JP2001168252A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2001168252A JP34788499A JP34788499A JP2001168252A JP 2001168252 A JP2001168252 A JP 2001168252A JP 34788499 A JP34788499 A JP 34788499A JP 34788499 A JP34788499 A JP 34788499A JP 2001168252 A JP2001168252 A JP 2001168252A
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semiconductor device
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insulating substrate
substrate
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Isao Okutomi
功 奥富
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Akira Tanaka
明 田中
Atsushi Yamamoto
敦史 山本
Takashi Kusano
貴史 草野
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Shibafu Engineering Corp
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Toshiba Corp
Shibafu Engineering Corp
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  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱サイクル寿命を向上させたモジュール型半
導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体チップ５１が絶縁性セラミックス
板５３の表裏面に導電層５５ａ、５５ｂを介して接合さ
れている絶縁基板と、ベース基板６３とをハンダ層６１
により接合したモジュール型半導体装置において、絶縁
基板５７とベース基板６３との間に、ハンダ層６１の厚
さを均一にするためのスペーサ３を設けたことを特徴と
するモジュール型半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、半導体チップが接合された
絶縁基板とベース基板とをハンダ層により接合した半導
体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】モジュール型半導体装置は、絶縁性樹脂
ケース内に複数個の半導体チップを内蔵したものであ
る。こうしたモジュール型半導体装置は、近年、１つの
モジュールで数１００Ａから１０００Ａ以上の電流の制
御が可能であり、圧延プラントや化学プラントにおける
大形モータの駆動用電源、あるいは車輛用モータの駆動
用電源などに幅広く使用されている。
【０００３】図１３は、従来のモジュール型半導体装置
の構造を示す概略図である。
【０００４】モジュール型半導体装置１０１は、複数の
半導体チップ５１が設けられた絶縁基板５７と、金属材
料からなるベース基板６３とがハンダ層６１により接合
されたものである。
【０００５】絶縁基板５７は、絶縁性セラミックス板５
３の表裏面に導電層５５ａ、５５ｂを接合したものであ
り、半導体チップ５１が導電層５５ａ側にハンダ層５９
によって接合されており、導電層５５ｂ側が、ベース基
板６３にハンダ層６１により接合されている。
【０００６】これらの半導体チップ５１、ハンダ層５
９、６１、および絶縁基板５７は絶縁性封止樹脂６５に
より封止され、さらに絶縁性樹脂ケース６７に収容され
て一つのモジュールが形成されている。
【０００７】また、ベース基板６３の裏面には水冷また
は空冷のためのヒートシンク７１がボルト６９により固
定されている。
【０００８】このようなモジュール型半導体装置１０１
は、通電時は半導体チップ５１が発熱するためモジュー
ル型半導体装置１０１全体の温度が上昇し、逆に非通電
時には温度が低下する。このため、モジュール型半導体
装置１０１は熱サイクルを受けることになる。特に絶縁
基板５７を構成する絶縁性セラミックス板５３と、一般
にベース基板６３の材料として用いられている銅では熱
膨張率が大きく異なるため、その間のハンダ層６１に大
きな熱応力が発生する。その結果、ハンダ層６１に熱疲
労クラック１１１が生じる。このような熱疲労クラック
１１１が発生すると半導体チップ５１の熱がヒートシン
ク７１に伝わりにくくなり、半導体チップ５１を十分に
冷却することができなくなる。
【０００９】このような観点から、ベース基板６３の材
料を銅などの金属からセラミックスと金属の複合材料に
することにより、ベース基板６３の熱膨張率を絶縁性セ
ラミックス板５３に近づけ、ハンダ層６１に発生する熱
応力を低減する方法が取られている。
【００１０】しかしながら、ベース基板６３の熱膨張率
を絶縁基板５７を構成する絶縁性セラミックス板５３に
近づけるためには、セラミックス成分を６０体積％以上
添加する必要があり、その結果、ベース基板６３の熱伝
導率が低下し半導体チップ５１の冷却が不十分になる。
また、このような多量のセラミックス成分の添加により
ベース基板６３は強度的に脆くなり、ヒートシンク７１
にボルト６９で固定する際に、ベース基板６３に割れが
発生することも多々あった。さらに、このような複合材
料は値段も高く経費的にも問題が多いのが現状である。
【００１１】このような問題に対し、本発明者らは、既
に、絶縁基板とベース基板を接合しているハンダ層の厚
さを厚くすることにより、ハンダ層の熱疲労寿命を著し
く向上できることを見出している（特願平１０−３１３
３９９）。具体的にはこれまでのハンダ層の厚さが５０
〜１００μｍ程度であるのに対して、本発明者らが見い
出した新たな構造では、３００μｍ程度までハンダ層の
厚さを厚くすることにより、ハンダ層の熱疲労寿命を２
桁近く向上できることがわかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その後
の試験によりハンダ層を厚くすると、ある厚さ以上で、
均一な厚さのハンダ層を安定的に得ることが難しいこと
が判明した。
【００１３】そして、ハンダ層の厚さが不均一な場合、
ハンダ層の薄くなった部分では、き裂が発生することが
ある。このようなき裂の発生は、モジュール型半導体装
置の耐熱サイクル特性を劣化させるおそれがあるといっ
た問題がある。
【００１４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的としては、熱サイクル寿命を向上させ
た半導体装置を提供することにある。また、他の目的と
しては、熱サイクル寿命を向上させることのできる半導
体装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の本発明は、半導体チップが接合され
た絶縁基板と、ベース基板とをハンダ層により接合した
半導体装置において、前記絶縁基板と前記ベース基板と
の間を所定の間隔に保つ支持手段を有することを要旨と
する。
【００１６】請求項１記載の本発明にあっては、絶縁基
板とベース基板との間を支持手段により所定の間隔を保
持することで、ハンダ層の厚さが均一に保たれるように
