特許 7346178 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】

(24)【登録日】2023-09-08

(45)【発行日】2023-09-19

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20230911BHJP

   H01L 21/607 20060101ALI20230911BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20230911BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230911BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20230911BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 321E

H01L21/607 A

H01L25/04 C

H01L23/48 R

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019161843

(22)【出願日】2019-09-05

(65)【公開番号】P2021040085

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2021-09-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】川城 史義

【審査官】今井 聖和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０４０６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４４１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５１３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０３３５０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１７７６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８９７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８１２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３７２６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２１／６０７

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
前記基体の上に設けられた半導体チップと、
前記基体の上に設けられた第１超音波接合部を介して前記半導体チップと電気的に接続され、前記半導体チップと対向する第１面を有する第１端子板と、
前記第１面に設けられ第１粘着剤を含む第１粘着層と、
前記基体の上に設けられ、前記第１端子板の上に設けられ前記第１端子板と対向する第２面を有する第２端子板と、
前記第２面に設けられ第２粘着剤を含む第２粘着層と、
を備える半導体装置。

【請求項2】

前記第２端子板は、前記基体の上に設けられた第２超音波接合部を介して前記半導体チップと電気的に接続されている、
請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体チップは、第１電極と、第２電極と、第１制御電極と、を有し、
前記第１端子板は前記第１電極に電気的に接続され、
前記第２端子板は前記第２電極に電気的に接続されている、
請求項２記載の半導体装置。

【請求項4】

前記半導体チップは、第１電極と、第２電極と、第１制御電極と、を有し、
前記第１端子板は前記第１制御電極に電気的に接続され、
前記第２端子板は前記第１電極又は前記第２電極に電気的に接続されている、
請求項２記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１粘着層に、前記第１超音波接合部に含まれる金属材料を含む金属片が付着している請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１粘着剤はアクリル系粘着剤を含む請求項１乃至請求項５いずれか一項記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１粘着剤はシロキサンを含まない請求項１乃至請求項６いずれか一項記載の半導体装置。

【請求項8】

前記基体は、絶縁板と、前記絶縁板の上に設けられた金属板と、を有し、
前記半導体チップは前記金属板の上に設けられており、
前記半導体チップの設けられていない前記金属板の部分の上に設けられ、第３粘着剤を含む第３粘着層をさらに備える請求項１乃至請求項７いずれか一項記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発電や送電、ポンプやブロアなどの回転機、通信システムや工場などの電源装置、交流モータによる鉄道、電気自動車、家庭用電化製品等の幅広い分野に向けた、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ－Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の、電力制御用に設計されたパワー半導体チップの開発が行われている。

【0003】

また、かかるパワー半導体チップを用いた、パワーモジュールとしての半導体装置の開発が行われている。このような半導体装置には、高電流密度化、低損失化、高放熱化等のスペックが要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４３７１１５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い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】

実施形態の半導体装置は、基体と、基体の上に設けられた半導体チップと、基体の上に設けられた第１超音波接合部を介して半導体チップと電気的に接続され、半導体チップと対向する第１面を有する第１端子板と、第１面に設けられ第１粘着剤を含む第１粘着層と、基体の上に設けられ、第１端子板の上に設けられ第１端子板と対向する第２面を有する第２端子板と、第２面に設けられ第２粘着剤を含む第２粘着層と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の半導体装置の模式断面図である。

【図2】第１実施形態の第１半導体チップ及び第２半導体チップの模式図である。

【図3】第１実施形態の電力変換装置の模式回路図である。

【図4】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図5】第１実施形態の比較形態となる半導体装置の模式断面図である。

【図6】第２実施形態の半導体装置の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材には同一の符号を付す場合がある。また、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する場合がある。

【0009】

本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。

【0010】

（第１実施形態）
本実施形態の半導体装置は、基体と、基体の上に設けられた半導体チップと、基体の上に設けられた第１超音波接合部を介して半導体チップと電気的に接続され、半導体チップと対向する第１面を有する第１端子板と、第１面に設けられ第１粘着剤を含む第１粘着層と、を備える。

