(57)【要約】  半導体装置（１００）は、半導体素子（１）と、絶縁基板（２）に設けられ、半導体素子（１）が主面に接合された導体パターン（２ｂ）と、導体パターン（２ｂ）の主面に硬ろう材（１４）で接合され、半導体素子（１）と電気的に接続された端子電極（３）と、を備え、導体パターン（２ｂ）における硬ろう材（１４）と接合された接合領域には、平面視で端子電極（３）が存在する第１の領域と、第１の領域の外側に位置し端子電極（３）と重ならない第２の領域とが含まれる。絶縁基板（２）上の導体パターン（２ｂ）と端子電極（３）とを硬ろう材（１４）で強固に接合することができる。
2017195625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
絶縁基板に設けられ、前記半導体素子が主面に接合された導体パターンと、
前記導体パターンの前記主面に硬ろう材で接合され、前記半導体素子と電気的に接続された端子電極と、
を備え、
前記導体パターンの前記主面における前記硬ろう材と接合された接合領域には、平面視で前記端子電極が存在する第１の領域と、前記第１の領域の外側に位置し前記端子電極と重ならない第２の領域とが含まれる半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子が前記導体パターンの前記主面に軟ろう材で接合された請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁基板の周囲を囲った樹脂ケースをさらに備え、
前記端子電極は、前記樹脂ケースに取り付けられている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導体パターンの前記主面は、前記第２の領域に、表面粗さが前記接合領域の外側よりも大きい粗化領域を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記端子電極は、前記硬ろう材で前記導体パターンの前記主面に接合された第１の面と、前記第１の面の裏側に設けられた第２の面とを有し、
前記粗化領域の表面粗さが、前記端子電極の前記第２の面の表面粗さよりも大きい請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が前記導体パターンの前記主面よりも大きい金属膜が、前記粗化領域に設けられた請求項４または５に記載の半導体装置。
【請求項７】
５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が前記接合領域の外側の前記導体パターンの前記主面よりも大きい光吸収領域を前記第２の領域の前記導体パターンの前記主面に有する請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記端子電極は、前記硬ろう材で前記導体パターンの前記主面に接合された第１の面と、前記第１の面の裏側に設けられた第２の面とを有し、
前記光吸収領域は、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が、前記端子電極の前記第２の面よりも大きい請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記硬ろう材と接合される側の前記端子電極の面は凸面である請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記硬ろう材は、前記端子電極との間の接触角が鋭角である部位を有する請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
絶縁基板に設けられ、主面に半導体素子が接合された導体パターンの前記主面に硬ろう材を配置する第１の工程と、
前記硬ろう材上に、端子電極を配置する第２の工程と、
前記端子電極と前記導体パターンの前記主面における前記硬ろう材が配置された周囲の領域とにレーザ光を照射し、前記硬ろう材を溶融させて前記導体パターンの前記主面と前記端子電極とを前記硬ろう材で接合する第３の工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体素子と前記絶縁基板とを軟ろう材で接合する第４の工程をさらに備える請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程では、平面視で前記端子電極が前記硬ろう材の全体を覆うように配置される請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記導体パターンは前記主面に凸部を有し、前記硬ろう材は前記凸部が挿入される凹部を有し、
前記第１の工程では、前記凹部に前記凸部を挿入して前記導体パターンの前記主面に前記硬ろう材を配置する請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記端子電極は導体パターンの前記主面に接合される面に凸部を有し、前記硬ろう材は前記凸部が挿入される凹部を有し、
前記第２の工程では、前記凹部に前記凸部を挿入して前記硬ろう材上に前記端子電極を配置する請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記レーザ光が照射される前記導体パターンの前記主面に、表面粗さが前記レーザ光が照射される領域の外側の前記導体パターンの前記主面よりも大きい粗化領域を有する請求項１１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記粗化領域の表面粗さが、前記レーザ光が照射される前記端子電極の表面粗さよりも大きい請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記粗化領域上には、前記レーザ光の波長の光の吸収率が前記導体パターンの材料よりも大きい金属膜が設けられた請求項１６または１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記レーザ光が照射される前記導体パターンの前記主面に、前記レーザ光の波長の光の吸収率が、前記レーザ光が照射される領域の外側の前記導体パターンの前記主面よりも大きい光吸収領域を有する請求項１１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記光吸収領域は、前記レーザ光の波長の光の吸収率が前記レーザ光が照射される領域の前記端子電極の表面よりも大きい請求項１９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、半導体素子を備えた半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、樹脂ケース内に設けられた絶縁基板に設けられた導体パターン上に半導体素子を接合し、半導体素子の電極や導体パターンと樹脂ケースの内部から外部に連通する端子電極とを接合して構成される。端子電極のうち樹脂ケースの外部に露出した部分は電極端子を構成し、あるいは別途樹脂ケースの外側に設けられた電極端子に接合され、電極端子と半導体装置の外部の電気回路とを電気的に接続することで、外部の電気回路と半導体素子との間で電流の入出力を行っている。電力用の半導体装置の場合、端子電極と半導体素子の電極や導体パターンとの接合部には大電流が流れるため、端子電極と半導体素子の電極や導体パターンとを大面積で接合して、接合部の電気抵抗による損失を低減する必要がある。このため、従来の半導体装置では、端子電極と半導体素子の電極や導体パターンとを大面積で接合するために、軟ろう材であり錫合金であるはんだ材を用い、溶融させたはんだ材を接合面に濡れ広がらせて、ろう付けによる接合を行っていた。【０００３】
従来の半導体装置は、半導体素子に設けられたアルミニウム電極と銅で形成された端子電極との接合、半導体素子が接合された絶縁基板上の導体パターンと端子電極との接合、および端子電極と合成樹脂ハウジングに設けられた銅製のバスバーとの接合を、レーザ照射により加熱して行っていた。端子電極と半導体素子のアルミニウム電極との間に、錫あるいは錫の融点（２３２℃）以下の融点を有する錫合金からなる低融点合金を設け、端子電極の接合面の裏側から加圧しながらレーザ照射を行い、レーザ照射で加熱された端子電極からの熱伝導により低融点合金を溶融させて、半導体素子のアルミ電極と端子電極とを大面積で接合していた。また、端子電極と絶縁基板の導体パターンとの接合、および端子電極とバスバーとの接合には、集光してエネルギー密度を高めたレーザ光を照射し、端子電極と導体パターンあるいはバスバーとを溶融させてスポット的な溶接により接合していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７７３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置は、従来の使用環境よりも高い環境温度で使用される場合が増加しており、特許文献１に記載されたように、錫や錫合金などの軟ろう材であるはんだ材による接合では、このような高い環境温度で使用される半導体装置の接合部の信頼性を十分に確保することができない。【０００６】
