CN110476237A - 半导体装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置及半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明抑制装置内部的损伤而将布线部件间适当地接合。将第1布线部件、第2布线部件(1a、2a)重叠。然后，在重叠的第1布线部件、第2布线部件(1a、2a)的与照射有激光(4)的照射区域(6)对置的对置区域(7)配置有保护部件(3)。保护部件(3)的熔点比构成对置区域(7)的第1布线部件、第2布线部件(1a、2a)中的至少一方的熔点高。向该照射区域(6)照射激光(4)。此时，由于保护部件(3)的熔点比构成对置区域(7)的第1布线部件、第2布线部件(1a、2a)中的至少一方的熔点高，所以保护部件(3)不被激光(4)熔融。因此，激光(4)不会贯穿保护部件(3)，另外，防止熔融的第2布线部件(2a)的熔融片的飞散、落下。

Description

半导体装置及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
半导体装置作为包含多个电力用的半导体元件，例如逆变器装置的电力变换装置而被利用。作为半导体元件，有MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)、FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)等。另外，作为电力用半导体元件，有将IGBT和FWD一体化而得的RC(Reverse Conducting：反向导通型)-IGBT、针对反向偏置也具有足够的耐压的RB(Reverse Blocking：反向阻断型)-IGBT等。
在这样的半导体装置中，半导体元件的背面的电极通过焊料接合到陶瓷电路基板。另外，半导体元件的正面的流通有主电流的电极通过焊料接合到布线用的导体。并且，电接合到半导体元件的各电极的布线端子通过激光熔接与外部连接端子接合。
在激光熔接中，例如设置具备激光照射面的第1部件以及在激光照射面的相反侧设置激光吸收率比第1部件高的第2部件，在第2部件形成激光吸收率比第1部件高的第1覆膜。此外，在第1部件与第2部件之间设置接合层。此时，接合层由激光吸收率比第1部件高或熔点比第1部件低的第3覆膜、以及激光吸收率比第2部件低或熔点比第1部件高的第2覆膜构成。由此，能够抑制对激光照射面进行激光照射时的熔融部的爆飞，能够进行良好且稳定的激光熔接(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-214369号公报
发明内容
技术问题
然而，对在下侧布线部件重叠上侧布线部件，并对它们进行激光熔接的情况进行说明。此时，对由金属构成的上侧布线部件的熔融给予所需的热量，使其与下侧布线部件接合。但是，在激光的照射能量大的情况下，熔融部贯穿下侧布线部件，熔接部从下侧接合部件飞散，或者激光贯穿下侧布线部件。由此，可能烧坏下侧布线部件的周边部件。特别是，半导体装置的制造过程中的这样的激光熔接中的激光、飞散的熔融金属可以导致电路板的短路、绝缘不良。
应予说明，由于下侧布线部件的厚度越薄则熔融部越容易贯穿下侧布线部件，所以难以控制激光的热输入(熔融部)。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够抑制装置内部的损伤而适当地将布线部件间接合的半导体装置及半导体装置的制造方法。
技术方案
根据本发明的一观点，提供一种半导体装置，其具有：半导体元件；第1布线部件和第2布线部件，其与上述半导体元件电连接，且彼此接合；以及保护部件，其配置在接合了的上述第1布线部件和上述第2布线部件中的与照射有激光的照射区域对置的对置区域，且熔点比构成上述对置区域的上述第1布线部件和上述第2布线部件中的至少一方的熔点高。
另外，在这样的半导体装置中，上述第2布线部件在接合面与上述第1布线部件重叠地接合，在上述第1布线部件的与上述接合面对置的第1主面上设置有上述照射区域，在上述第2布线部件的与上述接合面对置的第2主面上的上述对置区域配置有上述保护部件。
另外，在这样的半导体装置中，在上述第1布线部件和上述第2布线部件之间层叠有1个以上的布线部件。
另外，在这样的半导体装置中，上述第2布线部件在接合面与上述第1布线部件重叠地接合，在上述第1布线部件和上述第2布线部件各自的与上述接合面正交的一个端部上设置有上述照射区域，在上述第1布线部件和上述第2布线部件各自的与上述照射区域对置的另一个端部上的上述对置区域配置有上述保护部件。
另外，上述保护部件由钴、钛、铂、铬、钼、钽、钨、铌、含有这些中的至少一种元素的合金、或者陶瓷构成。
另外，上述陶瓷是氧化铝、氧化锆、氧化硅、碳化硅、碳化硼、碳化钨、碳化钽、氮化铝、氮化硅、氮化钛、氮化钽中的任一种。
另外，在这样的半导体装置中，在接合了的上述第1布线部件和上述第2布线部件，隔着接合部件配置上述保护部件。
另外，上述第1布线部件和上述第2布线部件是铜、铝、含有这些中的元素一种元素的合金或不锈钢。
另外，在这样的半导体装置中，构成上述对置区域的上述第1布线部件和上述第2布线部件中的至少一方与上述保护部件的熔点差为500℃以上。
另外，根据本发明的一观点，提供一种半导体装置的制造方法，包括：准备半导体元件、第1布线部件、第2布线部件、熔点比上述第2布线部件的熔点高的保护部件的工序；在将上述第1布线部件和上述第2布线部件重叠并照射激光时，在重叠的上述第1布线部件和上述第2布线部件中的与照射有上述激光的照射区域对置的对置区域预先配置上述保护部件的工序；将上述半导体元件与上述第1布线部件和上述第2布线部件中的至少任一方电连接的工序；将上述第1布线部件和上述第2布线部件重叠的工序；以及向上述照射区域照射上述激光的工序。
发明效果
上述构成的半导体装置能够防止因熔接产生的贯穿，能够抑制对于布线部件的周边的损伤，另外，即使布线部件的厚度薄也能够良好地进行接合。由此，能够实现布线部件间的可靠的接合，能够提高可靠性。
本发明的上述和其他目的、特征和优点通过表示作为本发明的例子而优选的实施方式的附图和相关的以下说明会变得清楚。
附图说明
图1是说明第1实施方式的熔接方法的图。
图2是表示第1实施方式的熔接方法中可以使用的材质的一个例子的图(之一)。
图3是表示第1实施方式的熔接方法中可以使用的材质的一个例子的图(之二)。
