(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板上に、シート状の焼結性の接合材を配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記接合材の上に半導体素子を配置する工程と、
（ｃ）前記接合材を、前記基板と前記半導体素子との間で圧力を加えながら焼結する工程と、
を備え、
前記接合材はＡｇ又はＣｕの微粒子を含み、当該微粒子は有機膜で包まれ、
（ｄ）前記工程（ａ）の前に、吸着コレットを用いてシート状の焼結性の接合材から前記接合材を切り出す工程をさらに備え、
前記工程（ａ）において、切り出した前記接合材を前記吸着コレットで搬送して前記基板上に配置する、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シート状の焼結性の接合材の厚みは均一である、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記基板は、ＳｉＮもしくはＡｌＮからなる絶縁基板であり、
前記絶縁基板の前記半導体素子側の表面にはＣｕを含む回路パターンが形成されている、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記基板はＣｕを含む導電性基板である、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記（ｄ）において、前記シート状の焼結性の接合材から、前記半導体素子の接合に供される面と同じ大きさの前記接合材を切り出す、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｄ）において、前記吸着コレットにより切り出される前記接合材の面積は、前記半導体素子の接合に供される面の面積と等しい、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記接合材は、クッション性およびタック性を有する、
請求項１から請求項６のいずれか一項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】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置内の基板と半導体素子の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境規制の高まりから、環境問題に配慮した高効率、省エネな半導体装置の需要が高まっている。半導体装置は、産業機器、モータを備えた家電の駆動制御機器、電気自動車、ハイブリッド自動車向けの車載制御機器、鉄道制御機器、太陽光発電の制御機器等に用いられており、高電力に対応することが求められている。
【０００３】
特に車載制御機器や鉄道制御機器では、省エネルギーの観点や電気エネルギーの変換ロスを抑える観点から、半導体装置が高負荷環境下（高温度環境下）において用いられるようになっている。つまり、高温度環境下でも高効率、低損失で動作することが求められている。具体的には、これまでの通常の動作温度（ジャンクション温度）は１２５℃から１５０℃であったが、今後は１７５℃から２００℃またはそれ以上の高温環境下での動作が要求される。
【０００４】
そこで、上記高温環境下で、スイッチングロスを抑制し低損失化、高温状態での高効率化を図るべく、半導体モジュールの材料、構造を見直す必要があった。特に、半導体装置内の配線接続部（接合部）が最も劣化し易く、配線接続部の高品質、高信頼性、高寿命化の実現が大きな課題であった。また、高価な焼結性の材料のコスト削減を図る必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００４６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、焼結接合材の開発が進んでいるが、製品適用にあたっては、コスト抑制、接合品質および信頼性を保持するのが難しかった。
【０００７】
従来、焼結接合材はペースト状であり、マスクを用いたスクリーン印刷もしくはシリンジにて塗布していた。そのため、接合材の厚みが均一にならず、接合材表面に凹凸ができる問題があった。
【０００８】
また、焼結性の接合材は、はんだ材と比較して高価な材料である。例えば、スクリーン印刷によって接合材を配置する際に、接合材の一部が無駄になってしまう問題があった。
