JP2008166626A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の金属体、半導体素子、第２の金属体、第３の金属体を積層し、これら積層された部品の間がはんだを介して接続されてなる半導体装置において、第２の金属体と第３の金属体とのはんだ付け部にて巻き込みボイドの発生を極力防止する。
【解決手段】四角形をなす第２の金属体４のはんだ付け面４ａにおける端部のうち、当該はんだ付け面４ａの中心Ｋからの距離Ｌ１が長い部位である角部４１が、はんだ広がり防止溝１０と重なり合うとともに、当該中心Ｋからの距離Ｌ２が短い部位である辺部４２が、はんだ広がり防止溝１０とは重ならずに当該溝１０の内周側に位置するように、第２の金属体４と第３の金属体５とが、はんだを介して積層される。
【選択図】図４

Description

本発明は、第１の金属体、半導体素子、第２の金属体、第３の金属体を積層し、これら積層された部品の間がはんだを介して接続されてなる半導体装置に関し、特に第２の金属体と第３の金属体とのはんだ付け構成に関する。

従来より、この種の一般的な半導体装置として、第１の金属体、半導体素子、第２の金属体、第３の金属体を積層し、これら部品の間をはんだを介して接続したものを、モールド樹脂にて封止してなるものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

このような半導体装置においては、第１〜第３の金属体は、それぞれ半導体素子と電気的に接続されて半導体素子の電極として機能するとともに、第１の金属体および第３の金属体の一部をモールド樹脂から露出させ、半導体素子の熱を放熱するようにしている。

ここで、従来では、第２の金属体と第３の金属体とのはんだ付けにおいては、第２の金属体に迎えはんだをしておき、これを第３の金属体に重ね合わせて、はんだリフローすることにより行われる。

そして、従来では、上記特許文献１、２などに示されているように、このはんだリフロー時に当該両金属体間に発生する余剰はんだを、第３の金属体側に設けた環状の溝であるはんだ広がり防止溝に収納し、広がりを防止している。
特開２００４−３０３８６９号公報 特開２００５-１３６０１８号公報

ここで、図１２は、上記従来文献に基づいて本発明者が試作した半導体装置において、第２の金属体４と第３の金属体５とのはんだ付け工程におけるはんだ６の広がりの様子を示す図である。なお、この図１２では、識別を容易にするため、はんだ広がり防止溝１０には斜線ハッチングを施してある。

また、図１２中の点ハッチングされた部分は、第２の金属体４のはんだ付け面に設けられたはんだ６のうち第３の金属体５のはんだ付け面に接触している部分であり、はんだ広がり防止溝１０の内周側において広がっていくはんだ６に相当する。

この半導体装置においては、互いに対向する第２の金属体４のはんだ付け面と第３の金属体５のはんだ付け面とでは、第３の金属体５のはんだ付け面の方が大きい。つまり、第３の金属体５の方がモールド樹脂内に位置する第２の金属体４よりもサイズが大きい。そして、上記したはんだ広がり防止溝１０は、第３の金属体５のはんだ付け面のうちはんだ６が設置される領域の外周に設けられる。

また、通常、第２の金属体４のはんだ付け面は、その中心から端部までの距離が部分的に異なるものである。つまり、図１２に示される例では、第２の金属体４は一般的な四角形板状のものであり、それゆえ、第２の金属体４のはんだ付け面は四角形となる。そして、この四角形のはんだ付け面は、端部のうち中心からの距離が長い部位が角部４１であり、中心からの距離が短い部位が辺部４２であるというものになる。

第２の金属体４のはんだ付け面がこのようなものである場合、図１２（ｂ）に示されるように、はんだリフロー時に余剰のはんだ６がはんだ広がり防止溝１０に収納される際、これらはんだ６は、はんだ付け領域の全体に広がる前に、第２の金属体４のはんだ付け面のうち中心から近い辺部４２にて先に当該溝１０に到達し、当該溝１０内に流れ込んでしまう。