している。
【００１７】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
発明において、前記支持手段が、前記絶縁基板と前記ベ
ース基板との間を１００〜５００μｍの間隔に保つこと
を要旨とする。
【００１８】請求項２記載の本発明にあっては、支持手
段により前記絶縁基板と前記ベース基板との間を１００
〜５００μｍの間隔に保つことで、ハンダの表面張力の
観点から、最も安定的、かつ、均一なハンダ層を得るよ
うにしている。
【００１９】請求項３記載の本発明は、請求項１または
２記載の発明において、前記支持手段が、前記絶縁基板
の面内に均等に配設されていることを要旨とする。
【００２０】請求項３記載の本発明にあっては、支持手
段を絶縁基板の面内に均等に配設することで、応力集中
などの局所的な力の不均衡を防止するようにしている。
【００２１】請求項４記載の本発明は、請求項１〜３の
いずれか一つに記載の発明において、前記ハンダ層が、
シート状ハンダを用いて形成されていることを要旨とす
る。
【００２２】請求項４記載の本発明にあっては、シート
状ハンダを用いることで、ペースト状や顆粒状のハンダ
を用いた場合に比較して、隅々まで隙間なくハンダを入
れやすくしている。
【００２３】請求項５記載の本発明は、請求項４記載の
発明において、前記支持手段が、前記シート状ハンダに
予め埋設されていることを要旨とする。
【００２４】請求項５記載の本発明にあっては、予め支
持手段をシート状ハンダに埋設することで、支持手段を
別途、絶縁基板とベース基板との間で保持しなくてもよ
いようにしている。
【００２５】請求項６記載の本発明は、請求項１〜５の
いずれか一つに記載の発明において、前記支持手段が、
箔膜状の金属であることを要旨とする。
【００２６】請求項６記載の本発明にあっては、支持手
段として箔膜状の金属を使用することにより、ハンダと
の濡れ性を改善して、支持手段とハンダとの境界に熱疲
労クラックの起点となるブローホールなどの欠陥の生成
を防止するようにしている。
【００２７】請求項７記載の本発明は、請求項１〜５の
いずれか一つに記載の発明において、前記支持手段が、
球形粒子状の金属であることを要旨とする。
【００２８】請求項７記載の本発明にあっては、支持手
段として、球形粒子状の金属を使用することにより、支
持手段と絶縁基板および支持手段とベース基板との間に
ハンダが十分に回り込むようにしている。
【００２９】請求項８記載の本発明は、請求項１〜４の
いずれか一つに記載の発明において、前記支持手段が、
前記ベース基板に固定された金属のピンであることを要
旨とする。
【００３０】請求項８記載の本発明にあっては、支持手
段にベース基板に固定された金属のピンを用いること
で、ハンダが溶融したときに、ハンダの流動によって支
持手段が動いてしまうのを防止するようにしている。
【００３１】請求項９記載の本発明は、請求項６〜８の
いずれか一つに記載の発明において、前記金属が、その
融点が前記ハンダより高く、かつ、前記ハンダによって
前記絶縁基板と前記ベース基板とを接合したときに形状
が安定していることを要旨とする。
【００３２】請求項９記載の本発明にあっては、支持手
段に用いる金属として、その融点がハンダより高く、か
つ、ハンダによって絶縁基板とベース基板とを接合した
ときに形状が安定しているものとしたので、ハンダ接合
時でも支持手段としての形状が維持され、絶縁基板とベ
ース基板との間隔を一定に保つことができるようにして
いる。
【００３３】請求項１０記載の本発明は、請求項９記載
の発明において、前記金属が、銅、アルミニウム、金、
銀、これらの金属を主成分とした合金、および鉛と錫と
を主成分とする合金よりなる群から選択された少なくと
も一つであることを要旨とする。
【００３４】請求項１０記載の本発明にあっては、支持
手段に用いる金属として、銅、アルミニウム、金、銀、
これらの金属を主成分とした合金、および鉛と錫とを主
成分とする合金よりなる群から選択された少なくとも一
つとしたので、これらの金属が熱伝導率に優れた材料で
あることから、ハンダ層の熱伝導率を向上させ、ベース
基板からの半導体チップの冷却効率を良くするようにし
ている。
【００３５】請求項１１記載の本発明は、請求項１また
は２記載の発明において、前記支持手段が、前記絶縁基
板の外周に設けられたフレーム状のスペーサであること
を要旨とする。
【００３６】請求項１１記載の本発明にあっては、支持
手段として、絶縁基板の外周に設けられたフレーム状の
スペーサを使用することで、ハンダ層内に材質の異なる
物質を入れることなく、絶縁基板とベース基板との間を
一定の間隔に保つようにしている。
【００３７】請求項１２記載の本発明は、請求項１１記
載の発明において、前記フレーム状のスペーサが、分割
されていることを要旨とする。
【００３８】請求項１２記載の本発明にあっては、フレ
ーム状のスペーサを分割構造とすることで、ハンダ溶融
時または固化時の熱により、フレームが伸び縮みして
も、分割部分でこの伸び縮みを吸収させ、ハンダ層へ不
要な力が加わるのを防止するようにしている。
【００３９】請求項１３記載の本発明は、請求項１１ま
たは１２記載の発明において、前記フレーム状のスペー
サが、前記ハンダ層との接触面が前記ハンダ層側に凸に
なった円弧状であることを要旨とする。
【００４０】請求項１３記載の本発明にあっては、フレ
ーム状のスペーサのハンダ層と接触する面をハンダ層側
に凸になった円弧状とすることで、ハンダ層端部の形状
を凹形状にして、この部分でのひずみの集中を防止する
ようにしている。
【００４１】請求項１４記載の本発明は、請求項１また
は２記載の発明において、前記支持手段が、バー形状で
あることを要旨とする。
【００４２】請求項１４記載の本発明にあっては、支持
手段をバー形状とすることで、複数の絶縁基板を設置で
きるようにしている。
【００４３】上記課題を解決するため、請求項１５記載
の本発明は、半導体チップが接合された絶縁基板と、ベ
ース基板とをハンダ層により接合する半導体装置の製造
方法において、前記ベース基板の上に、シート状ハンダ
を重ねる工程と、前記シート状ハンダの上に、所定の高
さの支持手段を重ねる工程と、前記支持手段の上に前記
絶縁基板を重ねる工程と、前記シート状ハンダを加熱し
て前記絶縁基板と前記ベース基板を接合する工程と、を
有することを要旨とする。
【００４４】請求項１５記載の本発明にあっては、シー
ト状ハンダと所定の高さの支持手段を重ねてから、ハン
ダを加熱することで、ハンダが溶融すると同時に支持手
段がハンダ内に埋没して、この支持手段によって、形成
されるハンダ層が一定の厚さに保持されるようにしてい
る。
【００４５】上記課題を解決するため、請求項１６記載
の本発明は、半導体チップが接合された絶縁基板と、ベ
ース基板とをハンダ層により接合する半導体装置の製造
方法において、前記絶縁基板と前記ベース基板との間
に、所定の高さの支持手段を埋設したシート状ハンダを
配置する工程と、この配置されたシート状ハンダを加熱
して前記絶縁基板と前記ベース基板を接合する工程と、
を有することを要旨とする。
【００４６】請求項１６記載の本発明にあっては、予め
支持手段を埋設したシート状ハンダを用いることで、作
業工程として、この支持手段を埋設したシート状ハンダ
をベース基板上に敷くだけで、支持手段を絶縁基板とベ
ース基板の間に配置できるようにし、ハンダ接合時に
は、この支持手段によって、形成されるハンダ層が一定
の厚さに保持されるようにしている。
【００４７】請求項１７記載の本発明は、請求項１５ま
たは１６に記載の発明において、前記支持手段が、箔膜
