JP2021114537A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】課題は、応力に起因する破損の可能性を低減できる、半導体装置を提供することである。【解決手段】半導体装置１０は、載置面２１１を有するヒートシンク２０と、載置面２１１に配置される基板３０と、基板３０におけるヒートシンク２０とは反対側に配置される半導体チップ４０と、半導体チップ４０における基板３０とは反対側に配置される導電部材５０とを備える。半導体装置１０は、更に、第１接合部６１と、第２接合部６２と、第３接合部６３とを備える。第１接合部６１は、ヒートシンク２０と基板３０との間にあってこれらを接合する。第１接合部６１は、第１焼結体を含む。第２接合部６２は、基板３０と半導体チップ４０との間にあってこれらを接合する。第２接合部６２は、第２焼結体を含む。第３接合部６３は、半導体チップ４０と導電部材５０との間にあってこれらを接合する。第３接合部６３は、第３焼結体を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置に関し、より詳細には、ヒートシンクを備える半導体装置に関する。

特許文献１は、セラミックス基板にヒートシンクを接合した絶縁回路基板を搭載するパワー半導体装置を開示する。特許文献１では、パワー半導体装置において、セラミックス基板とヒートシンクとが直接接合されるか、セラミックス基板とＣｕ等のヒートシンク金属とが樹脂を含むはんだ合金で接合される。

特開２００５−２８５８８５号公報

課題は、応力に起因する破損の可能性を低減できる、半導体装置を提供することである。

本開示に係る一態様の半導体装置は、ヒートシンクと、基板と、半導体チップと、導電部材と、第１接合部と、第２接合部と、第３接合部とを備える。前記ヒートシンクは、載置面を有する。前記基板は、前記ヒートシンクの載置面に配置される。前記半導体チップは、前記基板における前記ヒートシンクとは反対側に配置される。前記導電部材は、前記半導体チップにおける前記基板とは反対側に配置される。前記第１接合部は、前記基板と前記半導体チップとの間にあって前記基板と前記半導体チップとを接合する。前記第１接合部は、第１焼結体を含む。前記第２接合部は、前記基板と前記半導体チップとの間にあって前記基板と前記半導体チップとを接合する。前記第２接合部は、第２焼結体を含む。前記第３接合部は、前記半導体チップと前記導電部材との間にあって前記半導体チップと前記導電部材とを接合する。前記第３接合部は、第３焼結体を含む。

本開示の態様によれば、応力に起因する破損の可能性を低減できる、という効果がある。

図１は、一実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 図２は、上記半導体装置の一部を省略した概略平面図である。

（１）実施形態
（１−１）概要
図１及び図２は、一実施形態の半導体装置１０を示す。なお、図１及び図２は、模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

半導体装置１０は、ヒートシンク２０と、基板３０と、半導体チップ４０と、導電部材５０と、第１接合部６１と、第２接合部６２と、第３接合部６３とを備える。ヒートシンク２０は、載置面２１１を有する。基板３０は、ヒートシンク２０の載置面２１１に配置される。半導体チップ４０は、基板３０におけるヒートシンク２０とは反対側に配置される。導電部材５０は、半導体チップ４０における基板３０とは反対側に配置される。第１接合部６１は、ヒートシンク２０と基板３０との間にあってヒートシンク２０と基板３０とを接合する。第１接合部６１は、第１焼結体を含む。第２接合部６２は、基板３０と半導体チップ４０との間にあって基板３０と半導体チップ４０とを接合する。第２接合部６２は、第２焼結体を含む。第３接合部６３は、半導体チップ４０と導電部材５０との間にあって半導体チップ４０と導電部材５０とを接合する。第３接合部６３は、第３焼結体を含む。

例えば、半導体装置１０の動作時には温度上昇に伴って応力（特に熱応力）が生じ得る、このような応力は、ヒートシンク２０、基板３０、半導体チップ４０、及び導電部材５０の線膨張率係数の差に起因し得る。半導体装置１０では、ヒートシンク２０と基板３０との接合、基板３０と半導体チップ４０との接合、及び半導体チップ４０と導電部材５０との接合のすべてが焼結体を利用して実現されている。焼結体（焼結品）は、粒子同士が焼結によって結合されたものであって、多数の空孔（空隙）を内包している。したがって、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３によって、応力が緩和されて、ヒートシンク２０、基板３０、半導体チップ４０、及び導電部材５０の破損の可能性が低減され得る。さらに、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３自体の破損の可能性も低減され得る。結果的に、半導体装置１０によれば、応力に起因する破損の可能性を低減できる。

