(57)【要約】  本発明は半導体素子を基板にはんだで接合する際の引け巣の発生を抑制するとともに、半導体素子の放熱性を向上させた、半導体素子接合用基板、半導体装置および電力変換装置の提供を目的とする。本発明に係る半導体素子接合用基板（１００）は、絶縁板（１）と、絶縁板（１）の主面に接合された金属パターン（２）と、を備え、金属パターン（２）の絶縁板（１）と反対側の主面（６）は、半導体素子（４）がはんだ（５）によって接合される接合領域（６ａ）を備え、金属パターン（２）は、主面（６）に配置された少なくとも１つのくぼみ（７）を備え、少なくとも１つのくぼみ（７）は、接合領域（６ａ）内において、接合領域（６ａ）の中央部分よりも接合領域（６ａ）の縁の近くに配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁板（１）と、
前記絶縁板（１）の主面に接合された金属パターン（２）と、
を備え、
前記金属パターン（２）の前記絶縁板（１）と反対側の主面（６）は、半導体素子（４）がはんだ（５）によって接合される接合領域（６ａ）を備え、
前記金属パターン（２）は、前記主面（６）に配置された少なくとも１つのくぼみ（７）を備え、
前記少なくとも１つのくぼみ（７）は、前記接合領域（６ａ）内において、前記接合領域（６ａ）の中央部分よりも前記接合領域（６ａ）の縁の近くに配置される、
半導体素子接合用基板（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのくぼみ（７）は、複数のくぼみ（７）を含み、
前記複数のくぼみ（７）は、前記接合領域（６ａ）の縁に沿って配置される、
請求項１に記載の半導体素子接合用基板（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのくぼみ（７）は、前記接合領域（６ａ）の前記縁に沿って配置された一続きの溝（８）である、
請求項１に記載の半導体素子接合用基板（２００）。
【請求項４】
前記複数のくぼみ（７）のそれぞれに配置された金属部材（９）をさらに備え、
前記金属部材（９）の熱伝導率は、前記はんだ（５）の熱伝導率よりも大きい、
請求項２に記載の半導体素子接合用基板（３００）。
【請求項５】
前記溝（８）に配置された金属部材（１０）をさらに備え、
前記金属部材（１０）の熱伝導率は、前記はんだ（５）の熱伝導率よりも大きい、
請求項３に記載の半導体素子接合用基板（４００）。
【請求項６】
前記金属パターン（２）の前記接合領域（６ａ）の表面には、めっきが施されている、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体素子接合用基板（１００，２００，３００，４００）。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体素子接合用基板（１００，２００，３００，４００）と、
前記金属パターン（２）の前記接合領域（６ａ）に、はんだ（５）によって接合された半導体素子（４）と、
を備える、
半導体装置（１０１，２０１，３０１，４０１）。
【請求項８】
前記半導体素子（４）はＳｉＣ又はＧａＮを含むパワー半導体を含む、
請求項７に記載の半導体装置（１０１，２０１，３０１，４０１）。
【請求項９】
入力される電力を変換して出力する電力変換回路（８０１）と、
前記電力変換回路に制御信号を出力する制御回路（８０２）と、
を備え、
前記電力変換回路（８０１）は、請求項７又は請求項８に記載の半導体装置（１０１，２０１，３０１，４０１）を少なくとも１つ備える、
電力変換装置（８００）。
【請求項１０】
絶縁板（１）と、
前記絶縁板（１）の主面に接合された金属パターン（２）と、
を備え、
前記金属パターン（２）の前記絶縁板（１）と反対側の主面（６）は、半導体素子（４）がはんだ（５）によって接合される接合領域（６ａ）を備え、
前記接合領域（６ａ）内において、前記接合領域（６ａ）の中央部分と前記中央部分の周囲とで、前記金属パターン（２）の前記主面（６）の高さが異なる、
半導体素子接合用基板（５００）。
【請求項１１】
前記接合領域（６ａ）内において、前記接合領域（６ａ）の前記中央部分が、前記中央部分の周囲よりも低い、
請求項１０に記載の半導体素子接合用基板（５００）。
【請求項１２】
前記接合領域（６ａ）の前記中央部分には金属部材（１２）が配置され、
前記金属部材（１２）の熱伝導率は、前記はんだ（５）の熱伝導率よりも小さい、
請求項１１に記載の半導体素子接合用基板（６００）。
【請求項１３】
前記接合領域（６ａ）内において、前記接合領域（６ａ）の前記中央部分が、前記中央部分の周囲よりも高い、
請求項１０に記載の半導体素子接合用基板（７００）。
【請求項１４】
前記金属パターン（２）の前記接合領域（６ａ）の表面には、めっきが施されている、
請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の半導体素子接合用基板（５００，６００，７００）。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４のいずれか一項に記載の半導体素子接合用基板（５００，６００，７００）と、
