JP2019161174A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、凹部２１ａ，２１ｂを有する金属層２ａ，２ｂ、及びこの金属層が上面上に設けられた絶縁板１ａを備えた絶縁回路基板と、凹部２１ａ，２１ｂの開口部の幅より狭い幅の下端を有し、該下端が凹部２１ａ，２１ｂに挿入された外部端子９ａ，９ｂと、外部端子９ａ，９ｂを直接支持するプリント回路基板２８と、凹部２１ａ，２１ｂの内側に配置され、外部端子９ａ，９ｂの下端と金属層２ａ，２ｂとの間を導電接続する第１接合材４ａ，４ｂと、を備える。【選択図】図１８

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の内部における絶縁回路基板と外部端子との接続方法として特許文献１には、金属層の表面上に外部端子の底面をはんだ等の接合材を介して直接接合する技術が開示されている。また特許文献２には、金属層そのものではないが絶縁層に穴を設ける技術が開示されている。特許文献３、特許文献４及び特許文献５には、金属層に外部端子の最大径未満の溝幅の部分を備えた凹部を形成し、形成された凹部に外部端子を圧入する技術がそれぞれ開示されている。

また特許文献６には金属層に断面形状で段差が表れる側壁を有する穴を設け、設けられた穴に嵌合するように先端形状が加工された外部端子を嵌め込み或いは圧入して自立させる構造が開示されている。また特許文献７には金属層に設けられた穴に先端が尖った外部端子又は側壁に段差が設けられた外部端子を挿し込み或いは圧入して自立させる構造が開示されている。

また特許文献８には金属層に凹部を設け、凹部の内側にはんだを介して外部端子の下端を落とし込んで接続する技術が開示されている。また特許文献９には、プリント回路基板に外部端子の径より大きな径を有して形成されたスルーホールを形成し、形成されたスルーホールに外部端子を挿入し、外部端子とスルーホール間をはんだ接合して外部端子をプリント回路基板に支持させる技術が開示されている。

しかし特許文献１の場合、外部端子は主に底面でのみ金属層と接合するため、接合強度が非常に小さくなる。接合強度を補強するため、外部端子の下端の外周面にはんだ等のフィレットを付加的に設けようとするとはんだ量が増え、濡れ広がり領域が大きくなるという懸念がある。濡れ広がり領域が大きくなるとはんだが近傍の半導体チップ接合用の別のはんだと接触し、半導体チップ接合用はんだが外部端子接合用はんだに吸引され、半導体チップが規定の位置から変位して不具合が生じる場合がある。半導体チップの変位を回避するためには、外部端子接合用はんだの濡れ広がり領域が半導体チップ接合用はんだから十分に分離されるように金属層の面積を大きく確保する必要があるが、全体として半導体装置が大きくなるという懸念がある。

また特許文献２〜７の場合、外部端子と穴又は凹部との嵌合のみによって確実に接合する必要がある。そのため高精度の機械加工による、金属層への穴開けや外部端子の先端加工処理が必要になることから、加工処理の負担が大きくなる。また穴開け加工の際には、金属層の下側の絶縁板を傷つけないための更なる調整が必要になるため、コストが嵩むという懸念がある。

また特許文献８の場合、下側では外部端子と金属層との間に一定の接合力が実現されるものの、上側ではプリント回路基板と外部端子との間に隙間が存在することから、全体として半導体装置の曲げ強度が弱いという懸念がある。また特許文献９の場合、外部端子とプリント回路基板との間にはんだを設けるプロセスが別途必要になるため、組み立て作業が煩雑になるという懸念がある。また外部端子の下端では金属層の上面上に直接はんだが設置されているためはんだが濡れ広がり易くなり、はんだの設置面積が増加することに起因して半導体装置の面積が大きくなるという懸念がある。

特開２０１３−１２５８０４号公報 特表２００９−５４５１８０号公報 特開２０１３−１０２１１２号公報 特開２０１６−１５４２５８号公報 国際公開第２０１４／０６１２１１号 特許第４５７００９２号公報 米国特許第８５８６４２０号公報 特開２０１２−１２９３３６号公報 特開２０１０−１６５７６４号公報

本発明は上記した問題に着目して為されたものであって、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置のある態様は、凹部を有する金属層、及びこの金属層が上面上に設けられた絶縁板を備えた絶縁回路基板と、凹部の開口部の幅より狭い幅の下端を有し、該下端が凹部に挿入された外部端子と、外部端子を直接支持するプリント回路基板と、凹部の内側に配置され、外部端子の下端と金属層との間を導電接続する第１接合材と、を備えることを要旨とする。

また本発明に係る半導体装置の製造方法のある態様は、棒状の外部端子を直接支持するプリント回路基板を準備する工程と、絶縁板の上に配置した金属層に開口部を有する凹部を形成した絶縁回路基板を準備する工程と、凹部の内側に第１接合材を配置する工程と、プリント回路基板に支持された外部端子を凹部内の第１接合材に接触するようにプリント回路基板を絶縁回路基板に近づける工程と、を含むことを要旨とする。

本発明によれば、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成の概略を模式的に説明する断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成の概略を模式的に説明する斜視図（鳥瞰図）である。 図３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成の概略を底面側から見て模式的に説明する斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の内部構成の概略を模式的に説明する分解斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する分解斜視図である（その１）。 図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する平面図である（その２）。 図８中のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する平面図である（その３）。 図９中のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する平面図である（その４）。 図１１中のＣ−Ｃ方向から見た断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する平面図である（その５）。 図１３中のＤ−Ｄ方向から見た断面図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する断面図である（その６）。 図１６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する断面図である（その７）。 図１７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する断面図である（その８）。 図１８は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する断面図である（その９）。 図１９は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を、外部端子の周囲を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である（その１０）。 図２０は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を、外部端子の周囲を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である（その１１）。 図２１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を模式的に説明する斜視図である（その１２）。 図２２は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。 図２３は、本発明の実施の形態の第２変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。 図２４は、本発明の実施の形態の第３変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。 図２５（ａ）は、本発明の実施の形態の第４変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。図２５（ｂ）は、本発明の実施の形態の第５変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。図２５（ｃ）は、本発明の実施の形態の第６変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。図２５（ｄ）は、本発明の実施の形態の第７変形例に係る半導体装置の外部端子及び絶縁回路基板の接続部分の概略を部分的に拡大して模式的に説明する断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。

