(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子またはパワー半導体素子のパッケージにおいて、外部に放熱し易く、かつ小型薄型化が容易なパッケージを提供する。【解決手段】熱伝導性に優れる金属板１１と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子１２と、該貫通端子を金属板に封着する絶縁シール材１３とを備え、金属板は、貫通端子と絶縁シール材とを含む上下面を水平に成形し平坦化したことを特徴とする貫通端子付き金属ベース基板が提供される。一方の平坦面は、半導体素子のチップ実装面となり、このチップ実装面に固着した半導体素子と貫通端子は、ボンディングワイヤなどにより配線接続されるか、あるいは前記配線接続に加えてチップ実装面で直接金属板と同電位に接続され、もう一方の平坦面は、表面実装面となり、回路基板との接続面を構成し他のインターポーザ基板や外部回路基板を接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、該貫通端子を金属板に封着する絶縁シール材とを備え、前記金属板は、前記貫通端子と前記絶縁シール材とを含む上下面を水平に成形し平坦面としたことを特徴とする貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項２】
熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、前記貫通端子を前記貫通孔に封着する絶縁シール材とを備え、前記金属板は、前記貫通端子と前記絶縁シール材の端面を有する上下面を水平に成形した平坦面を含み、片方の平坦面に、前記貫通端子と接続可能に絶縁性の基材に配置した導電性の貫通ビア電極を設けた絶縁基板を着設すると共に前記貫通端子と該貫通ビア電極とを電気接続したことを特徴とする貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項３】
前記貫通端子を、金属板の端面に貫通端子の切断側面を表面露出させたハーフカット貫通端子としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項４】
前記金属板は、第１の金属材からなる第１ベース材と、第２の金属材からなる第２ベース材または放熱のための冷却フィンとを一体に張り合わせ固着した少なくとも２層積層構造の複合金属板であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項５】
前記金属板の片面に貫通端子を囲繞した周壁を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項６】
前記貫通端子付き金属ベース基板は、この基板を別の回路基板に取付け固定するための接続部を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項７】
前記金属板は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗおよびこれらの合金の群から選択した少なくとも単層の金属材からなることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項８】
前記貫通端子は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＭｏおよびＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金の群から選択した金属材からなることを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか１つに記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項９】
前記金属板および前記貫通端子は、前記半導体素子と電気接続がしやすいように、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｇ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金の群から選択した少なくとも単層の金属層を施したことを特徴とする請求項１ないし請求項８の何れか１つに記載の貫通端子付き金属ベース基板。
【請求項１０】
熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、該貫通端子を金属板に封着する絶縁シール材とを備え、前記金属板は、前記貫通端子と前記絶縁シール材とを含む上下面を水平に成形し平坦面とした貫通端子付き金属ベース基板であって、該貫通端子付き金属ベース基板は、少なくとも一方の平坦面をチップ実装面とし、このチップ実装面に半導体素子を固着して、該半導体素子と前記貫通端子とを配線接続するか、または前記半導体素子と前記貫通端子との前記配線接続に加えて前記チップ実装面の前記金属板と前記半導体素子とを直接同電位に接続し、さらに前記チップ実装面に前記半導体素子を封止する絶縁性樹脂を設け、もう一方の平坦面を外部配線板と接続する表面実装面としたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、前記貫通端子を前記貫通孔に封着する絶縁シール材とを備え、前記金属板は、前記貫通端子と前記絶縁シール材の端面を有する上下面を水平に成形した平坦面を含み、片方の平坦面に、前記貫通端子と接続可能に絶縁性の基材に配置した導電性の貫通ビア電極を設けた絶縁基板を着設すると共に前記貫通端子と該貫通ビア電極とを電気接続した貫通端子付き金属ベース基板であって、該貫通端子付き金属ベース基板は、前記絶縁基板を着設していない前記金属板の平坦面をチップ実装面とし、このチップ実装面に半導体素子を固着して、該半導体素子と前記貫通端子とを配線接続するか、または前記半導体素子と前記貫通端子との前記配線接続に加えて前記チップ実装面の前記金属板と前記半導体素子とを直接同電位に接続し、さらに前記チップ実装面に前記半導体素子を封止する絶縁性樹脂を設け、前記絶縁基板の自由面を外部配線板と接続する表面実装面としたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
前記貫通端子を、金属板の端面に貫通端子の切断側面を表面露出させたハーフカット貫通端子としたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし請求項１２の何れか１つに記載の半導体装置において、前記金属板は、第１の金属材からなる第１ベース材と、第２の金属材からなる第２ベース材または放熱のための冷却フィンとを一体に張り合わせ固着した少なくとも２層積層構造の複合金属板であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
