特許 7666644 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】2025-04-14

(45)【発行日】2025-04-22

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/48 20060101AFI20250415BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20250415BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20250415BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20250415BHJP

【ＦＩ】

H01L23/48 S

H01L23/48 G

H01L25/04 C

H01L21/60 301N

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2023568838

(86)(22)【出願日】2021-12-21

(86)【国際出願番号】 JP2021047393

(87)【国際公開番号】W WO2023119438

(87)【国際公開日】2023-06-29

【審査請求日】2024-07-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 聡

(72)【発明者】

【氏名】新開 次郎

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】特開平９－６４２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－５０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０２５５７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－８０１５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられた主電極とを備えた半導体チップと、
緩衝板と、
前記主電極と前記緩衝板との間に設けられた接合材と、
を有し、
前記主電極は、アルミニウム又はアルミニウム合金層を含み、
前記半導体基板の第１線膨張率及び前記緩衝板の第２線膨張率は、前記主電極の第３線膨張率よりも小さく、
前記第２線膨張率は、前記第１線膨張率よりも小さい半導体装置。

【請求項2】

前記緩衝板の厚さが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、
前記第１線膨張率をρ１とし、前記第２線膨張率をρ２としたとき、「ρ２－ρ１」の値が－２．８×１０^－６／℃以上－０．１×１０^－６／℃以下である請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記緩衝板の厚さが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、
前記第１線膨張率をρ１とし、前記第２線膨張率をρ２としたとき、「ρ２－ρ１」の値が－２．８×１０^－６／℃である請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記緩衝板の厚さが０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、
前記第１線膨張率をρ１とし、前記第２線膨張率をρ２としたとき、「ρ２－ρ１」の値が－２．０×１０^－６／℃以上－１．０×１０^－６／℃以下である請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記緩衝板の厚さは前記半導体チップの厚さよりも小さい請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記緩衝板は、積層材又は鉄－ニッケル合金材であり、
前記積層材は、
前記接合材に接する第１銅層と、
前記第１銅層の上に設けられた鉄－ニッケル合金層と、
前記鉄－ニッケル合金層の上に設けられた第２銅層と、
を有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さは互いに等しく、
前記鉄－ニッケル合金層の厚さは、前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さの７２／１４倍以上である請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記緩衝板に接合されたワイヤを有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記ワイヤは銅ワイヤである請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記ワイヤと前記緩衝板との界面には、前記ワイヤと前記緩衝板とにまたがる結晶粒が設けられている請求項８又は請求項９に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記緩衝板は、
前記接合材に接する第１銅層と、
前記第１銅層の上に設けられた鉄－ニッケル合金層と、
前記鉄－ニッケル合金層の上に設けられた第２銅層と、
を有し、
更に、前記緩衝板に接合されたワイヤを有し、
前記ワイヤは銅ワイヤであり、
前記ワイヤと前記緩衝板との界面には、前記ワイヤと前記緩衝板とにまたがる結晶粒が設けられている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記結晶粒は、前記鉄－ニッケル合金層に至る請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さは互いに等しく、
前記鉄－ニッケル合金層の厚さは、前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さの７２／１４倍以上である請求項１１又は請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記接合材は、前記半導体基板の主面に垂直な方向から見たときに、
前記緩衝板の前記ワイヤが接合された部分と重なる第１領域と、
前記第１領域の周囲の第２領域と、
を有し、
前記第１領域の線膨張率は、前記第２領域の線膨張率よりも低い請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記第１領域は、炭化珪素、珪素、酸化珪素、窒化珪素、鉄－ニッケル合金、モリブデン又はタングステンから構成され、
前記第２領域は、銅、銀、ニッケル、又は銅と錫とを含む金属間化合物の焼結体から構成される請求項１４に記載の半導体装置。

【請求項16】

前記接合材の、前記半導体基板の主面に垂直な方向から見たときに前記緩衝板の前記ワイヤが接合された部分と重なる部分に空隙が設けられている請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項17】

前記主電極は、めっき層を有し、
前記めっき層は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金層と前記緩衝板との間に設けられている請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項18】

前記半導体チップの各サイクルにおける最高接合温度を２００℃以上としたパワーサイクル試験において、繰り返し数が２０万回から３０万回の間での前記最高接合温度の増加量が５．０℃以下である請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項19】

前記緩衝板を２５℃から２５０℃まで昇温し、前記昇温に続けて前記緩衝板を２５０℃から２５℃まで降温し、前記昇温時及び前記降温時の前記緩衝板の線膨張率を連続的に測定した場合の前記昇温時の前記緩衝板の線膨張率をρ５、前記降温時の前記緩衝板の線膨張率をρ４としたとき、２５℃から２５０℃の間の各温度の同一温度での「ρ５－ρ４」の値の最大値が１．５×１０^－６／℃以下である請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項20】

前記半導体チップは炭化珪素チップである請求項１から請求項１９のいずれか１項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】

パワーモジュールに好適な半導体装置の例として、半導体チップのアルミニウムを含む電極に緩衝板が接合され、緩衝板にボンディングワイヤが接合された半導体装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国特開２０１８－１８６２２０号公報

【文献】日本国特開２０１７－００５０３７号公報

【文献】日本国特開２０１９－０５７６６３号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられた主電極とを備えた半導体チップと、緩衝板と、前記主電極と前記緩衝板との間に設けられた接合材と、を有し、前記主電極は、アルミニウム又はアルミニウム合金層を含み、前記半導体基板の第１線膨張率及び前記緩衝板の第２線膨張率は、前記主電極の第３線膨張率よりも小さく、前記第２線膨張率は、前記第１線膨張率よりも小さい。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図3】図３は、ソース電極の一例を示す断面図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

【図6】図６は、第３実施形態におけるアノード電極と緩衝板との間の接合材を示す断面図である。

【図7】図７は、第４実施形態におけるアノード電極と緩衝板との間の接合材を示す断面図である。

【図8】図８は、ワイヤ及び第２銅層を構成する結晶粒を示す図である。

【図9】図９は、パワーサイクル試験の結果の例を示す図（その１）である。

【図10】図１０は、パワーサイクル試験の結果の例を示す図（その２）である。

【図11】図１１は、温度変化に伴う変形量の変化を示す模式図（その１）である。

【図12】図１２は、温度変化に伴う変形量の変化を示す模式図（その２）である。

【図13】図１３は、温度変化に伴う変形量の変化を示す模式図（その３）である。

【図14】図１４は、温度変化に伴う線膨張率の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［本開示が解決しようとする課題］
従来の半導体装置では、アルミニウムを含む主電極の内部破壊に伴う剥離等の故障が生じることがある。

【0007】

［本開示の効果］
本開示によれば、アルミニウムを含む主電極の内部破壊を抑制できる。

【0008】

実施するための形態について、以下に説明する。

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0010】

〔１〕 本開示の一態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられた主電極とを備えた半導体チップと、緩衝板と、前記主電極と前記緩衝板との間に設けられた接合材と、を有し、前記主電極は、アルミニウム又はアルミニウム合金層を含み、前記半導体基板の第１線膨張率及び前記緩衝板の第２線膨張率は、前記主電極の第３線膨張率よりも小さく、前記第２線膨張率は、前記第１線膨張率よりも小さい。

【0011】

第３線膨張率が第１線膨張率よりも大きいため、主電極が半導体基板よりも大きく熱変形しようとする。このため、主電極に熱応力が作用する。そのため、以下に説明するように、熱負荷の印加ありとなしを繰り返すパワーサイクル試験においては、熱変形が繰り返し起こり、熱応力がパワーモジュールに代表される半導体装置の劣化の原因となり、最終的には故障に至る。その一方で、接合材により主電極に緩衝板が接合されているため、主電極の熱変形が緩衝板により拘束することができる。このとき、以下に説明するように、第２線膨張率が第１線膨張率よりも小さいため、より効果的に主電極の熱変形を接合材によって抑制できる。従って、熱変形に伴って主電極に生じる熱応力を抑制し、主電極に含まれるアルミニウム又はアルミニウム合金層の内部破壊を抑制できる。

【0012】

〔２〕 〔１〕において、前記緩衝板の厚さが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、前記第１線膨張率をρ１とし、前記第２線膨張率をρ２としたとき、「ρ２－ρ１」の値が－２．８×１０^－６／℃以上－０．１×１０^－６／℃以下であってもよい。この場合、主電極に生じる熱応力をより抑制しやすい。

【0013】

〔３〕 〔１〕において、前記緩衝板の厚さが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、前記第１線膨張率をρ１とし、前記第２線膨張率をρ２としたとき、「ρ２－ρ１」の値が－２．８×１０^－６／℃であってもよい。この場合、主電極に生じる熱応力を更に抑制しやすい。