すると、このはんだ広がり防止溝１０内では当該溝１０以外の部分よりも、はんだ６の濡れ広がりが速いので、図１２（ｃ）に示されるように、第２の金属体４のはんだ付け面のうち中心から遠い角部４１にて、はんだ６が回り込んでしまい、巻き込みボイド９００が発生する。

なお、このような巻き込みボイドの問題は、第２の金属体のはんだ付け面が上記した四角形である場合以外にも、中心から端部までの距離が部分的に異なるものである場合には、共通して発生すると考えられる。

たとえば、第２の金属体のはんだ付け面が三角形、長方形、六角形、楕円形、その他の不定形などであっても、上記図１２の場合と同様に、第２の金属体のはんだ付け面における端部のうち中心からの距離が短い部位において、中心からの距離が長い部位よりも先に、リフローしたはんだがはんだ広がり防止溝に流れ込み、当該距離が長い部位にて巻き込みボイドが発生すると考えられる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、第１の金属体、半導体素子、第２の金属体、第３の金属体を積層し、これら積層された部品の間がはんだを介して接続されてなる半導体装置において、第２の金属体と第３の金属体とのはんだ付け部にて巻き込みボイドの発生を極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）を、はんだ広がり防止溝（１０）と重なり合う位置に配置し、当該端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ２）が短い部位（４２）を、はんだ広がり防止溝（１０）の内周側に配置したことを特徴とする。

それによれば、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の端部のうち当該はんだ付け面（４ａ）の中心（Ｋ）から遠い位置にある部位（４１）にて、リフローしたはんだ（６）を、積極的にはんだ広がり防止溝（１０）に流し込む構成としているため、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の端部の全体に渡って均一に、はんだ（６）が充填されやすくなり、第２の金属体（４）と第３の金属体（５）とのはんだ付け部にて巻き込みボイドの発生を極力防止することができる。

ここで、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）としては、端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位が角部（４１）であり且つ中心（Ｋ）からの距離（Ｌ２）が短い部位が辺部（４２）である多角形をなすものにできる（後述の図４、図１１参照）。また、この多角形としては四角形とすることができる（後述の図４参照）。

また、第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）のうちはんだ広がり防止溝（１０）の内側に位置する部位には、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）と第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の中心（Ｋ）とを結ぶ方向に沿って配置されるとともに、はんだ広がり防止溝（１０）に連通する連通溝（１１）を設けてもよい（後述の図６参照）。

また、第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）のうちはんだ広がり防止溝（１０）の内側に位置する部位には、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）と第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の中心（Ｋ）とを結ぶ方向に沿って配置されるとともに、第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）よりもはんだ（６）の濡れ性に優れた表面処理部（１２）が設けられていてもよい（後述の図７参照）。

それによれば、リフローしたはんだ（６）を、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の中心（Ｋ）側から当該中心（Ｋ）から遠い位置にある端部（４１）まで、連通溝（１１）や表面処理部（１２）を介して、広がりやすくすることができる。

また、はんだ広がり防止溝（１０）において、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）と重なり合う部位には、空気抜け用の切り欠き（１３）を設けてもよい（後述の図８参照）。

それによれば、第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における端部のうち中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）にて発生する巻き込みボイドを、防止しやすい。

また、はんだ広がり防止溝（１０）は、円形の環状をなしていてもよい（後述の図９参照）。それによれば、第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）側にて、はんだ付け領域の中心からはんだ広がり防止溝（１０）までの距離を、はんだ（６）が濡れ広がる全方向にて均一にできるため、好ましい。

また、第２の金属体（４）における当該第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の外側の部位に、余剰のはんだ（６）を吸収する段差（１４）を設けるようにすれば（後述の図１０参照）、余剰のはんだ（６）の溢れを防止でき、好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の概略平面構成を示す図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。なお、図１は、図２の上視図であるが、この図１においては、半導体装置１００におけるモールド樹脂７内の各部の平面配置構成をモールド樹脂７を透過して示している。この半導体装置１００は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。

