JP2014060314A

JP2014060314A - 放熱基板およびこれを備えた半導体装置

Info

Publication number: JP2014060314A
Application number: JP2012205365A
Authority: JP
Inventors: Tadanori Tazoe; 忠徳田添
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-04-03
Also published as: US20140077353A1

Abstract

【課題】はんだ層と良好に接合でき、かつ、接合層のクラックを抑制できる放熱基板およびこれを備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】放熱基板は、はんだ層を介して半導体基板と接合する。この放熱基板は、絶縁層と、はんだ層と接合される接合層とを備えている。接合層のはんだ層と接合する面は、間隔を空けて配置された複数の凸部と、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部とを有しており、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部に位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過する。
【選択図】図３

Description

本明細書に記載の技術は、放熱基板およびこれを備えた半導体装置に関する。

半導体基板と接合して用いる放熱基板として、金属基板と接合層との間に絶縁層を挟んだ放熱基板が提案されている。接合層と半導体基板とは、はんだ層を介して接合される。特許文献１には、放熱基板の熱伝導性を向上させるために、放熱基板の絶縁層の表面に縞状に交互に配置された凹凸を形成し、絶縁層の表面積を大きくすることが記載されている。また、特許文献２には、はんだ層による接合の際に半導体基板が放熱基板に対してずれないように、接合層のはんだ層との接合面に半球状の凹部を形成することが記載されている。

特開２０１１−２２２５５１号公報特開２００９−９４１３５号公報

発明者は、はんだ層と良好に接合し、かつ、接合層のクラックを抑制するために、接合層のはんだ層との接合面の形状について検討した。特許文献１のような縞状の凹凸を接合面に設けた場合には、クラックが発生すると、縞の方向に沿ってクラックが拡大するため、十分にクラックを抑制できない。特許文献２のような半球状の凹部を接合面に設けた場合には、凹部内の空間が閉じられているために、はんだ層と接合する際に発生するガスが凹部に溜まって適切に排出されず、はんだ層と良好に接合できない。

本明細書が開示する放熱基板は、はんだ層を介して半導体基板と接合する。この放熱基板は、絶縁層と、はんだ層と接合される接合層とを備えている。接合層のはんだ層と接合する面は、間隔を空けて配置された複数の凸部と、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部とを有しており、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部に位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過する。

上記の放熱基板では、凹部は、間隔を空けて配置された複数の凸部との間に挟まれており、凹部は壁の間において開放されているため、接合層の表面とはんだ層とを接合する際にガスが発生しても、凹部に溜まることなく適切に排出され、はんだ層と接合層とを良好に接合できる。また、凹部をその開放されている方向に直線状に伸ばした先には、他の凸部が配置されているため、凹部でクラックが発生した場合には、この他の凸部によってクラックの拡大が防止される。なお、この他の凸部は、凹部を挟む２以上と凸部と互いに間隔を空けて配置されているため、この他の凸部によって凹部が閉塞されることはない。上記の放熱基板によれば、はんだ層と良好に接合でき、かつ、接合層のクラックを抑制できる。

上記の放熱基板は、複数の凸部をそれぞれ含む少なくとも２組の凸部群を含み、それぞれの凸部群に含まれる凸部は、その長手方向が接合層の表面に沿って互いに平行に伸びる壁を有しており、壁の長手方向に平行な方向に間隔を空けて配置されるとともに、壁の長手方向に垂直な方向に間隔を空けて配置されており、一の凸部群に含まれる凸部の壁の長手方向は、他の凸部群に含まれる凸部の壁の長手方向に交差する方向であり、それぞれの凸部群の一の凸部は、壁の長手方向に垂直な方向に隣接する当該凸部群の他の凸部とその方向で少なくとも一部が重なっており、一の凸部群の壁の長手方向に隣接する凸部の間には、他の凸部群の凸部が配置されていてもよい。

上記の放熱基板では、接合層の表面に沿う第１方向に平行に伸びる壁を有する複数の凸部を含む第１凸部群と、第１方向に垂直な第２方向に平行に伸びる壁を有する複数の凸部を含む第２凸部群とを含み、第１凸部群の複数の凸部は、第１方向に間隔を空けて配置されるとともに、第２方向に間隔を空けて配置されており、第２凸部群の複数の凸部は、第１方向に間隔を空けて配置されるとともに、第２方向に間隔を空けて配置されており、第１凸部群の第１方向に隣接する複数の凸部の間には第２凸部群の凸部が配置されており、第１凸部群の一の凸部は、第２方向に隣接する第１凸部群の他の凸部と第２方向で少なくとも一部が重なっており、第２凸部群の第２方向に隣接する複数の凸部の間には第１凸部群の凸部が配置されており、第２凸部群の一の凸部は、第１方向に隣接する第２凸部群の他の凸部と第１方向で少なくとも一部が重なっていてもよい。

