JP2023062253A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置に含まれる半導体チップの主電極におけるひずみの発生を抑制する。【解決手段】半導体装置１は、おもて面に主電極を備える半導体チップ２０ａと、平面視で矩形状であって平板状を成し、接合面を備える主電極接合部４４ａを含み、主電極に上記接合面で上はんだ５２を介して接合されるＮ接続端子４４と、を含む。主電極接合部４４ａに含まれる４つの外周面のうち１の先端面４４ｃは、接合面に対して鋭角に傾斜している。これにより、パワーサイクル試験時等における半導体チップ２０ａの発熱による上はんだ５２の先端面４４ｃへの這い上がりが抑制され、上はんだ５２のフィレット形状を、応力緩和効果が得られる適切な形状に維持できる可能性が高くなるため、主電極におけるひずみの発生を抑制できる。【選択図】図３

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。

パワーデバイスを含み、電力変換装置として用いられる半導体装置がある。パワーデバイスは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。また、半導体装置は、パワーデバイスを含む半導体チップと絶縁回路基板とが封止部材により封止されている。また、半導体チップの主電極は、接続端子（リードフレームと呼ばれることもある）がはんだを介して電気的に接続されている。

パワーデバイスの信頼性を評価するための試験の１つとして、パワーサイクル試験がある。パワーサイクル試験では、半導体チップの発熱と冷却とを繰り返し発生させて、熱応力に対する半導体装置の各部の接合信頼性を評価する。

特開２０１２－２０４５２５号公報 特開２００６－１１４５７１号公報

パワーサイクル試験において、接続端子、はんだ、半導体チップ間には、それぞれ熱応力がかかる。このとき、接続端子自体の変形に加え、接続端子と半導体チップの材質間の熱膨張率差により、接続端子と接合する半導体チップの主電極にひずみが生じる場合がある。特に、接続端子の接合部の先端部分では、応力緩和の役割を果たすはんだのフィレット形状が適切ではない場合に、ひずみが大きくなってしまう場合がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、半導体チップの主電極におけるひずみの発生を抑制可能な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、おもて面に主電極を備える半導体チップと、平面視で矩形状であって平板状を成し、接合面を備える接合部を含み、前記主電極に前記接合面ではんだを介して接合される接続端子と、を含み、前記接合部に含まれる４つの外周面のうち１の先端面が前記接合面に対して鋭角に傾斜している、半導体装置が提供される。

また、本発明の一観点によれば、おもて面に主電極を備える半導体チップと、平面視で矩形状であって平板状を成し、接合面を備える接合部を含む接続端子と、を用意する用意工程と、前記主電極に、前記接合部よりも長い板はんだを介して前記接合面を配置する配置工程と、前記板はんだを加熱して、前記接合部の前記接合面を前記主電極に接合する接合工程と、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、半導体装置に含まれる半導体チップの主電極におけるひずみの発生を抑制できる。

実施の形態の半導体装置の平面図である。 実施の形態の半導体装置に含まれる半導体ユニットの平面図である。 実施の形態の半導体装置に含まれる半導体チップとＮ接続端子及び絶縁回路基板との接合部分を示す断面図である。 実施の形態の半導体装置に含まれる半導体チップとＮ接続端子及び絶縁回路基板との接合部分を示す正面図である。 実施の形態の半導体装置に含まれる半導体チップの断面図である。 比較例の半導体装置に含まれる半導体チップとＮ接続端子及び絶縁回路基板との接合部分を示す断面図である。 比較例の半導体装置に含まれる半導体チップの断面図である。 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。 実施の形態の半導体装置の製造方法に含まれる端子接合工程を示す図である。 実施の形態の変形例１の半導体装置に含まれる半導体ユニットの平面図である。 実施の形態の変形例１の半導体装置に含まれる半導体チップとＮ接続端子及び絶縁回路基板との接合部分を示す正面図である。 実施の形態の変形例２の半導体装置に含まれる半導体ユニットの平面図である。 実施の形態の変形例２の半導体装置に含まれる半導体チップとＮ接続端子及び絶縁回路基板との接合部分を示す断面図である。

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、図の半導体装置１において、上側を向いた面（＋Ｚ方向）を表す。同様に、「上」とは、図の半導体装置１において、上側の方向（＋Ｚ方向）を表す。「裏面」及び「下面」とは、図の半導体装置１において、下側を向いた面（－Ｚ方向）を表す。同様に、「下」とは、図の半導体装置１において、下側の方向（－Ｚ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。