図１、図２に示されるように、本半導体装置１００は、第１の金属体３、半導体素子１、２、第２の金属体４、第３の金属体５を積層し、これら積層された部品１〜５の間がはんだ６を介して接続されてなる。

本実施形態では、半導体素子１、２は、平面的に配置された２個のものよりなる。たとえば、第１の半導体素子１はＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）１であり、第２の半導体素子２は、ＦＷＤ（フライホイールダイオード）２である。

ここで、第１の金属体３と第３の金属体５とは、半導体素子１、２を挟むように対向して配置されているが、これら第１および第３の金属体３、５は、半導体素子１、２の電極および放熱部材として機能するものである。そして、これら第１および第３の金属体３、５において、互いに対向する面すなわち内面とは反対側の面である外面は、放熱面３ａ、５ａとして構成されている。

これら第１および第３の金属体３、５は、一般的なリードフレーム材料からなるもので、たとえば銅合金にニッケルメッキを施した板材により構成されている。そして、両半導体素子１、２の一面は、これらに共通の第１の金属体３の内面に対して、はんだ６によって電気的・熱的に接続されている。

また、両半導体素子１、２の他面と第３の金属体５との間に、第２の金属体４が介在しているが、この第２の金属体４は、両半導体素子１、２のそれぞれに対して、別個設けられている。この第２の金属体４は、電気導電性、熱伝導性に優れた四角形板状のもので、通常銅からなるが、モリブデンなどを用いてもよい。ここでは、第２の金属体４は銅からなる。

そして、各半導体素子１、２の他面と各第２の金属体４とは、はんだ６を介して電気的・熱的に接続されている。さらに、各第２の金属体４は、これらに共通の第３の金属体５の内面５ｃに対して、はんだ６によって電気的・熱的に接続されている。こうして、各半導体素子１、２は他面側にて、はんだ６および第２の金属体４を介して、第３の金属体５に電気的・熱的に接続されている。

ここで、各部を接続するはんだ６は、一般的な半導体装置の分野にて採用されるはんだ材料とすることができ、たとえば、すず−銅合金系はんだなどの鉛フリーはんだを採用することができる。

そして、図１、図２に示されるように、本実施形態の半導体装置１００においては、第１および第３の金属体３、５およびこれに挟み込まれた半導体素子１、２、第２の金属体４が、モールド樹脂７により封止されている。このモールド樹脂７はエポキシ系樹脂などからなり、型成形によって形成されたものである。

また、図１に示されるように、第１および第３の金属体３、５のそれぞれにおいて放熱面３ａ、５ａが、モールド樹脂７から露出している。これにより、本半導体装置１００は、第１および第２の半導体素子１、２の両面のそれぞれにて、第１の金属体３、第３の金属体５を介した放熱が行われる両面放熱型の構成となっている。

また、第１および第３の金属体３、５は、はんだ６や第２の金属体４を介して、両半導体素子１、２の各面の図示しない電極に電気的に接続されている。

ここで、図１、図２に示されるように、半導体装置１００においては、半導体素子１、２と電気的に接続された複数の端子３ｂ、５ｂ、８が設けられており、これら各端子３ｂ、５ｂ、８は、その一部がモールド樹脂７から露出するように、モールド樹脂７に封止されている。

ここで、本実施形態では、第１の金属体３、第３の金属体５は、それぞれ、第１の半導体素子１としてのＩＧＢＴ１のコレクタ側の電極および第２の半導体素子２としてのＦＷＤ２のカソード側の電極、ＩＧＢＴ１のエミッタ側の電極およびＦＷＤ２のアノード側の電極となるものである。

そして、上記各端子のうちコレクタリード３ｂは、第１の金属体３と一体に成形されたものであり、第１の金属体３の端面からモールド樹脂７の外側に突出して露出している。また、エミッタリード５ｂは、第２の金属体５と一体に成形されたものであり、第２の金属体５の端面からモールド樹脂７の外側に突出して露出している。