【0014】

〔４〕 〔１〕において、前記緩衝板の厚さが０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、前記第１線膨張率をρ１とし、前記第２線膨張率をρ２としたとき、「ρ２－ρ１」の値が－２．０×１０^－６／℃以上－１．０×１０^－６／℃以下であってもよい。この場合、主電極に生じる熱応力を更に抑制しやすい。

【0015】

〔５〕 〔１〕～〔４〕において、前記緩衝板の厚さは前記半導体チップの厚さよりも小さくてもよい。この場合、詳細は後述するが、半導体チップの欠け、クラック等を抑制しやすく、故障発生率を低く抑えやすく、緩衝板を通じて熱を拡散させやすい。

【0016】

〔６〕 〔１〕～〔５〕において、前記緩衝板は、積層材又は鉄－ニッケル合金材であり、前記積層材は、前記接合材に接する第１銅層と、前記第１銅層の上に設けられた鉄－ニッケル合金層と、前記鉄－ニッケル合金層の上に設けられた第２銅層と、を有してもよい。この場合、ワイヤを緩衝板に接合することで、緩衝板を介してワイヤを主電極に電気的に接続できる。このため、ワイヤの接合に超音波接合を採用しても、半導体チップへのダメージを抑制できる。緩衝板が鉄－ニッケル合金材の場合は、緩衝板が第１銅層及び第２銅層を有さず、鉄－ニッケル合金材をワイヤと接続する。

【0017】

〔７〕 〔６〕において、前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さは互いに等しく、前記鉄－ニッケル合金層の厚さは、前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さの７２／１４倍以上であってもよい。この場合、第２線膨張率を小さく抑えやすい。

【0018】

〔８〕 〔１〕～〔７〕において、前記緩衝板に接合されたワイヤを有してもよい。この場合、ワイヤを介して主電極と外部との導通を確保できる。

【0019】

〔９〕 〔８〕において、前記ワイヤは銅ワイヤであってもよい。この場合、ワイヤを緩衝板に接合しやすく、また、ワイヤに低電気抵抗を得やすい。

【0020】

〔１０〕 〔８〕又は〔９〕において、前記ワイヤと前記緩衝板との界面には、前記ワイヤと前記緩衝板とにまたがる結晶粒が設けられていてもよい。この場合、ワイヤと緩衝板との間に強固な接合を得やすい。

【0021】

〔１１〕 〔１〕～〔５〕において、前記緩衝板は、前記接合材に接する第１銅層と、前記第１銅層の上に設けられた鉄－ニッケル合金層と、前記鉄－ニッケル合金層の上に設けられた第２銅層と、を有し、更に、前記緩衝板に接合されたワイヤを有し、前記ワイヤは銅ワイヤであり、前記ワイヤと前記緩衝板との界面には、前記ワイヤと前記緩衝板とにまたがる結晶粒が設けられていてもよい。この場合、ワイヤと第２銅層との間に強固な接合を得やすい。

【0022】

〔１２〕 〔１１〕において、前記結晶粒は、前記鉄－ニッケル合金層に至ってもよい。この場合、より強固な接合を得やすい。

【0023】

〔１３〕 〔１１〕又は〔１２〕において、前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さは互いに等しく、前記鉄－ニッケル合金層の厚さは、前記第１銅層及び前記第２銅層の厚さの７２／１４倍以上であってもよい。この場合、第２線膨張率を小さく抑えやすい。

【0024】

〔１４〕 〔８〕～〔１３〕において、前記接合材は、前記半導体基板の主面に垂直な方向から見たときに、前記緩衝板の前記ワイヤが接合された部分と重なる第１領域と、前記第１領域の周囲の第２領域と、を有し、前記第１領域の線膨張率は、前記第２領域の線膨張率よりも低くてもよい。この場合、主電極に作用する応力を低減しやすい。

【0025】

〔１５〕 〔１４〕において、前記第１領域は、炭化珪素、珪素、酸化珪素、窒化珪素、鉄－ニッケル合金、モリブデン又はタングステンから構成され、前記第２領域は、銅、銀、ニッケル、又は銅と錫とを含む金属間化合物の焼結体から構成されてもよい。この場合、優れた接合強度を確保しながら、主電極に作用する応力を低減しやすい。

【0026】

〔１６〕 〔８〕～〔１３〕において、前記接合材の、前記半導体基板の主面に垂直な方向から見たときに前記緩衝板の前記ワイヤが接合された部分と重なる部分に空隙が設けられていてもよい。この場合、主電極に作用する応力を低減しやすい。

【0027】

〔１７〕 〔１〕～〔１６〕において、前記主電極は、めっき層を有し、前記めっき層は、前記アルミニウム又はアルミニウム合金層と前記緩衝板との間に設けられていてもよい。この場合、主電極に優れた耐食性を得やすい。

【0028】

〔１８〕 〔１〕～〔１７〕において、前記半導体チップの各サイクルにおける最高接合温度を２００℃以上としたパワーサイクル試験において、繰り返し数が２０万回から３０万回の間での前記最高接合温度の増加量が５．０℃以下であってもよい。この場合、寿命を延ばしやすい。

【0029】

〔１９〕 〔１〕～〔１８〕において、前記緩衝板を２５℃から２５０℃まで昇温し、前記昇温に続けて前記緩衝板を２５０℃から２５℃まで降温し、前記昇温時及び前記降温時の前記緩衝板の線膨張率を連続的に測定した場合の前記昇温時の前記緩衝板の線膨張率をρ５、前記降温時の前記緩衝板の線膨張率をρ４としたとき、２５℃から２５０℃の間の各温度の同一温度での「ρ５－ρ４」の値の最大値が１．５×１０^－６／℃以下であってもよい。この場合、寿命を延ばしやすい。

【0030】

〔２０〕 〔１〕～〔１９〕において、前記半導体チップは炭化珪素チップであってもよい。炭化珪素チップは優れた高温耐性を有しており、高温で使用しても故障しにくい。また、炭化珪素チップは高い機械的特性を有している。また、アルミニウムを含む主電極の内部破壊が抑制されるため、半導体装置全体として高温下でも優れた寿命を得やすい。

【0031】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本明細書及び図面において、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ平面とし、Ｙ１－Ｙ２方向及びＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ平面とし、Ｚ１－Ｚ２方向及びＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ平面とする。便宜上、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とする。また、本開示において平面視とは、Ｚ１側から対象物を視ることをいう。

【0032】

（第１実施形態）
第１実施形態は、半導体装置に関する。図１は、第１実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図２は、第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、図１中のII-II線に沿った断面図に相当する。

【0033】

図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１は、主として、放熱板１２０と、基板１１０と、端子１０２と、端子１０３と、ケース１９０と、ダイオード３００と、緩衝板５００とを有する。

【0034】

放熱板１２０は、例えば平面視で矩形状の厚さが一様の板状体である。放熱板１２０の材料は、熱伝導率の高い素材である金属、例えば銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム－シリコン－炭素合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃ合金）等である。放熱板１２０は、熱界面材料（thermal interface material：ＴＩＭ）等を用いて冷却器等に固定される。

【0035】

ケース１９０は、例えば平面視において枠状に形成されており、ケース１９０の外形は放熱板１２０の外形と同等である。ケース１９０の材料は樹脂等の絶縁体である。ケース１９０は、互いに対向する一対の側壁部１９１及び１９２と、側壁部１９１及び１９２の両端をつなぐ一対の端壁部１９３及び１９４とを有する。側壁部１９１及び１９２はＺＸ平面に平行に配置され、端壁部１９３及び１９４はＹＺ平面に平行に配置されている。側壁部１９１は側壁部１９２のＹ１側に配置され、端壁部１９３は端壁部１９４のＸ２側に配置されている。

【0036】

端壁部１９３の上面（Ｚ１側の表面）に端子１０２が配置され、端壁部１９４の上面（Ｚ１側の表面）に端子１０３が配置されている。端子１０２及び端子１０３は、それぞれ金属板から構成されている。

【0037】

ケース１９０の内側において、放熱板１２０のＺ１側に基板１１０が配置されている。基板１１０は、絶縁基板１１９と、第２導電パターン１１２と、第３導電パターン１１３と、導電層１１５とを有する。第１導電パターン１１１、第２導電パターン１１２、第３導電パターン１１３、第４導電パターン１１４及び導電層１１５は、Ｃｕから構成されている。