【0011】

図１は、本実施形態の半導体装置１００の模式断面図である。

【0012】

半導体装置１００は、ベース材２と、第１絶縁板１２と、第２絶縁板１４と、第１金属板１６と、第２金属板１８と、第３金属板２０と、第４金属板２２と、第５金属板２４と、第１半導体チップ２６と、第２半導体チップ２８と、第１接合材３０と、第２接合材３２と、第３接合材３４と、第４接合材３６と、ボンディングワイヤ３８ａと、ボンディングワイヤ３８ｂと、第１超音波接合部５０と、第２超音波接合部５２と、第３超音波接合部５４と、第１粘着層６０と、第２粘着層６２と、第３粘着層６４と、第１金属片７０と、第２金属片７２と、第３金属片７４と、放熱板８０と、サーマルインターフェースマテリアル（ＴＭＩ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）８２と、ケース８４と、封止材（ゲル）８６と、蓋８８と、第１端子板９０と、第２端子板９２と、第３端子板９４と、ネジ９６と、ワッシャー９８と、を備える。

【0013】

放熱板８０は、下部にフィン８１を有する。放熱板８０は、後述する半導体チップ等から発生した熱を放熱するために用いられる。

【0014】

ベース材２は、放熱板８０の上に設けられている。ベース材２は、Ｃｕ（銅）又はＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成されている。なお、ベース材２は、Ｃｕ系の合金、Ａｌ系の合金又はその他の合金で形成されていても良い。また、ベース材２は、例えばＣｕ板材の表面にＮｉ（ニッケル）等によるめっきがされたものであっても良い。

【0015】

第１基体４０（基体の一例）は、第５金属板２４と、第２絶縁板１４と、第１金属板１６と、第２金属板１８と、を有する。

【0016】

第５金属板２４は、ベース材２の上に、例えば第４接合材３６を用いて接合されている。第２絶縁板１４は、第５金属板２４の上に設けられている。第１金属板１６及び第２金属板１８は、第２絶縁板１４の上に設けられている。

【0017】

第２基体４２は、第４金属板２２と、第１絶縁板１２と、第３金属板２０と、を有する。

【0018】

第４金属板２２は、ベース材２の上に、例えば第２接合材３２を用いて接合されている。第１絶縁板１２は、第４金属板２２の上に設けられている。第３金属板２０は、第１絶縁板１２の上に設けられている。

【0019】

第１絶縁板１２及び第２絶縁板１４は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＳｉＮ（窒化シリコン）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム（アルミナ））等で形成された板材である。

【0020】

第１金属板１６、第２金属板１８、第３金属板２０、第４金属板２２、及び第５金属板２４は、例えばＣｕ（銅）で形成された金属板であり、回路配線として用いられる。例えば、第３金属板２０及び第４金属板２２は、第１絶縁板１２の表面に、図示しないろう材等を用いて接合されている。第３金属板２０は、第１絶縁板１２の一方の表面に接合されている。第４金属板２２は、第１絶縁板１２の他方の表面に接合されている。例えば、第１金属板１６、第２金属板１８及び第５金属板２４は、第２絶縁板１４の表面に、図示しないろう材等を用いて接合されている。例えば、第１金属板１６及び第２金属板１８は、第２絶縁板１４の一方の表面に接合されている。第５金属板２４は、第２絶縁板１４の他方の表面に接合されている。

【0021】

図２は、本実施形態の第１半導体チップ２６（半導体チップの一例）及び第２半導体チップ２８の模式図である。図２（ａ）は、本実施形態の第１半導体チップ２６の模式上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ’断面における本実施形態の第１半導体チップ２６の模式断面図である。図２（ｃ）は、本実施形態の第２半導体チップ２８の模式上面図である。図２（ｄ）は、図２（ｃ）のＢ－Ｂ’断面における本実施形態の第２半導体チップ２８の模式断面図である。

