(57)【要約】  半導体素子の上に形成された電極と板状部材とがはんだで接続された半導体装置において、飛散したはんだが、半導体素子の上に形成されたワイヤ配線用の電極へ付着することを抑制する半導体装置が得られる。半導体装置は、基板（１０）と、基板（１０）の上に配置された半導体素子（２１）と、半導体素子（２１）と電気的に接続される板状部材（５１）と、半導体素子（２１）の上に形成され、板状部材（５１）とはんだ（４１）により接合される第一電極（２１ａ）と、半導体素子（２１）の上に第一電極（２１ａ）と離間して形成され、はんだ（４１）と合金形成可能な金属を含む第二電極（２１ｂ）と、板状部材（５１）から半導体素子（２１）を見た平面視において、第二電極（２１ｂ）から見て第一電極（２１ａ）側の領域に第二電極（２１ｂ）と離間して半導体素子（２１）の上に形成され、はんだ（４１）と合金形成可能な金属を含む金属膜（２１ｃ）と、を備える。
2020067059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された半導体素子と、
前記半導体素子と電気的に接続される板状部材と、
前記半導体素子の上に形成され、前記板状部材とはんだにより接合される第一電極と、  前記半導体素子の上に前記第一電極と離間して形成され、前記はんだと合金形成可能な金属を含む第二電極と、
前記板状部材から前記半導体素子を見た平面視において、前記第二電極から見て前記第一電極側の領域に前記第二電極と離間して前記半導体素子の上に形成され、前記はんだと合金形成可能な金属を含む金属膜と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記金属膜はＮｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも一つを含む請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第一電極と前記第二電極と前記金属膜は、同じ種類の金属を含む請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子の表面上に第三電極をさらに備え、前記第三電極の上に前記第一電極と前記金属膜とが形成された請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子の上に開口部を有する保護膜をさらに備え、前記開口部に前記第一電極と前記第二電極と前記金属膜とが形成された請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属膜は、前記第一電極と前記第二電極との間に形成された第一金属膜と、前記第二電極に対して前記第一金属膜と反対側に形成された第二金属膜とを有する請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属膜は、両端に前記第二電極の側に向けて延在する第一端部と第二端部とを有し、前記第二電極は前記第一端部と前記第二端部とに挟まれた請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属膜は、前記第二電極を囲う請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記金属膜は、前記第二電極を囲むように配置された複数の金属膜部分を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記金属膜は、前記複数の金属膜部分と前記第二電極との間に配置された内周側金属膜部分を含む、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属膜と前記第一電極とを接続する接続部を備え、
前記接続部の最小幅は、前記第一電極の最小幅より小さい、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記接続部の前記最小幅は、前記金属膜の最小幅より小さい、請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記金属膜の高さは、前記半導体素子の表面を基準として前記第一電極の高さよりも高く、前記板状部材の高さよりも低い請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記板状部材は、先端に前記基板の方向に突出した突出部を有し、前記基板の前記半導体素子を設置する面に対して垂直な方向から見て、前記突出部は前記第一電極と前記第二電極との間に位置する請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記板状部材は、先端に前記基板の方向に突出した突出部を有し、
前記突出部の少なくとも一部が、前記基板の前記半導体素子を設置する面に対して垂直な方向から見て、前記金属膜と重なる請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第一電極において、前記第二電極に近い側の端部の幅が、前記第二電極から遠い側の端部の幅より小さい、請求項１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。
【請求項１８】
基板と、
前記基板の上に配置された半導体素子と、
前記半導体素子と電気的に接続される板状部材と、
前記半導体素子の上に形成され前記板状部材とはんだにより接合された第一電極と、
前記半導体素子の上に前記第一電極と離間して形成された第二電極と、
前記板状部材から前記半導体素子を見た平面視において、前記第二電極から見て前記第一電極側の領域に前記第二電極と離間して前記半導体素子の上に形成された金属膜と、を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第一電極と前記第二電極と前記金属膜とが形成される位置に対応した位置に開口部を有する保護膜を前記半導体素子の上に形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜をマスクとして前記開口部に前記はんだと合金形成可能な金属を成膜し、前記第一電極と前記第二電極と前記金属膜とを形成する金属成膜工程と、
前記第一電極の上に前記はんだと前記板状部材とを配置し、前記はんだを加熱して前記第一電極と前記板状部材とを接合するはんだ接合工程と、
前記第二電極の上にワイヤを接合するワイヤ配線工程と、
を備えた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、電力変換装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の電極と外部導体との接続にアルミなどの金属ワイヤを用いたワイヤボンディングにより配線する構造に替えて、金属の板状配線部材を半導体素子の電極とはんだ付けする半導体装置の構造が知られている。このような板状配線構造により、大電流の通電に対応が可能となり、電流密度を上げることができるので、半導体装置の小型化が可能となる（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、板状配線部材を用いた半導体装置の製造方法として、半導体素子の下面をベース板にはんだ接合する際のリフロー時に飛散したはんだが、半導体素子の上面に到達し付着するのを防止する製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３２６６４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１１２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体素子の上に形成された電極に板状の配線部材をはんだ付けした構造とすると、半導体素子の上に形成された電極と板状の配線部材とをはんだ付けする際に、はんだの一部が飛散し、半導体素子の上に形成されたワイヤ配線用電極に付着する可能性があり、飛散したはんだがワイヤ配線用電極に付着した状態でワイヤボンドすると、半導体素子が破壊される可能性があった。【０００６】
本開示は、上述のような問題を解決するためになされたもので、半導体素子の上に形成された電極と板状部材とがはんだで接続された半導体装置において、飛散したはんだが半導体素子の上に形成されたワイヤ配線用の電極へ付着することを抑制する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】
本開示にかかる半導体装置は、基板と、半導体素子と、板状部材と、第一電極と、第二電極と、金属膜とを備える。半導体素子は基板の上に配置される。板状部材は、半導体素子と電気的に接続される。第一電極は半導体素子の上に形成される。第一電極は板状部材とはんだにより接合される。第二電極は、半導体素子の上に第一電極と離間して形成される。第二電極は、はんだと合金形成可能な金属を含む。金属膜は、板状部材から半導体素子を見た平面視において、第二電極から見て第一電極側の領域に第二電極と離間して半導体素子の上に形成される。金属膜は、はんだと合金形成可能な金属を含む。【０００８】
本開示にかかる半導体装置は、基板と、基板の上に配置された半導体素子と、半導体素子と電気的に接続される板状部材と、半導体素子の上に形成され、板状部材とはんだにより接合される第一電極と、半導体素子の上に第一電極と離間して形成され、はんだと合金形成可能な金属を含むワイヤ配線用の第二電極と、半導体素子の上において第一電極と第二電極との間に第一電極と第二電極のそれぞれと離間して形成され、はんだと合金形成可能な金属を含み、第一電極と第二電極とは異なる金属膜と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示にかかる半導体装置によれば、半導体素子と電気的に接続される板状部材がはんだにより接合される第一電極とワイヤ配線用の第二電極との間に、はんだと合金形成可能な金属を含む金属膜を形成することで、飛散したはんだがワイヤ配線用の第二電極に付着することを抑制することができ、飛散したはんだが第二電極に付着した状態でワイヤボンドすることで発生する可能性のある、半導体素子の破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｅ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｆ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｇ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｈ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｉ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｊ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｋ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図３Ｌ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる保護膜を有する半導体素子の拡大平面図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｃ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｄ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｅ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の他の変形例の製造方法を示す拡大平面図である。