前記金属板の片面に貫通端子を囲繞した周壁を設けたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１３の何れか１つに記載の半導体装置。
【請求項１５】
請求項１０ないし請求項１４の何れか１つに記載の半導体装置において、前記貫通端子付き金属ベース基板は、この基板を別の回路基板に取付け固定するための接続部を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】
請求項１０ないし請求項１５の何れか１つに記載の半導体装置において、前記金属板は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗおよびこれらの合金の群から選択した少なくとも単層の金属材からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】
請求項１０ないし請求項１６の何れか１つに記載の半導体装置において、前記貫通端子は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＭｏおよびＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金の群から選択した金属材からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】
請求項１０ないし請求項１７の何れか１つに記載の半導体装置において、前記金属板および前記端子電極は、前記半導体素子と電気接続がしやすいように、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｇ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金の群から選択した少なくとも単層の金属層を施したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】
請求項１０ないし請求項１８の何れか１つに記載の半導体装置において、前記貫通端子付き金属ベース基板と前記半導体素子とを複数枚積層し、前記半導体素子を電気的に直列接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２０】
請求項１０ないし請求項１９の何れか１つに記載の半導体装置において、前記半導体素子は、所定のフォーミング加工を施したカバー電極が前記チップ実装面の前記半導体素子に固着して設けられ、該カバー電極と少なくとも前記半導体素子のコレクタ電極とをオーミック接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２１】
請求項１０ないし請求項２０の何れか１つに記載の半導体装置において、複数の半導体素子を同一基板上に固着し、電気的に並列接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２２】
前記カバー電極は、キャップ状のカバー電極を用いたことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を搭載する貫通端子付き金属ベース基板に関し、特に発光半導体素子やパワー半導体素子などの配線長を短縮でき、かつ放熱性に優れたインターポーザーとして使用できる貫通端子付き金属ベース基板、およびそれを利用した発光半導体装置またはパワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
搭載される半導体素子の用途に応じて諸種の半導体パッケージが使用されている。半導体素子は温度に敏感で、温度が上昇してくると結晶の熱擾乱が激しくなり、多数の電子・正孔対が発生して正常な動作が得難くなる。半導体が破壊される恐れが出てくるジャンクション温度は、一般にシリコン素子で１５０〜１７５℃とされ、これにエポキシ樹脂封止を施した場合は、概ね１２５℃以下に制限されている。最近、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラパワートランジスタなどの電源用半導体素子を搭載する半導体装置において、電源の高出力化に対処しながら、省エネルギー対応（低損失化）、高信頼性、高速スイッチング性、小型化が求められている。特にハイブリッド車に代表されるエコカーなどへの車載用途においては、エンジンルームの高温環境下で前述の要求を満足する必要があり、電源用半導体素子パッケージの放熱設計と小型薄型化が課題となっている。一方、ＬＥＤなど発光素子のアプリケーションにおいても、近年、照明用途への展開が急速に進み、明るさの追求が進んでいるが、より大きな光束を得るために、発光素子の搭載数を増加させたり、印加電力を増やして行くと、発熱が増しＬＥＤチップのジャンクション温度の上昇が問題となる。ジャンクション温度上昇は、光出力低下、波長シフト（色変化）、寿命低下などの悪影響をもたらすため、その低減が課題となっている。このことから、特にＬＥＤなどの発光素子やパワー半導体素子のパッケージングにおいて、より外部に放熱し易いパッケージの構成にすると共に、小型薄型化が容易な構成とすることがきわめて重要な課題となっている。
【０００３】
パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラパワートランジスタなどの電源用半導体素子を搭載する半導体装置として、例えば、特許文献１に記載される半導体装置がある。この半導体装置は、絶縁性樹脂の封止体によって少なくとも一部が被われ下面が封止体から露出しかつドレインリードになる金属製の支持基板と、この支持基板に連なり封止体の一側面から突出するドレインリードと、ドレインリードと並んで封止体の一側面から突出するソースリードおよびゲートリードと、封止体に被われるとともに下面にドレイン電極を有し、上面にソース電極パッドとゲート電極パッドとを有し、下面が導電性の接合材を介して支持基板に固定される半導体チップを有する。封止体内のソース電極パッドとソースリードは複数本のリードで接続され、封止体内のゲート電極パッドとゲートリードは、１本のワイヤで接続される。ゲートリードおよびソースリードに対して、ソース電極パッドは近い位置にあり、ゲート電極パッドは遠い位置にあり、ソース電極とソースリードを接続する複数本のワイヤを、ゲート電極パッドとゲートリードを接続するワイヤよりも太くかつ短くすることで、比較的抵抗が大きな配線手段であるワイヤの配線抵抗値を低減し低ｏｎ抵抗の半導体装置を形成している。しかしながら、特許文献１の電源用半導体装置は、リードフレームを用いて、パッケージの封止体の一側面に３本のリードを突出させたパッケージ構成を前提としており、ボンディングワイヤのみを配線手段に使用したパワーデバイスであるため、配線抵抗の低減に限界がありパッケージ外部への放熱とパッケージの小型薄型化を両立するのに特に適した構成と成っていない。
【０００４】