（１−２）詳細
以下、半導体装置１０について図１及び図２を参照して更に詳細に説明する。半導体装置１０は、ヒートシンク２０と、基板３０と、複数（本実施形態では、２つ）の半導体チップ４０と、複数（本実施形態では、２つ）の導電部材５０，５１とを備える。半導体装置１０は、更に、第１接合部６１と、複数（本実施形態では、２つ）の第２接合部６２と、複数（本実施形態では、２つ）の第３接合部６３と、第４接合部６４とを備える。半導体装置１０は、更に、枠部７０と、封止部８０とを備える。なお、図２では、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３の関係を分かりやすく示すために、導電部材５０，５１及び封止部８０の図示を省略している。

ヒートシンク２０は、板部２１と、複数のフィン２２とを有する。板部２１は、矩形板状であり、載置面２１１と、載置面２１１とは反対側の底面２１２とを有する。載置面２１１は、基板３０が搭載される面である。本実施形態では、載置面２１１は、平坦な面である。複数のフィン２２は、板部２１の底面２１２から板部２１の厚さ方向に突出している。ヒートシンク２０の材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、ＡｌＳｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＣＭＣ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｐｐｅｒ）、ＣＩＣ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｖｅｒ Ｃｏｐｐｅｒ）が挙げられる。

基板３０は、ヒートシンク２０の載置面２１１に配置される。基板３０上には複数の半導体チップ４０が配置される。基板３０は、実装基板として利用される。基板３０は、複数の半導体チップ４０をヒートシンク２０から絶縁するように構成されている。より詳細には、基板３０は、絶縁基板３１と、第１導体層３２と、第２導体層３３とを含む。絶縁基板３１は、厚さ方向の第１面３１１と第２面３１２とを有する。絶縁基板３１の厚さ方向からの平面視における絶縁基板３１の外周形状は、例えば、長方形状であるが、これに限らず、例えば、正方形状であってもよい。絶縁基板３１の外周形状が、基板３０の外周形状となる。絶縁基板３１は、例えば、窒化ケイ素基板である。絶縁基板３１は、窒化ケイ素基板に限らず、例えば、窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、又は樹脂基板であってもよい。第１導体層３２は、絶縁基板３１の第１面３１１にある。第１導体層３２における絶縁基板３１とは反対側の面３２１に、半導体チップ４０が配置される。一例として、第１導体層３２の厚さ方向からの平面視における第１導体層３２の外周形状は、例えば、長方形状であるが、これに限らず、例えば、正方形状であってもよい。第１導体層３２の外周形状は、絶縁基板３１よりも小さい。第２導体層３３は、絶縁基板３１の第２面３１２にある。第２導体層３３における絶縁基板３１とは反対側の面３３１がヒートシンク２０の載置面２１１に接合される。一例として、第２導体層３３の厚さ方向からの平面視における第２導体層３３の外周形状は、例えば、長方形状であるが、これに限らず、例えば、正方形状であってもよい。第２導体層３３の外周形状は、絶縁基板３１よりも小さい。第１導体層３２の材料は、例えば、Ｃｕ又はＡｌである。同様に、第２導体層３３の材料は、例えば、Ｃｕ又はＡｌである。このように、基板３０が絶縁基板３１を含むため、半導体チップ４０がヒートシンク２０から電気的に絶縁され得る。

複数の半導体チップ４０は、基板３０におけるヒートシンク２０とは反対側に配置される。より詳細には、複数の半導体チップ４０は、基板３０の第１導体層３２の面３２１に配置されている。なお、本実施形態では、半導体装置１０は、例えば、直流電圧を３相交流電圧に変換するインバータ、マルチレベルインバータ、交流−交流電力変換を行うマトリクスコンバータ等の電気装置に適用できるパワー半導体モジュールである。パワー半導体モジュールを構成する半導体装置１０では、複数の半導体チップ４０の各々は、例えば、ＳｉＣ系ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮ系パワートランジスタのいずれかを含む。ＧａＮ系パワートランジスタは、例えば、デュアルゲート型のＧａＮ系ＧＩＴ（GIT：Ｇａｔｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。なお、半導体装置１０は、複数の半導体チップ４０の他に、チップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗等の電子部品を備えていてもよい。