图4是说明第2实施方式的熔接方法的图。
图5是说明第3实施方式的熔接方法的图。
图6是说明第4实施方式的熔接方法的图。
图7是第5实施方式的半导体装置的立体图。
图8是接合到第5实施方式的半导体装置所含的陶瓷电路基板的布线基板的立体图(之一)。
图9是接合到第5实施方式的半导体装置所含的陶瓷电路基板的布线基板的立体图(之二)。
图10是接合到第5实施方式的半导体装置所含的陶瓷电路基板的布线基板的截面图。
符号说明
1a：第1布线部件
2a：第2布线部件
3：保护部件
3a：接合部件
4：激光
5：熔接部
6：照射区域
7：对置区域
8：接合面
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行详细说明。应予说明，在以下的说明中，对相同或等同的构成要素标注相同的符号而省略其详细的说明。另外，将在被接合部件(布线部件)入射激光的一侧的主面称为正面，将相反的主面称为背面。另外，有时将从被接合部件(布线部件)的背面到正面的方向称为上，将从正面到背面的方向称为下。此时，上下的方向与重力方向未必一致。
另外，本发明不限于下述的实施方式，可以在不改变其主旨的范围内适当地实施变形。
[第1实施方式]
使用图1对第1实施方式的熔接方法进行说明。
图1是说明第1实施方式的熔接方法的图。应予说明，图1按照时间序列表示熔接方法(图1的(A)～图1的(C))。其中，图1的(D)表示图1的(B)的另一方式。
首先，准备作为接合对象的(上侧的)第1布线部件1a、(下侧的)第2布线部件2a。在第2布线部件2a的背面配置有保护部件3。第2布线部件2a的背面的保护部件3根据其材质而设置为复合材料，其通过电镀处理或热喷涂形成。另外，保护部件3至少可以配置在覆盖后述的对置区域的部分。
这样的保护部件3由熔点比第1布线部件1a和第2布线部件2a的熔点高的材质构成。作为这样的保护部件3，使用金属或陶瓷。在根据保护部件3的材质使保护部件3相对于第2布线部件2a的密合性提高的情况下，如图1(D)所示，优选在第2布线部件2a的背面隔着接合部件3a形成保护部件3。另外，保护部件3例如使用钴(Co)、钛(Ti)、铂(Pt)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、铌(Nb)、含有这些中的至少一种元素的合金等金属。另外，这样的保护部件3例如使用氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO3)、氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、碳化钨(WC)、碳化钽(TaC)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等陶瓷。这样的第1布线部件1a和第2布线部件2a由平板状的铜(Cu)、铝(Al)、含有这些中的至少一种元素的合金或不锈钢等金属构成。
对第1布线部件1a和第2布线部件2a的熔接方法进行说明。首先，如图1的(A)所示，准备第1布线部件1a、在背面配置有保护部件3的第2布线部件2a。
接下来，如图1的(B)所示，将第1布线部件1a和第2布线部件2a的主面重叠。应予说明，此时的第1布线部件1a和第2布线部件2a重叠是一个例子，不限于这种情况。例如，第1布线部件1a和第2布线部件2a可以彼此部分重叠。另外，第1布线部件1a和第2布线部件2a无需是相同的形状、相同的厚度、相同的材质。
此时的保护部件3配置在重叠的第1布线部件1a和第2布线部件2a的与照射激光4的照射区域6对置的对置区域7。保护部件3配置在第1布线部件1a和第2布线部件2a中的至少一方的对置区域7。应予说明，此时，第2布线部件2a在接合面8处与第1布线部件1a重叠地接合。此外，在与接合面8对置的第1布线部件1a的第1主面(正面)上设置有照射区域6。另外，在与接合面8对置的第2布线部件2a的第2主面(背面)上的对置区域7配置有保护部件3。
接下来，如图1的(C)所示，向第1布线部件1a的正面的照射区域6照射激光4。此时的激光4发出使第1布线部件1a和第2布线部件2a的一部分熔融的程度的热量输入。应予说明，这样的激光例如可以使用YAG(Yttrium Aluminum Garnet：钇铝石榴石)激光器、光纤激光器、二氧化碳激光器等通常的激光照射装置。因此，通过激光4的热量输入，从第1布线部件1a和第2布线部件2a的照射区域6向深度方向熔融而生成熔接部5。但是，此时，由于保护部件3的熔点比构成对置区域7的第2布线部件2a的熔点高，所以保护部件3几乎不被激光4熔融。因此，激光4不会贯穿保护部件3，另外，防止熔融的第2布线部件2a的熔融片的飞散、落下。然后，将这样的第1布线部件1a和第2布线部件2a冷却，使熔接部5凝固。由此，能够将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。
接下来，使用图2和图3对这样的熔融方法中可以使用的第1布线部件1a、第2布线部件2a的保护部件3(和接合部件3a)进行说明。
图2和图3是表示第1实施方式的熔接方法中可以使用的材质的一个例子的图。应予说明，在图2和图3的实施例1～47中，示出针对图1所示的第1布线部件1a、第2布线部件2a和保护部件3(和接合部件3a)的材质的组合、激光4的热输入和当时的熔接状况。其中，实施例1～6、20～25、31、32、36、40、44表示不使用保护部件3而进行熔接的情况的参考例。另外，用作实施例1～47的第1布线部件1a、第2布线部件2a和保护部件3(和接合部件3a)的材质和其厚度、激光4的热输入是一个例子，也可以使用其他材质和其厚度、激光4的热输入。
在各实施例1～47中示出“第1布线部件”、“第2布线部件”、“保护部件”、“接合部件”的“材质”和“厚度”、(“第2布线部件”与“保护部件”的)“熔点差”、激光4的“热输入”。应予说明，各“厚度”的单位为毫米(mm)，“熔点差”的单位为摄氏度(℃)，“热输入”的单位为焦耳(J)。
在这样的实施例1～47的情况下，在图1的第2布线部件2a的背面，根据其材质设置保护部件3作为复合材料，保护部件3通过电镀处理或热喷涂形成。在这样的第2布线部件2a的正面配置第1布线部件1a。针对各实施例1～47形成20个这样的样品。然后，向各样品的第1布线部件1a的正面垂直地照射YAG激光的激光4。此时的照射时间为20毫秒(msec)，激光功率为1～5kW(热输入为20J以上且100J以下)。这样，作为照射激光4时的“熔接状况”，设定“可否接合”和“有无开孔”。
