(57)【要約】【課題】はんだ溢れを抑制しつつ、半導体装置の体格増大を抑制する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、電極が形成された半導体チップを含む発熱部、発熱部を挟むように配置される一対の第１部材と第２部材１９及び第３部材を備える。第２部材１９は、発熱部と第１はんだを介して電気的に接続された本体部１９０及び本体部１９０から延設された延設部１９１を有する。第３部材は、延設部１９１と第２はんだを介して電気的に接続される。本体部１９０は、第１はんだの接続領域１９２を囲むように形成された第１溝部１９３を有する。延設部１９１は、第２はんだの接続領域１９４を囲む周囲領域１９５の一部に形成された第２溝部１９６及び周囲領域１９５の第２溝部１９６以外の領域に形成された凹凸酸化膜１９７を有する。【選択図】図６
2017159335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１２ａ）及び前記一面と板厚方向において反対の裏面（１２ｂ）に電極（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ形成された半導体チップ（１２）を含み、通電により発熱する発熱部（１１）と、
前記発熱部の熱を放熱させるために、前記板厚方向において前記発熱部を挟むように配置される一対の放熱部材であって、前記発熱部と対向するように前記板厚方向において前記一面側に配置され、前記一面の電極と電気的に接続された第１部材（１６）、及び、前記発熱部と対向するように前記板厚方向において前記裏面側に配置され、前記裏面の電極と第１はんだ（２０）を介して電気的に接続された本体部（１９０）と、前記本体部から前記板厚方向と直交する直交方向に延設された延設部（１９１）と、を含む第２部材（１９）と、
前記延設部と前記板厚方向において対向するように前記延設部に対して前記半導体チップ側に配置され、第２はんだ（２１，２５）を介して前記延設部と電気的に接続された第３部材（１８，２４）と、を備え、
前記本体部は、前記発熱部と対向する第１面（１９０ａ）において、前記第１はんだの接続領域（１９２）を囲むように形成された第１溝部（１９３）を有し、
前記延設部は、前記第３部材と対向する第２面（１９１ａ）において、前記第２はんだの接続領域（１９４）を囲む周囲領域（１９５）の一部に形成された第２溝部（１９６）と、前記周囲領域のうちの前記第２溝部以外の部分に形成され、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（１９７）と、を有する半導体装置。
【請求項２】
三相インバータを構成する３組の上下アームのうちの１組をなす半導体装置であって、
前記上下アームを構成する上アームの前記発熱部と下アームの前記発熱部とが、前記直交方向に並んで配置されており、
前記上アームの前記第２部材及び前記下アームの前記第２部材が、前記延設部をそれぞれ有し、
前記第３部材として、前記上アーム及び前記下アームのうちの一方の前記第１部材に連なり、他方の前記延設部に接続される継手部（１８）と、一方の前記延設部に接続される主端子（２４）と、を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２溝部は、前記第２はんだの接続領域を挟むように、複数箇所に形成されている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
複数の前記第２溝部は、前記板厚方向及び前記延設部の延設方向の両方向に直交する方向において、前記第２はんだの接続領域を挟んでいる請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記凹凸酸化膜は、前記第１面において前記第１はんだの接続領域及び前記第１溝部以外の領域に形成されるとともに、前記第２面において、前記第２はんだの接続領域及び前記第２溝部以外の領域に形成されている請求項１から４までのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１面と前記第２面とが面一になっている請求項１から５までのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
一面（１２ａ）及び前記一面と板厚方向において反対の裏面（１２ｂ）に電極（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ形成された半導体チップ（１２）を含み、通電により発熱する発熱部（１１）と、
前記発熱部の熱を放熱させるために、前記板厚方向において前記発熱部を挟むように配置される一対の放熱部材であって、前記発熱部と対向するように前記板厚方向において前記一面側に配置され、前記一面の電極と電気的に接続された第１部材（１６）、及び、前記発熱部と対向するように前記板厚方向において前記裏面側に配置され、前記裏面の電極と第１はんだ（２０）を介して電気的に接続された本体部（１９０）と、前記本体部から前記板厚方向と直交する直交方向に延設された延設部（１９１）と、を含む第２部材（１９）と、
前記延設部と前記板厚方向において対向するように前記延設部に対して前記半導体チップ側に配置され、第２はんだ（２１，２５）を介して前記延設部と電気的に接続された第３部材（１８，２４）と、を備え、
前記本体部は、前記発熱部と対向する第１面（１９０ａ）において、前記第１はんだの接続領域（１９２）を囲むように形成された第１溝部（１９３）を有し、
前記延設部は、前記第３部材と対向する第２面（１９１ａ）において、前記第２はんだの接続領域（１９４）を囲む周囲領域（１９５）の一部に形成された第２溝部（１９６）と、前記周囲領域のうちの前記第２溝部以外の部分に形成され、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（１９７）と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記第１溝部と前記第２溝部とを有する前記第２部材を準備し、
前記延設部にパルス発振のレーザ光を照射して、前記第２溝部とともに前記第２はんだの接続領域を囲むように前記凹凸酸化膜を形成し、
前記半導体チップの前記一面の電極と前記第１部材とを電気的に接続して接続体（３０）を形成し、
前記接続体の前記発熱部と前記本体部との間に前記第１はんだを配置するとともに、前記延設部と前記第３部材との間に前記第２はんだを配置した状態で、前記第１はんだと前記第２はんだをリフローし、前記裏面の電極と前記本体部とを電気的に接続するとともに、前記延設部と前記第３部材とを電気的に接続する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを含む発熱部の熱を放熱するために、半導体チップの板厚方向において、発熱部を挟むように一対の放熱部材が配置され、各放熱部材と発熱部とが熱的に接続された両面放熱構造の半導体装置が知られている。
【０００３】
この半導体装置は、放熱部材と発熱部とをはんだを介して板厚方向に積層することで形成される。各放熱部材から冷却器へ放熱させるため、半導体装置の板厚方向の高さの管理が重要となる。放熱部材や発熱部の寸法公差、組み付け公差等によって生じる高さのばらつきは、配置されるはんだの量を適宜調節することによって吸収する。