−半導体装置−
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、図１に示すように、２個の半導体モジュールが並列接続されることにより大容量化が図られている、いわゆる２ｉｎ１型のパワー半導体装置である。並列接続された２個の半導体モジュールの周囲は樹脂封止され、封止樹脂２０により電気的に周囲と絶縁されている。

左側の半導体モジュールは、絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）と、絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）の上に立てて設けられた複数の棒状の外部端子９ａ，９ｂとを備える。右側の半導体モジュールも同様に、絶縁回路基板（１ｂ，２ｃ〜２ｅ，３ｂ）と、絶縁回路基板（１ｂ，２ｃ〜２ｅ，３ｂ）の上に立てて設けられた複数の棒状の外部端子とを備える。半導体装置の内部で、２枚の絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ），（１ｂ，２ｃ〜２ｅ，３ｂ）の上にはプリント回路基板２８（８，１４，１５）が設けられている。

一方、半導体装置の外側では、図２に示すように、外部端子９ａ，９ｂの上端は封止樹脂２０の外側に突出して部分的に露出している。外部端子９ａ，９ｂには、半導体装置と半導体装置に接続される外部装置との間で出力電流や測定電流等が流れる。例えば、半導体チップとしてＩＧＢＴが用いられ、複数のＩＧＢＴが順方向に直列に接続された半導体装置の場合、外部端子９ａは、一方のＩＧＢＴのエミッタ電極と他方のＩＧＢＴのコレクタ電極とを接続する配線に接続された出力端子として使用できる。また外部端子９ｂは、一方のＩＧＢＴのエミッタ電極に電気的に接続したエミッタ側接続端子として使用できる。図２中で外部端子９ｂの右側に位置し、外部端子９ａ及び外部端子９ｂと同一直線上に位置する外部端子は、他方のＩＧＢＴのコレクタ電極に電気的に接続したコレクタ側接続端子として使用できる。またコレクタ側接続端子をなす外部端子の更に右側で同一直線上に位置する２本の外部端子は、ゲート信号用制御端子及びエミッタ信号用端子としてそれぞれ使用できる。

また図２中に示した半導体装置の上面上には、全部で１０本の外部端子の先端が示されている。一点鎖線で示す半導体装置の中心線の右側には外部端子９ａ及び外部端子９ｂを含む５本の外部端子が同一直線上に配置されている。一方、中心軸線の左側には下側の５本の外部端子とそれぞれ対をなすように、別の５本の外部端子が同一直線上に配置されている。

また図３に示すように、半導体装置の下面側には、絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）の放熱板３ａの主面が露出している。露出した放熱板３ａの主面は、放熱用ベースレス構造の半導体装置における放熱面として機能する。

次に図１、図４及び図５を参照して半導体装置の内部構造について具体的に説明する。図１に示したように、左側の半導体モジュールの絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）は、例えばセラミクス等の絶縁板１ａと、絶縁板１ａの上面上に成膜された主金属層２ａ及び副金属層２ｂと、絶縁板１ａの下面上に成膜された放熱板３ａとを有する。また右側の半導体モジュールにおいても左側の半導体モジュールと同様に、絶縁回路基板（１ｂ，２ｃ〜２ｅ，３ｂ）は、絶縁板１ｂと、主金属層２ｂ及び副金属層２ｃ，２ｄ，２ｅと、放熱板３ｂとを有する。図１中の右側の半導体モジュールは、副金属層の個数及び外部端子の本数が異なる点が左側の半導体モジュールと異なり、他の同名の部材は等価な構造を有する。２個の半導体モジュールは類似の構造を有するため、以下、図１中の左側の半導体モジュールを主に用いて説明する。

図１中の左側の半導体モジュールの絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）の主金属層２ａ、副金属層２ｂ及び放熱板３ａはいずれも銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等であり、例えば１ｍｍ程度〜１．５ｍｍ程度の厚みを有する。絶縁板１ａ、主金属層２ａ及び副金属層２ｂを含む絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）としては、直接銅接合（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ，ＤＣＢ）法で作製されたＤＣＢ基板や、活性金属ろう付け（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ，ＡＭＢ）プロセスで作製されたＡＭＢ基板等が採用できる。本発明の実施の形態に係る半導体装置では、ＤＣＢ基板を例示的に用いる。

主金属層２ａ及び副金属層２ｂは半導体装置の回路パターンであり、主金属層２ａ及び副金属層２ｂには外部端子９ａ，９ｂのそれぞれに対応して凹部２１ａ，２１ｂが設けられている。それぞれの凹部２１ａ，２１ｂの内側には、はんだ等の第１接合材４ａ，４ｂが配置されている。

外部端子９ａ，９ｂは円柱状の導電部材であり、回路パターンのそれぞれの凹部２１ａ，２１ｂに下端が挿し込まれた状態で、導電性を有する第１接合材４ａ，４ｂを介して主金属層２ａに固着されている。外部端子９ａ，９ｂは絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）の主面に垂直に上側に延びるように立てて設けられている。外部端子９ａ，９ｂは、第１接合材４ａ，４ｂを介して主金属層２ａ及び副金属層２ｂに形成されている回路パターンと導電接続されている。

外部端子９ａ，９ｂの径は、０．５ｍｍ程度以上、１．５ｍｍ程度以下であることが好ましく、例えば１．０ｍｍ程度に設定できる。径が０．５ｍｍ未満の場合インダクタンスが増える懸念がある。径が１．５ｍｍを超えると大きくなり過ぎて、はんだ等を介して他の部材と接合することが困難になる。

図１に示すように、第１接合材４ａ，４ｂは、外部端子９ａ，９ｂの下端の底面及び外周面に付着して十分な接合強度を達成できるように、凹部２１ａ，２１ｂの内側に配置される量が制御されている。同時に第１接合材４ａ，４ｂの量は、第１接合材４ａ，４ｂが主金属層２ａ及び副金属層２ｂの上面上へ広がることなく、凹部２１ａ，２１ｂの内側に留まるように制御されている。

