JP2012069640A - 半導体装置及び電力用半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１種類の接続部材で各種のサイズの半導体素子を実装可能な半導体装置及び電力用半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、基台と、この基台上に実装された半導体素子と、基台と離間して設けられた電極端子と、半導体素子と、電極端子と、を接続する接続部材と、接合材と、を備える。接続部材には、半導体素子と接続される一端部に複数の貫通孔が設けられている。また、接合材は、半導体素子と、接続部材と、のあいだに介在するとともに、複数の貫通孔内に入り込む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置及び電力用半導体装置に関する。

半導体装置は、チップ状の半導体素子と、半導体素子を封止するパッケージと、半導体素子と導通し、パッケージの内部から外部に延出する電極端子と、を備えている。パッケージの内部では、半導体素子と電極端子とが、接続部材によって接続されている。このような半導体装置において、例えば大電流に対応するためには、接続部材として金属板を所定形状に加工した部品が用いられる。

しかしながら、半導体素子のチップサイズは数多く存在することから、それぞれのチップサイズに合わせて最適な接続部材を設計、製造するのは部品点数の増加及び製造コストの上昇を招く。

特開２００１−２３０３６２号公報

本発明の実施形態は、１種類の接続部材で各種のサイズの半導体素子を実装可能な半導体装置及び電力用半導体装置を提供する。

本実施形態に係る半導体装置は、基台と、この基台上に実装された半導体素子と、基台と離間して設けられた電極端子と、半導体素子と、電極端子と、を接続する接続部材と、接合材と、を備える。接続部材には、半導体素子と接続される一端部に複数の貫通孔が設けられている。また、接合材は、半導体素子と、接続部材と、のあいだに介在するとともに、複数の貫通孔内に入り込む。

また、本実施形態の電力用半導体装置は、基台と、この基台上に実装された電力用半導体素子と、基台と離間して設けられた電極端子と、電力用半導体素子と、電極端子と、を接続する接続部材と、接合材と、封止部材と、を備える。接続部材には、電力用半導体素子と接続される一端部に複数の貫通孔が設けられている。また、接合材は、電力用半導体素子と、接続部材と、のあいだに介在するとともに、複数の貫通孔内に入り込む。また、封止部材は、少なくとも電力用半導体素子を封止する。

第１の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 半導体素子を説明する模式図である。 貫通孔の具体例を例示した模式的断面図である。 貫通孔の具体例を例示した模式的断面図である。 接続部材に貫通孔が設けられていない半導体装置の具体例を例示する模式的平面図である。 接続部材に貫通孔が設けられた半導体装置の具体例を例示する模式的平面図である。 第２の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第３の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第４の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第５の実施形態に係る電力用半導体装置の構成を例示する模式図である。 接続部材及び電極端子の変形例を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
同図（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置の模式的平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ線矢視の模式的断面図である。
すなわち、図１（ａ）及び（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体装置１１０は、基台１０と、半導体素子２０と、電極端子３０Ａと、接続部材４０Ａと、接合材５１、５２及び５３と、を備える。
なお、本実施形態の説明では、基台１０の主面１０ａに沿った一方向をＸ方向、主面１０ａに沿った方向でＸ方向に対して直交する方向をＹ方向、主面１０ａに対して垂直な方向をＺ方向ということにする。

基台１０は、半導体素子２０を支持するとともに、電気的な接続を行うフレーム部材である。基台１０には、例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。基台１０は、半導体素子２０を実装する台座部１１と、台座部１１から延出する電極端子３０Ｃと、を有する。台座部１１には、例えば、はんだである接合材５１を介して半導体素子２０が接続される。

半導体素子２０には、トランジスタやダイオード等の能動素子、抵抗やコンデンサ等の受動素子が形成されている。半導体素子２０は、半導体基板を切り出してチップ状に設けられている。図１に例示した半導体素子２０では、裏面及び表面で、それぞれ電気的な接続が行われる。なお、半導体素子２０としては、例えば表面のみで電気的な接続が行われてもよい。

電極端子３０Ａは、基台１０と離間して設けられている。図１に例示した電極端子３０Ａでは、基台１０の台座部１１とあいだを開けて、台座部１１から延出する電極端子３０Ｃとほぼ並行に延出するように配置されている。図１に例示した半導体装置１１０では、２つの電極端子３０Ａ及び３０Ｂが設けられている。なお、本実施形態において、電極端子３０Ａ及び３０Ｂを総称して電極端子３０ということにする。