前記金属パターン（２）の前記接合領域（６ａ）に、はんだ（５）によって接合された半導体素子（４）と、
を備える、
半導体装置（５０１，６０１，７０１）。
【請求項１６】
前記半導体素子（４）はＳｉＣ又はＧａＮを含むパワー半導体を含む、
請求項１５に記載の半導体装置（５０１，６０１，７０１）。
【請求項１７】
入力される電力を変換して出力する電力変換回路（８０１）と、
前記電力変換回路に制御信号を出力する制御回路（８０２）と、
を備え、
前記電力変換回路（８０１）は、請求項１５又は請求項１６に記載の半導体装置（５０１，６０１，７０１）を少なくとも１つ備える、
電力変換装置（８００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子接合用基板、半導体装置および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子と絶縁基板を接合するためのはんだは、高信頼性を確保するため、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系のいずれかを主成分とする、非共晶系のはんだが使用される。これらのはんだは、はんだ引け巣が発生しやすいという問題がある。【０００３】
近年、高温でも動作する半導体素子の開発が精力的に行われ、半導体素子の小型化や高耐圧化、高電流密度化が進んでいる。特に、ＳｉＣ、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体は、Ｓｉ半導体よりもバンドギャップが大きく、半導体装置の高耐圧化、小型化、高電流密度化、高温動作が期待されている（例えば特許文献１を参照）。しかしながら、半導体素子直下にはんだ引け巣が発生すると、半導体素子発熱時の放熱性を低下させ、特性低下につながる。従って、はんだ引け巣の発生を抑制し、半導体装置の安定な動作を確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の半導体装置の絶縁基板の表面には、半導体素子をはんだ接合するための平面の金属パターンが形成されている。半導体素子を金属パターンにはんだ接合する際に、凝固したはんだに引け巣が発生しやすい傾向にある。半導体素子の端部直下にはんだ引け巣が発生すると、半導体素子の放熱性が低下するため、半導体素子の電気的特性の低下、熱抵抗の悪化の原因となる。このため、はんだを再溶融して引け巣を修正するか、もしくは廃却をしなければならず、生産性低下の原因となっていた。【０００６】
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、半導体素子を基板にはんだで接合する際の引け巣の発生を抑制するとともに、半導体素子の放熱性を向上させた、半導体素子接合用基板、半導体装置および電力変換装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体素子接合用基板は、絶縁板と、絶縁板の主面に接合された金属パターンと、を備え、金属パターンの絶縁板と反対側の主面は、半導体素子がはんだによって接合される接合領域を備え、金属パターンは、主面に配置された少なくとも１つのくぼみを備え、少なくとも１つのくぼみは、接合領域内において、接合領域の中央部分よりも接合領域の縁の近くに配置される。【０００８】
本発明に係る半導体素子接合用基板は、絶縁板と、絶縁板の主面に接合された金属パターンと、を備え、金属パターンの絶縁板と反対側の主面は、半導体素子がはんだによって接合される接合領域を備え、接合領域内において、接合領域の中央部分と中央部分の周囲とで、金属パターンの主面の高さが異なる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る半導体素子接合用基板においては、金属パターンの主面において、接合領域の縁の近くにくぼみを設ける。接合領域に対して半導体素子をはんだ接合する際に、くぼみの内部にはんだが供給される。溶融したはんだが凝固する際に、くぼみの内部に満たされたはんだが収縮することにより、はんだのフィレット部の収縮が緩和される。これにより、はんだのフィレット部において引け巣が発生して、半導体素子の下部に引け巣が進入することを抑制可能である。はんだの引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置において放熱性を向上させることが可能である。【００１０】