また、図１、図２に示されるように、上記各端子のうち第１および第３の金属体３、５とは別体のリードフレームからなる端子８は、モールド樹脂７の内部にて、ＩＧＢＴ１の周囲に設けられている制御端子８である。

この制御端子８は、ＩＧＢＴ１のゲート端子や各種の検査用端子などとして構成されるものである。そして、ＩＧＢＴ１は、ボンディングワイヤ９を介して、制御端子８と電気的に接続されている。

このような構成において、第３の金属体５と半導体素子１、２との間に介在する第２の金属体４は、このＩＧＢＴ１と制御端子８とのワイヤボンディングを行うにあたって、ワイヤ９の高さを維持するために、ＩＧＢＴ１のワイヤボンディング面と第３の金属体５との間の高さを確保している。

ここで、本半導体装置１００における第２の金属体４と第３の金属体５とのはんだ付け部について、さらに詳しく述べる。

図１、図２に示されるように、互いに対向する第２の金属体４の面４ａと第３の金属体５の内面５ｃ、すなわち、互いに対向してはんだ付けされる第２の金属体４のはんだ付け面４ａと第３の金属体５のはんだ付け面５ｃとでは、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃの方が大きい。

そして、図２に示されるように、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃのうちはんだ６が設置される領域の外周には、はんだ広がり防止溝１０が設けられている。このはんだ広がり防止溝１０は、第２の金属体４と第３の金属体５とのはんだ付け時において、余剰のはんだ６の広がりを防止するための溝であり、プレス加工やエッチング加工などにより形成される。

具体的には、はんだ付け時において、はんだ６は、はんだ広がり防止溝１０の内周部に設置され、リフロー時にそこから濡れ広がろうとするのを、はんだ広がり防止溝１０により防止される。そのため、はんだ広がり防止溝１０の外側に、はんだ６が広がらないようになっている。

図３は、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃの平面構成を示す図であり、はんだ広がり防止溝１０の平面形状を示す図である。図３に示されるように、２個設けられている第２の金属体４に対応して、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃにおいて、はんだ広がり防止溝１０も２個設けられている。

また、図４は、本半導体装置１００における第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、はんだ６を省略した形で示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

なお、図４（ａ）では、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの外形を破線で示し、これに重なる第３の金属体５のはんだ付け面５ｃの面構成を実線で示しているが、このような表示は、後述の図６〜図９、図１１も同様である。また、この図４（ａ）には第２の金属体４のはんだ付け面４ａの中心Ｋが黒丸にて示されているが、この中心Ｋはあくまで仮想点であり、幾何学上の中心である。

図４に示されるように、第２の金属体４のはんだ付け面４ａは、当該はんだ付け面４ａの中心Ｋから端部までの距離Ｌ１、Ｌ２が部分的に異なるものである。つまり、第２の金属体４のはんだ付け面４ａは、面の中心から端部までの距離が端部全体で同一である円形の面ではなく、この円形以外の形状を有する面である。

ここでは、第２の金属体４のはんだ付け面４ａは四角形であり、４つの角部４１が端部のうち中心Ｋからの距離Ｌ１が長い部位であり、４つの辺部４２が中心Ｋからの距離Ｌ２が短い部位となっている。

また、図３、図４に示されるように、はんだ広がり防止溝１０も略四角形の環状をなしている。ここで、図４に示されるように、第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態においては、第２の金属体４のはんだ付け面４ａを構成する四角形と、はんだ広がり防止溝１０を構成する四角形とが、略９０°ずれて重なった形となっている。

それにより、本実施形態では、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの角部４１が、はんだ広がり防止溝１０の辺部に重なりあう位置に配置されるとともに、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの辺部４２は、はんだ広がり防止溝１０とは重ならずに当該溝１０の内周側に位置した状態となっている。

なお、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの角部４１が、はんだ広がり防止溝１０の辺部に重なり合う位置にあるとは、図４に示されるように、第２および第３の金属体４、５の積層方向からみたとき、当該角部４１が、はんだ広がり防止溝１０の外側にはみ出すことなく当該溝１０の幅の範囲に位置することである。

