JP2020102543A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の小型化を図る。【解決手段】半導体装置は、絶縁体で構成された基板と、基板の一表面に設けられた第１導体膜と、第１電極と第２電極とを有し、第１電極が第１導体膜に接続された半導体素子と、内端部分と外端部分とを有し、内端部分が基板と半導体素子との間に位置して第２電極に接続された外部接続端子とを備える。外部接続端子は、内端部分と外端部分との間に位置するとともに、基板の前記一表面に接合された中間部分をさらに有する。外部接続端子の中間部分と基板との間の距離は、外部接続端子の内端部分と基板との間の距離よりも大きい。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置とその製造方法に関する。
特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、セラミック基板と、セラミック基板上に配置された半導体素子と、半導体素子から離れた位置で、基板上に接合された外部接続端子とを備える。外部接続端子は、セラミック基板上に設けられた導体膜（導体配線パターン）及びボンディングワイヤを介して、半導体素子と電気的に接続されている。
特開平０５−３４３５９１号公報
上記した半導体装置において、導体膜やボンディングワイヤを省略し、外部接続端子と半導体素子との間を直接的に接続すれば、半導体装置の小型化を図ることができる。しかしながら、外部接続端子と半導体素子との間が直接的に（あるいは小さなスペーサ等を介して）接続されていると、外部接続端子に加えられた外力が、外部接続端子を通じて半導体素子に伝達されやすく、半導体素子（あるいは、外部接続端子と半導体素子との間の接続部分）がダメージを受けるおそれがある。本明細書は、このような問題を低減又は解決し得る技術を提供する。
本明細書が開示する半導体装置は、絶縁体で構成された基板と、基板の一表面に設けられた第１導体膜と、第１電極と第２電極とを有し、第１電極が第１導体膜に接続された半導体素子と、内端部分と外端部分とを有し、内端部分が基板と半導体素子との間に位置して第２電極に接続された外部接続端子とを備える。外部接続端子は、内端部分と外端部分との間に位置するとともに、基板の前記一表面に接合された中間部分をさらに有する。外部接続端子の中間部分と基板との間の距離は、外部接続端子の内端部分と基板との間の距離よりも大きい。
上記した半導体装置では、外部接続端子の内端部分が、基板と半導体素子との間に位置している。従って、外部接続端子の内端部分を、半導体素子の第２電極へ直接的に（あるいは、小さなスペーサ等を介して）接続することができ、半導体装置の小型化を図ることができる。そして、外部接続端子の中間部分が、基板の一表面に接合されている。このような構成によると、外部接続端子の外端部分へ外力が加えられたときでも、その外力が外部接続端子の内端部分まで伝達され難くなることから、例えば半導体素子がダメージを受けることを回避又は抑制することができる。
加えて、外部接続端子の中間部分と基板との間の距離は、外部接続端子の内端部分と基板との間の距離よりも大きくなっている。このように、外部接続端子の中間部分と基板との間の距離が比較的に大きいと、当該中間部分と基板との間を接合するための構造を設計しやすく、両者を十分な強度で接合することができる。一方、外部接続端子の内端部分は、基板と半導体素子との間に位置することから、当該内端部分と基板との間の距離を比較的に小さくすることで、半導体装置の小型化を図ることができる。
本明細書は、半導体装置の製造方法も開示する。この製造方法は、例えば、上記した半導体装置を製造することができる。この製造方法は、第１電極と第２電極とを有する半導体素子の第２電極に、内端部分と外端部分とを有する外部接続端子の内端部分を接続する第１の工程と、半導体素子の第１電極に、絶縁体で構成された基板の一表面に設けられた第１導体膜を接続するとともに、外部接続端子の内端部分と外端部分との間に位置する中間部分を、基板の前記一表面に接合する第２の工程とを備える。第２の工程では、第２電極に接続された外部接続端子の内端部分が、基板と半導体素子との間に位置するとともに、外部接続端子の中間部分と基板との間の距離は、外部接続端子の内端部分と基板との間の距離よりも大きい。
上記した製造方法では、半導体素子の第２電極に、外部接続端子の内端部分を接続するときに、基板の導体膜やボンディングワイヤを介在させる必要がないので、半導体素子と外部接続端子との間で直接的に位置合わせをすることができる。これにより、半導体装置を精度よく製造することができる。一般に、半導体装置の小型化を図ると、必要とされる製造上の精度も高まるが、この製造方法によれば、そのような半導体装置を比較的に容易に製造することができる。
