(57)【要約】【課題】上部電極と電子部品間の隙間距離にばらつきがあっても、電子部品と上部電極との接合強度を確保することが可能な電子機器の提供にある。【解決手段】平面状の基部１１と、第１電極１３および第２電極１４とを備えた被接合部材としての半導体素子１２と、半導体素子１２と隙間を空けて対向配置される板状の電極としての板状電極１５とを備えた電子機器であって、板状電極１５は、第２電極１４と対向する部分に段差（段差の大きさδ）があり、第１平面部１９、第２平面部２０及び第１平面部１９及び第２平面部２０を連結し半田供給用の貫通孔２１Ａが形成された傾斜部２１から構成され、第１平面部と第２電極１４との隙間距離ｄ１が第２平面部と第２電極１４との隙間距離ｄ２よりも大きく形成されている。【選択図】  図２
2012109391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の被接合面を有する被接合部材と、少なくとも一部が該被接合部材の被接合面と隙間を空けて対向配置されつつ半田により接合される板状の電極とを備えた電子機器であって、
前記電極は、前記被接合部材の被接合面と対向する部分に、前記被接合面との隙間距離の異なる複数の平面部と、該複数の平面部を繋ぐ連結部とを備え、
前記被接合部材の被接合面は半田により前記複数の平面部の少なくとも１つと接合されることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記連結部には、半田供給用の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記連結部が前記平面部に対して傾斜した傾斜面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記複数の平面部は、前記電極の先端側の第１平面部と、前記第１平面部に前記連結部を介して接続され前記被接合面と一部が対向すると共に前記連結部より離間する方向へ延在する第２平面部とを備え、前記第１平面部及び前記第２平面部は、前記被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、前記第１平面部と前記被接合面との隙間距離が前記第２平面部と前記被接合面との隙間距離よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記複数の平面部は、前記電極の先端側の第１平面部と、前記第１平面部に前記連結部を介して接続され前記被接合面と一部が対向すると共に前記連結部より離間する方向へ延在する第２平面部とを備え、前記第１平面部及び前記第２平面部は、前記被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、前記第１平面部と前記被接合面との隙間距離が前記第２平面部と前記被接合面との隙間距離よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項６】
前記被接合部材は半導体素子であり前記被接合面は前記半導体素子の表面に形成された表面電極であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子など電子機器に関し、特に電子機器における電極の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１で開示された従来技術においては、金属板上に半導体素子が半田を介して接合されると共に、半導体素子上に上部電極が半田を介して接合された半導体装置が開示されている。板状の上部電極は、半導体素子の表面と平行に所定間隔をあけて配設されている。半導体素子の表面には表面電極が設けられ、上部電極における表面電極と対向する位置に貫通孔が設けられている。この貫通孔の側壁と半導体素子の表面電極とは、半田により接続されている。
【０００３】
この半導体装置の製造方法は、まず、金属板上に半導体素子を半田を介して接合させた後、半導体素子上に上部電極を所定間隔を保持しつつ対向配置させ、加熱装置で半導体装置全体を加熱させながら貫通孔から溶融半田を供給する。供給された溶融半田は、半導体素子の表面電極上に滴下され、半田の濡れ性により表面電極上を濡れ広がると共に、貫通孔に充填される。その結果、末広がりとなったフィレット形状を有する半田層が形成される。その後、加熱装置から半導体装置を取り出し冷却させることにより、半田層が硬化し半導体素子と上部電極とが半田により接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８２０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で開示された従来技術においては、半導体素子と上部電極間の隙間距離が、フィレット状に濡れ広がる適正な隙間距離である必要がある。この隙間距離が適正な隙間距離にあるときには、貫通孔を介して供給された溶融半田は隙間内に侵入し、フィレット状に濡れ広がる。しかし、この隙間距離が適正な隙間距離を超えて小さくなる方向にばらついた場合には、貫通孔を介して供給された溶融半田は隙間に侵入しずらくなり、フィレットが充分には形成されない恐れがある。逆に、この隙間距離が適正な隙間距離を超えて大きくなる方向にばらついた場合には、半田の供給量を一定とすると、貫通孔を介して供給された溶融半田は隙間に侵入はするが濡れ広がらず、フィレットが充分には形成されにくい。このように、半導体素子と上部電極間の隙間距離が適正な隙間距離を超えてばらつくとフィレットが充分には形成されにくいので、半田の表面電極との接合面積が減少し、半導体素子と上部電極との接合強度が低下してしまう問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、上部電極と電子部品間の隙間距離にばらつきがあっても、電子部品と上部電極との接合強度を確保することが可能な電子機器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、平面状の被接合面を有する被接合部材と、少なくとも一部が該被接合部材の被接合面と隙間を空けて対向配置されつつ半田により接合される板状の電極とを備えた電子機器であって、前記電極は、前記被接合部材の被接合面と対向する部分に、前記被接合面との隙間距離の異なる複数の平面部と、該複数の平面部を繋ぐ連結部とを備え、前記被接合部材の被接合面は半田により前記複数の平面部の少なくとも１つと接合されることを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、電極と被接合部材間の隙間距離にばらつきがあっても、電極と被接合部材との接合強度を確保することが可能である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の電子機器において、前記連結部には、半田供給用の貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、連結部には半田供給用の貫通孔が形成されているので、貫通孔を介して連結部と被接合部材の被接合面間の隙間に半田を容易に供給することが可能である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の電子機器において、前記連結部が前記平面部に対して傾斜した傾斜面であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、連結部が平面部に対して傾斜した傾斜面なので、傾斜面と被接合部材の被接合面間の隙間に半田を供給することにより、傾斜面に沿って半田を濡れ広がらせ傾斜面を介して接続された隙間距離の異なる複数の平面部と被接合部材の被接合面間の隙間に半田を充填することが可能となる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、前記複数の平面部は、前記電極の先端側の第１平面部と、前記第１平面部に前記連結部を介して接続され前記被接合面と一部が対向すると共に前記連結部より離間する方向へ延在する第２平面部とを備え、前記第１平面部及び前記第２平面部は、前記被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、前記第１平面部と前記被接合面との隙間距離が前記第２平面部と前記被接合面との隙間距離よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、電極の複数の平面部は先端側の第１平面部と、第１平面部に連結部を介して接続された第２平面部とを備え、第１平面部及び第２平面部は被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、第１平面部と被接合面との隙間距離が第２平面部と被接合面との隙間距離よりも大きく形成されているので、例えば、連結部に半田を供給することにより、連結部を介して接続された第１平面部と被接合部材の被接合面間の隙間及び第２平面部と被接合部材の被接合面間の隙間の両方或いはどちらか一方の隙間に
半田を充填することが可能である。この場合、電極は先端側の第１平面部の隙間距離が大きく形成されているので、半田の接合状態を外部より観察し易い。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、前記複数の平面部は、前記電極の先端側の第１平面部と、前記第１平面部に前記連結部を介して接続され前記被接合面と一部が対向すると共に前記連結部より離間する方向へ延在する第２平面部とを備え、前記第１平面部及び前記第２平面部は、前記被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、前記第１平面部と前記被接合面との隙間距離が前記第２平面部と前記被接合面との隙間距離よりも小さく形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、電極の複数の平面部は先端側の第１平面部と、第１平面部に連結部を介して接続された第２平面部とを備え、第１平面部及び第２平面部は、被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、第１平面部と被接合面との隙間距離が第２平面部と被接合面との隙間距離よりも小さく形成されているので、例えば、連結部に半田を供給することにより、連結部を介して接続された第１平面部と被接合部材の被接合面間の隙間及び第２平面部と被接合部材の被接合面間の隙間の両方或いはどちらか一方の隙間に半田を充填することが可能である。この場合、電極は先端側の第１平面部の隙間距離が小さく形成されているので、第１平面部と被接合部材の被接合面間の隙間に充填される半田が被接合部材の被接合面の外側に漏れるのが防止可能である。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子機器において、前記被接合部材は半導体素子であり前記被接合面は前記半導体素子の表面に形成された表面電極であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、被接合部材は半導体素子であり被接合面は半導体素子の表面に形成された表面電極なので、半導体素子の表面電極に電極を接合させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電極と被接合部材間の隙間距離にばらつきがあっても、電極と被接合部材との接合強度を確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る半導体素子における電極の接続構造を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る電極の位置と接合可能距離範囲との関係を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る接続構造の製造工程を説明するための模式図であり、電極と半導体素子間の隙間距離ｄ１，ｄ２が両方とも接合可能距離範囲内にある場合を示す。（ａ）基部上に接合された半導体素子上に間隔を空けて電極を配置する工程を示し、（ｂ）半導体装置を加熱装置内に配置し電極上より溶融半田を滴下させ、半導体素子と電極間の隙間に半田を供給する工程を示し、（ｃ）半田を供給後硬化させた状態を示す。
【図５】第１の実施形態に係る接続構造の製造工程を説明するための模式図であり、電極と半導体素子間の隙間距離ｄ１，ｄ２のうちｄ２のみが接合可能距離範囲内にある場合を示す。（ａ）基部上に接合された半導体素子上に間隔を空けて電極を配置する工程を示し、（ｂ）半導体装置を加熱装置内に配置し電極上より溶融半田を滴下させ、半導体素子と電極間の隙間に半田を供給する工程を示し、（ｃ）半田を供給後硬化させた状態を示す。
