(57)【要約】      （修正有）【課題】高い応力緩和性能と放熱性能を両立させることによって、高い信頼性と大電力化への対応性とを兼ね備えた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体チップ１０と半導体チップ１０を挟んで対向する一対の電極部１２ａ、２１ｃとそれらを電気的に接合する接合層１３、１４とが積層された半導体装置であって、電極部１２ａ、２１ｃの径方向の熱膨張を抑制する電極部拘束部材２５が一対の電極部１２ａ、２１ｃの少なくとも一方の電極部の外周に当接して形成され、電極部拘束部材２５は接合層１３を介して半導体チップ１０と接合されており、電極部拘束部材２５が形成された電極部２１ｃは、半導体チップ１０に対面する接合面が電極部拘束部材２５の半導体チップ１０に対面する接合面よりも半導体チップ１０側に突出している突出部を有する。【選択図】図２
2010056259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと前記半導体チップを挟んで対向する一対の電極部とそれらを電気的に接合する接合層とが積層された半導体装置であって、
前記電極部の径方向の熱膨張を抑制する電極部拘束部材が前記一対の電極部の少なくとも一方の電極部の外周に当接して形成され、
前記電極部拘束部材は前記接合層を介して前記半導体チップと接合されており、
前記電極部拘束部材が形成された電極部は、前記半導体チップに対面する接合面が前記電極部拘束部材の前記半導体チップに対面する接合面よりも前記半導体チップ側に突出している突出部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記突出部が突縁を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記一対の電極部の少なくとも一方の電極部の前記半導体チップに対面する接合面に凹凸が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記突出部の突出厚さは前記電極部拘束部材と前記半導体チップとを接合している前記接合層の最大厚さの40％以上100％未満であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記一対の電極部の一方を含む電極は板状の土台を有しており、前記土台の一方の面に前記電極部となる突起が形成され、前記突起の先端面が前記半導体チップに対面する接合面であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記土台を有する電極は、前記突起が形成された面の外縁に壁部を有し全体として凹形状をしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の半導体装置において、
前記突起が段付き構造を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の半導体装置において、
前記突起がテーパー構造を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記土台と前記電極部拘束部材とは接合層を介して接合されており、該接合層の厚さが0.2〜１mmであることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係わり、特に車両用回転発電機等において大電流の整流に好適に用いられるパワー半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体装置は、モータ・発電機等の電気機器の制御や電力を変換するために用いられる大電力の半導体装置である。近年、電気機器に対する省エネ・環境負荷低減の要求などから、パワー半導体装置の需要が急伸している。また、当該電気機器の高効率化や大容量化のため、パワー半導体装置の使用環境は高電圧・大電流化（大電力化）がさらに進展し、要求される使用温度条件なども益々厳しくなってきている。このような背景の下、長期間使用されるパワー半導体装置にとっては信頼性の低下を引き起こさないことが重要であり、特に、電子部材同士の接合層（例えば、はんだ接合層）での信頼性確保が重要な課題となっている。
【０００３】
