特許 5796520 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5796520

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/48 20060101AFI20151001BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/48 G

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-60269(P2012-60269)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-197162(P2013-197162A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2014年6月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】増谷 宗彦

(72)【発明者】

【氏名】東元 繁和

(72)【発明者】

【氏名】竹内 万善

(72)【発明者】

【氏名】神谷 和伸

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４５２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０７３３０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３０３８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２９０３３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−３１５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５４０４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／４８−２３／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子から離間配置させた電極用金属板を導電性の接合材を用いて前記半導体素子に接合した半導体装置において、
前記電極用金属板は、板厚方向に貫通する孔状部を有し、
前記孔状部を、前記接合材が充填される充填部と、前記接合材が充填されないバッファ部によって構成し、
前記電極用金属板は、折り返し部を有し、
前記孔状部は、前記折り返し部に連設する前記電極用金属板の重合板部に形成されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記孔状部は、前記半導体素子の上面に向かって開口幅を小さくした段構造に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記バッファ部の容積は、前記充填部における前記接合材の充填量によって変動することを特徴とする請求項１又は請求項２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、半導体装置に係り、より詳しくは、半導体素子に電極用金属板を接合した半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置では、例えば特許文献１に開示されるように、半導体素子の上面に電極用金属板が導電性接合材（例えば半田）を用いて接合されている。特許文献１では、半導体素子の上面に電極用金属板を所定距離だけ離間させて配置した後、電極用金属板に形成した貫通孔を通じて導電性接合材を半導体素子の上面に滴下、塗布している。そして、特許文献１では、導電性接合材が凝固することにより、半導体素子と電極用金属板が接合される。特許文献１では、凝固後の導電性接合材の形状がフィレット形状となり、熱応力、熱歪を緩和させる作用効果を得ている（段落［００２３］）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１８２０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電極用金属板は、金属板によって形成されており、その製造段階で反りなどが生じ得る。そして、電極用金属板の反りは、その方向性や反り量も不定である。このため、接合時に電極用金属板を半導体素子の上面に配置した場合は、電極用金属板の反りの影響によって半導体素子との間隔にバラツキが生じ得る。このため、所定間隔に応じて定めた一定量の導電性接合材を滴下した場合は、半導体素子と金属用電極板の接合不良が生じ、半導体装置の信頼性を低下させる虞がある。つまり、半導体素子と金属用電極板の間隔が所定間隔よりも広い場合は導電性接合材の滴下量が少なく良好な接合形態を得られない可能性があり、逆に間隔が所定間隔よりも狭い場合は導電性接合材の滴下量が多く導電性接合材が半導体素子の上面に必要以上に広がる可能性がある。

【0005】

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、半導体素子と金属用電極板を良好に接合した信頼性の高い半導体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、半導体素子から離間配置させた電極用金属板を導電性の接合材を用いて前記半導体素子に接合した半導体装置において、前記電極用金属板は、板厚方向に貫通する孔状部を有し、前記孔状部を、前記接合材が充填される充填部と、前記接合材が充填されないバッファ部によって構成し、前記電極用金属板は、折り返し部を有し、前記孔状部は、前記折り返し部に連設する前記電極用金属板の重合板部に形成されていることを要旨とする。

【0007】

これによれば、孔状部が充填部とバッファ部によって構成されているので、孔状部に充填される接合材の量を変動させることが可能となる。つまり、半導体素子と電極用金属板の間隔の変動に合わせて、孔状部における接合材の充填量を変動させることができる。このため、電極用金属板の反りの影響を受けて半導体素子と電極用金属板の間隔が変動しても、半導体素子と電極用金属板を良好に接合することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
また、電極用金属板を折り返すことで孔状部を形成するので、容積を拡大した孔状部を容易に形成することができる。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記孔状部は、前記半導体素子の上面に向かって開口幅を小さくした段構造に形成されていることを要旨とする。これによれば、孔状部を段構造とすることにより、孔状部の容積を容易に拡大することができる。

【0010】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置において、前記バッファ部の容積は、前記充填部における前記接合材の充填量によって変動することを要旨とする。

