特開 2024-158109 半導体装置

(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】P2024158109

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20241031BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20241031BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20241031BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20241031BHJP

   H01L 23/40 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L21/60 301M

H01L23/28 E

H01L23/36 A

H01L23/40 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072997

(22)【出願日】2023-04-27

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】別芝 範之

【テーマコード（参考）】

4M109

5F044

5F136

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA01

4M109CA21

4M109DB17

4M109EA02

4M109GA02

5F044AA01

5F136BC02

5F136BC03

5F136DA27

5F136FA01

5F136FA86

(57)【要約】

【課題】半導体素子の異常発熱による封止樹脂の破損を防止することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体素子１と接合部２と封止樹脂７とを備える。接合部２は、半導体素子１に接続されている。封止樹脂７は、半導体素子１および接合部２に接続されている。接合部２は低溶融部２０を含む。低溶融部２０の融点は、封止樹脂７の熱分解温度より低い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
前記半導体素子に接続されている接合部と、
前記半導体素子および前記接合部に接続されている封止樹脂とを備え、
前記接合部は低溶融部を含み、
前記低溶融部の融点は、前記封止樹脂の熱分解温度より低い、半導体装置。

【請求項2】

前記半導体素子から見て前記接合部が配置されている方向を第１方向としたときに、
前記第１方向からみた平面視において、
前記低溶融部は、前記半導体素子の中心に配置されている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記低溶融部は、複数の溶融部を含み、
複数の前記溶融部の各々は、前記半導体素子において前記接合部が接続している面が延在する方向に互いに間隔を隔てて配置されている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

ヒートシンクを更に備え、
前記接合部は、第１接合部を含み、
前記第１接合部の材料はシンタリング材料であり、
前記第１接合部は、前記半導体素子と前記ヒートシンクとの間に配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

端子を更に備え、
前記接合部は、第２接合部を含み、
前記第２接合部の融点が、前記封止樹脂の前記熱分解温度以上であり、
前記端子は、前記第２接合部を介して前記半導体素子と接続されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第２接合部の材料はシンタリング材料である、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第２接合部を構成する材料は錫を含む、請求項５に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体装置として、半導体素子と、端子と、封止樹脂とを備えた半導体装置が知られている。（例えば、特開２０２２－１１４０４８号公報参照）。特開２０２２－１１４０４８号公報では、放熱性を改善するために、半導体素子にシンタリングペーストが接合されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１１４０４８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、上記のような半導体装置においては、半導体素子を覆う封止樹脂の熱分解温度が相対的に低い。そのため、半導体素子が異常発熱した場合、熱により封止樹脂が破損する恐れがある。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、本開示の目的は、半導体素子の異常発熱による封止樹脂の破損を防止することが可能な半導体装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従った半導体装置は、半導体素子と接合部と封止樹脂とを備える。接合部は、半導体素子に接続されている。封止樹脂は、半導体素子および接合部に接続されている。接合部は低溶融部を含む。低溶融部の融点は、封止樹脂の熱分解温度より低い。

【発明の効果】

【0007】

上記によれば、半導体素子の異常発熱による封止樹脂の破損を防止することが可能な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に係る半導体装置の断面図である。

【図2】実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。

【図3】実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。

【図4】実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、特に言及しない限り、以下の図面において同一または対応する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

【0010】

実施の形態１．
＜半導体装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。

【0011】

図１に示された半導体装置１００は、たとえば、電力用の半導体装置１００であって、半導体素子１と、接合部２と、端子３ａと、端子３ｂと、放熱部材４と、絶縁層５と、ヒートシンク６と、封止樹脂７とを主に備える。半導体素子１は、主面１１と裏面１２とを有する。裏面１２は、主面１１の反対側の面である。