【０００４】
この際、上記の各種寸法公差や組み付け公差等がはんだの厚みが狭くなるようにばらつくと、余剰はんだが、発熱部と放熱部材との接続領域から外側に溢れるおそれがある。これに対し、特許文献１には、放熱部材における発熱部との対向面に、余剰はんだを収容するための溝部が形成された半導体装置が開示されている。溝部は、放熱部材において、はんだ接続領域を取り囲むように環状に形成されている。特許文献１では、発熱部が、半導体チップ、ターミナル及びこれらを接続するはんだを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−８２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
両面放熱構造の半導体装置として、三相インバータを構成する３組の上下アームのうちの１組を構成するように、半導体チップ（発熱部）を２つ備えたものが提案されている。この半導体装置は、２ｉｎ１パッケージとも称される。上アームの発熱部及び下アームの発熱部は、板厚方向に直交する直交方向に並んで配置されている。また、各発熱部は、一対の放熱部材によって挟まれている。ここで、２つの半導体チップに対して、板厚方向において同じ側の面である一面側に配置される放熱部材を第１部材、一面と反対の裏面側に配置される放熱部材を第２部材と示す。
【０００７】
上アームの第２部材及び下アームの第２部材は、対応する発熱部とはんだを介して接続される本体部と、本体部から板厚方向に直交する方向へ延設された延設部をそれぞれ有している。例えば、下アームの延設部と対向するように、当該延設部に対して半導体チップ側に外部接続端子が配置されており、はんだを介して延設部と外部接続端子が接続されている。また、下アームの第１部材には、当該第１部材と上アームの延設部とを電気的に中継する継手部が連なっている。継手部は、上アームの延設部と対向するように、当該延設部に対して半導体チップ側に配置されており、はんだを介して延設部と継手部が接続されている。
【０００８】
このように、各本体部と対応する発熱部との間にはんだが介在するだけでなく、下アームの延設部と外部接続端子との間及び上アームの延設部と継手部との間にもはんだがそれぞれ介在する。したがって、高さのばらつきを吸収するには、本体部側のはんだだけでなく、延設部側のはんだも部材の寸法公差や組み付け公差等を考慮した量が必要である。このため、余剰はんだを収容するための溝部を、本体部だけでなく、延設部にも設けることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、延設部に環状の溝部を形成する場合、溝部の形成領域の分、板厚方向に直交する方向において、延設部、ひいては半導体装置の体格が増大してしまう。
【００１０】
本開示はこのような課題にかんがみて、はんだ溢れを抑制しつつ、装置の体格増大を抑制できる半導体装置及びその製造方法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】
【００１１】
本開示のひとつは、一面（１２ａ）及び一面と板厚方向において反対の裏面（１２ｂ）に電極（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ形成された半導体チップ（１２）を含み、通電により発熱する発熱部（１１）と、発熱部の熱を放熱させるために、板厚方向において発熱部を挟むように配置される一対の放熱部材であって、発熱部と対向するように板厚方向において一面側に配置され、一面の電極と電気的に接続された第１部材（１６）及び発熱部と対向するように板厚方向において裏面側に配置され、裏面の電極と第１はんだ（２０）を介して電気的に接続された本体部（１９０）と、本体部から板厚方向と直交する直交方向に延設された延設部（１９１）と、を含む第２部材（１９）と、延設部と板厚方向において対向するように延設部に対して半導体チップ側に配置され、第２はんだ（２１）を介して延設部と電気的に接続された第３部材（１８，２４）と、を備え、本体部は、発熱部と対向する第１面（１９０ａ）において、第１はんだの接続領域（１９２）を囲むように形成された第１溝部（１９３）を有し、延設部は、第３部材と対向する第２面（１９１ａ）において、第２はんだの接続領域（１９４）を囲む周囲領域（１９５）の一部に形成された第２溝部（１９６）と、周囲領域のうちの第２溝部以外の部分に形成され、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（１９７）と、を有する。
【００１２】
これによれば、周囲領域の一部に余剰の第２はんだを収容する第２溝部が形成されており、周囲領域のうちの第２溝部以外の部分に凹凸酸化膜が形成されている。凹凸酸化膜の表面は粗いため、平坦面に比べてはんだの濡れ性を低下させることができる。また、酸化膜は金属表面よりもはんだの濡れ性が低い。したがって、周囲領域のうち、凹凸酸化膜が形成された部分には、はんだが濡れ拡がり難く、余剰はんだは第２溝部に収容される。このように、周囲領域の一部のみに第２溝部を形成すればよいので、はんだ溢れを抑制しつつ、半導体装置の体格増大を抑制することができる。
【００１３】
また、本開示は、一面（１２ａ）及び一面と板厚方向において反対の裏面（１２ｂ）に電極（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ形成された半導体チップ（１２）を含み、通電により発熱する発熱部（１１）と、発熱部の熱を放熱させるために、板厚方向において発熱部を挟むように配置される一対の放熱部材であって、発熱部と対向するように板厚方向において一面側に配置され、一面の電極と電気的に接続された第１部材（１６）及び発熱部と対向するように板厚方向において裏面側に配置され、裏面の電極と第１はんだ（２０）を介して電気的に接続された本体部（１９０）と、本体部から板厚方向と直交する直交方向に延設された延設部（１９１）と、を含む第２部材（１９）と、延設部と板厚方向において対向するように延設部に対して半導体チップ側に配置され、第２はんだ（２１）を介して延設部と電気的に接続された第３部材（１８，２４）と、を備え、本体部は、発熱部と対向する第１面（１９０ａ）において、第１はんだの接続領域（１９２）を囲むように形成された第１溝部（１９３）を有し、延設部は、第３部材と対向する第２面（１９１ａ）において、第２はんだの接続領域（１９４）を囲む周囲領域（１９５）の一部に形成された第２溝部（１９６）と、周囲領域のうちの第２溝部以外の部分に形成され、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（１９７）と、を有する半導体装置の製造方法であって、第１溝部と第２溝部とを有する第２部材を準備し、延設部にパルス発振のレーザ光を照射して、第２溝部とともに第２はんだの接続領域を囲むように凹凸酸化膜を形成し、半導体チップの一面の電極と第１部材とを電気的に接続して接続体（３０）を形成し、接続体の発熱部と本体部との間に第１はんだを配置するとともに、延設部と第３部材との間に第２はんだを配置した状態で、第１はんだと第２はんだをリフローし、裏面の電極と本体部とを電気的に接続するとともに、延設部と第３部材とを電気的に接続する。
