JP2021158304A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
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    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
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    • H01L2224/29338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45139—Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
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    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/481—Disposition
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    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/48139—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous wire daisy chain
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/832—Applying energy for connecting
    • H01L2224/83201—Compression bonding
    • H01L2224/83203—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83439—Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83447—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83455—Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83463—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
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Abstract

【課題】絶縁回路基板に対する損傷の発生を防止する。【解決手段】半導体装置１は、絶縁回路基板２を有し、絶縁回路基板２は、絶縁板３と絶縁板３のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆとを含み、複数の回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの角部を含む角部近傍Ｃ１の隙間に樹脂により構成されている緩衝部材８が設けられる。緩衝部材８が回路パターン４ｂ，４ｃの膨張による応力を緩衝する。このため、絶縁板３の回路パターン４ｂ，４ｅの境界に対して発生する応力を低減することができ、亀裂の発生を抑制させることができる。【選択図】図１

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。
半導体装置は、半導体チップを含み、電力変換装置として利用されている。半導体チップは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を含む。このような半導体装置は、ケース内に、少なくとも、半導体チップと外部接続端子と当該半導体チップ及び当該外部接続端子が配置される絶縁回路基板とを含んでいる。半導体装置はケース内の各部品が封止部材により封止されている。絶縁回路基板は、絶縁板と当該絶縁板のおもて面に設けられた回路パターンとを含んでいる。回路パターンのおもて面には半導体チップ及び外部接続端子がはんだにより接合される。また、半導体装置の裏面には絶縁回路基板の金属板の裏面が露出している（例えば、特許文献１参照）。半導体装置では、半導体チップが通電されるに伴い発熱する。半導体チップからの熱は絶縁回路基板を伝導して絶縁回路基板の金属板の裏面から放熱される。
特開２００７−０１２８３１号公報
しかし、絶縁回路基板において、絶縁板、回路パターン、金属板はそれぞれ線膨張係数が異なる。半導体チップから発生される熱が絶縁回路基板に伝導すると、線膨張係数の差に応じて絶縁板、回路パターン、金属板の膨張具合が異なり絶縁回路基板に応力が生じてしまう。これに起因して、回路パターンが絶縁板から剥離してしまい、また、絶縁板が応力を受けて損傷してしまうおそれがある。このため、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、絶縁回路基板に対する損傷の発生を防止することができる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。
本発明の一観点によれば、絶縁回路基板を有し、前記絶縁回路基板は、絶縁板と前記絶縁板のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターンとを含み、前記複数の回路パターンの角部を含む角部近傍の前記隙間に樹脂により構成されている緩衝部材が設けられる、半導体装置が提供される。
また、本発明の一観点によれば、絶縁板と前記絶縁板のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターンとを含む絶縁回路基板を用意する用意工程と、前記複数の回路パターンの角部を含む角部近傍の前記隙間に緩衝部材を配置する配置工程と、前記複数の回路パターンの間を配線部材により電気的に接続する配線工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
開示の技術によれば、絶縁回路基板に対する損傷の発生を防止することができる、信頼性の低下が抑制さ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ができる。