【0011】

これによれば、半導体素子と電極用金属板の間隔の変動を、充填部における接合材の充填量に応じてバッファ部の容積を変動させることで吸収することができる。その結果、半導体素子と電極用金属板を良好に接合することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、半導体素子と電極用金属板を良好に接合し、半導体装置の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（ａ）は、（ｂ）の１−１線断面図であって、第１の実施形態における半導体装置の側断面図、（ｂ）は同じく、半導体装置の平面図。

【図2】（ａ）は第１の具体例の半導体装置の側断面図、（ｂ）は上部電極と半導体素子の間隔と、接合材の量を説明する説明図。

【図3】（ａ）は第２の具体例の半導体装置の側断面図、（ｂ）は上部電極と半導体素子の間隔と、接合材の量を説明する説明図。

【図4】（ａ）〜（ｃ）は接合例を示す半導体装置の側断面図。

【図5】（ａ），（ｂ）は第２の実施形態の上部電極の斜視図。

【図6】図５（ｂ）の２−２線断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、半導体装置１０は、基板１１の表面に半導体素子１２が接合されている。基板１１と半導体素子１２は、導電性の接合材を用いて接合されている。これにより、基板１１と半導体素子１２の間には、第１の接合層１３が形成される。基板１１は、金属板からなり、下部電極として機能する。

【0015】

また、半導体装置１０は、半導体素子１２の上面に、電極用金属板としての上部電極１４が接合されている。半導体素子１２と上部電極１４は、導電性の接合材を用いて接合されている。これにより、半導体素子１２と上部電極１４の間には、第２の接合層１５が形成される。本実施形態において半導体素子１２と上部電極１４の接合には、半田を用いる。

【0016】

以下、本実施形態の上部電極１４の構成をさらに詳しく説明する。
上部電極１４は、金属板からなる。上部電極１４には、板厚方向に貫通する半田充填用の孔状部としての充填孔１６が形成されている。充填孔１６は、上部電極１４において半導体素子１２との接合時に半導体素子１２の上面に配置される部位に形成されている。

【0017】

充填孔１６は、開口幅が異なる第１孔部１７と第２孔部１８からなる。本実施形態において第１孔部１７の開口幅は、第２孔部１８の開口幅より小さい。そして、第１孔部１７は、上部電極１４を半導体素子１２に接合する際、半導体素子１２の上面と対向する上部電極１４の下面側に開口する。また、第２孔部１８は、第１孔部１７に連設されており、上部電極１４の下面の反対面である上面側に開口する。本実施形態の充填孔１６は、開口幅が異なる第１孔部１７と第２孔部１８を上部電極１４の板厚方向に連設した段構造となる。なお、上部電極１４を半導体素子１２の上面に配置した状態において充填孔１６は、第１孔部１７の上部に第２孔部１８を積み上げた段構造となる。

【0018】

このように構成した上部電極１４と半導体素子１２の接合は、次に説明するように行う。
まず、半導体素子１２の上面側に、上部電極１４を離間配置する。上部電極１４は、充填孔１６を半導体素子１２のほぼ中央に配置するとともに、第１孔部１７の開口側を半導体素子１２の上面に対向させて配置する。また、半導体素子１２と上部電極１４は、その離間距離が所定距離となるように位置決めされる。

【0019】

次に、半田滴下装置２０の滴下口２０ｅを充填孔１６のほぼ中央に配置し、滴下口２０ｅから溶融した半田を充填孔１６に供給する。滴下口２０ｅから滴下される半田量は、ほぼ一定量とされる。そして、滴下口２０ｅから滴下した半田は、充填孔１６を介して半導体素子１２の上面と上部電極１４の下面の間に流れ込む。これにより、半導体素子１２の上面と上部電極１４の下面に半田が接触し、凝固することで半導体素子１２と上部電極１４とが半田付けされる。

【0020】

ところで、上部電極１４は、製造段階で反りなどが生じ得る。そして、上部電極１４の反りは、その方向性や反り量も不定である。このため、半導体素子１２と上部電極１４の離間距離を所定距離となるように配置したとしても、その離間距離は、上部電極１４の反りの状態に応じてバラツキが生じる。そして、一定量の半田を供給した場合、その離間距離に応じて半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込む半田量が変動する。そこで、本実施形態の充填孔１６は、半導体素子１２と上部電極１４の離間距離にバラツキが生じ得ることを考慮して形成している。具体的に言えば、半導体素子１２と上部電極１４の離間距離に応じて、充填孔１６内の半田量を変動させるように充填孔１６を形成している。これにより、半田付け後の上部電極１４では、図１に示すように、充填孔１６内に半田が充填される空間Ｓ１と、半田が充填されない空間Ｓ２が形成される場合がある。本実施形態の充填孔１６は、半田が充填される空間Ｓ１が充填部として機能するとともに半田が充填されない空間Ｓ２がバッファ部として機能し、充填部とバッファ部で構成される。