状の金属または球形粒子状の金属であることを要旨とす
る。
【００４８】請求項１７記載の本発明にあっては、支持
手段として、箔膜状の金属または球形粒子状の金属を用
いることで、ハンダを加熱したときに支持手段とハンダ
の馴染みをよくするようにしている。
【００４９】上記課題を解決するため、請求項１８記載
の本発明は、半導体チップが接合された絶縁基板と、ベ
ース基板とをハンダ層により接合する半導体装置の製造
方法において、前記ベース基板に所定の高さの金属のピ
ンを設ける工程と、前記金属ピンの上にシート状ハンダ
を重ねる工程と、前記シート状ハンダの上に前記絶縁基
板を重ねる工程と、前記ハンダを加熱して前記絶縁基板
と前記ベース基板を接合する工程と、を有することを要
旨とする。
【００５０】請求項１８記載の本発明にあっては、ま
ず、ベース基板に金属のピンを設け、その後、金属のピ
ンを設けたベース基板の上、すなわち、金属のピン上に
シート状ハンダを載せて、さらに絶縁基板を載せた後、
ハンダを加熱することで、ハンダ接合時には金属のピン
がハンダの流動により動くことなく、確実にハンダ層が
一定の厚さに保持されるようにしている。
【００５１】上記課題を解決するため、請求項１９記載
の本発明は、半導体チップが接合された絶縁基板と、ベ
ース基板とをハンダ層により接合する半導体装置の製造
方法において、前記ベース基板の所定位置にフレーム状
のスペーサを設ける工程と、前記フレーム状のスペーサ
内にハンダを入れる工程と、前記フレーム状のスペーサ
が、外周に位置するように前記絶縁基板を重ねる工程
と、前記ハンダを加熱して前記絶縁基板と前記ベース基
板を接合する工程と、を有することを要旨とする。
【００５２】請求項１９記載の本発明にあっては、支持
手段として、フレーム状のスペーサを用いて、このフレ
ーム状のスペーサをベース基板上に載せ、ハンダをこの
フレームの中に入れて、絶縁基板を重ねて、その後ハン
ダを加熱することとしているので、ハンダ層内にハンダ
と異なる材質の物質を入れることなく、ハンダ接合時に
はフレーム状のスペーサによって、形成されるハンダ層
が一定の厚さに保持されるようにしている。
【００５３】請求項２０記載の本発明は、請求項１５〜
１９のいずれか一つに記載の発明において、前記絶縁基
板と前記ベース基板を接合する段階が、前記ハンダの温
度が使用するフラックスの沸点以上になるようにするこ
とを要旨とする。
【００５４】請求項２０記載の本発明にあっては、絶縁
基板とベース基板を接合する段階において、ハンダの温
度をフラックスの沸点以上とすることで、ハンダ層内の
フラックスの残留を防止している。
【００５５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置を
例えばモジュール型半導体装置に適用した場合の実施の
形態を添付した図面を参照して説明する。なお、各図に
おいては、従来技術で用いられている部材と同じ部材に
は同一符号を付した。
【００５６】（第１の実施の形態）図１は、本発明を適
用した第１の実施の形態に係るモジュール型半導体装置
を示す図である。
【００５７】まず、このモジュール型半導体装置の構造
を説明する。
【００５８】このモジュール型半導体装置１は、絶縁性
セラミックス板５３の表裏面に導電層５５ａ、５５ｂを
接合した絶縁基板５７上にハンダ層５９によって複数の
半導体チップ５１が接合され、絶縁基板５７は金属材料
からなるベース基板６３とハンダ層６１により接合され
ている。絶縁基板５７とベース基板６３との間は、所望
するハンダ層厚さが保持されるように、支持手段として
スペーサ３が設けられている（図１（ｂ）参照）。な
お、半導体チップ５１、ハンダ層５９、６１、および絶
縁基板５７は、絶縁性封止樹脂により封止され、さらに
絶縁性樹脂ケースに収容されて一つのモジュールが形成
され、ヒートシンクにボルト止めされているが、これら
の部材については、従来とまったく同様であるので、こ
こでは図示省略した（以下、各実施の形態において参照
する図面は同様とする）。
【００５９】スペーサ３は、ハンダ層６１により、絶縁
基板５７とベース基板６３とを接合する工程において、
原形に近い形状を維持することが必要である。そのため
には材料としてハンダの接合温度よりも融点が高く、か
つ、ハンダ接合時にハンダと顕著な反応を生じないこと
が不可欠である。したがって、スペーサ３に用いる材料
は、比較的ハンダと馴染みがよく、かつハンダと特別な
反応を起こさない金属材料が好ましい。なお、スペーサ
３として、絶縁基板５７に使用される材料と同じセラミ
ックスを用いてもよいが、セラミックスは、多くの場合
ハンダの濡れ性がよくないので、あまり好ましいもので
はない。
【００６０】また、スペーサ３に用いる材料は、周囲の
ハンダ層とともに、半導体チップの熱をベース基板６３
を介してヒートシンクに効率よく逃すために、優れた熱
伝導率を有することが好ましい。このような観点からス
ペーサの材料としては、例えば銅、アルミニウム、金、
銀およびこれらの金属を主成分とする合金が適してい
る。
【００６１】さらに、スペーサ材料とハンダ材料との熱
膨張率の違いにより熱応力が発生する。そこで、剛性の
低い材料、例えば鉛や錫を主成分とした合金を用いるこ
とにより熱応力を著しく低減できる。したがって、熱サ
イクル条件が厳しい場合にはスペーサ材料として前記金
属または合金を用いることにより熱疲労寿命を大幅に向
上できる。
【００６２】スペーサ３の形状は、後に各実施の形態と
して詳細に説明するが、例えば箔膜状の金属（金属
箔）、球形粒子状の金属（金属粒子）、あるいは、金属
のピンやバーなどが好ましい。
【００６３】また、スペーサ３は、絶縁基板平面に対し
て均等な位置に配設されていることが好ましい。これ
は、スペーサ３を均等に配置すること、例えば絶縁基板
５７の面内において、点対象に、または線対象に配置す
ることで、絶縁基板５７とベース基板６３の間を常に均
等に支持し、応力集中などを防止する。
【００６４】次に、本発明に係るモジュール型半導体装
置の製造方法の一例を説明する。
【００６５】まず、予め、絶縁性セラミックス板５３の
表裏面に導電層５５ａ、５５ｂを接合した絶縁基板５７
上に、ハンダ層５９によって複数の半導体チップ５１を
接合しておく。
【００６６】その後、ベース基板６３上の所定位置にシ
ート状ハンダ６１ａを重ね、さらにその上にスペーサ３
を重ねてから、半導体チップが設けられた絶縁基板５７
を配置する（図１（ａ）参照）。
【００６７】その後、ハンダ６１ａを融点以上に加熱し
ハンダ６１ａを溶融させる。これにより、ハンダ６１ａ
内にスペーサ３が埋没して絶縁基板５７はベース基板６
３に接近するが、スペーサ３のため絶縁基板５７とベー
ス基板６３はある一定の間隔を保持したままハンダ層６
１が形成される。そして、このハンダ層６１により絶縁
基板５７とベース基板６３が接合される（図１（ｂ）参
照）。
【００６８】次に、この第１の実施形態の作用効果を図
２を参照して説明する。
【００６９】図２は上述した構造において、ハンダ６１
ａとして厚さの異なるシート状ハンダを用いて絶縁基板
５７とベース基板６３を接合した場合の接合前後のハン
ダ層の厚さを比較した結果である。図からわかるよう
に、ハンダ層の厚さが５００μｍまでは±１０％以内に
入っている。
【００７０】比較のために、図１２にスペーサを用いな
い構造（この構造を比較例と称する）で、ハンダ層の厚
さを変えて、接合前後のハンダ層の厚さを比較した結果
を示す。図１２から、ハンダの厚さが１００μｍ程度ま
では比較的均一な厚さを示すが、それ以上の厚さではハ
ンダ層の厚さのバラツキが徐々に大きくなる傾向がある