在“可否接合”中，对所有20个样品评价接合强度，将所有的样品示出40N以上的拉伸强度的情况记为“〇”，即使有1个小于40N的情况也记为“×”。
在“有无开孔”中，利用倍率150倍的显微镜确认保护部件3的背面，将对所有20个样品没有1个开孔的情况记为“〇”，即使有1个开孔的情况也记为“×”。
首先，对第1布线部件1a和第2布线部件2a为铜(Cu)的情况(实施例1～19)进行说明。此时，在未设置保护部件3的情况(实施例1～6)下，如果相对于厚度为0.5mm的第1布线部件1a，第2布线部件2a的厚度为1.0mm以下，则因为开孔而导致无法接合第1布线部件1a和第2布线部件2a。如果第2布线部件2a的厚度为2.0mm以上，则能够在第1布线部件1a和第2布线部件2a的背面不开孔的情况下进行接合。换言之，在第2布线部件2a薄的情况下，认为难以不开孔地进行接合。特别是在第1布线部件1a和第2布线部件2a为铜(Cu)的情况下，如果第2布线部件2a的厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，则无法接合。
另外，在第1布线部件1a和第2布线部件2a的厚度为0.5mm且保护部件3为镍(Ni)的情况(实施例7～9)下，如果保护部件3的厚度为1.5mm，则能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。换言之，可以认为第2布线部件2a与保护部件3合计的厚度需要为2.0mm以上。因此，可以认为为了在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合，不可以将形成于第1布线部件1a和第2布线部件2a的熔接部5减薄(缩短)。
此外，在保护部件3为铁(Fe)的情况(实施例10)下，虽然能够将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合，但是在保护部件3的背面开孔。并且，在保护部件3为钛(Ti)合金(6-4)、铬(Cr)、钼(Mo)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、碳化钨(WC)的情况(实施例11～16、19)下，均能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。换言之，根据实施例10～16、19，在第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上的情况下，认为能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。此外，此时，保护部件3的厚度为0.1mm以上且0.2mm以下，即使第2布线部件2a和保护部件3的总计厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，也能够接合。
另外，实施例17、18的保护部件3隔着接合部件3a配置在第2布线部件2a的背面。在实施例17中，使用钛(Ti)作为接合部件3a，使用氮化硅(Si3N4)作为保护部件3。在实施例18中，使用银-铜-钛(Ag-Cu-Ti)作为接合部件3a，使用氮化铝(AlN)作为保护部件3。在这些情况下，能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。
接下来，对第1布线部件1a和第2布线部件2a为铝(Al)的情况(实施例20～30)进行说明。此时，在未设置保护部件3的情况(实施例20～25)下，如果相对于厚度为0.5mm的第1布线部件1a，使第2布线部件2a的厚度为2.0mm以下，则因为开孔而导致无法将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。如果第2布线部件2a的厚度为3.0mm以上，则能够在第1布线部件1a和第2布线部件2a的背面不开孔的情况下进行接合。换言之，认为在第2布线部件2a薄的情况下，难以无开孔地进行接合。特别是，在第1布线部件1a和第2布线部件2a为铝(Al)的情况下，如果第2布线部件2a的厚度比第1布线部件1a的厚度的4倍薄，则无法进行接合。
另外，确认了在保护部件3为铜(Cu)的情况(实施例26)下，在保护部件3的背面无开孔。应予说明，确认了第1布线部件1a和第2布线部件2a被接合。此外，确认了在保护部件3为镍(Ni)、钴(Co)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)的情况(实施例27～30)下，均能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。
换言之，认为在第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上的情况下，能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。此外，此时，即使保护部件3的厚度为0.1mm以上且0.25mm以下，第2布线部件2a和保护部件3的总计厚度比第1布线部件1a的厚度的4倍薄，也能够进行接合。
接下来，对第1布线部件1a和第2布线部件2a为不锈钢(SUS301)的情况进行说明。此时，确认了在未设置保护部件3的情况(实施例31、32)下，在任一条件下接合均不充分，或者均有开孔。如果第2布线部件2a的厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，则无法进行接合。另外，确认了在保护部件3为钛(Ti)的情况(实施例33)下，保护部件3的背面开孔。应予说明，确认了第1布线部件1a和第2布线部件2a被接合。此外，在保护部件3为铌(Nb)、氧化锆(ZrO2)的情况(实施例34、35)下，均能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。换言之，认为在第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上的情况下，能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。此外，此时，即使保护部件3的厚度为0.1mm以上且0.2mm以下，第2布线部件2a和保护部件3的总计厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，也能够进行接合。