本明細書は、また、上記の放熱基板と、放熱基板の接合層の表面に形成されたはんだ層と、はんだ層の表面に接合された半導体基板とを備えた半導体装置を開示する。

実施例１に係る放熱基板を含む半導体装置の平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。実施例１に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例１に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例１に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例２に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例２に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例２に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例２に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。変形例に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。変形例に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。実施例３に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。変形例に係る放熱基板を含む半導体装置の断面図である。変形例に係る放熱基板を含む半導体装置の断面図である。比較例に係る放熱基板の接合層の表面の一部を示す平面図である。

本明細書は、はんだ層を介して半導体基板と接合する放熱基板を開示する。この放熱基板は、絶縁層と、はんだ層と接合される接合層とを備えている。また、この放熱基板と、放熱基板の接合層の表面に形成されたはんだ層と、はんだ層の表面に接合された半導体基板とを備えた半導体装置を開示する。なお、放熱基板は冷却器等にさらに接合されていてもよい。

金属基板および接合層の材料については特に限定されないが、銅、アルミニウム等を材料として好適に使用できる。半導体基板の材料については特に限定されないが、シリコン、炭化ケイ素等を好適に使用できる。また、半導体基板に形成されている半導体素子については特に限定されないが、半導体基板に大容量のＩＧＢＴ等が形成されているパワー半導体装置において、本明細書が開示する放熱基板をより好適に用いることができる。

放熱基板は、絶縁層と、接合層とを含むものであればよく、限定されないが、具体例として、ＤＢＡ（ＤｉｒｅｃｔＢｌａｚｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍ）基板、ＤＢＣ（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒ）基板、ＤＢＣＡ（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄｉｎｇＣｏｐｐｅｒＡｌｕｍｉｎｕｍ）基板等を例示できる。半導体装置は、半導体基板の裏面または両面の一方にのみ放熱基板（例えばＤＢＡ基板）が接合された構造（例えば、ＤＢＡ構造）を有していてもよい。また、半導体装置の表面および裏面にそれぞれ基板が接合された構造（例えば、パワーカード構造またはＴ−ＰＭ（Ｔｒａｎｓｆｅｒｍｏｌｄｅｄ−ＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）構造等）であってもよい。

接合層は、そのはんだ層と接合する面に、はんだ層と接合するための金属層（例えば、ニッケル層等）を備えていてもよい。例えば、ＤＢＡ基板の場合には、接合層は、絶縁層に接するアルミニウム基板層と、アルミニウム基板層の表面に形成された、ニッケル等を材料とするめっき層とを備えていてもよい。

接合層のはんだ層と接合する面は、間隔を空けて配置された複数の凸部と、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部とを有しており、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部に位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過する。また、これによって、凹部を挟む隣接する２以上の凸部の壁の間から接合層の表面に沿って凹部を直線状に伸ばした先に、凹部を挟む凸部と異なる他の凸部が配置されるようになっていてもよい。

図１，２に示す実施例１に係る半導体装置１０は、放熱基板１１と、半導体基板１２と、放熱基板１１と半導体基板１２との間のはんだ層１６とを備えている。放熱基板１１は、金属基板１１１と、金属基板１１１の表面（ｚ軸の正方向の面）に形成された絶縁層１１２と、絶縁層１１２の表面に形成された接合層１１３とを備えている。接合層１１３は、絶縁層１１２に接する基板層１１３ａと、基板層１１３ａの表面に形成され、はんだ層１６に接するめっき層１１３ｂとを備えている。放熱基板１１は、ＤＢＡ基板であり、金属基板１１１および基板層１１３ａは、アルミニウム金属板であり、絶縁層１１２は、窒化アルミ層であり、めっき層１１３ｂは、ニッケルめっき層である。

半導体基板１２は、はんだ層１６を介して、めっき層１１３ｂの表面の一部に接合している。半導体基板１２とめっき層１１３ｂとは、はんだ層１６を介して接合面２０において互いに接合している。基板層１１３ａとめっき層１１３ｂとの接合面のうち、基板層１１３ａの接合面２０の下方（ｚ軸の負方向）となる領域は、接合面２０ａである。

