再表2019-176380IP Force 特許公報全文掲載

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2019年9月19日
【発行日】2020年12月3日
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/12 20060101AFI20201106BHJP
   H01R 4/02 20060101ALI20201106BHJP
   H01L 23/48 20060101ALI20201106BHJP
   H01L 25/07 20060101ALN20201106BHJP
   H01L 25/18 20060101ALN20201106BHJP
【FI】
   H01L23/12 K
   H01R4/02 Z
   H01L23/48 R
   H01L25/04 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】19
【出願番号】特願2020-505670(P2020-505670)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2019年2月5日
(31)【優先権主張番号】特願2018-49524(P2018-49524)
(32)【優先日】2018年3月16日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002918
【氏名又は名称】特許業務法人扶桑国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】丸山 力宏
(72)【発明者】
【氏名】宮越 仁隆
(72)【発明者】
【氏名】早乙女 全紀
(72)【発明者】
【氏名】安達 和哉
(72)【発明者】
【氏名】横山 岳
【テーマコード(参考)】
5E085
【Fターム(参考)】
5E085BB08
5E085BB26
5E085DD01
5E085EE33
5E085HH01
5E085JJ27
(57)【要約】
コンタクト部品の中空孔への接合部材の這い上がりを防止することができる。
半導体装置(10)は、回路板(13a)と回路板(13a)が形成された絶縁板(11)とを備える積層基板(14)と、内部に筒状の中空孔(17f)が形成され、回路板(13a)のおもて面の接合領域(A2)に接合部材(19)を介して開口端部(17f2)が接合されるコンタクト部品(17)とを有している。このような半導体装置(10)では、さらに、コンタクト部品(17)の接合部材(19)との接触領域(A1)と回路板(13a)の少なくとも接合領域(A2)との接合部材(19)に対する濡れ性が略等しい。このため、コンタクト部品(17)を回路板(13a)に接合する際の加熱によるコンタクト部品(17)の中空孔(17f)への接合部材(19)の這い上がりを抑えることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路板と前記回路板が形成された絶縁板とを備える基板と、
内部に筒状の中空孔が形成され、前記回路板のおもて面の接合領域に接合部材を介して開口端部が接合されるコンタクト部品と、
を有し、
前記コンタクト部品の前記接合部材との接触領域と前記回路板の少なくとも前記接合領域との前記接合部材に対する濡れ性が略等しい、
半導体装置。
【請求項2】
前記コンタクト部品の少なくとも前記接触領域にめっき処理された第1めっき材と、前記回路板の少なくとも前記接合領域にめっき処理された第2めっき材とは、前記濡れ性が略等しい、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記接合部材は、はんだにより構成されており、前記第2めっき材に対する前記第1めっき材のはんだ広がり比率が、90%以上、110%以下である、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記接合部材は、はんだにより構成されており、前記第2めっき材に対する前記第1めっき材のはんだ広がり比率が、95%以上、105%以下である、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1めっき材及び前記第2めっき材は、ニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記回路板は、銅または銅合金により構成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記コンタクト部品は、銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第2めっき材は、リンを含むニッケル合金により構成されており、
前記第1めっき材は、前記第2めっき材より、リンの含有量が少ないニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
請求項5に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第2めっき材の前記リンの含有量は、8重量%以上、10重量%以下である、
請求項8に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置
【背景技術】
【0002】
半導体装置は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体素子を含んでいる。このような半導体装置は、例えば、電力変換装置として利用されている。
【0003】
半導体装置は、絶縁板と絶縁板のおもて面に形成された回路板とを有する積層基板を備える。回路板上に半導体素子及び外部接続端子が配置されており、外部接続端子から印加された信号が回路板を経由して半導体素子に入力される。
