WO2020241346A1 - 半導体装置 - Google Patents

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layer
conductive
bonding
bonding layer
semiconductor device
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小鵬 呉
拓一 大塚
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ローム株式会社
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    • H01L2224/29138Material 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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    • H01L2224/32151Disposition the layer connector 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
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector 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
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector 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
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    • H01L2224/451Material 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
    • H01L2224/45117Material 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
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/45001Core members of the connector
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    • H01L2224/451Material 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
    • H01L2224/45138Material 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
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/45147Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/48137Connecting 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
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    • H01L2224/48151Connecting 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
    • H01L2224/48221Connecting 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
    • H01L2224/48225Connecting 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
    • H01L2224/48227Connecting 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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    • H01L2224/48465Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
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    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48471Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area being a ball bond, i.e. wedge-to-ball, reverse stitch
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition 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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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means 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
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods 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
    • H01L2224/8338Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399Material
    • H01L2224/834Material 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
    • H01L2224/83438Material 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
    • H01L2224/83439Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods 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
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/83801Soldering or alloying
    • H01L2224/8382Diffusion bonding
    • H01L2224/8383Solid-solid interdiffusion
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods 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
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/83894Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85Methods 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 wire connector
    • H01L2224/8538Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/85399Material
    • H01L2224/854Material 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
    • H01L2224/85438Material 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
    • H01L2224/85439Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • HELECTRICITY
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    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
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    • H01L2924/151Die mounting substrate
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    • H01L2924/15192Resurf arrangement of the internal vias
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    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19105Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor device including a semiconductor element.
  • Patent Document 1 discloses an example of such a semiconductor device.
  • a metal pattern (conductive portion) is formed on a support substrate (insulating substrate).
  • the semiconductor element is bonded to the metal pattern via a conductive bonding material.
  • one object of the present disclosure is to provide a semiconductor device suitable for improving the reliability of the bonded state by maintaining an appropriate bonded state between the semiconductor element and the conductive portion. And.
  • the semiconductor device is interposed between a conductive portion having a main surface, a semiconductor element mounted on the main surface, and the conductive portion and the semiconductor element, and the conductive portion.
  • the conductive bonding material includes a metal base layer, a first bonding layer, and a second bonding layer, and the first bonding layer includes a conductive bonding material for conducting conduction bonding between the semiconductor element and the semiconductor element.
  • the second bonding layer is interposed between the metal base layer and the conductive portion. However, it is bonded to the conductive portion by solid-phase diffusion of the metal.
  • FIG. 6 is an enlarged view of part A in FIG. It is the B part enlarged view of FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged view of part C in FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged view of part D in FIG. It is a figure for demonstrating the joining method of a semiconductor element and a conductive part. It is a top view which shows the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 16 is an enlarged view of part A in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged view of part B in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged view of part C in FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged view of part D in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line XXII-XXII of FIG.
  • It is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 23 It is an enlarged view of the part A of FIG.
  • part B of FIG. is the C part enlarged view of FIG.
  • It is an enlarged view of part D of FIG.
  • the semiconductor device A10 includes a support substrate 10, a plurality of conductive portions 20, a first input terminal 31, a second input terminal 32, a first output terminal 33, a second output terminal 34, a plurality of semiconductor elements 40, and a seal.
  • a stop resin 80 (omitted in FIG. 1) is provided.
  • the semiconductor device A10 includes a pair of insulating layers 26, a pair of gate wiring layers 271, a pair of detection wiring layers 272, a pair of gate terminals 35, and a pair of detection terminals 36.
  • Each semiconductor element 40 is, for example, a MOSFET, and the semiconductor device A10 is, for example, a power conversion device (power module).
  • the semiconductor device A10 is used as a drive source for a motor, an inverter device for various electric appliances, a DC / DC converter, and the like.
  • the sealing resin 80 is transmitted and shown (see the alternate long and short dash line).
  • the direction extending through the thickness of the support substrate 10 (or the conductive portion 20) is defined as the “direction z” (sometimes referred to as the “thickness direction”). is there).
  • One direction orthogonal to the direction z is referred to as "direction x”
  • a direction orthogonal to both the direction z and the direction x is referred to as "direction y”.
  • the semiconductor device A10 has a rectangular shape when viewed in the direction z (in other words, in a plan view).
  • the direction x is parallel to one side of the semiconductor device A10 (for example, the left side in FIG.
  • the direction y is parallel to another side of the semiconductor device A10 (for example, the lower side in FIG. 2).
  • the member A when there are two members A and B (or two groups A and B) that are spaced apart from each other in any direction, "the member A is in that direction (with respect to the member B). It may be described as "on one side” or “member B is on the other side (with respect to member A) in that direction”.
  • the first input terminal 31 and the second input terminal 32 are arranged on one side of the direction x, and the first output terminal 33 and the second output terminal 34 are in the direction. It is located on the other side of x.
  • “one side” and “the other side” may be the reverse of this example.
  • the support substrate 10 supports a plurality of conductive portions 20.
  • the support substrate 10 has a square shape when viewed in the direction z.
  • the support substrate 10 has a support surface 10A and a bottom surface 10B that face each other (separate from each other) in the direction z.
  • the support surface 10A faces each conductive portion 20.
  • the bottom surface 10B is exposed from the sealing resin 80.
  • the support substrate 10 includes a first support plate 11, a second support plate 12, and a bottom plate 13.
  • the first support plate 11 is located between the second support plate 12 and the bottom plate 13 in the direction z.
  • the first support plate 11 has electrical insulation.
  • the constituent material of the first support plate 11 is ceramics having excellent thermal conductivity. Examples of the ceramics include aluminum nitride (AlN).
  • Each second support plate 12 is laminated on the first support plate 11 and has a support surface 10A.
  • One corresponding conductive portion 20 is joined to the second support plate 12.
  • the second support plate 12 is made of metal and is made of, for example, a metal foil.
  • the second support plate 12 is made of copper (Cu) or a copper alloy and has conductivity.
  • the second support plate 12 has three regions (support plates) of a first region 121, a second region 122, and a third region 123. These three regions are separated from each other.
  • the bottom plate 13 is laminated on the first support plate 11 on the side opposite to the second support plate 12.
  • the bottom plate 13 includes a bottom surface 10B.
  • the bottom plate 13 is made of metal like the second support plate 12, and is made of, for example, a metal foil made of copper or a copper alloy.
  • the second support plate 12 has conductivity.
  • the area of the bottom plate 13 is smaller than the area of the first support plate 11 when viewed in the direction z.
  • the peripheral edge of the first support plate 11 is located outside the peripheral edge of the bottom plate 13.
  • the support substrate 10 is provided with a recess 13A surrounding the bottom plate 13 when viewed in the direction z.
  • the recess 13A is covered with the sealing resin 80.
  • the support substrate 10 can be formed by using, for example, a DBC (Direct Bonded Copper) substrate.
  • the DBC substrate is composed of a ceramic plate and a pair of copper foils sandwiching the ceramic plate from both sides in the direction z.
  • the ceramic plate becomes the first support plate 11.
  • the second support plate 12 and the bottom plate 13 are formed by partially removing the pair of copper foils by etching, respectively.
  • the joining member 19 is provided so as to cover the support surface 10A of each of the first region 121, the second region 122, and the third region 123. That is, each joining member 19 covers at least a part of the support surface 10A of the support substrate 10.
  • each conductive portion 20 is joined to one corresponding second support plate 12 via a joining member 19.
  • the plurality of conductive portions 20 together with the first input terminal 31, the second input terminal 32, the first output terminal 33, and the second output terminal 34 form a predetermined conductive path in the semiconductor device A10.
  • Each conductive portion 20 has a main surface 20A and a back surface 20B facing opposite sides in the direction z, and the back surface 20B faces the support surface 10A of the support substrate 10.
  • the conductive portion 20 is composed of, for example, a metal plate.
  • the metal plate is made of, for example, copper or a copper alloy.
  • the thickness of the conductive portion 20 is larger than the thickness of the second support plate 12.
  • the conductive portion 20 may have a structure in which, for example, silver plating or a plurality of types of metal plating in which an aluminum layer, a nickel (Ni) layer, and a silver layer are laminated in this order are applied to the surface of the metal plate. Details will be described later (see FIGS. 9 and 10), but in the present embodiment, the conductive portion 20 includes a metal base material 24 and a conductor layer 25 formed on the base material 24. ..
  • the plurality of conductive portions 20 include the first conductive portion 201, the second conductive portion 202, and the third conductive portion 203.
  • the first conductive portion 201 is joined to the first region 121 of the second support plate 12.
  • the second conductive portion 202 is joined to the second region 122 of the second support plate 12.
  • the third conductive portion 203 is joined to the third region 123 of the second support plate 12. Therefore, the first conductive portion 201, the second conductive portion 202, and the third conductive portion 203 are separated from each other.
  • a pair of insulating layers 26 are arranged on the main surfaces 20A of each of the first conductive portion 201 and the second conductive portion 202.
  • the pair of insulating layers 26 are separated from each other in the direction y.
  • the pair of insulating layers 26 have a strip shape extending in the direction x.
  • the constituent material of the insulating layer 26 is, for example, ceramics or glass epoxy resin. Further, the insulating layer 26 may be formed of at least an insulating SiC or the like on its surface.
  • a pair of gate wiring layers 271 are separately arranged on the pair of insulating layers 26.
  • the pair of gate wiring layers 271 have a strip shape extending in the direction x.
  • the pair of detection wiring layers 272 are separately arranged on the pair of insulating layers 26.
  • the pair of detection wiring layers 272 have a strip shape extending in the direction x.
  • the gate wiring layer 271 and the detection wiring layer 272 are arranged side by side on each of the insulating layers 26.
  • the gate wiring layer 271 and the detection wiring layer 272 are made of, for example, a metal foil made of copper or a copper alloy.
  • the first input terminal 31 and the second input terminal 32 are located on one side of the direction x.
  • the first input terminal 31 and the second input terminal 32 are separated from each other in the direction y.
  • DC power (voltage) to be converted into power is input to the first input terminal 31 and the second input terminal 32.
  • the first input terminal 31 is a positive electrode (P terminal).
  • the second input terminal 32 is a negative electrode (N terminal).
  • the first input terminal 31 and the second input terminal 32 are made of a metal plate.
  • the constituent material of the metal plate is copper or a copper alloy.
  • a bent portion 311 formed in a stepped shape is provided at the other end of the first input terminal 31 in the direction x.
  • the bent portion 311 is connected to the main surface 20A of the first conductive portion 201 by solder bonding, ultrasonic bonding, or the like.
  • the first input terminal 31 is electrically connected to the first conductive portion 201.
  • a bent portion 321 formed in a stepped shape is provided at the end on the other side of the second input terminal 32 in the direction x.
  • the bent portion 321 is connected to the main surface 20A of the third conductive portion 203 by solder bonding, ultrasonic bonding, or the like.
  • the second input terminal 32 is electrically connected to the third conductive portion 203.
  • the first output terminal 33 and the second output terminal 34 are located on the other side of the direction x.
  • the first output terminal 33 and the second output terminal 34 are separated from each other in the direction y.
  • AC power (voltage) converted by a plurality of semiconductor elements 40 is output from the first output terminal 33 and the second output terminal 34.
  • the first output terminal 33 and the second output terminal 34 are made of a metal plate.
  • the constituent material of the metal plate is copper or a copper alloy.
  • a bent portion 331 and a bent portion 341 formed to be bent in a stepped manner are provided at one end of the direction x of the first output terminal 33 and the second output terminal 34.
  • the bent portion 331 and the bent portion 341 are connected to the main surface 20A of the second conductive portion 202 by solder bonding, ultrasonic bonding, or the like.
  • the first output terminal 33 and the second output terminal 34 are electrically connected to the second conductive portion 202.
  • the configuration is provided with two output terminals (first output terminal 33 and second output terminal 34), but these may be collectively provided with one output terminal.
  • the pair of gate terminals 35 and the pair of detection terminals 36 are arranged corresponding to the pair of gate wiring layers 271 and the pair of detection wiring layers 272, respectively.
  • the pair of gate terminals 35 and the pair of detection terminals 36 are made of a metal plate, and each of them extends in the direction y.
  • the constituent material of the metal plate is copper or a copper alloy.
  • Each end of the pair of gate terminals 35 and the pair of detection terminals 36 is bent in a stepped shape.
  • the ends of each gate terminal 35 are connected to the corresponding gate wiring layer 271 by solder bonding, ultrasonic bonding, or the like.
  • the ends of each detection terminal 36 are connected to the corresponding detection wiring layer 272 by solder bonding, ultrasonic bonding, or the like.
  • the semiconductor element 40 is, for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) configured by using a semiconductor material mainly composed of silicon carbide (SiC).
  • the semiconductor element 40 is not limited to a MOSFET, and may be a field effect transistor including a MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor) or a bipolar transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • MISFET Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the semiconductor element 40 has an element main body 41, a main surface electrode 42, a back surface electrode 43, and a gate electrode (not shown).
  • the element main body 41 has an element main surface 411 and an element back surface 412.
  • the element main surface 411 and the element back surface 412 face opposite to each other in the direction z.
  • the element main surface 411 faces the same side as the main surface 20A of the conductive portion 20 in the direction z. Therefore, the back surface 412 of the element faces the main surface 20A.
  • the main surface electrode 42 is provided on the element main surface 411.
  • a source current flows through the main surface electrode 42 from the inside of the element body 41.
  • the back surface electrode 43 is provided on the back surface 412 of the element.
  • the back surface electrode 43 has a structure in which a plurality of types of metal layers such as silver, nickel, and silver are laminated.
  • a drain current flows through the back electrode 43 toward the inside of the element body 41.
  • the back surface electrode 43 is electrically bonded to the main surface 20A of the conductive portion 20 by the conductive bonding material 49.
  • the gate electrode is provided on the element main surface 411, and a gate voltage for driving the semiconductor element 40 is applied to the gate electrode.
  • the conductive bonding material 49 is interposed between the conductive portion 20 and the semiconductor element 40.
  • the conductive bonding material 49 has a size larger than that of the semiconductor element 40 in the direction z, and the entire semiconductor element 40 overlaps with the conductive bonding material 49 in the direction z.
  • the conductive bonding material 49 has a structure in which a plurality of metal layers are laminated. As shown in FIGS. 5 and 6, in the semiconductor device A10, the conductive bonding material 49 includes a metal base layer 490, a first bonding layer 491, and a second bonding layer 492. As shown in FIGS. 7 to 10, the conductive bonding material 49 further includes a first intermediate layer 493 and a second intermediate layer 494.
  • the metal base layer 490 occupies most of the volume of the conductive bonding material 49.
  • the thickness of the metal base layer 490 is, for example, about 10 to 200 ⁇ m.
  • the constituent material of the metal base layer 490 contains, for example, at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), zinc (Zn), hafnium (Hf) and erbium (Er).
  • the constituent material of the metal base layer 490 includes aluminum.
  • the Young's modulus of the metal base layer 490 is 70.3 GPa.
  • the first bonding layer 491 is interposed between the metal base layer 490 and the semiconductor element 40. In this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the first bonding layer 491 is formed on the first intermediate layer 493.
  • the constituent material of the first bonding layer 491 contains, for example, at least one of silver (Ag), copper (Cu) and gold (Au). In the present embodiment, the constituent material of the first bonding layer 491 contains silver.
  • the first bonding layer 491 is bonded to the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) by solid phase diffusion of metal.
  • the constituent material of the back surface electrode 43 includes, for example, silver.
  • the thickness of the back surface electrode 43 is smaller than the thickness of the first bonding layer 491, and the back surface electrode 43 is formed by, for example, a sputtering method.
  • the second bonding layer 492 is interposed between the metal base layer 490 and the conductive portion 20.
  • the second bonding layer 492 is formed on the second intermediate layer 494.
  • the constituent material of the second bonding layer 492 includes, for example, at least one of silver, copper and gold.
  • the constituent material of the second bonding layer 492 contains silver.
  • the second bonding layer 492 is bonded to the conductive portion 20 (conductor layer 25) by solid phase diffusion of metal.
  • the conductive portion 20 includes a base material 24 and a conductor layer 25 formed on the base material 24, and the second bonding layer 492 and the conductor layer 25 are bonded by solid phase diffusion.
  • the constituent material of the conductor layer 25 includes, for example, silver.
  • each of the constituent materials of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is silver
  • the Young's modulus of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is 82.7 GPa. Therefore, as shown by the Young's modulus of the metal base layer 490 (70.3 GPa) described above, the Young's modulus of the metal base layer 490 is smaller than the Young's modulus of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the thickness of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is, for example, about 2 to 5 ⁇ m, which is smaller than the thickness of the metal base layer 490.
  • the first intermediate layer 493 is interposed between the metal base layer 490 and the first bonding layer 491.
  • the first intermediate layer 493 is formed on the metal base layer 490.
  • the second intermediate layer 494 is interposed between the metal base layer 490 and the second bonding layer 492.
  • the second intermediate layer 494 is formed on the metal base layer 490.
  • Each constituent material of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 contains, for example, nickel (Ni).
  • Ni nickel
  • the Young's modulus of each of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is 200 GPa.
  • the thickness of each of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is, for example, about 0.2 to 2 ⁇ m, which is smaller than the thickness of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the laminated structure of the conductive bonding material 49 is formed by, for example, a sputtering method or a plating process.
  • the sputtering method for example, on both the front and back surfaces of the aluminum sheet material corresponding to the metal base layer 490, the first intermediate layer 493 and the first bonding layer 491, and the metal layer corresponding to the second intermediate layer 494 and the second bonding layer 492. Are sequentially formed.
  • the plating treatment the entire surface of the aluminum sheet material is plated with the constituent materials of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 and the constituent materials of the first bonded layer 491 and the second bonded layer 492. Layers are formed sequentially.
  • the conductive bonding material 49 and the semiconductor element 40 are stacked on the main surface 20A of the conductive portion 20. At this time, the conductive portion 20 (conductor layer 25) and the second bonding layer 492, and the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) are in contact with each other.
  • the conductive portion 20 (conductor layer 25) and the second bonding layer 492, and the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) are bonded to each other by solid phase diffusion.
  • Bonding by solid phase diffusion is performed under high temperature and high pressure.
  • bonding by solid phase diffusion is performed while pressing the semiconductor elements 40 stacked and arranged by a flat pressing member 9.
  • the temperature is about 350 ° C. and the pressure is about 40 MPa.
  • the temperature and pressure conditions for solid phase diffusion can be appropriately selected.
  • the solid phase diffusion bonding is assumed to be performed in the atmosphere, but may be performed in a vacuum.
  • the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43 (semiconductor).
  • a gap 495 may occur at the interface with the element 40) and at the interface between the second bonding layer 492 and the conductor layer 25 (conductive portion 20).
  • the conductive bonding material 49 is slightly inside the boundary portion between the portion overlapping the semiconductor element 40 and the portion not overlapping (viewed in the direction z).