ことがわかる。特にハンダ層の厚さが２００μｍを超え
るとその傾向が顕著になり、所望のハンダ厚さの半分に
も満たないような極端に薄い部分も形成される。
【００７１】以上の図２および図１２から、本発明を適
用して絶縁基板とベース基板との間にスペーサを設けた
構造は、スペーサを設けない構造と比較して、ハンダ層
厚さの均一性が著しく向上していることがわかる。
【００７２】また、表１には、本実施の形態の構造の絶
縁基板／ベース基板接合体（すなわち、絶縁基板とベー
ス基板間にスペーサを設けた構造）と、比較例の構造
（すなわち、絶縁基板とベース基板間にスペーサがない
構造）を有する絶縁基板／ベース基板接合体について、
それぞれハンダ層の厚さが３００μｍおよび５００μｍ
の場合の絶縁基板／ベース基板接合体の熱サイクル試験
を行った結果を示す。
【００７３】熱サイクル試験は各々５個ずつ行い、表中
○印は健全だった物、●印はハンダ層にクラックが発生
したものを示している。なお、熱サイクル試験は−４０
℃と＋１５０℃の温度で行った。
【００７４】
【表１】 表１からわかるように、比較例の構造による絶縁基板／
ベース基板接合体は、ほとんどの接合体で目標の１００
０サイクル前にハンダ層にクラックが発生した。一方、
本実施の形態の構造による絶縁基板／ベース基板接合体
はすべての接合体が目標をクリアできた。
【００７５】このような結果は、比較例の構造では、図
１２に示したように、ハンダ層厚さのバラツキが大きい
ために、絶縁基板／ベース基板接合体に熱サイクルによ
り発生する応力などの力が不均衡に加わり、クラックな
どの発生が多くなったものと考えられ、一方、本実施の
形態の構造では、ハンダ層厚さが均一化されているた
め、熱サイクルにより発生する応力などの力が均等にな
り、クラックなどの発生を防止できたものと考えられ
る。
【００７６】なお、先ほどの図２からわかるように、ス
ペーサ３を入れた場合でも、絶縁基板５７とベース基板
６３の間を６００μｍとした場合には、厚さにバラツキ
がある。これは、スペーサ３の近傍では所望のハンダ厚
さが得られるが、スペーサ３から離れた場所では表面張
力だけでは６００μｍの厚さが維持できず、周囲に流出
するためである。このようなハンダ厚さの不均一はスペ
ーサ３の数を増やすことにより改善されるが、あまりス
ペーサの数が多すぎるとコスト的に、また量産に際して
工程が複雑になるため好ましくない。また、図１２の結
果から、スペーサのない場合でも１００μｍ程度までは
比較的均一なハンダ厚さが得られることから、スペーサ
３の厚さ、すなわち、所望するハンダ層の厚さとして
は、１００μｍ〜５００μｍが最も好ましい。
【００７７】以下、さらに具体的な実施の形態を説明す
る。
【００７８】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は、支持手段として、金属箔の小片を用いたものであ
る。したがって、その構造は前述した第１の実施の形態
と同様である。
【００７９】製造方法は、前述した第１の実施の形態と
同様でもよいが、他の製造方法としては、例えばシート
状ハンダに、予め金属箔の小片を埋め込んでおき、これ
を、絶縁基板５７とベース基板６３の間に配設し、その
後加熱して絶縁基板５７とベース基板６３とを接合して
もよい。
【００８０】本第２の実施の形態における作用効果につ
いて説明する。
【００８１】まず、構造が前述した第１の実施の形態と
同様であるから、ハンダ層６１は均等な厚さとなるた
め、第１の実施の形態同様にクラックなどの発生を防止
できる。
【００８２】また、金属箔は、その厚さが比較的一定
で、かつ、安価なため量産の際にコストを低減する効果
がある。特に製造方法として、上記のように予めシート
状ハンダに金属箔を埋め込んでおけば、これを絶縁基板
５７とベース基板６３の間に配置するだけでよいので、
作業時間の短縮が可能となる。
【００８３】ただし、金属箔を使用した場合は、次の点
に注意しなければならない。
【００８４】金属箔は、その表面が平であるため、図３
（ａ）に示すように、金属箔５と絶縁基板５７および金
属箔５とベース基板６３との間にハンダが回り込む場合
は良好な接合状態が得られるが、図３（ｂ）のように金
属箔５と絶縁基板５７および金属箔５とベース基板６３
との境界（図示矢印の位置）にはハンダ層６１が回り込
まず未接合状態になる可能性がある。このような未接合
領域は熱疲労クラックの起点となるため可能な限り小さ
いことが好ましい。そこで、このような観点から支持手
段として金属箔５を使用する場合は、金属箔５の大きさ
を絶縁基板の１／１０以下とすることが好ましく、より
好ましくは１／２０以下とする。
【００８５】（第３の実施の形態）第３の実施の形態
は、支持手段として、球状の金属粒子を用いたものであ
る。
【００８６】図４は、第３の実施の形態に係るモジュー
ル型半導体装置を示す階略図である。
【００８７】このモジュール型半導体装置の構造は、図
４（ｂ）に示す通り、支持手段として、球状の金属粒子
７を用いたものである。なお、その他の構造は前述した
第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８８】次に、このモジュール型半導体装置の製造
方法について説明する。
【００８９】まず、予め、絶縁性セラミックス板５３の
表裏面に導電層５５ａ、５５ｂを接合した絶縁基板５７
上に、ハンダ層５９によって複数の半導体チップ５１を
接合しておく。
【００９０】その後、ベース基板６３上の所定位置にシ
ート状ハンダ６１ａを重ね、さらにその上に金属粒子７
を重ねてから、半導体チップ５１が設けられた絶縁基板
５７を重ねる（図４（ａ）参照）。
【００９１】その後、ハンダ６１ａを融点以上に加熱し
ハンダ６１ａを溶融させる。これにより、絶縁基板５７
はベース基板６３に接近するが、金属粒子７のため絶縁
基板５７とベース基板６３はある一定の間隔を保持した
ままハンダ層６１が形成されて、このハンダ層６１によ
り絶縁基板５７とベース基板６３が接合される（図４
（ｂ）参照）。
【００９２】なお、製造方法としてはこの他に、例えば
シート状ハンダに、予め金属粒子７を埋め込んでおき、
これを、絶縁基板５７とベース基板６３の間に配設し、
その後加熱して絶縁基板５７とベース基板６３とを接合
してもよい。
【００９３】次に、本第３の実施の形態における作用効
果について説明する。
【００９４】まず、構造が前述した第１の実施の形態と
同様であるから、ハンダ層６１は均等な厚さとなるた
め、第１の実施の形態同様にクラックなどの発生を防止
できる。
【００９５】また、金属粒子の場合、図４（ｃ）に示す
ように、金属粒子７と絶縁基板５７、金属粒子７とベー
ス基板６３の間が点接触になるため接合界面までハンダ
７を充填することが可能となり、金属粒子７と絶縁基板
５７および金属粒子７とベース基板６３との間の未接合
領域を著しく低減できる。その結果、このような未接合
領域を起点とした熱疲労クラックなどの発生を防止でき
る。
【００９６】（第４の実施の形態）第４の実施の形態
は、絶縁基板５７とベース基板６３を接合するハンダの
形態の違い、および製造方法の違いを検討した結果であ
る。
【００９７】まず、ハンダの形態の違いを検討した結果
について説明する。
【００９８】一般に使用されているハンダの形態として
は、シート状、ペースト状、粉末状がある。
【００９９】図５の結果Ａで示す各グラフは、これら３
種類のハンダ素材を用い、図１に示すようなスペーサ３
（具体的には金属箔）を用いて厚さ３００μｍのハンダ
層６１を形成してハンダ接合試験を行った場合に、Ｘ線
を用いてハンダ層６１内のブローホールの面積率を測定
した結果である。
