(57)【要約】      （修正有）【課題】はんだ厚みのばらつきが少なく高い平行度が実現された半導体装置であって、かつ、そのうえで生産性向上に寄与し得る半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】回路基板電極１２を備えた回路基板１０と半導体電極２２を備えた半導体２０とを有して成る半導体装置１００であって、半導体電極２２と回路基板電極１２とが対向するように半導体２０と回路基板１０とが相互に積み重ねられており、半導体電極２２と回路基板電極１２との間に半導体電極２２と回路基板電極１２とを接続するはんだ接合層３０が設けられており、また、回路基板電極１２にははんだ接合層３０の形成原料のための凹部１４が少なくとも１つ設けられており、回路基板電極１２が凹部１４に起因した空間部１４’を有して成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板電極を備えた回路基板と半導体電極を備えた半導体とを有して成る半導体装置であって、
前記半導体電極と前記回路基板電極とが対向するように前記半導体と前記回路基板とが相互に積み重ねられており、
前記半導体電極と前記回路基板電極との間に該半導体電極と該回路基板電極とを接続するはんだ接合層が設けられており、また
前記回路基板電極には前記はんだ接合層の形成原料のための凹部が少なくとも１つ設けられており、該回路基板電極が該凹部に起因した空間部を有して成る、半導体装置。
【請求項２】
前記はんだ接合層の厚さ寸法が、前記凹部の深さ寸法よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの前記凹部の総体積が、前記はんだ接合層の体積よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記凹部の底部から開口面に向かって前記凹部の幅寸法が漸次増加している又は一定となっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記はんだ接合層が、前記半導体電極および前記回路基板電極の少なくとも一方に起因する金属成分から形成された合金を含んで成ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記回路基板電極の表面領域（前記凹部の形成領域を除く）の少なくとも一部にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎから成る群から選択される少なくとも１種の金属成分を含んで成ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
回路基板電極を備えた回路基板と半導体電極を備えた半導体とを有して成る半導体装置を製造する方法であって、
（ｉ）前記回路基板電極に少なくとも１つの凹部を形成する工程、
（ｉｉ）前記凹部に対してはんだ原料を供給する工程、
（ｉｉｉ）前記半導体電極と前記回路基板電極とが対向するように、前記半導体と前記回路基板とを相互に重ね合わせる工程、および
（ｉｖ）前記半導体および前記回路基板の少なくとも一方を加熱する工程
を含んで成り、
前記工程（ｉｖ）においては、前記回路基板電極の前記凹部から前記はんだ原料の少なくとも一部が毛管現象によって吸い出され、それによって、前記半導体電極と前記回路基板電極との間に該半導体電極と該回路基板電極とを相互に接続するはんだ接合層を形成する、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記凹部の底部から開口面に向かって該凹部の幅寸法が漸次増加する又は一定となるように該凹部を形成することを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｉｉｉ）における前記半導体と前記回路基板との前記重ね合わせ、および、前記工程（ｉｖ）の前記加熱に際しては、前記半導体および前記回路基板に対して外部から力を加えないことを特徴とする、請求項７または８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記回路基板電極の表面（前記凹部の形成領域を除く）の粗さを調整することによって、前記工程（ｉｖ）で形成される前記はんだ接合層の厚さを調整することを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ｉｖ）においては、前記半導体電極および前記回路基板電極の少なくとも一方