特開 2024-130031 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置

(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】P2024130031

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/28 20060101AFI20240920BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240920BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L23/28 A

H01L25/04 C

H01L23/48 P

H01L23/48 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039512

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109612

【弁理士】

【氏名又は名称】倉谷 泰孝

(74)【代理人】

【識別番号】100116643

【弁理士】

【氏名又は名称】伊達 研郎

(74)【代理人】

【識別番号】100184022

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 美保

(72)【発明者】

【氏名】日下部 祐亮

(72)【発明者】

【氏名】内田 祥久

(72)【発明者】

【氏名】柳本 辰則

(72)【発明者】

【氏名】池田 一貴

【テーマコード（参考）】

4M109

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA04

4M109CA02

4M109CA21

4M109EA02

4M109EA10

4M109FA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造において、接合層が所定の厚みを有しているか否かを、外観検査によって確認する半導体装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を搭載した電力変換装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１０は、絶縁基板１２又はリードフレーム上に載置された半導体素子１５と、半導体素子１５上に形成された接合層１３ａと、外部電極１９ｃに電気的に接続された本体板部１９ａと、本体板部１９ａとの接続部分として一端が繋がった状態で本体板部１９ａから切り出された片持ち板部１９ｂを有するリード電極１９と、を備え、片持ち板部１９ｂは、本体板部１９ａに対し半導体素子１５の方向に向かって屈曲し、他端が接合層１３ａの中に入り込んでおり、上面の少なくとも一部が接合層１３ａにより覆われている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板又はリードフレーム上に載置された半導体素子と、
前記半導体素子上に形成された接合層と、
外部電極に電気的に接続された本体板部、及び前記本体板部との接続部分として一端が繋がった状態で前記本体板部から切り出された片持ち板部を有するリード電極と、
を備え、
前記片持ち板部は、前記本体板部に対し前記半導体素子の方向に向かって屈曲し、他端が前記接合層の中に入り込んでおり、上面の少なくとも一部が前記接合層により覆われていること、
を特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記片持ち板部は、前記上面に目盛りが設けられた請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記片持ち板部は、前記一端から前記他端にかけて段構造で形成された請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記片持ち板部は、可撓性を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記片持ち板部は、前記半導体素子と接触し変形している、請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記半導体素子を収容するケースと、
前記ケースに一部が支持され、前記リード電極と電気的に接合された外部電極と、
を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

半導体素子上に接合層を形成する、接合層形成工程と、
リード電極の本体板部との接続部分として一端が繋がった状態で前記本体板部から切り出された片持ち板部の他端を、前記接合層内に入り込ませ前記半導体素子上に接合する、直接接合工程と、
前記接合層から露出した前記片持ち板部の外観検査によって、前記接合層が所定の厚みを有しているか否かを判定する、判定工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記判定工程は、前記外観検査が画像認識を用いて行われる、
請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

請求項１に記載の半導体装置を搭載した電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置などに用いられる半導体装置は、大電流化、長寿命化、高信頼性を実現する技術として、リード電極と半導体素子とを金属ワイヤによって接続するのではなく、リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合する技術が知られている。リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造の場合、リード電極及び半導体素子などは熱膨張係数の異なる材質で構成されているため、熱膨張係数の違いに起因する応力が接合層に加わる。それゆえ、接合層で剥離が生じないよう、接合層が一定の厚みを有していること、ボイドの発生が抑制されていることなどが重要である。例えば、従来技術の一つとして、特許文献１のように、はんだ溶融時に発生するガスを外部へ逃がすための孔がリード電極の接合面に設けられる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６３－０９０１６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、リード電極の接合面に設けられた孔から接合層を目視することは可能だが、実際に形成された接合層の厚みまでは確認できない。それゆえ、接合層が所定の厚みを有しているか否かを、外観検査で確認することができないという課題があった。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造において、接合層が所定の厚みを有しているか否かを、外観検査によって確認することができ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】