そこで、錫や錫合金であるはんだ材などの低融点合金からなる軟ろう材で接合部を接合するのではなく、溶融温度が４５０℃以上の硬ろう材を用いて、絶縁基板上の導体パターンと端子電極とを接合することで、導体パターンと端子電極との接合面積を大きくして接合部の電気抵抗を小さくしつつ、高温環境下の使用においても十分な信頼性が得られるようになると考えられるが、硬ろう材は溶融温度が高いために、ガスバーナなどのトーチを用いたろう付けや加熱炉を用いた炉中ろう付けでは、半導体素子と絶縁基板との接合や放熱板とヒートシンクとの接合に使用しているはんだ材や半導体装置の樹脂ケースを溶融させるといった問題がある。そこで、特許文献１に記載された軟ろう材に代えて硬ろう材を使用し、レーザ照射により硬ろう材を溶融させてろう付けを行う方法が考えられる。【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された半導体装置のように端子電極にレーザ照射を行って、加熱された端子電極からの熱伝導により硬ろう材と導体パターンとを加熱してろう付けを行う場合には、導体パターンの加熱は硬ろう材からの入熱に限られる上、導体パターンは高熱伝導性の絶縁基板上に設けられており、絶縁基板は放熱部材である放熱板やヒートシンクに接合されているため、端子電極の温度上昇に比べ導体パターンは温度上昇しにくく、導体パターンの温度を硬ろう材のろう付けに必要な温度まで上昇させることが困難である。その結果、導体パターンの温度上昇が不十分な状態で、端子電極と導体パターンとを硬ろう材でろう付けされるため、導体パターンと端子電極とを強固に接合することができないという問題点があった。【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、絶縁基板上の導体パターンと端子電極とを硬ろう材で強固に接合した半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、絶縁基板に設けられ、半導体素子が主面に接合された導体パターンと、導体パターンの主面に硬ろう材で接合され、半導体素子と電気的に接続された端子電極と、を備え、導体パターンの主面における硬ろう材と接合された接合領域には、平面視で端子電極が存在する第１の領域と、第１の領域の外側に位置し端子電極と重ならない第２の領域とが含まれる。【００１０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基板に設けられ、主面に半導体素子が接合された導体パターンの主面に硬ろう材を配置する第１の工程と、硬ろう材上に、端子電極を配置する第２の工程と、端子電極と導体パターンの主面における硬ろう材が配置された周囲の領域とにレーザ光を照射し、硬ろう材を溶融させて導体パターンの主面と端子電極とを硬ろう材で接合する第３の工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る半導体装置によれば、導体パターンの主面と硬ろう材との接合領域が、平面視で端子電極が存在する領域の外側にも広がっているので、導体パターンの主面と端子電極とを硬ろう材で強固に接合した半導体装置を提供することができる。【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、端子電極とともに硬ろう材を配置した周囲の導体パターンの温度上昇を大きくすることができ、溶融させた硬ろう材を導体パターンの主面に濡れ広がらせることができるので、導体パターンの主面と端子電極とを硬ろう材で強固に接合した半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面図および平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置の第１の配線と第２の配線との接合部の構成を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図５】比較例として示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の他の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における半導体装置の端子電極を硬ろう材で接合した場合の実験結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１における半導体装置の他の構成を示す部分断面図および部分平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における半導体装置の他の構成を示す部分平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における他の構成の半導体装置の一部構成を示す部分拡大図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における他の構成の半導体装置の一部構成を示す部分拡大図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における他の構成の半導体装置の一部構成を示す部分拡大図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示す断面図および平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における他の構成の半導体装置の製造方法を示す部分断面図および部分平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における他の構成の半導体装置の製造方法を示す部分断面図および部分平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における他の構成の半導体装置の製造方法を示す部分断面図および部分平面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における他の構成の半導体装置の製造方法を示す部分断面図および部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面図および平面図である。図１（ａ）は、半導体装置１００の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は半導体装置１００の構成を示す平面図である。図中にはＸＹＺ直交座標軸も示した。なお、図１（ｂ）では、半導体装置１００の内部の構成を分かりやすくするために、封止樹脂１１を省略して示してある。
【００１５】
図１において、半導体装置１００は、半導体素子１と、半導体素子１が接合された絶縁基板２と、半導体素子１と半導体装置１００の外部の電気回路とを電気的に接続するための配線である端子電極３、端子電極４、および端子電極５と、半導体素子１の熱を放熱する放熱板８とを備えており、これらが樹脂ケース９内に設けられ、封止樹脂１１で封止されて構成されている。
【００１６】
半導体素子１は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｃｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用の半導体素子であり、ケイ素（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体材料で形成されている。なお、以下では、半導体素子１が炭化ケイ素で形成されたＭＯＳＥＦＴ（以下、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴと呼ぶ）である場合について説明するが、半導体素子１は、ＩＧＢＴであってもよく、ケイ素など他の半導体材料で形成されたＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴやであってもよい。
【００１７】
半導体素子１は、縦型構造を呈しており、半導体素子１の下面側にドレイン電極、半導体素子１の上面側にソース電極１６とゲート電極１７とが設けられており、半導体素子１のドレイン電極と絶縁基板２に設けられた第１の配線である導体パターン２ｂの主面とが軟ろう材であるはんだ材などの接合材１２によって接合されている。ドレイン電極とソース電極１６とは、半導体装置１００の外部の電気回路から供給される主電流が流れる主電極であり、ゲート電極１７は、半導体装置１００の外部あるいは内部の制御回路から制御電圧が印加され、制御回路から供給される制御電流が流れる制御電極である。電力用の半導体装置１００では、主電流は数１０Ａ以上の大きさに達する場合があるが、制御電流は最大値が数Ａ以下であり平均値は１Ａ以下である。
【００１８】
絶縁基板２は、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの熱伝導率が大きい絶縁物基板であるセラミックス板２ａの両面に、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの導電率が大きい金属材料で形成された導体パターン２ｂと導体パターン２ｃとを有する。導体パターン２ｂと導体パターン２ｃとが、セラミックス板２ａにろう付けなどの方法で接合されて絶縁基板２が形成されている。導体パターン２ｂと導体パターン２ｃとは、同一の金属材料で形成されるのが製造コストを低減するために好ましい。セラミックス板２ａは、例えば、厚さが０．６３５ｍｍあるいは０．３２ｍｍであってよく、導体パターン２ｂおよび２ｃは、例えば、厚さが１ｍｍ以下であってよい。なお、本発明では、導体パターン２ｂおよび導体パターン２ｃのセラミックス板２ａに接合された側とは反対の面を、それぞれ導体パターン２ｂの主面および導体パターン２ｃの主面と呼ぶ。
【００１９】
絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｃの主面と放熱板８とが軟ろう材であるはんだ材などの接合材１３で接合されて、絶縁基板２が放熱板８に固定されている。放熱板８上には、図１に示すように１つの絶縁基板２が接合されている場合に限らず、複数の絶縁基板が接合されていてもよい。放熱板８は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属板やアルミ炭化ケイ素複合材（ＡｌＳｉＣ）など熱伝導率が大きい材料で形成されており、厚さは１ｍｍ〜５ｍｍである。放熱板８は、絶縁基板２が接合された面の裏側の面が、放熱グリスなどを介してヒートシンク（図示せず）に接合される。絶縁基板２上に接合された半導体素子１などの発熱は、熱伝導率が大きい絶縁基板２を伝導して放熱板８に到達し、放熱板８によって面方向に拡散されるとともに、ヒートシンクに伝熱して半導体装置１００の外部に放熱される。
【００２０】
絶縁基板２と放熱板８とを接合する接合材１３は、絶縁基板２からの熱を効率よく放熱板８に伝熱するために熱伝導率が大きい金属材料が好ましく、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などを用いた溶融温度が４５０℃未満の軟ろう材、いわゆるはんだ材が好ましい。接合材１３の厚さは、信頼性と放熱性を両立するために０．１ｍｍ〜０．３ｍｍで設けられるのが好ましい。また、接合材１２も接合材１３と同一のはんだ材で形成してもよい。
【００２１】
なお、本発明では、金属などの固体が溶融する温度を溶融温度と称して説明する。本発明でいう溶融温度とは、固体の温度を上昇させていった場合に、固体が溶融し始める温度である。固体が純金属である場合には、融点が溶融温度になるが、固体が合金である場合には固相温度が溶融温度となる。すなわち、固体が溶融温度以上になると、固体は形状を保持することが困難になるので、固体としての十分な強度が得られなくなる。また、固体が樹脂である場合であっても、溶融温度以上になると形状を保持することが困難になり、固体としての十分な強度が得られなくなる。
【００２２】
放熱板８に接合された絶縁基板２の周囲を囲って、樹脂ケース９が放熱板８に接着剤１０によって接着される。樹脂ケース９は、例えば、溶融温度が３００℃以下のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂であってよく、接着剤１０は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂であってよい。
