(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップに対する熱応力を低減し、信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】板状の底部８と一方の端部が底部の主面又は側面に連結され、かつ、底面１１の縁部に沿って環状に形成された周辺部３と底部８の主面に、周辺部３の内側に沿って環状に形成された溝部１２とを有するベース１とベース１の底部８の主面に第１の導電性接着材４を介し固着された半導体チップ５と半導体チップ５に第２の導電性接着材６を介し固着されたリード７を有し、ベース１がフィン１０に圧入により装着される。ベース１のチップ搭載面２に半導体チップ５の外周より小さい凸部１３を備えている。【選択図】図１
2015008292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の底部と、一方の端部が前記底部の主面又は側面に連結され、かつ、前記底面の縁部に沿って環状に形成された周辺部と、前記底部の主面に、前記周辺部の内側に沿って環状に形成された溝部とを有するベースと、前記ベースの前記底部の主面に第１の導電性接着材を介し固着された半導体チップと、前記半導体チップに第２の導電性接着材を介し固着されたリードを有し、前記ベースがフィンに圧入により装着される半導体装置において、前記ベースのチップ搭載面に前記半導体チップの外周より小さい凸部を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記リードの前記半導体チップに接合する面に前記半導体チップの外周より小さい凸部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体装置を放熱体のフィンに圧入する構造の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体チップをベースに固着し、放熱体のフィンに圧入して装着される半導体装置がある。例えば、プレスフィット型ダイオードが知られている。
【０００３】
この時、半導体チップが、はんだを介してベースに固着する方法が知られている。  特許文献１には、半導体装置において、余剰はんだを吸収するための溝を金属部材に設けた構造が開示されている。これにより、放熱性とはんだ寿命を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２３０１６号公報（図４、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、プレスフィット型ダイオードの半導体装置は、自動車用半導体装置として使用され、高温動作環境に置かれる。すなわち、熱応力による影響で、半導体チップが破壊されることが本技術分野における大きな課題となっている。
【０００６】
しかしながら、従来技術は、余剰はんだを吸収する金属部材の溝としてよいが、はんだが吸収され過ぎ、チップ外周部のはんだが厚く、チップ下のはんだが薄くなり過ぎる懸念がある。特に熱応力に対し、高温動作時のベース（金属部材）ひずみで半導体チップを破壊するという課題がある。
【０００７】
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、半導体チップに対する熱応力を低減し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、板状の底部と一方の端部が底部の主面又は側面に連結され、かつ、底面の縁部に沿って環状に形成された周辺部と底部の主面に、周辺部の内側に沿って環状に形成された溝部とを有するベースとベースの底部の主面に第１の導電性接着材を介し固着された半導体チップと半導体チップに第２の導電性接着材を介し固着されたリードを有し、ベースがフィンに圧入により装着されるものである。ここで、ベースのチップ搭載面に半導体チップの外周より小さい凸部を備えている。また、リードの半導体チップに接合する面に半導体チップの外周より小さい凸部を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ベースを放熱体のフィンに圧入する半導体装置において、半導体チップに対する熱応力を低減し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置をフィンに圧入した断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１に係る半導体装置を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置をフィンに圧入した断面図である。図２は、本発明の実施例１に係る半導体装置の要部断面図である。
【００１３】
図１に示すように、半導体装置２０は、底部８と底部８の周囲に設けられた周辺部３を有するベース１と、第１の導電性接着剤４を介してベース１のチップ搭載面２に固定された 一方の主面を有する半導体チップ５と、第２の導電性接着剤６を介して半導体チップ５の他方の主面に固着されたリード７で構成されている。
【００１４】
底部８は、底壁の厚みでありｈ１の高さの領域である。また、底部８には、溝部１２が形成されている底壁の厚みがｈ２の高さの領域であり、半導体チップ５を搭載するチップ搭載面２の周囲に環状（円周状）に設けられている溝である。
【００１５】
ベース１は、周辺部３、底部８で構成され、底部８の上面であるチップ搭載面２とベース底面１１と溝部１２を有している。また、材質は、銅を主成分とする金属により一体に形成されている。
【００１６】
チップ搭載面２と周辺部３内側が形成する凹状の空間には、封止樹脂が充填され、樹脂充填部９を形成している。
【００１７】
樹脂充填部９は、エポキシ樹脂が充填されている。樹脂充填部９は高温に耐えることが必要であり、樹脂充填部９は高温の雰囲気下においても品質の劣化が進みにくい樹脂を選択することが望ましい。
