JP2021019149A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の接合位置の精度を高めることにより高い信頼性を確保できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０３Ａは、ベース１と、半導体素子３とを備える。ベース１は金属材料からなる。半導体素子３はベース１の上に、銀および銅の少なくともいずれかを含む第１のナノ粒子接合材２Ａにより接合される。金属材料は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料で形成される。ベース１は、半導体素子３が接合される被接合面１ｔを含む。被接合面１ｔは、第１方向Ｙの寸法が、第１方向Ｙに垂直な第２方向Ｘの寸法より長い。被接合面１ｔの第１方向Ｙに沿って延びる端部１Ｅと平面視にて重なる位置には視認可能部８が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は半導体装置に関し、特にレーダー用送受信モジュールに用いられる半導体装置に関するものである。

高出力の半導体素子を搭載する半導体装置、および繰り返し温度サイクルが加わる半導体装置においては、半導体素子が接合されるベースにおける放熱性を高くすることが重要である。たとえば特開２０１０−２７９５３号公報（特許文献１）に開示される半導体装置は、以下の特徴を有する。当該半導体装置においては、半導体素子を搭載する金属ベースと、台座と、回路基板とを備える。台座は金属ベースの上に第１接合材で接合される。台座は金属ベースより線膨張係数が小さく降伏応力が高い。回路基板は台座の上に第２接合材で接合される。これにより、台座と金属ベースとの材料の間の線膨張係数の差に起因し第１接合材に繰り返し熱応力が付加され変形が生じるおそれが低減される。第１接合材の変形が抑制されることにより、金属ベースの塑性変形の累積による反りの発生が抑制される。これにより、金属ベースの反りに伴う放熱性の低下が抑制される。

特開２０１０−２７９５３号公報

高出力の半導体素子を搭載する半導体装置においては、上記の放熱性の低下の抑制に加え、半導体素子の搭載される位置精度を高めることが重要である。たとえば半導体素子が本来配置されるべき位置に対してずれた位置に接合されれば、半導体素子と基板とを接続する金属ワイヤが接続できなくなる恐れがあるためである。半導体素子を本来配置されるべき位置に接合することにより、半導体装置の高い信頼性を確保できる。しかるに特開２０１０−２７９５３号公報においては、そのような半導体素子の接合位置の精度を高めるための工夫について考慮がされていない。

本発明は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、半導体素子の接合位置の精度を高めることにより高い信頼性を確保できる半導体装置を提供することである。

本開示に従った半導体装置は、ベースと、半導体素子とを備える。ベースは金属材料からなる。半導体素子はベースの上に、銀および銅の少なくともいずれかを含む第１のナノ粒子接合材により接合される。金属材料は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料で形成される。ベースは、半導体素子が接合される被接合面を含む。被接合面は、第１方向の寸法が、第１方向に垂直な第２方向の寸法より長い。被接合面の第１方向に沿って延びる端部と平面視にて重なる位置には視認可能部が形成されている。

本開示に従えば、半導体素子の接合位置の精度が高い半導体装置を提供できる。

レーダー用送受信モジュールに含まれる回路の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態１の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分の、実施の形態１の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。 図２中の点線で囲まれた領域ＩＶの概略拡大平面図である。 実施の形態１において半導体素子を位置合わせする方法、および樹脂基板を位置合わせする方法を示す概略平面図である。 比較例における半導体素子と樹脂基板との金属ワイヤでの接続作業を示す概略断面図である。 実施の形態１の保護回路リミッターを図２よりも詳細に示す概略平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分の、実施の形態１の保護回路リミッターを図２よりも詳細に示す概略断面図である。 実施の形態２の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿う部分の、実施の形態２の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。 実施の形態３の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の、実施の形態３の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態４の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う部分の、実施の形態４の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は、レーダー用送受信モジュールに含まれる回路の構成の一例を示す概略図である。まず図１を用いて、本実施の形態の半導体装置が用いられるモジュールの構成等について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の後述する半導体装置は、たとえばレーダー用送受信モジュール１００に用いられる。レーダー用送受信モジュール１００は、高出力増幅器１０１と、コネクター１０２と、保護回路リミッター１０３と、低雑音増幅器１０４とを主に備えている。また概ね、高出力増幅器１０１とコネクター１０２と、図１中の高出力増幅器１０１とコネクター１０２との間にある整合回路とからなる経路は、高周波電気信号の送信系Ｃ１である。コネクター１０２と保護回路リミッター１０３と低雑音増幅器１０４とからなる経路は、高周波電気信号の受信系Ｃ２である。上記の高出力増幅器１０１と、コネクター１０２と、保護回路リミッター１０３と、低雑音増幅器１０４とを含む全体が１つの基板上にまとめて配置されている。これにより、集積回路としてのレーダー用送受信モジュール１００が形成されている。

