JP7418178B2 - 半導体装置、及び、その製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を基材に接合する半導体装置、及び、その製造方法に関する。

従来、高周波で用いられる半導体装置では、半導体素子を回路基板や筐体に直接ネジ止めなどで実装するのが一般的であった。しかしながら、生産性を向上させるたり、ねじ止め時のストレスによるダメージを無くしたりするために、リフローを用いた自動実装のニーズが高まっている。

リフローによる実装では、例えば、半導体装置は、Ｐｂフリーはんだによって回路基板や筐体にはんだ付けされる。この時、３００℃以上でＰｂフリーはんだだけでなく封止樹脂も融かすため、封止樹脂の分解によって、機械特性の劣化が進むことなどが懸念される。また、高温では接着力も低下しやすいため、リードやヒートシンクなどから封止樹脂が剥離することも懸念される。

このような問題の対策の一つとして、ガラス転移温度が高いプライマー樹脂を、封止樹脂と、半導体素子、ワイヤ、リード、及び、ヒートシンクとの間に塗布することが提案されている（例えば特許文献１）。このような構成によれば、リフロー実装時の温度でも接着力や機械特性の劣化を抑制することができるので、高温時の信頼性を確保することができる。

特開２０１５－１６４１６５号公報

しかしながら、ガラス転移温度が高いプライマー樹脂を用いる構成によれば、リフロー温度以上の耐熱性は得られるものの、一般的な封止樹脂と比較して吸水率が高くなるため、製造中の輸送や保管時に吸水した水分がリフロー実装時に揮発してしまうことがある。その揮発の膨張応力によって、プライマー樹脂、ひいては、それを覆っている封止樹脂が、リードやヒートシンクから剥離してしまう虞があった。また、半導体素子とヒートシンクとを接合する接合部のクラックが比較的多く存在するという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、接合部の適切化及び封止樹脂の密着性の向上化が可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子と接合される基材と、前記半導体素子と前記基材とを接合する、金属焼結材を含む接合部と、前記半導体素子と電気的に接続されたリードと、前記半導体素子を覆い、かつ、前記基材と前記リードとの少なくとも一部を覆う封止樹脂と、前記基材の表面のうち、前記半導体素子と前記接合部によって接合される接合表面上に配設された第１粗化めっきと、前記基材の前記封止樹脂に沿った表面の少なくとも一部の表面上に配設された第２粗化めっきとを備え、前記第１粗化めっきは、前記第２粗化めっきよりも表面粗さが大きい。前記第１粗化めっきのＲＭＳは、２５０ｎｍ以上であり、前記第２粗化めっきのＲＭＳは、１００ｎｍ以上かつ２５０ｎｍより小さく、前記第１粗化めっきは、平面視において前記基材の表面のうち、前記接合表面と隣接する隣接表面上にも配設され、前記隣接表面は、前記接合表面から０．５ｍｍ以内の範囲に設けられている。

本発明によれば、第２粗化めっきよりも表面粗さが大きい第１粗化めっきが、基材の表面のうち、半導体素子と接合部によって接合される接合表面上に配設され、第２粗化めっきが、基材の封止樹脂に沿った表面の少なくとも一部の表面上に配設される。このような構成によれば、接合部を適切化でき、封止樹脂の密着性を高めることができる。

実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置から封止樹脂を取り除いた概略構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る粗化めっきを示す平面図である。 図２のＢ部を拡大した断面図である。 図２のＣ部を拡大した断面図である。 図２のＤ部を拡大した断面図である。 対比半導体装置の接合部を示す拡大図である。 実施の形態１に係る半導体装置の接合部を示す拡大図である。 実施の形態２に係る粗化めっきを示す平面図である。 実施の形態２に係る粗化めっきを示す平面図である。 実施の形態２に係る粗化めっきを示す平面図である。 実施の形態２に係る粗化めっきを示す平面図である。 実施の形態３に係る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３に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す平面図である。