本発明に係る半導体素子接合用基板によれば、接合領域の中央部分と中央部分の周囲とで、金属パターンの主面の高さを異ならせることによって、接合領域の中央部分と中央部分の周囲とで、はんだの凝固するタイミングを異ならせることが可能となる。例えば、接合領域６ａの中央部分を中央部分の周囲よりも低くすることによって、接合領域の中央の凹部にはんだが供給され、凹部に満たされたはんだにより、半導体素子の中央部直下の熱容量が大きくなる。これにより、接合領域の縁から先に、はんだを凝固させることができる。つまり、接合領域の中央部がはんだの最終凝固点となるため、早く凝固するフィレット部において引け巣の発生を抑制することが可能である。また、例えば、接合領域の中央部分を中央部分の周囲よりも高くすることによって、接合領域の中央部分よりも、中央部分の周囲により多くのはんだが供給される。よって、溶融したはんだが凝固する際に、接合領域の中央部分の周囲のはんだが収縮することにより、はんだのフィレット部の収縮が緩和される。これにより、はんだのフィレット部において引け巣の発生を抑制することが可能である。はんだの引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置において放熱性を向上させることが可能である。【００１１】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図３】実施の形態２に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図４】実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図５】実施の形態３に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図６】実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
【図７】実施の形態４に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図８】実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。
【図９】実施の形態５に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図１０】実施の形態５に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】実施の形態６に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図１２】実施の形態６に係る半導体装置の断面図である。
【図１３】実施の形態７に係る半導体素子接合用基板の平面図である。
【図１４】実施の形態７に係る半導体装置の断面図である。
【図１５】実施の形態８に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１における半導体素子接合用基板１００の平面図である。また、図２は、本実施の形態１における半導体装置１０１の断面図である。図２に示す半導体装置１０１において、半導体素子接合用基板１００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図２に示す半導体装置１０１の断面は、図１の線分Ａ−Ａに沿った断面に対応する。
【００１４】
半導体素子接合用基板１００は、絶縁板１と金属パターン２を備える。金属パターン２は絶縁板１の主面に接合されている。金属パターン２の絶縁板１と反対側の主面６は、半導体素子４がはんだ５によって接合される接合領域６ａを備える。金属パターン２の主面６の接合領域６ａには、複数のくぼみ７が形成されている。複数のくぼみ７は、接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分よりも接合領域６ａの縁の近くに配置されている。図２に示すように、くぼみ７は、金属パターン２の半導体素子４の端部直下に位置する部分に形成されている。
【００１５】
なお、図１においてくぼみ７が複数形成されているが、くぼみ７が少なくとも１つ形成されれば、後述する引け巣の発生を抑制する効果を得ることが可能である。
【００１６】
なお、金属パターン２と半導体素子１との接合をより良好に行うために、金属パターン２の主面６には、めっきが施されていてもよい。また、図２に示すように、絶縁板１の金属パターン２と反対側の面に裏面金属パターン３が接合されてもよい。
【００１７】
また、半導体素子４は例えばＳｉＣ半導体を含むパワー半導体素子である。半導体素子４は、例えばＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などである。
【００１８】
＜効果＞
本実施の形態１における半導体素子接合用基板１００は、絶縁板１と、絶縁板１の主面に接合された金属パターン２と、を備え、金属パターン２の絶縁板１と反対側の主面６は、半導体素子４がはんだ５によって接合される接合領域６ａを備え、金属パターン２は、主面６に配置された少なくとも１つのくぼみ７を備え、少なくとも１つのくぼみ７は、接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分よりも接合領域６ａの縁の近くに配置される。
【００１９】
