JP6294110B2 - 半導体装置 - Google Patents

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    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/84007—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector involving a permanent auxiliary member being left in the finished device, e.g. aids for holding or protecting the strap connector during or after the bonding process
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    • H01L2224/8412—Aligning
    • H01L2224/84136—Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members
    • H01L2224/84138—Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members the guiding structures being at least partially left in the finished device
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/8412—Aligning
    • H01L2224/84143—Passive alignment, i.e. self alignment, e.g. using surface energy, chemical reactions, thermal equilibrium
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/8434—Bonding interfaces of the connector
    • H01L2224/84345—Shape, e.g. interlocking features
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/8438—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/84385—Shape, e.g. interlocking features
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
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Description

本発明は、半導体装置に関する。
近年、複数の半導体素子の上下面に金属板を電気的・熱的に接続し、樹脂封止した半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような半導体装置の一例としては、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）やダイオード等の半導体素子が縦横に配列された半導体装置を挙げることができる。
ＩＧＢＴは、バイポーラトランジスタのベースを電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートで置換したものであり、電流駆動方式であるバイポーラトランジスタの高速性や耐電力性と、電圧駆動方式である電界効果トランジスタの省電力性を兼備しているため、上記のような半導体装置は、スイッチング動作を行うパワー半導体装置として用いることができる。
特開２０１２−２３５０８１号公報
ところで、上記のような半導体装置において、金属板同士を接合材（はんだ等）で接合する場合があるが、一方の金属板が他方の金属板に対して傾いた場合、一方の金属板の端部が他方の金属板の表面に接触し、接触した部分の近傍において接合材の厚さが確保できなくなり、接続信頼性が低下する問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、接合材を介して接続される接続対象部位の一方が傾いた場合でも接続信頼性を確保可能な半導体装置を提供することを課題とする。