【図８Ｆ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の他の変形例の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｇ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の他の変形例の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｈ】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の他の変形例の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す平面図である。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３かかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１にかか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にかかる半導体装置を示す平面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置を示す断面図である。なお、図１では封止樹脂やリードフレーム（板状部材）に覆われた部分は実際には見えないが、説明のために封止樹脂やリードフレームを透過して表示している。
【００１３】
図１および図２において、半導体装置は、基板としての絶縁基板１０と、絶縁基板１０の上に配置された半導体素子２１、２３と、半導体素子２１の主電極（第一電極）２１ａ、主電極（第一電極）２２ａ、および半導体素子２３の主電極２３ａと電気的に接続された主回路電流が流れる第一のリードフレーム（板状部材）５１と、半導体素子２１の制御用としての制御電極（第二電極）２１ｂにワイヤ配線７１により電気的に接続され、半導体素子２１を制御するための制御信号が入力される第二のリードフレーム６１と、半導体素子２１、２３および半導体素子２１、２３の周辺部材を覆う封止樹脂部８０と、これらの構成部材を収容するケース９０とを主に備えている。
【００１４】
絶縁基板１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など熱伝導率が大きいセラミック基板などの絶縁物基板で構成されており、例えば、外形寸法が４０ｍｍ×２５ｍｍで、厚さが０．６ｍｍである。
【００１５】
絶縁基板１０は、絶縁性が得られれば窒化アルミニウムに限るもではなく、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのセラミック基板であってもよい。また、基板は、ガラスエポキシ基板や金属ベース基板などセラミック以外の基板であってもよい。
【００１６】
絶縁基板１０の表面にはアルミニウム（Ａｌ）あるいはアルミニウム合金などの導電率が大きい金属で形成された導体層１１が設けられている。絶縁基板１０の裏面にはアルミニウム（Ａｌ）あるいはアルミニウム合金などの導電率が大きい金属で形成された導体層（図示せず）が設けられてもよい。導体層１１は、例えば、厚さ０．３ｍｍのアルミニウムで形成されている。表面側の導体層１１および裏面側の導体層は異なる材料で形成されてもよいが、同じ材料で形成される方が製造コストを低減する上でも好ましい。絶縁基板１０に形成される導体層１１は、アルミニウムに限るもではなく、例えば、銅（Ｃｕ）や銅合金で形成したものでもよい。
【００１７】
導体層１１と半導体素子２１、２３とをはんだ接合する場合、導体層１１がアルミニウムで形成されるとはんだがぬれない。そのため、アルミニウムの表面にはんだがぬれる金属材料であるニッケル（Ｎｉ）（図示せず）を、例えば厚さ５．０μｍ形成してもよい。このようにはんだがぬれる金属材料を形成した状態で、導体層１１と半導体素子２１、２３とを接合材としてのはんだ３１、３３により接合する。はんだがぬれる金属材料としては、ニッケル以外に、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などであってもよい。
【００１８】
導体層１１は、半導体素子２１、２３に主回路電流を流すための回路パターンが形成されている。半導体素子２１、２３がはんだ３１、３３などの接合材により導体層１１に接合されるため、導体層１１は導電率が大きい金属が好ましい。また、絶縁基板１０の裏側に導体層（図示せず）を形成する場合、半導体素子２１、２３で発生した熱を半導体装置の外部に排熱するヒートシンク（図示せず）と裏側の導体層とをはんだなどの接合材により接合することがある。このため、裏側の導体層も熱伝導率が大きい金属が好ましい。
【００１９】
半導体素子２１および半導体素子２３は、ダイオード、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用の半導体スイッチング素子や制御用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。また、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）やＳＢＪ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）、サイリスタなどの整流素子でもよい。
【００２０】
本開示では、半導体素子２１がシリコン（Ｓｉ）で形成されているＩＧＢＴであり、半導体素子２３がシリコンで形成されているダイオードである場合について説明する。例えば、半導体素子２１の外形寸法が１５ｍｍ×１５ｍｍで、厚さが１００μｍである。半導体素子２３の外形寸法が１０ｍｍ×１５ｍｍで、厚さが１００μｍである。半導体素子２１、２３は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体材料で形成されていてもよい。
【００２１】
図１、図２に示すように、本開示では、半導体装置がＩＧＢＴである半導体素子２１とダイオードである半導体素子２３とを一対備えた１ｉｎ１構成の半導体装置について説明するが、ＩＧＢＴとダイオードとを二対備えた２ｉｎ１構成の半導体装置や、六対備えた６ｉｎ１構成の半導体装置であってもよい。また、半導体素子２１のみ備えた半導体装置としてもよい。ＩＧＢTに代えてＭＯＳＦＥＴなど他の半導体スイッチング素子を備えた構成の半導体装置であってもよい。
【００２２】
ＩＧＢＴである半導体素子２１とダイオードである半導体素子２３は、絶縁基板１０上に、導体層１１を介して接合された裏面電極（図示せず）と、裏面電極の反対側の面に設けられた表面電極を備えている。
【００２３】
導体層１１の半導体素子２１、２３を接合する位置の四隅に、ワイヤ線径が１００μｍのアルミニウムワイヤ（図示せず）によるスペーサを搭載し、はんだ３１、３３により、導体層１１と半導体素子２１、２３とを接合する。はんだ３１、３３は、錫と銀と銅とを主成分とするＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだを用いる。はんだ３１の外形寸法が１５ｍｍ×１５ｍｍ、はんだ３３の外形寸法が１５ｍｍ×１０ｍｍで、はんだ３１、３３の接合後の厚さが１００〜２００μｍである。
【００２４】
はんだ材料としては、この他に、錫と銀とを主成分とするＳｎ／Ａｇ系はんだ、錫と銅とを主成分とするＳｎ／Ｃｕ系はんだ、錫とビスマス（Ｂｉ）とを主成分とするＳｎ／Ｂｉ系はんだなどでもよい。また、はんだ３１、３３は、アンチモン（Ｓｂ）やニッケル、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス、アルミニウム、亜鉛（Ｚｎ）等を含んでいてもよい。なお、はんだ３１、３３の材料に鉛（Ｐｂ）を含んでいても本開示の効果が得られるが、鉛を含むはんだは環境負荷が高いため好ましくない。
【００２５】
導体層１１と半導体素子２１、２３とを接合する接合材は、はんだ３１，３３に限定されず、例えば銀ナノ粒子や銅ナノ粒子などの焼結材を用いてもよい。
【００２６】
スペーサは、Ａｌワイヤ以外にＣｕワイヤでもよい。スペーサとしてのワイヤの線径は、接合状態のはんだの厚さより小さければ、１００ｕｍに限るものではない。また、スペーサは、最低はんだ厚を確保できればよいので、ニッケルボールをスペーサとして使用してもよい。また、スペーサを用いずはんだ接合する構成としてもよい。
【００２７】
半導体素子２１の上、すなわち半導体素子２１の表面には、表面電極として、主電極２１ａ、２２ａが形成され、はんだ４１により第一のリードフレーム５１と接合される。半導体素子２１の主電極２１ａ、２２ａと半導体素子２１の裏面電極（図示せず）との間には、主回路電流が流れる。また、半導体素子２３の上、すなわち半導体素子２３の表面には、表面電極として、主電極２３ａが形成され、はんだ４３により第一のリードフレーム５１と接合される。半導体素子２３の表面電極である主電極２３ａと半導体素子２３の裏面電極（図示せず）との間には、主回路電流が流れる。
【００２８】
主電極２１ａ、２２ａ、２３ａは、はんだ接合可能なニッケルを含む構成となっている。はんだ接合可能な金属、すなわち、はんだと合金形成可能な金属としては、ニッケルのほかに、金、銀、銅でもよく、主電極２１ａ、２２ａ、２３ａは、ニッケル、金、銀、銅の少なくとも一つを含む構成としてもよい。
【００２９】
主電極２１ａ、２２ａは、第一のリードフレーム５１がはんだ接合され、大電流の主回路電流が流れる電極であり、後述の制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂよりも面積が大きい。
【００３０】
