JP2001237279A - 半導体装置及びそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チップ部品特にＩＣチップ基体をろう材バンプ
により載置部材に固着する際の過剰な界面反応を抑制
し、製造時あるいは運転時の熱的及び機械的変化による
ろう付け部の破損を防止し、製造歩留りや信頼性の高い
半導体装置及びこれを用いた電子装置を提供すること。 【解決手段】半導体基体が表面に導体配線を設けた載置
部材上に、錫（Sn）又は錫（Sn）,アンチモン（Sb）,銀
（Ag）, 銅（Cu）, ニッケル（Ni）,燐（P）,ビスマス
（Bi）,亜鉛（Zn）,金（Au）及びインジウム（In）の群
から選択された2種以上の物質からなるろう材で構成さ
れたバンプにより固着され、該半導体基体、該バンプ及
び該載置部材が熱硬化樹脂でモールドされた半導体装置
及びそれを用いた電子装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基体を載置
部材上に錫（Ｓｎ）を主成分とするろう材バンプにより
固着し、この固着体を熱硬化樹脂でモールドした構造の
半導体装置及びこれを用いた電子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイプリッドICを構成する抵抗、コンデ
ンサ、封止型半導体素子、フリップチップ等のチップ部
品は、配線基板のごとき載置部材上に、融点の比較的低
いろう材により接着される。例えば、特開平１０−１６
６１７８号公報には、配線パターンを設けたプリント基
板とこれに接続される電子部品からなる電子機器であっ
て、プリント基板と電子部品とを１０〜２５ｗｔ％のビ
スマス（Ｂｉ）、１．５〜３ｗｔ％の銀（Ａｇ）,残り
が錫（Ｓｎ）及び不可避的不純物で構成される半田バン
プにより接続した電子機器が開示されている。本公知技
術に基づくと、チップ部品を有機質材料からなる基板上
に錫（Ｓｎ）を主成分とするろう材により搭載が可能で
ある。

【０００３】また、特開平９−１６７８１５号公報に
は、半導体チップをガラス基板上にＰｂ−５％Ｓｎはん
だ材からなるバンプにより接続し、この接続体を樹脂に
より被覆した構造の半導体装置が開示されている。ま
た、特開平８−８３００号公報には、ＬＳＩチップをア
ルミナ基板上にＰｂ−５ｗｔ％Ｓｎはんだ材からなるバ
ンプにより接続し、この接続体のバンプ接続部に樹脂を
充填した構造の半導体集積回路実装構造体が開示されて
いる。前記の２件の公知技術によれば、半導体基体を無
機質材料からなるセラミックス基板上にろう材バンプに
より搭載すること、そして樹脂によりバンプ接続部の信
頼性を向上させることが可能である。

【０００４】また、"銅厚膜技術によるマイクロ波ハイ
ブリッドIC用基板"：(第3回マイクロエレクトロニクス
シンポジウム論文集, ｐｐ.１４９−１５２, １９８９)
には、９６％アルミナ基板に酸化ルテニウム系抵抗ペー
スト及び金系導体ペーストを印刷後８５０℃の空気中で
焼成し、その後銅系ペーストによりスルーホール及び配
線パターンを印刷した後６００℃の窒素中で焼成したマ
イクロ波ハイブリッドＩＣ用基板が開示されている。本
技術例の配線基板に、特開平１０−１６６１７８号公報
で開示された錫（Ｓｎ）を主成分とするろう材で所定の
チップ部品を搭載することにより、ハイブリッドＩＣと
しての機能を果たす回路を形成することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来から、鉛（Ｐｂ）
を含むはんだ材は多くの半導体装置に用いられてきた。
しかし、環境保全の観点から、最近ではその使用を避け
るアプローチがなされている。特開平１０−１６６１７
８号公報で開示された錫（Ｓｎ）を主成分とするろう材
はＰｂを含有しておらず、上記の観点に沿った材料にな
り得る。

【０００６】特開平１０−１６６１７８号公報で開示さ
れたＳｎを主成分とするろう材が他の公知技術で開示さ
れた半導体装置や実装構造体に適用された場合は、解決
しなければならない次の課題を有していた。

【０００７】第1の課題は、金属との反応性に富むＳｎ
を多量に含んだろう材が適用されることに基づく問題で
ある。例えば、載置部材に設けられた導体配線層がＳｎ
を多量に含む溶融ろう材中に溶解して消失し、この導体
層は本来の電気的役割やチップ部品の固定用担体として
の役割を果たし得なくなる。これは、ろう材としてのＳ
ｎと金属との接触界面における溶解反応が進行しやすい
ことによる。この問題は、半導体装置の製作過程におけ
る回路断線として表われ、最終的には製品の不良発生率
の増大(換言すると、製品歩留りの低下)として、好まし
くない影響を及ぼす。

【０００８】また、導体配線層が完全に消失しない場合
でも、高温の稼働条件のもとにさらされた場合は、Ｓｎ
を主成分とするろう材と残余の導体配線層成分との固相
拡散が促進され、導体配線層成分はこの成分とＳｎを主
成分とする合金ないし金属間化合物に変化する。このよ
うな合金ないし金属間化合物は、それ自体脆く、アルミ
ナ等のセラミックス基板との接合力も弱い。この結果、
固着されていたチップ部品が基板から剥離して、所期の
回路機能を維持できなくなる。これが第2の問題であ
る。

【０００９】第3の課題は、Ｓｎを多量に含んだろう材
(例えばＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ)はヤング率:４５００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²,降伏応力:３．５６ｋｇｆ／ｍｍ²及び加工硬
化係数:７７．９なる物性(いずれも２５℃に於ける値)
を示すことから明らかなように、従来から半導体実装の
分野で用いられてきたＰｂ−Ｓｎ系ろう材に比較して、
剛性が高く、脆い性質を有している。Ｐｂ−Ｓｎ系ろう
材(Ｐｂ−６０ｗｔ％Ｓｎ)はヤング率:３０００ ｋｇｆ
／ｍｍ²,降伏応力:２．３７ｋｇｆ/ｍｍ²及び加工硬化
係数:５１．９なる物性(いずれも２５℃における値)を
有する。

【００１０】Ｐｂ−Ｓｎ系ろう材の場合は、半導体装置
の稼働時における熱的歪をろう材自体の塑性変形で吸収
することにより所定の信頼性を維持している(主要な破
壊モードは疲労である)。しかし、Ｓｎを多量に含んだ
ろう材の場合は、熱的歪をろう材自体の塑性変形で吸収
する程度はＰｂ−Ｓｎ系ろう材よりも低い。

【００１１】すなわち、Ｓｎを多量に含んだろう材に過
大な応力が作用した場合、ろう材はあまり塑性変形しな
いまま破断を生じやすい。したがって、半導体装置のろ
う付け接合部に所定の信頼性を持たせることは極めて困
難である。この点が、Ｓｎを多量に含んだろう材を適用
した半導体装置に特有な新たな課題であり、Ｐｂ−Ｓｎ
系ろう材を適用したろう付け接合体では見られなかった
事項である。

【００１２】また、Ｓｎを多量に含んだろう材と第4先
行技術例のようなCu配線とを組み合わせた接合構造にお
いては、ＳｎとＣｕとの反応が進んでＳｎ−Ｃｕ系金属
間化合物又は合金が生成されやすく、ろう材はこのよう
な金属間化合物又は合金を含んだものになる。この場合
は、Ｓｎを多量に含んだろう材よりも、更に脆性を増し
たものとなる。この点は、Ｓｎを多量に含んだろう材を
Ｃｕ配線と組み合わせた半導体装置に特有な新たな第4
の課題である。

【００１３】以上に述べた第1乃至4の課題は、半導体基
体が表面に導体配線を設けた載置部材上にＳｎを多量に
含むろう材バンプで固着した部分を有する半導体装置に
おいても、克服しなければならない重要な点である。

【００１４】本発明の目的は上述の問題点を解決し、ろ
う付け界面の過剰な反応を抑制し、製造時あるいは運転
時の熱的及び機械的変化によるろう付け部の破損を防止
し、製造歩留りや信頼性の高い半導体装置とこれを用い
た電子装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体装置は、半導体基体が表面に導体配線を設け
た載置部材上に、錫（Ｓｎ）又は錫（Ｓｎ）,アンチモ
ン（Ｓｂ）,銀（Ａｇ）, 銅（Ｃｕ）, ニッケル（Ｎ
ｉ）,燐（Ｐ）,ビスマス（Ｂｉ）,亜鉛（Ｚｎ）,金（Ａ
ｕ）及びインジウム（Ｉｎ）の群から選択された2種以
上の物質からなるろう材で構成されたバンプにより固着
され、該半導体基体、該バンプ及び該載置部材が熱硬化
樹脂でモールドされたことを特徴とする。

【００１６】本発明の電子装置は、前記の半導体装置
が、負荷に給電する回路に組み込まれたことを特徴とす
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明半導体装置30は、図１に示
す鳥瞰図及び断面図のような形態を有している。先ず、
(a)の鳥瞰図に注目する。シリコン（Ｓｉ）からなるパ
ワー半導体基体としてのＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipo
lar Transistor)チップ1は、厚さ:１ｍｍのＣｕベース
板2上にろう材3(図示を省略)により固着されている。こ
の際、ろう付けは還元雰囲気中で２７０℃程度に加熱し
てなされる。Ｃｕベース板2の表面には、Ｎｉめっき(図
示を省略,厚さ:３〜７μｍ)が施されている。また、Ｃ
ｕベース板2上には、配線層としてのＡｇ−Ｐｔ厚膜導
体(図示を省略)4を設けた載置部材としてのアルミナセ
ラミックス基板5がシリコーン樹脂接着剤(図示を省略)6
により取り付けられている。アルミナ基板5上の厚膜導
体4間には、厚膜抵抗11、ＩＣチップ基体12、コンデン
サチップ13、そしてガラススリーブ型ツェナーダイオー
ドチップ14等のチップ部品がろう材3' (図示を省略)に
より固着されており、ＩＧＢＴチップ1を制御する回路1
0が形成されている。ＩＧＢＴチップ1のエミッタ電極及
びゲート電極は直径３００μｍのＡｌワイヤ6により制
御回路10と電気的に連絡されている。ＩＧＢＴチップ1
のコレクタ電極は、Ｃｕベース板2とＡｌワイヤ6'を経
由して端子7と電気的に連絡されている。制御回路10も
Ａｌワイヤ6'により端子7と電気的に連絡されている。
端子7はＣｕベース板2と同質の材料からなり、その表面
にはＮｉめっき(図示を省略,厚さ:３〜７μｍ)が施され
いる。Ｃｕベース板2の母材がＣｕ材である場合は母材
が表面に露出した状態であっても良いが、より高い品質
を保持する上でＮｉ，Ａｕ，Ａｇ等のめっきを施すこと
が望ましい。