実施例の半導体装置１０の構造を模式的に示す断面図。 半導体装置１０の回路図。 第１絶縁回路基板２０の第１内側導体膜２４ａと第２内側導体膜２４ｂ示す平面図。 半導体装置１０の要部を拡大して示す図。 半導体装置１０の製造方法の一又は複数の工程を示す図。 半導体装置１０の製造方法の一又は複数の工程を示す図。 半導体装置１０の製造方法の一又は複数の工程を示す図。 一変形例の半導体装置１０Ａの要部を示す断面図。 他の一変形例の半導体装置１０Ｂの要部を示す断面図。 他の一変形例の半導体装置１０Ｃの要部を示す断面図。
本技術の一実施形態において、半導体装置は、第１導体膜と離れた位置で、基板の前記一表面に設けられた第２導体膜をさらに備えてもよい。この場合、外部接続端子の中間部分は第２導体膜に接合されていてもよい。このような構成によると、導電体で構成された外部接続端子を、絶縁体で構成された基板に対して容易に接合することができる。但し、他の実施形態として、外部接続端子の中間部分は、基板に対して直接的に接合されてもよい。
上記した実施形態において、外部接続端子の内端部分と基板との間の距離は、第２導体膜の厚みより小さくてもよい。このような構成によると、半導体装置のさらなる小型化を図ることができる。
上記した実施形態において、外部接続端子の内端部分の少なくとも一部は、基板と平行な方向において、第１導体膜と第２導体膜との間に位置してもよい。このような構成によると、半導体装置のさらなる小型化を図ることができる。
上記した実施形態において、外部接続端子の中間部分は、少なくとも一つの接合層（例えば、はんだ層）を介して、第２導体膜に接合されていてもよい。このような構成によると、外部接続端子と基板との間を強固に接合することができる。
本技術の一実施形態において、外部接続端子は、中間部分から内端部分までの間に、基板に向けて変位する変位部分をさらに有してもよい。このような構成によると、外部接続端子の外端部分へ外力が加えられたときに、例えば外部接続端子が変形することによって、その外力が外部接続端子の内端部分まで伝達され難い。
上記した実施形態において、変位部分の少なくとも一部は、中間部分の少なくとも一部であって、基板に接合されていてもよい。このような構成によると、外部接続端子と基板との間を強固に接合することができる。
本技術の一実施形態において、外部接続端子は、長手方向に沿って第１の厚みで形成された第１区間と、第１の厚みよりも大きい第２の厚みで形成された第２区間とを有してもよい。この場合、内端部分は第１区間に位置しており、外端部分は第２区間に位置していてもよい。このような構成によると、外部接続端子の内端部分が比較的に小さい厚みを有するので、半導体装置の小型化を図ることができる。一方、外部接続端子の外端部分は比較的に大きい厚みを有するので、外部の装置に接続される外部接続端子の剛性を高めることができる。
上記した実施形態において、外部接続端子の第２区間は、第１導体膜を介することなく、基板に対向してもよい。この場合、外部接続端子の第２区間と基板との間の距離は、第１導体膜の厚みより小さくてもよい。このような構成によると、半導体装置の大型化を抑制しつつ、外部接続端子の剛性を高めることができる。
本技術の一実施形態では、半導体装置が、絶縁体で構成されているとともに半導体素子を介して基板に対向する第２基板と、第２基板の一表面に設けられているとともに半導体素子の第３電極に接続されている第３導体膜とをさらに備えてもよい。この場合、外部接続端子の第２区間は、第３導体膜を介することなく、第２基板に対向してもよく、外部接続端子の第２区間と第２基板との間の距離は、第３導体膜の厚みより小さくてもよい。このような構成によると、一対の基板を有する半導体装置において、半導体装置の大型化を抑制しつつ、外部接続端子の剛性を高めることができる。
図面を参照して、実施例の半導体装置１０について説明する。半導体装置１０は、例えば電気自動車の電力制御装置に採用され、コンバータやインバータといった電力変換回路の少なくとも一部を構成することができる。ここでいう電気自動車は、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、モータに加えてエンジンを有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等を含む。
図１に示すように、半導体装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２を封止する封止体１４とを備える。封止体１４は、絶縁性の材料で構成されている。特に限定されないが、本実施例における封止体１４は、例えばエポキシ樹脂といった、封止用材料で構成されている。封止体１４は、概して板形状を有している。なお、本願に添付された図面では、図示明瞭化のために、封止体１４の断面に付されるべきハッチングが省略されている。
