半导体装置以及电力变换装置的制作方法

1.本公开涉及半导体装置以及电力变换装置。


背景技术：

2.以往，有具备绝缘基板、电路层、配置于电路层的软钎料、利用软钎料接合于电路层的半导体元件的半导体装置。电路层包括铝层。铝针对软钎料的润湿性低。因此，为了利用软钎料将半导体元件接合于电路层，需要在铝层上设置包含针对软钎料的润湿性高的金属的金属层。然而，在铝层的表面容易产生氧化膜，所以难以通过镀敷在铝层上设置金属层。
3.例如，在日本特开2014-209539号公报(专利文献1)所记载的半导体装置中，电路层包括第1铝层(铝层)和第1铜层(金属层)。第1铜层(金属层)通过固相扩散接合接合于第1铝层(铝层)。第1铜层(金属层)针对软钎料的润湿性比第1铝层(铝层)高。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2014-209539号公报


技术实现要素：

7.在上述公报所记载的半导体装置中，金属层(第1铜层)通过固相扩散接合接合于导体层(第1铝层)。在固相扩散接合中，在金属层(第1铜层)以及导体层(第1铝层)的接触面不产生液相。因此，当在金属层(第1铜层)以及导体层(第1铝层)的接触面设置有凹凸的情况下，金属层(第1铜层)与导体层(第1铝层)不充分地接触。因而，在金属层(第1铜层)通过固相扩散接合接合于导体层(第1铝层)之前，需要使接触面平滑。即，需要使基板的导体层(第1铝层)平滑。
8.本公开是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供无需使基板的导体层平滑，且能够将半导体元件接合于针对软钎料的润湿性比铝高的金属层的半导体装置以及电力变换装置。
9.本公开的半导体装置具备基板、硬钎料、层叠材料、软钎料以及半导体元件。基板包括陶瓷层和第1导体层。第1导体层层叠于陶瓷层。硬钎料配置于相对于第1导体层而与陶瓷层相反一侧。层叠材料包括第1金属层和第2金属层。第1金属层在相对于第1导体层而与陶瓷层相反一侧利用硬钎料接合于第1导体层。第2金属层在相对于第1金属层而与第1导体层相反一侧层叠于第1金属层。软钎料配置于第2金属层。半导体元件利用软钎料接合于第2金属层。半导体元件经由层叠材料电连接于基板。第1导体层以及第1金属层的材料包括铝。第2金属层针对软钎料的润湿性比第1金属层高。
10.根据本公开的半导体装置，第1金属层在相对于第1导体层而与陶瓷层相反一侧利用硬钎料接合于第1导体层。因此，无需使基板的第1导体层平滑。另外，半导体元件利用软钎料接合于第2金属层。第2金属层针对软钎料的润湿性比第1金属层高。因此，能够将半导
体元件接合于针对软钎料的润湿性比铝高的金属层。
附图说明
11.图1是概略地示出实施方式1的半导体装置的结构的剖视图。
12.图2是概略地示出实施方式1的第1变形例的半导体装置的结构的剖视图。
13.图3是概略地示出实施方式1的半导体装置的制造方法的流程图。
14.图4是概略地示出在实施方式1的半导体装置的制造方法中第1金属层利用硬钎料接合于第1导体层的工序中的半导体装置的状态的剖视图。
15.图5是概略地示出在实施方式1的半导体装置的制造方法中半导体元件利用软钎料接合于第2金属层的工序中的半导体装置的状态的剖视图。
16.图6是概略地示出在实施方式1的第1变形例的半导体装置的制造方法中半导体元件利用软钎料接合于第2金属层的工序中的半导体装置的状态的剖视图。
17.图7是概略地示出在实施方式1的第1变形例的半导体装置的制造方法中半导体元件利用软钎料接合于第2金属层的工序中的半导体装置的其它状态的剖视图。
18.图8是概略地示出实施方式2的半导体装置的结构的剖视图。
19.图9是概略地示出实施方式3的半导体装置的结构的剖视图。
20.图10是概略地示出在实施方式2的半导体装置的制造方法中第1金属层利用硬钎料接合于第1导体层的工序中的半导体装置的状态的剖视图。
21.图11是概略地示出实施方式4的电力变换装置的结构的框图。
22.图12是概略地示出在实施方式1的第2变形例的半导体装置的制造方法中搭载多个基板部的状态的剖视图。
23.图13是概略地示出在实施方式5的半导体装置的制造方法中包层材料的第2金属层被多个狭缝分割的状态的剖视图。
24.图14是概略地示出实施方式5的半导体装置的结构的剖视图。
25.图15是概略地示出在实施方式6的半导体装置的制造方法中层叠材料的第1金属层以及第2金属层及硬钎料一体化的状态的剖视图。
26.符号说明
27.1：基板；2：层叠材料；3：半导体元件；4：软钎料；5：硬钎料；6：散热器；11：陶瓷层；12：第1导体层；13：第2导体层；21：第1金属层；22：第2金属层；23：第3金属层；100：半导体装置；101：电源；200：电力变换装置；201：主变换电路；202：半导体装置；203：控制电路；300：负载。
具体实施方式
28.以下，根据图，说明实施方式。此外，以下，对相同或者相当的部分附加相同的符号，不赘述重复的说明。
29.实施方式1.