【0022】

第１半導体チップ２６及び第２半導体チップ２８は、例えば、Ｓｉ（シリコン）を用いたＳｉ－ＩＧＢＴである。第１半導体チップ２６は、第１エミッタ電極２７ａ（第１電極の一例）と、第１コレクタ電極２７ｂ（第２電極の一例）と、第１ゲート電極２７ｃ（第１制御電極の一例）を有する。例えば、第１エミッタ電極２７ａ及び第１ゲート電極２７ｃは第１半導体チップ２６の上面に、第１コレクタ電極２７ｂは第１半導体チップ２６の下面に設けられている。第２半導体チップ２８は、第２エミッタ電極２９ａと、第２コレクタ電極２９ｂと、第２ゲート電極２９ｃと、を有する。例えば、第２エミッタ電極２９ａ及び第２コレクタ電極２９ｂは第２半導体チップ２８の上面に、第２コレクタ電極２９ｂは第２半導体チップ２８の下面に設けられている。

【0023】

なお、第１半導体チップ２６及び第２半導体チップ２８は、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ、Ｓｉ－ＦＲＤ（Ｆａｓｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｄｉｏｄｅ）、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたＳｉＣ－ＩＧＢＴ、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ又はＳｉＣ－ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、又はＩＩＩ－Ｖ族半導体においてＶ族元素が窒素である窒化物半導体を用いたＧａＮ－ＭＯＳＦＥＴ等であってもかまわない。

【0024】

図１において、第１半導体チップ２６は、第２金属板１８の上に、例えば第３接合材３４を用いて接合されている。ボンディングワイヤ３８ｂは、第１半導体チップ２６及び第２金属板１８の上に設けられている。そして、ボンディングワイヤ３８ｂは、第１エミッタ電極２７ａ、第１コレクタ電極２７ｂ又は第１ゲート電極２７ｃと第２金属板１８を、電気的に接続している。ボンディングワイヤ３８ｂは、例えばＡｌ（アルミニウム）で形成され、Ａｌを含む。

【0025】

図１において、第２半導体チップ２８は、第３金属板２０の上に、例えば第１接合材３０を用いて接合されている。ボンディングワイヤ３８ａは、第２半導体チップ２８及び第３金属板２０の上に設けられている。そして、ボンディングワイヤ３８ａは、第２エミッタ電極２９ａ、第２コレクタ電極２９ｂ又は第２ゲート電極２９ｃと第３金属板２０を、電気的に接続している。ボンディングワイヤ３８ａは、例えばＡｌ（アルミニウム）で形成され、Ａｌを含む。

【0026】

第１接合材３０、第２接合材３２、第３接合材３４及び第４接合材３６は、例えば、はんだである。第１接合材３０、第２接合材３２、第３接合材３４及び第４接合材３６としては、例えば、Ｐｂ（鉛）、Ａｇ（銀）又はＳｎ（スズ）を用いた、組成がＰｂ_９５Ｓｎ_５又はＰｂ_９５Ａｇ_１．５Ｓｎ_３．５等で、融点が３３０℃程度のはんだ、Ｓｎ及びＳｂ（アンチモン）を用いた、組成がＳｎＳｂ系で融点が２４０℃程度のはんだ、Ａｕ（金）とＳｎを用いた融点が２８０℃程度のＡｕＳｎ系のはんだ、ＡｕとＳｉを用いた融点が３６０℃程度のＡｕＳｉ系のはんだ、又はＡｕとＧｅ（ゲルマニウム）を用いた融点が３６０℃程度のＡｕＧｅ系のはんだを適宜用いることができる。なお、第１接合材３０、第２接合材３２、第３接合材３４及び第４接合材３６は、上述のはんだに限定されるものではなく、例えば他の焼結材等であってもかまわない。

【0027】

半導体装置１００が有する半導体チップの数は、上記の通り、第１半導体チップ２６及び第２半導体チップ２８の２個である。しかし、半導体チップの数はこれに限定されるものではない。例えば、半導体装置１００が有する半導体チップの数は、５０個以上であっても良い。

【0028】

ケース８４は、例えば樹脂で形成されており、例えばベース材２の上に、第１半導体チップ２６及び第２半導体チップ２８を取り囲むように設けられている。ケース８４は、ネジ９６及びワッシャー９８を用いて、ベース材２の上に固定される。ケース８４内には公知の封止材（ゲル）８６が封入されて封止される。封止材８６（ゲル）の上には蓋８８が配置されている。