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の各実施の形態で説明される特徴は例示であり、すべての特徴は必ずしも必須ではない。また、以下に示される説明では、複数の実施の形態において同様の構成要素には同じまたは類似する符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向は、実際に実施される際の方向とは必ず一致しなくてもよい。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略構成を示す平面図であり、図２は、図１のＡ－Ａの線に沿った当該概略構成を示す断面図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態１に係る半導体装置は、封止樹脂５を備える。図３は、封止樹脂５を取り除いた当該半導体装置の概略構成を示す平面図である。

図２に示すように、本実施の形態１に係る半導体装置は、封止樹脂５以外に、半導体素子１と、回路基板２と、ボンディングワイヤ３と、リード４と、接合部１２と、金属焼結材コーティング１３と、ヒートシンク２１と、粗化めっき２２とを備える。

半導体素子１は、例えば、Ｓｉ（珪素）を含み、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、及び、ＰＮＤ（PN junction diode）の少なくともいずれか１つを含む。半導体素子１は、例えば、移動体通信及び防災無線に用いる高周波通信用の半導体素子である。なお、半導体素子１の裏面（図２の下面）には、Ａｕ（金）製の電極が設けられてもよい。

回路基板２は、例えばボンディングワイヤ３によって半導体素子１と電気的に接続される。回路基板２は、例えば、高周波通信用の半導体装置において高周波特性の整合を取るためのＭＩＣ（Microwave Integrated Circuit）基板を含む。

基材であるＣｕ製のヒートシンク２１は、半導体素子１及び回路基板２と接合される。接合部１２は、半導体素子１及び回路基板２と、ヒートシンク２１とを接合する。接合部１２は、例えば、Ａｇ（銀）の金属焼結材ペーストを焼結させたＡｇ焼結材などの金属焼結材を含む。

金属焼結材コーティング１３は、接合部１２と同様の金属焼結材を含み、接合部１２と連続している。なお、金属焼結材コーティング１３の厚さは、接合部１２の厚さよりも薄い。

リード４は、例えばボンディングワイヤ３によって半導体素子１の電極パターン及び回路基板２と電気的に接続される。なお、リード４のうち封止樹脂５によって覆われていない部分は、図示しない外部基板と接続され、外部基板と、半導体素子１及び回路基板２とを電気的に接続する。

封止樹脂５は、半導体素子１及び回路基板２を覆い、かつ、ヒートシンク２１及びリード４の少なくとも一部を覆う。これにより、半導体素子１及び回路基板２は、外部の湿気、汚染、熱、電磁界等の影響から隔離され、それらの絶縁性が確保される。封止樹脂５は、例えば、エポキシ系樹脂をトランスファーモールドすることによって形成され、そのように形成された封止樹脂５の吸水率は０．５％以下となる。このように封止樹脂５の吸水率を比較的低くすれば、基板実装時のモールド剥離を抑制することが可能となる。

ヒートシンク２１及びリード４の少なくとも一部の表面には、粗化めっき２２として第１粗化めっき２２Ｌ及び第２粗化めっき２２Ｓが配設されている。図４は、図３の構成のうち、粗化めっき２２（第１粗化めっき２２Ｌ及び第２粗化めっき２２Ｓ）を示す平面図である。図５は、図２のＢ部を拡大した図であり、図６は、図２のＣ部を拡大した図であり、図７は、図２のＤ部を拡大した図である。

図５及び図６に示される第１粗化めっき２２Ｌは、図７に示される第２粗化めっき２２Ｓよりも表面粗さが大きくなっている。

第１粗化めっき２２Ｌは、図２、図４～図６に示すように、ヒートシンク２１の表面のうち、半導体素子１と接合部１２によって接合される接合表面上に配設される。本実施の形態１では、第１粗化めっき２２Ｌは、接合表面上だけでなく、平面視においてヒートシンク２１の表面のうち、当該接合表面に隣接し、かつ、半導体素子１の外側において半導体素子１の外周部と隣接する隣接表面上にも配設されている。ただし、第１粗化めっき２２Ｌが隣接表面上に配設されることは必須ではない。また、本実施の形態１では、第１粗化めっき２２Ｌは、回路基板２についても、半導体素子１についての上記配設と同様に配設されているが、後述の変形例で説明するようにこれは必須ではない。

