置の断面を示す図である。なお、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００６４】
第４の実施形態の半導体装置は、図４に示すように、第一の半導体素子５ａ上に設けられた突起７１ａ、７２ａのうち、突起７２ａは第一の半導体素子５ａと直接接している。一方突起７１ａは第一の半導体素子５ａと直接接しておらず、第一の半導体素子５ａと離れている。また第二の半導体素子５ｂ上に設けられた突起７１ｂ、７２ｂのうち、突起７２ｂは第二の半導体素子５ｂと直接接している。一方突起７１ｂは第二の半導体素子５ｂと直接接しておらず、第二の半導体素子５ｂと離れている。
【００６５】
第４の実施形態では、突起７２ａは第一の半導体素子５ａと直接接するため、第一の半導体素子５ａとバスバー６との間の導電性を高めることができる。また突起７２ｂは第二の半導体素子５ｂと直接接するため、第二の半導体素子５ｂとバスバー６との間の導電性を高めることができる。
【００６６】
また突起７１ａは第一の半導体素子５ａと離れている。これにより第一の半導体素子５ａと突起７１ａとの間には半田バンプ４１ａが流れ込む。そして基板１を水平に置いた場合に、基板１とバスバー６との平行性を高めることができる。さらに突起７１ｂは第二の半導体素子５ｂと離れている。これにより第二の半導体素子５ｂと突起７１ｂとの間には半田バンプ４２ａが流れ込み、基板１とバスバー６との平行性を高めることができる。
【００６７】
すなわち、複数の突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂのうちの少なくとも一つは、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの一方と直接接する構成とすることで、導電性を向上できる。
【００６８】
一方で、複数の突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂのうちの少なくとも一つは、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂのいずれとも離れている構成とすることで、バスバー６と基板１との平行性を向上できる。
【００６９】
（５．第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。第５の実施形態において、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。第５の実施形態と第１の実施形態との主な違いは、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの構成および製造方法である。
【００７０】
突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂは、バスバー６をパンチング加工することにより形成されている。すなわち第５の実施形態では、バスバー６の上面を、金型を用いて下方へ押圧し、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを形成している。これによりバスバー６の上面には複数の凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂが形成される。複数の凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂのそれぞれは、複数の突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂのそれぞれと対になる。凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂの形状は、半楕円球状である。凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂの形状は、半楕円球状以外でもよく、直方体形状や、直線形状でもよい。
【００７１】
第５の実施形態では、バスバー６の上面に凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂが形成されているため、バスバー６の可撓性が向上する。したがって、半田バンプ４１ａ、４１ｂのリフロー工程などで半田バンプ４１ａ、４１ｂが熱膨張すると、バスバー６が弾性変形する。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂへの応力負荷を低減できる。そして、バスバー６と、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂのそれぞれとの間の電気的抵抗が均一化し、電位が安定する。
【００７２】
また第５の実施形態では、半導体装置をモールド樹脂で被覆する場合に、凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂの内部にモールド樹脂が入り込む。したがって、モールド樹脂とバスバー６の上面との接着性が向上する。モールド樹脂とバスバー６との間に隙間ができ難くなり、モールド樹脂からの水分が隙間へ溜まるなどの課題を抑制できる。
【００７３】
（６．第６の実施形態）
図６は、第６の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。第６の実施形態では、第３の実施形態と同様に、リードフレーム３と第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂのそれぞれとの間に突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂが配置されている。第６の実施形態において、第３の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００７４】
第６の実施形態と第３の実施形態との主な違いは、突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂの構成および製造方法である。
【００７５】
図６に示す突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂは、リードフレーム３をパンチング加工することにより形成されている。すなわち第６の実施形態では、リードフレーム３の下面を、金型を用いて上方へ押圧し、突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂを形成している。これにより、リードフレーム３の下面には複数の凹部３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂが形成される。複数の凹部３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂのそれぞれは、複数の突起７３ａ、７４ａ、７３ｂ、７４ｂのそれぞれと対になる。凹部３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの形状は、半楕円球状である。凹部３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの形状は、半楕円球状以外でもよく、直方体形状や、直線形状でもよい。
【００７６】
第６の実施形態では、リードフレーム３の下面に凹部３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂが形成されているため、リードフレーム３の可撓性が向上する。したがって、半田バンプ４２ａ、４２ｂのリフロー工程などで半田バンプ４２ａ、４２ｂが熱膨張しても、リードフレーム３が弾性変形する。よって、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂへの応力負荷を低減できる。その結果、リードフレーム３と第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂのそれぞれとの間の電気的抵抗が均一化し、電位が安定する。
【００７７】
（７．第７の実施形態）