電極端子３０の個数は、２つに限定されず、半導体素子２０の電極や、半導体装置１１０の仕様などによって適宜の個数が設けられる。電極端子３０には、例えば基台１０と同じＣｕが用いられる。図１に例示した半導体装置１１０では、台座部１１からＹ方向に延出する電極端子３０Ｃと、この両側に配置される電極端子３０Ａ及び３０Ｂと、によって、Ｘ方向に３端子が配置される装置になっている。例えば、半導体素子２０がＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）の場合、上記の３端子に、ゲート、ソース及びドレインが割り当てられる。

電極端子３０は、半導体装置１１０の製造工程の途中まで、例えば台座部１１から延出する電極端子３０Ｃとタイバー（図示せず）によって連結されている。タイバーは、封止部材を形成後に切断される。これにより、電極端子３０は、電極端子３０Ｃから独立する。

接続部材４０Ａは、半導体素子２０と電極端子３０Ａとを導通させる金属製の部材である。半導体装置１１０において、複数の電極端子３０Ａ及び３０Ｂを有する場合、電極端子３０Ａに対応して接続部材４０Ａが接続され、電極端子３０Ｂに対応して接続部材４０Ｂが接続される。また、さらに電極端子を有する場合には、それぞれの電極端子に接続部材が接続される。

接続部材４０Ａは、半導体素子２０と接続される一端部４０１と、電極端子３０Ａと接続される他端部４０２と、一端部４０１と他端部４０２との間に設けられた中間部４０３と、を有する。

一端部４０１は、半導体素子２０の表面とほぼ並行に設けられる。また、他端部４０２は、電極端子３０Ａの表面とほぼ並行に設けられる。また、中間部４０３は、必要に応じて一端部４０１及び他端部４０２に対して折り曲げられており、一端部４０１と他端部４０２とのＺ方向に沿った高さの差を設けている。

本実施形態の半導体装置１１０では、接続部材４０Ａの一端部４０１に、複数の貫通孔４１が設けられている。一端部４０１に設けられた複数の貫通孔４１は、一端部４０１の主面４０１ａに沿った開口形状が例えば円形になっている。

また、複数の貫通孔４１は、接続部材４０Ａにおける一端部４０１の領域Ｓ１に、マトリクス状に設けられている。
領域Ｓ１の面積は、半導体素子２０における、接続部材４０Ａの一端部４０１が接続する面（領域Ｓ２）の面積よりも広くなっている。すなわち、半導体素子２０は、領域Ｓ１の範囲内で接続部材４０Ａと接続されている。

半導体素子２０と接続部材４０Ａの一端部４０１とは、接合材５２によって接合されている。接合材５２は、例えば、はんだである。また、接続部材４０Ａの他端部４０２と電極端子３０Ａとは、接合材５３によって接合されている。接合材５３は、例えば、はんだである。

ここで、接合材５２は、半導体素子２０と、接続部材４０Ａと、のあいだに介在するとともに、接続部材４０Ａに設けられた貫通孔４１内に入り込んでいる。

図１（ｂ）に表したように、接続部材４０Ａの一端部４０１は、半導体素子２０の表面に設けられた保護用絶縁膜２２に支持される。接合材５２は、保護用絶縁膜２２で支持されることで生じた半導体素子２０の表面と接続部材４０Ａとの隙間に介在する。
また、接合材５２がはんだである場合、溶融した接合材５２は、表面張力によって貫通孔４１内に吸い上げられる。これにより、接続部材４０Ａの一端部４０１と、半導体素子２０の表面と、のあいだに介在した接合材５２が、保護用絶縁膜２２で囲まれた領域外へはみ出すことを防止している。

図１に例示した半導体装置１１０では、接続部材４０Ｂも設けられている。接続部材４０Ｂは、半導体素子２０と、電極端子３０Ｂと、を接続する。接続部材４０Ｂにも、上記説明した接続部材４０Ａと同様に、複数の貫通孔が設けられていてもよい。なお、図１に例示した半導体装置１１０では、接続部材４０Ａのみに複数の貫通孔４１が設けられている。

本実施形態に係る半導体装置１１０では、接続部材４０Ａに複数の貫通孔４１が設けられていることで、接合材５２が接続部材４０Ａと半導体素子２０との間のほか、貫通孔４１内にも入り込み、接合材５２のはみ出しを抑制できる。このように、接合材５２のはみ出しが抑制されることから、半導体素子２０の面積よりも大きな一端部４０１を有する接続部材４０Ａを用いることができる。つまり、大きな接続部材４０Ａによって、各種のサイズの半導体素子２０の接続に対応できるようになる。