図１に示すとおり、半導体素子２１の上には、制御信号用としての制御電極２１ｂと半導体素子の温度測定用の温度センス電極（第二電極）２２ｂとが、主電極２１ａ、２２ａのそれぞれと離間して形成されている。つまり、主電極２１ａと制御電極２１ｂ、主電極２１ａと温度センス電極２２ｂとは、半導体素子２１の上に離間して形成されている。主電極２２ａと制御電極２１ｂ、主電極２２ａと温度センス電極２２ｂとは、半導体素子２１の表面に離間して形成されている。
【００３１】
ここでは半導体素子２１の上の主電極として、主電極２１ａと主電極２２ａの２つを有する例で説明しているが、主電極２１ａと主電極２２ａとをつなげた主電極が１つの構成の場合は、１つの主電極と制御電極２１ｂとが離間して形成され、１つの主電極と温度センス電極２２ｂとが離間して形成される。
【００３２】
制御電極２１ｂと第二のリードフレーム６１とはワイヤ配線７１によって電気的に接続され、入力される制御信号に基づいて、主回路電流の導通と遮断とを制御する。また、温度センス電極２２ｂと第二のリードフレーム６２とはワイヤ配線７２によって電気的に接続される。
【００３３】
ワイヤ配線７１、７２は、例えば、直径が０．１５ｍｍのアルミニウムワイヤ、アルミニウム被覆された銅ワイヤ、あるいは金ワイヤなどであってよい。ワイヤ配線７１は、ワイヤボンディングにより第二のリードフレーム６１および制御電極２１ｂに超音波接合される。ワイヤ配線７２は、ワイヤボンディングにより第二のリードフレーム６２および温度センス電極２２ｂに超音波接合される。
【００３４】
半導体素子２１の表面には、制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂの他に、エミッタの電流を測定するためにエミッタ電流センス電極などの電極が設けられていてもよい。エミッタ電流センス電極があった場合も、制御電極２１ｂなどと同様にワイヤ配線により電気接続される。本開示では、半導体素子２１の表面の電極のうち、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂ、およびエミッタ電流センス電極などのワイヤ配線用の電極を総称して、第二電極と呼ぶこととする。図１のようにワイヤ配線用の電極は、半導体素子２１の一辺に沿って一列に配置された構成とすると、超音波接合がしやすいため好ましい。
【００３５】
半導体素子２１の上において、主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂとの間には、主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂのそれぞれと離間して、はんだと合金形成可能な金属としのニッケルを含む金属膜２１ｃを形成する。はんだと合金形成可能な金属とは、はんだぬれ性を有する金属とも言える。
【００３６】
半導体素子２１の上において、第一のリードフレーム５１とはんだ４１により接合される主電極２１ａ、主電極２２ａが本願における第一電極に該当する。このように、半導体素子２１の上において、第一のリードフレーム５１とはんだ４１により接合される電極が複数ある場合は、第一のリードフレーム５１とはんだ接合される電極を総称して第一電極と呼ぶ。
【００３７】
第一のリードフレーム５１と主電極２１ａ、２２ａとをはんだ接合する工程において、はんだ４１が溶融する際、はんだ４１が空気を取込む。真空中ではんだ接合した場合であっても、はんだ４１が、残留するわずかな空気を取り込む。そして、取り込まれた空気が抜ける時に、はんだの一部が飛散し、半導体素子２１の上を移動する場合がある。本開示では、はんだ接合する工程において、はんだ４１が溶融する際、はんだに取り込まれた空気が抜ける時に飛散したはんだを、はんだボールと呼ぶ。
【００３８】
はんだと合金形成可能な金属を含む金属膜２１ｃを形成すると、はんだ４１からはんだボールが放出された場合であっても、はんだボールが金属膜２１ｃに接触し、はんだ接合工程をへて冷却された際に、金属膜２１ｃの少なくとも一部と金属膜２１ｃに接触したはんだボールとが合金化される。つまり金属膜２１ｃの少なくとも一部と金属膜２１ｃに接触したはんだボールとが接合される。
【００３９】
金属膜２１ｃは、はんだと合金形成可能な金属を含めばよく、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）の少なくとも一つを含む構成とすればよい。ニッケル、金、銀、銅の少なくとも一つが、金属膜２１ｃの最表面の少なくとも一部に露出した構成であれば、はんだ接合工程において、金属膜２１ｃの最表面の一部とはんだボールとが接触し合金化され、はんだボールを付着させることができる。金属膜２１ｃの最表面にニッケル、金、銀、銅の少なくとも一つを含む膜が形成されて構成とすることで、より効果的にはんだボールを付着することができるため好ましい。
【００４０】
金属膜２１ｃは、はんだボール付着用の膜である。つまり、主電極２１ａ、２２ａとは異なり、第一のリードフレーム５１とはんだ接合される膜ではない。また、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂなどのワイヤ配線用の電極とは異なり、ワイヤ配線される膜ではない。
【００４１】
第一のリードフレーム５１とはんだ４１により接合される第一電極が複数ある場合は、金属膜２１ｃは、少なくとも、第二電極に最も近い第一電極との間に形成される。図１の例では、第一のリードフレーム５１の延伸方向と垂直は方向に第一電極としての主電極２１ａ、２２ａが２つ並んでいる例を示しているが、例えば第一のリードフレーム５１の延伸方向に主電極が複数ある場合は、金属膜２１ｃは、少なくとも、制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂと最も近い主電極と、制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂとの間に形成される。
【００４２】
図１、図２では、半導体素子２１の表面上に、主電極２１ａ、２２ａと金属膜２１ｃを形成した例を示しているが、後述のとおり、半導体素子２１の表面上に第三電極２４をさらに備え、第三電極２４上に主電極２１ａ、２２ａと金属膜２１ｃとが形成された構成としてもよい。つまり、半導体素子２１の表面と主電極２１ａ、２２ａとの間と、半導体素子２１の表面と金属膜２１ｃとの間とに、第三電極２４が形成された構成としてもよい。この場合、主電極２１ａ、２２ａよりも面積が大きい第三電極２４を設けることで、半導体素子２１のより広い領域まで電流が広げることができる。第三電極２４は、はんだと合金形成可能な金属であるニッケル、金、銀、銅の少なくとも一つを含む構成でもよく、また、はんだと合金形成しない金属であるアルミニウム、アルミシリコン（ＡｌＳｉ）、チタン（Ｔｉ）の少なくとも一つを含む構成でもよい。
【００４３】
また、図１、図２では、半導体素子２１の表面上に、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂを形成した例を示しているが、後述のとおり、半導体素子２１の表面上に第三電極２４と離間して設けられた第四電極２５をさらに備え、第四電極２５上に制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂとが形成された構成としてもよい。第四電極２５は、第三電極２４と同様に、はんだと合金形成可能な金属であるニッケル、金、銀、銅の少なくとも一つを含む構成でもよく、また、はんだと合金形成しない金属であるアルミニウム、アルミシリコン（ＡｌＳｉ）、チタン（Ｔｉ）の少なくとも一つを含む構成でもよい。
【００４４】
図３Ａから図３Ｌは、本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の拡大平面図である。図には方向を説明するためのｘｙｚ直交座標軸も示す。ここでは、ｘ軸方向に主電極２１ａと制御電極２１ｂとが離間して配置されており、また、ｘ軸方向に主電極２２ａと、温度センス電極２２ｂとが離間して配置されている。ｙ軸方向に主電極２１ａと主電極２２ａとが配列され、同様に、ｙ軸方向に制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂとが配列された構成となっている。なお、図３Ａから図３Ｌの破線は、第三電極２４を有する場合の第三電極２４の外周および内周を示している。また、図３Ｅおよび図３Ｆには半導体素子２１の外周部２１ｅ１〜２１ｅ４を示している。
【００４５】
金属膜２１ｃは、例えば、図３Ａに示すように、主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂとの間に、主電極２１ａ、２２ａに沿って形成され、また、制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂとに沿って形成される。すなわち、金属膜２１ｃは、表面電極としての主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂとの間に直線状に形成される。
【００４６】
金属膜２１ｃの形状は、はんだ４１から発生しうるはんだボールが付着し、制御電極２１ｂなどのワイヤ配線用の電極へのはんだボールの付着を抑制できればよいため、図３Ｂから図３Ｌに示すような形状のいずれであってもよい。
【００４７】
図３Ｂに示すように、主電極２１ａと制御電極２１ｂとの間と、主電極２２ａと温度センス電極２２ｂとの間とのそれぞれに、金属膜２１ｃと金属膜２２ｃとの２つに分けて金属膜を設けてもよい。例えば、主電極２１ａの角部２１ａ１と制御電極２１ｂの角部２１ｂ１とを結ぶ直線と主電極２１ａの角部２１ａ２と制御電極２１ｂの角部２１ｂ２とを結ぶ直線とで挟まれた範囲と重なる位置に、１つの連続膜として金属膜２１ｃを設けるとよい。すなわち、ｙ軸方向で、主電極２１ａの角部２１ａ１と制御電極２１ｂの角部２１ｂ１とを結ぶ直線と、主電極２１ａの角部２１ａ２と制御電極２１ｂの角部２１ｂ２とを結ぶ直線との両方に交わるような１つの連続膜として、金属膜２１ｃを設けるとよい。金属膜２２ｃも金属膜２１ｃと同じ方法で、主電極２２ａと温度センス電極２２ｂとの間に設けるとよい。
【００４８】
また、金属膜２１ｃの形状は、図３Ａおよび図３Ｂに示す長方形といった矩形形状である必要はなく、図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、主電極２１ａと金属膜２１ｃとのｘ軸方向の最短距離や、制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとのｘ軸方向の最短距離が、主電極２１ａ、２２ａが配列された方向であるｙ軸方向によって変化する構造であってもよい。図３Ｃに示した金属膜２１ｃの平面形状は、屈曲部を有する帯状、あるいはジグザク形状である。図３Ｄに示した金属膜２１ｃの平面形状は、主電極２１ａ、２２ａ側に凸となっている２つのＵ字形状の端部を接続した形状となっている。