  • the boundary surface between the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43 (semiconductor element 40), the second bonding layer 492, and the conductor layer 25 (conductive portion 20) The boundary surface of is difficult to see. This is because the constituent materials of the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43, and the second bonding layer 492 and the conductor layer 25 are all silver and are solid-phase diffusion bonding of the same metal.
  • the boundary surface between the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43 (semiconductor element 40) and the boundary surface between the second bonding layer 492 and the conductor layer 25 (conductive portion 20) are schematically shown.
  • the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43, and the second bonding layer 492 and the conductor layer 25 are each firmly bonded by solid phase diffusion.
  • the strong bonding state due to solid phase diffusion can be confirmed, for example, by an enlarged photograph (for example, SEM photograph) of the cross section of the bonding portion.
  • the plurality of semiconductor elements 40 include a plurality of first elements 401 and a plurality of second elements 402. As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the plurality of first elements 401 are electrically joined to the main surface 20A of the first conductive portion 201. The plurality of first elements 401 are arranged at predetermined intervals along the direction x. The plurality of first elements 401 form an upper arm circuit of the semiconductor device A10.
  • the plurality of second elements 402 are electrically joined to the main surface 20A of the second conductive portion 202.
  • the plurality of second elements 402 are arranged at predetermined intervals along the direction x.
  • the plurality of second elements 402 form a lower arm circuit of the semiconductor device A10.
  • the plurality of first elements 401 are provided in a state of being displaced along the direction x with respect to the plurality of second elements 402.
  • three first elements 401 and three second elements 402 are provided.
  • the number of each of the first element 401 and the second element 402 is not limited to this configuration, and can be freely set according to, for example, the performance required for the semiconductor device A10.
  • Each of the main surface electrodes 42 of the plurality of first elements 401 and the main surface 20A of the second conductive portion 202 are connected via, for example, a wire 70a (for simplification, one wire in FIG. 2). Only 70a is shown).
  • a wire 70a for simplification, one wire in FIG. 2. Only 70a is shown).
  • each of the main surface electrodes 42 of the plurality of first elements 401 is conducted to the second conductive portion 202 via the wire. Therefore, the first output terminal 33 is conductive to each main surface electrode 42 of the plurality of first elements 401 via the second conductive portion 202 and the wire.
  • the first output terminal 33 corresponds to the source terminals of the plurality of first elements 401.
  • Each of the back surface electrodes 43 of the plurality of first elements 401 and the first conductive portion 201 are conductive via the conductive bonding material 49. Therefore, the first input terminal 31 is electrically connected to each back electrode 43 of the plurality of first elements 401 via the first conductive portion 201. The first input terminal 31 corresponds to the drain terminals of the plurality of first elements 401.
  • Each of the main surface electrodes 42 of the plurality of second elements 402 and the main surface 20A of the third conductive portion 203 are connected via, for example, a wire 70b (for simplification, one wire in FIG. 2). Only 70b is shown).
  • each of the main surface electrodes 42 of the plurality of second elements 402 is conducted to the third conductive portion 203 via the wire. Therefore, the second input terminal 32 is conductive to each main surface electrode 42 of the plurality of second elements 402 via the third conductive portion 203 and the wire.
  • the second input terminal 32 corresponds to the source terminal of the plurality of second elements 402.
  • Each of the back surface electrodes 43 of the plurality of second elements 402 and the second conductive portion 202 are conducting with each other via the conductive bonding material 49. Therefore, the second output terminal 34 is conductive to each back electrode 43 of the plurality of second elements 402 via the second conductive portion 202.
  • the second output terminal 34 corresponds to a drain terminal of a plurality of second elements 402.
  • the semiconductor device A10 includes a gate wire and a detection wire (not shown).
  • a plurality of the gate wires are provided corresponding to each of the plurality of first elements 401 and the plurality of second elements 402.
  • Each gate wire corresponding to the first element 401 is connected to a gate electrode (not shown) of the first element 401 and one gate wiring layer 271 located above the first conductive portion 201.
  • Each gate wire corresponding to the second element 402 is connected to a gate electrode (not shown) of the second element 402 and the other gate wiring layer 271 located on the second conductive portion 202.
  • a gate voltage for driving either the plurality of first elements 401 and the plurality of second elements 402 is applied to each of the pair of gate terminals 35 connected to the pair of gate wiring layers 271.
  • a plurality of the detection wires are provided corresponding to each of the plurality of first elements 401 and the plurality of second elements 402.
  • Each detection wire corresponding to the first element 401 is connected to the main surface electrode 42 of the first element 401 and one detection wiring layer 272 located on the first conductive portion 201.
  • Each detection wire corresponding to the second element 402 is connected to the main surface electrode 42 of the second element 402 and the other detection wiring layer 272 located on the second conductive portion 202.
  • each of the pair of detection terminals 36 connected to the pair of detection wiring layers 272 is applied to the plurality of main surface electrodes 42 corresponding to either the plurality of first elements 401 and the plurality of second elements 402.
  • a voltage (voltage corresponding to the source current) is applied.
  • the sealing resin 80 includes a part of each of the support substrate 10, the first input terminal 31, the second input terminal 32, the first output terminal 33, and the second output terminal 34. It covers the conductive portion 20 and the plurality of semiconductor elements 40.
  • the sealing resin 80 covers the pair of insulating layers 26, the pair of gate wiring layers 271, the pair of detection wiring layers 272, and the wires. Further, the sealing resin 80 covers a part of each of the pair of gate terminals 35 and the pair of detection terminals 36.
  • the constituent material of the sealing resin 80 is, for example, a black epoxy resin.
  • the sealing resin 80 has a resin main surface 81 and a resin bottom surface 82.
  • the resin main surface 81 faces the same side as the support surface 10A of the support substrate 10 in the direction z.
  • the resin bottom surface 82 faces the side opposite to the resin main surface 81 in the direction z.
  • the bottom surface 10B of the bottom plate 13 (supporting substrate 10) is exposed from the resin bottom surface 82.
  • the resin bottom surface 82 has a frame shape surrounding the bottom plate 13. The portions of the pair of gate terminals 35 and the pair of detection terminals 36 exposed from the sealing resin 80 are appropriately bent according to the usage pattern of the semiconductor device A10.
  • the conductive bonding material 49 interposed between the conductive portion 20 and the semiconductor element 40 includes a metal base layer 490, a first bonding layer 491, and a second bonding layer 492, and the metal base layer 490 is the first bonding. It is interposed between the layer 491 and the second bonding layer 492. According to such a configuration, when the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) are bonded, and the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 (conductor layer 25) are bonded, an intermediate is formed.
  • the metal base layer 490 of the above functions as a cushion.
  • the pressing force acting on the boundary between the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) and the boundary between the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 (conductor layer 25) is made uniform.
  • the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 (conductor layer 25) are firmly bonded by solid-phase diffusion bonding, respectively.
  • the semiconductor device A10 including the conductive bonding material 49 it is possible to improve the reliability of the bonding state between the semiconductor element 40 and the conductive portion 20.
  • the Young's modulus of the metal base layer 490 is smaller than the Young's modulus of each constituent material of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492. According to such a configuration, when the conductive bonding material 49 is bonded to the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) and the conductive portion 20 (conductor layer 25) by solid phase diffusion, stress is exerted by the relatively soft metal base layer 490. Is relaxed, and the joint boundary can be smoothed. As a result, the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 (conductor layer 25) are more firmly bonded by solid phase diffusion.
  • the thickness of the metal base layer 490 is larger than the thickness of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the boundary between the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) and the boundary between the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 (conductor layer 25) are formed.
  • the pressing force acting becomes more uniform. Therefore, the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 (conductor layer 25) can each be in a stronger conductive bonding state.
  • the conductive bonding material 49 includes a first intermediate layer 493 and a second intermediate layer 494.
  • the first intermediate layer 493 is interposed between the metal base layer 490 and the first bonding layer 491
  • the second intermediate layer 494 is interposed between the metal base layer 490 and the second bonding layer 492.
  • the configuration having the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is conductive with the boundary portion between the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43) and the second bonding layer 492 during bonding by solid phase diffusion. It is suitable for equalizing the pressing force acting on each of the boundary portions of the portions 20 (conductor layer 25).
  • the Young's modulus of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is relatively large. In this case, the pressing force acting on the bonding boundary portion during solid-phase diffusion bonding becomes more uniform, and the first bonding layer 491 and the semiconductor element 40 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 20 ( The conductor layer 25) can be in a stronger conductive joint state.
  • each constituent material of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 contains silver. According to such a configuration, when bonding by solid phase diffusion using the conductive bonding material 49, oxidation of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is suppressed, and good solid phase diffusion bonding is possible. Become. Further, since each of the back surface electrode 43 and the conductor layer 25 bonded to the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 also contains silver, better solid phase diffusion bonding is possible.
  • the above-mentioned conductive joining material is not particularly limited. It may have the same configuration as 49.
  • the joining member 19 has, for example, a structure in which a plurality of metal layers are laminated, and includes a plurality of metal layers joined by solid phase diffusion.
  • the bonding member 19 may include a metal base layer, a first bonding layer, a second bonding layer, a first intermediate layer, and a second intermediate layer, similarly to the conductive bonding material 49.
  • the specific configurations of the metal base layer, the first bonding layer, the second bonding layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer are as follows: the metal base layer 490, the first bonding layer 491, and the second bonding layer 492 in the conductive bonding material 49. , 1st intermediate layer 493 and 2nd intermediate layer 494, respectively.
  • the first bonding layer of the bonding member 19 is bonded to the conductive portion 20 by solid-phase diffusion of metal
  • the second bonding layer of the bonding member 19 is supported by solid-phase diffusion of metal to support substrate 10 (second support plate 12). Is joined to.
  • the semiconductor device A20 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 20.
  • the illustrated semiconductor device A20 includes a support member 1, a conductive portion 2, a semiconductor laser element 4, a switching element 5, a capacitor 6, a first wire 71, a second wire 72, a third wire 73, and a translucent resin 8.
  • the semiconductor device A20 is used, for example, as a pulsed laser light source of LiDAR, which is an example of two-dimensional distance measurement, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the semiconductor device A20 has a rectangular shape when viewed in the direction z.
  • the translucent resin 8 is omitted.
  • reference numerals 84 to 87 in parentheses indicate four side surfaces of the translucent resin 8 (resin first surface, resin second surface, resin third surface, and resin fourth surface, which will be described later), respectively.
  • the support member 1 supports the semiconductor laser element 4 and the switching element 5 via the conductive portion 2.
  • the support member 1 is made of an insulating material.
  • the material of the support member 1 is not particularly limited, and examples thereof include an epoxy resin and a glass epoxy resin. In the following description, a case where the support member 1 is made of ceramics will be described as an example.
  • the support member 1 has a support surface 1A, a bottom surface 1B, a first surface 14, a second surface 15, a third surface 16 and a fourth surface 17, and is, for example, rectangular in the direction z. The shape.
  • the support surface 1A is a surface facing one side in the direction z, and is a flat surface in the illustrated example.
  • the bottom surface 1B is a surface facing the other side in the direction z opposite to the support surface 1A, and is a flat surface in the illustrated example.
  • the first surface 14 is a surface facing the direction x one side, and is a plane in the illustrated example.
  • the second surface 15 is a surface facing the direction opposite to the first surface 14 x the other side, and is a plane in the illustrated example.
  • the third surface 16 is a surface facing one side in the direction y, and is a plane in the illustrated example.
  • the fourth surface 17 is a surface facing the direction opposite to the third surface 16 x the other side, and is a plane in the illustrated example.
  • the conductive portion 2 is a portion that constitutes a conduction path to the semiconductor laser element 4, the switching element 5, and the like.
  • the material of the conductive portion 2 is not particularly limited, and examples thereof include metals such as copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), and gold (Au).
  • the method for forming the conductive portion 2 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is formed by plating, for example.
  • the illustrated conductive portion 2 includes a main surface portion 21, a bottom surface portion 22, and a connecting portion 23.
  • the main surface portion 21 is arranged on the support surface 1A of the support member 1.
  • the main surface portion 21 has a thin plate shape with the direction z as the thickness direction.
  • the main surface portion 21 includes a plurality of portions, and in the illustrated example, includes a first main surface portion 211, a second main surface portion 212, a third main surface portion 213, and a fourth main surface portion 214.
  • the first main surface portion 211 is arranged on the fourth surface 17 side in the direction y of the support member 1.
  • the first main surface portion 211 has a main surface 211A facing one side in the direction z.
  • the shape of the first main surface portion 211 is not particularly limited, but in the illustrated example, the convex portion 211B is combined with a long rectangle having the direction x as the longitudinal direction.
  • the convex portion 211B is a portion where the portion of the first main surface portion 211 on the third surface 16 side in the direction y protrudes toward the third surface 16 side in the direction y.
  • the convex portion 211B is located in the direction x center of the first main surface portion 211.
  • the first main surface portion 211 is separated from the first surface 14, the second surface 15, and the fourth surface 17.
  • the second main surface portion 212 is arranged closer to the third surface 16 in the direction y than the first main surface portion 211.
  • the second main surface portion 212 has a main surface 212A facing one side in the direction z.
  • the direction x dimension of the second main surface portion 212 is substantially the same as the direction x dimension of the first main surface portion 211.
  • the direction y dimension of the second main surface portion 212 is larger than the direction y dimension of the first main surface portion 211.
  • the second main surface portion 212 overlaps with the first main surface portion 211 when viewed in the direction y.
  • the shape of the second main surface portion 212 is not particularly limited, but in the illustrated example, a part of the rectangular shape is recessed.
  • the second main surface portion 212 has a recess 212B.
  • the recess 212B is a portion where the portion of the second main surface portion 212 on the fourth surface 17 side in the direction y is recessed toward the third surface 16 side in the direction y.
  • the recess 212B is located in the direction x center of the second main surface portion 212. Further, the concave portion 212B overlaps with the convex portion 211B when viewed in the direction y.
  • the area of the second main surface portion 212 is larger than that of the first main surface portion 211, the third main surface portion 213, and the fourth main surface portion 214.
  • the second main surface portion 212 is separated from the first surface 14 and the second surface 15.
  • the third main surface portion 213 is arranged closer to the third surface 16 in the direction y than the second main surface portion 212.
  • the third main surface portion 213 is arranged on the first surface 14 side in the direction x of the support member 1 and on the third surface 16 side in the direction y.
  • the third main surface portion 213 has a main surface 213A facing one side in the direction z.
  • the shape of the third main surface portion 213 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is an elongated rectangular shape having the direction x as the longitudinal direction.
  • the illustrated third main surface portion 213 is separated from the first surface 14 and the third surface 16.
  • the fourth main surface portion 214 is located closer to the second surface 15 in the direction x with respect to the third main surface portion 213, and the third surface portion 214 in the direction y with respect to the second main surface portion 212. It is located closer to 16.
  • the fourth main surface portion 214 has a main surface 214A facing one side in the direction z.
  • the shape of the fourth main surface portion 214 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is rectangular.
  • the direction y dimension of the fourth main surface portion 214 is substantially the same as the direction y dimension of the third main surface portion 213.
  • the direction x dimension of the fourth main surface portion 214 is smaller than the direction x dimension of the third main surface portion 213.
  • the area of the fourth main surface portion 214 is smaller than the area of the third main surface portion 213.
  • the fourth main surface portion 214 overlaps with the third main surface portion 213 when viewed in the direction x. Further, the fourth main surface portion 214 overlaps with the first main surface portion 211 and the second main surface portion 212 when viewed in the direction y.
  • the illustrated fourth main surface portion 214 is separated from the second surface 15 and the third surface 16.
  • the bottom surface portion 22 is arranged on the bottom surface 1B of the support member 1.
  • the bottom surface portion 22 includes a first bottom surface portion 221, a second bottom surface portion 222, a third bottom surface portion 223, and a fourth bottom surface portion 224.
  • the bottom surface portion 22 is used as a mounting terminal when mounting the semiconductor device A20 on a circuit board (not shown) or the like.
  • the first bottom surface portion 221 is arranged on the fourth surface 17 side in the direction y of the support member 1.
  • the shape of the first bottom surface portion 221 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is an elongated rectangular shape having the direction x as the longitudinal direction.
  • the illustrated first bottom surface portion 221 is separated from the first surface 14, the second surface 15, and the fourth surface 17.
  • the second bottom surface portion 222 is arranged closer to the third surface 16 in the direction y than the first bottom surface portion 221.
  • the direction x dimension of the first bottom surface portion 221 is substantially the same as the direction x dimension of the first bottom surface portion 221.
  • the direction y dimension of the second bottom surface portion 222 is larger than the direction y dimension of the first bottom surface portion 221.
  • the second bottom surface portion 222 overlaps with the first bottom surface portion 221 when viewed in the direction y.
  • the shape of the second bottom surface portion 222 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is rectangular.
  • the area of the second bottom surface portion 222 is larger than that of the first bottom surface portion 221 and the third bottom surface portion 223 and the fourth bottom surface portion 224.
  • the illustrated second bottom surface portion 222 is separated from the first surface 14 and the second surface 15.
  • the third bottom surface portion 223 is arranged closer to the third surface 16 in the direction y than the second bottom surface portion 222.
  • the third bottom surface portion 223 is arranged on the first surface 14 side in the direction x of the support member 1 and on the third surface 16 side in the direction y.
  • the shape of the third bottom surface portion 223 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is an elongated rectangular shape having the direction x as the longitudinal direction.
  • the illustrated third bottom surface portion 223 is separated from the first surface 14 and the third surface 16.
  • the fourth bottom surface portion 224 is located closer to the second surface 15 in the direction x with respect to the third bottom surface portion 223, and is located on the third surface in the direction y with respect to the second bottom surface portion 222. It is located closer to 16.
  • the shape of the fourth bottom surface portion 224 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is rectangular.
  • the direction y dimension of the fourth bottom surface portion 224 is substantially the same as the direction y dimension of the third bottom surface portion 223.
  • the direction x dimension of the fourth bottom surface portion 224 is smaller than the direction x dimension of the third bottom surface portion 223.
  • the area of the fourth bottom surface portion 224 is smaller than the area of the third bottom surface portion 223.
  • the fourth bottom surface portion 224 overlaps with the third bottom surface portion 223 when viewed in the direction x. Further, the fourth bottom surface portion 224 overlaps with the first bottom surface portion 221 and the second bottom surface portion 222 when viewed in the direction y. The illustrated fourth bottom surface portion 224 is separated from the second surface 15 and the third surface 16.
  • the contact portion 23 conducts each portion of the main surface portion 21 and each portion of the bottom surface portion 22.
  • the specific configuration of the communication unit 23 is not particularly limited, and in the illustrated example, as shown in FIGS. 12 and 13, the first communication unit 231, the plurality of second communication units 232, and the plurality of third communication units Includes 233 and 4th Liaison Unit 234.
  • the number of the first contact unit 231 and the second contact unit 232, the third contact unit 233, and the fourth contact unit 234 is not particularly limited.
