JP2022133480A - 半導体装置 - Google Patents

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pores
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明寛 木村
Akihiro Kimura
開人 井上
Kaito Inoue
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

Figure 2022133480000001
【課題】半導体素子の発熱時の熱応力を緩和することにより、信頼性の向上を図った半導体装置を提供する。
【解決手段】本開示の半導体装置Ａ１は、支持部材２と、ｚ方向において離間した主面３０１および裏面３０２を有し、裏面３０２が支持部材２に対向して、支持部材２に接合された金属部材３０と、支持部材２と金属部材３０とを接合する第２接合層４２と、主面３０１に対向し、金属部材３０に接合された半導体素子１０と、支持部材２、金属部材３０、第２接合層４２および半導体素子１０を覆う封止部材７と、を備えており、金属部材３０は、複数の細孔３１が形成された多孔質体であることを特徴とする。
【選択図】図１３

Description

本開示は、半導体素子が搭載された半導体装置に関する。
近年、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子を搭載した半導体装置が知られている。特許文献１には、半導体素子を搭載した半導体装置の一例が開示されている。特許文献１に記載の半導体装置は、半導体素子、支持部材、熱拡散板、および、封止部材を備えている。半導体素子は、はんだによって、熱拡散板に接合されている。支持部材は、導電パターン、金属板および絶縁樹脂を含んでいる。支持部材は、金属板（たとえばアルミニウム、銅などの金属あるいはその合金）の上面に絶縁樹脂（たとえばセラミックス）が形成されており、当該絶縁樹脂の上に導電パターン（たとえばアルミニウム、銅などの金属あるいはその合金）が形成されている。熱拡散板は、たとえば銅あるいは銅合金からなる板状部材である。熱拡散板は、はんだによって、支持部材の導電パターンに接合されている。封止部材は、半導体素子、支持部材の一部、熱拡散板、および、各はんだを覆っている。
特開２００８－２９４３９０号公報
半導体装置の通電時に、半導体素子から熱が発生する。このとき、半導体素子の発熱による温度上昇とともに、構成部材の熱膨張差によって、たとえば熱拡散板と支持部材とを接合するはんだに熱応力がかかる。この熱応力は、当該はんだの凝集破壊を引き起こす可能性があり、接合不良や導通不良などの製品故障の原因である。
本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、半導体素子の発熱時の熱応力を緩和することにより、信頼性の向上を図った半導体装置を提供することにある。
本開示の半導体装置は、支持部材と、厚さ方向において離間した第１主面および第１裏面を有し、前記第１裏面が前記支持部材に対向して、前記支持部材に接合された金属部材と、前記支持部材と前記金属部材とを接合する接合層と、前記第１主面に対向し、前記金属部材に接合された半導体素子と、前記支持部材、前記金属部材、前記接合層および前記半導体素子を覆う封止部材と、を備えており、前記金属部材は、複数の細孔が形成された多孔質体であることを特徴とする。
本開示の半導体装置によれば、半導体素子の発熱時の熱応力を緩和することができる。よって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
第１実施形態にかかる半導体装置を示す斜視図である。 第１実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 図２の平面図において、封止部材を想像線（二点鎖線）で示した図である。 第１実施形態にかかる半導体装置を示す底面図である。 第１実施形態にかかる半導体装置を示す側面図（右側面図）である。 第１実施形態にかかる半導体装置を示す側面図（左側面図）である。 第１実施形態にかかる半導体装置を示す正面図である。 図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 図３のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。 図３のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。 図３のＸＩ－ＸＩ線に沿う断面図である。 図３の一部を拡大した部分拡大図である。 図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。 第１実施形態にかかる金属部材の断面模式図である。 第２実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 第３実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 図１６のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。 変形例にかかる金属部材を示す斜視図である。
本開示の半導体装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。なお、同一あるいは類似の構成には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図１～図１４は、第１実施形態にかかる半導体装置Ａ１を示している。半導体装置Ａ１は、複数の半導体素子１０、支持部材２、複数の金属部材３０、複数の第１接合層４１、複数の第２接合層４２、一対の入力端子５１、一対の出力端子５２、複数の制御端子５３、複数の検出端子５４、複数の接続部材６、および、封止部材７を備えている。
図１は、半導体装置Ａ１を示す斜視図である。図２は、半導体装置Ａ１を示す平面図である。図３は、図２の平面図において、封止部材７を想像線（二点鎖線）で示した図である。図４は、半導体装置Ａ１を示す底面図である。図５は、半導体装置Ａ１を示す側面図（右側面図）である。図６は、半導体装置Ａ１を示す側面図（左側面図）である。図７は、半導体装置Ａ１を示す正面図である。図８は、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図９は、図３のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。図１０は、図３のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。図１１は、図３のＸＩ－ＸＩ線に沿う断面図である。図１２は、図３の一部を拡大した部分拡大図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。図１４は、金属部材３０の断面模式図である。
説明の便宜上、互いに直交する３つの方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と定義する。ｚ方向は、半導体装置Ａ１の厚さ方向である。ｘ方向は、半導体装置Ａ１の平面図（図２参照）における左右方向である。ｙ方向は、半導体装置Ａ１の平面図（図２参照）における上下方向である。また、ｘ方向の一方をｘ１方向、ｘ方向の他方をｘ２方向とする。同様に、ｙ方向の一方をｙ１方向、ｙ方向の他方をｙ２方向とし、ｚ方向の一方をｚ１方向、ｚ方向の他方をｚ２方向とする。本開示において、ｚ１方向を下、ｚ２方向を上という場合もある。本実施形態においては、ｘ方向が特許請求の範囲に記載の「第１方向」に相当し、ｙ方向が特許請求の範囲に記載の「第２方向」に相当する。
半導体装置Ａ１は、たとえば、モータの駆動源、様々な電気製品のインバータ装置、および、様々な電気製品のＤＣ／ＤＣコンバータなどに用いられる電力変換装置（パワーモジュール）である。半導体装置Ａ１は、たとえばハーフブリッジ型のスイッチング回路を構成する。