図１、図２に示すように、半導体素子１２は、パワー半導体素子であって、半導体基板１２ａと、複数の電極１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとを有する。複数の電極１２ｂ、１２ｃ、１２ｄには、電力回路に接続される上面電極１２ｂ及び下面電極１２ｃと、信号回路に接続される複数の信号電極１２ｄとが含まれる。特に限定されないが、半導体素子１２はスイッチング素子であり、上面電極１２ｂと下面電極１２ｃとの間を導通及び遮断することができる。上面電極１２ｂ及び複数の信号電極１２ｄは、半導体基板１２ａの一方の表面に位置しており、下面電極１２ｃは、半導体基板１２ａの他方の表面に位置している。複数の電極１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、特に限定されないが、アルミニウム、ニッケル、金といった金属を用いて構成されている。
ここで、半導体素子１２の上面電極１２ｂは、本技術における「第１電極」の一例であり、半導体素子１２の信号電極１２ｄは、本技術における「第２電極」の一例であり、半導体素子１２の下面電極１２ｃは、本技術における「第３電極」の一例である。
特に限定されないが、本実施例における半導体素子１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）構造１２ｅを有している。上面電極１２ｂは、ＩＧＢＴ構造１２ｅのエミッタに接続されており、下面電極１２ｃは、ＩＧＢＴ構造１２ｅのコレクタに接続されており、信号電極１２ｄは、ＩＧＢＴ構造１２ｅのゲートに接続されている。加えて、半導体素子１２は、ＩＧＢＴ構造１２ｅと並列に接続されたダイオード構造１２ｆを有している。上面電極１２ｂは、ダイオード構造１２ｆのアノードに接続されており、下面電極１２ｃは、ダイオード構造１２ｆのカソードに接続されている。なお、他の実施形態として、半導体素子１２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）構造を有してもよい。この場合、上面電極１２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ構造のソースに接続され、下面電極１２ｃは、ＭＯＳＦＥＴ構造のドレインに接続され、信号電極１２ｄは、ＭＯＳＦＥＴ構造のゲートに接続されている。
図１−図４に示すように、半導体装置１０は、第１絶縁回路基板２０をさらに備える。第１絶縁回路基板２０は、絶縁体で構成された第１絶縁基板２２と、第１絶縁基板２２の一方の表面２２ａに設けられた複数の内側導体膜２４ａ、２４ｂと、第１絶縁基板２２の他方の表面２２ｂに設けられた外側導体膜２６とを備える。複数の内側導体膜２４ａ、２４ｂには、第１内側導体膜２４ａと第２内側導体膜２４ｂとが含まれており、それらは互いに離間して位置している。それぞれの導体膜２４ａ、２４ｂ、２６は、ろう材を介して第１絶縁基板２２に接合されている。複数の内側導体膜２４ａ、２４ｂは、封止体１４の内部に位置しており、外側導体膜２６は、封止体１４の表面に露出している。これにより、第１絶縁回路基板２０は、封止体１４の内部の熱（特に、半導体素子１２の熱）を、封止体１４の外部へ放熱する放熱板としても機能する。
第１内側導体膜２４ａは、半導体素子１２の上面電極１２ｂに対向している。半導体素子１２の上面電極１２ｂは、はんだ層５２を介して第１内側導体膜２４ａに接合されている。これにより、半導体素子１２の上面電極１２ｂは、第１内側導体膜２４ａに対して、電気的に接続されている。また、半導体素子１２の上面電極１２ｂは、第１内側導体膜２４ａに対して、熱的にも接続されている。なお、上面電極１２ｂと第１内側導体膜２４ａとの間は、はんだ層５２に限られず、導電性を有する他の種類の接合層を介して接合されてもよい。また、上面電極１２ｂと第１内側導体膜２４ａとの間には、例えば導体スペーサといった他の部材が、必要に応じて介挿されてもよい。
ここで、第１絶縁基板２２は、本技術における「基板」の一例であり、第１内側導体膜２４ａは、本技術における「第１導体膜」の一例であり、第２内側導体膜２４ｂは、本技術における「第２導体膜」の一例である。
本実施例における第１絶縁基板２２は、セラミック基板であり、例えば酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウムといった、セラミックで構成されている。内側導体膜２４ａ、２４ｂと外側導体膜２６は、金属膜であり、例えば銅又はアルミニウムといった金属で構成されている。前述したように、内側導体膜２４ａ、２４ｂと外側導体膜２６は、それぞれろう材を介して第１絶縁基板２２に接合されている。このろう材は、活性金属ろう材であり、例えば銀及び銅を主たる成分とするろう材に、チタンといった活性金属が添加されている。なお、この種の第１絶縁回路基板２０は、ＡＭＣ（Active Metal Brazed Copper）基板とも称される。但し、第１絶縁回路基板２０には、ＡＭＣ基板に限定されず、例えばＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板やＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板を採用することもできる。
