(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023183160
(43)【公開日】2023-12-27
(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/52 20060101AFI20231220BHJP
【ＦＩ】
H01L21/52 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022096639
(22)【出願日】2022-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100106149
【弁理士】
【氏名又は名称】矢作 和行
(74)【代理人】
【識別番号】100121991
【弁理士】
【氏名又は名称】野々部 泰平
(74)【代理人】
【識別番号】100145595
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴則
(72)【発明者】
【氏名】平野 敬洋
【テーマコード（参考）】
5F047
【Ｆターム（参考）】
5F047AA03
5F047AB03
5F047BA01
(57)【要約】
【課題】ワイヤ片を用いなくてもはんだ厚を確保できる半導体装置およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体装置は、エミッタ電極４２およびコレクタ電極４３を有する半導体素子４０、コレクタ電極に電気的に接続された配線部材６０、配線部材の対向面とコレクタ電極との間に介在するはんだ９３を備える。半導体素子は、コレクタ電極側に凸の反りを有する。配線部材の対向面は、底壁部６１と、底壁部の外周端からＺ方向の上方に延び、底壁部とともに領域６３を規定する環状の側壁部６２を有する。環状の側壁部は、Ｚ方向の平面視において領域が半導体素子を内包するように設けられる。はんだは領域内に配置されて側壁部との間にフィレットを形成し、はんだの表面が底壁部側に凸の形状をなしている。
【選択図】図８
【解決手段】半導体装置は、エミッタ電極４２およびコレクタ電極４３を有する半導体素子４０、コレクタ電極に電気的に接続された配線部材６０、配線部材の対向面とコレクタ電極との間に介在するはんだ９３を備える。半導体素子は、コレクタ電極側に凸の反りを有する。配線部材の対向面は、底壁部６１と、底壁部の外周端からＺ方向の上方に延び、底壁部とともに領域６３を規定する環状の側壁部６２を有する。環状の側壁部は、Ｚ方向の平面視において領域が半導体素子を内包するように設けられる。はんだは領域内に配置されて側壁部との間にフィレットを形成し、はんだの表面が底壁部側に凸の形状をなしている。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面電極（４２）と、前記表面電極の形成面とは板厚方向において反対の面に形成された裏面電極（４３）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記裏面電極に対向する対向面（６０ａ）を有し、前記裏面電極に電気的に接続された配線部材（６０）と、
前記配線部材の前記対向面と前記裏面電極との間に介在し、前記配線部材と前記裏面電極とを接合するはんだ（９３）と、
を備え、
前記半導体素子は、前記裏面電極側に凸の反りを有し、
前記配線部材の前記対向面は、底壁部（６１）と、前記底壁部の外周端から前記板厚方向の上方に延び、前記底壁部とともに領域（６３）を規定する環状の側壁部（６２）と、を有し、
環状の前記側壁部は、前記板厚方向の平面視において前記領域が前記半導体素子を内包するように設けられ、
前記はんだは、前記領域内に配置されて前記側壁部との間にフィレットを形成し、
前記はんだの表面が、前記底壁部側に凸の形状をなしている、半導体装置。
前記裏面電極に対向する対向面（６０ａ）を有し、前記裏面電極に電気的に接続された配線部材（６０）と、
前記配線部材の前記対向面と前記裏面電極との間に介在し、前記配線部材と前記裏面電極とを接合するはんだ（９３）と、
を備え、
前記半導体素子は、前記裏面電極側に凸の反りを有し、
前記配線部材の前記対向面は、底壁部（６１）と、前記底壁部の外周端から前記板厚方向の上方に延び、前記底壁部とともに領域（６３）を規定する環状の側壁部（６２）と、を有し、
環状の前記側壁部は、前記板厚方向の平面視において前記領域が前記半導体素子を内包するように設けられ、
前記はんだは、前記領域内に配置されて前記側壁部との間にフィレットを形成し、
前記はんだの表面が、前記底壁部側に凸の形状をなしている、半導体装置。
【請求項2】
前記底壁部および前記側壁部は、前記対向面において周囲部分に対して凹んだ凹部（６４）の壁面である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記側壁部は、前記対向面において周囲部分から突出する環状の突出部（６５）の内周面である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記側壁部は、前記板厚方向の平面視において矩形状である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記はんだの表面のうち、前記側壁部との接合位置は、前記裏面電極の全域よりも前記底壁部を基準として上方に位置する、請求項１～４いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項6】
表面電極（４２）と、前記表面電極の形成面とは板厚方向において反対の面に形成された裏面電極（４３）と、を備え、前記裏面電極側に凸の反りを有する半導体素子（４０）、および、配線部材（６０）を準備すること、
前記配線部材の対向面（６０ａ）上に溶融はんだ（９３Ｓ）を塗布すること、
前記裏面電極が前記溶融はんだに接触するように前記半導体素子を前記溶融はんだ上に配置し、前記裏面電極と前記配線部材とを接合すること、
を備え、
底壁部（６１）と、前記底壁部の外周端から前記板厚方向の上方に延びて前記底壁部とともに領域（６３）を規定し、前記板厚方向の平面視において前記領域が前記半導体素子を内包するように設けられた環状の側壁部（６２）と、を前記対向面に有する前記配線部材を準備し、
前記溶融はんだを、前記領域内に塗布し、
塗布した前記溶融はんだが、前記側壁部を上方に濡れ上がって前記側壁部との間にフィレットを形成し、前記溶融はんだの表面が前記底壁部側に凸の形状を形成し、
前記底壁部側に凸の形状を有する前記溶融はんだの表面上に前記半導体素子を配置して接合する、半導体装置の製造方法。
前記配線部材の対向面（６０ａ）上に溶融はんだ（９３Ｓ）を塗布すること、
前記裏面電極が前記溶融はんだに接触するように前記半導体素子を前記溶融はんだ上に配置し、前記裏面電極と前記配線部材とを接合すること、
を備え、
底壁部（６１）と、前記底壁部の外周端から前記板厚方向の上方に延びて前記底壁部とともに領域（６３）を規定し、前記板厚方向の平面視において前記領域が前記半導体素子を内包するように設けられた環状の側壁部（６２）と、を前記対向面に有する前記配線部材を準備し、
前記溶融はんだを、前記領域内に塗布し、
塗布した前記溶融はんだが、前記側壁部を上方に濡れ上がって前記側壁部との間にフィレットを形成し、前記溶融はんだの表面が前記底壁部側に凸の形状を形成し、