接下来，对第1布线部件1a为铝(Al)，第2布线部件2a为铜(Cu)且各自的厚度为0.5mm的情况(实施例36～39)进行说明。此时，在未设置保护部件3的情况(实施例36)下，如果第2布线部件2a的厚度为0.5mm，则即使能够接合第1布线部件1a和第2布线部件2a，在第2布线部件2a的背面也有开孔。另外，确认了在保护部件3为镍(Ni)的情况(实施例37)下，在保护部件3的背面有开孔。应予说明，确认了第1布线部件1a和第2布线部件2a被接合。此外，在保护部件3为钛合金(6-4)、氧化铝(Al2O3)的情况(实施例38、39)下，均能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。换言之，认为在第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上的情况下，能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。此外，此时，即使保护部件3的厚度为0.1mm以上且0.5mm以下，第2布线部件2a和保护部件3的总计厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，也能够进行接合。
接下来，对第1布线部件1a为不锈钢(SUS301)、第2布线部件2a为铜(Cu)且各自的厚度为0.5mm的情况(实施例40～43)进行说明。此时，在未设置保护部件3的情况(实施例40)下，如果第2布线部件2a的厚度为0.5mm，则即使第1布线部件1a和第2布线部件2a能够接合，在第2布线部件2a的背面也有开孔。另外，确认了在保护部件3为镍(Ni)的情况(实施例41)下，在保护部件3的背面有开孔。应予说明，确认了第1布线部件1a和第2布线部件2a被接合。此外，在保护部件3为钛合金(6-4)、氧化铝(Al2O3)的情况(实施例42、43)下，均能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。换言之，认为在第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上的情况下，能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。此外，此时，即使保护部件3的厚度为0.1mm以上且0.5mm以下，第2布线部件2a和保护部件3的总计厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，也能够进行接合。
接下来，对第1布线部件1a为铜(Cu)、第2布线部件2a为铝(Al)且各自的厚度为0.5mm的情况(实施例44～47)进行说明。此时，在未设置保护部件3的情况(实施例44)下，如果第2布线部件2a的厚度为0.5mm，则即使第1布线部件1a和第2布线部件2a能够接合，在第2布线部件2a的背面也有开孔。另外，确认了在保护部件3为镍(Ni)的情况(实施例45)下，在保护部件3的背面有开孔。应予说明，确认了第1布线部件1a和第2布线部件2a被接合。此外，在保护部件3为钛合金(6-4)、氧化铝(Al2O3)的情况(实施例46、47)下，均能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。换言之，认为在第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为790℃(500℃)以上的情况下，能够在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。此外，此时，即使保护部件3的厚度为0.1mm以上且0.5mm以下，第2布线部件2a和保护部件3的总计厚度比第1布线部件1a的厚度的2倍薄，也能够进行接合。
因此，根据这样的图2和图3的实施例1～47的结果，为了在保护部件3的背面不开孔的情况下将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合，需要以下条件。
首先，需要第1布线部件1a和第2布线部件2a为铜，且其厚度为0.5mm。并且，需要保护部件3为镍且第2布线部件2a和保护部件3的合计厚度为2.0mm以上。另外，需要保护部件3为钛合金、铬、钼、氧化铝、氧化锆、碳化钨，且第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上。
另外，需要第1布线部件1a和第2布线部件2a为铝，且其厚度为0.5mm。并且，需要保护部件3为镍且第2布线部件2a和保护部件3的合计厚度为3.0mm以上。另外，需要保护部件3为钴、氧化铝、氮化铝，且第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上。
此外，需要第1布线部件1a和第2布线部件2a为不锈钢，且其厚度为0.5mm。并且，需要保护部件3为铬、铌、氧化锆，且第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上。
另外，需要第1布线部件1a为铝，第2布线部件2a为铜，且其厚度为0.5mm。并且，需要保护部件3为钛合金、氧化铝，且第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上。
另外，需要第1布线部件1a为不锈钢，第2布线部件2a为铜，其厚度为0.5mm。并且，需要保护部件3为钛合金、氧化铝，且第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上。
并且，需要第1布线部件1a为铜，第2布线部件2a为铝，且其厚度为0.5mm，且保护部件3为钛合金、氧化铝，第2布线部件2a与保护部件3的熔点差为500℃以上。