【００１８】以上の概略構造を有するアッセンブリは、
(b)に示す断面図の破線で示すように、ＩＧＢＴチップ1
の搭載部、チップ部品が取り付けられたアルミナ基板5
の搭載部、Ａｌワイヤ6及び6'が完全に封止される如く
に、Ｃｕベース板2及び端子7の一部を含めてエポキシ樹
脂8によるモールドが、トランスファモールド法により
施されている。

【００１９】図２はチップ部品搭載部の断面構造模式図
である。載置部材としてのアルミナ基板5の一方の主面
にＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層4が設けられている。導体層4
は、アルミナ基板5上にＡｇ−Ｐｔペースト組成物を印
刷し、これらを９００℃で空気中焼成することにより得
られる。

【００２０】次いで、厚膜抵抗11は抵抗ペースト組成物
を印刷した後、９００℃で空気中焼成することにより得
られる厚膜抵抗11は必要ならば、セラミック基板上に厚
膜抵抗膜を設けた形態の、いわゆるチップ抵抗体で代替
されても良い。更に、必要ならば、導体層4を保護する
ためのオーバコートガラス層(図示省略)15を設けてもよ
い。導体層4の所望部に組成Ｓｎ−３ｗｔ％ Ａｇ−０．
８ ｗｔ％Ｃｕなる合金粉末を含有するろう材ペースト
組成物を印刷した後、その印刷部にＩＣチップ基体12、
コンデンサチップ13、そしてガラススリーブ型ツェナー
ダイオードチップ14そして必要ならば厚膜抵抗11の代替
品としてのチップ抵抗体等のチップ部品をセットし、２
５０℃、１０分加熱してチップ部品をろう付け固着す
る。ここで、上記ろう材ペースト組成物は、最終的には
ろう材3'となる。

【００２１】また、厚膜抵抗11には必要に応じてレーザ
トリミングによる抵抗値調整が施される。ＩＧＢＴチッ
プ1の制御回路10は、以上のようにして形成される。

【００２２】図３はＩＣチップ基体搭載部の詳細を説明
する断面模式図である。(a)に示すようにＩＣチップ基
体12には、外部回路と接続するための電極層12aと最終
的にろう材3'となるろう材バンプ3'aがあらかじめ形成
されている。電極層12aは、ＩＣチップ基体12上に形成
されたＡｌ配線の所定部に、Ｔｉ層及びＣｕ層を順次ス
パッタ形成した後Ｎｉめっきを施した積層金属層からな
る。ろう材バンプ3'aは、電極層12aにＳｎ,Ａｇそして
Ｃｕをめっき形成した後熱処理して溶融させ、半球状に
成形させたものである。

【００２３】また載置部材としてのアルミナ基板5側に
は、(b)に示すように、オーバコートガラス層15で被覆
されていないＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層4の領域に、印刷法
によりろう材ペースト組成物3'bを形成している。次い
で(c)に示すように、ＩＣチップ基体12とアルミナ基板5
を位置合わせして、ろう材バンプ3'aとろう材ペースト
組成物3'bとを互いに対向させた後、２５０±１０℃に
加熱してＩＣチップ基体12とアルミナ基板5をろう材3'
により固着する。この熱処理を施した後のろう材3'は、
Ｓｎ−３ｗｔ％ Ａｇ−０．８ ｗｔ％Ｃｕなる組成を有
している。最終的に、ＩＣチップ基体12とアルミナ基板
5は、ろう材バンプ3'による接合部を含めてモールド樹
脂8により封止されている。このモールド樹脂8は、後述
するように樹脂8による拘束力で、熱変化に伴うろう材
バンプ3'接続部付近の変形を抑制し、接続部付近の断線
を防ぐのに寄与する。

【００２４】図４は溶融したろう材槽中にディップした
場合のＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層の残留厚さを示すグラフで
ある。検討に用いたＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層4の初期厚さ
は１２±１ｍ、ろう材はＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ (棒グ
ラフA), Ｓｎ（棒グラフB)及びＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂ(棒
グラフC)の3種類、そしてディップ条件は２６０℃で２
分である。従来から厚膜導体として用いられてきたＡｇ
−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導体層の場合(ケース1)は、いず
れのろう材にディップした場合でも厚さ１〜２μｍの導
体層しか残らず、厚さ約１０μｍに相当する導体層はろ
う材中に溶解して消失している。これに対しＡｇ−１ｗ
ｔ％Ｐｔ導体層4(ケース2)の場合は、いずれのろう材3'
にディップしてもＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ厚膜導体層4は１
０μｍ以上の厚さを有して残留している。ディップによ
る導体層4の消失量は２μｍ程度にすぎない。これは、
Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ合金がＳｎとの間の溶解反応に対し
て高い耐力を有することに基づく。ろう材としてＳｎ−
３．５ｗｔ％Ａｇ,Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％
Ｃｕで代表されるような他のＳｎ−Ａｇ系,Ｓｎ−５ｗ
ｔ％Ｓｂ−０．６ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐで代表
されるような他のＳｎ−Ｓｂ系,Ｓｎ−５８ ｗｔ％ Ｂ
ｉで代表されるようなＳｎ−Ｂｉ系,Ｓｎ−０．７ｗｔ
％Ｃｕで代表されるようなＳｎ−Ｃｕ系,Ｓｎ−５２ｗ
ｔ％ Ｉｎで代表されるようなＳｎ−Ｉｎ系,Ｓｎ−９ｗ
ｔ％Ｚｎで代表されるようなＳｎ−Ｚｎ系,Ｉｎ−１０
ｗｔ％Ａｇで代表されるようなＩｎ−Ａｇ系、そして、
Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＡｕ−Ｓｎ系
に置き換えても、残留厚さは図4と同様の傾向を示す。

【００２５】また、上述のＳｎ−Ａｇ系,Ｓｎ−Ｓｂ系,
Ｓｎ−Ｂｉ系,Ｓｎ−Ｃｕ系,Ｓｎ−Ｉｎ系,Ｓｎ−Ｚｎ
系,Ｉｎ−Ａｇ系、そしてＡｕ−Ｓｎ系ろう材を任意に
組み合わせたろう材3'の場合も、残留厚さは図４と同様
の傾向を示す。ここで、初期厚さの１２±１μｍは、チ
ップ部品をろう付け搭載した後の導体層4の厚さを５ｍ
以上に確保することを目的に設定されたものである。こ
の意味で、Ａｇ−1ｗｔ％Ｐｔ導体層4はその役割を十分
に果たしているけれども、後述するようにPt濃度が０．
５ｗｔ％以上の導体層であってもこの目的は達せられ
る。

【００２６】更に、Ｃｕ導体層4を形成した基板5につい
ても、同様のろう材槽ディップ試験を施し、Ｃｕ厚膜導
体層4の残留厚さを調べた。検討に用いたＣｕ厚膜導体
層4の初期厚さは１２±１μｍ、ろう材はＳｎ−３．５
ｗｔ％Ａｇ， Ｓｎ及びＳｎ−５ｗｔ％Ｓｂの3種類、そ
してディップ条件は２６０℃で２分である。Ｃｕ導体層
4の残留厚さは１０μｍｍ以上であることが確認され
た。これは、Ｃｕ材がＳｎとの間の溶解反応に対して高
い耐力を有することに基づく。

【００２７】ろう材として、Ｓｎからなるろう材、Ｓｎ
−３．５ｗｔ％Ａｇ， Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗ
ｔ％Ｃｕで代表されるような他のＳｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−
５ｗｔ％Ｓｂ−０．６ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐで
代表されるような他のＳｎ−Ｓｂ系，Ｓｎ−５８ ｗｔ
％ Ｂｉで代表されるようなＳｎ−Ｂｉ系，Ｓｎ−０．
７ｗｔ％Ｃｕで代表されるようなＳｎ−Ｃｕ系，Ｓｎ−
５２ｗｔ％Ｉｎで代表されるようなＳｎ−Ｉｎ系，Ｓｎ
−９ｗｔ％Ｚｎで代表されるようなＳｎ−Ｚｎ系，Ｉｎ
−１０ｗｔ％Ａｇで代表されるようなＩｎ−Ａｇ系、そ
して、Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＡｕ−
Ｓｎ系に置き換えても、残留厚さは１０μｍ以上であっ
た。

【００２８】また、上述のＳｎ系，Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ
−Ｓｂ系，Ｓｎ−Ｂｉ系，Ｓｎ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ｉｎ
系，Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｉｎ−Ａｇ系，そしてＡｕ−Ｓｎ系
ろう材を任意に組み合わせたろう材3'の場合も、残留厚
さはほぼ同様である。ここで、初期厚さの１２±１μｍ
は、チップ部品をろう付け搭載した後の導体層4の厚さ
を最低限５ｍに確保することを目的に設定されたもので
ある。この意味で、Ｃｕ導体層4はその役割を十分に果
たしている。