【００１４】
これによれば、第２溝部及び凹凸酸化膜を形成した後、第２はんだをリフローして、延設部と第３部材とを接続する。よって、半導体装置の高さばらつきを吸収するために必要な量の第２はんだを配置しても、凹凸酸化膜により第２溝部以外へ余剰の第２はんだが溢れ出ることを抑制することができる。また、第２溝部内に余剰の第２はんだを収容することができる。これにより、第２はんだの溢れを抑制することができる。また、周囲領域の一部のみに第２溝部を形成するので、第２溝部を環状とする構成に比べて、半導体装置の体格増大を抑制することができる。
【００１５】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴及び効果は、後続の詳細な説明及び添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す半導体装置において、封止樹脂体を省略した平面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図１のV−V線に沿う断面図である。
【図６】第２ヒートシンクにおいて、凹凸酸化膜の形成範囲を示す平面図である。
【図７】図６のVII−VII線における断面図である。
【図８】凹凸酸化膜の形成工程を示す平面図である。
【図９】接続体の形成工程を示す断面図である。
【図１０】２ｎｄリフロー工程を示す断面図であり、図３に対応している。
【図１１】２ｎｄリフロー工程を示す断面図であり、図５に対応している。
【図１２】第２ヒートシンクの変形例を示す平面図である。
【図１３】第２ヒートシンクの変形例を示す平面図である。
【図１４】第２ヒートシンクの変形例を示す平面図である。
【図１５】第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す半導体装置において、封止樹脂体を省略した平面図である。
【図１７】図１５のXVII−XVII線に沿う断面図である。
【図１８】図１５のXVIII−XVIII線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本開示の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、共通及び関連する要素には同一の符号を付与するものとする。後述する半導体チップの厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、外部接続端子及び信号端子が延びる方向をＹ方向と示す。また、Ｚ方向及びＹ方向の両方向に直交する方向をＸ方向と示す。特に断りのない限り、上記したＸ方向及びＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を、平面形状とする。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６に基づき、本実施形態の半導体装置の概略構成について説明する。この半導体装置は、例えば、三相インバータに適用される。本実施形態の半導体装置により、三相インバータの上下アームのうち、１組分（一相分）の上下アームが構成される。
【００１９】
半導体装置１は、封止樹脂体１０、発熱部１１、第１ヒートシンク１６、継手部１８、第２ヒートシンク１９、３つの主端子２２，２３，２４及び信号端子２６を備えている。以下において、符号末尾のＨは上アーム側の要素であることを示し、末尾のＬは下アーム側の要素であることを示す。要素の一部には、上アーム、下アームを明確にするために末尾のＨ，Ｌを付与し、別の一部については、上アームの下アームとで共通符号としている。
【００２０】
封止樹脂体１０は、例えば、エポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体１０は、例えば、トランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体１０は、平面略矩形状をなしており、Ｚ方向に直交する一面１０ａと、一面１０ａと反対の裏面１０ｂと、一面１０ａと裏面１０ｂとをつなぐ側面１０ｃと、を有している。一面１０ａ及び裏面１０ｂは、例えば、平坦面となっている。
【００２１】
発熱部１１は、半導体チップ１２を含んでおり、通電により発熱する。発熱部１１は、封止樹脂体１０によって封止されている。発熱部１１は、上アーム側の発熱部１１Ｈと、下アーム側の発熱部１１Ｌを有している。発熱部１１Ｈ，１１Ｌは、同じ構成となっており、互いにＸ方向に並んで配置されている。
【００２２】
半導体チップ１２は、シリコンなどの半導体基板に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのパワートランジスタが形成されてなる。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴと、当該ＩＧＢＴに逆並列に接続される転流ダイオード（ＦＷＤ）が形成されている。すなわち、半導体チップ１２に、ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ１２は、平面略矩形状をなしている。
【００２３】
ＩＧＢＴ及びＦＷＤは、Ｚ方向に電流が流れるように、いわゆる、縦型構造をなしている。半導体チップ１２の板厚方向、すなわち、Ｚ方向において、一面１２ａにはコレクタ電極１３ａが形成され、一面１２ａと反対の裏面１２ｂにはエミッタ電極１３ｂが形成されている。コレクタ電極１３ａはＦＷＤのカソード電極も兼ねており、エミッタ電極１３ｂはＦＷＤのアノード電極も兼ねている。半導体チップ１２の裏面１２ｂ、すなわちエミッタ電極形成面には、ゲート電極用のパッドを含む図示しないパッドが形成されている。
【００２４】
半導体チップ１２は、上アーム側の半導体チップ１２Ｈと、下アーム側の半導体チップ１２Ｌを有している。半導体チップ１２Ｈ，１２Ｌは、互いにほぼ同じ平面形状、具体的には平面略矩形状をなすとともに、互いにほぼ同じ大きさとほぼ同じ厚みを有している。半導体チップ１２Ｈ，１２Ｌは、お互いのコレクタ電極１３ａがＺ方向における同じ側となり、お互いのエミッタ電極１３ｂがＺ方向における同じ側となるように配置されている。そして、半導体チップ１２Ｈ，１２Ｌは、Ｚ方向においてほぼ同じ高さに位置するとともに、Ｘ方向において横並びで配置されている。
【００２５】
本実施形態の発熱部１１は、半導体チップ１２に加えて、ターミナル１４と、当該ターミナル１４と半導体チップ１２の電極１３ｂとを接続するはんだ１５を有している。
【００２６】
ターミナル１４は、対応する半導体チップ１２と第２ヒートシンク１９との間に介在する。ターミナル１４は、半導体チップ１２と第２ヒートシンク１９との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料（例えば、銅）を用いて形成されている。ターミナル１４は、対応する半導体チップ１２の裏面１２ｂのうち、エミッタ電極１３ｂに対向配置され、はんだ１５を介してエミッタ電極１３ｂと電気的に接続されている。
【００２７】