第１の実施の形態の半導体装置を説明するための図である。 第１の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 第２の実施の形態の半導体装置の断面図である。 第２の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミックス回路基板の平面図である。 第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる配置工程を示す断面図である。 第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる配置工程を示す平面図である。 第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる接合工程を示す断面図である。 第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる配線工程を示す断面図である。 第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれるケース取り付け工程を示す断面図である。 第２の実施の形態の、放熱ユニットが取り付けられた半導体装置の断面図である。
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図１及び図３の半導体装置１，５０において、上側を向いた面を表す。同様に、「上」とは、図１及び図３の半導体装置１，５０において、上側の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図１及び図３の半導体装置１，５０において、下側を向いた面を表す。同様に、「下」とは、図１及び図３の半導体装置１，５０において、下側の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。「おもて面」、「上面」、「上」、「裏面」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。また、以下の説明において「主成分」とは、８０ｖｏｌ％以上含む場合を表す。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態の半導体装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態の半導体装置を説明するための図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）の一点鎖線Ｘ１−Ｘ１における断面図である。図２は、第１の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図２は、図１（Ｂ）の一点鎖線Ｘ２−Ｘ２に対応する位置での角部近傍Ｃ１の断面図である。また、図２（Ａ）は、比較例として緩衝部材８を設けていない半導体装置１の場合を、図２（Ｂ）は、図１の半導体装置１の場合をそれぞれ表している。
半導体装置１は、絶縁回路基板２と半導体チップ６とを有している。絶縁回路基板２は、絶縁板３と絶縁板３のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆと絶縁板３の裏面に設けられた金属板５とを含んでいる。絶縁板３は、例えば、セラミックス等である。回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆは、導電性部材の金属により構成されている。線膨張係数は、回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ及び金属板５の方が絶縁板３よりも大きい。また、半導体チップ６は、回路パターン４ｂ，４ｅに接合部材７により接合されている。
さらに、緩衝部材８が、樹脂により構成されており、回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの角部を含む角部近傍の当該隙間に設けられる。さらに、緩衝部材８は、回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの絶縁板３の外周部に対向する外縁角部よりも内側の角部近傍の当該隙間に設けられることが好ましい。これは、必要に応じて、絶縁板３の外周部にケースが取り付けられる場合があるためである。そこで、図１では、緩衝部材８が、回路パターン４ｂ，４ｅの角部を含む角部近傍Ｃ１の隙間に設けられている場合を示している。緩衝部材８は、この場合に限らず、回路パターン４ａ，４ｆ並びに回路パターン４ｃ，４ｄの角部を含む角部近傍Ｃ２の隙間に設けてもよい。また、緩衝部材８は、そのおもて面が回路パターン４ｂ，４ｅのおもて面よりも下位になるように当該隙間に設けられている（図２（Ｂ）を参照）。緩衝部材８のおもて面が回路パターン４ｂ，４ｅのおもて面を越えて当該隙間に設けられていると、緩衝部材８が回路パターン４ｂ，４ｅのおもて面に及んでしまい、回路パターン４ｂ，４ｅのおもて面の領域を狭めてしまう。一方、緩衝部材８が当該隙間を十分満たしていない場合には、後述するような回路パターン４ｂ，４ｅの膨張並びに収縮に応じた応力を適切に緩衝することができない。したがって、緩衝部材８は、当該隙間の深さの少なくとも半分以上を満たしておく必要がある。
なお、半導体装置１では、図示を省略しているものの、外部接続端子を接合部材、または、コンタクト部品を用いて回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆのいずれかに接合してもよい。
ここで、比較例として、半導体装置１において緩衝部材８が設けられていない場合について、図２（Ａ）を用いて説明する。半導体装置１では、半導体チップ６は通電して駆動するに伴って発熱する。半導体チップ６の熱は回路パターン４ｂ，４ｅから絶縁板３及び金属板５に伝導して、金属板５の裏面から放熱される。この際、回路パターン４ｂ，４ｅ及び絶縁板３は加熱されて膨張してしまう。線膨張係数は、回路パターン４ｂ，４ｅは絶縁板３よりも大きい。このため、回路パターン４ｂ，４ｅの方が絶縁板３よりも膨張し、また、収縮する。すると、例えば、図２（Ａ）に示されるように、絶縁板３の回路パターン４ｂ，４ｅの境界に応力がかかり亀裂が発生する。回路パターン４ｂ，４ｅにさらなる膨張並びに収縮が生じると、この亀裂を起点として絶縁板３内にクラック９が発生して、絶縁板３の内部に伸展してしまう。または、この亀裂を起因として、回路パターン４ｂ，４ｅが絶縁板３から剥離してしまう場合もある。このようにして絶縁回路基板２が損傷を受けてしまうと、半導体装置１の信頼性が低下してしまう。このような損傷は、図２（Ａ）に示す角部近傍Ｃ１に限らず、絶縁板３の回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆとの境界で生じる可能性がある。特に、回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの角部近傍Ｃ１，Ｃ２で生じる可能性が高い。さらには、昇温降温が著しく生じる、半導体チップ６が配置された回路パターン４ｂ，４ｅの角部近傍Ｃ１でこのような損傷が生じる可能性が高くなる。