以下、図面を参照して、実施の形態の半導体装置１について、図１～図５を用いて説明する。
図１は、実施の形態の半導体装置１の平面図であり、図２は、実施の形態の半導体装置１に含まれる半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち、半導体ユニット１０ａの平面図である。他の半導体ユニット１０ｂ，１０ｃについては、半導体ユニット１０ａと同様の構成であるため説明を省略する。また、図３は、実施の形態の半導体装置１に含まれる半導体チップ２０ａとＮ接続端子４４及び絶縁回路基板１１との接合部分を示す断面図である。また、図４は、実施の形態の半導体装置１に含まれる半導体チップ２０ａとＮ接続端子４４及び絶縁回路基板１１との接合部分を示す正面図であり、図５は、実施の形態の半導体装置１に含まれる半導体チップ２０ａの断面図である。なお、図３は、図２の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図であり、図５は、図２の一点鎖線Ｙ－Ｙにおける断面図である。

半導体装置１は、例えば、３相のインバータ装置としての機能を含む。図１に示すように、半導体装置１は、ケース３０に収納された３つの半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えている。これら３つの半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いて、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のアームが実現される。

ケース３０は、枠部３１を含み、平面視で略矩形状を成しており、一対の枠部長辺３１ａ，３１ｃと一対の枠部短辺３１ｂ，３１ｄとを備えている。ケース３０は、一対の枠部長辺３１ａ，３１ｃに沿って、収納部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを備えている。収納部３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、仕切り部３２ｄ，３２ｅによりそれぞれ仕切られている。仕切り部３２ｄ，３２ｅは、一対の枠部短辺３１ｂ，３１ｄに平行に、また、一対の枠部長辺３１ａ，３１ｃに直交して設けられている。そのため、それぞれの収納部３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、平面視で略矩形状を成している。収納部３２ａには半導体ユニット１０ａが、収納部３２ｂには半導体ユニット１０ｂが、収納部３２ｃには半導体ユニット１０ｃが、それぞれ収納されている。なお、図示が省略されているが、半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ封止部材により封止されている。

また、ケース３０は、枠部長辺３１ａに入力端子が配置される。具体的には、枠部長辺３１ａに沿って、Ｐ端子３３ａ，３３ｂ，３３ｃとＮ端子３４ａ，３４ｂ，３４ｃとをそれぞれ備えている。また、ケース３０は、ケース３０のおもて面の入力端子が配置されるのと逆側の枠部長辺３１ｃ側に出力端子が配置される。具体的には、枠部長辺３１ｃに沿って、Ｕ端子３５ａとＶ端子３５ｂとＷ端子３５ｃとをそれぞれ備えている。また、Ｐ端子３３ａ及びＮ端子３４ａとＵ端子３５ａとは収納部３２ａを挟んで設けられている。さらに、また、Ｐ端子３３ｂ及びＮ端子３４ｂとＶ端子３５ｂとは収納部３２ｂを挟んで設けられている。また、Ｐ端子３３ｃ及びＮ端子３４ｃとＷ端子３５ｃとは収納部３２ｃを挟んで設けられている。

Ｐ端子３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、Ｎ端子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、Ｕ端子３５ａ、Ｖ端子３５ｂ及びＷ端子３５ｃは、収納部３２ａ，３２ｂ，３２ｃに収納されている半導体ユニット１０の後述の半導体チップの主電極にそれぞれ電気的に接続されている。

主電極には、エミッタ電極（または、ソース電極）やコレクタ電極（または、ドレイン電極）等が含まれる。Ｐ端子３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、Ｎ端子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、Ｕ端子３５ａ、Ｖ端子３５ｂ及びＷ端子３５ｃは、リードフレームを介して主電極に電気的に接続される。リードフレームには、例えば、Ｐ接続端子４３、Ｎ接続端子４４、出力端子４５、内部接続端子４６が含まれる。

これらのリードフレームは、導電性に優れた金属により構成されている。導電性に優れた金属は、例えば、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である。また、Ｐ接続端子４３、Ｎ接続端子４４、出力端子４５、内部接続端子４６の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理が行われていてもよい。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。

Ｐ接続端子４３の一端部は、後述の回路パターン１３ｂ（図２参照）のおもて面に、例えば、はんだ接合またはレーザ溶接、超音波による溶接等により機械的、かつ、電気的に接続されている。Ｐ接続端子４３の他端部は、Ｐ接続端子４３の一端部より上位（＋Ｚ方向）に位置しており、Ｐ端子３３ａと電気的に接続されている。

Ｎ接続端子４４の一端部である主電極接合部４４ａは、後述の半導体チップ２０ａの主電極２２ａ（図２参照）のおもて面に、はんだ接合されている。Ｎ接続端子４４の他端部は、Ｎ接続端子４４の一端部より上位（＋Ｚ方向）に位置しており、Ｎ端子３４ａと電気的に接続されている。

出力端子４５の一端部は、後述の回路パターン１３ａ（図２参照）のおもて面に、例えば、はんだ接合またはレーザ溶接、超音波による溶接等により機械的、かつ、電気的に接続されている。出力端子４５の他端部は、出力端子４５の一端部より上位（＋Ｚ方向）に位置しており、Ｕ端子３５ａと電気的に接続されている。