複数の導電部材５０，５１は、半導体チップ４０における基板３０とは反対側に配置される。複数の導電部材５０，５１の各々は、例えば、バスバーである。複数の導電部材５０，５１の各々の材料の例としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＣＭＣ、ＣＩＣが挙げられる。導電部材５０は、半導体チップ４０を外部回路に接続するために利用され得る。本実施形態では、導電部材５０は、半導体チップ４０にそれぞれ電気的に接続される複数の導電端子５０１，５０１と、外部端子５０２とを備える。ここで、導電部材５０は、一部が枠部７０に埋設されており、複数の導電端子５０１，５０１が枠部７０の内側に露出し、外部端子５０２が枠部７０におけるヒートシンク２０とは反対側の面に露出する。導電部材５１は、基板３０を外部回路に接続するために利用され得る。導電部材５１は、基板３０の第１導体層３２に電気的に接続される導電端子５１１と、外部端子５１２とを備える。ここで、導電部材５１は、一部が枠部７０に埋設されており、導電端子５１１が枠部７０の内側に露出し、外部端子５１２が枠部７０におけるヒートシンク２０とは反対側の面に露出する。

第１接合部６１は、ヒートシンク２０と基板３０との間にあってヒートシンク２０と基板３０とを接合する。より詳細には、第１接合部６１は、ヒートシンク２０の板部２１の載置面２１１と基板３０の第２導体層３３における絶縁基板３１とは反対側の面３３１との間にある。そして、第１接合部６１は、ヒートシンク２０の板部２１と基板３０の第２導体層３３とを接合する。ここで、第１接合部６１の厚さ方向からの平面視における第１接合部６１の外周形状は、例えば、基板３０の第２導体層３３と等しくなっている。ただし、第１接合部６１の外周形状は、必ずしも第２導体層３３と等しい必要はなく、ヒートシンク２０と第２導体層３３とを所望の強度で接合できればよい。第１接合部６１は、第１焼結体を含む。本実施形態では、第１焼結体は、焼結金属である。焼結金属は、耐熱性に優れるという利点があり得る。第１焼結体は、銀と銅との少なくとも一方を含んでよい。つまり、第１焼結体は、焼結銀、焼結銅、又は、銀粒子及び銅粒子を含む金属粒子同士が焼結により結合された焼結金属であり得る。このような第１焼結体は多孔質であり、多数の空孔（空隙）を内包し得る。このような第１接合部６１を用いてヒートシンク２０と基板３０とを接合する場合には、まず、第１接合部６１の材料となるペーストをヒートシンク２０の板部２１の載置面２１１に印刷して、第１接合材料部を形成する。ペーストは、複数の金属粒子と揮発性の溶剤とを含む。なお、ペーストは、揮発性のバインダを含んでもよい。揮発性のバインダは、例えば、揮発性有機化合物である。ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、ディスペンスにより行うようにしてもよい。この後に、基板３０を、例えば、吸着コレットにより、第１接合材料部上に配置する。この後に、第１接合材料部を焼結することで第１接合部６１が得られ、ヒートシンク２０と基板３０とが接合される。なお、第１接合材料部を焼結する際に、必要に応じて第１接合材料部に圧力が加えられる。

第２接合部６２は、基板３０と半導体チップ４０との間にあって基板３０と半導体チップ４０とを接合する。より詳細には、第２接合部６２は、基板３０の第１導体層３２における絶縁基板３１とは反対側の面３２１と半導体チップ４０との間にある。そして、第２接合部６２は、半導体チップ４０と基板３０の第１導体層３２とを接合する。ここで、第２接合部６２の厚さ方向からの平面視における第２接合部６２の外周形状は、例えば、半導体チップ４０と等しくなっている。ただし、第２接合部６２の外周形状は、必ずしも半導体チップ４０と等しい必要はなく、半導体チップ４０と第１導体層３２とを所望の強度で接合できればよい。第２接合部６２は、第２焼結体を含む。本実施形態では、第２焼結体は、焼結金属である。焼結金属は、耐熱性に優れるという利点があり得る。第２焼結体は、銀と銅との少なくとも一方を含んでよい。つまり、第２焼結体は、焼結銀、焼結銅、又は、銀粒子及び銅粒子を含む金属粒子同士が焼結により結合された焼結金属であり得る。このような第２焼結体は多孔質であり、多数の空孔（空隙）を内包し得る。このような第２接合部６２を用いて基板３０と半導体チップ４０とを接合する場合には、まず、第２接合部６２の材料となるペーストを基板３０の第１導体層３２の面３２１に印刷して、第２接合材料部を形成する。ペーストは、複数の金属粒子と揮発性の溶剤とを含む。なお、ペーストは、揮発性のバインダを含んでもよい。揮発性のバインダは、例えば、揮発性有機化合物である。ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、ディスペンスにより行うようにしてもよい。この後に、半導体チップ４０を、例えば、吸着コレットにより、第２接合材料部上に配置する。この後に、第２接合材料部を焼結することで第２接合部６２が得られ、半導体チップ４０と基板３０とが接合される。なお、第２接合材料部を焼結する際に、必要に応じて第２接合材料部に圧力が加えられる。