【0012】

接合部２は、第１接合部２ａと第２接合部２ｂと第３接合部２ｃと第４接合部２ｄとを含む。半導体素子１は第２接合部２ｂを介して端子３ａに接続されている。第２接合部２ｂは、主面１１に接続されている。半導体素子１と端子３ａとを接続する第２接合部２ｂを構成する材料は、たとえば、はんだを含む。ここで、図１に示されるように、半導体素子１から見て第２接合部２ｂが配置している方向を第１方向Ｘとする。第１方向Ｘは、主面１１および裏面１２の法線方向である。

【0013】

半導体素子１は第１接合部２ａを介して放熱部材４に接続している。第１接合部２ａは、裏面１２に接続されている。図１に示されるように、第１接合部２ａは、半導体素子１とヒートシンク６との間に配置されている。半導体素子１と放熱部材４とを接続する第１接合部２ａを構成する材料は、たとえば、はんだを含む。

【0014】

放熱部材４は、半導体素子１が接続されている面（上面）と反対側の面（下面）に、絶縁層５が接続されている。絶縁層５は、第４接合部２ｄを介してヒートシンク６と接続されている。第１方向Ｘにおいて絶縁層５からみて放熱部材４が配置されている領域の反対側にヒートシンク６が配置されている。端子３ｂは、第３接合部２ｃを介して放熱部材４と接続している。放熱部材４において、端子３ｂが接続されている面は、半導体素子１が接続されている面と同じである。つまり、第１方向Ｘにおいて放熱部材４からみて半導体素子１が配置されている領域と同じ領域に端子３ｂが配置されている。封止樹脂７は、半導体素子１と、第１接合部２ａと、第２接合部２ｂと、第３接合部２ｃと、端子３ａの一部と、端子３ｂの一部と、放熱部材４と、絶縁層５とを覆う。

【0015】

端子３ａは半導体素子１上から封止樹脂７の外側へ延在している。端子３ｂは、放熱部材４の上面における外周部から封止樹脂７の外側へ接続されている。端子３ａの延在する方向と反対側の方向に沿うように端子３ｂが伸びている。端子３ａおよび端子３ｂは、封止樹脂７の外部において外部機器と接続できるように、それぞれの一部が封止樹脂７の表面から外側へ延在している。端子３ａおよび端子３ｂは、封止樹脂７の外側に延在している部分において、たとえばフォーミングにより屈曲していてもよい。端子３ａおよび端子３ｂの上記部分には、回路基板または他の半導体装置と電気的に接続するための配線または端子などの導電体（図示せず）が接続されている。導電体と上記部分との接続方法は、任意の方法を用いることができるが、たとえばネジなどの固定部材により導電体と上記部分とを固定してもよい。

【0016】

半導体素子１は、電力を制御するいわゆる電力用の半導体素子１である。半導体素子１を構成する材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、またはダイヤモンドといった材料を用いてもよい。このようなシリコンと比べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を半導体素子１の基材として用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体材料を基材として用いた場合、高効率および高温対応可能な半導体装置１００が得られる。

【0017】

半導体素子１の種類としては、特に限定する必要はないが、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ショットキーバリアダイオード等を用いることができる。また、例えば、半導体素子１は、ＩＧＢＴおよび還流ダイオードが１つの半導体チップに集積されたＲＣ－ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ）であってもよい。

【0018】

端子３ａおよび端子３ｂを構成する材料は、たとえば銅（Ｃｕ）である。なお、端子３ａおよび端子３ｂを構成する材料は、導電性に加え、放熱性を有する材料であればよい。たとえば、端子３ａおよび端子３ｂを構成する材料は、銅、またはアルミニウム（Ａｌ）のいずれかを含む合金、あるいはこれらの金属を積層した複合材料であってもよい。