【０１００】図５から、シート状ハンダを使用した場合
のハンダ層中のブローホール面積は５％以下であるが、
ペースト状ハンダおよび粉末状ハンダを使用した場合の
ブローホール面積は１０〜２０％と高いことがわかる。
【０１０１】このようなブローホールはハンダから発生
したガスや焼結残留孔によるものである。このようなハ
ンダ層６１内のブローホールは熱疲労クラックの起点に
なるだけでなく、ハンダ層６１の熱伝導率をも低下させ
るため、できる限り小さい方が好ましい。したがって、
使用するハンダ材料としてはシート状ハンダが最も適し
ていると言える。
【０１０２】次に、製造方法の違いを検討した結果を説
明する。
【０１０３】図６（ａ）は、シート状ハンダ６１ａの上
に、金属箔５を重ねて製造した場合（前述の第１の実施
の形態で示した製造方法（図１参照））を示す図であ
り、図６（ｂ）は予め金属箔５を埋め込んだシート状ハ
ンダ６１ｂを使用した場合（前述の第２の実施の形態で
説明した他の製造方法）を示す図である。
【０１０４】図６（ａ）に示したシート状ハンダ６１ａ
と金属箔５とを積層して製造した場合は、金属箔５の周
囲に若干ブローホールが残留することが確認された。
【０１０５】これに対し、図６（ｂ）に示した予め金属
箔５を埋め込んだシート状ハンダ６１ｂで接合した場合
は、図５の結果Ｂに示すように、ブローホールの面積が
１％程度である。
【０１０６】このことから、予め支持手段を埋め込んだ
シート状ハンダを用いた製造方法の方が、よりハンダ層
内のブローホールを低減できることがわかる。
【０１０７】（第５の実施の形態）第５の実施の形態
は、支持手段として金属製のピンを用いた実施の形態で
ある。
【０１０８】図７は、本第５の実施の形態に係るモジュ
ール型半導体装置を示す概略図である。
【０１０９】このモジュール型半導体装置は、絶縁基板
５７とベース基板６３との間隔を一定に保つ支持手段と
して、ベース基板６３に固定された金属ピン９を用いた
ものである。なお、その他の構造は第１の実施の形態と
同様であるので説明を省略する。
【０１１０】本第５の実施の形態に係るモジュール型半
導体装置の製造方法を説明する。
【０１１１】まず、金属ピン９をベース基板６３に固定
する。
【０１１２】金属ピン９をベース基板６３上に固定する
方法としては、例えばベース基板６３に貫通した孔２１
を明け、この孔２１に通して金属ピン９をベース基板６
３上に固定する。その後、ベース基板６３に固定した金
属ピン９の高さを例えば機械加工により揃える。これに
より、金属ピン９の高さ（すなわち絶縁基板５７とベー
ス基板６３の間隔）を所定の高さに精度よく揃えること
ができる。他の方法としては、金属ピン９をベース基板
６３に立てた後、ベース基板６３から出た部分を突き当
て部材などに当てて高さを揃えてから、固定するように
してもよい。
【０１１３】このようにして金属ピン９が固定されたベ
ース基板６３上にシート状ハンダ６１ａを重ね、その上
にさらに絶縁基板５７を重ねる（図７（ａ））。そし
て、ハンダ６１ａを加熱し溶融させる。これによりハン
ダ層６１が形成されて、このハンダ層６１により絶縁基
板５７とベース基板６３が接合される（図７（ｂ）参
照）。
【０１１４】次に、本第５の実施の形態における作用効
果を説明する。
【０１１５】以上のようにベース基板６３上に固定され
た金属ピン９を用いることにより、ハンダによる接合工
程においても、金属ピン９は移動することなく、かつ、
前述の金属箔や金属粒子を用いた場合に比べてピンを細
くすることが可能なため、支持手段が占有する面積を小
さくすることができる。このため、ハンダの熱疲労特性
や熱伝導特性に及ぼす支持手段の影響を非常に小さくで
きる。
【０１１６】次に、本第５の実施の形態における金属ピ
ンの位置の違いを検討した結果を説明する。
【０１１７】表２に、金属ピン９を絶縁基板５７の全て
のコーナー部近傍に４箇所設置した場合（サンプルＡ）
と、３箇所のコーナー部近傍に設置した場合（サンプル
Ｂ）について、熱サイクル試験を行った結果を示す。な
お、ハンダ層６１の厚さは３００μｍとして絶縁基板５
７とベース基板６３を接合した。
【０１１８】この熱サイクル試験は各々５個ずつ行い、
表中○印は健全だった物、●印はハンダ層にクラックが
発生した物を示している。熱サイクル試験は−４０℃と
＋１５０℃の温度で行った。
【０１１９】
【表２】 表２から、金属ピンを４箇所対称形に配したサンプルＡ
においては、すべての接合体が目標の１０００サイクル
をクリアしたが、非対称形状に３箇所設置したサンプル
Ｂにおいては、金属ピンを設置しなかったコーナー部の
一部からクラックの発生が認められた。これは金属ピン
の無いコーナー部にひずみが集中するためであり、ひず
みの均一化を図るためには金属ピンを対称形に配するの
が好ましいことが分かる。
【０１２０】（第６の実施の形態）第６の実施の形態
は、支持手段として、フレーム状のスペーサを用いた実
施の形態である。
【０１２１】図８は、本第６の実施の形態に係るモジュ
ール型半導体装置を示す概略図であリ、図８（ａ）は平
面図、図８（ｂ）は断面図である。
【０１２２】このモジュール型半導体装置は、絶縁基板
５７とベース基板６３との間に一定の間隔を設ける支持
手段として、フレーム状のスペーサ１１を絶縁基板５７
の周囲に設置し、このフレーム状スペーサ１１の上に絶
縁基板５７を乗せることにより、ベース基板６３との間
に一定の間隔を形成したものである。なお、その他の構
造は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略す
る。
【０１２３】本第６の実施の形態に係るモジュール型半
導体装置の製造方法について説明する。
【０１２４】まず、ベース基板６３の所定位置にフレー
ム状のスペーサ１１を乗せ、その中にシート状ハンダを
入れる。そして、フレーム状のスペーサ１１が絶縁基板
５７の周囲に配置されるように絶縁基板５７を乗せ、そ
の後、ハンダを加熱することで、ハンダ層６１を形成し
てハンダ層６１により絶縁基板５７とベース基板６３を
接合する。
【０１２５】次に、本第６の実施の形態における作用効
果を説明する。
【０１２６】上記のように、フレーム状のスペーサ１１
を用いることにより、前述した第１の実施の形態などと
同様に、ハンダ層を一定の厚さに保持できる効果の他
に、ハンダ層６１内に熱膨張率の異なる異種材料が存在
しないため、フレーム状のスペーサ１１とハンダとの熱
膨張差に起因する熱応力の発生を防止し、熱疲労き裂の
発生を抑制することができる。
【０１２７】（第７の実施の形態）第７の実施の形態
は、支持手段として、フレーム状のスペーサを用いた他
の実施の形態である。
【０１２８】図９は、本第７の実施の形態に係るモジュ
ール型半導体装置を示す概略図である。
【０１２９】このモジュール型半導体装置は、図９に示
すように、絶縁基板５７とベース基板６３との間に一定
の間隔を設ける支持手段として、フレーム状のスペーサ
１３ａ、１３ｂを絶縁基板５７の周囲に設置し、このフ
レーム状のスペーサ１３ａ、１３ｂによって、絶縁基板
５７とベース基板６３との間に一定の間隔を形成させて
いる。さらに、このフレーム状のスペーサ１３ａ、１３
ｂは分割構造としている。なお、その他の構造は第６の
実施の形態と同様であるので説明を省略する。また、製
造方法も第６の実施の形態と同様であるので説明を省略
する。
【０１３０】本第７の実施の形態における作用効果を説
明する。
【０１３１】本第７の実施の形態では、前述の第６の実
施の形態による作用効果に加えて、フレーム状のスペー
サ１３ａ、１３ｂを分割しているため、ハンダ接合時の
加熱により、フレーム状のスペーサが熱伸びを生じた場