【００２９】図５はAg-Pt厚膜導体層の残留厚さのＰｔ
濃度依存性を示すグラフである。ここでは、導体層4を
設けた基板5を溶融したろう材槽中にディップしてい
る。厚膜Ａｇ−Ｐｔ導体層4の初期厚さは１２±１μ
ｍ、ろう材はＳｎ−３．５ｗｔ％ Ａｇ， Ｓｎ及びＳｎ
−５ｗｔ％Ｓｂの3種類、そしてディップ条件は２６０
℃で２分である。Ｐｔを含有しないＡｇ厚膜導体層の場
合は、厚さ１〜２μｍの導体層しか残らず、厚さ約１０
μｍに相当する導体層はろう材中に溶解して消失してい
る。Ｐｔ濃度を増すとろう材中に溶解、消失する量が少
なくなり、残留導体層は厚くなる。この傾向は、Ｐｔ濃
度約１ｗｔ％までの範囲で顕著である。Ｐｔ濃度約１ｗ
ｔ％以上では、溶解及び消失する量は極めて少なくな
り、初期厚さ(１２±１μｍ)と極めて近似した厚さが確
保される。

【００３０】ろう材として、Ｓｎからなるろう材、Ｓｎ
−３．５ｗｔ％Ａｇ,Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ
％ Cuで代表されるような他のＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−５
ｗｔ％Ｓｂ−０．６ ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐで
代表されるような他のＳｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−５８ｗｔ％
Ｂｉで代表されるようなＳｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−０．７ｗ
ｔ％Ｃｕで代表されるようなＳｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−５２
ｗｔ％Ｉｎで代表されるようなＳｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−９
ｗｔ％Ｚｎで代表されるようなＳｎ−Ｚｎ系、IN−１０
ｗｔ％Ａｇで代表されるようなＩｎ−Ａｇ系、そして、
Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎで代表されるようなＡｕ−Ｓｎ系
に置き換えても、残留厚さは図５と同様の傾向を示す。

【００３１】また、上述のＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ
−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ
系、Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｉｎ−Ａｇ系、そしてＡｕ−Ｓｎ系
ろう材を任意に組み合わせたろう材3'の場合も、残留厚
さは図５と同様の傾向を示す。

【００３２】ここで、Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体層4の初期厚
さは、ろう材3'による溶融、消失によって厚さ５μｍが
最低限確保されるようにする意味で１２±１μｍに設定
されている。この観点からＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層4のPt
濃度は、０．５ｗｔ％以上に選択される。

【００３３】以上の結果より、Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体層4
を適用することにより、導体層がＳｎを多量に含む溶融
ろう材3'中に溶解して消失して、本来の電気的役割やチ
ップ部品の固定用担体としての役割を果たし得なくなる
と言う、第1の問題を防ぐことができる。

【００３４】図６はＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層のシート抵抗
を示すグラフである。Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体層4の初期厚
さは１２±１μｍに調整されている。シート抵抗はＰｔ
濃度が０ｗｔ％（Ａｇ導体)の場合約１．５ｍΩ/□であ
り、Ｐｔ濃度を増すにつれて増加する。Ｐｔ濃度が極端
に高い領域では、シート抵抗も急峻に増大する。Ａｇ−
Ｐｔ厚膜導体層4はできるだけ抵抗の低いこと、そして
Ｐｔ濃度の多少の変動があっても安定的に低い抵抗値が
得られることが望ましい。特に、回路性能を維持する観
点から、配線抵抗値は５ｍΩ/□以下であることが望ま
しい。このような観点で選択されるＰｔ濃度は、５ｗｔ
％以下の範囲であることが認められる。この点は導体層
4のコスト、すなわち半導体装置のコストに反映される
点であり、経済性の観点からは、Ｐｔ濃度はできるだけ
少ない方が望ましい。

【００３５】Ｃｕ導体層4の場合のシート抵抗は、導体
層4の厚さが１２μｍの場合約１．５ｍΩ/□が得られ
る。１０μｍの場合でも２ｍΩ/□を超えることはな
い。これは、回路性能を維持する上で必要な配線抵抗値
（５ｍΩ/□以下)の範囲にある。

【００３６】図７はチップ部品を搭載したろう付け部に
おける金属のデプスプロファイルを示すグラフである。
この分析はＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectroscop
y)によるものである。図中のＡｌはアルミナ基板5、Ａ
ｇ，Ｐｔ，ＣｕそしてＰｄは導体層4、そしてＳｎはろ
う材3'をそれぞれ代表した成分である。また、試料はチ
ップ部品を２４０℃でろう付けした後、１７５℃で１０
００ｈの高温放置試験したものである。ろう付け直後の
導体層4の厚さは、Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体の場合は１
１μｍ(初期厚さ: １２μｍ)、Ｃｕ導体の場合は１０μ
ｍ(初期厚さ:１２μｍ)、そして比較例としてのＡｇ−
２０ｗｔ％Ｐｄ導体の場合は６．５μｍ(初期厚さ:１２
μｍ)であった。

【００３７】先ず、Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ厚膜導体に注目
する。導体層4としてのＡｇやＰｔのプロファイルに
は、高温放置試験によってＳｎと相互作用を生じた形跡
は認められない。また、ＳｎはＡｇやＰｔの領域に深く
侵入してもいない。これは、Ａｇ−Ｐｔ合金はＳｎの侵
入あるいはＳｎとの相互反応に対する耐力に優れ、Ｓｎ
との合金化を抑える作用を有することを示唆する。

【００３８】また、Ｃｕ厚膜導体に注目する。導体層4
としてのＣｕのプロファイルには、高温放置試験によっ
てＳｎと相互作用を生じた形跡が認められる。また、Ｓ
ｎはＣｕの領域に少し侵入した状況が認められる。これ
についての欠点は、本発明においては、後述する樹脂モ
ールドによる機械的な拘束を具現することによって補う
ことができる。換言すると、ＣｕとＳｎの系における第
４の課題は、樹脂モールドによる機械的な拘束を具現す
ることによって補うことができる。これに対しＡｇ−２
０ｗｔ％Ｐｄ導体の場合は、ＡｇやＰｄのイオン強度が
低く、基板5上に層状をなして存在していない．Ｓｎも
ＡｇやＰｄの領域に深く侵入し、基板5の近くまで到達
している。これは、Ａｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ導体の場合は
ろう付け後に導体層が残っていても、高温放置試験によ
ってＳｎとＡｇ−Ｐｄ合金との相互反応が信仰し，銅体
操としての携帯を失ってしまうことを示唆する。

【００３９】以上に説明したＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層
4によれば、ろう付けに引き続いて１７５℃で１０００
ｈの高温放置試験が実施されても、導体層4とろう材3'
との反応を抑制することができる。

【００４０】以上より、半導体装置30が高温の稼働条件
のもとにさらされた場合でも、Ｓｎを主成分とするろう
材3'とＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ厚膜導体層4との固相拡散が
促進され、厚膜導体層4がＳｎを含む合金ないし金属間
化合物に変質することはほとんどない。したがって、前
記合金ないし金属間化合物自体が脆性を有することや、
前記合金ないし金属間化合物の生成に基づく基板5と厚
膜導体層4間の接合力低下が抑えられ、固着チップ部品
の基板からの剥離、厚膜導体層4自体の断線、そして所
期の回路機能が維持されなくなると言う第2の問題を防
止できる。

【００４１】一方、Ｃｕ導体層4の場合は、導体層4とろ
う材3'との反応は避けられてはいない。したがって、こ
れによる欠点は当然ながらろう付け部に導入される。

【００４２】しかし、本発明においては、この欠点は後
述する樹脂モールドによる機械的な拘束を具現すること
によって補うことができるから、実質的に支障を生ずる
ことにはならない。

【００４３】以上に述べた高温放置試験における傾向
は、ろう材3'がＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔである場合について
のものである。しかし、ろう材3'が前述した各種のろう
材に置き換えられた場合でも同様の結果が得られてい
る。

【００４４】図８は温度サイクル試験によるＩＣチップ
基体の断線不良率を示すグラフである。図中のＡはＡｇ
−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4を適用した樹脂モールド試料、
ＢはＣｕ 導体層4を適用した樹脂モールド試料、そし
て、ＣはＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4を適用した非樹脂
モールド試料に関する。

【００４５】Ａに注目すると、断線は３０００回までは
見られず、それ以降で生じている。断線の要因はろう材
バンプ3'のクラック破壊である。Ｂでは、断線は２００
０回までは見られず、それ以降で生じている。断線の要
因はろう材バンプ3'のクラック破壊である。これに対し
Ｃでは，５００回以降から断線を生じている。

【００４６】なお、図には示していないが、Ｂと同様の
Ｃｕ 導体層を適用した場合の非樹脂モールド試料も、
Ｃと同様に５００回以降から断線を生じた。

【００４７】以上のように、モールドを施した場合は、
非モールド状態より約1桁高い信頼性を有している。こ
の理由は次の通りである。非モールド構造の場合は、Ｉ
Ｃチップ基体12(Ｓｉ,熱膨張率:３．５ｐｐｍ/℃)とア
ルミナ基板5(熱膨張率：７．５ｐｐｍ/℃)の熱膨張率差
により、温度変化に基づく熱歪がろう材バンプ3'に作用
する。この場合、過大な熱歪の作用により、Ｓｎを多量
に含むろう材3'に特有な脆性のため、バンプ3'は塑性変
形で歪を吸収し得ない状態のままでバンプ3'自体にクラ
ックを生ずる。このクラックはＰｂ−Ｓｎ系ろう材より
速く進展し、その先端はバンプ3'の内部領域にほとんど
留まらず、そしてバンプ領域を貫通した状態(完全な断
線状態)になりやすい。このことが、非モールド構造の
信頼性が低い主な理由である。

【００４８】一方、モールド構造の場合は上述の温度変
化を生じても、モールド樹脂8による拘束作用を受ける
ため、バンプ3'の変形量は実質的に僅少に維持される。
換言すると、ＩＣチップ基体12とアルミナ基板5の熱膨
張率差に基づく変形がモールド樹脂8により妨げられる
結果、バンプ3'に作用する応力は非モールド構造の場合
より小さくなる。したがって、Ｓｎを多量に含むろう材
3'の特有の欠点であるクラックの発生や貫通が大幅に抑
制される。このことが、モールド構造で信頼性が向上す
る主な理由であり、上述した第３の課題を克服できる理
由でもある。特に、Ｃｕ 導体層4を適用した樹脂モール
ド試料では、導体層4とろう材3'との反応自体は避けら
れず、これによる欠点は当然ながらろう付け部に導入さ
れる。しかし、本発明においては、樹脂モールドによる
機械的な拘束を具現することによって補うことができる
から、この欠点を克服することが可能である。