【００２３】
樹脂ケース９には、第２の配線である端子電極３、端子電極４、および端子電極５の一端が半導体装置１００の外部に露出するように取り付けられている。半導体装置１００の外部に露出した端子電極３、端子電極４、および端子電極５のそれぞれの一端は、半導体装置１００の外部の電気回路と接続されるための電極端子を構成している。端子電極３、端子電極４、および端子電極５は、半導体素子１と外部の電気回路とを電気的に接続する配線であるため、銅やアルミニウムなどの導電率が大きい金属材料が好ましく、銅板やアルミニウム板を切断あるいはプレス加工して形成される。
【００２４】
端子電極４は、アルミニウムワイヤや金ワイヤなどの金属ワイヤ６によって、半導体素子１のソース電極１６にワイヤボンディング装置による超音波接合などによって電気的に接続されており、端子電極５は、金属ワイヤ７によって、半導体素子１のゲート電極１７に接続されている。端子電極４とソース電極１６との間には大電流が流れるため、金属ワイヤ６は複数本設けられる。
【００２５】
端子電極３の樹脂ケース９に取り付けられた一端とは反対側の他端は、半導体素子１のドレイン電極が接合された絶縁基板２の導体パターン２ｂの主面に、溶融温度が４５０℃以上の金属材料で形成された硬ろう材１４によって接合されている。この結果、半導体素子１のドレイン電極と端子電極３に設けられた電極端子に接続される外部の電気回路とが、導体パターン２ｂと端子電極３とを介して電気的に接続される。
【００２６】
硬ろう材１４は、端子電極３に大電流が流れることによって、端子電極３の電気抵抗により発熱したジュール熱を、絶縁基板２と放熱板８とを介して半導体装置１００の外部に放熱するための伝熱経路であると共に、導体パターン２ｂと端子電極３とを電気的に接続する導電経路にもなっている。このため硬ろう材１４には、溶融温度が高く、熱伝導率および導電率が大きい金属材料が好ましく、軟ろう材ではなく溶融温度が４５０℃以上の硬ろう材を用いている。これにより、半導体装置１００が、高い環境温度で使用されても導体パターン２ｂと端子電極３との接合信頼性を十分に高くすることができる。
【００２７】
硬ろう材１４としては、りん銅ろう、黄銅ろう、りん青銅ろう、銅ろう、銀ろう、金ろう、アルミニウムろう、ニッケルろうなどが適している。特に、導体パターン２ｂと端子電極３とを銅で形成した場合には、硬ろう材１４には溶融温度が６５０〜７００℃程度であり、ろう付け温度が８００℃程度のりん銅（Ｃｕ−Ａｇ−Ｐ）ろうが、フラックスを用いずに、導体パターン２ｂと端子電極３とをろう付けすることができるため好ましい。また、硬ろう材１４の厚さは、信頼性を高くするために薄い方が好ましく、例えば０．２５ｍｍ以下が好ましい。
【００２８】
導体パターン２ｂと端子電極３との接合部の構成についてさらに詳しく説明する。図２は、本発明の実施の形態１の半導体装置の導体パターンと端子電極との接合部の構成を示す拡大断面図である。図２は、図１（ａ）の絶縁基板２の導体パターン２ｂと端子電極３とを硬ろう材１４で接合した接合部の構成を拡大して示したものである。
【００２９】
図２に示すように、絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｂの平面状の主面２１の破線Ａ−Ａと破線Ｂ−Ｂとの間の領域が、導体パターン２ｂと硬ろう材１４との接合領域であり第１の接合領域２１ａとなっている。また、第１の接合領域２１ａに対向するように帯状の金属板で形成された端子電極３の端部を折り曲げて形成した端子電極３の一方の面であり、端子電極３と硬ろう材１４との接合面である破線Ｃ−Ｃと破線Ｄ−Ｄとの間の領域が端子電極３と硬ろう材１４との接合領域であり第２の接合領域３ａとなっている。すなわち、端子電極３の接合面の周縁が第２の接合領域の周縁となっている。
【００３０】
図２では、Ｘ軸方向に対して、第１の接合領域２１ａの幅が第２の接合領域３ａの幅より広くなっているが、Ｙ軸方向に対しても、第１の接合領域２１ａの幅は第２の接合領域３ａの幅より広くなっている。すなわち、Ｚ軸に沿って紙面上方から紙面下方を見た平面視で、第２の接合領域３ａは第１の接合領域２１ａに包含されており、第２の接合領域３ａは第１の接合領域２１ａの周縁よりも内側に設けられている。また、導体パターン２ｂにおける硬ろう材１４と接合された接合領域である第１の接合領域２１ａには、平面視で端子電極３が存在する第１の領域と、第１の領域の外側に位置し端子電極と重ならない第２の領域とが含まれる。図２では、第１の接合領域２１ａのうち、破線Ｃ−Ｃと破線Ｄ−Ｄとの間の領域が第１の領域であり、破線Ａ−Ａと破線Ｃ−Ｃとの間の領域および破線Ｂ−Ｂと破線Ｄ−Ｄとの間の領域が第２の領域である。
【００３１】
導体パターン２ｂに設けられた第１の接合領域２１ａに含まれる第２の領域には、導体パターン２ｂの主面２１を粗化処理して形成した粗化領域１５が設けられている。粗化領域１５の表面粗さＲａの値は、導体パターン２ｂの粗化領域１５が設けられていない部分の主面２１の表面粗さＲａの値よりも大きくなっている。具体的には、導体パターン２ｂと硬ろう材１４との接合領域である第１の接合領域２１ａより外側の領域の少なくとも一部の領域の表面粗さよりも粗化領域１５の表面粗さは大きくなっている。第１の接合領域２１ａより外側の領域の少なくとも一部の領域とは、例えば、半導体素子１が導体パターン２ｂに軟ろう材で接合された領域やその周囲の領域であってよい。粗化領域１５を形成するための粗化処理は、例えば、サンドブラストやエッチングなどであってよい。
【００３２】
図２に示すように、粗化領域１５は、Ｚ軸に沿って紙面上方から紙面下方を見た平面視で、第２の接合領域３ａの周縁より外側、すなわち破線Ａ−Ａと破線Ｃ−Ｃとの間の領域および破線Ｂ−Ｂと破線Ｄ−Ｄとの間の領域に設けられている。すなわち、第１の接合領域２１ａに含まれる第２の領域に設けられている。また、粗化領域１５の一部は破線Ｃ−Ｃと破線Ｄ−Ｄとの間の領域である第１の接合領域２１ａに含まれる第１の領域、すなわち平面視で第２の接合領域３ａの周縁より内側にも設けられている。同様に、粗化領域１５の一部は破線Ａ−Ａと破線Ｂ−Ｂとの間の第１の接合領域２１ａよりも外側にも設けられている。つまり、粗化領域１５は、少なくとも一部が、第１の接合領域２１ａ内であって、平面視で第２の接合領域３ａの周縁より外側に設けられていればよい。言い換えれば、粗化領域１５は、少なくとも一部が第１の接合領域２１ａのうち平面視で端子電極３が存在する領域の外側に位置する第２の領域に設けられている。
【００３３】
第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの間には、溶融温度が４５０℃以上の金属材料で形成された硬ろう材１４が設けられている。硬ろう材１４は、導体パターン２ｂの第１の接合領域と端子電極３の第２の接合領域３ａとをろう付けによって接合しているため、硬ろう材１４を形成する金属材料の溶融温度は、導体パターン２ｂを形成する第１の金属材料の溶融温度より低く、端子電極３を形成する第２の金属材料の溶融温度より低い。
【００３４】
硬ろう材１４は、導体パターン２ｂの主面２１に対して９０°未満の接触角１８で、第１の接合領域上２１ａに設けられている。接触角１８は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとを接合する際に、硬ろう材を溶融させて液体にした場合の、液体となった硬ろう材の第１の接合領域２１ａに対する濡れ性により変化し、濡れ性が良好な場合には接触角１８は９０°未満になる。接触角１８を９０°未満とすることにより、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとを強固に接合することができる。
【００３５】
また、図２に示すように、第２の接合領域３ａは、第１の接合領域２１ａ側に凸の形状を呈している方が好ましい。すなわち、第２の接合領域３ａが設けられた硬ろう材１４と接合される側の端子電極３の面は凸面である方が好ましい。第２の接合領域３ａが第１の接合領域２１ａ側に凸の形状を呈していることで、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合時に溶融して液体となった硬ろう材が、第１の接合領域２１ａの周縁の方向へ濡れ広がり易くなり、接触角１８をより小さくすることができる。ただし、第２の接合領域３ａは、導体パターン２ｂの主面２１に対して概ね平行な平坦形状を呈していてもよい。すなわち、端子電極３の第２の接合領域３ａが設けられた面は平面であってもよい。また、第２の接合領域の幅、すなわち破線Ｃ−Ｃと破線Ｄ−Ｄとの間の距離は、例えば、２ｍｍ〜６ｍｍであってよい。端子電極３の第２の接合領域３ａの裏側の面は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとを接合する際に端子電極３を加熱するための加熱面３ｂとなっている。粗化領域１５の表面粗さＲａの値は、加熱面３ｂの表面粗さＲａの値よりも大きい方が好ましい。
【００３６】
そして、図１（ａ）に示すように樹脂ケース９を封止樹脂１１で封止して半導体装置１００は構成される。封止樹脂１１は、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂であってよい。また、樹脂ケース９の内側にシリコンゲルを封入し、樹脂ケース９の開口部を上蓋で閉じて樹脂ケース９を封止してもよい。
【００３７】
次に半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００３８】
図３および図４は、本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す図である。図３は、第１の接合領域に粗化領域１５を形成する工程から、第１の接合領域と第２の接合領域との間に接合前のシート状の硬ろう材１４ａを配置する工程までを示す断面図であり、図４は、接合部にレーザ照射により硬ろう材を溶融させる工程を示す断面図および平面図と、半導体装置１００を完成させる工程を示す断面図である。
【００３９】
まず、図３（ａ）に示すように絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｂに粗化領域１５を形成する。導体パターン２ｂは、半導体素子１と導体パターン２ｂに接合される端子電極３との間の配線である。セラミックス板２ａに接合された銅板などにエッチングなどによって、半導体素子１を接合するための配線パターンや第１の接合領域が設けられた配線パターンが形成されて構成されている。そして、フォトレジストにより粗化領域１５を形成する部分を開口させてマスキングし、サンドブラストやエッチングにより図３（ａ）に示すように粗化領域１５を形成する。端子電極３の表面粗さＲａが０．０５〜０．２μｍの場合に、粗化領域１５の表面粗さＲａは１μｍ〜１００μｍが好ましい。ここで、表面粗さＲａはＪＩＳ規格Ｂ０６０１で定められた中心線平均粗さであって、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を測定長さで割った値である。