【0004】
例えば、特許文献1に開示されているように、この外部接続端子を回路板に取り付ける際には、筒状のコンタクト部品が用いられる。コンタクト部品は、回路板上にはんだを介して接合される。外部接続端子は、コンタクト部品に圧入される。そして、外部接続端子は、コンタクト部品を経由して回路板に電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第2014/148319号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、積層基板の回路板とコンタクト部品とを接合するはんだ等の接合部材の量が少ない場合には、接合部分において接合部材の厚さを確保することができない。このため、回路板に対するコンタクト部品の接合強度が低下してしまう。回路板に対するコンタクト部品との接合強度が低下すると、半導体装置の信頼性の低下を招いてしまうおそれがある。接合部材の量が多い場合には、コンタクト部品を回路板に接合する際の加熱により、コンタクト部品の中空孔への接合部材の這い上がりが生じる。中空孔への接合部材の這い上がりが生じると、外部接続端子の圧入ができなくなる。これにより、半導体装置の信頼性の低下を招いてしまうおそれがある。
【0007】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、コンタクト部品の中空孔への接合部材の這い上がりを防止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】
【0008】
本発明の一観点によれば、回路板と前記回路板が形成された絶縁板とを備える基板と、内部に筒状の中空孔が形成され、前記回路板のおもて面の接合領域に接合部材を介して開口端部が接合されるコンタクト部品と、を有し、前記コンタクト部品の前記接合部材との接触領域と前記回路板の少なくとも前記接合領域との前記接合部材に対する濡れ性が略等しい、半導体装置が提供される。
【0009】
また、前記コンタクト部品の少なくとも前記接触領域にめっき処理された第1めっき材と、前記回路板の少なくとも前記接合領域にめっき処理された第2めっき材とは、前記濡れ性が略等しい。また、前記接合部材は、はんだにより構成されてもよい。その場合、前記第2めっき材に対する前記第1めっき材のはんだ広がり比率が、90%以上、110%以下、前記第2めっき材に対する前記第1めっき材のはんだ広がり比率が、95%以上、105%以下である。
【0010】
また、前記第1めっき材及び前記第2めっき材は、ニッケルまたはニッケル合金により構成され、前記回路板は、銅または銅合金により構成され、前記コンタクト部品は、銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている。
【0011】
また、前記第2めっき材は、リンを含むニッケル合金により構成されており、前記第1めっき材は、前記第2めっき材より、リンの含有量が少ないニッケルまたはニッケル合金により構成され、前記第2めっき材の前記リンの含有量は、8重量%以上、10重量%以下である。
【発明の効果】
【0012】
開示の技術によれば、コンタクト部品の中空孔への接合部材の這い上がりが抑制されて、外部接続端子を回路板に確実に接合させることができる。このため、半導体装置の信頼性の低下を防止することができる。
【0013】
本発明の及び他の目的、特徴及び利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第1の実施の形態の半導体装置の側断面図である。
【図2】第1の実施の形態のコンタクト部品を示す図である。
【図3】第1の実施の形態の半導体装置のコンタクト部品の接合箇所の側断面図である。
【図4】第1の実施の形態の半導体装置の回路板に形成される接合領域の平面図である。
【図5】第2の実施の形態のコンタクト部品を示す図である。
【図6】第2の実施の形態の半導体装置のコンタクト部品の接合箇所の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
【0016】
[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態の半導体装置について図1を用いて説明する。図1は、第1の実施の形態の半導体装置の側断面図である。半導体装置10は、図1に示されるように、積層基板14と、積層基板14のおもて面に設けられた半導体素子15及びコンタクト部品17a,17b,17cと、コンタクト部品17a,17b,17cにそれぞれ取り付けられた外部接続端子18a,18b,18cとを有している。なお、積層基板14上には複数の半導体素子15が設けられている。但し、図1では、複数の半導体素子15のうち1つの半導体素子15を図示している。また、半導体素子15の配置位置は、図1以外の場所でも構わない。また、ケース21が積層基板14の外周に接合されている。そのため、半導体素子15、コンタクト部品17a,17b,17c、外部接続端子18a,18b,18c等がケース21内に収納されている。但し、外部接続端子18a,18b,18cの先端部はケース21からケース21の外側に延出されている。なお、おもて面とは、半導体装置10において、外部接続端子18a,18b,18cの先端部がケース21から延出している側の面を表す。また、裏面とは、半導体装置10において、後述する冷却器が設けられる側の面を表す。なお、以下では、後述する回路板13a,13b,13c,13d,13e,13f、ボンディングワイヤ16a,16b,16c,16d,16e,16f,16g並びに外部接続端子18a,18b,18cについて、それぞれ区別しない場合には、回路板13、ボンディングワイヤ16並びに外部接続端子18と表す。
【0017】