本実施の形態１における半導体素子接合用基板１００においては、金属パターン２の主面６において、接合領域６ａの縁の近くにくぼみ７を設ける。接合領域６ａに対して半導体素子４をはんだ接合する際に、くぼみ７の内部にはんだが供給される。溶融したはんだ５が凝固する際に、くぼみ７の内部に満たされたはんだ５が収縮することにより、はんだ５のフィレット部５ａの収縮が緩和される。これにより、はんだ５のフィレット部５ａにおいて引け巣が発生して、半導体素子４の下部に引け巣が進入することを抑制可能である。はんだ５の引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置１０１において放熱性を向上させることが可能である。
【００２０】
また、本実施の形態１における半導体素子接合用基板１００において、少なくとも１つのくぼみは、複数のくぼみ７を含み、複数のくぼみ７は、接合領域６ａの縁に沿って配置される。従って、接合領域６ａの縁に沿って複数のくぼみ７を配置することによって、半導体素子４を接合するはんだ５の外周にわたって、引け巣の発生を抑制することが可能である。
【００２１】
＜実施の形態２＞
図３は、本実施の形態２における半導体素子接合用基板２００の平面図である。また、図４は、本実施の形態２における半導体装置２０１の断面図である。図４に示す半導体装置２０１において、半導体素子接合用基板２００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図４に示す半導体装置２０１の断面は、図３の線分Ｂ−Ｂに沿った断面に対応する。
【００２２】
半導体素子接合用基板２００は、絶縁板１と金属パターン２を備える。金属パターン２は絶縁板１の主面に接合されている。金属パターン２の絶縁板１と反対側の主面６は、半導体素子４がはんだ５によって接合される接合領域６ａを備える。金属パターン２の主面の接合領域６ａには、一続きの溝８が形成されている。一続きの溝８は、接合領域６ａ内において、接合領域６ａの縁に沿って配置されている。図４に示すように、一続きの溝８は、金属パターン２の半導体素子４の端部直下に位置する部分に形成されている。
【００２３】
なお、金属パターン２と半導体素子１との接合をより良好に行うために、金属パターン２の主面６には、めっきが施されていてもよい。また、図４に示すように、絶縁板１の金属パターン２と反対側の面に裏面金属パターン３が接合されてもよい。
【００２４】
＜効果＞
本実施の形態２における半導体素子接合用基板２００において、実施の形態１で説明したくぼみ７は、接合領域６ａの縁に沿って配置された一続きの溝８である。従って、接合領域６ａの縁に沿って一続きの溝８を配置することによって、実施の形態１のようにくぼみ７を設けた場合と比較して、より多くのはんだ５が溝８の内部に供給される。これにより、はんだ５のフィレット部５ａにおいて引け巣が発生して、半導体素子４の下部に引け巣が進入することをより効果的に抑制可能である。
【００２５】
＜実施の形態３＞
図５は、本実施の形態３における半導体素子接合用基板３００の平面図である。また、図６は、本実施の形態３における半導体装置３０１の断面図である。図６に示す半導体装置３０１において、半導体素子接合用基板３００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図６に示す半導体装置３０１の断面は、図５の線分Ｃ−Ｃに沿った断面に対応する。
【００２６】
半導体素子接合用基板３００は、実施の形態１における半導体素子接合用基板１００（図１）に対して、複数のくぼみ７のそれぞれに配置された金属部材９をさらに備える。金属部材９は、はんだ５よりも熱伝導率の大きい材料で形成されている。金属部材９の形状は球状である。金属部材９は例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＮｉでめっきされたＣｕ、ＮｉでめっきされたＡｌである。半導体素子接合用基板３００において、金属部材９以外の構成については半導体素子接合用基板１００（図１）と同じため、説明を省略する。
【００２７】
＜効果＞
本実施の形態３における半導体素子接合用基板３００は、実施の形態１における半導体素子接合用基板１００の複数のくぼみ７のそれぞれに配置された金属部材９をさらに備え、金属部材９の熱伝導率は、はんだ５の熱伝導率よりも大きい。
【００２８】
本実施の形態３における半導体素子接合用基板３００においては、金属パターン２の主面６において、接合領域６ａの縁の近くにくぼみ７を設け、くぼみ７に金属部材９を配置する。接合領域６ａに対して半導体素子４をはんだ接合して、溶融したはんだ５が凝固する際に、熱伝導率の大きい金属部材９が配置された接合領域６ａの縁から先に、はんだ５を凝固させることができる。つまり、接合領域６ａの中央部がはんだ５の最終凝固点となるため、早く凝固するフィレット部５ａにおいて引け巣の発生を抑制することが可能である。はんだ５の引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置３０１において放熱性を向上させることが可能である。
【００２９】
＜実施の形態４＞