また、隣接する接続部材４０Ａ及び４０Ｂの間隔を狭くしても、両者の短絡を防止できるようになる。このため、接続部材４０Ａと、これに隣接する接続部材４０Ｂとの間隔を狭くすることができ、半導体装置１１０の大型化を防止できる。

次に、各部の具体例について説明する。
図２は、半導体素子を説明する模式図である。
同図（ａ）は、半導体素子の模式的平面図、同部（ｂ）は、同図（ａ）に示すＣ−Ｃ線矢視の模式的断面図である。
半導体素子２０は、チップ状に切り出されている。半導体素子２０の表面には、保護用絶縁膜２２が設けられている。保護用絶縁膜２２は、半導体素子２０の表面の電極２０１及び２０２を除く部分に設けられている。保護用絶縁膜２２は、例えばソルダーレジスト（熱硬化性樹脂）である。

半導体素子２０の裏面には電極２０３が設けられている。半導体素子２０が例えばＭＯＳＦＥＴの場合、例えば電極２０１はゲート電極、電極２０２はソース電極、電極２０３はドレイン電極である。例えばゲート電極となる電極２０１は、半導体素子２０の表面の周縁部に配置されている。また、例えばソース電極となる電極２０２は、半導体素子２０の表面の中央部に、電極２０１よりも広く設けられている。また、例えばドレイン電極となる電極２０３は、半導体素子２０の裏面の全面に設けられている。

半導体素子２０の裏面に設けられた電極２０３は、図１（ｂ）に示す接合材５１によって基台１０の台座部１１と接合される。また、半導体素子２０の表面に設けられた電極２０１は、図１に示す接続部材４０Ｂと接合材５２を介して接合される。

また、半導体素子２０の表面に設けられた電極２０２は、図１に示す接続部材４０Ａと接合材５２を介して接合される。ここで、接続部材４０Ａは、電極２０２の領域Ｓ２と接合される。領域Ｓ２は、保護用絶縁膜２２の内周で囲まれる領域と同じでもよいし、わずかに小さい領域でもよい。この接続部材４０Ａが接合される領域Ｓ２の面積に比べ、図１（ａ）に示す接続部材４０Ａにおける貫通孔４１が設けられた領域Ｓ１の面積のほうが広い。これにより、異なるサイズの半導体素子２０であっても、貫通孔４１が設けられた領域Ｓ１の内側で電極２０２と接続部材４０Ａとを接合できることになる。

このように、接続部材４０Ａは、電極２０２の大部分の領域Ｓ２と接合される。接続部材４０Ａは金属で形成されていることから、半導体素子２０と大きな面積で接合されるほど半導体素子２０の表面抵抗の低減を図ることができる。

なお、電極２０１、２０２及び２０３の配置は一例であり、これに限定されるものではない。

図３及び図４は、貫通孔の具体例を例示した模式的断面図である。
図３は、接続部材に貫通孔が設けられた具体例、図４は、接続部材に貫通孔及び突起が設けられた具体例をそれぞれ示している。両図（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線矢視の模式的断面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の一点鎖線枠Ｚ１の拡大図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一点鎖線枠Ｚ２の拡大図である。

先ず、図３に基づき、接続部材に貫通孔が設けられた具体例を説明する。
図３に表したように、接続部材４０Ａは、半導体素子２０の表面に設けられた保護用絶縁膜２２の上に支持されている。そして、電極２０２と接続部材４０Ａとの間には接合材５２が介在している。

接合材５２は、例えば、はんだであり、接合の際に溶融して電極２０２と接続部材４０Ａとのあいだに拡がっていく。この際、表面張力によって接合材５２は、貫通孔４１の中に吸い上げられる。これにより、電極２０２と接続部材４０Ａとの間で、保護用絶縁膜２２の方向へ拡がる接合材５２が、保護用絶縁膜２２の外側へはみ出すことを防止できることになる。

一方、接続部材４０Ａに貫通孔４１が設けられていない場合、溶融した接合材５２が接続部材４０Ａの表面を伝わり、保護用絶縁膜２２を乗り越えて外部へ漏れ出やすい。これに対し、本実施形態のように、接続部材４０Ａに貫通孔４１が設けられていると、溶融した接合材５２が接続部材４０Ａの表面を伝わり拡がる途中で貫通孔４１内に引き込まれ、保護用絶縁膜２２を乗り越えずに済むことになる。