高出力増幅器１０１は、レーダー用送受信モジュール１００からレーダーに含まれるアンテナへ送信するための高周波電気信号を、システム側Ｓの発信源からレーダー用送受信モジュール１００内に取り込む。高出力増幅器１０１によりレーダー用送受信モジュール１００内に取り込まれた高周波電気信号は、図１中ではＴｘ−ＩＮと表されている。高出力増幅器１０１は、システム側Ｓから取り込まれた高周波電気信号を増幅して、コネクター１０２側へ伝える。すなわち高周波電気信号の増幅は、高出力増幅器１０１によりなされる。

コネクター１０２は、高周波電気信号の送信系Ｃ１における高出力増幅器１０１の下流側に接続されている。コネクター１０２は、レーダーに含まれるアンテナＡに接続されている。コネクター１０２は、高出力増幅器１０１にて増幅された高周波電気信号をアンテナＡに伝える。このコネクター１０２からアンテナＡに伝わる高周波電気信号は、図１中ではＴｘ−ＯＵＴと表されている。アンテナＡは、コネクター１０２から受けた高周波電気信号に基づく電波を対象物に向けて発信し、電波を対象物から受信する。アンテナＡが受信した電波に基づく高周波電気信号がコネクター１０２に伝送される。コネクター１０２がアンテナＡから受ける高周波電気信号は、図１中ではＲｘ−ＩＮと表記される。

保護回路リミッター１０３は、高周波電気信号の受信系Ｃ２におけるコネクター１０２の下流側に接続されている。保護回路リミッター１０３は、アンテナＡおよびコネクター１０２から受けた高周波電気信号の経路となる。また保護回路リミッター１０３は、意図しない信号が下流に伝わることを抑制する。具体的には、たとえばレーダー用送受信モジュール１００の一部の故障等により、高出力増幅器１０１が増幅した送信信号が、アンテナＡを通らずにコネクター１０２から直接保護回路リミッター１０３に伝送される場合がある。また、アンテナＡの直近に上記の対象物があり、アンテナＡからの送信信号がこの対象物で反射し、ほとんど減衰することなくアンテナＡに再入力し、その再入力した送信信号がコネクター１０２から保護回路リミッター１０３に伝送される場合がある。保護回路リミッター１０３は、このように下流側に伝えるべきでない高周波電気信号の流通を抑制する。ここでのより下流に伝えるべきでない高周波電気信号とは、過剰な電圧および電力の信号などを指す。

低雑音増幅器１０４は、高周波電気信号の受信系Ｃ２における保護回路リミッター１０３の下流側に接続されている。低雑音増幅器１０４は、アンテナＡからコネクター１０２および保護回路リミッター１０３を介して伝わった受信信号を、信号処理できる程度に増幅し、システム側Ｓに伝送する。低雑音増幅器１０４からシステム側Ｓに伝送される高周波電気信号は、図１中ではＲｘ−ＯＵＴと表記される。

以上のレーダー用送受信モジュール１００に含まれる保護回路リミッター１０３が、以降にて説明する各実施の形態の半導体装置に相当する。以下、実施の形態１の半導体装置としての保護回路リミッター１０３の構成について、図２〜図４を用いて説明する。

図２は、実施の形態１の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分の、実施の形態１の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。図２および図３を参照して、実施の形態１の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ａは、ベース１と、半導体素子３とを主に備えている。ベース１と半導体素子３とは第１のナノ粒子接合材２Ａにより接合されている。ベース１は、半導体素子３が接合される被接合面としての最上面１ｔを含んでいる。最上面１ｔは、第１方向であるＹ方向の寸法が、第１方向に垂直な第２方向であるＸ方向の寸法よりも長い。言い換えると、最上面１ｔは、第１方向であるＹ方向に長く延び、第２方向であるＸ方向にはＹ方向よりも短く延びている。最上面１ｔの、Ｘ方向よりも最上面１ｔの寸法が長いＹ方向に延びる端部１Ｅには、視認可能部としての切欠き部８が形成されている。

図４は、図２中の点線で囲まれた領域ＩＶの概略拡大平面図である。図４を参照して、切欠き部８は、たとえば平面視において三角形状すなわち概ねＶ字型の縁部を有するように、ベース１が欠けた部分として形成されている。切欠き部８は、たとえば平面視での幅Ｗが０．１ｍｍ程度であり、高さＨが０．１ｍｍ程度である。また図示されないが、Ｚ方向に沿う最上面１ｔからの切欠き部８の底の深さも０．１ｍｍ程度である。ただし切欠き部８の形状はこれに限らず、たとえば平面視において矩形状を有するように形成されてもよい。

最上面１ｔはＹ方向に長く延びる端部１Ｅを、Ｘ方向に間隔をあけて、互いに対向するように１対有している。切欠き部８は、最上面１ｔのＹ方向に延びる１対の端部１Ｅのそれぞれに形成されている。切欠き部８は、１つの端部１Ｅに複数、Ｙ方向について互いに間隔をあけて形成されている。１例として図２においては、左側の端部１Ｅおよび右側の端部１Ｅのそれぞれに２つずつの切欠き部８が形成されている。これらの切欠き部８は、Ｘ方向について互いに対向するように、すなわちＹ方向の位置が互いにほぼ等しくなるように形成されている。