本半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の上面側の電極と電気的に接続されており、側面から突起する第１の継手部を備えた、導電体よりなる第１の板状部と、側面から突起する第２の継手部を備えた、導電体よりなる第２の板状部と、を有し、前記第１の継手部の下面と前記第２の継手部の上面とが対向するように配置されて、導電性の接合材を介して電気的に接続されており、前記第１の継手部の下面と前記第２の継手部の上面とが対向する部分には、前記第２の継手部の先端上部と前記第１の継手部の下面との間の前記接合材の厚さを確保する接合材厚確保手段が設けられており、前記接合材厚確保手段は、前記第１の継手部の下面に設けられた断面形状がＲ形状の溝であり、前記溝は環状に設けられており、前記第２の継手部の先端上部は、前記接合材を介して、前記溝と平面視で重複する位置に固定されており、前記接合材は前記溝内に入り込んで、前記第２の継手部の先端上部と前記溝の内壁面との間にフィレットが形成されていることを要件とする。
開示の技術によれば、接合材を介して接続される接続対象部位の一方が傾いた場合でも接続信頼性を確保可能な半導体装置を提供できる。
第１の実施の形態に係る半導体装置の回路構成を例示する図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する斜視図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の内部構造を例示する斜視図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図５のＣ−Ｃ線に沿う部分断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図６に対応する部分底面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。 比較例に係る半導体装置において継手部の一方が傾いた状態を例示する図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置において継手部の一方が傾いた状態を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る半導体装置において継手部の一方が傾いた状態を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置において継手部の一方が傾いた状態を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置において継手部の一方が傾いていない状態を例示する図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各実施の形態では、４つの半導体素子（２つのＩＧＢＴ及び２つのダイオード）が縦横に配列された半導体装置を例にして説明を行うが、これには限定されない。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１の実施の形態〉
まず、第１の実施の形態に係る半導体装置の回路構成について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置の回路構成を例示する図である。図１を参照するに、第１の実施の形態に係る半導体装置１は、ＩＧＢＴ１０及び２０並びにダイオード３１及び３２を有するインバータ回路である。
半導体装置１において、ＩＧＢＴ１０は、コレクタ電極１１と、エミッタ電極１２と、ゲート電極１３とを有する。又、ＩＧＢＴ２０は、コレクタ電極２１と、エミッタ電極２２と、ゲート電極２３とを有する。
ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１１は、ダイオード３１のカソード及び高位側電源端子４１ａと電気的に接続されている。ＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１２は、ダイオード３１のアノードと電気的に接続されている。つまり、ダイオード３１は、ＩＧＢＴ１０と逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３は、制御電極端子４６のうちの少なくとも１つと電気的に接続されている。
ＩＧＢＴ２０のエミッタ電極２２は、ダイオード３２のアノード及び低位側電源端子４２ａと電気的に接続されている。ＩＧＢＴ２０のコレクタ電極２１は、ダイオード３２のカソードと電気的に接続されている。つまり、ダイオード３２は、ＩＧＢＴ２０と逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０のゲート電極１３は、制御電極端子４７のうちの少なくとも１つと電気的に接続されている。