【0021】

図２及び図３は、上部電極１４に形成した充填孔１６の具体例である。
図２（ａ）は、上部電極１４の板厚方向に無段差状の充填孔１６を形成した例である。この具体例において、充填孔１６は、縦横幅を３（ｍｍ）と２（ｍｍ）とした平面視矩形状の孔である。また、上部電極１４の板厚、すなわち充填孔１６の深さは０．６（ｍｍ）としている。また、図２（ａ）の具体例では、半導体素子１２と上部電極１４の間に縦横幅を５（ｍｍ）とした接合部としての第２の接合層１５を形成する。この具体例において充填孔１６内に充填可能な半田量は、２６．３（ｍｇ）である。

【0022】

図２（ｂ）は、図２（ａ）のように充填孔１６を形成するとともに、第２の接合層１５を形成する場合に、半導体素子１２と上部電極１４の離間距離Ａ毎に必要な半田量（図中の接合材欄）を示す。離間距離Ａを０．６（ｍｍ）に設定して半導体素子１２と上部電極１４を接合する場合、第２の接合層１５を形成し、かつ充填孔１６を埋めるために必要な半田量は、図２（ｂ）に示すように、１３５．８（ｍｍ）となる。そして、充填孔１６内に充填する半田量は２６．３（ｍｇ）である。このため、第２の接合層１５を形成するために必要な半田量は、１３５．８（ｍｇ）から充填孔１６へ充填する半田量である２６．３（ｍｇ）を減算した１０９．５（ｍｇ）となる。

【0023】

また、離間距離Ａを０．７（ｍｍ）に設定する場合、前述同様に計算すると、第２の接合層１５を形成するために必要な半田量は、１５４．０（ｍｇ）−２６．３（ｍｇ）＝１２７．７（ｍｇ）となる。また、離間距離Ａを０．８（ｍｍ）に設定する場合、前述同様に計算すると、第２の接合層１５を形成するために必要な半田量は、１７２．３（ｍｇ）−２６．３（ｍｇ）＝１４６．０（ｍｇ）となる。

【0024】

ここで、０．６（ｍｍ）の離間距離Ａを想定していたが、上部電極１４の反りの影響で離間距離Ａが０．７（ｍｍ）となっていた場合は、充填孔１６内に２６．３（ｍｇ）の半田が充填可能であるから、１３５．８（ｍｇ）の半田量で半導体素子１２と上部電極１４を接合することは可能である。つまり、離間距離Ａを０．６（ｍｍ）とする場合に必要な半田量と離間距離Ａを０．７（ｍｍ）とする場合に必要な半田量の差は、図２（ｂ）から、１５４．０（ｍｇ）−１３５．８（ｍｇ）＝１８．２（ｍｇ）である。したがって、この計算結果に基づけば、図２（ａ）に示すように充填孔１６を形成した場合でも、充填孔１６の半田の充填分（２６．３（ｍｇ））により、離間距離Ａが０．１（ｍｍ）増加したときには接合可能である。つまり、充填孔１６に充填されるべき２６．３（ｍｇ）の半田量のうち、１８．２（ｍｇ）分の半田が半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込むことにより、０．７（ｍｍ）の第２の接合層１５を形成する。

【0025】

一方、上部電極１４の反りの影響で離間距離Ａが０．８（ｍｍ）となっていた場合は、１３５．８（ｍｇ）の半田量で半導体素子１２と上部電極１４を接合することができない。つまり、離間距離Ａを０．６（ｍｍ）とする場合に必要な半田量と離間距離Ａを０．８（ｍｍ）とする場合に必要な半田量の差は、図２（ｂ）から、１７２．３（ｍｇ）−１３５．８（ｍｇ）＝３６．５（ｍｇ）である。したがって、この計算結果に基づけば、図２（ａ）に示すように充填孔１６を形成した場合、充填孔１６の半田の充填分（２６．３（ｍｇ））では離間距離Ａが０．２（ｍｍ）増加したときに接合不能となる。つまり、充填孔１６に充填されるべき２６．３（ｍｇ）の半田量が半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込んだとしても、０．８（ｍｍ）の第２の接合層１５を形成するために必要な半田量に満たない。