そこで、第１の実施の形態の半導体装置１では、緩衝部材８を回路パターン４ｂ，４ｅの角部近傍Ｃ１の隙間に設けている。この場合でも、図２（Ａ）と同様に、半導体チップ６の発熱に起因して、回路パターン４ｂ，４ｅ及び絶縁板３が膨張する。既述の通り、線膨張係数は回路パターン４ｂ，４ｅの方が、絶縁板３より大きい。この際、絶縁板３よりも回路パターン４ｂ，４ｃが膨張しようすると、図２（Ｂ）に示すように、緩衝部材８が回路パターン４ｂ，４ｃの膨張による応力を緩衝する。このため、絶縁板３の回路パターン４ｂ，４ｅの境界に対して発生する応力を低減することができ、亀裂の発生を抑制することができる。亀裂の発生が抑制されると、亀裂を起点として絶縁板３内へのクラック９の発生、並びに、亀裂に起因した回路パターン４ｂ，４ｅの絶縁板３からの剥離を防止することができる。したがって、絶縁回路基板２の損傷を防止して、半導体装置１の信頼性の低下を抑制することができる。また、緩衝部材８は、角部近傍Ｃ２または回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの隙間の全体に設けても同様の効果が得られる。
上記の半導体装置１は、絶縁回路基板２を有し、絶縁回路基板２は、絶縁板３と絶縁板３のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆとを含み、複数の回路パターン４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆの角部を含む角部近傍Ｃ１の隙間に樹脂により構成されている緩衝部材８が設けられる。緩衝部材８が回路パターン４ｂ，４ｃの膨張による応力を緩衝する。このため、絶縁板３の回路パターン４ｂ，４ｅの境界に対して発生する応力を低減することができ、亀裂の発生を抑制させることができる。したがって、絶縁回路基板２の損傷を防止して、半導体装置１の信頼性の低下を抑制することができる。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態の半導体装置について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、第２の実施の形態の半導体装置の断面図であり、図４は、第２の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミックス回路基板の平面図である。なお、図３は、図４の一点鎖線Ｘ−Ｘの位置での断面図を示している。また、図４では、ケース４０の記載を省略している。また、第２の実施の形態では、複数の回路パターン１２、第１，第２半導体チップ２０，２１、複数のコンタクト部品３０、複数の外部接続端子３１、複数のボンディングワイヤ１５に対して、それぞれ区別することなく、同じ符号を付して説明する。なお、これら以外の構成についても、複数あるものはそれぞれ区別することなく、同じ符号を付して同じ符号で説明する。
半導体装置５０は、図３及び図４に示されるように、セラミックス回路基板１０（絶縁回路基板）とセラミックス回路基板１０のおもて面に接合された第１，第２半導体チップ２０，２１とを有している。半導体装置５０は、セラミックス回路基板１０のおもて面に接合されたコンタクト部品３０を有している。第１，第２半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０は、セラミックス回路基板１０のおもて面に接合部材（図示を省略）を介して接合されている。接合部材については後述する。
また、半導体装置５０は、セラミックス回路基板１０のおもて面と第１，第２半導体チップ２０，２１の主電極とを電気的に接続するボンディングワイヤ１５を有している。また、コンタクト部品３０には外部接続端子３１が圧入されて取り付けられている。また、半導体装置５０は、ケース４０により、セラミックス回路基板１０、第１，第２半導体チップ２０，２１、コンタクト部品３０、外部接続端子３１、ボンディングワイヤ１５等を覆っている。なお、ケース４０の挿通孔４２ａから外部接続端子３１が上方に突出されている。さらに、ケース４０内でセラミックス回路基板１０のおもて面の第１，第２半導体チップ２０，２１及びボンディングワイヤ１５と共に、コンタクト部品３０に取り付けられた外部接続端子３１の先端部が突出するように封止部材４３により封止されている。
セラミックス回路基板１０は、平面視で矩形状である。セラミックス回路基板１０は、セラミックス基板１１とセラミックス基板１１の裏面に設けられた金属板１３とセラミックス基板１１のおもて面に設けられた複数の回路パターン１２とを含んでいる。セラミックス基板１１及び金属板１３は、平面視で矩形状である。また、セラミックス基板１１及び金属板１３は、角部がＲ形状や、Ｃ形状に面取りされていてもよい。金属板１３のサイズは、平面視で、セラミックス基板１１のサイズより小さく、セラミックス基板１１の内側に形成されている。セラミックス基板１１は、熱伝導性のよいセラミックスにより構成されている。セラミックスは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等を主成分とする材料により構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。セラミックス基板１１の線膨張係数は、例えば、３×１０−６（１／℃）以上、７×１０−６（１／℃）以下である。