【0006】

本開示の一態様に係る半導体装置は、絶縁基板又はリードフレーム上に載置された半導体素子と、半導体素子上に形成された接合層と、外部電極に電気的に接続された本体板部、及び本体板部との接続部分として一端が繋がった状態で本体板部から切り出された片持ち板部を有するリード電極と、を備え、片持ち板部は、本体板部に対し半導体素子の方向に向かって屈曲し、他端が接合層の中に入り込んでおり、上面の少なくとも一部が接合層により覆われていること、を特徴とする半導体装置である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造において、接合層が所定の厚みを有しているか否かを、外観検査によって確認することができる半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る半導体装置１０の断面模式図。

【図2】実施の形態１に係る半導体装置１０の上面図においてリード電極が示された範囲を抜粋した図。

【図3】実施の形態１の変形例１に係る半導体装置２０の断面模式図。

【図4】実施の形態１の変形例２に係る半導体装置２０の上面図においてリード電極が示された範囲を抜粋した図。

【図5】実施の形態２に係る半導体装置３０の断面模式図。

【図6】従来技術を適用した半導体装置において、半導体素子１５とリード電極４１との距離が離れた場合の断面模式図。

【図7】実施の形態２に係る半導体装置において、半導体素子１５とリード電極３１との距離が離れた場合の断面模式図。

【図8】実施の形態３に係る片持ち板部の構造例を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本開示に係る半導体装置の一例を示すが、以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変形して実施することができる。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１０の断面模式図であり、図２は、半導体装置１０の上面図においてリード電極１９が示された範囲を抜粋した図である。
まず、図１に示すように半導体装置１０は、ベース板１１、絶縁基板１２、接合層１３ａ、接合層１３ｂ、接合層１３ｃ、バンプ１４、半導体素子１５、接着剤１６、封止材１７、ケース１８、リード電極１９及び外部電極１９ｃを有している。ベース板１１において絶縁基板１２が接合される面の方向を上とし、ベース板１１において絶縁基板１２が接合されない面の方向を下として、半導体装置１０の具体的な構成を以下に示す。

【0011】

半導体装置１０は、ベース板１１上に、接合層１３ｃによって絶縁基板１２が接合されている。絶縁基板１２は、絶縁層１２ｂの下面に回路パターン１２ｃが形成され、絶縁層１２ｂの上面に回路パターン１２ａが形成されたものである。また、絶縁基板１２の上面にはバンプ１４が形成されており、絶縁基板１２上にはバンプ１４を介して載置された半導体素子１５が、接合層１３ｂによって接合されている。半導体素子１５上には、接合層１３ａによってリード電極１９が接合されている。リード電極１９には、半導体素子１５の方向へ屈曲して接合層１３ａに埋没し、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われている。ここで、片持ち板部１９ｂの上面とは、片持ち板部１９ｂが半導体素子１５と対向する面とは反対の面である。したがって、片持ち板部１９ｂの下面は、片持ち板部１９ｂが半導体素子１５と対向する面である。さらに、半導体素子１５を収容するケース１８が設けられ、ケース１８は、ベース板１１上に接着剤１６によって接合されている。また、ケース１８は、リード電極１９と電気的に接続された外部電極１９ｃを支持している。ケース１８内に収容された半導体素子１５は、封止材１７によって封止されている。

【0012】

ベース板１１は、熱伝導性に優れる材料が好ましく、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等が用いられる。
絶縁層１２ｂは、熱伝導性に優れる絶縁体が好適である。絶縁体は、セラミック又は樹脂が使用される。具体例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等が用いられる。絶縁層１２ｂの上面の回路パターン１２ａ及び絶縁層１２ｂの下面に回路パターン１２ｃの材料には、例えば、アルミ二ウム（Ａl）、銅（Ｃu）等が用いられる。

【0013】

また、接合層１３ａ、１３ｂ及び１３ｃとしては、はんだが用いられ、バンプ１４は、例えばアルミ二ウム（Ａl）が用いられる。尚、はんだに代えて、銀等の金属粒子を有機溶媒に分散させたペースト材を用いてもよい。

【0014】

半導体素子１５は、Ｓｉを用いた半導体素子に加え、Ｓｉに比べて大きなバンドギャップを有するワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子も含まれる。ワイドバンドギャップ半導体の具体例としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド（Ｃ）等である。また、半導体素子の種類としては、特に限定されるものではなく、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ及びダイオードが１つの半導体チップとして集積されたＲＣ－ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ）又はＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子について、適用可能である。尚、簡単のため、図１では絶縁基板１２上に搭載されている半導体素子の個数が、半導体素子１５の１つのみの場合を示しているが、これに限定されず、用途に応じて必要な種類と必要な個数の半導体素子を搭載してよい。