【0038】

第２導電パターン１１２及び第３導電パターン１１３は、絶縁基板１１９のＺ１側の面に設けられている。導電層１１５は、絶縁基板１１９のＺ２側の面に設けられている。導電層１１５は接合材１３１により放熱板１２０に接合されている。接合材１３１は、はんだ材であってもよく、焼結接合材であってもよい。接合材１３１が焼結接合材である場合、はんだの融点の近傍、ないし、それ以上のより高温での動作が可能となる。

【0039】

図２に示すように、ダイオード３００は、主として、炭化珪素基板３１０と、アノード電極３３２と、カソード電極３３３とを有する。

【0040】

炭化珪素基板３１０は、主面３１０Ａと、主面３１０Ａとは反対側の主面３１０Ｂとを有する。主面３１０Ａは主面３１０ＢのＺ１側にある。炭化珪素基板３１０の形状は、例えば直方体状である。主面３１０Ａ及び３１０ＢはＸＹ平面に平行な面である。アノード電極３３２は主面３１０Ａに設けられ、カソード電極３３３は主面３１０Ｂに設けられている。ダイオード３００は第３導電パターン１１３の上に設けられている。アノード電極３３２は、例えばアルミニウム層を含む。アノード電極３３２がアルミニウム層に代えて、アルミニウム－シリコン合金（Ａｌ－Ｓｉ合金）、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金等のアルミニウム合金層を含んでいてもよい。カソード電極３３３は、オーミック層と、オーミック層の上に設けられた接合層とを有する。オーミック層は、例えばニッケル又はニッケル合金を含む。ニッケル又はニッケル合金は炭化珪素との間に良好な接触抵抗を有する。接合層はニッケル層を含む。接合層が、ニッケル層の上に設けられた金層又は銀層を更に有していてもよい。カソード電極３３３が接合層を有することで、カソード電極３３３と第３導電パターン１１３との間に良好な接合性が得られる。カソード電極３３３が銀焼結体又は銅焼結体等の接合材１３３を用いて第３導電パターン１１３に接合されている。ダイオード３００は半導体チップの一例である。炭化珪素基板３１０は半導体基板の一例である。アノード電極３３２は主電極の一例である。

【0041】

緩衝板５００は、例えば、第１銅層５１０と、鉄－ニッケル合金層５２０と、第２銅層５３０とを有する積層材である。第１銅層５１０のＺ１側に鉄－ニッケル合金層５２０が設けられ、鉄－ニッケル合金層５２０のＺ１側に第２銅層５３０が設けられている。すなわち、鉄－ニッケル合金層５２０が第１銅層５１０の上に設けられ、第２銅層５３０が鉄－ニッケル合金層５２０の上に設けられている。鉄－ニッケル合金層５２０は、例えば、ニッケルを３６質量％含有する鉄－ニッケル合金の層である。鉄－ニッケル合金層５２０に、０．７質量％程度のマンガンが含まれていてもよい。鉄－ニッケル合金層５２０に、１７質量％程度のコバルトが含まれてもよい。鉄－ニッケル合金層５２０の材料は、インバー（登録商標）であってもよい。緩衝板５００の厚さＴ２は、例えば０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。例えば、緩衝板５００の厚さＴ２はダイオード３００の厚さＴ１よりも小さい。緩衝板５００はアノード電極３３２の上に設けられている。第１銅層５１０が銀焼結体又は銅焼結体等の接合材１３５を用いてアノード電極３３２に接合されている。

【0042】

炭化珪素基板３１０は第１線膨張率ρ１を有し、緩衝板５００は第２線膨張率ρ２を有し、アノード電極３３２は第３線膨張率ρ３を有する。本開示での線膨張率とは、特に断らないかぎり、２５℃での主面３１０Ａに平行な方向の線膨張率である。また、本開示での線膨張率とは、特に断らないかぎり、互いに接合された状態が解かれ、炭化珪素基板３１０、緩衝板５００及びアノード電極３３２を単体としたときの線膨張率である。第１線膨張率ρ１及び第２線膨張率ρ２は第３線膨張率ρ３よりも小さく、第２線膨張率ρ２は第１線膨張率ρ１よりも小さい。例えば、第１線膨張率ρ１が４．０×１０^－６／℃であるのに対し、第２線膨張率ρ２は１．２×１０^－６／℃以上３．９×１０^－６／℃以下である。この場合、「ρ２－ρ１」の値は－２．８×１０^－６／℃以上－０．１×１０^－６／℃以下である。なお、鉄－ニッケル合金の線膨張率は１．２×１０^－６／℃程度であり、銅の線膨張率は１６．５×１０^－６／℃程度であり、アルミニウムの線膨張率は２３．１×１０^－６／℃程度である。

【0043】

半導体装置１は、更に、ワイヤ１６２、１６５及び１６６を有する。ワイヤ１６２、１６５及び１６６の各々の数は限定されず、１本でもよく、２本以上であってもよい。

【0044】

ワイヤ１６２は、緩衝板５００の第２銅層５３０と第２導電パターン１１２とを互いに接続する。ワイヤ１６５は、第２導電パターン１１２と端子１０２とを互いに接続する。ワイヤ１６６は、第３導電パターン１１３と端子１０３とを互いに接続する。ワイヤ１６２、１６５及び１６６は、例えば銅ワイヤである。ワイヤ１６２、１６５及び１６６の各々の直径は、例えば１００μｍ以上４００μｍ以下である。ワイヤ１６２、１６５及び１６６の接合は、例えば超音波接合により行われる。

【0045】

ここで、炭化珪素基板３１０及びアノード電極３３２の熱変形に着目すると、第１線膨張率ρ１が第３線膨張率ρ３よりも小さいため、アノード電極３３２が炭化珪素基板３１０よりも大きく熱変形し得る。炭化珪素基板３１０とアノード電極３３２とは互いに強固に接合されているため、第１線膨張率ρ１と第３線膨張率ρ３との間の相違が大きいほど、アノード電極３３２に大きな熱応力が作用し、アノード電極３３２に内部破壊が生じやすい。

【0046】

その一方で、接合材１３５によりアノード電極３３２に緩衝板５００が接合されており、アノード電極３３２の熱変形が緩衝板５００により拘束される。そして、本実施形態では、緩衝板５００の第２線膨張率ρ２が第１線膨張率ρ１よりも小さい。このため、アノード電極３３２の熱変形を接合材１３５によって大きく抑制できる。従って、本実施形態によれば、熱変形に伴ってアノード電極３３２に生じる熱応力を抑制し、アルミニウムを含むアノード電極３３２の内部破壊を抑制できる。

【0047】

緩衝板５００の厚さＴ２は特に限定されず、例えば０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。厚さＴ２が０．０７ｍｍ以上０．２３ｍｍ以下であってもよく、０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であってもよい。厚さＴ２が大きすぎる場合、アノード電極３３２とワイヤ１６２との間の電気抵抗が過剰に高くなったり、アノード電極３３２からの放熱が妨げられやすくなったりするおそれがある。また、厚さＴ２が小さすぎる場合、アノード電極３３２の熱変形を抑制しにくくなるおそれがある。

【0048】

緩衝板５００の厚さＴ２はダイオード３００の厚さＴ１よりも小さいことが好ましい。これは、本願発明者の系統的な試験及びその解析により、下記の３点が確認されたためである。

【0049】

第１点目として、ダイオード３００よりも厚い緩衝板５００を搭載するという実装組立段階では、ダイオード３００に欠け、クラック等が発生しやすくなることが確認されているためである。これは、炭化珪素基板３１０の第１線膨張率ρ１と緩衝板５００の第２線膨張率ρ２とが互いに相違するため、炭化珪素基板３１０と緩衝板５００との間で発生する熱応力により、緩衝板５００が厚いほど、より大きく熱変形しようとすることに起因する。緩衝板５００の厚さＴ２がダイオード３００の厚さＴ１よりも大きい場合、この熱変形が顕著になり、ダイオード３００に欠け、クラック等が発生すると考えられる（後述の表１のＮｏ．１０参照）。これは、鉄－ニッケル合金の降伏応力（Yield strength）が１４０ＧＰａであるのに対し、炭化珪素の降伏応力が４０ＧＰａであり、鉄－ニッケル合金の強靭な機械的特性に炭化珪素が耐えられなくなるためと推測される。

【0050】

第２点目として、ダイオード３００よりも厚い緩衝板５００が搭載された半導体装置では、故障発生率が著しく高くなることが見出されている。これは、鉄－ニッケル合金の材料自体の抵抗率が、通常電子部品に用いられる導体材料である銅及びアルミニウムの抵抗率よりも１０倍以上高いため、動作時の発熱がより大きくなるためと考えられる。銅の抵抗率は１．６８×１０^－８Ωｍであり、アルミニウムの抵抗率は２．６５×１０^－８Ωｍであり、鉄－ニッケル合金の抵抗率は７０×１０^－８Ωｍである。