複数の半導体素子１０の各々は、たとえばＭＯＳＦＥＴである。なお、各半導体素子１０は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor FET）を含む電界効果トランジスタ、または、ＩＧＢＴを含むバイポーラトランジスタなどのスイッチング素子であってもよい。あるいは、各半導体素子１０は、スイッチング素子のみならず、ＬＳＩなどのＩＣチップ、ダイオード、コンデンサなどであってもよい。本実施形態においては、各半導体素子１０は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである場合を示すが、ｐチャネル型であってもよい。各半導体素子１０は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を主とする半導体材料を用いて構成されている。なお、当該半導体材料は、ＳｉＣに限定されず、Ｓｉ（シリコン）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、あるいは、Ｇａ2Ｏ3（酸化ガリウム）などであってもよい。
各半導体素子１０は、第１接合層４１によって、複数の金属部材３０のいずれかに接合される。各半導体素子１０は、たとえば、ｚ方向に見て（以下、「平面視」ともいう。）、矩形状である。
各半導体素子１０は、図１３に示すように、主面１０１および裏面１０２を有する。主面１０１および裏面１０２は、ｚ方向において、互いに離間する。主面１０１は、ｚ２方向を向き、裏面１０２は、ｚ１方向を向く。裏面１０２は、第１接合層４１に接しており、かつ、複数の金属部材３０のいずれかに対向する。
各半導体素子１０は、図１２および図１３に示すように、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３および絶縁膜１４を有する。
第１電極１１は、各半導体素子１０において、ｚ方向の主面１０１側に配置されている。第１電極１１は、当該半導体素子１０の主面１０１において露出する。第１電極１１は、たとえばソース電極であって、ソース電流が流れる。第１電極１１は、図１２に示すように、たとえば４つに分割された構成となっている。
第２電極１２は、各半導体素子１０において、ｚ方向の裏面１０２側に配置されている。第２電極１２は、当該半導体素子１０の裏面１０２において露出する。第２電極１２は、たとえばドレイン電極であって、ドレイン電流が流れる。
第３電極１３は、各半導体素子１０において、ｚ方向の主面１０１側に配置されている。第３電極１３は、当該半導体素子１０の主面１０１において露出する。第３電極１３は、たとえばゲート電極であって、半導体素子１０を駆動させるためのゲート電圧（制御電圧）が印加される。平面視において、第３電極１３の大きさは、４つに分割された第１電極１１の１つの部分の大きさよりも小さい。
絶縁膜１４は、各半導体素子１０において、ｚ方向の主面１０１側に配置されている。第３電極１３は、当該半導体素子１０の主面１０１において露出する。絶縁膜１４は、平面視において第１電極１１および第３電極１３をそれぞれ囲んでいる。絶縁膜１４は、第１電極１１と第３電極１３とを絶縁する。絶縁膜１４は、たとえば、ＳｉＯ2（二酸化ケイ素）層、ＳｉＮ4（窒化ケイ素）層、ポリベンゾオキサゾール層がこの順番で積層されたものでありポリベンゾオキサゾール層が、各半導体素子１０の主面１０１側の表層である。なお、絶縁膜１４においては、ポリベンゾオキサゾール層に代えてポリイミド層でもよい。
複数の半導体素子１０は、複数の第１素子１０Ａおよび複数の第２素子１０Ｂを含む。先述のとおり、半導体装置Ａ１はハーフブリッジ型のスイッチング回路を構成しており、複数の第１素子１０Ａは、このスイッチング回路における上アーム回路を構成し、複数の第２素子１０Ｂは、このスイッチング回路における下アーム回路を構成する。半導体装置Ａ１は、図３に示すように、２つの（一対の）第１素子１０Ａおよび２つの（一対の）第２素子１０Ｂを含む。なお、半導体素子１０の個数は、本構成に限定されず、半導体装置Ａ１に要求される性能に応じて自在に設定可能である。
支持部材２は、複数の金属部材３０を介して、複数の半導体素子１０を支持する。支持部材２は、絶縁基板２１および複数の配線層２２を含む。
絶縁基板２１は、複数の配線層２２が配置されている。絶縁基板２１は、電気絶縁性を有する。絶縁基板２１の構成材料は、たとえば熱伝導性に優れたセラミックスである。このようなセラミックスとしては、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）などが挙げられる。絶縁基板２１は、平板状である。絶縁基板２１は、図３に示すように、平面視矩形状である。各絶縁基板２１の厚さ（ｚ方向の寸法）は、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下（たとえば０．５ｍｍ）である。
絶縁基板２１は、図８～図１１に示すように、主面２１１および裏面２１２を有する。主面２１１および裏面２１２は、ｚ方向において、互いに離間する。主面２１１は、ｚ２方向を向き、裏面２１２は、ｚ１方向を向く。裏面２１２は、封止部材７から露出する。裏面２１２には、たとえば図示しないヒートシンクなどが接続されうる。なお、絶縁基板２１の構成は、図示したものに限定されず、複数の配線層２２ごとに個別に設けてもよい。
複数の配線層２２はそれぞれ、絶縁基板２１の主面２１１上に形成される。複数の配線層２２は、互いに離間する。各配線層２２は、たとえば銀を含む金属からなる。なお、各配線層２２の構成材料は、銀を含む金属に限定されない。たとえば、銅を含む金属であってもよいし、当該銅を含む金属に銀めっきが施されていてもよい。または、当該銀めっきの代わりに、アルミニウム層、ニッケル層、銀層の順に積層された複数種の金属めっきを施してもよい。複数の配線層２２はいずれも、平面視において、絶縁基板２１の周縁よりも内方に位置する。各配線層２２は平面視矩形状である。各配線層２２は、封止部材７に覆われている。各配線層２２の厚さ（ｚ方向の寸法）は、たとえば５μｍ以上８０μｍ以下である。
複数の配線層２２は、図３に示すように、一対の第１配線層２２Ａ、一対の第２配線層２２Ｂおよび第３配線層２２Ｃを含む。一対の第１配線層２２Ａ、一対の第２配線層２２Ｂおよび第３配線層２２Ｃは、平面視において互いに離間する。
一対の第１配線層２２Ａは、絶縁基板２１においてｘ１方向側に位置する。一対の第１配線層２２Ａは、ｙ方向において互いに離間している。
一対の第２配線層２２Ｂは、絶縁基板２１においてｘ２方向側に位置する。一対の第２配線層２２Ｂは、ｙ方向において、互いに離間している。一対の第２配線層２２Ｂは、ｘ方向において、一対の第１配線層２２Ａの隣に位置する。
第３配線層２２Ｃは、絶縁基板２１においてｘ１方向側に位置する。第３配線層２２Ｃは、一対の第１配線層２２Ａの間に位置する。
複数の配線層２２（一対の第１配線層２２Ａ、一対の第２配線層２２Ｂおよび第３配線層２２Ｃ）はそれぞれ、主面２２１および裏面２２２を有する。主面２２１および裏面２２２は、ｚ方向において、互いに離間する。主面２２１は、ｚ２方向を向き、裏面２２２は、ｚ１方向を向く。裏面２２２は、各配線層２２が絶縁基板２１に接合された状態において、絶縁基板２１の主面２１１に対向する。主面２２１が特許請求の範囲に記載の「第２主面」に相当し、裏面２２２が特許請求の範囲に記載の「第２裏面」に相当する。
複数の金属部材３０は、各配線層２２の上にそれぞれ１つずつ配置される。各金属部材３０は、第２接合層４２によって、各配線層２２に接合される。複数の金属部材３０は、第１接合層４１によって、複数の半導体素子１０が接合されている。各金属部材３０の厚さ（ｚ方向の寸法）は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下（好ましくは１．０ｍｍ以上３ｍｍ以下）である。
複数の金属部材３０は、図３に示すように、一対の第１金属部材３０Ａ、一対の第２金属部材３０Ｂおよび第３金属部材３０Ｃを含む。一対の第１金属部材３０Ａ、一対の第２金属部材３０Ｂおよび第３金属部材３０Ｃは、平面視において互いに離間する。
一対の第１金属部材３０Ａは、図３および図１０に示すように、一対の第１配線層２２Ａの上にそれぞれ配置されている。各第１金属部材３０Ａの上にはそれぞれ、各第１素子１０Ａがそれぞれ接合される。
一対の第２金属部材３０Ｂは、図３、図８および図９に示すように、一対の第２配線層２２Ｂの上にそれぞれ配置されている。各第２金属部材３０Ｂの上にはそれぞれ、各第２素子１０Ｂがそれぞれ接合されている。
第３金属部材３０Ｃは、図３、図９および図１０に示すように、第３配線層２２Ｃの上に配置されている。第３金属部材３０Ｃには、複数の半導体素子１０のいずれも接合されていない。なお、第３金属部材３０Ｃには複数の半導体素子１０のいずれも接合されないため、半導体装置Ａ１は第３金属部材３０Ｃを備えていなくてもよい。
複数の金属部材３０（一対の第１金属部材３０Ａ、一対の第２金属部材３０Ｂおよび第３金属部材３０Ｃ）はそれぞれ、図８～図１１および図１３に示すように、主面３０１、裏面３０２、一対の側面３０３および一対の側面３０４を有する。