内部接続端子４６の一端部は、回路パターン１３ａのおもて面に、例えば、はんだ接合またはレーザ溶接、超音波による溶接等により機械的、かつ、電気的に接続されている。内部接続端子４６の他端部である主電極接合部４６ａは、後述の半導体チップ２０ｂの主電極２２ｂのおもて面に、はんだ接合されている。

Ｐ接続端子４３、Ｎ接続端子４４、出力端子４５、内部接続端子４６のそれぞれは、一端部と他端部とを接続する脚部（例えば、図３の脚部４４ｂ参照）を備える。各脚部は、Ｐ接続端子４３、Ｎ接続端子４４、出力端子４５、内部接続端子４６の一端部から垂直上方（＋Ｚ方向）または斜め上方に延伸して、他端部に接続されている。
なお、Ｐ接続端子４３、Ｎ接続端子４４、出力端子４５、内部接続端子４６の一端部と他端部は、同じ高さであってもよい。

以下、図１の半導体ユニット１０ａについて説明する。半導体ユニット１０ｂ，１０ｃについては、半導体ユニット１０ａと同様の構成であるため、説明を省略する。
半導体ユニット１０ａは、図２に示すように、絶縁回路基板１１及び半導体チップ２０ａ，２０ｂを備えている。半導体チップ２０ａ，２０ｂは、絶縁回路基板１１のおもて面（上面）上に配置されている。

絶縁回路基板１１は、平面視で矩形状である。絶縁回路基板１１は、絶縁板１２、絶縁板１２のおもて面（上面）に設けられた回路パターン１３（回路パターン１３ａ，１３ｂを含む）、絶縁板１２の裏面（下面）に設けられた金属板１４（図３、図４参照）、を含む。また、回路パターン１３ａ，１３ｂのおもて面（上面）には、半導体チップ２０ａ，２０ｂが下はんだ５１（図３、図４参照）により機械的、かつ、電気的に接続されている。

絶縁板１２は、平面視で矩形状を成す。また、絶縁板１２は、角部がＲ面取り、Ｃ面取りされていてもよい。絶縁板１２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、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または、窒化珪素を主成分とする材料により構成されている。また、絶縁板１２の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。

回路パターン１３ａ，１３ｂの絶縁板１２の外周側の端部は、好ましくは、平面視で、金属板１４の絶縁板１２の外周側の端部と重畳する。このため、絶縁回路基板１１は、絶縁板１２の裏面の金属板１４との応力バランスが維持され、絶縁板１２の過度な反り、割れ等の損傷が抑制される。

回路パターン１３ａ，１３ｂの厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。回路パターン１３ａ，１３ｂ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、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である。また、回路パターン１３ａ，１３ｂの表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理が行われていてもよい。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。絶縁板１２に対する回路パターン１３ａ，１３ｂは、絶縁板１２のおもて面に金属板を形成し、この金属板に対してエッチング等の処理を行って得られる。または、あらかじめ金属板から切り出した回路パターン１３ａ，１３ｂを絶縁板１２のおもて面に圧着させてもよい。なお、回路パターン１３ａ，１３ｂは一例である。必要に応じて、回路パターンの個数、形状、大きさ等を適宜選択してもよい。

金属板１４は、平面視で矩形状を成す。また、角部がＲ面取り、Ｃ面取りされていてもよい。金属板１４は、絶縁板１２のサイズより小さく、絶縁板１２の縁部を除いた全面に形成されている。金属板１４は、熱伝導性に優れた金属を主成分として構成されている。金属は、例えば、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である。また、金属板１４の厚さは、たとえば、０．１ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。金属板１４の耐食性を向上させるために、めっき処理が行われていてもよい。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。
このような絶縁回路基板１１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。

半導体チップ２０ａ，２０ｂは、シリコン、炭化シリコンまたは窒化ガリウムから構成された、スイッチング素子を含む。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴである。

また、半導体チップ２０ａ，２０ｂのおもて面には、主電極２２ａ，２２ｂが設けられている。半導体チップ２０ａ，２０ｂがＩＧＢＴである場合、主電極２２ａ，２２ｂはエミッタ電極であり、半導体チップ２０ａ，２０ｂがパワーＭＯＳＦＥＴである場合、主電極２２ａ，２２ｂはソース電極である。半導体チップ２０ａ，２０ｂの断面は、例えば、図５に示すような層状を成している。なお、図５では、半導体チップ２０ａの断面を示している。半導体チップ２０ｂもまた半導体チップ２０ａと同様に層状を成している。

主電極２２ａ，２２ｂは、例えば、シリコンとアルミニウムの合金により形成される。さらに、図５の例では、層状の主電極２２ａ上に、層状のめっき部２２ａ１が形成されている（図５参照）。主電極２２ｂ上にも、同様にめっき部２２ａ１が形成されていてもよい。