図３，４に示すように、接合面２０には、複数の凸部２１０，２２０および凹部２５０が形成されている。なお、めっき層１１３ｂの表面のうち、接合面２０よりも周縁側の領域は、凹部２５０と同じ高さの平面となっている。凸部２１０，２２０は、凹部に対してｚ軸の正方向に突出する直方体形状である。凸部２１０を平面視するとｘ方向の長さとｙ方向の長さが５：１の長方形状である。凸部２２０を平面視するとｘ方向の長さとｙ方向の長さが１：５の長方形状である。凸部２１０，２２０は、いずれも形状および大きさが同一である。凸部２１０，２２０のｚ方向の高さは、めっき層１１３ｂの厚さに比べて十分に高い。このため、凸部２１０，２２０および凹部２５０と同様に配置された凸部および凹部を基板層１１３ａの接合面２０ａに形成した後に、基板層１１３ａの表面にめっき層１１３ｂを形成すれば、上記の接合面２０の形態を得ることができる。なお、接合面２０ａの凸部および凹部は、基板層１１３ａを切削またはプレスによって加工する方法や、パターンマスクを用いて接合層１１３の表面をケミカルエッチングによって加工する方法によって形成できる。

複数の凸部２１０は、接合面２０に沿うｘ方向に平行に伸びる壁（平面視したときの長辺側であり、ｚｘ平面に平行な壁）を有し、複数の凸部２２０は、接合面２０に沿うｙ方向に平行に伸びる壁（平面視したときの長辺側であり、ｙｚ平面に平行な壁）を有する。複数の凸部２１０，２２０は、それぞれ、ｘ方向およびｙ方向に間隔を空けて配置されている。凸部２１０，２２０の短辺の長さを１としたとき、ｘ方向に隣接する凸部２１０の間隔は３であり、ｙ方向に隣接する凸部２２０の間隔は３である。

図３に示すように、ｘ方向に隣接する複数の凸部２１０の間には１つの凸部２２０が配置されている。凸部２１０のうちの１つは、これに対してｙ方向に隣接する他の凸部２１０とｘ方向の端部においてｙ方向に重なっている。具体的に説明すると、ｘ方向に隣接する凸部２１０ａと凸部２１０ｂとの間には１つの凸部２２０ｂが配置されている。凸部２１０ａ，２１０ｂは、それぞれ、これに対してｙ方向に隣接する他の凸部２１０ｃ，２１０ｄと、破線に示す領域においてｙ方向に重なっている。凸部２１０，２２０の短辺の長さを１としたとき、ｙ方向に隣接する凸部２１０がｘ方向に互いに重なる端部の長さは１であり、ｙ方向に隣接する凸部２１０と凸部２２０との間隔は１である。

図４に示すように、ｙ方向に隣接する複数の凸部２２０の間には１つの凸部２１０が配置されている。凸部２２０のうちの１つは、これに対してｘ方向に隣接する他の凸部２２０と、その一部においてｙ方向に重なっている。具体的に説明すると、ｙ方向に隣接する凸部２２０ａと凸部２２０ｂとの間には１つの凸部２１０ｃが配置されている。凸部２２０ａ，２２０ｂは、それぞれ、これに対してｘ方向に隣接する他の凸部２２０ｃ，２２０ｄと、破線に示す領域においてｘ方向に重なっている。凸部２１０，２２０の短辺の長さを１としたとき、ｘ方向に隣接する凸部２２０がｙ方向に互いに重なる端部の長さは１であり、ｘ方向に隣接する凸部２１０と凸部２２０との間隔は１である。接合面２０に形成された凸部２１０，２２０は、凸部２１０ａ〜２１０ｄおよび２２０ａ〜２２０ｄの位置関係がパターンとして繰り返されている。接合面２０に形成された複数の凸部２１０は、全体として第１凸部群を構成し、複数の凸部２２０は、全体として第２凸部群を構成する。

図５に示すように、正方形状の凹部２５０ａは、ｙ方向に隣接する凸部２１０ｆと２１０ｇおよびｘ方向に隣接する凸部２２０ｆと２２０ｇの間に挟まれている。凹部２５０ａは、凸部２１０ｆと凸部２２０ｆとの間、凸部２１０ｆと凸部２２０ｇとの間、凸部２１０ｇと凸部２２０ｆとの間、凸部２１０ｇと凸部２２０ｇとの間で開放されている。凹部２５０ａの開放されている方向には、他の凸部（凸部２１０ｆ，２１０ｇ，２２０ｆ，２２０ｇ以外の凸部）が配置されている。凹部２５０ａに位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部（凸部２１０，２２０のいずれか）を通過する。例えば、凹部２５０ａに位置する点を通り、矢印２９ａに示す方向に伸びる直線は、凸部２２０を通過する。また、例えば、凹部２５０ａに位置する点を通り、矢印２９ｂに示す方向に伸びる直線は、凸部２１０，２２０を通過する。