複数の回路パターン１２は、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銀、銅、ニッケル、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。また、複数の回路パターン１２の厚さは、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。複数の回路パターン１２の線膨張係数は、１５×１０−６（１／℃）以上、１７×１０−６（１／℃）以下である。複数の回路パターン１２の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金である。セラミックス基板１１に対して複数の回路パターン１２は、セラミックス基板１１のおもて面に金属層を形成し、この金属層に対してエッチング等の処理を行って得られる。または、あらかじめ金属層から切り出した複数の回路パターン１２をセラミックス基板１１のおもて面に圧着させてもよい。また、このようにしてセラミックス基板１１のおもて面に、複数の回路パターン１２が隙間を空けてそれぞれ設けられている。なお、この場合の隙間は、例えば、１００μｍ以上、５ｍｍ以下である。また、複数の回路パターン１２のそれぞれの角部にＲ面加工が施されている。また、複数の回路パターン１２の全周部からセラミックス基板１１の外周部までには領域が設けられている。なお、複数の回路パターン１２の全周部とは、セラミックス基板１１の外周部に対向して、複数の回路パターン１２で構成される周回である。図３及び図４ではこの領域に、後述する接着剤１６が塗布されている。なお、図３及び図４に示す複数の回路パターン１２は一例である。必要に応じて、回路パターン１２の個数、形状、大きさ等を適宜選択してもよい。
金属板１３は、熱伝導性に優れた金属により構成されている。また、金属板１３の角部にＲ面加工が施されている。このような金属は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。また、金属板１３の厚さは、０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。金属板１３の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金である。金属板１３の線膨張係数は、１５×１０−６（１／℃）以上、１７×１０−６（１／℃）以下である。
このようなセラミックス回路基板１０として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板を用いることができる。また、ケース４０内が封止部材４３により封止される半導体装置５０は、セラミックス回路基板１０の金属板１３の裏面が表出されている。表出されたセラミックス回路基板１０の金属板１３の裏面に熱伝導性部材が設けられている。当該裏面に、熱伝導性部材を介して、放熱ユニット（図示を省略）が取り付けられる。これにより、半導体装置５０の放熱性をさらに向上させることができる。この熱伝導性部材は、サーマルインターフェースマテリアル（TIM：Thermal Interface Material）である。ＴＩＭは、熱伝導性のグリス、エラストマーシート、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）ゴム、ゲル、フェイズチェンジ材等の様々な材料の総称を含む。
また、接着剤１６が、少なくとも、複数の回路パターン１２のセラミックス基板１１の外周部に対向する外縁角部を含む角部近傍に塗布される。図４では、接着剤１６が、複数の回路パターン１２の全周部からセラミックス基板１１の外周部までの領域の全体とセラミックス基板１１の側面の全体とに塗布されている場合を示している。また、接着剤１６は、熱硬化性の樹脂を主成分としてよい。このような樹脂は、硬化後の接着力と柔軟性に優れ、弾性率が１ＧＰａ以下であることが好ましい。このような接着剤１６は、例えば、シリコーンを主成分としている。
また、緩衝部材１７は、複数の回路パターン１２の隙間の全体に設けられている。なお、緩衝部材１７は、そのおもて面が、第１の実施の形態と同様に、複数の回路パターン１２のおもて面よりも下位であって、隙間の深さの半分以上を埋めるように設けられている。緩衝部材１７の線膨張係数は、１２×１０−６（１／℃）以上、１４×１０−６（１／℃）以下であり、緩衝部材１７の弾性率は、１４ＧＰａ以上、２０ＧＰａ以下である。このような緩衝部材１７として、樹脂が用いられる。この樹脂は、後述する半導体装置５０の製造上、ガラス転移温度が、例えば、２００℃以上であることが好ましい。このような樹脂は、例えば、エポキシ樹脂である。
第１半導体チップ２０は、シリコンまたは炭化シリコンにより構成されたスイッチング素子である。第１半導体チップ２０は平板状であって、平面視で矩形状を成している。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴである。第１半導体チップ２０がＩＧＢＴである場合には、裏面に平面視で矩形状の主電極としてコレクタ電極を、おもて面に、一端部の中央部に平面視で矩形状のゲート電極と、ゲート電極を除いた領域に主電極としてエミッタ電極をそれぞれ備えている。第１半導体チップ２０がパワーＭＯＳＦＥＴである場合には、裏面に平面視で矩形状の主電極としてドレイン電極を、おもて面に、一端部の中央部に平面視で矩形状のゲート電極と、ゲート電極を除いた領域に主電極としてソース電極をそれぞれ備えている。また、第２半導体チップ２１は、シリコンまたは炭化シリコンにより構成されたダイオード素子である。第２半導体チップ２１は平板状であって、平面視で矩形状を成している。ダイオード素子は、例えば、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＰｉＮ（Ｐ-intrinsic-Ｎ）ダイオード等のＦＷＤ（Free Wheeling Diode）である。このような第２半導体チップ２１は、裏面に平面視で矩形状の主電極としてカソード電極を、おもて面に平面視で矩形状の主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。