【図６】第１の実施形態に係る接続構造の製造工程を説明するための模式図であり、電極と半導体素子間の隙間距離ｄ１，ｄ２のうちｄ２が接合可能距離範囲を超えて小さくなる方向にばらつくと共にｄ１が接合可能距離範囲内にある場合を示す。（ａ）基部上に接合された半導体素子上に間隔を空けて電極を配置する工程を示し、（ｂ）半導体装置を加熱装置内に配置し電極上より溶融半田を滴下させ、半導体素子と電極間の隙間に半田を供給する工程を示し、（ｃ）半田を供給後硬化させた状態を示す。
【図７】第２の実施形態に係る半導体素子における電極の接続構造を示す斜視図である。
【図８】図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る電極の位置と接合可能距離範囲との関係を示す模式図である。
【図１０】第２の実施形態に係る接続構造の製造工程を説明するための模式図であり、電極と半導体素子間の隙間距離ｄ３，ｄ４が両方とも接合可能距離範囲内にある場合を示す。（ａ）基部上に接合された半導体素子上に間隔を空けて電極を配置する工程を示し、（ｂ）半導体装置を加熱装置内に配置し電極上より溶融半田を滴下させ、半導体素子と電極間の隙間に半田を供給する工程を示し、（ｃ）半田を供給後硬化させた状態を示す。
【図１１】第２の実施形態に係る接続構造の製造工程を説明するための模式図であり、電極と半導体素子間の隙間距離ｄ３，ｄ４のうちｄ３のみが接合可能距離範囲内にある場合を示す。（ａ）基部上に接合された半導体素子上に間隔を空けて電極を配置する工程を示し、（ｂ）半導体装置を加熱装置内に配置し電極上より溶融半田を滴下させ、半導体素子と電極間の隙間に半田を供給する工程を示し、（ｃ）半田を供給後硬化させた状態を示す。
【図１２】第２の実施形態に係る接続構造の製造工程を説明するための模式図であり、電極と半導体素子間の隙間距離ｄ３，ｄ４のうちｄ３が接合可能距離範囲を超えて小さくなる方向にばらつくと共にｄ４が接合可能距離範囲内にある場合を示す。（ａ）基部上に接合された半導体素子上に間隔を空けて電極を配置する工程を示し、（ｂ）半導体装置を加熱装置内に配置し電極上より溶融半田を滴下させ、半導体素子と電極間の隙間に半田を供給する工程を示し、（ｃ）半田を供給後硬化させた状態を示す。
【図１３】その他の実施形態に係る電極の位置と接合可能距離範囲との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る電子部品としての半導体素子を図１〜図６に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、電子機器としての半導体装置１０は、上面が平面状の基部１１と、表面が平面状の第１電極１３および第２電極１４とを備えた被接合部材としての半導体素子１２と、半導体素子１２と隙間を空けて対向配置された板状の電極としての板状電極１５から構成され、基部１１と第１電極１３とは第１半田層１６を介して接合され、第２電極１４と板状電極１５とは第２半田層１７を介して接合されている。なお、第２電極１４は被接合部材の被接合面に相当する。
【００２２】
基部１１は、金属製で所定の厚さを有する材料が用いられており、材料としては、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ導電性で熱伝導性の良い金属材料が使用されている。
【００２３】
半導体素子１２は、矩形の形状を有し、裏面に第１電極１３が形成され、おもて面に第２電極１４が形成されている。第１電極１３及び第２電極１４は、ニッケル、チタン、アルミニウム等で形成されている。半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴのような電力制御素子などが用いられている。半導体素子１２のおもて面における半導体素子１２の短辺方向の側縁部のうちの一方には、制御用電極１８が形成され、制御用電極１８は図示しない外部電極とワイヤにより接続されている。従って、第１電極１３は半導体素子１２の裏面のほぼ全面に渡り形成されているが、第２電極１４は半導体素子１２のおもて面における制御用電極１８の形成された部位を含まない領域に形成されている。
【００２４】
板状電極１５は、自身の形状を保持しうるほどの強度を持たせる厚みを有し短冊状の板状部材から形成されている。材料としては、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ導電性で熱伝導性の良い金属材料が使用されている。板状電極１５は、板状の部材を折り曲げて段差を設けた形状を有し、水平に延びる第１平面部１９及び第２平面部２０と、第１平面部１９と第２平面部２０間に連設され第１平面部１９及び第２平面部２０に対して傾斜した連結部に相当する傾斜部２１とを備えている。ここで、段差の大きさをδとすれば、δは第２電極１４との隙間距離の大きい方の平面部（第１平面部１９）と第２電極１４との隙間距離の小さい方の平面部（第２平面部２０）間の板状電極１５の板厚方向における距離に相当する。この段差の大きさδは、予めｄｍｉｎ及びｄｍａｘを考慮した適切な値に設定されている。なお、ｄｍｉｎ及びｄｍａｘは、第２電極１４から板状電極１５の平面部までの隙間距離であって半田の接合可能距離範囲の下限値及び上限値に相当する。
【００２５】
図２に示すように、板状電極１５は、半導体装置１０の周辺外方より第２電極１４上方を通って第１平面部１９の先端側を制御用電極１８側に向ける方向に延在し、板状電極１５の第１平面部１９、第２平面部２０及び傾斜部２１と、半導体素子１２の第２電極１４とが隙間を空けて対向するように配置されている。
ここで、第１平面部１９及び第２平面部２０の第２電極１４と対向する下側の面をそれぞれ下面１９Ａ及び下面２０Ａとし、傾斜部２１の第２電極１４と対向する下側の傾斜面を下面２１Ｂとすれば、下面１９Ａ及び下面２０Ａは、第２電極１４と平行となるよう配置されており、下面２１Ｂは第２電極１４に対し傾斜して配置されている。
また、下面１９Ａと第２電極１４間の隙間距離をｄ１とし、下面２０Ａと第２電極１４間の隙間距離をｄ２とすれば、ｄ１＞ｄ２となるように配置されている。すなわち、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１は、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２よりも大きくなるように配置されており、第１平面部１９が第２電極１４との隙間距離が大きい方の平面部に相当し、第２平面部２０が第２電極１４との隙間距離が小さい方の平面部に相当する。なお、ｄ１、ｄ２、δ間にはｄ１―ｄ２＝δの関係がある。