本実施形態では、ターミナル１４が、上アーム側のターミナル１４Ｈと、下アーム側のターミナル１４Ｌを有している。また、はんだ１５が、上アーム側のはんだ１５Ｈと、下アーム側のはんだ１５Ｌを有している。そして、ターミナル１４Ｈが、半導体チップ１２Ｈのエミッタ電極１３ｂとはんだ１５を介して接続されている。また、ターミナル１４Ｌが、半導体チップ１２Ｌのエミッタ電極１３ｂとはんだ１５を介して接続されている。このように、発熱部１１Ｈが、半導体チップ１２Ｈ、ターミナル１４Ｈ及びはんだ１５Ｈを有し、発熱部１１Ｌが、半導体チップ１２Ｌ、ターミナル１４Ｌ及びはんだ１５Ｌを有している。
【００２８】
第１ヒートシンク１６は、対応する発熱部１１（半導体チップ１２）の熱を半導体装置１の外部に放熱する機能を果たすとともに、配線としての機能も果たす。このため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。また、第１ヒートシンク１６は上述のように、放熱する機能を果たすので、放熱部材と称されることもある。本実施形態では、第１ヒートシンク１６が、Ｚ方向からの投影視において、対応する発熱部１１を内包するように設けられている。第１ヒートシンク１６が、特許請求の範囲の「第１部材」に相当する。
【００２９】
第１ヒートシンク１６は、半導体チップ１２の一面１２ａに対向する対向面１６ａと、対向面１６ａと反対の放熱面１６ｂを有している。第１ヒートシンク１６の対向面１６ａと対応する半導体チップ１２のコレクタ電極１３ａとが、はんだ１７を介して電気的に接続されている。第１ヒートシンク１６の大部分は封止樹脂体１０によって覆われている。対向面１６ａは封止樹脂体１０内に配置され、放熱面１６ｂは封止樹脂体１０から露出されている。本実施形態では、放熱面１６ｂが、封止樹脂体１０の一面１０ａから露出されるとともに、放熱面１６ｂが一面１０ａとほぼ面一となっている。
【００３０】
本実施形態では、第１ヒートシンク１６が、上アーム側の第１ヒートシンク１６Ｈと、下アーム側の第１ヒートシンク１６Ｌを有している。また、はんだ１７も、上アーム側のはんだ１７Ｈと、下アーム側のはんだ１７Ｌを有している。そして、第１ヒートシンク１６Ｈが、半導体チップ１２Ｈのコレクタ電極１３ａと、はんだ１７Ｈを介して接続されている。また、第１ヒートシンク１６Ｌが、半導体チップ１２Ｌのコレクタ電極１３ａがはんだ１７Ｌを介して接続されている。第１ヒートシンク１６Ｈ，１６Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。そして、第１ヒートシンク１６Ｈ，１６Ｌの放熱面１６ｂが、封止樹脂体１０の一面１０ａから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。
【００３１】
図２及び図３に示すように、下アーム側の第１ヒートシンク１６Ｌには、継手部１８が連なっている。継手部１８は、特許請求の範囲の「第３部材」に相当する。本実施形態では、継手部１８が、同一の金属板を加工することで、第１ヒートシンク１６Ｌと一体的に設けられている。継手部１８は、封止樹脂体１０に被覆されるように、第１ヒートシンク１６Ｌよりも薄く設けられている。継手部１８は、第１ヒートシンク１６Ｌの対向面１６ａに面一で連なっている。継手部１８は、図２に示すように、第１ヒートシンク１６ＬにおけるＹ方向の一端付近から、後述する第２ヒートシンク１９Ｈに向けて延設されている。本実施形態では、継手部１８が、屈曲部を２箇所有している。
【００３２】
第２ヒートシンク１９は、対応する発熱部１１（半導体チップ１２）の熱を半導体装置１の外部に放熱する機能を果たすとともに、配線としての機能も果たす。このため、第１ヒートシンク１６と同様に、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。また、第２ヒートシンク１９は上述のように、放熱する機能を果たすので、放熱部材と称されることもある。本実施形態では、第２ヒートシンク１９が、Ｚ方向からの投影視において、対応する発熱部１１を内包するように設けられている。第２ヒートシンク１９が、特許請求の範囲の「第２部材」に相当する。
【００３３】
第２ヒートシンク１９は、対応するターミナル１４に対向する対向面１９ａと、対向面１９ａと反対の放熱面１９ｂを有している。第２ヒートシンク１９の対向面１９ａと対応するターミナル１４とが、はんだ２０を介して電気的に接続されている。はんだ２０が、特許請求の範囲の「第１はんだ」に相当する。第２ヒートシンク１９の大部分は封止樹脂体１０によって覆われている。対向面１９ａは封止樹脂体１０内側の面であり、放熱面１９ｂは封止樹脂体１０から露出している側の面である。本実施形態では、放熱面１９ｂが、封止樹脂体１０の裏面１０ｂから露出されるとともに、放熱面１９ｂが裏面１０ｂとほぼ面一となっている。
【００３４】
本実施形態では、第２ヒートシンク１９が、上アーム側の第２ヒートシンク１９Ｈと、下アーム側の第２ヒートシンク１９Ｌを有している。また、はんだ２０も、上アーム側のはんだ２０Ｈと、下アーム側のはんだ２０Ｌを有している。そして、第２ヒートシンク１９Ｈとターミナル１４Ｈとが、はんだ２０Ｈを介して接続されている。また、第２ヒートシンク１９Ｌとターミナル１４Ｌとが、はんだ２０Ｌを介して接続されている。第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌは、Ｘ方向に並んで配置されるとともに、Ｚ方向においてほぼ同じ位置に配置されている。そして、第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌの放熱面１９ｂが、封止樹脂体１０の裏面１０ｂから露出されるとともに、互いにＸ方向に並んでいる。
【００３５】
また、第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌを共通形状としており、第２ヒートシンク１９Ｈと第２ヒートシンク１９Ｌは、２回対称となるように配置されている。第２ヒートシンク１９は、図６に示すように、平面略Ｌ字状をなしており、はんだ２０を介して対応するターミナル１４に接続される本体部１９０と、本体部１９０から延設された延設部１９１を有している。延設部１９１は、本体部１９０よりも薄く設けられている。また、延設部１９１の延設方向がＸ方向に沿うように、第２ヒートシンク１９が配置されている。対向面１９ａは、本体部１９０における対向面１９０ａと延設部１９１における対向面１９１ａを有している。本体部１９０における対向面１９０ａと反対の面が、放熱面１９ｂをなしている。本実施形態では、対向面１９０ａ，１９１ａが面一で連なっている。これにより、対向面１９ａが平坦となっている。本体部１９０の対向面１９０ａが、特許請求の範囲の「第１面」に相当し、延設部１９１の対向面１９１ａが、特許請求の範囲の「第２面」に相当する。
【００３６】
本実施形態では、半導体装置１が、本体部１９０として、上アーム側の本体部１９０Ｈと下アーム側の本体部１９０Ｌを有している。また、延設部１９１として、上アーム側の延設部１９１Ｈと下アーム側の延設部１９１Ｌを有している。そして、Ｘ方向において、延設部１９１Ｈが、本体部１９０Ｌと対向し、延設部１９１Ｌが本体部１９０Ｈと対向するように、２つの第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌが配置されている。