上記のとおり、接合面２０は、間隔を空けて配置された複数の凸部２１０，２２０と、凸部２１０，２２０のうちの隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部２５０とを有している。より具体的には、例えば、接合面２０に沿う第１方向をｘ方向とすると、放熱基板１１は、ｘ方向に平行に伸びる壁を有する複数の凸部２１０を含む第１凸部群と、第１方向に垂直な第２方向（ｙ方向）に伸びる壁を有する複数の凸部２２０を含む第２凸部群とを含む。第１凸部群の複数の凸部２１０は、ｘ方向に間隔を空けて配置されるとともに、ｙ方向に間隔を空けて配置されている。第２凸部群の複数の凸部２２０は、ｘ方向に間隔を空けて配置されるとともに、ｙ方向に間隔を空けて配置されている。第１凸部群のｘ方向に隣接する複数の凸部２１０の間（より具体的には、例えば、凸部２１０ａと凸部２１０ｂとの間）には第２凸部群の凸部２２０（例えば、凸部２２０ｂ）が配置されている。第１凸部群の一の凸部２１０（例えば、凸部２１０ａ）は、ｙ方向に隣接する第１凸部群の他の凸部（例えば、凸部２１０ｃ，２１０ｄ）とｙ方向で少なくとも一部が重なっている。また、第２凸部群のｙ方向に隣接する複数の凸部２２０の間（より具体的には、例えば、凸部２２０ａと凸部２２０ｂとの間）には第１凸部群の凸部２１０（例えば、凸部２１０ｂ）が配置されている。第２凸部群の一の凸部２２０（例えば、凸部２２０ａ）は、ｘ方向に隣接する第２凸部群の他の凸部（例えば、凸部２２０ｃ，２２０ｄ）とｘ方向で少なくとも一部が重なっている。

接合面２０が上記のような複数の凸部２１０，２２０を有していることによって、凹部（例えば、凹部２５０ａ）を挟む隣接する２以上の凸部（例えば、凸部２１０ｆ，２１０ｇ，２２０ｆ，２２０ｇ）の壁の間（例えば、凸部２１０ｆの壁と凸部２２０ｆの壁との間）から接合層１１３の表面に沿って凹部２５０を直線状に伸ばした先に、凹部（例えば、凹部２５０ａ）を挟む凸部（例えば、凸部２１０ｆ，２１０ｇ，２２０ｆ，２２０ｇ）と異なる他の凸部が配置されるようにすることができる。

すなわち、凹部２５０は、凸部２１０，２２０のうちの隣接する複数の凸部との間に挟まれており、この隣接する複数の凸部の壁の間において開放されている。このため、接合面２０とはんだ層１６とを接合する際にガスが発生しても、凹部２５０に溜まることなく適切に排出され、はんだ層１６と接合層１１３とを良好に接合できる。

また、凹部２５０をその開放されている方向に直線状に伸ばした先には、凹部を挟む隣接する２以上の凸部とは異なる他の凸部が配置されている。これによって、凹部２５０に位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過するように構成できる。このため、凹部２５０においてめっき層１１３ｂにクラックが発生した場合には、この他の凸部によってクラックの拡大が防止される。上記の放熱基板１１によれば、はんだ層１６と良好に接合でき、かつ、接合層１１３のクラックを抑制できる。これに対して、例えば、図１５に比較例として示す接合面９０ように、凹部９５０上の点９９から直線状に伸ばした先（例えば、矢印９９ａ〜９９ｄの伸びる先）に、凸部９１０，９２０のいずれも配置されていない場合には、クラックの拡大を十分に抑制できない。

実施例２に係る半導体装置は、半導体装置１０の接合面２０に替えて、接合面３０を有する点において実施例１と相違している。

図６〜８に示すように、接合面３０には、複数の凸部３１０，３２０，３３０および凹部３５０が形成されている。凸部３１０，３２０，３３０は、凹部に対してｚ軸の正方向に突出する直方体形状である。凸部３１０，３２０，３３０は、いずれも形状および大きさが同一であり、平面視すると長辺の長さと短辺の長さの比が５：１の長方形状である。