第２粗化めっき２２Ｓは、図２、図４及び図７に示すように、ヒートシンク２１の封止樹脂５に沿った表面と、リード４の封止樹脂５に沿った表面と、の少なくとも一部の表面上に配設される。なお、図２では、ヒートシンク２１のうち封止樹脂５から露出した部分には、第２粗化めっき２２Ｓが配設されていないが、当該部分に第２粗化めっき２２Ｓが配設されてもよい。また、図２では、リード４のうち封止樹脂５から露出した部分には、第２粗化めっき２２Ｓが配設されているが、当該部分に第２粗化めっき２２Ｓが配設されなくてもよいし、リード４全てに第２粗化めっき２２Ｓが配設されなくてもよい。

このような粗化めっき２２（第１粗化めっき２２Ｌ及び第２粗化めっき２２Ｓ）によれば、図２のＢ部の接合部１２の緻密度を高めることができるとともに、図２のＣ部の金属焼結材コーティング１３を形成することができる。これについて、本実施の形態１に係る半導体装置の製造方法である実施の形態３で詳細に説明し、ここでは簡単に説明する。

第１粗化めっき２２Ｌ上には、接合部１２の原料となる金属粒子と、金属粒子の流動性を高めるための溶剤とを含む金属焼結材ペーストが塗布される。塗布された金属焼結材ペーストの一部は、第１粗化めっき２２Ｌの凹凸の表面張力などにより、平面視において外側に浸出する。このとき、金属粒子は溶剤よりも流動性が低いので、金属焼結材ペーストの上記浸出としては、溶剤が主に浸出し、溶剤の浸出に伴って少しの金属粒子も浸出する。

この結果、金属焼結材ペーストが最初に塗布された部分では、溶剤の低減により、残部金属粒子の隙間が低減され、かつ、残部の金属粒子の粘度が高められることになる。一方、金属焼結材ペーストが浸出した部分では、少しの金属粒子が存在することになる。

このような状態で、金属焼結材ペーストが加熱されると、金属焼結材ペーストが最初に塗布された部分の金属粒子から、図５のように緻密度が高くて比較的厚い接合部１２が形成される。一方、金属焼結材ペーストが浸出した部分の金属粒子から、図５及び図６のように比較的薄い金属焼結材コーティング１３が形成される。なお、図５では、接合部１２と、金属焼結材コーティング１３とが区別して図示されているが、実際には両者は一体化されている。

図６に示すように、上記によって形成された金属焼結材コーティング１３は、第１粗化めっき２２Ｌを覆う。なお、金属焼結材コーティング１３は、接合部１２から十分に離れた図７のＤ部では第２粗化めっき２２Ｓを覆っていないが、第１粗化めっき２２Ｌ周辺の第２粗化めっき２２Ｓを多少覆ってもよい。

この金属焼結材コーティング１３が、例えばＡｇを含む場合、硫化により生成されたＯＨ基で水素結合を形成することができる。このため、粗化めっき２２は、アンカー効果に加え、水素結合によって、封止樹脂５とより良好な密着性を得ることができる。この結果、密着性を高めることができ、十分な吸湿リフロー耐性を確保することができる。

第１粗化めっき２２ＬのＲＭＳは、上述した金属焼結材ペーストの浸出を高めるために、２５０ｎｍ以上であることが好ましい。ＲＭＳは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定可能な、表面粗さを示すパラメータであり、表面の平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根である。

第２粗化めっき２２ＳのＲＭＳは、第２粗化めっき２２Ｓと封止樹脂５との密着強度を高めたり、金属焼結材ペーストの不要な浸出を抑制したりするために、１００ｎｍ以上かつ２５０ｎｍより小さいことが好ましい。第２粗化めっき２２ＳのＲＭＳが１００ｎｍより小さい場合には、封止樹脂５の密着強度が不足し、リフロー実装時に剥離が発生する可能性がある。ただし、封止樹脂５が剥離したとしても、接合部１２への影響が小さく、熱抵抗の増加に繋がらないなどの場合には、第２粗化めっき２２ＳのＲＭＳは１００ｎｍより小さくてもよい。さらには、第２粗化めっき２２Ｓの表面粗さが、一般的な平坦めっきの表面粗さでも問題ない場合には、第２粗化めっき２２Ｓは平坦めっきであってもよい。