【００４９】本発明では、ベース板2として、熱伝導率
が高く、モールド用エポキシ樹脂8との熱膨張率の整合
を図り得ること、そして安価な材料である点を考慮して
選択することが重要である。この観点から選択される材
料は、Ｃｕ材(４０３Ｗ／ｍ・Ｋ,１６．５ｐｐｍ/℃)や
Ａｌ材(２３６Ｗ／ｍ・Ｋ, ２３ｐｐｍ/℃)である。

【００５０】ＩＧＢＴチップ1や制御回路10等を封止す
るモールド用エポキシ樹脂8は、フィラーとしてＳｉＯ
２(溶融シリカ、結晶シリカ)やＺｎＯ粉末を添加したフ
ェノール硬化型エポキシ樹脂が用いられる。この場合、
フィラーの添加量は所望の熱膨張率及びモールド処理温
度に応じて５０〜９０％の範囲の任意の組成を選ぶこと
が可能である。また、ゴム変性エポキシ樹脂を用いても
よい。これらの樹脂は、生産性、経済性の観点からトラ
ンスファモールド法によることが望ましい。しかし、所
望の耐水性、電気性能、信頼性等を満たす範囲では、ポ
ッティング法により封止することも可能である。

【００５１】また、モールド用エポキシ樹脂８は、半導
体装置３０の最高稼働温度１５０℃を保証する必要があ
る。この観点から、樹脂8のガラス転移温度は１５０℃
以上であることが望ましい。モールド用エポキシ樹脂8
は、特にベース板2がＣｕ材やＡｌ材である場合は、９
〜１８ｐｐｍ／℃の範囲であればよいが、より好ましく
は１０〜１６ｐｐｍ／℃であることが望ましい。

【００５２】以上の構成を、図面を用いて説明する。

【００５３】

【実施例１】本実施例では、パワー半導体素子基体とそ
の電気的動作を制御する制御回路を搭載した半導体装
置、及び、この半導体装置を用いた電子装置としての自
動車用点火装置について説明する。

【００５４】パワー半導体素子基体1とその電気的動作
を制御する制御回路10を搭載した半導体装置30は、図１
に示す鳥瞰図構造及び断面構造を有している。(a)に示
すように、ＳｉからなるＩＧＢＴチップ基体1(チップサ
イズ: ５×５×０．２５ｍｍ)は、厚さ１ｍｍ、面積約
２５×２０ｍｍのCuベース板2上に組成Ｓｎ−５ｗｔ％
Ｓｂ−０．６ｗｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐのろう材3
(図示を省略)により固着されている。Cuベース板2の表
面には厚さ３．７μｍのＮｉめっき(図示を省略)が施さ
れている。この際、ろう付けは厚さ２００μｍ、サイズ
５×５ｍｍのシート状上記ろう材3をチップ基体1とベー
ス板2の間に積層し、この積層体を水素添加の窒素雰囲
気中で２７０±１０℃に加熱することにより実施した。

【００５５】一方、厚さ約１２μｍのＡｇ−１ｗｔ％Ｐ
ｔ厚膜導体層(図示を省略,シート抵抗:１．５ｍ/□)4、
厚膜抵抗11及びオーバコートガラス層5(図示を省略)を
設けた、サイズ：１９×１０×０．８ｍｍの載置部材と
してのアルミナセラミックス基板5を用意した。次い
で、上記導体層4の所定部に、最終的にろう材 3'となる
組成Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ ｗｔ％Ｃｕのろう材
粉末を含有したペーストを印刷し、この印刷部にICチッ
プ基体12、コンデンサチップ13、そしてガラススリーブ
型ツェナーダイオードチップ14等のチップ部品を載置
し、空気中で２５０±１０℃に加熱した。この際、ＩＣ
チップ基体12には、図3(a)に示したようにろう材バンプ
3'aがあらかじめ設けられており、基板5側には印刷によ
るろう材ペースト組成物3'bが設けられている。また２
５０±１０℃の熱処理により、バンプ3'aとペースト組
成物3'bは融合、一体化してバンプ3'を構成する。これ
により、各チップ部品12,13,14はろう材3'によりＡｇ−
１ｗｔ％Ｐｔ厚膜導体層4と電気的に接続され、アルミ
ナ基板5上にはＩＧＢＴチップ基体1の動作を制御するた
めの制御回路10が形成された。ろう付け後のＡｇ−１ｗ
ｔ％Ｐｔ導体層4は１１．５μｍとわずかに溶解、消失
している。しかし、この溶解、消失によって導体層4が
悪影響を受けることはない。

【００５６】上述したろう材 3'(組成Ｓｎ−３ｗｔ％Ａ
ｇ−０．８ ｗｔ％Ｃｕ)の代替材料としては、Ｓｎから
なるろう材、あるいは、Ｓｎ−３．５ｗｔ％Ａｇ，Ｓｎ
−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％ Ｃｕで代表されるよう
な他のＳｎ−Ａｇ系，Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０．６ ｗ
ｔ％Ｎｉ−０．０５ｗｔ％Ｐで代表されるような他のＳ
ｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−５８ｗｔ％Ｂｉで代表されるような
Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕで代表されるよ
うなＳｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−５２ｗｔ％Ｉｎで代表される
ようなＳｎ−Ｉｎ系，Ｓｎ−９ｗｔ％Ｚｎで代表される
ようなＳｎ−Ｚｎ系、Ｉｎ−１０ｗｔ％Ａｇで代表され
るようなＩｎ−Ａｇ系、そして、Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎ
で代表されるようなＡｕ−Ｓｎ系の合金材料を挙げるこ
とができる。

【００５７】また、前記したＳｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系，Ｓ
ｎ−Ｓｂ系，Ｓｎ−Ｂｉ系，Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ
系，Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｉｎ−Ａｇ系、そしてＡｕ−Ｓｎ系
からなる各合金材を任意に組み合わせたろう材3'を挙げ
ることができる。このようなろう材3'を用いた場合で
も、ＩＣチップ基体12、コンデンサチップ13、そしてガ
ラススリーブ型ツェナーダイオードチップ14等のチップ
部品を基板5上に載置するのに何らの支障を生じないだ
けでなく、組成Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ ｗｔ％Ｃ
ｕなるろう材 3'を用いた場合に得られる後述の利点や
効果を享受することもできる。

【００５８】このアルミナ基板5はシリコーン樹脂接着
剤(図示を省略)9により、Ｃｕベース板2上に取り付けら
れている。ＩＧＢＴチップ1のエミッタ電極及びゲート
電極は直径３００μｍのＡｌワイヤ6により制御回路10
と電気的に連絡されている。ＩＧＢＴチップ1のコレク
タ電極は、Ｃｕベース板2とＡｌワイヤ6'を経由して端
子7と電気的に連絡されている。制御回路10もＡｌワイ
ヤ6'により端子7と電気的に連絡されている。端子7はＣ
ｕベース板2と同質の材料からなり、その表面にはＮｉ
めっき(図示を省略,厚さ:３〜７μｍ)が施されいる。

【００５９】以上の概略構造を有するアッセンブリは、
(b)に示す断面図の破線で示すように、ＩＧＢＴチップ1
の搭載部、チップ部品が取り付けられたアルミナ基板5
の搭載部、そしてＡｌワイヤ6及び6'が完全に封止され
る如くに、Ｃｕベース板2及び端子7の一部を含めてエポ
キシ樹脂8によるトランスファモールドが施されてい
る。エポキシ樹脂8は熱膨張率:１６ｐｐｍ／℃、ガラス
転移点:１５５℃、体積抵抗率:９×１０^１５Ω・m(Ｒ
Ｔ)、曲げ強度:５３ｋｇｆ／ｍｍ²、曲げ弾性率:１６０
０ ｋｇｆ／ｍｍ²なる特性を有している。トランスファ
モールドは１８０℃（保持時間:５分)のもとで実施し、
次いで１５０℃のもとで２ｈの熱処理を施して樹脂の硬
化を促進させた。

【００６０】以上のようにして製作された本実施例半導
体装置30は、不良発生率が０．００１％以下（製品歩留
り:９９．９９９％)であ った。ここで言う不良とは、
半導体装置３０の製作過程で制御回路10における回路断
線を生ずることにより、半導体装置３０が所定の回路機
能を所持しないまま生産された状態を言う。このように
低い不良率が得られたのには、ろう付け(ろう材3')によ
る導体層4の溶解及び消失が抑制され、チップ部品搭載
部の電気的接続が確実になされたことが寄与している。
特に、ＩＣチップ基体12を搭載した部分のろう材バンプ
3'による導体層4の溶解及び消失が抑制されたことが、
不良発生率を低いものにしている要因になっている。

【００６１】一方、従来のＡｇ−２０wt％Pd厚膜導体層
を設けた載置部材としての基板にチップ部品を搭載した
比較例半導体装置では、不良発生率は約１％であった。
この主要な原因は、ろう付けによる導体層の溶解及び消
失が促進されたため、チップ部品搭載部の電気的接続が
不十分であったことによる。

【００６２】図９は高温放置試験によるＩＣチップ基体
搭載部の断線不良の発生状況を示すグラフである。図中
のＡはＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4を設けた本実施例に
関するモールド試料、そしてＣは従来のＡｇ−２０ｗｔ
％Ｐｄ導体を適用した比較用モールド試料に関する。Ａ
に注目すると、高温放置時間７０００ｈまでの試験では
断線は見られない。これに対しＣでは、１００ｈを過ぎ
た段階から断線を生じている。断線の要因は、ろう付け
後の高温放置試験による熱処理段階で、Ａｇ−２０ｗｔ
％Ｐｄ導体とろう材バンプ3'との反応が更に進み、導体
の切断あるいは剥離が一層促進されたためである。この
ように本実施例試料の場合は、比較試料より約１桁高い
信頼性を有している。なお、図中におけるＢについて
は、後述する。