また、接合材５２として、例えば有機材料を含むはんだが用いられている場合、このはんだの溶融によって有機材料がガス状になって揮発する。この揮発したガスは、貫通孔４１を介して外部へ容易に抜け出ることになる。つまり、貫通孔４１は、有機材料が揮発する際のガス抜きのための孔として利用される。

このように、接合材５２が保護用絶縁膜２２の外側へはみ出すことを防止できること、及び接合材５２から発生したガスが貫通孔４１から容易に抜けること、によって、本実施形態では、貫通孔４１が設けられていない場合に比べ、接合材５２を厚めに設けることができる。接合材５２を厚めに設けると、半導体素子２０と接続部材４０Ａとの間の熱サイクルでの接合材５２の劣化を抑制できる。

次に、図４に基づき、接続部材に貫通孔及び突起が設けられた具体例を説明する。
図４に表したように、接続部材４０Ａには、複数の貫通孔４１が設けられている。また、貫通孔４１には、貫通孔４１の内壁４１ａから、半導体素子２０とは反対側（上側）のＺ方向に立ち上がる突起４１ｂが設けられている。すなわち、突起４１ｂは、貫通孔４１の上側の縁から立ち上がっている。

このような突起４１ｂは、例えば、接続部材４０Ａの貫通孔４１を穴開け加工する際に生じるバリを利用してもよいし、穴開け加工した後に別途突起４１ｂを設ける処理を施してもよい。

貫通孔４１に突起４１ｂが設けられていると、貫通孔４１に吸い上げられた接合材５２が、貫通孔４１の上側の突起４１ｂの位置まで入り込むようになる。例えば、接合材５２としてはんだを用いる場合、溶融したはんだの表面張力によってはんだが貫通孔４１内に吸い上げられる。さらに、はんだは突起４１ｂの位置まで吸い上げられる。

ここで、ある貫通孔４１の上側の縁から立ち上がる突起４１ｂとして、この突起４１ｂにより構成されるＸ方向に沿った開口径が、貫通孔４１の上側の縁から離れるに従い狭くなるよう設けられていると、接合材５２の表面張力による吸い上げの効果がより顕著となる。

このように、貫通孔４１に突起４１ｂが設けられていることによって、突起４１ｂの位置まで接合材５２を確実に入り込ませることができる。したがって、接合材５２の保護用絶縁膜２２の外側へのはみ出しの抑制を、より効果的に発揮させることができる。つまり、貫通孔４１に突起４１ｂを設けると、図３に例示した接続部材４０Ａの効果を、より高めることができる。

次に、半導体素子のサイズの相違による接続部材の状態の具体例を説明する。
図５は、接続部材に貫通孔が設けられていない半導体装置の具体例を例示する模式的平面図である。
図６は、接続部材に貫通孔が設けられた半導体装置の具体例を例示する模式的平面図である。

先ず、図５に基づき、接続部材に貫通孔が設けられていない場合を説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）にかけて半導体素子（２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃ）の大きさが順に小さくなっている。
すなわち、図５（ｂ）に表した半導体装置１９０Ｂの半導体素子２０Ｂのサイズは、図５（ａ）に表した半導体装置１９０Ａの半導体素子２０Ａのサイズよりも小さい。また、図５（ｃ）に表した半導体装置１９０Ｃの半導体素子２０Ｃのサイズは、半導体装置１９０Ｂの半導体素子２０Ｂのサイズよりも小さい。

ここで、接続部材４０Ａ（Ｌ）、４０Ａ（Ｍ）及び４０Ａ（Ｓ）には貫通孔が設けられていない。このため、保護用絶縁膜２２の外側へ接合材５２が漏れ出す可能性を考慮し、接続部材４０Ａ（Ｌ）、４０Ａ（Ｍ）及び４０Ａ（Ｓ）と、これに隣接する接続部材４０Ｂと、の間隔ｄ１を比較的広く設ける必要がある。この間隔ｄ１に応じて保護用絶縁膜２２の幅が広くなっている。

図５に表した半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃでは、間隔ｄ１をある程度確保するため、素子サイズに小さくなるに従い、接続部材４０Ａ（Ｌ）、４０Ａ（Ｍ）及び４０Ａ（Ｓ）との接触面積が小さくなる。図５に表した半導体装置１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃでは、半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃと接続部材４０Ａ（Ｌ）、４０Ａ（Ｍ）及び４０Ａ（Ｓ）との接触面積に応じて異なる接続部材４０Ａ（Ｌ）、４０Ａ（Ｍ）及び４０Ａ（Ｓ）を用意している。