【0029】

サーマルインターフェースマテリアル（ＴＭＩ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）８２は、ベース材２と放熱板８０の間に設けられている。サーマルインターフェースマテリアル８２は、例えばグリース状の部材である。サーマルインターフェースマテリアル８２は、放熱板８０の上に塗布される。そして、その上にベース材２が、サーマルインターフェースマテリアル８２と接触した状態で配置される。サーマルインターフェースマテリアル８２は、ベース材２と放熱板８０の間における小さな隙間や凸凹を埋めることにより、第１半導体チップ２６及び第２半導体チップ２８で発生した熱を効率良く放熱板８０に伝達する。

【0030】

第１端子板９０の一端は、第２金属板１８の上に、超音波接合法により形成された第１超音波接合部５０を用いて接続されている。そして、第１端子板９０の一端は、第１超音波接合部５０を介して、第１半導体チップ２６の第１エミッタ電極２７ａ、第１コレクタ電極２７ｂ又は第１ゲート電極２７ｃと電気的に接続されている。

【0031】

第１端子板９０は、第１半導体チップ２６と対向する第１面９０ａを有する。そして、第１端子板９０の他端は、ケース８４の外部に設けられている。

【0032】

第２端子板９２の一端は、第１金属板１６の上に、超音波接合法により形成された第２超音波接合部５２により接合されている。そして、第２端子板９２の一端は、第２超音波接合部５２を介して、第１半導体チップ２６の第１エミッタ電極２７ａ、第１コレクタ電極２７ｂ又は第１ゲート電極２７ｃと電気的に接続されている。

【0033】

第２端子板９２は、第１端子板９０の上に設けられ、第１端子板９０と対向する第２面９２ａを有する。そして、第２端子板９２の他端は、ケース８４の外部に設けられている。

【0034】

第３端子板９４の一端は、第３金属板２０の上に、超音波接合法により形成された第３超音波接合部５４を用いて接続されている。そして、第３端子板９４の一端は、第３超音波接合部５４を介して、第２半導体チップ２８の第２エミッタ電極２９ａ、第２コレクタ電極２９ｂ又は第２ゲート電極２９ｃと電気的に接続されている。

【0035】

第３端子板９４は、第２半導体チップ２８と対向する第３面９４ａを有する。そして、第３端子板９４の他端は、ケース８４の外部に設けられている。

【0036】

第１端子板９０、第２端子板９２及び第３端子板９４は、例えば板金を用いて、例えば厚さ１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度のＣｕ製の板を成型することにより、一体の部品として形成されることが、簡易に作成できるため好ましい。しかし、第１端子板９０、第２端子板９２及び第３端子板９４の製造方法は、これに限定されるものではない。

【0037】

第１超音波接合部５０には、第１端子板９０及び第２金属板１８に含まれる金属材料が、含まれる。例えば、第１端子板９０及び第２金属板１８がＣｕで形成されている場合には、第１超音波接合部５０にはＣｕが含まれる。

【0038】

第２超音波接合部５２には、第２端子板９２及び第１金属板１６に含まれる金属材料が、含まれる。例えば、第２端子板９２及び第１金属板１６がＣｕで形成されている場合には、第２超音波接合部５２にはＣｕが含まれる。

【0039】

第３超音波接合部５４には、第３端子板９４及び第３金属板２０に含まれる金属材料が、含まれる。例えば、第３端子板９４及び第３金属板２０がＣｕで形成されている場合には、第３超音波接合部５４にはＣｕが含まれる。

【0040】

図３は、本実施形態の電力変換装置２００の模式回路図である。実施形態の電力変換装置２００は、インバータ回路である。そして、実施形態の半導体装置１００は、電力変換装置２００の一部又は電力変換装置２００として用いられるものである。

【0041】

電力変換装置２００は、互いに並列に接続された複数のハイサイドトランジスタ２２２ａ、２２２ｂ及び２２２ｃと、互いに並列に接続された複数のローサイドトランジスタ２２４ａ、２２４ｂ及び２２４ｃと、を有している。そして、ハイサイドトランジスタ２２２ａとローサイドトランジスタ２２４ａは直列に接続されている。同様に、ハイサイドトランジスタ２２２ｂとローサイドトランジスタ２２４ｂは直列に、ハイサイドトランジスタ２２２ｃとローサイドトランジスタ２２４ｃは直列に接続されている。