【０００９】
また、半導体素子との接合面において接合材がはみ出ると、接合材を焼結する際に一部の接合材が加圧されないため、焼結後に加圧されなかった焼結材が脱落する可能性があった。
【００１０】
また、従来は、ペースト状の接合材を配置し、乾燥させてから、その上に半導体素子を配置していた。このため、半導体素子を配置する際に、半導体素子がダメージを受けたり、後の工程において半導体素子の位置がずれることがあった。
【００１１】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、焼結性の接合材の材料コストの増大を抑制し、かつ高品質の接合を行う半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）基板上に、シート状の焼結性の接合材を配置する工程と、（ｂ）工程（ａ）の後、接合材の上に半導体素子を配置する工程と、（ｃ）接合材を、基板と半導体素子との間で圧力を加えながら焼結する工程と、を備え、接合材はＡｇ又はＣｕの微粒子を含み、微粒子は有機膜で包まれ、（ｄ）工程（ａ）の前に、吸着コレットを用いてシート状の焼結性の接合材から接合材を切り出す工程をさらに備え、工程（ａ）において、切り出した接合材を吸着コレットで搬送して基板上に配置する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明において、接合材は焼結性を有した接合材であり、接合材はＡｇ又はＣｕの微粒子を含み、微粒子は有機膜で包まれている。従って、接合材を、高温動作対応の半導体装置の接合に適用できる。よって、半導体装置の高品質および高信頼性を確保することができる。
【００１４】
また、本発明において、シート状の接合材は半生の状態であるため、半導体素子に優しく、そして溶剤が十分に揮発していないので、タック性も備えている。よって、半導体素子を接合材上に配置したとき、半導体素子が接合材に十分接着し固定保持される。従って、接合材の焼結工程（加熱加圧工程）において、半導体素子の位置ずれ、半導体素子へのダメージなどが抑制される。
【００１５】
本発明ではシート状の接合材を用いるため、接合材表面の凹凸が抑えられる。特に、シート状の接合材を用いることにより、スクリーン印刷の課題であるドッグイヤー（表面の凸部）が解消する。よって、接合部の接合品質が向上する。
【００１６】
本発明では、シート状の接合材を使用するため、大判のシート状の接合材から必要な分だけ接合材を切り出して使用すれば、接合材の無駄がなくなり、製造コストの削減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】シート状の接合材の切り出しを説明する図である。
【図４】絶縁基板への接合材の配置を説明する図である。
【図５】接合材への半導体素子の配置を説明する図である。
【図６】吸着コレットの変形例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本実施の形態１における半導素子装置の断面図である。本実施の形態における半導体装置は、高温環境下で使用され高温動作可能な半導素子装置である。ここで、高温とは例えば１７５℃から２００℃またはそれ以上を指す。
【００１９】
本実施の形態１における半導体装置は、絶縁性の基板である絶縁基板３と、絶縁基板３に接合された半導体素子１と、絶縁基板３と半導体素子１とを接合する焼結性の接合材２ａとを備える。絶縁基板３の表面には回路パターンが形成されている。回路パターンと半導体素子１の裏面電極とは、焼結性の接合材２ａにより接合されている。
【００２０】
絶縁基板３の半導体素子１と反対側の面は、接合材２ｂを介して放熱板４に接合されている。ここで、接合材２ｂは、焼結性の接合材又は高温に耐性のあるはんだ材である。
【００２１】
放熱板４とケース６は接着剤９により接着されている。ケース６は半導体装置の外郭となる。つまり、ケース６は絶縁基板３、半導体素子１、ワイヤ５の周囲を囲んでいる。樹脂からなるケース６は、電極７と一体成型されている。半導体素子１の上面電極と電極７は、ワイヤ５により接続されている。また、図１には示していないが、ケース６内部に、駆動回路や保護回路を搭載する制御基板を配置する場合がある。
【００２２】
さらに、ケース６内部には封止材８が注入されることにより、絶縁基板３、半導体素子１およびワイヤ５が封止されている。