【００１８】
また、半導体装置２０の半導体チップ５は、プレーナ型ダイオードであり、自動車用オルタネータのフィン１０に形成された孔に圧入される。例えば、半導体チップ５の寸法は４．５ｍｍ角で厚さは０．２５ｍｍであり、フィン１０の高さｈ３は、３ｍｍから４ｍｍである。
【００１９】
フィン１０は、放熱性の高いアルミニウムや銅の板材から形成される。また、いろいろな形状が容易に形成できるアルミダイキャストも使われる。
【００２０】
ｈ１は、チップ搭載面２とベース底面１１の間に連続的に設けられた領域である。ｈ２は、溝部１２の底面とベース底面１１の間に連続的に設けられた領域である。これらの高さを最適化することによって、フィン１０の高さｈ３に対し充分に硬度を持ったベース１とすることができる。圧入時の応力に対し強固に反発することで、半導体チップ５への応力緩和をする。例えば、ｈ２はｈ１の高さ１００％に対し９５％以下である。
【００２１】
周辺部３は、ベース１の底部８の上面であるチップ搭載面２、および、底部８の側面であるチップ搭載面２の周囲である縁部に沿って環状に形成されている。
【００２２】
ベース１は、円筒状の銅を主成分とした銅合金インゴット (図示しない)をプレス加工し凹部を成形する方法や、銅合金インゴットを切削する方法で製造される。
【００２３】
この時、さらに、溝部１２の他に、チップ搭載面２に凸部１３を形成する。凸部１３は、半導体チップの外周に沿って形成された段差形状になっている。凸形状は幅が広く、段差は極めて小さく設定している。凸部１３の寸法は、半導体チップ２の外周よりも小さくしている。例えば、凸上面の幅は、３．０ｍｍ（半導体チップ幅に対し約６０％）であり、凸高さは、０．０８ｍｍ（半導体チップ厚に対し約３０％）である。
【００２４】
第１の導電性接着材４と第２の導電性接着材６は、例えば、はんだである。高温の雰囲気下においても品質の劣化が進みにくい導電性接着材を選択することが望ましい。また、鉛を含有したはんだが一般的に用いられるがそれ限定されるものではなく、鉛を含有しないはんだ（鉛フリーはんだ）を用いてもよい。その場合は、鉛を含まないという点で環境に配慮した半導体装置とすることができる。
【００２５】
リード７の材質は、ヘッダー状の銅を主成分とする導電性金属材料によってプレス加工し形成されている。
【００２６】
この時、さらに、リード７のチップ接合面にも凸部１４を形成する。凸部１４は、半導体チップの外周に沿って形成された段差形状になっている。凸部１４の寸法は、半導体チップ２の外周よりも小さくしている。
【００２７】
凸部１３と半導体チップ５は、第１の導電性接着材４を介して接合される。この時、第１の導電性接着材４の厚さは、凸部１３がつくる段差により厚さが増すことになる。半導体チップ５下は薄く、半導体チップ５の外周部は厚くなる。
【００２８】
次に、上述の実施例１に係る半導体装置の効果を説明する。
【００２９】
本発明の実施例１に係る半導体装置は、主に自動車用オルタネータに使用するダイオードである。半導体装置は、製造時に、半導体チップの固着されたベースが放熱体のフィンに圧入される。すなわち、ベースの底面を冶具により押圧して、半導体装置をリード側から放熱体のフィンに圧入する。半導体装置は自動車のエンジンルームにおいて、高温環境下で使用される。例えば、高温とは、２２０℃の雰囲気下である。
【００３０】
この高温環境下さらされることを繰り返すと熱応力が、材質の弱い導電性接着材（はんだ）に集中して加わる。この後、導電性接着材が劣化し半導体チップを破壊する。半導体チップの破壊は整流機能の喪失であり、半導体装置が搭載される自動車用オルタネータの不良を招く。
【００３１】
この時、上述のように、ベースを放熱体のフィンに圧入する半導体装置において、ベースの主面に凸形状を設け、半導体チップの外周部に隙間をつくり、隙間はチップ外周部に沿って形成される。
【００３２】
チップ接合において、チップ外周部の接合材厚さが厚く（例えば、０．１２ｍｍ）、はんだ厚を確保しているので、半導体チップの動作時や高温環境下時の際に加わる熱に対する応力を厚さが確保されたはんだで吸収し低減することができる。すなわち、はんだが熱疲労に耐えることができ、クラックの発生を抑制できる。これにより、はんだ接合の劣化を防止して信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００３３】
また、半導体チップ中央部は、はんだが薄くなっているため、放熱性が向上する。図では厚く見えるが、例えば、０．０４ｍｍである。
【００３４】
また、リード部にも凸部を形成しているので、半導体チップ上面に対しても同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、凸形状の他に、小板等の緩衝材を挿入することが考えられるが、ベースとリードに一体形成するので、部品数を増やすことなく実施できる。
【００３６】
以上により、ベースを放熱体のフィンに圧入する半導体装置において、半導体チップに対する熱応力を低減し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００３７】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
【００３８】
半導体チップ５は、プレーナ型ダイオードとしたが、メサ型ダイオードででもよい。また、ＳｉＣ（シリコンカーバイト)やＧａＮ(窒化ガリウム)などにより構成されてもよく、効果は同様である。
【符号の説明】
【００３９】
１、ベース
２、チップ搭載面
３、周辺部
４、第１の導電性接着材
５、半導体チップ
６、第２の導電性接着材
７、リード
８、ベース底部
９、樹脂充填部
１０、フィン
１１、ベース底面
１２、溝部
１３、凸部（チップ搭載面）
１４、凸部（リード）
【図１】
2015008292.tif 000003
【図２】
2015008292.tif 000004