又、ＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１２はＩＧＢＴ２０のコレクタ電極２１と電気的に接続され、更に出力端子４３ａと電気的に接続されている。なお、高位側電源端子４１ａ、低位側電源端子４２ａ、及び出力端子４３ａは、制御電極端子４６及び４７よりも高電圧が印加されるため、これらの３端子を高圧端子と称する場合がある。
次に、第１の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図２は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する斜視図である。図３は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図５は、第１の実施の形態に係る半導体装置の内部構造を例示する斜視図である。図６は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図５のＣ−Ｃ線に沿う部分断面図である。図７は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図６に対応する部分底面図（部分下面図）である。
なお、本願では、半導体装置１において、金属板４４及び４５が露出する面を上面、金属板４１及び４３が露出する面を下面とする。又、高位側電源端子４１ａ、低位側電源端子４２ａ、及び出力端子４３ａが突出する面を正面とする。又、吊りリード端子４１ｂ、吊りリード端子４３ｂ、制御電極端子４６、及び制御電極端子４７が突出する面を背面とする。又、その他の面を側面とする。
図２〜図７を参照するに、半導体装置１において、高位側電源端子４１ａ及び吊りリード端子４１ｂを含む金属板４１、低位側電源端子４２ａを含む金属板４２、並びに出力端子４３ａ及び吊りリード端子４３ｂを含む金属板４３が、長手方向が略同一方向（Ｙ方向）を向くように、所定の間隔を開けて並設されている。
又、複数の金属製のリード端子が、長手方向を金属板４１の長手方向と略同一方向（Ｙ方向）を向くように所定の間隔を開けて並設された制御電極端子４６が設けられている。又、複数の金属製のリード端子が、長手方向を金属板４３の長手方向と略同一方向（Ｙ方向）を向くように所定の間隔を開けて並設された制御電極端子４７が設けられている。
金属板４１、４２、及び４３、並びに、制御電極端子４６及び４７の材料としては、各々、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。金属板４１、４２、及び４３、並びに、制御電極端子４６及び４７の各々の表面に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）等のめっき処理を施してもよい。
金属板４１の上面には、コレクタ電極１１が錫系のはんだ等の導電性の接合材（図示せず）を介して金属板４１と導通するように、ＩＧＢＴ１０が実装されている。なお、コレクタ電極１１はＰ型であるため、コレクタ電極１１と接続される金属板４１をＰ側と称する場合がある。又、金属板４１の上面には、カソードが錫系のはんだ等の導電性の接合材（図示せず）を介して金属板４１と導通するように、ダイオード３１が実装されている。ＩＧＢＴ１０及びダイオード３１は、金属板４１の長手方向（Ｙ方向）に配列されている。
金属板４３の上面には、コレクタ電極２１が錫系のはんだ等の導電性の接合材（図示せず）を介して金属板４３と導通するように、ＩＧＢＴ２０が実装されている。又、金属板４３の上面には、カソードが錫系のはんだ等の導電性の接合材（図示せず）を介して金属板４３と導通するように、ダイオード３２が実装されている。ＩＧＢＴ２０及びダイオード３２は、金属板４３の長手方向（Ｙ方向）に配列されている。
金属板４１のＩＧＢＴ１０及びダイオード３１を実装する部分の厚さ（高位側電源端子４１ａ及び吊りリード端子４１ｂを除く部分の厚さ）は、例えば、２〜３ｍｍ程度とすることができる。金属板４３のＩＧＢＴ２０及びダイオード３２を実装する部分の厚さ（出力端子４３ａ及び吊りリード端子４３ｂを除く部分の厚さ）は、例えば、２〜３ｍｍ程度とすることができる。金属板４１のＩＧＢＴ１０及びダイオード３１を実装する部分の厚さと、金属板４３のＩＧＢＴ２０及びダイオード３２を実装する部分の厚さとを、略同一の厚さとしてもよい。