図６に示すように、複数の凸部３１０は、接合面３０に沿うｘ方向に平行に伸びる壁（平面視したときの長辺側であり、ｚｘ平面に平行な壁）を有する。図７に示すように、複数の凸部３２０は、ｘ方向に対して角度θ１＝６０°の角を成すｗ１方向に平行に伸びる壁（平面視したときの長辺側であり、ｚｗ１平面に平行な壁）を有する。図８に示すように、複数の凸部３３０は、ｘ方向に対して角度θ２＝１２０°の角を成すｗ２方向に平行に伸びる壁（平面視したときの長辺側であり、ｚｗ２平面に平行な壁）を有する。複数の凸部３１０，３２０，３３０は、それぞれ、ｘ方向、ｗ１方向，ｗ２方向およびこれらに直交する方向に間隔を空けて配置されている。

図６に示すように、ｘ方向に隣接する複数の凸部３１０の間には１つの凸部３３０が配置されている。凸部３１０のうちの１つは、これに対してｙ方向に隣接する他の凸部３１０と少なくともその一部においてｙ方向に重なっている。具体的に説明すると、ｘ方向に隣接する凸部３１０ａと凸部３１０ｂとの間には１つの凸部３３０ｂが配置されている。凸部３１０ａは、これに対してｙ方向に隣接する他の凸部３１０ｃ，３１０ｄと、破線に示す領域においてｙ方向に重なっている。

図７に示すように、ｗ１方向に隣接する複数の凸部３２０の間には１つの凸部３１０が配置されている。凸部３２０のうちの１つは、これに対してｗ１方向に直交する方向（ｗ３方向とする）に隣接する他の凸部３２０と少なくともその一部においてｗ３方向に重なっている。具体的に説明すると、ｗ１方向に隣接する凸部３２０ａと凸部３２０ｂとの間には１つの凸部３１０ｂが配置されている。凸部３２０ａは、これに対してｗ３方向に隣接する他の凸部３２０ｃ，３２０ｄと、破線に示す領域においてｗ３方向に重なっている。

図８に示すように、ｗ２方向に隣接する複数の凸部３３０の間には１つの凸部３２０が配置されている。凸部３３０のうちの１つは、これに対してｗ２方向に直交する方向（ｗ４方向とする）に隣接する他の凸部３３０と少なくともその一部においてｗ４方向に重なっている。具体的に説明すると、ｗ２方向に隣接する凸部３３０ａと凸部３３０ｂとの間には１つの凸部３２０ｂが配置されている。凸部３３０ａは、これに対してｗ４方向に隣接する他の凸部３３０ｃ，３３０ｄと、破線に示す領域においてｗ４方向に重なっている。

接合面３０に形成された凸部３１０，３２０，３３０は、凸部３１０ａ〜３１０ｄ、３２０ａ〜３２０ｄ、３１０ａ〜３１０ｄの位置関係がパターンとして繰り返されている。接合面３０に形成された複数の凸部３１０は、全体として第１凸部群を構成する。同様に、接合面３０に形成された複数の凸部３２０，３３０は、それぞれ全体として第２凸部群，第３凸部群を構成する。

図９に示すように、接合面３０には、正六角形状の凹部（例えば凹部３５０ａ）と、正三角形状の凹部（例えば凹部３５１ａ）が形成されている。例えば、凹部３５０ａ，３５１ａは、それぞれ互いに隣接する凸部３１０，３２０，３３０の間に挟まれている。凹部３５０ａは、凸部３１０，３２０，３３０のうちの隣接する２つの凸部の間で開放されている。この開放されている方向において凹部３５０ａを直線状に伸ばした先には、凹部３５０ａを取り囲む凸部とは別の凸部が配置されている。これによって、凹部３５０ａに位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過するように構成されている。同様に、凹部３５１ａは、凸部３１０，３２０，３３０のうちの隣接する２つの凸部の間で開放されている。この開放されている方向において凹部３５１ａを直線状に伸ばした先には、凹部３５１ａを取り囲む凸部とは別の凸部が配置されている。これによって、凹部３５１ａに位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過するように構成されている。