プリント回路基板２８（８，１４，１５）は、絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）と同様に、絶縁基板８と、絶縁基板８の上面上に設けられた上側回路パターン１４と、絶縁基板８の下面上に設けられた下側回路パターン１５とを有する３層構造である。上側回路パターン１４及び下側回路パターン１５はいずれも金属等の導電性膜である。プリント回路基板２８（８，１４，１５）には、外部端子９ａ，９ｂと同径或いは僅かに小さい径を有する円形状の端子用貫通孔８ａ，８ｂが、それぞれ対応する外部端子９ａ，９ｂと同軸で設けられている。プリント回路基板２８（８，１４，１５）には、１０本の外部端子に応じた１０個の端子用貫通孔が設けられている。

図１中、絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）上の左側の外部端子９ａは外部端子９ａの上の端子用貫通孔８ａに挿通され、右側の外部端子９ｂは外部端子９ｂの上の端子用貫通孔８ｂにそれぞれ挿通されている。外部端子９ａ，９ｂは、プリント回路基板２８（８，１４，１５）との間では端子用貫通孔８ａ，８ｂとのみ接触し、端子用貫通孔８ａ，８ｂから圧迫固定されることで支持されている。

一方、図１中の右側の半導体モジュールにおいても左側の半導体モジュールと同様に、複数の外部端子は、それぞれ対応する端子用貫通孔を介してプリント回路基板２８（８，１４，１５）に圧迫され支持されている。１０本の外部端子は、下端が絶縁回路基板の１０個の凹部にそれぞれ第１接合材を介して固着されると共に、下端より上側の一部ではプリント回路基板２８（８，１４，１５）の１０個の端子用貫通孔によってそれぞれ直接支持されることにより、半導体モジュール全体の強度が高められている。

また図１中の左側の絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）の主金属層２ａの上には、はんだ等の第２接合材５を介して、パワー半導体素子としての複数の半導体チップが主金属層２ａに電気的に接続して設けられている。以下、図１中の絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）の右側の外部端子９ｂと重なって示される半導体チップ６を代表として用いて説明し、他の半導体チップの符号の付記は省略する。パワー半導体素子としては、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）、ダイオード等がある。

半導体チップ６上には第３接合材７を介して、第１インプラントピン１０ａが半導体チップ６と電気的に接続して設けられている。また回路パターンを形成する主金属層２ａ及び副金属層２ｂの上の半導体チップ６以外の領域には、はんだ等の金属層上ピン用接合材を介して、主金属層２ａ及び副金属層２ｂに接続される第２インプラントピンが設けられる。図１中には副金属層２ｂの上に設けられた金属層上ピン用接合材１１及び第２インプラントピン１０ｂが例示されている。

複数の第１インプラントピン及び第２インプラントピンは、絶縁回路基板（１ａ，２ａ，２ｂ，３ａ）とプリント回路基板２８（８，１４，１５）とを電気的に接続する導電性部材である。本明細書では、半導体チップと接続される複数の第１インプラントピンのうち、半導体チップ６上の第１インプラントピン１０ａを代表として用いて説明する。また回路パターンと接続される複数の第２インプラントピンのうち、外部端子９ｂの右側に１本空けて位置する第２インプラントピン１０ｂを代表として用いて説明する。他の第１インプラントピン及び第２インプラントピンの符号の付記は省略する。

図４中の最上段に示すように、複数の外部端子９ａ，９ｂ、第１インプラントピン１０ａ及び第２インプラントピン１０ｂは、プリント回路基板に埋め込まれて直接支持されている。以下、複数の外部端子９ａ，９ｂ、第１インプラントピン１０ａ及び第２インプラントピン１０ｂが支持されたプリント回路基板を「インプラントプリント回路基板（インプラントプリント回路基板Ｇ１）」と称する。

図４中の最下段の一対の絶縁回路基板Ｇ６のうち左側の絶縁回路基板は図１中の左側の絶縁回路基板を示し、上面から見てほぼＴ字状の主金属層２ａと、主金属層２ａの近傍に設けられ上面から見てほぼ矩形状の２個の副金属層２ｂ，２ｆとを有する。主金属層２ａの上面でＴ字の横棒部分の両端の位置には、上側から外部端子９ａが挿し込まれる凹部２１ａを含む２個の凹部が設けられている。

２個の副金属層２ｂ，２ｆは、主金属層２ａのＴ字の縦棒部分の領域を縦棒の両側から挟み込むように縦棒に対して対称的に、主金属層２ａから離間して配置されている。２個の副金属層２ｂ，２ｆのそれぞれの上面には、外部端子が挿し込まれる凹部が１個ずつ設けられている。

一対の絶縁回路基板Ｇ６のうち右側の絶縁回路基板は図１中の右側の絶縁回路基板を示し、上面から見てほぼＴ字状の主金属層２ｃと、主金属層２ｃの近傍に設けられ上面から見てほぼ矩形状の４個の副金属層２ｄ，２ｅ，２ｇ，２ｈとを有する。主金属層２ｃの上面でＴ字の横棒部分の両端の位置には、上側から外部端子が挿し込まれる２個の凹部が設けられている。

４個の副金属層２ｄ，２ｅ，２ｇ，２ｈは、主金属層２ｃのＴ字の縦棒部分の領域を縦棒の両側から２個ずつで挟み込むように、縦棒に対して対称的に、主金属層２ｃ及び隣接する副金属層から離間して配置されている。４個の副金属層２ｄ，２ｅ，２ｇ，２ｈのそれぞれの上面には、外部端子が挿し込まれる凹部が１個ずつ設けられている。

また図４中の上から３段目の半導体チップ群Ｇ３に含まれる半導体チップ６の上面上には、第３接合材７が接合される予定位置としての第１ピン接合予定位置２６が点線で楕円状に例示されている。第３接合材７は、図４中の上から２段目のピン用接合材群Ｇ２に含まれる。また一対の絶縁回路基板Ｇ６のうち左側の絶縁回路基板の主金属層２ａの上面上には、半導体チップ６が接合されるチップ搭載予定位置２２が点線で矩形状に例示されている。また絶縁回路基板の副金属層２ｂの上面上には、金属層上ピン用接合材１１が接合される予定位置としての第２ピン接合予定位置２７が点線で例示されている。