に起因する金属成分が前記はんだ原料中へと拡散し、それによって、該金属成分と前記はんだ原料のはんだ成分とから少なくとも成る合金が前記はんだ接合層に形成されることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｉ）では、前記回路基板電極の表面（前記凹部の形成領域を除く）に対して表面処理を施し、該表面のはんだ濡れ性を調整することを特徴とする、請求項７〜１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｉ）では、前記回路基板電極をエッチング処理またはプレス処理に付すことによって、前記凹部を形成することを特徴とする、請求項７〜１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｉｉ）では、めっき処理または印刷処理を通じて前記凹部に前記はんだ原料を供給することを特徴とする、請求項７〜１３のいずれか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、半導体装置およびその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、回路基板と半導体とを有して成る半導体装置に関すると共に、かかる半導体装置を製造するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用のエアコン、冷蔵庫などの民生機器や、インバータ、サーボコントローラなどの産業機器から近年の電気自動車に至るまで、大きな電力を使用する機器にはパワー半導体が使用されている。かかるパワー半導体は、技術の進歩に伴って素子の電流密度が年々高くなっている。このように扱う電力が大きくなると、それに伴って半導体からの発熱が大きくなるため、放熱特性を高くする必要がある。
【０００３】
高い放熱特性を得るため、半導体素子の両面に放熱板を備えた半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。両面に放熱機能を有するパワーモジュールでは、冷却器への取り付けなどに鑑みて、両方の放熱板の平行度および間隔などを一定にする必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来技術においては、はんだ付け部の厚みばらつきなどに起因して、半導体装置自体（特にその対向する両主面）が“平行”とならず、それゆえ、放熱板の平行度・間隔などを一定に保つことができない場合があった（図１５参照）。同様にして、半導体などの発熱素子や発熱素子と放熱板の間に配置される電極ブロックのはんだ付け時には”傾き”や“厚みばらつき”が生じることがあり、その結果、両方の放熱板のうち電極ブロックと接合する放熱板のはんだ付け部において、はんだ量が過多となることがあった。はんだ量が過多になると、余分なはんだが垂れて、発熱素子のガードリング部や信号線用のワイヤボンド部にて絶縁不良を引き起こし、あるいは、はんだフィレット形状の異常に起因して信頼性が低下することが懸念される。
【０００５】
“はんだ過多”の問題に対して、例えば特許文献２では、注入用貫通孔を介してはんだ接合を行う手法が提案されている。かかる手法では、注入用貫通孔からはんだを供給することで、適量供給を実現し、はんだ過多による問題を解決している。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の手法では、はんだの表面張力に起因して孔径が小さくできず、適用できる電極には制限がある。また、孔にはんだを注入してくために、その点で生産性が低いといった課題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３２９８２８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の主たる目的は、はんだ厚みのばらつきが少なく高い平行度が実現された半導体装置であって、かつ、そのうえで生産性向上に寄与し得る半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明では、
回路基板電極を備えた回路基板と半導体電極を備えた半導体とを有して成る半導体装置であって、
半導体電極と回路基板電極とが対向するように半導体と回路基板とが相互に積み重ねられており、
半導体電極と回路基板電極との間に半導体電極と回路基板電極とを接続するはんだ接合層が設けられており、また