【0019】

放熱部材４は、半導体素子１および端子３ｂの各々と電気的および機械的に接続されている。放熱部材４を構成する材料は、高熱伝導性を有している材料であればよい。たとえば、放熱部材４は、銅、アルミニウム、銅－モリブデン（ＣｕＭｏ）合金などの金属材料で構成されてもよい。また、放熱部材４は、炭化珪素－アルミ複合材（ＡｌＳｉＣ）または炭化珪素－マグネシウム複合材（ＭｇＳｉＣ）などの複合材料で構成されてもよい。

【0020】

ヒートシンク６は第４接合部２ｄを介して絶縁層５に接続されている。ヒートシンク６の材料は、たとえばアルミニウムを含む熱伝導性にすぐれた金属である。ヒートシンク６の冷却方法は、空冷式あるいは水冷式でよい。

【0021】

放熱部材４およびヒートシンク６間は、絶縁層５によって、電気的に絶縁されている。絶縁層５を構成する材料は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、または窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれかであってもよい。

【0022】

封止樹脂７は、半導体素子１と放熱部材４と端子３ａの一部と端子３ｂの一部とを覆うように配置されている。封止樹脂７の一部は端子３ａと放熱部材４との間の空間を充填している。そのため、当該半導体装置１００は、高い絶縁性および熱疲労に対する信頼性を確保することができる。封止樹脂７の主成分となる材料は、たとえば熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂を用いることができる。なお、封止樹脂７を構成する材料は、熱硬化性に加え、半導体装置１００の外形サイズ及び内部構造に応じた弾性率、密着性、耐熱性及び絶縁性を有する樹脂でもよい。例えば、当該材料として、エポキシ樹脂の他に、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等を用いてもよい。また、半導体装置１００としての強度および熱伝導性を確保するため、封止樹脂７は、分散された微粒子またはフィラーを含んでもよい。微粒子およびフィラーを構成する材料は、たとえば無機セラミックス材料であってもよい。無機セラミックス材料は、たとえば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、二酸化珪素、窒化ホウ素、ダイヤモンド、炭化珪素（ＳｉＣ）または酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）である。封止樹脂７は、微粒子またはフィラーを含むことで、発熱する半導体素子１から半導体装置１００外部への放熱性を向上させることができる。

【0023】

半導体素子１の動作温度の上昇に伴い、当該半導体装置１００の放熱性を改善することが重要である。また、熱疲労に対する信頼性の改善も重要である。そのため、接合部２の材料がシンタリング材料であることが好ましい。シンタリング材料の主成分は、アルミニウム、銅、あるいは銀（Ａｇ）などである。放熱性および信頼性の改善のため、接合部２の材料は、錫（Ｓｎ）を主成分とし、高融点材料で複合化した材料であってもよい。高融点材料は、たとえば、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、鉄などである。アルミニウムの融点は、たとえば、約６６０℃である。銀の融点は、たとえば、約９６０℃である。銅の融点は、たとえば、約１０８０℃である。ニッケルの融点は、たとえば、約１４５５℃である。鉄の融点は、たとえば、約１５３８℃である。

【0024】

接合部２を形成するために、シンタリングペーストが使用され得る。シンタリングペーストの主成分はナノオーダーサイズの微細な金属粒子である。金属粒子の材料はたとえば銀、アルミニウム、銅などを用いることができる。シンタリングペーストに圧力および熱を与えることで、金属粒子同士が接合される。このようにして、接合部２の緻密度が向上する。接合部２を形成した後は、当該接合部２に含まれる金属粒子の融点まで耐熱温度を引き上げることができる。このようにして、半導体素子１の動作温度を上昇させることができる。半導体素子１と、第１接合部２ａと、第２接合部２ｂと、第３接合部２ｃと、端子３ａの一部と、端子３ｂの一部と、放熱部材４と、絶縁層５とを上記の様に封止樹脂７で封止することで、接合部２の歪みを抑制することができる。その結果、接合部２に繰り返し加わる熱応力による当該半導体装置１００の劣化を抑制することができる。