また、ＬＥＤなどの発光素子を搭載する半導体装置として、例えば、特許文献２に記載される発光ダイオード光源装置がある。この発光ダイオード光源装置は、熱伝導性を有する基台と、表面に導電パターンを形成し基台の表面に固着される絶縁板と、この絶縁板に設けられた貫通穴によって露出した基台表面の実装エリアに実装される複数の発光ダイオード素子とを備え、実装エリアは周囲をダム材で覆われた略円形の発光エリアの内側に形成されている。すなわちアルミ材などによって成る熱伝導性を有する基台と、この基台の表面に固着される薄板状の絶縁板と、基台の表面に実装される複数のＬＥＤ素子とダム材などによって構成され、絶縁板は、ＢＴレジンやガラスエポキシ材などによって成るプリント基板、あるいはセラミック基板であり、表面の大部分を覆う銅箔などによる二つの導電パターンを有し、発光ダイオード素子の直列接続は、金属細線によって発光ダイオード素子間を直接ワイヤリングした構成となっている。しかしながら、特許文献２の発光ダイオード光源装置は、平面取り付けが可能になり、小型薄型化に有利であるが、金属基台の上に設けた絶縁板は、熱伝導性に劣るプリント基板を使用しており、この絶縁板に発光ダイオード素子を固定した構成であるので、必ずしもパッケージ外部への放熱に適した構成ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３５１１３号公報
【特許文献２】特開２０１１−００９２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明は半導体素子を搭載する基板およびそれを利用した半導体装置において、外部に放熱し易くかつ小型薄型化が容易な半導体素子を搭載する金属ベース基板およびそれを利用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】
【０００７】
前掲の課題を解決するため、本発明の半導体素子用気密端子付き金属ベース基板およびそれを利用した半導体装置は下記に記載した構成を採用する。
【０００８】
熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、該貫通端子を金属板に封着する絶縁シール材とを備え、金属板は、貫通端子と絶縁シール材とを含む上下面を水平に成形し平坦面としたことを特徴とする貫通端子付き金属ベース基板が提供される。この貫通端子付き金属ベース基板の表面は、必要に応じてめっきを施してもよく、一方の平坦面は、半導体素子のチップ実装面となり、このチップ実装面に固着した半導体素子と貫通端子は、ボンディングワイヤなどにより配線接続されるか、または前記配線接続に加えてチップ実装面で直接金属板と同電位に接続される。もう一方の平坦面は、表面実装面となり、回路基板との接続面を構成し他のインターポーザ基板や外部回路基板を接続可能にする。該貫通端子付き金属ベース基板に設けた貫通端子は、金属板の端面に貫通端子の切断側面を表面露出させたハーフカット貫通端子に変形できる。
【０００９】
さらに、上述した貫通端子付き金属ベース基板に、半導体素子を載置し、該半導体素子の配線パッドと貫通端子または金属ベース基板とを電気的に接続して、該貫通端子付き金属ベース基板と載置した半導体素子とを絶縁性樹脂などで封止した半導体装置が提供される。すなわち、熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、該貫通端子を金属板に封着する絶縁シール材とを備え、金属板は、貫通端子と絶縁シール材とを含む上下面を水平に成形し平坦面とした貫通端子付き金属ベース基板であって、該貫通端子付き金属ベース基板は、少なくとも一方の平坦面をチップ実装面とし、このチップ実装面に半導体素子を固着して、半導体素子と貫通端子とをボンディングワイヤなどにより配線接続を施すか、または上述の半導体素子と貫通端子との配線接続に加えてチップ実装面の金属板と半導体素子とを直接同電位に接続し、さらに前記チップ実装面に半導体素子を封止する絶縁性樹脂を設け、もう一方の平坦面をプリント回路基板やインターポーザ基板などの外部配線板と接続する表面実装面とした半導体装置が提供される。この半導体装置に設けた貫通端子は、金属板の端面に貫通端子の切断側面を表面露出させたハーフカット貫通端子に変形できる。
【００１０】
また、熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、この貫通端子を該貫通孔に封着する絶縁シール材とを備え、金属板は、貫通端子と絶縁シール材の端面を有する上下面を水平に成形した平坦面を含み、片方の平坦面に、貫通端子と接続可能に絶縁性の基材に配置した導電性の貫通ビア電極を設けた絶縁基板を着設すると共に貫通端子と該貫通ビア電極とを電気接続した貫通端子付き金属ベース基板が提供される。この貫通端子付き金属ベース基板に設けた貫通端子は、金属板の端面に貫通端子の切断側面を表面露出させたハーフカット貫通端子に変形できる。
【００１１】
またさらに、熱伝導性に優れた金属板と、この金属板に設けた少なくとも１つの貫通孔と、該貫通孔に挿通した貫通端子と、貫通端子を貫通孔に封着する絶縁シール材とを備え、金属板は、貫通端子と絶縁シール材の端面を有する上下面を水平に成形した平坦面を含み、片方の平坦面に、貫通端子と接続可能に絶縁性の基材に配置した導電性の貫通ビア電極を設けた絶縁基板を着設すると共に貫通端子と該貫通ビア電極とを電気接続した貫通端子付き金属ベース基板であって、貫通端子付き金属ベース基板は、絶縁基板を着設していない金属板の平坦面をチップ実装面とし、このチップ実装面に半導体素子を固着して、該半導体素子と貫通端子とを配線接続するか、または半導体素子と貫通端子との配線接続に加えてチップ実装面の金属板と半導体素子とを直接同電位に接続し、さらにチップ実装面に半導体素子を封止する絶縁性樹脂を設け、絶縁基板の自由面を外部配線板と接続する表面実装面とした半導体装置が提供される。該半導体装置に設けた貫通端子は、金属板の端面に貫通端子の切断側面を表面露出させたハーフカット貫通端子に変形できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る貫通端子付き金属ベース基板は、金属板上下面と該金属板の貫通孔に挿着された貫通端子および絶縁シール材の上下面が、それぞれ同一平坦面に形成されているので、金属ベース基板に半導体素子をウェハ・レベルで積層することができる。熱伝導性に優れる金属板に半導体素子が載置されるため、半導体素子が発する熱は、金属板を介して放熱させることができ、熱ストレスによる材料や特性の劣化を軽減して、より信頼性の高いパッケージを構成できる。特にパワー半導体装置においては、貫通電極に半導体素子の制御系のゲート電極を電気接合し、かつ金属ベース基板の金属板表面または幅広のカバー電極にパワーライン系のエミッタ電極およびコレクタ電極を直接接合できるので、配線長を短くして配線の電気抵抗、寄生容量や配線長のバラつきなどを減らし低ｏｎ抵抗、低インダクタンス化および高周波対応を容易にする。さらに、表面実装に適した平坦な金属ベース基板を用いることでパッケージの小型薄型化に寄与する。