回路基板電極にははんだ接合層の形成原料のための凹部が少なくとも１つ設けられており、回路基板電極が凹部に起因した空間部を有して成る、半導体装置が提供される。
【００１０】
本発明の半導体装置の特徴の１つは、はんだ接合層の形成原料のための凹部が回路基板電極に少なくとも１つ設けられており、それゆえ、回路基板電極が凹部に起因した空間部を有して成ることである。
【００１１】
また、本発明では、上記半導体装置を製造するための方法も提供される。かかる本発明の製造方法は、回路基板電極を備えた回路基板と半導体電極を備えた半導体とを有して成る半導体装置を製造する方法であって、
（ｉ）回路基板電極に少なくとも１つの凹部を形成する工程、
（ｉｉ）凹部に対してはんだ原料を供給する工程、
（ｉｉｉ）半導体電極と回路基板電極とが互いに対向するように、半導体と回路基板とを相互に重ね合わせる工程、および
（ｉｖ）半導体および回路基板の少なくとも一方を加熱する工程
を含んで成り、
工程（ｉｖ）においては、回路基板電極の凹部からはんだ原料の少なくとも一部が毛管現象によって吸い出され、それによって、半導体電極と回路基板電極との間にて半導体電極と回路基板電極とを相互に接続するはんだ接合層を形成する。
【００１２】
本発明の製造方法の特徴の１つは、回路基板電極に形成した“少なくとも１つの凹部”にはんだ原料を供給し、次いで、はんだ原料の少なくとも一部を半導体電極と回路基板電極との間へと毛管現象によって吸い上げて接合層を形成していることである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置では、はんだ接合層の厚みのばらつきが少なく、高い平行度が実現されている。また、かかる半導体装置の製造においては、回路電極に形成した凹部にはんだ原料を一括供給し、半導体および回路基板の少なくとも一方を加熱することによってはんだ接合層を形成できるので、生産性向上に寄与するプロセスが実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、“高い平行度”を説明するための模式図である。
【図３】図３は、本発明の半導体装置の構成を模式的に示した断面図である（両面に放熱板を設けた態様）。
【図４】図４は、本発明の半導体装置の構成を模式的に示した断面図である（複数の半導体チップが設けられ、両面に放熱板を設けた態様）。
【図５】図５は、回路基板電極の凹部の種々の態様を説明するための模式図である。
【図６】図６（ａ）は、凹部／空間部のピッチＰを説明するための模式図であり、図６（ｂ）は、複数の凹部／空間部の設置領域が“応力緩和”の機能を果たすことを説明するための模式図
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の製造方法の態様を模式的に示した工程断面図である。
【図８】図８（ａ）は「エッチング処理による凹部形成」を説明するための模式図であり、図８（ｂ）は「印刷法による凹部への一括供給」を説明するための模式図である。
【図９】図９（ａ）は、工程（ｉｉｉ）に用いる半導体の態様を示した模式図であり、図９（ｂ）は、工程（ｉｉｉ）に用いる回路基板の態様を示した模式図である。
【図１０】図１０は、工程（ｉｉｉ）の態様を模式的に表した斜視図である。
【図１１】図１１は、“面粗さに起因した微小凹凸面”を埋めるように濡れ広がる態様を説明するための模式図である。
【図１２】図１２はＣｕ−Ｓｎ状態図を示すグラフ図である。
【図１３】図１３は、本発明の半導体装置の構成を模式的に示した断面図である（半導体が下側に配置され、回路基板が上側に配置される態様）。
【図１４】図１４は、積層体に圧力を掛けて加熱に付すことを通じてはんだ接合層を形成する態様を説明するための模式図である。
【図１５】図１５は、はんだ付け部の厚みばらつきなどに起因して放熱板の平行度・間隔などを一定に保つことができない態様を説明するための模式図である（従来技術）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。まず、本発明の半導体装置について説明し、次いで、本発明の製造方法を説明する。尚、図面に示す各種の要素は、本発明の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比や外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。
【００１６】
［本発明の半導体装置］