【0051】

第３点目として、本願発明者の鋭意解析の結果、鉄－ニッケル合金の熱伝導率が炭化珪素の熱伝導率の０．１倍以下であるため、緩衝板５００の厚さＴ２がダイオード３００の厚さＴ１よりも大きい場合、熱が緩衝板５００に実質的に拡散しなくなることが明らかになったためである。炭化珪素の熱伝導率は１２０Ｗ／ｍＫであり、鉄－ニッケル合金の熱伝導率は１３Ｗ／ｍＫである。これに加え、第２点目の高い抵抗率のため、発熱量も増大し、かつ、抜熱ができないため、加速的な劣化の原因となると考えられる（後述の表１のＮｏ．７、８、９、１０参照）。

【0052】

なお、一連の検討時のダイオード３００の厚さＴ２は３５０μｍとし、試験温度の最高温度は２００℃とした。

【0053】

本実施形態では、ワイヤ１６２を緩衝板５００に接合することで、緩衝板５００を介してワイヤ１６２をアノード電極３３２に電気的に接続できる。このため、ワイヤ１６２の接合に超音波接合を採用しても、ダイオード３００へのダメージを抑制できる。ワイヤ１６２が銅ワイヤであると、ワイヤ１６２を緩衝板５００の第２銅層５３０に接合しやすく、また、ワイヤ１６２に低電気抵抗を得やすい。

【0054】

「ρ２－ρ１」の値は特に限定されず、例えば－２．８×１０^－６／℃以上－０．１×１０^－６／℃以下である。「ρ２－ρ１」の値は－２．０×１０^－６／℃以上－１．０×１０^－６／℃以下であってもよく、－１．８×１０^－６／℃以上－１．２×１０^－６／℃以下であってもよい。「ρ２－ρ１」の値が負であれば、熱変形の相違によってアノード電極３３２の内部破壊を抑制できる。一方で、「ρ２－ρ１」の値が０に近づくほど、アノード電極３３２の熱変形を抑制しにくくなるおそれがある。「ρ２－ρ１」の値が小さすぎる場合、緩衝板５００とアノード電極３３２との間の熱変形の相違によってアノード電極３３２に内部破壊が生じるおそれがある。

【0055】

以上のことから、緩衝板５００の厚さＴ２が０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、「ρ２－ρ１」の値が－２．０×１０^－６／℃以上－１．０×１０^－６／℃以下であることが特に好ましい。

【0056】

緩衝板５００の構成に関し、第１銅層５１０及び第２銅層５３０の厚さは互いに等しく、鉄－ニッケル合金層５２０の厚さは、第１銅層５１０及び第２銅層５３０の厚さの、好ましくは７２／１４倍以上であり、より好ましくは８倍以上であり、更に好ましくは１８倍以上である。この場合、鉄－ニッケル合金層５２０の割合が高いほど、第２線膨張率ρ２を小さく抑えやすい。

【0057】

鉄－ニッケル合金層５２０の厚さが第１銅層５１０及び第２銅層５３０の厚さの７２／１４倍である場合、厚さについての百分率において、「第１銅層５１０：鉄－ニッケル合金層５２０：第２銅層５３０」は「１４％：７２％：１４％」である。この場合、緩衝板５００の第２線膨張率ρ２は、例えば３．８×１０^－６／℃であり、「ρ２－ρ１」の値は、例えば－０．２×１０^－６／℃である。

【0058】

鉄－ニッケル合金層５２０の厚さが第１銅層５１０及び第２銅層５３０の厚さの８倍である場合、厚さについての百分率において、「第１銅層５１０：鉄－ニッケル合金層５２０：第２銅層５３０」は「１０％：８０％：１０％」である。この場合、緩衝板５００の第２線膨張率ρ２は、例えば３．０×１０^－６／℃であり、「ρ２－ρ１」の値は、例えば－１．０×１０^－６／℃である。

【0059】

鉄－ニッケル合金層５２０の厚さが第１銅層５１０及び第２銅層５３０の厚さの１８倍である場合、厚さについての百分率において、「第１銅層５１０：鉄－ニッケル合金層５２０：第２銅層５３０」は「５％：９０％：５％」である。この場合、緩衝板５００の第２線膨張率ρ２は、例えば２．１×１０^－６／℃であり、「ρ２－ρ１」の値は、例えば－１．９×１０^－６／℃である。

【0060】

緩衝板５００は、第１銅層５１０及び第２銅層５３０を含まなくてもよい。つまり、緩衝板５００は、インバー等の鉄－ニッケル合金層５２０から構成されてもよい。この場合、緩衝板５００の第２線膨張率ρ２は、例えば１．２×１０^－６／℃であり、「ρ２－ρ１」の値は、例えば－２．８×１０^－６／℃である。

【0061】

アノード電極３３２は、アルミニウム層に加えて、アルミニウム層の上に形成されためっき層を有することが好ましい。図３は、ソース電極の一例を示す断面図である。

【0062】

例えば、図３に示すように、アノード電極３３２が、アルミニウム層３３２Ａと、めっき層３３２Ｂとを有してもよい。アルミニウム層３３２Ａがめっき層３３２Ｂの炭化珪素基板３１０側（Ｚ２側）に位置し、めっき層３３２Ｂがアルミニウム層３３２ＡのＺ１側の面を覆う。めっき層３３２Ｂはアルミニウム層３３２Ａと緩衝板５００との間に設けられている。めっき層３３２Ｂは、例えばニッケルめっき層である。めっき層３３２Ｂが、例えば、ニッケルめっき層と、ニッケルめっき層の上に設けられたパラジウムめっき層と、パラジウム層の上に設けられた金めっき層とを有してもよい。アノード電極３３２がめっき層３３２Ｂを含むことで、アノード電極３３２に優れた耐食性が得られる。また、アノード電極３３２がめっき層３３２Ｂを含むことで、アノード電極３３２と接合材１３５との間で、低電気抵抗、高接合強度、高信頼性という優れた電気的接続及び機械的接続を形成することができる。

【0063】

なお、第３導電パターン１１３の上に複数のダイオード３００が設けられてもよい。この場合、複数のダイオード３００は互いに電気的に並列に接続される。

【0064】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として、トランジスタを含む点で第１実施形態と相違する。図４は、第２実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図５は、第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図５は、図４中のV-V線に沿った断面図に相当する。

【0065】

図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る半導体装置２は、主として、放熱板１２０と、基板１１０と、端子１０１と、端子１０２と、端子１０３と、ケース１９０と、トランジスタ２００と、ダイオード３００と、緩衝板４００と、緩衝板５００とを有する。

【0066】

端壁部１９３の上面（Ｚ１側の表面）に端子１０１及び端子１０２が配置され、端壁部１９４の上面（Ｚ１側の表面）に端子１０３が配置されている。例えば、端子１０２が端子１０１のＹ２側に配置されている。端子１０１、端子１０２及び端子１０３は、それぞれ金属板から構成されている。

【0067】

基板１１０は、絶縁基板１１９と、第１導電パターン１１１と、第２導電パターン１１２と、第３導電パターン１１３と、第４導電パターン１１４と、導電層１１５とを有する。第１導電パターン１１１、第２導電パターン１１２、第３導電パターン１１３、第４導電パターン１１４及び導電層１１５は、Ｃｕから構成されている。

【0068】

第１導電パターン１１１、第２導電パターン１１２、第３導電パターン１１３及び第４導電パターン１１４は、絶縁基板１１９のＺ１側の面に設けられている。導電層１１５は、絶縁基板１１９のＺ２側の面に設けられている。