主面３０１および裏面３０２は、ｚ方向において、互いに離間する。主面３０１は、ｚ２方向を向き、裏面３０２は、ｚ１方向を向く。主面３０１は、各半導体素子１０が各金属部材３０に接合された状態において、各半導体素子１０の主面１０１に対向する。裏面３０２は、各金属部材３０が各配線層２２に接合された状態において、各配線層２２の主面２２１に対向する。主面３０１が特許請求の範囲に記載の「第１主面」に相当し、裏面３０２が特許請求の範囲に記載の「第１裏面」に相当する。
一対の側面３０３は、ｚ方向において、主面３０１および裏面３０２の両方に繋がり、かつ、これらに挟まれている。一対の側面３０３は、ｘ方向において離間し、かつ、互いに反対側を向く。一対の側面３０４は、ｚ方向において、主面３０１および裏面３０２の両方に繋がり、かつ、これらに挟まれている。一対の側面３０４は、ｙ方向において離間し、かつ、互いに反対側を向く。側面３０３が特許請求の範囲に記載の「第１側面」に相当し、側面３０４が特許請求の範囲に記載の「第２側面」に相当する。
複数の金属部材３０（一対の第１金属部材３０Ａ、一対の第２金属部材３０Ｂおよび第３金属部材３０Ｃ）はそれぞれ、図１４に示すように、複数の細孔３１が形成された多孔質体である。各金属部材３０に対する複数の細孔３１の占有率は、たとえば１０％以上７０％以下である。また、各金属部材３０の構成材料は、銅あるいは銅合金である。
複数の細孔３１は、図１３および図１４に示すように、不規則に配置されている。複数の細孔３１には、主面３０１に表れたもの、裏面３０２に表れたもの、各側面３０３に表れたもの、各側面３０４に表れたものがある。これらにおいて、封止部材７に接する主面３０１、裏面３０２および各側面３０３，３０４に表れた細孔３１には、封止部材７が充填されている。たとえば、図１４には、主面３０１に表れた細孔３１に封止部材７が充填された様子が示されている。また、複数の細孔３１には、各金属部材３０の内方に形成されたものがある。この各金属部材３０の内方に形成された細孔３１は、気体（たとえば空気）が充填された気孔である。ただし、金属部材３０の内方に形成された細孔３１であっても、主面３０１、裏面３０２および各側面３０３，３０４に表れた細孔３１に繋がっている細孔３１は、つまり、各金属部材３０の外方に繋がっている細孔３１には、封止部材７が充填されうる。
本実施形態においては、複数の細孔３１のうち、主面３０１に表れたもの、各側面３０３に表れたもの、そして、各側面３０４に表れたものが、特許請求の範囲に記載の「第１孔」、「第２孔」そして「第３孔」にそれぞれに相当する。
複数の第１接合層４１はそれぞれ、各半導体素子１０と各金属部材３０との間に介在し、これらを接合する。第１接合層４１は、たとえばはんだである。当該はんだは、鉛含有であってもよいし、鉛フリーであってもよい。また、各第１接合層４１は、はんだに限定されず、焼結金属などの他の導電性接合材であってもよい。第１接合層４１が、特許請求の範囲に記載の「導電性接合材」に相当する。
複数の第２接合層４２はそれぞれ、各金属部材３０と各配線層２２との間に介在し、これらを接合する。各第２接合層４２は、たとえばはんだである。当該はんだは、鉛含有であってもよいし、鉛フリーであってもよい。また、各第２接合層４２は、はんだに限定されず、焼結金属などの他の導電性接合材であってもよいし、絶縁性接合材（接着剤）であってもよい。第２接合層４２が、特許請求の範囲に記載の「接合層」に相当する。
一対の入力端子５１、一対の出力端子５２、複数の制御端子５３および複数の検出端子５４はそれぞれ、銅または銅合金からなる。一対の入力端子５１、一対の出力端子５２、複数の制御端子５３および複数の検出端子５４は、同一のリードフレームから構成される。
一対の入力端子５１は、図１～図４に示すように、半導体装置Ａ１において、ｘ１方向側に位置する。一対の入力端子５１は、ｙ方向において、互いに離間している。一対の入力端子５１は、外部の直流電源に接続される。一対の入力端子５１の間には、たとえば直流電圧が印加される。一対の入力端子５１はそれぞれ、一部が封止部材７に覆われており、これにより、封止部材７に支持されている。
一対の入力端子５１は、第１入力端子５１Ａおよび第２入力端子５１Ｂを含む。第１入力端子５１Ａは、正極（Ｐ端子）であり、第２入力端子５１Ｂは、負極（Ｎ端子）である。第１入力端子５１Ａおよび第２入力端子５１Ｂ（一対の入力端子５１）はそれぞれ、パッド部５１１および端子部５１２を含む。
パッド部５１１は、平面視において支持部材２の周縁の外方に位置し、かつ、支持部材２に対してｚ方向に離間している。パッド部５１１は、封止部材７に覆われている。なお、パッド部５１１の表面には、たとえば銀めっきを施していてもよい。
端子部５１２は、パッド部５１１に繋がり、かつ、封止部材７から露出している。端子部５１２は、半導体装置Ａ１を配線基板に実装する際に用いられる。端子部５１２は、ｙ方向に見て、Ｌ字状をなす。なお、端子部５１２の表面には、たとえばニッケルめっきを施していてもよい。
端子部５１２は、基部５１３および起立部５１４を含む。基部５１３は、パッド部５１１に繋がり、かつ、封止部材７（後述の側面７３１）からｘ方向に延びている。起立部５１４は、基部５１３のｘ方向における先端から、ｚ２方向に延びている。
一対の出力端子５２は、図１～図４に示すように、半導体装置Ａ１において、ｘ２方向側に位置する。一対の出力端子５２は、図１～図４に示すように、ｙ方向において互いに離間している。一対の出力端子５２から、複数の半導体素子１０により電力変換された交流電力（交流電圧）が出力される。一対の出力端子５２はそれぞれ、一部が封止部材７に覆われており、これにより、封止部材７に支持されている。一対の出力端子５２はそれぞれ、パッド部５２１および端子部５２２を含む。
パッド部５２１は、平面視において支持部材２の周縁の外方に位置し、かつ、支持部材２に対してｚ方向に離間している。パッド部５２１は、封止部材７に覆われている。なお、パッド部５２１の表面には、たとえば銀めっきを施していてもよい。
端子部５２２は、パッド部５２１に繋がり、かつ、封止部材７から露出している。端子部５２２は、半導体装置Ａ１を配線基板に実装する際に用いられる。端子部５２２は、ｙ方向に見て、Ｌ字状をなす。端子部５２２の形状は、各入力端子５１の端子部５１２の形状と略同一である。なお、端子部５２２の表面には、たとえばニッケルめっきを施していてもよい。
端子部５２２は、基部５２３および起立部５２４を含む。基部５２３は、パッド部５２１に繋がり、かつ、封止部材７（後述の側面７３２）からｘ方向に延びている。起立部５２４は、基部５２３のｘ方向における先端から、ｚ２方向に延びている。
複数の制御端子５３は、図１～図４に示すように、半導体装置Ａ１において、ｘ方向の両側に位置する。ｘ１方向側に位置する複数の制御端子５３はともに、ｙ方向において、一対の入力端子５１の間に位置する。ｘ２方向側に位置する複数の制御端子５３はともに、ｙ方向において、一対の出力端子５２の間に位置する。制御端子５３の個数は、半導体素子１０の個数に対応している。よって、半導体装置Ａ１は、４つの制御端子５３を備えている。各制御端子５３には、各半導体素子１０を駆動させるための制御電圧（ゲート電圧）が印加される。各制御端子５３は、一部が封止部材７に覆われており、これにより、封止部材７に支持されている。各制御端子５３は、パッド部５３１および端子部５３２を含む。
パッド部５３１は、平面視において支持部材２の周縁の外方に位置し、かつ、支持部材２に対してｚ方向に離間している。パッド部５３１は、封止部材７に覆われている。なお、パッド部５３１の表面には、たとえば銀めっきを施していてもよい。
端子部５３２は、パッド部５３１に繋がり、かつ、封止部材７から露出している。端子部５３２は、半導体装置Ａ１を配線基板に実装する際に用いられる。端子部５３２は、ｙ方向に見て、Ｌ字状をなす。なお、端子部５３２の表面には、たとえばニッケルめっきを施していてもよい。
端子部５３２は、基部５３３および起立部５３４を含む。基部５３３は、パッド部５３１に繋がり、かつ、封止部材７（後述の側面７３１あるいは側面７３２のいずれか）からｘ方向に延びている。基部５３３のｘ方向の寸法は、一対の入力端子５１の各基部５１３および一対の出力端子５２の各基部５２３のｘ方向の各寸法よりも小さい。起立部５３４は、基部５３３のｘ方向における先端から、ｚ２方向に延びている。