そして、本実施形態では、第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、この図４に示されるようなものとすることにより、これら両金属体４、５の間において第２の金属体４のはんだ付け面４ａの全体に渡って、巻き込みボイドを生じることなく、はんだ６が充填されている。

このような半導体装置１００の製造方法について、図５を参照して述べる。図５は、本製造方法を示す工程図である。まず、第１の金属体３の内面の上に、はんだ泊を介して、半導体素子１、２を搭載する。そして、この半導体素子１、２の上に、はんだ泊を介して、第２の金属体４を搭載する。

そして、このようにして各部１〜４がはんだ箔を介して積層されたワークにおいて、はんだ泊をリフローさせることにより各部１〜４をはんだ付けする。そして、上記制御端子８となるリードフレームとＩＧＢＴ１との間でワイヤボンディングを行い、上記ワイヤ９による結線を行う。

なお、このワイヤボンディングは、第２の金属体４を積層する前のＩＧＢＴ１において、ＩＧＢＴ１と第１の金属体３とをはんだ付けした状態で行い、続いて、第２の金属体４の積層を行ってもよい。こうして、制御端子８と接続されたワークができあがる。

そして、図５（ａ）に示されるように、このワークにおいて第２の金属体４のはんだ付け面４ａに対して、はんだ６を用いて迎えはんだを行っておき、第２の金属体４のはんだ付け面４ａを下方に向けて、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃの上に搭載する。

こうして、上記ワークを搭載した後、図５（ｂ）に示されるように、はんだリフローを行うととともに、このワークに荷重を加えて第３の金属体５に押しつけ、半導体装置１００における高さを所定の高さとなるようにする。この場合、たとえば、図６（ｂ）に示されるように、高さ調整治具２００を用いて所定高さを実現する。

このとき、第２の金属体４と第３の金属体５との間に介在する余剰のはんだ６は、ワークに加わる荷重によって、はんだ広がり防止溝１０へ向かって押される。そのとき、余剰のはんだ５は、はんだ広がり防止溝１０に収納されることで当該溝１０よりも外側には広がらない。

こうして、第２の金属体４と第３の金属体５とがはんだ付けされ、その後は、トランスファーモールド法などによってモールド樹脂７による封止を行うことにより、本実施形態の半導体装置１００ができあがる。

ところで、本実施形態では、四角形をなす第２の金属体４のはんだ付け面４ａにおける端部のうち、当該はんだ付け面４ａの中心Ｋからの距離Ｌ１が長い部位である角部４１が、はんだ広がり防止溝１０と重なり合うとともに、当該はんだ付け面４ａの中心Ｋからの距離Ｌ２が短い部位である辺部４２が、はんだ広がり防止溝１０とは重ならずに当該溝１０の内周側に位置するように、第２の金属体４と第３の金属体５とが、はんだ６を介して積層されている。

従来では、上記図１２に示したように、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの全体が、環状のはんだ広がり防止溝１０の内周に位置しており、それがゆえに、中心からの距離の短い部位の方が、当該距離の長い部位よりも先に、はんだ広がり防止溝１０にはんだ６が流れ込み、これが、巻き込みボイドの要因となっていた。

それに対して、本実施形態では、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの端部のうち中心Ｋから遠い位置にある角部４１を、はんだ広がり防止溝１０に重ね、近い位置にある辺部４２を当該溝１０に重ねないようにしている。それにより、角部４２にて、リフローしたはんだ６を、積極的に、はんだ広がり防止溝１０に流し込む構成としている。

そのため、第２の金属体４と第３の金属体５とのはんだ付けにおいて、従来よりも、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの端部の全体に渡って均一に、はんだ６が充填されやすくなり、これら両金属体４、５のはんだ付け部にて巻き込みボイドを極力防止することができる。