【0025】

このように、半導体装置１００の放熱性の改善に伴い半導体素子１の動作温度を上昇させることができる。ただし、半導体素子１が過昇温状態にならないように当該半導体装置１００には過熱保護制御が実装されることが好ましい。半導体装置１００のＯｎ／Ｏｆｆ動作が正常に実施されない場合、半導体素子１は異常発熱する。他にも、半導体素子１がショート故障した場合、当該半導体素子１の電気抵抗が低くなる。その結果、当該半導体素子１に大電流が流れ、半導体素子１および端子３ａが異常発熱する。

【0026】

いずれの場合においても、半導体素子１が発熱した場合、当該半導体素子１に接続している封止樹脂７の温度が上昇する。封止樹脂７として使用されるエポキシ樹脂の熱分解温度は、たとえば２５０℃以上３５０℃以下である。これは、半導体素子１に接続されている他の各部材の融点よりも低い。そのため、半導体素子１が過昇温状態になった場合、当該エポキシ樹脂が溶解する恐れがある。エポキシ樹脂の温度が熱分解温度に達すると、当該エポキシ樹脂は熱分解によって気体が発生する。発生した気体は封止樹脂７の内部に閉じ込められる。そのため、封止樹脂７の内部の圧力が上昇する。その結果、封止樹脂７は破損する。封止樹脂７が破損することで、たとえば封止樹脂７によって封止されていた半導体装置１００の各部材が飛散する可能性がある。たとえば、導電性を有する部材が飛散した場合、当該半導体装置１００の周囲に配置された部材のうち絶縁耐圧を確保しなければならない部材の絶縁耐圧が劣化する恐れがある。そのため、半導体素子１が過昇温状態になっても、封止樹脂７が破損する前に、当該半導体素子１での発熱を抑制・停止させる必要がある。

【0027】

ここで、本実施の形態１に係る半導体装置１００の特徴は、図１に示されるように、接合部２が低溶融部２０を含む点である。具体的には、低溶融部２０の融点は、たとえば、２２０℃以上２４０℃以下である。前述の通り、封止樹脂７の熱分解温度は、２５０℃以上３５０℃以下である。つまり、低溶融部２０の融点は、封止樹脂７の熱分解温度より低い。そのため、半導体素子１が過昇温状態になった場合、封止樹脂７が熱分解するよりも先に、低溶融部２０が溶融する。

【0028】

低溶融部２０が溶融することで、当該低溶融部２０の体積が膨張する。低溶融部２０の体積が膨張することで、半導体素子１に当該溶融した低溶融部２０から応力が加わり、その結果、半導体素子１にてクラックが発生する。当該クラックは半導体素子１の主面１１から裏面１２にまで伸びるように形成され得る。溶融した低溶融部２０は半導体素子１の表面に濡れ広がる。溶融した低溶融部２０の一部は半導体素子１のクラックに入り込む。このようにして、半導体素子１内に電気抵抗が低い通電経路が形成される。当該通電経路は、半導体素子１の主面１１から裏面１２まで貫通するように形成される。また、低溶融部２０の体積が膨張することで、封止樹脂７の内部に圧力が加わり、半導体素子１と封止樹脂７との界面および端子３ａと封止樹脂７との界面に剥離が発生する。溶融した低溶融部２０は、上記２つの界面において剥離が発生した領域に濡れ拡がる。つまり、溶融した低溶融部２０は、当該半導体素子１および端子３ａの表面において封止樹脂７との界面に剥離が発生した領域に濡れ広がる。その結果、半導体素子１の主面１１および裏面１２をショートさせることができる。このように、半導体素子１をショートさせることができれば、半導体素子１がショートしたことを制御側で検知し、当該半導体素子１に対する電流供給の停止など必要な制御を行うことができる。そのため、半導体素子１での異常な発熱を抑制できるので、当該半導体装置１００において致命的な故障に至ることを防止できる。また、低溶融部２０が半導体素子１および端子３ａに濡れ広がることで、半導体素子１に流れる電流密度が緩和し、この点からも当該半導体素子１の発熱を抑制することができる。このようにして、封止樹脂７が破裂する前に、半導体素子１での発熱を抑制・停止させることができる。