複数の検出端子５４は、図１～図４に示すように、半導体装置Ａ１において、ｘ方向の両側に位置する。ｘ１方向側に位置する複数の検出端子５４はともに、ｙ方向において、一対の入力端子５１の間に位置する。ｘ２方向側に位置する複数の検出端子５４はともに、ｙ方向において、一対の出力端子５２の間に位置する。本実施形態においては、検出端子５４の個数は、半導体素子１０の個数に対応している。よって、半導体装置Ａ１は、４つの検出端子５４を備えている。各検出端子５４には、各半導体素子１０の第１電極１１（ソース電極）に流れる電流に対応した電圧が印加される。各検出端子５４は、パッド部５４１および端子部５４２を含む。
パッド部５４１は、平面視において支持部材２の周縁の外方に位置し、かつ、支持部材２に対して、ｚ方向に離間している。パッド部５４１は、封止部材７に覆われている。なお、パッド部５４１の表面には、たとえば銀めっきを施していてもよい。
端子部５４２は、パッド部５４１に繋がり、かつ、封止部材７から露出している。端子部５４２は、半導体装置Ａ１を配線基板に実装する際に用いられる。端子部５４２は、ｙ方向に見て、Ｌ字状をなす。なお、端子部５４２の表面には、たとえばニッケルめっきを施していてもよい。
端子部５４２は、基部５４３および起立部５４４を含む。基部５３３は、パッド部５３１に繋がり、かつ、封止部材７（後述の側面７３１あるいは側面７３２のいずれか）からｘ方向に延びている。基部５４３のｘ方向の寸法は、各制御端子５３の基部５３３のｘ方向の寸法と略同じであり、かつ、一対の入力端子５１の各基部５１３および一対の出力端子５２の各基部５２３のｘ方向の各寸法よりも小さい。起立部５４４は、基部５４３のｘ方向における先端から、ｚ２方向に延びている。
複数の接続部材６はそれぞれ、離間した２つの部材間を導通させる。複数の接続部材６は、図３に示すように、複数の第１ワイヤ６１１、複数の第２ワイヤ６１２、複数の第３ワイヤ６１３、複数の第４ワイヤ６１４、第１導通部材６２１、第２導通部材６２２、第３導通部材６２３および第４導通部材６２４を含む。
複数の第１ワイヤ６１１はそれぞれ、一対の第１素子１０Ａの各第１電極１１と、一対の第２金属部材３０Ｂの各主面３０１とに接合されている。これにより、各第２金属部材３０Ｂ（各第２配線層２２Ｂ）は、各第１ワイヤ６１１を介して、各第１素子１０Ａの第１電極１１に導通している。各第１ワイヤ６１１の構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
複数の第２ワイヤ６１２はそれぞれ、一対の第２素子１０Ｂの各第１電極１１と、第３金属部材３０Ｃの主面３０１とに接合されている。これにより、第３金属部材３０Ｃ（第３配線層２２Ｃ）は、各第２ワイヤ６１２を介して、各第２素子１０Ｂの第１電極１１に導通している。各第２ワイヤ６１２の構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
複数の第３ワイヤ６１３はそれぞれ、複数の半導体素子１０の各第３電極１３と、複数の制御端子５３の各パッド部５３１とに接合されている。これにより、各制御端子５３は、各第３ワイヤ６１３を介して、各半導体素子１０の第３電極１３に導通している。各第３ワイヤ６１３の構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
複数の第４ワイヤ６１４はそれぞれ、複数の半導体素子１０の各第１電極１１と、複数の検出端子５４の各パッド部５４１とに接合されている。これにより、各検出端子５４は、各第４ワイヤ６１４を介して、各半導体素子１０の第１電極１１に導通している。各第４ワイヤ６１４の構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
第１導通部材６２１は、図３および図１０に示すように、一方の第１金属部材３０Ａの主面３０１と、他方の第１金属部材３０Ａの主面３０１とに接合されている。これにより、一対の第１金属部材３０Ａ（一対の第１配線層２２Ａ）は、相互に導通している。第１導通部材６２１は、平面視において、ｙ方向に延び、かつ、第３配線層２２Ｃを跨いでいる。第１導通部材６２１は、図３に示すように、たとえば複数のボンディングワイヤから構成される。当該ボンディングワイヤの構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
第２導通部材６２２は、図３および図８に示すように、第１入力端子５１Ａのパッド部５１１と、一方の第１金属部材３０Ａの主面３０１とに接合されている。これにより、第１入力端子５１Ａは、第２導通部材６２２を介して、一方の第１金属部材３０Ａ（一方の第１配線層２２Ａ）に導通している。よって、第１入力端子５１Ａは、第２導通部材６２２および一方の第１金属部材３０Ａ（一方の第１配線層２２Ａ）を介して、一方の第１素子１０Ａの第２電極１２に導通している。第２導通部材６２２は、図３に示すように、たとえば複数のボンディングワイヤから構成される。当該ボンディングワイヤの構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
第３導通部材６２３は、図３に示すように、第２入力端子５１Ｂのパッド部５１１と、第３配線層２２Ｃの主面２２１とに接合されている。これにより、第２入力端子５１Ｂは、第３導通部材６２３、第３金属部材３０Ｃ（第３配線層２２Ｃ）、および、複数の第２ワイヤ６１２を介して、各第２素子１０Ｂの第１電極１１に導通している。第３導通部材６２３は、図３に示すように、たとえば複数のボンディングワイヤから構成される。当該ボンディングワイヤの構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
一対の第４導通部材６２４は、図３および図８に示すように、一対の出力端子５２の各パッド部５２１と、一対の第２金属部材３０Ｂの各主面３０１とに接合されている。これにより、一対の出力端子５２は、一対の第４導通部材６２４および一対の第２金属部材３０Ｂ（一対の第２配線層２２Ｂ）を介して、各第２素子１０Ｂの第２電極１２に導通している。また、一対の出力端子５２は、一対の第４導通部材６２４、一対の第２金属部材３０Ｂ（第２配線層２２Ｂ）および複数の第１ワイヤ６１１を介して、各第１素子１０Ａの第１電極１１に導通している。一対の第４導通部材６２４はそれぞれ、図３に示すように、たとえば複数のボンディングワイヤから構成される。当該ボンディングワイヤの構成材料は、たとえばアルミニウムを含む金属、銅を含む金属あるいは金を含む金属などである。
なお、第１導通部材６２１、第２導通部材６２２、第３導通部材６２３および一対の第４導通部材６２４はそれぞれ、複数のボンディングワイヤではなく、金属リードあるいはボンディングリボンであってもよい。当該金属リードあるいはボンディングリボンの各構成材料は、たとえば銅を含む金属、アルミニウムを含む金属あるいは金を含む金属などである。
封止部材７は、半導体装置Ａ１の半導体パッケージである。封止部材７は、図１～図１１に示すように、半導体装置Ａ１の各構成部材を覆う。ただし、支持部材２、一対の入力端子５１、一対の出力端子５２、複数の制御端子５３および複数の検出端子５４においては、それぞれ一部ずつを覆っている。封止部材７の構成材料は、たとえばエポキシ樹脂である。封止部材７は、たとえば、ｘ方向の寸法が２０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下（好ましくは２５ｍｍ以上６０ｍｍ以下）であり、ｙ方向の寸法が２０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下（好ましくは４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下）であり、ｚ方向の寸法が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下（好ましくは７ｍｍ）である。封止部材７は、主面７１、裏面７２、複数の側面７３１～７３４および一対の取付孔７４を有する。
主面７１および裏面７２は、図５～図７に示すように、ｚ方向において、離間する。主面７１は、ｚ２方向を向き、裏面７２は、ｚ１方向を向く。裏面７２は、図４に示すように、平面視において、絶縁基板２１の裏面２１２を囲む枠状である。絶縁基板２１の裏面２１２は、当該裏面７２から露出する。複数の側面７３１～７３４の各々は、ｚ方向において主面７１および裏面７２に挟まれており、かつ、これらの双方に繋がる。図３に示すように、側面７３１，７３２は、ｘ方向において、離間する。側面７３１は、ｘ１方向を向き、側面７３２は、ｘ２方向を向く。図３に示すように、側面７３３，７３４は、ｙ方向において、離間する。側面７３３は、ｙ１方向を向き、側面７３４は、ｙ２方向を向く。