【００１３】
また、リードフレームに替えて剛性に富んだ貫通端子付き金属ベース基板を用いたことで、既存のリードフレームやＨＴＣＣなどの積層セラミクス基板よりも基板表面を平坦に形成でき、基板ソリが少なくマウント作業が容易となり歩留りを向上して、より経済的な生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る貫通端子付き金属ベース基板１０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図２】本発明に係る半導体装置２０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図２（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図３】本発明に係る貫通端子付き金属ベース基板３０の斜視図を示す。
【図４】本発明に係る半導体装置４０の封止樹脂の一部を除去した斜視図を示す。
【図５】ヒートシンクを取付けた本発明に係る貫通端子付き金属ベース基板の放熱特性と、ヒートシンクを取付けた従来の基板の放熱特性を、熱解析により比較した結果を示したグラフである。
【図６】ガラス・エポキシ基板に取付けた本発明に係る貫通端子付き金属ベース基板の放熱特性と、ガラス・エポキシ基板に取付けた従来の基板の放熱特性を、熱解析により比較した結果を示したグラフである。
【図７】本発明に係る実施例１の貫通端子付き金属ベース基板５０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図７（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図８】本発明に係る実施例２のＬＥＤ発光装置６０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図８（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図９】本発明に係る実施例３の貫通端子付き金属ベース基板７０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図９（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１０】本発明に係る実施例４のＬＥＤ発光装置８０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１０（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１１】本発明に係る実施例７のパワー半導体接合済み貫通端子付き金属ベース基板９０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１１（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１２】本発明に係る実施例８のパワー半導体装置１００であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１２（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１３】本発明に係る実施例９のパワー半導体装置１１０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１３（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１４】本発明に係る実施例１０のパワー半導体接合済み貫通端子付き金属ベース基板１２０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１４（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１５】本発明に係る実施例１１のパワー半導体装置１３０であり、（ａ）はその平面図を示し、（ｂ）は図１５（ａ）または（ｃ）のＤ−Ｄで一部を切断した正面断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図１６】本発明に係る実施例１２のパワー半導体装置１４０の部品部材を分解した斜視図を示す。
【図１７】本発明に係る実施例１２のパワー半導体装置１４０の斜視図を示す。
【図１８】本発明に係る実施例１３のパワー半導体装置１５０の部品部材を分解した斜視図を示す。
【図１９】本発明に係る実施例１３のパワー半導体装置１５０の斜視図を示す。
【図２０】本発明に係る実施例１３のパワー半導体装置１５０を適用可能なモーター装置のインバーター回路の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態の貫通端子付き金属ベース基板１０は、図１に示すようにＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗおよびこれらの合金から選択した少なくとも単層の熱伝導性に優れる金属板１１と、該金属板１１に設けた１以上の貫通孔と、この貫通孔に挿通したＡｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＭｏおよびＦｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｒ合金から選択した貫通端子１２と、この貫通端子１２を金属板１１に封着するガラス材、無機絶縁材、または高分子材からなる絶縁シール材１３とを備え、貫通端子１２と金属板１１とを絶縁シール材１３で封着した後、貫通端子１２および絶縁シール材１３の端面を含む金属板１１の表面を研削または研磨などにより平坦に加工したことを特徴とする。該貫通端子付き金属ベース基板１０の金属板１１および貫通端子１２は、半導体素子とダイボンディングおよびワイヤボンディングなどにより電気接続しやすいように、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などから選ばれた単層以上の金属層を少なくとも１つの面に施してもよい。金属板１１へ前記金属層を設ける手段は、例えばクラッド、めっき、溶融コート、圧着などにより金属層を金属板１１の表面に固着する。金属板１１は、少なくともＡｌ２Ｏ３などを焼成してなる高温焼成セラミック積層基板材（ＨＴＣＣ基板材）よりも熱伝導性が優れた金属材を用いる。なお、貫通端子付き金属ベース基板１０には、この基板を別の回路基板に取付け固定するための接続部を設けてもよい。
【００１６】