めっき部２２ａ１は、主電極２２ａ，２２ｂにアルミニウムのようなはんだ接合が難しい材料が用いられている場合に、はんだ接合を容易にするために設けられる。めっき部２２ａ１は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金を主成分として形成される。なお、めっき部２２ａ１は、主電極２２ａ，２２ｂ上に後述の感温素子２４ａ，２４ｂと配線部２５ａ，２５ｂとを除いて形成される。

また、図示が省略されているが半導体チップ２０ａ，２０ｂの裏面にも主電極が備えられている。半導体チップ２０ａ，２０ｂがＩＧＢＴである場合、裏面の主電極はコレクタ電極であり、半導体チップ２０ａ，２０ｂがパワーＭＯＳＦＥＴである場合、裏面の主電極はドレイン電極である。

なお、図２に示すように、半導体チップ２０ａのおもて面には制御電極２１ａ１，２１ａ２，２１ａ４，２１ａ５及び検出電極２１ａ３が備えられており、半導体チップ２０ｂのおもて面には制御電極２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ４，２１ｂ５及び検出電極２１ｂ３が備えられている。制御電極２１ａ１，２１ａ２，２１ａ４，２１ａ５は半導体チップ２０ａに含まれるスイッチング素子のゲート電極である。また、制御電極２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ４，２１ｂ５は半導体チップ２０ｂに含まれるスイッチング素子のゲート電極である。

さらに、半導体チップ２０ａ，２０ｂは、半導体チップ２０ａ，２０ｂの温度を検知するための感温部２３ａ，２３ｂを備えている。感温部２３ａは、感温素子２４ａと配線部２５ａとを含んでいる。感温素子２４ａは、主電極２２ａ上に設けられている。感温素子２４ａは、主電極２２ａの温度に応じた電流を出力する。配線部２５ａは、主電極２２ａ上に設けられ、一端が感温素子２４ａに接続されて主電極２２ａの＋Ｙ方向の外周部まで延伸する。配線部２５ａは感温素子２４ａから出力された電流が伝導する。配線部２５ａの他端は、検出電極２１ａ３に電気的に接続されている。検出電極２１ａ３から得られる、配線部２５ａから伝導された電流に基づいて主電極２２ａの温度検出を行うことができる。

感温部２３ｂは、感温素子２４ｂと配線部２５ｂとを含んでいる。感温素子２４ｂは、主電極２２ｂ上に設けられている。感温素子２４ｂは、主電極２２ｂの温度に応じた電流を出力する。配線部２５ｂは、主電極２２ｂ上に設けられ、一端が感温素子２４ｂに接続されて主電極２２ｂの＋Ｙ方向の外周部まで延伸する。配線部２５ｂは感温素子２４ｂから出力された電流が伝導する。配線部２５ｂの他端は、検出電極２１ｂ３に電気的に接続されている。検出電極２１ｂ３から得られる、配線部２５ｂから伝導された電流に基づいて主電極２２ｂの温度検出を行うことができる。

感温素子２４ａは、図２に示すように、例えば、主電極２２ａ上の中央部に設けられており、配線部２５ａは、主電極２２ａの外周部の中央部に延伸している。感温素子２４ｂについても同様に、例えば、主電極２２ｂ上の中央部に設けられており、配線部２５ｂは、主電極２２ｂの外周部の中央部に延伸している。

感温素子２４ａ，２４ｂは、例えば、ＰＮ接合ダイオードにより実現できる。配線部２５ａ，２５ｂは、例えば、ポリイミドで被覆された配線（アノード配線やカソード配線）を含む。
なお、半導体チップ２０ａ，２０ｂとして、ＩＧＢＴ及びＦＷＤの機能を合わせ持つＲＣ（Reverse-Conducting）－ＩＧＢＴを用いてもよい。

また、半導体チップ２０ａのおもて面の主電極２２ａに対して、図１に示されているリードフレームであるＮ接続端子４４の一端部である主電極接合部４４ａが、上はんだ５２（図３～図５参照）を介して機械的、かつ、電気的に接合されている。図２には、主電極接合部４４ａが点線で示されている。

さらに、半導体チップ２０ｂのおもて面の主電極２２ｂに対して、図１に示されている内部接続端子４６の一端の主電極接合部４６ａが、はんだを介して機械的、かつ、電気的に接合されている。図２には、主電極接合部４６ａが点線で示されている。

また、制御電極２１ａ１，２１ａ２，２１ａ４，２１ａ５，２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ４，２１ｂ５及び検出電極２１ａ３，２１ｂ３のそれぞれに対して、ボンディングワイヤの一端が機械的、かつ、電気的に適宜接合される。ボンディングワイヤの他端は、ケース３０側の回路基板に接続される。