因此，在上述熔接方法中，使第1布线部件1a和第2布线部件2a重叠。并且，在重叠的第1布线部件1a和第2布线部件2a的与照射激光4的照射区域6对置的对置区域7配置有保护部件3。保护部件3的熔点比构成对置区域7的第1布线部件1a和第2布线部件2a中的至少一方的熔点高。向该照射区域6照射激光4。此时，由于保护部件3的熔点比构成对置区域7的第1布线部件1a和第2布线部件2a中的至少一方的熔点高，所以保护部件3不被激光4熔融。因此，激光4不贯穿保护部件3，另外防止熔融的第2布线部件2a的熔融片的飞散、落下。然后，将这样的第1布线部件1a和第2布线部件2a冷却，而使熔接部5凝固。由此，能够将第1布线部件1a和第2布线部件2a接合。应予说明，在第1实施方式(图1)中，列举将第1布线部件1a与第2布线部件2a接合的情况进行了说明。重叠片数不限于第1布线部件1a与第2布线部件2a的2片，即使为3片以上也同样可以进行熔接。在第1布线部件1a与第2布线部件2a之间可以层叠1个以上的布线部件。其中，需要根据重叠厚度来选择激光4的激光功率、保护部件3的厚度和材质。
[第2实施方式]
在第1实施方式(图1)中，对将分别为平板状的第1布线部件1a和第2布线部件2a熔接的情况进行了说明。即使第1布线部件1a和第2布线部件2a不为平板状，上述熔接方法例如也可以适用于以下的图4所说明的情况。
图4是说明第2实施方式的熔接方法的图。应予说明，图4的(A)表示熔接时的第1布线部件1b和第2布线部件2b的侧视图(与图1的(C)相对应)，图4的(B)表示图4的(A)的箭头A方向的主视图。
在第2实施方式中，第1布线部件1b采用平板状的部件1b1、1b2以正交的方式(L字状)接合的构成。第2布线部件2b也同样地采用平板状的部件2b1、2b2以正交的方式(L字状)接合的构成。应予说明，第2实施方式的保护部件3也采用与这样的第1布线部件1b和第2布线部件2b相同的形状。另外，第2实施方式的保护部件3也利用熔点比构成对置区域7的第1布线部件1b和第2布线部件2b中的至少一方的熔点高的材质构成。
如图4的(A)所示，将这样的第1布线部件1b的外表面与第2布线部件2b的内表面重叠。并且，在重叠的第1布线部件1b和第2布线部件2b的接合位置，将保护部件3与后述的激光4的照射区域6对置地配置在重叠的第1布线部件1b和第2布线部件2b的对置区域7。即，将保护部件3配置于第2布线部件2b(的角部)的外表面。应予说明，此时的接合位置是第1布线部件1b的外侧的角部与第2布线部件2b的内侧的角部的接合部。
接下来，如图4的(A)、图4的(B)所示，向第1布线部件1b的内侧的照射区域6照射激光4。此时的激光4发出第1布线部件1b和第2布线部件2b熔融的程度的热量输入。
此时也与第1实施方式同样地，通过激光4的热量输入，从第1布线部件1b和第2布线部件2b的照射区域6向深度方向熔融而生成熔接部(省略图示)。但是，此时，由于保护部件3的熔点比第2布线部件2b的熔点高，所以保护部件3几乎不被激光4熔融。因此，激光4不会贯穿保护部件3，另外，防止熔融的第2布线部件2b的熔融片的飞散、落下。
然后，将这样的第1布线部件1b和第2布线部件2b冷却，而使熔接部凝固。由此，能够将第1布线部件1b和第2布线部件2b接合。应予说明，此时的保护部件3也与第1实施方式同样地隔着接合部件(省略图示)而配置于第2布线部件2b的外表面。另外，在第2实施方式中，作为第1布线部件1b、第2布线部件2b、保护部件3(和接合部件)，也可以使用图2和图3的材质。另外，在第2实施方式中，重叠片数不限于第1布线部件1b和第2布线部件2b这2片，即使为3片以上也同样能够熔接。在第1布线部件1b与第2布线部件2b之间可以层叠1个以上的布线部件。其中，需要根据重叠厚度来选择激光4的激光功率、保护部件3的厚度和材质。
[第3实施方式]
在第3实施方式中，使用图5对与第2实施方式不同的方式进行说明。
图5是说明第3实施方式的熔接方法的图。应予说明，图5的(A)表示熔接时的第1布线部件1c和第2布线部件2c的侧视图(与图1的(C)相对应)，图5的(B)表示图5的(A)的激光4的照射方向的俯视图。
在第3实施方式中，第1布线部件1c采用平板状的部件1c1、1c2以正交的方式(L字状)接合的构成。第2布线部件2c也同样采用平板状的部件2c1、2c2以正交的方式(L字状)接合的构成。应予说明，第3实施方式的保护部件3如第1实施方式那样呈平板状。另外，第3实施方式的保护部件3也利用熔点比构成对置区域7的第1布线部件1c和第2布线部件2c中的至少一方的熔点高的材质构成。
如图5的(A)所示，将这样的第1布线部件1c的部件1c1的外表面与第2布线部件2c的部件2c1的外表面重叠。并且，重叠的第1布线部件1c的部件1c1和第2布线部件2c的部件2c1的与接合面7正交的部件1c1、2c1的一个端部为激光4的照射区域6。将保护部件3与该照射区域6对置地配置于重叠的第1布线部件1c的部件1c1和第2布线部件2c的部件2c1的另一个端部。
接下来，如图5的(A)、图5的(B)所示，向第1布线部件1c的部件1c1与第2布线部件2c的部件2c1之间的照射区域6照射激光4。此时的激光4发出第1布线部件1c和第2布线部件2c熔融的程度的热量输入。此时也与第1实施方式同样地，通过激光4的热量输入，第1布线部件1c的部件1c1和第2布线部件2c的部件2c1熔融而生成熔接部(省略图示)。但是，此时，由于保护部件3的熔点比第1布线部件1c和第2布线部件2c的熔点高，所以保护部件3几乎不被激光4熔融。因此，激光4不会贯穿保护部件3，另外，防止熔融了的第1布线部件1c和第2布线部件2c的熔融片的飞散、落下。
然后，将这样的第1布线部件1c和第2布线部件2c冷却，而使熔接部凝固。由此，能够接合第1布线部件1c和第2布线部件2c。应予说明，此时的保护部件3也可以与第1实施方式同样地隔着接合部件(省略图示)而配置于第1布线部件1c的部件1c2和第2布线部件2c的部件2c2的外表面。另外，在第3实施方式中，也可以使用图2和图3的材质作为第1布线部件1c、第2布线部件2c、保护部件3(和接合部件)。
[第4实施方式]
在第4实施方式中，使用图6对与第1～第3实施方式的情况不同，例如在半导体装置的制造过程中将其他布线部件熔接到半导体装置所含的布线端子的情况进行说明。
图6是说明第4实施方式的熔接方法的图。应予说明，图6的(A)表示熔接时的被接合端子10和第2布线部件2d的侧视图(与图1的(C)相对应)，图6的(B)表示图6的(A)的箭头A方向的俯视图。
在第4实施方式中，被接合端子10和第2布线部件2d呈平板状。应予说明，第4实施方式的保护部件3也如第1实施方式那样呈平板状。另外，第4实施方式的保护部件3也利用熔点比被接合端子10和第2布线部件2d的熔点高的材质构成。