積層基板14は、絶縁板11と、絶縁板11の裏面に形成された金属板12と、絶縁板11のおもて面に形成された回路板13とを有している。絶縁板11は、熱伝導性に優れた、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等の高熱伝導性のセラミックスにより構成されている。金属板12は、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。回路板13は、導電性に優れた銅あるいは銅合金等の金属により構成されている。また、回路板13は、少なくとも一部が第2めっき材によりめっき処理されている。回路板13に対する第2めっき材によるめっき処理については後述する。なお、回路板13の厚さは、好ましくは、0.10mm以上、1.00mm以下であり、より好ましくは、0.20mm以上、0.50mm以下である。
【0018】
このような構成を有する積層基板14として、例えば、DCB(Direct Copper Bonding)基板、AMB(Active Metal Brazed)基板を用いることができる。積層基板14では、半導体素子15で発生した熱を回路板13a,13b,13c,13d,13e,13f、絶縁板11及び金属板12を介して、外部の冷却器に伝導させることができる。一部の回路板13a,13d,13fには、コンタクト部品17a,17b,17cが接合される接合領域がそれぞれ設定されている。なお、接合領域については、後述する。絶縁板11上には、複数の回路板13が形成されている。図1では、複数の回路板13のうち、回路板13a,13b,13c,13d,13e,13fについて図示している。なお、コンタクト部品17a,17b,17cは、それぞれ区別しない場合には、コンタクト部品17と表す。
【0019】
半導体素子15は、回路板13に接合部材(図示を省略)を用いてそれぞれ接合されている。このような半導体素子15は、シリコンまたは炭化シリコンから構成される。例えば、このような半導体素子15は、IGBT、パワーMOSFET等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体素子15は、例えば、裏面にドレイン電極(または、コレクタ電極)を、おもて面に、ゲート電極及びソース電極(または、エミッタ電極)をそれぞれ備えている。また、半導体素子15は、必要に応じて、SBD(Schottky Barrier Diode)、FWD(Free Wheeling Diode)等のダイオードを含んでもよい。このような半導体素子15は、裏面にカソード電極を、おもて面にアノード電極をそれぞれ備えている。の半導体素子15は、その裏面側が所定の回路板13上に接合部材(図示を省略)により接合されている。
【0020】
コンタクト部品17は、開口端部間を貫通する中空孔が内部に形成された筒形状に構成されている。一方の開口端部側は、はんだ等の接合部材(図示を省略)により回路板13に接合される。他方の開口端部側は、外部接続端子18が圧入される。あるいは、コンタクト部品17は、中空孔が形成された胴体部と当該胴体部の少なくとも一方の開口端部に設けられたフランジとを備えていてもよい。コンタクト部品17は、回路板13にはんだ等の接合部材(図示を省略)を用いてそれぞれ接合されている。なお、コンタクト部品17は、積層基板14の複数の回路板13上に設けられている。図1では、そのうち、回路板13a,13d,13f上に設けられているコンタクト部品17を示している。コンタクト部品17は、導電性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている。また、コンタクト部品17は、少なくとも一部が第1めっき材によりめっき処理されている。なお、コンタクト部品17に対する第1めっき材によるめっき処理については後述する。外部接続端子18は、導電性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている。外部接続端子18は、棒状であって、その断面は、例えば、正方形状に構成されている。外部接続端子18は、コンタクト部品17の中空孔17fにそれぞれ圧入され、コンタクト部品17を経由して回路板13に電気的に接続されている。
【0021】
なお、積層基板14上の回路板13間がボンディングワイヤ16で電気的に接続されている。例えば、回路板13a,13bをボンディングワイヤ16a,16bで電気的にそれぞれ接続し、回路板13b,13cをボンディングワイヤ16c,16dで電気的にそれぞれ接続している。さらに、回路板13と半導体素子15とがボンディングワイヤ16で電気的に接続されている。例えば、回路板13dと半導体素子15とがボンディングワイヤ16eで電気的に接続されている。回路板13fと半導体素子15とがボンディングワイヤ16f,16gで電気的に接続されている。このように半導体装置10では、回路板13間、回路板13及び半導体素子15の間をボンディングワイヤ16で接続し、回路板13に外部接続端子18が電気的に接続されることで半導体素子15を含む所定の回路が構成される。なお、金属板12の裏面側に放熱板(図示を省略)をはんだまたは銀ろう等を介して取りつけることも可能である。この場合の放熱板は、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等により放熱板の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。なお、金属板12、放熱板の裏面側に冷却器(図示を省略)をねじ等により取りつけて放熱性を向上させることも可能である。この場合の冷却器は、例えば、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。また、冷却器として、フィン、または、複数のフィンから構成されるヒートシンク並びに水冷による冷却装置等を適用することができる。また、放熱板は、このような冷却器と一体的に構成されてもよい。その場合は、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成される。