なお、図２では、１つの半導体ユニット１０ａに２つの半導体チップ２０ａ，２０ｂが設けられている例を示したが、この形態に限定されるわけではない。半導体装置１の仕様等に応じた数の半導体チップが設けられる。

図３に示すように、本実施の形態の半導体装置１では、Ｎ接続端子４４の主電極接合部４４ａに含まれる４つの外周面のうち１の先端面４４ｃは、接合面に対して鋭角（図３では角度β）に傾斜している。さらに、本実施の形態の半導体装置１では、上記の先端面４４ｃは、平面視（図２参照）で、配線部２５ａが延伸する主電極２２ａの外周部に位置している。

また、上はんだ５２は、傾斜している先端面４４ｃから主電極接合部４４ａの接合面の反対側の端子おもて面に被ることなく先端面４４ｃの全体を覆っている。また、図３のように側面視で、上はんだ５２の先端部から先端面４４ｃの端子おもて面側の端部を繋ぐ線の接合面に対する角度αは、２５°以上、４５°未満である。

上はんだ５２の主電極接合部４４ａの先端面４４ｃ側をこのようなフィレット形状とすることで、主電極接合部４４ａの先端部分において、上はんだ５２による応力緩和の効果がより適切に働き、主電極２２ａにおけるひずみの発生を抑制できる。

このように、先端面４４ｃを接合面に対して鋭角に傾斜するようにしたことで、パワーサイクル試験時等における半導体チップ２０ａの発熱による、上はんだ５２の先端面４４ｃへの這い上がりを抑制できる。這い上がりの量が大きいと、フィレット形状を上記のような角度αをもつ形状に制御しにくいためである。

なお、図示を省略しているが、内部接続端子４６の主電極接合部４６ａについても、主電極接合部４４ａと同様に、感温素子２４ｂに接続された配線部２５ｂが延伸する主電極２２ｂの外周部に位置している先端面が、図３の先端面４４ｃと同一の形状をしていてもよい。
図５には、半導体チップ２０ａに含まれるスイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられている場合の、図２の一点鎖線Ｙ－Ｙにおける断面図が示されている。

半導体チップ２０ａは、例えば、シリコン基板２０ａ１を有する。シリコン基板２０ａ１には、トレンチ層２０ａ２に挟まれたエミッタ領域であるＰ型ウェル２０ａ３が形成されており、その上にゲートランナ２０ａ４が設けられている。この構造の上には絶縁層２０ａ５と主電極２２ａが積層されている。

また、Ｐ型ウェル２０ａ３は、タングステン等を用いたビア２０ａ６により主電極２２ａに電気的に接続されている。主電極２２ａの一部及び主電極２２ａ上の一部には、ポリイミドで被覆された配線（アノード配線やカソード配線）を含む配線部２５ａが形成されている。また、主電極２２ａ上には、配線部２５ａ（及び図２に示した感温素子２４ａ）を避けるようにめっき部２２ａ１が形成されている。そして、めっき部２２ａ１が、上はんだ５２を介して主電極接合部４４ａに接合されている。
なお、めっき部２２ａ１と配線部２５ａとの間には隙間が生じており（図５の点線で囲まれた部分）、上はんだ５２が隙間に入り込んでいる。

ここで、半導体装置１に対する比較例を図６及び図７を用いて説明する。図６は、比較例の半導体装置に含まれる半導体チップとＮ接続端子及び絶縁回路基板との接合部分を示す断面図である。図７には、比較例の半導体装置に含まれる半導体チップの断面図が示されている。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）では、図３に示した断面に対応する断面が示されており、図７には、図５に示した断面に対応する断面が示されている。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）には、主電極接合部４４ａ１の先端面を、図３のように接合面に対して鋭角に傾斜する角度βとせず、接合面に対して９０°とした場合が示されており、図６（Ａ）には製造時、図６（Ｂ）にはパワーサイクル試験時の様子が示されている。

図６（Ａ）のように、パワーサイクル試験を行う前の製造時の初期の状態では、適切なフィレット形状で上はんだ５２が形成されている。所定の温度間で昇温、降温させて、このような半導体チップ２０ａに対してパワーサイクル試験を行う。Ｎ接続端子４４の主電極接合部４４ａ１と上はんだ５２と半導体チップ２０ａとの熱膨張率差により、主電極接合部４４ａ１と半導体チップ２０ａとに反りが生じる。例えば、温度が１７５°の高温の際には、主電極接合部４４ａ１は上はんだ５２上に接合されているに過ぎず、上はんだ５２及び半導体チップ２０ａよりも延び、図６（Ｂ）に示されるように、主電極接合部４４ａ１と半導体チップ２０ａとに反りが生じる。このような反りにより、主電極接合部４４ａ１の先端部分の直下の半導体チップ２０ａが応力を受ける。なお、この際、上はんだ５２の主電極接合部４４ａ１の先端側のフィレット形状が維持されなくなってしまう。そして、主電極接合部４４ａ１の先端部分の直下の半導体チップ２０ａ上の主電極２２ａに大きなひずみが生じる。