前記底壁部側に凸の形状を有する前記溶融はんだの表面上に前記半導体素子を配置して接合する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、表面電極および裏面電極を有する半導体素子と、接合部材を介して裏面電極に接続された配線部材を備える半導体装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－６１３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１では、溶融はんだを塗布するソルダダイボンド法を用いて半導体装置を形成する。反りを有する半導体素子と配線部材との間に介在するはんだについて所望の厚みを確保するために、配線部材の表面にワイヤ片を配置している。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、半導体装置およびその製造方法にはさらなる改良が求められている。
【0005】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ワイヤ片を用いなくてもはんだ厚を確保できる半導体装置およびその製造方法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】
【0006】
ここに開示された半導体装置は、
表面電極（４２）と、表面電極の形成面とは板厚方向において反対の面に形成された裏面電極（４３）と、を有する半導体素子（４０）と、
裏面電極に対向する対向面（６０ａ）を有し、裏面電極に電気的に接続された配線部材（６０）と、
配線部材の対向面と裏面電極との間に介在し、配線部材と裏面電極とを接合するはんだ（９３）と、
を備え、
半導体素子は、裏面電極側に凸の反りを有し、
配線部材の対向面は、底壁部（６１）と、底壁部の外周端から板厚方向の上方に延び、底壁部とともに領域（６３）を規定する環状の側壁部（６２）と、を有し、
環状の側壁部は、板厚方向の平面視において領域が半導体素子を内包するように設けられ、
はんだは、領域内に配置されて側壁部との間にフィレットを形成し、
はんだの表面が、底壁部側に凸の形状をなしている。
表面電極（４２）と、表面電極の形成面とは板厚方向において反対の面に形成された裏面電極（４３）と、を有する半導体素子（４０）と、
裏面電極に対向する対向面（６０ａ）を有し、裏面電極に電気的に接続された配線部材（６０）と、
配線部材の対向面と裏面電極との間に介在し、配線部材と裏面電極とを接合するはんだ（９３）と、
を備え、
半導体素子は、裏面電極側に凸の反りを有し、
配線部材の対向面は、底壁部（６１）と、底壁部の外周端から板厚方向の上方に延び、底壁部とともに領域（６３）を規定する環状の側壁部（６２）と、を有し、
環状の側壁部は、板厚方向の平面視において領域が半導体素子を内包するように設けられ、
はんだは、領域内に配置されて側壁部との間にフィレットを形成し、
はんだの表面が、底壁部側に凸の形状をなしている。
【0007】
開示の半導体装置によれば、配線部材の対向面に、領域を規定する底壁部および環状の側壁部を設けることで、はんだの表面が底壁部側に凸の形状となる。半導体素子の反りの凸方向と、はんだ表面の凸方向が一致する。これにより、接合時に半導体素子の傾きが生じるのを抑制し、ワイヤ片を用いなくても所望のはんだ厚を確保することができる。
【0008】
ここに開示された半導体装置の製造方法は、
表面電極（４２）と、表面電極の形成面とは板厚方向において反対の面に形成された裏面電極（４３）と、を備え、裏面電極側に凸の反りを有する半導体素子（４０）、および、配線部材（６０）を準備すること、
配線部材の対向面（６０ａ）上に溶融はんだ（９３Ｓ）を塗布すること、
裏面電極が溶融はんだに接触するように半導体素子を溶融はんだ上に配置し、裏面電極と配線部材とを接合すること、
を備え、
底壁部（６１）と、底壁部の外周端から板厚方向の上方に延びて底壁部とともに領域（６３）を規定し、板厚方向の平面視において領域が半導体素子を内包するように設けられた環状の側壁部（６２）と、を対向面に有する配線部材を準備し、
溶融はんだを、領域内に塗布し、
塗布した溶融はんだが、側壁部を上方に濡れ上がって側壁部との間にフィレットを形成し、溶融はんだの表面が底壁部側に凸の形状を形成し、
底壁部側に凸の形状を有する溶融はんだの表面上に半導体素子を配置して接合する。
表面電極（４２）と、表面電極の形成面とは板厚方向において反対の面に形成された裏面電極（４３）と、を備え、裏面電極側に凸の反りを有する半導体素子（４０）、および、配線部材（６０）を準備すること、
配線部材の対向面（６０ａ）上に溶融はんだ（９３Ｓ）を塗布すること、
裏面電極が溶融はんだに接触するように半導体素子を溶融はんだ上に配置し、裏面電極と配線部材とを接合すること、
を備え、
底壁部（６１）と、底壁部の外周端から板厚方向の上方に延びて底壁部とともに領域（６３）を規定し、板厚方向の平面視において領域が半導体素子を内包するように設けられた環状の側壁部（６２）と、を対向面に有する配線部材を準備し、
溶融はんだを、領域内に塗布し、
塗布した溶融はんだが、側壁部を上方に濡れ上がって側壁部との間にフィレットを形成し、溶融はんだの表面が底壁部側に凸の形状を形成し、
底壁部側に凸の形状を有する溶融はんだの表面上に半導体素子を配置して接合する。
【0009】
開示の半導体装置の製造方法によれば、配線部材の対向面に、領域を規定する底壁部および環状の側壁部を設け、領域内に溶融はんだを塗布する。溶融はんだは、側壁部を濡れ上がり、表面が底壁部側に凸の形状をなす。そして、底壁部側に凸の形状をなす溶融はんだの表面上に、裏面電極側に凸の反りをなす半導体素子を配置して接合する。半導体素子の反りの凸方向と、溶融はんだ表面の凸方向が一致するため、安定して接合できる。これにより、接合時に半導体素子の傾きが生じるのを抑制し、ワイヤ片を用いなくても所望のはんだ厚を確保することができる。
【0010】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態に係る半導体装置が適用される車両の駆動システムの概略構成を示す図である。
【図2】第１実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図5】半導体素子を示す平面図である。
【図6】コレクタ電極側の配線部材を示す平面図である。
【図7】配線部材の断面図である。
【図8】配線部材と半導体素子の接続構造を示す断面図である。
【図9】製造方法を示す断面図である。
【図10】製造方法の参考例を示す断面図である。
【図11】第２実施形態に係る半導体装置において、コレクタ電極側の配線部材を示す平面図である。
【図12】配線部材の断面図である。
【図13】配線部材と半導体素子の接続構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【0013】
本実施形態の半導体装置は、たとえば、回転電機を駆動源とする移動体の電力変換装置に適用される。移動体は、たとえば、電気自動車（ＢＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）などの電動車両、電動垂直離着陸機やドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。以下では、車両に適用される例について説明する。
【0014】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。
先ず、図１に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。
【0015】
＜車両の駆動システム＞
図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３と、電力変換装置４を備えている。
図１に示すように、車両の駆動システム１は、直流電源２と、モータジェネレータ３と、電力変換装置４を備えている。