第１，第２半導体チップ２０，２１の主電極及びゲート電極はそれぞれ金属の薄膜により構成されている。この金属は、アルミニウム、銅または少なくともこれらのいずれかを含む合金を主成分とする。第１，第２半導体チップ２０，２１は、その裏面側が所定の回路パターン１２上に接合部材（図示を省略）により接合されている。接合部材は、金属焼結体またははんだが用いられる。金属焼結体は、その焼成温度が、後述する緩衝部材１７のガラス転移温度よりも低温であればよい。この場合に用いられる金属微粒子粉体は、例えば、銀、銅、または、少なくともこれらのいずれかを含む合金を主成分とする。また、はんだは、融点が、後述する緩衝部材１７のガラス転移温度よりも低温であればよい。このようなはんだは、例えば、鉛フリーはんだが用いられる。鉛フリーはんだは、例えば、錫−銀−銅からなる合金、錫−亜鉛−ビスマスからなる合金、錫−銅からなる合金、錫−銀−インジウム−ビスマスからなる合金のうち少なくともいずれかの合金を主成分とする。さらに、はんだには、添加物が含まれてもよい。添加物は、例えば、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンである。はんだは、添加物が含まれることで、濡れ性、光沢、結合強度が向上し、信頼性の向上を図ることができる。なお、本実施の形態では、接合部材として、金属焼結体の場合について説明する。また、第１，第２半導体チップ２０，２１の厚さは、例えば、１８０μｍ以上、２２０μｍ以下であって、平均は、２００μｍ程度である。なお、回路パターン１２には、半導体装置５０における所望の機能が得られるために、電子部品２３を既述の接合部材により配置することもできる。電子部品２３は、当該機能に応じて、例えば、サーミスタ、電流センサが用いられる。このような電子部品２３は、例えば、図４に示す一対の回路パターン１２を跨って配置できるサイズであって、当該一対の回路パターン１２よりも小さいサイズであればよい。
ボンディングワイヤ１５は、第１，第２半導体チップ２０，２１のおもて面のゲート電極並びに主電極と、回路パターン１２との間、または、複数の第１，第２半導体チップ２０，２１の主電極の間を適宜電気的に接続する。ボンディングワイヤ１５は、このように各間を、アーチ状の膨らみの高さが所定の高さとなるようにボンディングする。ボンディングワイヤ１５は、必要に応じて、スティッチボンディングにより３か所以上が連続して接続される。このようなボンディングワイヤ１５は、導電性に優れた材質により構成されている。当該材質として、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている。また、ボンディングワイヤ１５の径は、例えば、１１０μｍ以上、２００μｍ以下である。または、ボンディングワイヤ１５の径は、例えば、３５０μｍ以上、５００μｍ以下である。
コンタクト部品３０は、所定の厚さの円筒状であって貫通孔が形成された本体部と本体部の開口に沿って開口端部にそれぞれ設けられた平面視で円状のフランジとを備えている。コンタクト部品３０は、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銀、銅、ニッケル、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。コンタクト部品３０の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金である。このようなコンタクト部品３０は、一方の端部のフランジ側が既述の接合部材により所定の回路パターン１２のおもて面上に接合される。
外部接続端子３１は、棒状の本体部と本体部の両端部にそれぞれ形成された、テーパ状の先端部と本体部の上方に形成された肉厚部とを有するプレスフィット端子である。本体部は、角柱状を成す。外部接続端子３１の本体部の断面の対角線の長さは、コンタクト部品３０の本体部の径よりも数％長い。このため、外部接続端子３１はコンタクト部品３０に対して圧入される。肉厚部では、径が本体部の径よりも大きくなっている。肉厚部は、本体部に対して凸状の部材が一体的に取り付けられたものでもよい。また、外部接続端子３１も、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、銀、銅、ニッケル、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。外部接続端子３１の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金である。なお、外部接続端子３１は、プレスフィット端子に限らず、本体部が、肉厚部がない、略ストレートの端子であってもよい。そして、封止部材４３は、緩衝部材１７よりも柔らかく、弾性率が数十ＭＰａ程度、線膨張係数が１００×１０−６（１／℃）以上、３００×１０−６（１／℃）以下である。このような封止部材４３は、シリコーンゲルを主成分とする。
ケース４０は、上記で説明した半導体装置５０の構成部品の周囲を囲む外囲部４１と外囲部４１の上部を覆って一体的に取り付けられた上蓋部４２とを有している。外囲部４１は、平面視で箱型の略長方形状を成している。外囲部４１の平面視で四隅に固定孔（図示を省略）がそれぞれ形成されている。固定孔は、外囲部４１をおもて面から裏面に貫通する孔である。外囲部４１の断面の下部は開口に沿って逆Ｌ字形に加工されている。このような外囲部４１は接着剤１６を介してセラミックス回路基板１０のセラミックス基板１１の外周部に沿って取り付けられる。また、外囲部４１は、対向する一対の長辺に固定部４４がそれぞれ形成されている。固定部４４は、略平板状であり、外囲部４１の裏面と同一平面を成すように形成されている。また、固定部４４には固定孔４４ａ（図１１を参照）が形成されている。なお、このような固定部４４は、金属等により構成されている。上蓋部４２には、例えば、図３に示されるように、外部接続端子３１が挿通する複数の挿通孔４２ａが縦方向及び横方向に配列されて形成されている。挿通孔４２ａがこのように形成されることで、半導体装置５０ごとに異なる位置に形成された外部接続端子３１を挿通することができる。
このようなケース４０は、熱可塑性樹脂により構成されている。使用される樹脂として、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリアミド樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂等である。ケース４０は、熱可撓性樹脂を用いて射出成形により固定部４４を含んで成形される。
既述の通り、セラミックス回路基板１０の裏面に放熱ユニットを取り付けるために、当該裏面に熱伝導性部材（図示を省略）が設けられる。この熱伝導性部材は、既述の通り、ＴＩＭである。熱伝導性部材は、金属板１３の裏面に、例えば、平面視で、略正六角形であって、蜂の巣形状にパターン化されて設けられている。熱伝導性部材は、後に放熱ユニット等で押圧されると、正六角形の各辺が外側に押し広がっていく。この際、熱伝導性部材は、蜂の巣形状に設けられることで、隣接する熱伝導性部材同士が満遍なく合わさり、半導体装置５０の裏面全面を覆う（図１１を参照）。なお、図１１に示した熱伝導性部材１４は、このようにして押圧されて、半導体装置５０の裏面全面を覆っている。また、パターン化された熱伝導性部材の間隔は１．５ｍｍ以上、３．５ｍｍ以下である。なお、この場合の間隔とは、略正六角形の対向する辺の間隔である。熱伝導性部材の厚さは、２００μｍ以上、２５０μｍ以下である。また、熱伝導性部材は、このようなパターンの形状に対応するステンシルマスクを用いて、セラミックス回路基板１０の裏面に塗布することで当該裏面に設けられる。