このようなひずみが発生すると、例えば、図７に示すように、めっき部２２ａ１と配線部２５ａとの間の隙間から矢印の方向にクラックが発生して、配線部２５ａ等に故障が発生する可能性がある。

これに対して、本実施の形態の半導体装置１では、図３に示したようにＮ接続端子４４の主電極接合部４４ａの先端面４４ｃを接合面に対して鋭角に傾斜するようにしたことで、上はんだ５２の先端面４４ｃへの這い上がりが抑制される。このため、上はんだ５２のフィレット形状を前述のような適切な形状に維持できる可能性が高くなる。上はんだ５２のフィレット形状が維持されると、主電極接合部４４ａが温度変化に応じて延びようとしても、フィレット形状の上はんだ５２により抑制されて、主電極接合部４４ａの反りが低減される。この結果、主電極接合部４４ａの先端部分の直下の半導体チップ２０ａに対する応力が低減される。そして、上はんだ５２による応力緩和の効果により、主電極２２ａにおけるひずみの発生を抑制できる。したがって、配線部２５ａ等の故障の発生を抑制できる。

（半導体装置１の製造方法）
図８は、実施の形態の半導体装置１の製造方法を示すフローチャートである。図８には、半導体装置１の製造工程の一例の流れが示されている。

ステップＳ１：半導体装置１の構成部品を用意する工程が行われる。構成部品は、例えば、半導体チップ２０ａ，２０ｂ、絶縁回路基板１１、ケース３０、接続端子（Ｐ接続端子４３、Ｎ接続端子４４、出力端子４５、内部接続端子４６）、図示しない封止部材等を含む。

ステップＳ２：チップ接合工程が行われる。チップ接合工程では、図２に示したような絶縁回路基板１１の回路パターン１３ａ，１３ｂ上に、半導体チップ２０ａ，２０ｂが、下はんだ５１（図３、図４参照）により接合される。これによって、図２に示したような半導体ユニット１０ａが製造される。半導体ユニット１０ｂ，１０ｃについても同様に製造される。

ステップＳ３：収納工程が行われる。収納工程では、例えば、図１に示したようなケース３０の収納部３２ａ，３２ｂ，３２ｃに半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが収納される。

ステップＳ４：端子接合工程が行われる。端子接合工程では、半導体チップ２０ａの主電極２２ａへのＮ接続端子４４の接合や、半導体チップ２０ｂの主電極２２ｂへの内部接続端子４６の接合等が行われる。

ここで、半導体チップ２０ａに対するＮ接続端子４４の接合を例に挙げて、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態の半導体装置１の製造方法に含まれる端子接合工程を示す図である。図９では、図３の断面図で示される構造を得るための、端子接合工程が示されている。図９に示されているように、まず、主電極２２ａに、Ｎ接続端子４４の主電極接合部４４ａよりもＹ方向に長い板はんだである上はんだ５２を介して、主電極接合部４４ａの接合面を配置する配置工程が行われる。そして、上はんだ５２を加熱して、主電極接合部４４ａの接合面を主電極２２ａに接合する接合工程が行われる。

ここで、主電極接合部４４ａと上はんだ５２のＹ方向の長さが同じである場合について説明する。主電極２２ａと主電極接合部４４ａとにおける上はんだ５２の濡れ性の不均一であれば、フィレット角度が急峻になりすぎる可能性がある。例えば、板はんだ５２を加熱したときに形成される図３に示したような上はんだ５２のフィレット形状の角度αが、４５°以上になり、適切なフィレット形状が得られない可能性がある。このような上はんだ５２では、温度変化に応じた主電極接合部４４ａの延びを確実に維持することができない場合がある。

これに対して、主電極接合部４４ａよりもＹ方向に長い上はんだ５２を用いることで、上記濡れ性の不均一がある場合でも、適切なフィレット形状が得られる可能性が高まる。例えば、主電極接合部４４ａの端部から上はんだ５２の端部までの長さＢは、主電極２２ａから主電極接合部４４ａの接合面の反対側の端子おもて面までの厚さＡの１倍以上とすることで、角度αが２５°以上、４５°未満となるフィレット形状が得られる可能性が高い。

より具体的には、上はんだ５２の最小厚である１００μｍを用い、主電極接合部４４ａの厚さを５００μｍとした場合（つまり、Ａ＝６００μｍの場合）、長さＢを６００μｍ以上とすることで、上記のような角度αのフィレット形状が得られる。内部接続端子４６の主電極接合部４６ａと、主電極２２ｂとの接合も上記と同様の工程により行われる。