第３接合部６３は、半導体チップ４０と導電部材５０との間にあって半導体チップ４０と導電部材５０とを接合する。より詳細には、第３接合部６３は、半導体チップ４０における基板３０とは反対側の面と導電部材５０の導電端子５０１との間にある。そして、第３接合部６３は、半導体チップ４０と導電部材５０の導電端子５０１とを接合する。ここで、第３接合部６３の厚さ方向からの平面視における第３接合部６３の外周形状は、例えば、半導体チップ４０より小さくなっている。ただし、第３接合部６３の外周形状は、必ずしもこの例に限定されず、半導体チップ４０と導電部材５０とを所望の強度で接合できればよい。第３接合部６３は、第３焼結体を含む。本実施形態では、第３焼結体は、焼結金属である。焼結金属は、耐熱性に優れるという利点があり得る。第３焼結体は、銀と銅との少なくとも一方を含んでよい。つまり、第２焼結体は、焼結銀、焼結銅、又は、銀粒子及び銅粒子を含む金属粒子同士が焼結により結合された焼結金属であり得る。このような第３焼結体は多孔質であり、多数の空孔（空隙）を内包し得る。このような第３接合部６３を用いて半導体チップ４０と導電部材５０とを接合する場合には、まず、第３接合部６３の材料となるペーストを半導体チップ４０における基板３０とは反対側の面に印刷して、第３接合材料部を形成する。ペーストは、複数の金属粒子と揮発性の溶剤とを含む。なお、ペーストは、揮発性のバインダを含んでもよい。揮発性のバインダは、例えば、揮発性有機化合物である。ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、ディスペンスにより行うようにしてもよい。この後に、導電部材５０を、例えば、吸着コレットにより、第３接合材料部上に配置する。この後に、第３接合材料部を焼結することで第３接合部６３が得られ、半導体チップ４０と導電部材５０とが接合される。なお、第３接合材料部を焼結する際に、必要に応じて第３接合材料部に圧力が加えられる。

第４接合部６４は、基板３０と導電部材５１との間にあって基板３０と導電部材５１とを接合する。より詳細には、第４接合部６４は、基板３０の第１導体層３２における絶縁基板３１とは反対側の面３２１と導電部材５１の導電端子５１１との間にある。そして、第４接合部６４は、導電部材５１と基板３０の第１導体層３２とを接合する。ここで、第４接合部６４の厚さ方向からの平面視における第４接合部６４の外周形状は、例えば、導電部材５１の導電端子５１１と等しくなっている。ただし、第４接合部６４の外周形状は、必ずしも導電端子５１１と等しい必要はなく、導電端子５１１と第１導体層３２とを所望の強度で接合できればよい。第４接合部６４は、第４焼結体を含む。本実施形態では、第４焼結体は、焼結金属である。焼結金属は、耐熱性に優れるという利点があり得る。第４焼結体は、銀と銅との少なくとも一方を含んでよい。つまり、第４焼結体は、焼結銀、焼結銅、又は、銀粒子及び銅粒子を含む金属粒子同士が焼結により結合された焼結金属であり得る。このような第４焼結体は多孔質であり、多数の空孔（空隙）を内包し得る。このような第４接合部６４を用いて基板３０と導電部材５１とを接合する場合には、まず、第４接合部６４の材料となるペーストを基板３０の第１導体層３２の面３２１に印刷して、第４接合材料部を形成する。ペーストは、複数の金属粒子と揮発性の溶剤とを含む。なお、ペーストは、揮発性のバインダを含んでもよい。揮発性のバインダは、例えば、揮発性有機化合物である。ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、インクジェット印刷、ディスペンスにより行うようにしてもよい。この後に、導電部材５１を、例えば、吸着コレットにより、第４接合材料部上に配置する。この後に、第４接合材料部を焼結することで第４接合部６４が得られ、導電部材５１と基板３０とが接合される。なお、第４接合材料部を焼結する際に、必要に応じて第４接合材料部に圧力が加えられる。