30.使用图1，说明实施方式1的半导体装置100的结构。如图1所示，半导体装置100包括基板1、层叠材料2、半导体元件3、软钎料4、硬钎料5、背面硬钎料50、散热器6、壳体7、布线构件8以及密封材料sr。半导体装置100是电力用的功率半导体装置。
31.如图1所示，基板1包括陶瓷层11、第1导体层12以及第2导体层13。基板1在面内方向上延伸。
32.陶瓷层11的材料例如是氮化铝(aln)、矾土(氧化铝)、碳化硅(sic)、氮化硅(sin)等。在本实施方式中，陶瓷层11的材料是氮化铝(aln)。
33.陶瓷层11的面内方向上的宽度例如是65mm。陶瓷层11的面内方向上的长度例如是65mm。陶瓷层11的第1方向上的厚度例如是0.64mm。在本实施方式中，第1方向与面内方向正交。
34.如图1所示，第1导体层12层叠于陶瓷层11。第1导体层12在第1方向上直接层叠于陶瓷层11。第1导体层12作为电路图案而构成。第2导体层13层叠于相对于陶瓷层11而与第1导体层12相反一侧。第2导体层13在第1方向上直接层叠于陶瓷层11。第2导体层13在第1方向上与第1导体层12将陶瓷层11夹入。第2导体层13也可以作为电路图案而构成。第1导体层12以及第2导体层13的各个导体层分别粘贴于陶瓷层11的两面。
35.第1导体层12以及第2导体层13的材料包括铝(al)。第1导体层12以及第2导体层13的材料例如既可以是铝(al)，也可以是a6063等铝合金。在本实施方式中，第1导体层12以及第2导体层13的材料是铝(al)。
36.第1导体层12以及第2导体层13的面内方向上的宽度例如是61mm。第1导体层12以及第2导体层13的面内方向上的长度例如是61mm。第1导体层12以及第2导体层13的第1方向上的厚度例如是0.4mm。
37.层叠材料2在第1方向上层叠于基板1。如图1所示，层叠材料2包括第1金属层21和第2金属层22。
38.如图1所示，第1金属层21在相对于第1导体层12而与陶瓷层11相反一侧接合于第1导体层12。第1金属层21的厚度例如是0.2mm。硬钎料5配置于相对于第1导体层12而与陶瓷层11相反一侧。第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12。第1金属层21与第1导体层12将硬钎料5夹入。硬钎料5在第1方向上直接层叠于基板1以及层叠材料2。硬钎料5例如是铝－硅硬钎料。硬钎料5的厚度例如是0.1mm。
39.第1金属层21的材料包括铝。第1金属层21的材料例如既可以是铝(al)，也可以是a6063等铝合金。在本实施方式中，第1金属层21的材料是铝(al)。
40.如图1所示，第2金属层22在相对于第1金属层21而与第1导体层12相反一侧层叠于第1金属层21。在本实施方式中，第2金属层22直接层叠于第1金属层21。第2金属层22配置于层叠材料2的最表面侧。第2金属层22的厚度例如是0.1mm。
41.第2金属层22针对软钎料4的润湿性比第1金属层21高。第2金属层22针对软钎料4的润湿性比铝(al)高。第2金属层22的材料包括镍(ni)、银(ag)以及42合金中的任意材料。42合金是包含铁(fe)和镍(ni)的合金。在本实施方式中，第2金属层22的材料包括镍(ni)。
42.在本实施方式中，层叠材料2是包括第1金属层21和第2金属层22的包层材料。因此，第1金属层21无间隙地密接于第2金属层22。第1金属层21与第2金属层22也可以压焊一体化。也可以通过利用冷压焊、热压焊、激光焊接以及摩擦搅拌接合等将第1金属层21与第2金属层22层叠而形成包层材料。在本实施方式中，第1金属层21与第2金属层22通过冷压焊进行压焊一体化。
43.也可以通过利用蒸镀或者溅射等将第1金属层21与第2金属层22层叠而形成层叠
材料2。层叠材料2的厚度的最小值例如为30μm以上且50μm以下。层叠材料2的厚度的最大值例如是10mm。