一例ではあるが、第１絶縁基板２２の厚みは、０．１〜１．０ミリメートルであってもよく、内側導体膜２４ａ、２４ｂ及び外側導体膜２６の厚みは、０．０５〜１．０ミリメートルであってもよい。また、内側導体膜２４ａ、２４ｂ及び外側導体膜２６の厚みは、第１絶縁基板２２の厚みよりも大きくてもよい。内側導体膜２４ａ、２４ｂ及び外側導体膜２６の厚みが大きいほど、それらの熱容量が増大することによって、半導体素子１２の動作時における温度上昇を効果的に抑制することができる。
図１、図３、図４に示すように、半導体装置１０は、第２絶縁回路基板３０をさらに備える。第２絶縁回路基板３０は、半導体素子１２を介して、第１絶縁回路基板２０と対向している。第２絶縁回路基板３０は、絶縁体で構成された第２絶縁基板３２と、第２絶縁基板３２の一方の表面３２ａに設けられた内側導体膜３４と、第２絶縁基板３２の他方の表面３２ｂに設けられた外側導体膜３６とを備える。それぞれの導体膜３４、３６は、ろう材を介して第２絶縁基板３２に接合されている。内側導体膜３４は、封止体１４の内部に位置しており、外側導体膜３６は、封止体１４の表面に露出している。これにより、第２絶縁回路基板３０もまた、封止体１４の内部の熱（特に、半導体素子１２の熱）を、封止体１４の外部へ放熱する放熱板として機能する。
第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４は、半導体素子１２の下面電極１２ｃに対向している。半導体素子１２の下面電極１２ｃは、はんだ層５４を介して内側導体膜３４に接合されている。これにより、半導体素子１２の下面電極１２ｃは、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４に対して、電気的に接続されている。また、半導体素子１２の下面電極１２ｃは、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４に対して、熱的にも接続されている。なお、下面電極１２ｃと内側導体膜３４との間は、はんだ層５４に限られず、導電性を有する他の種類の接合層を介して接合されてもよい。また、下面電極１２ｃと内側導体膜３４との間には、例えば導体スペーサといった他の部材が、必要に応じて介挿されてもよい。
第１絶縁基板２２と同様に、第２絶縁基板３２はセラミック基板であり、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４及び外側導体膜３６は、金属膜である。特に限定されないが、第２絶縁回路基板３０においても、内側導体膜３４と外側導体膜３６は、活性金属ろう材を介して、第２絶縁基板３２に接合されている。即ち、第２絶縁回路基板３０もまた、いわゆるＡＭＣ（Active Metal Brazed Copper）基板の構造を有する。但し、第１絶縁回路基板２０と同じく、第２絶縁回路基板３０には、ＡＭＣ基板に限定されず、例えばＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板やＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板を採用することができる。
一例ではあるが、第２絶縁基板３２の厚みは、０．１〜１．０ミリメートルであってもよく、内側導体膜３４及び外側導体膜３６の厚みは、０．０５〜１．０ミリメートルであってもよい。また、内側導体膜３４及び外側導体膜３６の厚みは、第２絶縁基板３２の厚みよりも大きくてもよい。内側導体膜３４及び外側導体膜３６の厚みが大きいほど、それらの熱容量が増大することによって、半導体素子１２の動作時における温度上昇を効果的に抑制することができる。ここで、第１絶縁回路基板２０と第２絶縁回路基板３０との間において、絶縁基板２２、３２の材料や厚みは、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。内側導体膜２４ａ、２４ｂ、３４の材料や厚みや、外側導体膜２６、３６の材料や厚みに関しても同様である。