本実施形態では、ヒートシンク２０と基板３０との接合、基板３０と半導体チップ４０との接合、及び半導体チップ４０と導電部材５０との接合のすべてが焼結体（第１〜第３焼結体）を利用して実現されている。すなわち、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３は、それぞれ第１焼結体、第２焼結体及び第３焼結体を含む。

ここで、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３はそれぞれ空孔率（空隙率）が異なる。本実施形態では、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３の空孔率は、第１焼結体、第２焼結体及び第３焼結体の空孔率と等しいとしている。特に、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３のうち第１接合部６１が最も空孔率が高い。一方で、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３のうち第２接合部６２が最も空孔率が低い。よって、第１接合部６１の空孔率は、第３接合部６３の空孔率よりも高く、第３接合部６３の空孔率は、第２接合部６２の空孔率よりも高い。つまり、空孔率は、第１接合部６１、第３接合部６３、第２接合部６２の順に低くなっている。このように、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３はそれぞれ空孔率（空隙率）が異なっていれば、応力（特に熱応力）に起因する第１〜第３接合部６１〜６３の破損の可能性を低減でき得る。特に、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３の空孔率が上記の関係を満たしていると、応力（特に熱応力）に起因する第１〜第３接合部６１〜６３の破損の可能性を特に低減でき得る。空孔率は、従来周知の種々の方法により測定することが可能である。一例として、空孔率は、走査電子顕微鏡（SEM）を利用した構造解析により算出することができる。この場合、空孔率は、単位面積又は単位体積当たりの、焼結体の実部に対する空孔部（空隙部）の割合で表され得る。

また、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３はそれぞれ弾性率が異なる。本実施形態では、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３の弾性率は、第１焼結体、第２焼結体及び第３焼結体の弾性率と等しいとしている。特に、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３のうち第２接合部６２が最も弾性率が高い。一方で、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３のうち第１接合部６１が最も弾性率が低い。よって、第２接合部６２の弾性率は、第３接合部６３の弾性率よりも高く、第３接合部６３の弾性率は、第１接合部６１の弾性率よりも高い。つまり、弾性率は、第２接合部６２、第３接合部６３及び第１接合部６１の順に低くなっている。このように、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３はそれぞれ弾性率が異なっていれば、応力（特に熱応力）に起因する第１〜第３接合部６１〜６３の破損の可能性を低減でき得る。特に、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３の弾性率が上記の関係を満たしていると、応力（特に熱応力）に起因する第１〜第３接合部６１〜６３の破損の可能性を特に低減でき得る。弾性率は、従来周知の種々の方法により測定することが可能である。一例として、弾性率は、圧子を用いた押込試験又はダンベル試験片を用いた引張試験等により算出することができる。なお、弾性率の代わりに、ヤング率を採用してもよい。

また、導電部材５１と基板３０との接合も焼結体（第４焼結体）を利用して実現されている。すなわち、第４接合部６４は、第４焼結体を含む。ここで、第４接合部６４は、第１接合部６１とは空孔率（空隙率）が異なっていてよい。本実施形態では、第４接合部６４の空孔率は、第４焼結体の空孔率と等しいとしている。特に、第４接合部６４は、第１接合部６１よりも空孔率が低くてもよい。なお、第４接合部６４、第２接合部６２及び第３接合部６３において空孔率の関係は特に問わない。また、第４接合部６４は、第１接合部６１とは弾性率（ヤング率）が異なっていてよい。本実施形態では、第４接合部６４の弾性率は、第４焼結体の弾性率と等しいとしている。特に、第４接合部６４は、第１接合部６１よりも弾性率が高くてもよい。なお、第４接合部６４、第２接合部６２及び第３接合部６３において弾性率の関係は特に問わない。