【００４９】
また、図３Ｅおよび図３Ｆに示すように、主電極２１ａと制御電極２１ｂとの間のみではなく、さらに、制御電極２１ｂを２方向からは挟み込む位置に金属膜を設けてもよい。具体的には、図３Ｅに示すように、金属膜は、主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂとの間に形成された第一金属膜２６ｃと、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂに対して第一金属膜２６ｃと反対側に形成された第二金属膜２７ｃとを有する構成としてもよい。この構成では、制御電極２１ｂが、第一金属膜２６ｃと第二金属膜２７ｃ膜とに挟まれた構成となっている。換言すると、制御電極２１ｂと半導体素子の制御電極２１ｂに最も近い外周部２１ｅ１との間に第二金属膜２７ｃを備えた構成となっている。
【００５０】
図３Ｆに示すように、ｙ軸方向に延在する金属膜２１ｃは、その両端に、制御電極２１ｂの側に向けて延在する第一端部２１ｃ１と温度センス電極２２ｂの側に向けて延在する第二端部２１ｃ２とを有する。制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂは、第一端部２１ｃ１と第二端部２１ｃ２とに挟まれた構成となっている。換言すると、ｙ軸方向に延在する金属膜２１ｃの一端が、ｘ軸方向に、制御電極２１ｂと制御電極２１ｂに２番目に近い半導体素子２１の外周部２１ｅ２との間にまで延びた第一端部２１ｃ１を有する。また、金属膜２１ｃの他端が、ｘ軸方向に、温度センス電極２２ｂと温度センス電極２２ｂに２番目に近い半導体素子２１の外周部２１ｅ４との間にまで延びた第二端部２１ｃ２を有する。
【００５１】
このように、第一端部２１ｃ１や第二端部２１ｃ２は、制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂとの間に設けるよりも、制御電極２１ｂと半導体素子２１の外周部２１ｅ２との間と、温度センス電極２２ｂと半導体素子２１の外周部２１ｅ４との間に設ける構成にするとよい。この構成では、ワイヤ配線用電極である制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂを３方向から囲う形状となる。なお、ここでは、金属膜２１ｃと第一端部２１ｃ１、第二端部２１ｃ２とが連続膜の例を示したが、３つに分かれた構成としてもよい。
【００５２】
また、図３Ｇに示すように、金属膜２１ｃは、ワイヤ配線用電極である制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを囲う形状とする事も可能である。ここでは、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂの両方を囲う構成の例を示したが、制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂのそれぞれを金属膜で囲う構成としてもよい。
【００５３】
また、図３Ｈに示すように、金属膜２１ｃはワイヤ配線用電極である制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを囲う形状であるが、四隅が切り欠けている構成としてもよい。すなわち、金属膜２１ｃは、第二電極である制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを囲むように配置された複数の金属膜部分を含む。このようにすれば、後述する保護膜２８が分断されない状態とすることができる。この結果、保護膜２８の剥離を抑制することが可能となる。
【００５４】
また、図３Ｉに示すように、金属膜２１ｃを四隅にカギカッコ状に２重に配置する構成としてもよい。すなわち、金属膜２１ｃは、第二電極である制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを囲むように配置された複数の金属膜部分２１ｃ１（外周側金属膜部分）と、当該金属膜部分２１ｃ１と制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂとの間に配置された内周側金属膜部分２１ｃ２とを含んでいてもよい。このようにすれば、はんだ飛び対策としての機能を損なうことなく、保護膜２８の剥離を抑制することが可能となる。
【００５５】
また、図３Ｊに示すように、主電極２１ａと金属膜２１ｃとが、金属膜２１ｃの短辺幅よりも狭い幅を有する接続部としての露出部２１ｆにより、表面的につながっていてもよい。すなわち、半導体装置は金属膜２１ｃと主電極２２ａとを接続する接続部としての露出部２１ｆを備えていてもよい。露出部２１ｆの最小幅は、主電極２２ａの最小幅より小さくてもよい。このようにすれば、はんだ飛び対策としての機能に影響はない。露出部２１ｆの幅が大き過ぎる場合、主電極２２ａに供給したはんだがぬれ広がってはんだ飛びを誘発する可能性がある。
【００５６】
また、図３Ｋに示すように、主電極２１ａ、２２ａと金属膜２１ｃとが、半導体素子２１の中央付近にある複数の接続部としての露出部２１ｆにより、表面的につながっていてもはんだ飛び対策としての機能に影響はない。図３Ｊおよび図３Ｋに示した接続部としての露出部２１ｆの最小幅は、金属膜２１ｃの最小幅より小さくてもよい。
【００５７】
また、図３Ｊおよび図３Ｋ等に示すように主電極２１ａ，２２ａと金属膜２１ｃとが接続部としての露出部２１ｆにより接続されている場合に、図１に示すように板状部材としての第一のリードフレーム５１から半導体素子２１を見た平面視において、金属膜２１ｃは第一のリードフレーム５１と重ならない位置に配置されていてもよい。異なる観点から言えば、金属膜２１ｃにおいて露出部２１ｆと接続された接続部は、上記平面視において第一のリードフレーム５１と重ならない位置に配置されていてもよい。あるいは、金属膜２１ｃは上記平面視において、第一のリードフレーム５１と部分的に重なるように配置されていてもよい。つまり、上記平面視において、第一のリードフレーム５１における制御電極２１ｂ側の端面より、金属膜２１ｃの少なくとも一部は制御電極２１ｂ側に位置してもよい。異なる観点から言えば、上記平面視において、第一のリードフレーム５１における制御電極２１ｂ側の端面と制御電極２１ｂとの間に、金属膜２１ｃにおける制御電極２１ｂ側の端面が位置してもよい。一方、主電極２１ａ、２２ａは、上記平面視において第一のリードフレーム５１と重なる位置に配置されてもよい。主電極２１ａ、２２ａは、上記平面視において第一のリードフレーム５１と重なる位置のみに配置されていてもよい。
【００５８】
また、図３Ｌに示すように、ワイヤ配線用電極である制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂが、半導体素子２１の角部に配置されている場合は、金属膜２１ｃがL字型形状で角部に配置されることで同様の効果が得られる。
【００５９】
図３Ａから図３Ｌは、金属膜２１ｃを連続膜として説明したが、はんだボールを付着させる範囲で、図３Ａの金属膜２１ｃをｙ軸方向やｘ軸方向に複数に分割した構成としてもよい。また、図３Ａから図３Ｌの構成を、それぞれを組み合わせた構成としてもよい。
【００６０】
第一のリードフレーム５１と接合される主電極２１ａと、制御電極２１ｂとの間は、例えば１.０ｍｍより大きい間隔をあける必要がある。第二のリードフレーム６１および制御電極２１ｂにワイヤ配線７１を超音波接合するときに使用する接合装置ヘッドなどの機材が、第一のリードフレーム５１に衝突する干渉を防ぐためである。
【００６１】
例えば、図３Ａに示す金属膜２１ｃのｘ軸方向の幅を０.８ｍｍとし、ｙ軸方向の金属膜２１ｃの長さを１０ｍｍとする。このように、幅が０．８ｍｍであれば、機材の干渉を防ぐ１.０ｍｍの間隔に、主電極２１ａ、２２ａと、制御電極２１ｂと、温度センス電極２２ｂのそれぞれと離間して、金属膜２１ｃを設けることができる。つまり、半導体素子のサイズを大きくすることなく、金属膜２１ｃを形成することが可能となる。
【００６２】
半導体素子２１が電力用半導体素子の場合、電力用半導体素子の周縁部には、終端構造が形成されており、終端構造の直上には、金属膜２１ｃを形成することができない。半導体素子の小型化の観点では、図３Ｂにしめす、主電極２１ａの角部２１ａ１と角部２１ａ２とを結び、ｙ軸方向に伸ばした線よりも制御電極２１ｂ側の領域で、かつ、制御電極２１ｂの角部２１ｂ１と角部２１ｂ２とを結び、ｙ軸方向に伸ばした線よりも主電極２１ａ側の領域に金属膜２１ｃを形成するとよい。また、図３Ａから図３Ｄに示すように、主電極２１ａ、２２ａが形成された領域と、制御電極２１ｂと温度センス電極２２ｂとが形成された領域との間にのみ金属膜２１ｃを形成する構成がより好ましい。
【００６３】
金属膜２１ｃは、主電極２１ａ、２２ａのはんだ４１から放出されうるはんだボールがワイヤ配線用の電極である制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂへ付着するのを防ぐ必要があり、金属膜２１ｃのｙ軸方向の長さは、制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂのｙ軸方向の長さよりも長い構成にするとよい。また、ｘ軸方向の長さも、長くなればはんだボールを付着させるための面積も増えるため、金属膜２１ｃの面積は、制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂの面積よりも大きい構成にするとよい。
【００６４】
金属膜２１ｃは、はんだボールを付着する機能を発揮できる範囲であれば、面積は大きい必要はなく、例えば、主電極２１ａと主電極２２ａとの面積の合計値に対して、３％以上２０％以下の範囲とするとよい。また、第三電極２４を有する場合は、図３Ａから図３Ｌの破線で囲まれた第三電極２４の面積に対して、３％以上２０％以下の範囲とするとよい。