上記の放熱基板は、３組の凸部群（第１凸部群、第２凸部群、第３凸部群）を含み、それぞれの凸部群に含まれる複数の凸部３１０，３２０，３３０は、その長手方向（それぞれ、ｘ方向、ｗ１方向、ｗ２方向）が接合層１１３の表面に沿って互いに平行に伸びる壁を有している。凸部３１０，３２０，３３０は、それぞれ、壁の長手方向に平行な方向に間隔を空けて配置されるとともに、壁の長手方向に垂直な方向に間隔を空けて配置されている。一の凸部群（例えば、第１凸部群）に含まれる凸部（例えば、凸部３１０）の壁の長手方向（例えば、ｘ方向）は、他の凸部群（例えば、第２凸部群および第３凸部群）に含まれる凸部（例えば、凸部３２０，３３０）の壁の長手方向（例えば、ｗ１方向およびｗ２方向）に交差する方向である。それぞれの凸部群の一の凸部（例えば、凸部３１０ａ，３２０ａ，３３０ａ）は、壁の長手方向に垂直な方向に隣接する他の凸部（例えば、凸部３１０ｃおよび３１０ｄ，凸部３２０ｃおよび３２０ｄ，凸部３３０ｃおよび３３０ｄ）とその方向で少なくとも一部が重なっている。一の凸部群の壁の長手方向に隣接する凸部（例えば、凸部３１０ａと凸部３１０ｂ）の間には、他の凸部群の凸部（例えば、凸部３３０ｂ）が配置されている。

接合面３０が上記のような凸部３１０，３２０，３３０を有していることによって、凹部３５０を挟む隣接する２以上の凸部の壁の間から接合面３０に沿って凹部３５０を直線状に伸ばした先に、凹部３５０を挟む凸部と異なる他の凸部が配置されるようにすることができる。このため、実施例１と同様に、接合面３０とはんだ層１６とを接合する際にガスが発生しても、凹部３５０に溜まることなく適切に排出され、はんだ層１６と接合層１１３とを良好に接合できる。また、凹部３５０をその開放されている方向に直線状に伸ばした先には、他の凸部（凸部２１０または凸部２２０）が配置されているため、凹部３５０でクラックが発生した場合には、この他の凸部によってクラックの拡大が防止される。

（変形例）
凸部の壁の方向が３方向以上である場合の配置方法は、実施例２の形態に限られない。例えば、図１０に示す接合面４０のように、それぞれ別の３方向に伸びる壁を有する凸部４１０，４２０，４３０と、隣接する凸部４１０，４２０，４３０に囲まれた三角形状の凹部４５０が形成されていてもよい。なお、図１０に示す凸部４１０，４２０，４３０の配置は、図３に示す凸部２２０を、ｘ方向に１つ置きにそれぞれｗ１方向とｗ２方向に長辺が沿うように、その長方形の中心周りに回転させたものである。凸部４１０の壁はｘ方向に伸び、凸部４２０の壁はｗ１方向に伸び、凸部４３０の壁はｗ２方向に伸びている。

また、凸部を平面視したときの形状は、実施例１，２に係る長方形状に限られない。例えば、図１１に示す接合面５０のように、平面視したときの形状が楕円状の凸部５１０や、円弧状の凸部５２０であってもよい。凸部５１０の壁は、その長手方向がｘ方向に伸びている。凸部５２０の壁は、その長手方向がｙ方向に伸びている。凸部５１０と凸部５２０は、実施例１の凸部２１０と凸部２２０と同様の位置関係に配置されている。また、図１１に示すように、凸部群ごとに、凸部を平面視したときの形状が変わっていてもよい。さらには、壁の長手方向が同一であれば、同じ凸部群に、凸部を平面視したときの形状が異なるものが含まれていてもよい。

実施例３に係る半導体装置は、半導体装置１０の接合面２０に替えて、接合面６０を有する点において実施例１と相違している。

図１２に示すように、接合面６０には、正三角形状の複数の凸部６１０，６２０が形成されている。凸部６１０は、ｘ軸に平行な底辺とｙ軸の正方向に向かう頂角とを有している。凸部６２０は、ｘ軸に平行な底辺とｙ軸の負方向に向かう頂角とを有している。凸部６１０は、凸部６２０と隣接している。凹部６５０は、互いに隣接する凸部６１０の３つと凸部６２０の３つによって、正六角形状に取り囲まれた部分（例えば、凹部６５０ａ，６５０ｂ）を含んでいる。

具体的には、凸部６１０ａ〜６１０ｃおよび凸部６２０ａ〜６２０ｃの間に凹部６５０ａが挟まれており、凸部６１０ｃ〜６１０ｅおよび凸部６２０ｃ〜６２０ｅの間に凹部６５０ｂが挟まれている。また、凹部６５０ａ，６５０ｂは、隣接する凸部６１０と凸部６２０の間で開放されており、この開放されている方向において凹部６５０ａ，６５０ｂを直線状に伸ばした先に、それぞれ凹部６５０ａ，６５０ｂを取り囲む凸部とは別の凸部が配置されている。これによって、凹部６５０ａ，６５０ｂに位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過するように構成されている。