次に、ヒートシンク２１の表面のうち、第１粗化めっき２２Ｌが配設される上面（接合表面及び隣接表面）について説明する。

接合表面は、半導体素子１の下面全体に対応して設けられてもよいし、溶剤及び少しの金属粒子を効率よく浸出することが可能であれば、半導体素子１の下面の四隅（４つの角部）のみ、半導体素子１の下面の長辺のみ、または、短辺のみに対応して設けられてもよい。この場合、接合表面、ひいては第１粗化めっき２２Ｌの面積を低減することができるので、第１粗化めっき２２Ｌを形成するコストを抑制することができる。

接合表面に隣接する隣接表面は、接合表面（平面視における半導体素子１の端）から外側の０．５ｍｍ以内の範囲に設けられることが望ましい。このような構成によれば、金属粒子の過度の浸出を抑制することができるので、焼結後の接合部１２の緻密度及び厚さが極端に低下することを抑制することができる。接合部１２の緻密度及び厚さよりも封止樹脂５の密着性を優先する必要がある場合は、隣接表面は、接合表面から外側の０．５ｍｍよりも大きな範囲であってもよい。このような構成によれば、金属焼結材コーティング１３の面積を大きくすることができるため、粗化めっき２２と封止樹脂５との密着性を高めることができ、十分な吸湿リフロー耐性を確保することができる。

次に、本実施の形態１によって、接合部１２の緻密度を高めることができること、及び、接合部１２の厚さを接合に十分な厚さ（例えば３０μｍ以上）にできることを、確かめた結果について説明する。

図８は、第１粗化めっき２２Ｌを形成しなかったときの、半導体素子１の中央付近下の接合部１２の拡大図である。図９は、第１粗化めっき２２Ｌを形成したときの、半導体素子１の中央付近下の接合部１２の拡大図であり、図５の接合部１２の拡大図に相当する。

図８に示すように、第１粗化めっき２２Ｌを形成しなかった対比半導体装置では、接合部１２の半導体素子１界面付近に存在する横クラック５１や、垂直方向に割れている縦クラック５２が発生している。これに対して、図９に示すように、第１粗化めっき２２Ｌを形成した本実施の形態１の半導体装置では、横クラック及び縦クラックの発生が抑制されており、良好な接合状態が得られた。また、図８の接合部１２の緻密度は７１．３％であったのに対し、図９の接合部１２の緻密度は７９．１％であり、約１０％程度向上した。さらに、図８の接合部１２の厚さは１２μｍであったのに対し、図９の接合部１２の厚さは４５μｍであり、十分な厚さが得られた。

なお、接合部１２の厚さが例えば３０μｍ以上である場合には、温度サイクル試験に対する寿命を高めることができるが、これに限ったものではない。接合部１２を厚くすれば、熱抵抗が増加してしまうため、半導体装置の熱設計を考慮して、接合部１２の厚さを決定すればよい。

次に、粗化めっき２２の材料の例について説明する。粗化めっき２２は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）めっき／Ｐｄ（パラジウム）めっき／Ａｕめっきの積層を含み、この場合、再表面はＡｕ層となる。Ｎｉ層、Ｐｄ層、Ａｕ層の厚みは、それぞれ、1～３μｍ、０．０１～０．０３μｍ、０．１～３μｍが好ましいがこれに限ったものではなく、金属焼結材ペーストとの接合状態によって、各層の厚みを決定すればよい。

上記のような粗化めっき２２によれば、下地のＮｉ層が針状に成長し、その表面にＰｄ層及びＡｕ層が形成されるので、粗化めっき２２の表面を針状に荒らすことができる。このため、アンカー効果を高めることができるので、封止樹脂５との密着性を高めることができる。なお、粗化めっき２２の表面粗さの大小は、粗化めっき２２の材料やその割合によって適宜調整することができる。また、焼結時においてＮｉ層が実質的に変形しない、または、粗化めっき２２と金属焼結材ペーストとの接合が十分であれば、Ｐｄ層は不要である。