金属板４１の高位側電源端子４１ａ及び吊りリード端子４１ｂの厚さは、金属板４１のＩＧＢＴ１０及びダイオード３１を実装する部分の厚さよりも薄くてもよく、例えば、０．５ｍｍ程度とすることができる。金属板４３の出力端子４３ａ及び吊りリード端子４３ｂの厚さは、金属板４３のＩＧＢＴ２０及びダイオード３２を実装する部分の厚さよりも薄くてもよく、例えば、０．５ｍｍ程度とすることができる。
ＩＧＢＴ１０及びダイオード３１上には、導電性のスペーサ６１（例えば、銅等の金属ブロック）及び錫系のはんだ等の導電性の接合材を介して、ＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１２及びダイオード３１のアノードと導通するように、金属板４４が配置されている。言い換えれば、金属板４４の下面とＩＧＢＴ１０及びダイオード３１の上面側の電極との間には導電性のスペーサ６１（例えば、銅等の金属ブロック）が配置されている。金属板４４は、錫系のはんだ等の導電性の接合材（図示せず）を介して、金属板４３と電気的に接続されている。
ＩＧＢＴ２０及びダイオード３２上には、導電性のスペーサ６２（例えば、銅等の金属ブロック）及び錫系のはんだ等の導電性の接合材を介して、ＩＧＢＴ２０のエミッタ電極２２及びダイオード３２のアノードと導通するように、金属板４５が配置されている。言い換えれば、金属板４５の下面とＩＧＢＴ２０及びダイオード３２の上面側の電極との間には導電性のスペーサ６２（例えば、銅等の金属ブロック）が配置されている。
金属板４５には、側面から金属板４４側に突出する継手部４５ｊが設けられている。又、金属板４２には、側面から制御電極端子４６及び４７側に突出する継手部４２ｊが設けられている。継手部４２ｊ及び継手部４５ｊのそれぞれの厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度とすることができる。
金属板４５の継手部４５ｊの下面と、金属板４２の継手部４２ｊの上面とが対向するように配置されて、導電性の接合材８１（例えば、錫系のはんだ等）を介して電気的に接続されている。なお、エミッタ電極２２はＮ型であるため、エミッタ電極２２と接続される金属板４２をＮ側と称する場合がある。
継手部４５ｊの下面の外周部には、余分な接合材８１を吸収するために、環状の溝４５ｘが設けられている。又、継手部４２ｊの上面にも、余分な接合材８１を吸収するために、溝４２ｘが設けられている。溝４５ｘの幅は、例えば、４００〜６００μｍ程度とすることができる。溝４５ｘの深さは、例えば、２００〜３００μｍ程度とすることができる。
図６等では溝４５ｘの断面形状は半円形であるが、溝４５ｘの断面形状は半円形でなくてもよく、例えば、半楕円形や矩形等としても構わない。又、余分な接合材８１を吸収できる十分な容積を確保できていれば、溝４５ｘは環状でなくても構わない。なお、溝４５ｘは、本発明に係る溝の代表的な一例である。
継手部４２ｊの先端上部Ｋ（継手部４２ｊの制御電極端子４６及び４７側の端部の継手部４５ｊ側）は、接合材８１を介して、溝４５ｘと平面視で重複する位置に（溝４５ｘに対応する位置に収まった状態で）固定されている。なお、Ｍ（溝４５ｘの内周側の領域）は、継手部４５ｊと継手部４２ｊとが接合されるべき領域（接合材８１が存在すべき領域）を示している（以降、接合領域Ｍとする）。
溝４２ｘが設けられたことにより、継手部４２ｊの上面側は凸部となっている。そのため、継手部４２ｊの先端上部Ｋを凸部の先端上部Ｋと言い換えることができる。なお、凸部の後端上部Ｌ（凸部の溝４２ｘ側の端部の継手部４５ｊ側）も、接合材８１を介して、溝４５ｘと平面視で重複する位置に固定されている。
但し、図７では、凸部の先端上部Ｋ（継手部４２ｊの先端上部Ｋ）及び後端上部Ｌ以外の部分も溝４５ｘと平面視で重複する位置に固定されているが、凸部の先端上部Ｋ及び後端上部Ｌ以外の部分は必ずしも溝４５ｘと平面視で重複する位置に固定されていなくてもよい。
拡大図の図示は省略するが、金属板４３及び４４も金属板４２及び４５と同様の継手部を備え、金属板４４の継手部の下面は、導電性の接合材（例えば、錫系のはんだ等）を介して、金属板４３の継手部の上面と電気的に接続されている。金属板４３の継手部と金属板４４の継手部の構造を、継手部４２ｊと継手部４５ｊの構造と同様とすることで、同様の効果（後述する継手部４２ｊと継手部４５ｊとの接続信頼性の向上）が得られる。但し、金属板４３及び４４は、金属板４２と比べて傾きにくい構造とされている。