【0029】

低溶融部２０を構成する材料は、Ｓｎを主成分にした合金であることが好ましい。低溶融部２０は、銀、銅、ビスマス（Ｂｉ）、リチウム（Ｌｉ）のいずれかを含む金属材料が含まれてもよい。低溶融部２０を構成する材料は、熱分解温度が低い材料であればよく、樹脂材料でもよい。

【0030】

半導体素子１の異常発熱時において、当該低溶融部２０が確実に半導体素子１をショートさせるために、低溶融部２０の分量は多い方が好ましい。具体的には、低溶融部２０の分量は、接合部２の第１方向Ｘでの厚みに１．０ｍｍ^２を乗じた値以上であってもよい。図１に示されるように、低溶融部２０は、半導体素子１および端子３ａに接続されてもよい。このようにすれば、低溶融部２０が溶融したときに、半導体素子１および端子３ａに溶融した低溶融部２０が濡れ広がりやすくなる。なお、低溶融部２０は、たとえば半導体素子１および端子３ａに接続されずに、接合部２に完全に覆われてもよい。

【0031】

半導体素子１がＩＧＢＴの場合、第１方向Ｘからみた平面視において半導体素子１の中心にて、動作時における半導体素子１の温度が最も高くなる場合がある。そのため、図１に示されるように、低溶融部２０は半導体素子１の中心に配置されていることが好ましい。具体的には、平面視において半導体素子１の形状が四角形状である場合、平面視において低溶融部２０は、半導体素子１の中心からの距離が半導体素子１の長辺の長さの２０％以下である領域に配置されていればよい。低溶融部２０は、半導体素子１の中心からの距離が半導体素子１の長辺の長さの１０％以下である領域に配置されれていてもよい。長辺の長さとは、平面視において半導体素子の外周を構成する辺のうち最も長い１辺の長さである。このようにすれば、半導体素子１が過昇温状態になった場合、封止樹脂７が破裂する前に、予め半導体素子１を上述のようにショートさせ、結果的に当該半導体素子１での発熱を停止させることができる。

【0032】

図１に示されるように、低溶融部２０は、第２接合部２ｂに含まれている。後述するように、低溶融部２０は、第１接合部２ａに含まれていてもよい。第１接合部２ａおよび第２接合部２ｂの少なくともいずれかに低溶融部２０が含まれていればよい。

【0033】

半導体素子１を構成する材料がたとえばＳｉＣまたはＧａＮである場合、半導体素子１は２００℃以上２５０℃以下における高温動作が可能となる。ただし、半導体素子１が、たとえば、１７５℃以上の温度条件で使用される場合において、接合部２の融点に近い温度で当該半導体素子１が使用されると、接合部２の材料特性が劣化する可能性がある。そのため、接合部２の融点は２５０℃以上であることが好ましい。

【0034】

前述したように、第２接合部２ｂを構成する材料（具体的には第２接合部２ｂにおいて低溶融部２０以外の部分を構成する材料）は、アルミニウム、銅、銀などの金属のいずれかを含む高融点材料であってもよい。シンタリング材料がアルミニウムである場合、当該シンタリング材料の融点は約６６０℃である。シンタリング材料が銀である場合、当該シンタリング材料の融点は約９６０℃である。シンタリング材料が銀である場合、当該シンタリング材料の融点は約１０８０℃である。そのため、上記の金属材料を含むシンタリング材料を用いれば、第２接合部２ｂにおいて低溶融部２０以外の部分を構成する材料の融点は封止樹脂７の熱分解温度以上となる。つまり、半導体素子１は、封止樹脂７の熱分解温度以上まで、動作可能となる。このようにして、半導体装置１００の耐熱性を確保することができる。