【００３７】
延設部１９１Ｈは、Ｚ方向からの投影視において、継手部１８の先端部分と重なっている。延設部１９１Ｈと継手部１８は、はんだ２１を介して接続されている。はんだ２１が、特許請求の範囲の「第２はんだ」に相当する。
【００３８】
主端子２２は、直流電源の高電位側に接続される。このため、主端子２２は、高電位電源端子、Ｐ端子とも称される。主端子２２は、第１ヒートシンク１６Ｈと電気的に接続されており、Ｙ方向に延設されて、封止樹脂体１０の側面１０ｃのひとつから外部に突出している。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子２２が第１ヒートシンク１６Ｈと一体的に設けられている。
【００３９】
主端子２３は、三相モータの出力線に接続される。このため、主端子２３は、出力端子、Ｏ端子とも称される。主端子２３は、第１ヒートシンク１６Ｌと電気的に接続されており、Ｙ方向に延設されて、主端子２２と同じ側面１０ｃから外部に突出している。
【００４０】
主端子２４は、直流電源の低電位側に接続される。このため、主端子２４は、低電位電源端子、Ｎ端子とも称される。主端子２４は、Ｚ方向からの投影視において、第２ヒートシンク１９Ｌの延設部１９１Ｌと重なるように配置されている。主端子２４は、Ｚ方向において、延設部１９１Ｌに対して半導体チップ１２側に配置されている。そして、主端子２４と延設部１９１Ｌは、はんだ２５を介して接続されている。主端子２４が、特許請求の範囲の「外部接続端子及び第３部材」に相当する。また、はんだ２５が、特許請求の範囲の「第２はんだ」に相当する。
【００４１】
主端子２４は、Ｙ方向に延設されて、主端子２２，２３と同じ側面１０ｃから外部に突出している。主端子２２，２３，２４における封止樹脂体１０からの突出部分は、Ｚ方向において互いにほぼ同じ位置に配置されている。また、Ｘ方向において、主端子２２、主端子２４、主端子２３の順に並んで配置されている。
【００４２】
信号端子２６は、対応する半導体チップ１２のパッドに、ボンディングワイヤ２７を介して電気的に接続されている。信号端子３６は、Ｙ方向に延設されており、封止樹脂体１０の側面１０ｃのひとつから外部に突出している。具体的には、主端子２２，２３，２４とは反対の側面１０ｃから、外部に突出している。
【００４３】
本実施形態では、信号端子２６が、上アーム側の信号端子２６Ｈと、下アーム側の信号端子２６Ｌを有している。信号端子２６Ｈは半導体チップ１２Ｈのパッドに接続され、信号端子２６Ｌは半導体チップ１２Ｌのパッドに接続されている。
【００４４】
以上のように構成される半導体装置１では、封止樹脂体１０により、発熱部１１、第１ヒートシンク１６の一部、第２ヒートシンク１９の一部、主端子２２，２３，２４の一部、及び信号端子２６の一部が、一体的に封止されている。半導体装置１では、封止樹脂体１０によって、一相分の上下アームを構成する２つの半導体チップ１２Ｈ，１２Ｌが封止されている。このため、半導体装置１は、２ｉｎ１パッケージとも称される。
【００４５】
また、第１ヒートシンク１６及び第２ヒートシンク１９は、後述するように、封止樹脂体１０とともに切削加工されている。そして、第１ヒートシンク１６Ｈ，１６Ｌの放熱面１６ｂが、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体１０の一面１０ａと略面一となっている。同じく、第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌの放熱面１９ｂが、同一面内に位置するとともに、封止樹脂体１０の裏面１０ｂと略面一となっている。
【００４６】
次に、図３〜図７に基づき、はんだ２０，２１，２５を介した第２ヒートシンク１９の接続構造について説明する。
【００４７】
図７に示すように、第２ヒートシンク１９は、金属材料を用いて形成された基材１９ｃと、基材表面に形成された金属薄膜１９ｄを有している。基材に用いられる材料としては、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れる材料を採用することができる。金属薄膜１９ｄは、金属を構成材料とする膜である。金属薄膜１９ｄは、例えば、めっき、蒸着により形成されたものである。金属薄膜１９ｄとして、Ｎｉを主成分とする膜を含む構成が好ましい。より好ましくは、無電解Ｎｉめっき膜を含む構成がよい。本実施形態において、凹凸酸化膜１９７の形成領域における金属薄膜１９ｄは、無電解Ｎｉめっき膜を有している。一方、凹凸酸化膜１９７の形成されない領域における金属薄膜１９ｄは、無電解Ｎｉめっき膜と、無電解Ｎｉめっき膜上に形成されたＡｕめっき膜を有している。このように、凹凸酸化膜１９７の形成領域にＡｕめっき膜が存在しないのは、レーザ光の照射によりＡｕめっき膜を除去するとともに、下層の無電解Ｎｉめっき膜から凹凸酸化膜１９７を形成するためである。無電解Ｎｉめっき膜は、主成分であるＮｉに加えて、Ｐ（リン）を含んでいる。
【００４８】
なお、後述するレーザ光の照射条件が同じであれば、無電解Ｎｉめっき膜のほうが、電気Ｎｉめっき膜よりも、凹凸酸化膜１９７の膜厚が厚くなる。無電解Ｎｉめっき膜（Ｎｉ−Ｐ）の融点は、Ｐの含有量にもよるが約８００度程度であり、電気Ｎｉめっき膜（Ｎｉ）の融点は、約１４５０度である。このように、無電解Ｎｉめっき膜ほうが融点が低いため、低いエネルギーのレーザ光で溶融及び蒸発し、凹凸酸化膜１９７の膜厚が厚くなると考えられる。
【００４９】
本体部１９０は、対向面１９０ａに、はんだ２０の接続領域１９２を有している。対向面１９０ａには、接続領域１９２を囲むように第１溝部１９３が形成されている。接続領域１９２は、はんだ２０が接続される領域、換言すれば塗布される領域である。  第１溝部１９３は、接続領域１９２から溢れたはんだ２０を収容するために形成されている。本実施形態では、第１溝部１９３が、接続領域１９２を囲むように環状に形成されている。しかしながら、第１溝部１９３は環状に限定されない。例えば、接続領域１９２を囲むように不連続に形成されたものを採用することもできる。第１溝部１９３の深さ及び幅は、余剰のはんだ２０を吸収できるように適宜設定される。
【００５０】
延設部１９１は、対向面１９１ａに、対応するはんだ２１，２５の接続領域１９４を有している。接続領域１９４は、はんだ２１，２５で共通の形状となっている。対向面１９１ａのうち、接続領域１９４を囲む周囲領域１９５の一部には第２溝部１９６が形成されて周囲領域１９５のうち、第２溝部１９６以外の部分には、凹凸酸化膜１９７が形成されている。接続領域１９４は、はんだ２１，２５が接続される領域である。周囲領域１９５は、図６に破線で示すように、接続領域１９４を取り囲む環状の仮想領域である。
【００５１】
第２溝部１９６は、接続領域１９４から溢れたはんだ２１，２５を収容するために形成されている。第２溝部１９６は、周囲領域１９５のうちの一部に形成されている。
【００５２】