【００４０】
また、粗化領域１５は第２の接合領域３ａの周縁に沿って所定値以上の幅で形成される。硬ろう材１４が溶融して端子電極３の側面に、端子電極３の厚さの半分程度まで濡れ広がっても、図２に示す接触角１８が９０°未満のフィレットとなるように、第２の接合領域３ａの周縁に沿った粗化領域１５の幅は端子電極３の厚さの半分以上の値であることが好ましい。さらに、硬ろう材１４が溶融して端子電極３の側面全体に濡れ広がっても、図２に示す接触角１８が９０°未満のフィレットとなるように、第２の接合領域３ａの周縁に沿った粗化領域１５の幅は端子電極３の厚さ以上の値であることがより好ましい。具体的には、端子電極３の厚さが１ｍｍである場合、粗化領域１５は第２の接合領域３ａの周縁の外側に０．５ｍｍ以上の幅で周縁に沿って形成するのが好ましく、１ｍｍ以上の幅で形成するとより好ましい。
【００４１】
次に、図３（ｂ）に示すように導体パターン２ｂの第１の接合領域内に粗化領域１５を形成した絶縁基板２と放熱板８および半導体素子１とを接合する。まず、放熱板８をホットプレートなどの加熱装置上に載置し、放熱板８上にはんだシートなどの接合材１３を配置し、接合材１３の上に絶縁基板２を導体パターン２ｃが接合材１３と接するように配置する。そして、絶縁基板２の導体パターン２ｂに設けられた半導体素子１の接合領域にはんだシートなどの接合材１２を配置し、接合材１２の上に半導体素子１のドレイン電極が接合材１２と接するように配置する。
【００４２】
このように、放熱板８、接合材１３、絶縁基板２、接合材１２、半導体素子１を重ね合わせた後に、ホットプレートの温度を上昇させて放熱板８を加熱する。この結果、ホットプレートからの熱が放熱板８と絶縁基板２とを介して接合材１３、接合材１２に伝熱し、接合材１３および接合材１２を溶融する。接合材１３および接合材１２が十分に加熱されて溶融し、接合材１３が放熱板８に濡れ広がり、接合材１２が導体パターン２ｂに濡れ広がると、ホットプレートによる加熱を停止する。すると、溶融した接合材１３と接合材１２の温度が、それぞれの溶融温度以下まで低下して接合材１３と接合材１２とが凝固する。この結果、放熱板８と導体パターン２ｃとがはんだ付けされ、導体パターン２ｂと半導体素子１とがはんだ付けされる。なお、ここでは、ホットプレートで加熱する場合について説明したが、放熱板８、接合材１３、絶縁基板２、接合材１２、半導体素子１を重ね合わせた後にリフロー炉など他の方法によって加熱してもよい。
【００４３】
次に、図３（ｃ）に示すように、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａと端子電極３の第２の接合領域３ａとの間にシート状の硬ろう材１４ａを配置し、放熱板８に樹脂ケース９を接着剤１０で接着する。樹脂ケース９には、予め、銅などの金属板をプレス加工して形成された端子電極３、端子電極４、端子電極５が取り付けられている。端子電極３は、放熱板８に対して樹脂ケース９を所定の位置に配置した場合に、導体パターン２ｂに設けられた第１の接合領域２１ａに、平面視で第２の接合領域３ａが包含されるように樹脂ケース９に取り付けられている。
【００４４】
まず、導体パターン２ｂに設けた第１の接合領域２１ａ上に、Ｚ軸方向の平面視で第１の接合領域２１ａ内に形成した粗化領域１５が露出するようにシート状の硬ろう材１４ａを配置する。導体パターン２ｂの材料が銅であってシート状の硬ろう材１４ａがりん銅ろうである場合には、シート状の硬ろう材１４ａは、第１の接合領域２１ａ上に直接配置してよいが、導体パターン２ｂの材料が銅ではなく銅合金やアルミニウムなどである場合やシート状の硬ろう材がりん銅ろうでない場合には、第１の接合領域２１ａとシート状の硬ろう材１４ａとの間にフラックスを設けるのがよい。
【００４５】
次に、放熱板８の上方周囲にエポキシ系の熱硬化性樹脂からなる接着剤１０を塗布し、樹脂ケース９を放熱板８に対して所定の位置に配置する。これにより、シート状の硬ろう材１４ａ上に、Ｚ軸方向の平面視で第２の接合領域３ａが第１の接合領域２１ａに包含され、第１の接合領域２１ａ内に形成した粗化領域１５が露出するように端子電極３が配置される。シート状の硬ろう材１４ａがりん銅ろうであって、端子電極３の材料が銅である場合には、シート状の硬ろう材１４ａ上に第２の接合領域３ａを直接配置してよいが、シート状の硬ろう材１４ａがりん銅ろうでない場合や端子電極が銅ではなく銅合金やアルミニウムなどである場合には、シート状の硬ろう材１４ａと第２の接合領域３ａとの間にフラックスを設けるのがよい。そして、放熱板８の下側に配置したホットプレートなどにより接着剤１０を加熱して熱硬化させて、放熱板８と樹脂ケース９とを固着する。
【００４６】
なお、樹脂ケース９を放熱板８に対して所定位置に配置する前に端子電極３を配置してろう付けしてもよいが、この場合には、端子電極３を樹脂ケース９に固定する必要があるため、組立工程が増える。また、ろう付け前に端子電極３を自立させるための治具等が必要になる。さらに、端子電極３の一部を覆うように樹脂ケース９を形成して端子電極３を固定するといったインサートケース構造の樹脂ケース９を使用できなくなる。従って、樹脂ケース９の構造の選択肢を広げつつ、組立工程を少なくして加工費を削減できるので、端子電極３の一端を固定した樹脂ケース９をろう付け前に放熱板８に対して所定位置に配置する方が好ましい。
【００４７】
次に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、レーザ光を照射して第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとをろう付けする。図４（ａ）は、レーザ光を照射してろう付けする工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は、レーザ光を照射してろう付けする工程を示す平面図である。
【００４８】
まず、ワイヤボンディング装置を用いた超音波接合により、半導体素子１のソース電極１６と端子電極４とが金属ワイヤ６によって、ゲート電極１７と端子電極５とが金属ワイヤ７によって電気的に接続される。なお、金属ワイヤ６によるソース電極１６と端子電極４との接続、および金属ワイヤ７によるゲート電極１７と端子電極５との接続は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとを接合した後に行ってもよい。
【００４９】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａと端子電極３の第２の接合領域との間にシート状の硬ろう材を設けた状態で、レーザ装置３０からレーザ光３１を照射する。レーザ光３１は、Ｚ軸方向の平面視で第２の接合領域３ａを包含し、第１の接合領域２１ａ内に形成された粗化領域１５を含むように照射される。すなわち、平面視でシート状の硬ろう材が設けられた領域と第１の接合領域２１ａのうち端子電極３の外側に位置し端子電極３と重ならない領域とが含まれる領域にレーザ光３１を照射する。この結果、レーザ光３１は、端子電極３の加熱面３ｂと粗化領域１５とに照射される。レーザ光３１は、第１の接合領域２１ａ内に形成された粗化領域１５の全部に照射されるのが好ましいが、粗化領域１５の一部に照射されてもよい。レーザ光３１は、Ｚ軸方向の平面視で第１の接合領域２１ａを包含するように照射されるのがより好ましい。レーザ光３１は、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長のレーザ光であることが好ましい。
【００５０】
このような波長のレーザ光３１を出力するレーザ装置３０として、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光を出力するＹＡＧレーザやＹｂ３レーザ、波長９８０ｎｍ以下のレーザ光を出力する半導体レーザ、波長１０６４ｎｍのＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２高調波）である波長５３２ｎｍのレーザ光を出力するＹＡＧレーザやＹｂファイバーレーザなどを用いることができる。レーザ装置３０は、出力するレーザ光の配光を制御するレンズやミラーなどの光学系を備えている。レーザ装置３０に、例えば、連続発振（ＣＷ）の出力２〜３ｋＷのＹｂファイバーレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いた場合、レーザ光３１を１〜１．５秒程度照射する。
【００５１】
粗化領域１５は、Ｚ軸方向の平面視でレーザ光３１の照射方向に露出しているので、レーザ光３１は、端子電極３の加熱面３ｂと共に粗化領域１５にも照射される。粗化領域１５は、導体パターン２ｂの主面２１の粗化領域１５が形成されていない領域の表面粗さよりも大きな表面粗さを有しているので、粗化領域１５のレーザ光３１の吸収率は、導体パターン２ｂの主面２１の粗化領域１５が形成されていない領域のレーザ光の吸収率よりも大きくなっている。この結果、レーザ光３１は、第１の接合領域２１ａ内に粗化領域を形成しない場合に比べて、粗化領域１５により多く吸収されるので、粗化領域１５が形成された部分の発熱量を大きくすることができる。さらに、粗化領域１５の表面粗さを端子電極３の加熱面３ｂの表面粗さよりも大きくすることで、粗化領域１５が設けられた第１の接合領域２１ａの温度上昇を、加熱面３ｂの裏側に設けられた第２の接合領域３ａよりも大きくすることができる。
【００５２】
なお、ここでいうレーザ光３１の吸収率とは、レーザ光３１の波長と同じ波長の光に対する吸収率であって、レーザ光３１の波長と同じ波長の光に対する放射率と等しい。従って、吸収率を放射率と言い換えてもよい。放射率と反射率には、放射率＝１−反射率、といった関係式があるので、吸収率＝１−反射率、としてもよい。一般に広く知られているように、金属の放射率は、表面が粗面である場合の方が、表面が平滑面である場合よりも大きい。一例を挙げれば、波長１μｍの光に対する銅の放射率は、平滑面の場合は放射率５％程度であるのに対し、粗化領域１５内の粗面の場合は放射率２０％程度になる。
【００５３】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、端子電極３側からレーザ光３１を照射すると、レーザ光３１は、端子電極３の第２の接合領域３ａの裏側に設けられた加熱面３ｂと、第１の接合領域内に形成された粗化領域１５とに照射される。この結果、加熱面３ｂと粗化領域１５とが照射されたレーザ光３１を吸収して発熱する。熱伝導により、加熱面３ｂの発熱は第２の接合領域３ａを加熱し、粗化領域１５の発熱は第１の接合領域２１ａを加熱する。そして、第１の接合領域２１ａおよび第２の接合領域３ａを介してシート状の硬ろう材に熱伝導し、シート状の硬ろう材が溶融温度まで温度上昇して溶融する。