  • the specific configurations of the first communication unit 231 and the second communication unit 232, the third communication unit 233, and the fourth communication unit 234 are not particularly limited, and in the present embodiment, as shown in FIGS. 12 to 14, the directions In the inner region of the support member 1 in z-view (the region separated from the first surface 14, the second surface 15, the third surface 16 and the fourth surface 17), the support member 1 penetrates in the thickness direction.
  • Such a first connecting portion 231, a second connecting portion 232, a third connecting portion 233, and a fourth connecting portion 234 form a plating layer made of metal on the inner surface of the through hole formed in the support member 1. It is provided by the above, and reaches the support surface 1A and the bottom surface 1B.
  • the insides of the first connecting unit 231 and the second connecting unit 232, the third connecting unit 233 and the fourth connecting unit 234 are resin-filled, but are filled with, for example, metal. It may be a configuration.
  • the first connecting portion 231 is connected to the first main surface portion 211 and the first bottom surface portion 221, and the first main surface portion 211 and the first bottom surface portion 221 are connected to each other. There is.
  • the plurality of second connecting portions 232 are connected to the second main surface portion 212 and the second bottom surface portion 222, and connect the second main surface portion 212 and the second bottom surface portion 222. doing.
  • the plurality of second communication units 232 are arranged in a matrix along the direction x and the direction y.
  • the plurality of third connecting portions 233 are connected to the third main surface portion 213 and the third bottom surface portion 223, and the third main surface portion 213 and the third bottom surface portion 223 are connected to each other. doing.
  • the plurality of third communication units 233 are arranged along the direction x.
  • the plurality of third communication units 233 are arranged closer to the third surface 16 in the direction y.
  • the fourth connecting portion 234 is connected to the fourth main surface portion 214 and the fourth bottom surface portion 224, and the fourth main surface portion 214 and the fourth bottom surface portion 224 are connected to each other. There is. Unlike the illustrated example, the configuration may include a plurality of fourth communication units 234.
  • the semiconductor laser element 4 is a light source of the semiconductor device A20 and includes an active layer made of a semiconductor or the like.
  • the semiconductor laser element 4 has an element body 41, a first laser electrode 44, and a second laser electrode 45.
  • the element main body 41 has an element main surface 411 and an element back surface 412.
  • the element main surface 411 and the element back surface 412 face opposite to each other in the direction z.
  • the element main surface 411 is a surface facing the same side as the main surface 211A in the direction z.
  • the back surface 412 of the element faces the main surface 211A.
  • the first laser electrode 44 is arranged on the element main surface 411.
  • the second laser electrode 45 is arranged on the back surface 412 of the element. In FIG. 12, the first laser electrode 44 is omitted.
  • the first laser electrode 44 is the anode electrode and the second laser electrode 45 is the cathode electrode.
  • the second laser electrode 45 has a configuration in which a plurality of types of metal layers such as silver, nickel, and silver are laminated.
  • the semiconductor laser element 4 is arranged on the first main surface portion 211.
  • the second laser electrode 45 of the semiconductor laser element 4 is electrically bonded to the main surface 211A of the first main surface portion 211 by the conductive bonding material 49.
  • the semiconductor laser device 4 overlaps the convex portion 211B and the concave portion 212B when viewed in the direction y.
  • the semiconductor laser element 4 emits the laser light L to the side facing the fourth surface 17 in the direction y. Further, in the illustrated example, the semiconductor laser element 4 overlaps with the first connecting portion 231 in the direction z.
  • the conductive bonding material 49 is interposed between the conductive portion 2 (the first main surface portion 211 of the main surface portion 21) and the semiconductor laser element 4.
  • the conductive bonding material 49 has a size larger than that of the semiconductor laser element 4 in the direction z, and the entire semiconductor laser element 4 overlaps the conductive bonding material 49 in the direction z.
  • the conductive bonding material 49 has a structure in which a plurality of metal layers are laminated. As shown in FIGS. 15 and 16, in the semiconductor device A20, the conductive bonding material 49 includes a metal base layer 490, a first bonding layer 491, and a second bonding layer 492. Also in the present embodiment, as shown in FIGS. 17 to 20, the conductive bonding material 49 further includes a first intermediate layer 493 and a second intermediate layer 494.
  • the metal base layer 490 occupies most of the volume of the conductive bonding material 49.
  • the thickness of the metal base layer 490 is, for example, about 10 to 200 ⁇ m.
  • the constituent material of the metal base layer 490 contains, for example, at least one of aluminum, titanium, zinc, hafnium and erbium. In the present embodiment, the constituent material of the metal base layer 490 includes aluminum. When the constituent material of the metal base layer 490 is aluminum, the Young's modulus of the metal base layer 490 is 70.3 GPa.
  • the first bonding layer 491 is interposed between the metal base layer 490 and the semiconductor laser device 4. In this embodiment, as shown in FIGS. 17 and 18, the first bonding layer 491 is formed on the first intermediate layer 493.
  • the constituent material of the first bonding layer 491 includes, for example, at least one of silver, copper and gold. In the present embodiment, the constituent material of the first bonding layer 491 contains silver.
  • the first bonding layer 491 is bonded to the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45) by solid-phase diffusion of a metal.
  • the constituent material of the second laser electrode 45 includes, for example, silver.
  • the thickness of the second laser electrode 45 is smaller than the thickness of the first bonding layer 491, and the second laser electrode 45 is formed by, for example, a sputtering method.
  • the second bonding layer 492 is interposed between the metal base layer 490 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211). In this embodiment, as shown in FIGS. 19 and 20, the second bonding layer 492 is formed on the second intermediate layer 494.
  • the constituent material of the second bonding layer 492 includes, for example, at least one of silver, copper and gold. In the present embodiment, the constituent material of the second bonding layer 492 contains silver.
  • the second bonding layer 492 is bonded to the conductive portion 2 (first main surface portion 211) by solid phase diffusion of the metal.
  • each of the constituent materials of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is silver
  • the Young's modulus of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is 82.7 GPa. Therefore, as shown by the Young's modulus of the metal base layer 490 (70.3 GPa) described above, the Young's modulus of the metal base layer 490 is smaller than the Young's modulus of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the thickness of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is, for example, about 2 to 5 ⁇ m, which is smaller than the thickness of the metal base layer 490.
  • the first intermediate layer 493 is interposed between the metal base layer 490 and the first bonding layer 491.
  • the first intermediate layer 493 is formed on the metal base layer 490.
  • the second intermediate layer 494 is interposed between the metal base layer 490 and the second bonding layer 492.
  • the second intermediate layer 494 is formed on the metal base layer 490.
  • Each constituent material of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 contains, for example, nickel.
  • the Young's modulus of each of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is 200 GPa.
  • the thickness of each of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is, for example, about 0.2 to 2 ⁇ m, which is smaller than the thickness of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the laminated structure of the conductive bonding material 49 is formed by, for example, a sputtering method or a plating process.
  • the method of forming the conductive bonding material 49 is, for example, the same as that of the conductive bonding material 49 in the semiconductor device A10 described above.
  • the method of joining the conductive portion 2 (first main surface portion 211) and the semiconductor laser element 4 using the conductive bonding material 49 is also the same as the method described with reference to FIG. 11 in the semiconductor device A10 described above. ..
  • the portion of the conductive bonding material 49 that overlaps with the semiconductor laser element 4 when viewed in the direction z is from the semiconductor laser element 4 side. It is slightly dented by receiving pressing pressure. Then, as shown in FIG. 16, in the conductive bonding material 49, the boundary portion between the portion that overlaps with the semiconductor laser element 4 in the direction z and the portion that does not overlap with the semiconductor laser element 4 in the direction z. A step is formed in.
  • the first bonding layer 491 and the second laser electrode A gap 495 may occur at the interface with the 45 (semiconductor laser element 4) and at the interface between the second bonding layer 492 and the first main surface portion 211 (conductive portion 2).
  • the first bonding layer 491 and the second laser electrode A gap 495 may occur at the interface with the 45 (semiconductor laser element 4) and at the interface between the second bonding layer 492 and the first main surface portion 211 (conductive portion 2).
  • the conductive bonding material 49 when viewed in the direction z, is slightly inside (viewed in the direction z) from the boundary portion between the portion where the conductive bonding material 49 overlaps the semiconductor laser element 4 and the portion where the conductive bonding material 49 does not overlap.
  • the boundary surface between the first bonding layer 491 and the second laser electrode 45 (semiconductor laser element 4) and the second bonding layer 492 and the first main surface portion In the portion where the conductive bonding material 49 overlaps the semiconductor laser element 4), the boundary surface between the first bonding layer 491 and the second laser electrode 45 (semiconductor laser element 4) and the second bonding layer 492 and the first main surface portion. There are no voids on the interface with 211 (conductive portion 2). As can be understood from these facts, the first bonding layer 491 and the second laser electrode 45, and the second bonding layer 492 and the first main surface portion 211 are each firmly bonded by solid phase diffusion.
  • the switching element 5 is an element for turning on / off the current to the semiconductor laser element 4.
  • the switching element 5 is a transistor such as an FET made of, for example, Si, SiC, or GaN. When the switching element 5 is made of SiC, it is suitable for speeding up switching.
  • the switching element 5 has an element body 51, a gate electrode 52, a source electrode 53, and a drain electrode 54.
  • the element body 51 is made of a semiconductor material such as Si or SiC, and has an element main surface 511 and an element back surface 512.
  • the element main surface 511 is a surface facing the same side as the main surface 212A in the direction z.
  • the element back surface 512 is a surface facing the same side as the bottom surface 1B in the direction z, and faces the main surface 212A.
  • the gate electrode 52 is arranged on the element main surface 511. In the illustrated example, the gate electrode 52 is arranged closer to the second surface 15 in the direction x and closer to the third surface 16 in the direction y.
  • the shape of the gate electrode 52 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is rectangular in the direction z.
  • the source electrode 53 is arranged on the element main surface 511.
  • the source electrode 53 is L-shaped when viewed in the direction z, and is a region on the first surface 14 side in the direction x and a region closer to the fourth surface 17 in the direction y with respect to the gate electrode 52. It is located in.
  • the drain electrode 54 is arranged on the back surface 512 of the element, and in the illustrated example, covers substantially the entire back surface of the element 512.
  • the switching element 5 is arranged on the second main surface portion 212. Specifically, the drain electrode 54 of the switching element 5 is electrically bonded to the main surface 212A of the second main surface portion 212 by the conductive bonding material 59. In the present embodiment, the switching element 5 is arranged on the second main surface portion 212 toward the first surface 14 in the direction x. The switching element 5 overlaps all of the plurality of second communication units 232 in the direction z. The switching element 5 overlaps with the semiconductor laser element 4 when viewed in the direction y.
  • the conductive bonding material 59 is interposed between the conductive portion 2 (the second main surface portion 212 of the main surface portion 21) and the switching element 5.
  • the conductive bonding material 59 has a size larger than that of the switching element 5 when viewed in the direction z, and the entire switching element 5 overlaps the conductive bonding material 59 when viewed in the direction z.
  • the conductive bonding material 59 has a structure in which a plurality of metal layers are laminated.
  • the conductive bonding material 59 like the conductive bonding material 49, includes a metal base layer, a first bonding layer, a second bonding layer, a first intermediate layer, and a second intermediate layer.
  • the specific configurations of the metal base layer, the first bonding layer, the second bonding layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer are as follows: the metal base layer 490, the first bonding layer 491, and the second bonding layer 492 in the conductive bonding material 49. , 1st intermediate layer 493 and 2nd intermediate layer 494, respectively.
  • the first bonding layer of the conductive bonding material 59 is bonded to the switching element 5 (drain electrode 54) by solid-phase diffusion of metal
  • the second bonding layer of the conductive bonding material 59 is a conductive portion by solid-phase diffusion of metal. It is joined to 2 (second main surface portion 212).
  • the method of forming the conductive bonding material 59 is, for example, the same as that of the conductive bonding material 49 in the semiconductor device A10 described above.
  • the method of joining the conductive portion 2 (second main surface portion 212) and the switching element 5 using the conductive bonding material 59 is also the same as the method described with reference to FIG. 11 in the semiconductor device A10 described above.
  • the capacitor 6 is for temporarily storing an electric charge that should be a current that energizes the semiconductor laser element 4.
  • the capacitor 6 has an electrode 61 and an electrode 62.
  • the electrode 61 is conductively bonded to the first main surface portion 211 by a bonding member (not shown).
  • the electrode 62 is conductively bonded to the second main surface portion 212 by a bonding member (not shown).
  • the joining member is, for example, solder.
  • the semiconductor device A20 includes two capacitors 6.
  • the two capacitors 6 are connected in parallel with each other. Further, in the present embodiment, the two capacitors 6 are arranged on both sides in the direction x with the semiconductor laser element 4 interposed therebetween. The two capacitors 6 do not overlap the concave portion 212B and the convex portion 211B in the direction y.
  • the plurality of first wires 71 are connected to the source electrode 53 of the switching element 5 and the first laser electrode 44 of the semiconductor laser element 4.
  • the first wire 71 is made of, for example, a metal such as Au, Cu, Al, and in the present embodiment, is made of Au.
  • the number of the plurality of first wires 71 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is three.
  • the plurality of first wires 71 are connected to the portion of the source electrode 53 near the fourth surface 17 in the direction y.
  • the plurality of first wires 71 are connected to the first laser electrode 44 of the semiconductor laser element 4 so as to be aligned in the direction y.
  • the plurality of second wires 72 are connected to the source electrode 53 of the switching element 5 and the third main surface portion 213 of the main surface portion 21 of the conductive portion 2.
  • the second wire 72 is made of, for example, a metal such as Au, Cu, Al, and in the present embodiment, is made of Au as well as the first wire 71.
  • the number of the plurality of second wires 72 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is two, which is smaller than the number of the plurality of first wires 71. Therefore, the resistance value of the plurality of first wires 71 is smaller than the resistance value of the plurality of second wires 72.
  • the plurality of second wires 72 are connected to the portion of the source electrode 53 near the third surface 16 in the direction y.
  • the plurality of second wires 72 are connected to the third main surface portion 213 so as to be aligned in the direction x.
  • the third wire 73 is connected to the gate electrode 52 of the switching element 5 and the fourth main surface portion 214 of the main surface portion 21 of the conductive portion 2.
  • the third wire 73 is made of, for example, a metal such as Au, Cu, Al, and in the present embodiment, is made of Au.
  • the number of the third wire 73 is not particularly limited, and is one in the illustrated example.
  • the translucent resin 8 is arranged on the support surface 1A of the support member 1, and includes the support surface 1A, the semiconductor laser element 4, the switching element 5, the plurality of capacitors 6, the plurality of first wires 71, and the plurality of second. It covers the wire 72 and the third wire 73.
  • the translucent resin 8 is made of a material that transmits the laser light L from the semiconductor laser element 4, and is made of, for example, a transparent epoxy resin or a silicone resin.
  • the shape of the translucent resin 8 is not particularly limited, and in the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 14, the translucent resin 8 has a resin main surface 81, a resin first surface 84, and a resin second surface 85. , Has a resin third surface 86 and a resin fourth surface 87.
  • the resin main surface 81 is a surface facing the same side as the support surface 1A in the direction z, and is a flat surface in the illustrated example.
  • the first surface 84 of the resin is a surface facing the same side as the first surface 14 in the direction x. In the illustrated example, the first surface 84 of the resin is a flat surface and is flush with the first surface 14.
  • the resin second surface 85 is a surface facing the same side as the second surface 15 in the direction x. In the illustrated example, the resin second surface 85 is flat and flush with the second surface 15.
  • the resin third surface 86 is a surface facing the same side as the third surface 16 in the direction y. In the illustrated example, the resin third surface 86 is flat and flush with the third surface 16.
  • the fourth surface 87 of the resin is a surface facing the same side as the fourth surface 17 in the direction y.
  • the resin fourth surface 87 is a flat surface and is flush with the resin fourth surface 87.
  • the laser light L from the semiconductor laser element 4 is emitted from the resin fourth surface 87 of the translucent resin 8.
  • the conductive bonding material 49 interposed between the conductive portion 2 and the semiconductor laser element 4 includes a metal base layer 490, a first bonding layer 491, and a second bonding layer 492.
  • the first bonding layer 491 and the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are conductively bonded by solid-phase diffusion of a metal, respectively.
  • a metal base layer 490 is interposed between the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the first bonding layer 491 and the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are respectively solidified by solid phase diffusion.
  • the metal base layer 490 functions as a cushion.
  • the pressure is made uniform. Therefore, the first bonding layer 491 and the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are firmly bonded by solid phase diffusion bonding, respectively. There is.
  • the semiconductor device A20 provided with the conductive bonding material 49, it is possible to improve the reliability of the bonding state between the semiconductor laser element 4 and the conductive portion 2.
  • the Young's modulus of the metal base layer 490 is smaller than the Young's modulus of each constituent material of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492. According to such a configuration, when the conductive bonding material 49 is bonded to the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45) and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) by solid phase diffusion, it is relatively soft. The stress is relaxed by the metal base layer 490, and the joint boundary portion can be smoothed. As a result, the first bonding layer 491 and the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are more firmly bonded by solid phase diffusion. ..
  • the thickness of the metal base layer 490 is larger than the thickness of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the conductive bonding material 49 includes a first intermediate layer 493 and a second intermediate layer 494.
  • the first intermediate layer 493 is interposed between the metal base layer 490 and the first bonding layer 491
  • the second intermediate layer 494 is interposed between the metal base layer 490 and the second bonding layer 492.
  • the configuration having the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 includes a boundary portion between the first bonding layer 491 and the semiconductor laser device 4 (second laser electrode 45) and a second bonding layer during bonding by solid phase diffusion. It is suitable for equalizing the pressing force acting on each of the boundary portions between the 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211).
  • the Young's modulus of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is relatively large. In this case, the pressing force acting on the bonding boundary during solid-phase diffusion bonding becomes more uniform, and the first bonding layer 491 and the semiconductor laser element 4 (second laser electrode 45) and the second bonding layer 492 are conductive.
  • the portion 2 (first main surface portion 211) may be in a stronger conductive joint state.
  • each constituent material of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 contains silver. According to such a configuration, when bonding by solid phase diffusion using the conductive bonding material 49, oxidation of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is suppressed, and good solid phase diffusion bonding is possible. Become.
  • the conductive bonding material 59 interposed between the conductive portion 2 and the switching element 5 is a metal base layer, a first bonding layer, a second bonding layer, a first intermediate layer, and a second intermediate, similarly to the conductive bonding material 49. Includes layers.
  • the specific configurations of the metal base layer, the first bonding layer, the second bonding layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer are as follows: the metal base layer 490, the first bonding layer 491, and the second bonding layer 492 in the conductive bonding material 49. , 1st intermediate layer 493 and 2nd intermediate layer 494, respectively. Therefore, the conductive bonding material 59 can also improve the reliability of the bonding state between the switching element 5 and the conductive portion 20. By providing the conductive bonding material 59, the same effect as described above can be obtained with respect to the conductive bonding material 49.