パワー半導体装置の一種であり車両用回転発電機等に用いられる整流装置は、一般的に、半導体チップと該半導体チップを挟んで対向する一対の電極とがはんだ接合で積層され、該積層がシリコン樹脂等で封止された構造となっている。上述したように、パワー半導体装置は高電圧・大電流（大電力）で動作させられることが多いため、動作中は半導体チップなどに大量のジュール熱が発生し200℃以上の高温になることもある。一方、停止中は周囲環境温度まで冷却される。すなわち、パワー半導体装置は各種半導体装置の中で動作・停止間の温度差が特に大きいという事情があり、その結果、半導体装置内部に大きな熱応力が繰返し生じる。具体的には、半導体チップの主材質であるシリコン（線膨張係数は約３×10−６℃−１）と電極の主材質である銅（線膨張係数は約17×10−６℃−１）との熱膨張差に起因する熱応力が生じる。
【０００４】
この繰返しの熱応力は、機械的強度が比較的低いはんだ接合層に剪断応力を生じさせ疲労亀裂を発生させる要因となりやすい。はんだ接合層での疲労亀裂の発生・進展（すなわち疲労破壊）は、半導体チップにおける導電障害や放熱障害を引き起こし、パワー半導体装置の機能停止を誘発する恐れがある。したがって、はんだ接合層の疲労破壊を防止するためには、電子部材（例えば、半導体チップ・電極）の熱膨張差に起因する剪断応力をいかに低減するかが肝要である。
【０００５】
はんだ接合層に掛かる剪断応力を低減する構造として、例えば特許文献１に示されるような構造が提案されている。特許文献１では、半導体チップと第１の電極との間、該半導体チップと第２の電極との間に、線膨張係数が半導体チップの線膨張係数より大きく、かつ第１および第２の電極材料の線膨張係数よりも小さい材料からなる応力緩衝板を設けた整流装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，３４９，８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自動車における近年の急速な電装化によって、車両用回転発電機等の電力容量は増大傾向にあり、それに伴いパワー半導体装置における発熱量が増大し、半導体装置内部の熱負荷と熱応力も増加傾向にある。これに対し、特許文献１に記載のパワー半導体装置は、半導体チップと両電極との間に応力緩衝板を設けて線膨張係数差に起因する剪断応力を緩和しているが、該応力緩衝板の熱伝導率が低いことから半導体チップからの放熱性が低下するため、更なる発熱量の増大に対処することが困難である。そのため、従来のパワー半導体装置と同等以上の信頼性の確保と大電力化への対応をしていくには、これまで以上の対策が必要である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、高い応力緩和性能と放熱性能を両立させることによって、高い信頼性と大電力化への対応性とを兼ね備えた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、半導体チップと前記半導体チップを挟んで対向する一対の電極部とそれらを電気的に接合する接合層とが積層された半導体装置であって、
前記電極部の径方向の熱膨張を抑制する電極部拘束部材が前記一対の電極部の少なくとも一方の電極部の外周に当接して形成され、
前記電極部拘束部材は前記接合層を介して前記半導体チップと接合されており、
前記電極部拘束部材が形成された電極部は、前記半導体チップに対面する接合面が前記電極部拘束部材の前記半導体チップに対面する接合面よりも前記半導体チップ側に突出している突出部を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る半導体装置において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記突出部が突縁を有する。
（２）前記一対の電極部の少なくとも一方の電極部の前記半導体チップに対面する接合面に凹凸が形成されている。
（３）前記突出部の突出厚さは前記電極部拘束部材と前記半導体チップとを接合している前記接合層の最大厚さの40％以上100％未満である。
（４）前記一対の電極部の一方を含む電極は板状の土台を有しており、前記土台の一方の面に前記電極部となる突起が形成され、前記突起の先端面が前記半導体チップに対面する接合面である。
（５）前記土台を有する電極は、前記突起が形成された面の外縁に壁部を有し全体として凹形状をしている。
（６）前記突起が段付き構造を有している。
（７）前記突起がテーパー構造を有している。
（８）前記土台と前記電極部拘束部材とは接合層を介して接合されており、該接合層の厚さが0.2〜１mmである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パワー半導体装置において高い応力緩和性能と放熱性能を両立させることができ、高い信頼性と大電力化への対応性とを兼ね備えた半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