【００５４】
粗化領域１５の形成により、粗化領域１５を形成した部分はレーザ光３１の吸収率が大きくなっているので、粗化領域１５が形成された第１の接合領域２１ａの温度は、溶融した硬ろう材１４を第１の接合領域２１ａに濡れ広がらせるのに十分な温度に達している。そして、溶融した硬ろう材１４は、発熱源であり導体パターン２ｂ内で最も温度上昇が大きくなっている粗化領域１５上に濡れ広がる。さらに、粗化領域１５の凹凸構造による毛細管現象により、溶融した硬ろう材１４がより一層粗化領域１５上に濡れ広がり易くなる。粗化領域１５は、Ｚ軸方向の平面視で第２の接合領域３ａの周縁よりも外側の領域に形成されているので、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａと溶融した硬ろう材との濡れ角が９０°未満になる。そして、溶融した硬ろう材１４は、第１の接合領域２１ａおよび第２の接合領域３ａに対して十分に濡れた状態になる。
【００５５】
レーザ光３１の照射は極めて短時間行われる。上述したように、波長１０６４ｎｍの連続発振の出力２〜３ｋＷのＹｂファイバーレーザを用いた場合には、１〜１．５秒程度レーザ光３１を照射した後、レーザ光３１の照射を停止する。このため、レーザ光３１を吸収して発熱した粗化領域１５の熱が、導体パターン２ｂや絶縁基板２を熱伝導して、接合材１２および接合材１３の温度が、接合材１２および接合材１３の溶融温度に達する前に、レーザ光３１の照射が停止される。従って、接合材１２と接合材１３とを溶融させることなく、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａと端子電極３の第２の接合領域３ａとを硬ろう材１４によりろう付けすることができる。レーザ光３１の照射が停止されると、硬ろう材１４の温度が低下し、硬ろう材１４が凝固する。この結果、図２に示すように、導体パターン２ｂとの接触角１８が９０°未満となるフィレットが形成されて、導体パターン２ｂと端子電極３とが硬ろう材１４によりろう付けされる。
【００５６】
導体パターン２ｂと端子電極３とを銅で形成し、硬ろう材１４をりん銅ろうとした場合には、りん銅ろうに含まれるりん（Ｐ）の還元作用によって、第１の接合領域２１ａおよび第２の接合領域３ａの表面が還元されるためフラックスが不要になる。金属より熱伝導率が小さいフラックスが不要になることで、第１の接合領域２１ａからシート状の硬ろう材への熱伝導と第２の接合領域３ａからシート状の硬ろう材への熱伝導とを高めることができるので、硬ろう材の温度をより一層高くすることができ、溶融した硬ろう材と第１の接合領域２１ａおよび第２の接合領域３ａとの濡れ性をより一層良くすることができるので好ましい。
【００５７】
次に、図４（ｃ）に示すように樹脂ケース９の開口部に熱硬化性樹脂からなる封止樹脂１１を封入し、加熱処理を行って封止樹脂１１を熱硬化させ、樹脂ケース９の開口部を封止する。以上のように、半導体装置１００は製造される。
【００５８】
次に、本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。
【００５９】
図５は、比較例として示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。図５に示す半導体装置の製造方法は、特許文献１に記載された従来の半導体装置の製造方法に倣い、低融点合金の代わりに溶融温度が４５０℃以上の硬ろう材を用いたものである。
【００６０】
特許文献１に記された半導体装置の製造方法では、端子電極３の加熱面３ｂにレーザ光３１を照射することで、レーザ光３１を吸収して発熱した加熱面３ｂの熱が、熱伝導により、第２の接合領域３ａ、硬ろう材、第１の接合領域２１ａの順に伝熱する。従って、レーザ光３１の照射による温度上昇は大きい方から順に、第２の接合領域３ａ、硬ろう材、第１の接合領域２１ａとなる。このため、図５（ａ）に示すように、硬ろう材１４ｂの温度が溶融温度に達して溶融しても、第２の接合領域３ａには濡れるが、第１の接合領域２１ａの温度は、硬ろう材１４ｂが濡れるのに十分な温度に達していないため、硬ろう材１４ｂは第１の接合領域２１ａには濡れていない状態となる。このような状態で、レーザ光３１の照射を停止して硬ろう材１４ｂを凝固させても、導体パターン２ｂと端子電極３とはろう付けされないため、レーザ光３１の照射を続け、第１の接合領域２１ａの温度をさらに上昇させる必要がある。
【００６１】
図５（ｂ）に示すように、レーザ光３１の照射を続けると、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａの温度が次第に上昇し、硬ろう材１４ｃが第１の接合領域２１ａに濡れ始める。しかし、第１の接合領域２１ａの温度は、硬ろう材１４ｃが十分に濡れ広がる温度には達しておらず、硬ろう材１４ｃと第１の接合領域２１ａとの接触角が９０°より大きい状態で濡れることになる。このような硬ろう材１４ｃが濡れ広がるのに不十分な温度であっても、導体パターン２ｂの温度は十分に高くなっているため、熱伝導によって接合材１２および接合材１３が溶融温度以上になり、接合材１２および接合材１３が溶融する。この結果、放熱板８に対する絶縁基板２の位置ずれや、導体パターン２ｂに対する半導体素子１の位置ずれが生じ半導体装置の信頼性が得られなくなる。また、この状態でレーザ光３１の照射を停止して、硬ろう材１４ｃを凝固させても、第１の接合領域２１ａと硬ろう材１４ｃとの接触角が９０°より大きいフィレットでろう付けされるため、導体パターン２ｂと端子電極３との接合部に十分な信頼性が得られない。
【００６２】
図５（ｃ）に示すように、さらにレーザ光３１の照射を続けると、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａの温度は十分に上昇し、硬ろう材１４が第１の接合領域２１ａに十分に濡れて接触角が９０°未満の良好なろう付けが行えるが、導体パターン２ｂからの熱伝導により放熱板８の温度が高くなりすぎるため、樹脂ケース９ａや接着剤１０ａが溶融してしまう場合がある。
【００６３】
つまり、特許文献１に記載された従来の半導体装置の製造方法に倣って、硬ろう材を用いて導体パターン２ｂと端子電極３とをろう付けしようとしても、硬ろう材の溶融温度が接合材１２、接合材１３、樹脂ケース９、および接着剤１０の溶融温度より高いために、硬ろう材を導体パターン２ｂおよび端子電極３に濡れ広がらせてろう付けすることができない。
【００６４】
図６は、本発明の実施の形態１の他の半導体装置の製造方法を示す断面図である。図６に示す半導体装置の製造方法は、図５に示す従来の半導体装置の製造方法を改良して、第２の接合領域３ａの裏側の加熱面３ｂだけでなく、第１の接合領域２１ａの周囲にもレーザ光３１を照射するようにレーザ光３１の照射領域を広げたものである。本発明の図４（ａ）に示した半導体装置の製造方法とは、第１の接合領域２１ａに粗化領域１５を形成していない構成が異なる。図６（ａ）は、他の半導体装置の製造方法の全体構成を示す断面図であり、図６（ｂ）は、導体パターン２ｂと端子電極３との接合部を示す拡大図である。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、レーザ光３１の照射領域を図５の場合よりも広げて、第２の接合領域３ａの裏側の加熱面３ｂだけでなく、第１の接合領域２１ａの周囲にも照射すると、レーザ光３１が照射された部分の導体パターン２ｂがレーザ光３１を吸収し発熱するため、加熱面３ｂからの熱伝導によらなくても第１の接合領域２１ａの温度を上昇させることができる。この結果、溶融した硬ろう材が第１の接合領域２１ａに濡れるため、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとを硬ろう材１４ｃで接合することができる。しかしながら、第１の接合領域２１ａの熱は、絶縁基板２の面方向や放熱板８の方向に拡散しやすいので、第１の接合領域２１ａの温度を第２の接合領域３ａの温度より高くすることは困難である。従って、接合材１２および接合材１３を溶融させない程度のレーザ光３１の照射量では、図６（ｂ）に示すように接触角１８が９０°より大きいフィレットが形成される場合もあり、導体パターン２ｂと端子電極３とを硬ろう材でより強固に接合するためには、図４に示したように第１の接合領域２１ａに粗化領域１５を形成する方がより好ましい。
【００６６】
ただし、図６（ａ）に示した半導体装置の製造方法であっても、導体パターン２ｂ上の第１の接合領域２１ａと半導体素子１が接合された場所との間の距離が大きいあるいは導体パターン２ｂの断面積が小さいなどの理由で、第１の接合領域２１ａと半導体素子１が接合された場所との間の熱伝導率が大きくない場合には、レーザ光３１の照射時間をさらに長くして、接触角１８が９０°未満のフィレットを形成することができ、このような場合には、導体パターン２ｂと端子電極３とを硬ろう材で強固に接合することができる。
【００６７】
上述のように、図４で示した本発明の半導体装置の製造方法によれば、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａ内に粗化領域１５を形成し、端子電極３の第２の接合領域３ａの裏側の加熱面３ｂと粗化領域１５とにレーザ光３１を照射して硬ろう材をろう付けするので、粗化領域１５に照射されたレーザ光３１の吸収率が増加するため、極めて短時間のレーザ光３１の照射で、はんだ材などの軟ろう材で形成された接合材１２および接合材１３を溶融させずに、第１の接合領域２１ａの温度を溶融した硬ろう材が濡れ広がるのに十分な温度に上昇させることができる。
【００６８】
さらに、粗化領域１５の凹凸構造による毛細管現象により、溶融した硬ろう材を粗化領域１５上にまでより一層濡れ広がらせ易くすることができる。この結果、図２に示すように接触角１８が９０°未満のフィレットを形成して硬ろう材１４により導体パターン２ｂと端子電極３とをろう付けすることができる。そして、硬ろう材１４と導体パターン２ｂとの接合面積は、硬ろう材１４と端子電極３との接合面積より大きくなるので、電力用の半導体素子１に大きな電流が流れても接合部の抵抗を小さくして損失を低減することができる。
【００６９】