ステップＳ５：配線工程が行われる。配線工程では、ケース３０に収納された半導体ユニット１０ａの半導体チップ２０ａ，２０ｂの制御電極２１ａ１～２１ａ５，２１ｂ１～２１ｂ５（図２参照）等と、ケース３０側の回路基板とがボンディングワイヤにより配線される。半導体ユニット１０ｂ，１０ｃについても同様の工程が行われる。

ステップＳ６：封止工程が行われる。封止工程では、ケース３０の収納部３２ａ，３２ｂ，３２ｃに収納された半導体ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、封止部材で封止される。なお、封止部材は、主剤と硬化剤とを含む２液性の樹脂を用いてもよい。例えば、エポキシ樹脂主剤と、ポリアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、チオール系硬化剤などの硬化剤とを使用することができる。例えば、ディスペンサは、主剤と硬化剤を別々のチューブから同一のシリンジ内に供給して、混合させて吐出する。
以上のような工程によって、半導体装置１が製造される。
次に、主電極接合部４４ａの先端面の形態についての変形例を２つ説明する。

［変形例１］
図１０は、実施の形態の変形例１の半導体装置に含まれる半導体ユニット１０の平面図である。また、図１１は、実施の形態の変形例１の半導体装置１０に含まれる半導体チップ２０ａとＮ接続端子４４及び絶縁回路基板１１との接合部分を示す正面図である。図１０、図１１において、図２及び図４に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。

変形例１の半導体装置では、主電極２２ａ，２２ｂに接合される主電極接合部６１ａ，６１ｂは、図２に示した主電極接合部４４ａ，４６ａとは先端部分の形状が異なっている。主電極接合部６１ａ，６１ｂの一の先端面は、図１０に示されているように平面視で、主電極接合部６１ａ，６１ｂの先端面のＸ方向の全体ではなく、配線部２５ａ，２５ｂ（図２参照）に交差する傾斜部分６２ａ，６２ｂが、図３に示したように傾斜している。

このため、図１１に示すような正面図は、図４とは異なり、Ｙ方向に延伸する配線部２５ａとＸ方向に交差する傾斜部分６２ａに上はんだ５２が、他の部分よりも多く見えるような形態となっている。

上記のような変形例１の半導体装置でも、半導体装置１と同様の効果が得られる。すなわち、主電極接合部６１ａ，６１ｂの先端面の傾斜部分６２ａ，６２ｂを接合面に対して鋭角に傾斜するようにしたことで、上はんだ５２の先端面への這い上がりが抑制される。このため、上はんだ５２のフィレット形状を前述のような適切な形状に維持できる可能性が高くなる。上はんだ５２のフィレット形状が維持されると、主電極接合部４４ａが温度変化に応じて延びようとしても、フィレット形状の上はんだ５２により抑制されて、主電極接合部４４ａに生じる反りが低減される。この結果、主電極接合部４４ａの先端部分の直下の半導体チップ２０ａに対する応力が低減される。そして、上はんだ５２による応力緩和の効果により、主電極２２ａ，２２ｂにおけるひずみの発生を抑制できる。したがって、配線部２５ａ，２５ｂ等の故障の発生を抑制できる。

［変形例２］
図１２は、実施の形態の変形例２の半導体装置に含まれる半導体ユニット１０の平面図である。また、図１３は、実施の形態の変形例２の半導体装置に含まれる半導体チップ２０ａとＮ接続端子４４及び絶縁回路基板１１との接合部分を示す断面図である。なお、図１３は、図１２の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図であり、図３に示した断面に対応する断面が示されている。また、図１２、図１３において、図２及び図３に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。

変形例２の半導体装置についても、変形例１の半導体装置と同様に、主電極２２ａ，２２ｂに接合される主電極接合部７１ａ，７１ｂは、図２に示した主電極接合部４４ａ，４６ａとは先端部分の形状が異なっている。

主電極接合部７１ａ，７１ｂの一の先端面には、図１２に示されているように平面視で、主電極接合部７１ａ，７１ｂにおいて配線部２５ａ，２５ｂ（図２参照）に交差する箇所に凹状に窪んだ窪み部分７２ａ，７２ｂが形成されている。なお、窪み部分７２ａ，７２ｂは、平面視で、半円形状を成している。窪み部分７２ａ，７２ｂは、この場合に限らず、平面視で窪んでいれば矩形状、三角形状でもよい。また、矩形状、三角形状である場合には、角部が丸みを成していてもよい。

図１３の例では、主電極接合部７１ａの先端面７１ｃの窪み部分７２ａ以外の部分が、接合面に対して鋭角に傾斜している（点線で示されている）が、窪み部分７２ａについても鋭角に傾斜していてもよい。