はじめに、従来の半導体装置について簡単に説明する。図１は、従来の半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。従来のパワー半導体装置100は、例えば、半導体チップ10と、半導体チップ10を挟んで対向する一対の電極（第１の電極11と第２の電極12）と、各電極と半導体チップ10との間にそれぞれ挿入される応力緩衝板（第１の応力緩衝板15と第２の応力緩衝板17）と、それらを電気的に接合する接合層（第１の接合層13、第２の接合層14、第３の接合層16および第４の接合層18）とが積層され、略全体が封止材19で封止される構造を有している。なお、図１においては、第１の電極11として土台11aと壁部11bとからなる凹形状の電極、第２の電極12として電極部12aと接触面積を拡大するための端部12bとからなる電極の場合を示した。
【００１３】
前述したように、従来の半導体装置100は、半導体チップ10と第１の電極11との間、半導体チップ10と第２の電極12との間に、線膨張係数が半導体チップ10の線膨張係数より大きく、かつ第１および第２の電極材料の線膨張係数よりも小さい材料からなる第１および第２の応力緩衝板15，17が設けられていることから、半導体装置の温度変化に伴う熱膨張差を吸収し、各接合層13，14，16，18に掛かる剪断応力を低減できるとされている。しかしながら、応力緩衝板に用いられる材料は、通常、電極に用いられる材料よりも熱伝導率が低いことから、半導体装置の電力容量を増大させる場合（すなわち、半導体チップでの発熱量が増大する場合）に温度変化量（温度振幅）も増大し、結果として熱膨張差に起因する疲労亀裂を誘発する可能性がある。
【００１４】
そこで、上記のような従来の半導体装置に加えて、半導体チップで発生した熱を積極的に外部へ放出（伝達）することができれば、半導体装置の温度変化量（温度振幅）自体を縮小することができ、その結果、接合層に掛かる剪断応力をさらに低減することができると考えた。本発明は、半導体装置における熱応力・熱伝達に関する発明者らの精力的な調査・研究により完成したものである。
【００１５】
以下、図を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、適宜組み合わせてもよい。なお、図面中で同義の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】
〔本発明の第１の実施形態〕
（半導体装置の構造）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。図３は、図２中の破線で囲った部分の拡大模式図である。図２に示すように、本実施形態に係る半導体装置200は、半導体チップ10と、半導体チップ10を挟んで対向する一対の電極部（第１の電極21の電極部21cと第２の電極12の電極部12a）と、それらを電気的に接合する接合層（第１の接合層13、第２の接合層14、第３の接合層16および第４の接合層18）とが積層された半導体装置であって、電極部の径方向の熱膨張を抑制する第１の電極部拘束部材25が第１の電極21の電極部21cの外周に当接して形成され、第２の電極12の電極部12aと半導体チップ10との間に第２の応力緩衝板17が挿入され、略全体が封止材19で封止される構造を有している。なお、電極部（第１の電極21の電極部21cと第２の電極12の電極部12a）は円柱状であることが望ましいが、円柱状に限定されるものではない。
【００１７】
また、図３に示すように、第１の電極21の電極部21cと第１の電極部拘束部材25とは、第１の接合層13を介して半導体チップ10と接合されている。このとき、電極部21cは、半導体チップ10に対面する接合面が第１の電極部拘束部材25の半導体チップ10に対面する接合面よりも半導体チップ10側に突出している突出部21dを有する。突出部21dは突縁21eを有することが好ましいが、突縁21eが無くてもよい。突出部21dの突出厚さは、第１の接合層13の最大厚さの40％以上100％未満であることが好ましく、40％以上60％以下がより好ましい。
【００１８】
なお、図２においては、第１の電極部拘束部材25は、第１の電極21の壁部21bに当接していないが、当接していてもよい。第１の電極21の土台21aや壁部21bは、半導体チップ10の熱を効率良く外部に放出するための伝熱部材やヒートシンクとしての機能も有するためである。また、同図中、第１の電極21として土台21aと壁部21bとを有する凹形状の電極の場合を示したが、壁部21bが無くても構わない。また、例えば半導体装置200の温度変化量（温度振幅）が小さい場合、第２の応力緩衝板17は配置されなくてもよいし、第３の接合層16を形成せずに第１の電極部拘束部材25と土台21aとが当接していてもよい。