ベース１は、金属材料からなっている。具体的には、ベース１は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料で形成されている。たとえばベース１は、銅（Ｃｕ）、銅タングステン（ＣｕＷ）、モリブデン銅（ＣｕＭｏＣｕ）からなる群から選択されるいずれかの材料で形成されている。

第１のナノ粒子接合材２Ａは、これを構成する粒子がたとえば５００ｎｍ以上１μｍ未満程度の極めて微小な粒径を有している。第１のナノ粒子接合材２Ａは、銀もしくは銅、または銀および銅が混合された金属材料からなる接合材である。いずれにせよ第１のナノ粒子接合材２Ａは、銀および銅の少なくともいずれかを含んでいる。第１のナノ粒子接合材２Ａは、焼結工程により各粒子間が接合されている。第１のナノ粒子接合材２Ａが焼結された銀すなわち焼結銀である場合、その焼結温度すなわち硬化温度はおよそ２１０℃である。また第１のナノ粒子接合材２Ａが焼結された銅すなわち焼結銅である場合、その焼結温度すなわち硬化温度はおよそ２８０℃である。一方、第１のナノ粒子接合材２Ａの比較例としての、一般的にダイアタッチペーストとして用いられるエポキシ系導電性接着剤の硬化温度は１２５℃以上１５０℃以下である。このため焼結銀または焼結銅としての第１のナノ粒子接合材２Ａは、エポキシ系導電性接着剤と同等の硬化温度である。焼結銀または焼結銅としての第１のナノ粒子接合材２Ａは、比較例としてのエポキシ系導電性接着剤の加熱に使用しているクリーンオーブンを用いて焼結することができる。

半導体素子３は、以上の第１のナノ粒子接合材２Ａにより、ベース１の最上面１ｔ上に接合されている。半導体素子３は、保護回路リミッター１０３として機能させるためのダイオード等を含んでいる。すなわち図１において、当該ダイオード等がコネクター１０２から流れる過剰な電圧を抑制させる役割を有する。

半導体素子３は、保護回路リミッター１０３Ａにて使用されるため、通常はシリコン（Ｓｉ）により形成される。すなわち半導体素子３は、シリコンなどの半導体材料がチップ状に加工されたものである。

以上の各材料が用いられることにより、ベース１を構成する材料は、半導体素子３を構成する材料との線膨張係数の差が比較的小さい。具体的には、ベース１と半導体素子３との線膨張係数の差は５ｐｐｍ／℃程度を基準として、おおよそ３ｐｐｍ／℃以上８ｐｐｍ／℃以下の範囲となる。ただし当該線膨張係数の差は少なくとも１５ｐｐｍ／℃以下であればよい。なおベース１を構成する銅（Ｃｕ）の線膨張係数は１７ｐｐｍ／℃である。ベース１を構成する銅タングステン（ＣｕＷ）の線膨張係数は７ｐｐｍ／℃であり、モリブデン銅（ＣｕＭｏＣｕ）の線膨張係数は１１ｐｐｍ／℃である。また半導体素子３を構成するシリコンの線膨張係数は３．６ｐｐｍ／℃以上５．６ｐｐｍ／℃以下である。

このようにベース１と半導体素子３との線膨張係数の差を小さくする。これにより、両者の線膨張係数の差に起因するベース１または半導体素子３へのクラックの発生を抑制できる。またこれにより、ベース１と半導体素子３との間の剥離を抑制できる。

図３に示すように、ベース１は、第１領域１Ａと、第２領域１Ｂとを有している。第１領域１Ａは最上面１ｔを含む。第１領域１Ａはベース１全体のうち比較的Ｚ方向の上側の領域に配置されている。第２領域１Ｂは、ベース１全体のうち第１領域１Ａ以外の領域である。第２領域１Ｂは、ベース１全体のうち、第１領域１ＡよりもＺ方向の下側の領域に配置されている。第２領域１Ｂは、第１領域１Ａと平面視にて重なる領域、およびその外側の領域に双方に配置されている。第２領域１Ｂは、第１領域１Ａの外側の領域として、第１領域１Ａと平面視にて重なる領域のＸ方向についての左側および右側の双方に配置されている。

また第２領域１Ｂは、第１領域１Ａと平面視にて重なる領域において、第１領域１Ａと連続するように繋がっている。このため図３の断面図において、ベース１の第１領域１Ａは、Ｘ方向およびＹ方向に交差するＺ方向すなわち半導体素子３の厚み方向について、第２領域１Ｂよりも上方に突出している。つまりベース１において、第１領域１Ａは第２領域１Ｂよりも、平面視における、ＸＹ平面に沿う面積が小さい。第１領域１Ａは第２領域を平面視したときの中央部に重畳するように配置されることが好ましい。第１領域１Ａと第２領域１Ｂとは一体となるよう繋がっている。このため、第１領域１Ａおよび第２領域１Ｂにより単一のベース１が構成される。