44.如图1所示，软钎料4配置于第2金属层22。软钎料4在相对于第2金属层22而与第1金属层21相反一侧配置于第2金属层22上。软钎料4的材料例如是sn－ag－cu(锡－银－铜)系列软钎料以及sn－sb－ag(锡－锑－银)系列软钎料等。软钎料4的材料具体而言例如是sn96.5－ag3－cu0.5(质量％)软钎料、sn98.5－ag1－cu0.5(质量％)软钎料以及sn96－sb3－ag1(质量％)软钎料等。本实施方式中的软钎料4的材料是sn96.5－ag3－cu0.5(质量％)软钎料。
45.软钎料4的材料也可以是铜(cu)－锡(sn)膏以及纳米银(ag)膏等。关于基于铜(cu)－锡(sn)膏的接合，分散后的铜粉等温凝固，所以具有高的耐热性。基于纳米银(ag)膏的接合通过基于纳米银(ag)粒子的低温烧成而接合。
46.如图1所示，半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22。半导体元件3经由层叠材料2电连接于基板1。半导体元件3例如是绝缘栅双极型晶体管(igbt：insulated gate bipolar transistor)、二极管以及金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet：metal oxide semiconductor field effect transistor)等。半导体装置100也可以包括多个半导体元件3。在本实施方式中，半导体装置100包括多个半导体元件3。
47.1个半导体元件3经由布线构件8电连接于端子9和其它半导体元件3中的至少任意一方。由此，基板1、层叠材料2、半导体元件3、布线构件8以及端子9构成电路。端子9嵌件形成于壳体7内。端子9包括信号端子91和主端子92。信号端子91以及主端子92电连接于半导体元件3。
48.布线构件8例如是键合线、键合带或者板状电极等。在布线构件8是键合线的情况下，布线构件8引线键合于半导体元件3。键合线的材料例如是铝(al)、铜(cu)以及金(au)等。键合线也可以是包覆有铝(al)的铜线。在本实施方式中，布线构件8是铝(al)制的键合线。与信号端子91连接的布线构件8的直径例如是0.15mm。与主端子92连接的布线构件8的直径例如是0.3mm。在布线构件8是键合带的情况下，布线构件8带键合于半导体元件3。在布线构件8是板状电极的情况下，布线构件8直接软钎焊于半导体元件3。
49.如图1所示，散热器6在相对于第2导体层13而与第1导体层12相反一侧接合于第2导体层13。散热器6利用背面硬钎料50接合于第2导体层13。背面硬钎料50例如是铝－硅硬钎料。散热器6包括基底板61和多个散热片部62。基底板61利用背面硬钎料50接合于第2导体层13。多个散热片部62从基底板61向相对于基底板61而与基板1相反一侧突出。
50.壳体7包围基板1、层叠材料2、半导体元件3、软钎料4、硬钎料5、背面硬钎料50、散热器6以及布线构件8。壳体7具有框形状。壳体7的材料例如是pps(polyphenylene sulfide，聚苯硫醚)树脂以及液晶聚合物(lcp：liquid crystal polymer)等。在本实施方式中，壳体7的材料是pps树脂。
51.密封材料sr被注入到壳体7的内部空间。密封材料sr是液状的密封材料。密封材料sr例如既可以是包含二氧化硅填料的环氧树脂，也可以是硅胶等。
52.接下来，使用图2，说明实施方式1的第1变形例的半导体装置100的结构。如图2所示，在实施方式1的第1变形例中，半导体装置100包括传递模塑树脂tr和引线框架lf。
53.引线框架lf包括电极90。电极90包括信号电极93以及主电极94。信号电极93以及
主电极94电连接于半导体元件3。引线框架lf的面内方向上的尺寸例如是150mm
×
50mm。引线框架lf的厚度例如是0.6mm。传递模塑树脂tr密封基板1、层叠材料2、半导体元件3、软钎料4、硬钎料5、背面硬钎料50以及布线构件8。传递模塑树脂tr部分地密封电极90。