【００１９】
第１の電極部拘束部材25の材料は、第２の応力緩衝板17と同様に、その線膨張係数が半導体チップ10の線膨張係数より大きく、かつ第１の電極材料の線膨張係数よりも小さい材料であることが望ましい。半導体チップ材料としてシリコン（Si、線膨張係数：約３×10−６℃−１）、電極材料として銅（Cu、線膨張係数：約17×10−６℃−１）を想定した場合、第１の電極部拘束部材25の材料として、例えば、モリブデン（Mo、線膨張係数：約５×10−６℃−１）、タングステン（W、線膨張係数：約4.5×10−６℃−１）、42アロイ（Fe−42％Ni合金、線膨張係数：約５×10−６℃−１）、銅/インバー/銅クラッド材（Cu/ Fe−36％Ni合金/Cuの積層材、線膨張係数：約４〜13×10−６℃−１）、CuとMoの複合材（等価線膨張係数：例えば約７×10−６℃−１）等を用いることができる。なお、第１の電極部拘束部材25と第２の応力緩衝板17とは同じ材料を用いる必要はなく適宜選択できる。
【００２０】
本実施形態に係る半導体装置200は、第１の電極21の電極部21cの外周に第１の電極部拘束部材25を設けることによって、温度上昇時における電極部21cの径方向（半導体チップ10の面内方向）の熱膨張を制約することができ、半導体チップ10との熱膨張差が小さくなることから、第１の接合層13に掛かる剪断応力を低減することができる。加えて、電気抵抗率の低い（すなわち熱伝導率の高い）電極部21cが半導体チップ10の近傍まで延びていることにより、半導体チップ10で発生した熱を従来よりも効率良く（熱抵抗が低い状態で）第１の電極21の土台21aに伝達することができ、半導体装置全体の温度上昇を抑え、その結果、第１の接合層13に掛かる剪断応力をさらに低減することができる。なお、熱抵抗に関する詳細は後述する。
【００２１】
第１の接合層13、第２の接合層14、第３の接合層16および第４の接合層18に用いられる接合材料に特段の制限は無いが、環境保護の観点から鉛フリーはんだ（例えば、Sn−Cu系はんだ）を用いることは好ましい。また、封止材19の材料にも特段の制限は無く、通常用いられる材料（例えば、シリコン樹脂）を利用することができる。
【００２２】
（半導体装置の製造方法）
図４、図５を参照しながら本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の１例を示すフローチャートである。図５は、後述する「電極部拘束部材の設置工程」および「突出部の突縁形成工程」を示す断面模式図である。
【００２３】
まず、電極部21c，12aをそれぞれに有する第１の電極21および第２の電極12を切削加工やプレス加工等により形成する（電極形成工程）。次に、第１の電極21の土台21a上で電極部21cの周縁に第３の接合層16となる接合材16’を配置する（接合材配置工程ａ）。本発明に係る半導体装置において、第３の接合層16は形成されることが望ましいが、形成されなくてもよい。第３の接合層16を形成しない場合は、「接合材配置工程ａ」が省略される。
【００２４】
次に、接合材16’上で電極部21cの外周に第１の電極部拘束部材25を設置する（電極部拘束部材の設置工程）。このとき、電極部21cの先端が第１の電極部拘束部材25よりも突出した突出部21dが構成されるように設置する。なお、第１の電極部拘束部材25の内周寸法を電極部21cの外周寸法よりもわずかに大きくしておくと第１の電極部拘束部材25の設置を容易に行うことができる（図５(ａ)参照）。一方、第１の電極部拘束部材25の内周寸法と電極部21cの外周寸法とを同じにして、第１の電極部拘束部材25を圧入によって設置してもよい。
【００２５】
次に、突出部21d（電極部21cの先端）をプレス加工等により押圧して突縁21eを形成する（突出部の突縁形成工程）。この工程により、突出部21dと共に電極部21cの外周寸法も拡大して電極部21cの外周面と第１の電極部拘束部材25の内周面とが密着する（図５(ｂ)参照）。この工程は、図５(ａ)に示したような第１の電極部拘束部材25の内周寸法が電極部21cの外周寸法よりもわずかに大きい場合には必須の工程であるが、第１の電極部拘束部材25の内周寸法と電極部21cの外周寸法とを同じにして、第１の電極部拘束部材25を圧入によって設置した場合には行っても行わなくてもよい。
【００２６】
その後、第１の接合層13となる接合材を配置する工程（接合材配置工程ｂ）、別途用意した半導体チップ10を配置する工程（半導体チップ配置工程）、第２の接合層14となる接合材を配置する工程（接合材配置工程ｃ）、第２の応力緩衝板17を配置する工程（応力緩衝板配置工程）、第４の接合層18となる接合材を配置する工程（接合材配置工程ｄ）、第２の電極12を配置する工程（電極配置工程）を順次行う。