【0035】

＜作用効果＞
本開示に従った半導体装置１００は、半導体素子１と接合部２と封止樹脂７とを備える。接合部２は、半導体素子１に接続されている。封止樹脂７は、半導体素子１および接合部２に接続されている。接合部２は低溶融部２０を含む。低溶融部２０の融点は、封止樹脂７の熱分解温度より低い。このようにすれば、半導体素子１が過昇温状態になった場合、封止樹脂７が破損する前に、予め半導体素子１の主面１１と裏面１２との間をショートさせ、結果的に当該半導体素子１での発熱を停止させることができる。

【0036】

上記半導体装置１００において、半導体素子１から見て接合部２が配置されている方向を第１方向Ｘとする。第１方向Ｘからみた平面視において、低溶融部２０は、半導体素子１の中心に配置されている。第１方向Ｘからみた平面視において半導体素子１の中心にて、動作時における半導体素子１の温度が最も高くなる。そのため、低溶融部２０が半導体素子１の中心に配置されていれば、半導体素子１が過昇温状態になった場合、封止樹脂７が破損する前に、予め半導体素子１での発熱を停止させることができる。

【0037】

上記半導体装置１００は、ヒートシンク６を備える。接合部２は、第１接合部２ａを含む。第１接合部２ａの材料はシンタリング材料である。第１接合部２ａは、半導体素子１とヒートシンク６との間に配置されている。このようにすれば、半導体装置１００の放熱性が改善する。また、接合部２に繰り返し加わる熱応力による当該半導体装置１００の劣化が抑制される。

【0038】

上記半導体装置１００は、端子３ａを備える。接合部２は、第２接合部２ｂを含む。第２接合部２ｂの融点が、封止樹脂７の熱分解温度以上である。端子３ａは、第２接合部２ｂを介して半導体素子１と接続されている。このようにすれば、半導体素子１の動作温度が封止樹脂７の熱分解温度以上まで当該半導体素子１は動作可能となる。その結果、半導体装置１００の耐熱性を確保することができる。

【0039】

上記半導体装置１００において、第２接合部２ｂの材料は、シンタリング材料である。このようにすれば、半導体装置１００の放熱性が改善する。また、接合部２に繰り返し加わる熱応力による当該半導体装置１００の劣化が抑制される。

【0040】

実施の形態２．
＜半導体装置の構成＞
図２は、実施の形態２に係る半導体装置１００の断面図である。図２は図１に対応する。図２に示された半導体装置１００は、基本的には図１に示された半導体装置１００と同様の構成を備えるが、低溶融部２０が、複数の溶融部２０ａを含む点で異なる。具体的には、複数の溶融部２０ａの各々は、半導体素子１において接合部２が接続している面が延在する方向に互いに間隔を隔てて配置されている。異なる観点から言えば、複数の溶融部２０ａは、半導体素子１の主面１１と端子３ａとの間の領域に位置し、第２接合部２ｂの内部に分散配置されている。このようにすれば、半導体素子１が過昇温状態になった場合、半導体素子１の主面１１において温度分布があったとしても、複数の溶融部２０ａのうちいずれかの溶融部２０ａが溶融する。この結果、封止樹脂７が破裂する前に、予め半導体素子１の主面１１と裏面１２との間をショートさせ、結果的に当該半導体素子１での発熱を停止させることができる。なお、第１接合部２ａの材料として高放熱なシンタリング材料を用いる事が好ましい。第２接合部２ｂの材料として、封止樹脂７の熱分解温度と同等以上の融点を有するシンタリング材料を用いる事が好ましい。第１接合部２ａの材料の融点は、第２接合部２ｂの材料の融点より高くてもよい。