金属板４４の厚さは、例えば、２〜３ｍｍ程度とすることができる。金属板４５の厚さは、例えば、２〜３ｍｍ程度とすることができる。金属板４４と金属板４５とを、略同一の厚さとしてもよい。金属板４４及び４５の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。金属板４４及び４５の表面に銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）等のめっき処理を施してもよい。
なお、金属板４５は本発明に係る第１の板状部の代表的な一例であり、継手部４５ｊは本発明に係る第１の継手部の代表的な一例である。又、金属板４２は本発明に係る第２の板状部の代表的な一例であり、継手部４２ｊは本発明に係る第２の継手部の代表的な一例である。
制御電極端子４６を構成する各金属製のリード端子は、ボンディングワイヤを介して、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３や温度センサ（図示せず）等と電気的に接続されている。制御電極端子４７を構成する各金属製のリード端子は、ボンディングワイヤを介して、ＩＧＢＴ２０のゲート電極２３や温度センサ（図示せず）等と電気的に接続されている。制御電極端子４６及び４７を構成する各金属製のリード端子の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度とすることができる。ボンディングワイヤとしては、例えば、金線や銅線等の金属線を用いることができる。
ＩＧＢＴ１０及び２０、ダイオード３１及び３２、金属板４１〜４５、制御電極端子４６及び４７、並びにボンディングワイヤは、封止樹脂５０により封止されている。但し、金属板４１及び４３の下面の少なくとも一部は、封止樹脂５０の下面から露出している。又、金属板４４及び４５の上面の少なくとも一部は、封止樹脂５０の上面から露出している。
又、金属板４１の高位側電源端子４１ａ、金属板４２の低位側電源端子４２ａ、及び金属板４３の出力端子４３ａの各々の少なくとも一部は、封止樹脂５０の正面から突出している。又、金属板４１の端部に形成された吊りリード端子４１ｂ、金属板４３の端部に形成された吊りリード端子４３ｂ、制御電極端子４６、及び制御電極端子４７の各々の少なくとも一部は、封止樹脂５０の背面から突出している。
ＩＧＢＴ１０とＩＧＢＴ２０が配列されている第１の方向（略Ｘ方向）と、吊りリード端子４１ｂ及び４３ｂ並びに制御電極端子４６及び４７が突出する第２の方向（略Ｙ方向）とは、直交している。但し、本願における直交は、厳密な意味での直交ではなく、大よそ直交していることを意味する。例えば、製造上のばらつき等により第１の方向と第２の方向とが９０度から１０数度程度ずれた場合も直交に含めるものとする。
封止樹脂５０の材料としては、例えば、フィラーを含有したエポキシ系樹脂等を用いることができる。封止樹脂５０の厚さは、例えば、５ｍｍ程度とすることができる。
金属板４１〜４５の封止樹脂５０から露出する部分は、ＩＧＢＴ１０及び２０等が発する熱の外部への放出に寄与することができる。金属板４１〜４５は、例えば、リードフレームから作製できる。なお、吊りリード端子４１ｂ及び４３ｂは、金属板４１及び４３をリードフレームから作製する際にはリードフレームの本体（図示せず）と接続されており、封止樹脂５０で封止後にリードフレームの本体（図示せず）から切断された部分である。
次に、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図８は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。
まず、図８（ａ）に示す工程では、プレス加工等により所定形状とされたリードフレーム４０を準備する。そして、リードフレーム４０上の所定位置に、錫系のはんだ等の導電性の接合材（図示せず）を介して、ＩＧＢＴ１０及び２０並びにダイオード３１及び３２（図示せず；図３及び図４参照）を実装する。
そして、ＩＧＢＴ１０及びダイオード３１上に導電性のスペーサ６１（図示せず；図３及び図４参照）を、ＩＧＢＴ２０及びダイオード３２上に導電性のスペーサ６２（図示せず；図３及び図４参照）を実装する。更に、導電性のスペーサ６１の上面、導電性のスペーサ６２の上面、リードフレーム４０の金属板４２となる部分の継手部４２ｊの上面、及びリードフレーム４０の金属板４３となる部分の継手部の上面に、未硬化の導電性の接合材８１（例えば、錫系のはんだ等）を塗布する。
次に、図８（ｂ）に示す工程では、ワイヤボンドを実行後、スペーサ６１上に接合材８１（図示せず）を介して金属板４４を実装する。又、スペーサ６２上に接合材８１（図示せず）を介して金属板４５を実装する。その後、プライマ（ポリアミド樹脂等）を塗布する。