上記の切欠き部８は、ベース１のうち第１領域１ＡのＹ方向に延びる端部１Ｅ、言い換えれば第１領域１ＡのＸ方向についての一方および他方の端部１Ｅに形成されている。図２においては、最上面１ｔのＸ方向についての一方および他方の端部１Ｅに切欠き部８が形成されている。ただしこれに限られない。たとえばＺ方向上側からの平面視において切欠き部８が視認できる限り、第１領域１Ａの最上面１ｔよりもＺ方向の下側の領域における、最上面１ｔの端部１ＥのＺ方向真下の面上に切欠き部８が形成されてもよい。また上記と同じ個所すなわち端部１Ｅまたはその真下の平面視にて重なる面上に、切欠き部８の代わりに、小さく突起した部分すなわち凸部などの、他の種類の視認可能部が形成されてもよい。以上をまとめると、切欠き部８などの視認可能部は、最上面１ｔのＹ方向に沿って延びるまたはＸ方向についての１対の端部１Ｅ上、またはその端部１Ｅと平面視にて重なる真下の位置すなわち第１領域１Ａの側面上、のいずれかに形成される。

このような切欠き部８は、たとえば通常の第１領域１Ａの形成工程の後に、当該部分を削り落とすことにより形成される。ただし切欠き部８の形成方法は任意である。また視認可能部が凸部であれば、当該突起部を接合するなどの任意の方法により形成される。

ベース１は第１領域１Ａと第２領域１Ｂとを有する。このためベース１は、ＸＹ平面に沿う平面として、最上面１ｔの他に、中間面１ｍおよび最下面１ｆを有する。中間面１ｍは、第２領域１Ｂの最上面に相当する。中間面１ｍの上側に第１領域１Ａが重なった構成を有するため、中間面１ｍは最上面１ｔよりＺ方向の下側に配置される。最下面１ｆはベース１全体の最下面であるとともに、第２領域１Ｂの最下面である。最下面１ｆは第１領域１Ａと重なる領域および重ならない領域の双方を跨ぐように形成されている。

中間面１ｍ上には、樹脂基板９が接合されている。すなわちベース１の第１領域１ＡをＸ方向の一方側および他方側の双方から挟むように、１対の樹脂基板９が配置されている。樹脂基板９はたとえば、エポキシ樹脂が含浸されたプリント基板である。樹脂基板９の最上面９ｔは、半導体素子３の最上面３ｔとＺ方向の位置がほぼ等しいことが好ましい。

次に、本実施の形態の背景および課題について説明しつつ、本実施の形態の作用効果について説明する。

従来の半導体装置、すなわち本実施の形態の特徴を有さない比較例の保護回路リミッターは、ベースの被接合面への半導体素子の接合されるべき位置を精確に合わせることが困難であった。仮に半導体素子が、被接合面における接合されるべき位置からずれると、半導体素子と樹脂基板とを接続する金属ワイヤが接続できなくなる場合がある。

また比較例の半導体装置である保護回路リミッターは、ベースに対し、金（Ａｕ）の共晶はんだ材により半導体素子が実装されている。ここで、レーダー用送受信モジュールの高出力増幅器が高出力化すれば、その周辺機器である保護回路リミッターの発熱量が増える。これにより、保護回路リミッターの半導体素子に含まれるダイオードなどは、ベースへの放熱が十分にできなくなる。金の共晶はんだ材の放熱性が十分でないためである。半導体素子の放熱が十分にできなくなれば、半導体素子のダイオードなどが耐熱温度を超え、半導体装置が故障する可能性が高くなる。

そこで本実施の形態の半導体装置は、以下の構成を有している。本実施の形態の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ａは、ベース１と、半導体素子３とを備えている。ベース１は金属材料からなる。半導体素子３は、ベース１の上に、銀および銅の少なくともいずれかを含む第１のナノ粒子接合材２Ａにより接合されている。金属材料は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料で形成されている。ベース１は、半導体素子３が接合される被接合面としての最上面１ｔを含む。最上面１ｔは、第１方向すなわち図２のＹ方向の寸法が、Ｙ方向に垂直な第２方向すなわち図２のＸ方向の寸法より長い。被接合面である最上面１ｔのＹ方向に沿って延びる端部１Ｅと平面視にて重なる位置には、視認可能部としてのたとえば切欠き部８が形成されている。なおここでの端部１Ｅと平面視にて重なる位置とは、端部１Ｅ上そのもの、およびそのＺ方向の真下に拡がる側面上の領域との双方を含むものとする。