【0016】
直流電源２は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ３は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ３は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。モータジェネレータ３は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置４は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で電力変換を行う。
【0017】
＜電力変換装置＞
次に、図１に基づき、電力変換装置４の回路構成について説明する。電力変換装置４は、電力変換回路を備えている。図１に示すように電力変換装置４は、平滑コンデンサ５と、電力変換回路であるインバータ６を備えている。
次に、図１に基づき、電力変換装置４の回路構成について説明する。電力変換装置４は、電力変換回路を備えている。図１に示すように電力変換装置４は、平滑コンデンサ５と、電力変換回路であるインバータ６を備えている。
【0018】
平滑コンデンサ５は、主として、直流電源２から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ５は、高電位側の電力ラインであるＰライン７と低電位側の電力ラインであるＮライン８とに接続されている。Ｐライン７は直流電源２の正極に接続され、Ｎライン８は直流電源２の負極に接続されている。平滑コンデンサ５の正極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｐライン７に接続されている。同じく負極は、直流電源２とインバータ６との間において、Ｎライン８に接続されている。平滑コンデンサ５は、直流電源２に並列に接続されている。
【0019】
インバータ６は、ＤＣ－ＡＣ変換回路である。インバータ６は、図示しない制御回路によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ３へ出力する。これにより、モータジェネレータ３は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ６は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ３が発電した三相交流電圧を、制御回路によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Ｐライン７へ出力する。このように、インバータ６は、直流電源２とモータジェネレータ３との間で双方向の電力変換を行う。
【0020】
インバータ６は、三相分の上下アーム回路９を備えて構成されている。上下アーム回路９は、レグと称されることがある。上下アーム回路９は、上アーム９Ｈと、下アーム９Ｌをそれぞれ有している。上アーム９Ｈと下アーム９Ｌは、上アーム９ＨをＰライン７側として、Ｐライン７とＮライン８との間で直列接続されている。上アーム９Ｈと下アーム９Ｌとの接続点は、出力ライン１０を介して、モータジェネレータ３における対応する相の巻線３ａに接続されている。インバータ６は、６つのアームを有している。Ｐライン７、Ｎライン８、および出力ライン１０それぞれの少なくとも一部は、たとえばバスバーなどの導電部材により構成されている。
【0021】
各アームを構成する素子は、スイッチング素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１１（以下、ＩＧＢＴ１１と示す）と、還流用のダイオード１２を備えている。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴ１１を採用している。ダイオード１２は、対応するＩＧＢＴ１１に対して逆並列に接続されている。上アーム９Ｈにおいて、ＩＧＢＴ１１のコレクタが、Ｐライン７に接続されている。下アーム９Ｌにおいて、ＩＧＢＴ１１のエミッタが、Ｎライン８に接続されている。そして、上アーム９ＨにおけるＩＧＢＴ１１のエミッタと、下アーム９ＬにおけるＩＧＢＴ１１のコレクタが相互に接続されている。ダイオード１２のアノードは対応するＩＧＢＴ１１のエミッタに接続され、カソードはコレクタに接続されている。
【0022】
電力変換装置４は、電力変換回路として、コンバータをさらに備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣ変換回路である。コンバータは、直流電源２と平滑コンデンサ５との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した上下アーム回路９を備えて構成される。この構成によれば、昇降圧が可能である。電力変換装置４は、直流電源２からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源２とコンバータとの間に設けられる。
【0023】
電力変換装置４は、インバータ６などを構成するスイッチング素子の駆動回路を備えてもよい。駆動回路は、制御回路の駆動指令に基づいて、対応するアームのＩＧＢＴ１１のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路は、駆動電圧の印加により、対応するＩＧＢＴ１１を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路は、ドライバと称されることがある。
【0024】
電力変換装置４は、スイッチング素子の制御回路を備えてもよい。制御回路は、ＩＧＢＴ１１を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路に出力する。制御回路は、図示しない上位ＥＣＵから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電流センサは、各相の巻線３ａに流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ３の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ５の両端電圧を検出する。制御回路は、駆動指令として、たとえばＰＷＭ信号を出力する。制御回路は、たとえばプロセッサとメモリを備えて構成されている。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。
【0025】
＜半導体装置＞
次に、図２～図５に基づき、半導体装置の概略構成について説明する。図２は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図２は、半導体装置の上面視平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う断面図である。図５は、半導体素子を示す平面図である。
次に、図２～図５に基づき、半導体装置の概略構成について説明する。図２は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図２は、半導体装置の上面視平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は、図２のIV-IV線に沿う断面図である。図５は、半導体素子を示す平面図である。
【0026】