図１に、本発明の半導体装置の構成を模式的に示す。図示されるように、本発明の半導体装置１００は、回路基板１０と半導体２０とを有して成る。回路基板１０は、その主面に回路基板電極１２を備えている一方、半導体２０は、その主面に半導体電極２２を備えている。回路基板電極１２と半導体電極２２とが対向するように回路基板１０と半導体２０とが相互に積み重ねられており、それらの間にはんだ接合層３０が設けられている。即ち、はんだ接合層３０は、回路基板電極１２と半導体電極２２との間にてそれらを相互に接続するように設けられている。
【００１７】
本発明の半導体装置１００では、回路基板電極１２に少なくも１つの凹部１４が設けられており、その凹部１４に起因して空間部１４’が形成されている。換言すれば、本発明の半導体装置１００における回路基板電極１２は、凹部１４に起因した空間部１４’を有して成る。
【００１８】
凹部１４は、はんだ接合層３０の形成原料のために回路基板電極１２に設けられた“微小窪み”に相当する。凹部１４ははんだ接合層３０の形成に用いたものであり、その結果、少なくも１つの凹部１４が半導体２０の半導体電極２２に対向するように窪んだ形態を有している（換言すれば、回路基板電極１２の少なくも１つの凹部１４が、半導体電極２２に臨むように窪んだ形態を有している）。
【００１９】
凹部１４およびはんだ接合層３０に関連する事項を詳述する。はんだ接合層３０は、回路基板電極の凹部１４からはんだ原料の少なくとも一部が毛管現象によって吸い出される又は吸い上げられることを通じて形成されたものであり、それゆえ、本発明の半導体装置１００では“毛管現象による吸い出し”の後に生じる空間部１４’（または空隙部）が形成されている。従って、本発明における「空間部」とは、“毛管現象による吸い出し”に起因して「回路基板電極の凹部にて生じた中空部」のことを実質的に意味している（つまり、「空間部１４’」は、製造プロセス時に生じた気泡などの微小空隙などではなく、はんだ接合層３０の形成のために意図的に回路基板電極に設けた凹部から構成されるものである）。
【００２０】
なお、本発明における「凹部」は、はんだ接合層３０の形成原料のために意図的に回路基板電極に設けたものであり、回路基板または半導体装置の製造過程に起因して不可避的または偶発的に形成されたキズなどを意味していないことに留意されたい。
【００２１】
半導体装置１００に設置されている回路基板１０としては、一般的な電子部品実装体などに用いられているものを利用することができ、それゆえ、本発明の半導体装置１００における回路基板１０は例えばプリント配線基板、セラミック基板、ガラス基板などに相当するものであってよい。同様にして、半導体装置１００に設置されている半導体２０も、一般的な電子部品実装体などに用いられているものを利用できる（特にチップ形態の半導体を利用することができる）。例えば、本発明においては半導体２０がパワー半導体であってよい。そのような発熱量が多いパワー半導体であっても、半導体装置１００は優れた放熱特性を有し得るので、好適に採用することができる。
【００２２】
回路基板１０に備えられている回路基板電極１２は、はんだ層形成時の加熱温度よりも高い融点を有するのであれば、一般的な電子部品実装体などに用いられている電極金属材質と同じものから成るものであってよい（“はんだ接合温度”で溶融してしまうと、電極金属材料が回路基板電極と半導体電極との対向領域からはみ出し、絶縁不良などの問題を引き起こしかねない）。ここで、はんだ接合層３０の形成時の「はんだ濡れ性」を重視するならば、回路基板電極１２は例えば銅（Ｃｕ）を含んで成ることが好ましい。同様にして、半導体２０に備えられている半導体電極２２は、はんだ層形成時の加熱温度よりも高い融点を有するものであれば、一般的な電子部品実装体などに用いられている電極金属材質と同じ金属からなるものであってよおい。同様に「はんだ濡れ性」を重視するならば、半導体電極２２は例えば銅（Ｃｕ）を含んで成るが好ましい。
【００２３】
本発明では「はんだ濡れ性」を積極的に考慮した態様も可能であり、例えば、回路基板電極１２が表面処理されている態様であってもよい。かかる場合、「凹部の設置領域を除く回路基板電極の表面領域１２Ａ」が“表面処理”された形態であってよい（つまり、回路基板電極１２のうちで半導体電極２２と接合する局所的領域１２Ａのみが表面処理された形態であってよい）。表面処理に起因して、「回路基板電極の表面領域１２Ａ」の少なくとも一部には、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎから成る群から選択される少なくとも１種の金属成分が含まれ得る。あくまでも例示にすぎないが、回路基板電極の表面領域１２ＡがＡｕなどでめっき処理されいてよく、それゆえ、表面領域１２Ａがめっき層を有してなるものであってよい。