図３に示すように、側面７３１から、一対の入力端子５１の各端子部５１２と、一対の第２素子１０Ｂに対応して配置された一対の制御端子５３の各端子部５３２および一対の検出端子５４の各端子部５４２とが露出している。また、図３に示すように、側面７３２から、一対の出力端子５２の各端子部５２２と、一対の第１素子１０Ａに対応して配置された一対の制御端子５３の各端子部５３２および一対の検出端子５４の各端子部５４２とが露出している。
一対の取付孔７４は、図５～図７および図１０に示すように、ｚ方向において主面７１から裏面７２まで繋がり、封止部材７を貫通する。一対の取付孔７４はそれぞれ、図２～図４に示すように、たとえば平面視円形状である。一対の取付孔７４は、絶縁基板２１のｙ方向の両側に位置する。一対の取付孔７４のｙ方向の離間距離は、たとえば１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下（好ましくは３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下）である。一対の取付孔７４は、半導体装置Ａ１をヒートシンクに取り付ける際に利用されうる。
以上のように構成された半導体装置Ａ１の作用効果は、次の通りである。
半導体装置Ａ１によれば、半導体素子１０、支持部材２、および、金属部材３０を備えている。半導体素子１０は、第１接合層４１によって、金属部材３０に接合されており、金属部材３０は、第２接合層４２によって、支持部材２に接合されている。金属部材３０は、複数の細孔３１が形成された多孔質体である。この構成によると、半導体素子１０からの熱によって、金属部材３０が熱膨張する際、複数の細孔３１付近に熱ひずみが生じるため、複数の細孔３１付近の熱応力が局所的に緩和される。したがって、金属部材３０の熱膨張による熱応力を緩和させることができるので、たとえば、金属部材３０に接する第２接合層４２にかかる熱応力を緩和させ、第２接合層４２の凝集破壊を抑制できる。つまり、半導体装置Ａ１は、接合不良や導通不良などの製品故障の発生が抑制されるので、信頼性を向上させることができる。また、半導体装置Ａ１は、金属部材３０に接する第１接合層４１にかかる熱応力も緩和させることができるので、第１接合層４１の凝集破壊を抑制できる。
半導体装置Ａ１によれば、各金属部材３０は、その厚さが、支持部材２の厚さよりも大きく、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下（好ましくは１．０ｍｍ以上３ｍｍ以下）である。たとえば、本開示の半導体装置Ａ１と異なる半導体装置において、各金属部材の厚さを金属部材３０の厚さよりも小さくして、金属部材の剛性を低くすることで、熱応力を緩和させることも可能である。しかしながら、このような手法（金属部材を薄くする手法）では、金属部材に反りが生じて、当該金属部材と支持部材２との間に封止部材７が入り込み、支持部材２が損壊する（割れる）可能性がある。また、金属部材を薄くする手法では、金属部材による熱拡散効率が低下する可能性がある。一方、半導体装置Ａ１においては、複数の細孔３１が形成された多孔質体の金属部材３０を用いることで、金属部材３０の剛性を低くしている。したがって、半導体装置Ａ１は、支持部材２の損壊や熱拡散効率の低下を抑制しつつ、第２接合層４２にかかる熱応力を緩和させることができる。
半導体装置Ａ１によれば、金属部材３０に対する複数の細孔３１の占有率は、１０％以上７０％以下である。たとえば、この占有率が、７０％（先述の占有率の範囲の最大値）よりも大きい場合、第１接合層４１や第２接合層４２が複数の細孔３１に吸収されてしまい、半導体素子１０および金属部材３０の接合が不十分となる。一方、この占有率が、１０％（先述の占有率の範囲の最小値）よりも小さい場合、多数の細孔３１付近の熱応力の緩和が不十分となり、熱応力を適度に緩和できない。したがって、先述の占有率を１０％以上７０％以下とすることで、半導体素子１０と金属部材３０との接合強度および支持部材２（配線層２２）と金属部材３０との接合強度を確保しつつ、金属部材３０による熱応力を適度に緩和させることができる。
半導体装置Ａ１によれば、複数の細孔３１の一部には、封止部材７が充填されている。具体的には、各金属部材３０において、主面３０１のうち第１接合層４１に接していない領域、および、各側面３０３，３０４の全領域に表れた複数の細孔３１には、封止部材７が充填されている。この構成によると、アンカー効果によって、各金属部材３０と封止部材７との密着性を向上させることができる。なお、封止部材７が充填された細孔３１付近においては、空気が充填された細孔３１付近よりも、熱応力が比較的大きくなるが、細孔３１が形成されていない場合よりも、熱応力を比較的に小さくすることができる。つまり、一部の細孔３１に封止部材７が充填されていても、定性的に熱応力の緩和を図ることができる。したがって、半導体装置Ａ１は、熱応力の緩和を図りつつ、封止部材７の密着性を向上させることができる。
半導体装置Ａ１によれば、支持部材２は、絶縁基板２１を含んでいる。絶縁基板２１は、熱伝導率が比較的高いセラミックスからなる。この構成によると、半導体素子１０によって生じた熱は、金属部材３０によって熱拡散され、そして、絶縁基板２１に伝達される。したがって、半導体装置Ａ１は、半導体素子１０からの熱が、金属部材３０および絶縁基板２１に拡散されるため、半導体素子１０の放熱効率の向上を図ることができる。さらに、絶縁基板２１は、裏面２１２が封止部材７から露出している。この構成によると、絶縁基板２１に伝達された熱が、裏面２１２から外部に放出される。また、半導体装置Ａ１にヒートシンクが取り付けられている場合、裏面２１２から当該ヒートシンクに伝達される。したがって、半導体装置Ａ１は、半導体素子１０からの発熱を、効率よく放熱することができる。
図１５は、第２実施形態にかかる半導体装置Ａ２を示している。図１５は、半導体装置Ａ２を示す平面図であって、封止部材７を想像線（二点鎖線）で示している。半導体装置Ａ２は、半導体装置Ａ１と比較して、支持部材２の複数の配線層２２の構成が主に異なっており、これに伴い、複数の半導体素子１０、複数の金属部材３０、一対の入力端子５１、一対の出力端子５２、複数の制御端子５３、複数の検出端子５４および複数の接続部材６などの配置もそれぞれ異なっている。
図１５に示すように、支持部材２の複数の配線層２２は、第１配線層２２Ａ、一対の第２配線層２２Ｂ、第３配線層２２Ｃおよび第４配線層２２Ｄを含む。よって、半導体装置Ａ２は、半導体装置Ａ１と異なり、第１配線層２２Ａが１つであり、かつ、第４配線層２２Ｄをさらに備えている。
第１配線層２２Ａは、絶縁基板２１において、ｘ２方向側、かつ、ｙ２方向側に位置する。一対の第２配線層２２Ｂは、絶縁基板２１において、ｘ１方向側、かつ、ｙ１方向側に位置する。一対の第２配線層２２Ｂは、ｙ方向に隣接している。第３配線層２２Ｃは、ｘ２方向側、かつ、ｙ１方向側に位置する。第３配線層２２Ｃは、ｙ方向において、第１配線層２２Ａの隣に位置する。第３配線層２２Ｃと第１配線層２２Ａとは略同じ形状である。第４配線層２２Ｄは、ｘ１方向側、かつ、ｙ２方向側に位置する。第４配線層２２Ｄは、ｘ方向において、第１配線層２２Ａの隣に位置する。第４配線層２２Ｄは、一対の第２配線層２２Ｂの一方と略同じ形状である。
図１５に示すように、複数の金属部材３０は、第１金属部材３０Ａ、一対の第２金属部材３０Ｂ、第３金属部材３０Ｃおよび第４金属部材３０Ｄを含む。よって、半導体装置Ａ２は、半導体装置Ａ１と異なり、第１金属部材３０Ａが１つであり、かつ、第４金属部材３０Ｄをさらに備えている。
第１金属部材３０Ａは、第２接合層４２によって、第１配線層２２Ａに接合されている。第１金属部材３０Ａには、２つの第１素子１０Ａがそれぞれ、第１接合層４１によって接合されている。したがって、本実施形態においては、１つの金属部材３０（第１金属部材３０Ａ）に、２つの半導体素子１０（第１素子１０Ａ）が接合されている。
一対の第２金属部材３０Ｂはそれぞれ、第１実施形態と同様に、一対の第２素子１０Ｂがそれぞれ、第１接合層４１によって接合されている。第４金属部材３０Ｄは、複数の半導体素子１０のいずれも接合されていない。第４金属部材３０Ｄは、複数の第１ワイヤ６１１および第１導通部材６２１が接合されている。
半導体装置Ａ２において、第１導通部材６２１は、第４金属部材３０Ｄと一対の第２金属部材３０Ｂの一方とに接合され、これらを導通している。
半導体装置Ａ２において、一対の入力端子５１は、図１５に示すように、ｘ２方向側に位置する。また、一対の入力端子５１は、ｙ方向において離間しており、第１入力端子５１Ａがｙ２方向に位置し、第２入力端子５１Ｂがｙ１方向に位置する。