【００６３】このように、Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4
によれば、ろう付けに引き続いて１７５℃の高温放置試
験が実施されても、導体層4とろう材3'との反応を抑制
することができる。以上より、半導体装置30が高温の稼
働条件のもとにさらされた場合でも、Ｓｎを主成分とす
るろう材3'とＡｇ-Ｐｔ厚膜導体層4との固相拡散が促進
され、Ａｇ-Ｐｔ厚膜導体層4がＳｎを含む合金ないし金
属間化合物に変質することはほとんどない。したがっ
て、前記合金ないし金属間化合物自体が脆性を有するこ
とや、前記合金ないし金属間化合物の生成に基づく基板
5と厚膜導体層4間の接合力低下が抑えられ、固着チップ
部品の基板からの剥離、厚膜導体層4自体の断線、そし
て所期の回路機能が維持されなくなると言う第2の問題
を防止できる。

【００６４】ＩＣチップ基体12の断線不良の発生状況
は、温度サイクル試験によっても確認した。図８はその
結果を示すグラフである。結果の詳細は既に説明した。
樹脂モールド試料Ａでは、断線は３０００回までは見ら
れずそれ以降で生じている。断線の要因はろう材バンプ
3'のクラック破壊である。これに対し非モールド試料B
では、５００回以降から断線を生じている。以上のよう
に、モールドを施した場合は、非モールド状態より約１
桁高い信頼性を有している。

【００６５】非モールド構造Ｃの場合は、ＩＣチップ基
体12とアルミナ基板5の熱膨張率差により、温度変化に
基づく熱歪がろう材バンプ3'に作用する。この場合、過
大な熱歪の作用により、Ｓｎを多量に含むろう材に特有
な脆性のため、バンプ3'は塑性変形で歪を吸収し得ない
状態のままで、バンプ自体にクラックを生ずる。このク
ラックはＰｂ−Ｓｎ系ろう材より速く進展し、その先端
はバンプの内部領域にほとんど留まらず、そしてバンプ
領域を貫通した状態(完全な断線状態)になりやすい。こ
のことが、非モールド構造の信頼性が低い主な理由であ
る。

【００６６】一方、モールド構造Ａの場合は上述の温度
変化を生じても、モールド樹脂8による拘束作用を受け
るため、バンプ3'の変形量は実質的に僅少に維持され
る。換言すると、ＩＣチップ基体12とアルミナ基板5の
熱膨張率差に基づく変形がモールド樹脂8により妨げら
れる結果、バンプ3'に作用する応力は非モールド構造の
場合より小さくなる。したがって、Ｓｎを多量に含むろ
う材3'の特有の欠点であるクラックの発生や貫通が大幅
に抑制される。このことが、モールド構造で信頼性が向
上する主な理由であり、上述した第3の課題を克服でき
る理由でもある。

【００６７】また、上述した本実施例半導体装置30及び
Ａｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導体層にＩＣチップ基体を搭
載した比較用半導体装置におけるＩＣチップ基体12のろ
う付け部3'のせん断強度を比較した。せん断強度は本実
施例半導体装置30の場合３．５ｋｇ／ｍｍ²であるのに
対し、比較用半導体装置の場合は０．３５ｋｇ／ｍｍ²
と、大きな相違が観測された。この試験による破壊は、
本実施例半導体装置30の場合はろう材3'の領域で生じて
いたのに対し、比較用半導体装置の場合はアルミナ基板
とろう材の界面で生じていた。この点も、本実施例半導
体装置30が上述した第２及び３の課題を克服し得ている
ことを示唆している。

【００６８】図１０は本実施例半導体装置30の回路を説
明する図である。ＩＧＢＴ素子1のエミッタ及びゲート
は制御回路10と電気的に接続され、素子1の動作はこの
回路10により制御される。制御回路10には抵抗11、ICチ
ップ基体12、コンデンサ13が搭載され、これらの素子は
厚膜Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4により接続されてい
る。ＩＧＢＴ素子1と制御回路10からはそれぞれ端子7が
引き出されている。半導体装置30はＩＧＢＴ素子1とそ
れを制御する回路10とから構成され、自動車用エンジン
点火装置のコイルへ給電するのに用いられる。また図１
１は、図１０の回路と同様に自動車用エンジン点火装置
のコイルへ給電するのに用いられる、他の半導体装置の
例である。この場合の制御回路には、サージ保護素子13
Aやダイオード14も搭載されている。これらの回路から
構成された半導体装置30は、最高周囲温度１２０℃の環
境のもとで自動車用エンジンを点火するのに使用され
た。自動車の走行距離１０万キロメートルに相当する稼
働においても、本実施例半導体装置30はその回路機能を
維持することが確認された。

【００６９】

【実施例２】本実施例では、前記実施例1と同様のパワ
ー半導体素子基体とその電気的動作を制御する制御回路
を搭載した半導体装置、及び、この半導体装置を用いた
電子装置としての自動車用点火装置について説明する。
ここでは、制御回路形成用載置部材として、高融点ガラ
ス基板5を用いた。これ以外の他の構成は、前記実施例
１と同様である。

【００７０】以上のようにして製作された本実施例半導
体装置30は、不良発生率が０．００１％以下であ っ
た。ここで言う不良とは、前記実施例１の場合と同様
で、半導体装置30の製作過程で制御回路10における回路
断線を生ずることにより、半導体装置30が所定の回路機
能を所持しないまま生産された状態を言う。このように
低い不良率が得られたのには、第1の課題であるろう付
け(ろう材3')による導体層4の溶解及び消失が抑制さ
れ、チップ部品搭載部の電気的接続が確実になされたこ
とが寄与している。特に、ＩＣチップ基体12を搭載した
部分のろう材バンプ3'による導体層4の溶解及び消失が
抑制されたことが、不良発生率を低いものにしている要
因になっている。

【００７１】一方、従来のＡｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導
体層を設けた載置部材としてのガラス基板にチップ部品
を搭載した比較例半導体装置では、不良発生率は約２．
５％であった。この主要な原因は、ろう付けによる導体
層の溶解及び消失が促進されたため、チップ部品搭載部
の電気的接続が不十分であったことによる。

【００７２】本実施例においても、高温放置試験による
ＩＣチップ基体搭載部の断線不良の発生状況を追跡し
た。ガラス基板5にＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4を設けた
本実施例に関する試料では、１７５℃×７０００ｈの試
験では断線は見られない。これに対し従来のＡｇ−２０
ｗｔ％Ｐｄ導体を適用した比較試料では、２５０ｈ以降
で断線を生じている。断線の要因は、ろう付け後の高温
放置試験による熱処理段階で、Ａｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ導
体とろう材バンプ3'との反応が更に進み、導体の切断あ
るいは剥離が一層促進されたためである。このように本
実施例試料の場合は、比較試料より約1桁高い信頼性を
有している。

【００７３】このように、Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4
によれば、ろう付けに引き続いて１７５℃の高温放置試
験が実施されても、導体層4とろう材3'との反応を抑制
することができる。以上より、半導体装置30が高温の稼
働条件のもとにさらされた場合でも、Ｓｎを主成分とす
るろう材3'とＡｇ−Ｐｔ厚膜導体層4との固相拡散が促
進され、Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体層4がＳｎを含む合金ない
し金属間化合物に変質することはほとんどない。したが
って、前記合金ないし金属間化合物自体が脆性を有する
ことや、前記合金ないし金属間化合物の生成に基づく基
板5と厚膜導体層4間の接合力低下が抑えられ、固着チッ
プ部品の基板からの剥離、厚膜導体層4自体の断線、そ
して所期の回路機能が維持されなくなると言う第2の問
題を防止できる。

【００７４】ＩＣチップ基体12の断線不良の発生状況
は、温度サイクル試験によっても確認した。樹脂モール
ドを施した本実施例試料では、断線は３０００回までは
見られずそれ以降で生じている。これに対し本実施例と
同様の構成であるが、樹脂モールドを施さない比較試料
では、約３００回から断線を生じている。断線の要因は
ろう材バンプ3'のクラック破壊である。以上のように、
ガラス基板を適用した場合でも、モールドを施した場合
は、非モールド状態より約１桁高い信頼性を有してい
る。このような結果が得られた理由は、基本的には前記
実施例１の場合と同様である。このことにより、上述し
た第３の課題を克服できる理由でもある。

【００７５】また、本実施例の半導体装置30には温度サ
イクル試験が施され、ＩＣチップ基体12における断線不
良の発生状況を追跡した。樹脂モールドを施した本実施
例試料の場合は、断線は３０００回までは見られずそれ
以降で生じている。これに対し本実施例試料と同様の構
成であるが樹脂モールドを施さない比較試料では、約３
００回から断線を生じている。断線の要因はろう材バン
プ3'のクラック破壊である。以上のように、モールドを
施した場合は、非モールド状態より約１桁高い信頼性を
有している。この理由は前記実施例１の場合と同様で、
上述した第２及び３の課題を克服できる理由でもある。

【００７６】また、上述した本実施例半導体装置30及び
Ａｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導体層にICチップ基体を搭載
した比較用半導体装置におけるＩＣチップ基体12のろう
付け部3'のせん断強度を比較した。せん断強度は本実施
例半導体装置30の場合３．５ｋｇ／ｍｍ²であるのに対
し、比較用半導体装置の場合は０．８５ ｋｇ／ｍｍ²と
大きな相違が観測された。この試験による破壊は、本実
施例半導体装置30の場合はろう材3'の領域で生じていた
のに対し、比較用半導体装置の場合はアルミナ基板とろ
う材の界面で生じていた。

【００７７】以上の本実施例半導体装置30には、図１０
に示した回路が形成されている。ＩＧＢＴ素子1のエミ
ッタ及びゲートは制御回路10と電気的に接続され、素子
１の動作はこの回路10により制御される。制御回路10に
は抵抗11、ＩＣチップ基体12、コンデンサ13が搭載さ
れ、これらの素子は厚膜Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ導体層4に
より接続されている。ＩＧＢＴ素子1と制御回路10から
はそれぞれ端子7が引き出されている。半導体装置30は
ＩＧＢＴ素子1とそれを制御する回路10とから構成さ
れ、自動車用エンジン点火装置のコイルへ給電するのに
用いられた。この回路から構成された半導体装置30は、
最高周囲温度１２０℃の環境のもとで自動車用エンジン
を点火するのに使用された。自動車の走行距離１０万キ
ロメートルに相当する稼働においても、本実施例半導体
装置30はその回路機能を維持することが確認された。