図７は、本実施の形態４における半導体素子接合用基板４００の平面図である。また、図８は、本実施の形態４における半導体装置４０１の断面図である。図８に示す半導体装置４０１において、半導体素子接合用基板４００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図８に示す半導体装置３０１の断面は、図７の線分Ｄ−Ｄに沿った断面に対応する。
【００３０】
半導体素子接合用基板４００は、実施の形態２における半導体素子接合用基板２００（図３）に対して、溝８に配置された金属部材１０をさらに備える。金属部材１０は、はんだ５よりも熱伝導率の大きい材料で形成されている。金属部材１０の形状は枠状である。金属部材１０は例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＮｉでめっきされたＣｕ、ＮｉでめっきされたＡｌである。半導体素子接合用基板４００において、金属部材１０以外の構成については半導体素子接合用基板２００（図３）と同じため、説明を省略する。
【００３１】
＜効果＞
本実施の形態４における半導体素子接合用基板４００は、実施の形態２における半導体素子接合用基板２００の溝８に配置された金属部材１０をさらに備え、金属部材１０の熱伝導率は、はんだ５の熱伝導率よりも大きい。
【００３２】
本実施の形態４における半導体素子接合用基板４００においては、金属パターン２の主面６において、接合領域６ａの縁に沿った一続きの溝８を設け、溝８に金属部材１０を配置する。接合領域６ａに対して半導体素子４をはんだ接合して、溶融したはんだ５が凝固する際に、熱伝導率の大きい金属部材１０が配置された接合領域６ａの縁から先に、はんだ５を凝固させることができる。つまり、接合領域６ａの中央部がはんだ５の最終凝固点となるため、早く凝固するフィレット部５ａにおいて引け巣の発生を抑制することが可能である。はんだ５の引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置４０１において放熱性を向上させることが可能である。
【００３３】
＜実施の形態５＞
図９は、本実施の形態５における半導体素子接合用基板５００の平面図である。また、図１０は、本実施の形態５における半導体装置５０１の断面図である。図１０に示す半導体装置５０１において、半導体素子接合用基板５００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図１０に示す半導体装置５０１の断面は、図９の線分Ｅ−Ｅに沿った断面に対応する。
【００３４】
半導体素子接合用基板５００は、絶縁板１と金属パターン２を備える。金属パターン２は絶縁板１の主面に接合されている。金属パターン２の絶縁板１と反対側の主面６は、半導体素子４がはんだ５によって接合される接合領域６ａを備える。
【００３５】
金属パターン２の主面６の接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分と中央部分の周囲とで、金属パターン２の主面６の高さが異なる。本実施の形態５においては、図１０に示すように、接合領域６ａの中央部分が中央部分の周囲よりも低くなるように、金属パターン２の主面６には凹部１１が形成されている。
【００３６】
なお、金属パターン２と半導体素子１との接合をより良好に行うために、金属パターン２の主面６には、めっきが施されていてもよい。また、図１０に示すように、絶縁板１の金属パターン２と反対側の面に裏面金属パターン３が接合されてもよい。
【００３７】
＜効果＞
本実施の形態５における半導体素子接合用基板５００は、絶縁板１と、絶縁板１の主面に接合された金属パターン２と、を備え、金属パターン２の絶縁板１と反対側の主面６は、半導体素子４がはんだ５によって接合される接合領域６ａを備え、接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分と中央部分の周囲とで、金属パターン２の主面６の高さが異なる。
【００３８】
本実施の形態５における半導体素子接合用基板５００によれば、接合領域６ａの中央部分と中央部分の周囲とで、金属パターン２の主面６の高さを異ならせることによって、接合領域６ａの中央部分と中央部分の周囲とで、はんだ５の凝固するタイミングを異ならせることが可能となる。例えば、接合領域６ａの中央部分を中央部分の周囲よりも低くすることによって、以下で述べるように、接合領域６ａの中央部分の周囲においてはんだ５を早く凝固させることが可能となる。
【００３９】
本実施の形態５における半導体素子接合用基板５００の接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分が、中央部分の周囲よりも低い。接合領域６ａに対して半導体素子４をはんだ接合して、溶融したはんだ５が凝固する際に、接合領域６ａ中央の凹部１１にはんだ５が供給され、凹部１１に満たされたはんだ５により、半導体素子４の中央部直下の熱容量が大きくなる。これにより、接合領域６ａの縁から先に、はんだ５を凝固させることができる。つまり、接合領域６ａの中央部がはんだ５の最終凝固点となるため、早く凝固するフィレット部５ａにおいて引け巣の発生を抑制することが可能である。はんだ５の引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置５０１において放熱性を向上させることが可能である。