如图6的(A)所示，将这样的被接合端子10的侧面与第2布线部件2d的侧面重叠。并且，以与被接合端子10的侧面和第2布线部件2d的下表面接触的方式配置保护部件3。即，以将保护部件3埋到第2布线部件2d与被接合端子10之间的间隙的方式配置于第2布线部件2d的背面侧。
接下来，如图6的(A)、图6的(B)所示，向被接合端子10与第2布线部件2d的接合处(照射区域6)照射激光4。此时的激光4发出被接合端子10和第2布线部件2d熔融的程度的热量输入。另外，此时的激光4的照射方向是相对于照射区域6从斜上方照射。此时也与第1实施方式同样地，通过激光4的热量输入，被接合端子10和第2布线部件2d的入射了激光4的位置熔融而生成熔接部(省略图示)。但是，此时，由于保护部件3的熔点比被接合端子10和第2布线部件2d的熔点高，所以保护部件3几乎不被激光4熔融。因此，激光4不会贯穿保护部件3，另外，防止熔融的被接合端子10和第2布线部件2d的熔融片的飞散、落下。
然后，将这样的被接合端子10和第2布线部件2d冷却，而使熔接部凝固。由此，能够将被接合端子10和第2布线部件2d接合。应予说明，此时的保护部件3也与第1实施方式同样地可以以隔着接合部件(省略图示)与被接合端子10的侧面和第2布线部件2d的下表面接触的方式配置。另外，在第4实施方式中，可以使用图2和图3的材质作为被接合端子10(使用第1布线部件)、第2布线部件2d、保护部件3(和接合部件)。另外，在第4实施方式中，相对于被接合端子10，第2布线部件2d不限于1片，即使为2片以上也同样能够进行熔接。其中，需要根据重叠厚度来选择激光4的激光功率、保护部件3的厚度和材质。
[第5实施方式]
在第5实施方式中，对使用了包括第1实施方式的熔接方法的制造方法的半导体装置进行说明。
这样的半导体装置具有半导体元件、与半导体元件电连接且彼此接合的第1布线部件和第2布线部件。此外，还具有保护部件，其配置在接合的第1布线部件和第2布线部件中的与照射了激光的照射区域对置的对置区域，且熔点比构成对置区域的第1布线部件和第2布线部件中的至少一方的熔点高。以下，使用图7对半导体装置进行具体说明。
图7是第5实施方式的半导体装置的立体图。
半导体装置100包括壳体110、分别收纳于壳体110的收纳部112a、112b、112c的陶瓷电路基板140。在半导体装置100中，正极与P端子113a、113b、113c连接，负极与N端子114a、114b、114c连接。此外，半导体装置100对各控制端子121、131施加控制信号，从U端子115a、V端子115b、W端子115c得到与控制信号相应的输出。
壳体110例如使用树脂通过注射成型而形成，成为在中央部形成有凹部的框型状。在中央部的凹部内形成有分别收纳陶瓷电路基板140的收纳部112a、112b、112c。在收纳部112a的周缘部，(沿着壳体110的短边方向)配置有印刷电路基板119a、119b。在收纳部112b的周边部，(沿着壳体110的短边方向)配置有一对印刷电路基板119a。在收纳部112c的周边部，(沿着壳体110的短边方向)配置有印刷电路基板119a、119b。应予说明，收纳于各收纳部112a、112b、112c的陶瓷电路基板140通过导线148与各印刷电路基板119a、119b电连接。
相对于这样的壳体110的收纳部112a，在壳体110的长度方向的一边侧(图中下侧)设置有P端子113a和N端子114a，在另一边侧(图中上侧)设置有U端子115a。同样地，相对于收纳部112b，在壳体110的长度方向的一边侧(图中下侧)设置有P端子113b和N端子114b，在另一边侧(图中上侧)设置有V端子115b。另外，相对于收纳部112c，在长度方向的一边侧(图中下侧)设置有P端子113c和N端子114c，在另一边侧(图中上侧)设置有W端子115c。
在各收纳部112a、112b、112c分别配置有与P端子113a、113b、113c电连接且从P端子113a、113b、113c突出的布线端子118。另外，U端子115a、V端子115b、W端子115c的一端与接合到第2布线部件(后述)的第1布线部件116电连接。另外，N端子114a、114b、114c的一端与接合到第2布线部件(后述)的第1布线部件117电连接。
另外，在收纳部112a的U端子115a侧的印刷电路基板119a、119b分别配置有端子块120、130，控制端子121、131与印刷电路基板119a、119b电连接。应予说明，端子块120、130分别配置在壳体110的长度方向上的边的U端子115a、V端子115b、W端子115c附近。
接下来，使用图8和图9对收纳于半导体装置100的壳体110的收纳部112a、112b、112c的陶瓷电路基板140、配置于陶瓷电路基板140的第2布线部件145a、145b和第1布线部件116、117进行说明。
图8和图9是接合到第5实施方式的半导体装置所含的陶瓷电路基板的布线基板的立体图。应予说明，图8表示陶瓷电路基板140的配置有第1布线部件116的一侧，图9表示陶瓷电路基板140的配置有第1布线部件117的一侧。另外，在图8和图9中，为了容易观察构成，省略布线端子118的记载。
陶瓷电路基板140由绝缘板141、电路板142a、142b和金属板(省略图示)构成，上述电路板142a、142b形成于绝缘板141的正面，上述金属板形成于绝缘板141的背面且由铜等构成。
绝缘板141由导热性优异的氧化铝、氮化铝、氮化硅等高导热性的陶瓷构成。
电路板142a、142b由导电性和对于焊料润湿性优异的金属材质构成。作为这样的材质，例如由银、铜或含有这些中的至少一种元素的合金等构成。另外，电路板142a、142b还可以利用耐腐蚀性优异的材质进行电镀处理。这样的材质例如是铝、镍、钛、铬、钼、钽、铌、钨、钒(V)、铋(Bi)、锆(Zr)、铪(Hf)、金、铂、钯(Pd)或含有这些中的至少一种元素的合金等。
金属板由导热性优异的铝、铁、银、铜或含有这些中的至少一种元素的合金等金属构成。
作为具有这样的构成的陶瓷电路基板140，例如可以使用DCB(Direct CopperBonding：直接铜键合)基板、AMB(Active Metal Blazed：活性金属钎焊)基板。陶瓷电路基板140可以介由电路板142a、142b、绝缘板141和金属板将由半导体元件144a、144b、144c、146a、146b、146c产生的热传导到下方。