次に、図６に基づき、接続部材に貫通孔が設けられている場合を説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）にかけて半導体素子（２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃ）の大きさが順に小さくなっている。
すなわち、図６（ｂ）に表した半導体装置１１０Ｂの半導体素子２０Ｂのサイズは、図６（ａ）に表した半導体装置１１０Ａの半導体素子２０Ａのサイズよりも小さい。また、図６（ｃ）に表した半導体装置１１０Ｃの半導体素子２０Ｃのサイズは、半導体装置１１０Ｂの半導体素子２０Ｂのサイズよりも小さい。

図６に表した接続部材４０Ａには複数の貫通孔４１が設けられているため、保護用絶縁膜２２の外側への接合材５２の漏れ出しが抑制される。このため、接続部材４０Ａと、これに隣接する接続部材４０Ｂと、の間隔ｄ２を、図５に表した間隔ｄ１よりも狭くすることができる。保護用絶縁膜２２の幅は、この間隔ｄ２に応じて設定される。したがって、図６に表した半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃでは、図５に表した例に比べ、半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃと、接続部材４０Ａとの接触面積を大きくすることができる。

また、図６に表した半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃでは、間隔ｄ２を図５に表した間隔ｄ１よりも狭くできるため、素子サイズが小さくなっても、接続部材４０Ａとの接触面積を十分に確保できる。

さらに、図６に表した半導体装置１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃの接続部材４０Ａでは、複数の貫通孔４１が設けられる領域Ｓ１の面積が、接続部材４０Ａと半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃとの接合の領域Ｓ２の面積よりも大きくなっている。したがって、半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃのサイズが異なっていても、１つの種類の接続部材４０Ａで対応できることになる。

また、接続部材４０Ａに設けられた複数の貫通孔４１が、例えば、はんだによる接合材５２のガス抜き用として利用され、接合材５２によって接続部材４０Ａと半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃとを確実に接合できることになる。

ここで、図５に表した例のうち、最も大きい接続部材４０Ａ（Ｌ）を用い、これを図５（ｃ）に表した半導体素子２０Ｃに接続したとする。この場合、例えば、はんだによる接合材５２が溶融した際、接続部材４０Ａ（Ｌ）の表面を伝わり、保護用絶縁膜２２の外側に漏れ出す可能性がある。

一方、図６に表したように、接続部材４０Ａに複数の貫通孔４１が設けられていれば、溶融したはんだが接続部材４０Ａの表面を伝わっても、貫通孔４１内に引き込まれ、保護用絶縁膜２２の外側に漏れ出すことを抑制できる。

したがって、図６に表した半導体装置１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃでは、半導体素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃのサイズが異なっていても１つの種類の接続部材４０Ａで対応できるようになる。しかも、接続部材４０Ａと、これに隣接する接続部材４０Ｂとの間隔ｄ２を狭くできるため、半導体装置１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃの小型化を図ることができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。
図７に表したように、本実施形態に係る半導体装置１２０では、貫通孔４２の一端部４０１の主面４０１ａに沿った開口形状が矩形になっている。
すなわち、貫通孔４２は、ＸＹ平面視において矩形に設けられている。

また、貫通孔４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅは、Ｘ方向に延びた矩形の第１貫通孔４２１と、Ｙ方向に延びた矩形の第２貫通孔４２２と、が組み合わされている。
第１貫通孔４２１及び第２貫通孔４２２は、互いの一端が接続され、ＸＹ平面視においてＬ字型を構成している。

しかも、貫通孔４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅのうち、貫通孔４２Ａは最も外側に設けられ、貫通孔４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅは、この順に貫通孔４２Ａの内側に設けられている。

ここで、貫通孔４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅの第１貫通孔４２１及び第２貫通孔４２２の大きさは、接続部材４０Ａが接続される半導体素子２０の電極２０２の大きさに対応している。つまり、第１貫通孔４２１及び第２貫通孔４２２によるＬ字型が、種々のサイズの電極２０２における２辺に対応している。

このような貫通孔４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅが設けられた接続部材４０Ａを用いると、サイズの異なる半導体素子２０であっても、電極２０２の内側に、貫通孔４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅの少なくとも１つが配置されることになる。