すなわち半導体チップ６は、一対の絶縁回路基板Ｇ６のうち左側の絶縁回路基板の副金属層２ｂの上面上のチップ搭載予定位置２２に、第２接合材群Ｇ４に含まれる第２接合材５を介して重なり合って搭載される。また半導体チップ６の上面上の第１ピン接合予定位置２６に、第１インプラントピン１０ａが第３接合材７を介して接合される。また絶縁回路基板の副金属層２ｂの第２ピン接合予定位置２７上に、金属層上ピン用接合材１１ａを介して第２インプラントピン１０ｂの下端が接合される。そして絶縁回路基板の凹部２１ａ，２１ｂの内側に、第１接合材群Ｇ５に含まれる第１接合材４ａ，４ｂが配置される。

図５に示すように、外部端子９ｂが挿し込まれる凹部２１ｂは、断面形状が台形を上下逆にした形状である。凹部２１ｂの開口が円形の場合は、凹部２１ｂは円錐台形を上下逆にした形状である。凹部２１ｂの側壁は傾斜面を有する。傾斜面の幅ｗと深さｄの比は、第１接合材の量の抑制と接合力を考慮して、０．３：１．０に設定されている。凹部２１ｂの底は、凹部２１ｂの周囲の厚みより薄い副金属層２ｂの上面である。凹部２１ｂの開口部の幅Ｒ２には、開口部の高さにおける外部端子９ｂの最大幅Ｒ１に、設定された位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）が加えられている。すなわち開口部の幅Ｒ２は位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）の分、底の幅Ｒ３より長い。

位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）は、組み立て時に半導体装置の備える１０本の外部端子の下端を対応する凹部に差し込む際、すべての外部端子の下端が同時に確実に挿し込まれるように設定された値である。位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）は、０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、外部端子の開口部の最大幅Ｒ１としての径が１．０ｍｍ程度の場合、位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）は１．０ｍｍ程度に設定でき、凹部の開口部の幅Ｒ２は２．０ｍｍ程度になる。

位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）が０．５ｍｍ未満の場合、幅が狭すぎて位置ずれ調整を十分に実施できない。位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）が３ｍｍを超えると隙間が大きく主金属層及び副金属層の上面の面積が増えすぎて、半導体装置が大きくなる。すなわち金属層全体の面積が、特許文献１で説明したような、金属層の平坦な上面上にはんだを介して外部端子を立てた際の外部端子の周囲のはんだの濡れ拡がり領域の面積とほぼ同程度になる懸念がある。

本発明の実施の形態に係る半導体装置によれば、外部端子の下端より上側では、プリント回路基板の端子用貫通孔に圧入され、プリント回路基板から加えられる圧迫力によって堅固に直接支持される。一方、外部端子の下端では、主金属層及び副金属層側に設けられた凹部の内側で、外部端子の下端の底面及び外周面が第１接合材により強固に固められる。よって第１接合材を用いない場合より半導体装置の曲げ強度が大きいことは勿論、外部端子の下端面だけを金属層の上面上に接合する場合より、強度を遥かに高められる。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置では、凹部の内側に留まるように第１接合材の量が制御されるため、主金属層及び副金属層上ではんだ等の第１接合材が過剰に濡れ広がることが回避される。そのため外部端子と、外部端子の近傍の半導体チップとの間ではんだ同士が接触することを防止し、外部端子及び半導体チップ間の距離を短縮できる。そのため主金属層及び副金属層の面積を全体的に小さく抑制できるので、半導体装置を小型化して安価に提供できる。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置では、凹部の傾斜面の幅と深さの比が０．３：１．０に設定されている。そのため第１接合材の量を必要最小限に抑えると共に凹部の外側への拡がりを抑え、かつ、外部端子と金属層との間での十分な接合力を実現できる。

−半導体装置の製造方法−
次に本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図６〜図２１を用いて説明する。まず図６に示すように、複数の外部端子、第１インプラントピン及び第２インプラントピンを支持するための貫通孔が形成されたプリント回路基板２８（８，１４，１５）を用意する。外部端子９ａ，９ｂは端子用貫通孔８ａ，８ｂに挿し込まれ、第１インプラントピン１０ａは第１ピン用貫通孔１８ａに挿し込まれ、第２インプラントピン１０ｂは第２ピン用貫通孔１８ｂにそれぞれ挿し込まれる。そして図７に示すように、すべての外部端子、第１インプラントピン及び第２インプラントピンをそれぞれ対応する貫通孔にそれぞれ圧入して、インプラントプリント回路基板を準備する。

外部端子９ａ，９ｂは端子用貫通孔８ａ，８ｂに圧入されプリント回路基板２８（８，１４，１５）に直接支持されるので、外部端子同士の間隔（以下「相対的位置」という。）の設計値に対する精度は、端子用貫通孔のパターニング精度に依存することになる。図８に示すように、外部端子９ａ，９ｂ、第１インプラントピン１０ａ及び第２インプラントピン１０ｂは、それぞれのプリント回路基板２８（８，１４，１５）の下面から一定の突出長さ（圧入量）を有して支持される。

次に図９及び図１０に示すように、絶縁板１ａ，１ｂの上面上に平坦な金属板２ｐ１，２ｐ２を有すると共に下面上に平坦な放熱板３ａ，３ｂを有するＤＣＢ基板を絶縁回路基板として２枚用意する。次に図１１及び図１２に示すように、平坦な金属板２ｐ１，２ｐ２から主金属層２ａ，２ｃ及び副金属層２ｂ，２ｃ〜２ｅが分離形成され回路パターンをなすように、それぞれの絶縁回路基板にエッチング処理を施す。次に主金属層２ａ，２ｃ及び副金属層２ｂ，２ｃ〜２ｅが形成されたそれぞれの絶縁回路基板に対して、所定の凹部形成用のマスクを用いて再度エッチングを実施し、図１３及び図１４に示すように凹部２１ａ，２１ｂを形成する。