なお、粗化領域１５の凹凸構造による毛細管現象により、溶融した硬ろう材を粗化領域１５上にまで濡れ広がらせる効果は、レーザ照射によるろう付けに限ったものではなく、他の方法により硬ろう材を加熱して溶融させた場合であっても効果を得ることができる。例えば、ガスバーナなどのトーチや電子ビーム照射により硬ろう材をろう付けする場合には、粗化領域１５によって加熱エネルギーをより多く吸収させる効果は得られないが、粗化領域１５の凹凸構造による毛細管現象により、溶融した硬ろう材を粗化領域１５上に濡れ広がらせることができるので、図２に示すように接触角１８が９０°未満のフィレットを形成して硬ろう材１４により導体パターン２ｂと端子電極３とをろう付けすることができる。従って、レーザ照射により硬ろう材をろう付けして製造した半導体装置と同様の効果が得られる。
【００７０】
また、本発明の半導体装置１００は、絶縁基板２を構成するセラミックス板２ａに接合された導体パターン２ｂと端子電極３とを硬ろう材１４で接合し、導体パターン２ｂと硬ろう材１４との接触角１８を９０°未満にしている。導体パターン２ｂと端子電極３とを銅で形成し、硬ろう材１４をりん銅ろうとした場合、硬ろう材１４の機械的強度の方が導体パターン２ｂおよび端子電極３の機械的強度よりも大きくなる。このため、半導体装置１００の使用中の発熱によって導体パターン２ｂと端子電極３との接合部に熱応力が印加された場合、より機械的強度が小さい導体パターン２ｂあるいは端子電極３に亀裂が生じやすくなる。
【００７１】
特に、導体パターン２ｂと硬ろう材１４とが９０°を超える接触角１８で接合されている場合には、導体パターン２ｂと硬ろう材１４との界面から亀裂が発生して絶縁基板２が破壊され、半導体素子１と放熱板８との電気的な絶縁が不十分になる場合がある。このような絶縁基板２の破壊を伴う亀裂の発生を抑制するためにも、導体パターン２ｂと硬ろう材１４とは９０°未満の接触角１８で接合されるのが好ましく、本実施の形態で説明したように、粗化領域１５はセラミックス板２ａなどの絶縁物基板上に設けられた導体パターン２ｂに設けられた第１の接合領域２１ａに形成されるのが特に好ましい。
【００７２】
また、本発明の半導体装置の製造方法で用いられるレーザ光の波長は、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下が好適であるので、粗化領域１５は、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が、導体パターン２ｂの主面２１のうち粗化領域１５が形成されていない部分の５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率よりも大きい領域ということができる。金属表面の５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率を大きくする手法としては、粗化以外にも、金属表面に酸化膜を形成する手法や、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が大きい他の金属膜を形成する手法がある。一例を挙げれば、銅の平滑面に酸化膜を形成した場合、波長１μｍの放射率を５％程度から８５％程度に大きくすることができ、銅の平滑面にニッケル膜を形成した場合、波長１μｍの放射率を５％程度から３０％程度に大きくすることができる。すなわち、粗化領域１５の代わりに、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が大きい酸化膜や金属膜などの光吸収領域を形成してもよい。
【００７３】
なお、金属表面の粗化、金属表面への酸化膜の形成により金属表面の吸収率が大きくなるといった現象は、波長５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の光に限って起こる現象ではなく、波長５００ｎｍ未満の光や波長１５００ｎｍより大きい光に対しても同様に起こる現象である。従って、現時点では出力が数ｋＷ以上で出力光の波長が５００ｎｍ未満や１５００ｎｍより大きいレーザ装置で本発明の半導体装置の製造方法に適したレーザ装置は実用化に至っていないが、出力光の波長が５００ｎｍ未満や１５００ｎｍより大きいレーザ装置で出力が数ｋＷ以上得られれば、これらの波長のレーザ装置を用いて本発明の半導体装置を製造してもよい。同様に、粗化領域の代わりに金属膜を形成する場合には、本発明の半導体装置を製造するレーザ装置の波長において、第１の接合領域２１ａが設けられた導体パターン２ｂの材料よりもレーザ装置の波長の光の吸収率が大きい材料で形成された金属膜であればよい。
【００７４】
第１の接合領域２１ａに酸化膜や金属膜を形成する場合には、図３（ａ）で説明した第１の接合領域２１ａにサンドブラストやエッチングで粗化領域１５を形成するプロセスに代えて、酸化膜あるいは金属膜を形成するプロセスを行えばよい。具体的には、酸化膜や金属膜などの光吸収領域を形成する部分を開口させてマスキングし、陽極酸化処理により酸化膜を形成したり、ニッケルめっきや錫めっきなどにより金属膜を形成したりしてもよい。酸化膜や金属膜を形成する方法はこれに限らず、他の方法であってもよい。
【００７５】
このように、導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａ内に、粗化領域１５に代えて５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光の吸収率が大きい光吸収領域、あるいは照射するレーザ光の波長の光の吸収率が大きい光吸収領域を形成した場合にも、図４に示した半導体装置の製造方法により、硬ろう材１４を第１の接合領域２１ａの光吸収領域上にまで濡れ広がらせて、第１の接合領域２１ａと硬ろう材１４との接触角１８が９０°未満のフィレットを形成して、導体パターン２ｂと端子電極３とをろう付けすることができるので、導体パターン２ｂと端子電極３とを硬ろう材１４で強固に接合した半導体装置を得ることができる。しかしながら、粗化領域１５に代えて酸化膜や金属膜からなる光吸収領域を形成した場合には、毛細管現象により溶融した硬ろう材を濡れ広がらせるといった効果が得られないので、レーザ照射ではなく、トーチや電子ビームによって硬ろう材によるろう付けを行う場合には、第１の接合領域２１ａ内に粗化領域１５を形成する方が好ましい。
【００７６】
図７は、本発明の実施の形態１における半導体装置の端子電極を硬ろう材で接合した場合の実験結果を示す図である。実験は、図５に示した従来の製造方法のように端子電極３のみにレーザ光３１を照射した場合と、図４に示した本発明の製造方法のように端子電極３と導体パターン２ｂとにレーザ光３１を照射した場合との硬ろう材１４による端子電極３と導体パターン２ｂとの接合状態を比較したものである。また、レーザ光３１を端子電極３と導体パターン２ｂとに照射する場合には、導体パターン２ｂにおける粗化領域１５の有無についても比較した。
【００７７】
実験には、長さ６ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ１ｍｍの端子電極３、厚さ０．３ｍｍのＣｕの導体パターン２ｂが形成されたＡｌＮ基板からなる絶縁基板２、および、長さ５ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．１３ｍｍのシート状のりん銅ろうからなる硬ろう材１４を用いた。また、導体パターン２ｂに粗化領域１５を設けた絶縁基板２は、端子電極３の第２の接合領域３ａの外周０．５ｍｍが粗化領域１５となるようにサンドブラストを行った。そして、レーザ光３１の照射領域が、端子電極３のみが含まれる領域、あるいは端子電極３と導体パターン２ｂの粗化領域１５とが含まれる領域となるように、レーザ光３１の焦点位置を調整した。図７において、実験１が、レーザ光３１を端子電極３のみが含まれる領域に照射した場合の実験結果であり、実験２が、レーザ光３１を端子電極３と端子電極３の接合部の周囲の導体パターン２ｂとが含まれる領域に照射した場合の実験結果であり、実験３が、レーザ光３１を端子電極３と導体パターン２ｂの粗化領域１５とが含まれる領域に照射した場合の実験結果である。また、レーザ光３１を出力するレーザ装置には、最大出力４ｋＷのファイバーレーザを用いた。
【００７８】
図７は、レーザ光３１を照射した後に、端子電極３と絶縁基板２の導体パターン２ｂとの接合状態を観察して得た実験結果である。図７に示すように、実験結果は、端子電極３の溶融、硬ろう材１４の溶融、端子電極３と導体パターン２ｂとの接合、および導体パターン２ｂとの間の濡れ角が９０°未満のフィレット形成のそれぞれについての有無を観察した。端子電極３と導体パターン２ｂとの良好な接合のためには、端子電極の溶融は無い方が良く、硬ろう材の溶融、端子電極と導体パターンとの接合、および濡れ角９０°未満のフィレット形成は有る方が良い。
【００７９】
図７に示すように、実験１では、端子電極３が溶融し、硬ろう材１４は溶融したが、溶融した硬ろう材１４は導体パターン２ｂには濡れ広がらず、端子電極３と導体パターン２ｂとは接合されなかった、また、端子電極３と導体パターン２ｂとが接合されなかったため、濡れ角９０°未満のフィレットも形成されなかった。
【００８０】
実験２では、端子電極３が溶融することなく硬ろう材１４が溶融し、端子電極３と導体パターン２ｂとが接合された。しかし、硬ろう材１４の導体パターン２ｂ側への濡れ広がりが少なく、濡れ角９０°未満のフィレットは形成されなかった。
【００８１】
実験３では、端子電極３が溶融することなく硬ろう材１４が溶融し、端子電極３と導体パターン２ｂとが接合された。そして、硬ろう材１４が導体パターン２ｂの粗化領域１５にまで濡れ広がったため、濡れ角９０°未満のフィレットが形成された。図７の実験結果が示すように、導体パターン２ｂ側に硬ろう材１４を濡れ広がらせるために、導体パターン２ｂの接合面に粗化領域１５を設けることが有効であることが確認できた。
【００８２】
図８は、本発明の実施の形態１における半導体装置の他の構成を示す部分断面図および部分平面図である。図８（ａ）は、図１（ａ）に対応する部分断面図であり、図８（ｂ）は、図１（ｂ）に対応する部分断面図である。図８では、構成を分かり易くするために、絶縁基板２と端子電極３との接合部のみを示し、接合部以外の構成は図１と同じであるので省略している。
【００８３】
図８（ａ）に示すように、絶縁基板２の導体パターン２ｂの主面に硬ろう材１４で接合される端子電極３は、端子電極３を構成する金属板を折り曲げることで構成されている。すなわち、端子電極３は、導体パターン２ｂに接合される接合面となる第２の接合領域３ａと、その裏側の加熱面３ｂとを含む接合部と、この接合部に接続され樹脂ケース９にまで延伸した延伸部３ｃとを含んでいる。
【００８４】