【００２７】
次に、全体を加熱炉に入れて加熱し、各接合材を溶融凝固させて接合する（加熱・接合工程）。最後に、封止材19を用いて半導体チップ10および各接合部を封止する（封止工程）。以上のような工程により、図２，３に示したような半導体装置を製造できる。なお、要旨を変更しない範囲で上記工程の順序を入れ替えることは、もちろん可能である。
【００２８】
（熱抵抗解析）
半導体チップ10から第１の電極21の土台21aへの伝熱における熱抵抗について説明する。図６は、従来の半導体装置と本発明に係る半導体装置における熱抵抗の概略を比較説明した図である。なお、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置としては、電極部21cの突出部21dに突縁が形成されていないものとした。また、従来の半導体装置の部分拡大模式図中の破線で囲まれた部分は、本発明に係る半導体装置の電極部21cおよび突出部21dに相当する箇所を意味する。
【００２９】
図６に示したように、本発明に係る半導体装置における合成熱抵抗Rthは、熱抵抗の小さい電極部21cおよび突出部21dが半導体チップ10の近傍まで延びていることから、従来の半導体装置における合成熱抵抗R’thよりも小さくなる（Rth＜R’th）ことが解る。なお、合成熱抵抗において、厳密には接合界面での接触熱抵抗を考慮する必要があるが、本発明に係る半導体装置は電極部21cおよび突出部21dの内部に接合界面が無いことから、この点においても有利である。
【００３０】
図７は、従来の半導体装置の熱抵抗を基準として、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の熱抵抗比を示した図である。電極（11a，21a，21c，21d）材料として銅を選択し、第１の接合層13および第３の接合層材料としてパワー半導体装置で通常用いられている鉛系はんだを選択し、第１の応力緩衝板15および第１の電極部拘束部材25材料としてモリブデンを選択した場合について評価した。図７に示したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の熱抵抗比は0.75で、従来の半導体装置の熱抵抗よりも25％低減されることが確認された。
【００３１】
〔本発明の第２の実施形態〕
（半導体装置の構造）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置は、一対の電極部（第１の電極21の電極部21cと第２の電極12の電極部12a）の少なくとも一方の電極部の半導体チップ10に対面する接合面に凹凸が形成されていることを特徴とする。図８は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置おける第１の電極の突出部近傍（図２中の破線で囲った部分）を示した縦断面拡大模式図の１例と該図中のＡ−Ａ線断面図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置おける第１の電極の突出部近傍（図２中の破線で囲った部分）を示した縦断面拡大模式図の他の１例と該図中のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３２】
図８に示すように、突出部21dに溝21fを形成することで半導体チップ10に対面する接合面に凹凸が形成されている。中心から放射状に延びる溝と同心円状の溝が形成されることが好ましいが、放射状に延びる溝のみでもよい。また、図９に示すように、突出部21dに突起21gを形成することで半導体チップ10に対面する接合面に凹凸を形成することができる。
【００３３】
本実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態と同じ作用効果に加えて、これら凹凸（溝21fや突起21g）が存在することにより、「加熱・接合工程」において接合層中の気泡残留を防止して実効的な接合面積を確保でき、接合強度向上の効果もある。また、凹凸の存在は、亀裂の進向に対する障壁となることから熱疲労に対する更なる信頼性向上にもつながる。これら溝21fや突起21gは、切削加工やプレス加工等によって形成できるが、前述した「突出部の突縁形成工程」で同時に形成することが、製造コストの観点から好ましい。なお、図８，９においては、第１の電極の突出部21dに凹凸を形成した場合を示したが、第２の電極12の電極部12aの半導体チップ10に対面する接合面（端部12bの接合面）に凹凸を形成することも好ましい。
【００３４】
〔本発明の第３の実施形態〕
（半導体装置の構造）