本発明の実施形態の半導体装置２０は、貫通端子付き金属ベース基板１０を利用した半導体デバイスであり、図２に示すように、金属板２１の少なくとも片面にＬＥＤ素子などの発光素子またはパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー半導体素子からなる半導体素子２４を固着させ、半導体素子２４の電極パッドと貫通端子２２または金属板２１とを電気的に接続し、該貫通端子付き金属ベース基板１０と固着した半導体素子２４を絶縁性樹脂２５で封止したことを特徴とする。この装置の躯体となる貫通端子付き金属ベース基板１０の一方の平坦面は、回路基板との接続面を構成し他のインターポーザ基板や外部回路基板を接続する表面実装面２７となり、もう一方の平坦面は、半導体素子２４との接続面を構成し半導体チップのチップ搭載面２６となる。半導体素子２４の電極パッドと貫通端子２２または金属板２１との接続手段は、半導体素子２４の電極パッドと貫通端子２２とをボンディングワイヤなどの配線材２８で接続するか、または半導体素子２４の電極パッドと金属板２１のチップ搭載面２６とを直接接合し同電位に接続してもよい。その場合、半導体素子２４の少なくとも１つの電極パッドは、金属板２１と、Ａｕ／Ａｕめっき材同士、Ａｕ−Ｓｎ合金材、Ｓｎ−Ｐｂはんだ材等により直接接合され、かつ電気的にも接続される。該半導体装置２０をＬＥＤ発光装置に用いる場合には、反射効率を向上する目的で、金属板１１のチップ搭載面２６に半導体素子２４を取り囲んだ堤状の周壁を設けてもよい。
【００１７】
本発明の別の実施形態を構成する貫通端子付き金属ベース基板３０は、実施形態の貫通端子付き金属ベース基板１０を変形して、金属板の端面側に貫通端子の端子断面を露出させたハーフカット貫通端子を設けたことを特徴とする。すなわち、貫通端子付き金属ベース基板３０は、図３に示すように、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗおよびこれらの合金から選択した少なくとも単層の熱伝導性に優れた金属板３１と、この金属板３１の端面に設けた少なくとも１つのＡｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＭｏおよびＦｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｒ合金の群から選択されたハーフカット貫通端子３２と、このハーフカット貫通端子３２を金属板３１の端面に固着するガラス材、無機絶縁材、または高分子材からなる絶縁シール材３３とを備え、金属板３１は、ハーフカット貫通端子３２および絶縁シール材３３の上下端面を含む上下面を研削または研磨などにより水平に成形した平坦面を設ける。該貫通端子付き金属ベース基板３０の金属板３１およびハーフカット端子電極３２には、半導体素子の実装、およびワイヤボンディングなどでオーミック接続がしやすいように、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などのめっき処理を施してもよい。金属板３１は、少なくともＡｌ２Ｏ３などを焼成してなる高温焼成セラミック積層基板材（ＨＴＣＣ基板材）より熱伝導性が優れた金属材を用いる。
【００１８】
本発明の別の実施形態の半導体装置４０は、貫通端子付き金属ベース基板３０にＬＥＤ発光素子などのダイオード素子またはパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー半導体素子を１つ以上搭載した半導体装置である。図４に示されるように、半導体装置４０は、貫通端子付き金属ベース基板３０からなる金属板４１の少なくとも片面にダイオード素子またはパワー半導体素子からなる半導体素子４４を固着させ、半導体素子４４の電極パッドとハーフカット貫通端子４２または金属板４１とを電気的に接続し、該貫通端子付き金属ベース基板３０と固着した半導体素子４４を絶縁性樹脂４５で封止したことを特徴とする。この装置の躯体となる貫通端子付き金属ベース基板３０の一方の平坦面は、回路基板との接続面を構成し、他のインターポーザ基板や外部回路基板を接続する表面実装面４７となる。もう一方の平坦面は、半導体素子４４との接続面を構成し半導体チップのチップ搭載面４６となる。該半導体素子４４の電極パッドとハーフカット貫通端子４２または金属板４１との接続手段は、半導体素子４４の電極パッドとハーフカット貫通端子４２とをボンディングワイヤなどの配線材４８で接続するか、または配線材４８による配線接続に加えて、チップ実装面４６の金属板４１と半導体素子４４とを直接同電位に接続する。金属板４１と半導体素子４４を直接接続する場合には、半導体素子２４の少なくとも１つの電極パッドは、金属板２１と、Ａｕ／Ａｕめっき材同士、Ａｕ−Ｓｎ合金材、Ｓｎ−Ｐｂはんだ材等により直接接合され電気的にも接続される。該半導体装置４０をＬＥＤ発光装置に用いる場合には、蛍光体粒子を含有した前記絶縁性樹脂４５で金属板４１の半導体素子載置面を覆って封止する。
【００１９】
上述した貫通端子付き金属ベース基板３０およびそれを用いた半導体装置４０は、貫通端子をハーフカット貫通端子とすることで、貫通端子の端子側面もはんだ付けの接合代に利用でき、はんだ継ぎ手の接合強度を向上する。
【００２０】
本発明の実施形態の貫通端子付き金属ベース基板１０と、従来の貫通端子付きアルミナ高温焼成セラミック積層基板（ＨＴＣＣ基板）の各基板に半導体素子を搭載し通電させたときの放熱特性を比較するため、有限要素法を用いた熱解析シミュレーションを実施した。
【００２１】
本発明の実施形態の貫通端子付き金属ベース基板は、金属板にＣｕ基板、Ａｌ基板、Ｆｅ基板、Ｍｏ基板をそれぞれ用い、各金属基板材を１６ｍｍ×１９ｍｍ角、厚さ１ｍｍとし、この金属基板材にφ１ｍｍの貫通孔１０個を設け、各貫通孔にφ０．５ｍｍのＦｅ材の貫通端子を挿通して、孔壁と該孔壁に囲繞された貫通端子の表面との間隙をガラス製の絶縁シール材で充填し絶縁して、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ角、厚さ０．１ｍｍのＬＥＤ発光素子１０個を該貫通端子軸から１．２ｍｍピッチ隔て載置した条件を設定した。比較例の貫通ビア付きＨＴＣＣ基板は、１６ｍｍ×１９ｍｍ角、厚さ１ｍｍのＡｌ２Ｏ３（９２％）の積層セラミック材にＷペーストを焼結したφ０．５ｍｍのＷ貫通ビア電極１０個を設けた基板に、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ角、厚さ０．１ｍｍのＬＥＤ発光素子１０個を該貫通ビア電極軸から１．２ｍｍピッチ隔て載置した条件を設定した。
【００２２】