図１、図３、図４に示すように、半導体装置１０は、複数の外部接続端子４２、４４、４６をさらに備える。各々の外部接続端子４２、４４、４６は、金属（例えば銅）といった導電体で構成されており、封止体１４の内外に亘って延びている。複数の外部接続端子４２、４４、４６には、第１電力端子４２と、第２電力端子４４と、複数の信号端子４６が含まれる。第１電力端子４２は、図示されない位置で、第１絶縁回路基板２０の第１内側導体膜２４ａに接合されている。これにより、第１電力端子４２は、第１絶縁回路基板２０の第１内側導体膜２４ａを介して、半導体素子１２の上面電極１２ｂと電気的に接続されている。一方、第２電力端子４４は、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４に、はんだ層５３を介して接合されている。これにより、第２電力端子４４は、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４を介して、半導体素子１２の下面電極１２ｃと電気的に接続されている。
信号端子４６は、封止体１４の内部に位置する内端部分４６ａと、封止体１４の外部に位置する外端部分４６ｂとを有し、内端部分４６ａから外端部分４６ｂへ延びている。外端部分４６ｂは、例えば半導体装置１０の動作を制御する制御回路基板といった、外部の装置に接続される。内端部分４６ａは、第１絶縁基板２２と半導体素子１２との間に位置しており、半導体素子１２の信号電極１２ｄに、はんだ層５６を介して接合されている。これにより、信号端子４６は、半導体素子１２の信号電極１２ｄに対して、電気的に接続されている。なお、信号端子４６と信号電極１２ｄとの間は、はんだ層５６に限られず、導電性を有する他の種類の接合層を介して接合されてもよい。また、下面電極１２ｃと内側導体膜３４との間には、例えば導体スペーサといった他の部材が、必要に応じて介挿されてもよい。ここで、信号端子４６は、本技術における「外部接続端子」の一例である。
信号端子４６は、内端部分４６ａと外端部分４６ｂとの間に位置する中間部分４６ｃをさらに有する。信号端子４６の中間部分４６ｃは、第１絶縁基板２２上の第２内側導体膜２４ｂに、はんだ層５８を介して接合されている。なお、中間部分４６ｃと第２内側導体膜２４ｂとの間は、はんだ層５８に限られず、他の種類の接合層を介して接合されてもよい。この場合、その接合層は導電性を有さなくてもよい。また、信号端子４６の中間部分４６ｃは、第２内側導体膜２４ｂやはんだ層５８を介することなく、第１絶縁基板２２へ直接的に接合されてもよい。中間部分４６ｃと第２内側導体膜２４ｂとの間を接合するための具体的な構造は、特に限定されない。
本実施例の半導体装置１０では、信号端子４６の内端部分４６ａが、第１絶縁基板２２と半導体素子１２との間に位置している。従って、信号端子４６の内端部分４６ａを、半導体素子１２の信号電極１２ｄへ直接的に（あるいは、小さなスペーサ等を介して）接続することができる。これにより、半導体装置１０の小型化を図ることができる。また、信号端子４６の中間部分４６ｃは、第１絶縁基板２２の一方の表面２２ａに接合されている。このような構成によると、信号端子４６の外端部分４６ｂへ外力が加えられたときでも、その外力が信号端子４６の内端部分４６ａまで伝達され難い。従って、例えば半導体素子１２がダメージを受けることを回避又は抑制することができる。
前述したように、信号端子４６の中間部分４６ｃは、第１絶縁基板２２上の第２内側導体膜２４ｂと電気的に接続されている。従って、第２内側導体膜２４ｂは、隣接する第１内側導体膜２４ａに対して、絶縁されている必要がある。そのために、第１内側導体膜２４ａと第２内側導体膜２４ｂとの間には、第１絶縁基板２２上において十分な沿面距離ＣＰ（図３参照）を設ける必要がある。この点に関して、第２内側導体膜２４ｂには、信号端子４６の内端部分４６ａではなく、信号端子４６の中間部分４６ｃが接合されている。従って、第２内側導体膜２４ｂは、第１内側導体膜２４ａから離れた位置に設けることができ、第１内側導体膜２４ａと第２内側導体膜２４ｂとの間には、比較的に大きな沿面距離ＣＰを設けることができる。
本実施例の半導体装置１０では、信号端子４６の中間部分４６ｃと第１絶縁基板２２との間の距離Ｄ２が、信号端子４６の内端部分４６ａと第１絶縁基板２２との間の距離Ｄ１よりも大きい（図４参照）。このように、信号端子４６の中間部分４６ｃと第１絶縁基板２２との間の距離Ｄ２が比較的に大きいと、当該中間部分４６ｃと第１絶縁基板２２との間を接合するための構造を設計しやすく、両者を十分な強度で接合することができる。それに対して、信号端子４６の内端部分４６ａは、第１絶縁基板２２と半導体素子１２との間に位置することから、当該内端部分４６ａと第１絶縁基板２２との間の距離が比較的に小さいことで、半導体装置１０の小型化を図ることができる。
本実施例の半導体装置１０では、信号端子４６の内端部分４６ａと第１絶縁基板２２との間の距離Ｄ１が、第１内側導体膜２４ａの厚みＴＡや、第２内側導体膜２４ｂの厚みＴＢよりも小さい（図４参照）。加えて、信号端子４６の内端部分４６ａの少なくとも一部は、第１絶縁基板２２と平行な方向において、第１内側導体膜２４ａと第２内側導体膜２４ｂとの間に位置している。これらの構成によると、半導体装置１０のさらなる小型化を図ることができる。ここで、第１内側導体膜２４ａの厚みＴＡと、第２内側導体膜２４ｂの厚みＴＢは、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