54.接下来，说明实施方式1的第2变形例的半导体装置100的结构。如图12所示，在实施方式1的第2变形例中，基板1包括多个基板部19。即，本实施方式的基板1变单片化。基板1例如被分割为两个或者6个基板部19。陶瓷层11包括多个基板部19各自所包含的陶瓷部。导体层包括多个基板部19各自所包含的导体部。
55.接下来，使用图3～图5，说明实施方式1的半导体装置100的制造方法。如图3所示，半导体装置100的制造方法包括：工序s101，准备基板1、层叠材料2、软钎料4、半导体元件3以及硬钎料5；工序s102，将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12；以及工序s103，将半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22。
56.如图4所示，在准备基板1、层叠材料2、软钎料4(参照图5)、半导体元件3(参照图5)以及硬钎料5的工序s101(参照图3)中，准备基板1、层叠材料2、软钎料4(参照图5)、半导体元件3(参照图5)以及硬钎料5。准备层叠有第1金属层21以及第2金属层22的状态的层叠材料2。图4以及如图5所示，在准备基板1、层叠材料2、软钎料4、半导体元件3以及硬钎料5的工序s101中，还准备背面硬钎料50、散热器6、壳体7、端子9、布线构件8以及密封材料sr。端子9嵌件成形于壳体7。
57.如图4所示，在将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12的工序s102(参照图3)中，在相对于第1导体层12而与陶瓷层11相反一侧配置硬钎料5之后，将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12。在将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12的工序s102中，在第2导体层13与散热器6之间夹入背面硬钎料50之后，将第2金属层22利用背面硬钎料50接合于散热器6。
58.具体而言，将基板1、层叠材料2、硬钎料5、背面硬钎料50以及散热器6由未图示的夹具一边施加荷重一边夹入。将由未图示的夹具夹入的基板1、层叠材料2、硬钎料5、背面硬钎料50以及散热器6例如通过在580℃下加热3分钟而接合。
59.如图5所示，在将半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22的工序s103中，将半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22。将基板1利用未图示的粘接剂定位于壳体7内。将半导体元件3利用布线构件8电连接于端子9。密封材料sr(参照图1)被注入到壳体7内。密封材料sr(参照图1)例如通过在150℃下被加热1.5小时而硬化。由此，壳体7被绝缘密封。
60.接下来，使用图6以及图7，说明实施方式1的第1变形例的半导体装置100的制造方法。
61.如图6所示，在将半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22的工序s103中，将基板1相对于引线框架lf定位。接着，如图7所示，将引线框架lf相对于模具m定位。将基板1、层叠材料2、半导体元件3、软钎料4以及硬钎料5配置于模具m的内部空间。模具m包括上模m1和下模m2。上模m1以及下模m2的面内方向上的尺寸例如是100mm
×
80mm。上模m1的第1方向上的尺寸例如是70mm。下模m2的第1方向上的尺寸例如是100mm。
62.如图7所示，传递模塑树脂tr(参照图2)被加压以及加热，并流入到模具m的内部空间。传递模塑树脂tr(参照图2)例如通过在170℃下被加热5分钟而临时硬化。将临时硬化后
的传递模塑树脂tr(参照图2)在脱离模具m之后正式硬化。将传递模塑树脂tr(参照图2)例如通过由未图示的烤箱在170℃下加热2小时而正式硬化。
63.接着，说明本实施方式的作用效果。