【００２６】
傾斜部２１には半田供給用の貫通孔２１Ａが形成されている。貫通孔２１Ａを介して板状電極１５と第２電極１４間の隙間に溶融半田が供給される。
第１平面部１９、第２平面部２０及び傾斜部２１の下面１９Ａ、下面２０Ａ及び下面２１Ｂと、第２電極１４との間に第２半田層１７が形成されている。なお、第１半田層１６及び第２半田層１７は、スズ（Ｓｎ）等を含む同一組成、同一融点の半田を使用して形成されている。
【００２７】
次に、上記構造を有する半導体装置１０についてその作用説明を図３〜図６に基づき説明する。
図３に示すように、半導体素子１２の第２電極１４と板状電極１５の各平面部（第１平面部１９又は第２平面部２０）間における半田の接合可能距離範囲をｄｍｉｎ〜ｄｍａｘとする。ところで、製造工程において、板状電極１５が接合可能距離範囲を超えてばらついた場合であっても、第１平面部１９及び第２平面部２０のうちどちらか一方が接合可能距離範囲内にあれば、板状電極１５を接合可能である。段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅ｄｍａｘ−ｄｍｉｎより小さく（δ≦ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）なるように設定するのが好ましい。このとき、図３に示すように、接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘに対する板状電極１５の配設位置としては、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の３つの位置が考えられる。Ｐ１位置では、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２及び第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１の両方とも接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、Ｐ２位置では、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２のみが接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、Ｐ３位置では、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１のみが接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にある。また、ｄ２＝ｄｍａｘ、ｄ１＞ｄｍａｘの場合が上限位置を示し、ｄ１＝ｄｍｉｎ、ｄ２＜ｄｍｉｎの場合が下限位置を示している。
【００２８】
ここで、段差の大きさδの中間（δ／２）を通る中心線を引き、この中心線と第２電極１４間の隙間距離をｄｃとする。また、接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘの中心をｄｃ０とすると、ｄｃ０＝（ｄｍｉｎ＋ｄｍａｘ）／２と表すことができる。このｄｃ０を設計上の電極の標準配置位置とし、これを使って接合可能距離範囲を表すと、次のようになる。すなわち、段差のない単一平面状の電極を有する従来技術の場合には、電極平面部の標準配置位置をｄｃ０としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、ｄｃ０±（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／２となるのに対し、本実施形態では、電極の標準配置位置をｄｃ＝ｄｃ０としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、ｄｃ０±（（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／２＋δ／２）と表すことができ、従来技術と比較して、接合可能距離範囲が±δ／２だけ拡張される。但し、段差の大きさδは接合可能距離範囲の下限値より小さい（δ≦ｄｍｉｎ）。なお、電極の標準配置位置として隙間距離ｄ２をｄ２＝ｄｃ０と設定した場合は、第２平面部２０の下面２０Ａが上記従来技術と同様のｄｃ０に位置するが図３の破線で示すように第１平面部１９によって接合可能許容範囲が下方へ段差の大きさδ相当分拡張されて、ｄｍｉｎ−δ≦ｄ２≦ｄｍａｘとなる。
【００２９】
次に、板状電極１５の半田接合について、図４〜図６に基づき製造工程の説明を行う。
図４は、板状電極１５が図３の前記Ｐ１位置にある場合を示し、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、且つ、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１も接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にある。図４（ａ）に示すように、第２電極１４上に板状電極１５の第１平面部１９の先端側を制御用電極１８側に向け、第２平面部２０と第２電極１４間に隙間距離ｄ２を、第１平面部１９と第２電極１４間に隙間距離ｄ１をそれぞれ保ちながら板状電極１５を配置し、治具などで一端固定する。なお、この場合の前記隙間距離ｄ１、ｄ２をそれぞれｄ１０、ｄ２０としたとき、ｄｍｉｎ≦ｄ１０，ｄ２０≦ｄｍａｘとなっているので、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間及び、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間の両方の隙間に半田が充填可能である。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す状態にある半導体装置を加熱装置内に入れて、装置全体を加熱させながら上方に配置された半田供給装置２２から溶融半田を供給する。半田供給装置２２から供給された溶融半田は、傾斜部２１に形成された半田供給用の貫通孔２１Ａを通過して半導体素子１２の第２電極１４上に供給され第２電極１４の濡れ性により濡れ広がる。そして、図４（ｂ）に矢印で示すように、濡れ広がった溶融半田は、第１平面部１９の下面１９Ａと第２電極１４間の隙間を第１平面部１９の先端側に向けて移動すると共に、第２平面部２０の下面２０Ａと第２電極１４間の隙間を第２平面部２０の後端側（傾斜部２１から離間する方向）に向けて移動する。その結果、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間及び、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間の両方の隙間に半田が充填される。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、半導体装置を加熱装置から取り出し冷却させることにより半田が硬化し、第２電極１４と板状電極１５とが第２半田層１７を介して接合される。