【0015】

接着剤１６は、代表例として、シリコーン系又はエポキシ系の接着剤が使用される。

【0016】

封止材１７は、ケース１８内に収容された半導体素子１５及びリード電極１９等との密着性を確保できる弾性率を有し、信頼性を確保できる耐熱温度を有していることが望ましい。封止材１７は、例えば、２００ｍＰａ・ｓ程度以下の弾性率を有し、１５０℃程度以上の耐熱温度を有していることが望ましい。封止材１７の具体例としては、シリコーンゲル又はエポキシ樹脂等が挙げられるが、それらに限定されるものではない。

【0017】

ケース１８は、半導体装置の使用温度領域において熱変形しない軟化温度を有し、絶縁性を有した樹脂で構成される。ケース１８の具体例としては、軟化温度が２８０℃以上であるＰｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ（ＰＰＳ）などがあるが、これに限定するものではない。

【0018】

リード電極１９は、本体板部１９ａ及び片持ち板部１９ｂを有し、厚みが０．５ｍｍ程度以上２．０ｍｍ程度以下の平板であり、材料としては、例えばＣｕまたはＣｕを含む材料で構成される。リード電極１９及び外部電極１９ｃは、図１においては一体形成された一つの電極としての形態を示しているが、電気的に接続されていればよく、個別に構成されたリード電極１９と外部電極１９ｃとが、はんだ、溶接又は超音波接合等を用いた接続をはじめ、半導体装置内の回路パターンを介して電気的に接続された形態でもよい。また、図１及び図２に示す通り、リード電極１９には、外部電極１９ｃに電気的に接続された本体板部１９ａ、及び本体板部１９ａとの接続部分として一端が繋がった状態で本体板部１９ａから切り出された片持ち板部１９ｂを有する。片持ち板部１９ｂは、本体板部１９ａに対し半導体素子１５の方向に向かって斜めに屈曲し、他端が接合層１３ａの中に入り込んでおり、接合層１３ａを介して半導体素子１５と電気的に接続されている。ここで、接合層１３ａの厚みは、片持ち板部１９ｂの厚み以上であって、０．５ｍｍ程度以上１０．０ｍｍ程度以下であり、接合層１３ａの一部が片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部を覆っている状態である。これは、接合層１３ａが所望の厚みを満たす場合に、接合層１３ａが片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部を覆うよう、例えば片持ち板部１９ｂの厚み、長さ及び屈曲角度並びにリード電極１９と半導体素子との距離が設計されたものであり、半導体装置毎に応じた仕様を適用可能である。つまり、接合層１３ａが所定の厚みを満足する場合は、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われ、接合層１３ａが所定の厚みを満足しない場合は、片持ち板部１９ｂの上面は接合層１３ａによって覆われない仕様を適用できる。すなわち、超音波、Ｘ線又はレーザー等を利用した検査装置による非破壊検査を行わなくとも、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われているか否かを外観から確認することによって、接合層１３ａの厚みが所定の厚みを満足しているか否かを確認できる構造である。尚、図２では、片持ち板部１９ｂの形状は、本体板部１９ａと接続された一辺を固定端とし、自由端となる対辺を含む他の三辺を打ち抜いた四角形の場合を示しているが、これに限るものではなく、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われているか否かが判断可能であれば、台形、三角形、その他任意の形状を適用可能である。

【0019】

尚、図１では、バンプ１４と接合層１３ｂとを介して、絶縁基板１２上に半導体素子１５を載置しているが、バンプ１４を有さない構成としてもよい。また、後述する実施の形態１の変形例１でも示すが、半導体素子１５を載置した絶縁基板１２の代わりにリードフレームを適用しても良い。さらに、図１では、本開示の説明を目的としており、半導体装置１０内において半導体素子１５等を電気的に接続するための信号線、ワイヤ、信号端子等は図示を省略している。また、上述した各材料は代表例を示すものであり、本開示の効果を得られる範囲であれば、これらに限定するものではない。