【００７８】

【実施例３】本実施例では、前記実施例１と同様のパワ
ー半導体素子基体とその電気的動作を制御する制御回路
を搭載した半導体装置、及び、この半導体装置を用いた
電子装置としての自動車用点火装置について説明する。
ここでは、制御回路形成用載置部材として、アルミナ基
板5上にＣｕ厚膜導体層4(初期厚さ:１２μｍ)を形成し
たものを用いた。これ以外の他の構成は、前記実施例１
と同様である。

【００７９】以上のようにして製作された本実施例半導
体装置30は、不良発生率が０．００１％以下であった。
ここで言う不良とは、前記実施例１の場合と同様で、半
導体装置30の製作過程で制御回路10における回路断線を
生ずることにより、半導体装置30が所定の回路機能を所
持しないまま生産された状態を言う。このように低い不
良率が得られたのには、ろう付け(ろう材3')による導体
層4の溶解反応は生じていたものの導体層4が完全に消失
するには至らず(残留厚さ:６．８μｍ)、チップ部品搭
載部の電気的接続が確実になされたことが寄与してい
る。特に、ＩＣチップ基体12を搭載した部分のろう材バ
ンプ3'による導体層4の溶解及び消失が抑制されたこと
が、不良発生率を低いものにしている要因になってい
る。一方、従来のＡｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導体層を設
けた載置部材としてのアルミナ基板にチップ部品を搭載
した比較例半導体装置では、不良発生率は約２．５％で
あった。この主要な原因は、ろう付けによる導体層の溶
解及び消失が促進されたため、チップ部品搭載部の電気
的接続が不十分であったことによる。

【００８０】本実施例においても、高温放置試験による
ICチップ基体搭載部の断線不良の発生状況を追跡した。
その結果を図９に示す。図中のBはＣｕ導体層4を設けた
本実施例に関するモールド試料、そしてＣは従来のＡｇ
−２０ｗｔ％Ｐｄ導体を適用した比較用モールド試料に
関する。Bに注目すると、高温放置時間３０００ｈまで
の試験では断線は見られず、これを過ぎた段階で断線し
ている。これに対しCでは，１００ｈを過ぎた段階から
断線を生じている。断線の要因は、ろう付け後の高温放
置試験による熱処理段階で、Ａｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ導体
とろう材バンプ3'との反応が更に進み、導体の切断ある
いは剥離が一層促進されたためである。このように本実
施例試料の場合は、比較試料より約１桁高い信頼性を有
している。

【００８１】このように、Ｃｕ導体層4によれば、ろう
付けに引き続いて１７５℃の高温放置試験が実施されて
も、半導体装置30の断線不良は生じていない。しかし、
図７に示したように、Ｃｕ導体層4とろう材3'との間で
は、反応による合金層ないしは金属間化合物の生成を抑
制することはできない。にもかかわらず、断線不良の発
生が回避されているのは、エポキシ樹脂8による拘束に
よる効果に基づく。以上のように、半導体装置30が高温
の稼働条件のもとにさらされ、Ｓｎを主成分とするろう
材3'とＣｕ厚膜導体層4との固相拡散が促進され、Ｃｕ
厚膜導体層4がＳｎを含む合金ないし金属間化合物に変
質することはある。

【００８２】しかし、このような状況のもとでも、前記
合金ないし金属間化合物自体が脆性を有することや、前
記合金ないし金属間化合物の生成に基づく基板5と厚膜
導体層4間の接合力低下が抑えられて、固着チップ部品
の基板からの剥離、厚膜導体層4自体の断線、そして所
期の回路機能が維持されなくなると言う第2の問題は、
エポキシ樹脂8の拘束によって防止できる。

【００８３】ＩＣチップ基体12の断線不良の発生状況
は、温度サイクル試験によっても確認した。

【００８４】図８はその結果を示すグラフである。結果
の詳細は既に説明した。樹脂モールド試料Ｂでは、断線
は２０００回までは見られず、それ以降で生じている。
断線の要因はろう材バンプ3'のクラック破壊である。

【００８５】これに対し非モールド試料Ｃでは、５００
回以降から断線を生じている。以上のように、モールド
を施した場合は、非モールド状態より約１桁高い信頼性
を有している。この理由は前記実施例1の場合と同様で
ある。非モールド構造の場合は、ＩＣチップ基体12とア
ルミナ基板5の熱膨張率差により、温度変化に基づく熱
歪がろう材バンプ3'に作用する。この場合、過大な熱歪
の作用により、Ｓｎを多量に含むろう材3'に特有な脆性
のため、バンプ3'は塑性変形で歪を吸収し得ない状態の
ままでバンプ3'自体にクラックを生ずる。このクラック
はＰｂ−Ｓｎ系ろう材より速く進展し、その先端はバン
プ3'の内部領域にほとんど留まらず、そしてバンプ領域
を貫通した状態(完全な断線状態)になりやすい。このこ
とが、非モールド構造の信頼性が低い主な理由である。

【００８６】一方、モールド構造の場合は上述の温度変
化を生じても、モールド樹脂8による拘束作用を受ける
ため、バンプ3'の変形量は実質的に僅少に維持される。
換言すると、ＩＣチップ基体12とアルミナ基板5の熱膨
張率差に基づく変形がモールド樹脂8により妨げられる
結果、バンプ3'に作用する応力は非モールド構造の場合
より小さくなる。したがって、Ｓｎを多量に含むろう材
3'の特有の欠点であるクラックの発生や貫通が大幅に抑
制される。このことが、モールド構造で信頼性が向上す
る主な理由であり、上述した第3の課題を克服できる理
由でもある。特に、Ｃｕ 導体層4を適用した樹脂モール
ド試料では、導体層4とろう材3'との反応自体は避けら
れず、これによる欠点は当然ながらろう付け部に導入さ
れる。しかし、本発明においては、樹脂モールドによる
機械的な拘束を具現することによって補うことができる
から、この欠点を克服することが可能である。

【００８７】本実施例では、Ｓｎを多量に含んだろう材
とＣｕ配線とを組み合わせた接合構造で特有の、第4の
課題を克服することが特に重要な点である。上述したよ
うに、ＳｎとＣｕとの反応が進んでＳｎ−Ｃｕ系金属間
化合物又は合金が生成されやすく、ろう材はこのような
金属間化合物又は合金を含んで更に脆性を増したものに
なっても、上記第２及び３の課題克服(樹脂8による拘束
の効果)に連動して第4の課題をも克服することが可能で
ある。

【００８８】以上の本実施例半導体装置30には、図１０
に示した回路が形成されている。ＩＧＢＴ素子1のエミ
ッタ及びゲートは制御回路10と電気的に接続され、素子
１の動作はこの回路10により制御される。制御回路10に
は抵抗11、ＩＣチップ基体12、コンデンサ13が搭載さ
れ、これらの素子はＣｕ厚膜導体層4により接続されて
いる。ＩＧＢＴ素子1と制御回路10からはそれぞれ端子7
が引き出されている。半導体装置30はＩＧＢＴ素子1と
それを制御する回路10とから構成され、自動車用エンジ
ン点火装置のコイルへ給電するのに用いられた。この回
路から構成された半導体装置30は、最高周囲温度１２０
℃の環境のもとで自動車用エンジンを点火するのに使用
された。自動車の走行距離１０万キロメートルに相当す
る稼働においても、本実施例半導体装置30はその回路機
能を維持することが確認された。

【００８９】

【実施例４】本実施例では、パワー半導体基体と制御回
路を同一基板上に搭載した高周波電圧増幅回路を有する
半導体装置とこれを用いた電子装置について説明する。

【００９０】パワー半導体素子基体1とその周辺回路素
子を搭載した半導体装置30は、図１２に示す断面構造を
有している。載置部材としてのアルミナ基板( ３７×１
２×０．８ｍｍ)5の一方の主面側に厚さ約１２μｍのＡ
ｇ−１ｗｔ％Ｐｔ厚膜導体層(シート抵抗:１．５ｍΩ/
□)4と厚膜抵抗体11を形成し、これら導体層4と厚膜抵
抗体11の所定部にオーバコートガラス層15(図示を省略)
を設け、他方の主面側に厚さ約１２μｍのＡｇ−１ｗｔ
％Ｐｔ厚膜導体層(シート抵抗:１．５ｍΩ/□）４’を
形成し、そして導体層４及び4'を接続するスルーホール
Ａｇ−１ｗｔ％Ｐｔ厚膜導体(シート抵抗:１．５ｍΩ/
□)4Aを形成している。導体層4上には最終的にろう材3
となる組成Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ｗｔ％Ｃｕのろ
う材粉末を含有したペーストを印刷し、この印刷部にＳ
ｉからなるＭＯＳ ＦＥＴチップ基体1、ＩＣチップ基体
12、そしてコンデンサチップ13等のチップ部品を搭載し
て空気中で２５０±１０℃に加熱した。引き続き、Ｎｉ
めっき(厚さ:３〜７μｍ,図示を省略)を設けたＣｕ板2
上に組成Ｓｎ−５２ ｗｔ ％Ｉｎからなるろう材3'によ
り基板5を固着し、パワー半導体素子基体1と導体層4間
に直径３５μｍのＡｕ細線6、そして、導体層4と端子7
間に直径３５ｍの・u細線6'を熱圧着ボンディングし
て、所定の高周波電圧増幅回路を構成した。この増幅回
路は最終的に図１２の破線で示すように、エポキシ樹脂
8によるトランスファモールドが施されている。エポキ
シ樹脂8は熱膨張率:１６ｐｐｍ/℃、ガラス転移点:１５
５℃、体積抵抗率:９×１０¹⁵Ω・ｍ (RT)、曲げ強度:
３×１０¹⁵ｋｇｆ ／ｍｍ²、曲げ弾性率:１６００ ｋｇ
ｆ／ｍｍ２なる特性を有している。トランスファモール
ドは１８０℃(保持時間:５分)のもとで実施し、次いで
１５０℃のもとで２ｈの熱処理を施して樹脂の硬化を促
進させた。