【００２３】
以下、各構成要素について詳しく述べる。なお、以下で述べる各構成要素の寸法は一例であり、記載の寸法に限定するものではない。
【００２４】
放熱板４は、例えば、一辺の長さが３０ｍｍから３００ｍｍ、厚さが３ｍｍから５ｍｍである。放熱板４は、Ｃｕ、ＡｌもしくはＡｌ−ＳｉＣ複合体からなる熱容量の大きい放熱板である。放熱板４と絶縁基板３とを接合する接合材２ｂは、約２０から１００μｍの厚みの焼結性の接合材、もしくは、約１００から３００μｍの厚みのはんだ接合材である。
【００２５】
絶縁基板３の厚みは０．２ｍｍから３ｍｍである。また絶縁基板３の厚みは均一である。絶縁基板３の材質は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３もしくはＺｒＡｌ２Ｏ３である。
【００２６】
半導体素子１は、例えば電力用半導体素子であり、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等の大電力を扱う半導体素子である。半導体素子１は、例えば、ＡＣ出力に対応すべく３相回路を形成している。なお、半導体素子１はＳｉ製のＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードに限らず、ＳｉＣもしくはＧａＮ製でもよい。例えば、半導体素子１がＩＧＢＴである場合、半導体素子１の底面に備わる裏面電極はコレクタ電極であり、半導体素子１の表面に備わる上面電極はエミッタ電極とゲート電極である。
【００２７】
半導体素子１が３相回路を形成する場合、半導体素子１（例えばダイオード、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等）は、各相毎に、絶縁基板３上の回路パターンとアルミニウム製のワイヤ７等でワイヤボンディングされ、電子機器内において配線接続されている。
【００２８】
半導体素子１（例えばＩＧＢＴ）の上面電極（エミッタ電極）はワイヤ５によって、隣接する半導体素子１（例えばダイオード）の電極と接続される。また電極７の一部は、ケース６外部のモータ等の電動機、バッテリやハーネスへと接続される。
【００２９】
ケース６は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、エポキシ等の樹脂からなる。電極７は、外部との入出力を行うＡＣ出力端子、入出力端子および制御を行う信号端子であり、厚さ１ｍｍほどの銅もしくは銅合金からなる。電極７はケース６と一体成型されている。
【００３０】
図１には示していないが、ケース６内部に制御基板が搭載される場合は、電極７の一部は駆動回路や保護回路を搭載した制御基板に接続される。電極７にはスイッチングを行なうための制御信号が入力される。制御基板は、電極７により支持されて絶縁基板３の上方において絶縁基板３にほぼ平行な状態に配置される。
【００３１】
封止材８は、Ｓｉをベースにした絶縁性のゲル材料もしくはエポキシ樹脂である。なお、封止材８にゲル材料を採用する場合、ケース６の開口は、接着剤を介して蓋（図示せず）で塞がれる。
【００３２】
接合材２ａは、半導体素子１の接合に供される面である接合面と同一の面積である。なお、本実施の形態１において、半導体素子１の接合に供される面である接合面とは、半導体素子１の底面である。具体的には、例えば、半導体素子１の底面は一辺が４ｍｍから１８ｍｍであり、接合材２ａの各辺の長さは半導体素子１と等しい。
【００３３】
図３に示すように、接合材２ａはシート状である。接合材２ａの厚みは４０μｍから２００μｍの範囲内である。接合材２ａの厚みは均一である。図１に示すように、接合材２ａは、従来のペースト状の接合材の場合のように、半導体素子１との接合面からはみ出した部分がない。よって、はみ出した接合材の一部が欠落しケース６内部においてショートする可能性がない。
【００３４】
半導体素子１と絶縁基板３の接合部において、焼結後の接合材２ａの厚みは、２０μｍから１００μｍ程度となる。はんだ接合においては、接合部の信頼性を確保するために、はんだの厚みが１０００μｍ以上必要であった。一方、焼結性の接合材２ａを用いた場合、厚みが１００μｍ以下であっても信頼性には影響しない。また熱伝導率がはんだよりも優れているので、放熱性も好ましい（１００から２５０Ｗ／ｍ・ｋ）。
【００３５】