平坦な金属板２ｐ１，２ｐ２から凹部２１ａ，２１ｂの形成までの２段階のエッチングにより、凹部２１ａ，２１ｂの深さを回路パターンの溝の深さと異ならせて、図１４に示すように凹部２１ａ，２１ｂの底に薄い金属層を残存させることが可能になる。凹部２１ａ，２１ｂは、外部端子９ａ，９ｂが凹部２１ａ，２１ｂに挿入された際の開口部の高さにおける外部端子９ａ，９ｂの最大幅に、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定された位置ずれ調整値が加えられた開口部の幅を有するように掘られる。図９〜図１４を用いて説明した工程により、インプラントプリント回路基板と共に組み立てられる絶縁回路基板が準備される。

次に図１５に示すように、絶縁回路基板の凹部２１ａ，２１ｂの内側にクリームはんだ等の第１接合材４ａ，４ｂを配置する。次に図１６に示すように、絶縁回路基板の主金属層２ａの上面上のチップ搭載予定位置２２に、第２接合材５を介して半導体チップ６を搭載する。

次に図１７に示すように、搭載された半導体チップ６の上面上の第１ピン接合予定位置２６に、第３接合材７を設けると共に、副金属層２ｂの上面上の第２ピン接合予定位置２７に、金属層上ピン用接合材１１を設ける。第２接合材５、第３接合材７及び金属層上ピン用接合材１１としてはいずれもクリームはんだ等を使用できる。そしてインプラントプリント回路基板を、下側の２枚の絶縁回路基板に近付け、外部端子９ａ，９ｂをそれぞれ対応する凹部２１ａ，２１ｂに落とし込む。

図１８に示すように、外部端子９ａ，９ｂの落とし込みにより、外部端子９ａ，９ｂの下端が凹部２１ａ，２１ｂの内側で、下端面が凹部２１ａ，２１ｂの底から離間して、第１接合材４ａ，４ｂにそれぞれ接触する。第１インプラントピン１０ａの下端は半導体チップ６上の第３接合材７に、また第２インプラントピン１０ｂの下端が副金属層２ｂ上の金属層上ピン用接合材１１にそれぞれ接触する。

ここでインプラントプリント回路基板の絶縁回路基板への落とし込み動作及びインプラントプリント回路基板の絶縁回路基板からの高さについて説明する。例えば機械加工等により主金属層及び副金属層に複数の凹部を、深さを一定に揃えて精度よく形成できる場合には、
（外部端子の圧入量）−（凹部の深さ）
の値をインプラントプリント回路基板の初期高さとして設定できる。

得られた高さの値を、インプラントプリント回路基板を支持して上下方向に移動させる落とし込み用の冶具に対して、冶具に接続された高さ制御装置を介して入力すれば、高さ精度確保用のダミーピン等の位置決め部材を別に用いる必要がなくなる。そして外部端子を凹部に差し込む処理の際、外部端子の下端面が凹部の底に接触するまで外部端子を差し込む。

また得られたインプラントプリント回路基板の高さから第１インプラントピン１０ａの圧入量を減じれば、半導体チップ上に配置するべきチップ上ピン接合材の厚さを算出できる。またインプラントプリント回路基板の高さから第２インプラントピン１０ｂの圧入量を減じれば、金属層上に配置するべき金属層上ピン接合材の厚さを算出できる。

但し、外部端子の下端面が凹部の底に密着する場合には外部端子の下端面側に付着する第１接合材の量が減少する。そのため接合力を考慮して、インプラントプリント回路基板の初期高さを補正してもよい。例えば、外部端子の下端面が凹部の底に接触するまで外部端子を差し込んだ後、下端を凹部の内側で一定量引き揚げ、下端面と底との間に第１接合材が存在するように隙間を設けて接合力を高めてもよい。

特に外部端子を作製する際、外部端子の下端面に大小様々な複数のばり等が形成されることにより下端面が荒れ、微細な視点で見ると、下端面が平坦でない場合がある。通常、下端面の荒れは外部端子ごとに微小に異なるため、凹部に差し込む外部端子の下端面の高さは僅かずつ異なる。そのため複数の凹部の深さが精度よく形成できたとしても、それぞれの凹部に差し込んだ外部端子の下端面の形状の荒れによって、半導体モジュール全体として水平にならない懸念がある。よって外部端子の下端面が底から浮くように下端を凹部の内側で一定量引き揚げることにより、こうした懸念を解消することができる。

一方、エッチング等により凹部を形成する場合のように、複数の凹部を深さを一定に揃えて精度よく形成できない場合、まず第１インプラントピンの圧入量及びチップ上ピン接合材の厚さを決定する。或いは第２インプラントピンの圧入量及び金属層上ピン接合材の厚さを決定する。そして、
（第１インプラントピンの圧入量）＋（チップ上ピン接合材の厚さ）、又は、
（第２インプラントピンの圧入量）＋（金属層上ピン接合材の厚さ）
の値をインプラントプリント回路基板の高さとして算出する。

そして得られた高さの値をインプラントプリント回路基板の落とし込み用の冶具に接続された高さ制御装置を介して入力する。尚、第１インプラントピン及び第２インプラントピンの圧入量、チップ上ピン接合材及び金属層上ピン接合材の厚さ等が正確に算出できないような場合には、高さ精度確保用のダミーピン等を半導体モジュールに組み込んで使用することもできる。そして外部端子を凹部に差し込む処理の際には、外部端子の下端面が凹部の底に接触しないように底から一定距離離間させればよい。以下、図１８に示した状態に連続する半導体装置の製造方法の説明を続ける。

次に第１接合材４ａ，４ｂ、第２接合材５及び第３接合材７を同時に加熱して液状化する。ここで図１９に示すように、半導体チップ６及び第１インプラントピン１０ａの接合位置が、設定される最適接合位置１６に十分に重なり合わない場合がある。具体的には、例えばプリント回路基板２８（８，１４，１５）に外部端子９ｂを支持するための端子用貫通孔を形成する際、加工装置の振動や加工時にプリント回路基板２８（８，１４，１５）を支持する支持装置の傾き等により、端子用貫通孔の位置が設計上の位置から僅かにずれる場合がある。また絶縁回路基板の金属層にエッチングにより凹部を設ける場合に、凹部の位置が設計上の位置から僅かにずれる場合もある。