この工程で、リードフレーム４０の金属板４２となる部分の継手部４２ｊの上面と、金属板４５の継手部４５ｊの下面とが、導電性の接合材８１を介して接合される（図６及び図７参照）。又、リードフレーム４０の金属板４３となる部分の継手部の上面と、金属板４４の継手部の下面とが、導電性の接合材８１を介して接合される。
次に、図８（ｃ）に示す工程では、モールド成形を行い、封止樹脂５０を形成する。次に、図８（ｄ）に示す工程では、封止樹脂５０の上面を切削し、金属板４４及び４５の上面を封止樹脂５０から露出させる。次に、図８（ｅ）に示す工程では、リードフレーム４０を所定位置で切断し、金属板４１〜４３、高位側電源端子４１ａ、低位側電源端子４２ａ、出力端子４３ａ、吊りリード端子４１ｂ及び４３ｂ、並びに制御電極端子４６及び４７を作製する。これにより、図２等に示す半導体装置１が完成する。
図８（ｂ）に示す工程において、継手部４２ｊと継手部４５ｊが、図９に示すように平行にならない場合があり得る。これは、リードフレーム４０の金属板４２となる部分が片持ち構造であるため（片側だけがリードフレーム４０と連結されているため）、継手部４２ｊの傾きのばらつきが大きいからである。
仮に、継手部４２ｊの先端上部Ｋが溝４５ｘと平面視で重複する位置にないとすると、図９に示すように継手部４２ｊが傾いて継手部４５ｊと接触した場合には、接合材８１が存在しない領域Ｎができ、継手部４２ｊと継手部４５ｊとを接合領域Ｍ全体において接合することができなくなる。又、先端上部Ｋの近傍（図９においては先端上部Ｋの右側）においては接合材８１がほとんど存在しなく、フィレットも形成されない。
これらにより、継手部４２ｊと継手部４５ｊとを強固に接合することが困難となり、接合部（継手部４２ｊと継手部４５ｊとを接合している接合材８１）の耐久性が確保できなくなる。例えば、接合材８１にクラックが入る場合には、接合材８１の端部から入り始めるので、先端上部Ｋの近傍（図９においては先端上部Ｋの右側）に接合材８１がほとんど存在しないと、その部分からクラックが入りやすくなる。
一方、本実施の形態では、継手部４５ｊの下面と継手部４２ｊの上面とが対向する部分には、継手部４２ｊの先端上部Ｋと継手部４５ｊの下面との間の接合材８１の厚さを確保する接合材厚確保手段である溝４５ｘが設けられている。
そして、継手部４２ｊの先端上部Ｋが溝４５ｘと平面視で重複する位置にあるため、図１０のように継手部４２ｊが傾いて継手部４５ｊと接触した場合であっても、先端上部Ｋは溝４５ｘ内で継手部４５ｊと接合される。これにより、継手部４２ｊと継手部４５ｊとを接合領域Ｍ全体において接合できる。又、先端上部Ｋの近傍においても接合材８１が所定の厚さを確保できる。又、先端上部Ｋと溝４５ｘの内壁面との間にフィレットが形成される。
又、継手部４２ｊの後端上部Ｌが溝４５ｘと平面視で重複する位置にあるため、後端上部Ｌの近傍においても接合材８１が所定の厚さを確保できる。又、後端上部Ｌと溝４５ｘの内壁面との間にフィレットが形成される。
これらにより、継手部４２ｊと継手部４５ｊとを強固に接合することが可能となり、例えば、半導体装置１が低温環境と高温環境に繰り返し置かれるような場合であっても、接合部（継手部４２ｊと継手部４５ｊとを接合している接合材８１）が劣化するおそれ（クラックの発生等）を低減できる。すなわち、継手部４２ｊと継手部４５ｊとの接続信頼性を向上できる。
なお、本実施の形態に係る構造において、接合材８１が溝４５ｘから溢れたとしても問題とはならない。図４からわかるように、金属板４５とダイオード３２との間にはスペーサ６２が存在しており、ダイオード３２を金属板４３に接合する接合材と接合材８１とが同一平面にないため、仮に溢れてもダイオード３２への影響がないためである。金属板４２及び４５とスペーサ６２とは同電位であるため、仮に接合材８１がスペーサ６２に付着しても問題はない。
〈第１の実施の形態の変形例１〉
溝４５ｘの内壁面を含めた継手部４５ｊの下面に、金属板４２よりも接合材８１の濡れ性が良い金属膜を形成してもよい。例えば、金属板４２が銅であれば、金属膜としては、銅よりも接合材８１の濡れ性が良い金膜を用いることができる。金膜は、例えば、めっき法により形成できる。金膜の下にニッケル膜やパラジウム膜等を設けても構わない。
このように、溝４５ｘの内壁面を含めた継手部４５ｊの下面に金属板４２よりも接合材８１の濡れ性が良い金属膜を形成することにより、溝４５ｘ内に接合材８１が集まりやすくなる。そのため、溝４５ｘ内の接合材８１が所定の厚さを確保しやすくなり、継手部４２ｊと継手部４５ｊとの接続信頼性を一層向上できる。
〈第１の実施の形態の変形例２〉