【００４０】
＜実施の形態６＞
図１１は、本実施の形態６における半導体素子接合用基板６００の平面図である。また、図１２は、本実施の形態６における半導体装置６０１の断面図である。図１２に示す半導体装置６０１において、半導体素子接合用基板６００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図１２に示す半導体装置６０１の断面は、図１１の線分Ｆ−Ｆに沿った断面に対応する。
【００４１】
半導体素子接合用基板６００は、実施の形態５における半導体素子接合用基板５００（図９）に対して、接合領域６ａの中央部分の凹部１１に配置された金属部材１２をさらに備える。金属部材１２は、はんだ５よりも熱伝導率の小さい材料で形成されている。金属部材１２は例えば、Ｎｉを主とする合金である。半導体素子接合用基板６００において、金属部材１２以外の構成については半導体素子接合用基板５００（図９）と同じため、説明を省略する。
【００４２】
＜効果＞
本実施の形態６における半導体素子接合用基板６００において、接合領域６ａの中央部分の凹部１１には金属部材１２が配置され、金属部材１２の熱伝導率は、はんだ５の熱伝導率よりも小さい。
【００４３】
半導体素子４を接合する接合領域６ａの中央部分に熱伝導率の小さい金属部材１２を埋め込むことによって、接合領域６ａに対して半導体素子４をはんだ接合して、溶融したはんだ５が凝固する際に、半導体素子４の中央部直下の熱容量が大きくなる。これにより、接合領域６ａの縁から先に、はんだ５を凝固させることができる。つまり、接合領域６ａの中央部がはんだ５の最終凝固点となるため、早く凝固するフィレット部５ａにおいて引け巣の発生を抑制することが可能である。はんだ５の引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置６０１において放熱性を向上させることが可能である。
【００４４】
＜実施の形態７＞
図１３は、本実施の形態７における半導体素子接合用基板７００の平面図である。また、図１４は、本実施の形態７における半導体装置７０１の断面図である。図１４に示す半導体装置７０１において、半導体素子接合用基板７００の接合領域６ａに、はんだ５によって半導体素子４が接合されている。図１４に示す半導体装置７０１の断面は、図１３の線分Ｅ−Ｅに沿った断面に対応する。
【００４５】
半導体素子接合用基板７００は、絶縁板１と金属パターン２を備える。金属パターン２は絶縁板１の主面に接合されている。金属パターン２の絶縁板１と反対側の主面６は、半導体素子４がはんだ５によって接合される接合領域６ａを備える。
【００４６】
金属パターン２の主面６の接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分と中央部分の周囲とで、金属パターン２の主面６の高さが異なる。本実施の形態７においては、図１４に示すように、接合領域６ａの中央部分が中央部分の周囲よりも高くなるように、金属パターン２の主面６には凸部１３が形成されている。
【００４７】
なお、金属パターン２と半導体素子１との接合をより良好に行うために、金属パターン２の主面６には、めっきが施されていてもよい。また、図１４に示すように、絶縁板１の金属パターン２と反対側の面に裏面金属パターン３が接合されてもよい。
【００４８】
＜効果＞
本実施の形態７における半導体素子接合用基板７００において、接合領域６ａ内において、接合領域６ａの中央部分が、中央部分の周囲よりも高い。接合領域６ａに対して半導体素子４をはんだ接合する際に、接合領域６ａの中央部分よりも、中央部分の周囲により多くのはんだ５が供給される。よって、溶融したはんだ５が凝固する際に、接合領域６ａの中央部分の周囲のはんだ５が収縮することにより、はんだ５のフィレット部５ａの収縮が緩和される。これにより、はんだ５のフィレット部５ａにおいて引け巣が発生して、半導体素子４の下部に引け巣が進入することを抑制可能である。はんだ５の引け巣の発生が抑制されることによって、半導体装置７０１において放熱性を向上させることが可能である。
【００４９】
なお、実施の形態１から７で説明した半導体素子接合用基板１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００のそれぞれにおいて、金属パターン２の接合領域６ａの表面には、めっきが施されていてもよい。金属パターン２の接合領域６ａの表面に例えばＮｉの薄膜を形成することにより、はんだ５による接合をより良好に行うことが可能となる。
【００５０】
また、実施の形態１から７で説明した半導体装置１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１のそれぞれにおいて、半導体素子４はＳｉＣ又はＧａＮを含むパワー半導体を含む。電力変換用途など、大電流、高電圧を扱い、高速でスイッチングするスイッチング素子においては、特に高い放熱性が要求される。本発明の半導体装置が、ＳｉＣ又はＧａＮを含むパワー半導体を含む構成とすることは特に効果的である。