【0026】

したがって、図２（ａ）のように充填孔１６を形成した場合は、想定した離間距離Ａに対して０．２（ｍｍ）以上大きくなると、半田付けができないことが分かる。なお、想定した離間距離Ａが短くなった場合は、当該離間距離Ａに応じて第２の接合層１５を形成するために必要な半田量が不要となるので、その不要分が、半導体素子１２側又は上部電極１４側に溢れることになる。このような離間距離Ａと半田量の関係、及び充填孔１６の形状（充填量）を考慮して充填孔１６の容積を大きくすることで、想定した離間距離Ａに対して上部電極１４の反りの影響を許容し得る範囲を設定することが可能である。

【0027】

図３（ａ）は、上部電極１４の板厚方向に段差状の充填孔１６を形成した例である。この具体例において、充填孔１６は、第１孔部１７と第２孔部１８からなる。下孔となる第１孔部１７は、縦横幅を３（ｍｍ）と２（ｍｍ）とした平面視矩形状の孔である。また、第１孔部１７の深さを０．６（ｍｍ）としている。一方、上孔となる第２孔部１８は、縦横幅を５．５（ｍｍ）とした平面視矩形状の孔である。また、第２孔部１８の深さを０．３（ｍｍ）としている。すなわち、図３（ａ）の上部電極１４の板厚、すなわち充填孔１６の深さは０．９（ｍｍ）である。また、図３（ａ）の具体例では、半導体素子１２と上部電極１４の間に縦横幅を５（ｍｍ）とした接合部としての第２の接合層１５を形成する。この具体例では、第１孔部１７内に充填可能な半田量は２６．３（ｍｇ）であり、第２孔部１８に充填する半田量を６６．２（ｍｇ）としている。つまり、充填孔１６の半田量を９２．５（ｍｇ）とする。

【0028】

図３（ｂ）は、図３（ａ）のように充填孔１６を形成するとともに、第２の接合層１５を形成する場合に、半導体素子１２と上部電極１４の離間距離Ａ毎に必要な半田量（図中の接合材欄）を示す。離間距離Ａを０．６（ｍｍ）に設定して半導体素子１２と上部電極１４を接合する場合、第２の接合層１５を形成し、かつ充填孔１６を埋めるために必要な半田量は、図３（ｂ）に示すように、２０２．０（ｍｍ）となる。そして、充填孔１６内に充填する半田量は９２．５（ｍｇ）である。このため、第２の接合層１５を形成するために必要な半田量は、２０２．０（ｍｇ）から充填孔１６へ充填する半田量である９２．５（ｍｇ）を減算した１０９．５（ｍｇ）となる。

【0029】

また、離間距離Ａを０．７（ｍｍ）に設定する場合、前述同様に計算すると、第２の接合層１５を形成するために必要な半田量は、２２０．２（ｍｇ）−９２．５（ｍｇ）＝１２７．７（ｍｇ）となる。また、離間距離Ａを０．８（ｍｍ）に設定する場合、前述同様に計算すると、第２の接合層１５を形成するために必要な半田量は、２３８．５（ｍｇ）−９２．５（ｍｇ）＝１４６．０（ｍｇ）となる。

【0030】

ここで、０．６（ｍｍ）の離間距離Ａを想定していたが、上部電極１４の反りの影響で離間距離Ａが０．７（ｍｍ）となっていた場合は、充填孔１６内に９２．５（ｍｇ）の半田を充填しているから、２０２．０（ｍｇ）の半田量で半導体素子１２と上部電極１４を接合することは可能である。つまり、離間距離Ａを０．６（ｍｍ）とする場合に必要な半田量と離間距離Ａを０．７（ｍｍ）とする場合に必要な半田量の差は、図３（ｂ）から、２２０．２（ｍｇ）−２０２．０（ｍｇ）＝１８．２（ｍｇ）である。したがって、この計算結果に基づけば、図３（ａ）に示すように充填孔１６を形成した場合でも、充填孔１６の半田の充填分（９２．５（ｍｇ））により、離間距離Ａが０．１（ｍｍ）増加したときには接合可能である。つまり、充填孔１６に充填されるべき９２．５（ｍｇ）の半田量のうち、１８．２（ｍｇ）分の半田が半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込むことにより、０．７（ｍｍ）の第２の接合層１５を形成する。