【００６５】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の変形例を示す断面図である。図４に示した半導体装置は、基本的には図１および図２に示した半導体装置と同様の構成を備えるが、金属膜２１ｃの構成が図１および図２に示した半導体装置と異なっている。すなわち、図４に示した半導体装置における金属膜２１ｃの高さＴ２は、半導体素子２１の表面を基準として、はんだ４１が搭載される主電極２１ａ、２２ａの高さよりも高い構成としてもよい。同様に、金属膜２１ｃの高さＴ２は、ワイヤ配線される第二電極としての制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂの高さＴ１よりも高い構成としてもよい。この構成により、はんだボールの制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂへの付着を抑制することができる。また、金属膜２１ｃの高さＴ２は、はんだ４１の高さと同等としてもよい。つまり、半導体素子２１の表面を基準として、金属膜２１ｃの高さＴ２を、はんだ４１が搭載される主電極２１ａ、２２ａの高さよりも高く、第一のリードフレーム５１の高さＴ３よりも低い構成としてもよい。この構成により、はんだボールが金属膜２１ｃを飛び越えて、制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂへ到達することを抑制することができる。このように金属膜２１ｃの高さＴ２のみ高くする場合は、例えば、金属膜２１ｃの上のみ成膜し、高さの積み増しをすればよい。
【００６６】
図１、図２に示す板状の配線部材としての第一のリードフレーム５１は、例えば、厚さ１.０ｍｍの銅または銅合金で形成されており、半導体素子２１上に形成された主電極２１ａ、２２ａとはんだ４１により接合されている。また、第一のリードフレーム５１は、半導体素子２３上に形成された主電極２３ａとはんだ４３により接合されている。
【００６７】
第一のリードフレーム５１は、はんだがぬれないアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、はんだ接合部に銅や銅合金などのはんだがぬれる金属材料を形成した構成や、はんだ接合部の表面にニッケルや金などの金属を形成した構成としてもよい。また、第一のリードフレーム５１は、インバーなどの複数の金属を貼り合わせたクラッド材を用いてもよい。
【００６８】
ここでは、板状部材として、板状の配線部材である第一のリードフレームとして説明しているが、板状部材は、例えば、配線パターンが施されたプリント基板であってもよい。
【００６９】
はんだ４１、４３は、錫と銀と銅とを主成分とするＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだを用いてもよい。例えば、主電極２１ａ上と主電極２２ａ上のそれぞれに設けるはんだ４１の外形寸法の一辺の長さは、長辺の長さが６〜９ｍｍ、短辺の長さが４〜５ｍｍであってもよい。はんだ４３の外形寸法の一辺の長さは、長辺の長さが９〜１２ｍｍ、短辺の長さが６〜８ｍｍであってもよい。接合後のはんだ４１、４３の厚さは、例えば、３００〜５００μｍである。
【００７０】
はんだ４１、４３は、上述のはんだ３１、３３と同じく、錫と銅とを主成分とするＳｎ／Ｃｕ系はんだ、あるいは錫と銀とを主成分とするＳｎ／Ａｇ系はんだなどを用いることもできる。
【００７１】
図１に示すように、導体層１１には、銅や銅合金などの導電率が大きい金属で形成された端子板５３が超音波接合などの方法で接合されている。端子板５３には、主端子５４が設けられておりケース９０に固定されている。これにより、半導体素子２１、２３の裏面電極と主端子５４とが電気的に接続されている。
【００７２】
第一のリードフレーム５１には、半導体素子２１、２３と接合された側とは反対側の端部に、外部機器との電気的な接続に用いる主端子５２が設けられており、主端子５２はケース９０に固定されている。
【００７３】
主端子５２と主端子５４とが、導体層１１、半導体素子２１、２３、第一のリードフレーム５１を介して電気的に接続され、主端子５２と主端子５４との間に主回路電流を流すことができるようになる。
【００７４】
第二のリードフレーム６１、６２は、銅または銅合金あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、ケース９０に固定されている。第二のリードフレーム６１、６２の一端は半導体装置の外部に露出しており、第二のリードフレーム６１は制御信号を入力するための制御端子となっている。第二のリードフレーム６２は、半導体素子の温度を測定するための端子となっている。
【００７５】
第二のリードフレーム６１、６２をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成した場合には、半導体装置の外部に露出した制御端子の部分に銅めっきまたはニッケルめっきを施してはんだのぬれ性を良くしてもよい。
【００７６】
第二のリードフレーム６１の他端は、半導体素子２１の表面に設けられた制御電極２１ｂと、ワイヤ配線７１によって電気的に接続されている。同様に、第二のリードフレーム６２の他端は、半導体素子２１の表面に設けられた温度センス電極２２ｂ、ワイヤ配線７２によって電気的に接続されている。
【００７７】
図２では、板状の配線部材としての第一のリードフレーム５１と、第二のリードフレーム６１、６２は、ケース９０に埋め込まれて固定された例で説明したが、第一のリードフレーム５１の半導体素子２１、２３と接合された側とは反対側の端部、または第二のリードフレーム６１のワイヤ配線７１が接合された側とは反対側の端部が、予めケースに形成された電極端子に、はんだや導電性接着剤で接続する構成としてもよい。
【００７８】
ケース９０は、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ：ポリフェニレンサルファイド）樹脂により枠状に形成され、絶縁基板１０の半導体素子２１、２３が搭載されている面の外周を囲い、絶縁基板１０に接着されている。
【００７９】
ケース９０は、はんだ４１、４３の加熱溶融時に、熱により変形しなければ、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙ  Ｂｕｔｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などでもよい。
【００８０】
封止樹脂部８０は、エポキシ系の樹脂により形成されており、導体層１１、半導体素子２１、２３、第一のリードフレーム５１の一部、第二のリードフレーム６１の一部、ワイヤ配線７１、７２、およびはんだ３１、３３、４１、４３を覆って絶縁封止している。なお、封止樹脂部８０を形成する封止樹脂は、絶縁性を確保することができるものであれば、エポキシ系の樹脂に限らず、液状ゲル等であってもよい。
【００８１】
樹脂材料による封止方法は、上記説明のケース９０と封止樹脂部８０による封止方法以外に、トランスファーモールドによる封止方法でもよい。
【００８２】
次に、半導体素子の表面電極および金属膜の製造方法について説明する。
図５は、本発明の実施の形態１にかかる保護膜を有する半導体素子の拡大平面図である。図６Ａから図６Ｃ、図７Ａから図７Ｃは、本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の上に保護膜と電極と金属膜とを形成する製造方法を示す断面図である。
【００８３】
図６Ａから図６Ｃは、半導体素子２１の表面上に、主電極２１ａ、制御電極２１ｂ、および金属膜２１ｃを形成する場合であり、図７Ａから図７Ｃは、半導体素子２１の表面上に、第三電極２４、第四電極２５を形成し、第三電極２４上に主電極２１ａと金属膜２１ｃを形成し、第四電極２５上に制御電極２１ｂを形成する場合を示す。なお、図５の破線は、第三電極２４と第四電極２５の外周を示している。
【００８４】
まず、図６Ａに示すように、半導体素子２１を準備する。その後、図６Ｂに示すように、保護膜を形成する保護膜形成工程として、半導体素子２１上に、開口部を有する保護膜２８を形成する。保護膜２８としては、たとえばポリイミド膜を用いることができる。すなわち、半導体素子２１の上に、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとが形成される位置に対応した位置に開口部を有する保護膜２８を形成する。また、図７Ａに示すように、表面上に第三電極２４と第四電極２５とが形成された半導体素子２１を準備する。その後、図７Ｂに示すように、第三電極２４と第四電極２５とが形成された半導体素子２１の上に、開口部を有する保護膜２８を形成してもよい。すなわち、第三電極２４と第四電極２５とが形成された半導体素子２１の上に、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとが形成される位置に対応した位置に開口部を有する保護膜２８を形成する。
【００８５】
開口部は、例えば保護膜２８となるべき材料の一例であるポリイミドなどの樹脂を半導体素子２１の上、または第三電極２４と第四電極２５とが形成された半導体素子２１の上に塗布し、露光現像プロセスにより形成する。
【００８６】
次に、図６Ｃ、図７Ｃに示すとおり、金属成膜工程として、保護膜２８をマスクとして、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとに対応する開口部に、はんだと合金形成可能な金属としてのニッケルを、めっき法により成膜し、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとを形成する。主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃのニッケルの厚さは、例えば５．０μｍとする。この工程では、半導体素子２１の表面に形成した保護膜２８がマスクとなるため、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃに対応する開口部に、ニッケル膜をめっき法により、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとを同時に一括して形成できる。なお、保護膜２８をマスクとして、個別に電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとを形成してもよい。
【００８７】
図６Ｃにおいて、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとなるべきニッケル膜をめっき法により形成する場合は、主電極２１ａと、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂと、金属膜２１ｃとに対応する開口部に、ニッケルめっき前にアルミニウムを形成していてもよい。また、図７Ｃにおいて、ニッケル膜をめっき法により形成する場合は、第三電極２４と第四電極２５がアルミニウムを含む構成とすればよい。
【００８８】
なお、金属成膜方法は、めっき法に限定されず、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等であってもよい。いずれの場合でも、保護膜２８がマスクと役割を果たし、保護膜２８の開口部に金属が成膜される。
【００８９】
ここでは、保護膜２８は、ポリイミド膜としたが、例えばエポキシ樹脂など、金属を成膜する際にマスクとして機能する有機膜であればよい。また、必ずしも保護膜２８は残しておく必要はなく、除去してもよい。