半導体装置Ａ２において、第１入力端子５１Ａは、第２導通部材６２２および第１金属部材３０Ａを介して、各第１素子１０Ａの第２電極１２に導通している。第２入力端子５１Ｂは、第３導通部材６２３、第３金属部材３０Ｃおよび複数の第２ワイヤ６１２を介して、各第２素子１０Ｂの第１電極１１に導通している。
半導体装置Ａ２において、一対の出力端子５２は、図１５に示すように、ｘ１方向側に位置する。半導体装置Ａ２において、ｙ１方向側の出力端子５２は、第４導通部材６２４および第２金属部材３０Ｂを介して、一対の第２素子１０Ｂの一方の第２電極１２に導通するとともに、第４導通部材６２４、第２金属部材３０Ｂ、第１導通部材６２１、第４金属部材３０Ｄおよび複数の第１ワイヤ６１１を介して、一対の第１素子１０Ａの一方の第１電極１１に導通している。また、ｙ２方向側の出力端子５２は、第４導通部材６２４および第２金属部材３０Ｂを介して、一対の第２素子１０Ｂの他方の第２電極１２に導通するとともに、第４導通部材６２４、第２金属部材３０Ｂおよび複数の第１ワイヤ６１１を介して、一対の第１素子１０Ａの他方の第１電極１１に導通している。
半導体装置Ａ２は、一部が側面７３１から突き出た制御端子５３と、一部が側面７３２から突き出た制御端子５３とを備えている。一部が側面７３１から突き出た制御端子５３は、複数の第３ワイヤ６１３を介して、各第１素子１０Ａの第３電極１３にそれぞれ導通している。また、一部が側面７３２から突き出た制御端子５３は、複数の第３ワイヤ６１３を介して、各第２素子１０Ｂの第３電極１３にそれぞれ導通している。本実施形態においては、２つの制御端子５３を設け、一方の制御端子５３が一対の第１素子１０Ａに対して共通であり、他方の制御端子５３が一対の第２素子１０Ｂに対して共通である場合を示すが、これに限定されない。たとえば、半導体装置Ａ１と同様に、複数の半導体素子１０（一対の第１素子１０Ａおよび一対の第２素子１０Ｂ）にそれぞれ対応した４つの制御端子５３を設けてもよい。
半導体装置Ａ２は、一部が側面７３１から突き出た検出端子５４と、一部が側面７３２から突き出た検出端子５４とを備えている。一部が側面７３２から突き出た検出端子５４は、第４ワイヤ６１４を介して、一対の第１素子１０Ａのいずれかの第１電極１１に導通している。また、一部が側面７３１から突き出た検出端子５４は、第４ワイヤ６１４を介して、一対の第２素子１０Ｂのいずれかの第１電極１１に導通している。本実施形態において、２つの検出端子５４を設け、一方の検出端子５４が一対の第１素子１０Ａのいずれかに導通し、他方の検出端子５４が一対の第２素子１０Ｂのいずれかに導通している場合を示すが、これに限定されない。たとえば、半導体装置Ａ１と同様に、複数の半導体素子１０（一対の第１素子１０Ａおよび一対の第２素子１０Ｂ）にそれぞれ対応した４つの検出端子５４を設けてもよい。
以上のように構成された半導体装置Ａ２の作用効果は、次の通りである。
半導体装置Ａ２によれば、半導体素子１０、支持部材２および金属部材３０を備えている。半導体素子１０は、第１接合層４１によって、金属部材３０に接合されており、金属部材３０は、第２接合層４２によって、支持部材２に接合されている。金属部材３０は、複数の細孔３１が形成された多孔質体である。したがって、半導体装置Ａ２は、半導体装置Ａ１と同様に、金属部材３０に接する第２接合層４２にかかる熱応力を緩和させることができるので、第２接合層４２の凝集破壊を抑制できる。つまり、半導体装置Ａ２は、接合不良や導通不良などの製品故障の発生が抑制されるので、信頼性を向上させることができる。
半導体装置Ａ２によれば、その他、半導体装置Ａ１と同一あるいは類似の構成によって、半導体装置Ａ１と同様の効果を奏することができる。
第１実施形態および第２実施形態では、各金属部材３０が第２接合層４２によって各配線層２２に接合された場合を示したが、これに限定されない。たとえば、各金属部材３０が第２接合層４２によって絶縁基板２１に接合されていてもよい。つまり、支持部材２が複数の配線層２２を含んでいなくてもよい。この場合であっても、金属部材３０に接する第２接合層４２にかかる熱応力を緩和させることができる。
第１実施形態および第２実施形態では、第１入力端子５１Ａが第２導通部材６２２を介して第１金属部材３０Ａに導通している場合を示したが、第１入力端子５１Ａが第１金属部材３０Ａに直接接合されてこれらが導通していてもよい。同様に、第２入力端子５１Ｂが第３導通部材６２３を介して第３金属部材３０Ｃに導通している場合を示したが、第２入力端子５１Ｂが第３金属部材３０Ｃに直接接合されてこれらが導通していてもよい。また、各出力端子５２が第４導通部材６２４を介して各第２金属部材３０Ｂに導通している場合を示したが、各出力端子５２が各第２金属部材３０Ｂにそれぞれ直接接合されてこれが導通していてもよい。
図１６および図１７は、第３実施形態にかかる半導体装置Ａ３を示している。図１６は、半導体装置Ａ３を示す平面図であって、封止部材７を想像線（二点鎖線）で示している。図１７は、図１６のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。半導体装置Ａ３は、いわゆるＴＯ（Transistor Outline）パッケージ型である。
支持部材２は、いわゆるリードフレームである。支持部材２の構成材料は、たとえば銅あるいは銅合金である。支持部材２は、図１６および図１７に示すように、ダイパッド部２５１、複数のインナーリード部２５２および複数のアウターリード部２５３を含む。
ダイパッド部２５１は、金属部材３０が接合されており、当該金属部材３０を介して、半導体素子１０が搭載されている。ダイパッド部２５１は、図１６および図１７に示すように、ダイパッド部２５１のｚ１方向を向く面を除き、封止部材７に覆われている。つまり、ダイパッド部２５１のｚ１方向を向く面は、封止部材７から露出している。
複数のインナーリード部２５２はそれぞれ、ダイパッド部２５１から離間しており、かつ、封止部材７に覆われた部分である。各インナーリード部２５２には、各接続部材６の一端が接合されている。半導体装置Ａ３における支持部材２は、２つのインナーリード部２５２を備えている。
複数のアウターリード部２５３はそれぞれ、複数のインナーリード部２５２のいずれかに繋がり、かつ、封止部材７から露出した部分である。複数のアウターリード部２５３は、半導体装置Ａ３の端子であり、電気製品などの配線基板に接合されうる。
複数の接続部材６はそれぞれ、ボンディングワイヤである。なお、各接続部材６は、ボンディングワイヤの代わりに、金属リードやボンディングリボンなどを用いてもよい。半導体装置Ａ３は、図１６に示すように、２つの接続部材６を備えている。なお、接続部材６の数は、特に限定されない。図１６に示すように、２つの接続部材６の一方は、半導体素子１０の第３電極１３と、２つのインナーリード部２５２の一方とに接合され、これらを導通させる。２つの接続部材６の他方は、半導体素子１０の第１電極１１と、２つのインナーリード部２５２の他方とに接合され、これらを導通させる。
以上のように構成された半導体装置Ａ３の作用効果は、次の通りである。
半導体装置Ａ３によれば、半導体素子１０、支持部材２および金属部材３０を備えている。半導体素子１０は、第１接合層４１によって、金属部材３０に接合されており、金属部材３０は、第２接合層４２によって、支持部材２に接合されている。金属部材３０は、複数の細孔３１が形成された多孔質体である。したがって、半導体装置Ａ３は、半導体装置Ａ１と同様に、金属部材３０に接する第２接合層４２にかかる熱応力を緩和させることができるので、第２接合層４２の凝集破壊を抑制できる。つまり、半導体装置Ａ３は、接合不良や導通不良などの製品故障の発生が抑制されるので、信頼性を向上させることができる。
半導体装置Ａ３によれば、その他、半導体装置Ａ１（Ａ２）と同一あるいは類似の構成によって、半導体装置Ａ１（Ａ２）と同様の効果を奏することができる。
第３実施形態では、半導体装置Ａ３は、いわゆるＴＯパッケージ型である場合を示したが、これに限定されず、ＳＯＰ（Small Outline Package）、Ｎｏｎ－Ｌｅａｄパッケージ、あるいは、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージなど様々な形式の半導体パッケージに適用できる。
第３実施形態では、支持部材２がリードフレームである場合を示したが、これに限定されず、インタポーザ、プリント基板、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板あるいはＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板などであってもよい。