【0041】

接合部２の融点と封止樹脂７の熱分解温度とが近い場合、半導体素子１の温度が封止樹脂７の熱分解温度に達する前に、確実に低溶融部２０を溶融させる必要がある。特に、半導体素子１がショート故障した際に、半導体素子１の主面１１と裏面１２とを電気的に接続し、電気抵抗が低い新たな経路を形成する必要がある。たとえば半導体素子１がＭＯＳＦＥＴである場合、平面視において半導体素子１の中央が最も温度が高いとは限らない。また、半導体素子１の主面１１における温度分布は、端子３ａの形状にも依存する。そのため、複数の溶融部２０ａの各々が、半導体素子１において接合部２が接続している面が延在する方向に互いに間隔を隔てて配置されていることが好ましい。

【0042】

低溶融部２０は、たとえば５つの溶融部２０ａを含んでいてもよい。５つの溶融部２０ａの各々は、たとえば、半導体素子１の主面１１における中心と、半導体素子１の主面１１における外周に沿って実質的に等間隔に配置されてもよい。半導体素子１の平面形状が四角形状である場合、４つの溶融部２０ａが主面１１における四隅に配置されてもよい。低溶融部２０は、９つの溶融部２０ａを含んでいてもよい。９つの溶融部２０ａの各々は、たとえば、半導体素子１の中心と、半導体素子１の四隅と、中心と四隅との間の位置に配置されてもよい。また、複数の溶融部２０ａは、半導体素子１の主面１１上においてマトリックス状に配置されてもよい。このようにすれば、半導体素子１の主面１１において温度分布が生じても、複数の溶融部２０ａのうちのいずれかが溶融する。この結果、封止樹脂７が破裂する前に、半導体素子１での発熱を停止させることができる。

【0043】

複数の溶融部２０ａを構成する材料は、Ｓｎを主成分にした合金であることが好ましい。複数の溶融部２０ａは、銀、銅、ビスマス、リチウムのいずれかを含む金属材料が含まれてもよい。複数の溶融部２０ａを構成する材料は、熱分解温度が低い材料であればよく、樹脂材料でもよい。

【0044】

＜作用効果＞
上記半導体装置１００において、低溶融部２０は、複数の溶融部２０ａを含む。複数の溶融部２０ａの各々は、半導体素子１において接合部２が接続している面が延在する方向に互いに間隔を隔てて配置されている。このようにすれば、半導体素子１の主面１１において温度分布があったとしても、封止樹脂７が破裂する前に、半導体素子１での発熱を停止させることができる。

【0045】

実施の形態３．
＜半導体装置の構成＞
図３は、実施の形態３に係る半導体装置１００の断面図である。図３は図２に対応する。図３に示された半導体装置１００は、基本的には図２に示された半導体装置１００と同様の構成を備えるが、第２接合部２ｅを構成する材料にＳｎを含む点で異なる。具体的には、Ｓｎを主成分とし、ＣｕボールまたはＮｉボールなどを含んだペーストを半導体素子１の主面１１と端子３ａとの間に配置し、当該ペーストを熱処理することで第２接合部２ｅを形成する。この結果、第２接合部２ｅとしてＳｎＣｕ系の合金あるいはＳｎＮｉ系の合金が形成される。これらの合金は、Ｓｎに比べて融点が高い。そのため、当該半導体装置１００の耐熱性が向上する。また、複数の溶融部２０ａを構成する材料は、前述のようにＳｎを主成分とした合金であることが好ましい。図３に示された半導体装置１００における複数の溶融部２０ａは、上述したペーストの熱処理によりＳｎを主成分としてＣｕを含む合金として形成され得る。

【0046】

このように、第２接合部２ｅを形成する工程として、Ｓｎペーストに予め球状のＣｕボールあるいはＮｉボールを混合させた混合物を準備し、当該混合物を半導体素子１の主面１１に塗布するという工程を適用できる。この工程において、複数の溶融部２０ａも同時に形成される。このように、第２接合部２ｅの形成を容易に行うことができる。具体的には、複数の溶融部２０ａを含む第２接合部２ｅを形成するために、１種類の材料（混合物）を印刷あるいはディスペンサにより半導体素子１の主面１１に供給するといった工程を採用できる。その結果、当該半導体装置１００の生産性が向上する。