【００９０】
制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂは、ワイヤ配線７１、７２により端子板である第二のリードフレーム６１，６２と電気的に接続され、はんだ接合は行われないので、必ずしもニッケルなどのはんだと合金形成可能な金属を含む必要はない。つまり主電極２１ａ、２２ａと金属膜２１ｃとを形成し、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを、別途形成することも可能である。ただし、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを形成する際、別途保護膜を形成する必要があり、工程が煩雑となる。しかし、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂも、主電極２１ａおよび金属膜２１ｃと同じ種類の金属を含む構成、つまり、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂがはんだと合金形成可能な金属を含む構成としてもよい。このようにすれば、主電極２１ａと金属膜２１ｃとを形成する際に同時に制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂを形成することができ、製造工程を簡略化できる。
【００９１】
一方で、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂが、はんだと合金形成可能な金属により成膜されるため、はんだ４１から発生したはんだボールが制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂへ到達し合金化される可能性、つまり付着する可能性がある。しかし、金属膜２１ｃを形成することで、はんだ４１から発生しうるはんだボールを、制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂへ到達する前に、金属膜２１ｃと合金化させることができる。この結果、はんだボールがワイヤ配線用の制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂへ到達することを抑制することができる。
【００９２】
図５に示すように、主電極を、主電極２１ａと主電極２２ａの２つの領域に分けて形成している。はんだ４１と接合する領域が１つの場合、第一のリードフレーム５１を半導体素子２１に対向して配置する際、第一のリードフレーム５１が傾いて配置された場合に、はんだ４１との接合点が、はんだ４１と接合する領域の中心からずれ、電流が不均一になる場合がある。しかし、第一のリードフレーム５１とはんだ４１を介して接合する領域を、２つの領域としての主電極２１ａと主電極２２ａとに分けることで上述した問題の発生を抑制できる。すなわち、第一のリードフレーム５１が傾いて配置された場合でも、はんだ４１との接合点が、２つの領域に分かれているため、電流の不均一化を抑制することができる。
【００９３】
また、主電極を、２つの領域に分けて形成すると、はんだ４１の厚さを制御しやすくなる利点もある。はんだ４１の高さが低い（厚さが小さい）場合（例えば、接合後の厚さが１００μｍ程度の場合）、線膨張係数の大きい第一のリードフレーム５１と線膨張係数の小さい半導体素子２１が近接し，はんだ４１に大きな熱応力が生じ得る。そのため、はんだ４１による接合部の信頼性が低下する可能性があり、はんだ４１の高さ制御は重要である。
【００９４】
次に、上述の電極等を形成した半導体素子を有する半導体装置の製造方法について説明する。
【００９５】
図８Ａから図８Ｄは、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、第三電極２４と第四電極２５を備えた例で説明する。また、簡略化のために保護膜を図示していない。
【００９６】
図８Ａに示すように、表面電極等が形成された半導体素子２１の裏面電極（図示せず）を、絶縁基板１０上の導体層１１に、接合材としてのはんだ３１により接合する。同様に、表面電極が形成された半導体素子２３の裏面電極（図示せず）を、絶縁基板１０上の導体層１１に、接合材としてのはんだ３３により接合する。
【００９７】
次に、図８Ｂに示すように、枠状のケース９０の底部に半導体素子２１、２３を接合した絶縁基板１０を配置し、シリコーン製の接着材（図示せず）にてケース９０を絶縁基板１０上に接着固定する。
【００９８】
ケース９０には、予めインサート成形により、第一のリードフレーム５１、第二のリードフレーム６１が設けられており、ケース９０の上部に、第一のリードフレーム５１の端部に設けられた主端子５２が固定されている。ここでは図示されていないが、ケース９０には第二のリードフレーム６２も設けられている。また、ケース９０には予め端子板５３も設けられており、端子板５３に設けられた主端子５４が、ケース９０の上部に固定されている。
【００９９】
ケース９０を絶縁基板１０の所定位置に配置した際に、第一のリードフレーム５１は、主電極２１ａ、２３ａとのはんだ接合部が、絶縁基板１０に接合された半導体素子２１、２３の主電極２１ａ、２３ａに対向する位置となるよう、ケース９０に固定されている。第二のリードフレーム６１は、ワイヤボンディング部が、絶縁基板１０に接合された半導体素子２１の制御電極２１ｂに対応する位置となるよう、ケース９０に固定されている。
【０１００】
次に、はんだ接合工程として、絶縁基板１０に接合された半導体素子２１の主電極２１ａの上に、板はんだ４１を配置する。ここでは図示していないが、主電極２２ａの上にも、板はんだ４１を配置する。また、絶縁基板１０に接合された半導体素子２３の主電極２３ａの上に、板はんだ４３を配置する。このように、半導体素子２１の主電極２１ａの上に、板はんだ４１と第一のリードフレーム５１を配置し、また、半導体素子２３の主電極２３ａの上に、板はんだ４３と第一のリードフレーム５１を配置し、板はんだ４１、４３をリフロー炉やホットプレートにより加熱し溶融させる。このようにして、主電極２１ａ、２３ａと第一のリードフレーム５１とをはんだ接合する。
【０１０１】
接合材としてはんだ３１、３３を用いる場合は、はんだ４１および４３の融点が、はんだ３１および３３の融点よりも低い材料を選択することが好ましい。このようにすれば、半導体素子２１、２３と第一のリードフレーム５１とをはんだ接合する際、すでに半導体素子２１、２３と導体層１１とがはんだ３１、３３により接合されていても、はんだ３１、３３が再溶融しない。
【０１０２】
次に、ワイヤ配線工程として、図８Ｃに示すように、半導体素子２１の制御電極２１ｂの上と第二のリードフレーム６１の上に、超音波接合によるワイヤボンディングでワイヤを接合する。すなわち、ワイヤ配線７１で半導体素子２１の制御電極２１ｂと第二のリードフレーム６１とを電気的に接続する。ここでは図示していないが、ワイヤ配線７２で半導体素子２１の温度センス電極２２ｂと第二のリードフレーム６２とを電気的に接続する。
【０１０３】
また、ここでは図示しないが、端子板５３と絶縁基板１０に設けられた導体層１１とを超音波接合により接合する。この超音波接合による接合は、半導体素子２１、２３の表面電極である主電極２１ａ、２３ａと第一のリードフレーム５１とのはんだ接合の前に行ってもよく、後に行ってもよい。以上のはんだ接合および超音波接合により、半導体装置の主端子５２と主端子５４との間に半導体素子２１、２３が電気的に接続される。
【０１０４】
次に、図８Ｄに示すように、ケース９０内にポッティング樹脂で封止樹脂部８０を形成し、ケース９０を絶縁封止し、半導体装置が完成する。
【０１０５】
図８Ｅは、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の他の変形例の製造方法を示す拡大平面図である。図８Ｆから図８Ｈは、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の他の変形例の製造方法を示す断面図である。図８Ｅから図８Ｈでは、半導体素子２１を主に示している。図８Ｅから図８Ｈに示した半導体装置の製造方法は、基本的には図８Ａから図８Ｄに示した半導体装置の製造方法と同様であるが、半導体素子２１の構成が図８Ａから図８Ｄに示した半導体装置の半導体素子２１の構成と異なっている。
【０１０６】
すなわち、図８Ｅに示すように、主電極２１ａ、２２ａにおいて、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂに近い方の領域の幅が狭く、反対側の領域の幅が広くなっている。異なる観点から言えば、第一電極としての主電極２１ａ、２２ａにおいて、第二電極としての制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂに近い側の端部の幅が、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂから遠い側の端部の幅より小さい。
【０１０７】
このように主電極２１ａ、２２ａを形成することによって、図８Ｆに示すように主電極２１ａ、２２ａに供給されたはんだ４１の高さを局所的に変更できる。具体的には、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂに相対的に近い領域におけるはんだ４１の高さは、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂから相対的に遠い領域におけるはんだ４１の高さより低くなるように、はんだ４１が形成される。
【０１０８】
このことにより、図８Ｇに示すように、第一のリードフレーム５１がはんだ４１上に搭載されたときに、制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂから遠い領域に位置するはんだ４１が第一のリードフレーム５１に接触する。この結果、図８Ｈに示すように、はんだ４１が溶融してぬれ広がりが制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂから遠い方で主に生じる。そのため、はんだ飛びが制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂに発生しにくくなる。
【０１０９】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、半導体素子２１の上に、第一のリードフレーム５１とはんだ４１により接合される主電極２１ａ、２２ａと、はんだと合金形成可能な金属を含む、ワイヤ配線用の制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂとの間に、主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂ、温度センス電極２２ｂのそれぞれと離間して形成され、はんだと合金形成可能な金属を含む金属膜２１ｃが設けられている。