導体パターン２ｂの主面に硬ろう材１４ａを配置し、硬ろう材１４ａ上に端子電極３の第２の接合領域３ａを配置して、端子電極３の加熱面３ｂからレーザ光３１を照射した場合、端子電極３の延伸部３ｃによってレーザ光３１が遮られる場合がある。この場合、導体パターン２ｂの主面における端子電極３の第２の接合領域３ａの周囲のうち、端子電極３の延伸部３ｃが設けられた側の導体パターン２ｂにレーザ光３１が照射されないため、この部分の温度を硬ろう材１４の融点未満にすることができる。この結果、導体パターン２ｂの延伸部３ｃ側に硬ろう材１４が濡れ広がるのを抑制し、硬ろう材１４の融点以上に加熱された端子電極３の接合部に硬ろう材１４を濡れ広がらせることで、図８に示すような、端子電極３の第２の接合領域３ａの延伸部３ｃ側において、硬ろう材１４と端子電極３の第２の接合領域３ａとの間の接触角を鋭角にしたフィレットを形成することができる。
【００８５】
図９は、本発明の実施の形態１における半導体装置の他の構成を示す部分平面図である。図９は、図８（ｂ）に対応する部分断面図であり、図９に示した端子電極３と導体パターン２ｂとの接合部の断面図は、図８（ａ）と同様である。すなわち、端子電極３の接合面である第２の接合領域３ａの硬ろう材１４が、端子電極３の延伸部３ｃ側において、硬ろう材１４と端子電極３の第２の接合領域３ａとの間の接触角が鋭角になっている。図９の接合部は、図８（ｂ）の接合部とは、延伸部３ｃ側の接合部の端部が、導体パターン２ｂの端部により近く位置している点が相違している。
【００８６】
図８（ａ）に示したように、延伸部３ｃ側の硬ろう材１４と端子電極３の第２の接合領域３ａとの間の接触角が鋭角になっていることで、図９に示すように端子電極３を導体パターン２ｂの紙面右側の端に近接して接合させても、硬ろう材１４と導体パターン２ｂとの接合部の紙面右側の端は、硬ろう材１４と端子電極３との接合部の紙面右側の端よりも、導体パターン２ｂのより内側に位置しているので、端子電極３を接合した際にセラミックス板２ａが破壊するのを抑制することができる。
【００８７】
図８（ａ）とは異なり、延伸部３ｃ側の硬ろう材１４と端子電極３の第２の接合領域３ａとの間の接触角が、延伸部３ｃとは反対側の硬ろう材１４と端子電極３の第２の接合領域３ａとの間の接触角と同様に鈍角となっている場合には、端子電極３を導体パターン２ｂの端に近接させて接合すると、セラミックス板２ａが破壊される場合がある。すなわち、端子電極３の接合時にレーザ光３１が導体パターン２ｂの端まで照射されて、導体パターン２ｂの端まで加熱されると、溶融した硬ろう材１４が導体パターン２ｂの端まで濡れ広がり、絶縁基板２と硬ろう材１４との線膨張係数差によって導体パターン２ｂが引っ張られて導体パターン２ｂの端からセラミックス板２ａが破壊される。
【００８８】
しかし、図９に示した本発明の半導体装置では、延伸部３ｃ側の硬ろう材１４と端子電極３の第２の接合領域３ａとの間の接触角を鋭角とすることで、絶縁基板２と硬ろう材１４との線膨張係数差に起因するセラミックス板２ａの破壊を抑制することができるので、端子電極３を従来のはんだを用いた場合と比較して、より導体パターン２ｂの端側に配置することが可能となるため、端子電極３の接合に必要な導体パターン２ｂのサイズを小さくすることができ、半導体装置全体をより小型化することができる。
【００８９】
次に、第１の接合領域内に他の構成の粗化領域を形成した半導体装置について説明する。
【００９０】
図１０は、本発明の実施の形態１における他の構成の半導体装置の一部構成を示す部分拡大図である。なお、図１０は、図３（ｃ）に示すように第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの間にシート状の硬ろう材１４ａを配置した状態、すなわち第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとをろう付けする前の拡大図である。このようにろう付け前の拡大図で示した理由は、ろう付け後には、硬ろう材が第１の接合領域２１ａに濡れ広がり粗化領域１５を硬ろう材１４が覆うため、ろう付け後の拡大図で示すと粗化領域１５の図示が煩雑になるためである。図１０（ａ）は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合部を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合部を示す平面図である。また、図１０（ｂ）には、第１の接合領域２１ａの周縁および第２の接合領域３ａの周縁を破線で示した。
【００９１】
図１および図２で示した半導体装置では、第１の接合領域内に設けられる粗化領域が、平面視で第２の接合領域の周縁の全部に沿って設けられているが、図１０に示す半導体装置では、粗化領域１５が、平面視で第２の接合領域の周縁の一部に沿って設けられている。粗化領域１５は第２の接合領域３ａの周縁の四辺のうち、Ｘ軸に平行な辺に沿った部分に設けられており、Ｙ軸に平行な辺に沿った部分には設けられていない。第２の接合領域３ａの周縁のＹ軸に平行な辺のうち図１０の紙面右側の辺は、第２の接合領域３ａからＺ軸方向に折り曲げられた端子電極３によりレーザ光の照射が妨げられるためである。このように粗化領域１５は、レーザ光が照射される範囲を考慮して、第１の接合領域２１ａ内であって、平面視で第２の接合領域３ａの周縁の外側の任意の場所に設けることができる。
【００９２】
図１１は、本発明の実施の形態１における他の構成の半導体装置の一部構成を示す部分拡大図である。図１１も、図１０と同様、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとをろう付けする前の拡大図である。図１１（ａ）は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合部を示す断面図であり、図１１（ｂ）は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合部を示す平面図である。図１０（ｂ）と同様、図１１（ｂ）には、第１の接合領域２１ａの周縁および第２の接合領域３ａの周縁を破線で示した。
【００９３】
図１１に示す半導体装置では、粗化領域１５が、第１の接合領域２１ａ内のＺ軸方向の平面視で第２の接合領域３ａの周縁の外側だけでなく、第２の接合領域３ａの周縁の内側にも設けられている。すなわち第２の接合領域３ａに対向する部分にも粗化領域１５が設けられている。このように、第１の接合領域２１ａ内の第２の接合領域３ａと対向する部分にも粗化領域１５を設けることで、硬ろう材が溶融した場合に導体パターン２ｂの第１の接合領域２１ａへの濡れ広がり性をより向上させることができるため好ましい。
【００９４】
図１２は、本発明の実施の形態１における他の構成の半導体装置の一部構成を示す部分拡大図である。図１２も、図１０と同様、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとをろう付けする前の拡大図である。図１２（ａ）は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合部を示す断面図であり、図１２（ｂ）は、第１の接合領域２１ａと第２の接合領域３ａとの接合部を示す平面図である。図１０（ｂ）と同様、図１２（ｂ）には、第１の接合領域２１ａの周縁および第２の接合領域３ａの周縁を破線で示した。
【００９５】
図１２に示す半導体装置では、粗化領域１５上に光吸収膜１９が設けられている。光吸収膜１９は、例えば、導体パターン２ｂを形成する金属材料の酸化膜である。あるいは、導体パターン２ｂを形成する金属材料よりも、波長５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の光あるいは照射されるレーザ光の波長の光の吸収率が大きい金属材料で形成された金属膜である。
【００９６】
このような光吸収膜１９は、例えば、導体パターン２ｂが銅で形成されている場合には以下の方法により形成することができる。導体パターン２ｂの表面に粗化領域１５を形成する部分を開口したフォトレジストを形成し、サンドブラストなどにより粗化処理を行う。その後、フォトレジストを維持したまま硫酸銅水溶液を用いた陽極酸化処理を行い、フォトレジストを除去する。これにより粗化領域１５の表面に光吸収膜１９である黒色の酸化膜が形成される。一方、フォトレジストを形成して粗化処理を行った後に、ニッケルめっきや錫めっきを行い、フォトレジストを除去することで、粗化領域１５の表面に光吸収膜１９であるニッケルあるいは錫の金属膜が形成される。ニッケルおよび錫は、波長５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の光の吸収率が銅より大きいため光吸収膜１９として用いる金属膜に好適である。
【００９７】
なお、光吸収膜１９として金属膜を形成する場合、金属膜を形成する金属材料の溶融温度が硬ろう材の溶融温度よりも低くてもよい。光吸収膜１９としての金属膜は、ろう付け時に照射されるレーザ光の吸収率を増大させることができればよいので、レーザ光を吸収して粗化領域１５の温度が上昇した後に、溶融した硬ろう材と混ざり合っても問題ない。また、第２の接合領域３ａと硬ろう材の濡れ性を良くするために、光吸収膜１９として第１の接合領域２１ａの粗化領域１５上に形成した金属膜と同様の金属膜を第２の接合領域３ａの表面に形成してもよい。
【００９８】
本実施の形態１では、好適な例として、第１の接合領域２１ａを有する導体パターン２ｂおよび第２の接合領域３ａを有する端子電極３が共に銅であり、硬ろう材１４がりん銅ろうである場合について説明したがこれに限るものではない。ろう付け時にレーザ光は極めて短時間照射されるが、レーザ光の照射が短時間であるためにレーザ照射部の温度制御が困難になる場合がある。導体パターン２ｂおよび端子電極３の溶融温度よりも溶融温度が２５０℃以上低いと硬ろう材を用いることで、レーザ光の照射が短時間であっても導体パターン２ｂおよび端子電極３を溶融させることなく硬ろう材を溶融させることができるので好ましい。
【００９９】
また、導体パターン２ｂと端子電極３とは同一の金属材料で形成されるのが好ましいが、異なる金属材料で形成してもよい。導体パターン２ｂと端子電極３とを異なる材料で形成する場合には、絶縁基板２が熱応力により破壊されるのを抑制するために、絶縁基板２に設けられる導体パターン２ｂの溶融温度が端子電極３の溶融温度より高いことが好ましい。
【０１００】
本実施の形態１では、電力用の半導体素子１にＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明した。ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴは、ケイ素（Ｓｉ）で形成された半導体素子よりも高温環境での動作が可能であるため、半導体素子１にＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを用いた半導体装置１００はより高温環境で使用される場合が多い。このような高温環境では、絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｂと端子電極３との接合部に生じる熱応力や引張応力が大きく、高温環境により材料強度の低下も顕著になるため、本発明は半導体素子１にＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを用いた半導体装置１００に好適である。