  • the semiconductor device A30 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 21 to 28.
  • the illustrated semiconductor device A30 includes a support member 1, a weir portion 18, a conductive portion 2, an LED element 400, a wire 7, and a translucent resin 8.
  • the semiconductor device A30 is used as a light source in various lighting devices, display devices, and the like.
  • the semiconductor device A30 has a rectangular shape when viewed in the direction z.
  • the direction x and the direction y correspond to the directions along the rectangular sides of the semiconductor device A20, respectively.
  • the translucent resin 8 is omitted.
  • the support member 1 supports the LED element 400 via the conductive portion 2.
  • the support member 1 is made of an insulating material.
  • the material of the support member 1 is not particularly limited, and examples thereof include an epoxy resin and a glass epoxy resin. In the following description, a case where the support member 1 is made of ceramics will be described as an example.
  • the support member 1 has a support surface 1A and a bottom surface 1B, and is, for example, rectangular in the direction z.
  • the support surface 1A is a surface facing one side in the direction z, and is a flat surface in the illustrated example.
  • the bottom surface 1B is a surface facing the other side in the direction z opposite to the support surface 1A, and is a flat surface in the illustrated example.
  • the conductive portion 2 is a portion that constitutes a conduction path to the LED element 400.
  • the material of the conductive portion 2 is not particularly limited, and examples thereof include metals such as copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), and gold (Au).
  • the method for forming the conductive portion 2 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is formed by plating, for example.
  • the illustrated conductive portion 2 includes a main surface portion 21, a bottom surface portion 22, and a connecting portion 23.
  • the main surface portion 21 is arranged on the support surface 1A of the support member 1.
  • the main surface portion 21 has a thin plate shape with the direction z as the thickness direction.
  • the main surface portion 21 includes a first main surface portion 211 and a second main surface portion 212.
  • the first main surface portion 211 is arranged at the center of the support member 1 in the direction z-view.
  • the first main surface portion 211 has a main surface 211A facing one side in the direction z.
  • the shape of the first main surface portion 211 is not particularly limited, but in the illustrated example, it is rectangular.
  • the second main surface portion 212 is arranged closer to the direction x one side than the first main surface portion 211.
  • the shape of the second main surface portion 212 is not particularly limited, and in the illustrated example, it is rectangular.
  • the area of the second main surface portion 212 is smaller than that of the first main surface portion 211.
  • the bottom surface portion 22 is arranged on the bottom surface 1B of the support member 1.
  • the bottom surface portion 22 includes a first bottom surface portion 221 and a second bottom surface portion 222.
  • the bottom surface portion 22 is used as a mounting terminal when the semiconductor device A30 is mounted on a circuit board (not shown) or the like.
  • the first bottom surface portion 221 is arranged at the center of the support member 1 in the direction z-view.
  • the shape of the first bottom surface portion 221 is not particularly limited, and is rectangular in the present embodiment.
  • the second bottom surface portion 222 is arranged closer to the direction x one side than the first bottom surface portion 221.
  • the shape of the second bottom surface portion 222 is not particularly limited, and is rectangular in the present embodiment.
  • the area of the second bottom surface portion 222 is smaller than that of the first bottom surface portion 221.
  • the contact portion 23 conducts each portion of the main surface portion 21 and each portion of the bottom surface portion 22.
  • the specific configuration of the communication unit 23 is not particularly limited, and in the illustrated example, as shown in FIGS. 21 and 22, the first communication unit 231 and the second communication unit 232 are included. In the illustrated example, one first communication unit 231 is provided, but the number of the first communication units 231 is not particularly limited.
  • first connecting unit 231 and the second connecting unit 232 are not particularly limited, and in the present embodiment, as shown in FIGS. 21 and 22, in the inner region of the support member 1 in the direction z view, It penetrates the support member 1 in the thickness direction.
  • Such a first connecting portion 231 and a second connecting portion 232 are provided by filling the through holes formed in the support member 1 with metal, and reach the support surface 1A and the bottom surface 1B. ..
  • the first connecting portion 231 and the second connecting portion 232 may be provided by forming a plating layer made of metal on the inner surface of the through hole formed in the support member 1, in which case.
  • the inside of the first connecting portion 231 and the second connecting portion 232 is filled with resin.
  • the first connecting portion 231 is connected to the first main surface portion 211 and the first bottom surface portion 221 and connects the first main surface portion 211 and the first bottom surface portion 221.
  • the second connecting portion 232 is connected to the second main surface portion 212 and the second bottom surface portion 222, and connects the second main surface portion 212 and the second bottom surface portion 222.
  • the LED element 400 is a light source of the semiconductor device A30, and includes an active layer composed of a semiconductor layer and the like.
  • the LED element 400 has an element main body 41, an electrode pad 421, and a back surface electrode 43.
  • the element body 41 is made of, for example, a GaN-based semiconductor, and emits blue light, for example.
  • the element main body 41 has an element main surface 411 and an element back surface 412.
  • the element main surface 411 and the element back surface 412 face opposite to each other in the direction z.
  • the element main surface 411 is a surface facing the same side as the main surface 211A in the direction z.
  • the back surface 412 of the element is a surface facing the same side as the bottom surface 1B in the direction z, and faces the main surface 211A.
  • the electrode pad 421 is arranged on the element main surface 411.
  • the back surface electrode 43 is arranged on the back surface 412 of the element.
  • the electrode pad 421 is the anode electrode and the back electrode 43 is the cathode electrode.
  • the back electrode 43 is made of, for example, silver.
  • the LED element 400 is arranged on the first main surface portion 211. Specifically, the back electrode 43 of the LED element 400 is electrically bonded to the main surface 211A of the first main surface portion 211 by the conductive bonding material 49. In the LED element 400, the light emitted from the element main body 41 is emitted to the side (direction z one side) facing the element main surface 411. In the illustrated example, the LED element 400 overlaps with the first communication unit 231 in the direction z.
  • the conductive bonding material 49 is interposed between the conductive portion 2 (the first main surface portion 211 of the main surface portion 21) and the LED element 400.
  • the conductive bonding material 49 has a size larger than that of the LED element 400 when viewed in the direction z, and the entire LED element 400 overlaps the conductive bonding material 49 when viewed in the direction z.
  • the conductive bonding material 49 has a structure in which a plurality of metal layers are laminated. As shown in FIGS. 23 and 24, in the semiconductor device A30, the conductive bonding material 49 includes a metal base layer 490, a first bonding layer 491, and a second bonding layer 492. As shown in FIGS. 25 to 28, the conductive bonding material 49 further includes a first intermediate layer 493 and a second intermediate layer 494.
  • the metal base layer 490 occupies most of the volume of the conductive bonding material 49.
  • the thickness of the metal base layer 490 is, for example, about 10 to 200 ⁇ m.
  • the constituent material of the metal base layer 490 contains, for example, at least one of aluminum, titanium, zinc, hafnium and erbium. In the present embodiment, the constituent material of the metal base layer 490 includes aluminum. When the constituent material of the metal base layer 490 is aluminum, the Young's modulus of the metal base layer 490 is 70.3 GPa.
  • the first bonding layer 491 is interposed between the metal base layer 490 and the LED element 400.
  • the first bonding layer 491 is formed on the first intermediate layer 493.
  • the constituent material of the first bonding layer 491 includes, for example, at least one of silver, copper and gold. In the present embodiment, the constituent material of the first bonding layer 491 contains silver.
  • the first bonding layer 491 is bonded to the LED element 400 (back surface electrode 43) by solid phase diffusion of metal.
  • the constituent material of the back surface electrode 43 includes, for example, silver.
  • the thickness of the back surface electrode 43 is smaller than the thickness of the first bonding layer 491, and the back surface electrode 43 is formed by, for example, a sputtering method.
  • the second bonding layer 492 is interposed between the metal base layer 490 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211). In this embodiment, as shown in FIGS. 27 and 28, the second bonding layer 492 is formed on the second intermediate layer 494.
  • the constituent material of the second bonding layer 492 includes, for example, at least one of silver, copper and gold. In the present embodiment, the constituent material of the second bonding layer 492 contains silver.
  • the second bonding layer 492 is bonded to the conductive portion 2 (first main surface portion 211) by solid phase diffusion of the metal.
  • each of the constituent materials of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is silver
  • the Young's modulus of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is 82.7 GPa. Therefore, as shown by the Young's modulus of the metal base layer 490 (70.3 GPa) described above, the Young's modulus of the metal base layer 490 is smaller than the Young's modulus of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the thickness of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is, for example, about 2 to 5 ⁇ m, which is smaller than the thickness of the metal base layer 490.
  • the first intermediate layer 493 is interposed between the metal base layer 490 and the first bonding layer 491.
  • the first intermediate layer 493 is formed on the metal base layer 490.
  • the second intermediate layer 494 is interposed between the metal base layer 490 and the second bonding layer 492.
  • the second intermediate layer 494 is formed on the metal base layer 490.
  • Each constituent material of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 contains, for example, nickel.
  • the Young's modulus of each of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is 200 GPa.
  • the thickness of each of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is, for example, about 0.2 to 2 ⁇ m, which is smaller than the thickness of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the laminated structure of the conductive bonding material 49 is formed by, for example, a sputtering method or a plating process.
  • the method of forming the conductive bonding material 49 is, for example, the same as that of the conductive bonding material 49 in the semiconductor device A10 described above.
  • the method of joining the conductive portion 2 (first main surface portion 211) and the LED element 400 using the conductive bonding material 49 is also the same as the method described with reference to FIG. 11 in the semiconductor device A10 described above.
  • the portion of the conductive bonding material 49 that overlaps with the semiconductor laser element 4 when viewed in the direction z is pushed from the semiconductor laser element 4 side. It dents slightly when it receives pressure. Then, as shown in FIG. 24, in the conductive bonding material 49, there is a step at the boundary between the portion that overlaps the LED element 400 when viewed in the direction z and the portion that does not overlap the LED element 400 when viewed in the direction z. Is formed.
  • the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43 are located near the boundary between the portion where the conductive bonding material 49 overlaps the LED element 400 and the portion where the conductive bonding material 49 does not overlap when viewed in the direction z.
  • a gap 495 may occur at the interface with the element 400) and at the interface between the second bonding layer 492 and the first main surface portion 211 (conductive portion 2).
  • the conductive bonding material 49 is slightly inside the boundary portion between the portion where the conductive bonding material 49 overlaps the LED element 400 and the portion where the conductive bonding material 49 does not overlap (when viewed in the direction z).
  • the first bonding layer 491 and the back surface electrode 43, and the second bonding layer 492 and the first main surface portion 211 are each firmly bonded by solid phase diffusion.
  • the wire 7 is connected to the electrode pad 421 of the LED element 400 and the second main surface portion 212 of the conductive portion 2.
  • the wire 7 is made of, for example, a metal such as Au, Cu, Al, and in the present embodiment, is made of Au.
  • the weir portion 18 is arranged on the support surface 1A of the support member 1.
  • the weir portion 18 has a frame shape that is closed when viewed in the direction z, has a rectangular outer edge, and has a circular inner edge.
  • the weir portion 18 surrounds the LED element 400 and the translucent resin 8 when viewed in the direction z.
  • the weir portion 18 is made of, for example, a white silicone resin.
  • the translucent resin 8 is filled in the space surrounded by the weir portion 18, and covers a part of the support surface 1A of the support member 1, the LED element 400, and the wire 7.
  • the translucent resin 8 is made of a material that transmits light from the LED element 400, and is made of a material in which a fluorescent material is mixed with, for example, a transparent silicone resin or an epoxy resin.
  • a fluorescent material for example, a material that emits yellow light when excited by blue light from the LED element 400 is adopted. As a result, white light is emitted from the semiconductor device A30.
  • the conductive bonding material 49 interposed between the conductive portion 2 and the LED element 400 includes a metal base layer 490, a first bonding layer 491, and a second bonding layer 492.
  • the first bonding layer 491 and the LED element 400 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are conductively bonded by solid-phase diffusion of a metal, respectively, and the first bonding is performed.
  • a metal base layer 490 is interposed between the layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the metal base layer 490 functions as a cushion.
  • the pressing force acting on the boundary between the first bonding layer 491 and the LED element 400 (back surface electrode 43) and the boundary between the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are uniform. Is planned. Therefore, the first bonding layer 491 and the LED element 400 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are firmly bonded by solid phase diffusion bonding, respectively.
  • the semiconductor device A30 provided with the conductive bonding material 49, it is possible to improve the reliability of the bonding state between the LED element 400 and the conductive portion 2.
  • the Young's modulus of the metal base layer 490 is smaller than the Young's modulus of each constituent material of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492. According to such a configuration, when the conductive bonding material 49 is bonded to the LED element 400 (back surface electrode 43) and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) by solid phase diffusion, the relatively soft metal base layer 490 This relieves stress and smoothes the joint boundary. As a result, the first bonding layer 491 and the LED element 400 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 (first main surface portion 211) are more firmly bonded by solid phase diffusion.
  • the thickness of the metal base layer 490 is larger than the thickness of each of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492.
  • the conductive bonding material 49 includes a first intermediate layer 493 and a second intermediate layer 494.
  • the first intermediate layer 493 is interposed between the metal base layer 490 and the first bonding layer 491
  • the second intermediate layer 494 is interposed between the metal base layer 490 and the second bonding layer 492.
  • the configuration having the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is conductive with the boundary portion between the first bonding layer 491 and the LED element 400 (back surface electrode 43) and the second bonding layer 492 during bonding by solid phase diffusion. It is suitable for equalizing the pressing force acting on each of the boundary portions of the portion 2 (first main surface portion 211).
  • the Young's modulus of the first intermediate layer 493 and the second intermediate layer 494 is relatively large. In this case, the pressing force acting on the bonding boundary portion during solid phase diffusion bonding becomes more uniform, and the first bonding layer 491 and the LED element 400 (back surface electrode 43), and the second bonding layer 492 and the conductive portion 2 ( The first main surface portion 211) may be in a stronger conductive joint state.
  • each constituent material of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 contains silver. According to such a configuration, when bonding by solid phase diffusion using the conductive bonding material 49, oxidation of the first bonding layer 491 and the second bonding layer 492 is suppressed, and good solid phase diffusion bonding is possible. Become.
  • each layer constituting the conductive bonding material of the present disclosure are not limited to the above-described embodiment.
  • the conductive bonding material has a metal base layer, a first bonding layer, a second bonding layer, a first intermediate layer and a second intermediate layer has been described, but for example, the first intermediate layer and the second intermediate layer have been described. It may be configured not to have.
  • the conductive bonding material in addition to the above-mentioned metal base layer, first bonding layer, second bonding layer, first intermediate layer and second intermediate layer, for example, between the metal base layer and the first bonding layer or with the metal base layer.
  • Another metal layer may be interposed between the second bonding layer 492 and the second bonding layer 492.
  • Appendix 1 A conductive part with a main surface and The semiconductor element mounted on the main surface and A conductive bonding material that is interposed between the conductive portion and the semiconductor element and conductively joins the conductive portion and the semiconductor element is provided.
  • the conductive bonding material includes a metal base layer, a first bonding layer, and a second bonding layer, and the first bonding layer is interposed between the metal base layer and the semiconductor element, and is a solid phase of the metal.
  • a semiconductor device that is bonded to the semiconductor element by diffusion, the second bonding layer is interposed between the metal base layer and the conductive portion, and is bonded to the conductive portion by solid-phase diffusion of a metal.
  • the semiconductor device according to Appendix 1 wherein the Young's modulus of the metal base layer is smaller than the Young's modulus of each of the first bonding layer and the second bonding layer.
  • Appendix 3. The semiconductor device according to Appendix 2, wherein the thickness of the metal base layer is larger than the thickness of each of the first bonding layer and the second bonding layer.
  • Appendix 4. The semiconductor device according to Appendix 3, wherein the constituent material of the metal base layer contains at least one of aluminum, titanium, zinc, hafnium and erbium.
  • Appendix 5 The semiconductor device according to Appendix 4, wherein each of the constituent materials of the first bonding layer and the second bonding layer contains at least one of silver, copper, and gold. Appendix 6.
  • the semiconductor element has an element body and a back surface electrode formed on the element body.
  • Appendix 7. The semiconductor device according to Appendix 6, wherein the thickness of each of the first bonding layer and the second bonding layer is larger than the thickness of the back electrode.
  • Appendix 8. The conductive bonding material includes a first intermediate layer and a second intermediate layer, the first intermediate layer is interposed between the metal base layer and the first bonding layer, and the second intermediate layer is the said.
  • each of the constituent materials of the first intermediate layer and the second intermediate layer contains nickel.
  • Appendix 10. The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 9, further comprising a support substrate having a support surface facing the conductive portion. Appendix 11. Further provided with a joining member for joining the conductive portion to the support substrate, The semiconductor device according to Appendix 10, wherein the bonding member includes a plurality of metal layers bonded by solid phase diffusion. Appendix 12.
  • a sealing resin that covers the conductive portion, the semiconductor element, and a part of the support substrate is further provided, the support substrate has a bottom surface opposite to the support surface, and the bottom surface is the seal.
  • the semiconductor element includes a first switching element and a second switching element
  • the conductive portion includes a first conductive portion to which the first switching element is conductively bonded and a second conductive portion to which the second switching element is conductively bonded.
  • the first input terminal is connected to the first conductive portion
  • the second input terminal is connected to the second switching element
  • the first output terminal and the second output terminal are connected to the second conductive portion.
  • the semiconductor device according to Appendix 12 wherein the sealing resin covers a part of each of the first input terminal, the second input terminal, the first output terminal, and the second output terminal. Appendix 14.
  • a support member having a support surface for supporting the semiconductor element is further provided.
  • the semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 9, wherein the conductive portion includes a main surface portion, a bottom surface portion, and a connecting portion that conducts the main surface portion and the bottom surface portion.
  • the semiconductor element includes a semiconductor laser element and a switching element.
  • the conductive portion includes a first portion and a second portion that are separated from each other.
  • the semiconductor device according to Appendix 14 wherein the semiconductor laser element is conduction-bonded to the first part, and the switching element is conduction-bonded to the second part.
  • Appendix 16 The semiconductor device according to Appendix 15, further comprising a translucent resin that covers the semiconductor laser element, the switching element, and the support surface of the support member. Appendix 17.
  • the semiconductor element includes an LED element.
  • the semiconductor device according to Appendix 14 wherein the translucent resin covers the LED element and at least a part of the support surface of the support member.
  • a frame-shaped weir portion arranged on the support surface of the support member is further provided.