図１９に示すように、第１接合材４ｂ、第３接合材７及び金属層上ピン用接合材１１はいずれも加熱により液状化され、流動性が向上している。そのため外部端子９ｂが凹部２１ｂの内側の隙間内で移動可能になる。また外部端子９ｂと一体的にプリント回路基板２８（８，１４，１５）に支持されている第１インプラントピン１０ａ及び第２インプラントピン１０ｂも、外部端子９ｂが移動可能な範囲内で水平方向に移動可能になる。

液状化した第１接合材４ｂ、第３接合材７及び金属層上ピン用接合材１１には表面張力の作用が生じる。そのため図２０に示すように、第１インプラントピン１０ａは半導体チップ６に向かって近接するように微小に移動する。すなわち半導体チップ６及び第１インプラントピン１０ａの間隔（相対的位置）が最小化されるように自己整合的に調整される。

第２接合材５の融点が、第１接合材４ｂ、第３接合材７及び金属層上ピン用接合材１１の融点以下の場合、第２接合材５も同時に液状化される。そのため第１インプラントピン１０ａだけでなく半導体チップ６も水平方向に移動可能になる。よって半導体チップ６及び第１インプラントピン１０ａの相互移動により、相対的位置の自己整合的な調整は更に強化される。

次に図２１に示すように、第１接合材４ａ，４ｂ、第２接合材、第３接合材及び金属層上ピン用接合材を冷却して固化すれば、インプラントプリント回路基板と２枚の絶縁回路基板との一体化が完了する。そして図２１に示した半導体モジュールの周囲を樹脂等の絶縁材料で封止すれば、図１に示した半導体装置を製造することができる。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、外部端子がはんだ等を介在させずにプリント回路基板の端子用貫通孔によって直接堅固に支持される。そのためインプラントプリント回路基板と絶縁回路基板とを組み立てる際に、はんだ処理等の負担がなく、組み立て性に優れる。また組み立て時、接合部に負荷される応力に対する抵抗力が高められるため、容易に組み立てが可能である。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置は、放熱板の下面が露出した放熱用ベースレス構造である。そのため半導体装置をトランスファー成形等により一体成形する際には、露出した放熱板の下面と放熱板の反対側に位置する外部端子の上端とをそれぞれ支持装置に同時に接触させて力を負荷し、半導体モジュールを上下から挟み込んで圧迫固定する必要が生じる。本発明の実施の形態に係る製造方法によれば、外部端子、プリント回路基板及び絶縁回路基板が互いに堅固に一体化されるため、一体成形時の応力に対しても抵抗力が高い。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、主金属層及び副金属層を形成するエッチングと凹部を形成するエッチングとを２段階に分けて別々に行うことにより、凹部の形状や寸法の精度をより高めて凹部を形成できる。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、凹部の開口部の幅には、開口部の高さにおける外部端子の最大幅に、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定された位置ずれ調整値が加えられ、開口部と外部端子との間に隙間が形成される。そのため複数の外部端子をそれぞれ対応する複数の凹部に一度に差し込む場合であっても、位置ずれを吸収することができ、半導体装置を効率よく組み立てることができる。

またプリント回路基板の端子用貫通孔の位置すなわち外部端子のプリント回路基板中の絶対位置に関して、実際の位置と設計上の位置との間でずれが生じた場合でも、凹部の隙間によりずれが吸収される。そのため外部端子を１本１本、相対的位置を設定値に従いながら金属層の上に立てるような高精度な位置決め処理が不要になる。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、凹部は、凹部の開口部の幅が底の幅より長い広幅であるため、開口部の縁の角は断面形状で鈍角に形成される。よって仮に凹部に蓄えられた第１接合材が開口部の縁まで到達せず、縁の角が露出した場合であっても、縁は半導体モジュールの内側に突出しない。そのため半導体モジュールを樹脂封止して半導体装置を一体成形する際に、縁の周囲で気泡が発生することを抑制し、半導体装置の品質劣化を防止できる。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、複数の凹部をエッチングを用いて形成するので、位置合わせや打ち抜き強度の制御等の負担が生じる機械加工の場合より、短時間で効率的かつ安価に製造できる。またスリーブ等の接合部材を必要としないので、全体として部材数の増加を抑制できる。

また本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、すべての外部端子、第１インプラントピン及び第２インプラントピンをプリント回路基板に支持させた状態で、第１接合材、第２接合材及び第３接合材を同時に液状化する。そして液状化を利用して外部端子、半導体チップ及び第１インプラントピンにそれぞれ移動性を具備させる。そのため半導体チップと第１インプラントピン及び第２インプラントピンとの相対的位置が自己整合的に調整され、接合位置を最適化することができる。

−第１変形例−
図５に示したように、本発明の実施の形態に係る半導体装置の絶縁回路基板の金属層に設けられる凹部は、側壁の傾斜面が下側に向かって細くなっている形状（テーパー状）であった。しかし図２２に示す第１変形例に係る半導体装置の場合のように、凹部２１ｂ１は、側壁の傾斜面が、下側に向かって拡がる逆テーパー状であって、底の幅Ｒ３が開口部の幅Ｒ２よりも長くてもよい。開口部の高さにおける外部端子９ｂの最大幅Ｒ１に、設定された位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）が加えられていれば、凹部２１ｂ１の開口部の幅Ｒ２は底の幅Ｒ３よりも短くてもよい。第１変形例に係る半導体装置の凹部２１ｂ１は、深さ方向及び水平方向の幅を制御するエッチングの実施等により形成できる。

但し、第１接合材が凹部の開口部の縁まで到達せず、縁の角が露出した場合を考慮して、半導体装置の一体成形時には、樹脂の注入量や注入速度を調節する等、気泡の発生を抑える処理を施すことがより好ましい。第１変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

第１変形例に係る半導体装置によっても、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置を実現できる。第１変形例に係る半導体装置の他の効果については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置の場合と同様である。