図７は、第７の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。第７の実施形態では、第５の実施形態と同様に、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂがパンチング加工により形成されている。またバスバー６の上面には、凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂが形成されている。第７の実施形態において、第５の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００７８】
第７の実施形態と第５の実施形態との主な違いは、バスバー６の構成である。バスバー６は折り曲げられて、リードフレーム３と接続されている。バスバー６とリードフレーム３とは半田によって接着されている。
【００７９】
第７の実施形態では、バスバー６が折り曲げられているため、バスバー６の可撓性が向上する。したがって、半田バンプ４１ａ、４１ｂのリフロー工程などで半田バンプ４１ａ、４１ｂが熱膨張すると、バスバー６が弾性変形する。その結果、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂへの応力負荷を低減できる。そして、バスバー６と第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂのそれぞれとの間の電気的抵抗が均一化し、電位が安定する。
【００８０】
また第７の実施形態では、第一の半導体素子５ａの上面に形成されたソース電極は、バスバー６を介してリードフレーム３へ接続されている。すなわちソース電極は、リードフレーム３を介してグランドへ接続されている。したがって、ソース電極と第一の半導体素子５ａの下面との間に電位が発生するのを抑制し、電流コプラスを低減できる。
【００８１】
（８．第８の実施形態）
図８は、第８の実施形態の半導体装置の要部を示す断面図である。第８の実施形態では、第５の実施形態と同様に、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂがパンチング加工により形成されている。またバスバー６の上面には、凹部６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂが形成されている。第８の実施形態において、第５の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００８２】
第８の実施形態と第５の実施形態との主な違いは、バスバー６の構成と、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの構成である。
【００８３】
バスバー６の上面には、凸部６４と凸部６５とが形成されている。凸部６４、６５の体積は、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの体積よりも小さい。これらの凸部６４、６５の先端は、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂの先端よりも面積が小さく、鋭利である。ここで、バスバー６は、図８に示す下面から上面に向かって、金属の板を打ち抜き加工することにより形成されている。したがってバスバー６の上面には、いわゆるバリと呼ばれる凸部６４、６５が形成される。第８の実施形態では、凸部６４、６５が形成される面と反対側の面に、突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを形成している。
【００８４】
第８の実施形態では、細い先端を有する凸部６４、６５をバスバー６の上面に配置しているため、下面に配置する場合と比較して、凸部６４、６５に電界が集中するのを抑制できる。
【００８５】
また半導体装置をモールド樹脂で被覆する場合、凸部６４、６５により、モールド樹脂とバスバー６の上面との密着性を向上できる。
【００８６】
さらに第８の実施形態では、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂの形状は、丸みを帯びた角部を有する形状である。これにより第８の実施形態では、第一の半導体素子５ａおよび第二の半導体素子５ｂへ電界が集中しにくくなる。
【００８７】
（９．第９の実施形態）
図９は、第９の実施形態の半導体装置を示す断面図である。第９の実施形態において、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００８８】
第９の実施形態では、図１Ａに示す第１の実施形態の半導体装置を、モールド樹脂で被覆している。すなわち図９に示す半導体装置は、金属板１と、リードフレーム３と、第一の半導体素子５ａと、第二の半導体素子５ｂと、複数の突起７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂと、バスバー６とを一体的に覆うモールド樹脂部１０を備えている。
【００８９】
モールド樹脂部１０は、第一の領域１０ａと、第二の領域１０ｂと、第三の領域１０ｃとを有する。第一の領域１０ａの材料と、第三の領域１０ｃの材料とは同じである。したがって第一の領域１０ａの誘電率と第三の領域１０ｃの誘電率も同じである。一方、第二の領域１０ｂの材料は、第一の領域１０ａおよび第三の領域１０ｃの材料と異なる。したがって第二の領域１０ｂの誘電率は、第一の領域１０ａおよび第三の領域１０ｃの誘電率と異なる。例えば第一の領域１０ａおよび第三の領域１０ｃで強い電界が発生する場合、第一の領域１０ａと第三の領域１０ｃの誘電率を、第二の領域１０ｂの誘電率よりも低くすることで、電界の集中を均一化できる。
【００９０】
なお、上記実施形態１〜９において、「上面」、「下面」、「上方」、「下方」等の方向に関する名称は、図面の向きに合わせた便宜上の方向に基づく名称である。したがって、半導体装置を配置する方向や、視認する方向によって、これらの名称が異なってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
上記実施形態の半導体装置は、半導体素子の劣化を抑制できる。したがって、高い信頼性が要求される、自動車等の移動体向けの制御機器や、家電の駆動制御機器等に有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１  金属板（基板）
２  接着シート
３  リードフレーム（第一の金属配線）
３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ  凹部
４１ａ，４２ａ  半田バンプ（導電部材）
４１ｂ，４２ｂ  半田バンプ（導電部材）
５ａ  第一の半導体素子
５ｂ  第二の半導体素子
６  バスバー（第二の金属配線）
６１ａ，６２ａ，６１ｂ，６２ｂ  凹部
６３ａ，６３ｂ  貫通孔
６４，６５  凸部
７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ，７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂ  突起
８  スペーサ
９ａ，９ｂ  ガードリング
１０  モールド樹脂部
１０ａ  第一の領域
１０ｂ  第二の領域
１０ｃ  第三の領域
【図１Ａ】
2015107871.tif 000003
【図１Ｂ】
2015107871.tif 000004
【図２】
2015107871.tif 000005
【図３】
2015107871.tif 000006
【図４】
2015107871.tif 000007
【図５】
2015107871.tif 000008
【図６】
2015107871.tif 000009
【図７】
2015107871.tif 000010
【図８】
2015107871.tif 000011
【図９】
2015107871.tif 000012
【国際調査報告】
2015107871.tif 000013
2015107871.tif 000014
2015107871.tif 000015
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