64.根据实施方式1的半导体装置100，如图1所示，第1金属层21在相对于第1导体层12而与陶瓷层11相反一侧利用硬钎料5接合于第1导体层12。因此，无需使第1导体层12与第1金属层21的接触面平滑。因而，无需使基板1的第1导体层12平滑。
65.如图1所示，半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22。第2金属层22针对软钎料4的润湿性比第1金属层21高。第1金属层21的材料包括铝(al)。因此，能够将半导体元件3接合于针对软钎料4的润湿性比铝(al)高的金属层(第2金属层22)。因而，与半导体元件3接合于铝(al)的情况相比，能够利用软钎料4牢固地接合。
66.如图1所示，第1导体层12以及第1金属层21的材料包括铝(al)。例如，与铜(cu)相比，铝(al)的比重小，且铝(al)的导热率高。因此，能够减小半导体装置100的尺寸以及重量，且增高半导体装置100的散热性。
67.在假设第1金属层21通过固相扩散接合接合于第1导体层12，且第1金属层21的材料包括铜(cu)的情况下，第1导体层12(铝(al))以及第1金属层21(铜(cu))发生共晶反应。由于共晶反应而第1导体层12以及第1金属层21的熔点下降，所以第1导体层12以及第1金属层21能够液化。第1导体层12(铝(al))和第1金属层21(铜(cu))具体而言例如在540℃下液化。因此，在第1金属层21通过固相扩散接合接合于第1导体层12且第1金属层21的材料包括铜(cu)的情况下，半导体装置100的耐热温度为540℃以下。另外，第1导体层12和第1金属层21需要在比540℃低的温度下被加热长时间。
68.根据本实施方式的半导体装置100，如图1所示，第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12。第1金属层21以及第1导体层12这两方的材料包括铝(al)。另外，第1金属层21利用硬钎料5例如在570℃以上且600℃以下接合于第1导体层12。因而，能够抑制第1金属层21以及第1导体层12由于共晶反应而液化。因而，半导体装置100的耐热温度比第1金属层21通过固相扩散接合接合于第1导体层12且第1金属层21的材料包括铜(cu)的情况高。由此，半导体装置100的耐热性提高。另外，第1导体层12与第1金属层21的接合所需的时间比第1金属层21通过固相扩散接合接合于第1导体层12的情况短。
69.如图1所示，层叠材料2是包括第1金属层21和第2金属层22的包层材料。基于包层材料的层叠材料2比基于蒸镀以及溅射等的层叠材料2廉价。因此，能够减小半导体装置100的制造成本。另外，基于包层材料的层叠材料2具有比基于蒸镀以及溅射等的层叠材料2高的生产率。因此，能够增高半导体装置100的生产率。
70.如图1所示，层叠材料2是包括第1金属层21和第2金属层22的包层材料。因此，第1金属层21与第2金属层22压焊一体化。因而，无需使第1金属层21的表面平滑。
71.第2金属层22的材料包括镍(ni)。镍(ni)针对软钎料4的润湿性比铝(al)高。因此，第2金属层22针对软钎料4的润湿性比铝(al)高。因而，能够将半导体元件3接合于针对软钎料4的润湿性比铝(al)高的第2金属层22。
72.如图1所示，半导体装置100包括散热器6。因而，半导体装置100的散热性比半导体装置100未包括散热器6的情况高。
73.如图1所示，基板1包括第1导体层12以及第2导体层13。因此，能够在将散热器6接
合于第2导体层13时，将层叠材料2接合于第1导体层12。由此，能够减小半导体装置100的制造成本。
74.第1金属层21的材料也可以是铝合金。因此，第1金属层21的表面硬度比第1金属层21的材料是铝(al)的情况高。另外，第1金属层21的再结晶温度比第1金属层21的材料是铝(al)的情况高。由此，第1金属层21的品质以及可靠性能够提高。