−第２変形例−
図２３に示すように、側壁が傾斜面を有する凹部２１ｂ２の断面形状は、深さ方向の中央の幅Ｒ４が、開口部の幅Ｒ２及び底の幅Ｒ３よりも長くてもよい。開口部の高さにおける外部端子９ｂの最大幅Ｒ１に、設定された位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）が加えられていれば、凹部２１ｂ２は球状であってもよい。第２変形例に係る半導体装置の凹部２１ｂ２もエッチング等により形成できる。第２変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

第２変形例に係る半導体装置によっても、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置を実現できる。第２変形例に係る半導体装置の他の効果については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置の場合と同様である。

−第３変形例−
図２４に示すように、外部端子９ｂ１の下端が、副金属層２ｂに向かって細くなっている形状（テーパー状）であってもよい。第３変形例における半導体装置の凹部２１ｂ３の場合、開口部の幅Ｒ２に、開口部の高さにおける外部端子９ｂ１の最大幅Ｒ１ａに、位置ずれ調整値（ΔＤ_Ｌ＋ΔＤ_Ｒ）が加えられている。また側壁の傾斜面の幅ｗ及び深さｄについても、図２４に示すように、０．３：１．０の比が成立する。第３変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

第３変形例に係る半導体装置によっても、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置を実現できる。また外部端子の下端の開口部の高さの径を縮小しつつ凹部の径も小さくすることにより、主金属層及び副金属層の面積を更に抑えて、半導体装置を小型化できる。さらに、外部端子９ａ，９ｂの下端の幅が、下端より上側の領域の幅より狭いので、外部端子９ａ，９ｂをプリント回路基板２８（８，１４，１５）の端子用貫通孔８ａ，８ｂに挿入しやすい。第３変形例に係る半導体装置の他の効果については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置の場合と同様である。

−第４変形例−
図５に示した凹部２１ｂの底は、凹部２１ｂの周囲の厚みより薄い副金属層２ｂの上面であった。しかし図２５（ａ）に示すように、凹部２１ｂ４の内側で金属層２ｂがすべて除去され、底が絶縁板１ａの上面であってもよい。第４変形例に係る半導体装置における凹部２１ｂ４は、例えばＤＣＢ基板の絶縁回路基板に対して、回路パターンのエッチングと凹部のエッチングとを同時に実施することにより、深さが回路パターンの溝と同じ深さの凹部２１ｂ４を形成できる。

この点、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、図９〜図１４を用いて説明したように、主金属層２ａ及び副金属層２ｂを形成するエッチングと凹部２１ａ，２１ｂを形成するエッチングとを２段階に分けて行った。しかし第４変形例の場合のように、主金属層２ａ及び副金属層２ｂを形成するエッチングと凹部２１ａ，２１ｂを形成するエッチングとを同時に実施してもよい。

すなわち図９及び図１０で示した状態の後、図１１及び図１２で示した状態が省かれ、図１３及び図１４で示した状態に移行する。ただし絶縁板１ａははんだ等の第１接合材との接着力に劣るため、図５で示した副金属層２ｂの一部のように、接着力に優れた層を堆積させる方が接合力の観点から好ましい。第４変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

第４変形例に係る半導体装置によっても、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置を実現できる。第４変形例に係る半導体装置の他の効果については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置の場合と同様である。

−第５変形例−
また絶縁回路基板として、絶縁板と金属層との間に、銀（Ａｇ）ロウ等を主材料とする接合層を介在させたＡＭＢ基板等を採用してもよい。図２５（ｂ）中には、絶縁板１ａと上側の副金属層２ｂとの間に上側接合層１２ａが設けられると共に、絶縁板１ａと下側の放熱板３ａとの間に下側接合層１２ｂが設けられた絶縁回路基板が例示されている。凹部２１ｂ５は、ＡＭＢ基板等に対して、凹部２１ｂ５の底の下に、凹部２１ｂ５の周囲の厚みより薄い副金属層２ｂが残存するように深さを制御したエッチングを実施すれば形成できる。第５変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

絶縁板と金属層との間に介在させた接合層を有する絶縁回路基板を用いた第５変形例に係る半導体装置によっても、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置を実現できる。第５変形例に係る半導体装置の他の効果については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置の場合と同様である。

−第６変形例−
また接合層を有する絶縁回路基板を用いた半導体装置においては、図２５（ａ）に示した第４変形例に係る半導体装置の凹部２１ｂ４のように、凹部の底が接合層の上面であってもよい。図２５（ｃ）に示すように、上側接合層１２ａ及び下側接合層１２ｂを有する絶縁回路基板を用いる第６変形例に係る半導体装置では、凹部２１ｂ６の底が上側接合層１２ａの上面である。

凹部２１ｂ６は、第５変形例の場合と同様に、接合層を有するＡＭＢ基板等を絶縁回路基板として用意し、絶縁回路基板に対して、上側接合層１２ａの上面が露出するまでエッチングを実施すれば形成できる。また機械加工やスクリーン印刷等により、予め回路パターン及び凹部２１ｂ６がパターニングされた金属層を用意し、この金属層を上側接合層１２ａのような接合層を介して絶縁板の上面上に貼り付けてもよい。第６変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

第６変形例に係る半導体装置によっても、絶縁回路基板、外部端子及びプリント回路基板間の接合力が高められ、且つ、組み立て性に優れた半導体装置を実現できる。第５変形例に係る半導体装置の他の効果については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置の場合と同様である。

−第７変形例−
また接合層を有する絶縁回路基板を用いた半導体装置においては、図２５（ａ）に示した第４変形例に係る半導体装置の凹部２１ｂ４のように、凹部の底が絶縁板の上面であってもよい。図２５（ｄ）に示すように、上側接合層１２ａ及び下側接合層１２ｂを有する絶縁回路基板を用いる第７変形例に係る半導体装置では、凹部２１ｂ７の底が絶縁板１ａの上面である。

凹部２１ｂ７は、第５変形例の場合と同様に、接合層を有するＡＭＢ基板等を絶縁回路基板として用意し、絶縁回路基板に対して、絶縁板１ａの上面が露出するまでエッチングを実施すれば形成できる。また機械加工やスクリーン印刷等により、予め回路パターン及び凹部２１ｂ７がパターニングされた金属層を用意し、この金属層を凹部２１ｂ７が露出するようにパターニングされた上側接合層１２ａのような接合層を介して絶縁板の上面上に貼り付けてもよい。第７変形例に係る半導体装置の他の構成については、図１〜図２１を用いて説明した半導体装置と等価である。