【0022】
ケース21は、例えば、箱型であって、熱可塑性樹脂により構成されている。このような樹脂として、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリブチレンサクシネート(PBS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂等がある。ケース21の内部を封止部材(図示を省略)により封止させることも可能である。封止部材は、例えば、シリコン樹脂、マレイミド変性エポキシ樹脂、マレイミド変性フェノール樹脂、マレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂と、充填材とで構成されている。また、封止部材は、シリコン樹脂等のゲルにより構成されても構わない。このような封止部材は、ケース21に形成されている所定の注入口からケース21内に注入される。そして、注入された封止部材は、放熱板上において、積層基板14と、半導体素子15と、コンタクト部品17と、ボンディングワイヤ16と、外部接続端子18の一部とを封止する。
【0023】
次に、コンタクト部品17について、図2を用いて説明する。図2は、第1の実施の形態のコンタクト部品を示す図である。なお、図2(A)は、コンタクト部品17の平面図、図2(B)は、図2(A)の一点鎖線X−Xにおける断面図をそれぞれ表している。コンタクト部品17は、内部に筒状の中空孔17fが形成された胴体部17eと、胴体部17eの一方に開口端部17f1と、胴体部17eの他方に開口端部17f2とをそれぞれ備えている。このようなコンタクト部品17は、開口端部17f2(または開口端部17f1)側が接合部材を用いて回路板13に接合される。また、回路板13に接合された開口端部17f2(または開口端部17f1)と対向する開口端部17f1(または開口端部17f2)側に外部接続端子18が圧入される。なお、第1の実施の形態では、コンタクト部品17の開口端部17f2側を回路板13に接合させ、開口端部17f1に外部接続端子18が圧入されるものとする。この際、コンタクト部品17の開口端部17f2側に、接触領域A1が設定されている。接触領域A1は、後に接合部材と接触する領域である。また、コンタクト部品17の少なくとも接触領域A1は、第1めっき材(図示を省略)によりめっき処理が行われている。このような構成のコンタクト部品17において、中空孔17fの開口端部17f1,17f2における内径は、好ましくは、0.20mm以上、2.00mm以下であり、より好ましくは、0.50mm以上、1.50mm以下である。コンタクト部品17の開口端部17f1,17f2における外径は、好ましくは、1.00mm以上、2.50mm以下であり、より好ましくは、1.50mm以上、2.00mm以下である。
【0024】
次に、積層基板14の回路板13に対するコンタクト部品17の接合箇所について図3及び図4を用いて説明する。図3は、第1の実施の形態の半導体装置のコンタクト部品の接合箇所の側断面図である。なお、図3では、積層基板14においてコンタクト部品17が接合された箇所を示している。図4は、第1の実施の形態の半導体装置の回路板に形成される接合領域の平面図である。なお、図4は、図3の一点鎖線Y−Yによる断面から見た接合領域の平面を示している。また、図4も図3と同様に、積層基板14においてコンタクト部品17が接合された箇所を示している。
【0025】
積層基板14の回路板13aは、そのおもて面に接合領域A2が設定されている。接合領域A2は、回路板13aのコンタクト部品17の接合予定領域である。第1の実施の形態では、このような回路板13aの少なくとも接合領域A2は、第2めっき材13a1によりめっき処理されている。回路板13aは、少なくとも接合領域A2が第2めっき材13a1によりめっき処理されていればよい。または、回路板13aの全面が第2めっき材13a1によりめっき処理されていてもよい。また、回路板13の接合領域A2の第2めっき材13a1上に、接合部材19が設けられている。接合部材19は、はんだで構成される。好ましくは、鉛フリーはんだで構成される。鉛フリーはんだは、例えば、錫−銀−銅系、錫−亜鉛−ビスマス系または錫−銅系のはんだである。さらに、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンが添加されていてもよい。なお、コンタクト部品17が接合される他の回路板13にも回路板13aと同様に接合領域A2が設定されている。また、このような接合領域A2に第2めっき材13a1が形成されている。
【0026】
一方、コンタクト部品17は、既述の通り、開口端部17f2側に接触領域A1が設定されている。第1の実施の形態では、コンタクト部品17の少なくとも開口端部17f2側の接触領域A1は、第1めっき材22によりめっき処理が行われている。めっき処理は、コンタクト部品17の表面に第1めっき材22からなる金属薄膜を被覆するものであればよい。なお、第1めっき材22と第2めっき材13a1とは、その接合部材19に対する濡れ性が略同一である材料により構成されている。接合部材19に対する濡れ性の評価は、第2めっき材13a1に対する第1めっき材22のはんだ広がり比率Srで行った。以下に、はんだ広がり比率Srの測定方法について示す。
【0027】
まず、積層基板14の回路板13aに各種めっきを形成した試験片とクリームはんだを準備した。なお、はんだ材は、錫−銀−銅系の鉛フリーはんだを用いた。その試験片上に、一定量のクリームはんだを同一面積で塗工した。それを250±3℃で30秒間加熱して、はんだを溶融させた。その後、室温まで自然冷却し、はんだ平面積Sを測定した。はんだ広がり比率Srは、式(1)に示される。但し、式(1)では、第2めっき材13a1のはんだ平面積S2を100%とした場合の第1めっき材22のはんだ平面積S1の比率である。