＜実施の形態１のまとめ＞
以上のような本実施の形態１に係る半導体装置によれば、第２粗化めっき２２Ｓよりも表面粗さが大きい第１粗化めっき２２Ｌが、ヒートシンク２１の表面のうち、半導体素子１と接合部１２によって接合される接合表面上に配設される。このような構成によれば、初期クラックが抑制された、十分な厚さを有する接合部１２を得ることができる。また、吸水率が高いプライマー樹脂を用いなくても、金属焼結材コーティング１３によって、粗化めっきと封止樹脂５との密着性を高めることができる。これにより、例えば、吸湿リフロー耐性と温度サイクル試験に対する寿命などを向上させることができる。

＜変形例＞
実施の形態１では、ヒートシンク２１はＣｕから構成されていたが、半導体素子１の動作による熱を逃がす機能を有するのであれば、Ｃｕから構成されていなくてもよい。例えば、ヒートシンク２１は、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、これらの合金、または、これらの複合材料から構成されてもよい。このように、高い熱伝導率（例えば２００Ｗ／ｍｋ以上）を有するヒートシンク材を用いれば、半導体素子１から発生する熱を効率よく外に逃がすことができるので、接合部１２に加わる歪みを低減できる。また、ヒートシンク２１の形状は、四角柱に限ったものではなく、多角柱、円柱、楕円柱、これらの一部に段を設けた形状であってもよい。また、実施の形態１では基材は、ヒートシンク２１であったがこれに限ったものではなく、例えば基板などであってもよい。

また実施の形態１では、半導体素子１はＳｉから構成されていたが、これに限ったものではない。例えば、半導体素子１は、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）から構成されてもよいし、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体から構成されてもよい。半導体素子１がワイドバンドギャップ半導体から構成される場合には、電子速度の向上化、ワイドバンドギャップによる絶縁破壊電圧の耐久性の向上化、動作電力の大電力化、動作帯域幅の拡大化、高温動作可能化、小型化、及び、低コスト化といった様々なメリットを得ることができる。特に半導体素子１をＧａＮから構成する場合には、ＳｉやＧａＡｓから構成する場合と比較して、高温で動作可能であり、半導体素子１のジャンクション温度を高温化（例えば約２５０℃）することができる。

また実施の形態１では、半導体素子１は、平面視にて長辺と短辺とを有する半導体素子であったが、これに限ったものではなく、例えば、全て辺が等しい半導体素子であってもよい。また、半導体素子１は、高周波通信用の半導体素子に限ったものではなく、例えば電力用の半導体素子などであってよい。

また実施の形態１に係る半導体装置は、半導体素子１及び回路基板２を備えた。しかしながら、回路基板２は必須ではなく、半導体装置は、少なくも半導体素子１を備えていればよい。また、回路基板２の接合部１２は、金属焼結材から構成されなくてもよく、例えば、基板実装時のリフロー温度（例えば２５０℃前後）に耐えられる、ＡｕＳｎ（Ｓｎはスズ）合金やＰｂＳｎ合金などのはんだ材であってもよい。

また、接合部１２の金属焼結材は、Ａｇ焼結材に限ったものではなく、例えば、Ｃｕ焼結材、Ａｕ焼結材、Ｐｄ焼結材、Ｐｔ焼結材等の貴金属に分類される純金属をベースにした焼結材であってもよいし、Ａｇ－Ｐｄ焼結材、Ａｕ－Ｓｉ焼結材、Ａｕ－Ｇｅ焼結材、Ａｕ－Ｃｕ焼結材等の合金をベースにした焼結材であってもよい。また、接合部１２の金属焼結材は、１００％の金属微粒子であってもよいし、金属微粒子と樹脂材（例えば１０％程度のエポキシ系、シリコン系、アクリル系樹脂など）とを混合した金属焼結材であってもよい。