本実施例の半導体装置１０では、信号端子４６が、中間部分４６ｃから内端部分４６ａまでの間に、変位部分４６ｄを有している（図４参照）。変位部分４６ｄでは、信号端子４６が第１絶縁基板２２に対して平行ではなく、中間部分４６ｃから内端部分４６ａへの方向に沿って、第１絶縁基板２２に向けて変位している。このような構成によると、信号端子４６の外端部分４６ｂへ外力が加えられたときに、変位部分４６ｄにおいて信号端子４６が変形し易い。これにより、外力が信号端子４６の内端部分４６ａまで伝達され難く、例えば半導体素子１２がダメージを受けることを、より効果的に回避又は抑制することができる。
本実施例の半導体装置１０では、変位部分４６ｄの少なくとも一部が、はんだ層５８を介して第２内側導体膜２４ｂに接合されている（図４参照）。即ち、変位部分４６ｄの少なくとも一部は、第１絶縁基板２２に接合された中間部分４６ｃの一部でもある。このような構成によると、信号端子４６が第１絶縁基板２２に対して複数の方向から接合されるので、信号端子４６と第１絶縁基板２２との間を強固に接合することができる。
本実施例の半導体装置１０では、信号端子４６が、長手方向に沿って、第１の厚みＴ１で形成された第１区間４６ｘと、第１の厚みＴ１よりも大きい第２の厚みＴ２で形成された第２区間４６ｙとを有する（図４参照）。そして、信号端子４６の内端部分４６ａは、第１区間４６ｘに位置しており、信号端子４６の外端部分４６ｂは、第２区間４６ｙに位置している。このような構成によると、信号端子４６の内端部分４６ａが比較的に小さい厚みを有するので、半導体装置１０の小型化を図ることができる。その一方で、信号端子４６の外端部分４６ｂが比較的に大きい厚みを有すると、外部の装置に接続される信号端子４６の剛性を高めることができる。
本実施例の半導体装置１０では、信号端子４６の第２区間４６ｙが、第２絶縁回路基板３０側へ膨出している。特に、信号端子４６の第２区間４６ｙは、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４を介することなく、第２絶縁基板３２に対向している。そして、信号端子４６の第２区間４６ｙと第２絶縁基板３２との間の距離Ｄ３は、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４の厚みＴＣより小さい（図４参照）。従って、信号端子４６の第２区間４６ｙは、第２絶縁基板３２と平行な方向において、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４と隣接している。このような構成によると、このような構成によると、半導体装置１０の大型化を抑制しつつ、信号端子４６の剛性を高めることができる。
次に、図５−図７を参照して、半導体装置１０の製造方法について説明する。この製造方法は、主に、第１リフロー工程と、第２リフロー工程とを備える。第１リフロー工程では、第２絶縁回路基板３０に半導体素子１２を接合するとともに、半導体素子１２に信号端子４６を接続する。第１リフロー工程の具体的な態様は特に限定されない。図示省略するが、第１リフロー工程では、第２電力端子４４についても、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４に接合される。ここで、信号端子４６は、第１電力端子４２及び第２電力端子４４も一体に含むリードフレームの形で用意されてもよい。
本実施例では、先ず、図５に示すように、第２絶縁回路基板３０を、第１の治具１０２に配置する。次いで、図６に示すように、第２の治具１０４をさらに用いて、第２絶縁回路基板３０上に半導体素子１２を配置するとともに、半導体素子１２に対して信号端子４６を位置決めする。このとき、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４と、半導体素子１２の下面電極１２ｃとの間に、はんだ材５４’を配置する。また、半導体素子１２の上面電極１２ｂ上に、はんだ材５２’を配置する。そして、半導体素子１２の信号電極１２ｄと信号端子４６の内端部分４６ａとの間に、はんだ材５６’を配置する。
その後、リフロー炉を用いることによって、それらのはんだ材５２’、５４’、５６’を溶融及び再凝固させる。これにより、図７に示すように、半導体素子１２の下面電極１２ｃが、第２絶縁回路基板３０の内側導体膜３４に、はんだ層５４を介して接合される。また、信号端子４６の内端部分４６ａが、半導体素子１２の信号電極１２ｄに、はんだ層５６を介して接合される。一方、半導体素子１２の上面電極１２ｂ上には、第２リフロー工程で利用されるはんだ層５２が形成される。