第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３の空孔率及び弾性率は、焼結体の材料及び製造条件（例えば、焼結時の圧力の大きさ、アニールの温度、アニールの時間等）によって調整することが可能である。同様に、第４接合部６４の空孔率及び弾性率は、焼結体の材料及び製造条件（例えば、焼結時の圧力の大きさ、アニールの温度、アニールの時間等）によって調整することが可能である。

また、本実施形態では、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３は、ヒートシンク２０の載置面２１１上にある。そして、図２に示すように、載置面２１１に平行な面内において、第１接合部６１は、第２接合部６２及び第３接合部６３よりも面積が大きい。これによって、応力（特に熱応力）に起因する第１〜第３接合部６１〜６３の破損の可能性を低減でき得る。なお、第２接合部６２と第３接合部６３とにおいては面積の関係は特に問わない。更に、第４接合部６４も、ヒートシンク２０の載置面２１１上にある。そして、図２に示すように、載置面２１１に平行な面内において、第１接合部６１は、第４接合部６４よりも面積が大きい。なお、第２接合部６２と第３接合部６３と第４接合部６４とにおいては面積の関係は特に問わない。

枠部７０は、枠状（矩形枠状）であり、ヒートシンク２０の板部２１の載置面２１１上に配置されている。枠部７０は、基板３０、複数の半導体チップ４０等を囲んでいる。枠部７０は、電気絶縁性を有する。枠部７０の材料としては、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＢＩ（Ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）が挙げられる。

封止部８０は、ヒートシンク２０と枠部７０とで囲まれた基板３０及び複数の半導体チップ４０等を覆って封止している。封止部８０は、電気絶縁性及び遮光性を有する。封止部８０の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、マレイミド樹脂が挙げられる。エポキシ系樹脂は、耐熱性の観点から、ガラス転移温度が高いのが好ましい。

（２）変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。

一変形例では、半導体装置１０は、必ずしもパワー半導体モジュールである必要はない。半導体装置１０は、少なくとも、ヒートシンク２０と、基板３０と、半導体チップ４０と、導電部材５０と、第１接合部６１と、第２接合部６２と、第３接合部６３とを含む構成であれば、その用途・機能等は特に限定されない。

一変形例では、ヒートシンク２０は上記実施形態とは異なる形状・構成であってよい。ヒートシンク２０は少なくとも基板３０を配置する載置面２１１を有していれば、その形状は特に限定されない。

一変形例では、基板３０は上記実施形態と異なる形状・構成であってよい。例えば、基板３０は、プリント配線板であってよい。基板３０において、第１導体層３２及び第２導体層３３の形状は、半導体チップ４０の数等に応じて適宜変更され得る。また、基板３０の数も１つではなく２以上であってよい。もちろん、第１接合部６１の数も、基板３０の構造や数に応じて適宜変更され得る。

一変形例では、半導体装置１０は、３以上の半導体チップ４０を有していてもよいし、単一の半導体チップ４０のみを有していてもよい。要するに、半導体チップ４０の数は特に限定されない。もちろん、第２接合部６２の数及び第３接合部６３の数も、半導体チップ４０の構造や数に応じて適宜変更され得る。

一変形例では、複数の導電部材５０，５１は、上記実施形態とは異なる形状・構成であってよい。例えば、複数の導電部材５０，５１の各々は、バスバーにより構成される場合に限らず、例えば、導電端子とＣｕワイヤとを含んでもよいし、Ａｌワイヤ等の（金属）ワイヤであってもよい。

一変形例では、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３は上記実施形態と異なる形状・構成であってよい。また、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３の少なくとも２つは同じ材料の焼結体であってもよいし、異なる材料の焼結体であってもよい。また、必ずしも、第１接合部６１の空孔率が第３接合部６３の空孔率よりも大きくなくてよく、第３接合部６３の空孔率が第２接合部６２の空孔率よりも大きくなくてよい。また、必ずしも、第２接合部６２の弾性率が第３接合部６３の弾性率よりも大きくなくてよく、第３接合部６３の弾性率が第１接合部６１の弾性率よりも大きくなくてよい。また、必ずしも、載置面２１１に平行な面内において、第１接合部６１は、第２接合部６２及び第３接合部６３よりも面積が大きくなくてよい。