上記のような変形例２の半導体装置でも、半導体装置１と同様の効果が得られる。すなわち、主電極接合部７１ａ，７１ｂの先端面を接合面に対して鋭角に傾斜するようにしたことで、上はんだ５２の先端面への這い上がりが抑制される。このため、上はんだ５２のフィレット形状を前述のような適切な形状に維持できる可能性が高くなる。上はんだ５２のフィレット形状が維持されると、主電極接合部７１ａが温度変化に応じて延びようとしても、フィレット形状の上はんだ５２により抑制されて、主電極接合部７１ａに生じる反りが低減される。この結果、主電極接合部７１ａの先端部分の直下の半導体チップ２０ａに対する応力が低減される。そして、主電極接合部７１ａの先端部分の直下の半導体チップ２０ａ上の主電極２２ａに対するひずみも低減される。上はんだ５２による応力緩和の効果により、主電極２２ａ，２２ｂにおけるひずみの発生を抑制できる。また、上記のような窪み部分７２ａ，７２ｂを設けることで、配線部２５ａ，２５ｂへの応力の影響をより抑制できる。

以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体装置及び半導体装置の製造方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。

１ 半導体装置
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 半導体ユニット
１１ 絶縁回路基板
１２ 絶縁板
１３，１３ａ，１３ｂ 回路パターン
１４ 金属板
２０ａ，２０ｂ 半導体チップ
２０ａ１ シリコン基板
２０ａ２ トレンチ層
２０ａ３ Ｐ型ウェル
２０ａ４ ゲートランナ
２０ａ５ 絶縁層
２０ａ６ ビア
２１ａ１，２１ａ２，２１ａ４，２１ａ５，２１ｂ１，２１ｂ２，２１ｂ４，２１ｂ５ 制御電極
２１ａ３，２１ｂ３ 検出電極
２２ａ，２２ｂ 主電極
２２ａ１ めっき部
２３ａ，２３ｂ 感温部
２４ａ，２４ｂ 感温素子
２５ａ，２５ｂ 配線部
３０ ケース
３１ 枠部
３１ａ，３１ｃ 枠部長辺
３１ｂ，３１ｄ 枠部短辺
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 収納部
３２ｄ，３２ｅ 仕切り部
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ Ｐ端子
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ Ｎ端子
３５ａ Ｕ端子
３５ｂ Ｖ端子
３５ｃ Ｗ端子
４３ Ｐ接続端子
４４ Ｎ接続端子
４４ａ，４６ａ，４４ａ１，６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ 主電極接合部
４４ｂ 脚部
４４ｃ，７１ｃ 先端面
４５ 出力端子
４６ 内部接続端子
５１ 下はんだ
５２ 上はんだ
６２ａ，６２ｂ 傾斜部分
７２ａ，７２ｂ 窪み部分

Claims (10)

1. おもて面に主電極を備える半導体チップと、
   平面視で矩形状であって平板状を成し、接合面を備える接合部を含み、前記主電極に前記接合面ではんだを介して接合される接続端子と、
   を含み、
   前記接合部に含まれる４つの外周面のうち１の先端面が前記接合面に対して鋭角に傾斜している、
   半導体装置。
2. 前記はんだは、傾斜している前記先端面から前記接合部の前記接合面の反対側の端子おもて面に被ることなく前記先端面の全体を覆っている、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体チップは、前記主電極上に設けられた感温素子と前記主電極上に設けられ、前記感温素子に接続されて前記主電極の外周部まで延伸する配線部と、前記主電極上に前記感温素子と前記配線部とを除いて形成されためっき部をさらに含み、
   前記接合部の前記先端面は、平面視で、前記配線部が延伸する前記外周部に位置している、
   請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記先端面は、平面視で前記配線部に交差する部分が傾斜している、
   請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記感温素子は前記主電極上の中央部に設けられ、前記配線部は前記外周部の中央部に延伸している、
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記接合部の平面視で前記配線部に交差する部分が凹状に窪んでいる、
   請求項３から５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記接合部の前記先端面全体が傾斜している、
   請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
8. 側面視で、前記はんだの先端部から前記先端面の前記端子おもて面側の端部を繋ぐ線の前記接合面に対する角度は、２５°以上、４５°未満である、
   請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置。
9. おもて面に主電極を備える半導体チップと、平面視で矩形状であって平板状を成し、接合面を備える接合部を含む接続端子と、を用意する用意工程と、
   前記主電極に、前記接合部よりも長い板はんだを介して前記接合面を配置する配置工程と、
   前記板はんだを加熱して、前記接合部の前記接合面を前記主電極に接合する接合工程と、
   を有する半導体装置の製造方法。
10. 前記配置工程時に前記接合部の端部から前記板はんだの端部までの長さは、前記主電極から前記接合部の前記接合面の反対側の端子おもて面までの厚さの１倍以上である、
    請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

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