本実施形態では、第２溝部１９６が、接続領域１９４を挟むように、複数箇所に形成されている。第２溝部１９６は、平面略矩形状の接続領域１９４における相対する２辺に隣接するように形成されている。具体的には、Ｙ方向において接続領域１９４を挟むように、第２溝部１９６が形成されている。すなわち、延設部１９１の延設方向に直交する方向において接続領域１９４を挟むように、第２溝部１９６が２箇所に形成されている。また、第２溝部１９６は、平面略矩形状をなす接続領域１９４の相対する２辺に隣接しつつし、当該２辺の一端から他端にわたってそれぞれ形成されている。なお、第２溝部１９６の深さ及び幅は、余剰のはんだ２１，２５を収容できるように適宜設定される。
【００５３】
凹凸酸化膜１９７は、図６に示すように、周囲領域１９５のうちの第２溝部１９６が形成されている部分以外に形成されている。すなわち、周囲領域１９５の一部に第２溝部１９６が形成され、残りの部分に凹凸酸化膜１９７が形成されている。本実施形態では、対向面１９１ａのうち、接続領域１９４及び第２溝部１９６以外の部分に凹凸酸化膜１９７が形成されている。すなわち、周囲領域１９５より外側にも、凹凸酸化膜１９７が形成されている。このように凹凸酸化膜１９７は、対向面１９１ａにおいて、接続領域１９４と第２溝部１９６を囲むように、接続領域１９４及び第２溝部１９６以外の部分の全面に形成されている。なお、図６では、凹凸酸化膜１９７の形成範囲を明確化するために、ハッチングを施している。
【００５４】
凹凸酸化膜１９７は、金属薄膜１９ｄにレーザ光を照射することで、金属薄膜１９ｄを構成する金属を酸化して形成されている。すなわち、凹凸酸化膜１９７は、金属薄膜１９ｄを酸化することで、金属薄膜１９ｄの表面に形成された酸化物の膜である。このため、金属薄膜１９ｄの一部分が、凹凸酸化膜１９７を提供しているとも言える。金属薄膜１９ｄの表面のうち、凹凸酸化膜１９７の形成領域には、図７に示すように凹部１９ｅが形成されている。この凹部１９ｅは、後述するように、パルス発振のレーザ光の照射により形成されている。例えば、１パルスごとに１つの凹部１９ｅが形成されている。凹部１９ｅは、レーザ光のスポットに対応している。また、レーザ光の走査方向において、隣り合う凹部１９ｅが連なっている。各凹部１９ｅの幅は、５μｍ〜３００μｍとなっている。また、凹部１９ｅの深さは、０．５μｍ〜５μｍとなっている。
【００５５】
なお、凹部１９ｅの深さが０．５μｍより浅いと、レーザ光の照射による金属薄膜１９ｄの表面の溶融及び蒸着が不十分となり、後述する凹凸酸化膜１９７が形成され難くなる。凹部１９ｅの深さが５μｍよりも深いと、金属薄膜１９ｄの表面が溶融飛散しやすくなり、蒸着よりも溶融飛散による表面形成が支配的となり、凹凸酸化膜１９７が形成され難くなる。
【００５６】
本実施形態では、凹凸酸化膜１９７を構成する成分のうち、８０％はＮｉ２Ｏ３、１０％はＮｉＯ、残り１０％がＮｉとなっている。このように、凹凸酸化膜１９７の主成分は、金属薄膜１９ｄを構成するＮｉの酸化物である。すなわち、凹凸酸化膜１９７は、２層構造の金属薄膜１９ｄのうち、Ａｕめっき膜由来ではなく、無電解Ｎｉめっき膜由来である。凹凸酸化膜１９７の平均膜厚は、１０ｎｍ〜数百ｎｍとなっている。凹凸酸化膜１９７は、凹部１９ｅを有する金属薄膜１９ｄの表面の凹凸に倣って形成されている。また、凹部１９ｅの幅よりも細かいピッチで凹凸が形成されている。すなわち、非常に微細な凹凸が形成されている。換言すれば、複数の凸部１９ｆ（柱状体）が、細かいピッチで形成されている。例えば、凸部１９ｆの平均幅が１ｎｍ〜３００ｎｍ、凸部１９ｆ間の平均間隔が１ｎｍ〜３００ｎｍとなっている。
【００５７】
本実施形態では、第２ヒートシンク１９における延設部１９１の対向面１９１ａにおいて、第２はんだ２１，２５の接続領域１９４及び第２溝部１９６以外の部分に凹凸酸化膜１９７が形成されている。このように凹凸酸化膜１９７を形成すると、凹凸酸化膜１９７を形成していない構成、すなわち、金属薄膜１９ｄの表面が露出する構成に比べて、第２はんだ２１，２５に対する濡れ性を低下させることができる。
【００５８】
また、凹凸酸化膜１９７を有することで、延設部１９１の対向面１９１ａに微細な凹凸が形成されている。このような粗化面には、はんだ２１，２５入り込み難い。このため、はんだ２１，２５の一部と対向面１９１ａとの接触面積が小さくなり、はんだ２１，２５の一部は表面張力によって球状になる。すなわち、接触角が大きくなる。したがって、凹凸酸化膜１９７が形成された部分において、はんだ２１，２５に対する濡れ性を低くすることができる。
【００５９】
また、凹凸酸化膜１９７を有することで、対向面１９１ａと封止樹脂体１０との接触面積が増える。さらには、封止樹脂体１０が凹凸酸化膜１９７の凹凸に絡みついてアンカー効果が生じる。したがって、対向面１９１ａと封止樹脂体１０との密着性を向上し、封止樹脂体１０との間に強固な接続構造を形成することができる。特にＮｉを含む金属薄膜１９ｄを形成すると、長期にわたって安定した接続構造を保持することができる。
【００６０】
（第１実施形態の製造方法）
次に、図８から図１１に基づき、本実施形態の半導体装置１の製造方法の一例について説明する。
【００６１】
まず、半導体装置１を構成する各要素を準備する。すなわち、半導体チップ１２、ターミナル１４、継手部１８及び主端子２２，２３を含む第１ヒートシンク１６、第２ヒートシンク１９、主端子２４、及び信号端子２６をそれぞれ準備する。この準備工程では、第１溝部１９３及び第２溝部１９６を有する第２ヒートシンク１９を準備する。  具体的には、第２ヒートシンク１９を構成する基材１９ｃを準備する。そして、プレス加工や切削などにより、基材１９ｃにおける本体部１９０の対向面１９０ａに第１溝部１９３を形成し、延設部１９１の対向面１９１ａに第２溝部１９６を形成する。第１溝部１９３及び第２溝部１９６の形成後、基材１９ｃの表面全面に、無電解Ｎｉめっき膜を形成し、次に、Ａｕめっき膜を形成する。このように、無電解Ｎｉ膜とＡｕめっき膜を有する金属薄膜１９ｄを形成する。このとき、無電解Ｎｉ膜の膜厚を、１０μｍ程度とする。Ａｕめっき膜を施すことで、はんだ２１，２５に対する濡れ性を向上することができる。
【００６２】
次に、第２ヒートシンク１９に凹凸酸化膜１９７を形成する。具体的には、第２ヒートシンク１９の延設部１９１における対向面１９１ａうち、はんだ２１，２５の接続領域１９４及び第２溝部１９６以外の部分に、パルス発振のレーザ光を照射する。
【００６３】
具体的には、レーザ光の照射により、金属薄膜１９ｄのうち、上層のＡｕめっき膜を除去する。また、下層の無電解Ｎｉめっき膜の表層部分を溶融させるとともに、蒸発（気化）させて、外気中に浮遊させる。パルス発振のレーザ光は、エネルギー密度が０Ｊ／ｃｍ２より大きく１００Ｊ／ｃｍ２以下で、パルス幅が１μ秒以下となるように調整される。この条件を満たすために、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ファイバレーザなどを採用することができる。例えば、ＹＡＧレーザの場合、エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ２以上であればよい。無電解Ｎｉめっき膜の場合、後述するように例えば、５Ｊ／ｃｍ２程度でも加工することができる。なお、エネルギー密度は、パルスフルーエンスとも称される。
【００６４】