【0031】

また、上部電極１４の反りの影響で離間距離Ａが０．８（ｍｍ）となっていた場合は、２０２．０（ｍｇ）の半田量で半導体素子１２と上部電極１４を接合することは可能である。つまり、離間距離Ａを０．６（ｍｍ）とする場合に必要な半田量と離間距離Ａを０．８（ｍｍ）とする場合に必要な半田量の差は、図３（ｂ）から、２３８．５（ｍｇ）−２０２．０（ｍｇ）＝３６．５（ｍｇ）である。したがって、この計算結果に基づけば、図３（ａ）に示すように充填孔１６を形成した場合、充填孔１６の半田の充填分（９２．５（ｍｇ））で、離間距離Ａが０．２（ｍｍ）増加したときでも接合可能となる。つまり、充填孔１６に充填されるべき９２．５（ｍｇ）の半田量のうち、３６．５（ｍｇ）分の半田が半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込むことにより、０．８（ｍｍ）の第２の接合層１５を形成する。

【0032】

また、上部電極１４の反りの影響で離間距離Ａが０．９（ｍｍ）となっていた場合は、２０２．０（ｍｇ）の半田量で半導体素子１２と上部電極１４を接合することは可能である。つまり、離間距離Ａを０．６（ｍｍ）とする場合に必要な半田量と離間距離Ａを０．９（ｍｍ）とする場合に必要な半田量の差は、図３（ｂ）から、２５６．７（ｍｇ）−２０２．０（ｍｇ）＝５４．７（ｍｇ）である。したがって、この計算結果に基づけば、図３（ａ）に示すように充填孔１６を形成した場合、充填孔１６の半田の充填分（９２．５（ｍｇ））で、離間距離Ａが０．３（ｍｍ）増加したときでも接合可能となる。つまり、充填孔１６に充填されるべき９２．５（ｍｇ）の半田量のうち、５４．７（ｍｇ）分の半田が半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込むことにより、０．９（ｍｍ）の第２の接合層１５を形成する。

【0033】

したがって、図３（ａ）のように充填孔１６を形成した場合は、想定した離間距離Ａに対する離間距離Ｂの差異分が増加する。すなわち、図２（ａ）のように充填孔１６を形成した場合には離間距離Ａが０．２（ｍｍ）以上大きくなると半田付け不能であったが、図３（ａ）のように容積を拡大して充填孔１６を形成することで、離間距離Ａが０．２（ｍｍ）以上大きくなっても半田付けができる。

【0034】

本実施形態では、前述の結果に基づき、第１孔部１７と当該第１孔部１７よりも開口幅が大きい第２孔部１８によって充填孔１６を形成し、充填孔１６の容積を拡大している。これにより、上部電極１４の反りの影響を受けた場合の許容範囲、すなわち半導体素子１２と上部電極１４を接合可能な範囲を拡大することができる。なお、本実施形態では、想定する離間距離Ａに対して離間距離Ｂが大きくなる場合、及び小さくなる場合の何れの場合にも対応し得るように、半田滴下装置２０から滴下する半田量を設定している。

【0035】

以下、本実施形態の作用を、図４にしたがって説明する。
図４（ａ）は、想定した離間距離Ａと実際の離間距離Ｂが同一距離となる場合の半導体素子１２と上部電極１４の接合状態を示す。この場合、充填孔１６には、半田が充填される空間Ｓ１と、半田が充填されない空間Ｓ２が形成される。詳しく言えば、充填孔１６の第１孔部１７は半田が充填されているとともに、充填孔１６の第２孔部１８は半田が充填されている部分と半田が充填されていない部分が混在する。