【００９１】以上のようにして製作された本実施例半導
体装置30は、不良発生率が０．００１％以下であ っ
た。ここで言う不良とは、前記実施例１の場合と同様
で、半導体装置30の製作過程で制御回路10における回路
断線を生ずることにより、半導体装置30が所定の回路機
能を所持しないまま生産された状態を言う。このように
低い不良率が得られたのには、ろう付け(ろう材3)によ
る導体層4の溶解反応は殆ど生じないため導体層4の消失
には至らず(残留厚さ：１１μｍ)、チップ部品搭載部の
電気的接続が確実になされたことが寄与している。特
に、ＩＣチップ基体12を搭載した部分のろう材バンプ3
による導体層4の溶解及び消失が抑制されたことが、不
良発生率を低いものにしている要因になっている。

【００９２】一方、従来のＡｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導
体層を設けた載置部材としてのアルミナ基板にチップ部
品を搭載した比較例半導体装置では、不良発生率は５．
５％であった。この主要な原因は、ろう付けによる導体
層の溶解及び消失が促進されたため、チップ部品搭載部
の電気的接続が不十分であったことによる。

【００９３】本実施例半導体装置30に−４０〜１２５℃
の温度サイクルを２０００回与えたが、ＭＯＳ ＦＥＴ
チップ基体1、ＩＣチップ基体12、そしてコンデンサチ
ップ13等のチップ部品搭載部における導体層4及びろう
材 3には何らの異常もみられなかった。並行して、本実
施例半導体装置30に１５０℃の高温放置試験(２０００
ｈ)を施したが、チップ部品の基板5からの剥離、導体層
4,4A,4'の断線、回路機能の劣化等は観測されなかっ
た。また、上記高温放置試験による基板5とCu板2との間
の剥離も観測されなかった。

【００９４】以上のように優れた信頼性が得られたの
は、第１の課題であるろう材3,3'による導体層4,4'の溶
解、消失を抑制し、第２の課題である合金又は金属間化
合物の生成を抑制し、そして、樹脂モールド8による拘
束によりチップ部品接続部のろう材3,3'の変形を抑制す
ることによる第３課題の克服に基づく。

【００９５】図１３は半導体装置の入力電圧波形及び出
力電圧波形を示すグラフである。出力電圧は３５Ｖと入
力電圧の０．７Ｖに対して５０倍の値が得られ、そして
出力電圧波形も立上がり及び立下がりとも０．２ｎｓ以
下の時定数を示している。この結果は、半導体装置30は
２５０ＭＨｚ帯の高周波電圧制御用として実用可能なこ
とを示唆している。上記装置30は最終的に画素３０００
×３０００のテレビジョン装置に組み込まれた。この結
果、テレビジョン装置は高精細な画像を表示した。この
テレビジョン装置も、本発明における電子装置である。

【００９６】

【実施例５】本実施例では、窒化アルミニウムセラミッ
クスからなる基板上にパワー半導体基体と制御回路を搭
載した高周波電圧増幅回路を有する半導体装置とこれを
用いた電子装置について説明する。

【００９７】窒化アルミニウムセラミックス基板5上に
パワー半導体素子基体1とその周辺回路素子を搭載した
半導体装置30は、図１２と同様の断面構造を有してい
る。載置部材としての窒化アルミニウム基板( ３７×１
２×０．８ ｍｍ)5の一方の主面側に厚さ約１２μｍの
Ａｇ−ｗｔ％1Ｐｔ厚膜導体層(シート抵抗:1.5ｍΩ/□)
4と厚膜抵抗体11を形成し、これら導体層4と厚膜抵抗体
11の所定部にオーバコートガラス層15(図示を省略)を設
け、他方の主面側に厚さ約１２μｍのＡｇ−1ｗｔ％Ｐ
ｔ厚膜導体層(シート抵抗:1.5ｍΩ／□)4'を形成し、そ
して導体層4及び4'を接続するスルーホールＡｇ−1ｗｔ
％Ｐｄ厚膜導体(シート抵抗:1.5ｍΩ/□)4Aを形成して
いる。導体層4上には最終的にろう材 3となる組成Ｓｎ
−3ｗｔ％Ａｇ−0.8 ｗｔ％Ｃｕのろう材粉末を含有し
たペーストを印刷し、この印刷部にＳｉからなるＭＯＳ
ＦＥＴチップ基体1、ＩＣチップ基体12、そしてコンデ
ンサチップ13等のチップ部品を搭載して空気中で２５０
±１０℃に加熱した。引き続き、Ｎｉめっき(厚さ:３〜
７μｍ，図示を省略)を設けたＣｕ板2上に組成Ｓｎ−５
２ ｗｔ ％Ｉｎなるろう材3'により基板5を固着し、パ
ワー半導体素子基体1と導体層4間に直径３５μｍのAu細
線6、そして、導体層4と端子7間に直径３５μｍのＡｕ
細線6'を熱圧着ボンディングして、所定の高周波電圧増
幅回路を構成した。この増幅回路は最終的に図１２の破
線で示すように、エポキシ樹脂8によるトランスファモ
ールドが施されている。エポキシ樹脂8は熱膨張率:１６
ｐｐｍ／℃、ガラス転移点：１５５℃、体積抵抗率:９
×１０¹⁵Ω・ｍ (ＲＴ)、曲げ強度:３かける１０１５ｋ
ｇｆ／ｍｍ²、曲げ弾性率:１６００ ｋｇｆ／ｍｍ²なる
特性を有している。トランスファモールドは１８０℃の
もとで実施し、次いで１５０℃のもとで２ｈの熱処理を
施して樹脂の硬化を促進させた。

【００９８】以上のようにして製作された本実施例半導
体装置30は、不良発生率が０．００１％以下であ っ
た。ここで言う不良とは、前記実施例１の場合と同様
で、半導体装置30の製作過程で制御回路10における回路
断線を生ずることにより、半導体装置30が所定の回路機
能を所持しないまま生産された状態を言う。このように
低い不良率が得られたのには、ろう付け(ろう材3)によ
る導体層4の溶解反応は殆ど生じないため導体層4の消失
には至らず(残留厚さ:１１μｍ)、チップ部品搭載部の
電気的接続が確実になされたことが寄与している。特
に、ＩＣチップ基体12を搭載した部分のろう材バンプ3に
よる導体層4の溶解及び消失が抑制されたことが、不良
発生率を低いものにしている要因になっている。

【００９９】一方、従来のＡｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導
体層を設けた載置部材としての窒化アルミニウム基板に
チップ部品を搭載した比較例半導体装置では、不良発生
率は１４．５％であった。この主要な原因は、ろう付け
による導体層の溶解及び消失が促進されたため、チップ
部品搭載部の電気的接続が不十分であったことによる。

【０１００】本実施例半導体装置30に−４０〜１２５℃
の温度サイクルを２０００回与えたが、ＭＯＳ ＦＥＴ
チップ基体1、ＩＣチップ基体12、そしてコンデンサチ
ップ13等のチップ部品搭載部における導体層4及びろう
材 3には何らの異常もみられなか った。並行して、本
実施例半導体装置30に１５０℃の高温放置試験(２００
０ｈ)を施したが、チップ部品の基板5からの剥離、導体
層4の断線、回路機能の劣化等は観測されなかった。ま
た、上記高温放置試験による基板5とＣｕ板2との間の剥
離も観測されなかった。以上のように優れた信頼性が得
られたのは、上記実施例4と同様の理由に基づく。

【０１０１】また、半導体装置30の入力電圧波形及び出
力電圧波形を調べた。この結果、出力電圧は35Vと入力
電圧の０．７Ｖに対して５０倍の値が得られ、そして出
力電圧波形も立上がり及び立下がりとも０．２ｎｓ以下
の時定数を示していることが確認された。この結果は、
上記実施例４と同様に、半導体装置30は２５０ＭＨｚ帯
の高周波電圧制御用として実用可能なことを示唆してい
る。上記装置30は最終的に画素３０００×３０００のテ
レビジョン装置に組み込まれた。この結果、テレビジョ
ン装置は高精細な画像を表示した。

【０１０２】

【実施例６】本実施例では、ガラスセラミックス(Ａｌ
２Ｏ３・６ＳｉＯ２)からなる基板(低温焼成基板とも言
われる)上にパワー半導体基体と制御回路を搭載した高
周波電圧増幅回路を有する半導体装置とこれを用いた電
子装置について説明する。

【０１０３】ガラスセラミックス基板5上にパワー半導
体素子基体1とその周辺回路素子を搭載した半導体装置3
0は、図１２と同様の断面構造を有している。載置部材
としてのガラスセラミックス基板( ３７×１２×０．８
ｍｍ)5の一方の主面側に厚さ約１２μｍのＡｇ−１ｗｔ
％Ｐｄ厚膜導体層(シート抵抗:１．５ｍΩ／□)4と厚膜
抵抗体11を形成し、これら導体層4と厚膜抵抗体11の所
定部にオーバコートガラス層15(図示を省略)を設け、他
方の主面側に厚さ約１２μｍのＡｇ−１ｗｔ％Ｐｔ厚膜
導体層(シート抵抗:２．５ｍΩ/□)4'を形成し、そして
導体層4及び4'を接続するスルーホールＡｇ−１ｗｔ％
Ｐｔ厚膜導体(シート抵抗:１．５ｍΩ/□)4Aを形成して
いる。導体層4上には最終的にろう材 3となる組成Ｓｎ
−３ｗｔ％Ａｇ−０．８ ｗｔ％Ｃｕのろう材粉末を含
有したペーストを印刷し、この印刷部にＳｉからなるＭ
ＯＳ ＦＥＴチップ基体1、ＩＣチップ基体12、そしてコ
ンデンサチップ13等のチップ部品を搭載して空気中で２
５０±１０℃に加熱した。引き続き、Niめっき(厚さ:3
〜7μm,図示を省略)を設けたＣｕ板2上に組成Ｓｎ−５
２ ｗｔ ％Ｉｎなるろう材3'により基板5を固着し、パ
ワー半導体素子基体1と導体層4間に直径３５μｍのＡｕ
細線6、そして、導体層4と端子7間に直径３５μｍのＡ
ｕ細線6'を熱圧着ボンディングして、所定の高周波電圧
増幅回路を構成した。この増幅回路は最終的に図10の破
線で示すように、エポキシ樹脂8によるトランスファモ
ールドが施されている。エポキシ樹脂8は熱膨張率:１６
ｐｐｍ/℃、ガラス転移点:１５５℃、体積抵抗率:９×
１０１５Ω・m (RT)、曲げ強度:３×１０¹⁵ｋｇｆ /m
m²、曲げ弾性率:１６００ ｋｇｆ/ｍｍ²なる特性を有し
ている。トランスファモールドは１８０℃（保持時間:5
分)のもとで実施し、次いで１５０℃のもとで2hの熱処
理を施して樹脂の硬化を促進させた。