以下において、半導体素子（半導体基板）の板厚方向をＺ方向とする。Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向とする。Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向とする。特に断わりのない限り、Ｚ方向から平面視した形状、換言すればＸ方向およびＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を平面形状とする。また、Ｚ方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。
【0027】
図２～図４に示すように、半導体装置２０は、封止体３０と、半導体素子４０と、配線部材５０、６０と、導電スペーサ７０と、外部接続端子８０を備えている。半導体装置２０は、さらにボンディングワイヤ９０と、はんだ９１～９３を備えている。半導体装置２０は、上記したアームのひとつを構成する。すなわち、２つの半導体装置２０により、一相分の上下アーム回路９が構成される。
【0028】
封止体３０は、半導体装置２０を構成する他の要素の一部を封止している。他の要素の残りの部分は、封止体３０の外に露出している。封止体３０は、たとえば樹脂を材料とする。樹脂の一例は、エポキシ系樹脂である。封止体３０は、樹脂を材料として、たとえばトランスファモールド法により成形されている。このような封止体３０は、封止樹脂体、モールド樹脂、樹脂成形体などと称されることがある。封止体３０は、たとえばゲルを用いて形成されてもよい。ゲルは、たとえば一対の配線部材５０、６０の対向領域に充填（配置）される。
【0029】
図２～図４に示すように、封止体３０は平面略矩形状をなしている。封止体３０は、外郭をなす表面として、一面３０ａと、Ｚ方向において一面３０ａとは反対の面である裏面３０ｂを有している。一面３０ａおよび裏面３０ｂは、たとえば略平坦な面である。また、一面３０ａおよび裏面３０ｂに連なる側面３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを有している。側面３０ｃは、外部接続端子８０のうち、主端子８１、８２が突出する面である。側面３０ｄは、Ｙ方向において側面３０ｃとは反対の面である。側面３０ｄは、信号端子８３が突出する面である。側面３０ｅ、３０ｆは、外部接続端子８０が突出していない面である。側面３０ｅは、Ｘ方向において側面３０ｆとは反対の面である。
【0030】
半導体素子４０は、半導体基板４１と、エミッタ電極４２と、コレクタ電極４３と、パッド４４を備えている。半導体素子４０は、半導体チップと称されることがある。半導体基板４１は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体などを材料とし、縦型素子が形成されてなる。ワイドバンドギャップ半導体としては、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンドがある。
【0031】
縦型素子は、半導体基板４１（半導体素子４０）の板厚方向、すなわちＺ方向に主電流を流すように構成されている。本実施形態の縦型素子は、ひとつのアームを構成するＩＧＢＴ１１およびダイオード１２である。縦型素子は、ダイオード１２が逆並列に接続されたＩＧＢＴ、つまりＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴである。縦型素子は、通電により発熱する発熱素子である。半導体基板４１には、図示しないゲート電極が形成されている。ゲート電極は、たとえばトレンチ構造をなしている。
【0032】
半導体基板４１は、主電極が設けられる板面として、表面４１ａおよび裏面４１ｂを有している。表面４１ａは、半導体基板４１において封止体３０の一面３０ａ側の面である。裏面４１ｂは、表面４１ａとは板厚方向において反対の面である。主電極のひとつであるエミッタ電極４２は、半導体基板４１の表面４１ａ上に配置されている。主電極の他のひとつであるコレクタ電極４３は、半導体基板４１の裏面４１ｂ上に配置されている。エミッタ電極４２が表面電極に相当し、コレクタ電極４３が裏面電極に相当する。
【0033】
ＩＧＢＴ１１がオンすることで、主電極間、つまりエミッタ電極４２とコレクタ電極４３との間に、電流（主電流）が流れる。エミッタ電極４２は、ダイオード１２のアノード電極を兼ねている。コレクタ電極４３は、ダイオード１２のカソード電極を兼ねている。コレクタ電極４３は、半導体基板４１の裏面４１ｂのほぼ全体に形成されている。エミッタ電極４２は、半導体基板４１の表面４１ａの一部分に形成されている。
【0034】
パッド４４は、信号用の電極である。パッド４４は、半導体基板４１の表面４１ａにおいて、エミッタ電極４２の形成領域とは異なる領域に形成されている。パッド４４は、Ｙ方向において、エミッタ電極４２の形成領域とは反対側の端部に形成されている。パッド４４は、Ｙ方向においてエミッタ電極４２と並んで設けられている。パッド４４の個数は特に限定されない。パッド４４は、ゲート電極用のパッドを少なくとも含む。一例として図５に示すように、半導体素子４０は５つのパッド４４を有している。具体的には、ゲート電極用、エミッタ電位の検出用、半導体素子４０が備える図示しない感温ダイオードのカソード電位検出用、同じくアノード電位検出用、電流センス用を有している。５つのパッド４４は、Ｘ方向に沿って並んでいる。
【0035】
配線部材５０は、エミッタ電極４２に電気的に接続され、配線機能を提供する。同様に、配線部材６０は、コレクタ電極４３に電気的に接続され、配線機能を提供する。配線部材５０、６０は、Ｚ方向において、半導体素子４０を挟むように配置されている。配線部材５０、６０は、Ｚ方向において互いに少なくとも一部が対向するように配置されている。配線部材５０、６０は、平面視において半導体素子４０を内包している。
【0036】
配線部材５０、６０は、半導体素子４０の生じた熱を放熱する放熱機能を提供する。配線部材５０、６０は、放熱板、ヒートシンクなどと称されることがある。本実施形態の配線部材５０、６０は、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの導電性が良好な金属を材料とする金属板である。金属板は、たとえばリードフレームの一部として提供される。金属板に代えて、絶縁基材の両面に金属体が配置された基板を採用してもよい。配線部材５０、６０は、表面に、ＮｉやＡｕなどのめっき膜を備えてもよい。
【0037】
配線部材５０は、半導体素子４０側の面である対向面５０ａと、対向面５０ａとは反対の面である裏面５０ｂを有している。同様に、配線部材６０も、対向面６０ａと裏面６０ｂを有している。配線部材５０、６０は、たとえば平面略矩形状をなしている。配線部材５０、６０それぞれの裏面５０ｂ、６０ｂは、封止体３０から露出している。裏面５０ｂ、６０ｂは、放熱面、露出面などと称されることがある。配線部材５０の裏面５０ｂは、封止体３０の一面３０ａと略面一である。配線部材６０の裏面６０ｂは、封止体３０の裏面３０ｂと略面一である。配線部材６０の構造詳細については後述する。
【0038】
導電スペーサ７０は、半導体素子４０と配線部材５０の間に介在している。導電スペーサ７０は、半導体素子４０と配線部材５０との間に所定の間隔を確保するスペーサ機能を提供する。たとえば導電スペーサ７０は、半導体素子４０のパッド４４に、対応する信号端子８３を電気的に接続するための高さを確保する。導電スペーサ７０は、半導体素子４０のエミッタ電極４２と配線部材５０との電気伝導、熱伝導経路の途中に位置し、配線機能および放熱機能を提供する。
【0039】
導電スペーサ７０は、Ｃｕなどの導電性、熱伝導性が良好な金属材料を含んでいる。導電スペーサ７０は、表面にめっき膜を備えてもよい。導電スペーサ７０は、ターミナル、ターミナルブロック、金属ブロック体などと称されることがある。本実施形態の導電スペーサ７０は、平面略矩形状をなす柱状体である。導電スペーサ７０は、Ｚ方向の両端に、エミッタ電極４２に対向する対向面７０ａと、配線部材５０に対向する対向面７０ｂを有している。