図１８～図２４は、金属部材３０の各変形例を示している。図１８～図２４に示す金属部材３０は、半導体装置Ａ１～Ａ３における各金属部材３０の代わりに用いることができる。
図１８に示す金属部材３０において、複数の細孔３１は、複数の第１貫通孔３１Ａ、複数の第２貫通孔３１Ｂおよび複数の第３貫通孔３１Ｃを含む。
複数の第１貫通孔３１Ａはそれぞれ、主面３０１から裏面３０２までｚ方向に繋がっている。複数の第１貫通孔３１Ａ（複数の細孔３１の一部）は、主面３０１および裏面３０２に表れている。各第１貫通孔３１Ａの貫通方向は、ｚ方向に沿う直線状に限定されず、屈曲あるいは湾曲していてもよいし、傾斜していてもよいし、また、すべての第１貫通孔３１Ａの貫通方向が揃っていてもよいし揃っていなくてもよい。複数の第１貫通孔３１Ａは、平面視において、たとえば不規則に配置されている。なお、複数の第１貫通孔３１Ａは、不規則に配置されているのではなく、たとえば正方格子状、矩形格子状、三角格子状、六角格子状、あるいは、斜方格子状など規則的に配置されていてもよい。各第１貫通孔３１Ａが、特許請求の範囲に記載の「第１孔」に相当する。
複数の第２貫通孔３１Ｂはそれぞれ、一対の側面３０３の一方から他方までｘ方向に繋がっている。複数の第２貫通孔３１Ｂ（複数の細孔３１の一部）は、一対の側面３０３のそれぞれに表れている。各第２貫通孔３１Ｂの貫通方向は、ｘ方向に沿う直線状に限定されず、屈曲あるいは湾曲していてもよいし、ｘ方向に対して傾斜していてもよいし、また、また、すべての第２貫通孔３１Ｂの貫通方向が揃っていてもよいし揃っていなくてもよい。複数の第２貫通孔３１Ｂは、ｘ方向に見て、たとえば不規則に配置されている。なお、複数の第２貫通孔３１Ｂは、不規則に配置されているのではなく、たとえば正方格子状、矩形格子状、三角格子状、六角格子状、あるいは、斜方格子状など規則的に配置されていてもよい。各第２貫通孔３１Ｂが、特許請求の範囲に記載の「第２孔」に相当する。
複数の第３貫通孔３１Ｃはそれぞれ、一対の側面３０４の一方から他方までｙ方向に繋がっている。複数の第３貫通孔３１Ｃ（複数の細孔３１の一部）は、一対の側面３０４のそれぞれに表れている。各第３貫通孔３１Ｃの貫通方向は、ｙ方向に沿う直線状に限定されず、屈曲あるいは湾曲していてもよいし、ｙ方向に対して傾斜していてもよいし、また、すべての第３貫通孔３１Ｃの貫通方向が揃っていてもよいし揃っていなくてもよい。複数の第３貫通孔３１Ｃは、ｙ方向に見て、たとえば不規則に配置されている。なお、複数の第３貫通孔３１Ｃは、不規則に配置されているのではなく、たとえば正方格子状、矩形格子状、三角格子状、六角格子状、あるいは、斜方格子状など規則的に配置されていてもよい。各第３貫通孔３１Ｃが、特許請求の範囲に記載の「第３孔」に相当する。
図１９に示す金属部材３０においては、複数の細孔３１は、複数の第１貫通孔３１Ａおよび複数の第２貫通孔３１Ｂを含まず、複数の第３貫通孔３１Ｃを含む。なお、図１９においては、複数の細孔３１が、複数の第３貫通孔３１Ｃを含んだ場合を示すが、これらの代わりに、複数の第２貫通孔３１Ｂを含んだ構成であってもよい。
図２０に示す金属部材３０においては、複数の細孔３１は、複数の第１貫通孔３１Ａを含まず、複数の第２貫通孔３１Ｂおよび複数の第３貫通孔３１Ｃを含む。
図２１に示す金属部材３０においては、複数の細孔３１は、複数の第２貫通孔３１Ｂおよび複数の第３貫通孔３１Ｃを含まず、複数の第１貫通孔３１Ａを含む。
図２２に示す金属部材３０においては、金属部材３０の主面３０１のうち、半導体素子１０が接合される部分（平面視において半導体素子１０に重なる部分）には、複数の第１貫通孔３１Ａが形成されていない。なお、図２２においては、図２１に示す金属部材３０において、複数の第１貫通孔３１Ａが形成されていない領域を設けた場合を示すが、これに限定されず、図１８に示す金属部材３０においても同様に、複数の第１貫通孔３１Ａが形成されていない領域を設けてもよい。
なお、図１８～図２２に示す各金属部材３０においても、複数の細孔３１の占有率は、たとえば１０％以上７０％以下である。
図１８～図２２に示す各金属部材３０を用いた場合であっても、複数の細孔３１（複数の第１貫通孔３１Ａ、複数の第２貫通孔３１Ｂおよび複数の第３貫通孔３１Ｃ）付近において、半導体素子１０の発熱に起因する金属部材３０の熱ひずみが生じるため、各細孔３１付近の熱応力が緩和される。したがって、各金属部材３０の熱膨張による熱応力を緩和させることができるので、当該金属部材３０を配線層２２に接合するための第２接合層４２にかかる熱応力が緩和し、当該第２接合層４２の凝集破壊を抑制できる。よって、図１８～図２２に示す各金属部材３０を用いた半導体装置においても、接合不良や導通不良などの製品故障の発生が抑制されるので、信頼性を向上させることができる。
図１９～図２２に示す各金属部材３０は、図１８に示す金属部材３０と比較して、複数の第１貫通孔３１Ａ、複数の第２貫通孔３１Ｂあるいは複数の第３貫通孔３１Ｃのいずれかが形成されていない。そのため、熱を拡散するための領域が大きいので、放熱性の向上を図る上で有効である。ただし、複数の細孔３１が形成されていない金属部材と比較すると、熱応力を緩和させることができるが、図１８に示す金属部材３０と比較すると、熱応力の緩和効果は低減する可能性がある。
図２３および図２４に示す各金属部材３０は、金属ワイヤをたとえば所定の金型を用いて圧縮することにより、複雑に屈曲した状態でひと塊にしたものである。この金属ワイヤの構成材料は、たとえば銅あるいは銅合金である。なお、各金属部材３０は、１つの金属ワイヤから構成されていてもよいし、複数の金属ワイヤから構成されていてもよい。図２３は、直方体状の塊にした場合を示しており、図２４は、円環状の塊にした場合を示している。なお、本変形例にかかる金属部材３０は、直方体状あるいは円環状に限定されず、その他、立方体状、円柱状などであってもよい。当該各金属部材３０は、複雑に絡み合った金属ワイヤの隙間に、複数の空間が取り込まれている。このような構成の各金属部材３０は、複数の細孔３１が形成された多孔質体である。
図２３および図２４に示す各金属部材３０を用いた場合であっても、先述の空間付近において、半導体素子１０の発熱に起因する金属部材３０の熱ひずみが生じるため、空間付近の熱応力が緩和される。したがって、各金属部材３０の熱膨張による熱応力を緩和させることができるので、当該金属部材３０を配線層２２に接合するための第２接合層４２にかかる熱応力が緩和し、第２接合層４２の凝集破壊を抑制できる。よって、図２３および図２４に示す各金属部材３０を用いた半導体装置においても、接合不良や導通不良などの製品故障の発生が抑制されるので、信頼性を向上させることができる。
本開示にかかる半導体装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本開示にかかる半導体装置は、以下の付記に関する実施形態を含む。
［付記１］
支持部材と、
厚さ方向において離間した第１主面および第１裏面を有し、前記第１裏面が前記支持部材に対向して、前記支持部材に接合された金属部材と、
前記支持部材と前記金属部材とを接合する接合層と、
前記第１主面に対向し、前記金属部材に接合された半導体素子と、
前記支持部材、前記金属部材、前記接合層および前記半導体素子を覆う封止部材と、
を備えており、
前記金属部材は、複数の細孔が形成された多孔質体である、ことを特徴とする半導体装置。
［付記２］
前記複数の細孔は、不規則に配置されている、付記１に記載の半導体装置。
［付記３］
前記複数の細孔は、前記第１主面に表れた第１孔を有している、付記１または付記２に記載の半導体装置。
［付記４］
前記第１孔は、前記第１主面から前記第１裏面まで前記厚さ方向に繋がる貫通孔である、付記３に記載の半導体装置。
［付記５］
前記金属部材は、前記厚さ方向に直交する第１方向において離間した一対の第１側面を有し、
前記複数の細孔は、前記一対の第１側面の少なくとも一方に表れた第２孔を有している、付記１ないし付記４のいずれかに記載の半導体装置。
［付記６］
前記第２孔は、前記一対の第１側面の一方から他方まで前記第１方向に繋がる貫通孔である、付記５に記載の半導体装置。
［付記７］
前記金属部材は、前記厚さ方向および前記第１方向の両方に直交する第２方向において離間した一対の第２側面を有し、
前記複数の細孔は、前記一対の第２側面の少なくとも一方に表れた第３孔を有している、付記５または付記６に記載の半導体装置。
［付記８］
前記第３孔は、前記一対の第２側面の一方から他方まで前記第２方向に繋がる貫通孔である、付記７に記載の半導体装置。