【００５１】
＜実施の形態８＞
本実施の形態８は、上述した実施の形態１から７のいずれかにおける半導体装置１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１を電力変換装置に適用したものである。電力変換装置の一例として、三相インバータの電力変換装置８００について説明する。
【００５２】
図１５は、本実施の形態８における電力変換システムの構成を示す図である。図１５に示す電力変換装置８００は、電源９０１および負荷９０２と接続される。電源９０１は直流電源であり、電力変換装置８００に直流電力を供給する。電源９０１は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池などで構成することができる。また、電源９０１は、交流系統に接続された整流回路、ＡＣ／ＤＣコンバータなどで構成されてもよい。また、電源９０１を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成してもよい。
【００５３】
電力変換装置８００は、電源９０１と負荷９０２との間に接続された三相のインバータである。電力変換装置８００は、電源９０１から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷９０２に交流電力を供給する。図１５に示すように、電力変換装置８００は、電力変換回路８０１と制御回路８０２を備える。制御回路８０２は、電力変換回路８０１のスイッチング動作を制御する制御信号を電力変換回路８０１に出力する。電力変換回路８０１は、制御信号に基づいて、直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００５４】
電力変換回路８０１は例えば２レベルの三相フルブリッジ回路である。例えば、直列接続された２個の半導体装置１０１が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応する。この場合、電力変換回路８０１は半導体装置１０１を合計６個備える。また、半導体装置１０１は半導体装置２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１のいずれかであってもよい。
【００５５】
負荷９０２は、電力変換装置８００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷９０２は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機である。負荷９０２は例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、空調機器向けの電動機である。
【００５６】
なお、電力変換回路８０１は三相フルブリッジ回路であるとして説明を行ったが、これに限定されるものではなく、半導体装置１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１のいずれかを少なくとも１つ備え、電力を変換する回路であればよい。
【００５７】
＜効果＞
本実施の形態８における電力変換装置８００は、入力される電力を変換して出力する電力変換回路８０１と、電力変換回路８０１に制御信号を出力する制御回路８０２と、を備え、電力変換回路８０１は、半導体装置１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１のいずれかを少なくとも１つ備える。
【００５８】
実施の形態１から７で説明したように、半導体装置１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１において、はんだ５の引け巣の発生を抑制して放熱性を向上させることが可能である。従って、半導体装置を備える電力変換装置８００の放熱性も向上させることが可能となる。
【００５９】
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。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００６０】
１  絶縁板、２  金属パターン、３  裏面金属パターン、４  半導体素子、５  はんだ、５ａ  フィレット部、６  主面、７  くぼみ、８  溝、９，１０，１２  金属部材、１１  凹部、１３  凸部、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  半導体素子接合用基板、１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１  半導体装置、８００  電力変換装置、８０１  電力変換回路、８０２  制御回路、９０１  電源、９０２  負荷。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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