そして、各基板にヒートシンクが装着された場合を想定し、上述の各基板にヒートシンクとして１６ｍｍ×１９ｍｍ角、厚さ５ｍｍのＣｕ板を熱結合させ、ヒートシンク下面の温度を２５℃とし、これを境界条件として各ＬＥＤ発光素子を素子１個あたり発熱量１Ｗで発熱させ平衡状態に達したときの、各基板のＣｕ板接触面からＬＥＤ発光素子の表面までの垂直方向の温度分布を熱解析した結果を図５のグラフに示す。図５のグラフにおいて、ｘ軸は温度℃を、ｙ軸はＣｕヒートシンクからの距離ｍｍすなわち貫通端子付きベース基板のＣｕ板接触面からＬＥＤ発光素子の表面までの垂直方向の高さ距離ｍｍを表す。本発明の実施形態のＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｏの金属材から選択された金属板を用いた貫通端子付き金属ベース基板は、何れもＬＥＤ発光素子表面が６０℃以下で平衡状態に達しており、高い放熱性能を具備しているのが分かる。これに対して比較例のＨＴＣＣ基板は、平衡状態におけるＬＥＤ発光素子の表面温度が約１３０℃を示し、本発明の実施形態の貫通端子付き金属ベース基板よりも放熱性が劣っているのが分かる。
【００２３】
さらに各基板がプリント基板面へ表面実装された場合を想定して、各基板に、上述のＣｕヒートシンクに替えて１６ｍｍ×１９ｍｍ角、厚さ１ｍｍのガラス・エポキシ基板（ＦＲ−４基板）を熱結合させ、該ガラス・エポキシ基板下面の温度を２５℃とし、これを境界条件として各ＬＥＤ発光素子を素子１個あたり発熱量１Ｗで発熱させ平衡状態に達したときの、各基板のガラス・エポキシ基板下面からＬＥＤ発光素子の表面までの垂直方向の温度分布を熱解析した結果を図６のグラフに示す。図６のグラフにおいて、ｘ軸は温度℃を、ｙ軸は貫通端子付きベース基板に取り付けたガラス・エポキシ基板下面からＬＥＤ発光素子の表面までの垂直方向の高さ距離ｍｍを表す。本発明の実施形態の貫通端子付きＦｅベース基板は、ＬＥＤ発光素子表面が１６０℃で平衡状態に達し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏからなる貫通端子付き金属ベース基板は、何れもＬＥＤ発光素子表面が１２５℃未満で平衡状態に達しており、高い放熱性能を具備しているのが分かる。これに対して、従来品のＨＴＣＣ基板は、平衡状態におけるＬＥＤ発光素子の表面温度が約２９０℃を示し、本発明の実施形態の貫通端子付き金属ベース基板よりも放熱性が劣っているのが分かる。なお、ガラス・エポキシ基板のみで構成されるＬＥＤ発光素子をチップ・オン・ボード実装したガラス・エポキシ基板（ＦＲ−４基板）を同条件で比較した場合は、平衡状態におけるＬＥＤ発光素子の表面温度が３００℃を超えてしまうのが分かる。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例であるＬＥＤ発光素子の実装に適した貫通端子付き金属ベース基板について、図３、図４および図７から図１０を参照しながら説明する。
【００２５】
本発明に係る実施例１の貫通端子付き金属ベース基板５０は、図７に示すように１ｍｍ厚のＦｅ材からなる第１金属板５１−１と５ｍｍ厚のＣｕ材からなる第２金属板５１−２を、Ａｕ−Ｓｎ合金をロウ材に用いたブレージングによって一体に張り合わせ固着した２層積層構造の複合金属板５１と、この複合金属板５１に設けた１０個のφ１．２ｍｍの貫通孔と、該貫通孔に挿通したＦｅ−Ｃｒ合金製のφ０．４ｍｍの貫通端子５２と、貫通端子５２を貫通孔に絶縁封着するガラス製の絶縁シール材５３とを備え、複合金属板５１は、貫通端子５２の端面および絶縁シール材５３の端面を有する上下面を水平に成形した平坦面を含み、一方の平坦面は、１０個の貫通端子５２を囲繞した周壁５９を有したチップ搭載面５６となり、もう一方の平坦面は、他の回路基板と接続する表面実装面５７となる。このチップ搭載面５６には、貫通端子５２を囲繞した周壁５９を有し、さらに複合金属板５１は、この基板を別の回路基板に取付け固定するための２個の接続部２００を設ける。この貫通端子付き金属ベース基板５０は、ＬＥＤ発光素子をダイボンディングしＬＥＤ発光素子の電極パッドと貫通端子５２の間をワイヤボンディングしやすくするために、複合金属板５１の表面および貫通端子５２の表面にＡｕめっき処理を施す。
【００２６】
本発明に係る実施例２のＬＥＤ発光装置６０は、前記貫通端子付き金属ベース基板５０を用いる。すなわち、図８に示されるように、貫通端子付き金属ベース基板６０の複合金属板６１に設けた周壁６９の内側のチップ搭載面６６に１０個のＬＥＤ発光素子６４を載置した後、該ＬＥＤ発光素子６４と複合金属板６１のＡｕめっき材とをサーモソニックボンディングでダイボンディングすると共に、ＬＥＤ発光素子６４のｎ側電極パッドと複合金属板６１のＡｕめっき材とを電気接合する。さらにＬＥＤ発光素子６４のｐ側電極パッドと貫通端子６２との間をＡｕ材からなるボンディングワイヤ６８でワイヤボンディングする。そして、周壁６９の内側に蛍光体粒子を含有したシリコーン樹脂からなる封止樹脂６５を充填し、該封止樹脂を硬化させてＳＭＤ型（表面実装デバイス）のＬＥＤ発光装置６０とする。
【００２７】
本発明に係る実施例３の貫通端子付き金属ベース基板７０は、図９に示されるように、１ｍｍ厚のＣｕ材からなる金属板７１と、この金属板７１に設けた１０個のφ２．０ｍｍの貫通孔と、該貫通孔に挿通したＣｕ合金製のφ１．０ｍｍの貫通端子７２と、貫通端子７２を貫通孔に封着するガラス製の絶縁シール材７３とを備え、金属板７１は、貫通端子７２と絶縁シール材７３の端面を有する上下面を水平に成形した平坦面を含み、一方の平坦面は、１０個の貫通端子７２を囲繞した周壁７９を設けてチップ搭載面７６とし、もう一方の平坦面は、貫通端子７２と接続可能にガラス・エポキシ基材に配置した導電性の貫通ビア電極７２−２（実施例はＣｕ材を使用）を設けた厚さ１ｍｍの絶縁基板７１−３を着設すると共に、貫通端子７２と該貫通ビア電極７２−２とを電気接続して絶縁基板７１−３の下面を表面実装面７７とする。絶縁基板７１−３は、貫通ビア電極７２の周囲を除いた着接面にＡｕ−Ｓｎ合金めっき材を施し、これをはんだ材に用いて絶縁基板７１−３と一体に固着させている。また、貫通端子付き金属ベース基板７０は、ＬＥＤ発光素子をダイボンディングしＬＥＤ発光素子の電極パッドと貫通端子７２の間をワイヤボンディングしやすくするために、金属板７１の表面および貫通端子７２の表面にＡｕ−Ｓｎ合金めっき処理が施されており、基板端部に２個の接続部２００を設けて、別の回路基板に取付け固定しやすくしている。
【００２８】
本発明に係る実施例４のＬＥＤ発光装置８０は、前記貫通端子付き金属ベース基板７０を用いる。ＬＥＤ発光装置８０は、図１０に示されるように、貫通端子付き金属ベース基板７０の金属板８１に設けた周壁８９の内側のチップ搭載面８６に１０個のＬＥＤ発光素子８４を載置した後、該ＬＥＤ発光素子８４と金属板８１のＡｕ―Ｓｎ合金めっき材とをサーモソニックボンディングでダイボンディングすると共に、ＬＥＤ発光素子８４のｎ側電極パッドと金属板８１のＡｕ−Ｓｎ合金めっき材とを電気接合する。さらにＬＥＤ発光素子８４のｐ側電極パッドと貫通端子８２との間をＡｇ材からなるボンディングワイヤ８８でワイヤボンディングする。そして、周壁８９の内側に蛍光体粒子を含有したエポキシ樹脂からなる絶縁性樹脂８５を充填し、該絶縁性樹脂を硬化させてＳＭＤ型（表面実装デバイス）のＬＥＤ発光装置８０とする。
【００２９】