このように、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間及び、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間の両方の隙間に半田が充填されるので、半田の板状電極１５との接合面積が確保可能である。
【００３２】
図５は、板状電極１５が標準位置からばらつきにより図３のＰ２位置にずれた場合を示し、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、且つ、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にない場合を示している。この場合、図５（ａ）に示すように、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２をｄ２２とし、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１をｄ１２とすれば、ｄｍｉｎ≦ｄ２２≦ｄｍａｘ、ｄ１２＞ｄｍａｘとなっており、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に矢印で示すように、半田供給装置２２から供給された溶融半田は、第２電極１４上に濡れ広がり、第２平面部２０の下面２０Ａと第２電極１４間の隙間を第２平面部２０の後端側（傾斜部２１から離間する方向）に向けて移動する。その結果、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間には半田が充填されるが、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間は、離間しすぎて半田が充填されない。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２電極１４と板状電極１５とが第２半田層１７を介して接合される。
このように、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極１５との接合面積が確保可能である。
【００３５】
図６は、板状電極１５が標準位置からばらつきにより図３のＰ３位置にずれた場合を示し、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘを超えて小さくなる方向にばらついた場合を示している。この場合、図６（ａ）に示すように、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２をｄ２１とし、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１をｄ１１とすれば、ｄ２１＜ｄｍｉｎ、ｄｍｉｎ≦ｄ１１≦ｄｍａｘとなっており、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に矢印で示すように、半田供給装置２２から供給された溶融半田は、第２電極１４上に濡れ広がり、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間を第１平面部１９の先端側に向けて移動するが、下面１９Ａと第２電極１４間の隙間には侵入しない。
これは、半田の表面張力などの影響により、第２平面部２０と第２電極１４間の隙間距離ｄ２１は狭すぎて半田が侵入できない距離にあるが、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１１は、接合可能距離範囲内にあるので第１平面部１９と第２電極１４間の隙間には半田が充填可能なことによる。その結果、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間にのみ半田が充填される。
【００３７】
次に、図６（ｃ）に示すように、第２電極１４と板状電極１５とが第２半田層１７を介して接合される。
このように、第１平面部１９と第２電極１４間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極１５との接合面積が確保可能である。
【００３８】
この第１の実施形態に係る半導体装置１０によれば以下の効果を奏する。
（１）板状電極１５は先端側の第１平面部１９と、第１平面部１９に傾斜部２１を介して接続された第２平面部２０とを備え、第１平面部１９及び第２平面部２０が半導体素子１２の第２電極１４と平行に配置されると共に、第１平面部１９と第２電極１４との隙間距離ｄ１が第２平面部２０と第２電極１４との隙間距離ｄ２よりも大きく形成されており、前記隙間距離ｄ１、ｄ２との差である大きさδの段差を形成することにより、板状電極１５を第２電極１４から距離を置いて配置する際に何らかの原因で標準配置位置より位置がばらついた場合であっても、第１平面部１９と第２平面部２０の少なくともいずれか一方が半田の接合可能距離範囲内に存在すれば接合が可能となるため、前記段差の大きさδに相当する分、接合可能距離範囲を拡張することができる。従って、製造工程上のばらつきに対するマージンを広くとることができ歩留まりが向上すると共に、従来技術と比較して、設計の自由度も向上する。また、この際半田の板状電極１５との接合面積が確保でき、板状電極１５と半導体素子１２間の接合強度を確保することが可能となる。
（２）傾斜部２１には半田供給用の貫通孔２１Ａが形成されているので、貫通孔２１Ａを介して傾斜部２１と半導体素子１２の第２電極１４間の隙間に半田を容易に供給することが可能である。
（３）傾斜部２１が第１平面部１９及び第２平面部２０に対して傾斜しているので、傾斜部２１と半導体素子１２の第２電極１４間の隙間に半田を供給することにより、傾斜部２１に沿って半田を濡れ広がらせ、傾斜部２１を介して接続された隙間距離ｄの異なる第１平面部１９及び第２平面部２０と半導体素子１２の第２電極１４間の隙間の両方或いはどちらか一方の隙間に半田を充填可能である。