【００２４】
はんだ接合層３０の材質は、“はんだ成分”を有して成る。例えば、はんだ接合層３０の“はんだ成分”は、Ｓｎ系材質であってよい。ある１つの好適な態様では、はんだ接合層３０が、半導体電極２２および回路基板電極１２の少なくとも一方に起因する金属成分から形成された“合金”を含んで成る。例えば、半導体電極２２および回路基板電極１２の少なくとも一方がＣｕ系であり、はんだ成分がＳｎ系である場合、はんだ接合層３０はＣｕＳｎ系の合金成分を好ましくは含んで成る。このような合金成分を含んだはんだ接合層３０は、はんだ融点よりも高融点を呈し、それゆえ、高い接合特性などの有利な効果を奏し得る。
【００２５】
本発明の半導体装置１００では、“毛管現象による回路基板電極凹部からのはんだ原料の吸い出し”に起因して、はんだ接合層３０の厚みのばらつきが低減されており、高い平行度が実現されている。より具体的には、図２に示すように、回路基板電極１２の表面（凹部の形成領域を除く）と半導体電極２２との間のはんだ接合層３０の厚さは略一定となっており、それゆえ、回路基板電極１２と半導体電極２２との離隔距離が面方向に沿って略一定となっている。つまり、回路基板１０（回路基板電極１２）と半導体２０（半導体電極２２）とが、いずれのポイントであっても実質的に同じ離隔距離を保っている。
【００２６】
本発明の半導体装置１００は、はんだ接合層３０の厚みのばらつきが少なく高い平行度が実現されているので、放熱板の平行度・間隔などを一定に保つことができる。それゆえに、放熱手段を好適に設けることができ、ひいては、放熱性の優れた半導体装置を実現することができる。例えば、高い平行度ゆえに、図３に示すような“両面に放熱板を設けた態様”あるいは図４に示すような“複数の半導体チップが設けられ、両面に放熱板を設けた態様”を好適に採用することができる（つまり、図３および図４に示す態様であっても、放熱板の平行度・間隔などは一定に保つことができ、放熱手段を好適に設けることができる）。
【００２７】
また、本発明の半導体装置１００では、“毛管現象による回路基板電極凹部からのはんだ原料の吸い出し”に起因して、比較的薄いはんだ接合層３０が実現されている。好ましくは、はんだ接合層３０の厚さ寸法が、回路基板電極１２の凹部１４の深さ寸法よりも小さくなっている。これは、「回路基板電極の凹部からはんだ原料が毛管現象により吸い出され、回路基板電極１２の表面（凹部の形成領域を除く）と半導体電極２２との間にはんだ原料が侵入してはんだ接合層３０が形成されること」に起因する。例示すると、回路基板電極１２の凹部１４の深さ寸法が好ましくは０．０２〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．０２〜０．５ｍｍ、更に好ましくは０．０３〜０．１ｍｍ（例えば約０．０５ｍｍ）となっている場合、はんだ接合層３０の厚さ寸法は、それぞれ、好ましくは０．００４〜０．３ｍｍ、より好ましくは０．００４〜０．１ｍｍ、更に好ましくは０．００６〜０．０２ｍｍ（例えば約０．０１ｍｍ）となっている。
【００２８】
本発明の半導体装置１００は、薄いはんだ接合層３０（特に従来のはんだ接合部よりも薄い接合層）が実現されているので、かかる “薄さ”の観点でも優れた放熱特性がもたらされる。これについて説明する。はんだ接合部の“はんだ材質”というものは一般的に熱抵抗が大きい（電極材料として用いられる“銅”などと比較して熱抵抗が大きい）。この点、本発明においては、はんだ接合層３０の厚さが薄いので、半導体装置全体に占める“はんだ材質”の割合は小さくなっており、その結果、半導体装置全体として放熱特性が向上する。
【００２９】
本発明では、“回路基板電極凹部からのはんだ原料の毛管現象の吸出し”に起因してはんだ接合層３０が形成されているので、回路基板電極に設けられた少なくとも１つの凹部の総体積が、はんだ接合層の体積よりも大きくなり得る。換言すれば、回路基板電極１２に設けられた全ての凹部体積を足し合わせた総体積は、はんだ接合層３０の面積（主面の面積）と厚さとの積よりも大きくなっている。
【００３０】