【0069】

図５に示すように、トランジスタ２００は、主として、炭化珪素基板２１０と、ゲート電極２３１と、ソース電極２３２と、ドレイン電極２３３とを有する。

【0070】

炭化珪素基板２１０は、主面２１０Ａと、主面２１０Ａとは反対側の主面２１０Ｂとを有する。主面２１０Ａは主面２１０ＢのＺ１側にある。炭化珪素基板２１０の形状は、例えば直方体状である。主面２１０Ａ及び２１０ＢはＸＹ平面に平行な面である。ゲート電極２３１及びソース電極２３２は主面２１０Ａに設けられ、ドレイン電極２３３は主面２１０Ｂに設けられている。トランジスタ２００は第４導電パターン１１４の上に設けられている。ゲート電極２３１及びソース電極２３２は、例えばアルミニウム層を含む。ゲート電極２３１及びソース電極２３２がアルミニウム層に代えて、Ａｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金等のアルミニウム合金層を含んでいてもよい。ドレイン電極２３３は、オーミック層と、オーミック層の上に設けられた接合層とを有する。オーミック層は、例えばニッケル又はニッケル合金を含む。ニッケル又はニッケル合金は炭化珪素との間に良好な接触抵抗を有する。接合層はニッケル層を含む。接合層が、ニッケル層の上に設けられた金層又は銀層を更に有していてもよい。ドレイン電極２３３が接合層を有することで、ドレイン電極２３３と第４導電パターン１１４との間に良好な接合性が得られる。トランジスタ２００の厚さＴ１は、例えば０．３５ｍｍ程度である。平面視で、トランジスタ２００の各辺の長さは、例えば３ｍｍ程度である。ドレイン電極２３３が銀焼結体又は銅焼結体等の接合材１３２を用いて第４導電パターン１１４に接合されている。トランジスタ２００は半導体チップの一例である。炭化珪素基板２１０は半導体基板の一例である。ソース電極２３２は主電極の一例である。

【0071】

緩衝板４００は、例えば、第１銅層４１０と、鉄－ニッケル合金層４２０と、第２銅層４３０とを有する積層材である。第１銅層４１０のＺ１側に鉄－ニッケル合金層４２０が設けられ、鉄－ニッケル合金層４２０のＺ１側に第２銅層４３０が設けられている。すなわち、鉄－ニッケル合金層４２０が第１銅層４１０の上に設けられ、第２銅層４３０が鉄－ニッケル合金層４２０の上に設けられている。鉄－ニッケル合金層４２０は、例えば、ニッケルを３６質量％含有する鉄－ニッケル合金の層である。鉄－ニッケル合金層４２０に、０．７質量％程度のマンガンが含まれていてもよい。鉄－ニッケル合金層４２０に、１７質量％程度のコバルトが含まれてもよい。鉄－ニッケル合金層４２０の材料は、インバーであってもよい。緩衝板４００の厚さＴ４は、例えば０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。例えば、緩衝板４００の厚さＴ４はトランジスタ２００の厚さＴ３よりも小さい。緩衝板４００はソース電極２３２の上に設けられている。第１銅層４１０が銀焼結体又は銅焼結体等の接合材１３４を用いてソース電極２３２に接合されている。

【0072】

炭化珪素基板２１０は第１線膨張率ρ１´を有し、緩衝板４００は第２線膨張率ρ２´を有し、ソース電極２３２は第３線膨張率ρ３´を有する。本開示での線膨張率とは、特に断らないかぎり、２５℃での主面２１０Ａに平行な方向の線膨張率である。また、本開示での線膨張率とは、特に断らないかぎり、互いに接合された状態が解かれ、炭化珪素基板２１０、緩衝板４００及びソース電極２３２を単体としたときの線膨張率である。第１線膨張率ρ１´及び第２線膨張率ρ２´は第３線膨張率ρ３´よりも小さく、第２線膨張率ρ２´は第１線膨張率ρ１´よりも小さい。例えば、第１線膨張率ρ１´が４．０×１０^－６／℃であるのに対し、第２線膨張率ρ２´は１．２×１０^－６／℃以上３．９×１０^－６／℃以下である。この場合、「ρ２´－ρ１´」の値は－２．８×１０^－６／℃以上－０．１×１０^－６／℃以下である。

【0073】

半導体装置２は、更に、ワイヤ１６１、１６２、１６３、１６４、１６５及び１６６を有する。ワイヤ１６１～１６６の各々の数は限定されず、１本でもよく、２本以上であってもよい。

【0074】

ワイヤ１６１は、トランジスタ２００のゲート電極２３１と第１導電パターン１１１とを互いに接続する。ワイヤ１６２は、緩衝板４００の第２銅層４３０と第２導電パターン１１２とを互いに接続する。ワイヤ１６３は、第３導電パターン１１３と第４導電パターン１１４とを互いに接続する。ワイヤ１６４は、第１導電パターン１１１と端子１０１とを互いに接続する。ワイヤ１６５は、第２導電パターン１１２と端子１０２とを互いに接続する。ワイヤ１６６は、ダイオード３００のアノード電極３３２と端子１０３とを互いに接続する。ワイヤ１６１～１６６は、例えば銅ワイヤである。ワイヤ１６１～１６６の各々の直径は、例えば１００μｍ以上４００μｍ以下である。ワイヤ１６１～１６６の接合は、例えば超音波接合により行われる。

【0075】

他の構成、例えばダイオード３００及び緩衝板５００の構成は第１実施形態と同様である。

【0076】

ここで、炭化珪素基板２１０及びソース電極２３２の熱変形に着目すると、第１線膨張率ρ１´が第３線膨張率ρ３´よりも小さいため、ソース電極２３２が炭化珪素基板２１０よりも大きく熱変形し得る。炭化珪素基板２１０とソース電極２３２とは互いに強固に接合されているため、第１線膨張率ρ１´と第３線膨張率ρ３´との間の相違が大きいほど、ソース電極２３２に大きな熱応力が作用し、ソース電極２３２に内部破壊が生じやすい。

【0077】

その一方で、接合材１３４によりソース電極２３２に緩衝板４００が接合されており、ソース電極２３２の熱変形が緩衝板４００により拘束される。そして、本実施形態では、緩衝板４００の第２線膨張率ρ２´が第１線膨張率ρ１´よりも小さい。このため、ソース電極２３２の熱変形を接合材１３４によって大きく抑制できる。従って、本実施形態によれば、熱変形に伴ってソース電極２３２に生じる熱応力を抑制し、アルミニウムを含むソース電極２３２の内部破壊を抑制できる。

【0078】

緩衝板４００の厚さＴ４は特に限定されず、例えば０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。厚さＴ４が０．０７ｍｍ以上０．２３ｍｍ以下であってもよく、０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であってもよい。厚さＴ４が大きすぎる場合、ソース電極２３２とワイヤ１６２との間の電気抵抗が過剰に高くなったり、ソース電極２３２からの放熱が妨げられやすくなったりするおそれがある。また、厚さＴ４が小さすぎる場合、ソース電極２３２の熱変形を抑制しにくくなるおそれがある。

【0079】

特に、緩衝板４００の厚さＴ４がトランジスタ２００の厚さＴ３よりも小さいことで、ダイオード３００の厚さＴ１と緩衝板５００の厚さＴ２との関係と同様に、トランジスタ２００の欠け、クラック等を抑制しやすく、故障発生率を低く抑えやすく、緩衝板４００を通じて熱を拡散させやすい。

【0080】

本実施形態では、ワイヤ１６２を緩衝板４００に接合することで、緩衝板４００を介してワイヤ１６２をソース電極２３２に電気的に接続できる。このため、ワイヤ１６２の接合に超音波接合を採用しても、トランジスタ２００へのダメージを抑制できる。ワイヤ１６２が銅ワイヤであると、ワイヤ１６２を緩衝板４００の第２銅層４３０に接合しやすく、また、ワイヤ１６２に低電気抵抗を得やすい。

【0081】

「ρ２´－ρ１´」の値は特に限定されず、例えば－２．８×１０^－６／℃以上－０．１×１０^－６／℃以下である。「ρ２´－ρ１´」の値は－２．０×１０^－６／℃以上－１．０×１０^－６／℃以下であってもよく、－１．８×１０^－６／℃以上－１．２×１０^－６／℃以下であってもよい。「ρ２´－ρ１´」が負であれば、熱変形の相違によってソース電極２３２の内部破壊を抑制できる。一方で、「ρ２´－ρ１´」の値が０に近づくほど、ソース電極２３２の熱変形を抑制しにくくなるおそれがある。「ρ２´－ρ１´」の値が小さすぎる場合、緩衝板４００とソース電極２３２との間の熱変形の相違によってソース電極２３２に内部破壊が生じるおそれがある。

【0082】

以上のことから、緩衝板４００の厚さＴ４が０．１０ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、「ρ２´－ρ１´」の値が－２．０×１０^－６／℃以上－１．０×１０^－６／℃以下であることが特に好ましい。

【0083】

緩衝板４００の構成に関し、第１銅層４１０及び第２銅層４３０の厚さは互いに等しく、鉄－ニッケル合金層４２０の厚さは、第１銅層４１０及び第２銅層４３０の厚さの、好ましくは７２／１４倍以上であり、より好ましくは８倍以上であり、更に好ましくは１８倍以上である。この場合、鉄－ニッケル合金層４２０の割合が高いほど、第２線膨張率ρ２´を小さく抑えやすい。