［付記９］
前記金属部材に対する前記複数の細孔の占有率は、１０％以上７０％以下である、付記１ないし付記８のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１０］
前記支持部材は、絶縁基板および配線層を含んでおり、
前記配線層は、前記厚さ方向において離間した第２主面および第２裏面を有し、前記第２裏面が前記絶縁基板に接合され、
前記金属部材は、前記第１裏面が前記第２主面に対向して、前記配線層に接合されている、付記１ないし付記９のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１１］
前記絶縁基板の裏面は、前記封止部材から露出している、付記１０に記載の半導体装置。
［付記１２］
前記接合層は、はんだである、付記１ないし付記１１のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１３］
前記半導体素子は、導電性接合材によって、前記金属部材に接合されている、付記１ないし付記１２のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１４］
前記複数の細孔のうちの一部の細孔には、前記封止部材が充填されている、付記１ないし付記１３のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１５］
前記複数の細孔は、前記封止部材が充填された前記一部の細孔を除いて、気孔である、付記１４に記載の半導体装置。
［付記１６］
前記金属部材の構成材料は、銅あるいは銅合金である、付記１ないし付記１５のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１７］
前記金属部材の厚さは、前記支持部材の厚さよりも大きい、付記１ないし付記１６のいずれかに記載の半導体装置。
［付記１８］
前記金属部材の厚さは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である、付記１ないし付記１７のいずれかに記載の半導体装置。
Ａ１～Ａ３：半導体装置
１０ ：半導体素子
１０Ａ ：第１素子
１０Ｂ ：第２素子
１０１ ：主面
１０２ ：裏面
１１ ：第１電極
１２ ：第２電極
１３ ：第３電極
１４ ：絶縁膜
２ ：支持部材
２１ ：絶縁基板
２１１ ：主面
２１２ ：裏面
２２ ：配線層
２２Ａ ：第１配線層
２２Ｂ ：第２配線層
２２Ｃ ：第３配線層
２２Ｄ ：第４配線層
２２１ ：主面
２２２ ：裏面
２５１ ：ダイパッド部
２５２ ：インナーリード部
２５３ ：アウターリード部
３０ ：金属部材
３０Ａ ：第１金属部材
３０Ｂ ：第２金属部材
３０Ｃ ：第３金属部材
３０Ｄ ：第４金属部材
３０１ ：主面
３０２ ：裏面
３０３，３０４：側面
３１ ：細孔
３１Ａ ：第１貫通孔
３１Ｂ ：第２貫通孔
３１Ｃ ：第３貫通孔
４１ ：第１接合層
４２ ：第２接合層
５１ ：入力端子
５１Ａ ：第１入力端子
５１Ｂ ：第２入力端子
５２ ：出力端子
５３ ：制御端子
５４ ：検出端子
５１１，５２１，５３１，５４１：パッド部
５１２，５２２，５３２，５４２：端子部
５１３，５２３，５３３，５４３：基部
５１４，５２４，５３４，５４４：起立部
６ ：接続部材
６１１ ：第１ワイヤ
６１２ ：第２ワイヤ
６１３ ：第３ワイヤ
６１４ ：第４ワイヤ
６２１ ：第１導通部材
６２２ ：第２導通部材
６２３ ：第３導通部材
６２４ ：第４導通部材
７ ：封止部材
７１ ：主面
７２ ：裏面
７３１～７３４：側面
７４ ：取付孔

Claims (18)

  1. 支持部材と、
    厚さ方向において離間した第１主面および第１裏面を有し、前記第１裏面が前記支持部材に対向して、前記支持部材に接合された金属部材と、
    前記支持部材と前記金属部材とを接合する接合層と、
    前記第１主面に対向し、前記金属部材に接合された半導体素子と、
    前記支持部材、前記金属部材、前記接合層および前記半導体素子を覆う封止部材と、
    を備えており、
    前記金属部材は、複数の細孔が形成された多孔質体である、
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記複数の細孔は、不規則に配置されている、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記複数の細孔は、前記第１主面に表れた第１孔を有している、
    請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記第１孔は、前記第１主面から前記第１裏面まで前記厚さ方向に繋がる貫通孔である、
    請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記金属部材は、前記厚さ方向に直交する第１方向において離間した一対の第１側面を有し、
    前記複数の細孔は、前記一対の第１側面の少なくとも一方に表れた第２孔を有している、
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記第２孔は、前記一対の第１側面の一方から他方まで前記第１方向に繋がる貫通孔である、
    請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記金属部材は、前記厚さ方向および前記第１方向の両方に直交する第２方向において離間した一対の第２側面を有し、
    前記複数の細孔は、前記一対の第２側面の少なくとも一方に表れた第３孔を有している、
    請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記第３孔は、前記一対の第２側面の一方から他方まで前記第２方向に繋がる貫通孔である、
    請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記金属部材に対する前記複数の細孔の占有率は、１０％以上７０％以下である、
    請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記支持部材は、絶縁基板および配線層を含んでおり、
    前記配線層は、前記厚さ方向において離間した第２主面および第２裏面を有し、前記第２裏面が前記絶縁基板に接合され、
    前記金属部材は、前記第１裏面が前記第２主面に対向して、前記配線層に接合されている、
    請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 前記絶縁基板の裏面は、前記封止部材から露出している、
    請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記接合層は、はんだである、
    請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 前記半導体素子は、導電性接合材によって、前記金属部材に接合されている、
    請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記複数の細孔のうちの一部の細孔には、前記封止部材が充填されている、
    請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記複数の細孔は、前記封止部材が充填された前記一部の細孔を除いて、気孔である、
    請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 前記金属部材の構成材料は、銅あるいは銅合金である、
    請求項１ないし請求項１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  17. 前記金属部材の厚さは、前記支持部材の厚さよりも大きい、
    請求項１ないし請求項１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
  18. 前記金属部材の厚さは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である、
    請求項１ないし請求項１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
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