Sr=第1めっき材のはんだ平面積S1/第2めっき材のはんだ平面積S2×100
・・・・・・・式(1)
【0028】
接合部材19に対する濡れ性が略同一である材料として、好ましくは、はんだ広がり比率Srが90%以上110%以下である。さらに好ましくは、95%以上、105%以下である。はんだ広がり比率Srが大きいと、コンタクト部品17の中空孔17fへはんだが這い上がる。そのため、外部接続端子18の圧入時に外部接続端子18が途中で引っかかる等、外部接続端子18の挿入不良が生じるおそれがある。一方、はんだ広がり比率Srが小さいと、コンタクト部品17における適切なはんだフィレットが形成できない。そのため、外部接続端子18の圧入時に、コンタクト部品17が回路板13aから引き剥がされる等、接合強度不良が生じるおそれがある。
【0029】
また、このような接合部材19に対する濡れ性が略同一である材料としては、第1めっき材22がニッケルまたはニッケル合金で構成され、第2めっき材13a1がニッケルまたはニッケル合金で構成される。また、好ましくは、第2めっき材13a1は、リンを含むニッケル合金で構成され、第1めっき材22は、第2めっき材13a1よりリンの含有量が少ないニッケルまたはニッケル合金で構成される。さらに、好ましくは、第2めっき材13a1は、第2めっき材13a1全体に対するリン含有量が8重量%以上、10重量%以下のニッケル合金で構成される。なお、ここで、このような第1,第2めっき材22,13a1に不純物として含まれる1重量%以下の元素等は、第1,第2めっき材22,13a1として構成される材料とは明確に区別される。また、「合金」の記載のない金属(例えば、ニッケル)は、不純物を除く他の元素が含まれない。そうすることで、特に鉛フリーはんだを適用した時に、その這い上がりを抑えつつ、回路板13aに対するコンタクト部品17の接合強度を高めることができる。ここで、第1めっき材22の厚さは、好ましくは、1μm以上、20μm以下であり、より好ましくは、3μm以上、7μm以下である。めっき材の厚さが厚過ぎると、表面が硬化する影響で、外部接続端子18の圧入が難しく、また、外部接続端子18が外れやすくなる。一方、薄過ぎると、めっきによるはんだ這い上がり抑制の効果が得られなくなる。第2めっき材13a1の厚さは、好ましくは、1μm以上、50μm以下であり、より好ましくは、5μm以上、20μm以下である。めっき材の厚さが厚過ぎると、外部接続端子18と回路板13との間の電気抵抗が大きくなり、好ましくない。一方、薄過ぎると、めっきによるはんだ這い上がり抑制の効果が得られなくなる。
【0030】
ここで、このような半導体装置10の組み立てについて説明する。事前にで説明した積層基板14とコンタクト部品17とを用意しておく。そして、積層基板14の回路板13の接合領域A2に第2めっき材13a1を、コンタクト部品17の接触領域A1に第1めっき材22をそれぞれめっき処理する。めっき処理は、めっき材に応じて、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき、溶射、物理蒸着、化学蒸着等のいずれの方法であってもかまわない。そして、積層基板14の回路板13aの第2めっき材13a1上の接合領域A2内に接合部材19を塗布する。具体的には、フラックスを含むクリームはんだを塗布した。接合部材19が設けられた接合領域A2の第2めっき材13a1上にコンタクト部品17の開口端部17f2側を配置して、コンタクト部品17を図3中下側に押圧する。
【0031】
次に、コンタクト部品17を配置した積層基板14を加熱し、接合部材19を溶融させる。その後、室温まで冷却し、接合部材19を固化する。このようにしてコンタクト部品17の第1めっき材22でめっき処理された接触領域A1を積層基板14の第2めっき材13a1のめっき処理が行われた回路板13aの接合領域A2に接合部材19を介して接合する。
【0032】
半導体装置10は、回路板13と回路板13が形成された絶縁板11とを備える積層基板14を有している。さらに、内部に筒状の中空孔17fが形成され、回路板13のおもて面の接合領域A2に接合部材19を介して開口端部17f2が接合されるコンタクト部品17を有している。このような半導体装置10では、さらに、コンタクト部品17の接合部材19との接触領域A1と回路板13の少なくとも接合領域A2との接合部材19に対する濡れ性が略等しい。このため、コンタクト部品17を回路板13に接合する際の加熱によるコンタクト部品17の中空孔17fへの接合部材19の這い上がりを抑えることができる。これにより、積層基板14の回路板13に対するコンタクト部品17の接合強度の低下を抑制することができる。また、このようなコンタクト部品17に外部接続端子18を確実に圧入することができる。したがって、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができるようになる。
【0033】
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態の半導体装置は、図1に示した半導体装置10と同様の構成を有する。但し、第2の実施の形態の半導体装置は、半導体装置10における第1めっき材及び第2めっき材のめっき処理領域が異なっており、また、第1めっき材、第2めっき材及び接合部材は、具体的な材質が利用されている。さらに、第1の実施の形態とは異なるコンタクト部品が適用されている。
【0034】