【0042】

ハイサイドトランジスタ２２２ａ、２２２ｂ及び２２２ｃ、ローサイドトランジスタ２２４ａ、２２４ｂ及び２２４ｃは、例えばＩＧＢＴであるが、ＭＯＳＦＥＴ等であっても良い。なお、ハイサイドトランジスタ２２２ａ、２２２ｂ及び２２２ｃの個数と、ローサイドトランジスタ２２４ａ、２２４ｂ及び２２４ｃの個数は、特に限定されるものではない。ハイサイドトランジスタ２２２ａ、２２２ｂ及び２２２ｃ、ローサイドトランジスタ２２４ａ、２２４ｂ及び２２４ｃとして、第１半導体チップ２６又は第２半導体チップ２８が用いられる。

【0043】

ハイサイドトランジスタ２２２ａ、２２２ｂ及び２２２ｃには、直流電源２１０の正極２１２及び平滑キャパシタ２２０の一端が、正端子Ｐを介して接続されている。ローサイドトランジスタ２２４ａ、２２４ｂ及び２２４ｃには、直流電源２１０の負極２１４及び平滑キャパシタ２２０の他端が、負端子Ｎを介して接続されている。

【0044】

出力端子ＡＣ（Ｕ）はハイサイドトランジスタ２２２ａとローサイドトランジスタ２２４ａの間に、出力端子ＡＣ（Ｖ）はハイサイドトランジスタ２２２ｂとローサイドトランジスタ２２４ｂの間に、そして出力端子ＡＣ（Ｗ）はハイサイドトランジスタ２２２ｃとローサイドトランジスタ２２４ｃの間に接続されている。

【0045】

例えば、第１端子板９０が第１半導体チップ２６の第１エミッタ電極２７ａと電気的に接続され、第２端子板９２が第１半導体チップ２６の第１コレクタ電極２７ｂと電気的に接続されている場合、又は第１端子板９０が第１半導体チップ２６の第１コレクタ電極２７ｂと電気的に接続され、第２端子板９２が第１半導体チップ２６の第１エミッタ電極２７ａと電気的に接続されている場合は、第１半導体チップ２６により変換された電力は、第１端子板９０及び第２端子板９２を用いてケース８４外に設けられた負荷等に接続されて用いられることができる。このように、第１端子板９０及び第２端子板９２は、出力端子ＡＣとしての主端子板として機能し得る。

【0046】

また、例えば、第１端子板９０が第１半導体チップ２６の第１ゲート電極２７ｃと電気的に接続され、第２端子板９２が第１半導体チップ２６の第１エミッタ電極２７ａ又は第１コレクタ電極２７ｂと電気的に接続されている場合は、第１端子板９０の他端は図示しないゲートドライブ回路に接続される。そして、ゲートドライブ回路により生成された信号により、第１半導体チップ２６が制御される。このように、第１端子板９０は、信号端子としても機能し得る。

【0047】

また、例えば、第１端子板９０が第１半導体チップ２６の第１エミッタ電極２７ａ又は第１コレクタ電極２７ｂと電気的に接続され、第２端子板９２が第１半導体チップ２６の第１ゲート電極２７ｃと電気的に接続されている場合は、第２端子板９２の他端は図示しないゲートドライブ回路に接続される。そして、ゲートドライブ回路により生成された信号により、第１半導体チップ２６が制御される。このように、第２端子板９２は、信号端子としても機能し得る。

【0048】

例えば、第３端子板９４が第２半導体チップ２８の第２エミッタ電極２９ａ又は第２コレクタ電極２９ｂと電気的に接続されている場合には、第２半導体チップ２８により変換された電力は、第３端子板９４を用いてケース８４外に設けられた負荷等に接続されて用いられることができる。このように、第３端子板９４は、出力端子ＡＣとしての主端子板として機能し得る。

【0049】

また、例えば、第３端子板９４が第２半導体チップ２８の第２ゲート電極２９ｃと電気的に接続されている場合は、第３端子板９４の他端は図示しないゲートドライブ回路に接続される。そして、ゲートドライブ回路により生成された信号により、第２半導体チップ２８が制御される。このように、第３端子板９４は、信号端子としても機能し得る。