なお、上記図４に示されるように、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの辺部４２のうち角部４１の近傍に位置する部分が、はんだ広がり防止溝１０に重なり合っているが、本実施形態では、辺部４２のすべてが溝１０の内周側に位置する必要はない。つまり、上記した本実施形態の作用効果からわかるように、第２の金属体４のはんだ付け面４ａのうちはんだ広がり防止溝１０に重なり合う部分よりも、溝１０の内周側に位置する部分の方が、当該はんだ付け面４ａの中心Ｋからの距離が短いものであればよい。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、同半導体装置における第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、はんだ６を省略した形で示す図である。ここで、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。なお、この図６に示されていない部分については、本実施形態の半導体装置は上記第１実施形態のものと同様である。

本実施形態では、図６に示されるように、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃのうちはんだ広がり防止溝１０の内側に位置する部位に、連通溝１１を設けている。この連通溝１１は、はんだ広がり防止溝１０と同様にプレス加工やエッチング加工などにより形成することができる。

この連通溝１１は、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃのうちはんだ広がり防止溝１０の内側に位置する部位において、第２の金属体４のはんだ付け面４ａにおける中心Ｋと角部４１とを結ぶ方向に沿って配置されている。そして、連通溝１１の端部が、はんだ広がり防止溝１０に連通している。

ここでは、連通溝１１は、四角形環状のはんだ広がり防止溝１０の内周において当該溝１０の対向する辺部を結ぶ十字形状に形成されている（図６（ａ）参照）。そして、この連通溝１１は、第２の金属体４と第３の金属体５とのはんだ付けにおいて、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの中心Ｋから角部４１へ、はんだ６を導くためのものである。

本実施形態によれば、これら第２および第３の金属体４、５のはんだ付け工程において、リフローしたはんだ６を、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの中心Ｋ側から当該中心Ｋから遠い位置にある角部４１まで、連通溝１１を介して、広がりやすくなる。つまり、連通溝１１が無い場合に比べて、上記した巻き込みボイドを防止するという点で有利なものとなる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、同半導体装置における第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、はんだ６を省略した形で示す図である。ここで、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。なお、この図７に示されていない部分については、本実施形態の半導体装置も、上記第１実施形態のものと同様である。

本実施形態では、図７に示されるように、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃのうちはんだ広がり防止溝１０の内側に位置する部位に、表面処理部１２を設けている。この表面処理部１２は、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃよりもはんだ６の濡れ性に優れた表面処理が施された部分である。

具体的に、このような表面処理部１２としては、たとえば電気メッキや無電解メッキなどにより形成されたＡｕメッキ膜、粗化Ｎｉメッキ膜などのメッキ膜や、あるいは、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃをサンドブラストやエッチングなどにより粗化した面として構成される。

この表面処理部１２は、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃのうちはんだ広がり防止溝１０の内側に位置する部位において、第２の金属体４のはんだ付け面４ａにおける中心Ｋと角部４１とを結ぶ方向に沿って配置されている。

ここでは、表面処理部１２は、四角形環状のはんだ広がり防止溝１０の内周において当該溝１０の対向する辺部を結ぶ十字形状に形成されている（図７（ａ）参照）。そして、この表面処理部１２は、上記連通溝１１と同様に、第２の金属体４と第３の金属体５とのはんだ付けにおいて、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの中心Ｋから角部４１へ、はんだ６を導く機能を有する。

本実施形態によれば、これら第２および第３の金属体４、５のはんだ付け工程において、リフローしたはんだ６を、第２の金属体４のはんだ付け面４ａの中心Ｋ側から当該中心Ｋから遠い位置にある角部４１まで、表面処理部１２が存在する分、広がりやすくなる。そのため、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様に、上記した巻き込みボイドの防止の点で有利である。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、同半導体装置における第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、はんだ６を省略した形で示す図である。ここで、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。なお、この図８に示されていない部分については、本実施形態の半導体装置も、上記第１実施形態のものと同様である。

本実施形態では、図８に示されるように、はんだ広がり防止溝１０において、第２の金属体４のはんだ付け面４ａにおける角部４１と重なり合う部位に、空気抜け用の切り欠き１３を設けている。