まず、以下では、第1の実施の形態とは異なるコンタクト部品について図5を用いて説明する。図5は、第2の実施の形態のコンタクト部品を示す図である。なお、図5(A)は、コンタクト部品27の平面図、図5(B)は、図5(A)の一点鎖線X−Xにおける断面図をそれぞれ表している。半導体装置は、図1の半導体装置10と同様に、積層基板14(基板)と、積層基板14のおもて面に設けられた半導体素子15と、外部接続端子18とを有している。但し、半導体装置は、コンタクト部品17に代わって、コンタクト部品27を積層基板14のおもて面に備えており、コンタクト部品27に外部接続端子18がそれぞれ取り付けられている。
【0035】
このようなコンタクト部品27は、図5に示されるように、胴体部17eと、胴体部17eの開口端部17f1に設けられたフランジ17gと、胴体部17eの開口端部17f2に設けられたフランジ17hとを備えている。コンタクト部品27は、フランジ17h(またはフランジ17g)側が接合部材であるはんだを用いて回路板13に接合される。また、回路板に接合された開口端部と対向するフランジ17g(またはフランジ17h)側に外部接続端子18が圧入される。また、ここでは、2つの開口端部17f1,17f2の両方にフランジ17g,17hを形成した例を示したが、片方にのみ形成されていても構わない。
【0036】
胴体部17eは、開口端部17f1,17f2間を貫通する中空孔17fが内部に形成された円筒状を成している。フランジ17gは、リング状を成しており、その外周縁部の3か所に凸部17g1,17g2,17g3が形成されている。フランジ17gでは、凸部17g1,17g2,17g3の厚さは、その底面部17g5の厚さよりも肉厚となっている。フランジ17gの外周縁に沿った側端面17g4の厚さは、凸部17g1,17g2,17g3の箇所は底面部17g5の箇所よりも厚くなっている。そして、凸部17g1,17g2,17g3と、底面部17g5との段差には、段差部17g6が構成される。なお、段差部17g6の高さは、凸部17g1,17g2,17g3の厚さと底面部17g5の厚さとの差となる。
【0037】
また、フランジ17hもフランジ17gと同様の構成を成している。すなわち、フランジ17hは、リング状に構成されている、その外周縁部の3か所に凸部(このうち、凸部17h1,17h2を図示)が形成されている。フランジ17hは、凸部17h1,17h2が設けられることにより、凸部17h1,17h2の厚さは、その底面部17h5の厚さよりも肉厚となっている。したがって、フランジ17hの外周縁に沿った側端面17h4の厚さは、凸部17h1,17h2の箇所は底面部17h5の箇所よりも厚くなっている。そして、凸部17h1,17h2と、底面部17h5との段差には、段差部17h6が構成される。なお、段差部17h6の高さは、凸部17h1,17h2の厚さと底面部17h5の厚さとの差となる。このようにフランジ17g,17hは、その外周縁部に形成された凸部17g1,17g2,17g3,17h1,17h2により、コンタクト部品27と回路板13とを接合するはんだにおいて所定の厚さを確保することができるようになる。このため、回路板13とコンタクト部品27との接合強度をより強固に維持することができる。このような構成のコンタクト部品27において、胴体部17eの内径は、好ましくは、0.2mm以上、2.0mm以下であり、より好ましくは、0.5mm以上、1.5mm以下である。フランジ17g,17hの凸部17g1,17g2,17g3,17h1,17h2の厚さは、好ましくは、0.05mm以上、0.30mm以下であり、より好ましくは、0.10mm以上、0.20mm以下である。
【0038】
次に、半導体装置10aの積層基板14の回路板13に対するコンタクト部品27の接合箇所について図6を用いて説明する。図6は、第2の実施の形態の半導体装置のコンタクト部品の接合箇所の側断面図である。なお、図6では、第1の実施の形態の図3と同様、積層基板14において回路板13aが形成された箇所を示している。第2の実施の形態の半導体装置10aでは、積層基板14の全ての回路板13の全面に第2めっき材13a2によりめっき処理を行っている。このような第2めっき材13a2は、ニッケルや金等の金属またはこのような金属を含む合金により構成されている。また、第2めっき材13a2は、例えば、ニッケルや金の他に、ニッケル−リン合金や、ニッケル−ボロン合金等がある。このようなめっき処理が行われた回路板13は耐食性が向上する。第2の実施の形態の第2めっき材13a2は、リンの含有量が8重量%以上、10重量%以下程度である、ニッケル−リン合金で構成されている。なお、ニッケル−リン合金上に金を積層してもよい。このような、第2めっき材13a2の厚さは、好ましくは、1μm以上、50μm以下である。また、より好ましくは、5μm以上、20μm以下である。なお、このような回路板13aの(第2めっき材13a2の厚さを除く)厚さも、第1の実施の形態と同様に、好ましくは、0.10mm以上、1.00mm以下であり、より好ましくは、0.20mm以上、0.50mm以下である。
【0039】
さらに、コンタクト部品27も、接触領域A1を含む全体に第1めっき材23によりめっき処理が行われている。第1めっき材23もまた、ニッケルや金等の金属またはこのような金属を含む合金により構成されている。第1めっき材23は、接合部材19に対する濡れ性が、第2めっき材13a2と略同一である材料で構成されていればよい。第2の実施の形態の第1めっき材23は、リンやボロンを含まないニッケルにより構成されている。また、コンタクト部品27の対する第1めっき材23の厚さは、厚過ぎると、外部接続端子18の圧入が難しくなる。一方、薄過ぎるとめっき効果が得られなくなる。これらを鑑みて、第1めっき材23の厚さは、好ましくは、1μm以上、20μm以下であり、より好ましくは、3μm以上、7μm以下である。したがって、第2の実施の形態の場合においても、コンタクト部品17の第1めっき材23と回路板13aの第2めっき材13a2とは、その接合部材19に対する濡れ性が略同一である。
【0040】