【0050】

第１粘着層６０は、第１端子板９０の第１面９０ａに設けられている。第１粘着層６０としては、例えば、ポリイミドフィルムを用いたテープ材の粘着層を好ましく用いることができる。例えば、両方の面に粘着層が設けられたポリイミドフィルムを用いたテープ材を用い、一方の面に設けられた粘着層を用いてテープ材を第１面９０ａに固定し、他方の面に設けられた粘着層を第１粘着層６０として用いることができる。しかし、第１粘着層６０としてはこれに限定されるものではなく、例えば所定の粘着剤を第１面９０ａに塗布して、第１粘着層６０として用いてもかまわない。

【0051】

ポリイミドフィルムは、後述するリフロー炉内の熱に耐えられるため、好ましく用いられる。なお、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材を用いたフィルムやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）材を用いたフィルム等も、好ましく用いることができる。

【0052】

第１粘着層６０は、第１粘着剤を含む。第１粘着剤としては、アクリル系粘着剤が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。第１粘着剤は、シロキサンを含まないことが好ましい。

【0053】

第２粘着層６２は、第２端子板９２の第２面９２ａに設けられている。第２粘着層６２としては、例えば、ポリイミドフィルムを用いたテープ材の粘着層を好ましく用いることができる。例えば、両方の面に粘着層が設けられたポリイミドフィルムを用いたテープ材を用い、一方の面に設けられた粘着層を用いてテープ材を第２面９２ａに固定し、他方の面に設けられた粘着層を第２粘着層６２として用いることができる。しかし、第２粘着層６２としてはこれに限定されるものではなく、例えば所定の粘着剤を第２面９２ａに塗布して、第２粘着層６２として用いてもかまわない。

【0054】

第２粘着層６２は、第２粘着剤を含む。第２粘着剤としては、アクリル系粘着剤が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。第２粘着剤は、シロキサンを含まないことが好ましい。

【0055】

第３粘着層６４は、第３端子板９４の第３面９４ａに設けられている。第３粘着層６４としては、例えば、ポリイミドフィルムを用いたテープ材の粘着層を好ましく用いることができる。例えば、両方の面に粘着層が設けられたポリイミドフィルムを用いたテープ材を用い、一方の面に設けられた粘着層を用いてテープ材を第３面９４ａに固定し、他方の面に設けられた粘着層を第３粘着層６４として用いることができる。しかし、第３粘着層６４としてはこれに限定されるものではなく、例えば所定の粘着剤を第３面９４ａに塗布して、第３粘着層６４として用いてもかまわない。

【0056】

第３粘着層６４は、第３粘着剤を含む。第３粘着剤としては、アクリル系粘着剤が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。第３粘着剤は、シロキサンを含まないことが好ましい。

【0057】

第１粘着層６０、第２粘着層６２及び第３粘着層６４には、それぞれ第１金属片７０、第２金属片７２及び第３金属片７４が付着している。第１金属片７０、第２金属片７２及び第３金属片７４は、第１超音波接合部５０、第２超音波接合部５２又は第３超音波接合部５４に含まれる金属材料を含む。

【0058】

図４は、本実施形態の半導体装置１００の製造方法を示すフローチャートである。

【0059】

まず、「ダイマウント」として、第４金属板２２及び第３金属板２０が接合された第１絶縁板１２を準備する。次に、第３金属板２０と第２半導体チップ２８を、第１接合材３０を用いて接合する。また、第５金属板２４、第１金属板１６及び第２金属板１８が接合された第２絶縁板１４を準備する。次に、第２金属板１８と第１半導体チップ２６を、第３接合材３４を用いて接合する。これらの接合は、例えば、公知のリフロー炉内で行われる（Ｓ１０）。

【0060】

次に、「ワイヤボンディング」として、ボンディングワイヤ３８ａを用いて、第２半導体チップ２８と第３金属板２０を電気的に接続する。また、ボンディングワイヤ３８ｂを用いて、第１半導体チップ２６と第２金属板１８を電気的に接続する（Ｓ２０）。