接合材２ａはシート形状であり、ナノサイズの微小金属粒子、溶剤および表面安定剤を含む。微小金属粒子は、直径１ｎｍ以上のＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔなどである。微小金属粒子の表面は有機保護膜により覆われている。接合材２ａをナノもしくはマイクロサイズの微小金属粒子とすることにより、融点降下が起こり、接合材固有の溶融温度よりも低い温度で焼結接合を行うことが可能となる。接合後は、バルク材同等に高融点化し、高い耐熱性と信頼性が得られる。
【００３６】
接合材２ａに含まれる微小金属粒子がＡｇである場合、１８０℃から３５０℃で加熱をしながら、接合材２ａを半導体素子１と絶縁基板３の間で加圧する。接合後は、接合材２ａは９００℃前後の耐熱性を得る。従って、接合材２ａを高温動作する半導体装置に適用することができる。
【００３７】
＜製造方法＞
図２は、本実施の形態１の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。まず、図３に示すように、大判のシート状の焼結性接合材２から、接合材２ａを切り出す（ステップＳ１０１）。ここで、切り出す接合材２ａの面積は、半導体素子１の接合に供される面（底面）の面積と等しい。接合材２ａの切り出しは図４に示す吸着コレット２０を用いて行う。ここで、吸着コレット２０の底面（吸着面）の面積は、切り出す接合材２ａの面積と等しいとする。まず、加熱された吸着コレット２０をシート状の焼結性接合材２に対して押圧する。シート状の焼結性接合材２はタック性を有するため、押圧された領域の焼結性接合材２が吸着コレット２０の吸着面に転写される。そして、吸着コレット２０を引き上げると、吸着コレット２０に転写された焼結性接合材２（即ち接合材２ａ）がシート状の焼結性接合材２から分離される。吸着コレット２０で接合材２ａを切り出した後、そのまま吸着コレット２０で接合材２ａを吸着して搬送する（ステップＳ１０２）。そして、図４に示すように、絶縁基板３上に接合材２ａを配置する（ステップＳ１０３）。図４には示していないが、絶縁基板３上には回路パターンが形成されており、その回路パターン上に接合材２ａが配置される。
【００３８】
次に、接合材２ａの上に半導体素子１を配置する（ステップＳ１０４）。図５（ａ）、図５（ｂ）は、接合材２ａ上に配置された半導体素子１の断面図と平面図である。半導体素子１は接合材２ａと平面視で重なるように配置される。半導体素子１と接合材２ａは同じ面積のため、接合面において接合材２ａがはみ出すことがない。接合材２ａはタック性を有するため、接合材２ａ上に半導体素子１を配置することで、半導体素子１が接合材２ａに密着する。
【００３９】
そして、接合材２ａの焼結を行う（ステップＳ１０５）。マウント（搭載）した半導体素子１の接合面と絶縁基板３との間で接合材２ａを加圧しながら接合材２ａの焼結を行う。加圧および加熱の処理は加熱加圧装置により行われる。加熱温度は１８０℃から３５０℃の範囲、加圧力は５ＭＰａから３０ＭＰａの範囲であり、この状態を１０から１８０秒保つことで接合を行う。この加圧および加熱処理により、絶縁基板３と半導体素子１とが接合材２ａを介して接合される。なお、加熱加圧装置にて加熱および加圧処理を行う工程において、複数の絶縁基板３を一括して処理してもよい。
【００４０】
次に、絶縁基板３下面と放熱板４との接合を行う（ステップＳ１０６）。接合は高温耐性を有するはんだ、または、接合材２ａと同じ材質の接合材により行われる。なお、絶縁基板３下面と放熱板４との接合を焼結性の接合材により行う場合は、半導体素子１と絶縁基板３とを接合する際に、絶縁基板３を焼結性の接合材を介して放熱板４上にマウントしておき、加熱加圧設備によって同時に接合を行ってもよい。つまり、ステップＳ１０５とＳ１０６を同時に行ってもよい。
【００４１】
次に、放熱板４にケース６を固定する（ステップＳ１０７）。固定は例えば接着剤９により行う。そして、半導体素子１の上面電極間、または半導体素子１の上面電極と電極７との間をワイヤで接続する（ステップＳ１０８）。ワイヤは例えばＡｌ、Ｃｕなどの導電性材料からなる。ワイヤの接続はワイヤボンディングにより行われる。
【００４２】
最後に、ケース６内部を封止材８で充填する（ステップＳ１０９）。つまり、封止材８により、絶縁基板３、半導体素子１、ワイヤ５および必要に応じて制御基板（図示せず）が封止される。以上の工程を経て、本実施の形態１における半導体装置が製造される。
【００４３】