【0020】

次に、半導体装置１０の製造方法を以下に示す。
まず、半導体素子接合工程として、絶縁基板１２の下面とベース板１１とを接合層１３ｃを介して接合し、絶縁基板１２の上面と半導体素子１５とを接合層１３ｂを介して接合する。接合方法としては、接合層１３ｂ及び１３ｃに適用される接合材が融点を超える温度に加熱され、ベース板１１、絶縁基板１２及び半導体素子１５は接合層１３ｂ及び１３ｃを介して接合する。尚、接合層１３ｂ及び接合層１３ｃを形成する接合材としては、あらかじめ成形された板はんだ等を使用しても良く、スクリーン印刷又はディスペンス等によって塗布するはんだペースト等でも良い。

【0021】

次に、ケース接着工程として、ケース１８とベース板１１とを接着剤１６を用いて接合する。接合にあたっては、クランプ治具等でケース１８とベース板１１とを固定し、接着剤１６を加熱により固化させる処理等が含まれても良い。また、ケース１８とベース板１１はタッピングねじ（図示しない）等でさらに固定しても良い。

【0022】

次に、接合層形成工程として、半導体素子１５上に接合層１３ａを形成する。接合層１３ａは、リード電極１９を半導体素子１５上に載置する前に、半導体素子１５上にディスペンス塗布、スクリーン印刷又は他の方法で供給しても良く、リード電極１９を載置した後に片持ち板部１９ｂを形成によって生じたリード電極１９の開口部分からディスペンス供給してもよい。尚、半導体素子接合工程及びケース接着工程等、他の工程において、予め半導体素子１５上にはんだを流しておいても良い。

【0023】

次に、直接接合工程として、接合層１３ａを介して半導体素子１５上に片持ち板部１９ｂを有したリード電極１９を接合する。ここでは、簡単のため、リード電極１９にはプレス加工等によって予め片持ち板部１９ｂが形成されているものとする。接合層１３ａを介して半導体素子１５上にリード電極１９を載置した後、接合層１３ａを構成する接合材の融点を超える温度に加熱することによって、半導体素子１５上に片持ち板部１９ｂを有したリード電極１９が接合される。

【0024】

次に、判定工程として、接合層１３ａから露出した片持ち板部１９ｂの外観検査によって、接合層１３ａの厚みが所定の厚みを満足しているか否かを判定する。判定方法としては、目視検査により、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われているか否かを確認することによって、接合層１３ａの厚みが所定の厚みを満足しているか否かを判定する。尚、外観検査の方法としては、光学顕微鏡を用いた目視によって判定する方法のほか、カメラを用いて撮像した画像により判定する方法でもよい。さらに、自動検査装置等において、撮像した画像に対して画像認識を用い、予め決められたパターンと撮像した画像との比較により自動判定する方法又はＡＩ技術により学習したパターンと撮像した画像との比較により自動判定する方法等も使用可能である。

【0025】

次に、接続工程として、半導体装置内の半導体素子１５、回路パターン１２ａ、回路パターン１２ｃ及びその他信号回路（図示せず）等に対して、制御に必要な電気的接続を行う。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等のワイヤを超音波接合することで電気的接続を行うが、これに限るものではない。

【0026】

次に、封止工程として、ケース１８内を封止材１７によって封止する。封止材１７としては、上述の通りシリコーンゲル、エポキシ樹脂等を用いることが多いがこれに限定するものではなく、所望の耐熱温度、線膨張係数、弾性率等の物性値を有した封止材を適用可能である。また、必要に応じて、封止材１７を硬化させるためのキュア処理を行う。
以上により、半導体装置１０を製造することができる。尚、製造過程及び製造後における電気特性検査等については、任意に追加可能である。

【0027】

このように構成された半導体装置を適用することにより、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われているか否かを外観から確認することによって、接合層１３ａが所定の厚みを満足しているか否かを判断することができる。