ここで、第2の実施の形態における半導体装置10aの組み立てについて説明する。第1の実施の形態と同様に事前に積層基板14とコンタクト部品27とを用意しておく。なお、積層基板14の全ての回路板13の全体に対する第2めっき材13a2は、電界めっきにより形成される。コンタクト部品17の接触領域A1を含む全体に対する第1めっき材23も同様に電界めっきにより形成される。そして、第1の実施の形態と同様に以降の処理を行う。すなわち、積層基板14の回路板13aの第2めっき材13a2上に接合領域A2内に接合部材19を塗布する。具体的には、フラックスを含むクリームはんだを塗布した。接合部材19が設けられた第2めっき材13a2の接合領域A2にコンタクト部品27の開口端部17f2側を配置して、コンタクト部品27を図6中下側に押圧する。
【0041】
次に、コンタクト部品27を配置した積層基板14を加熱し、接合部材19を溶融させる。その後、室温まで冷却し、接合部材19を固化する。このようにしてコンタクト部品27の第1めっき材23がめっき処理された接触領域A1を積層基板14の第2めっき材13a2がめっき処理された回路板13aの接合領域A2に接合部材19を介して接合する。この際、コンタクト部品27の第1めっき材23と回路板13aの第2めっき材13a2とは、ニッケルを含んでいるために、第1めっき材23及び第2めっき材13a2の接合部材19に対する濡れ性が略等しい。このため、コンタクト部品27の接触領域A1と回路板13aの接合領域A2との接合部材19に対する濡れ性が略等しくなる。したがって、コンタクト部品27を回路板13aに接合する際の加熱によるコンタクト部品27の中空孔17fへの接合部材19の這い上がりを抑えることができる。このようにしてコンタクト部品27が積層基板14の回路板13a上に固着される。
【0042】
半導体装置10aは、回路板13と回路板13が形成された絶縁板11とを備える積層基板14を有している。さらに、内部に筒状の中空孔17fが形成され、回路板13のおもて面の接合領域A2に接合部材19を介して開口端部17f2が接合されるコンタクト部品27を有している。このような半導体装置10aでは、さらに、コンタクト部品27の接合部材19との接触領域A1と回路板13の少なくとも接合領域A2との接合部材19に対する濡れ性が略等しい。このため、コンタクト部品27を回路板13に接合する際の加熱によるコンタクト部品27の中空孔17fへの接合部材19の這い上がりを抑えることができる。これにより、積層基板14の回路板13に対するコンタクト部品27の接合強度の低下を抑制することができる。このようなコンタクト部品17に外部接続端子18を確実に圧入することができる。また、コンタクト部品27はその全体が第1めっき材23によりめっき処理が行われている。このため、コンタクト部品27に対する外部接続端子18が圧入しやすく、また、圧入された外部接続端子18が抜けにくくなる。さらに、コンタクト部品27及び回路板13は、その全体が第1めっき材23及び第2めっき材13a2によりめっき処理が行われている。このため、コンタクト部品27及び回路板13は耐腐食性が高く、外部接続端子18から半導体素子15への電気接続の低下を招きにくくなる。したがって、このような半導体装置10aは信頼性の低下を抑制することができる。
【0043】
については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明はに示し、説明した正確な構成及び応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例及び均等物は、添付の請求項及びその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【符号の説明】
【0044】
10,10a 半導体装置
11 絶縁板
12 金属板
13,13a,13b,13c,13d,13e,13f 回路板
13a1,13a2 第2めっき材
14 積層基板
15 半導体素子
16,16a,16b,16c,16d,16e,16f,16g ボンディングワイヤ
17,17a,17b,17c,27 コンタクト部品
17e 胴体部
17f 中空孔
17f1,17f2 開口端部
17g,17h フランジ
17g1,17g2,17g3,17h1,17h2 凸部
17g4,17h4 側端面
17g5,17h5 底面部
17g6,17h6 段差部
18,18a,18b,18c 外部接続端子
19 接合部材
21 ケース
22,23 第1めっき材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】

【手続補正書】
【提出日】2019年6月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路板と前記回路板が形成された絶縁板とを備える基板と、
内部に筒状の中空孔が形成され、前記回路板のおもて面の接合領域に接合部材を介して開口端部が接合されるコンタクト部品と、
を有し、
前記コンタクト部品の前記接合部材との接触領域と前記回路板の少なくとも前記接合領域との前記接合部材に対する濡れ性が略等しい、
半導体装置。
【請求項2】