【0036】

そして、図４（ｂ）に示すように、上部電極１４の反りの影響を受けて想定した離間距離Ａに対して実際の離間距離Ｂが大きくなった場合は、充填孔１６における半田が充填される空間Ｓ１と半田が充填されない空間Ｓ２の容積が変動する。つまり、図４（ａ）の場合と同一量の半田が供給される場合、離間距離Ｂが大きくなることにより、半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込む半田の量が増加する。これにより、充填孔１６では、図４（ａ）の場合に比して、半田が充填される空間Ｓ１の容積が減少する一方で、半田が充填されない空間Ｓ２の容積が増加する。そして、想定した離間距離Ａと実際の離間距離Ｂの差が予め定めた許容差内で大きくなる場合は、充填孔１６における空間Ｓ１と空間Ｓ２の容積変動によって半導体素子１２と上部電極１４を接合することができる。

【0037】

また、図４（ｃ）に示すように、上部電極１４の反りの影響を受けて想定した離間距離Ａに対して実際の離間距離Ｂが小さくなる場合は、充填孔１６における半田が充填される空間Ｓ１と半田が充填されない空間Ｓ２の容積が変動する。つまり、図４（ａ）の場合と同一量の半田が供給される場合、離間距離Ｂが小さくなることにより、半導体素子１２と上部電極１４の間に流れ込む半田の量が減少する。これにより、充填孔１６では、図４（ａ）の場合に比して、半田が充填される空間Ｓ１の容積が増加する一方で、半田が充填されない空間Ｓ２の容積が減少する。そして、想定した離間距離Ａと実際の離間距離Ｂの差が予め定めた許容差内で小さくなる場合は、充填孔１６における空間Ｓ１と空間Ｓ２の容積変動によって半導体素子１２と上部電極１４を接合することができる。

【0038】

以上により、本実施形態では、充填孔１６の容積を拡大して形成することにより、半田が充填される空間Ｓ１と半田が充填されない空間Ｓ２の容積変動の幅を広くする。そして、充填孔１６において空間Ｓ１と空間Ｓ２の容積変動を生じさせることにより、上部電極１４の反りの影響による離間距離Ａの変動の許容差を大きくする。なお、充填孔１６では、実際の離間距離Ｂが離間距離Ａに対して許容差を考慮した際の最小距離（最小間隔）となる場合、バッファ部として機能する半田が充填されない空間Ｓ２がなくなる。つまり、充填孔１６のバッファ部（空間Ｓ２）が半田によって満杯又はほぼ満杯の状態となる。一方、充填孔１６では、実際の離間距離Ｂが離間距離Ａに対して許容差を考慮した際の最大距離（最大間隔）となる場合、半田が充填される空間Ｓ１がなくなる。つまり、充填孔１６の充填部（空間Ｓ１）が空又はほぼ空の状態となる。

【0039】

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）充填孔１６を、第１孔部１７と第２孔部１８によって構成して容積を拡大した。これにより、充填孔１６に充填される半田量を変動させることができる。つまり、半導体素子１２と上部電極１４の間隔の変動に合わせて、充填孔１６における半田の充填量を変動させることができる。このため、上部電極１４の反りの影響を受けて半導体素子１２と上部電極１４の間隔が変動しても、半導体素子１２と上部電極１４を良好に接合することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置１０を提供できる。

【0040】

（２）充填孔１６を段構造とした。これにより、充填孔１６の容積を容易に拡大することができる。
（３）半導体素子１２と上部電極１４の間隔の変動を、充填孔１６における半田の充填量に応じて半田が充填されない空間Ｓ２の容積を変動させることで吸収する。したがって、半導体素子１２と上部電極１４を良好に接合することができる。

【0041】

（４）半導体素子１２と上部電極１４の間隔が変動しても半導体素子１２と上部電極１４を良好に接合する方法としては、半導体素子１２と上部電極１４の間隔を都度測定し、その測定結果に応じて最適量の半田を充填する方法が考えられる。しかし、この方法の場合は、半導体素子１２と上部電極１４を接合するまでの工程が複雑化するとともに、接合するまでに要する時間も長くなる。その結果、製造コストの増加を招くことになる。これに対し、本実施形態では、半導体素子１２と上部電極１４の間隔の変動を、充填孔１６における半田の充填量に応じて半田が充填されない空間Ｓ２の容積を変動させることで吸収する。したがって、半導体素子１２と上部電極１４を接合する工程が複雑化することなく、半導体装置１０の製造コストの増加を抑制できる。