【0040】
外部接続端子８０は、半導体装置２０を外部機器と電気的に接続するための端子である。外部接続端子８０は、銅などの導電性が良好な金属材料を用いて形成されている。外部接続端子８０は、たとえば板材である。外部接続端子８０は、リードと称されることがある。外部接続端子８０は、主端子８１、８２と、信号端子８３を備えている。主端子８１、８２は、半導体素子４０の主電極に電気的に接続された外部接続端子８０である。
【0041】
主端子８１は、エミッタ電極４２に電気的に接続されている。主端子８１は、エミッタ端子と称されることがある。主端子８１は、配線部材５０を介して、エミッタ電極４２に接続されている。主端子８１は、配線部材５０におけるＹ方向の一端に連なっている。主端子８１の厚みは、配線部材５０よりも薄い。主端子８１は、たとえば対向面５０ａと略面一となるように、配線部材５０に連なっている。主端子８１は、配線部材５０に対して連続して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接合により連なってもよい。
【0042】
本実施形態の主端子８１は、リードフレームの一部として、配線部材５０と一体的に設けられている。主端子８１は、配線部材５０からＹ方向に延び、封止体３０の側面３０ｃから外部に突出している。主端子８１は、封止体３０により覆われる部分の途中に屈曲部を有し、側面３０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。
【0043】
主端子８２は、コレクタ電極４３に電気的に接続されている。主端子８２は、コレクタ端子と称されることがある。主端子８２は、配線部材６０を介して、コレクタ電極４３に接続されている。主端子８２は、配線部材６０におけるＹ方向の一端に連なっている。主端子８２の厚みは、配線部材６０よりも薄い。主端子８２は、たとえば、対向面６０ａと略面一となるように配線部材６０に連なっている。主端子８２は、配線部材６０に対して連続して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接合により連なってもよい。
【0044】
本実施形態の主端子８２は、主端子８１とは別のリードフレームの一部として、配線部材６０と一体的に設けられている。主端子８２は、配線部材６０からＹ方向に延び、主端子８１と同じ側面３０ｃから外部に突出している。主端子８２も、封止体３０により覆われる部分の途中に屈曲部を有し、側面３０ｃにおいてＺ方向の中央付近から突出している。２本の主端子８１、８２は、側面同士が対向するようにＸ方向に並んで配置されている。
【0045】
信号端子８３は、半導体素子４０の対応するパッド４４に電気的に接続されている。信号端子８３は、ボンディングワイヤ９０を介してパッド４４に電気的に接続されている。信号端子８３は、Ｙ方向に延び、封止体３０の側面３０ｄから外部に突出している。本実施形態の半導体装置２０は、パッド４４に対応して５本の信号端子８３を備えている。５本の信号端子８３は、Ｘ方向に並んで配置されている。信号端子８３は、たとえば配線部材６０および主端子８２と共通のリードフレームに構成されている。複数の信号端子８３は、図示しないタイバーをカットすることで、互いに電気的に分離されている。
【0046】
はんだ９１は、半導体素子４０のエミッタ電極４２と導電スペーサ７０との間に介在し、エミッタ電極４２と導電スペーサ７０とを接合している。はんだ９１は、素子上はんだと称されることがある。はんだ９２は、導電スペーサ７０と配線部材５０との間に介在し、導電スペーサ７０と配線部材５０とを接合している。はんだ９２は、スペーサ上はんだと称されることがある。はんだ９３は、半導体素子４０のコレクタ電極４３と配線部材６０との間に介在し、コレクタ電極４３と配線部材６０とを接合している。はんだ９３は、素子下はんだと称されることがある。はんだ９１～９３は、互いに共通の材料を用いてもよいし、互いに異なる材料を用いてもよい。はんだ９１～９３は、たとえばＳｎの他にＳｂやＢｉなどを含む多元系の鉛フリーはんだである。
【0047】
上記したように、半導体装置２０では、封止体３０によってひとつのアームを構成する半導体素子４０が封止されている。封止体３０は、半導体素子４０、配線部材５０の一部、配線部材６０の一部、導電スペーサ７０、および外部接続端子８０それぞれの一部を、一体的に封止している。
【0048】
半導体素子４０は、Ｚ方向において配線部材５０、６０の間に配置されている。半導体素子４０は、対向配置された配線部材５０、６０によって挟まれている。これにより、半導体素子４０の熱を、Ｚ方向において両側に放熱することができる。半導体装置２０は、両面放熱構造をなしている。配線部材５０の裏面５０ｂは、封止体３０の一面３０ａと略面一となっている。配線部材６０の裏面６０ｂは、封止体３０の裏面３０ｂと略面一となっている。裏面５０ｂ、６０ｂが露出面であるため、放熱性を高めることができる。
【0049】
【0050】
上記したように、表面電極であるエミッタ電極４２は、半導体基板４１の表面４１ａの一部に形成されている。裏面電極であるコレクタ電極４３は、半導体基板４１の裏面４１ｂのほぼ全域に形成されている。コレクタ電極４３は、エミッタ電極４２よりも面積が大きい。
【0051】
エミッタ電極４２は、ＡｌＳｉなどのＡｌ系材料を用いて半導体基板の表面上に形成された下地電極部と、下地電極部上に形成された接続電極部を有している。下地電極部は、たとえばスパッタ法により形成されている。接続電極部は、めっき法により形成されている。接続電極部は、たとえば下地電極部上に形成されたＮｉ層と、Ｎｉ層上に形成されたＡｕ層を含んでいる。コレクタ電極４３は、スパッタ法により形成されている。コレクタ電極４３は、ＡｌＳｉなどのＡｌ系材料を用いて半導体基板の裏面上に形成されたＡｌ層と、Ａｌ層上に形成されたＮｉ層を含んでいる。めっき法を用いるエミッタ電極４２のほうが、コレクタ電極４３よりも厚い。
【0052】
上記した電極構成により、半導体素子４０には反りが生じる。半導体装置２０において、半導体素子４０はコレクタ電極４３側に凸の反りを有している。半導体素子４０は、配線部材６０（リードフレーム）に実装する段階で反りを有している。なお、上記構成は、反りが生じる構成の一例である。半導体素子４０の構成は、コレクタ電極４３側に凸の反りを有するものであればよい。
【0053】
＜配線部材の構造および接続構造＞
図３、図４、図６～図８に基づき、コレクタ電極４３側の配線部材６０について説明する。図６は、配線部材６０の平面図である。図６では、半導体素子４０と後述する凹部６４との位置関係を示すために、半導体素子４０についても破線で図示している。図７は、配線部材６０の断面図である。図７は、図４に対応している。図８は、半導体装置２０のうち、半導体素子４０と配線部材６０との接続構造を示す断面図である。図８は、図７に対応している。
図３、図４、図６～図８に基づき、コレクタ電極４３側の配線部材６０について説明する。図６は、配線部材６０の平面図である。図６では、半導体素子４０と後述する凹部６４との位置関係を示すために、半導体素子４０についても破線で図示している。図７は、配線部材６０の断面図である。図７は、図４に対応している。図８は、半導体装置２０のうち、半導体素子４０と配線部材６０との接続構造を示す断面図である。図８は、図７に対応している。
【0054】
図３、図４、図６～図８に示すように、配線部材６０は、対向面６０ａに、底壁部６１と環状の側壁部６２を有している。底壁部６１および側壁部６２は、対向面６０ａの一部分である。底壁部６１および側壁部６２は、はんだ９３が配置される領域６３を規定している。