【0084】

鉄－ニッケル合金層４２０の厚さが第１銅層４１０及び第２銅層４３０の厚さの７２／１４倍である場合、厚さについての百分率において、「第１銅層４１０：鉄－ニッケル合金層４２０：第２銅層４３０」は「１４％：７２％：１４％」である。この場合、緩衝板４００の第２線膨張率ρ２´は、例えば３．８×１０^－６／℃であり、「ρ２´－ρ１´」の値は、例えば－０．２×１０^－６／℃である。

【0085】

鉄－ニッケル合金層４２０の厚さが第１銅層４１０及び第２銅層４３０の厚さの８倍である場合、厚さについての百分率において、「第１銅層４１０：鉄－ニッケル合金層４２０：第２銅層４３０」は「１０％：８０％：１０％」である。この場合、緩衝板４００の第２線膨張率ρ２´は、例えば３．０×１０^－６／℃であり、「ρ２´－ρ１´」の値は、例えば－１．０×１０^－６／℃である。

【0086】

鉄－ニッケル合金層４２０の厚さが第１銅層４１０及び第２銅層４３０の厚さの１８倍である場合、厚さについての百分率において、「第１銅層４１０：鉄－ニッケル合金層４２０：第２銅層４３０」は「５％：９０％：５％」である。この場合、緩衝板４００の第２線膨張率ρ２´は、例えば２．１×１０^－６／℃であり、「ρ２´－ρ１´」の値は、例えば－１．９×１０^－６／℃である。

【0087】

緩衝板４００は、第１銅層４１０及び第２銅層４３０を含まなくてもよい。つまり、緩衝板４００は、インバー等の鉄－ニッケル合金層４２０から構成されてもよい。この場合、緩衝板４００の第２線膨張率ρ２´は、例えば１．２×１０^－６／℃であり、「ρ２´－ρ１´」の値は、例えば－２．８×１０^－６／℃である。

【0088】

ソース電極２３２は、アノード電極３３２と同様に、アルミニウム層に加えて、アルミニウム層の上に形成されためっき層を有することが好ましい。ソース電極２３２がめっき層を含むことで、ソース電極２３２に優れた耐食性が得られる。また、ソース電極２３２がめっき層を含むことで、ソース電極２３２と接合材１３４との間で、低電気抵抗、高接合強度、高信頼性という優れた電気的接続及び機械的接続を形成することができる。

【0089】

なお、第４導電パターン１１４の上に複数のトランジスタ２００が設けられてもよい。この場合、複数のトランジスタ２００は互いに電気的に並列に接続される。

【0090】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として、アノード電極３３２と緩衝板５００との間の接合材の構成の点で第１実施形態と相違する。図６は、第３実施形態におけるアノード電極３３２と緩衝板５００との間の接合材を示す断面図である。

【0091】

図６に示すように、第３実施形態では、接合材１３５に代えて、接合材６３０が設けられている。接合材６３０は、平面視で、緩衝板５００のワイヤ１６２が接合された部分と重なる第１領域６３１と、第１領域６３１の周囲の第２領域６３２とを有する。第１領域６３１の線膨張率は第２領域６３２の線膨張率よりも低い。例えば、第２領域６３２は、接合材１３５と同様に、銀焼結体又は銅焼結体等の接合材である。一方、第１領域６３１は、例えば、炭化珪素、珪素、酸化珪素又は窒化珪素から構成されていてもよい。酸化珪素がボロンを含有していてもよく、リンドープ酸化珪素が用いられてもよい。第１領域６３１が、鉄－ニッケル合金、モリブデン、タングステン等の金属から構成されていてもよい。第１領域６３１が、アルミナ、ジルコン等のセラミクスから構成されていてもよい。

【0092】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0093】

第３実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0094】

また、第３実施形態では、第１領域６３１の線膨張率が第２領域６３２の線膨張率よりも低いため、下記のように、アノード電極３３２に作用する応力を低減し、アノード電極３３２の内部破壊をより抑制できる。

【0095】

すなわち、第２銅層５３０にワイヤ１６２が接続されるため、第２銅層５３０のワイヤ１６２が接続された部分の熱変形量が周囲よりも大きくなる。このため、Ｘ１－Ｘ２方向に垂直な断面（ＹＺ平面に平行な断面）では、第１銅層５１０の厚さと第２銅層５３０の厚さとが等しいものの、局所的に、緩衝板５００の第２線膨張率ρ２に大きな部分が生じ、「ρ２－ρ１」の値が大きくなるおそれがある。第３実施形態では、第１領域６３１の線膨張率が第２領域６３２の線膨張率よりも低いため、局所的な「ρ２－ρ１」の値の上昇を抑制し、アノード電極３３２の内部破壊をより抑制できる。

【0096】

なお、局所的にでも「ρ２－ρ１」の値が過剰となると、その箇所が脆弱となり、その箇所を起点として全体の破壊につながる可能性が高くなる。このような場合、パワーサイクル試験等において脆弱な箇所の寿命が全体の寿命を決めることになる。

【0097】

第２領域６３２が銀焼結体又は銅焼結体等の接合材であり、第１領域６３１が、炭化珪素、酸化珪素又は鉄－ニッケル合金から構成されていることで、優れた接合強度を確保しながら、アノード電極３３２に作用する応力を低減しやすい。

【0098】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は、主として、アノード電極３３２と緩衝板５００との間の接合材の構成の点で第１実施形態と相違する。図７は、第４実施形態におけるアノード電極３３２と緩衝板５００との間の接合材を示す断面図である。

【0099】

図７に示すように、第４実施形態では、接合材１３５に代えて、接合材７３０が設けられている。接合材７３０は、接合材１３５と同様に、銀焼結体又は銅焼結体等の接合材である。ただし、接合材７３０の、平面視で、緩衝板５００のワイヤ１６２が接合された部分と重なる部分に空隙７３１が設けられている。空隙７３１の内部には、大気、水素、窒素、酸素等の気体が存在していてもよく、空隙７３１の内部が低圧の真空状態となっていてもよい。

【0100】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0101】

第４実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0102】

また、第４実施形態では、接合材７３０に空隙７３１が設けられているため、アノード電極３３２に作用する応力を低減し、第３実施形態と同様に、アノード電極３３２の内部破壊をより抑制できる。

【0103】

なお、第３実施形態での第１領域６３１、第４実施形態での空隙７３１のＹ１－Ｙ２方向の幅は、ワイヤ１６２と同等であってもよい。有限要素法を用いた応力解析から、第１領域６３１又は空隙７３１の幅がワイヤ１６２の幅の１／４以上であると、アノード電極３３２内の応力発生を抑制できることが確認できている。一方、第１領域６３１又は空隙７３１の幅が過剰であると、ワイヤ１６２からダイオード３００への電流経路が減少する。このため、第１領域６３１又は空隙７３１の幅は、ワイヤ１６２の幅の、好ましくは５倍以下、より好ましくは２倍以下、更に好ましくは１倍以下である。

【0104】

第２実施形態において、接合材１３４に代えて、接合材６３０又は７３０と同様の接合材が用いられてもよい。この場合、ソース電極２３２に作用する応力を低減しやすい。

【0105】

なお、ワイヤ１６２は第２銅層５３０に接合されているが、ワイヤ１６２と第２銅層５３０との界面には、ワイヤ１６２及び第２銅層５３０の界面をまたがる結晶粒が存在することが好ましい。また、当該ワイヤ１６２及び第２銅層５３０の界面をまたがった結晶粒は、より好ましくは鉄－ニッケル合金層５２０との界面に至ることが好ましい。

【0106】

図８は、ワイヤ１６２及び第２銅層５３０を構成する結晶粒の一例を示す図である。図７に示すように、ワイヤ１６２及び第２銅層５３０を構成する複数の結晶粒５３１の一部が、ワイヤ１６２及び第２銅層５３０の界面にまたがっていてもよい。ワイヤ１６２及び第２銅層５３０の界面にまたがる結晶粒５３１が存在することで、ワイヤ１６２と第２銅層５３０との間に強固な接合を得やすい。さらに、ワイヤ１６２及び第２銅層５３０の界面にまたがる結晶粒５３１が鉄－ニッケル合金層４２０との界面に至ることで、より強固な接合を得やすい。

【0107】

（特性試験）
次に、本開示の実施形態に係る半導体装置についてパワーサイクル試験を行った場合に得られる温度変化に関する好ましい特性について説明する。ここでいうパワーサイクル試験は、ＩＥＣ６０７４９に準拠して、次のように行われる。