第１に、このようにすれば、長手の寸法を有する第１方向であるＹ方向について、最上面１ｔでの半導体素子３を接合すべき位置合わせを容易にできる。図５は、実施の形態１において半導体素子を位置合わせする方法、および樹脂基板を位置合わせする方法を示す概略平面図である。図５を参照して、ベース１の第１領域１Ａの最上面１ｔは、Ｙ方向の一方の端部の位置がＹ１であり、他方の端部の位置がＹ４であるとする。最上面１ｔの１対の端部１Ｅのそれぞれには、Ｙ方向の位置Ｙ２およびＹ３に切欠き部８が形成されている。すなわち１対の端部１Ｅのそれぞれに形成される切欠き部８のＹ方向の位置はほぼ等しいため、両者はＸ方向について互いに対向する。半導体素子３は、最上面１ｔのＹ方向の一方または他方の端部とそれに隣接する切欠き部８との、Ｙ方向の中央の位置にその中心がくるように配置される。すなわちＹ１とＹ２との中間、およびＹ３とＹ４との中間に中心がくるように半導体素子３が配置される。また半導体素子３は、Ｙ方向について隣り合う１対の切欠き部８の中間に中心がくるように配置される。すなわちＹ２とＹ３との中間に中心がくるように半導体素子３が配置される。

このように切欠き部８などの視認可能部を目印にすることで、目印がない場合に比べて、半導体素子３のＹ方向の位置を容易に決めることができる。なお位置決めは、以下のようになされる。たとえば装置を用いて半導体素子３を位置決めすることができる。あるいは顕微鏡を用いて目視することにより、手動で半導体素子３を位置決めすることもできる。

なおＸ方向については最上面１ｔの幅がＹ方向に比べて十分に小さい。このためＹ方向の端部には切欠き部８を設ける必要はない。たとえば図２においては元々のＸ方向についての最上面１ｔの寸法と、Ｙ方向についての隣り合う切欠き部８の間隔（たとえばＹ２とＹ３との間隔）とはほぼ同じである。このためＹ方向の端部には切欠き部８が形成されていなくても、半導体素子３のＸ方向の位置合わせは困難ではない。Ｘ方向についてもＹ方向と同様に、一方の端部１Ｅと他方の端部１Ｅとの中間にその中心がくるように半導体素子３が配置される。

第２に、このようにすれば、銀および銅の少なくともいずれかを含む第１のナノ粒子接合材２Ａにより、半導体素子３からベース１への放熱性を向上できる。銀および銅は、金よりも放熱性が高いためである。具体的には、銀および銅の少なくともいずれかを含む第１のナノ粒子接合材２Ａの熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。そのなかでも第１のナノ粒子接合材２Ａとしてたとえば焼結銀を用いた場合、その熱伝導率は２７０Ｗ／ｍ・Ｋである。一方、比較例の半導体装置に用いられる金−スズ共晶はんだの熱伝導率は５７Ｗ／ｍ・Ｋである。また比較例の半導体装置に用いられる導電性接着剤の熱伝導率は２．１Ｗ／ｍ・Ｋである。したがって本実施の形態の接合材は、比較例での接合材よりもはるかに熱伝導率が向上している。

第３に、ベース１が熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料からなる。このためベース１から半導体装置の外部への放熱性を向上できる。このようにベース１と第１のナノ粒子接合材２Ａとの双方の放熱性が向上できる。このため半導体素子３に含まれるダイオードなどが耐熱温度を超える不具合を抑制できる。またベース１を構成する銅を含む材料は比較的安価である。このため材料費を削減することができる。

本実施の形態の半導体装置において、ベース１は、被接合面としての最上面１ｔを含む第１領域１Ａと、第１領域１Ａ以外の第２領域１Ｂとを含む。第１領域１Ａは、第１方向であるＹ方向および第２方向であるＸ方向に交差する半導体素子３の厚み方向であるＺ方向について、第２領域１Ｂよりも突出している。つまりベース１は、Ｘ方向についての中央部において、第１領域１Ａにより、他の領域よりもＺ方向の上方に突起した断面形状である。

このようにすれば、半導体素子３と樹脂基板９との金属ワイヤでの接続作業が容易になる。これは図２のように、半導体素子３の最上面３ｔと樹脂基板９の最上面９ｔとがほぼ同じ高さとなるためである。図６は比較例における半導体素子と樹脂基板との金属ワイヤでの接続作業を示す概略断面図である。図６を参照して、比較例でのベース１は、第１領域１Ａのような上方に突起した領域を有さず、全体が平坦である。この場合、樹脂基板９の最上面９ｔが、ベース１に接合される半導体素子３の最上面３ｔよりもＺ方向の上方に配置される。比較例においても実施の形態１と同様に、半導体素子３は１対の樹脂基板９に挟まれている。この場合、金属ワイヤの接続に用いるボンディングツール７の先端部が、１対の樹脂基板９の間に挟まれた最上面３ｔ上に接触できなくなる恐れがある。ボンディングツール７が樹脂基板９と干渉するためである。本実施の形態によれば、このような不具合を回避できる。

＜補足＞
図５を再度参照して、保護回路リミッター１０３Ａにおいて、上記の１対の樹脂基板９のそれぞれには、目印としての樹脂基板スリット９ｓが形成されている。樹脂基板スリット９ｓは樹脂基板９の最上面９ｔに形成されている。樹脂基板９を構成する部材が部分的に溝状に欠落した態様であってもよい。ただし目印としては樹脂基板スリット９ｓに限られない。目印としては、真上から視認可能な限り任意の態様とすることができる。