【0028】

以上のとおり、実施の形態１に係る半導体装置１０は、絶縁基板１２又はリードフレーム上に載置された半導体素子１５と、半導体素子１５上に形成された接合層１３ａと、外部電極１９ｃに電気的に接続された本体板部１９ａ、及び本体板部１９ａとの接続部分として一端が繋がった状態で本体板部１９ａから切り出された片持ち板部１９ｂを有するリード電極１９と、を備え、片持ち板部１９ｂは、本体板部１９ａに対し半導体素子１５の方向に向かって屈曲し、他端が接合層１３ａの中に入り込んでおり、接合層１３ａが所定の厚みを超える場合、上面の少なくとも一部が接合層１３ａにより覆われており、接合層１３ａが所定の厚み以下の場合、上面が接合層１３ａにより覆われていないこと、という特徴を備える。

【0029】

このような構成によれば、リード電極１９と半導体素子１５とを接合層１３ａを介して直接接合された構造において、接合層１３ａが所定の厚みを有しているか否かを外観検査によって確認できる半導体装置を得ることができる。また、外観検査を適用できることにより、非破壊検査を適用する場合に比べ製造コストの増大を抑制することができる。

【0030】

また、実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法は、半導体素子１５上に接合層１３ａを形成する、接合層形成工程と、リード電極１９の本体板部１９ａとの接続部分として一端が繋がった状態で本体板部１９ａから切り出された片持ち板部１９ｂの他端を、接合層１３ａ内に入り込ませ半導体素子１５上に接合する、直接接合工程と、接合層１３ａから露出した片持ち板部１９ｂの外観検査によって、接合層１３ａが所定の厚みを有しているか否かを判定する、判定工程と、を備える。

【0031】

このような構成によれば、リード電極１９と半導体素子１５とを接合層１３ａを介して直接接合された構造において、接合層１３ａが所定の厚みを有しているか否かを外観検査によって確認できる半導体装置の製造方法を提供できる。

【0032】

実施の形態１の変形例１．
図３は、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置２０の断面模式図である。
図３に示す通り、半導体装置２０は、リードフレーム２１、接合層１３ａ、接合層１３ｂ、バンプ１４、半導体素子１５、封止材１７、リード電極１９及び外部電極１９ｃを有している。リードフレーム２１において半導体素子１５が接合される面の方向を上とし、リードフレーム２１において半導体素子１５が接合されない面の方向を下として、半導体装置２０の具体的な構成を以下に示す。半導体装置２０は、絶縁基板ではなくリードフレーム上に半導体装置等を載置し、ケースを有さずに封止材で半導体装置全体を封止された、リードフレームパッケージの形態としている点で実施の形態１で示した半導体装置１０と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。半導体装置２０は、リードフレーム２１上に、バンプ１４を介して載置された半導体素子１５が、接合層１３ｂによって接合されている。半導体素子１５、リード電極１９及びリードフレーム２１は封止材１７により封止され、封止材１７からは外部電極１９ｃが露出している。それ以外の構成は実施の形態１と同様である。尚、半導体装置２０では、半導体素子１５を載置していないリードフレーム２１の裏面は、封止材１７のみで封止された構成を示したが、これに限らず、リードフレーム２１の裏面に絶縁シートを介してヒートスプレッダを搭載した構成等を採用しても良く、限定されるものではない。また、リードフレーム２１の一方の面に、回路パターンを有していてもよい。

【0033】

このように構成された半導体装置を適用することにより、リードフレームパッケージの形態をした半導体装置であっても、片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部が接合層１３ａによって覆われているか否かを外観から確認することによって、接合層１３ａが所定の厚みを満足しているか否かを判断することができる。

【0034】

以上のとおり、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置２０は、リードフレーム２１上に載置された半導体素子１５と、前記半導体素子１５上に形成された接合層１３ａと、前記接合層１３ａを介して前記半導体素子１５に接合され、前記半導体素子１５の方向へ屈曲して前記接合層１３ａに接触する片持ち板部１９ｂを有するリード電極１９と、を備え、前記接合層１３ａは、所定の厚みを超える場合、前記片持ち板部１９ｂの上面の少なくとも一部を覆い、所定の厚み以下場合、前記片持ち板部１９ｂの上面に乗り上げない、という特徴を備える。

【0035】

このような構成によれば、実施の形態１と同様に、リード電極１９と半導体素子１５とを接合層１３ａを介して直接接合された構造において、接合層１３ａが所定の厚みを有しているか否かを外観検査によって確認できる半導体装置を得ることができる。