本発明に係る実施例５の貫通端子付き金属ベース基板３０は、図３に示すように、１ｍｍ厚のＦｅ材からなる金属板３１と、この金属板３１の端面に設けた複数のＦｅ−Ｃｒ合金製ハーフカット貫通端子３２と、このハーフカット貫通端子３２を金属板３１の端面に固着するガラス製の絶縁シール材３３とを備え、金属板３１は、半導体とオーミック接続できるように露出面にＡｕめっきを施したハーフカット貫通端子３２の端面と絶縁シール材３３の上下端面を含む上下面を水平に成形した平坦面を設ける。
【００３０】
本発明に係る実施例６の半導体装置４０は、貫通端子付き金属ベース基板３０にＬＥＤ発光素子などのダイオードを複数個搭載したマルチチップ半導体装置である。半導体装置４０は、図４に示されるように、１ｍｍ厚のＦｅ材からなる金属板４１と、この金属板４１の端面に設けたＦｅ−Ｃｒ合金製のハーフカット貫通端子４２と、このハーフカット貫通端子４２を金属板４１の端面に固着するガラス製の絶縁シール材４３とを備え、金属板４１は、半導体とオーミック接続できるように露出面にＡｕめっきを施したハーフカット貫通端子４２の端面と絶縁シール材４３の上下端面を含む上下面を水平に成形した平坦面を設け、一方の平坦面には、ハーフカット貫通端子４２および金属板４１の表面に固着したＬＥＤ発光素子の半導体素子４４を有し、もう一方の平坦面には、別の回路基板に実装するために自由端としたハーフカット貫通端子４２を有し、さらに該半導体素子４４は、ゲート電極パッドをハーフカット貫通端子４２にＡｌワイヤによりワイヤボンディングし、エミッタ電極（ソース電極）パッドを金属板４１の表面とサーモソニックボンディングにより電気接続され、金属板４１の半導体素子載置面を蛍光体粒子含有のエポキシ樹脂で覆って封止する。半導体装置４０は、ＬＥＤ発光素子に替えて整流用ダイオードなどの半導体素子を搭載してもよく、その場合は封止樹脂に蛍光体粒子を未添加のエポキシ樹脂を用いる。
【００３１】
上述した貫通端子付き金属ベース基板３０およびそれを用いた半導体装置４０は、貫通端子をハーフカット貫通端子とすることで、貫通端子の切断面もはんだ付けに利用可能となり、はんだ継ぎ手の接合強度を向上する。
【００３２】
次に、本発明の実施例であるパワー半導体の実装に適した貫通端子付き金属ベース基板について図１１から図２０を参照しながら説明する。
【００３３】
本発明に係る実施例７の貫通端子付き金属ベース基板９０は、図１１に示すように１ｍｍ厚のＭｏ材からなる金属板９１と、この金属板９１に設けた１個の貫通孔と、該貫通孔に挿通したＦｅ−Ｃｒ合金製の貫通端子９２と、この貫通端子９２を貫通孔に封着するガラス製の絶縁シール材９３とを備え、金属板９１は、半導体とオーミック接続できるように両端にＡｕめっきを施した貫通端子９２の端面と絶縁シール材９３の端面を含む上下面を水平に成形した平坦面を設け、一方の平坦面には、貫通端子９２および金属板９１の表面に固着したＩＧＢＴパワー半導体素子９４を有し、もう一方の平坦面には、別の回路基板に実装するために自由端とした貫通端子９２を有し、さらに該半導体素子９４は、ゲート電極パッドを貫通端子９２と、エミッタ電極（ソース電極）パッドを金属板９１の表面と直接接合させ電気的に接続させる。該半導体素子９４のコレクタ電極（ドレイン電極）は、金属板９１を固着しない反対側の半導体チップ表面に配置する。
【００３４】
本発明に係る実施例８のパワー半導体装置１００は、貫通端子付き金属ベース基板９０を用いる。パワー半導体装置１００は、図１２に示されるように、所定のフォーミング加工を施したＡｕめっきＣｕ材からなるカバー電極１０８が貫通端子付き金属ベース基板９０の半導体素子１０４に跨乗して設けられ、該カバー電極１０８と半導体素子１０４のコレクタ電極とをオーミック接続したパワー半導体装置１００が提供される。このパワー半導体装置１００は、エミッタ電極と接続した金属板１０１の表面と、ゲート電極と接続した貫通端子１０２およびコレクタ電極と接続したカバー電極１０８とを、プリント基板など所望の回路基板に電気接続して表面実装される。プリント基板に実装したパワー半導体装置１００は、該パワー半導体装置１００全体をエポキシ樹脂でポッティング封止し、チップ・オン・ボード実装としてもよい。
【００３５】
本発明に係る実施例９のパワー半導体装置１１０は、貫通端子付き金属ベース基板９０を用いる。パワー半導体装置１１０は、図１３に示されるように、ＡｕめっきＣｕ材からなるキャップ状のカバー電極１１８を貫通端子付き金属ベース基板９０の半導体素子１１４の片面に固着し、このカバー電極１１８で貫通端子付き金属ベース基板９０の片面および端面の全周を覆うように設けると共に、該カバー電極１１８を半導体素子のコレクタ電極にオーミック接続する。このパワー半導体装置１１０は、エミッタ電極と接続した金属板１１１の表面、ゲート電極と接続した貫通端子１１２およびコレクタ電極と接続したカバー電極１１８の周端部をプリント基板など所望の回路基板に表面実装すれば、キャップ状のカバー電極１１８が金属板１１１と半導体素子１１４を完全に被覆封止される。また、特に図示しないが、該カバー電極１１８は、上部にパワー半導体装置１１０の放熱のための冷却フィンを設けてもよい。
【００３６】
本発明に係る実施例１０の貫通端子付き金属ベース基板１２０は、実施例７の貫通端子付き金属ベース基板９０の貫通端子部分を含んだ金属板の一部を切断して、金属板の端面に貫通端子の切断面を露出させたハーフカット貫通端子を設けている。すなわち、図１４に示すように、１ｍｍ厚のＭｏ材からなる金属板１２１と、この金属板１２１の端面に設けたＦｅ−Ｃｒ合金製のハーフカット貫通端子１２２と、このハーフカット貫通端子１２２を金属板１２１の端面に固着するガラス製の絶縁シール材１２３とを備え、金属板１２１は、半導体とオーミック接続できるように露出面にＡｕめっきを施したハーフカット貫通端子１２２の端面と絶縁シール材１２３の上下端面を含む上下面を水平に成形した平坦面を設け、一方の平坦面には、ハーフカット貫通端子１２２および金属板１２１の表面に固着したＩＧＢＴパワー半導体素子１２４を有し、もう一方の平坦面には、別の回路基板に実装するために自由端としたハーフカット貫通端子１２２を有し、さらに該半導体素子１２４は、ゲート電極パッドをハーフカット貫通端子１２２と、エミッタ電極（ソース電極）パッドを金属板１２１の表面と、それぞれ直接接合させ電気的に接続させる。該半導体素子１２４のコレクタ電極（ドレイン電極）は、金属板１２１を固着しない反対側の半導体チップ表面に配置する。
【００３７】
本発明に係る実施例１１のパワー半導体装置１３０は、貫通端子付き金属ベース基板１２０を用いる。パワー半導体装置１３０は、図１５に示されるように、所定のフォーミング加工を施したＡｕめっきＣｕ材からなるカバー電極１３８が貫通端子付き金属ベース基板１２０の半導体素子１３４に固着して設けられ、該カバー電極１３８と半導体素子１３４のコレクタ電極とをオーミック接続している。このパワー半導体装置１３０は、エミッタ電極と接続した金属板１３１の表面と、ゲート電極と接続したハーフカット貫通端子１３２およびコレクタ電極と接続したカバー電極１３８とを、プリント基板など所望の回路基板に電気接続して表面実装される。プリント基板に実装したパワー半導体装置１３０は、パワー半導体装置１３０全体をエポキシ樹脂でポッティング封止し、チップ・オン・ボード実装としてもよい。パワー半導体装置１３０は、貫通端子をハーフカット貫通端子とすることで、貫通端子の切断面もはんだ付けに利用可能となりはんだ継ぎ手の接合強度を向上できる。