樹脂基板スリット９ｓは、樹脂基板９のＹ方向の位置Ｙ２およびＹ３に形成されている。すなわち樹脂基板スリット９ｓは、Ｙ方向について、ベース１の切欠き部８とほぼ等しい位置に配置されている。これにより、Ｙ方向について、樹脂基板スリット９ｓは切欠き部８と等しい位置となるように位置合わせされている。

以上の構成を有することにより、切欠き部８などの視認可能部を基準にして、目印である樹脂基板スリット９ｓをＹ方向について位置決めすることができる。したがって、切欠き部８を基準として樹脂基板９を、ベース１の中間面１ｍ上において、特にＹ方向について精確に位置合わせできる。

このことにより以下の効果をさらに奏する。図７は、実施の形態１の保護回路リミッターを図２よりも詳細に示す概略平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分の、実施の形態１の保護回路リミッターを図２よりも詳細に示す概略断面図である。図７および図８を参照して、図２および図３においては省略されているが、実際には樹脂基板９の最上面９ｔ上には、複数のパッド５が形成されている。パッド５は、半導体素子３と樹脂基板９とを電気的に接続する。パッド５と半導体素子３とは、金属線４により接続されている。金属線４は、たとえばワイヤボンディング工程に用いられるワイヤであってもよい。具体的には、金属線４のワイヤとして、金ワイヤまたはアルミニウムワイヤ等が用いられてもよい。あるいは金属線４は、いわゆるリボンボンディング工程に用いられるリボンであってもよい。具体的には、金属線４のリボンとして、金リボンまたは金銀リボン等が用いられてもよい。

以上のように、保護回路リミッター１０３Ａにおいては、ベース１の第１領域１Ａを、Ｘ方向から挟むように配置される１対の樹脂基板９をさらに備える。１対の樹脂基板９のそれぞれは、最上面１ｔに接合された半導体素子３と電気的に接続可能なパッド５を含む。上記の切欠き部８および樹脂基板スリット９ｓを用いて樹脂基板９を位置合わせすることにより、樹脂基板９とそこに形成されたパッド５とを、配置されるべき位置に合わせることができる。このようにパッド５が高精度に位置合わせされる。これにより半導体素子３と樹脂基板９とを接続する金属線４の接続がいっそう容易になる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う部分の、実施の形態２の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。図９および図１０を参照して、実施の形態２の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ｂは、大筋で実施の形態１の保護回路リミッター１０３Ａと同様の構成を有している。このため保護回路リミッター１０３Ｂについて保護回路リミッター１０３Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、特徴等が同一である限りその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては、ベース１の構成において実施の形態１と異なっている。

保護回路リミッター１０３Ｂにおいては、ベース１が、台座部１Ｃと、平板ベース部１Ｄとを含んでいる。台座部１Ｃと平板ベース部１Ｄとはいずれも、たとえば平面視において矩形でありＺ方向に厚みを有する平板形状である。台座部１Ｃと平板ベース部１Ｄとは第２のナノ粒子接合材２Ｂにより接合されている。すなわちベース１が、第１領域としての台座部１Ｃと、第２領域としての平板ベース部１Ｄとの２つの部材に分かれており、両者が第２のナノ粒子接合材２Ｂで接合された構成を有している。この点において本実施の形態は、第１領域１Ａと第２領域１Ｂとが一体としてベース１を構成する実施の形態１と異なっている。

台座部１Ｃは実施の形態１の第１領域１Ａと基本的に同様の位置および同様の機能、特徴を有している。したがって台座部１Ｃは金属材料、特に熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料からなっている。具体的には、台座部１Ｃは、銅（Ｃｕ）、銅タングステン（ＣｕＷ）、モリブデン銅（ＣｕＭｏＣｕ）からなる群から選択されるいずれかの材料で形成されている。

台座部１Ｃは被接合面としての最上面１ｔを含む。台座部１Ｃは、第１方向であるＹ方向の寸法が、それに垂直な第２方向であるＸ方向の寸法よりも長い。台座部１Ｃは、最上面１ｔのＹ方向に沿って延びる端部１Ｅ、またはそれと平面視にて重なる真下の側面に、切欠き部８などの視認可能部が形成されている。半導体素子３は台座部１Ｃの最上面１ｔ上に接合されている。

平板ベース部１Ｄは実施の形態１の第２領域１Ｂと基本的に同様の位置および同様の機能、特徴を有している。したがって平板ベース部１Ｄは、台座部１Ｃの半導体素子３と反対側すなわちＺ方向の下側に接合されている。平板ベース部１Ｄは金属材料、特に熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料からなっている。具体的には、平板ベース部１Ｄは、銅（Ｃｕ）、銅タングステン（ＣｕＷ）、モリブデン銅（ＣｕＭｏＣｕ）からなる群から選択されるいずれかの材料で形成されている。