  • A10, A20, A30 Semiconductor device 1 Support member 1A Support surface 1B Bottom plate 10 Support substrate 10A Support surface 10B Bottom surface 11 First support plate 12 Second support plate 121 First region 122 Second region 123 Third region 13 Bottom plate 13A Recess 14 1st surface 15 2nd surface 16 3rd surface 17 4th surface 18 Dam part 19 Joint member 2 Conductive part 20 Conductive part 20A Main surface 20B Back surface 201 1st conductive part 202 2nd conductive part 203 3rd conductive part 21 Main surface part 21A Main surface 211 First main surface portion 211A Main surface 211B Convex portion 212 Second main surface portion 212A Main surface 212B Recessed 213 Third main surface portion 213A Main surface 214 Fourth main surface portion 214A Main surface 22 Bottom portion 221 First bottom surface portion 222 First 2 Bottom part 223 3rd bottom part 224 4th bottom part 23 Communication part 231 1st communication part 232 2nd connection part 233 3rd connection part 234 4th connection part 24 Base material 25 Conductor

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Abstract

半導体装置は、主面を有する導電部と、前記主面に搭載された半導体素子と、前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備える。前記導電性接合材は、金属基層と、第1接合層と、第2接合層とを含む。前記第1接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されている。前記第2接合層は、前記金属基層と前記導電部との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部と接合されている。

Description

半導体装置
 本開示は、半導体素子を備える半導体装置に関する。
 従来、MOSFETやIGBTなどの半導体素子を搭載した半導体装置が広く知られている。特許文献1には、そのような半導体装置の一例が開示されている。当該半導体装置では、支持基板(絶縁基板)の上に金属パターン(導電部)が形成されている。半導体素子は、当該金属パターンに導電性接合材を介して接合されている。
 特許文献1に開示された半導体装置の使用時には、半導体素子から熱が発生し、周囲の温度が上昇する。特に導電性接合材は、高温に晒される場合がある。導電性接合材が繰り返し高温に晒されると、当該導電性接合材の状態が変化する。その結果、半導体素子と金属パターンとの導通状態が損なわれるおそれがある。
特開2009-158787号公報
 上記した事情に鑑み、本開示は、半導体素子と導電部との適切な接合状態を維持することにより、当該接合状態に対する信頼性を向上させるのに適した半導体装置を提供することを一の課題とする。
 本開示の一の側面によって提供される半導体装置は、主面を有する導電部と、前記主面に搭載された半導体素子と、前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備えており、前記導電性接合材は、金属基層と、第1接合層と、第2接合層とを含み、前記第1接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されており、前記第2接合層は、前記金属基層と前記導電部との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部と接合されている。
 本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第1実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。 図1に示した半導体装置の平面図である。 図2のIII-III線に沿う断面図である。 図2のIV-IV線に沿う断面図である。 図3の部分拡大図である。 図5の部分拡大図である。 図6のA部拡大図である。 図6のB部拡大図である。 図6のC部拡大図である。 図6のD部拡大図である。 半導体素子と導電部との接合方法を説明するための図である。 第2実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図12に示した半導体装置の底面図である。 図12のXIV-XIV線に沿う断面図である。 図14の部分拡大図である。 図15の部分拡大図である。 図16のA部拡大図である。 図16のB部拡大図である。 図16のC部拡大図である。 図16のD部拡大図である。 第3実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図21のXXII-XXII線に沿う断面図である。 図22の部分拡大図である。 図23の部分拡大図である。 図24のA部拡大図である。 図24のB部拡大図である。 図24のC部拡大図である。 図24のD部拡大図である。
 以下、本開示の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
 本開示における「第1」、「第2」、「第3」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。
 図1~図10に基づき、第1実施形態に係る半導体装置A10について説明する。図示された半導体装置A10は、支持基板10、複数の導電部20、第1入力端子31、第2入力端子32、第1出力端子33、第2出力端子34、複数の半導体素子40、および封止樹脂80(図1では省略)を備える。これらに加え、半導体装置A10は、一対の絶縁層26、一対のゲート配線層271、一対の検出配線層272、一対のゲート端子35および一対の検出端子36を備える。各半導体素子40は、たとえばMOSFETであり、半導体装置A10は、たとえば電力変換装置(パワーモジュール)である。半導体装置A10は、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DC/DCコンバータなどに用いられる。図2~図4において、封止樹脂80を透過して示している(二点鎖線参照)。
 半導体装置A10の説明においては、たとえば図1に示すように、支持基板10(あるいは導電部20)の厚みを貫通して延びる方向を「方向z」とする(「厚さ方向」と称する場合もある)。方向zに対して直交する一の方向を「方向x」とし、方向zおよび方向xの双方に対して直交する方向を「方向y」とする。図2に示すように、半導体装置A10は、方向zに視て(換言すれば平面視で)矩形状である。また、方向xは、半導体装置A10の一の辺(たとえば図2における左側の辺)に平行であり、方向yは、半導体装置A10の別の辺(たとえば図2における下側の辺)に平行である。半導体装置A10の説明においては、任意の方向において互いに離間配置された2つの部材AおよびB(あるいは2つのグループAおよびB)があるとき、「部材Aは、(部材Bに対して)当該方向の一方側にある」または「部材Bは、(部材Aに対して)当該方向の他方側にある」などと記述する場合がある。これによれば、図2において、たとえば、「第1入力端子31や第2入力端子32は、方向xの一方側に配置されており、第1出力端子33や第2出力端子34は、方向xの他方側に配置されている」と述べられる。なお、「一方側」および「他方側」はこの例の逆であってもよい。
 支持基板10は、図1~図4に示すように、複数の導電部20を支持している。図示の例では、支持基板10は、方向zに視て正方形状である。支持基板10は、方向zにおいて互いに反対側を向く(互いに離間する)支持面10Aおよび底面10Bを有する。支持面10Aは、各導電部20に対向している。図3、図4に示すように、底面10Bは、封止樹脂80から露出している。半導体装置A10をたとえばヒートシンクに取り付ける際、底面10Bが、当該ヒートシンクに対向する。図示に例では、支持基板10は、第1支持板11、第2支持板12および底板13を含んでいる。
 図3および図4に示すように、第1支持板11は、方向zにおいて第2支持板12と底板13との間に位置する。第1支持板11は、電気絶縁性を有する。第1支持板11の構成材料は、熱伝導性に優れたセラミックスである。当該セラミックスとして、たとえば窒化アルミニウム(AlN)が挙げられる。
 各第2支持板12は、第1支持板11に積層されており、支持面10Aを有する。第2支持板12には、対応する1つの導電部20が接合されている。第2支持板12は、金属製であり、たとえば、金属箔により構成される。第2支持板12は、銅(Cu)または銅合金からなり、導電性を有する。図に示す例においては、第2支持板12は、第1領域121、第2領域122および第3領域123の3つの領域(支持板)を有する。これらの3つの領域は、互いに離間している。
 底板13は、第2支持板12とは反対側において第1支持板11に積層されている。底板13は、底面10Bを含む。底板13は、第2支持板12と同じく金属製であり、たとえば、銅または銅合金からなる金属箔により構成される。第2支持板12は、導電性を有する。図3および図4から理解されるように、方向zに視て、底板13の面積は、第1支持板11の面積よりも小である。底板13の周縁よりも外方に、第1支持板11の周縁が位置する。これにより、方向zに視て、支持基板10には、底板13を囲む凹部13Aが設けられている。凹部13Aは、封止樹脂80に覆われる。
 支持基板10は、たとえばDBC(Direct Bonded Copper)基板を用いることにより形成することができる。DBC基板は、セラミックス板と、方向zの両側からセラミックス板を挟む一対の銅箔とにより構成される。当該セラミックス板が第1支持板11となる。一対の銅箔をそれぞれエッチングにより部分除去することにより、第2支持板12および底板13が形成される。
 図3および図4に示すように、第1領域121、第2領域122および第3領域123の各々の支持面10Aを覆うように接合部材19が設けられている。すなわち、各接合部材19は、支持基板10の支持面10Aの少なくとも一部を覆っている。
 図3および図4に示すように、各導電部20は、接合部材19を介して対応する1つの第2支持板12に接合されている。複数の導電部20は、第1入力端子31、第2入力端子32、第1出力端子33および第2出力端子34とともに、半導体装置A10における所定の導電経路を構成している。各導電部20は、方向zにおいて互いに反対側を向く主面20Aおよび裏面20Bを有し、裏面20Bが、支持基板10の支持面10Aに対向している。
 半導体装置A10において、導電部20は、たとえば金属板によって構成される。当該金属板は、たとえば銅または銅合金製である。図3、図4に示すように、導電部20の厚さは、第2支持板12の厚さよりも大である。導電部20は、前記金属板の表面に、たとえば、銀めっきまたはアルミニウム層、ニッケル(Ni)層、銀層の順に積層された複数種の金属めっきが施された構成であってもよい。詳細は後述(図9、図10参照)するが、本実施形態では、導電部20は、金属製の基材24と、当該基材24上に形成された導体層25とを具備している。
 図2~図4に示すように、複数の導電部20は、第1導電部201、第2導電部202および第3導電部203を含む。第1導電部201は、第2支持板12の第1領域121に接合されている。第2導電部202は、第2支持板12の第2領域122に接合されている。第3導電部203は、第2支持板12の第3領域123に接合されている。このため、第1導電部201、第2導電部202および第3導電部203は、互いに離間している。
 図1、図2および図4に示すように、一対の絶縁層26が、第1導電部201および第2導電部202の各々の主面20Aに配置されている。一対の絶縁層26は、方向yにおいて互いに離間している。一対の絶縁層26は、方向xに延びる帯状である。絶縁層26の構成材料は、たとえば、セラミックスまたはガラスエポキシ樹脂である。また、絶縁層26は、少なくとも表面が絶縁性のSiCなどで形成されていてもよい。
 一対のゲート配線層271が、一対の絶縁層26上に各別に配置されている。一対のゲート配線層271は、方向xに延びる帯状である。一対の検出配線層272は、一対の絶縁層26上に各別に配置されている。一対の検出配線層272は、方向xに延びる帯状である。ゲート配線層271および検出配線層272は、各絶縁層26上において、並んで配置されている。ゲート配線層271および検出配線層272は、たとえば、銅または銅合金からなる金属箔により構成される。
 図1および図2に示すように、第1入力端子31および第2入力端子32は、方向xの一方側に位置する。第1入力端子31および第2入力端子32は、方向yにおいて互いに離間している。第1入力端子31および第2入力端子32には、電力変換対象となる直流電力(電圧)が入力される。第1入力端子31は、正極(P端子)である。第2入力端子32は、負極(N端子)である。第1入力端子31および第2入力端子32は、金属板により構成される。当該金属板の構成材料は、銅または銅合金である。
 第1入力端子31の方向xの他方側の端部には、階段状に屈曲形成された屈曲部311が設けられている。この屈曲部311が、ハンダ接合または超音波接合などにより第1導電部201の主面20Aに接続されている。これにより、第1入力端子31は、第1導電部201に導通している。第2入力端子32の方向xの他方側に端部には、階段状に屈曲形成された屈曲部321が設けられている。この屈曲部321が、ハンダ接合または超音波接合などにより第3導電部203の主面20Aに接続されている。これにより、第2入力端子32は、第3導電部203に導通している。
 図1および図2に示すように、第1出力端子33および第2出力端子34は、方向xの他方側に位置する。第1出力端子33および第2出力端子34は、方向yにおいて互いに離間している。第1出力端子33および第2出力端子34から、複数の半導体素子40により電力変換された交流電力(電圧)が出力される。第1出力端子33および第2出力端子34は、金属板により構成される。当該金属板の構成材料は、銅または銅合金である。第1出力端子33および第2出力端子34の方向xの一方側の端部には、階段状に屈曲形成された屈曲部331および屈曲部341が設けられている。当該屈曲部331および屈曲部341が、ハンダ接合または超音波接合などにより第2導電部202の主面20Aに接続されている。これにより、第1出力端子33および第2出力端子34は、第2導電部202に導通している。なお、図示した例では2つの出力端子(第1出力端子33および第2出力端子34)を具備する構成であるが、これらをまとめて1つの出力端子を備える構成としてもよい。
 一対のゲート端子35および一対の検出端子36は、一対のゲート配線層271および一対の検出配線層272にそれぞれ対応して配置されている。一対のゲート端子35および一対の検出端子36は、金属板により構成されており、各々が方向yに延びる。当該金属板の構成材料は、銅または銅合金である。
 一対のゲート端子35および一対の検出端子36の各々の端部は、階段状に屈曲形成されている。各ゲート端子35の端部は、ハンダ接合または超音波接合などにより、対応するゲート配線層271に接続されている。各検出端子36の端部は、ハンダ接合または超音波接合などにより、対応する検出配線層272に接続されている。
 半導体素子40は、たとえば、炭化ケイ素(SiC)を主とする半導体材料を用いて構成されたMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。半導体素子40は、MOSFETに限らずMISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor)を含む電界効果トランジスタや、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなバイポーラトランジスタでもよい。半導体装置A10の説明においては、半導体素子40はスイッチング素子であり、nチャンネル型のMOSFETである場合を対象とする。
 図5に示すように、半導体素子40は、素子本体41、主面電極42、裏面電極43およびゲート電極(図示略)を有する。素子本体41は、素子主面411および素子裏面412を有する。素子主面411および素子裏面412は、方向zにおいて互いに反対側を向く。素子主面411は、方向zにおいて導電部20の主面20Aと同じ側を向く。このため、素子裏面412は、主面20Aに対向している。
 図5に示すように、主面電極42は、素子主面411に設けられている。主面電極42には、素子本体41の内部からソース電流が流れる。裏面電極43は、素子裏面412に設けられている。裏面電極43は、たとえば、銀、またはニッケル、銀など複数種の金属層が積層された構成とされる。裏面電極43には、素子本体41の内部に向けてドレイン電流が流れる。裏面電極43は、導電性接合材49により導電部20の主面20Aに電気的に接合されている。前記ゲート電極は、素子主面411に設けられ、当該ゲート電極には半導体素子40を駆動するためのゲート電圧が印加される。
 導電性接合材49は、導電部20と半導体素子40との間に介在している。導電性接合材49は方向zに視て半導体素子40よりも大きいサイズであり、方向zに視て半導体素子40の全体が導電性接合材49と重なっている。導電性接合材49は、複数の金属層が積層された構成である。図5および図6に示すように、半導体装置A10において、導電性接合材49は、金属基層490、第1接合層491および第2接合層492を含む。図7~図10に示すように、導電性接合材49は、さらに第1中間層493および第2中間層494を含む。
 金属基層490は、導電性接合材49の体積の大半を占めている。金属基層490の厚さは、たとえば10~200μm程度である。金属基層490の構成材料は、たとえばアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)およびエルビウム(Er)の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、金属基層490の構成材料はアルミニウムを含む。金属基層490の構成材料がアルミニウムである場合、当該金属基層490のヤング率は、70.3GPaである。
 第1接合層491は、金属基層490と半導体素子40との間に介在している。本実施形態では、図7および図8に示すように、第1接合層491は第1中間層493上に形成されている。第1接合層491の構成材料は、たとえば銀(Ag)、銅(Cu)および金(Au)の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第1接合層491の構成材料は銀を含む。第1接合層491は、金属の固相拡散により半導体素子40(裏面電極43)に接合されている。裏面電極43の構成材料は、たとえば銀を含む。裏面電極43の厚さは第1接合層491の厚さよりも小であり、裏面電極43は、たとえばスパッタリング法により形成される。
 第2接合層492は、金属基層490と導電部20との間に介在している。本実施形態では、図9および図10に示すように、第2接合層492は第2中間層494上に形成されている。第2接合層492の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第2接合層492の構成材料は銀を含む。第2接合層492は、金属の固相拡散により導電部20(導体層25)に接合されている。本実施形態では、導電部20は基材24および当該基材24上に形成された導体層25を備えており、第2接合層492と導体層25とが固相拡散により接合される。導体層25の構成材料は、たとえば銀を含む。
 第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料が銀である場合、当該第1接合層491および第2接合層492の各々のヤング率は、82.7GPaである。このため、先述した金属基層490のヤング率(70.3GPa)が示すとおり、金属基層490のヤング率は、第1接合層491および第2接合層492の各々のヤング率よりも小である。第1接合層491および第2接合層492の各々の厚さは、たとえば2~5μm程度であり、金属基層490の厚さよりも小である。
 図7および図8に示すように、第1中間層493は、金属基層490と第1接合層491との間に介在している。本実施形態では、第1中間層493は金属基層490上に形成されている。図9および図10に示すように、第2中間層494は、金属基層490と第2接合層492との間に介在している。本実施形態では、第2中間層494は金属基層490上に形成されている。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料は、たとえばニッケル(Ni)を含む。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料がニッケルである場合、当該第1中間層493および第2中間層494の各々のヤング率は、200GPaである。第1中間層493および第2中間層494の各々の厚さは、たとえば0.2~2μm程度であり、第1接合層491や第2接合層492の厚さよりも小である。
 前記導電性接合材49の積層構造は、たとえばスパッタリング法やめっき処理により形成される。スパッタリング法の場合、たとえば金属基層490に対応するアルミニウムのシート材の表裏両面に、第1中間層493および第1接合層491、ならびに第2中間層494および第2接合層492に対応する金属層を順次形成する。めっき処理の場合、前記アルミニウムのシート材の表面全体に、第1中間層493、第2中間層494の構成材料によるめっき層と、第1接合層491、第2接合層492の構成材料によるめっき層とを順次形成する。このようにして作製されたシート状の積層構造物をカットすることにより、複数個の導電性接合材49が得られる。
 次に、導電部20と半導体素子40とを接合する方法について説明する。
 まず、導電部20の主面20A上に、導電性接合材49および半導体素子40を積み重ねる。このとき、導電部20(導体層25)と第2接合層492、および第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)が、それぞれ互いに接触する。
 次いで、導電部20(導体層25)と第2接合層492、および第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)を、固相拡散により互いに接合させる。固相拡散による接合は、高温高圧下で行う。固相拡散による接合は、たとえば図11に示すように、積層配置された半導体素子40を平坦な押圧部材9によって押圧しつつ行う。固相拡散させるための条件として、たとえば温度が350℃程度、かつ圧力が40MPa程度である。ただし、固相拡散させるための温度圧力条件は、適宜選択することが可能である。当該固相拡散接合は、大気中で行う場合を想定しているが、真空中で行ってもよい。
 導電性接合材49によって導電部20と半導体素子40とを固相拡散により接合すると、導電性接合材49のうち方向zに視て半導体素子40と重なる部位は、半導体素子40側から押圧力を受けることで僅かに窪む。そうすると、図6にも表れているように、導電性接合材49において、方向zに視て半導体素子40と重なる部位と、方向zに視て半導体素子40と重ならない部位との境界部分に段差が形成される。