75.根据实施方式1的第1变形例的半导体装置100，如图2所示，半导体装置100包括传递模塑树脂tr。传递模塑树脂tr通过比密封材料sr高的树脂成形压力成形。因此，半导体装置100具有比半导体装置100包括密封材料sr的情况高的绝缘性以及散热性。
76.根据实施方式1的第2变形例的半导体装置100，基板1包括多个基板部。包括多个基板部的基板1因多个基板部彼此的间隙而比基板1为一体的情况容易变形。因此，基板1容易因陶瓷层11的热膨胀系数与第1导体层12的热膨胀系数之差所致的翘曲以及半导体装置100的温度循环所致的变形而变形。因此，与基板1为一体的情况相比，抑制包括多个基板部的基板1因温度变化而破损。
77.根据实施方式1的半导体装置100的制造方法，如图4所示，在将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12的工序s102(参照图3)中，在相对于第1导体层12而与陶瓷层11相反一侧配置硬钎料5之后，将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12。因此，无需使基板1的第1导体层12平滑。另外，在准备半导体元件3(参照图5)以及硬钎料5的工序s101(参照图3)中，准备层叠有第1金属层21以及第2金属层22的状态的层叠材料2。因此，无需使第1金属层21平滑。
78.如图5所示，在将半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22的工序s103中，将半导体元件3利用软钎料4接合于第2金属层22。第2金属层22针对软钎料4的润湿性比铝(al)高。因而，能够将半导体元件3接合于针对软钎料4的润湿性比铝(al)高的第2金属层22。因而，半导体元件3与接合于铝(al)的情况相比，能够利用软钎料4牢固地被接合。
79.实施方式2.
80.接下来，使用图8，说明实施方式2的半导体装置100的结构。实施方式2只要不特别说明，就具有与上述实施方式1相同的结构、制造方法以及作用效果。因而，对与上述实施方式1相同的结构附加相同的符号，不重复说明。
81.如图8所示，在本实施方式中，层叠材料2还包括第3金属层23。第3金属层23配置于第1金属层21与第2金属层22之间。第3金属层23的材料包括钛(ti)。第3金属层23的材料也可以包括不锈钢或者钢等不与铝(al)发生低温共晶反应的材料。
82.第1金属层21、第2金属层22以及第3金属层23在第1方向上层叠。第3金属层23直接层叠于第1金属层21以及第2金属层22。第3金属层23的厚度例如是0.05mm。第2金属层22的材料包括铜(cu)、镍(ni)、银(ag)以及42合金中的任意材料。在本实施方式中，第2金属层22的材料包括铜(cu)。
83.接着，说明本实施方式的作用效果。
84.根据实施方式2的半导体装置100，如图8所示，第3金属层23配置于第1金属层21与第2金属层22之间。因此，能够抑制由于第1金属层21和第2金属层22扩散从而第2金属层22的表面粗糙度发生变化。由此，能够抑制由于第2金属层22的表面粗糙度发生变化从而第2金属层22针对软钎料4的润湿性下降。
85.第3金属层23的材料包括钛(ti)。钛(ti)的耐热性比镍(ni)以及铜(cu)高。因此，能够抑制第1金属层21与第3金属层23发生共晶反应。
86.第3金属层23配置于第1金属层21与第2金属层22之间，所以第1金属层21与第2金属层22未直接层叠。因此，能够抑制第1金属层21和第2金属层22发生共晶反应。因而，能够适当地选择第2金属层22的材料。
87.第2金属层22的材料包括铜(cu)。铜(cu)针对软钎料4的润湿性比镍(ni)高。因此，与第2金属层22的材料包括镍(ni)的情况相比，半导体元件3能够牢固地接合于第2金属层22。另外，半导体元件3能够利用银烧结剂接合于第2金属层22。另外，铜(cu)的导热率比镍(ni)高。因此，半导体装置100具有比第2金属层22的材料包括镍(ni)的情况高的散热性。
88.实施方式3.