【0042】

（５）また、上部電極１４に形成した充填孔１６によって半導体素子１２と上部電極１４の間隔のバラツキを吸収するので、上部電極１４の精度を向上させる必要がない。つまり、従前と同様に上部電極１４を製造すれば良く、また反りを考慮して製造する必要もない。したがって、上部電極１４の製造コストの増加を抑制できる。また、半導体装置１０の製造コストの増加を抑制できる。

【0043】

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図５及び図６にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

【0044】

本実施形態の上部電極１４は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、上部電極１４を構成する金属板を折り返すことによって形成される。すなわち、本実施形態の上部電極１４は、図５（ｂ）に示すように、折り返し部２５を有する。そして、上部電極１４において充填孔１６は、折り返し部２５に連設する金属板の重合板部２６に形成される。なお、重合板部２６は、折り返しによって上部電極１４を構成する金属板同士が重なり合った部位である。

【0045】

上部電極１４には、図５（ａ）に示すように、折り返し前に第１孔部１７と第２孔部１８を並設した状態で形成する。そして、第１孔部１７と第２孔部１８の間で、第１孔部１７と第２孔部１８を重ねるように上部電極１４を折り返すことで、図５（ｂ）に示すように第１孔部１７と第２孔部１８を積み上げた充填孔１６が形成される。すなわち、上部電極１４には、図６に示すように、第１孔部１７と第２孔部１８を積み上げた段構造の充填孔１６が形成される。本実施形態の充填孔１６は、第１の実施形態の充填孔１６と同一作用を生じさせる。

【0046】

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（５）に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（６）上部電極１４を折り返すことで充填孔１６を形成した。上部電極１４を折り返すことで、充填孔１６の深さを増加させることができる。このため、充填孔１６の容積を容易に拡大することができる。

【0047】

なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 充填孔１６を平面視した時の形状は、多角形（正方形、長方形、三角形、菱形）、円、楕円など、任意の形状に変更しても良い。また、第１孔部１７と第２孔部１８の平面視形状は同じでも良いし、異なっていても良い。

【0048】

○ 上部電極１４のサイズ（板厚など）や、充填孔１６のサイズは、任意に変更しても良い。
○ 充填孔１６は、無段差状に形成しても良い。具体的に例示すれば、充填孔１６をすり鉢状に形成しても良い。すり鉢状とは、上部電極１４の上面から下面に向かって開口幅を小さくし、充填孔１６の周面を斜状とした形状である。

【0049】

○ 第１孔部１７を形成した金属板と第２孔部１８を形成した金属板を貼り合わすことによって上部電極１４を形成しても良い。この場合は、２枚の金属板を貼り合わすので、２枚の金属板の板厚を任意に設定することができる。すなわち、２枚の金属板の板厚を、同一厚み、又は異なる厚みとすることができる。したがって、充填孔１６の容積設定の自由度を広げるとともに、所望の板厚を容易に設定することができる。

【0050】

○ 上部電極１４の充填孔１６は、削り出しによって形成しても良い。また、上部電極１４は、充填孔１６を有するように鋳造などによって形成しても良い。
○ 基板１１の下部にヒートシンクなどの冷却装置を設けても良い。

【0051】

○ 半導体素子１２は、基板１１に代えてヒートスプレッダに接合しても良い。
○ 半導体素子１２は、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、又はダイオードでも良い。
○ 第１の接合層１３の接合材は、半田、又は導電性接着剤の何れを用いても良い。

【0052】

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記バッファ部は、前記半導体素子と前記電極用金属板の間隔が予め定めた最大間隔である場合、空又はほぼ空の状態となる一方で、前記間隔が予め定めた最小間隔である場合には満杯又はほぼ満杯の状態になることを特徴とする半導体装置。

【0053】

（ロ）半導体素子から離間配置させた電極用金属板を導電性の接合材を用いて前記半導体素子に接合する半導体装置の製造方法において、前記電極用金属板を、前記接合材が充填される充填部と前記接合材が充填されないバッファ部によって構成されるとともに板厚方向に貫通する孔状部を有した電極用金属板とし、当該電極用金属板を前記半導体素子の上面に予め定めた距離だけ離間配置させた後に前記孔状部を通じて前記半導体素子の上面に予め定めた一定量の接合材を充填することを特徴とする半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0054】

１０…半導体装置、１２…半導体素子、１４…上部電極、１５…第２の接合層、１６…充填孔、１７…第１孔部、１８…第２孔部、２５…折り返し部、２６…重合板部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】