 図6、図8および図10に示すように、方向zに視て導電性接合材49が半導体素子40に重なる部位と重ならない部位の境界付近では、第1接合層491と裏面電極43(半導体素子40)との境界面、および第2接合層492と導体層25(導電部20)との境界面において、空隙495が生じ得る。その一方、図6、図7および図9に示すように、方向zに視て導電性接合材49が半導体素子40に重なる部位と重ならない部位の境界部分よりも少し内側(方向zに視て導電性接合材49が半導体素子40に重なる部位)においては、第1接合層491と裏面電極43(半導体素子40)との境界面および第2接合層492と導体層25(導電部20)との境界面が視認困難である。このことは、第1接合層491と裏面電極43、および第2接合層492と導体層25について、いずれも構成材料が銀であって、同種金属の固相拡散接合であることに起因する。図8および図10の拡大図では、第1接合層491と裏面電極43(半導体素子40)との境界面および第2接合層492と導体層25(導電部20)との境界面を模式的に点線で表す。このようなことから理解できるように、第1接合層491および裏面電極43、ならびに第2接合層492および導体層25は、それぞれ固相拡散により強固に接合された状態となる。固相拡散による強固な接合状態は、たとえば接合部断面の拡大写真(たとえばSEM写真)により確認することができる。
 複数の半導体素子40は、複数の第1素子401と、複数の第2素子402とを含む。図1、図2および図4に示すように、複数の第1素子401は、第1導電部201の主面20Aに電気的に接合されている。複数の第1素子401は、方向xに沿って所定の間隔で配列されている。複数の第1素子401は、半導体装置A10の上アーム回路を構成している。
 図1~図4に示すように、複数の第2素子402は、第2導電部202の主面20Aに電気的に接合されている。複数の第2素子402は、方向xに沿って所定の間隔で配列されている。複数の第2素子402は、半導体装置A10の下アーム回路を構成している。
 図2に示すように、複数の第1素子401は、複数の第2素子402に対し、方向xに沿ってずれた状態で設けられている。図に示す例においては、3つの第1素子401および3つの第2素子402が設けられている。第1素子401および第2素子402のそれぞれの個数は本構成に限定されず、たとえば半導体装置A10に要求される性能に応じて自在に設定可能である。
 複数の第1素子401の主面電極42の各々と、第2導電部202の主面20Aとは、たとえばワイヤ70aを介して接続されている(簡略化のため、図2では1本のワイヤ70aのみ示す)。これにより、複数の第1素子401の各主面電極42は、前記ワイヤを介して第2導電部202に導通している。したがって、第1出力端子33は、第2導電部202および前記ワイヤを介して複数の第1素子401の各主面電極42に導通している。第1出力端子33は、複数の第1素子401のソース端子に相当する。
 複数の第1素子401の裏面電極43の各々と、第1導電部201とは、導電性接合材49を介して導通している。したがって、第1入力端子31は、第1導電部201を介して複数の第1素子401の各裏面電極43に導通している。第1入力端子31は、複数の第1素子401のドレイン端子に相当する。
 複数の第2素子402の主面電極42の各々と、第3導電部203の主面20Aとは、たとえばワイヤ70bを介して接続されている(簡略化のため、図2では1本のワイヤ70bのみ示す)。これにより、複数の第2素子402の各主面電極42は、前記ワイヤを介して第3導電部203に導通している。したがって、第2入力端子32は、第3導電部203および前記ワイヤを介して複数の第2素子402の各主面電極42に導通している。第2入力端子32は、複数の第2素子402のソース端子に相当する。
 複数の第2素子402の裏面電極43の各々と、第2導電部202とは、導電性接合材49を介して導通している。したがって、第2出力端子34は、第2導電部202を介して複数の第2素子402の各裏面電極43に導通している。第2出力端子34は、複数の第2素子402のドレイン端子に相当する。
 半導体装置A10においては、図示しないゲートワイヤおよび検出ワイヤを備える。前記ゲートワイヤは、複数の第1素子401および複数の第2素子402それぞれに対応して複数設けられている。第1素子401に対応する各ゲートワイヤは、第1素子401のゲート電極(図示略)と、第1導電部201の上に位置する一方のゲート配線層271とに接続されている。第2素子402に対応する各ゲートワイヤは、第2素子402のゲート電極(図示略)と、第2導電部202の上に位置する他方のゲート配線層271とに接続されている。そして、一対のゲート配線層271に接続される一対のゲート端子35の各々には、複数の第1素子401および複数の第2素子402のどちらかを駆動させるためのゲート電圧が印加される。
 前記検出ワイヤは、複数の第1素子401および複数の第2素子402それぞれに対応して複数設けられている。第1素子401に対応する各検出ワイヤは、第1素子401の主面電極42と、第1導電部201の上に位置する一方の検出配線層272とに接続されている。第2素子402に対応する各検出ワイヤは、第2素子402の主面電極42と、第2導電部202の上に位置する他方の検出配線層272とに接続されている。そして、一対の検出配線層272に接続される一対の検出端子36の各々から、複数の第1素子401および複数の第2素子402のどちらかに該当する複数の主面電極42に印加される電圧(ソース電流に対応した電圧)が印加される。
 封止樹脂80は、図2~図4に示すように、支持基板10、第1入力端子31、第2入力端子32、第1出力端子33および第2出力端子34のそれぞれの一部と、導電部20および複数の半導体素子40を覆っている。封止樹脂80は、一対の絶縁層26、一対のゲート配線層271、一対の検出配線層272および前記のワイヤ類を覆っている。さらに、封止樹脂80は、一対のゲート端子35および一対の検出端子36のそれぞれの一部を覆っている。封止樹脂80の構成材料は、たとえば黒色のエポキシ樹脂である。
 図3および図4に示すように、封止樹脂80は、樹脂主面81および樹脂底面82を有する。樹脂主面81は、方向zにおいて支持基板10の支持面10Aと同じ側を向く。樹脂底面82は、方向zにおいて樹脂主面81とは反対側を向く。樹脂底面82から底板13(支持基板10)の底面10Bが露出している。樹脂底面82は、底板13を囲む枠状である。なお、一対のゲート端子35および一対の検出端子36において封止樹脂80から露出する部分は、半導体装置A10の使用形態に応じて適宜屈曲させられる。
 次に、半導体装置A10の作用効果について説明する。
 半導体装置A10において、導電部20と半導体素子40との間に介在する導電性接合材49は、金属基層490、第1接合層491および第2接合層492を含み、金属基層490が第1接合層491および第2接合層492の間に介在する。このような構成によれば、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)とを接合し、また第2接合層492と導電部20(導体層25)とを接合する際に、中間の金属基層490がクッションとして機能する。これにより、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)の境界部、および第2接合層492と導電部20(導体層25)の境界部のそれぞれに作用する押圧力が均一化される。また、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部20(導体層25)が、それぞれ固相拡散接合により強固に接合される。結果として、半導体装置A10の使用時に半導体素子40で発生した熱によって導電性接合材49が繰り返し高温状態に晒されても、導電性接合材49における接合状態の変化(劣化)が抑制される。したがって、導電性接合材49を具備する半導体装置A10によれば、半導体素子40と導電部20との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。
 本実施形態において、金属基層490のヤング率は、第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料のヤング率よりも小である。このような構成によれば、導電性接合材49を半導体素子40(裏面電極43)と導電部20(導体層25)とに固相拡散により接合する際、相対的に軟らかい金属基層490によって応力が緩和され、接合境界部の平滑化を図ることができる。これにより、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部20(導体層25)は、固相拡散によってより強固に接合される。
 本実施形態では金属基層490の厚さが第1接合層491および第2接合層492の各々の厚さよりも大である。これにより、固相拡散による接合の際、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)の境界部、および第2接合層492と導電部20(導体層25)の境界部のそれぞれに作用する押圧力がより均一となる。したがって、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部20(導体層25)は、それぞれより強固な導通接合状態となり得る。
 導電性接合材49は、第1中間層493および第2中間層494を含む。第1中間層493は金属基層490と第1接合層491との間に介在し、第2中間層494は金属基層490と第2接合層492との間に介在する。第1中間層493および第2中間層494を有する構成は、固相拡散による接合の際、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)の境界部、および第2接合層492と導電部20(導体層25)の境界部それぞれに作用する押圧力の均一化を図るのに適している。また、第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料がニッケルであると、第1中間層493および第2中間層494のヤング率が比較的大きい。この場合、固相拡散接合の際に接合境界部に作用する押圧力がより均一になり、第1接合層491と半導体素子40(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部20(導体層25)は、より強固な導通接合状態となり得る。
 本実施形態では、第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料は銀を含む。このような構成によれば、導電性接合材49を用いた固相拡散による接合の際、第1接合層491および第2接合層492の酸化が抑制され、良好な固相拡散接合が可能となる。また、第1接合層491および第2接合層492と接合される裏面電極43および導体層25の各々についても銀を含むため、より良好な固相拡散接合が可能となる。
 図3および図4に示され、導電部20と支持基板10(第2支持板12)との間に介在する接合部材19について、具体的な構成は特に限定されないが、先述の導電性接合材49と同様の構成としてもよい。接合部材19は、たとえば複数の金属層が積層された構成であり、固相拡散により接合された複数の金属層を含む。接合部材19は、導電性接合材49と同様に、金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層を含んでいてもよい。これら金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層の具体的構成は、導電性接合材49における金属基層490、第1接合層491、第2接合層492、第1中間層493および第2中間層494とそれぞれ同様である。この場合、接合部材19の第1接合層が金属の固相拡散により導電部20に接合され、接合部材19の第2接合層が金属の固相拡散により支持基板10(第2支持板12)に接合される。
 図12~図20に基づき、第2実施形態に係る半導体装置A20について説明する。図示された半導体装置A20は、支持部材1、導電部2、半導体レーザ素子4、スイッチング素子5、コンデンサ6、第1ワイヤ71、第2ワイヤ72、第3ワイヤ73および透光樹脂8を備える。半導体装置A20は、たとえば2次元距離計測の一例であるLiDARのパルスレーザ光源として用いられるが、本開示がこれに限定されるわけではない。
 図12に示すように、半導体装置A20は、方向zに視て矩形状である。図12においては、透光樹脂8を省略している。図12において、括弧書きの符号84~87は、それぞれ透光樹脂8の4つの側面(後述する樹脂第1面、樹脂第2面、樹脂第3面および樹脂第4面)を示している。
 支持部材1は、導電部2を介して半導体レーザ素子4およびスイッチング素子5を支持している。支持部材1は、絶縁材料からなる。支持部材1の材質は特に限定されず、たとえばエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂が挙げられる。以降の説明においては、支持部材1がセラミックスからなる場合を例に説明する。本実施形態においては、支持部材1は、支持面1A、底面1B、第1面14、第2面15、第3面16および第4面17を有しており、方向zに視てたとえば矩形状である。
 支持面1Aは、方向z一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。底面1Bは、支持面1Aとは反対側の方向z他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第1面14は、方向x一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第2面15は、第1面14とは反対側の方向x他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第3面16は、方向y一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第4面17は、第3面16とは反対側の方向x他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。
 導電部2は、半導体レーザ素子4およびスイッチング素子5等への導通経路を構成する部位である。導電部2の材質は特に限定されず、銅(Cu),ニッケル(Ni),チタン(Ti),金(Au)等の金属が挙げられる。また、導電部2の形成手法は特に限定されず、図示された例においては、たとえばめっきによって形成される。
 図示された導電部2は、主面部21、底面部22および連絡部23を含む。
 主面部21は、支持部材1の支持面1A上に配置されている。主面部21は、方向zを厚さ方向とする薄板状である。主面部21は、複数の部分を含み、図示された例においては、第1主面部211、第2主面部212、第3主面部213および第4主面部214を含んでいる。
 図12および図14に示すように、第1主面部211は、支持部材1の方向yにおける第4面17側に配置されている。第1主面部211は、方向z一方側を向く主面211Aを有する。第1主面部211の形状は特に限定されないが、図示された例においては、方向xを長手方向とする長矩形に凸部211Bが組み合わされた形状である。凸部211Bは、第1主面部211の方向yにおける第3面16側の部分が、方向yにおいて第3面16側に突出した部位である。凸部211Bは、第1主面部211の方向x中央に位置する。第1主面部211は、第1面14、第2面15および第4面17から離間している。
 図12および図14に示すように、第2主面部212は、第1主面部211よりも方向yにおいて第3面16寄りに配置されている。第2主面部212は、方向z一方側を向く主面212Aを有する。第2主面部212の方向x寸法は、第1主面部211の方向x寸法と略同じである。第2主面部212の方向y寸法は、第1主面部211の方向y寸法よりも大きい。第2主面部212は、方向yに視て第1主面部211と重なる。第2主面部212の形状は特に限定されないが、図示された例においては、矩形状の一部が凹んだ形状である。第2主面部212は、凹部212Bを有する。凹部212Bは、第2主面部212の方向yにおける第4面17側の部分が、方向yにおいて第3面16側に凹んだ部位である。凹部212Bは、第2主面部212の方向x中央に位置する。また、凹部212Bは、方向yに視て凸部211Bと重なる。第2主面部212の面積は、第1主面部211、第3主面部213および第4主面部214よりも大きい。第2主面部212は、第1面14および第2面15から離間している。
 図12および図14に示すように、第3主面部213は、第2主面部212よりも方向yにおいて第3面16寄りに配置されている。第3主面部213は、支持部材1の方向xにおける第1面14側であって、方向yにおける第3面16側に配置されている。第3主面部213は、方向z一方側を向く主面213Aを有する。第3主面部213の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向xを長手方向とする長矩形状である。図示された第3主面部213は、第1面14および第3面16から離間している。
 図12に示すように、第4主面部214は、第3主面部213に対して方向xにおいて第2面15寄りに位置しており、第2主面部212に対して方向yにおいて第3面16寄りに位置している。第4主面部214は、方向z一方側を向く主面214Aを有する。第4主面部214の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。図示された例においては、第4主面部214の方向y寸法は、第3主面部213の方向y寸法と略同じである。また、第4主面部214の方向x寸法は、第3主面部213の方向x寸法よりも小さい。第4主面部214の面積は、第3主面部213の面積よりも小さい。第4主面部214は、方向xに視て第3主面部213と重なる。また、第4主面部214は、方向yに視て第1主面部211および第2主面部212と重なる。図示された第4主面部214は、第2面15および第3面16から離間している。
 図13および図14に示すように、底面部22は、支持部材1の底面1B上に配置されている。図示された例においては、底面部22は、第1底面部221、第2底面部222、第3底面部223および第4底面部224を含む。本実施形態においては、底面部22は、半導体装置A20を回路基板(図示略)等に実装する際の実装端子として用いられる。
 図13および図14に示すように、第1底面部221は、支持部材1の方向yにおける第4面17側に配置されている。第1底面部221の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向xを長手方向とする長矩形状である。図示された第1底面部221は、第1面14、第2面15および第4面17から離間している。
 図13および図14に示すように、第2底面部222は、第1底面部221よりも方向yにおいて第3面16寄りに配置されている。第1底面部221の方向x寸法は、第1底面部221の方向x寸法と略同じである。第2底面部222の方向y寸法は、第1底面部221の方向y寸法よりも大きい。第2底面部222は、方向yに視て第1底面部221と重なる。第2底面部222の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。第2底面部222の面積は、第1底面部221、第3底面部223および第4底面部224よりも大きい。図示された第2底面部222は、第1面14および第2面15から離間している。
 図13および図14に示すように、第3底面部223は、第2底面部222よりも方向yにおいて第3面16寄りに配置されている。第3底面部223は、支持部材1の方向xにおける第1面14側であって、方向yにおける第3面16側に配置されている。第3底面部223の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向xを長手方向とする長矩形状である。図示された第3底面部223は、第1面14および第3面16から離間している。
 図13に示すように、第4底面部224は、第3底面部223に対して方向xにおいて第2面15寄りに位置しており、第2底面部222に対して方向yにおいて第3面16寄りに位置している。第4底面部224の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。図示された例においては、第4底面部224の方向y寸法は、第3底面部223の方向y寸法と略同じである。また、第4底面部224の方向x寸法は、第3底面部223の方向x寸法よりも小さい。第4底面部224の面積は、第3底面部223の面積よりも小さい。第4底面部224は、方向xに視て第3底面部223と重なる。また、第4底面部224は、方向yに視て第1底面部221および第2底面部222と重なる。図示された第4底面部224は、第2面15および第3面16から離間している。
 連絡部23は、主面部21の各部と底面部22の各部とを導通させる。連絡部23の具体的構成は特に限定されず、図示された例においては、図12および図13に示すように、第1連絡部231、複数の第2連絡部232、複数の第3連絡部233および第4連絡部234を含む。第1連絡部231、第2連絡部232、第3連絡部233および第4連絡部234の個数は、特に限定されない。
 第1連絡部231、第2連絡部232、第3連絡部233および第4連絡部234の具体的構成は特に限定されず、本実施形態においては、図12~図14に示すように、方向z視における支持部材1の内方領域(第1面14、第2面15、第3面16および第4面17から離間した領域)において、支持部材1を厚さ方向に貫通している。このような、第1連絡部231、第2連絡部232、第3連絡部233および第4連絡部234は、支持部材1に形成された貫通孔の内面に、金属からなるめっき層を形成することによって設けられており、支持面1Aおよび底面1Bに到達している。図示された例においては、第1連絡部231、第2連絡部232、第3連絡部233および第4連絡部234の内部は、樹脂が充填された構成であるが、たとえば金属が充填された構成であってもよい。
 図12~図14に示すように、第1連絡部231は、第1主面部211と第1底面部221とに繋がっており、第1主面部211と第1底面部221とを連結している。
 図12~図14に示すように、複数の第2連絡部232は、第2主面部212と第2底面部222とに繋がっており、第2主面部212と第2底面部222とを連結している。図示された例においては、複数の第2連絡部232は、方向xおよび方向yに沿ったマトリクス状に配置されている。
 図12~図14に示すように、複数の第3連絡部233は、第3主面部213と第3底面部223とに繋がっており、第3主面部213と第3底面部223とを連結している。本実施形態においては、複数の第3連絡部233は、方向xに沿って配列されている。複数の第3連絡部233は、方向yにおいて第3面16寄りに配置されている。
 図12および図13に示すように、第4連絡部234は、第4主面部214と第4底面部224とに繋がっており、第4主面部214と第4底面部224とを連結している。図示された例とは異なり、複数の第4連絡部234を有する構成であってもよい。
 半導体レーザ素子4は、半導体装置A20の光源であり、半導体からなる活性層等を含む。本実施形態においては、図14に示すように、半導体レーザ素子4は、素子本体41、第1レーザ電極44および第2レーザ電極45を有する。素子本体41は、素子主面411および素子裏面412を有する。素子主面411および素子裏面412は、方向zにおいて互いに反対側を向く。素子主面411は、方向zにおいて主面211Aと同じ側を向く面である。素子裏面412は、主面211Aに対向している。
 第1レーザ電極44は、素子主面411上に配置されている。第2レーザ電極45は、素子裏面412上に配置されている。図12においては、第1レーザ電極44を省略している。本実施形態においては、第1レーザ電極44がアノード電極であり、第2レーザ電極45がカソード電極である。第2レーザ電極45は、たとえば、銀、またはニッケル、銀など複数種の金属層が積層された構成とされる。
 図12および図14に示すように、本実施形態においては、半導体レーザ素子4は、第1主面部211上に配置されている。具体的には、半導体レーザ素子4の第2レーザ電極45が導電性接合材49によって第1主面部211の主面211Aに電気的に接合されている。図示された例においては、半導体レーザ素子4は、方向yに視て凸部211Bおよび凹部212Bと重なっている。半導体レーザ素子4は、方向yにおいて第4面17が向く側にレーザ光Lを出射する。また、図示された例においては、半導体レーザ素子4は、方向zに視て第1連絡部231と重なっている。