したがって、接続部材４０Ａと電極２０２との間に介在する接合材５２が、電極２０２の内側に配置された貫通孔４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅの少なくとも１つに引き込まれる。これによって、接合材５２が保護用絶縁膜２２の外側へ漏れ出すことを防止する。

このような接続部材４０Ａであっても、１つの種類の接続部材４０Ａによって、異なるサイズの半導体素子２０の接続に対応することができるようになる。

なお、図７に例示した貫通孔４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅでは、第１貫通孔４２１及び第２貫通孔４２２の互いの一端が接続されているが、必ずしも接続されていなくてもよい。また、第１貫通孔４２１及び第２貫通孔４２２によるＬ字型の向きも、図７に示したものに限定されない。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。
図８に表したように、本実施形態に係る半導体装置１３０は、３端子の中央に電極端子３０Ａが配置され、３端子の一方の端に電極端子３０Ｃが配置されている。

すなわち、基台１０からＹ方向に延出する電極端子３０Ｃは、３端子の一方の端に配置される。また、３端子の中央に配置された電極端子３０Ａは、接続部材４０Ａによって半導体素子２０と接続される。３端子の他方の端に配置された電極端子３０Ｂは、接続部材４０Ｂによって半導体素子２０と接続される。

接続部材４０Ａには、複数の貫通孔４１が設けられている。貫通孔４１は、図３及び図４に例示したいずれの構成であってもよい。接続部材４０Ａは、接続先の電極端子３０Ａの配置に合わせた形状になっている。

半導体装置１３０のように、電極端子３０Ａが３端子の中央に配置されていても、貫通孔４１を備えた接続部材４０Ａを用いることで、１つの接続部材４０Ａによって種々のサイズの半導体素子２０に対応できるようになる。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。
図９に表したように、本実施形態に係る半導体装置１４０では、接続部材４０Ａに吸着用の平坦部４５が設けられている。

平坦部４５は、接続部材４０Ａにおける複数の貫通孔４１が設けられた一端部４０１に設けられている。平坦部４５には、貫通孔４１は設けられていない。複数の貫通孔４１が設けられた一端部４０１は、接続部材４０Ａのなかで大きな面積を占めている。このため、接続部材４０Ａの重心は、一端部４０１側に寄っている。

接続部材４０Ａを例えば真空吸着によって保持する際、重心位置に近いところで保持することが望ましい。ここで、接続部材４０Ａの一端部４０１には複数の貫通孔４１が設けられており、貫通孔４１の位置では真空吸着した際に空気漏れが生じる。したがって、接続部材４０Ａの重心位置に近い一端部４０１に、貫通孔４１のない平坦部４５を設けておく。これにより、貫通孔４１が設けられた接続部材４０Ａであっても、重心位置に近い平坦部４５で真空吸着することができるようになる。

なお、平坦部４５は、重心位置に近いことが好ましく、重心位置と一致することが最も好ましい。ただし、平坦部４５には貫通孔４１が設けられないため、貫通孔４１の効果をなるべく阻害しない位置に配置することが望ましい。

（第５の実施形態）
図１０は、第５の実施形態に係る電力用半導体装置の構成を例示する模式図である。
同図（ａ）は、本実施形態に係る電力用半導体装置の模式的平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＤ−Ｄ線矢視の模式的断面図である。
すなわち、図１０（ａ）及び（ｂ）に表したように、本実施形態に係る電力用半導体装置２００は、基台１０と、基台１０上に実装された電力用半導体素子２０Ｐと、基台１０と離間して設けられた電極端子３０Ａと、電力用半導体素子２０Ｐと、電極端子３０Ａと、を接続し、電力用半導体素子２０Ｐと接続される領域に複数の貫通孔４１が設けられた接続部材４０Ａと、電力用半導体素子２０Ｐと、接続部材４０Ａと、のあいだに介在するとともに、複数の貫通孔４１内に入り込む接合材５２と、少なくとも電力用半導体素子２０Ｐを封止する封止部材６０と、を備える。

電力用半導体素子２０Ｐは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）、パワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタといった高電圧及び大電流に対応したトランジスタ素子である。本実施形態に係る電力用半導体装置２００では、電力用半導体素子２０Ｐの一例としてＩＧＢＴが適用されている。