図10は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。図10に示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置300は、半導体チップ10を挟んで対向する一対の電極部（第１の電極21の電極部21cと第２の電極32の電極部32a）のそれぞれに対して電極部拘束部材（第１の電極部拘束部材25と第２の電極部拘束部材37）が形成されている。すなわち、前述した第１の実施形態に加えて、第２の電極部拘束部材37が第２の電極32の電極部32aの外周に当接して形成され、電極部32aと第２の電極部拘束部材37とは、第２の接合層14を介して半導体チップ10と接合されている。
【００３５】
また、第２の電極32は、電極部32aの半導体チップ10に対面する接合面が第２の電極部拘束部材37の半導体チップ10に対面する接合面よりも半導体チップ10側に突出している突出部32bを有する。突出部32bは突縁32cを有することが好ましいが、突縁32cが無くてもよい。突出部32bの突出厚さは、第２の接合層14の最大厚さの40％以上100％未満であることが好ましく、40％以上60％以下がより好ましい。
【００３６】
第２の電極部拘束部材37の材料は、第１の電極部拘束部材25の材料と同様の基準で選定され、その線膨張係数が半導体チップ10の線膨張係数より大きく、かつ第２の電極材料の線膨張係数よりも小さい材料であることが望ましい。また、第２の電極部拘束部材37と第１の電極部拘束部材25とは同じ材料を用いる必要はなく適宜選択できる。
【００３７】
本実施形態に係る半導体装置300は、第１の実施形態と同じ作用効果に加えて、電気抵抗率の低い（熱伝導率の高い）電極部32aが半導体チップ10の近傍まで延びていることにより、半導体チップ10で発生した熱をより効率良く（熱抵抗が低い状態で）放熱することができる。その結果、半導体装置全体の温度上昇を抑え、第２の接合層14に掛かる剪断応力をさらに低減することができる。すなわち、本実施形態に係る半導体装置300は、より大電力型のパワー半導体装置に好適であると言える。また、説明するまでも無く、本実施形態に第２の実施形態を併用することは、より望ましい。
【００３８】
〔本発明の第４の実施形態〕
（半導体装置の構造）
図11は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。図11に示すように、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置400は、第１の電極41が電極部41cと突出部41dと突縁41eとからなり、第１の電極41と第２の電極32とが共に土台や壁部を有していない構造をしている。他の構造は、前述の第３の実施形態に係る半導体装置300と同様である。
【００３９】
本実施形態に係る半導体装置400は、第１の電極41と第２の電極32とが共に土台や壁部を有していないことから、半導体装置を小型化できる特徴がある。すなわち、本実施形態に係る半導体装置400は、小電力型のパワー半導体装置に好適であると言える。また、本実施形態に第２の実施形態を併用することは、もちろん望ましい。
【００４０】
〔本発明の第５の実施形態〕
（半導体装置の構造）
図12は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。図12に示すように、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置500は、前述した第１の実施形態に加えて、第１の電極51の電極部51cが段付部51hを有する構造をしている。
【００４１】
本実施形態に係る半導体装置500は、第１の実施形態と同じ作用効果に加えて、段付部51hの高さを調整することで第３の接合層16の厚さを制御することができる。第３の接合層16の厚さを厚くすることにより、半導体装置の温度変化時における第３の接合層16のひずみ量を緩和することができ、熱疲労に対する信頼性をより向上させることができる。
【００４２】
なお、図12においては、段付部51hが１段の場合を例示したが、１段に限定されるものではなく２段以上でもよい。また、第３の接合層16に対する効果に関しては、電極部51cに段付部51hが形成されていればよく、突出部51dや突縁部51eが形成されていなくてもよい。また、本実施形態に第２の実施形態や第３の実施形態を併用することは、もちろん望ましい。
【００４３】
次に、第３の接合層16の厚さとひずみ量との関係について説明する。本実施形態に係る半導体装置500において、温度変化時（200〜50℃）における第３の接合層16に掛かる相当塑性ひずみを有限要素法により計算した。評価指標としては、従来、適当な接合層厚さと考えられていた0.1 mmの場合の相当塑性ひずみを基準とした相当塑性ひずみ比を用いた。図13は、接合層の厚さ0.1 mmの場合の相当塑性ひずみを基準として、第３の接合層の厚さと相当塑性ひずみ比との関係を示した図である。