【０１０４】以上のようにして製作された本実施例半導
体装置30は、不良発生率が０．００１％以下であった。
ここで言う不良とは、前記実施例1の場合と同様で、半
導体装置30の製作過程で制御回路10における回路断線を
生ずることにより、半導体装置30が所定の回路機能を所
持しないまま生産された状態を言う。このように低い不
良率が得られたのには、ろう付け(ろう材3)による導体
層4の溶解反応は殆ど生じないため導体層4の消失には至
らず(残留厚さ:１１μｍ)、チップ部品搭載部の電気的
接続が確実になされたことが寄与している。特に、ＩＣ
チップ基体12を搭載した部分のろう材バンプ3による導
体層4の溶解及び消失が抑制されたことが、不良発生率
を低いものにしている要因になっている。一方、従来の
Ａｇ−２０ｗｔ％Ｐｄ厚膜導体層を設けた載置部材とし
てのガラスセラミックス基板にチップ部品を搭載した比
較例半導体装置では、不良発生率は１４．５％であっ
た。この主要な原因は、ろう付けによる導体層の溶解及
び消失が促進されたため、チップ部品搭載部の電気的接
続が不十分であったことによる。

【０１０５】本実施例半導体装置30に-４０〜１２５℃
の温度サイクルを２０００回与えたが、ＭＯＳ ＦＥＴ
チップ基体1、ＩＣチップ基体12、そしてコンデンサチ
ップ13等のチップ部品搭載部における導体層4そしてろ
う材 3には何らの異常もみられなかった。並行して、本
実施例半導体装置30に１５０℃の高温放置試験(２００
０ｈ)を施したが、チップ部品の基板5からの剥離、導体
層4の断線、回路機能の劣化等は観測されなかった。ま
た、上記高温放置試験による基板5とＣｕ板2との間の剥
離も観測されなかった。以上のように優れた信頼性が得
られたのは、上記実施例4と同様の理由に基づく。

【０１０６】また、半導体装置30の入力電圧波形及び出
力電圧波形を調べた。この結果、出力電圧は３５Ｖと入
力電圧の０．７Ｖに対して５０倍の値が得られ、そして
出力電圧波形も立上がり及び立下がりとも０．２ｎｓ以
下の時定数を示していることが確認された。この結果
は、上記実施例4と同様に、半導体装置30は２５０ＭＨ
ｚ帯の高周波電圧制御用として実用可能なことを示唆し
ている。上記装置30は最終的に画素３０００×３０００
のテレビジョン装置に組み込まれた。この結果、テレビ
ジョン装置は高精細な画像を表示した。

【０１０７】以上までに、実施例を用いて本発明を説明
した。しかし、本発明は実施例に記載の事項のみに限定
されるものではない。

【０１０８】本発明において、半導体装置30は負荷に給
電する電気回路に組み込まれて使用される。このように
して使用される装置は、本発明で言う電子装置である。
この際、(1)半導体装置が、回転装置に給電する電気回
路に組み込まれて、上記回転装置の回転速度を制御する
か、もしくは、それ自体が移動するシステム(例えば、
電車、エレベータ、エスカレータ、ベルトコンベア)に
回転装置とともに組み込まれて上記移動システムの移動
速度を制御する場合、(2)前記回転装置に給電する電気
回路がインバータ回路である場合、(3)半導体装置が流
体を撹拌又は流動させる装置に組み込まれて、被撹拌物
又は被流動物の移動速度を制御する場合、(4)半導体装
置が物体を加工する装置に組み込まれて、被加工物の研
削速度を制御する場合、(5)半導体装置が発光体に組み
込まれて、上記発光体の放出光量を制御する場合、そし
て、(6)半導体装置が出力周波数５０Ｈｚないし２５０
ＭＨｚで作動する場合にも、上記実施例の場合と同様の
効果、利点を享受できる。

【０１０９】本発明において，半導体基体１になり得る
素材は，Ｓｉ（４．２ｐｐｍ/℃),Ｇｅ（５．８ｐｐｍ/
℃),ＧａＡｓ（６．５ｐｐｍ/℃),ＧａＰ（５．３ｐｐ
ｍ/℃）,ＳｉＣ（３．５ｐｐｍ/℃)等である。これらの
素材からなる半導体素子を搭載することに何らの制約も
ない。この際、半導体基体はサイリスタ、トランジス
タ、ＩＣ等実施例に記載されていない電気的機能を有し
ていてもよい。また、基板5上に形成された厚膜抵抗11
はチップ抵抗に置き換えられてもよい。

【０１１０】図１４は本発明の変形例を示す断面図であ
る。基板5上に導体層4が形成され、この導体層4にろう
材バンプ3'によりＩＣチップ基体12が接続され、基板
5、ＩＣチップ基体12、ろう材バンプ3'がポッティング
法によるモールド樹脂8で封止された形態を含む半導体
装置30の場合でも、本発明の範囲に属する。

【０１１１】

【発明の効果】本発明によれば、チップ部品を載置部材
にろう付けして固着する際の過剰な界面反応を抑制し、
製造時あるいは運転時の熱的及び機械的変化によるろう
付け部の破損を防止し、製造歩留りや信頼性の高い半導
体装置とこれを用いた電子装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明半導体装置を説明する鳥瞰図及び断面図
である。

【図２】チップ部品搭載部の断面構造模式図である。

【図３】ＩＣチップ基体搭載部の詳細を説明する断面模
式図である。

【図４】溶融したろう材槽中にディップした場合のＡｇ
−Ｐｔ厚膜導体層の残留厚さを示すグラフである。

【図５】Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体層の残留厚さのＰｔ濃度依
存性を示すグラフである。

【図6】Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体層のシート抵抗を示すグラ
フである。

【図７】チップ部品を搭載したろう付け部における金属
のデプスプロファイルを示すグラフである。

【図８】温度サイクル試験によるＩＣチップ基体の断線
不良率を示すグラフである。

【図９】高温放置試験によるICチップ基体搭載部の断線
不良の発生状況を示すグラフである。

【図１０】一実施例半導体装置の回路を説明する図であ
る。

【図１１】他の半導体装置の回路を説明する図である。

【図１２】他実施例半導体装置を説明する断面図であ
る。

【図１３】他実施例半導体装置の入力電圧波形及び出力
電圧波形を示すグラフである。

【図１４】本発明の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１...半導体基体,ＩＧＢＴチップ，ＭＯＳ ＦＥＴチッ
プ基体、２...Ｃｕベース板、３，３'...ろう材、４，
４'...Ａｇ−Ｐｔ厚膜導体,導体層、４Ａ...スルーホー
ルＡｇ−Ｐｔ厚膜導体、５...基板，アルミナ基板，膣
かアルミニウム基板，ガラス基板，ガラスセラミックス
基板、６，６'...Ａｌワイヤ，Ａｕ細線、７...端子、
８...エポキシ樹脂,モールド樹脂、９...シリコーン樹
脂接着剤、１０...制御回路、１１...厚膜抵抗、１
２...ＩＣチップ基体、１３...コンデンサチップ、１３
Ａ...サージ保護素子、１４...ガラススリーブ型ツェナ
ーダイオードチップ,ダイオード、１５...オーバコート
ガラス層、３０...半導体装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 35/30 ３１０ Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０３Ａ 23/14 ６０３Ｂ // Ｃ２２Ｃ 13/00 ６０３Ｄ ６０３Ｅ 23/12 Ｈ 23/14 Ｍ (72)発明者 山田 一二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 良一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 神永 俊明 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 5F044 KK04 KK16 LL01 QQ03 QQ05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基体が表面に導体配線を設けた載置
   部材上に、錫（Sn）又は錫（Sn）,アンチモン（Sb）,銀
   （Ag）,銅（Cu）,ニッケル（Ni）,燐（P）,ビスマス（B
   i）,亜鉛（Zn）,金（Au）及びインジウム（In）の群か
   ら選択された2種以上の物質からなるろう材で構成され
   たバンプにより固着され、該半導体基体、該バンプ及び
   該載置部材が熱硬化樹脂でモールドされたことを特徴と
   する半導体装置。
2. 【請求項２】請求項１において、該載置部材がアルミ
   ナ、ガラスセラミックス、窒化アルミニウムセラミック
   ス、ガラスのいずれかからなる無機質材料であり、該導
   体配線が銀-白金（Ag-Pt）厚膜導体又は銅（Cu）厚膜導
   体からなることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】半導体基体が表面に導体配線を設けた載置
   部材上に、錫（Sn）又は錫（Sn）,アンチモン（Sb）,銀
   （Ag）,銅（Cu）,ニッケル（Ni）,燐（P）,ビスマス（B
   i）,亜鉛（Zn）,金（Au）及びインジウム（In）の群か
   ら選択された2種以上の物質からなるろう材で構成され
   たバンプにより固着され、該半導体基体、該バンプ及び
   該載置部材が熱硬化樹脂でモールドされた半導体装置
   が、負荷に給電する回路に組み込まれたことを特徴とす
   る電子装置。