【０１１０】
また異なる観点から言えば、本実施の形態１にかかる半導体装置は、基板としての絶縁基板１０と、半導体素子２１と、板状部材としての第一のリードフレーム５１と、第一電極としての主電極２１ａ、２２ａと、第二電極としての制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂと、金属膜２１ｃとを備える。半導体素子２１は絶縁基板１０の上に配置される。第一のリードフレーム５１は、半導体素子２１と電気的に接続される。主電極２１ａ、２２ａは半導体素子２１の上に形成される。主電極２１ａ、２２ａは第一のリードフレーム５１とはんだ４１により接合される。制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂは、半導体素子２１の上に主電極２１ａ、２２ａと離間して形成される。制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂは、はんだ４１と合金形成可能な金属を含む。金属膜２１ｃは、第一のリードフレーム５１から半導体素子２１を見た平面視において、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂから見て主電極２１ａ、２２ａ側の領域に、制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂと離間して半導体素子２１の上に形成される。金属膜２１ｃは、はんだ４１と合金形成可能な金属を含む。
【０１１１】
第一のリードフレーム５１と主電極２１ａ、２２ａとをはんだ接合する工程において、はんだ４１が溶融する際、はんだ４１が空気を取込む。そして、取り込まれた空気が抜ける時に、はんだボールが発生し、半導体素子２１の上を移動する場合がある。
【０１１２】
このはんだボールが半導体素子２１の上を移動し、制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂに到達すると、合金化してしまい、はんだ接合工程の後に合金化したはんだボールを取り除くことは困難となる。はんだボールが合金化し、付着した状態で、ワイヤボンディングによりワイヤを制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂに超音波接合すると、半導体素子２１が破壊される可能性や、ワイヤボンドの接合面積が小さくなり、接合の信頼性が低下する可能性がある。
【０１１３】
主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂとの間に、はんだと合金形成可能な金属を含む金属膜２１ｃを設けることで、第一のリードフレーム５１と主電極２１ａ、２２ａとをはんだ接合する際に、はんだ４１から発生したはんだボールを金属膜２１ｃと合金化させることができる。この結果、はんだボールがワイヤ配線用の制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂへ到達することを抑制することができる。つまり、はんだボールが金属膜２１ｃに付着し、はんだボールが制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂに到達することが抑制され、半導体素子の破壊を抑制することができる。また、はんだボールが制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂに付着することによりワイヤボンドの接合面積が小さくなり、接合の信頼性の低下を抑制することができる。
【０１１４】
半導体素子２１の表面に保護膜２８が形成されている場合は、主電極２１ａと金属膜２１ｃとは、それぞれ離間して半導体素子２１の上に形成されており、主電極２１ａと金属膜２１ｃとの間には、保護膜２８が形成されている。保護膜２８として、金属膜２１ｃよりもはんだのぬれ性が低い材料からなる膜が形成されることが好ましい。保護膜としては、たとえば有機膜としてのポリイミド膜が形成されてもよい。主電極２１ａ側から、保護膜２８、金属膜２１ｃ、保護膜２８が存在する構成となり、上述のような保護膜２８が存在することにより、主電極２１ａ上のはんだが金属膜２１ｃまで広がることはなく、より確実に、はんだボールが制御電極２１ｂに到達することを抑制することができる。
【０１１５】
さらに、半導体素子２１上に、保護膜２８として開口部を有するポリイミド膜を形成した場合を考える。この場合、ポリイミド膜からなる保護膜２８と封止樹脂部８０との密着性にくらべ、はんだと合金形成可能な金属を有する金属膜２１ｃと封止樹脂部８０との密着性が高い。そのため、金属膜２１ｃを設けることで、半導体素子２１と封止樹脂部８０が剥離しにくくなり、信頼性を向上させることができる。
【０１１６】
半導体素子２１上に、保護膜２８として開口部を有するポリイミド膜を形成した場合、金属成膜工程において、保護膜２８をマスクとして、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとに対応する開口部に、はんだと合金形成可能な金属を成膜し、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとを形成する。保護膜２８をマスクとして使用することで、プロセスが簡易になる。さらに、金属成膜工程において、保護膜２８をマスクとして、主電極２１ａと制御電極２１ｂと金属膜２１ｃに対応する開口部に、ニッケル膜をめっき法により同時に一括して形成できる。
【０１１７】
金属膜２１ｃと主電極２１ａとの距離が、金属膜２１ｃと制御電極２１ｂとの距離よりも近い構成とすることができる。金属膜２１ｃと制御電極２１ｂとの距離をより広く確保することで、はんだボールが金属膜２１ｃにおける制御電極２１ｂ側で付着した場合でも、金属膜２１ｃと制御電極２１ｂとの間隔が広いため、より確実に、制御電極２１ｂへはんだの到達を抑制することができる。
【０１１８】
金属膜２１ｃの高さを、半導体素子２１の表面を基準として、はんだ４１が搭載される主電極２１ａ、２２ａの高さよりも高い構成としてもよい。同様に、金属膜２１ｃの高さを、ワイヤ配線される第二電極としての制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂの高さよりも高くしてもよい。この構成により、はんだボールが金属膜２１ｃを飛び越えて、制御電極２１ｂまたは温度センス電極２２ｂへ到達することを抑制することができる。金属膜２１ｃの高さを高くする構成では、金属膜２１ｃの高さが同じ場合、金属膜２１ｃと主電極２１ａとの距離が近い方が、上方に向けてより大きな角度で飛び出すはんだボールに対し、制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂへの到達抑制効果があり、好ましい。
【０１１９】
また、図３Ｃまたは図３Ｄに示すように、主電極２１ａと金属膜２１ｃとのｘ軸方向の最短距離、または制御電極２１ｂと金属膜２１ｃとのｘ軸方向の最短距離が、主電極２１ａ、２２ａが配列された方向であるｙ軸方向によって変化する構造の場合、制御電極２１ｂに近い場所では、制御電極２１ｂ側よりも主電極２１ａに近い側に金属膜２１ｃを形成することが好ましい。このようにすれば、はんだボールの付着が、金属膜２１ｃの制御電極２１ｂ側であった場合でも、金属膜２１ｃと制御電極２１ｂとの間隔が広いため、より確実に、はんだボールの制御電極２１ｂへの付着を抑制することができる。つまり、はんだボールが金属膜２１ｃの制御電極２１ｂ側で付着された場合でも、制御電極２１ｂにはんだが付着する可能性を下げることができる。
【０１２０】
金属膜２１ｃを、図３Ｃまたは図３Ｄに示すような特徴的な構造とすることで、ワイヤボンドする際に半導体素子２１の位置ずれや回転を補正するための認識マークとして利用することができ、ワイヤ配線工程の位置精度を向上させることができる。
【０１２１】
また、図３Ｅから図３Ｇに示すように、制御電極２１ｂが第一金属膜２６ｃと第二金属膜２７ｃ膜とに挟まれた構成、あるいは制御電極２１ｂを金属膜２１ｃが囲う構成とすることで、はんだ４１から発生しうるはんだボールの制御電極２１ｂへの付着を抑制するとともに、はんだ３１から発生し得るはんだボールの付着、すなわち半導体素子２１の下からのはんだボールが制御電極２１ｂへ付着するのを抑制することもできる。
【０１２２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の構成を説明する。図９は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す平面図である。また、図１０Ａから図１０Ｃは、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す断面図である。図には方向を説明するためのｘｙｚ直交座標軸も示す。
【０１２３】
実施の形態２は、第一のリードフレーム５１の先端の構成が、実施の形態１と異なる。なお、実施の形態２では、第三電極２４および第四電極２５を形成しない例で説明する。図１０Ａに示すように、第一のリードフレーム５１の先端に絶縁基板１０の方向に突出した突出部５１ａが設けられている。突出部５１ａは、第一のリードフレーム５１に対してｚ軸方向、すなわち垂直方向に折り曲げて形成されている。
【０１２４】
また、突出部５１ａは、図１０Ｂおよび図１０Ｃに示すように、第一のリードフレーム５１に対して、垂直方向から角度を有して折り曲げられ、すなわち第一のリードフレーム５１に対して傾斜を有する構成としてもよい。具体的には、図１０Ｂに示すように、突出部５１ａは半導体素子２１に近づくにつれて制御電極２１ｂに近づくように、第一のリードフレーム５１の延在方向に対して傾斜していてもよい。また、図１０Ｃに示すように、突出部５１ａは半導体素子２１に近づくにつれて制御電極２１ｂから離れるように、第一のリードフレーム５１の延在方向に対して傾斜していてもよい。
【０１２５】
図９に示すように、突出部５１ａは、絶縁基板１０の半導体素子２１を設置する面に対して垂直な方向から見て、主電極２１ａと金属膜２１ｃとの間に位置する。つまり、半導体素子２１を上側から見た平面視、すなわち第一のリードフレーム５１から半導体素子２１を見た平面視において、突出部５１ａは主電極２１ａと金属膜２１ｃとの間に位置する。同じように、突出部５１ａは主電極２２ａと金属膜２１ｃとの間に位置する。図９に対応する断面図が図１０Ａであり、突出部５１ａは、主電極２１ａと金属膜２１ｃとの間における空間に位置する。
【０１２６】