＜実施の形態２＞
図１０～図１３は、本発明の実施の形態２に係る粗化めっき２２（第１粗化めっき２２Ｌ及び第２粗化めっき２２Ｓ）を示す平面図である。

実施の形態１では、図４に示したように、第１粗化めっき２２Ｌは、平面視においてヒートシンク２１の表面のうち、上記接合表面に隣接し、かつ、半導体素子１の外側において半導体素子１の外周部と隣接する隣接表面上にも配設されていた。しかしながら、金属焼結材ペーストの溶剤及び金属粒子のそれぞれの一部を効率よく浸出することが可能であれば、以下で説明するように、第１粗化めっき２２Ｌが配設される隣接表面は、例えば、半導体素子１の四隅（４つ角部）近傍のみ、半導体素子１の長辺近傍のみ、または、短辺近傍のみに対応して設けられてもよい。この場合、第１粗化めっき２２Ｌの面積を低減することができるので、第１粗化めっき２２Ｌを形成するコストを抑制することができる。

図１０に示す構成では、平面視における半導体素子１の形状は角部を有している。そして、第１粗化めっき２２Ｌは、平面視においてヒートシンク２１の表面のうち、接合表面に隣接し、かつ、半導体素子１の外側において上記角部と隣接する隣接表面上にも配設されている。このような構成によれば、第１粗化めっき２２Ｌが、比較的大きな熱応力が発生する四隅のみに配設されるため、低コストで吸湿リフロー耐性と、温度サイクル試験に対する寿命とを確保できる。なお、図１０では、第１粗化めっき２２Ｌは、半導体素子１の４つの角部に隣接して配設されているが、対角に位置する一対の角部にのみ隣接して配設されてもよい。

図１１に示す構成では、平面視における半導体素子１の形状は、短辺及び長辺を有している。そして、第１粗化めっき２２Ｌは、平面視においてヒートシンク２１の表面のうち、接合表面に隣接し、かつ、半導体素子１の外側において上記短辺と隣接する隣接表面上にも配設されている。このような構成によれば、金属焼結材コーティング１３の面積を図１０の構成よりも大きくすることができるため、第１粗化めっき２２Ｌのコストを抑えつつ、吸湿リフロー耐性と、温度サイクル試験に対する寿命とをさらに高めることができる。

図１２に示す構成では、図１１に示す構成と同様に、平面視における半導体素子１の形状は、短辺及び長辺を有している。そして、第１粗化めっき２２Ｌは、平面視においてヒートシンク２１の表面のうち、接合表面に隣接し、かつ、半導体素子１の外側において上記長辺と隣接する隣接表面上にも配設されている。このような構成によれば、金属焼結材コーティング１３の面積を図１１の構成よりも大きくすることができるため、第１粗化めっき２２Ｌのコストを抑えつつ、吸湿リフロー耐性と、温度サイクル試験に対する寿命とをさらに高めることができる。

図１３に示す構成では、平面視における半導体素子１の形状は、一対の長辺（一対の辺）を有している。そして、第１粗化めっき２２Ｌは、平面視においてヒートシンク２１の表面のうち、接合表面に隣接し、かつ、半導体素子１の外側において上記一対の長辺とそれぞれ隣接する１組以上の隣接表面上にも配設されている。各組の隣接表面同士は、平面視において半導体素子１を介して対向している。このような構成によれば、第１粗化めっき２２Ｌが配設される領域が、平面視での縦方向及び横方向に凹凸形状を有することにより、第１粗化めっき２２Ｌの表面積が大きくなるため、金属焼結材ペースト１１の溶剤を効率的に浸出させることができる。また、第１粗化めっき２２Ｌによる高さ方向のアンカー効果だけでなく、平面視での縦方向及び横方向のアンカー効果も得られるため、吸湿リフロー耐性と温度サイクル試験に対する寿命とをさらに高めることができる。

＜実施の形態３＞
図１４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。以下、その製造方法として、実施の形態１及び実施の形態２に係る半導体装置を製造する方法について説明する。

まず、第１粗化めっき２２Ｌ及び第２粗化めっき２２Ｓが配設されたヒートシンク２１を準備する。そして、ステップＳ１にて、粗化めっきである第１粗化めっき２２Ｌ上に金属焼結材ペーストを塗布する（塗布工程）。なお、金属焼結材ペーストの塗布には、ディスペンスが用いられてもよいし、スクリーン印刷やスタンピングなどが用いられてもよい。