【0108】

パワーサイクル試験では、試料の温度を室温（２５℃）から６５℃に昇温した後に、１２５Ａの電流の通電及び遮断を繰り返す。通電時間（ｔ_ｏｎ）は１秒間とし、遮断時間（ｔ_ｏｆｆ）は１３秒間とする。また、各サイクルにおける接合温度（Ｔｊ）の最大値である最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）は２００℃以上とし、各サイクルにおける最高接合温度と最低接合温度（６５℃）との差（ΔＴｊ）は１３５℃以上とする。

【0109】

１００ｍＡ程度の低電流を試料に流したときの通電開始電圧は、試料の接合温度（Ｔｊ）に対応する。従って、通電及び遮断のサイクル毎に、通電直後に通電する電流よりも十分小さい１００ｍＡの低電流を試料に流し、このときの通電開始電圧を測定すれば、各サイクルにおける通電開始温度を最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）に換算できる。パワーサイクル試験を進めていくと、試料が徐々に劣化し、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）が徐々に上昇するため、通電開始からΔＴｊが２０％増加した状態をもって、本試験での寿命と定義している。前出のように、最低接合温度が６５℃、最高接合温度が２００℃である場合、ΔＴｊが１３５℃であるため、ΔＴｊが２０％増加した温度は１６２℃であり、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）が２２７℃に達した状態をもって寿命とする。本試験は国際標準化機関が定めた検査規格ＩＥＣ６０７４９に準拠して行っているため、構造、製造方法が異なるパワーモジュール試料間においても、得られる寿命については、同一の基準での比較が可能となる。本開示におけるの接合温度は、上記手法によって求めている。

【0110】

このようなパワーサイクル試験において、繰り返し数が２０万回から３０万回の間での最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は、好ましくは５．０℃以下であり、より好ましくは４．５℃以下であり、更に好ましくは４．０℃以下である。この増加量が小さいほど、アノード電極又はソース電極に含まれるアルミニウム層の内部破壊の進行を抑制しやすい。

【0111】

図９及び図１０に、パワーサイクル試験の結果の例を示す。図９及び図１０には、合計で１１種類の試料（試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１１）のパワーサイクル試験の結果を示す。このパワーサイクル試験では、試料としてダイオードを用いた。図９及び図１０の横軸は通電及び遮断の繰り返し数（回）を示し、縦軸は、最高接合温度Ｔｊ_ｍａｘ（℃）を示す。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１１の間で緩衝板の構成を相違させ、他の条件は共通とした。半導体基板としては、第１線膨張率ρ１が４．０×１０^－６／℃の炭化珪素基板を用いた。表１に試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１１の緩衝板の概要を示す。表１には、試験開始時の最高接合温度Ｔｊ_ｍａｘ（初期温度）、繰り返し数が２０万回になった時点での最高接合温度Ｔｊ_ｍａｘ（２０万回時点温度）、及び、繰り返し数が２０万回から３０万回の間での最高接合温度Ｔｊ_ｍａｘの増加量も示す。表１には、更に、ΔＴｊが２０％増加した時点（寿命）での繰り返し数、寿命に到る前にΔＴｊが５％増加した時点での繰り返し数、及び、寿命に到った時点での繰り返し数に対するΔＴｊが５％増加した時点での繰り返し数の比率Ｒも示す。

【0112】

【表1】

【0113】

図９、図１０及び表１に示すように、試料Ｎｏ．１では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１（４．０×１０^－６／℃）よりも大きく、「ρ２－ρ１」の値が＋１．２×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は８．４℃であった。試料Ｎｏ．１の試験開始時の初期温度は２０３．９℃であり、寿命は３３．４万回であった。

【0114】

試料Ｎｏ．２では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．０×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は３．７℃であった。試料Ｎｏ．２の試験開始時の初期温度は２０７．１℃であり、寿命は８４．５万回であった。

【0115】

試料Ｎｏ．３では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．９×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は１．２℃であった。試料Ｎｏ．３の試験開始時の初期温度は２０２．９℃であり、寿命は９０．７万回であった。

【0116】

試料Ｎｏ．４では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値がー１．９×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は１．２℃であった。試料Ｎｏ．４の試験開始時の初期温度は２１２．６℃であり、寿命は４７．２万回であった。

【0117】

試料Ｎｏ．５では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．０×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は３．１℃であった。試料Ｎｏ．５の試験開始時の初期温度は２２９．３℃であり、寿命は４２．５万回であった。

【0118】

試料Ｎｏ．５では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、緩衝板の厚さが好ましい範囲（０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下）内にある。このため、試料Ｎｏ．５の初期温度（２２９．３℃）は他の試料よりも高いが、２０万回から３０万回の間での温度増加量を小さくでき、良好な寿命を得ることができている。

【0119】

試料Ｎｏ．６では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－２．８×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は２．７℃であった。試料Ｎｏ．６の試験開始時の初期温度は２０５．１℃であり、寿命は５５．８万回であった。

【0120】

試料Ｎｏ．７では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．０×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は６．５℃であった。試料Ｎｏ．７の試験開始時の初期温度は２０８．３℃であり、寿命は３３．０万回であった。

【0121】

試料Ｎｏ．７では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さいが、緩衝板の厚さが好ましい範囲（０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下）の上限よりも大きい。このため、試料Ｎｏ．１と比較して、電気抵抗の増加に伴う発熱の増加及び熱伝導の低下により抜熱性が低下し、寿命が短くなったと考えられる。

【0122】

試料Ｎｏ．８では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．９×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は７．５℃であった。試料Ｎｏ．８の試験開始時の初期温度は２０２．８℃であり、寿命は３２．５万回であった。試料Ｎｏ．７と同じ理由で、試料Ｎｏ．１よりも寿命が短くなったと考えられる。

【0123】

試料Ｎｏ．９では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．０×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は８．８℃であった。試料Ｎｏ．９の試験開始時の初期温度は２０１．２℃であり、寿命は３０．９万回であった。試料Ｎｏ．７及びＮｏ．８と同じ理由で、試料Ｎｏ．１よりも寿命が短くなったと考えられる。

【0124】

試料Ｎｏ．１０では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．９×１０^－６／℃であった。試料Ｎｏ．１０の試験開始時の初期温度は２１０．３℃であった。なお、試料Ｎｏ．１０では、繰り返し数が２０万回に達する前に寿命に到った。試料Ｎｏ．１０の内部を観察したところ、ダイオード内にクラックが発生していた。

【0125】

試料Ｎｏ．１０では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さいが、緩衝板の厚さが好ましい範囲（０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下）の上限よりも大きく、更に他の試料よりも大きい。特に、緩衝板の厚さがダイオードの厚さ（０．３５ｍｍ）よりも大きい。このため、ダイオードの炭化珪素基板が緩衝板からの応力に耐えられなかったものと推定される。

【0126】

試料Ｎｏ．１１では、緩衝板の第２線膨張率ρ２が半導体基板の第１線膨張率ρ１よりも小さく、「ρ２－ρ１」の値が－１．９×１０^－６／℃であった。そして、最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量は２．３℃であった。試料Ｎｏ．１１の試験開始時の初期温度は２０６．８℃であった。また、寿命は４０万回以上であった。

【0127】

このように、緩衝板の第２線膨張率ρ２が第１線膨張率ρ１よりも小さく、かつ、緩衝板の厚さが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の範囲にある試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６において、繰り返し数が２０万回から３０万回の間の最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量が小さかった。このことは、アノード電極に含まれるアルミニウム層の劣化が抑制されていることを示唆する。これは、緩衝板の厚さが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の範囲にあることで、抵抗増加と抜熱低下を抑制できた効果であると推定できる。

【0128】

表１にまとめるように、本願発明者の系統的な検討及び解析から、繰り返し数が２０万回から３０万回の間での最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量が小さい半導体装置により、最終的に到達できる寿命（ΔＴｊが２０％増加した時点の試験寿命）が伸長できるだけでなく、試験開始直後からの劣化を小さくでき、劣化の進行が非常に緩やかな期間が長く確保できることを見出している。

【0129】

表１からも、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１１では、すべて２００℃以上の温度で動作試験を開始していることがわかる。繰り返し数が２０万回から３０万回の間での最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）の増加量が小さい試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６及びＮｏ．１１では、４０万回以上と、３０万回を大きく超える長い寿命が得られていることがわかる。一方、緩衝板の第２線膨張率ρ２が第１線膨張率ρ１よりも大きい試料Ｎｏ．１では、寿命に到る繰り返し数が４０万回未満であった。