【0036】

実施の形態１の変形例２．
図４は、実施の形態１の変形例２に係るリード電極２２の上面図である。
図４に示す通り、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置は、片持ち板部２２ａの上面に目盛り２３が設けられている点で、実施の形態１と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。目盛り２３の形成方法としては、打刻、インクによる印字又はレーザーマーキング等による形成方法が挙げられるが、これに限られるものではなく任意に適用可能である。また、図４においては、簡単のため、目盛り２３が単純に等間隔の場合を示している。これにより、接合層１３ａが所定の厚みを満足しているか否かだけでなく、例えば、接合層１３ａが所定の厚みの許容範囲内に収まっているか否か等も、外観検査によって判断することができる。他の例としては、接合層１３ａが収まるべき厚みの上限値と下限値を示す目盛りを設ける場合や、製品毎の仕様に応じた独自の基準線を設けることも可能となる。これにより、目盛りを設けない場合に比べ、外観検査による接合層１３ａの厚さの検査精度を向上することができる。

【0037】

以上のとおり、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置の構成に加え、片持ち板部２２ａは、上面に目盛り２３が設けられたことを特徴とする。

【0038】

このような構成によれば、リード電極２２と半導体素子１５とを接合層１３ａを介して直接接合された構造において、実施の形態１と同様の効果に加え、片持ち板部２２ａの上面が接合層１３ａによって覆われた範囲について、目盛り２３を用いて確認することができるため、接合層１３ａが所定の厚みを満足しているか否かをより精度良く外観検査によって確認できる、半導体装置を得ることができる。

【0039】

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る半導体装置３０の断面模式図である。図６は、従来技術を適用した半導体装置４０において、半導体素子１５とリード電極４１との距離が離れた場合の断面模式図であり、図７は、実施の形態２に係る半導体装置３０において、半導体素子１５とリード電極３１の距離が離れた場合の断面模式図である。尚、図６と図７とにおいては、簡単のため、半導体素子とリード電極との接合箇所を中心に拡大した図である。
図５に示す通り、実施の形態２に係る半導体装置３０は、可撓性を有した片持ち板部３１ａが半導体素子１５の上面に接触し、変形している点で、実施の形態１と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。片持ち板部３１ａが半導体素子１５の上面に接触し、変形することによって、半導体素子１５とリード電極３１との距離が短くなる方向に変化した場合も長くなる方向に変化した場合も、半導体素子１５の上面に対して片持ち板部３１ａが追従することができる。例えば、直接接合工程においては、半導体装置３０を構成する部品の形状や寸法の公差及び加熱による変形等に伴い、半導体素子１５とリード電極３１との距離に変化が生じ得る。従来技術の半導体装置では、半導体素子とリード電極との距離に変化が生じた場合、接合層１３ａが距離の変化に追従できずに接合不良や破損等の不具合が生じる原因になり得る。一方で、実施の形態２に係る半導体装置では、片持ち板部３１ａを含むリード電極３１は可撓性を有するため、半導体素子１５とリード電極３１との距離の変化に片持ち板部３１ａが追従できるため、従来に比べ不具合の発生を抑制することができる。