なお、このような構成を有する半導体装置５０では、必要に応じて、外部接続端子３１に対してプリント基板を取り付けてもよい。図示を省略するプリント基板は、絶縁板と絶縁板のおもて面に形成された複数の上部回路パターンとを備えている。また、プリント基板は、必要に応じて、絶縁板の裏面に複数の下部回路パターンを備えている。プリント基板は、おもて面から裏面に貫通する複数の貫通孔が半導体装置５０の外部接続端子３１に対応する位置に形成されている。半導体装置５０の外部接続端子３１の肉厚部に、このようなプリント基板の貫通孔を圧入する。これにより、プリント基板と半導体装置５０とは電気的に接続される。例えば、プリント基板から外部接続端子３１を経由して、半導体装置５０に制御信号を入力することができる。
次に、このような半導体装置５０の製造方法について、図５〜図１０を用いて説明する。図５は、第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図６は、第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる配置工程を示す断面図である。図７は、第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる配置工程を示す平面図である。
図８は、第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる接合工程を示す断面図である。図９は、第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる配線工程を示す断面図である。図１０は、第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれるケース取り付け工程を示す断面図である。以下の製造方法は、所定の製造装置により実行される。なお、以下の説明で用いる図面では、説明に直接用いない構成については符号を省略している場合がある。
第１，第２半導体チップ２０，２１、セラミックス回路基板１０、コンタクト部品３０、外部接続端子３１、ケース４０等を用意する用意工程を行う（図５のステップＳ１０）。次いで、セラミックス回路基板１０の複数の回路パターン１２の隙間に緩衝部材１７を配置する配置工程を行う（図５のステップＳ１１）。緩衝部材１７は溶融された状態で、複数の回路パターン１２の隙間に対して、樹脂ポッティングにより塗布される。または、複数の回路パターン１２の隙間に対応する開口パターンが形成されたステンシルマスクを用いて塗布してもよい。または、複数の回路パターン１２の隙間に対してディスペンサにより緩衝部材１７を塗布してもよい。この際、複数の回路パターン１２の隙間に緩衝部材１７がボイドを含まないように塗布されることが望ましい。このようにして塗布された緩衝部材１７が固化すると、緩衝部材１７が、図６及び図７に示されるように、セラミックス回路基板１０の複数の回路パターン１２の隙間の全体に配置される。この配置工程は、セラミックス回路基板１０に対して、少なくとも、後述する接合工程及び配線工程の前に行う。これは、セラミックス回路基板１０に対して、特に、配線工程を行った後に、この配置工程を行う場合、複数の回路パターン１２の隙間に緩衝部材１７を配置することが難しくなる。このタイミングで配置工程を行うことで複数の回路パターン１２の隙間に緩衝部材１７を適切に配置することができる。
次いで、複数の回路パターン１２の所定箇所に接合部材（図示を省略）により第１，第２半導体チップ２０，２１を接合する接合工程を行う（図５のステップＳ１２）。接合部材は、金属焼結体が利用される。接合工程では、複数の回路パターン１２のおもて面の当該所定箇所に、金属微粒子粉体を塗布し、その上に、第１，第２半導体チップ２０，２１等の接合対象物を配置する。所定の焼成温度で加熱しながら、接合対象物を回路パターン１２に対して押圧する。すると、金属微粒子粉体が焼結することで接合対象物が回路パターン１２に金属焼結体により接合される。この際、焼成温度は緩衝部材１７のガラス転移温度よりも低い。このため、第１，第２半導体チップ２０，２１を接合するために加熱しても緩衝部材１７が溶融されることなく、金属焼結体を焼成することができる。なお、この接合工程では、図８に示されるように、第１，第２半導体チップ２０，２１と共に、接合対象物として、コンタクト部品３０も同様に接合してもよい。この場合には、コンタクト部品３０の接合後、コンタクト部品３０に外部接続端子３１を圧入する。または、コンタクト部品３０を用いずに、接合対象物として外部接続端子３１を複数の回路パターン１２のおもて面の所定箇所に金属焼結体により直接接合してもよい。
次いで、第１，第２半導体チップ２０，２１の間、複数の回路パターン１２の間、第１，第２半導体チップ２０，２１並び複数の回路パターン１２の間を配線する配線工程を行う（図５のステップＳ１３）。図９に示されるように、第１，第２半導体チップ２０，２１の間、複数の回路パターン１２の間、第１，第２半導体チップ２０，２１並び複数の回路パターン１２の間が適宜、ボンディングワイヤ１５により電気的に接続される（図４を参照）。なお、コンタクト部品３０に対して外部接続端子３１を圧入する場合には、この配線工程が終了した後に、外部接続端子３１をコンタクト部品３０に圧入してもよい。これにより、外部接続端子３１が配線工程の妨げになることが抑制される。