【0047】

＜作用効果＞
上記半導体装置１００において、第２接合部２ｂを構成する材料は錫を含む。このようにすれば、低溶融部２０を含む第２接合部２ｅの形成が容易となり、当該半導体装置１００の生産性が向上する。

【0048】

実施の形態４．
＜半導体装置の構成および作用効果＞
図４は、実施の形態４に係る半導体装置１００の断面図である。図４は図１に対応する。図４に示された半導体装置１００は、基本的には図１に示された半導体装置１００と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、低溶融部２０が、第１接合部２ａに含まれている点で異なる。前述したように、第１方向Ｘからみた平面視において半導体素子１の中心にて、動作時における半導体素子１の温度が最も高くなる場合がある。そのため、低溶融部２０は半導体素子１の中心に配置されていることが好ましい。低溶融部２０を予めバンプ形成することで、当該低溶融部２０を、半導体素子１の中心に配置することが容易となる。

【0049】

低溶融部２０および第１接合部２ａが流動性のある材料を用いて形成される場合を考える。このとき、各々の材料を独立して供給する際に、低溶融部２０の材料について位置決めが難しい。そのため、低溶融部２０を半導体素子１の中心に配置することが困難である。低溶融部２０を予めバンプ形成することで、低溶融部２０の位置を厳密に決めることができる。その後、第１接合部２ａとなるシンタリング材料を印刷あるいはディスペンサを用いて半導体素子１に供給すれば、容易に、低溶融部２０を半導体素子１の中心に配置することができる。なお、低溶融部２０の分量（体積）は、第１接合部２ａの第１方向Ｘにおける厚みに１．０ｍｍ^２を乗じた値以上であってもよい。

【0050】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本開示の基本的な範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

【0051】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
半導体素子と、
前記半導体素子に接続されている接合部と、
前記半導体素子および前記接合部に接続されている封止樹脂とを備え、
前記接合部は低溶融部を含み、
前記低溶融部の融点は、前記封止樹脂の熱分解温度より低い、半導体装置。
（付記２）
前記半導体素子から見て前記接合部が配置されている方向を第１方向としたときに、
前記第１方向からみた平面視において、
前記低溶融部は、前記半導体素子の中心に配置されている、付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記低溶融部は、複数の溶融部を含み、
複数の前記溶融部の各々は、前記半導体素子において前記接合部が接続している面が延在する方向に互いに間隔を隔てて配置されている、付記１または付記２に記載の半導体装置。
（付記４）
ヒートシンクを更に備え、
前記接合部は、第１接合部を含み、
前記第１接合部の材料はシンタリング材料であり、
前記第１接合部は、前記半導体素子と前記ヒートシンクとの間に配置されている、付記１から付記３のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記５）
端子を更に備え、
前記接合部は、第２接合部を含み、
前記第２接合部の融点が、前記封止樹脂の前記熱分解温度以上であり、
前記端子は、前記第２接合部を介して前記半導体素子と接続されている、付記１から付記４のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記６）
前記第２接合部の材料はシンタリング材料である、付記５に記載の半導体装置。
（付記７）
前記第２接合部を構成する材料は錫を含む、付記５に記載の半導体装置。

【符号の説明】

【0052】

１ 半導体素子、２ 接合部、２ａ 第１接合部、２ｂ，２ｅ 第２接合部、２ｃ 第３接合部、２ｄ 第４接合部、３ａ，３ｂ 端子、４ 放熱部材、５ 絶縁層、６ ヒートシンク、７ 封止樹脂、１１ 主面、１２ 裏面、２０ 低溶融部、２０ａ 溶融部、１００ 半導体装置、Ｘ 第１方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】