另外，陶瓷电路基板140在电路板142a配置有半导体元件144a、144b、144c，在电路板142b配置有半导体元件146a、146b、146c。
半导体元件有MOSFET、IGBT、FWD等。另外，作为电力用半导体元件，有将IGBT和FWD一体化而得的RC-IGBT、对于反向偏置也具有足够的耐压的RB-IGBT等。另外，半导体元件可以使用Si半导体、SiC半导体等任意的半导体。
此外，陶瓷电路基板140在半导体元件144a、144b、144c上配置有第2布线部件145a，并进行电连接。另外，在半导体元件146a、146b、146c上配置有第2布线部件145b，并进行电连接。并且，利用板147，将第2布线部件145a、145b之间绝缘。例如半导体元件144a、144b、144c(的集电电极侧)介由焊料在电路板142a上配置成一排。此外，在配置成一排的半导体元件144a、144b、144c的各发射电极介由焊料配置第2布线部件145a，并且电连接半导体元件144a、144b、144c的各发射电极。
应予说明，第2布线部件145a由平板部145aa、端子部145ab、将平板部145aa和端子部145ab连接的台阶部145ac构成。另外，第2布线部件145a由例如铜、铝、含有这些中的至少一种元素的合金或不锈钢构成。
端子部145ab根据连接的半导体元件的个数来准备，介由焊料等接合材料与各半导体元件144a、144b、144c接合，并且与各半导体元件144a、144b、144c电连接和机械连接。
平板部145aa介由台阶部145ac同与各半导体元件144a、144b、144c电连接的各端子部145ab连接。在图示的例子中，平板部145aa的主面与端子部145ab的主面大致正交，台阶部145ac具有与这些2个主面大致平行的面，第2布线部件145a的一个截面呈锯齿形状。
如图8所示，台阶部145ac从下侧支撑第1布线部件116。另外，在台阶部145ac的上表面熔接地接合有第1布线部件116。应予说明，在台阶部145ac的下表面配置有保护部件。在图8中，省略保护部件的记载。
具有这样的构成的第2布线部件145a的各部分的厚度例如为1.0mm以上且1.5mm以下。
例如半导体元件146a、146b、146c(的集电电极侧)介由焊料在电路板142b上配置成一排。此外，在配置成一排的半导体元件146a、146b、146c的各发射电极介由焊料配置有第2布线部件145b，并且电连接半导体元件146a、146b、146c的各发射电极。
应予说明，第2布线部件145b具有与第2布线部件145a相同的构成，由平板部145ba、端子部145bb、将平板部145ba和端子部145bb连接的台阶部145bc构成。另外，第2布线部件145b由例如铜、铝、含有这些中的至少一种元素的合金或不锈钢构成。
端子部145bb根据连接的半导体元件的个数来准备，介由焊料等接合材料与各半导体元件接合，并且与各半导体元件电连接和机械连接。
平板部145ba介由台阶部145bc同与各半导体元件电连接的各端子部145bb连接。在图示的例子中，平板部145ba的主面与端子部145ab的主面大致正交，台阶部145bc具有与这些2个主面大致平行的面，第2布线部件145b的一个截面呈锯齿形状。
如图9所示，台阶部145bc从下侧支撑第1布线部件117。另外，在台阶部145bc的上表面熔接地接合有第1布线部件117。应予说明，在台阶部145bc的下表面配置有保护部件。在图9中，省略保护部件的记载。
具有这样的构成的第2布线部件145b的厚度例如为1.0mm以上且1.5mm以下。
另外，在图示的例子中，半导体元件144a、144b、144c电并联连接，另外，半导体元件146a、146b、146c电并联连接。半导体元件的数目可以根据半导体装置的电容而增减。另外，在陶瓷电路基板140中，利用设置的板147进行半导体元件144a、144b、144c、146a、146b、146c相对于电路板142a、142b的对位，设置第2布线部件145a、145b。
接下来，使用图10对包含第1布线部件116、117相对于第2布线部件145a、145b的熔接工序的半导体装置100的制造方法进行说明。
图10是接合到第5实施方式的半导体装置所含的陶瓷电路基板的布线基板的截面图。应予说明，图10表示图7中的单点划线X-X处的截面图。
配置于具有上述构成的半导体装置100所含的陶瓷电路基板140的第2布线部件145a、145b如上所述，在其台阶部145ac、145bc上分别配置有第1布线部件116、117。
在制造这样的半导体装置100时，首先，使用树脂，通过一体成型将配置有端子块120、130的印刷电路基板119a、119b、布线端子118、P端子113a、113b、113c、N端子114a、114b、114c、U端子115a、V端子115b、W端子115c等形成为壳体110(参照图7)。
另外，准备半导体元件144b、146b、第1布线部件116、117、第2布线部件145a、145b以及熔点比第2布线部件145a、145b的熔点高的保护部件210a、210b。
接下来，在第2布线部件145a、145b的台阶部145ac、145bc的配置有第1布线部件116、117的侧的背面(与陶瓷电路基板140对置的一侧)形成保护部件210a、210b。例如，在铜制的第2布线部件145a、145b的预定部分压延接合由钛合金构成的保护部件210a、210b，并加工成预定的形状。即，保护部件210a、210b配置在第1布线部件116、117的与激光4的照射区域对置的第2布线部件145a、145b的台阶部145ac、145bc的背面。
接下来，用焊料等接合材料将半导体元件144b与第2布线部件145a电连接和机械连接，并用焊料等接合材料将半导体元件146b与第2布线部件145b电连接和机械连接。此时，配置另行准备的陶瓷电路基板140和板147。由此得到设置了第2布线部件145a、145b和板147且配置了半导体元件144b、146b的陶瓷电路基板140。
接下来，在如图7这样形成的壳体110的收纳部112a、112b、112c分别收纳陶瓷电路基板140。此时，利用导线148等将陶瓷电路基板140的电路板142a、142b的一部分与壳体110的布线端子118和印刷电路基板119a、119b电连接。
接下来，如图7所示，将第1布线部件116与壳体110的U端子115a、V端子115b、W端子115c的一端接合，并且与第2布线部件145a的台阶部145ac接合。