合でも干渉しないため、熱応力や熱ひずみの発生を防止
でき、また、製造工程における作業性をも著しく改善で
きる。
【０１３２】（第８の実施の形態）第８の実施の形態
は、支持手段として、フレームを用いたさらに他の実施
の形態である。
【０１３３】図１０は、本第８の実施の形態に係るモジ
ュール型半導体装置を示す概略図である。
【０１３４】このモジュール型半導体装置は、図１０に
示すように、フレーム状のスペーサ１５の内周面のハン
ダ層６１と接触する部分の形状を円弧状にしたものであ
る。
【０１３５】なお、その他の構造は第６の実施の形態と
同様であるので説明を省略する。また、製造方法も第６
の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３６】本第８の実施の形態における作用効果を説
明する。
【０１３７】ハンダ層６１の熱疲労クラックはハンダ端
部の形状が不連続となる部分から発生する確率が高い。
したがって、本第８の実施の形態によれば、フレーム状
のスペーサ１５のハンダ層６１と接触する部分の形状を
円弧状にすることで、ハンダ層６１の端部を不連続部の
無いように成形することができる。これにより熱応力付
負荷のひずみの集中を緩和でき、熱疲労クラックなどの
発生を効果的に抑制することができる。
【０１３８】なお、この第８の実施の形態は、前述した
第６または第７の実施の形態と組み合わせて実施され
る。
【０１３９】（第９の実施の形態）第９の実施の形態
は、支持手段として、バー状のものを用いた実施の形態
である。
【０１４０】図１１は、本第９の実施の形態に係るモジ
ュール型半導体装置を示す概略図である。
【０１４１】このモジュール型半導体装置は、複数の半
導体チップ５１が接合された絶縁基板５７を複数枚、ベ
ース基板６３にハンダ層により接合したもので、複数の
絶縁基板５７とベース基板６３との間には、この間を所
定の間隔に保つために、支持手段としてベース基板６３
上に設置された２本以上のバー１７ａ、１７ｂを有す
る。
【０１４２】バー１７ａ、１７ｂの形状としては、ベー
ス基板６３と絶縁基板５７とが均等に一定の間隔を保つ
ことができればどの様なものでもよく、例えば円柱状、
角柱状（板状を含む）などさまざな形状のものが使用で
きる。
【０１４３】次に、本第９の実施の形態に係るモジュー
ル型半導体装置の製造方法について説明する。
【０１４４】まず、ベース基板６３上の所定位置、例え
ば絶縁基板５７を載せたときにその両端がかかるように
２本のバー１７ａ、１７ｂを配置する。そして、バー１
７ａ、１７ｂの内側にシート状ハンダを配置し、その上
に、両端がバー１７ａ、１７ｂに掛かるように複数の絶
縁基板５７を重ねる。
【０１４５】そして、ハンダを加熱することによりハン
ダ層を形成して、このハンダ層により絶縁基板５７とベ
ース基板６３を接合する。
【０１４６】次に、本第９の実施の形態における作用効
果を説明する。
【０１４７】以上のように、バー１７ａ、１７ｂにより
絶縁基板５７とベース基板６３の間隔を保つこととした
ので、複数の絶縁基板５７をベース基板６３上に配置し
た場合でも、第１の実施の形態と同様にクラックなどの
発生を防止する効果がある。さらに、本実施の形態で
は、複数の絶縁基板５７をベース基板６３上に配置した
場合でも、複数の絶縁基板５７に対してその両端にバー
１７ａ、１７ｂを設けただけであるため、製造のときの
作業性が悪くなることはなく、したがって、低コストで
多数の絶縁基板を配設し、かつハンダ層を厚くしたモジ
ュール型半導体装置を得ることができる。
【０１４８】（第１０の実施の形態）第１０の実施の形
態は、モジュール型半導体装置の製造方法において、絶
縁基板５７とベース基板６３を接合する際に、ハンダの
温度を使用するフラックスの沸点以上にするものであ
る。
【０１４９】この第１０の実施の形態における作用効果
を説明する。
【０１５０】表３は、沸点が約２５０℃のフラックスを
用いた場合に、種々の温度でハンダ接合した場合のハン
ダ層中のブローホールの面積を測定した結果である。
【０１５１】
【表３】 表３から、ハンダ接合温度をフラックスの沸点以上に設
定することにより、ハンダ層中のブローホール面積が著
しく低減できることがわかる。
【０１５２】これは、ハンダ接合時のハンダの温度をフ
ラックスの沸点以上となるようにすることで、ハンダ内
に入り込んだフラックスがハンダ層内に残留するのを防
止し、熱疲労クラックの起点となりやすいブローホール
などの欠陥の発生が防止できたものである。これは特
に、支持手段によって絶縁基板とベース基板との間にか
なり広い間隔を設けた場合、ハンダ内部にフラックスが
残留しやすくなりブローホールが生成し易くなるため、
本第１０の実施の形態のように、ハンダ温度をフラック
スの沸点以上とすることで、ブローホールの発生を効果
的に防止することができる。
【０１５３】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項ご
とに以下のような効果を奏する。
【０１５４】請求項１記載の本発明によれば、支持手段
により絶縁基板とベース基板の間を一定間隔となるよう
に保持するようにしたので、半導体チップが接合された
絶縁基板の重量をハンダの表面張力で保持する必要が無
く、かつ、絶縁基板とベース基板との間が所望のハンダ
層厚さに等しい間隔で保持されるため、厚さが均一で、
かつ、厚いハンダ層を得ることができる。また、これに
より、熱疲労クラックなどの発生を極めて少なくするこ
とが可能となる。ハンダ層が安定していることから、半
導体チップとの間に十分な絶縁耐圧が維持され、半導体
装置の絶縁破壊を防止できる。
【０１５５】請求項２記載の本発明によれば、支持手段
が、前記絶縁基板と前記ベース基板との間を１００〜５
００μｍの間隔に保つこととしたので、請求項１記載の
発明による効果に加えて、均一な厚さのハンダ層を歩留
りよく製造することができる。また、半導体装置の耐熱
サイクル特性を向上することができる。
【０１５６】請求項３記載の本発明によれば、支持手段
を前記絶縁基板の面内に均等に配設したので、請求項１
または２記載の発明による効果に加えて、局所的な応力
集中を防止して、半導体装置の耐熱サイクル特性をより
向上することができる。
【０１５７】請求項４記載の本発明によれば、ハンダ層
をシート状ハンダを用いて形成したので、請求項１〜３
のいずれか一つに記載の発明による効果に加えて、ペー
スト状や顆粒状のハンダを用いた場合に比べて厚さの制
御が容易になり、欠陥が少なく、厚さが均一なハンダ層
を歩留りよく製造できる。
【０１５８】請求項５記載の本発明によれば、支持手段
をシート状ハンダに予め埋設したので、請求項４記載の
発明による効果に加えて、支持手段の挿入によるシート
状ハンダと絶縁基板およびシート状ハンダとベース基板
間の隙間を小さくすることができ、また、接合後のハン
ダ層内への空気や雰囲気ガスの巻き込みを防止できるの
で、ブローホールなどの欠陥の少ないハンダ層を得るこ
とができる。
【０１５９】請求項６記載の本発明によれば、支持手段
を箔膜状の金属としたので、請求項１〜５記載の発明に
よる効果に加えて、金属箔を使用することによりハンダ
の濡れ性が改善され、支持手段とハンダとの境界に、熱
疲労クラックの起点となるブローホールなどの欠陥が生
成するのを防止することができる。
【０１６０】請求項７記載の本発明によれば、支持手段
を球形粒子状の金属としたので、請求項１〜５記載の発
明による効果に加えて、球状金属粒子を使用することに
よりハンダの濡れ性が改善され、支持手段とハンダとの
境界に、熱疲労クラックの起点となるブローホールなど