【０１０１】
以上のように本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、絶縁基板の導体パターンに設けられた第１の接合領域内であって、平面視で第１の接合領域に接合される端子電極に設けられた第２の接合領域の周縁より外側に粗化領域を設けたので、第１の接合領域と第２の接合領域との間に硬ろう材を設けてレーザ光を照射した場合に、粗化領域によりレーザ光の吸収率が大きくなり第１の接合領域の温度上昇を大きくすることができる。この結果、硬ろう材が第１の接合領域に設けた粗化領域上に濡れ広がり、導体パターンと端子電極とを硬ろう材で強固に接合した半導体装置を得ることができる。また、粗化領域が溶融した硬ろう材を毛細管現象により濡れ広がらせるので、導体パターンと端子電極とを硬ろう材で強固に接合した半導体装置を得ることができる。
【０１０２】
実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示す断面図および平面図である。図１３（ａ）は、実施の形態１の図３（ｃ）に相当し、絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｂの主面にシート状の硬ろう材１４ａを配置し、硬ろう材１４ａの上に端子電極３を配置した状態を示す断面図である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に対応する平面図である。図１３（ｂ）では、シート状の硬ろう材１４ａにハッチングして示した。本実施の形態２で説明する半導体装置の製造方法は、実施の形態１とはシート状の硬ろう材１４ａの全体が端子電極３に覆われるように配置されて、レーザ照射が行われる点が相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と相違する点について説明し、実施の形態１と同じ点については説明を省略する。
【０１０３】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、導体パターン２ｂの主面に配置されるシート状の硬ろう材１４ａは、Ｚ方向から見た平面視で、硬ろう材１４ａの全体が端子電極３に覆われている。つまり、平面視で端子電極３がシート状の硬ろう材１４ａの全体を覆うように配置される。端子電極３は、導体パターン２ｂの主面に接合される接合領域に、導体パターン２ｂの主面とほぼ平行に形成された第２の接合領域３ａを有しているが、導体パターン２ｂ上に配置されたシート状の硬ろう材１４ａが、平面視で第２の接合領域３ａ内に位置するように設けられている。すなわち、シート状の硬ろう材１４ａのｘ方向の長さは、端子電極３の第２の接合領域３ａのｘ方向の長さより短く、シート状の硬ろう材１４ａのｙ方向の幅は、端子電極３の第２の接合領域３ａのｙ方向の幅より短くなっている。レーザ光３１が照射されるＺ方向から見た場合、硬ろう材１４ａが端子電極３に覆われているため、レーザ光３１を照射しても硬ろう材１４ａにレーザ光３１が直接照射されることがないようになっている。
【０１０４】
図１３に示した本実施の形態２の半導体装置の製造方法では、図４に示したようにレーザ光３１を、端子電極３の加熱面３ｂおよび導体パターン２ｂの主面に設けられた粗化領域１５に照射した場合に、レーザ光３１が端子電極の外周よりも外側にはみ出した硬ろう材１４ａにより妨げられることがないので、レーザ光３１を確実に粗化領域１５に照射させることができる。この結果、端子電極３と導体パターン２ｂとの温度差を小さくしたまま両方の温度を上昇させることができ、導体パターン２ｂの粗化領域１５に溶融した硬ろう材１４をより確実に濡れ広がらせることができる。この結果、端子電極３と導体パターン２ｂとの接合信頼性をさらに高くすることができる。
【０１０５】
硬ろう材１４の溶融後に、端子電極３の第２の接合領域３ａに均等に硬ろう材１４が濡れ広がるようにするには、図１３で導体パターン２ｂの主面に配置したシート状の硬ろう材１４ａの幅と長さとのアスペクト比は、端子電極３の第２の接合領域３ａの幅と長さとのアスペクト比と同じにするのが好ましい。また、シート状の硬ろう材１４ａの中心と端子電極３の第２の接合領域３ａの中心とが一致するように配置するのが好ましい。このように構成することで、レーザ光３１の照射により端子電極３と導体パターン２ｂとを、より均等に加熱することができる。この結果、端子電極３と導体パターン２ｂとの温度差を小さくすることができるので、端子電極３と導体パターン２ｂとの接合信頼性をより一層高くすることができ好ましい。
【０１０６】
図１４〜図１７は、本発明の実施の形態２における他の構成の半導体装置の製造方法を示す部分断面図および部分平面図である。図１４〜図１７は、図１３と同様、絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｂの主面にシート状の硬ろう材１４ａを配置し、硬ろう材１４ａの上に端子電極３を配置した状態を示したものである。図１４〜図１７では、分かりやすくするために、端子電極３と導体パターン２ｂとの接合部の構成のみを示し、半導体素子など他の構成は省略して示した。半導体素子など他の構成は、図１３と同じである。また、図１４〜図１７の各図（ａ）は、図１３（ａ）に相当し、各図（ｂ）は図１３（ｂ）に相当する。以下では、図１３（ａ）および図１３（ｂ）との相違点について説明し、同じ点については説明を省略する。
【０１０７】
図１４に示す半導体装置は、絶縁基板２の導体パターン２ｂの主面側に端子電極３の接合面である第２の接合領域３ａよりもサイズが小さい凹部２ｄが設けられている。凹部２ｄの深さは、導体パターン２ｂの厚さよりも浅く、凹部２ｄは導体パターン２ｂ内に底面を有するのが好ましい。シート状の硬ろう材１４ａを導体パターン２ｂの主面に配置する際に、図１４（ａ）に示すように、硬ろう材１４ａを凹部２ｄ内に配置することで、端子電極３を配置する際に、硬ろう材１４ａの位置がずれるのを防止することができる。この結果、上述したようにレーザ光３１が位置ずれした硬ろう材に妨げられて、導体パターン２ｂの粗化領域１５に照射されなくなるといったことが起こりにくくなる。従って、端子電極３と導体パターン２ｂとの接合信頼性をより一層高くすることができ好ましい。
【０１０８】
なお、図１４では、硬ろう材１４ａを位置決めするための凹部２ｄを導体パターン２ｂに設けたが、同様の凹部を端子電極３の接合面である第２の接合領域３ａに設けてもよい。
【０１０９】
図１５に示す半導体装置は、図１４で示した半導体装置の構成に加え、端子電極３の接合面である第２の接合領域３ａに、凸部３ｄが設けられている。端子電極３の凸部３ｄは、導体パターン２ｂの凹部２ｄに挿入される。この構成により、端子電極３の位置ずれを防止できると共に、接合後の硬ろう材１４の厚さを薄くしてもより強固に端子電極３と導体パターン２ｂの主面とを接合することができるので好ましい。
【０１１０】
図１６に示す半導体装置は、導体パターン２ｂの主面における端子電極３との接合領域に凸部２ｅが設けられ、導体パターン２ｂの主面に配置されるシート状の硬ろう材１４ａに凹部１４ｅが設けられている。硬ろう材１４ａは、凹部１４ｅに凸部２ｅが挿入されて、導体パターン２ｂの主面に配置される。硬ろう材１４ａに設けられた凹部１４ｅは、底面を有する形状であってもよく、硬ろう材１４ａを厚さ方向に貫通する貫通穴であってもよい。この構成により、硬ろう材１４ａと端子電極３との位置ずれを防止することができるので、端子電極３と導体パターン２ｂとの接合信頼性をより一層高くすることができる。
【０１１１】
図１７に示す半導体装置は、導体パターン２ｂの主面における端子電極３との接合領域に凸部２ｅと凸部２ｆとが設けられ、導体パターン２ｂの主面に配置されるシート状の硬ろう材１４ａの対角に対応して凹部１４ｅと凹部１４ｆとが設けられている。凹部１４ｅと凹部１４ｆは、底面を有する形状であってもよく、貫通穴であってもよい。凸部２ｅは凹部１４ｅに挿入され、凸部２ｆは凹部１４ｆに挿入されて、端子電極３が硬ろう材１４ａ上に配置される。このような構成により、硬ろう材１４ａの位置ずれだけでなく、回転すれも防止することができる。導体パターン２ｂに設けられた凸部および硬ろう材１４に設けられた凹部の数、形状、位置は、位置ずれと回転ずれを防止できるようなものであればよい。
【０１１２】
なお、凸部は、導体パターン２ｂではなく、端子電極３に設けられてもよい。また、導体パターン２ｂに設けた凸部が挿入される凹部を端子電極３の接合面である第２の接合領域３ａに設けてもよい。この構成により、端子電極３の位置ずれを防止できると共に、接合後の硬ろう材１４の厚さを薄くしてもより強固に端子電極３と導体パターン２ｂの主面とを接合することができるので好ましい。
【符号の説明】
【０１１３】
１  半導体素子
２  絶縁基板、２ａ  セラミックス板、２ｂ、２ｃ  導体パターン、２ｄ  凹部、２ｅ、２ｆ、  凸部
３  端子電極、３ａ  第２の接合領域、３ｂ  加熱面、３ｄ  凸部
９  樹脂ケース
１２、１３  接合材（はんだ材）
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  硬ろう材、１４ｄ、１４ｅ  凹部
１５  粗化領域
１８  接触角
１９  光吸収膜
２１  主面、２１ａ  第１の接合領域
３１  レーザ光
【図１】
2017195625.tif 000003
【図２】
2017195625.tif 000004
【図３】
2017195625.tif 000005
【図４】
2017195625.tif 000006
【図５】
2017195625.tif 000007
【図６】
2017195625.tif 000008
【図７】
2017195625.tif 000009
【図８】
2017195625.tif 000010
【図９】
2017195625.tif 000011
【図１０】
2017195625.tif 000012
【図１１】
2017195625.tif 000013
【図１２】
2017195625.tif 000014
【図１３】
2017195625.tif 000015
【図１４】
2017195625.tif 000016
【図１５】
2017195625.tif 000017
【図１６】
2017195625.tif 000018
【図１７】
2017195625.tif 000019
【国際調査報告】
2017195625.tif 000020
2017195625.tif 000021
2017195625.tif 000022
2017195625.tif 000023