なお、本実施の形態１では、シート状の焼結性接合材２のタック性を利用して接合材２ａの切り出しを行ったが、抜き型を用いて接合材２ａの切り出してもよい。図６は、図４の吸着コレット２０の変形例である吸着コレット２０Ａを示す図である。図６に示すように、吸着コレット２０Ａの吸着面には抜き型が設けられている。吸着コレット２０Ａの抜き型部分をシート状の焼結性接合材２に押圧することにより、抜き型に囲まれた領域に相当する焼結性接合材２（即ち接合材２ａ）がシート状の焼結性接合材２から切り出される。
【００４４】
＜効果＞
本実施の形態１における半導体装置の製造方法は、（ａ）基板（絶縁基板３）上に、シート状の焼結性の接合材２ａを配置する工程と、（ｂ）工程（ａ）の後、接合材２ａの上に半導体素子１を配置する工程と、（ｃ）前記接合材２ａを、基板と半導体素子１との間で圧力を加えながら焼結する工程と、を備え、接合材２ａはＡｇ又はＣｕの微粒子を含み、微粒子は有機膜で包まれている。
【００４５】
本実施の形態１において、接合材２ａは焼結性を有した接合材であり、接合材２ａはＡｇ又はＣｕの微粒子を含み、微粒子は有機膜で包まれている。従って、接合材２ａを、高温動作対応の半導体装置の接合に適用できる。よって、半導体装置の高品質および高信頼性を確保することができる。
【００４６】
また、本実施の形態１において、シート状の接合材２ａは半生の状態であるため、半導体素子１に優しく、そして溶剤が十分に揮発していないので、タック性も備えている。よって、半導体素子１を接合材２上に配置したとき、半導体素子１が接合材２ａに十分接着し固定保持される。従って、接合材２ａの焼結工程（加熱加圧工程）において、半導体素子１の位置ずれ、半導体素子１へのダメージなどが抑制される。
【００４７】
従来は、ペースト状の接合材を、マスクを用いたスクリーン印刷もしくはシリンジにて基板に塗布していた。そのため、接合材を均一な厚みで配置するのが難しかった。本実施の形態１では均一な厚みを有するシート状の接合材を用いるため、接合材表面の凹凸が抑えられる。特に、シート状の接合材を用いることにより、スクリーン印刷の課題であるドッグイヤー（表面の凸部）が解消する。よって、本実施の形態１では、ペースト状の接合材を用いる場合と比較して、接合部の接合品質が向上する。また、接合材２ａにおいてポーラス領域の発生が抑制されるため、接合信頼性が向上する。
【００４８】
また、従来は、はんだ材と比較して高価な材料であるペースト状の接合材を用いてスクリーン印刷を行う際、安定した印刷厚を確保するため必要以上の接合材をマスク上へ投入し、過剰な接合材が無駄になっていた。また、スキージに残存した接合材も無駄になっていた。本実施の形態１では、大判のシート状の接合材２から必要な分だけ接合材２ａを切り出して使用する。よって、接合材の無駄がなくなり、製造コストの削減が可能である。また、本実施の形態１では、ペースト状の接合材を用いる場合と比較して、接合材の印刷、乾燥工程が不要になり、生産設備への投資、生産コストを削減できる。
【００４９】
また、本実施の形態１における半導体装置の製造方法において、シート状の焼結性の接合材２ａの厚みは均一である。
【００５０】
従って、本実施の形態１では、ペースト状の接合材を用いる場合と比較して、接合材表面の凹凸が抑えられる。特に、シート状の接合材を用いることにより、スクリーン印刷の課題であるドッグイヤー（表面の凸部）が解消する。よって、接合部の接合品質が向上する。また、接合材２ａにおいてポーラス領域の発生が抑制されるため、接合信頼性が向上する。
【００５１】
また、本実施の形態１における半導体装置の製造方法において、基板は、ＳｉＮもしくはＡｌＮからなる絶縁基板３であり、絶縁基板３の半導体素子１側の表面にはＣｕを含む回路パターンが形成されている。従って、高い熱伝導性および高い絶縁耐性を有する絶縁基板を得ることが可能である。
【００５２】
また、本実施の形態１における半導体装置の製造方法は、（ｄ）工程（ａ）の前に、シート状の焼結性の接合材２から、半導体素子１の接合に供される面と同じ大きさの接合材２ａを切り出す工程をさらに備え、工程（ａ）において工程（ｄ）において切り出した接合材２ａを基板（絶縁基板３）上に配置する。
【００５３】