89.接下来，使用图9，说明实施方式3的半导体装置100的结构。实施方式3只要不特别说明，就具有与上述实施方式1相同的结构、制造方法以及作用效果。因而，对与上述实施方式1相同的结构附加相同的符号，不重复说明。此外，在图9中，为了便于说明，未图示半导体元件3等。
90.如图9所示，在本实施方式中，半导体装置100还包含背面层叠材料20。背面层叠材料20在相对于基板1而与层叠材料2相反一侧接合于基板1。背面层叠材料20也可以具有与层叠材料2相同的结构。
91.背面层叠材料20包括背面第1金属层210和背面第2金属层220。背面第1金属层210在相对于第2导体层13而与陶瓷层11相反一侧接合于第2导体层13。背面第1金属层210利用背面硬钎料50接合于第2导体层13。背面第1金属层210的材料包括铝(al)。
92.背面第2金属层220在相对于背面第1金属层210而与第2导体层13相反一侧层叠于背面第1金属层210。背面第2金属层220直接接合于背面第1金属层210。背面第2金属层220针对软钎料4的润湿性比铝(al)高。背面第2金属层220与第2金属层22将基板1夹入。
93.接下来，使用图10，说明实施方式3的半导体装置100的制造方法。此外，在图10中，为了便于说明，未图示半导体元件3等。在本实施方式中，在将第1金属层21利用硬钎料5接合于第1导体层12的工序s102(参照图3)中，将背面第1金属层210利用背面硬钎料50接合于第2导体层13。
94.接着，说明本实施方式的作用效果。
95.根据实施方式3的半导体装置100，如图9所示，半导体装置100还包含背面层叠材料20。因此，第2金属层22以及背面第2金属层220分别接合于基板1的第1导体层12以及第2导体层13的各个导体层。因而，半导体元件3(参照图1)能够经由第2金属层22以及背面第2金属层220中的至少任意一个金属层电连接于基板1的第1导体层12以及第2导体层13中的至少任意一个导体层。因而，半导体装置100的设计比半导体元件3(参照图1)仅利用第2金属层22电连接于基板1的情况容易。
96.实施方式4.
97.在本实施方式中，将上述实施方式1～3以及后述的实施方式5以及6的半导体装置应用于电力变换装置。本公开并不限定于特定的电力变换装置，但以下，说明作为实施方式4而将本公开应用于三相的逆变器的情况。
98.图11是示出应用本实施方式的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
99.图11所示的电力变换系统包括电源101、电力变换装置200、负载300。电源101是直流电源，对电力变换装置200供给直流电力。电源101能够由各种结构构成，例如既能够由直流体系、太阳能电池、蓄电池构成，也可以由与交流体系连接的整流电路、ac/dc转换器构成。另外，也可以由将从直流体系输出的直流电力变换为预定的电力的dc/dc转换器构成电源101。
100.电力变换装置200是连接于电源101与负载300之间的三相的逆变器，将从电源101供给的直流电力变换为交流电力，对负载300供给交流电力。如图11所示，电力变换装置200具备：主变换电路201，将直流电力变换为交流电力而输出；以及控制电路203，将控制主变换电路201的控制信号输出到主变换电路201。
101.负载300是利用从电力变换装置200供给的交流电力驱动的三相的电动机。此外，负载300并不限于特定的用途，是搭载于各种电气设备的电动机，例如，被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯或空调设备的电动机。
102.以下，说明电力变换装置200的详细内容。主变换电路201具备开关元件和续流二极管(未图示)，开关元件进行开关，从而将从电源101供给的直流电力变换为交流电力，供给到负载300。主变换电路201的具体的电路结构有各种各样，但本实施方式的主变换电路201是2电平的三相全桥电路，可以包括6个开关元件以及与各个开关元件反并联的6个续流二极管。主变换电路201的各开关元件以及各续流二极管中的至少任意一个是与上述实施方式1～3中的任意实施方式的半导体装置相当的半导体装置202所具有的开关元件或者续流二极管。关于6个开关元件，每两个开关元件串联连接而构成上下支路，各上下支路构成全桥电路的各相(u相、v相、w相)。而且，各上下支路的输出端子、即主变换电路201的3个输出端子连接于负载300。