【0055】
環状の側壁部６２は、底壁部６１の外周端に全周で連なっている。側壁部６２は、底壁部６１の外周端からＺ方向の上方に延びている。環状の側壁部６２は、平面視において領域６３が半導体素子４０を内包するように設けられている。つまり平面視において、環状の側壁部６２の内側に半導体素子４０の全域が配置されるように設けられている。平面視において、領域６３の外形輪郭は半導体素子４０の外形輪郭と略一致してもよいし、半導体素子４０の外形輪郭よりも全周で大きくてもよい。領域６３の深さ、つまり底壁部６１を基準とする側壁部６２の上端までの高さは、底壁部６１と半導体素子４０との間に所望のはんだ厚を確保できるように設定されている。
【0056】
はんだ９３は、底壁部６１および側壁部６２により規定される領域６３内に配置され、側壁部６２との間にフィレットを形成している。後述するように、はんだ９３は溶融状態で領域６３内に塗布される。溶融状態のはんだ９３は、底壁部６１および側壁部６２を濡れ拡がる。はんだ９３は、側壁部６２を上方に濡れ上がり、フィレットを形成する。はんだ９３の表面は、底壁部６１側に凸の形状をなしている。はんだ９３の表面は、周囲部分よりも中央部分が凹んだ曲面形状をなしている。以下において、底壁部６１側に凸を、下に凸と示すことがある。
【0057】
側壁部６２の表面は、はんだ９３がフィレットを形成し易いように、つまりはんだ９３の濡れ性を高めるために、加工されてもよい。たとえば側壁部６２に、めっき膜を有してもよい。側壁部６２に、Ｚ方向に沿って延びる複数の縦溝（縦筋）を有してもよい。毛細管現象によって縦溝をはんだ９３が濡れ上がる。縦溝の一例は、後述する凹部６４を形成する際の加工痕である。
【0058】
半導体素子４０は、はんだ９３上に配置されている。半導体素子４０は、上記したようにコレクタ電極４３側に凸の反りを有している。半導体素子４０の凸の方向と、はんだ９３の表面の凸の方向が一致している。コレクタ電極４３は、はんだ９３を介して配線部材６０に接合されている。コレクタ電極４３は、その全域がはんだ９３に接触している。はんだ９３の表面のうち、側壁部６２との接合位置はコレクタ電極４３の全域よりも上方に位置している。一例として、はんだ表面における側壁部６２との接合位置は、側壁部６２の上端である。
【0059】
本実施形態の配線部材６０は、対向面６０ａに凹部６４を有している。凹部６４は、対向面６０ａの一部分が凹んでなる。凹部６４は、対向面６０ａにおける凹部６４の周囲部分に対して凹んでいる。凹部６４は、段差部と称されることがある。凹部６４の底面が底壁部６１をなし、側面が側壁部６２をなしている。凹部６４の提供する凹空間が、領域６３である。
【0060】
凹部６４は、平面略矩形状をなしている。凹部６４の平面形状は、たとえば半導体素子４０の平面形状に相似である。底壁部６１は、平面略矩形状をなしている。底壁部６１は、ＸＹ平面に略平行な平坦面である。側壁部６２は、平面略矩形の環状なしている。側壁部６２は、底壁部６１とのなす角度が略９０度である。平面視において、凹部６４は半導体素子４０を内包している。凹部６４は、半導体素子４０よりも大きい。Ｚ方向において、半導体素子４０の一部は凹部６４内、つまり領域６３内に配置されている。一例としてコレクタ電極４３の全域が、凹部６４内に配置されている。
【0061】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、半導体装置２０の製造方法について説明する。
次に、半導体装置２０の製造方法について説明する。
【0062】
先ず、半導体装置２０を構成する各要素を準備する。具体的には、半導体素子４０、配線部材５０、６０、導電スペーサ７０、および外部接続端子８０を準備する。このとき、上記した凹部６４を有する配線部材６０を準備する。配線部材６０については、たとえば主端子８２および信号端子８３を含むリードフレームとして準備する。
【0063】
次いで、溶融はんだを塗布して接続体を形成する。配線部材６０と半導体素子４０のコレクタ電極４３との間に溶融はんだ（はんだ９３）を配置し、エミッタ電極４２と導電スペーサ７０の対向面７０ａとの間に溶融はんだ（はんだ９１）を配置する。さらに、導電スペーサ７０の対向面７０ｂ上に溶融はんだ（はんだ９２）を配置する。溶融はんだが固化（凝固）することで、半導体素子４０、配線部材６０、および導電スペーサ７０が積層され、一体的に接続された接続体が得られる。このように、ソルダダイボンド法を用いる。
【0064】
なお、両面放熱構造の半導体装置２０は、たとえば図示しない冷却器によってＺ方向の両面側から挟まれる。よって、Ｚ方向において表面の高い平行度と表面間の高い寸法精度が求められる。このため、はんだ９２については、半導体装置２０の高さばらつきを吸収可能な量を配置する。すなわち、はんだ９１、９３よりも多めのはんだ９２を配置する。
【0065】
次いで、ボンディングワイヤ９０により、半導体素子４０のパッド４４と信号端子８３とを接続する。
【0066】
次いで、リフローにより、配線部材５０と導電スペーサ７０とを接続する。たとえば対向面５０ａが上になるように、配線部材５０を図示しない台座上に配置する。また、はんだ９２が配線部材５０の対向面５０ａと対向するように、上記した接続体を配線部材５０上に積層配置する。そして、この積層状態でリフローを実施する。
【0067】
リフローでは、配線部材６０側からＺ方向に荷重を加えることで、半導体装置２０の高さが所定高さとなるようにする。詳しくは、荷重を加えることで、図示しない所定長さのスペーサを、配線部材６０の対向面６０ａと台座の載置面との両方に接触させる。このようにして、半導体装置２０の高さが所定高さとなるようにする。
【0068】
はんだのリフローに用いる熱源の位置は特に限定されるものではない。図示しない熱源は、たとえば台座における載置面とは反対の面側に配置される。この配置において、熱源の熱は、台座、配線部材５０を介してはんだ９２に伝わる。熱源からの熱によりはんだ９２が溶融し、配線部材５０と導電スペーサ７０が接続（接合）される。すなわち、エミッタ電極４２と配線部材５０とが電気的に接続される。
【0069】
次いで、封止体３０を形成する。図示を省略するが、本実施形態では、トランスファモールド法により封止体３０を成形する。配線部材５０、６０が完全に被覆されるように封止体３０を成形し、成形後に切削を行う。封止体３０を配線部材５０、６０の一部ごと切削する。これにより、裏面５０ｂ、６０ｂを露出させる。裏面５０ｂは一面３０ａと略面一となり、裏面６０ｂは裏面３０ｂと略面一となる。
【0070】
なお、裏面５０ｂ、６０ｂを成形金型のキャビティ壁面に押し当て、密着させた状態で、封止体３０を成形してもよい。この場合、封止体３０を成形した時点で、裏面５０ｂ、６０ｂが封止体３０から露出する。このため、成形後の切削が不要となる。
【0071】
次いで、タイバーや外周フレームなどリードフレームの不要部分を除去することで、半導体装置２０を得ることができる。
【0072】
【0073】
図９（ａ）に示すように、配線部材６０の対向面６０ａ、具体的には底壁部６１および側壁部６２により規定される領域６３内に、溶融はんだ９３Ｓを塗布する。溶融はんだ９３Ｓは、たとえば転写法を用いて塗布することができる。塗布した溶融はんだ９３Ｓは、対向面６０ａ、具体的には底壁部６１および側壁部６２上を濡れ拡がる。溶融はんだ９３Ｓは、側壁部６２を上方に濡れ上がって側壁部６２との間にフィレットを形成する。一例として、溶融はんだ９３Ｓは、側壁部６２の上端まで濡れ上がる。フィレットの形成により、溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａは、下に凸の形状をなす。表面９３ａは、周囲部分よりも中央部分が凹んだ曲面形状をなす。