 導電性接合材49は、導電部2(主面部21の第1主面部211)と半導体レーザ素子4との間に介在している。導電性接合材49は方向zに視て半導体レーザ素子4よりも大きいサイズであり、方向zに視て半導体レーザ素子4の全体が導電性接合材49と重なっている。導電性接合材49は、複数の金属層が積層された構成である。図15および図16に示すように、半導体装置A20において、導電性接合材49は、金属基層490、第1接合層491および第2接合層492を含む。本実施形態においても、図17~図20に示すように、導電性接合材49は、さらに第1中間層493および第2中間層494を含む。
 金属基層490は、導電性接合材49の体積の大半を占めている。金属基層490の厚さは、たとえば10~200μm程度である。金属基層490の構成材料は、たとえばアルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む。本実施形態では、金属基層490の構成材料はアルミニウムを含む。金属基層490の構成材料がアルミニウムである場合、当該金属基層490のヤング率は、70.3GPaである。
 第1接合層491は、金属基層490と半導体レーザ素子4との間に介在している。本実施形態では、図17および図18に示すように、第1接合層491は第1中間層493上に形成されている。第1接合層491の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第1接合層491の構成材料は銀を含む。第1接合層491は、金属の固相拡散により半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)に接合されている。第2レーザ電極45の構成材料は、たとえば銀を含む。第2レーザ電極45の厚さは第1接合層491の厚さよりも小であり、第2レーザ電極45は、たとえばスパッタリング法により形成される。
 第2接合層492は、金属基層490と導電部2(第1主面部211)との間に介在している。本実施形態では、図19および図20に示すように、第2接合層492は第2中間層494上に形成されている。第2接合層492の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第2接合層492の構成材料は銀を含む。第2接合層492は、金属の固相拡散により導電部2(第1主面部211)に接合されている。
 第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料が銀である場合、当該第1接合層491および第2接合層492の各々のヤング率は、82.7GPaである。このため、先述した金属基層490のヤング率(70.3GPa)が示すとおり、金属基層490のヤング率は、第1接合層491および第2接合層492の各々のヤング率よりも小である。また、第1接合層491および第2接合層492の各々の厚さは、たとえば2~5μm程度であり、金属基層490の厚さよりも小である。
 図17および図18に示すように、第1中間層493は、金属基層490と第1接合層491との間に介在している。本実施形態では、第1中間層493は金属基層490上に形成されている。図19および図20に示すように、第2中間層494は、金属基層490と第2接合層492との間に介在している。本実施形態では、第2中間層494は金属基層490上に形成されている。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料は、たとえばニッケルを含む。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料がニッケルである場合、当該第1中間層493および第2中間層494の各々のヤング率は、200GPaである。また、第1中間層493および第2中間層494の各々の厚さは、たとえば0.2~2μm程度であり、第1接合層491や第2接合層492の厚さよりも小である。
 前記導電性接合材49の積層構造は、たとえばスパッタリング法やめっき処理により形成される。導電性接合材49の形成方法は、たとえば先述の半導体装置A10における導電性接合材49の場合と同様である。導電性接合材49を用いて導電部2(第1主面部211)と半導体レーザ素子4とを接合する方法についても、先述の半導体装置A10において図11を参照して説明した方法と同様である。
 導電性接合材49によって導電部2と半導体レーザ素子4とを固相拡散により接合すると、導電性接合材49のうち方向zに視て半導体レーザ素子4と重なる部位は、半導体レーザ素子4側から押圧力を受けることで僅かに窪む。すると、図16にも表れているように、導電性接合材49において、方向zに視て半導体レーザ素子4と重なる部位と、方向zに視て半導体レーザ素子4と重ならない部位との境界部分に段差が形成される。
 図16、図18および図20に示すように、方向zに視て導電性接合材49が半導体レーザ素子4に重なる部位と重ならない部位の境界付近では、第1接合層491と第2レーザ電極45(半導体レーザ素子4)との境界面、および第2接合層492と第1主面部211(導電部2)との境界面において、空隙495が生じ得る。その一方、図16、図17および図19に示すように、方向zに視て導電性接合材49が半導体レーザ素子4に重なる部位と重ならない部位の境界部分よりも少し内側(方向zに視て導電性接合材49が半導体レーザ素子4に重なる部位)においては、第1接合層491と第2レーザ電極45(半導体レーザ素子4)との境界面および第2接合層492と第1主面部211(導電部2)との境界面に空隙が存在しない。このようなことから理解できるように、第1接合層491および第2レーザ電極45、ならびに第2接合層492および第1主面部211は、それぞれ固相拡散により強固に接合された状態となる。
 スイッチング素子5は、半導体レーザ素子4への電流をON/OFFするための素子である。スイッチング素子5は、たとえばSiやSiC、あるいはGaN等からなるFET等のトランジスタである。スイッチング素子5がSiCからなる場合、スイッチングの高速化を図るのに適している。スイッチング素子5は、図12および図14に示すように、素子本体51、ゲート電極52、ソース電極53およびドレイン電極54を有する。素子本体51は、SiやSiC等の半導体材料からなり、素子主面511および素子裏面512を有する。素子主面511は、方向zにおいて主面212Aと同じ側を向く面である。素子裏面512は、方向zにおいて底面1Bと同じ側を向く面であり、主面212Aに対向している。
 ゲート電極52は、素子主面511上に配置されている。図示された例においては、ゲート電極52は、方向xにおいて第2面15寄りに配置されており、方向yにおいて第3面16寄りに配置されている。ゲート電極52の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向zに視て矩形状である。
 ソース電極53は、素子主面511上に配置されている。図示された例においては、ソース電極53は、方向zに視てL字状であり、ゲート電極52に対して方向xにおける第1面14側の領域および方向yにおける第4面17寄りの領域に配置されている。
 ドレイン電極54は、素子裏面512上に配置されており、図示された例においては、素子裏面512の略全面を覆っている。
 図12および図14に示すように、本実施形態においては、スイッチング素子5は、第2主面部212上に配置されている。具体的には、スイッチング素子5のドレイン電極54が導電性接合材59によって第2主面部212の主面212Aに電気的に接合されている。本実施形態においては、スイッチング素子5は、第2主面部212上において、方向xおける第1面14寄りに配置されている。スイッチング素子5は、方向zに視て複数の第2連絡部232のすべてと重なっている。スイッチング素子5は、方向yに視て半導体レーザ素子4と重なる。
 導電性接合材59は、導電部2(主面部21の第2主面部212)とスイッチング素子5との間に介在している。導電性接合材59は方向zに視てスイッチング素子5よりも大きいサイズであり、方向zに視てスイッチング素子5の全体が導電性接合材59と重なっている。導電性接合材59は、複数の金属層が積層された構成である。導電性接合材59は、導電性接合材49と同様に、金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層を含む。これら金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層の具体的構成は、導電性接合材49における金属基層490、第1接合層491、第2接合層492、第1中間層493および第2中間層494とそれぞれ同様である。導電性接合材59の第1接合層が金属の固相拡散によりスイッチング素子5(ドレイン電極54)に接合されており、導電性接合材59の第2接合層が金属の固相拡散により導電部2(第2主面部212)に接合されている。導電性接合材59の形成方法は、たとえば先述の半導体装置A10における導電性接合材49の場合と同様である。導電性接合材59を用いて導電部2(第2主面部212)とスイッチング素子5とを接合する方法についても、先述の半導体装置A10において図11を参照して説明した方法と同様である。
 コンデンサ6は、半導体レーザ素子4に通電する電流となるべき電荷を一時的に蓄積するためのものである。図12に示すように、図示された例においては、コンデンサ6は、電極61および電極62を有する。電極61は、接合部材(図示略)によって第1主面部211に導通接合されている。電極62は、接合部材(図示略)によって第2主面部212に導通接合されている。前記接合部材は、たとえばハンダである。本実施形態においては、半導体装置A20は、2つのコンデンサ6を備える。2つのコンデンサ6は、互いに並列に接続されている。また、本実施形態においては、2つのコンデンサ6は、半導体レーザ素子4を挟んで方向x両側に配置されている。2つのコンデンサ6は、方向yに視て凹部212Bおよび凸部211Bと重なっていない。
 複数の第1ワイヤ71は、図12および図14に示すように、スイッチング素子5のソース電極53と半導体レーザ素子4の第1レーザ電極44とに接続されている。第1ワイヤ71は、たとえば、Au、Cu、Al等の金属からなり、本実施形態においては、Auからなる。複数の第1ワイヤ71の本数は特に限定されず、図示された例においては、3本である。複数の第1ワイヤ71は、ソース電極53の方向yにおける第4面17寄りの部分に接続されている。複数の第1ワイヤ71は、半導体レーザ素子4の第1レーザ電極44に、方向yに並ぶように接続されている。
 複数の第2ワイヤ72は、図12および図14に示すように、スイッチング素子5のソース電極53と導電部2の主面部21の第3主面部213とに接続されている。第2ワイヤ72は、たとえば、Au、Cu、Al等の金属からなり、本実施形態においては、第1ワイヤ71と同じくAuからなる。複数の第2ワイヤ72の本数は特に限定されず、図示された例においては、2本であり、複数の第1ワイヤ71の本数よりも少ない。このため、複数の第1ワイヤ71の抵抗値は、複数の第2ワイヤ72の抵抗値よりも小さい。複数の第2ワイヤ72は、ソース電極53の方向yにおける第3面16寄りの部分に接続されている。複数の第2ワイヤ72は、第3主面部213に、方向xに並ぶように接続されている。
 第3ワイヤ73は、図12に示すように、スイッチング素子5のゲート電極52と導電部2の主面部21の第4主面部214とに接続されている。第3ワイヤ73は、たとえば、Au、Cu、Al等の金属からなり、本実施形態においては、Auからなる。第3ワイヤ73の本数は特に限定されず、図示された例においては、1本である。
 透光樹脂8は、支持部材1の支持面1A上に配置されており、当該支持面1A、半導体レーザ素子4、スイッチング素子5、複数のコンデンサ6、複数の第1ワイヤ71、複数の第2ワイヤ72および第3ワイヤ73を覆っている。透光樹脂8は、半導体レーザ素子4からのレーザ光Lを透過させる材質からなり、たとえば透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなる。
 透光樹脂8の形状は特に限定されず、本実施形態においては、図12および図14に示すように、透光樹脂8は、樹脂主面81、樹脂第1面84、樹脂第2面85、樹脂第3面86および樹脂第4面87を有する。
 樹脂主面81は、方向zにおいて支持面1Aと同じ側を向く面であり、図示された例においては、平面である。樹脂第1面84は、方向xにおいて第1面14と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第1面84は、平面であり、第1面14と面一である。樹脂第2面85は、方向xにおいて第2面15と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第2面85は、平面であり、第2面15と面一である。樹脂第3面86は、方向yにおいて第3面16と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第3面86は、平面であり、第3面16と面一である。樹脂第4面87は、方向yにおいて第4面17と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第4面87は、平面であり、樹脂第4面87と面一である。本実施形態においては、半導体レーザ素子4からのレーザ光Lは、透光樹脂8の樹脂第4面87から出射される。なお、樹脂第4面87を平坦かつ平滑な面とすることにより、レーザ光Lの散乱を抑制し、出射効率を高めることができる。
 次に、半導体装置A20の作用について説明する。
 半導体装置A20において、導電部2と半導体レーザ素子4との間に介在する導電性接合材49は、金属基層490、第1接合層491および第2接合層492を含む。第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)が、それぞれ金属の固相拡散により導通接合されており、第1接合層491と第2接合層492との間に金属基層490が介在する。このような構成によれば、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)を、それぞれ固相拡散により接合させる際、金属基層490がクッションとして機能する。これにより、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)の境界部、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)の境界部のそれぞれに作用する押圧力の均一化が図られる。したがって、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、それぞれ固相拡散接合により強固に接合されている。その結果、半導体装置A20の使用時に半導体レーザ素子4で発生した熱によって導電性接合材49が繰り返し高温状態に晒されても、導電性接合材49における接合状態の変化が抑制される。したがって、導電性接合材49を具備する半導体装置A20によれば、半導体レーザ素子4と導電部2との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。
 本実施形態において、金属基層490のヤング率は、第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料のヤング率よりも小である。このような構成によれば、導電性接合材49を半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)と導電部2(第1主面部211)とに固相拡散による接合する際、相対的に軟らかい金属基層490によって応力が緩和され、接合境界部の平滑化を図ることができる。これにより、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、固相拡散によってより強固に接合される。
 本実施形態では金属基層490の厚さが第1接合層491および第2接合層492の各々の厚さよりも大である。これにより、固相拡散による接合の際、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)の境界部、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)の境界部のそれぞれに作用する押圧力がより均一となる。したがって、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、それぞれより強固な導通接合状態となり得る。
 導電性接合材49は、第1中間層493および第2中間層494を含む。第1中間層493は金属基層490と第1接合層491との間に介在し、第2中間層494は金属基層490と第2接合層492との間に介在する。第1中間層493および第2中間層494を有する構成は、固相拡散による接合の際、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)の境界部、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)の境界部それぞれに作用する押圧力の均一化を図るのに適している。また、第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料がニッケルであると、第1中間層493および第2中間層494のヤング率が比較的大きい。この場合、固相拡散接合の際に接合境界部に作用する押圧力がより均一になり、第1接合層491と半導体レーザ素子4(第2レーザ電極45)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、より強固な導通接合状態となり得る。
 本実施形態では、第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料は銀を含む。このような構成によれば、導電性接合材49を用いた固相拡散による接合の際、第1接合層491および第2接合層492の酸化が抑制され、良好な固相拡散接合が可能となる。
 導電部2とスイッチング素子5との間に介在する導電性接合材59は、導電性接合材49と同様に、金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層を含む。これら金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層の具体的構成は、導電性接合材49における金属基層490、第1接合層491、第2接合層492、第1中間層493および第2中間層494とそれぞれ同様である。したがって、導電性接合材59によってもスイッチング素子5と導電部20との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。導電性接合材59を具備することにより、導電性接合材49に関して先述したのと同様の効果を奏する。
 図21~図28に基づき、第3実施形態に係る半導体装置A30について説明する。図示された半導体装置A30は、支持部材1、堰部18、導電部2、LED素子400、ワイヤ7および透光樹脂8を備える。半導体装置A30は、様々な照明装置や表示装置などにおける光源として用いられる。
 図21に示すように、半導体装置A30は、方向zに視て矩形状である。方向xおよび方向yは、各々、半導体装置A20の矩形状をなす辺に沿う方向に対応する。図21においては、透光樹脂8を省略している。
 支持部材1は、導電部2を介してLED素子400を支持している。支持部材1は、絶縁材料からなる。支持部材1の材質は特に限定されず、たとえばエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂が挙げられる。以降の説明においては、支持部材1がセラミックスからなる場合を例に説明する。本実施形態においては、支持部材1は、支持面1Aおよび底面1Bを有しており、方向zに視てたとえば矩形状である。支持面1Aは、方向z一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。底面1Bは、支持面1Aとは反対側の方向z他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。
 導電部2は、LED素子400への導通経路を構成する部位である。導電部2の材質は特に限定されず、銅(Cu),ニッケル(Ni),チタン(Ti),金(Au)等の金属が挙げられる。また、導電部2の形成手法は特に限定されず、図示された例においては、たとえばめっきによって形成される。
 図示された導電部2は、主面部21、底面部22および連絡部23を含む。
 主面部21は、支持部材1の支持面1A上に配置されている。主面部21は、方向zを厚さ方向とする薄板状である。図示された例においては、主面部21は、第1主面部211および第2主面部212を含む。
 図21および図22に示すように、第1主面部211は、支持部材1の方向z視における中央に配置されている。第1主面部211は、方向z一方側を向く主面211Aを有する。第1主面部211の形状は特に限定されないが、図示された例においては、矩形状である。
 図21および図22に示すように、第2主面部212は、第1主面部211よりも方向x一方側寄りに配置されている。第2主面部212の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。第2主面部212の面積は、第1主面部211よりも小さい。
 図22に示すように、底面部22は、支持部材1の底面1B上に配置されている。図示された例においては、底面部22は、第1底面部221および第2底面部222を含む。本実施形態においては、底面部22は、半導体装置A30を回路基板(図示略)等に実装する際の実装端子として用いられる。
 図22に示すように、第1底面部221は、支持部材1の方向z視における中央に配置されている。第1底面部221の形状は特に限定されず、本実施形態では矩形状である。
 図22に示すように、第2底面部222は、第1底面部221よりも方向x一方側寄りに配置されている。第2底面部222の形状は特に限定されず、本実施形態では矩形状である。第2底面部222の面積は、第1底面部221よりも小さい。
 連絡部23は、主面部21の各部と底面部22の各部とを導通させる。連絡部23の具体的構成は特に限定されず、図示された例においては、図21および図22に示すように、第1連絡部231および第2連絡部232を含む。図示した例では1つの第1連絡部231を具備するが、第1連絡部231の個数は、特に限定されない。
 第1連絡部231および第2連絡部232の具体的構成は特に限定されず、本実施形態においては、図21および図22に示すように、方向z視における支持部材1の内方領域において、支持部材1を厚さ方向に貫通している。このような、第1連絡部231および第2連絡部232は、支持部材1に形成された貫通孔に金属が充填されることによって設けられており、支持面1Aおよび底面1Bに到達している。図示された例とは異なり、第1連絡部231および第2連絡部232を支持部材1に形成された貫通孔の内面に金属からなるめっき層を形成することによって設けてもよく、その場合、第1連絡部231および第2連絡部232の内部に樹脂が充填される。
 図22に示すように、第1連絡部231は、第1主面部211と第1底面部221とに繋がっており、第1主面部211と第1底面部221とを連結している。第2連絡部232は、第2主面部212と第2底面部222とに繋がっており、第2主面部212と第2底面部222とを連結している。
 LED素子400は、半導体装置A30の光源であり、半導体層からなる活性層等を含む。本実施形態においては、図22に示すように、LED素子400は、素子本体41、電極パッド421および裏面電極43を有する。素子本体41は、たとえばGaN系半導体からなり、たとえば青色光を発する。素子本体41は、素子主面411および素子裏面412を有する。素子主面411および素子裏面412は、方向zにおいて互いに反対側を向く。素子主面411は、方向zにおいて主面211Aと同じ側を向く面である。素子裏面412は、方向zにおいて底面1Bと同じ側を向く面であり、主面211Aに対向している。
 電極パッド421は、素子主面411上に配置されている。裏面電極43は、素子裏面412上に配置されている。本実施形態においては、電極パッド421がアノード電極であり裏面電極43がカソード電極である。裏面電極43は、たとえば銀によって構成される。
 図21および図22に示すように、本実施形態においては、LED素子400は、第1主面部211上に配置されている。具体的にはLED素子400の裏面電極43が導電性接合材49によって第1主面部211の主面211Aに電気的に接合されている。LED素子400において、素子本体41から発せられた光が、素子主面411が向く側(方向z一方側)に出射される。図示された例においては、LED素子400は、方向zに視て第1連絡部231と重なっている。