第２のナノ粒子接合材２Ｂは、基本的に第１のナノ粒子接合材２Ａと同様である。すなわち第１のナノ粒子接合材２Ａは、これを構成する粒子がたとえば５００ｎｍ以上１μｍ未満程度の極めて微小な粒径を有している。第１のナノ粒子接合材２Ａは、銀もしくは銅、または銀および銅が混合された金属材料からなる接合材である。いずれにせよ第１のナノ粒子接合材２Ａは、銀および銅の少なくともいずれかを含んでいる。保護回路リミッター１０３Ｂにおいて、第１のナノ粒子接合材２Ａと第２のナノ粒子接合材２Ｂとの材質は互いに同一であってもよいが異なっていてもよい。

平板ベース部１ＤのＺ方向の最上面は、保護回路リミッター１０３Ａにおける中間面１ｍと同等である。このため中間面１ｍ上には、台座部１ＣをＸ方向の一方う側および他方の側の双方から挟むように、１対の樹脂基板９が配置される。また平板ベース部１ＤのＺ方向の最下部には最下面１ｆを有する。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、実施の形態１と同様の作用効果の他に、以下の作用効果を奏する。

本実施の形態の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ｂは、ベース１が、第１領域としての台座部１Ｃと、第２領域としての平板ベース部１Ｄとを含んでいる。台座部１Ｃおよび平板ベース部１Ｄはいずれも平板形状である。台座部１Ｃは、被接合面としての最上面１ｔを含む。平板ベース部１Ｄは、台座部１Ｃの半導体素子３と反対側である下側に、銀および銅の少なくともいずれかを含む第２のナノ粒子接合材２Ｂにより接合される。切欠き部８などの視認可能部は台座部１Ｃに形成されている。

実施の形態１のような、第２領域１Ｂに対して上方に突起した形状を有する第１領域１Ａが一体形成されたベース１は、加工に多くの時間および費用を要する。ベース１の形状が複雑であるためである。そこで本実施の形態においては、ベース１を台座部１Ｃおよび平板ベース部１Ｄにより形成し、それらを接合させた構成としている。台座部１Ｃおよび平板ベース部１Ｄはいずれも単純な平板形状であり加工が容易である。このためベース１の加工に要する時間および費用を削減できる。

また台座部１Ｃと平板ベース部１Ｄとは、銀および銅の少なくともいずれかを含む第２のナノ粒子接合材２Ｂにより接合される。銀および銅は金よりも放熱性が高く、第２のナノ粒子接合材２Ｂの熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋである。このため台座部１Ｃ、平板ベース部１Ｄおよび第２のナノ粒子接合材２Ｂからなるベース１は全体として高い熱伝導率を有する。したがって本実施の形態においても実施の形態１と同様に、ベース１から半導体装置の外部への放熱性を向上できる。これにより半導体素子３に含まれるダイオードなどが耐熱温度を超える不具合を抑制できる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の、実施の形態３の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。図１１および図１２を参照して、実施の形態３の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ｃは、大筋で実施の形態１の保護回路リミッター１０３Ａと同様の構成を有している。このため保護回路リミッター１０３Ｃについて保護回路リミッター１０３Ａと同一の構成要素には同一の符号を付し、特徴等が同一である限りその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては、最上面１ｔにおいてスリット６が形成されている点において実施の形態１と異なっている。

保護回路リミッター１０３Ｃにおいては、切欠き部８などの視認可能部が、最上面１ｔの１対の端部１Ｅのそれぞれを含むように形成される。これは切欠き部８が１対の端部１Ｅと平面視において重なる、端部１Ｅの真下の側面上に形成される場合であっても、当該切欠き部８は１対の端部１Ｅにまで延びるように形成されていることを意味する。保護回路リミッター１０３Ｃは、最上面１ｔに、Ｘ方向に沿って延びるスリット６が形成されている。このスリット６は、最上面１ｔにおいて、１対の端部１Ｅのそれぞれの、Ｘ方向に互いに対向する切欠き部８を繋ぐように形成されている。

図１３は、図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１３を参照して、スリット６は、ベース１の第１領域１Ａを構成する金属材料の部分が最上面１ｔからＺ方向にある深さ分だけ掘られるように欠落されている。スリット６は、この部分的に欠落された部分が、Ｘ方向に延びるように溝状に形成されている。そのスリット６のＸ方向の一方および他方の端部が、切欠き部８に相当する。スリット６の延びるＸ方向についての一方および他方の端部が切欠き部８になっていることから、切欠き部８はスリット６の一部分であると考えることができる。このためここではスリット６は概念上、切欠き部８などの視認可能部に含んでいるものとする。