（４）板状電極１５は先端側の第１平面部１９と第２電極１４間の隙間距離ｄ１が大きく形成されているので、半田の接合状態を外部より観察し易い。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体装置３０を図７〜図１２に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における板状電極１５と半導体素子１２との配置関係を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
【００４０】
図７及び図８に示すように、板状電極３１は、自身の形状を保持しうるほどの強度を持たせる厚みを有し短冊状の板状部材から形成されている。板状電極３１は、板状の部材を折り曲げて段差を設けた形状を有し、水平に延びる第１平面部３２及び第２平面部３３と、第１平面部３２と第２平面部３３間に連設され第１平面部３２及び第２平面部３３に対して傾斜した連結部に相当する傾斜部３４とを備えている。ここで、段差の大きさをδとすれば、δは第２電極１４との隙間距離の大きい方の第１平面部３２と第２電極１４との隙間距離の小さい方の第２平面部３３間の板状電極３１の板厚方向における距離に相当する。この段差の大きさδは、第１の実施形態と同様にｄｍｉｎ及びｄｍａｘを考慮した適切な値に設定されている。
【００４１】
図８に示すように、板状電極３１は、半導体装置３０の周辺外方より第２電極１４上方を通って第１平面部３２の先端側を制御用電極１８側に向ける方向に延在し、板状電極３１の第１平面部３２、第２平面部３３及び傾斜部３４と、半導体素子１２の第２電極１４とが隙間を空けて対向するように配置されている。
ここで、第１平面部３２及び第２平面部３３の第２電極１４と対向する下側の面をそれぞれ下面３２Ａ及び下面３３Ａとし、傾斜部３４の第２電極１４と対向する下側の傾斜面を下面３４Ｂとすれば、下面３２Ａ及び下面３３Ａは、第２電極１４と平行となるよう配置されており、下面３４Ｂは第２電極１４に対し傾斜して配置されている。
また、下面３２Ａと第２電極１４間の隙間距離をｄ３とし、下面３３Ａと第２電極１４間の隙間距離をｄ４とすれば、ｄ４＞ｄ３となるように配置されている。すなわち、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３は、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４よりも小さくなるように配置されており、第１平面部３２が第２電極１４との隙間距離が小さい方の平面部に相当し、第２平面部３３が第２電極１４との隙間距離が大きい方の平面部に相当する。なお、ｄ３、ｄ４、δ間にはｄ４―ｄ３＝δの関係がある。
【００４２】
この実施形態は、第１の実施形態と比較して、板状電極の形状は同等に形成されているが、半導体素子１２との配置関係が異なっている。すなわち、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３は、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４よりも小さくなるよう配置されており、第１の実施形態における板状電極１５の配置を上下逆転させた配置形態となっている。
【００４３】
傾斜部３４には半田供給用の貫通孔３４Ａが形成されている。貫通孔３４Ａを介して板状電極３１と第２電極１４間の隙間に溶融半田が供給される。
第１平面部３２、第２平面部３３及び傾斜部３４の下面３２Ａ、下面３３Ａ及び下面３４Ｂと、第２電極１４との間に第２半田層３５が形成されている。なお、第１半田層１６及び第２半田層３５は、スズ（Ｓｎ）等を含む同一組成、同一融点の半田を使用して形成されている。
【００４４】
次に、上記構造を有する半導体装置３０についてその作用説明を図９〜図１２に基づき説明する。
図９に示すように、この実施形態においても第１の実施形態と同様に、半田の接合可能距離範囲をｄｍｉｎ〜ｄｍａｘとした時に、製造工程において、板状電極３１が接合可能距離範囲を超えてばらついた場合であっても、第１平面部３２及び第２平面部３３のうちどちらか一方が接合可能距離範囲内にあれば、板状電極３１を接合可能である。なお、δ≦ｄｍａｘ−ｄｍｉｎとなるように設定するのが好ましい。このとき、図９に示すように、接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘに対する板状電極３１の配設位置としては、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の３つの位置が考えられる。Ｑ１位置では、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３及び第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４の両方とも接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、Ｑ２位置では、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３のみが接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、Ｑ３位置では、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４のみが接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にある。また、ｄ３＝ｄｍａｘ、ｄ４＞ｄｍａｘの場合が上限位置を示し、ｄ４＝ｄｍｉｎ、ｄ３＜ｄｍｉｎの場合が下限位置を示している。
【００４５】