次いで、セラミックス回路基板１０に対してケース４０を取り付けるケース取り付け工程を行う（図５のステップＳ１４）。この際、セラミックス回路基板１０のセラミックス基板１１の複数の回路パターン１２の全周部から外側の領域とセラミックス基板１１の側面とに接着剤１６を塗布する。この後、図１０に示されるように、ケース４０をセラミックス回路基板１０の上方からセラミックス回路基板１０に対して降下する。すると、外部接続端子３１がケース４０の上蓋部４２の挿通孔４２ａを挿通し、ケース４０の外囲部４１の下部がセラミックス回路基板１０のセラミックス基板１１の外周部に接着剤１６を介して嵌る。ケース４０を取り付けた後、接着温度により加熱して接着剤１６を乾燥させる。接着温度は、接着剤１６の材質によるものの、例えば、１２０℃以上、１６０℃以下である。これにより、複数の回路パターン１２の全周部の側部とケース４０の外囲部４１との間には接着剤１６が挟持されている（図３を参照）。このように挟持される接着剤１６は、ケース４０とセラミックス回路基板１０とを固着すると共に、複数の回路パターン１２に対して緩衝部材１７と同様の効果を奏する。このため、接着剤１６は、少なくとも、複数の回路パターン１２のセラミックス基板１１の外周部に対向する外縁角部の角部近傍に塗布されていればよい。
次いで、ケース４０の上蓋部４２の所定の開口部から封止部材４３をケース４０内に充填して、セラミックス回路基板１０上の第１，第２半導体チップ２０，２１、コンタクト部品３０、外部接続端子３１、ボンディングワイヤ１５を封止する封止工程を行う（図５のステップＳ１５）。この充填時は、例えば、１２０℃以上、１６０℃以下に加熱した上で行われる。このようにして充填された封止部材４３を冷却して固化すると、図３に示した半導体装置５０が得られる。
このようにして得られた半導体装置５０に放熱ユニットを取り付けてもよい。以下では、半導体装置５０に対する放熱ユニットの取り付けについて図１１を用いて説明する。図１１は、第２の実施の形態の、放熱ユニットが取り付けられた半導体装置の断面図である。半導体装置５０には、放熱ユニットが取り付けられている。図１１では、半導体装置５０の裏面に放熱ユニットとしてヒートシンク６０が取り付けられている場合を示している。ヒートシンク６０は、放熱板６１と放熱板６１の主面に設けられた複数のフィン部６２とを備えている。ヒートシンク６０は、熱伝導性に優れた金属により構成されている。このような金属は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。ヒートシンク６０の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金である。また、放熱ユニットは、ヒートシンク６０の他に、水冷機構を設けた冷却板または冷却フィンであってもよい。
このようなヒートシンク６０の半導体装置５０に対する取り付け方法について説明する。まず、半導体装置５０（セラミックス回路基板１０の金属板１３）の裏面に、既述のように熱伝導性部材をパターン化して設けておく。熱伝導性部材が設けられた半導体装置５０の裏面に対して、ヒートシンク６０の放熱板６１の主面を押し付ける。熱伝導性部材は押し付けられることで、正六角形の各辺が外側に濡れ広がって、それぞれが繋がって、セラミックス回路基板１０の金属板１３の裏面の略全体を覆う。このようにして、熱伝導性部材１４が半導体装置５０の裏面とヒートシンク６０との間で薄く全体に濡れ広がる。さらに、半導体装置５０のケース４０の固定部４４の固定孔４４ａとヒートシンク６０の放熱板６１とをねじ６３で固定する。このように半導体装置５０の裏面に熱伝導性部材１４を介してヒートシンク６０が取り付けられると、熱伝導性部材１４が半導体装置５０の裏面全面に薄く濡れ広がる。すると、半導体装置５０から放出される熱が熱伝導性部材１４を介してヒートシンク６０に適切に伝導し、ヒートシンク６０で放熱されて、半導体装置５０の放熱性が向上する。また、半導体装置５０のケース４０にヒートシンク６０がねじ６３で固定されると、ケース４０とヒートシンク６０とが互いに強固に固定される。これにより、ケース４０のセラミックス回路基板１０に対する取り付けが強固になり、半導体装置５０としても堅固になる。
上記半導体装置５０は、ケース４０内に第１，第２半導体チップ２０，２１とセラミックス回路基板１０とを備えて、ケース４０内が封止部材４３で封止されている。セラミックス回路基板１０は、セラミックス基板１１とセラミックス基板１１のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターン１２とセラミックス基板１１の裏面に設けられた金属板１３とを含む。そして、緩衝部材１７が当該隙間の全体に設けられている。また、複数の回路パターン１２の全周部とケース４０の外囲部４１との間に接着剤１６が設けられている。このため、第１，第２半導体チップ２０，２１の発熱に伴う、複数の回路パターン１２の膨張並びに収縮による応力を緩衝部材１７並びに接着剤１６が緩衝する。このため、セラミックス基板１１に対して亀裂の発生を抑制させることができる。
また、おもて面にボンディングワイヤ１５等が設けられたセラミックス回路基板１０が緩衝部材１７より弾性率が小さい封止部材４３により封止されている。このため、封止部材４３は、緩衝部材１７による複数の回路パターン１２の膨張並びに収縮による応力の緩衝を妨げることがない。なお、仮に、封止部材４３を緩衝部材１７と同じ材質にすると、第１，第２半導体チップ２０，２１の発熱に伴う封止部材４３の硬化並びに収縮に伴って、ボンディングワイヤ１５が応力を受けてしまう。このため、ボンディングワイヤ１５のボンディング箇所での剥離、または、ボンディングワイヤ１５が断線してしまうおそれがある。一方、本実施の形態では、封止部材４３に緩衝部材１７よりも弾性率が小さく、線膨張係数が小さな物質を用いているため、第１，第２半導体チップ２０，２１の発熱に伴う封止部材４３の硬化並びに収縮が小さい。このため、封止部材４３に硬化並びに収縮が生じても、封止部材４３により封止されているボンディングワイヤ１５に対する断線等の発生が抑制される。
また、半導体装置５０は、セラミックス回路基板１０の外周部にケース４０の外囲部４１が嵌っている。さらに、必要に応じて、半導体装置５０の裏面に放熱ユニットを取り付けて、当該放熱ユニットとケース４０の固定部４４とをねじ６３で固定される。このため、半導体装置５０では、セラミックス回路基板１０に対してケース４０が強固に取り付けられる。半導体装置５０としても堅固になる。したがって、半導体装置５０の信頼性の低下を抑制することができる。
１，５０ 半導体装置
２ 絶縁回路基板
３ 絶縁板
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，１２ 回路パターン
５，１３ 金属板
６ 半導体チップ
７ 接合部材
８，１７ 緩衝部材
９ クラック
１０ セラミックス回路基板
１１ セラミックス基板
１４ 熱伝導性部材
１５ ボンディングワイヤ
１６ 接着剤
２０ 第１半導体チップ
２１ 第２半導体チップ