従来のようにペースト状の接合材を印刷して配置する場合、スクリーン印刷もしくはシリンジでの塗布手法にしても印刷にじみの発生により、塗布面積が半導体素子の面積よりも大きくなっていた。接合面からはみ出した接合材が加圧されないため、焼結後の製造工程（ワイヤボンディング、放熱板の接合、ケースの固定、封止材の注入など）において接合材の一部が脱落して電気的な異常を生じさせる可能性があった。本実施の形態１では、大判のシート状の接合材２から、半導体素子１の底面と同じ大きさの接合材２ａを切り出して接合に用いる。よって、接合材２ａの全ての部分が加圧されるため、焼結後に接合材２ａの一部が脱落することを抑制可能である。
【００５４】
また、本実施の形態１における半導体装置の製造方法は、工程（ｄ）において吸着コレット２０を用いて接合材２ａの切り出しを行い、工程（ａ）において吸着コレット２０を用いて切り出した接合材２ａの搬送および配置を行い、工程（ｄ）において吸着コレットにより切り出される接合材２ａの面積は、半導体素子１の接合に供される面の面積と等しい。
【００５５】
従って、吸着コレット２０を用いて、接合材２ａの切り出し、搬送、配置の一連の工程を行うため、生産効率を向上させることが可能である。
【００５６】
また、本実施の形態１における半導体装置の製造方法において、接合材２ａは、クッション性およびタック性を有する。
【００５７】
本実施の形態１において、シート状の接合材２ａは半生の状態であるため、半導体素子１に優しく、そして溶剤が十分に揮発していないので、タック性も備えている。よって、半導体素子１を接合材２上に配置したとき、半導体素子１が接合材２ａに十分接着し固定保持される。従って、接合材２ａの焼結工程（加熱加圧工程）において、半導体素子１の位置ずれ、半導体素子１へのダメージなどが抑制される。
【００５８】
＜実施の形態２＞
＜構成＞
図７は、本実施の形態２における半導体装置の断面図である。本実施の形態２における半導体装置は、実施の形態１と同様、高温環境下で使用され高温動作可能な半導素子装置である。
【００５９】
本実施の形態２における半導体装置は、導電性基板１０と、導電性基板１０に接合された半導体素子１と、導電性基板１０と半導体素子１とを接合する焼結性の接合材２ａとを備える。なお、導電性基板１０は金属板である。本実施の形態２における接合材２ａは実施の形態１と同様の接合材料である。
【００６０】
導電性基板１０の裏面（即ち、半導体素子１と接合する面と反対側の面）は、絶縁箔を有する金属絶縁層１１に固着している。
【００６１】
図７に示すように、導電性基板１０の一端には電極７が設けられている。また、もう１つの電極７は、半導体素子１の上面電極とワイヤ５により接続されている。
【００６２】
導電性基板１０、半導体素子１、接合材２ａ、金属絶縁層１１、ワイヤ５は、エポキシを主成分とした封止材８により封止されている。なお、金属絶縁層１１の底面および電極７の一部は封止材８の外に露出している。電極７は、モータ等の電動機、バッテリ、ハーネス等と接続される。以下、各構成要素について詳しく述べる。
【００６３】
本実施の形態２における半導体装置において、導電性基板１０には、半導体素子１として、例えばＩＧＢＴとダイオードが一対となって接合されている。半導体素子１としてのＩＧＢＴは、裏面電極としてコレクタ電極を備え、上面電極として、ゲート電極およびエミッタ電極を備える。ＩＧＢＴは、電極７によって、外部からの入力（オン／オフ制御）及び外部制御がなされている。なお、半導体素子１は、ＩＧＢＴに限定されるものではなく、ＭＯＳＦＥＴ、トランジスタ等を用いてもよい。さらには、Ｓｉを材料とするものに限らず、例えばＳｉＣもしくはＧａＮを材料とするＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等でもよい。なお、半導体素子１の上面電極および裏面電極には、Ｔｉ−Ｎｉ−ＡｕもしくはＡｇといったメタライズが施されている。
【００６４】
半導体素子１の裏面電極（例えばコレクタ電極）と導電性基板１０とは、接合材２ａにより接合されている。導電性基板１０は、熱伝導率がおよそ４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と大きく、かつ、電気抵抗率がおよそ２μΩ・ｃｍと小さい、銅もしくは銅合金といった金属板である。導電性基板１０の厚さは３ｍｍから５ｍｍ程度であり、放熱板としての機能を有する。
【００６５】
導電性基板１０の一端が封止材８の外まで延伸し、電極７となっている。導電性基板１０の裏面に固着された金属絶縁層１１は、絶縁層と保護金属層との積層構造を有する。絶縁層には、窒化ホウ素やアルミナ等のフィラーが混入されたエポキシ樹脂を用いる。この絶縁層に熱伝導性の高い銅、アルミ等からなる保護金属層が固着されている。また、図７には示していないが、金属絶縁層１１には、放熱板、複数フィンを備えたヒートシンク、水冷フィンなどが接続される。