ここで、第１の実施形態と同様に、段差の大きさδの中間（δ／２）を通る中心線を引き、この中心線と第２電極１４間の隙間距離をｄｃとする。また、接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘの中心をｄｃ０とすると、ｄｃ０＝（ｄｍｉｎ＋ｄｍａｘ）／２と表すことができる。このｄｃ０を設計上の電極の標準配置位置とし、これを使って接合可能距離範囲を表すと、次のようになる。すなわち、段差のない単一平面状の電極を有する従来技術の場合には、電極平面部の標準配置位置をｄｃ０としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、ｄｃ０±（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／２となるのに対し、本実施形態では、電極の標準配置位置をｄｃ＝ｄｃ０としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、ｄｃ０±（（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／２＋δ／２）と表すことができ、従来技術と比較して、接合可能距離範囲が±δ／２だけ拡張される。但し、段差の大きさδは接合可能距離範囲の下限値より小さい（δ≦ｄｍｉｎ）。なお、電極の標準配置位置として隙間距離ｄ３をｄ３＝ｄｃ０と設定した場合は、第１平面部３２の下面３２Ａが上記従来技術と同様のｄｃ０に位置するが図９の破線で示すように第２平面部３３によって接合可能許容範囲が下方へ段差の大きさδ相当分拡張されて、ｄｍｉｎ−δ≦ｄ３≦ｄｍａｘとなる。
【００４６】
次に、板状電極３１の半田接合について、図１０〜図１２に基づき製造工程の説明を行う。
図１０は、板状電極３１が図９の前記Ｑ１位置にある場合を示し、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、且つ、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４も接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にある。図１０（ａ）に示すように、第２電極１４上に板状電極３１の第１平面部３２の先端側を制御用電極１８側に向け、第１平面部３２と第２電極１４間に隙間距離ｄ３を、第２平面部３３と第２電極１４間に隙間距離ｄ４をそれぞれ保ちながら板状電極３１を配置し、治具などで一端固定する。なお、この場合の前記隙間距離ｄ３、ｄ４をそれぞれｄ３０、ｄ４０としたとき、ｄｍｉｎ≦ｄ３０，ｄ４０≦ｄｍａｘとなっているので、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間及び、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間の両方の隙間に半田が充填可能である。
【００４７】
次に、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）に示す状態にある半導体装置を加熱装置内に入れて、装置全体を加熱させながら上方に配置された半田供給装置２２から溶融半田を供給する。半田供給装置２２から供給された溶融半田は、傾斜部３４に形成された半田供給用の貫通孔３４Ａを通過して半導体素子１２の第２電極１４上に供給され第２電極１４の濡れ性により濡れ広がる。そして、図１０（ｂ）に矢印で示すように、濡れ広がった溶融半田は、第１平面部３２の下面３２Ａと第２電極１４間の隙間を第１平面部３２の先端側に向けて移動すると共に、第２平面部３３の下面３３Ａと第２電極１４間の隙間を第２平面部３３の後端側（傾斜部３４から離間する方向）に向けて移動する。その結果、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間及び、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間の両方の隙間に半田が充填される。
【００４８】
次に、図１０（ｃ）に示すように、半導体装置を加熱装置から取り出し冷却させることにより半田が硬化し、第２電極１４と板状電極３１とが第２半田層３５を介して接合される。
このように、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間及び、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間の両方の隙間に半田が充填されるので、半田の板状電極３１との接合面積が確保可能である。
【００４９】
図１１は、板状電極３１が標準位置からばらつきにより図９のＱ２位置にずれた場合を示し、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にあり、且つ、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘ内にない場合を示している。この場合、図１１（ａ）に示すように、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３をｄ３２とし、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４をｄ４２とすれば、ｄｍｉｎ≦ｄ３２≦ｄｍａｘ、ｄ４２＞ｄｍａｘとなっており、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
【００５０】
次に、図１１（ｂ）に矢印で示すように、半田供給装置２２から供給された溶融半田は、第２電極１４上に濡れ広がり、第１平面部３２の下面３２Ａと第２電極１４間の隙間を第１平面部３２の先端側に向けて移動する。その結果、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間には半田が充填されるが、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間は、離間しすぎて半田が充填されない。
【００５１】
次に、図１１（ｃ）に示すように、第２電極１４と板状電極３１とが第２半田層３５を介して接合される。
このように、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極３１との接合面積が確保可能である。
【００５２】
図１２は、板状電極３１が標準位置からばらつきにより図９のＱ３位置にずれた場合を示し、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３が接合可能距離範囲ｄｍｉｎ〜ｄｍａｘを超えて小さくなる方向にばらついた場合を示している。この場合、図１２（ａ）に示すように、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３をｄ３１とし、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４をｄ４１とすれば、ｄ３１＜ｄｍｉｎ、ｄｍｉｎ≦ｄ４１≦ｄｍａｘとなっており、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