電力用半導体素子２０Ｐは、基台１０の台座部１１に、例えば、はんだである接合材５１によって接続されている。電力用半導体素子２０Ｐの台座部１１との接続面（裏面）は、ＩＧＢＴのコレクタである。台座部１１には、封止部材６０の外側まで延出する電極端子３０Ｃが設けられている。したがって、電極端子３０Ｃは、電力用半導体装置２００のコレクタ電極として利用される。

図１０に例示した電力用半導体装置２００では、さらに２つの電極端子３０Ａ及び３０Ｂが設けられている。電極端子３０Ａは、接続部材４０Ａによって電力用半導体素子２０Ｐと接続されている。また、電極端子３０Ｂは、接続部材４０Ｂによって電力用半導体素子２０Ｐと接続されている。電極端子３０Ａ及び３０Ｂの一方は、電力用半導体装置２００のエミッタ電極またはベース電極として利用され、他方は、電力用半導体装置２００のベース電極またはエミッタ電極として利用される。

接続部材４０Ａは、半導体素子２０と接続される一端部４０１と、電極端子３０Ａと接続される他端部４０２と、一端部４０１と他端部４０２との間に設けられた中間部４０３と、を有する。

一端部４０１は、電力用半導体素子２０Ｐの表面とほぼ並行に設けられる。また、他端部４０２は、電極端子３０Ａの表面とほぼ並行に設けられる。また、中間部４０３は、必要に応じて一端部４０１及び他端部４０２に対して折り曲げられており、一端部４０１と他端部４０２とのＺ方向に沿った高さの差を設けている。

複数の貫通孔４１は、接続部材４０Ａの一端部４０１に設けられている。電力用半導体素子２０Ｐと接続部材４０Ａの一端部４０１とは、接合材５２によって接合されている。接合材５２は、例えば、はんだである。また、接続部材４０Ａの他端部４０２と電極端子３０Ａとは、接合材５３によって接合されている。接合材５３は、例えば、はんだである。

ここで、接合材５２は、電力用半導体素子２０Ｐと、接続部材４０Ａと、のあいだに介在するとともに、接続部材４０Ａに設けられた貫通孔４１内にも入り込んでいる。

図１０（ｂ）に表したように、接続部材４０Ａの一端部４０１は、電力用半導体素子２０Ｐの表面に設けられた保護用絶縁膜２２に支持される。接合材５２は、保護用絶縁膜２２で支持されることで生じた半導体素子２０の表面と接続部材４０Ａとの隙間に介在する。
また、接合材５２は、表面張力によって貫通孔４１内に吸い上げられる。これにより、接続部材４０Ａの一端部４０１と、半導体素子２０の表面と、のあいだに介在した接合材５２が、接続部材４０Ａの外側へはみ出すことを防止している。

そして、封止部材６０は、少なくとも電力用半導体素子２０Ｐを封止している。封止部材６０には、例えばエポキシ樹脂が用いられる。本実施形態では、電力用半導体素子２０Ｐ、基台１０、電極端子３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの一部が封止部材６０によって封止されている。

本実施形態に係る電力用半導体装置２００では、複数の貫通孔４１が設けられた接続部材４０Ａによって、接合材５２のはみ出しを抑制できる。これにより、電力用半導体素子２０Ｐの面積よりも大きな一端部４０１を有する接続部材４０Ａを用いることができ、１つの接続部材４０Ａで各種のサイズの電力用半導体素子２０Ｐの接続に対応できるようになる。

また、隣接する接続部材４０Ａ及び４０Ｂの間隔を狭くしても、両者の短絡を防止できるようになる。このため、大きな接続部材４０Ａを用いても、隣接する接続部材４０Ｂとの間隔を不必要に拡げなくてもよく、電力用半導体装置２００の大型化を防止できる。

また、電力用半導体素子２０Ｐよりも大きな一端部４０１を有する接続部材４０Ａを用いることで、電力用半導体素子２０Ｐで発生した熱を接続部材４０Ａを介して外部へ放出しやすくなる。すなわち、電力用半導体装置２００の放熱特性を向上できる。

さらには、電極２０２と接続部材４０Ａとの接触面積の増大によって、ＩＧＢＴ等の電力用半導体素子２０Ｐのオン抵抗を低減することができる。

なお、図１０に例示した電力用半導体装置２００では、円形の貫通孔４１を備えた接続部材４０Ａを用いているが、矩形の貫通孔４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ及び４２Ｅを備えた接続部材４０Ａを用いてもよい。また、電力用半導体装置２００は、１つの電力用半導体素子２０Ｐが基台１０に搭載されるもののほか、複数の電力用半導体素子２０Ｐが基台１０に搭載されるものであってもよい。