上記した第１リフロー工程では、半導体素子１２の信号電極１２ｄに、信号端子４６の内端部分４６ａを接続するときに、第１絶縁回路基板２０に設けられた導体膜や、ボンディングワイヤを介在させる必要がない。従って、半導体素子１２と信号端子４６との間で、直接的に位置合わせをすることができる。また、それらの位置合わせを行うときに、半導体素子１２や信号電極１２ｄが、第１絶縁回路基板２０によって覆い隠されることもない。そのことから、半導体素子１２と信号端子４６との間の位置合わせを、例えば単一の治具によって容易に行うことができる。
次に、第２リフロー工程では、図７に示すように、第１絶縁回路基板２０を、半導体素子１２及び信号端子４６に接合する。第２リフロー工程の具体的な態様についても特に限定されない。本実施例では、先ず、半導体素子１２及び信号端子４６の上に、第１絶縁回路基板２０を配置する。このとき、第１内側導体膜２４ａは半導体素子１２の上面電極１２ｂに対向させる。第２内側導体膜２４ｂは、信号端子４６の中間部分４６ｃに、はんだ材５８’を介して対向させる。
その後、リフロー炉を用いることによって、はんだ層５２及びはんだ材５８’を溶融及び再凝固させる。これにより、半導体素子１２の上面電極１２ｂは、第１絶縁回路基板２０の第１内側導体膜２４ａに、はんだ層５２を介して接合される。信号端子４６の中間部分４６ｃは、第１絶縁回路基板２０の第２内側導体膜２４ｂに、はんだ層５８を介して接合される（図１、図４参照）。図示省略するが、第２リフロー工程では、第１電力端子４２についても、第１絶縁回路基板２０の第１内側導体膜２４ａに接合される。
第２リフロー工程後は、封止体１４の成形や、リードフレームのタイバー切除といった、その他の工程が必要に応じて実施される。これにより、半導体装置１０は完成する。
図８は、一変形例の半導体装置１０Ａの要部を示す。この半導体装置１０Ａでは、前述した半導体装置１０と比較して、信号端子４６の構成が変更されている。詳しくは、半導体装置１０Ａでは、信号端子４６の第２区間４６ｙが、第２絶縁回路基板３０側ではなく、第１絶縁回路基板２０側へ膨出している。特に、信号端子４６の第２区間４６ｙは、第１内側導体膜２４ａや第２内側導体膜２４ｂを介することなく、第１絶縁基板２２に対向している。そして、信号端子４６の第２区間４６ｙと第１絶縁基板２２との間の距離Ｄ４は、第１内側導体膜２４ａの厚みＴＡ及び第２内側導体膜２４ｂの厚みＴＢより小さい。従って、信号端子４６の第２区間４６ｙは、第１絶縁基板２２と平行な方向において、第２内側導体膜２４ｂと隣接している。このような構成によると、半導体装置１０の大型化を抑制しつつ、信号端子４６の剛性を高めることができる。
加えて、上記した変形例では、信号端子４６の第２区間４６ｙの一部が、はんだ層５８を介して、第２内側導体膜２４ｂに接合されている。このように、信号端子４６の中間部分４６ｃに加えて、信号端子４６の第２区間４６ｙの一部も第１絶縁基板２２に接合されていると、信号端子４６が第１絶縁基板２２に対して強固に接合される。
図９は、他の一変形例の半導体装置１０Ｂの要部を示す。この半導体装置１０Ｂでは、図８に示した半導体装置１０Ａと同じく、信号端子４６の第２区間４６ｙが、第１絶縁回路基板２０側へ膨出している。但し、信号端子４６の第２区間４６ｙは、第１絶縁基板２２の外側に位置しており、第１絶縁基板２２と対向していない。そして、信号端子４６の第２区間４６ｙは、その厚みがより大きくなっており、第１絶縁基板２２と平行な方向において、第１絶縁基板２２の外周縁２２ｅに対向している。このような構成によると、信号端子４６の強度をさらに高めることができる。また、信号端子４６の中間部分４６ｃに、第１絶縁回路基板２０を組み付けるときに（例えば、上述した第２リフロー工程において）、信号端子４６の第２区間４６ｙを用いて、第１絶縁回路基板２０の位置決めを行うことができる。
図１０は、他の一変形例の半導体装置１０Ｃの要部を示す。この半導体装置１０Ｃでは、信号端子４６の第２区間４６ｙが、第１絶縁回路基板２０側と第２絶縁回路基板３０側との両側へ膨出している。このような構成によると、信号端子４６の第２区間４６ｙの厚みをさらに大きくすることができ、信号端子４６の強度をより大きく高めることができる。
上述した半導体装置１０、１０Ａ−１０Ｃの構成は、様々に変更することができる。例えば、半導体装置１０、１０Ａ−１０Ｃは、単一の半導体素子１２に限られず、複数の半導体素子１２を有してもよい。また、本明細書では、本技術に係る外部接続端子の構造を、信号端子４６に採用した例を説明したが、同様の構造は、電力端子４２、４４といった他の端子にも同様に採用することができる。
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：半導体装置
１２：半導体素子
１４：封止体
２０：第１絶縁回路基板
２２：第１絶縁基板（基板の一例）
２４ａ：第１絶縁回路基板２０の第１内側導体膜（第１導体膜の一例）
２４ｂ：第１絶縁回路基板２０の第２内側導体膜（第２導体膜の一例）