【0061】

次に、「電気選別」として、第１半導体チップ２６及び第２半導体チップ２８の電気特性を、例えば市販の半導体テスタを用いて、テストを行う（Ｓ３０）。

【0062】

次に、「ベース付」として、ベース材２の上面と第４金属板２２を、第２接合材３２を用いて接合する。また、ベース材２の上面と第５金属板２４を、第４接合材３６を用いて接合する。（Ｓ４０）。

【0063】

次に、「基板間ワイヤボンディング」として、第１半導体チップ２６と第２半導体チップ２８を、適宜、図示しないボンディングワイヤを用いて電気的に接続する（Ｓ５０）。

【0064】

次に、「ケース付」として、ベース材２の上に、第１半導体チップ２６、第２半導体チップ２８を取り囲むように、ケース８４を配置する。そして、例えばネジ９６及びワッシャー９８を用いて、ケース８４をベース材２の上に固定する（Ｓ６０）。

【0065】

次に、「信号端子接合」として、例えば第１端子板９０が第１半導体チップ２６の第１ゲート電極２７ｃに電気的に接合される場合には、超音波接合法を用いて第１端子板９０と第２金属板１８を接合して、第１超音波接合部５０を形成する。これにより、第１端子板９０と第１半導体チップ２６の第１ゲート電極２７ｃを電気的に接続する（Ｓ７０）。

【0066】

次に、「エアブロー」として、市販のエアガン等を用いて空気を吹き付けることにより、第１端子板９０と第２金属板１８の接合により生じた金属片を取り除く。なおこのときに、あわせて市販の加振機等を用いて加振する（振動させる）ことにより、第１端子板９０と第２金属板１８の接合により生じた金属片を除去しても良い。また、上記の空気の吹き付けや加振は、製造途中の半導体装置の向きをひっくり返して行っても良い（Ｓ８０）。

【0067】

次に、「主端子板１接合」（Ｓ９０）と「エアブロー」（Ｓ１００）、「主端子板２接合」（Ｓ１１０）と「エアブロー」（Ｓ１２０）、「主端子板３接合」（Ｓ１３０）と「エアブロー」（Ｓ１４０）として、「信号端子接合」（Ｓ７０）及び「エアブロー」（Ｓ８０）と同様のプロセスを繰り返して、超音波接合法を用いて第２端子板９２と第１金属板１６を接合して、第２超音波接合部５２を形成する。また、超音波接合法を用いて第３端子板９４と第３金属板２０を接合して、第３超音波接合部５４を形成する。

【0068】

次に、「ゲル封止」として、ケース８４内を、封止材（ゲル）８６により封止する。そして、封止材８６の上に蓋８８を配置する（Ｓ１５０）。これにより、パワーモジュールとしての半導体装置１００を得る。

【0069】

以下、本実施形態の半導体装置の作用効果を記載する。

【0070】

図５は、本実施形態の比較形態となる半導体装置８００の模式断面図である。半導体装置８００においては、第１粘着層６０、第２粘着層６２及び第３粘着層６４が設けられていない。

【0071】

端子板と金属板の接合は、従前ははんだにより行われていた。しかし、本実施形態の半導体装置のように大きな電流が流れるためそれに伴う発熱が大きくなる場合は、はんだが熱で溶けてしまうことがある。そこで、超音波接合法を用いて端子板と金属板を接合して、熱によりはんだが溶けることを防止することが行われていた。

【0072】

しかし、超音波接合法を用いる場合には、端子板と金属板を互いにこすりつけて接合をするために、端子板及び金属板に含まれる屑が、金属片として生じ得る。金属片は半導体装置内のどの部分に滞留するかわからない。このため、上記の金属片に起因して、半導体装置に流れる電流のリーク、ショート、又は絶縁不良が生じ得ることが問題となっていた。

【0073】

また、上述の金属片を除去するために、「エアブロー」、「加振」、水系洗浄液等の洗浄液を用いた洗浄をおこなっても、うまく除去できないことが問題となっていた。上記のように半導体装置内の半導体チップの数は、５０個以上と、大変多くなることがある。これは、半導体装置１００の電流定格をできるだけ大きくするためである。しかし、半導体チップの数が増加すると、端子板の数も増加し、金属片が端子板にひっかかって除去されづらくなる。特に、図１に示したように、第１端子板９０の上に第２端子板９２が覆い被さるような構造となる場合には、ますます金属片の除去が困難になるという問題があった。