２３ 電子部品
３０ コンタクト部品
３１ 外部接続端子
４０ ケース
４１ 外囲部
４２ 上蓋部
４２ａ 挿通孔
４３ 封止部材
４４ 固定部
４４ａ 固定孔
６０ ヒートシンク
６１ 放熱板
６２ フィン部
６３ ねじ

Claims (20)

  1. 絶縁回路基板を有し、
    前記絶縁回路基板は、絶縁板と前記絶縁板のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターンとを含み、
    前記複数の回路パターンの角部を含む角部近傍の前記隙間に樹脂により構成されている緩衝部材が設けられる、
    半導体装置。
  2. 前記複数の回路パターンの前記絶縁板の外周部に対向する外縁角部よりも内側の角部を含む角部近傍の前記隙間に前記緩衝部材が設けられる、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 半導体チップをさらに有し、
    前記半導体チップは前記複数の回路パターンに含まれる配置対象回路パターンのおもて面に接合部材により接合され、
    前記緩衝部材は、前記配置対象回路パターンの角部を含む角部近傍の前記隙間に設けられる、
    請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記緩衝部材が、前記隙間の全体に設けられている、
    請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記緩衝部材の線膨張係数は、１２×１０−６（１／℃）以上、１４×１０−６（１／℃）以下であり、
    前記緩衝部材の弾性率は、１４ＧＰａ以上、２０ＧＰａ以下である、
    請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記接合部材は、銀、銅、または、少なくともこれらのいずれかを含む合金を主成分とする焼結体である、
    請求項３に記載の半導体装置。
  7. 前記緩衝部材のガラス転移温度は、２００℃以上であり、
    前記接合部材の焼成温度はガラス転移温度よりも低温である、
    請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記絶縁回路基板のおもて面が前記半導体チップを含んでシリコーンゲルを主成分とする封止部材により封止されている、
    請求項３に記載の半導体装置。
  9. 前記複数の回路パターン及び前記半導体チップを覆い、前記絶縁板の外周部に固着されたケースを有する、
    請求項３に記載の半導体装置。
  10. 前記ケースは、前記外縁角部を含む角部近傍に接着剤を介して固着されている、
    請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記接着剤は、前記絶縁板の外周部に対向する前記複数の回路パターンの全周部から前記絶縁板の外周部までの全領域に塗布されている、
    請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 絶縁板と前記絶縁板のおもて面に隙間を空けてそれぞれ設けられた複数の回路パターンとを含む絶縁回路基板を用意する用意工程と、
    前記複数の回路パターンの角部を含む角部近傍の前記隙間に緩衝部材を配置する配置工程と、
    前記複数の回路パターンの間を配線部材により電気的に接続する配線工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  13. 前記用意工程において半導体チップをさらに用意し、
    前記配置工程において、前記複数の回路パターンのうち、前記半導体チップの配置予定の配置対象回路パターンの角部及び角部近傍の前記隙間に前記緩衝部材を配置し、
    前記配置工程の後、前記配置対象回路パターンのおもて面に前記半導体チップを接合する接合工程を、
    さらに有する請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記接合工程において、前記配置対象回路パターンのおもて面に金属微粒子粉体を介して前記半導体チップを配置し、前記半導体チップを前記金属微粒子粉体に対して押圧しながら、加熱して、前記半導体チップを焼結体により接合する、
    請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記緩衝部材は、樹脂により構成され、
    前記緩衝部材の線膨張係数は、１２×１０−６（１／℃）以上、１４×１０−６（１／℃）以下であり、
    前記緩衝部材の弾性率は、１４ＧＰａ以上、２０ＧＰａ以下である、
    請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記金属微粒子粉体は、銀、銅、または、少なくともこれらのいずれかを含む合金を主成分とする、
    請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
  17. 前記緩衝部材のガラス転移温度は、２００℃以上であり、
    前記焼結体の焼成温度はガラス転移温度よりも低温である、
    請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
  18. 前記接合工程の後、
    前記複数の回路パターン及び前記半導体チップを覆い、前記絶縁板の周縁部に対向する前記複数の回路パターンの外縁角部と前記外縁角部を含む角部近傍とに接着剤を介してケースを取り付けるケース取り付け工程を、
    さらに有する請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
  19. 前記接着剤は、前記絶縁板の外周部に対向する前記複数の回路パターンの外縁部から前記絶縁板の周縁部までの全領域に塗布されている、
    請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 前記ケース取り付け工程の後、
    前記ケース内の前記絶縁回路基板と前記半導体チップと前記配線部材とを封止部材により封止する封止工程を、
    さらに有する請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
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