103.另外，主变换电路201具备驱动各开关元件的驱动电路(没有图示)，但驱动电路既可以内置于半导体装置202，也可以是与半导体装置202独立地具备驱动电路的结构。驱动电路生成驱动主变换电路201的开关元件的驱动信号，供给到主变换电路201的开关元件的控制电极。具体而言，依照来自后述控制电路203的控制信号，将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为截止状态的驱动信号输出到各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为导通状态的情况下，驱动信号成为开关元件的阈值电压以上的电压信号(导通信号)，在将开关元件维持为截止状态的情况下，驱动信号成为开关元件的阈值电压以下的电压信号(截止信号)。
104.控制电路203以对负载300供给所期望的电力的方式控制主变换电路201的开关元件。具体而言，根据应供给到负载300的电力，计算主变换电路201的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压来调制开关元件的导通时间的pwm控制，控制主变换电路201。然后，以在各时间点对应成为导通状态的开关元件输出导通信号，对应成为截止状态的开关元件输出截止信号的方式，将控制指令(控制信号)输出到主变换电路201所具备的驱动电路。驱动电路依照该控制信号，将导通信号或者截止信号作为驱动信号而输出到各开关元件的控制电极。
105.在本实施方式的电力变换装置中，作为构成主变换电路201的半导体装置202，应用实施方式1～3的半导体装置，所以能够实现无需对基板的导体层实施前处理，且能够将半导体元件接合于针对软钎料的润湿性比铝高的金属层的电力变换装置。
106.在本实施方式中，说明了将本公开应用于2电平的三相逆变器的例子，但本公开并不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，设为2电平的电力变换装置，但既可以是3电平、多电平的电力变换装置，在对单相负载供给电力的情况下，也可以将本公开应用于单相的逆变器。另外，在对直流负载等供给电力的情况下，还能够将本公开应用于dc/dc转换器、ac/dc转换器。
107.另外，应用本公开的电力变换装置并不限定于上述负载是电动机的情况，例如既能够用作放电加工机、激光加工机或者感应加热调理器、非接触供电系统的电源装置，还能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。
108.实施方式5.
109.接下来，使用图13以及图14，说明实施方式5的半导体装置100的结构。
110.在实施方式5中，也可以如图13所示，在层叠材料2设置多个狭缝22s。第1金属层21以及第2金属层22中的任意金属层被多个狭缝22s分割为多个部分。在图13中，第2金属层22被多个狭缝22s分割为多个部分229。由此，能够抑制第1金属层21的热膨胀系数与第2金属层22的热膨胀系数之差所致的高温下的层叠材料2的翘曲。层叠材料2的翘曲被抑制，所以能够抑制在硬钎料5中产生空隙。因而，基于硬钎料5的接合性提高。此外，虽然未图示，但第1金属层21也可以被多个狭缝分割为多个部分。在该情况下，也能够抑制热膨胀系数之差所致的翘曲。
111.如图14所示，第1金属层21以及第2金属层22中的任意金属层被多个狭缝22s根据半导体元件3的形状以及尺寸分割为多个部分。由此，能够抑制当在第2金属层22的上表面搭载半导体元件3时在第2金属层22的上表面软钎料4过度扩展。因而，能够抑制软钎料4流出到与软钎料4邻接的软钎焊部等不良状况。
112.实施方式6.
113.接下来，使用图15，说明实施方式6的半导体装置100的结构。
114.在实施方式6中，如图15所示，层叠材料2的第1金属层21以及第2金属层22及硬钎料5构成包层材料。即，层叠材料2的第1金属层21以及第2金属层22及硬钎料5也可以预先一体化。由此，生产率以及接合性进一步提高。
115.即使在层叠材料2以及硬钎料5构成包层材料的情况下，也可以在层叠材料2设置多个狭缝22s。在该情况下，多个狭缝22s将第1金属层21、第2金属层22以及硬钎料5中的任意方分割为多个部分。由此，能够抑制在高温下层叠材料2发生翘曲。因而，层叠材料2的接合性提高。
116.本次公开的实施方式应被认为在所有的方面是例示而并非限制性的。本公开的范围不是通过上述说明示出，而是通过权利要求书示出，意图包括与权利要求书等同的意义以及范围内的所有的变更。