回路基板電極１２に設けられている凹部１４は、例えば図５に示すような形態を有している。つまり、回路基板電極１２の凹部１４は、その底部（最底部）１４ａから開口面（最頂部）１４ｂに向かって幅寸法Ｄが略一定となっているものであっってよく、あるいは、底部１４ａから開口面１４ｂに向かって幅寸法Ｄが漸次増加しているものであってもよい。例えば、図５（ａ）では、凹部底部１４ａから凹部開口面１４ｂに向かって幅寸法Ｄが略一定となっており、それゆえ、凹部１４が円柱形態を有している。このような凹部形態は、円柱形態に限らず、角柱形態であってもよい。図５（ｂ）では、凹部底部１４ａから凹部開口面１４ｂに向かって幅寸法Ｄが漸次増加しており、それゆえ、凹部１４が円錐形態を有している。同様にして、このような凹部形態は、円錐形態に限らず、角錐形態であってもよい。更には、凹部の形態は、図５（ｃ）に示すように、半球形態であってもよい。つまり、凹部１４は、その底部１４ａから開口面１４ｂに向かって幅寸法Ｄが指数関数的に漸次増加するようになっていてもよい。
【００３１】
本発明の半導体装置１００では、回路基板電極１２に凹部１４が“少なくとも１つ”設けられているが、例えば、はんだ接合層３０の設置領域にて整列した形態で設けられている。好ましくは、はんだ接合層３０の設置領域に均一に分布するように凹部１４が設けられており（例えば、図９および図１０参照）、それゆえ、凹部１４に起因した空間部１４’も同様に均一に分布して設けられていることが好ましい。あくまでも例示にすぎないが、整列して設けられた複数の凹部１４、および、それに起因して形成された複数の空間部１４’のピッチＰ（図６（ａ）参照）は、好ましくは０．０２〜５．０ｍｍ程度、より好ましくは０．０３〜２．５ｍｍ程度であり、更に好ましくは０．０５〜１．５ｍｍ程度である。
【００３２】
複数の凹部１４、および、それに起因して形成された複数の空間部１４’は半導体２０に臨むように回路基板電極の表面部分に設けられているので、それら複数の凹部１４／空間部１４’の設置領域が“応力緩和”の機能を果たし得る。つまり、図６（ｂ）に示すような領域（凹凸領域）が、「半導体装置の製造時に発生する応力（例えば、回路基板と半導体とを積み重ねる際に発生する応力）」あるいは「半導体製品として使用時などで生じ得る応力」を緩和・軽減する機能を果たすことになる。
【００３３】
［本発明の製造方法］
次に、本発明の製造方法について説明する。半導体装置１００の製造に際しては、まず、工程（ｉ）を実施する。つまり、図７（ａ）に示すように、回路基板電極１２に少なくとも１つの凹部１４を形成する。
【００３４】
具体的には、回路基板１０に備えられた回路基板電極１２に対して、例えば金型プレス成形を施すことによって「少なくとも１つの凹部１４」を形成することができる。また別法にて、回路基板電極１２にマスクなどを設けて選択的かつ局所的にエッチング処理を施すことによって、「少なくとも１つの凹部１４」を形成することもできる（図８（ａ）参照）。
【００３５】
形成される凹部１４の形態は、図７（ａ）に示すような「凹部底部から凹部開口面に向かって幅寸法が略一定となる円柱形態・角柱形態」であってよく、あるいは「凹部底部から凹部開口面に向かって幅寸法が漸次増加する円錐形態・角錐形態（図５（ｂ）および５（ｃ）参照）」であってもよい。例えば図５（ｃ）に示すような半球形態の凹部を形成した場合では、後の工程で半導体２０を重ね合わせた際に発生し得る応力を特に小さくできる。
【００３６】
１つ例示すると、図５（ａ）に示すような円柱形態の場合、凹部１４の深さ寸法、幅寸法、ピッチは、例えば以下の通りである。
・凹部の深さ寸法：０．０２〜１．５ｍｍ（例えば０．０５ｍｍ）
・凹部の幅寸法：０．０４〜３．０ｍｍ（例えば０．１ｍｍ）
・凹部のピッチ：０．０３〜２．５ｍｍ（例えば０．０９ｍｍ）
【００３７】
工程（ｉ）に引き続いて工程（ｉｉ）を実施する。つまり、図７（ｂ）に示すように、凹部１４に対してはんだ原料３５を供給する。
【００３８】
具体的には、「回路基板電極１２に形成された少なくとも１つの凹部１４」に対して“はんだ接合層の形成原料３５”を供給する。かかる原料は、一般的な電子部品実装体などのはんだ接合部原料として一般的に用いられている、いわゆる“はんだペースト”であってよい。それゆえ、スクリーン印刷などの印刷法を利用して、複数の凹部１４に対して一括してはんだ原料３５を供給することができる（図８（ｂ）参照）。尚、本発明において“はんだ原料３５”は“ペースト形態”に限らず、はんだ粉末の形態であってもよい。つまり、粉末形態のはんだ原料３５を回路基板電極１２の凹部１４にそのまま供給してもよい。
【００３９】
凹部１４へのはんだ原料の供給は、めっき処理によって行ってもよい。かかる場合、マスクなどを設けて選択的に無電解めっきまたは電解めっきをすることで、はんだ原料３５（例えばＳｎ）を複数の凹部１４に対して一括して供することができる。めっき時のマスクは、上記エッチング処理時に設けたマスクを使用することもできる。