【００５３】
次に、図１２（ｂ）に矢印で示すように、半田供給装置２２から供給された溶融半田は、第２電極１４上に濡れ広がり、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間を第２平面部３３の後端側（傾斜部３４から離間する方向）に向けて移動するが、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間には侵入しない。
これは、半田の表面張力などの影響により、第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３１は狭すぎて半田が侵入できない距離にあるが、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間距離ｄ４１は、接合可能距離範囲内にあるので第２平面部３３と第２電極１４間の隙間には半田が充填可能なことによる。その結果、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間にのみ半田が充填される。
【００５４】
次に、図１２（ｃ）に示すように、第２電極１４と板状電極３１とが第２半田層３５を介して接合される。
このように、第２平面部３３と第２電極１４間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極３１との接合面積が確保可能である。
【００５５】
この第２の実施形態に係る半導体装置３０によれば第１の実施形態における（１）〜（３）と同等の効果を得ることができること以外に、板状電極３１は先端側の第１平面部３２と第２電極１４間の隙間距離ｄ３が小さく形成されているので、第１平面部３２と半導体素子１２の第２電極１４間の隙間に充填される半田が第２電極１４の外側に漏れるのが防止可能である。
【００５６】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○  第１及び第２の実施形態では、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅ｄｍａｘ−ｄｍｉｎより小さく、且つ、接合可能距離範囲の下限値より小さいことを条件として説明したが、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅ｄｍａｘ−ｄｍｉｎより小さく、且つ、接合可能距離範囲の下限値より大きい場合には、第２平面部２０又は第１平面部３２が第２電極１４と当接することがある。この場合、接合可能距離範囲の拡張幅は狭くなる。
○  第１及び第２の実施形態では、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅ｄｍａｘ−ｄｍｉｎより小さいとして説明したが、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅ｄｍａｘ−ｄｍｉｎより大きくても構わない。例えば、図１３に示すように、板状電極４１が第１平面部４２（隙間距離ｄ５）と第２平面部４３（隙間距離ｄ６）とを有し、段差の大きさδが、接合可能距離範囲の幅ｄｍａｘ−ｄｍｉｎより大きく設定されている場合には、次のようになる。すなわち、第２平面部４３を基準として考えたときに、第２平面部４３がＲ１位置〜Ｒ２位置間にあり隙間距離ｄ６が接合可能範囲内にある場合には、第２平面部４３と第２電極１４間の隙間に半田を充填可能である。しかし、Ｒ２位置を超えて隙間距離ｄ６が小さくなる方向にばらついたＲ３位置では、第１平面部４２及び第２平面部４３の両方とも接合可能範囲外（ｄ５、ｄ６とも接合可能範囲外）となり、この場合には、板状電極４１は半田接合されずＮＧ範囲となる。そして、更に隙間距離ｄ６が小さくなる方向にばらつきＲ４位置に到達すると、第１平面部４２が接合可能範囲に入ってくるので、第１平面部４２と第２電極１４間の隙間に半田を充填可能である。図１３に矢印で示すように、不連続的ではあるが、接合可能範囲が拡張される。
○  第１及び第２の実施形態では、連結部を傾斜面を有する傾斜部２１、３４として説明したが、連結部が湾曲面或いは、屈曲面で形成されていても良い。また、連結部が垂直に形成されていても良い。
○  第１及び第２の実施形態では、板状電極は長尺方向に折れ曲がった形状を有するとして説明したが、長尺方向と直角な短尺方向に折れ曲った形状を有し、短尺方向の一方に第１平面部が形成され、短尺方向の他方に第２平面部が形成されて、第１平面部と第２平面部との間に２つの平面部を連結する連結部が形成されていても良い。
○  第１及び第２の実施形態では、複数の平面部が２個で連結部が１個としたが、複数の平面部が３個以上で、各平面部間を連結する連結部が２個以上あり、各連結部に半田供給用の貫通孔が形成されていても良い。
○  第１及び第２の実施形態では、傾斜部２１、３４に貫通孔２１Ａ、３４Ａを設けるとして説明したが、貫通孔を平面部に設けても良く、また、貫通孔を設けないで半田を側方より上部電極と第２電極間の隙間に直接供給しても良い。さらに、貫通孔に代えて傾斜部に切り欠きを設けても良い。
○  第１及び第２の実施形態では、被接合部材を半導体素子１２として説明したが、半導体素子１２を介さずに基部１１上に板状電極１５、３１を直接半田付けしても良い。この場合には、基部１１が被接合部材となる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  半導体装置
１１  基部
１２  半導体素子
１３  第１電極
１４  第２電極
１５  板状電極
１７  第２半田層
１９  第１平面部
２０  第２平面部
２１  傾斜部
２１Ａ  貫通孔
δ  段差の大きさ（＝ｄ１−ｄ２）
ｄ１  第１平面部と第２電極間の隙間距離
ｄ２  第２平面部と第２電極間の隙間距離
【図１】
2012109391.tif 000003
【図２】
2012109391.tif 000004
【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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