−その他の実施の形態−
本発明は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。

例えば、第２接合材の融点が、第１接合材及び第３接合材の融点より高くてもよい。第２接合材の融点が第１接合材及び第３接合材の融点より高いことにより、第１接合材及び第３接合材が同時に液状化している際に、第２接合材の固形状態が維持される。すなわち絶縁回路基板の主金属層上に半導体チップを先に搭載して接合した後、半導体チップの位置を固定したまま第１インプラントピンのみが移動可能になる。第１インプラントピンの移動のみによって半導体チップと第１インプラントピンとの相対的位置が自己整合的に調整されても、本発明の効果を得ることができる。

また図１５〜図１８を用いて説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、まず凹部に第１接合材を投入した後、上側からインプラントプリント回路基板に支持させた外部端子を凹部に挿入して、外部端子と第１接合材とを接触させた。しかし本発明に係る半導体装置の製造方法では、これに限定されず、インプラントプリント回路基板の準備が完了した後、凹部に第１接合材を投入することなく、インプラントプリント回路基板に支持された外部端子の下端にはんだ等の第１接合材を付着させることもできる。そして第１接合材の付着した外部端子の下端を凹部に挿入して、インプラントプリント回路基板と絶縁回路基板とを一体化してもよい。

また図１〜図２５で示した半導体装置の構造を部分的に組み合わせても本発明に係る半導体装置を実現できる。以上のとおり本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ａ，１ｂ 絶縁板
２ａ，２ｃ 主金属層
２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ 副金属層
２ｐ１，２ｐ２ 金属板
３ａ，３ｂ 放熱板
４ａ，４ｂ 第１接合材
５ 第２接合材
６ 半導体チップ
７ 第３接合材
８ 絶縁基板
８ａ，８ｂ 端子用貫通孔
９ａ，９ｂ 外部端子
９ｂ１ 外部端子
１０ａ 第１インプラントピン
１０ｂ 第２インプラントピン
１１ 金属層上ピン用接合材
１２ａ 上側接合層
１２ｂ 下側接合層
１４ 上側回路パターン
１５ 下側回路パターン
１６ 最適接合位置
１８ａ 第１ピン用貫通孔
１８ｂ 第２ピン用貫通孔
２０ 封止樹脂
２１ａ，２１ｂ 凹部
２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ３，２１ｂ４，２１ｂ５，２１ｂ６，２１ｂ７ 凹部
２０ａ，２０ｂ 取付孔
２２ チップ搭載予定位置
２６ 第１ピン接合予定位置
２７ 第２ピン接合予定位置
２８ プリント回路基板
Ｇ１ インプラントプリント回路基板
Ｇ２ ピン用接合材群
Ｇ３ 半導体チップ群
Ｇ４ 第２接合材群
Ｇ５ 第１接合材群
Ｇ６ 一対の絶縁回路基板

Claims (19)

1. 凹部を有する金属層、及び該金属層が上面上に設けられた絶縁板を備えた絶縁回路基板と、
   前記凹部の開口部の幅より狭い幅の下端を有し、該下端が前記凹部に挿入された外部端子と、
   前記外部端子を直接支持するプリント回路基板と、
   前記凹部の内側に配置され、前記外部端子の下端と前記金属層との間を導電接続する第１接合材と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記金属層の上に配置された第２接合材と、
   前記第２接合材の上に設けられた半導体チップと、
   前記プリント回路基板に支持されたピンと、
   前記半導体チップと前記ピンとの間に配置された第３接合材とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２接合材の融点が、前記第１接合材及び前記第３接合材の融点以上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. 前記凹部の開口部の幅には、該開口部の高さにおける前記外部端子の最大幅に、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定された位置ずれ調整値が加えられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記凹部の底が、前記凹部の周囲の厚みより薄い前記金属層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記凹部の底が、前記絶縁板と前記金属層との間に介在する接合層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記凹部の底が、前記絶縁板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記凹部の側壁は、傾斜面を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記凹部の開口部の幅が、前記凹部の底の幅よりも長いことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記傾斜面の幅と前記凹部の深さの比は、０．３：１．０であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記凹部の深さ方向の中央部の幅が、前記開口部の幅及び前記凹部の底の幅よりも長いことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
12. 前記外部端子の下端の厚さが、前記金属層に向かって細くなっていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
13. 棒状の外部端子を直接支持するプリント回路基板を準備する工程と、
    絶縁板の上に配置した金属層に開口部を有する凹部を形成した絶縁回路基板を準備する工程と、
    前記凹部の内側に第１接合材を配置する工程と、
    前記プリント回路基板に支持された前記外部端子を前記凹部内の前記第１接合材に接触するように前記プリント回路基板を前記絶縁回路基板に近づける工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 前記プリント回路基板を準備する工程は、前記外部端子及びピンが前記プリント回路基板に支持される工程であって、
    前記プリント回路基板を前記絶縁回路基板に近づける工程の前に、更に、前記金属層の上に第２接合材を介して半導体チップを搭載する工程と、
    前記半導体チップの上に第３接合材を配置する工程と、を順に含み、
    前記プリント回路基板を前記絶縁回路基板に近づける工程の際に前記ピンを前記第３接合材に接触させ、
    更に、前記第１接合材及び前記第３接合材を同時に液状化することで、前記半導体チップと前記ピンとの相対的位置が自己整合的に調整される工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記第１接合材及び前記第３接合材が同時に液状化している際、前記第２接合材の固形状態を維持することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記第１接合材、前記第２接合材及び前記第３接合材を同時に液状化することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記外部端子が前記凹部に挿入された際の前記凹部の開口部の高さにおける前記外部端子の最大幅に、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定された位置ずれ調整値を加えて前記凹部を形成することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記金属層において、前記凹部を形成するエッチングと回路パターンを形成するエッチングとを別々に行うことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
19. 前記金属層において、前記凹部と回路パターンとを同じエッチングにより同時に形成することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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