それによれば、第２の金属体４のはんだ付け面４ａにおける端部のうち中心Ｋからの距離Ｌ１が長い部位である角部４１にて、上記した巻き込みボイドが発生しようとしても、この切り欠き１３から空気が抜けるため、当該ボイドの発生が抑制される。そして、このような切り欠き１３を有する本実施形態のはんだ広がり防止溝１０の構成は、上記した各実施形態に適用が可能である。

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、同半導体装置における第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、はんだ６を省略した形で示す平面図である。なお、この図９に示されていない部分については、本実施形態の半導体装置も、上記第１実施形態のものと同様である。

上記各実施形態では、はんだ広がり防止溝１０は、四角形環状のものであったが、本実施形態では、図９に示されるように、円形環状のはんだ広がり防止溝１０としている。それによれば、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃ側にて、はんだ付け領域の中心からはんだ広がり防止溝１０までの距離を、はんだ６が濡れ広がる全方向にて均一にすることができる。

なお、上記実施形態に示した連通溝１１や表面処理部１２、さらには切り欠き１３を有する構成は、第２の金属体４のはんだ付け面４ａを基準として、第３の金属体５のはんだ付け面５ｃ側に配置するものであるため、本実施形態のような円形のはんだ広がり防止溝１０の場合にも、適用が可能である。つまり、上記した各実施形態において、はんだ広がり防止溝１０の形状を円形にしてもよい。

（第６実施形態）
図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、同半導体装置における第２の金属体４と第３の金属体５との組み付け状態を、はんだ６を省略した形で示す断面図である。なお、この図１０に示されていない部分については、本実施形態の半導体装置も、上記第１実施形態のものと同様である。

本実施形態では、図１０に示されるように、第２の金属体４における当該第２の金属体４のはんだ付け面４ａの外側の部位に、段差１４を設けている。そして、この段差１４により形成された空間に、第２および第３の金属体４、５のはんだ付け時における余剰のはんだ６を吸収するようにしたものである。

この段差１４は、図１０に示されるように、第２の金属体４の厚さ方向に２段設けたものでもよいし、１段でもよいし、３段以上でもよい。また、この段差１４は、第２の金属体４における当該第２の金属体４のはんだ付け面４ａの外側の全周に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。

本実施形態によれば、余剰のはんだ６がはんだ広がり防止溝１０から溢れることが起こっても、段差１４により形成された空間により吸収されて、それ以上の濡れ広がりを防止することができる。また、本実施形態のような段差１４を有する構成は、上記した各実施形態に適用が可能である。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態における第２の金属体４のはんだ付け面４ａは、端部のうち中心からの距離が長い部位が角部であり且つ中心からの距離が短い部位が辺部である多角形をなすものであれば、上記した四角形に限定されるものではなく、それ以外にも、たとえば三角形、五角形、六角形などであってもよい。ここで、多角形の角部とは、上記図４などにも示されているように、当該多角形を維持する範囲内で多少丸められたり、面取りが施されたりしていてもよい。

また、上記各実施形態における第２の金属体４のはんだ付け面４ａとしては、上記した多角形以外にも、当該はんだ付け面４ａの中心から当該はんだ付け面４ａの端部までの距離が部分的に異なるものであればよく、たとえば、楕円形、その他の不定形などであってもよい。

ここで、第２の金属体４のはんだ付け面４ａとして、三角形、五角形、楕円形の例をそれぞれ、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示しておく。図１１（ａ）、（ｂ）では、中心からの距離が長い角部４１がはんだ広がり防止溝１０と重なり合っており、中心からの距離が短い辺部４２は、当該溝１０の内側に位置している。また、図１１（ｃ）に示される楕円形の場合、長径方向の端部４１が当該溝１０と重なり、短径方向の端部４２は当該溝１０の内側に位置している。

要するに、第２の金属体のはんだ付け面における端部のうち当該はんだ付け面の中心からの距離が長い部位を、はんだ広がり防止溝と重なり合う位置に配置し、当該端部のうちはんだ広がり防止溝と重なる部位よりも当該中心からの距離が短い部位を、はんだ広がり防止溝の内周側に配置すればよい。