の欠陥が生成するのを防止することる。また、球状金属
粒子を使用することにより支持手段と絶縁基板、支持手
段とベース基板との接触が点接触になるため、各接触部
の細部までハンダが充填され易くなり、欠陥が非常に少
なく、かつ厚さが均一で厚いハンダ層を形成することが
可能である。
【０１６１】請求項８記載の本発明によれば、支持手段
をベース基板に固定された金属のピンとしたので、請求
項１〜４のいずれか一つに記載の発明による効果に加え
て、金属ピンはベース基板に固定されているため、ハン
ダが溶融したときにハンダの流動によりピンが動くこと
ないので、安定して均一な厚さのハンダ層を形成するこ
とができる。
【０１６２】請求項９記載の本発明によれば、支持手段
に用いる金属を、その融点がハンダより高く、かつ、ハ
ンダによって絶縁基板とベース基板とを接合したときに
形状が安定しているものとしたので、請求項６〜８のい
ずれか一つに記載の発明による効果に加えて、ハンダ接
合時でも支持手段の形状が安定していることにより、絶
縁基板とベース基板との間隔を一定に保つことが可能と
なり、厚さが均一で厚いハンダ層を形成することが可能
となる。
【０１６３】請求項１０記載の本発明によれば、支持手
段に用いる金属を、銅、アルミニウム、金、銀、これら
の金属を主成分とした合金、および鉛と錫とを主成分と
する合金よりなる群から選択された少なくとも一つのも
のとしたので、請求項９記載の発明による効果に加え
て、ハンダ層の熱伝導率を向上させ、ベース基板からの
半導体チップの冷却を効率良く行うことができる。ま
た、鉛、錫を主成分とする合金のように、剛性の低い材
料を用いることにより支持手段とハンダとの境界部から
の熱疲労クラックなどの発生を防止することができる。
【０１６４】請求項１１記載の本発明によれば、支持手
段を絶縁基板の外周に設けられたフレーム状のスペーサ
としたので、請求項１または２記載の発明による効果に
加えて、ハンダ内に材質の異なる物質が存在しないため
熱応力を緩和でき、かつ、熱膨張率の不連続による熱疲
労クラックなどの発生も防止できる。
【０１６５】請求項１２記載の本発明によれば、フレー
ム状のスペーサを分割可能にしたので、請求項１１記載
の発明による効果に加えて、フレーム状のスペーサの熱
伸びによる応力やひずみの発生を防止するとともに、製
造工程における作業性を向上することができる。
【０１６６】請求項１３記載の本発明によれば、フレー
ム状のスペーサのハンダ層との接触面をハンダ層側に凸
になった円弧状としたので、請求項１１または１２記載
の発明による効果に加えて、ハンダ層端部へのひずみ集
中を緩和し、熱疲労クラックなどの発生を防止すること
ができる。
【０１６７】請求項１４記載の本発明によれば、支持手
段をバー形状としたので、請求項１または２記載の発明
による効果に加えて、一枚のベース基板に多数の絶縁基
板を接合する場合や量産する場合に低コストで厚く均一
なハンダ層を得ることができる。
【０１６８】請求項１５記載の本発明によれば、ベース
基板上にシート状ハンダと所定の高さの支持手段を重ね
てから絶縁基板を重ね、その後、ハンダを加熱すること
で絶縁基板とベース基板を接合することとしたので、絶
縁基板とベース基板との間が所望のハンダ層厚さに等し
い間隔で保持されて、熱疲労クラックなどの発生が極め
て少ない半導体装置を容易に製造することができる。
【０１６９】請求項１６記載の本発明によれば、絶縁基
板とベース基板との間に、所定の大きさの支持手段を埋
設したシート状ハンダを配置して、このシート状ハンダ
を加熱し、絶縁基板とベース基板を接合することとした
ので、支持手段を埋設したシート状ハンダをベース基板
上に敷くだけで、支持手段を絶縁基板とベース基板の間
に配置できる。したがって、絶縁基板とベース基板との
間が所望のハンダ層厚さに等しい間隔で保持されて、熱
疲労クラックなどの発生が極めて少ない半導体装置を、
作業性よく、かつ、容易に製造することができる。
【０１７０】請求項１７記載の本発明によれば、支持手
段として、箔膜状の金属または球形粒子状の金属を用い
ることとしたので、請求項１５または１６記載の発明に
よる効果に加えて、ハンダを加熱したときに支持手段と
ハンダの馴染みをよくなり、熱疲労クラックの原因とな
るブローホールなどの欠陥の発生を抑えることができ
る。
【０１７１】請求項１８記載の本発明によれば、ベース
基板に所定の高さの金属のピンを設け、金属ピンの上に
シート状ハンダを重ねて、シート状ハンダの上に絶縁基
板を重ね、その後、ハンダを加熱して絶縁基板とベース
基板を接合することとしたので、金属ピンをベース基板
に設けたことで、ハンダ接合時には溶融したハンダの流
動により金属のピンが動くことがないので、確実にハン
ダ層を一定の厚さに保持することができる。したがっ
て、絶縁基板とベース基板との間が所望のハンダ層厚さ
に等しい間隔で保持されて、熱疲労クラックなどの発生
が極めて少ない半導体装置を、作業性よく、かつ、容易
に製造することができる。
【０１７２】請求項１９記載の本発明によれば、ベース
基板の所定位置にフレーム状のスペーサを設け、フレー
ム状のスペーサ内にハンダを入れて、フレーム状のスペ
ーサが、外周に位置するように絶縁基板を重ね、その
後、ハンダを加熱して絶縁基板とベース基板を接合する
こととしたので、ハンダ層内にハンダと異なる材質の物
質を入れることなく、ハンダ接合時にはフレーム状のス
ペーサによって、ハンダ層を一定の厚さに保持すること
ができる。したがって、絶縁基板とベース基板との間が
所望のハンダ層厚さに等しい間隔で保持されて、熱疲労
クラックなどの発生が極めて少ない半導体装置を、作業
性よく、かつ、容易に製造することができる。
【０１７３】請求項２０記載の本発明によれば、ハンダ
接合時のハンダの温度を使用するフラックスの沸点以上
になるようにしたので、請求項１５〜１９のいずれか一
つに記載の発明による効果に加えて、ハンダ内にフラッ
クスが残留することにより発生するブローホールなどの
欠陥が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態に係る半導
体装置の概略図である。
【図２】本発明によるハンダ厚さの均一性の実験結果を
示すグラフである。
【図３】本発明を適用した第２の実施の形態に係る金属
箔近傍の拡大図である。
【図４】本発明を適用した第３の実施の形態に係るモジ
ュール型半導体装置の概略図である。
【図５】ハンダ接合試験の結果を示す図である。
【図６】支持手段の設置方法の違いを説明するための構
造図である。
【図７】本発明を適用した第５の実施の形態に係るモジ
ュール型半導体装置を示す概略図である。
【図８】本発明を適用した第６の実施の形態に係るモジ
ュール型半導体装置を示す概略図である。
【図９】本発明を適用した第７の実施の形態に係るモジ
ュール型半導体装置を示す概略図である。
【図１０】本発明を適用した第８の実施の形態に係るモ
ジュール型半導体装置を示す概略図である。
【図１１】本発明を適用した第９の実施の形態に係るモ
ジュール型半導体装置を示す概略図である。
【図１２】比較例におけるハンダ厚さの均一性の試験結
果を示すグラフである。
【図１３】従来のモジュール型半導体装置を示す概略図
である。
【符号の説明】