このとき、レーザ光の光源と第２ヒートシンク１９とを相対的に移動させることにより、図８に示すように、レーザ光を対向面１９１ａの複数の位置に順に照射する。なお、レーザ光の光源を移動させてもよいし、第２ヒートシンク１９を移動させてもよい。さらには、ミラーの回転動作によって、レーザ光を走査してもよい。すなわち、レーザ光を走査することで、対向面１９１ａの複数の位置にレーザ光を順に照射してもよい。接続領域１９４及び第２溝部１９６を除くように、例えば、レーザ光をＹ方向に走査して対向面１９１ａの一端から他端まで照射する。照射が完了すると、Ｘ方向においてレーザ光の照射領域をずらす。すなわち、Ｘ方向にレーザ光を走査する。そして、同様にＹ方向に走査して、一端から他端までレーザ光を照射する。これを繰り返すことで、延設部１９１の対向面１９１ａのうち、接続領域１９４及び第２溝部１９６を除く部分のほぼ全域にレーザ光を照射する。すなわち、ＸＹ座標における所定ピッチの格子点に、レーザ光を照射する。
【００６５】
本実施形態では、隣り合うレーザ光のスポット（１パルスによる照射範囲）がＹ方向において一部重なるようにして、Ｙ方向においてレーザ光を走査する。また、隣り合うレーザ光のスポットがＸ方向において一部重なるようにして、Ｘ方向においてレーザ光を走査する。  このように、レーザ光を照射し、金属薄膜１９ｄの表面を溶融、気化させることで、金属薄膜１９ｄの表面には、凹部１９ｅが形成される。金属薄膜１９ｄのうち、レーザ光を照射した部分の平均厚みは、レーザ光を照射しない部分の平均厚みよりも薄くなる。
【００６６】
次に、溶融した金属薄膜１９ｄ（無電解Ｎｉめっき膜）の部分を凝固させる。具体的には、溶融して気化した金属薄膜１９ｄを、レーザ光が照射された部分やその周辺部分に蒸着させる。このように、溶融して気化した金属薄膜１９ｄを蒸着させることにより、金属薄膜１９ｄの表面上に、凹凸が連続する凹凸酸化膜１９７が形成される。以上により、対向面１９１ａのうちはんだ２１の接続領域１９４及び第２溝部１９６以外の表面上に、凹凸酸化膜１９７が形成される。レーザ光の照射によって形成された凹凸酸化膜１９７の膜厚は、自然酸化膜に較べて十分に厚く、１０ｎｍ以上の厚みとなっている。以上により、第１溝部１９３及び第２溝部１９６に加え、凹凸酸化膜１９７を有する第２ヒートシンク１９の準備が完了する。
【００６７】
上記したように、レーザ光のスポットが、例えば、Ｙ方向において一部重なるように、Ｙ方向にレーザ光を走査するとともに、スポットがＸ方向において一部重なるように、Ｘ方向にレーザ光を走査する。したがって、レーザ光のスポットに対応して形成される複数の凹部１９ｅは、Ｙ方向において連なるとともに、Ｘ方向においても連なる。これにより、レーザ照射痕である凹部１９ｅは、鱗状となる。
【００６８】
なお、レーザ光の照射において、エネルギー密度を１００Ｊ／ｃｍ２よりも大きい１５０Ｊ／ｃｍ２や、３００Ｊ／ｃｍ２とした場合、凹凸酸化膜１９７が形成されなかった。また、パルス発振ではなく、連続発振のレーザ光を照射した場合にも、凹凸酸化膜１９７が形成されなかった。
【００６９】
次に、図９に示すように、はんだ１７を介して発熱部１１と第１ヒートシンク１６を接続し、接続体３０を形成する。本実施形態では、接続体３０として、上アーム側の接続体３０Ｈと、下アーム側の接続体３０Ｌを形成する。
【００７０】
先ず接続体３０Ｈの形成方法について説明する。図９に示すように、第１ヒートシンク１６Ｈの対向面１６ａ上に、はんだ１７Ｈを介して、半導体チップ１２Ｈを配置する。次に、半導体チップ１２Ｈ上に、例えば、予め両面にはんだ１５Ｈ及びはんだ２０Ｈが迎えはんだとして配置されたターミナル１４Ｈを、はんだ１５Ｈが半導体チップ１２Ｈ側となるように配置する。また、はんだ２０Ｈについては、半導体装置１における高さばらつきを吸収可能な量を配置しておく。
【００７１】
そして、この積層状態で、はんだ１５Ｈ，１７Ｈ，２０Ｈをリフロー（１ｓｔリフロー）させることにより、はんだ１７Ｈを介して、半導体チップ１２Ｈと第１ヒートシンク１６Ｈとを接続する。また、はんだ１５Ｈを介して、半導体チップ１２Ｈとターミナル１４Ｈとを接続する。はんだ２０Ｈについては、接続対象である第２ヒートシンク１９Ｈがまだないので、表面張力により、第２ヒートシンク１９Ｈとの対向面の中心を頂点として盛り上がった形状となる。
【００７２】
接続体３０Ｌも、接続体３０Ｈと同様に形成することができる。異なる点は、リフローの前に、継手部１８における延設部１９１Ｈとの対向面上に、はんだ２１を配置する。はんだ２１については、はんだ２０Ｈと同様に、半導体装置１における高さばらつきを吸収可能な量を配置しておく。
【００７３】
そして、この積層状態で、はんだ１５Ｌ，１７Ｌ，２０Ｌ，２１をリフロー（１ｓｔリフロー）させることにより、はんだ１７Ｌを介して、半導体チップ１２Ｌと第１ヒートシンク１６Ｌとを接続する。また、はんだ１５Ｌを介して、半導体チップ１２Ｌとターミナル１４Ｌとを接続する。はんだ２０Ｌについては、接続対象である第２ヒートシンク１９Ｌがまだないので、表面張力により、第２ヒートシンク１９Ｈとの対向面の中心を頂点として盛り上がった形状となる。はんだ２１も、接続対象である第２ヒートシンク１９Ｈの延設部１９１Ｈがまだないので、表面張力により、盛り上がった形状となる。
【００７４】
次に、信号端子２６Ｈ，２６Ｌと対応する半導体チップ１２Ｈ，１２Ｌのパッドを、ボンディングワイヤ２７により接続する。
【００７５】
次に、はんだ２０を介して、接続体３０と、対応する第２ヒートシンク１９とを接続する。本実施形態では、はんだ２０Ｈを介して、接続体３０Ｈと第２ヒートシンク１９Ｈを接続するとともに、はんだ２０Ｌを介して、接続体３０Ｌと第２ヒートシンク１９Ｌを接続する。また、はんだ２１を介して、上アームと下アームを接続する。さらに、はんだ２５を介して、主端子２４と延設部１９１Ｌを接続する。すなわち、はんだ２０，２１，２５を同時にリフロー（２ｎｄリフロー）させる。
【００７６】
図１０及び図１１に示すように、対向面１９ａが上になるようにして第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌを台座３１上に配置する。このとき、第２ヒートシンク１９Ｌの延設部１９１Ｌにおける対向面１９１ａ上に、はんだ２５（例えばはんだ箔）を配置する。はんだ２５については、半導体装置１における高さばらつきを吸収可能な量を配置しておく。なお、はんだ２５については、主端子２４上に予め迎えはんだしてもよい。
【００７７】
次に、ターミナル１４Ｈ，１４Ｌが対応する第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌに対向するように、接続体３０Ｈ，３０Ｌを第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌの対向面１９ａ上に配置する。はんだ２１は、継手部１８と延設部１９１Ｈとにより挟まれる。また、はんだ２５は、延設部１９１Ｌと主端子２４とにより挟まれる。
【００７８】
そして、第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌを下にした状態で２ｎｄリフローを行う。２ｎｄリフローでは、第１ヒートシンク１６Ｈ，１６Ｌ側から荷重を加えることで、半導体装置１の高さが所定の高さとなるようにする。具体的には、図示しないスペーサを、第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌの本体部１９０Ｈ，１９０Ｌと台座３１との間に配置し、スペーサに、本体部１９０Ｈ，１９０Ｌと台座３１を接触させる。このようにして、半導体装置１の高さが所定の高さとなるようにする。すなわち、台座３１とスペーサが、高さ調整部材として機能する。