 導電性接合材49は、導電部2(主面部21の第1主面部211)とLED素子400との間に介在している。導電性接合材49は方向zに視てLED素子400よりも大きいサイズであり、方向zに視てLED素子400の全体が導電性接合材49と重なっている。導電性接合材49は、複数の金属層が積層された構成である。図23および図24に示すように、半導体装置A30において、導電性接合材49は、金属基層490、第1接合層491および第2接合層492を含む。図25~図28に示すように、導電性接合材49は、さらに第1中間層493および第2中間層494を含む。
 金属基層490は、導電性接合材49の体積の大半を占めている。金属基層490の厚さは、たとえば10~200μm程度である。金属基層490の構成材料は、たとえばアルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む。本実施形態では、金属基層490の構成材料はアルミニウムを含む。金属基層490の構成材料がアルミニウムである場合、当該金属基層490のヤング率は、70.3GPaである。
 第1接合層491は、金属基層490とLED素子400との間に介在している。本実施形態では、図25および図26に示すように、第1接合層491は第1中間層493上に形成されている。第1接合層491の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第1接合層491の構成材料は銀を含む。第1接合層491は、金属の固相拡散によりLED素子400(裏面電極43)に接合されている。裏面電極43の構成材料は、たとえば銀を含む。裏面電極43の厚さは第1接合層491の厚さよりも小であり、裏面電極43は、たとえばスパッタリング法により形成される。
 第2接合層492は、金属基層490と導電部2(第1主面部211)との間に介在している。本実施形態では、図27および図28に示すように、第2接合層492は第2中間層494上に形成されている。第2接合層492の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第2接合層492の構成材料は銀を含む。第2接合層492は、金属の固相拡散により導電部2(第1主面部211)に接合されている。
 第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料が銀である場合、当該第1接合層491および第2接合層492の各々のヤング率は、82.7GPaである。このため、先述した金属基層490のヤング率(70.3GPa)が示すとおり、金属基層490のヤング率は、第1接合層491および第2接合層492の各々のヤング率よりも小である。また、第1接合層491および第2接合層492の各々の厚さは、たとえば2~5μm程度であり、金属基層490の厚さよりも小である。
 図25および図26に示すように、第1中間層493は、金属基層490と第1接合層491との間に介在している。本実施形態では、第1中間層493は金属基層490上に形成されている。図27および図28に示すように、第2中間層494は、金属基層490と第2接合層492との間に介在している。本実施形態では、第2中間層494は金属基層490上に形成されている。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料は、たとえばニッケルを含む。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料がニッケルである場合、当該第1中間層493および第2中間層494の各々のヤング率は、200GPaである。また、第1中間層493および第2中間層494の各々の厚さは、たとえば0.2~2μm程度であり、第1接合層491や第2接合層492の厚さよりも小である。
 前記導電性接合材49の積層構造は、たとえばスパッタリング法やめっき処理により形成される。導電性接合材49の形成方法は、たとえば先述の半導体装置A10における導電性接合材49の場合と同様である。導電性接合材49を用いて導電部2(第1主面部211)とLED素子400とを接合する方法についても、先述の半導体装置A10において図11を参照して説明した方法と同様である。
 導電性接合材49によって導電部2とLED素子400とを固相拡散により接合すると、導電性接合材49のうち方向zに視て半導体レーザ素子4と重なる部位は、半導体レーザ素子4側から押圧力を受けることで僅かに窪む。すると、図24にも表れているように、導電性接合材49において、方向zに視てLED素子400と重なる部位と、方向zに視てLED素子400と重ならない部位との境界部分に段差が形成される。
 図24、図26および図28に示すように、方向zに視て導電性接合材49がLED素子400に重なる部位と重ならない部位の境界付近では、第1接合層491と裏面電極43(LED素子400)との境界面、および第2接合層492と第1主面部211(導電部2)との境界面において、空隙495が生じ得る。その一方、図24、図25および図27に示すように、方向zに視て導電性接合材49がLED素子400に重なる部位と重ならない部位の境界部分よりも少し内側(方向zに視て導電性接合材49がLED素子400に重なる部位)においては、第1接合層491と裏面電極43(LED素子400)との境界面および第2接合層492と第1主面部211(導電部2)との境界面に空隙が存在しない。このようなことから理解できるように、第1接合層491および裏面電極43、ならびに第2接合層492および第1主面部211は、それぞれ固相拡散により強固に接合された状態となる。
 ワイヤ7は、図21および図22に示すように、LED素子400の電極パッド421と導電部2の第2主面部212とに接続されている。ワイヤ7は、たとえば、Au、Cu、Al等の金属からなり、本実施形態においては、Auからなる。
 堰部18は、支持部材1の支持面1A上に配置されている。堰部18は、方向zに視て閉じた枠状であり、外縁が矩形状とされ、内縁が円形とされている。堰部18は、方向zに視てLED素子400および透光樹脂8を囲っている。堰部18は、たとえば白色のシリコーン樹脂からなる。
 透光樹脂8は、堰部18によって囲まれた空間に充填されており、支持部材1の支持面1Aの一部、LED素子400およびワイヤ7を覆っている。透光樹脂8は、LED素子400からの光を透過させる材質からなり、たとえば透明なシリコーン樹脂あるいはエポキシ樹脂などに蛍光材料が混入された材質からなる。上記蛍光材料としては、たとえばLED素子400からの青色光によって励起されることにより黄色光を発するものが採用される。これにより、半導体装置A30からは、白色光が発せられる。
 次に、半導体装置A30の作用について説明する。
 半導体装置A30において、導電部2とLED素子400との間に介在する導電性接合材49は、金属基層490、第1接合層491および第2接合層492を含む。第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)が、それぞれ金属の固相拡散により導通接合されており、第1接合層491と第2接合層492との間に金属基層490が介在する。このような構成によれば、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)を、それぞれ固相拡散により接合させる際、金属基層490がクッションとして機能する。これにより、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)の境界部、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)の境界部のそれぞれに作用する押圧力の均一化が図られる。したがって、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、それぞれ固相拡散接合により強固に接合されている。その結果、半導体装置A30の使用時にLED素子400で発生した熱によって導電性接合材49が繰り返し高温状態に晒されても、導電性接合材49における接合状態の変化が抑制される。したがって、導電性接合材49を具備する半導体装置A30によれば、LED素子400と導電部2との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。
 本実施形態において、金属基層490のヤング率は、第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料のヤング率よりも小である。このような構成によれば、導電性接合材49をLED素子400(裏面電極43)と導電部2(第1主面部211)とに固相拡散による接合する際、相対的に軟らかい金属基層490によって応力が緩和され、接合境界部の平滑化を図ることができる。これにより、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、固相拡散によってより強固に接合される。
 本実施形態では金属基層490の厚さが第1接合層491および第2接合層492の各々の厚さよりも大である。これにより、固相拡散による接合の際、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)の境界部、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)の境界部のそれぞれに作用する押圧力がより均一となる。したがって、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、それぞれより強固な導通接合状態となり得る。
 導電性接合材49は、第1中間層493および第2中間層494を含む。第1中間層493は金属基層490と第1接合層491との間に介在し、第2中間層494は金属基層490と第2接合層492との間に介在する。第1中間層493および第2中間層494を有する構成は、固相拡散による接合の際、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)の境界部、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)の境界部それぞれに作用する押圧力の均一化を図るのに適している。第1中間層493および第2中間層494の各々の構成材料がニッケルであると、第1中間層493および第2中間層494のヤング率が比較的大きい。この場合、固相拡散接合の際に接合境界部に作用する押圧力がより均一になり、第1接合層491とLED素子400(裏面電極43)、および第2接合層492と導電部2(第1主面部211)は、より強固な導通接合状態となり得る。
 本実施形態では、第1接合層491および第2接合層492の各々の構成材料は銀を含む。このような構成によれば、導電性接合材49を用いた固相拡散による接合の際、第1接合層491および第2接合層492の酸化が抑制され、良好な固相拡散接合が可能となる。
 以上、本開示の具体的な実施形態を説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、種々な変更が可能である。本開示に係る半導体装置の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
 本開示の導電性接合材を構成する各層の材質や厚さも、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、導電性接合材が金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層を有する場合について説明したが、たとえば第1中間層および第2中間層を有さない構成としてもよい。導電性接合材については、前記の金属基層、第1接合層、第2接合層、第1中間層および第2中間層に加えて、たとえば金属基層と第1接合層との間や金属基層と第2接合層492との間において他の金属層が介在する構成としてもよい。
 本開示は、以下の付記に記載された構成を含む。
 付記1.
 主面を有する導電部と、
 前記主面に搭載された半導体素子と、
 前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備え、
 前記導電性接合材は、金属基層と、第1接合層と、第2接合層とを含み、前記第1接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されており、前記第2接合層は、前記金属基層と前記導電部との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部と接合されている、半導体装置。
 付記2.
 前記金属基層のヤング率は、前記第1接合層および前記第2接合層の各々のヤング率よりも小である、付記1に記載の半導体装置。
 付記3.
 前記金属基層の厚さは、前記第1接合層および前記第2接合層の各々の厚さよりも大である、付記2に記載の半導体装置。
 付記4.
 前記金属基層の構成材料は、アルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む、付記3に記載の半導体装置。
 付記5.
 前記第1接合層および前記第2接合層の各々の構成材料は、銀、銅および金の少なくともいずれかを含む、付記4に記載の半導体装置。
 付記6.
 前記半導体素子は、素子本体と、前記素子本体に形成された裏面電極と、を有し、
 前記裏面電極と前記第1接合層とが固相拡散により互いに接合されている、付記1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。
 付記7.
 前記第1接合層および前記第2接合層の各々の厚さは、前記裏面電極の厚さよりも大である、付記6に記載の半導体装置。
 付記8.
 前記導電性接合材は、第1中間層および第2中間層を含み、前記第1中間層は、前記金属基層と前記第1接合層との間に介在し、前記第2中間層は、前記金属基層と前記第2接合層との間に介在する、付記1ないし7のいずれか1つに記載の半導体装置。
 付記9.
 前記第1中間層および前記第2中間層の各々の構成材料は、ニッケルを含む、付記8に記載の半導体装置。
 付記10.
 前記導電部と対向する支持面を有する支持基板をさらに備える、付記1ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。
 付記11.
 前記導電部を前記支持基板に接合する接合部材をさらに備え、
 前記接合部材は、固相拡散により接合された複数の金属層を含む、付記10に記載の半導体装置。
 付記12.
  前記導電部および前記半導体素子と、前記支持基板の一部と、を覆う封止樹脂をさらに備え、前記支持基板は、前記支持面と反対側の底面を有し、前記底面は、前記封止樹脂から露出している、付記10または11に記載の半導体装置。
 付記13.
 第1入力端子と、第2入力端子と、第1出力端子と、第2出力端子とをさらに備え、
 前記半導体素子は、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を含み、前記導電部は、前記第1スイッチング素子が導通接合される第1導電部と、前記第2スイッチング素子が導通接合される第2導電部と、を含み、
 前記第1入力端子は前記第1導電部に接続され、前記第2入力端子は前記第2スイッチング素子に接続され、前記第1出力端子および前記第2出力端子は前記第2導電部に接続されており、
 前記封止樹脂は、前記第1入力端子、前記第2入力端子、前記第1出力端子および前記第2出力端子の各々の一部を覆っている、付記12に記載の半導体装置。
 付記14.
 前記半導体素子を支持する支持面を有する支持部材をさらに備え、
 前記導電部は、主面部と、底面部と、前記主面部および前記底面部を導通させる連絡部と、を含む、付記1ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。
 付記15.
 前記半導体素子は、半導体レーザ素子およびスイッチング素子を含み、
 前記導電部は、互いに離間する第1部および第2部を含み、
 前記半導体レーザ素子は、前記第1部に導通接合され、前記スイッチング素子は、前記第2部に導通接合されている、付記14に記載の半導体装置。
 付記16.
 前記半導体レーザ素子と、前記スイッチング素子と、前記支持部材の前記支持面とを覆う透光樹脂をさらに備える、付記15に記載の半導体装置。
 付記17.
 透光樹脂をさらに備え、
 前記半導体素子は、LED素子を含み、
 前記透光樹脂は、前記LED素子と、前記支持部材の前記支持面の少なくとも一部とを覆う、付記14に記載の半導体装置。
 付記18.
 前記支持部材の前記支持面上に配置された枠状の堰部をさらに備え、
 前記支持部材の厚さ方向に視て、前記堰部は、前記透光樹脂を囲んでいる、付記17に記載の半導体装置。
A10,A20,A30  半導体装置
1    支持部材
1A   支持面
1B   底面
10   支持基板
10A  支持面
10B  底面
11   第1支持板
12   第2支持板
121  第1領域
122  第2領域
123  第3領域
13   底板
13A  凹部
14   第1面
15   第2面
16   第3面
17   第4面
18   堰部
19   接合部材
2    導電部
20   導電部
20A  主面
20B  裏面
201  第1導電部
202  第2導電部
203  第3導電部
21   主面部
21A  主面
211  第1主面部
211A 主面
211B 凸部
212  第2主面部
212A 主面
212B 凹部
213  第3主面部
213A 主面
214  第4主面部
214A 主面
22   底面部
221  第1底面部
222  第2底面部
223  第3底面部
224  第4底面部
23   連絡部
231  第1連絡部
232  第2連絡部
233  第3連絡部
234  第4連絡部
24   基材
25   導体層
26   絶縁層
271  ゲート配線層
272  検出配線層
31   第1入力端子
311  屈曲部
32   第2入力端子
321  屈曲部
33   第1出力端子
331  屈曲部
34   第2出力端子
341  屈曲部
35   ゲート端子
36   検出端子
4    半導体レーザ素子
40   半導体素子
400  LED素子
401  第1素子
402  第2素子
41   素子本体
411  素子主面
412  素子裏面
42   主面電極
421  電極パッド
43   裏面電極
44   第1レーザ電極
45   第2レーザ電極(裏面電極)
49   導電性接合材
490  金属基層
491  第1接合層
492  第2接合層
493  第1中間層
494  第2中間層
495  空隙
5    スイッチング素子
51   素子本体
511  素子主面
512  素子裏面
52   ゲート電極
53   ソース電極
54   ドレイン電極(裏面電極)
59   導電性接合材
6    コンデンサ
61   電極
62   電極
7    ワイヤ
71   第1ワイヤ
72   第2ワイヤ
73   第3ワイヤ
8    透光樹脂
80   封止樹脂
81   樹脂主面
82   樹脂底面
84   樹脂第1面
85   樹脂第2面
86   樹脂第3面
87   樹脂第4面
9    押圧部材
L    レーザ光
x    方向
y    方向
z    方向(厚さ方向)

Claims (18)

  1.  主面を有する導電部と、
     前記主面に搭載された半導体素子と、
     前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備え、
     前記導電性接合材は、金属基層と、第1接合層と、第2接合層とを含み、前記第1接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されており、前記第2接合層は、前記金属基層と前記導電部との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部と接合されている、半導体装置。
  2.  前記金属基層のヤング率は、前記第1接合層および前記第2接合層の各々のヤング率よりも小である、請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記金属基層の厚さは、前記第1接合層および前記第2接合層の各々の厚さよりも大である、請求項2に記載の半導体装置。
  4.  前記金属基層の構成材料は、アルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む、請求項3に記載の半導体装置。
  5.  前記第1接合層および前記第2接合層の各々の構成材料は、銀、銅および金の少なくともいずれかを含む、請求項4に記載の半導体装置。
  6.  前記半導体素子は、素子本体と、前記素子本体に形成された裏面電極と、を有し、
     前記裏面電極と前記第1接合層とが固相拡散により互いに接合されている、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。
  7.  前記第1接合層および前記第2接合層の各々の厚さは、前記裏面電極の厚さよりも大である、請求項6に記載の半導体装置。
  8.  前記導電性接合材は、第1中間層および第2中間層を含み、前記第1中間層は、前記金属基層と前記第1接合層との間に介在し、前記第2中間層は、前記金属基層と前記第2接合層との間に介在する、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の半導体装置。
  9.  前記第1中間層および前記第2中間層の各々の構成材料は、ニッケルを含む、請求項8に記載の半導体装置。
  10.  前記導電部と対向する支持面を有する支持基板をさらに備える、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。
  11.  前記導電部を前記支持基板に接合する接合部材をさらに備え、
     前記接合部材は、固相拡散により接合された複数の金属層を含む、請求項10に記載の半導体装置。
  12.   前記導電部および前記半導体素子と、前記支持基板の一部と、を覆う封止樹脂をさらに備え、前記支持基板は、前記支持面と反対側の底面を有し、前記底面は、前記封止樹脂から露出している、請求項10または11に記載の半導体装置。
  13.  第1入力端子と、第2入力端子と、第1出力端子と、第2出力端子とをさらに備え、
     前記半導体素子は、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を含み、前記導電部は、前記第1スイッチング素子が導通接合される第1導電部と、前記第2スイッチング素子が導通接合される第2導電部と、を含み、
     前記第1入力端子は前記第1導電部に接続され、前記第2入力端子は前記第2スイッチング素子に接続され、前記第1出力端子および前記第2出力端子は前記第2導電部に接続されており、
     前記封止樹脂は、前記第1入力端子、前記第2入力端子、前記第1出力端子および前記第2出力端子の各々の一部を覆っている、請求項12に記載の半導体装置。
  14.  前記半導体素子を支持する支持面を有する支持部材をさらに備え、
     前記導電部は、主面部と、底面部と、前記主面部および前記底面部を導通させる連絡部と、を含む、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。
  15.  前記半導体素子は、半導体レーザ素子およびスイッチング素子を含み、
     前記導電部は、互いに離間する第1部および第2部を含み、
     前記半導体レーザ素子は、前記第1部に導通接合され、前記スイッチング素子は、前記第2部に導通接合されている、請求項14に記載の半導体装置。
  16.  前記半導体レーザ素子と、前記スイッチング素子と、前記支持部材の前記支持面とを覆う透光樹脂をさらに備える、請求項15に記載の半導体装置。
  17.  透光樹脂をさらに備え、
     前記半導体素子は、LED素子を含み、
     前記透光樹脂は、前記LED素子と、前記支持部材の前記支持面の少なくとも一部とを覆う、請求項14に記載の半導体装置。
  18.  前記支持部材の前記支持面上に配置された枠状の堰部をさらに備え、
     前記支持部材の厚さ方向に視て、前記堰部は、前記透光樹脂を囲んでいる、請求項17に記載の半導体装置。
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