図１１は、第１の実施の形態の変形例２に係る半導体装置において継手部の一方が傾いた状態を例示する図である。第１の実施の形態の変形例２に係る半導体装置では、継手部４５ｊに、溝４５ｘに代えて、突起部４５ｙを設けている。突起部４５ｙは、例えば、継手部４５ｊの下面に環状に設けることができる。
継手部４２ｊの先端上部Ｋは、接合材８１を介して、平面視で、突起部４５ｙが設けられている領域よりも継手部４５ｊの下面の外縁側に固定されている。突起部４５ｙの幅は、例えば、４００〜６００μｍ程度とすることができる。突起部４５ｙの高さは、例えば、２００〜３００μｍ程度とすることができる。
このように、本実施の形態では、継手部４５ｊの下面と継手部４２ｊの上面とが対向する部分には、継手部４２ｊの先端上部Ｋと継手部４５ｊの下面との間の接合材８１の厚さを確保する接合材厚確保手段である突起部４５ｙが設けられている。
そして、継手部４２ｊの先端上部Ｋが、平面視で、突起部４５ｙが設けられている領域よりも継手部４５ｊの下面の外縁側に位置しているため、図１１のように継手部４２ｊが傾いて継手部４５ｊと接触した場合であっても、先端上部Ｋは突起部４５ｙよりも外側の領域で継手部４５ｊと接合される。これにより、継手部４２ｊと継手部４５ｊとを接合領域Ｍ全体において接合できる。又、先端上部Ｋの近傍においても接合材８１が所定の厚さを確保できる。又、先端上部Ｋと継手部４５ｊの下面との間にフィレットが形成される。
又、継手部４２ｊの後端上部Ｌが、平面視で、突起部４５ｙが設けられている領域よりも継手部４５ｊの下面の外縁側に位置しているため、後端上部Ｌの近傍においても接合材８１が所定の厚さを確保できる。又、後端上部Ｌと継手部４５ｊの下面との間にフィレットが形成される。
これにより、第１の実施の形態の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。すなわち、継手部４２ｊが継手部４５ｊと略平行である場合でも、継手部４２ｊと継手部４５ｊとの間に突起部４５ｙの高さ以上の隙間が確保されて接合材８１が充填されるため、接合材８１の厚さを常に略一定以上とすることができる。
又、第１の実施の形態の変形例１と同様に、突起部４５ｙの外壁面を含めた継手部４５ｊの下面に、金属板４２よりも接合材８１の濡れ性が良い金属膜を形成すると一層好適である。なお、金属板４５の継手部４５ｊの下面に突起部４５ｙを設ける代わりに、金属板４２の継手部４２ｊの上面に突起部を設けても同様の効果を得ることができる。
〈第１の実施の形態の変形例３〉
図１２は、第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置において継手部の一方が傾いた状態を例示する図である。図１３は、第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置において継手部の一方が傾いていない状態を例示する図である。
第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置では、継手部４５ｊの下面は平坦であり、溝や突起部は設けられていない。その代り、接合材８１は多数の金属球８５を含有している。言い換えれば、接合材８１には多数の金属球８５が分散している。金属球８５としては、例えば、直径が４０〜１００μｍ程度のニッケル球等を用いることができる。但し、金属球８５は完全な球形でなくてもよい。
接合材８１が多数の金属球８５を含有することにより、図１２のように継手部４２ｊが傾いた場合でも、継手部４２ｊと継手部４５ｊとは接触することなく、金属球８５の直径程度の隙間が確保される。そして、隙間には接合材８１が充填される。又、図１３のように継手部４２ｊが継手部４５ｊと略平行である場合でも、継手部４２ｊと継手部４５ｊとは接触することなく、金属球８５の直径程度の隙間が確保される。そして、隙間には接合材８１が充填される。
すなわち、図１２及び図１３の何れの場合にも、金属球８５により、継手部４２ｊの先端上部Ｋと継手部４５ｊの下面との間に隙間が確保され、隙間に接合材８１が充填される。又、金属球８５により、継手部４２ｊの後端上部Ｌと継手部４５ｊの下面との間に隙間が確保され、隙間に接合材８１が充填される。又、継手部４２ｊの先端上部Ｋと継手部４５ｊの下面との間、及び、継手部４２ｊの後端上部Ｌと継手部４５ｊの下面との間にフィレットが形成される。
このように、本実施の形態では、継手部４５ｊの下面と継手部４２ｊの上面とが対向する部分には、継手部４２ｊの先端上部Ｋと継手部４５ｊの下面との間の接合材８１の厚さを確保する接合材厚確保手段である金属球８５（接合材８１に分散された状態で存在する）が設けられている。