スリット６は、実施の形態１などの端部１Ｅの切欠き部８と同様の役割を有する。つまりスリット６は、長手の寸法を有するＹ方向について、最上面１ｔでの半導体素子３を接合すべき位置を示す目印となる。図１１に示すように、図５と同様に最上面１ｔの端部Ｙ１，Ｙ４が設けられ、Ｙ方向の位置Ｙ２およびＹ３にスリット６が形成されている。この場合、半導体素子３は、Ｙ１とＹ２との中間、Ｙ２とＹ３との中間およびＹ３とＹ４との中間に中心がくるように配置される。スリット６により、半導体素子３のＹ方向の位置を容易に決めることができる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、実施の形態１と同様の作用効果の他に、以下の作用効果を奏する。

本実施の形態の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ｃは、最上面１ｔは、Ｙ方向に延び互いに対向する端部１Ｅを１対有する。切欠き部８は、最上面１ｔの１対の端部１Ｅのそれぞれを含むように形成される。最上面１ｔにおいて、１対の端部１Ｅのそれぞれの互いに対向する切欠き部８を繋ぐように、Ｘ方向に沿って延びるスリット６が形成されている。

これにより、第１のナノ粒子接合材２Ａの良好な流動性により、これが本来接合すべき半導体素子３に隣接する半導体素子３の側に流れこれと接触し短絡を起こす不具合を抑制できる。溝状に形成されたスリット６が、隣接する半導体素子３への第１のナノ粒子接合材２Ａをせき止める役割を有するためである。

実施の形態４．
図１４は、実施の形態４の保護回路リミッターの構成を示す概略平面図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う部分の、実施の形態４の保護回路リミッターの構成を示す概略断面図である。図１４および図１５を参照して、実施の形態３の半導体装置としての保護回路リミッター１０３Ｄは、大筋で実施の形態２の保護回路リミッター１０３Ｂと同様の構成を有している。ただし本実施の形態においては、最上面１ｔにおいてスリット６が形成されている点において実施の形態２と異なっている。スリット６の形成態様については実施の形態３と同様である。したがって本実施の形態の保護回路リミッター１０３Ｄは、実施の形態２の保護回路リミッター１０３Ｂと実施の形態３の保護回路リミッター１０３Ｃとの特徴を組み合わせた構成を有している。保護回路リミッター１０３Ｄの構成上の特徴は保護回路リミッター１０３Ｂ，１０３Ｃと同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、ここではその説明を繰り返さない。また本実施の形態の作用効果は、実施の形態１，２，３の作用効果を組み合わせた効果となる。このためここではその説明を繰り返さない。

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ベース、１Ａ 第１領域、１Ｂ 第２領域、１Ｃ 台座部、１Ｄ 平板ベース部、１Ｅ 端部、１ｆ 最下面、１ｍ 中間面、１ｔ，３ｔ，９ｔ 最上面、２Ａ 第１のナノ粒子接合材、３ 半導体素子、４ 金属線、５ パッド、７ ボンディングツール、８ 切欠き部、９ 樹脂基板、９ｓ 樹脂基板スリット、１００ レーダー用送受信モジュール、１０１ 高出力増幅器、１０２ コネクター、１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ 保護回路リミッター、１０４ 低雑音増幅器、Ａ アンテナ、Ｃ１ 送信系、Ｃ２ 受信系、Ｓ システム側。

Claims (6)

1. 金属材料からなるベースと、
   前記ベースの上に、銀および銅の少なくともいずれかを含む第１のナノ粒子接合材により接合された半導体素子とを備え、
   前記金属材料は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅を含む材料で形成されており、
   前記ベースは、前記半導体素子が接合される被接合面を含み、
   前記被接合面は、第１方向の寸法が、前記第１方向に垂直な第２方向の寸法より長く、
   前記被接合面の前記第１方向に沿って延びる端部と平面視にて重なる位置には視認可能部が形成されている、半導体装置。
2. 前記被接合面は、前記第１方向に延び互いに対向する前記端部を１対有し、
   前記視認可能部は、前記１対の端部のそれぞれを含むように形成され、
   前記被接合面において、前記１対の端部のそれぞれの互いに対向する前記視認可能部を繋ぐように、前記第２方向に沿って延びるスリットが形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ベースは、前記被接合面を含む第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とを含み、
   前記第１領域は、前記第１方向および前記第２方向に交差する前記半導体素子の厚み方向について、前記第２領域よりも突出している、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ベースは、前記被接合面を含む第１領域としての平板形状の台座部と、前記台座部の前記半導体素子と反対側に銀および銅の少なくともいずれかを含む第２のナノ粒子接合材により接合される第２領域としての平板形状の平板ベース部とを含み、
   前記視認可能部は前記台座部に形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
5. 前記ベースの前記第１領域を、前記第２方向から挟むように配置される１対の樹脂基板をさらに備え、
   前記１対の樹脂基板のそれぞれは、前記被接合面に接合された前記半導体素子と電気的に接続可能なパッドを含む、請求項３または４に記載の半導体装置。
6. 前記１対の樹脂基板のそれぞれには、前記視認可能部と位置合わせされた目印が形成されている、請求項５に記載の半導体装置。
   

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