前記コンタクト部品の少なくとも前記接触領域にめっき処理された第1めっき材と、前記回路板の少なくとも前記接合領域にめっき処理された第2めっき材とは、前記濡れ性が略等しい、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記接合部材は、はんだにより構成されており、前記第2めっき材に対する前記第1めっき材のはんだ広がり比率が、90%以上、110%以下である、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記接合部材は、はんだにより構成されており、前記第2めっき材に対する前記第1めっき材のはんだ広がり比率が、95%以上、105%以下である、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1めっき材及び前記第2めっき材は、ニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記回路板は、銅または銅合金により構成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記コンタクト部品は、銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第2めっき材は、リンを含むニッケル合金により構成されており、
前記第1めっき材は、前記第2めっき材より、リンの含有量が少ないニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
請求項5に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第2めっき材の前記リンの含有量は、8重量%以上、10重量%以下である、
請求項8に記載の半導体装置。
【請求項10】
さらに、前記コンタクト部品に圧入されている外部接続端子を備える、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記接合部材は、鉛フリーはんだにより構成されている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第2めっき材は、リンを含むニッケル合金により構成されており、
前記第1めっき材は、ニッケルにより構成されている、
請求項5に記載の半導体装置。
【請求項13】
回路板と前記回路板が形成された絶縁板とを備える基板と、
内部に筒状の中空孔が形成され、前記回路板のおもて面の接合領域に接合部材を介して開口端部が接合されるコンタクト部品と、
を有し、
前記コンタクト部品の前記接合部材との接触領域にめっき処理された第1めっき材と、
前記回路板の少なくとも前記接合領域にめっき処理された第2めっき材と、
を備え、
前記第2めっき材は、リンを含むニッケル合金により構成されており、
前記第1めっき材は、前記第2めっき材より、リンの含有量が少ないニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
半導体装置。
【請求項14】
前記第2めっき材の前記リンの含有量は、8重量%以上、10重量%以下である、
請求項13に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記第1めっき材は、ニッケルにより構成されている、
請求項13に記載の半導体装置。

【手続補正書】
【提出日】2020年3月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0039
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0039】
さらに、コンタクト部品27も、接触領域A1を含む全体に第1めっき材23によりめっき処理が行われている。第1めっき材23もまた、ニッケルや金等の金属またはこのような金属を含む合金により構成されている。第1めっき材23は、接合部材19に対する濡れ性が、第2めっき材13a2と略同一である材料で構成されていればよい。第2の実施の形態の第1めっき材23は、リンやボロンを含まないニッケルにより構成されている。また、コンタクト部品27の対する第1めっき材23の厚さは、厚過ぎると、外部接続端子18の圧入が難しくなる。一方、薄過ぎるとめっき効果が得られなくなる。これらを鑑みて、第1めっき材23の厚さは、好ましくは、1μm以上、20μm以下であり、より好ましくは、3μm以上、7μm以下である。したがって、第2の実施の形態の場合においても、コンタクト部品27の第1めっき材23と回路板13aの第2めっき材13a2とは、その接合部材19に対する濡れ性が略同一である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0042
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0042】
半導体装置10aは、回路板13と回路板13が形成された絶縁板11とを備える積層基板14を有している。さらに、内部に筒状の中空孔17fが形成され、回路板13のおもて面の接合領域A2に接合部材19を介して開口端部17f2が接合されるコンタクト部品27を有している。このような半導体装置10aでは、さらに、コンタクト部品27の接合部材19との接触領域A1と回路板13の少なくとも接合領域A2との接合部材19に対する濡れ性が略等しい。このため、コンタクト部品27を回路板13に接合する際の加熱によるコンタクト部品27の中空孔17fへの接合部材19の這い上がりを抑えることができる。これにより、積層基板14の回路板13に対するコンタクト部品27の接合強度の低下を抑制することができる。このようなコンタクト部品27に外部接続端子18を確実に圧入することができる。また、コンタクト部品27はその全体が第1めっき材23によりめっき処理が行われている。このため、コンタクト部品27に対する外部接続端子18が圧入しやすく、また、圧入された外部接続端子18が抜けにくくなる。さらに、コンタクト部品27及び回路板13は、その全体が第1めっき材23及び第2めっき材13a2によりめっき処理が行われている。このため、コンタクト部品27及び回路板13は耐腐食性が高く、外部接続端子18から半導体素子15への電気接続の低下を招きにくくなる。したがって、このような半導体装置10aは信頼性の低下を抑制することができる。
【国際調査報告】

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