【００４０】
工程（ｉｉ）に引き続いて工程（ｉｉｉ）を実施する。つまり、図７（ｃ）に示すように、半導体電極２２と回路基板電極１２とが対向するように、半導体２０と回路基板10とを相互に重ね合わせる。かかる工程については、図９および図１０も併せて参照されたい。
【００４１】
例えば、図７（ｃ）に示すように、半導体電極２２と回路基板電極１２とが相互に接するように回路基板電極１２上に半導体２０をマウントする。半導体２０と回路基板１０との積層体に対しては特に外側から圧力を掛けなくてもよい。つまり、半導体２０または回路基板１０の自重でもって（図７（ｃ）に示す態様では半導体２０の自重でもって）、半導体２０と回路基板１０との相互の積み重ねを維持してよい。このように外側から特に圧力を掛けない場合であっても、後刻の工程（ｉｖ）で凹部からはんだが吸い上げられた際、半導体２０の自重が効果的に作用して、半導体２０の過度な浮き上がりが防止される（図７（ｃ）に示す態様）。圧力を掛けないので、半導体２０および／または回路基板１０に過度な負荷がかからず、その結果、半導体２０および／または回路基板１０の“割れ”や“欠け”などを効果的に防止することができる。
【００４２】
工程（ｉｉｉ）に引き続いて工程（ｉｖ）を実施する。つまり、図７（ｄ）に示すように、半導体２０および回路基板１０の少なくとも一方を加熱する。
【００４３】
上記加熱が実施されることによって、回路基板電極１２の凹部１４からはんだ原料３５の少なくとも一部が毛管現象によって吸い出され、結果的に、半導体電極２２と回路基板電極１２との間に半導体電極２２と回路基板電極１０とを相互に接続するはんだ接合層３０が形成される（図７（ｅ）参照）。
【００４４】
工程（ｉｖ）の加熱には例えばチャンバーを用いてもよい。つまり、半導体２０と回路基板１０との積層体を加熱チャンバーに仕込んで加熱を行ってよい。加熱によって、凹部１４に供されていたはんだ原料３５のはんだ成分（即ち、「はんだペースト中に分散しているはんだ粒子」あるいは「粉末形態のはんだ粉」）が溶融し、結果的に、はんだ成分が毛管現象によって凹部１４から吸い出されることになる。そして、凹部１４から吸い出されたはんだ成分は、半導体電極２２と回路基板電極１０との間に濡れ広がり、最終的には半導体電極２２と回路基板電極１０との間にはんだ接合層３０が形成される。このように「回路基板電極１０の凹部１４からの毛管現象を利用した濡れ広がり」に起因して、半導体電極２２と回路基板電極１０との間から“はみ出る”はんだ材は減じられることになる。つまり、本発明の１つ好適な態様では、回路基板電極と半導体電極との対向領域内にのみはんだ接合層３０を形成することができる。
【００４５】
はんだ成分の“濡れ広がり”をより好適に実現すべく、回路基板電極１２の表面に対して表面処理を予め施しておいてもよい。つまり、工程（ｉ）などにおいて回路基板電極の表面（凹部の形成領域を除く）に対して表面処理を施し、表面のはんだ濡れ性を調整しておいてもよい。例示すると、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎから成る群から選択される少なくとも１種の金属成分が回路基板電極の表面領域（凹部の形成領域を除く）に含まれるように表面処理を行ってもよい（例えば、めっき処理によって、上記金属成分が回路基板電極１２の表面領域１２Ａに含まれるようにしてよい）。このような表面処理を実施することによって、凹部１４から吸い出されたはんだ成分が回路基板電極の表面にて濡れ易くなり、結果的に、より好適にはんだ接合層３０を形成できるようになる。
【００４６】
典型的には、半導体電極表面は平滑面である一方、回路基板電極表面は面粗さに起因した微小凹凸面を成している。回路基板電極の凹部１４から吸い出されたはんだ成分は、回路基板電極の“面粗さに起因した微小凹凸面”を埋めるように濡れ広がって、はんだ接合層３０が形成され得る（図１１参照）。つまり、はんだ接合層３０の厚さは回路基板の表面粗さによって決まるといえる。それゆえ、本発明では、回路基板電極の表面（凹部の形成領域を除く）の粗さを調整（制御）することによって、はんだ接合層３０の厚みをコントロールすることができる。例えば、回路基板電極（凹部の形成領域を除く）の面粗さを大きくすれば、はんだ接合層３０の厚さを大きくすることができる一方、回路基板電極（凹部の形成領域を除く）の面粗さを減じれば、はんだ接合層３０の厚さを小さくすることができる（かかる場合の「はんだ接合層の厚さ」は、図１１に示されるように、微小凹凸面の谷部分から接合層上面レベルまでの距離のことを指している）。