２６：第１絶縁回路基板２０の外側導体膜
３０：第２絶縁回路基板
３２：第２絶縁基板（第２基板の一例）
３４：第２絶縁回路基板３０の内側導体膜（第３導体膜の一例）
３６：第２絶縁回路基板３０の外側導体膜
４２：第１電力端子
４４：第２電力端子
４６：信号端子（外部接続端子の一例）
４６ａ：信号端子４６の内端部分
４６ｂ：信号端子４６の外端部分
４６ｃ：信号端子４６の中間部分
４６ｄ：信号端子４６の変位部分
４６ｘ：信号端子４６の第１区間
４６ｙ：信号端子４６の第２区間

Claims (11)

  1. 絶縁体で構成された基板と、
    前記基板の一表面に設けられた第１導体膜と、
    第１電極と第２電極とを有し、前記第１電極が前記第１導体膜に接続された半導体素子と、
    内端部分と外端部分とを有し、前記内端部分が前記基板と前記半導体素子との間に位置して前記第２電極に接続された外部接続端子と、
    を備え、
    前記外部接続端子は、前記内端部分と前記外端部分との間に位置するとともに、前記基板の前記一表面に接合された中間部分をさらに有し、
    前記外部接続端子の前記中間部分と前記基板との間の距離は、前記外部接続端子の前記内端部分と前記基板との間の距離よりも大きい、
    半導体装置。
  2. 前記第１導体膜と離れた位置で、前記基板の前記一表面に設けられた第２導体膜をさらに備え、
    前記外部接続端子の前記中間部分は、前記第２導体膜に接合されている、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記外部接続端子の前記内端部分と前記基板との間の距離は、前記第２導体膜の厚みよりも小さい、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記外部接続端子の前記内端部分の少なくとも一部は、前記基板と平行な方向において、前記第１導体膜と前記第２導体膜との間に位置する、請求項２又は３に記載の半導体装置。
  5. 前記外部接続端子の前記中間部分は、少なくとも一つの接合層を介して、前記第２導体膜に接合されている、請求項２から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記外部接続端子は、前記中間部分から前記内端部分までの間に、前記基板に向けて変位する変位部分をさらに有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記変位部分の少なくとも一部は、前記中間部分の少なくとも一部であって、前記基板に接合されている、請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記外部接続端子は、長手方向に沿って第１の厚みで形成された第１区間と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みで形成された第２区間とを有し、
    前記内端部分は前記第１区間に位置しており、前記外端部分は第２区間に位置している、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 前記外部接続端子の前記第２区間は、前記第１導体膜を介することなく、前記基板に対向しており、
    前記外部接続端子の前記第２区間と前記基板との間の距離は、前記第１導体膜の厚みよりも小さい、請求項８に記載の半導体装置。
  10. 絶縁体で構成されているとともに、前記半導体素子を介して前記基板に対向する第２基板と、
    前記第２基板の一表面に設けられているとともに、前記半導体素子の第３電極に接続されている第３導体膜と、をさらに備え、
    前記外部接続端子の前記第２区間は、前記第３導体膜を介することなく、前記第２基板に対向しており、
    前記外部接続端子の前記第２区間と前記第２基板との間の距離は、前記第３導体膜の厚みよりも小さい、請求項８又は９に記載の半導体装置。
  11. 半導体装置の製造方法であって、
    第１電極と第２電極とを有する半導体素子の前記第２電極に、内端部分と外端部分とを有する外部接続端子の前記内端部分を接続する第１の工程と、
    前記半導体素子の前記第１電極に、絶縁体で構成された基板の一表面に設けられた第１導体膜を接続するとともに、前記外部接続端子の前記内端部分と前記外端部分との間に位置する中間部分を、前記基板の前記一表面に接合する第２の工程と、
    を備え、
    前記第２の工程では、前記第２電極に接続された前記外部接続端子の前記内端部分が、前記基板と前記半導体素子との間に位置するとともに、前記外部接続端子の前記中間部分と前記基板との間の距離は、前記外部接続端子の前記内端部分と前記基板との間の距離よりも大きい、
    製造方法。
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