一変形例では、第４接合部６４の空孔率は、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３の空孔率とは関係なく設定されてよい。同様に、第４接合部６４のヤング率は、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３のヤング率とは関係なく設定されてよい。同様に、載置面２１１に平行な面内において、第４接合部６４の面積は、第１接合部６１、第２接合部６２、及び第３接合部６３の面積とは関係なく設定されてよい。なお、第４接合部６４は、必ずしも焼結体を含んでいる必要はない。第４接合部６４は、はんだを含んでいてもよい。要するに、導電部材５１と基板３０とは、表面活性化接合法、はんだ接合法、バンプ接合法、共晶接合法、熱圧着法、樹脂接合法で接合されてもよい。

一変形例では、半導体装置１０は、枠部７０及び封止部８０を必ずしも有している必要はない。

（３）態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。

第１の態様は、半導体装置（１０）であって、ヒートシンク（２０）と、基板（３０）と、半導体チップ（４０）と、導電部材（５０）と、第１接合部（６１）と、第２接合部（６２）と、第３接合部（６３）とを備える。前記ヒートシンク（２０）は、 載置面（２１１）を有する。前記基板（３０）は、前記ヒートシンク（２０）の載置面（２１１）に配置される。前記半導体チップ（４０）は、前記基板（３０）における前記ヒートシンク（２０）とは反対側に配置される。前記導電部材（５０）は、前記半導体チップ（４０）における前記基板（３０）とは反対側に配置される。前記第１接合部（６１）は、前記ヒートシンク（２０）と前記基板（３０）との間にあって前記ヒートシンク（２０）と前記基板（３０）とを接合する。前記第１接合部（６１）と、は、第１焼結体を含む。前記第２接合部（６２）は、前記基板（３０）と前記半導体チップ（４０）との間にあって前記基板（３０）と前記半導体チップ（４０）とを接合する。前記第２接合部（６２）は、第２焼結体を含む。前記第３接合部（６３）は、前記半導体チップ（４０）と前記導電部材（５０）との間にあって前記半導体チップ（４０）と前記導電部材（５０）とを接合する。前記第３接合部（６３）は、第３焼結体を含む。この態様によれば、応力に起因する破損の可能性を低減できる。

第２の態様は、第１の態様に基づく半導体装置（１０）である。第２の態様では、前記第１接合部（６１）、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６３）はそれぞれ空孔率が異なる。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第３の態様は、第２の態様に基づく半導体装置（１０）である。第３の態様では、前記第１接合部（６１）、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６２）のうち前記第１接合部（６１）が最も空孔率が高い。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第４の態様は、第２又は第３の態様に基づく半導体装置（１０）である。第４の態様では、前記第１接合部（６１）、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６２）のうち前記第２接合部（６２）が最も空孔率が低い。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれか一つに基づく半導体装置（１０）である。第５の態様では、前記第１接合部（６１）、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６３）はそれぞれ弾性率が異なる。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第６の態様は、第５の態様に基づく半導体装置（１０）である。第６の態様では、前記第１接合部（６１）、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６２）のうち前記第２接合部（６２）が最も弾性率が高い。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第７の態様は、第５又は第６の態様に基づく半導体装置（１０）である。第７の態様では、前記第１接合部（６１）、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６２）のうち前記第１接合部（６１）が最も弾性率が低い。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第８の態様は、第１〜第７の態様のいずれか一つに基づく半導体装置（１０）である。第８の態様では、前記載置面（２１１）に平行な面内において、前記第１接合部（６１）は、前記第２接合部（６２）及び前記第３接合部（６３）よりも面積が大きい。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第９の態様は、第１〜第８の態様のいずれか一つに基づく半導体装置（１０）である。第９の態様では、前記第１焼結体、前記第２焼結体、及び前記第３焼結体は、焼結金属である。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第１０の態様は、第９の態様に基づく半導体装置（１０）である。第１０の態様では、前記第１焼結体、前記第２焼結体、及び前記第３焼結体は、銀と銅との少なくとも一方を含む。この態様によれば、応力に起因する第１〜第３接合部（６１〜６３）の破損の可能性を低減できる。

第１１の態様は、第１〜第１０の態様のいずれか一つに基づく半導体装置（１０）である。第１１の態様では、前記基板（３０）は、前記ヒートシンク（２０）を前記半導体チップ（４０）から電気的に絶縁する。この態様によれば、ヒートシンク（２０）と半導体チップ（４０）との間の電気絶縁性の向上が図れる。