【0130】

さらに、初期温度から繰り返し数が２０万回となった時点での最高接合温度（Ｔｊ_ｍａｘ）までの温度上昇量ΔＴ１、及び初期温度からΔＴｊが５％増加した時点での繰り返し数を指標にとると、本開示により寿命の伸長ができるのみならず、初期からの劣化が長い期間で抑制できていることがわかる。

【0131】

ここで、寿命に到った時点での繰り返し数に対するΔＴｊが５％増加した時点での繰り返し数の比率Ｒに基づいてパワーサイクル試験の結果を解析する。

【0132】

ΔＴｊが２０％増加した時点での繰り返し数と、ΔＴｊが５％増加した時点での繰り返し数とが近い場合、すなわち比率Ｒが大きい場合、初期から劣化が小さい状態が長く保持され、寿命に近くなった時点でようやく温度上昇が起きることがわかる。これは、初期から寿命の直前まで、特性が安定していることを示している。これに対し、比率Ｒが小さい場合、初期から劣化が進みやすく、劣化の進行に伴って特性の変動が発生する。

【0133】

例えば、試料Ｎｏ．１及びＮｏ．７～Ｎｏ．９では、初期からの温度上昇量ΔＴ１が大きく、最終的に故障につながる劣化が早い段階で開始していることが確認できる。一方、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６及びＮｏ．１１では、２０万回から３０万回の間での温度増加量が小さく、初期の劣化が低く抑えられた期間を長く保持できている。つまり、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６及びＮｏ．１１では、従来にはなかった信頼性を維持及び確保できることがわかる。このことは、温度上昇量ΔＴ１とも対応していることが確認できる。

【0134】

以上のように、（１）寿命、（２）温度上昇量ΔＴ１及び（３）初期温度からΔＴｊが５％増加した時点での繰り返し数を指標にとると、試料Ｎｏ．１及びＮｏ．７～Ｎｏ．９では、初期からの温度上昇量ΔＴ１が大きく、最終的に故障につながる劣化が早い段階で開始し、最終的には短い寿命となっていることがわかる。一方で、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６及びＮｏ．１１では、２０万回から３０万回の間での温度増加量が小さく、初期から一定の期間、劣化を十分に小さく抑制し、故障に到る直前まで初期に非常に近い特性を維持でき、かつ、最終的な寿命も長くできることがわかる。従って、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６及びＮｏ．１１を用いた半導体装置を用いることで、車載用途、産業用用途等のより信頼性が高いシステムが構築でき、最終製品とすることができる。

【0135】

次に、本開示の実施形態に係る半導体装置について１回の昇温及び降温を行った場合の緩衝板の線膨張率の好ましい変化について説明する。

【0136】

この試験では、緩衝板を２５℃に３０分間保持し、その後に２５℃から２５０℃まで昇温し、その後に２５０℃に３０分間保持し、その後に２５０℃から２５℃まで降温する。２５℃に３０分間保持した後で昇温とそれに続く降温のサイクルを繰り返し、緩衝板の線膨張率を上記の温度範囲で連続的に測定する。昇温時の線膨張率（第５線膨張率ρ５）と降温時の線膨張率（第４線膨張率ρ４）の２５℃から２５０℃までの間の同一温度での「ρ５－ρ４」の値の最大値を算出する。

【0137】

ここで、「ρ５－ρ４」の値の意義について説明する。図１１～図１３は、温度変化に伴う変形量の変化を示す模式図である。図１４は、温度変化に伴う線膨張率の変化を示す図である。

【0138】

図１１に示すように、昇温時と降温時との間では線膨張率が等しいとも考えられる。しかしながら、図１２に示すように、室温（２５℃）から温度が上昇していくと、昇温時の第５線膨張率ρ５と降温時の第４線膨張率ρ４との間に相違が現れてくる。このような場合、半導体装置の動作温度の範囲内、例えば２５℃～２５０℃の温度範囲内で半導体装置の劣化が進行するおそれがある。また、図１３に示すように、昇温及び降温の１サイクル後には、半導体装置全体で形状に元に戻らず、次のサイクルでは、変形した状態を起点として、さらに変形が蓄積される場合もある。これは、「進行性変形（progressive deformation）」という劣化加速の原因である。

【0139】

従って、図１４に示すように、２５℃～２５０℃のいずれかの温度での「ρ５－ρ４」の値の最大値Δρ_ｍａｘが小さい温度特性１１を示す半導体装置と、２５℃～２５０℃のいずれかの温度での「ρ５－ρ４」の値の最大値Δρ_ｍａｘが大きい温度特性１２を示す半導体装置とを比較すると、温度特性１１を示す半導体装置において劣化が生じにくい。

【0140】

本開示の実施形態に係る半導体装置では、２５℃～２５０℃のいずれかの温度での「ρ５－ρ４」の値の最大値Δρ_ｍａｘが、好ましくは１．５×１０^－６／℃以下であり、より好ましくは１．３×１０^－６／℃以下であり、更に好ましくは１．１×１０^－６／℃以下である。「ρ５－ρ４」の値の最大値Δρ_ｍａｘが小さいほど、昇温及び降温の温度履歴が付与された場合でも、緩衝板の線膨張率が安定しやすく、ソース電極に含まれるアルミニウム層の内部破壊を抑制しやすい。

【0141】

なお、厚さについての百分率において、「第１銅層：鉄－ニッケル合金層：第２銅層」が「３３％：３３％：３３％」の場合、「ρ５－ρ４」の値の最大値は３．８×１０^－６／℃である。厚さについての百分率において、「第１銅層：鉄－ニッケル合金層：第２銅層」が「２０％：６０％：２０％」の場合、「ρ５－ρ４」の値の最大値は１．９×１０^－６／℃である。

【0142】

これに対し、厚さについての百分率において、「第１銅層：鉄－ニッケル合金層：第２銅層」が「１４％：７２％：１４％」の場合、「ρ５－ρ４」の値の最大値は１．５×１０^－６／℃である。厚さについての百分率において、「第１銅層：鉄－ニッケル合金層：第２銅層」が「１０％：８０％：１０％」の場合、「ρ５－ρ４」の値の最大値は１．３×１０^－６／℃である。厚さについての百分率において、「第１銅層：鉄－ニッケル合金層：第２銅層」が「５％：９０％：５％」の場合、「ρ５－ρ４」の値の最大値は１．１×１０^－６／℃である。また、緩衝板がインバーから構成される場合、「ρ５－ρ４」の値の最大値は０．７×１０^－６／℃である。

【0143】

なお、緩衝板の変形は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いたデジタル画像相関（digital image correlation：ＤＩＣ）法により高精度で観察できる。

【0144】

本開示において、アルミニウム層に代えてアルミニウム合金層が用いられてもよい。また、接合材に用いられる材料は限定されない。例えば、接合材が、銅、銀、ニッケル、又は銅と錫とを含む金属間化合物の焼結体から構成されていてもよい。銅と錫とを含む金属間化合物の焼結体は、例えば遷移的液相焼結法により得られる。

【0145】

また、本開示において、半導体チップは炭化珪素チップであることが好ましい。炭化珪素チップは優れた高温耐性を有しており、高温で使用しても故障しにくい。また、炭化珪素チップは高い機械的特性を有している。また、アルミニウムを含む主電極の内部破壊が抑制されるため、半導体装置全体として高温下でも優れた寿命を得やすい。

【0146】

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0147】

１、２：半導体装置
１１、１２：温度特性
１０１、１０２、１０３：端子
１１０：基板
１１１：第１導電パターン
１１２：第２導電パターン
１１３：第３導電パターン
１１４：第４導電パターン
１１５：導電層
１１９：絶縁基板
１２０：放熱板
１３１、１３２、１３３、１３４、１３５：接合材
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６：ワイヤ
１９０：ケース
１９１、１９２：側壁部
１９３、１９４：端壁部
２００：トランジスタ（半導体チップ）
２１０：炭化珪素基板（半導体基板）
２１０Ａ、２１０Ｂ：主面
２３１：ゲート電極
２３２：ソース電極（主電極）
２３３：ドレイン電極
３００：ダイオード（半導体チップ）
３１０：炭化珪素基板（半導体基板）
３１０Ａ、３１０Ｂ：主面
３３２：アノード電極（主電極）
３３２Ａ：アルミニウム層
３３２Ｂ：めっき層
３３３：カソード電極
４００：緩衝板
４１０：第１銅層
４２０：鉄－ニッケル合金層
４３０：第２銅層
５００：緩衝板
５１０：第１銅層
５２０：鉄－ニッケル合金層
５３０：第２銅層
５３１：結晶粒
６３０：接合材
６３１：第１領域
６３２：第２領域
７３０：接合材
７３１：空隙

【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】

【図14】