１ モジュール型半導体装置 ３ スペーサ ５ 金属箔 ７ 金属粒子 ９ 金属ピン １１、１３ａ、１３ｂ、１５ フレーム状スペーサ １７ａ、１７ｂ バー ２１ 貫通孔 ５１ 半導体チップ ５３ 絶縁性セラミックス板 ５５ａ、５５ｂ 導電層 ５７ 絶縁基板 ５９、６１ ハンダ層 ６１ａ、６１ｂ ハンダ ６３ ベース基板 ６５ 絶縁性封止樹脂 ６７ 絶縁性樹脂ケース ６９ ボルト ７１ ヒートシンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 裕 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 田中 明 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 山本 敦史 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 草野 貴史 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB05 AC15 BB01 BB20 CC33 CD25 GG20 5E336 AA04 BB01 BB02 BB18 BB19 BC34 CC31 DD23 DD24 DD37 EE01 GG05 GG10 5F036 AA01 BB08 BC06

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップが接合された絶縁基板と、
    ベース基板とをハンダ層により接合した半導体装置にお
    いて、 前記絶縁基板と前記ベース基板との間を所定の間隔に保
    つ支持手段を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記支持手段は、前記絶縁基板と前記ベ
    ース基板との間を１００〜５００μｍの間隔に保つこと
    を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記支持手段は、前記絶縁基板の面内に
    均等に配設されていることを特徴とする請求項１または
    ２記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記ハンダ層は、シート状ハンダを用い
    て形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいず
    れか一つに記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記支持手段は、前記シート状ハンダに
    予め埋設されていることを特徴とする請求項４記載の半
    導体装置。
  6. 【請求項６】 前記支持手段は、箔膜状の金属であるこ
    とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半
    導体装置。
  7. 【請求項７】 前記支持手段は、球形粒子状の金属であ
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載
    の半導体装置。
  8. 【請求項８】 前記支持手段は、前記ベース基板に固定
    された金属のピンであることを特徴とする請求項１〜４
    のいずれか一つに記載の半導体装置。
  9. 【請求項９】 前記金属は、その融点が前記ハンダより
    高く、かつ、前記ハンダによって前記絶縁基板と前記ベ
    ース基板とを接合したときに形状が安定していることを
    特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の半導体
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記金属は、銅、アルミニウム、金、
    銀、これらの金属を主成分とした合金、および鉛と錫と
    を主成分とする合金よりなる群から選択された少なくと
    も一つであることを特徴とする請求項９記載の半導体装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記支持手段は、前記絶縁基板の外周
    に設けられたフレーム状のスペーサであることを特徴と
    する請求項１または２記載の半導体装置。
  12. 【請求項１２】 前記フレーム状のスペーサは、分割さ
    れていることを特徴とする請求項１１記載の半導体装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記フレーム状のスペーサは、前記ハ
    ンダ層との接触面が前記ハンダ層側に凸になった円弧状
    であることを特徴とする請求項１１または１２記載の半
    導体装置。
  14. 【請求項１４】 前記支持手段は、バー形状であること
    を特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
  15. 【請求項１５】 半導体チップが接合された絶縁基板
    と、ベース基板とをハンダ層により接合する半導体装置
    の製造方法において、 前記ベース基板の上にシート状ハンダを重ねる工程と、 前記シート状ハンダの上に、所定の高さの支持手段を重
    ねる工程と、 前記支持手段の上に前記絶縁基板を重ねる工程と、 前記シート状ハンダを加熱して前記絶縁基板と前記ベー
    ス基板を接合する工程と、を有することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  16. 【請求項１６】 半導体チップが接合された絶縁基板
    と、ベース基板とをハンダ層により接合する半導体装置
    の製造方法において、 前記絶縁基板と前記ベース基板との間に、所定の高さの
    支持手段を埋設したシート状ハンダを配置する工程と、 この配置されたシート状ハンダを加熱して前記絶縁基板
    と前記ベース基板を接合する工程と、を有することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記支持手段は、箔膜状の金属または
    球形粒子状の金属であることを特徴とする請求項１５ま
    たは１６に記載の半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項１８】 半導体チップが接合された絶縁基板
    と、ベース基板とをハンダ層により接合する半導体装置
    の製造方法において、 前記ベース基板に所定の高さの金属のピンを設ける工程
    と、 前記金属ピンの上にシート状ハンダを重ねる工程と、 前記シート状ハンダの上に前記絶縁基板を重ねる工程
    と、 前記ハンダを加熱して前記絶縁基板と前記ベース基板を
    接合する工程と、を有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  19. 【請求項１９】 半導体チップが接合された絶縁基板
    と、ベース基板とをハンダ層により接合する半導体装置
    の製造方法において、 前記ベース基板の所定位置にフレーム状のスペーサを設
    ける工程と、 前記フレーム状のスペーサ内にハンダを入れる工程と、 前記フレーム状のスペーサが、外周に位置するように前
    記絶縁基板を重ねる工程と、 前記ハンダを加熱して前記絶縁基板と前記ベース基板を
    接合する工程と、を有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記絶縁基板と前記ベース基板を接合
    する工程は、前記ハンダの温度が使用するフラックスの
    沸点以上になるようにすることを特徴とする請求項１５
    〜１９のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
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