第１２の態様は、第１１の態様に基づく半導体装置（１０）である。第１２の態様では、前記基板（３０）は、絶縁基板（３１）と、第１導体層（３２）と、第２導体層（３３）とを含む。前記絶縁基板（３１）は、厚さ方向の第１面（３１１）及び第２面（３１２）を有する。前記第１導体層（３２）は、前記絶縁基板（３１）の第１面（３１１）にある。前記第２導体層（３３）は、前記絶縁基板（３１）の第２面（３１２）にある。前記第１接合部（６１）は、前記ヒートシンク（２０）と前記基板（３０）の第２導体層（３３）とを接合する。前記第２接合部（６２）は、前記半導体チップ（４０）と前記基板（３０）の第１導体層（３２）とを接合する。この態様によれば、ヒートシンク（２０）と半導体チップ（４０）との間の電気絶縁性の向上が図れる。

第１３の態様は、第１〜第１２の態様のいずれか一つに基づく半導体装置（１０）である。第１３の態様では、前記導電部材（５０）は、バスバーを含む。この態様によれば、半導体チップ（４０）と導電部材（５０）との接合の容易化が図れる。

１０ 半導体装置
２０ ヒートシンク
２１１ 載置面
３０ 基板
３１ 絶縁基板
３１１ 第１面
３１２ 第２面
３２ 第１導体層
３３ 第２導体層
４０ 半導体チップ
５０ 導電部材
６１ 第１接合部
６２ 第２接合部
６３ 第３接合部

Claims (13)

1. 載置面を有するヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの載置面に配置される基板と、
   前記基板における前記ヒートシンクとは反対側に配置される半導体チップと、
   前記半導体チップにおける前記基板とは反対側に配置される導電部材と、
   前記ヒートシンクと前記基板との間にあって前記ヒートシンクと前記基板とを接合する、第１焼結体を含む第１接合部と、
   前記基板と前記半導体チップとの間にあって前記基板と前記半導体チップとを接合する、第２焼結体を含む第２接合部と、
   前記半導体チップと前記導電部材との間にあって前記半導体チップと前記導電部材とを接合する、第３焼結体を含む第３接合部と、
   を備える、
   半導体装置。
2. 前記第１接合部、前記第２接合部及び前記第３接合部はそれぞれ空孔率が異なる、
   請求項１の半導体装置。
3. 前記第１接合部、前記第２接合部及び前記第３接合部のうち前記第１接合部が最も空孔率が高い、
   請求項２の半導体装置。
4. 前記第１接合部、前記第２接合部及び前記第３接合部のうち前記第２接合部が最も空孔率が低い、
   請求項２又は３の半導体装置。
5. 前記第１接合部、前記第２接合部及び前記第３接合部はそれぞれ弾性率が異なる、
   請求項１〜４のいずれか一つの半導体装置。
6. 前記第１接合部、前記第２接合部及び前記第３接合部のうち前記第２接合部が最も弾性率が高い、
   請求項５の半導体装置。
7. 前記第１接合部、前記第２接合部及び前記第３接合部のうち前記第１接合部が最も弾性率が低い、
   請求項５又は６の半導体装置。
8. 前記載置面に平行な面内において、前記第１接合部は、前記第２接合部及び前記第３接合部よりも面積が大きい、
   請求項１〜７のいずれか一つの半導体装置。
9. 前記第１焼結体、前記第２焼結体、及び前記第３焼結体は、焼結金属である、
   請求項１〜８のいずれか一つの半導体装置。
10. 前記第１焼結体、前記第２焼結体、及び前記第３焼結体は、銀と銅との少なくとも一方を含む、
    請求項９の半導体装置。
11. 前記基板は、前記ヒートシンクを前記半導体チップから電気的に絶縁する、
    請求項１〜１０のいずれか一つの半導体装置。
12. 前記基板は、厚さ方向の第１面及び第２面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の第１面にある第１導体層と、前記絶縁基板の第２面にある第２導体層とを含み、
    前記第１接合部は、前記ヒートシンクと前記基板の第２導体層とを接合し、
    前記第２接合部は、前記半導体チップと前記基板の第１導体層とを接合する、
    請求項１１の半導体装置。
13. 前記導電部材は、バスバーを含む、
    請求項１〜１２のいずれか一つの半導体装置。

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