（接続部材及び電極端子の変形例）
図１１は、接続部材及び電極端子の変形例を説明する模式図である。
同図（ａ）は、接続部材の他端部におけるＸＺ平面での模式的断面図である。同図（ｂ）は、電極端子のＹＺ平面での模式的断面図である。

図１１（ａ）に表した接続部材４０Ｃでは、他端部４０２が、電極端子３０Ａと接続される第１の面４０２ａと、第１の面４０２ａに設けられ電極端子３０Ａの側面に隣接する第２の面４０２ｂと、を有する。
第２の面４０２ｂは、第１の面４０２ａのＸ方向に沿った両端に設けられている。

この接続部材４０Ｃを用いると、接続部材４０Ｃの他端部４０２を電極端子３０Ａに接合材５３を介して接合する際、２つの第２の面４０２ｂによって電極端子３０Ａの側面の外側を抱え込む状態になる。したがって、接続部材４０Ｃを配置する際、電極端子３０Ａを基準にしてＸ方向に沿った位置が規制される。

また、例えば、はんだによる接合材５３によって接続部材４０Ｃと電極端子３０Ａとを接合する際、第１の面４０２ａと電極端子３０Ａの表面との間で溶融した接合材５３が外側へ拡がり、第２の面４０２ｂと電極端子３０Ａの側面との間に回り込むことになる。これによって、接合材５３のはみ出しを抑制できる。

図１１（ｂ）に表した電極端子３０Ａでは、途中に段差部３５が設けられている。段差部３５は、電極端子３０Ａの途中がＺ方向に沿って立ち上がるように設けられた部分である。接続部材４０Ａを電極端子３０Ａに接合する際、接続部材４０Ａの他端部４０２の先端が、電極端子３０Ａの段差部３５に突き当たる。これによって、接続部材４０Ａを配置する際、電極端子３０Ａを基準にしてＹ方向に沿った位置が規制される。

以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１１０、１２０、１３０及び１４０及び電力用半導体装置２００によれば、１種類の接続部材４０Ａを用いて各種のサイズの半導体素子２０を実装することが可能になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…基台、１１…台座部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…半導体素子、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…電極端子、４０Ａ，４０Ｂ…接続部材、４１…貫通孔、４１ａ…内壁、４１ｂ…突起、５１，５２，５３…接合材、６０…封止部材、１１０，１２０，１３０，１４０…半導体装置、２００…電力用半導体装置

Claims (10)

1. 基台と、
   前記基台上に実装された半導体素子と、
   前記基台と離間して設けられた電極端子と、
   前記半導体素子と、前記電極端子と、を接続し、前記半導体素子と接続される一端部に複数の貫通孔が設けられた接続部材と、
   前記半導体素子と、前記接続部材と、のあいだに介在するとともに、前記複数の貫通孔内に入り込む接合材と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記一端部における前記複数の貫通孔が設けられた領域の面積は、前記半導体素子における前記接続部材との接続面の面積よりも広いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記接続部材は、前記貫通孔の内壁から前記半導体素子とは反対側に立ち上がる突起を有し、
   前記接合材は、前記貫通孔の前記半導体素子の側から前記突起の位置まで入り込んだことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記接続部材は、前記電極端子の表面と接続された第１の面と、前記第１の面に設けられ前記電極端子の側面に隣接した第２の面と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記電極端子は、前記接続部材の先端が突き当たる段差部を有することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記接続部材は、前記一端部に、前記貫通孔が設けられていない平坦部を有することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体装置。
7. 前記貫通孔の前記一端部の主面に沿った開口形状は円形であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
8. 前記貫通孔の前記一端部の主面に沿った開口形状は矩形であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
9. 前記貫通孔は、前記主面に沿った第１の方向へ延びる第１貫通部と、前記第１の方向に対して直交し前記主面に沿った前記第２の方向へ延びる第２貫通部と、を有することを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
10. 基台と、
    前記基台上に実装された電力用半導体素子と、
    前記基台と離間して設けられた電極端子と、
    前記電力用半導体素子と、前記電極端子と、を接続し、前記電力用半導体素子と接続される一端部に複数の貫通孔が設けられた接続部材と、
    前記電力用半導体素子と、前記接続部材と、のあいだに介在するとともに、前記複数の貫通孔内に入り込む接合材と、
    少なくとも前記電力用半導体素子を封止する封止部材と、
    を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。

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