【0074】
溶融はんだ９３Ｓの塗布後、半導体素子４０を配置する。図９（ｂ）に示すように、コレクタ電極４３が溶融はんだ９３Ｓに接触するように、コレクタ電極４３を下にして半導体素子４０を溶融はんだ９３Ｓ上に配置する。上記したように、半導体素子４０は、下に凸の反りを有している。半導体素子４０の凸の方向と、溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａの凸の方向が一致するため、溶融はんだ９３Ｓに対するコレクタ電極４３の接地面積が大きくなる。これにより、半導体素子４０の配置が安定化する。
【0075】
溶融はんだ９３Ｓは、コレクタ電極４３の表面上を濡れ拡がる。図９（ｃ）に示すように、溶融はんだ９３Ｓは、コレクタ電極４３の全域に濡れ拡がる。凸の方向が一致するため、溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａの形状が大きく変化することはない。よって、半導体素子４０もほとんど変位しない。溶融はんだ９３Ｓは形状を維持した状態で固化（凝固）し、はんだ９３が半導体素子４０のコレクタ電極４３と配線部材６０とを接合する。半導体素子４０は、はんだ９３の表面形状にしたがって固定される。
【0076】
この接合状態ではんだ９３は、半導体素子４０の中央部分の直下、具体的には反りの頂点付近の直下において最小厚みＴｍｉｎとなる。最小厚みＴｍｉｎを確保できるように、溶融はんだ９３Ｓの塗布量が設定される。はんだ９３の厚みは、半導体素子４０の中央部分において想定的に薄く、中央部分を取り囲む周囲部分において相対的に厚くなる。
【0077】
＜第１実施形態のまとめ＞
図１０は、製造方法の参考例を示す断面図である。参考例では、各要素の符号を、半導体装置２０の関連する要素の符号の末尾にｒを付加したものとしている。図１０は、図９同様、配線部材６０ｒへの溶融はんだ９３Ｓｒの塗布から半導体素子４０ｒの実装までを示している。
図１０は、製造方法の参考例を示す断面図である。参考例では、各要素の符号を、半導体装置２０の関連する要素の符号の末尾にｒを付加したものとしている。図１０は、図９同様、配線部材６０ｒへの溶融はんだ９３Ｓｒの塗布から半導体素子４０ｒの実装までを示している。
【0078】
図１０（ａ）に示すように、参考例では、配線部材６０ｒの対向面６０ａｒが平坦面である。たとえば転写法により、平坦な対向面６０ａｒに溶融はんだ９３Ｓｒを塗布する。溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａｒは、中央部分において周囲部分よりも膨らんだ、上に凸の曲面形状をなす。
【0079】
溶融はんだ９３Ｓｒの塗布後、図１０（ｂ）に示すように半導体素子４０ｒを配置する。半導体素子４０ｒは、下に凸の反りを有している。半導体素子４０ｒの凸の方向は、溶融はんだ９３Ｓｒの表面９３ａｒの凸の方向とは逆である。このため、溶融はんだ９３Ｓｒに対するコレクタ電極４３ｒの接地面積が小さくなり、半導体素子４０ｒの配置が不安定となる。
【0080】
上記したように配置が不安定なため、接合までの過程で、図１０（ｃ）に示すように、半導体素子４０ｒが対向面６０ａｒに対して傾き得る。半導体素子４０ｒが傾くと、たとえば図１０（ｃ）に示すように、外周端付近においてはんだ９３ｒが最小厚みとなる。はんだ９３ｒの外周端には、応力、たとえば熱応力が集中する。傾きが生じると、外周端において所望のはんだ厚を確保できず、外周端にクラックが生じる虞がある。また、半導体素子４０ｒの中央部分の直下においてはんだ９３ｒが厚くなる。つまり、半導体素子４０ｒの中央部分の直下において熱抵抗が大きくなり、放熱性が低下する。また、半導体素子４０ｒの傾きの度合いや向きは常に一定とは限らない。
【0081】
特許文献１に記載の技術のように、配線部材の表面に複数のワイヤ片を配置することで、半導体素子の傾きを抑制し、所望のはんだ厚を確保することが可能である。しかしながら、ワイヤ片を配置する必要がある。
【0082】
本実施形態では、配線部材６０の対向面６０ａに、領域６３を規定する底壁部６１および環状の側壁部６２を設け、領域６３内に溶融はんだ９３Ｓを塗布する。溶融はんだ９３Ｓは、側壁部６２を濡れ上がり、表面９３ａが底壁部６１側に凸の形状をなす。そして、底壁部６１側に凸の形状をなす溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａ上に、コレクタ電極４３側に凸の反りをなす半導体素子４０を配置して接合する。半導体素子４０の反りの凸方向と溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａの凸方向が一致するため、安定して接合できる。これにより、接合時に半導体素子４０の傾きが生じるのを抑制し、ワイヤ片を用いなくても所望のはんだ厚を確保することができる。
【0083】
また、半導体素子４０の中央部分の直下、理想的には反りの頂点の直下において最小厚みＴｍｉｎとなる。これにより、熱抵抗を小さくし、放熱性を確保することができる。はんだ９３の厚みは、周囲部分において中央部分よりも厚くなる。よって、応力集中により外周端にクラックが生じるのを抑制することができる。上記したようにはんだ厚を制御できるため、はんだ厚設計を簡素化することができる。
【0084】
また、セルフアライメント効果により、配線部材６０に対する半導体素子４０の実装位置の精度を高めることができる。
【0085】
対向面６０ａに設けられる底壁部６１および側壁部６２は、特に限定されない。一例として本実施形態では、対向面６０ａに設けた凹部６４が、底壁部６１および側壁部６２を提供する。凹部６４は、プレス加工などにより形成が可能である。よって、上記した効果を安価な構成で実現できる。
【0086】
側壁部６２の平面形状は、特に限定されない。側壁部６２は、環状の内側に半導体素子４０を内包できる大きさを有していればよい。たとえば側壁部６２の平面形状を円形としてもよい。一例として本実施形態では、側壁部６２の平面形状を矩形状としている。これにより、溶融はんだ９３Ｓに配置された半導体素子４０の回転ずれを抑制することができる。回転ずれとは、半導体素子４０がＺ方向に略平行な軸周りに回転することで生じる位置ずれである。
【0087】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、底壁部６１および側壁部６２を提供するために、対向面６０ａに凹部６４を設けた。これに代えて、対向面６０ａに環状の突出部を設けてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、底壁部６１および側壁部６２を提供するために、対向面６０ａに凹部６４を設けた。これに代えて、対向面６０ａに環状の突出部を設けてもよい。
【0088】
図１１は、本実施形態に係る半導体装置２０において、配線部材６０を示す平面図である。図１１は、図６に対応している。図１１では、半導体素子４０と後述する突出部６５との位置関係を示すために、半導体素子４０についても破線で図示している。図１２は、配線部材６０の断面図である。図１２は、図７に対応している。図１３は、半導体装置２０のうち、半導体素子４０と配線部材６０との接続構造を示す断面図である。図１３は、図８に対応している。
【0089】
本実施形態の配線部材６０は、対向面６０ａに環状の突出部６５を有している。突出部６５は、凸部と称されることがある。突出部６５は、対向面６０ａの一部分が上方に突出してなる。突出部６５は、対向面６０ａにおける突出部６５の周囲部分に対して突出している。環状の突出部６５の内周面が側壁部６２をなしている。また、突出部６５の内側に位置する対向面６０ａの部分が底壁部６１をなしている。底壁部６１および側壁部６２は、領域６３を規定している。