【００６６】
半導体素子１の動作により生じた熱は、接合材２ａ、導電性基板１０、金属絶縁層１１を伝わり、さらに、金属絶縁層１１に接続された例えば放熱板（図示せず）を介して外部に放熱される。このようにして半導体素子１の温度上昇が抑制される。
【００６７】
ＩＧＢＴとしての半導体素子１の上面電極（ゲート電極）は、ワイヤ５により電極７と接続されている。また、半導体素子１のもう一方の上面電極（エミッタ電極）は、隣接して配置されたダイオードとしての半導体素子１の上面電極にワイヤ５を介して接続されている。半導体素子１の裏面電極（コレクタ電極）は、導電性基板１０および電極７を介して外部端子に電気的に接続される。
【００６８】
電極７は、銅もしくは銅合金からなる厚さ０．５ｍｍから２ｍｍ程度の平板を金型フォーミングにより折り曲げて形成される。一般的に、半導体素子１の表面から外部電極への配線接続は、ＡｌまたはＣｕを主成分とした金属性のワイヤ５を用いてワイヤボンディングにより固相接合されている。本実施の形態２における半導体装置は、大電流をスイッチング制御し、動作電流として大電流が流れることを想定している。従って、ワイヤ５は複数並列に配設され、直径およそ２００から５００μｍの太い金属ワイヤを採用する。
【００６９】
接合材２ａは、半導体素子１の接合に供される面である接合面と同一の面積である。なお、本実施の形態２において、半導体素子１の接合に供される面である接合面とは、半導体素子１の底面である。具体的には、例えば、半導体素子１の底面は一辺が４ｍｍから１８ｍｍであり、接合材２ａの各辺の長さは半導体素子１と等しい。
【００７０】
＜製造方法＞
本実施の形態２における半導体装置の製造方法は、実施の形態１と共通する工程が多いため、実施の形態１で用いた図２のフローチャートに沿って説明する。
【００７１】
まず、実施の形態１と同様、大判のシート状の焼結性接合材２から、接合材２ａを切り出す（図２のステップＳ１０１に対応）。ここで、切り出す接合材２ａの面積は、半導体素子１の接合に供される面（底面）の面積と等しい。接合材２ａの切り出しはコレット２０を用いて行う。コレット２０で接合材２ａを切り出した後、そのままコレット２０で接合材２ａを吸着して搬送し、導電性基板１０上に配置する（図２のステップＳ１０２，Ｓ１０３に対応）。なお、実施の形態１では基板は絶縁基板３であるが、本実施の形態２では導電性基板１０である。そして、接合材２ａの上に半導体素子１を配置する（図２のステップＳ１０４に対応）。
【００７２】
次に、接合材２ａの焼結を行う（図２のステップＳ１０５に対応）。焼結の温度、圧力等は実施の形態１と同様である。そして、半導体素子１の上面電極間、または半導体素子１の上面電極と電極７との間をワイヤで接続する（図２のステップＳ１０８に対応）。
【００７３】
最後に、エポキシが主成分の封止材８にて、導電性基板１０、半導体素子１、接合材２ａおよびワイヤ５の封止を行う（図２のステップＳ１０９に対応）。なお、実施の形態１ではケース６内部を封止材８で充填したが、本実施の形態２の半導体装置はケース６を備えず、例えばトランスファーモールド法により封止を行う。トランスファーモールド法により封止を行う際に、導電性基板１０の底面に金属絶縁層１１が密着する。これにより、半導体装置内の接合部が封止材８にて固定されるので、さらに高品質、高信頼性の接合部が得られる。
【００７４】
＜効果＞
本実施の形態２における半導体装置の製造方法において、基板はＣｕを含む導電性基板１０である。接合材２ａにて基板表面の酸化膜を除去できるため、Ｃｕに対しても接合を可能とし、高品質、高信頼性の接合を得ることができる。
【００７５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１  半導体素子、２ａ，２ｂ  接合材、３  絶縁基板、４  放熱板、５  ワイヤ、６  ケース、７  電極、８  封止材、９  接着剤、１０  導電性基板、１１  金属絶縁層。
【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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