【0074】

そこで、本実施形態の半導体装置１００においては、第１端子板９０の、第１半導体チップ２６と対向する第１面９０ａに、第１粘着層６０を設ける。また、第２端子板９２の、第１端子板９０と対向する第２面９２ａに、第２粘着層６２を設ける。さらに、第３端子板９４の、第２半導体チップ２８と対向する第３面９４ａに、第３粘着層６４を設ける。これにより、第１粘着層６０、第２粘着層６２及び第３粘着層６４に金属片を付着させて、半導体装置に流れる電流のリーク、ショート、又は絶縁不良を抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置の提供が可能となる。

【0075】

アクリル系粘着剤は強い粘着力を有するため、第１粘着剤、第２粘着剤及び第３粘着剤として好ましく用いられる。一方、第１粘着剤、第２粘着剤及び第３粘着剤は、シロキサンを含まないことが好ましい。良好に粘着が行われないことがあるためである。

【0076】

本実施形態の半導体装置によれば、信頼性の高い半導体装置の提供が可能となる。

【0077】

（第２実施形態）
本実施形態の半導体装置は、基体は、絶縁板と、絶縁板の上に設けられた金属板と、を有し、半導体チップは金属板の上に設けられており、半導体チップの設けられていない金属板の部分の上に設けられ、第３粘着剤を含む第３粘着層をさらに備える点で、第１実施形態の半導体装置と異なっている。ここで、第１実施形態と重複する内容の記載は省略する。

【0078】

図５は、本実施形態の半導体装置１１０の模式断面図である。

【0079】

第１半導体チップ２６が設けられていない第１金属板１６の部分の上に、第４粘着剤を含む第４粘着層６５及び第５粘着剤を含む第５粘着層６６が設けられている。

【0080】

また、第２絶縁板１４（絶縁板の一例）の上の第２金属板１８（金属板の一例）の上に、第２半導体チップ２８（半導体チップの一例）が設けられている。そして、第２半導体チップ２８が設けられていない第２金属板１８の部分の上に、第６粘着剤（第３粘着剤の一例）を含む第６粘着層６７（第３粘着層の一例）及び第７粘着剤を含む第７粘着層６８が設けられている。

【0081】

超音波接合法により生じる金属片は、端子板の側よりも、超音波接合が行われる際の重力のため、基体（金属板）の側に落下して飛び散りやすい。そこで、半導体チップが設けられていない金属板の部分の上に粘着層を設けることにより、このような金属片を付着させて、信頼性の高い半導体装置の提供を可能とすることができる。

【0082】

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0083】

２ ベース材
１２ 第１絶縁板
１４ 第２絶縁板
１６ 第１金属板
１８ 第２金属板
２０ 第３金属板
２２ 第４金属板
２４ 第５金属板
２６ 第１半導体チップ
２７ａ 第１ソース電極
２７ｂ 第１ドレイン電極
２７ｃ 第１ゲート電極
２８ 第２半導体チップ
２９ａ 第２ソース電極
２９ｂ 第２ドレイン電極
２９ｃ 第２ゲート電極
３０ 第１接合材
３２ 第２接合材
３４ 第３接合材
３６ 第４接合材
３８ａ ボンディングワイヤ
３８ｂ ボンディングワイヤ
４０ 第１基体
４２ 第２基体
５０ 第１超音波接合部
５２ 第２超音波接合部
５４ 第３超音波接合部
６０ 第１粘着層
６２ 第２粘着層
６４ 第３粘着層
６５ 第４粘着層
６６ 第５粘着層
６７ 第６粘着層
６８ 第７粘着層
７０ 第１金属片
７２ 第２金属片
７４ 第３金属片
８０ 放熱板
８１ フィン
８２ サーマルインターフェースマテリアル（ＴＭＩ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）
８４ ケース
８６ 封止材（ゲル）
８８ 蓋
９０ 第１端子板
９０ａ 第１面
９２ 第２端子板
９２ａ 第２面
９４ 第３端子板
９４ａ 第３面
９６ ネジ
９８ ワッシャー
１００ 半導体装置
１１０ 半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】