例えば、凹部６５０ａは、隣接する凸部６１０ｃと凸部６２０ｃの間で開放されており、この開放されている方向において凹部６５０ａを直線状に伸ばした先に、凹部６５０ａを取り囲んでいない凸部６２０ｅが配置されている。凹部６５０ａとこれを囲む凸部６１０ｃ〜６１０ｅおよび凸部６２０ｃ〜６２０ｅは、凹部６５０ａの六角形状の中心周りに６０°毎に回転しても同様の位置関係となるため、凹部６５０ａが開放されている６つの方向についても同様に、凹部６５０ａを直線状に伸ばした先に、凹部６５０ａを取り囲んでいない別の凸部が配置されていることが理解できる。また、凹部６５０ｂとこれを囲む凸部６１０ｃ〜６１０ｅおよび凸部６２０ｃ〜６２０ｅの位置関係は、凹部６５０ａとこれを囲む凸部６１０ｃ〜６１０ｅおよび凸部６２０ｃ〜６２０ｅの位置関係と同様であるから、凹部６５０ｂが開放されている６つの方向について同様に、凹部６５０ｂを直線状に伸ばした先に、凹部６５０ｂを取り囲んでいない別の凸部が配置されていることが理解できる。接合面６０に形成された凸部６１０，６２０は、凸部６１０ａ〜６１０ｅ，６２０ａ〜６２０ｅの位置関係がパターンとして繰り返されている。

接合面６０が上記のような凸部６１０，６２０を有していることによって、凹部６５０を挟む隣接する２以上の凸部の壁の間から接合面６０の表面に沿って凹部６５０を直線状に伸ばした先に、凹部６５０を挟む凸部と異なる他の凸部が配置されるようにすることができる。このため、実施例１等と同様に、接合面６０とはんだ層１６とを接合する際にガスが発生しても、凹部６５０に溜まることなく適切に排出され、はんだ層１６と接合層１１３とを良好に接合できる。また、凹部６５０をその開放されている方向に直線状に伸ばした先には、他の凸部が配置されているため、凹部６５０でクラックが発生した場合には、この他の凸部によってクラックの拡大が防止される。

なお、実施例３のように、接合層の表面を平面視したときに長手方向を定義できない凸部の形状は、正三角形状に限られず、正六角形等の他の多角形の形状を有していてもよい。

また、上記の実施例では、ＤＢＡ構造を有する半導体装置を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、図１３に示すようなパワーカード構造を有する半導体装置７０であってもよい。半導体装置７０は、半導体基板７２１と、半導体基板７２１の表面にはんだ層７２２を介して接合された銅を材料とする金属電極７２３と、複数の放熱基板とを備えている。半導体基板７２１の裏面側にはんだ層７６１を介して接合された放熱基板は、半導体基板７２１側から順に積層された、接合層７１３と、グリース層７１４と、絶縁層７１２とを備えている。半導体基板７２１の表面側の金属電極７２３にはんだ層７６２を介して接合された放熱基板は、半導体基板７２１側から順に積層された、接合層７７３と、グリース層７７４と、絶縁層７７２とを備えている。絶縁層７１２，７７２は、絶縁性のセラミック板であり、それぞれ、グリース層７１６，７７６を介して、冷却器７８１，７８２に接合されている。接合層７１３は、銅を材料とする金属基板７１３ａと、金属基板７１３ａの表面および裏面に形成されたニッケルめっき層７１３ｂ，７１３ｃとを備えている。接合層７７３は、銅を材料とする金属基板７７３ａと、金属基板７７３ａの表面および裏面に形成されたニッケルめっき層７７３ｂ，７７３ｃとを備えている。金属基板７１３ａの表面（めっき層７１３ｂ側の面）に、例えば、上記の実施例で説明したような凸部および凹部を形成し、ニッケルめっきを行うことで、めっき層７１３ｂの表面（接合層７１３のはんだ層７６１との接合面）にも同様の凸部または凹部を形成することができる。同様に、金属基板７７３ａの裏面（めっき層７７３ｂ側の面）に、凸部および凹部を形成し、ニッケルめっきを行うことで、めっき層７７３ｂの表面（接合層７７３のはんだ層７６２との接合面）にも同様の凸部または凹部を形成することができる。半導体装置７０の接合層７７３から接合層７１３までは、モールド樹脂によって覆われている。半導体装置７０によれば、半導体素子７２１の表面側および裏面側の双方に冷却器７８１，７８２が接合されているため、効率よく半導体素子７２１から除熱できる。