金属焼結材ペーストは、一般的にサブミクロンサイズ、ナノサイズ、または、その両方のサイズを有する金属粒子と、金属粒子表面を覆う保護膜と、金属粒子を分散させるための溶剤とを含む。金属粒子は、球体形状に限ったものではなく、フレーク形状、球体を針状で覆った形状など、様々な形状を有してもよい。

ステップＳ２にて、一定時間待機することによって、金属焼結材ペーストの溶剤及び金属粒子のそれぞれの一部を平面視にて外側に浸出させる（ウェイト工程）。図１５は、ウェイト工程後の状態を示す平面図である。なお、以下では、金属粒子がぞんざいする範囲を、金属粒子１４ａまたは金属粒子１４ｂと記すこともある。

図１５に示すように、ウェイト工程によって、金属焼結材ペースト１１のうち、多くの溶剤１５（一部の溶剤）及び少しの金属粒子１４ａ（一部の金属粒子）が外側に浸出する。浸出する溶剤１５は、第１粗化めっき２２Ｌを超えて第２粗化めっき２２Ｓまで到達する。一方、浸出する金属粒子１４ａは、溶剤１５の浸出に伴って拡がっていくが、溶剤１５よりも拡がらず、ステップＳ１で金属焼結材ペースト１１が塗布された部分から０．１ｍｍ程度の範囲に留まる。また、金属粒子は溶剤よりも流動性が低いので、ステップＳ１で金属焼結材ペースト１１が塗布された部分には、多くの金属粒子１４ｂ（残部の金属粒子）が存在する。

なお、半導体素子１が載置される領域から０．５ｍｍ外側に金属粒子１４ａが浸出するのにかかる時間は約１分である。浸出時間と浸出距離とは概ね比例関係にあるため、金属焼結材コーティング１３となる金属粒子１４ａの面積によって待機時間を制御すればよい。なお、このウェイト工程によって、金属焼結材ペースト１１の溶剤及び金属粒子は、第１粗化めっき２２Ｌの表面の全てに設けられてもよいし、第１粗化めっき２２Ｌの表面の一部に設けられてもよい。

ステップＳ３にて、金属焼結材ペースト１１における残部の金属粒子１４ｂ上に半導体素子１を載置する（素子載置工程）。この載置には例えばマウンタなどが用いられる。半導体素子１が載置された残部の金属粒子１４ｂは、半導体素子１から押されることによりある程度拡がる。

ステップＳ４にて、例えば無加圧で金属焼結材ペースト１１を加熱して、残部の金属粒子１４ｂを焼結することによって、半導体素子１とヒートシンク２１とを接合する接合部１２を形成する（接合工程）。なお、金属焼結材ペースト１１を約２００℃で加熱すると、保護膜や溶剤の揮発が高められ、ネッキング焼結した金属粒子１４ｂを含む接合部１２が形成される。ネッキング焼結した接合部１２は、バルクの金属と実質的に同じ熱伝導率及び耐熱性を有することが期待される。

図１６は、接合工程後の状態を示す平面図である。焼結後、溶剤１５は、溶剤の排出跡１７となり、残部の金属粒子１４ｂは、断面視において裾広がり形状（フィレット）を有する接合部１２となり、一部の金属粒子１４ｂは、金属焼結材コーティング１３となる。なお、金属焼結材コーティング１３は、第１粗化めっき２２Ｌとほぼ同じ領域を有するため、第１粗化めっき２２Ｌの位置及び面積を制御することで、金属焼結材コーティング１３の位置及び面積を制御することが可能になる。

ステップＳ５にて、半導体素子１及び回路基板２の表面電極、並びに、リード４をボンディングワイヤ３にて接続することによって、これらを電気的に接続する（接続工程）。

ステップＳ６にて、半導体素子１及び回路基板２を覆い、かつ、ヒートシンク２１及びリード４の少なくとも一部を覆う封止樹脂５を形成する（封止工程）。以上により、実施の形態１及び実施の形態２に係る半導体装置が完成する。