【0090】
突出部６５は、平面略矩形の環状をなしている。突出部６５の内周面、つまり側壁部６２の平面形状は、たとえば半導体素子４０の平面形状に相似である。底壁部６１は、平面略矩形状をなしている。底壁部６１は、ＸＹ平面に略平行な平坦面である。側壁部６２は、底壁部６１とのなす角度が略９０度である。平面視において、領域６３は半導体素子４０を内包している。突出部６５は、環状の内側に半導体素子４０を内包している。Ｚ方向において、半導体素子４０の一部は領域６３内に配置されている。一例としてコレクタ電極４３の全域が、領域６３内に配置されている。
【0091】
はんだ９３は、底壁部６１および側壁部６２により規定される領域６３内に配置され、側壁部６２との間にフィレットを形成している。はんだ９３の表面は、底壁部６１側に凸の形状をなしている。半導体素子４０は、はんだ９３上に配置されている。半導体素子４０は、上記したようにコレクタ電極４３側に凸の反りを有している。半導体素子４０の凸の方向と、はんだ９３の表面の凸の方向が一致している。コレクタ電極４３は、はんだ９３を介して配線部材６０に接合されている。コレクタ電極４３は、その全域がはんだ９３に接触している。はんだ９３の表面のうち、側壁部６２との接合位置はコレクタ電極４３の全域よりも上方に位置している。一例として、はんだ表面における側壁部６２との接合位置は、側壁部６２の上端である。
【0092】
その他の構成については、先行実施形態に記載の構成と同様である。
【0093】
＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態によっても、先行実施形態に示した構成と同等の効果を奏することができる。本実施形態では、配線部材６０の対向面６０ａに環状の突出部６５を設けることで、領域６３を規定している。領域６３内に溶融はんだ９３Ｓを塗布すると、溶融はんだ９３Ｓは側壁部６２を濡れ上がり、表面９３ａが底壁部６１側に凸の形状をなす。半導体素子４０の反りの凸方向と溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａの凸方向が一致するため、安定して接合できる。これにより、接合時に半導体素子４０の傾きが生じるのを抑制し、ワイヤ片を用いなくても所望のはんだ厚を確保することができる。
本実施形態によっても、先行実施形態に示した構成と同等の効果を奏することができる。本実施形態では、配線部材６０の対向面６０ａに環状の突出部６５を設けることで、領域６３を規定している。領域６３内に溶融はんだ９３Ｓを塗布すると、溶融はんだ９３Ｓは側壁部６２を濡れ上がり、表面９３ａが底壁部６１側に凸の形状をなす。半導体素子４０の反りの凸方向と溶融はんだ９３Ｓの表面９３ａの凸方向が一致するため、安定して接合できる。これにより、接合時に半導体素子４０の傾きが生じるのを抑制し、ワイヤ片を用いなくても所望のはんだ厚を確保することができる。
【0094】
（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【0095】
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
【0096】
ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。
【0097】
空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。
【0098】
車両の駆動システム１は、上記した構成に限定されない。たとえば、モータジェネレータ３をひとつ備える例を示したが、これに限定されない。複数のモータジェネレータを備えてもよい。電力変換装置４が、電力変換部としてインバータ６を備える例を示したが、これに限定されない。たとえば、複数のインバータを備える構成としてもよい。少なくともひとつのインバータと、コンバータを備える構成としてもよい。コンバータのみを備えてもよい。
【0099】
スイッチング素子は、ＩＧＢＴ１１に限定されない。たとえばＭＯＳＦＥＴを採用してもよい。ＭＯＳＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称である。ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴの場合、ソース電極が表面電極に相当し、ドレイン電極が裏面電極に相当する。ＭＯＳＦＥＴの場合、還流用のダイオードとして寄生ダイオード（ボディダイオード）を用いてもよいし、外付けのダイオードを用いてもよい。
【0100】
配線部材５０、６０の裏面５０ｂ、６０ｂが、封止体３０から露出する例を示したが、これに限定されない。裏面５０ｂ、６０ｂの少なくとも一方が、封止体３０によって覆われた構成としてもよい。裏面５０ｂ、６０ｂの少なくとも一方が、封止体３０とは別の図示しない絶縁部材によって覆われた構成としてもよい。半導体装置２０が封止体３０を備える例を示したが、これに限定されない。封止体３０を備えない構成としてもよい。
【0101】
半導体装置２０が、ひとつのアームを構成する半導体素子４０をひとつのみ備える例を示したが、これに限定されない。半導体装置２０が、ひとつのアームを構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。つまり、複数の半導体素子４０が互いに並列接続されてひとつのアームを構成してもよい。この場合、導電スペーサ７０は、半導体素子４０に対して個別に設けられる。また、半導体装置２０が、一相分の上下アーム回路９を構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。複数相の上下アーム回路９を構成する複数の半導体素子４０を備えてもよい。
【0102】
導電スペーサ７０に代えて、配線部材５０に凸部を設けてもよい。
【0103】
半導体装置２０として、両面放熱構造の例を示したが、これに限定されない。片面放熱構造にも適用することができる。たとえばコレクタ電極４３はヒートシンクまたは基板の金属体に接続され、エミッタ電極４２はリードに接続される。
【0104】
底壁部６１は、平坦面に限定されない。たとえば、凹凸を有する面でもよい。側壁部６２のなす角度は９０度に限定されない。側壁部６２は、上端に近づくほど環状の開口面積が大きくなる傾斜面でもよい。
【符号の説明】
【0105】
１…駆動システム、２…直流電源、３…モータジェネレータ、４…電力変換装置、５…平滑コンデンサ、６…インバータ、７…Ｐライン、８…Ｎライン、９…上下アーム回路、９Ｈ…上アーム、９Ｌ…下アーム、１０…出力ライン、１１…ＩＧＢＴ、１２…ダイオード、２０…半導体装置、３０…封止樹脂体、３０ａ…一面、３０ｂ…裏面、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ…側面、４０…半導体素子、４１…半導体基板、４１ａ…表面、４１ｂ…裏面、４２…エミッタ電極、４３…コレクタ電極、４４…パッド、５０…配線部材、５０ａ…対向面、５０ｂ…裏面、６０…配線部材、６０ａ…対向面、６０ｂ…裏面、６１…底壁部、６２…側壁部、６３…領域、６４…凹部、６５…突出部、７０…導電スペーサ、７０ａ、７０ｂ…対向面、８０…外部接続端子、８１、８２…主端子、８３…信号端子、９０…ボンディングワイヤ、９１、９２、９３…はんだ、９３ａ…表面、９３Ｓ…溶融はんだ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】