【００４４】
図13に示したように、第３の接合層の厚さが厚くなるに従って相当塑性ひずみ比が小さくなっていくことが判る。また、第３の接合層の厚さが0.6 mm以上の場合の相当塑性ひずみ比は、基準値（0.1 mm時）の場合の1/3以下になり、略一定となることが明らかになった。このことから、電極部51cに段付部51hを形成し第３の接合層16の厚さを制御することにより、半導体装置の温度変化に対する信頼性をより向上させることができることが確認された。また、図13の結果から、第３の接合層の厚さは0.2〜１mmが好ましく、0.4〜１mmがより好ましく、0.6〜0.8 mmが更に好ましいと言える。なお、第３の接合層が厚くなり過ぎると、該接合材が流出しやすく接合不良を起こす要因となることから、第３の接合層の厚さは１mm以下が好ましい。
【００４５】
図14は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の他の１例を示す縦断面模式図である。図15は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の別の１例を示す縦断面模式図である。図14，15に示すように、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置600，700は、前述した第１の実施形態に加えて、第１の電極61の電極部61cがテーパー部61iを有する構造をしている。これら半導体装置600，700の作用効果は、上述の半導体装置500の場合と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。
【図３】図２中の破線で囲った部分の拡大模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の１例を示すフローチャートである。
【図５】「電極部拘束部材の設置工程」および「突出部の突縁形成工程」を示す断面模式図である。
【図６】従来の半導体装置と本発明に係る半導体装置における熱抵抗の概略を比較説明した図である。
【図７】従来の半導体装置の熱抵抗を基準として、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の熱抵抗比を示した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置おける第１の電極の突出部近傍を示した縦断面拡大模式図の１例と該図中のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置おける第１の電極の突出部近傍を示した縦断面拡大模式図の他の１例と該図中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の１例を示す縦断面模式図である。
【図１３】接合層の厚さ0.2 mmの場合の相当塑性ひずみを基準として、第３の接合層の厚さと相当塑性ひずみ比との関係を示した図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の他の１例を示す縦断面模式図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の別の１例を示す縦断面模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
100，200，300，400，500，600，700…半導体装置、10…半導体チップ、
11，21，41，51，61…第１の電極、
11a，21a，51a，61a…土台、
11b，21b，51b，61b…壁部、
21c，41c，51c，61c…電極部、
21d，41d，51d，61d…突出部、
21e，41e，51e，61e…突縁、
21f…溝部、21g…突起、51h…段付部、61i…テーパー部、
12，32…第２の電極、12a，32a…電極部、12b…端部、32b…突出部、32c…突縁、
13…第１の接合層、14…第２の接合層、15…第１の応力緩衝板、
16…第３の接合層、16’…接合材、17…第２の応力緩衝板、18…第４の接合層、
19…封止材、25…第１の電極部拘束部材、37…第２の電極部拘束部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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