此时，在第2布线部件145a的台阶部145ac的背面配置有保护部件210a。将第1布线部件116与第2布线部件145a的台阶部145ac重叠地配置。如图10所示，向其上照射发出第1布线部件116和第2布线部件145a的台阶部145ac熔融的程度的热量输入的激光4。这样，利用激光4的热量输入使第1布线部件116和第2布线部件145a的台阶部145ac熔融而生成熔接部211a。但是，此时，由于保护部件210a的熔点比第2布线部件145a的熔点高，所以保护部件210a几乎不被激光4熔融。因此，激光4不会贯穿保护部件210a，另外，防止熔融的第2布线部件145a的台阶部145ac的熔融片的飞散、落下。因此，能够防止对收纳部112a、112b、112c内的陶瓷电路基板140等构成造成的损伤。
然后，将这样的第1布线部件116和第2布线部件145a冷却，而使熔接部211a凝固。由此，第1布线部件116、U端子115a、V端子115b、W端子115c与第2布线部件145a电连接。
另外，将第1布线部件117与壳体110的N端子114a、114b、114c的一端接合，并且将第1布线部件117与第2布线部件145b的台阶部145bc接合。此时，将第1布线部件117和第2布线部件145b的台阶部145bc与上述同样(参照图10)地熔接而生成熔接部211b并将其冷却，从而凝固。由此，第1布线部件117、N端子114a、114b、114c、第2布线部件145b电连接。
最后，利用密封树脂将壳体110的凹部内的陶瓷电路基板140、印刷电路基板119a、119b、第1布线部件116、117、布线端子118、导线148等密封，并使密封树脂固化。由此完成半导体装置100。作为密封树脂，例如可以使用环氧树脂。
应予说明，第5实施方式是配置有保护部件210a、210b的第2布线部件145a、145b与半导体元件144a、144b、144c、146a、146b、146c接合，并且照射有激光4的第1布线部件116、117与外部连接端子(N端子114a、114b、114c、U端子115a、V端子115b、W端子115c)接合的构成。然而，不限于此，可以是配置有保护部件210a、210b的第2布线部件145a、145b与外部连接端子接合，并且照射有激光4的第1布线部件116、117与半导体元件144a、144b、144c、146a、146b、146c接合。
在上述半导体装置100中，在第2布线部件145a、145b与第1布线部件116、117的接合中进行上述熔接。由此，防止来自第2布线部件145a、145b的台阶部145ac、145bc的背面的熔融片的飞散、落下。因此，能够防止对收纳部112a、112b、112c内的陶瓷电路基板140等构成造成的损伤，并且能够抑制半导体装置100的可靠性降低。
以上仅示出本发明的原理。此外，多数的变形、改变对于本领域技术人员也是可能的，本发明不限于以上示出、说明的正确构成和应用例。并且，对应的全部变形例和等价物可视为由添付的权利要求和其等价物组成的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
半导体元件；
第1布线部件和第2布线部件，其与所述半导体元件电连接，且彼此接合；以及
保护部件，其配置在接合后的所述第1布线部件和所述第2布线部件中的与照射有激光的照射区域对置的对置区域，且熔点比构成所述对置区域的所述第1布线部件和所述第2布线部件中的至少一方的熔点高。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第2布线部件在接合面与所述第1布线部件重叠地接合，
在所述第1布线部件的与所述接合面对置的第1主面上设置有所述照射区域，
在所述第2布线部件的与所述接合面对置的第2主面上的所述对置区域配置有所述保护部件。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，在所述第1布线部件和所述第2布线部件之间层叠有1个以上的布线部件。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第2布线部件在接合面与所述第1布线部件重叠地接合，
在所述第1布线部件和所述第2布线部件各自的与所述接合面正交的一个端部上设置有所述照射区域，
在所述第1布线部件和所述第2布线部件各自的与所述照射区域对置的另一个端部上的所述对置区域配置有所述保护部件。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述保护部件由钴、钛、铂、铬、钼、钽、钨、铌、含有所述元素中的至少一种元素的合金、或者陶瓷构成。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，所述陶瓷是氧化铝、氧化锆、氧化硅、碳化硅、碳化硼、碳化钨、碳化钽、氮化铝、氮化硅、氮化钛、氮化钽中的任一种。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在接合后的所述第1布线部件和所述第2布线部件，隔着接合部件配置所述保护部件。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第1布线部件和所述第2布线部件是铜、铝、含有所述元素中的至少一种元素的合金或不锈钢。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，构成所述对置区域的所述第1布线部件和所述第2布线部件中的至少一方与所述保护部件的熔点差为500℃以上。
10.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
准备半导体元件、第1布线部件、第2布线部件、熔点比所述第2布线部件的熔点高的保护部件的工序；
在将所述第1布线部件和所述第2布线部件重叠并照射激光时，在重叠的所述第1布线部件和所述第2布线部件中的与照射所述激光的照射区域对置的对置区域预先配置所述保护部件的工序；
将所述半导体元件与所述第1布线部件和所述第2布线部件中的至少一方电连接的工序；
将所述第1布线部件和所述第2布线部件重叠的工序；以及
向所述照射区域照射所述激光的工序。
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