【0040】

より具体的な一例として、半導体装置とリード電極との距離が長くなる方向へ変化した場合について、図６と図７とを用いて示す。図６に示すように、従来技術を適用した半導体装置においては、半導体素子１５とリード電極４１との距離が長くなった場合、半導体素子１５とリード電極４１との間における接合層１３ａの一部の断面積が小さくなる方向に変形する。接合層１３ａにおいて断面積が小さくなった箇所は、変形前に比べて単位面積当たりの電流密度が高くなり、大電流が流れた場合等に局所的な発熱を生じて故障の原因になり得るため、結果として半導体装置の寿命の低下につながり得る。一方、図７に示すように、実施の形態２に係る半導体装置においては、半導体素子１５とリード電極３１との距離が長くなった場合であっても、半導体素子１５の上面に対して片持ち板部３１ａが追従する方向に変形する。半導体素子１５の上面に対して片持ち板部３１ａが追従する方向に変形することにより、半導体素子１５とリード電極３１との間における接合層１３ａの断面積が小さくなることを抑制し、電気的接続が従来に比べ維持されやすくなる。これは、半導体素子とリード電極との距離が短くなった場合であっても同様のことが言え、従来技術の半導体装置では、半導体素子１５とリード電極３１との間で応力が生じることによって半導体装置の損傷が生じ得る。一方、実施の形態２の半導体装置では、可撓性を有した片持ち板部３１ａが変形することによって、半導体素子１５とリード電極３１との間の応力を吸収するため、半導体素子１５の損傷を防止することができる。つまり、可撓性を有した片持ち板部３１ａが半導体素子１５の上面に接触し、変形した状態の半導体装置３０を構成することにより、半導体素子１５とリード電極３１との距離が短くなる方向へ変化した場合であっても長くなる方向へ変化した場合であっても、半導体素子１５とリード電極３１との間で生じる不具合を防止することができる。尚、半導体素子１５とリード電極３１との距離が短くなる方向の変形のみが懸念される場合は、半導体素子１５とリード電極３１との距離が短くなることによって生じる応力を吸収できる機能があれば良いため、可撓性を有した片持ち板部３１ａが半導体素子１５の上面に必ずしも接触している必要はない。

【0041】

以上の通り、実施の形態２に係る半導体装置３０は、実施の形態１に記載の半導体装置の構成に加え、片持ち板部３１ａは、可撓性を有することを特徴とする。

【0042】

このような構成によれば、リード電極３１と半導体素子１５とを接合層１３ａを介して直接接合された構造において、実施の形態１と同様の効果に加え、半導体素子１５とリード電極３１との距離が短くなることによって生じる応力を吸収できる、半導体装置３０を得ることができる。

【0043】

また、実施の形態２に係る半導体装置３０は、実施の形態１に記載の半導体装置の構成に加え、片持ち板部３１ａは、半導体素子１５と接触し、変形していることを特徴とすることもできる。

【0044】

このような構成によれば、リード電極３１と半導体素子１５とを接合層１３ａを介して直接接合された構造において、実施の形態１と同様の効果に加え、半導体素子１５とリード電極３１との距離が短くなる方向へ変化した場合であっても長くなる方向へ変化した場合であっても、半導体素子１５とリード電極３１との間で生じる不具合を防止することができる、半導体装置を得ることができる。
尚、実施の形態２では片持ち板部３１ａが可撓性を有する場合を示したが、応力を吸収できる効果が得られれば良く、片持ち板部３１ａが弾性を有する場合であっても良い。

【0045】

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る片持ち板部の構造例を示す斜視図である。図８（ａ）は、本体板部に接続された一端から他端にかけて半導体素子の方向に向かう階段状の段構造を有した片持ち板部である。図８（ｂ）は、本体板部に接続された一端から他端にかけて半導体素子の方向に向かう螺旋状の段構造を有した片持ち板部である。図８（ｃ）は、本体板部に接続された一端から他端にかけて半導体素子の方向に向かう入れ子状の段構造を有した片持ち板部である。
図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す通り、実施の形態３に係る半導体装置は、片持ち板部が、本体板部に接続された一端から半導体素子の方向に向かう段構造を有している点で、実施の形態１と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。
図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した片持ち板部を適用することにより、接合層１３ａが片持ち板部を覆う範囲に応じて、接合層１３ａから露出した片持ち板部を上から見た形状が異なる。つまり、接合層１３ａから露出した片持ち板部の形状を確認すことによって、接合層１３ａが所定の厚みを満足しているか否かだけでなく、例えば、接合層１３ａが所定の厚みの許容範囲内に収まっているか否か等も、外観検査によって判断することができる。これにより、片持ち板部に目盛り線を設けなくとも、実施の形態１の変形例２と同様に、外観検査による接合層１３ａの厚さの検査精度を向上することができる。
さらに、実施の形態３の場合、接合層１３ａから露出した片持ち板部を上から見た形状は、接合層１３ａの厚みに応じて連続的に変化するだけではなく、接合層１３ａの厚みが片持ち板部の段構造を超えるか否かによって異なる形状を示すため、目視による検査の場合だけでなく画像認識を用いる場合においても、検査精度の向上が見込める。
尚、ここで指す、本体板部に接続された一端から半導体素子の方向に向かう段構造とは、上述の通り、接合層１３ａの厚みに応じて、接合層１３ａから露出した片持ち板部の上から見た形状が異なるものであれば良いため、図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に限定するものではなく、その他の任意の形状を含むものである。