＜実施の形態３のまとめ＞
以上のような本実施の形態３に係る半導体装置の製造方法によれば、実施の形態１及び実施の形態２に係る半導体装置、つまり、初期クラックが抑制された接合部１２を備える半導体装置を形成することができる。また本実施の形態３によれば、金属焼結材コーティング１３を形成することができるので、製造工程の複雑化を抑制することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 半導体素子、４ リード、５ 封止樹脂、１１ 金属焼結材ペースト、１２ 接合部、１４ａ，１４ｂ 金属粒子、１５ 溶剤、２１ ヒートシンク、２２Ｌ 第１粗化めっき、２２Ｓ 第２粗化めっき。

Claims (8)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子と接合される基材と、
   前記半導体素子と前記基材とを接合する、金属焼結材を含む接合部と、
   前記半導体素子と電気的に接続されたリードと、
   前記半導体素子を覆い、かつ、前記基材と前記リードとの少なくとも一部を覆う封止樹脂と、
   前記基材の表面のうち、前記半導体素子と前記接合部によって接合される接合表面上に配設された第１粗化めっきと、
   前記基材の前記封止樹脂に沿った表面の少なくとも一部の表面上に配設された第２粗化めっきと
   を備え、
   前記第１粗化めっきは、前記第２粗化めっきよりも表面粗さが大きく、
   前記第１粗化めっきのＲＭＳは、２５０ｎｍ以上であり、
   前記第２粗化めっきのＲＭＳは、１００ｎｍ以上かつ２５０ｎｍより小さく、
   前記第１粗化めっきは、平面視において前記基材の表面のうち、前記接合表面と隣接する隣接表面上にも配設され、
   前記隣接表面は、前記接合表面から０．５ｍｍ以内の範囲に設けられている、半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   平面視における前記半導体素子の形状は角部を有し、
   前記第１粗化めっきは、平面視において前記基材の表面のうち、前記接合表面に隣接し、かつ、前記半導体素子の外側において前記角部と隣接する隣接表面上にも配設されている、半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   平面視における前記半導体素子の形状は、短辺及び長辺を有し、
   前記第１粗化めっきは、平面視において前記基材の表面のうち、前記接合表面に隣接し、かつ、前記半導体素子の外側において前記短辺及び前記長辺の少なくともいずれか一方の辺と隣接する隣接表面上にも配設されている、半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   平面視における前記半導体素子の形状は、一対の辺を有し、
   前記第１粗化めっきは、平面視において前記基材の表面のうち、前記接合表面に隣接し、かつ、前記半導体素子の外側において前記一対の辺とそれぞれ隣接する１組以上の隣接表面上にも配設されており、
   各組の前記隣接表面同士は、平面視において前記半導体素子を介して対向している、半導体装置。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
   前記第２粗化めっきは、前記リードの前記封止樹脂に沿った表面の少なくとも一部の表面上にも配設されている、半導体装置。
6. 基材の表面に設けられた粗化めっき上に金属焼結材ペーストを塗布し、前記金属焼結材ペーストの溶剤及び金属粒子のそれぞれの一部を平面視にて前記金属焼結材ペーストが塗布された部分の外縁から外側に浸出させる工程と、
   前記金属焼結材ペーストにおける残部の前記金属粒子上に半導体素子を載置する工程と、
   前記金属焼結材ペーストを加熱して、前記残部の金属粒子を焼結することによって、前記半導体素子と前記基材とを接合する接合部を形成する工程と、
   前記半導体素子にリードを電気的に接続する工程と、
   前記半導体素子を覆い、かつ、前記基材と前記リードとの少なくとも一部を覆う封止樹脂を形成する工程と
   を備える、半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記金属焼結材ペーストの前記溶剤及び前記金属粒子のぞれぞれの前記一部を浸出させる前記工程によって、当該金属焼結材ペーストの前記溶剤及び前記金属粒子を前記粗化めっきの表面の全てに設ける、半導体装置の製造方法。
8. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記金属焼結材ペーストの前記溶剤及び前記金属粒子のぞれぞれの前記一部を浸出させる前記工程によって、当該金属焼結材ペーストの前記溶剤及び前記金属粒子を前記粗化めっきの表面の一部に設ける、半導体装置の製造方法。

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