また、上記各図に示されるはんだ広がり防止溝１０は、一実施形態を示すものであり、その寸法や形状は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記実施形態では、はんだ広がり防止溝１０は断面矩形の溝形状であったが、たとえば、Ｖ溝やＵ溝などであってもよい。

また、半導体装置においては、第１および第３の金属体３、５に挟まれる半導体素子としては、これら一対の金属板３、５を電極として用いることが可能なものであれば、上記したＩＧＢＴ１やＦＷＤ２でなくてもよい。

また、半導体素子は１個でもよいし、３個以上でもよい。そして、３個以上の半導体素子が存在する場合は、上記した２個の例と同様に、それに対応して第２の金属体４、はんだ広がり防止溝１０も、半導体素子と同数設ければよい。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略平面図である。 図１中のＡ−Ａ断面図である。 図１に示される半導体装置における第３の金属体のはんだ付け面の平面構成を示す図である。 図１に示される半導体装置における第２の金属体と第３の金属体との組み付け状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。 本発明の第６実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る第２の金属体のはんだ付け面の種々の例を示す平面図である。 本発明者が試作した半導体装置におけるはんだ付け工程のはんだ広がりの様子を示す図である。

符号の説明

１、２…半導体素子、３…第１の金属体、
４…第２の金属体、４ａ…第２の金属体のはんだ付け面、
５…第３の金属体、５ｃ…第３の金属体のはんだ付け面、
６…はんだ、１０…はんだ広がり防止溝、
４１…第２の金属体のはんだ付け面における端部のうち中心からの距離が長い部位としての角部、
４２…第２の金属体のはんだ付け面における端部のうち中心からの距離が短い部位としての辺部、
Ｋ…第２の金属体のはんだ付け面の中心。

Claims (8)

1. 第１の金属体（３）、半導体素子（１、２）、第２の金属体（４）、第３の金属体（５）を積層し、これら積層された部品（１〜５）の間がはんだ（６）を介して接続されてなる半導体装置において、
   互いに対向する前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）と前記第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）とでは、前記第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）の方が大きく、
   前記第３の金属体（５）の前記はんだ付け面（５ｃ）のうち前記はんだ（６）が設置される領域の外周には、前記はんだ（６）の広がりを防止するための環状の溝であるはんだ広がり防止溝（１０）が設けられており、
   前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）は、当該第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の中心（Ｋ）から端部までの距離（Ｌ１、Ｌ２）が部分的に異なるものであり、
   前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における前記端部のうち前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）は、前記はんだ広がり防止溝（１０）と重なり合う位置に配置され、前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ２）が短い部位（４２）は、前記はんだ広がり防止溝（１０）の内周側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）は、前記端部のうち前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位が角部（４１）であり且つ前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ２）が短い部位が辺部（４２）である多角形をなしていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記多角形は四角形であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）のうち前記はんだ広がり防止溝（１０）の内側に位置する部位には、
   前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における前記端部のうち前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）と前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の前記中心（Ｋ）とを結ぶ方向に沿って配置され、前記はんだ広がり防止溝（１０）に連通する連通溝（１１）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）のうち前記はんだ広がり防止溝（１０）の内側に位置する部位には、
   前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における前記端部のうち前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）と前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の前記中心（Ｋ）とを結ぶ方向に沿って配置され、前記第３の金属体（５）のはんだ付け面（５ｃ）よりも前記はんだ（６）の濡れ性に優れた表面処理部（１２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記はんだ広がり防止溝（１０）において、前記第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）における前記端部のうち前記中心（Ｋ）からの距離（Ｌ１）が長い部位（４１）と重なり合う部位には、空気抜け用の切り欠き（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
7. 前記はんだ広がり防止溝（１０）は、円形の環状をなしていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。
8. 前記第２の金属体（４）における当該第２の金属体（４）のはんだ付け面（４ａ）の外側の部位には、余剰の前記はんだ（６）を吸収する段差（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。

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