また、突出部５１ａは、絶縁基板１０の半導体素子２１を設置する面に対して垂直な方向から見て、主電極２１ａと制御電極２１ｂとの間に位置する構成としてもよい。この場合、第一のリードフレーム５１から半導体素子２１を見た平面視において突出部５１ａの少なくとも一部が金属膜２１ｃと重なる位置とする構成が、はんだボールを金属膜２１ｃへ付着させる観点からより好ましい。
【０１２７】
突出部５１ａが主電極２１ａと金属膜２１ｃとの間に位置している場合、半導体素子２１の表面と突出部５１ａとの間の間隔は０．１ｍｍ以下が好ましい。保護膜を形成した場合は、保護膜と突出部５１ａとの間の間隔は０．１ｍｍ以下が好ましい。また、半導体素子２１の表面もしくは保護膜と突出部５１ａとが接していてもよい。
【０１２８】
絶縁基板１０の半導体素子２１を設置する面に対して垂直な方向から見て、突出部５１ａの少なくとも一部が金属膜２１ｃと重なる場合、金属膜２１ｃと突出部５１ａとの間の間隔は０．１ｍｍ以下が好ましい。また、金属膜２１ｃと突出部５１ａとが接していてもよい。
【０１２９】
突出部５１ａは、第一のリードフレーム５１の先端部分を折り曲げて形成する。折り曲げによる形成方法以外に、半抜き加工により突出部５１ａを形成することも可能である。
【０１３０】
また、第一のリードフレーム５１とは異なる部材の一例である金属部材を第一のリードフレーム５１の先端部分に接合もしくは接着することで、突出部５１ａを形成することも可能である。上記部材の一例である樹脂部材を第一のリードフレーム５１の先端部分に接着することで、突出部５１ａを形成することも可能である。
【０１３１】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、第一のリードフレーム５１の先端に、半導体素子２１側へ突出した突出部５１ａが設けられている。
【０１３２】
第一のリードフレーム５１と主電極２１ａ、２２ａとをはんだ接合する工程において、はんだ４１が溶融する際に、はんだ４１からはんだボールが発生する場合がある。この場合、はんだボールが金属膜２１ｃを飛び越える角度で放出される場合も想定される。はんだボールが、金属膜２１ｃを飛び越え制御電極２１ｂに付着するような角度で飛び出した場合であっても、突出部５１ａにより、はんだボールを突出部５１ａに付着させる、もしくははんだボールを半導体素子２１の表面へ落下させることができる。はんだボールが突出部５１ａにより半導体素子２１の表面へ落下した場合、落下した場所で凝固すればよいが、溶融状態を保ち、半導体素子２１の表面を転がって制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂへ到達し、合金を形成する場合が考えられる。しかしこの場合であっても、主電極２１ａ、２２ａと制御電極２１ｂおよび温度センス電極２２ｂとの間に形成された金属膜２１ｃの存在により、はんだボールの制御電極２１ｂや温度センス電極２２ｂへの付着を抑制することができる。
【０１３３】
第一のリードフレーム５１の先端に突出部５１ａを有する構成では、突出部５１ａによるアンカー効果により封止樹脂部８０と第一のリードフレーム５１との密着性を向上させることができ、信頼性に優れたモジュールを提供することができる。
【０１３４】
突出部５１ａが金属膜２１ｃと接している場合、突出部５１ａの高さにより、第一のリードフレーム５１と半導体素子２１との距離や、第一のリードフレーム５１と絶縁基板１０との距離を調整することができ、主電極２１ａ上のはんだの厚さを調整しやすくできる。
【０１３５】
また、上述した図９および図１０Ａ〜図１０Ｃに示した構成において、図３Ｊまたは図３Ｋに示すように、金属膜２１ｃが主電極２１ａおよび主電極２２ａの少なくともいずれか一方と接続部としての露出部２１ｆにより接続された構成を採用してもよい。
【０１３６】
実施の形態３．
本実施の形態は、上述した実施の形態１または２にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態３として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。
【０１３７】
図１１は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【０１３８】
図１１に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
【０１３９】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図１１に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【０１４０】
負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
【０１４１】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子や各還流ダイオードは、上述した実施の形態１または２のいずれかに相当する半導体装置２０２によって構成する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
【０１４２】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体装置２０２に内蔵されていてもよいし、半導体装置２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【０１４３】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【０１４４】
本実施の形態にかかる電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１または２にかかる半導体装置を適用するため、信頼性向上を実現することができる。
【０１４５】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本開示を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本開示を適用することも可能である。
【０１４６】
また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
【０１４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【０１４８】
１０  絶縁基板（基板）、１１  導体層、２１，２３  半導体素子、２１ａ  主電極（第一電極）、２１ａ１，２１ａ２  角部、２１ｂ  制御電極（第二電極）、２１ｂ１，２１ｂ２  角部、２１ｃ，２２ｃ  金属膜、２１ｃ１  第一端部、２１ｃ２  第二端部、２１ｅ１，２１ｅ２，２１ｅ３，２１ｅ４  外周部、２２ｂ  温度センス電極（第二電極）、２３ａ  主電極、２４  第三電極、２５  第四電極、２６ｃ  第一金属膜、２７ｃ  第二金属膜、２８  保護膜、３１，３３  はんだ（接合材）、４１，４３  はんだ、５１  第一のリードフレーム（板状部材）、５１ａ  突出部、５２，５４  主端子、５３  端子板、６１，６２  第二のリードフレーム、７１，７２  ワイヤ配線、８０  封止樹脂部、９０  ケース、１００  電源、２００  電力変換装置、２０１  主変換回路、２０２  半導体装置、２０３  制御回路、３００  負荷。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【図３Ｋ】
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【図３Ｌ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2020067059.tif 000022
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
2020067059.tif 000025
【図８Ｂ】
2020067059.tif 000026
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2020067059.tif 000028
【図８Ｅ】
2020067059.tif 000029
【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
2020067059.tif 000031
【図８Ｈ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
2020067059.tif 000034
【図１０Ｂ】
2020067059.tif 000035
【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月18日(2021.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
半導体素子２１および半導体素子２３は、ダイオード、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用の半導体スイッチング素子や制御用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。また、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）やＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）、サイリスタなどの整流素子でもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
スペーサは、Ａｌワイヤ以外にＣｕワイヤでもよい。スペーサとしてのワイヤの線径は、接合状態のはんだの厚さより小さければ、１００μｍに限るものではない。また、スペーサは、最低はんだ厚を確保できればよいので、ニッケルボールをスペーサとして使用してもよい。また、スペーサを用いずはんだ接合する構成としてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
また、図３Ｊに示すように、主電極２２ａと金属膜２１ｃとが、金属膜２１ｃの短辺幅よりも狭い幅を有する接続部としての露出部２１ｆにより、表面的につながっていてもよい。すなわち、半導体装置は金属膜２１ｃと主電極２２ａとを接続する接続部としての露出部２１ｆを備えていてもよい。露出部２１ｆの最小幅は、主電極２２ａの最小幅より小さくてもよい。このようにすれば、はんだ飛び対策としての機能に影響はない。露出部２１ｆの幅が大き過ぎる場合、主電極２２ａに供給したはんだがぬれ広がってはんだ飛びを誘発する可能性がある。
【国際調査報告】
2020067059.tif 000038
2020067059.tif 000039