また、例えば、図１４に示すようなＴ−ＰＭ構造を有する半導体装置８０であってもよい。半導体装置８０は、半導体基板８２１と、半導体基板８２１の表面にはんだ層８２２を介して接合された銅を材料とする金属電極８２３と、複数の放熱基板とを備えている。半導体基板８２１の裏面側にはんだ層８６１を介して接合された放熱基板は、半導体基板８２１側から順に積層された、接合層８１３と、絶縁層８１２とを備えている。半導体基板８２１の表面側の金属電極８２３にはんだ層８６２を介して接合された放熱基板は、接合層８７３と、樹脂を材料とする絶縁層８７２とを備えている。絶縁層８１２は、シート状の絶縁材料によって形成されており、銅を材料とする放熱シート８８１と接合されている。接合層８１３は、銅を材料とし、接合層８１３のはんだ層８６１との接合面に、例えば、上記の実施例で説明したような凸部および凹部を形成することができる。接合層８７３は、銅を材料とする金属基板８７３ａと、金属基板８７３ａの表面および裏面に形成されたニッケルめっき層８７３ｂ，８７３ｃとを備えている。金属基板８７３ａの裏面（めっき層８７３ｂ側の面）に、凸部および凹部を形成し、ニッケルめっきを行うことで、めっき層８７３ｂの表面（接合層８７３のはんだ層８６２との接合面）にも同様の凸部または凹部を形成することができる。半導体装置８０の絶縁層８７２から絶縁層８１２までは、モールド樹脂によって覆われている。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０，７０，８０半導体装置
１１放熱基板
１２，７２１，８２１半導体基板
１６，７６１，７６２，８６１，８６２はんだ層
２０，３０，４０，５０，６０接合面
２０ａ基板層とめっき層との接合面
１１１金属基板
１１２，７１２，７７２，８１２，８７２絶縁層
１１３，７１３，７７３，８１３，８７３接合層
１１３ａ，７１３ａ，７７３ａ，８７３ａ基板層
１１３ｂ，７１３ｂ，７１３ｃ，７７３ｂ，７７３ｃ，８７３ｂ，８７３ｃめっき層
２１０，２２０，３１０，３２０，３３０，４１０，４２０，４３０，５１０，５２０，６１０，６２０凸部
２５０，３５０，４５０，５５０，６５０凹部

Claims

はんだ層を介して半導体基板と接合する放熱基板であって、
絶縁層と、
はんだ層と接合される接合層とを備え、
接合層のはんだ層と接合する面は、間隔を空けて配置された複数の凸部と、隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部とを有しており、
隣接する２以上の凸部の壁の間に挟まれた凹部に位置する任意の点を通る直線は、少なくとも１つの凸部を通過する、放熱基板。
複数の凸部をそれぞれ含む少なくとも２組の凸部群を含み、
それぞれの凸部群に含まれる凸部は、その長手方向が接合層の表面に沿って互いに平行に伸びる壁を有しており、壁の長手方向に平行な方向に間隔を空けて配置されるとともに、壁の長手方向に垂直な方向に間隔を空けて配置されており、
一の凸部群に含まれる凸部の壁の長手方向は、他の凸部群に含まれる凸部の壁の長手方向に交差する方向であり、
それぞれの凸部群の一の凸部は、壁の長手方向に垂直な方向に隣接する当該凸部群の他の凸部とその方向で少なくとも一部が重なっており、
一の凸部群の壁の長手方向に隣接する凸部の間には、他の凸部群の凸部が配置されている、請求項１に記載の放熱基板。
接合層の表面に沿う第１方向に平行に伸びる壁を有する複数の凸部を含む第１凸部群と、
第１方向に垂直な第２方向に平行に伸びる壁を有する複数の凸部を含む第２凸部群とを含み、
第１凸部群の複数の凸部は、第１方向に間隔を空けて配置されるとともに、第２方向に間隔を空けて配置されており、
第２凸部群の複数の凸部は、第１方向に間隔を空けて配置されるとともに、第２方向に間隔を空けて配置されており、
第１凸部群の第１方向に隣接する複数の凸部の間には第２凸部群の凸部が配置されており、
第１凸部群の一の凸部は、第２方向に隣接する第１凸部群の他の凸部と第２方向で少なくとも一部が重なっており、
第２凸部群の第２方向に隣接する複数の凸部の間には第１凸部群の凸部が配置されており、
第２凸部群の一の凸部は、第１方向に隣接する第２凸部群の他の凸部と第１方向で少なくとも一部が重なっている、請求項１または２に記載の放熱基板。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱基板と、
放熱基板の接合層の表面に形成されたはんだ層と、
はんだ層の表面に接合された半導体基板とを備えた半導体装置。