【００３８】
本発明に係る実施例１２のパワー半導体装置１４０は、複数の半導体素子を並列に電気接続したマルチチップ半導体装置である。パワー半導体装置１４０は、図１６に示されるように、所定のフォーミング加工を施したＡｕめっきＣｕ材からなるカバー電極１４８と、１ｍｍ厚のＦｅ材からなる金属板１４１と、この金属板１４１に設けたＦｅ−Ｃｒ合金製の複数の貫通端子１４２と、この貫通端子１４２を金属板１４１に設けた貫通孔の内壁面に固着するガラス製の絶縁シール材１４３と、カバー電極１４８と金属板１４１との間に挟んだ複数のＩＧＢＴパワー半導体素子１４４とを備え、金属板１４１は、前記半導体素子１４４をオーミック接続できるように表面にＡｕめっきを施した貫通端子１４２の端面と、絶縁シール材１４３の端面を含む上下面を水平に成形した平坦面とを有し、一方の平坦面には、貫通端子１４２および金属板１４１の表面に固着した半導体素子１４４を設け、もう一方の平坦面には、別の回路基板に実装するために自由端とした貫通端子１４２を設け、該半導体素子１４４は、ゲート電極パッドを貫通端子１４２と、エミッタ電極（ソース電極）パッドを金属板１４１の表面と、それぞれサーモソニックボンディングにより電気接続し、さらに金属板１４１を固着していない半導体チップの反対側平面に配置されたコレクタ電極（ドレイン電極）とカバー電極１４８とを電気接続して、図１７に示したパワー半導体装置１４０に組み立てられる。
【００３９】
本発明に係る実施例１３のパワー半導体装置１５０は、複数の半導体素子を並列および直列に電気接続したマルチチップ半導体装置である。パワー半導体装置１５０は、図１８に示されるように、第１金属板１５１−１と第２金属板１５１−２との間に挟んで固着した複数の半導体ユニット１５４と、さらに該第２金属板１５１−２とカバー電極１５８との間に挟んで固着した上述とは別の複数の半導体ユニット１５４とを積層して成る半導体装置であって、１個のＩＧＢＴパワー半導体素子１５４−１と１個のダイオード素子１５４−２の一対から構成される各半導体ユニット１５４と、複数の半導体ユニットを並列にオーミック接続する厚さ１ｍｍのＡｕめっきＦｅ材からなる第１金属板１５１−１と、上述とは別の半導体ユニットを並列にオーミック接続した厚さ１ｍｍのＡｕめっきＣｕ材からなるカバー電極１５８と、第１金属板１５１−１に接続した半導体ユニット１５４とカバー電極１５８に接続した該半導体ユニット１５４とを直列にオーミック接続する厚さ１ｍｍのＡｕめっきＦｅ材からなる第２金属板１５１−２とを備え、第１金属板１５１−１および第２金属板１５１−２は、Ｆｅ−Ｃｒ合金製の貫通端子１５２と、この貫通端子１５２を金属板に固着するガラス製の絶縁シール材１５３とを有し、貫通端子１５２と絶縁シール材１５３を含む両金属板の上下面を平坦面に形成し、一方の平坦面の貫通端子１５２を別の回路基板に実装するための自由端にして、図１９に示したパワー半導体装置１５０に組み立てられる。
【００４０】
図１９のパワー半導体装置１５０は、図２０の回路図に示したモーターのインバーター回路を構成する。すなわち、パワー半導体装置１５０の半導体ユニット１５４は、パワー半導体素子１５４−１のゲート電極パッドを第１金属板１５１−１の貫通端子１５２−１に、パワー半導体素子１５４−１のソース電極（エミッタ電極）パッドおよび該パワー半導体素子１５４−１に並列実装されるフリーホイールダイオード１５４−２のアノード電極を第１金属板１５１−１の表面に電気接続し、パワー半導体素子１５４−１のドレイン電極（コレクタ電極）とフリーホイールダイオード１５４−２のアノード電極を第２金属板１５１−２の表面に電気接続される。さらに上述とは別のパワー半導体素子１５４−１のゲート電極パッドを第２金属板１５１−２の貫通端子１５２−２に、パワー半導体素子１５４−１のソース電極（エミッタ電極）パッドおよびこのパワー半導体素子１５４−１に並列実装されるフリーホイールダイオードのカソード電極を第２金属板１５１−２の表面に電気接続し、パワー半導体素子１５４−１のドレイン電極（コレクタ電極）とフリーホイールダイオード１５４−２のアノード電極をカバー電極１５８に電気接続されてパワー半導体装置１５０となる。
【００４１】
実施例１２パワー半導体装置１４０および実施例１３のパワー半導体装置１５０は、貫通端子をハーフカット貫通端子に変形でき、貫通端子のハーフカット面をはんだ付けの接合面に利用できるので、はんだ継ぎ手の接合強度を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、半導体素子搭載基板に有効であり、特にＬＥＤなどの発光素子やパワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー半導体デバイスのインターポーザ基板に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、３０、５０、７０、９０、１２０・・・貫通端子付き金属ベース基板、
２０、４０・・・半導体装置、
６０、８０・・・ＬＥＤ発光装置、
１００、１１０、１３０、１４０、１５０・・・パワー半導体装置、
１１、２１、３１、４１、７１、８１、９１、１１１、１２１、１３１、１４１・・・金属板、
５１、６１・・・複合金属板、
５１−１、１５１−１・・・第１金属板、
５１−２、１５１−２・・・第２金属板、
７１−３・・・絶縁基板、
１２、２２、５２、６２、７２、８２、９２、１１２、１４２、１５２−１、１５２−２・・・貫通端子、
７２−２、８２−２・・・貫通ビア電極、
３２、４２、１２２、１３２・・・ハーフカット貫通端子、
１３、３３、４３、５３、７３、９３、１２３、１４３、１５３・・・絶縁シール材、
２４、４４、１０４、１１４、１３４・・・半導体素子、
６４、８４・・・ＬＥＤ発光素子、
９４、１２４、１４４、１５４−１・・・ＩＧＢＴパワー半導体素子、
１５４−２・・・ダイオード素子、
１５４・・・半導体ユニット、
２５、４５、６５、８５・・・絶縁性樹脂、
２６、４６、５６、６６、７６、８６・・・チップ搭載面、
２７、４７、５７、６７、７７、８７・・・表面実装面、
２８、４８・・・配線材、
６８、８８・・・ボンディングワイヤ、
１０８、１１８、１３８、１４８、１５８・・・カバー電極、
５９、６９、７９、８９・・・周壁、
２００・・・接続部。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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