これにより、第１の実施の形態の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。すなわち、継手部４２ｊが継手部４５ｊと略平行である場合でも、継手部４２ｊと継手部４５ｊとの間に金属球８５の直径以上の隙間が確保されて接合材８１が充填されるため、接合材８１の厚さを常に略一定以上とすることができる。又、金属球８５の周辺は接合材８１の濡れ性が良好となる。これらにより、継手部４２ｊと継手部４５ｊとの接続信頼性を一層向上できる。
又、第１の実施の形態の変形例１と同様に、継手部４５ｊの下面に、金属板４２よりも接合材８１の濡れ性が良い金属膜を形成すると一層好適である。
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上記実施の形態では、複数の半導体素子（ＩＧＢＴ及びダイオード）が縦横に配列された半導体装置を例示したが、本発明は、例えば、ＩＧＢＴ及びダイオードが一体化された半導体素子が２つ配列された半導体装置等にも適用することができる。或いは、本発明を、例えば、ＩＧＢＴ及びダイオードが一体化された半導体素子を１つ有する半導体装置等に適用してもよい。
又、上記実施の形態及びその変形例は、適宜組み合わせて構わない。
１ 半導体装置
１０、２０ ＩＧＢＴ
１１、２１ コレクタ電極
１２、２２ エミッタ電極
１３、２３ ゲート電極
３１、３２ ダイオード
４０ リードフレーム
４１ａ 高位側電源端子
４１ｂ、４３ｂ 吊りリード端子
４１、４２、４３、４４、４５ 金属板
４２ａ 低位側電源端子
４２ｊ、４５ｊ 継手部
４２ｘ、４５ｘ 溝
４３ａ 出力端子
４５ｙ 突起部
４６、４７ 制御電極端子
５０ 封止樹脂
６１、６２ スペーサ
８１ 接合材
８５ 金属球

Claims (6)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子の上面側の電極と電気的に接続されており、側面から突起する第１の継手部を備えた、導電体よりなる第１の板状部と、
    側面から突起する第２の継手部を備えた、導電体よりなる第２の板状部と、を有し、
    前記第１の継手部の下面と前記第２の継手部の上面とが対向するように配置されて、導電性の接合材を介して電気的に接続されており、
    前記第１の継手部の下面と前記第２の継手部の上面とが対向する部分には、前記第２の継手部の先端上部と前記第１の継手部の下面との間の前記接合材の厚さを確保する接合材厚確保手段が設けられており、
    前記接合材厚確保手段は、前記第１の継手部の下面に設けられた断面形状がＲ形状の溝であり、
    前記溝は環状に設けられており、
    前記第２の継手部の先端上部は、前記接合材を介して、前記溝と平面視で重複する位置に固定されており、前記接合材は前記溝内に入り込んで、前記第２の継手部の先端上部と前記溝の内壁面との間にフィレットが形成されている半導体装置。
  2. 第２の半導体素子と、
    前記第２の半導体素子の上面側の電極と電気的に接続されており、側面から突起する第３の継手部を備えた、導電体よりなる第３の板状部と、
    側面から突起する第４の継手部を備えた、導電体よりなる第４の板状部と、を有する請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記第３の継手部の下面と前記第４の継手部の上面とが対向するように配置されて、導電性の接合材を介して電気的に接続されており、
    前記第３の継手部の下面と前記第４の継手部の上面とが対向する部分には、前記第４の継手部の先端上部と前記第３の継手部の下面との間の前記接合材の厚さを確保する接合材厚確保手段が設けられている請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記第２の板状部は低位側電源端子を備え、前記第４の板状部は出力端子を備えている請求項２又は３記載の半導体装置。
  5. 前記第２の継手部の上面側は凸部であり、
    前記凸部の先端上部、及び前記凸部の後端上部は、前記接合材を介して、前記溝と平面視で重複する位置に固定されている請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置。
  6. 前記第１の板状部の下面と前記半導体素子の上面側の電極との間には金属ブロックが配置されている請求項１乃至５の何れか一項記載の半導体装置。
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