【００４７】
本発明では、合金成分を含むようにはんだ接合層３０を形成することができる。具体的には、「半導体電極および回路基板電極の少なくとも一方に起因する金属成分とはんだ成分との合金」を少なくとも含むようにはんだ接合層３０を形成することができる。これは、半導体電極および／または回路基板電極からの金属成分の拡散現象を利用している。具体的には、工程（ｉｖ）の加熱に際しては、半導体電極および回路基板電極の少なくとも一方に起因する金属成分がはんだ原料中へと部分的に拡散し、その結果、拡散した金属成分がはんだ原料中のはんだ成分と反応して合金化する（特に本発明では、はんだ接合層の厚さが薄いので、均一に合金化し易く、それゆえ、比較的短い時間で接合層を均一化することができる）。はんだ成分は、合金化すると、その融点が高くなるので、「合金成分を含んだはんだ接合層３０」は耐熱性の高い接合を供することになる。例えば、はんだ成分の主成分であるＳｎの融点が約２３２℃であるのに対して、その成分とＣｕ電極成分との合金であるＣｕＳｎ合金ではその融点がより高くなる（例えば、ＣｕＳｎ合金の融点は４１５℃以上となる。図１２も併せて参照のこと）。また、合金化に起因してはんだ接合層３０の耐熱性が高くなっているので、はんだ接合層が以降のプロセス工程による熱影響を受けにくくなる。また更には、耐熱性が高いゆえ、半導体装置としてその使用時の信頼性が高くなる。例えば半導体２０がパワー半導体である場合には、多くの熱が発生し得る場合があるが（例えばパワー半導体は使用時にて２５０℃程度の熱を帯びる場合がある）、そのような発熱があってもはんだ接合層は溶融化し得ないので、所望の半導体性能が維持され得る。
【００４８】
本発明においては、回路基板電極の凹部１４の径寸法を“はんだ接合面”よりも小さく形成できれば、電極面積を問わず実施することができる。それゆえ、プロセス自由度が高く、高密度実装が可能となっている。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、あくまでも本発明の典型的態様を例示したにすぎない。それゆえ、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。
【００５０】
例えば、上記説明では、回路基板が下側に配置され、半導体が上側に配置される態様について主に触れたが、本発明は必ずしもかかる態様に限定されない。つまり、半導体が下側に配置され、回路基板が上側に配置される態様であってもよく、かかる態様でも本発明の効果は同様に奏される（図１３参照）。
【００５１】
また、上記説明では、半導体と回路基板との積層体に対して特に外側から圧力を掛けない態様について主に触れたが、本発明は必ずしもかかる態様に限定されない。例えば図１４に示すように、半導体に対して外部から圧力を加えた状態で工程（ｉｖ）の加熱処理を実施し、それによって、はんだ接合層３０を形成する態様であってもよい（例えば半導体電極表面と回路基板電極表面との隙間が変化しないような圧力を加えてはんだ接合層を形成してもよい）。このような態様であっても本発明の効果は同様に奏される。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、種々の半導体製品に利用することができる。高い放熱性を実現できることに特に鑑みれば、本発明は、パワー半導体を使用する半導体製品（１つ例示すると、電気自動車等の装置）として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  回路基板
１２  回路基板電極
１２Ａ  凹部の設置領域を除く回路基板電極の表面領域１２Ａ
１４  回路基板電極に設けた凹部
１４’  凹部に起因した空間部（空隙部）
１４ａ  凹部の底部（最底部）
１４ｂ  凹部の開口部（最頂部）
２０  半導体（例えば半導体チップ）
２２  半導体電極
３０  はんだ接合層
３５  はんだ原料  
５０  接着層（例えば放熱グリス）
８０  放熱板
１００  半導体装置
１００’  半導体装置（両面に放熱板を設けた態様）
１００’’  半導体装置（複数の半導体チップが設けられ、両面に放熱板を設けた態様）
１００’’’  半導体装置
【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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