【0046】

以上のとおり、実施の形態３に係る半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置の構成に加え、片持ち板部は、一端から他端にかけて段構造で形成されたという特徴を備える。

【0047】

このような構成によれば、接合層が片持ち板部を覆う範囲に応じて、接合層から露出した片持ち板部を上から見た形状が異なる。したがって、リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造において、実施の形態１と同様の効果に加え、接合層が所定の厚みを満足しているか否かについて、片持ち板部に目盛りを設けなくともより精度良く外観検査によって確認できる、半導体装置を得ることができる。

【0048】

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１から実施の形態３に示した半導体装置のいずれかを搭載した電力変換装置である。尚、搭載する半導体装置は、実施の形態１から実施の形態３に示した半導体装置のいずれか一つに限るものではなく、複数搭載した電力変換装置でもよい。

【0049】

以上の通り、実施の形態４に係る電力変換装置は、実施の形態１から３のうちいずれか1つに記載の半導体装置を搭載した電力変換装置である。

【0050】

このように構成された電力変換装置では、リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造において、接合層が所定の厚みを有しているか否かを外観検査によって確認できる半導体装置を適用できるため、非破壊検査を適用することによる製造コストの増大を抑制することができる。したがって、リード電極と半導体素子とを接合層を介して直接接合された構造の半導体装置を適用しつつ、製造コストの増大を抑制した電力変換装置を得ることができる。

【0051】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0052】

（付記１）
絶縁基板又はリードフレーム上に載置された半導体素子と、
前記半導体素子上に形成された接合層と、
外部電極に電気的に接続された本体板部、及び前記本体板部との接続部分として一端が繋がった状態で前記本体板部から切り出された片持ち板部を有するリード電極と、
を備え、
前記片持ち板部は、前記本体板部に対し前記半導体素子の方向に向かって屈曲し、他端が前記接合層の中に入り込んでおり、上面の少なくとも一部が前記接合層により覆われていること、
を特徴とする半導体装置。
を特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記２）
前記片持ち板部は、前記上面に目盛りが設けられた付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記片持ち板部は、前記一端から前記他端にかけて段構造で形成された付記１又は付記２に記載の半導体装置。
（付記４）
前記片持ち板部は、可撓性を有する付記１から付記３のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記５）
前記片持ち板部は、前記半導体素子と接触し変形している付記１から付記４のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記６）
前記半導体素子を収容するケースと、
前記ケースに一部が支持され、前記リード電極と電気的に接合された外部電極と、
を有する付記１から付記５のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記７）
半導体素子上に接合層を形成する、接合層形成工程と、
リード電極の本体板部との接続部分として一端が繋がった状態で前記本体板部から切り出された片持ち板部の他端を、前記接合層内に入り込ませ前記半導体素子上に接合する、直接接合工程と、
前記接合層から露出した前記片持ち板部の外観検査によって、前記接合層が所定の厚みを有しているか否かを判定する、判定工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
（付記８）
前記判定工程は、前記外観検査が画像認識を用いて行われる
付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
付記１から付記６のいずれか１つに記載の半導体装置を搭載した電力変換装置。

【符号の説明】

【0053】

１０ 半導体装置
１１ ベース板
１２ 絶縁基板
１２ａ 回路パターン
１２ｂ 絶縁層
１２ｃ 回路パターン
１３ａ 接合層
１３ｂ 接合層
１３ｃ 接合層
１４ バンプ
１５ 半導体素子
１６ 接着剤
１７ 封止材
１８ ケース
１９ リード電極
１９ａ 本体板部
１９ｂ 片持ち板部
１９ｃ 外部電極
２０ 半導体装置
２１ リードフレーム
２２ リード電極
２２ａ 片持ち板部
２３ 目盛り
３０ 半導体装置
３１ リード電極
３１ａ 片持ち板部
４０ 半導体装置
４１ リード電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】