【００７９】
上述のように、高さばらつきを吸収可能な量のはんだ２０Ｈ，２０Ｌをターミナル１４Ｈ，１４Ｌと第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌとの間に配置している。したがって、２ｎｄリフローにおいて、ターミナル１４Ｈ，１４Ｌと第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌとの間のはんだ２０Ｈ，２０Ｌは不足せず、確実な接続を行うことができる。また、高さばらつきを吸収可能な量のはんだ２１を延設部１９１Ｈと継手部１８との間に配置しているため、２ｎｄリフローにおいて、延設部１９１Ｈと継手部１８との間のはんだ２１は不足せず、確実な接続を行うことができる。さらに、高さばらつきを吸収可能な量のはんだ２５を延設部１９１Ｌと主端子２４との間に配置しているため、２ｎｄリフローにおいて、延設部１９１Ｌと主端子２４との間のはんだ２５は不足せず、確実な接続を行うことができる。
【００８０】
また、上述の荷重の印加などにより、ターミナル１４Ｈ，１４Ｌと第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌとの間から、余剰のはんだ２０Ｈ，２０Ｌが押し出される。しかしながら、余剰のはんだ２０Ｈ，２０Ｌは、第１溝部１９３に収容される。同様に、延設部１９１と継手部１８の間から余剰のはんだ２１が押し出される余剰のはんだ２１は、第２溝部１９６に収容される。同様に、延設部１９１Ｌと主端子２４の間から、余剰のはんだ２５が押し出される。しかしながら、余剰のはんだ２５は、凹凸酸化膜１９７上を濡れ拡がらず、第２溝部１９６に収容される。
【００８１】
なお、１ｓｔリフロー及び２ｎｄリフローは、水素雰囲気下のリフローとされる。これにより、はんだ付けに不要な金属表面の自然酸化膜を、還元により除去することができる。したがって、各はんだ１５，１７，２０，２１，２５としてフラックスレスのはんだを用いることができる。また、減圧により、はんだ１５，１７，２０，２１，２５にボイドが生じるのを抑制することができる。なお、凹凸酸化膜１９７も還元により厚みが薄くなるため、還元されても凹凸酸化膜１９７が残るように、レーザ光の照射により所望厚みの凹凸酸化膜１９７を形成しておく。上記したように、金属薄膜１９ｄが無電解Ｎｉめっき膜を含むと、凹凸酸化膜１９７を厚くできるため、好ましい。
【００８２】
次に、トランスファモールド法により封止樹脂体１０の成形を行う。本実施形態では、各ヒートシンク１６，１９が完全に被覆されるように、封止樹脂体１０を形成する。この場合、成形した封止樹脂体１０をヒートシンク１６，１９の一部ごと切削することにより、各ヒートシンク１６，１９の放熱面１６ｂ，１９ｂを露出させる。
【００８３】
なお、各ヒートシンク１６，１９の放熱面１６ｂ，１９ｂを成形金型のキャビティ壁面に押し当て、密着させた状態で、封止樹脂体１０を成形してもよい。この場合、封止樹脂体１０を成形した時点で、放熱面１６ｂ，１９ｂが封止樹脂体１０から露出される。このため、成形後の切削が不要となる。
【００８４】
そして、リードフレームの不要部分を除去することで、半導体装置１を得ることができる。
【００８５】
次に、上述の第１実施形態の半導体装置１の効果について説明する。
【００８６】
本実施形態によると、周囲領域１９５の一部に余剰のはんだ２１，２５を収容する第２溝部１９６が形成されており、残りの部分に、凹凸酸化膜１９７が形成されている。凹凸酸化膜１９７の表面は粗いため、平坦面に比べてはんだ２１，２５の濡れ性を低下させることができる。また、酸化膜は金属表面よりもはんだ２１，２５の濡れ性が低い。したがって、周囲領域１９５のうち、凹凸酸化膜１９７が形成された部分には、はんだ２１，２５が濡れ拡がり難く、余剰のはんだ２１，２５は第２溝部１９６に収容される。このように、周囲領域１９５の一部のみに第２溝部１９６を形成すればよいので、はんだ溢れを抑制しつつ、半導体装置の体格増大を抑制することができる。
【００８７】
また、一般的に、はんだと樹脂とは密着性がよくないことが知られている。そのため、接続領域１９４を囲むように環状の第２溝部１９６を形成すると、使用環境での温度変化などにより、第２溝部１９６に収容されたはんだ２１，２５と封止樹脂体１０との界面に剥離が生じやすい。この場合、延設部１９１の接続領域１９４に接続されたはんだ２１，２５の周囲、すなわちはんだ接合部の周囲に、封止樹脂体１０の密着していない領域が存在することとなる。これにより、封止樹脂体１０によるはんだ接合部の拘束力が低下するため、はんだ２１，２５にクラックなどが生じる虞がある。
【００８８】
そこで、本実施形態では、周囲領域１９５の一部のみに、第２溝部１９６が形成されている。よって、第２溝部１９６に収容されたはんだ２１，２５と封止樹脂体１０の界面で剥離が生じても、はんだ接合部周りの一部にすぎない。したがって、封止樹脂体１０の剥離による拘束力低下を抑制し、はんだ接合部の接続信頼性を向上することができる。
【００８９】
さらに、周囲領域１９５の全域に凹凸酸化膜１９７を形成すると、はんだボールの発生が懸念される。なぜなら、高さばらつきを吸収可能な量のはんだ２１を配置したときに、余剰のはんだ２１は凹凸酸化膜１９７に弾かれる。この弾かれたはんだ２１が自身の表面張力によってボール状になるからである。例えば、凹凸酸化膜１９７上にはんだボールが位置すると、延設部１９１と封止樹脂体１０との間にはんだボールが介在するため、上述のような剥離の原因となることがある。また、はんだボールが凹凸酸化膜１９７上を転がって対向面１９１ａの外部に移動し、これにより短絡などが生じる虞もある。
【００９０】
これに対し本実施形態では、凹凸酸化膜１９７に加えて第２溝部１９６も形成されており、第２溝部１９６内に余剰のはんだ２１，２５を収容することができる。よって、はんだボールの発生原因である余剰のはんだ２１、２５は凹凸酸化膜１９７が形成された領域に広がりにくくなるので、はんだボールの発生を抑制することができる。
【００９１】
ところで、第２ヒートシンク１９において、本体部１９０のほうが、延設部１９１よりも大きい。このように本体部１９０の熱容量が大きいため、２ｎｄリフロー時において、本体部１９０から延設部１９１に熱が伝達される。本実施形態では、延設部１９１がＸ方向に延設されており、第２溝部１９６は、平面略矩形状の接続領域１９４をＹ方向において挟むように形成されている。このため、本体部１９０から熱が伝達されて第２溝部１９６に収容されたはんだ２１，２５が溶融する際、一方の第２溝部１９６に収容されたはんだ２１，２５と、他方の第２溝部１９６に収容されたはんだ２１，２５とに、同じように熱が伝わる。これにより、一方の第２溝部１９６と他方の第２溝部１９６とで同じようにはんだ２１，２５が溶融する。したがって、２ｎｄリフロー時に、延設部１９１と継手部１８、延設部１９１と主端子２４の位置にずれが生じるのを抑制することができる。
【００９２】
また、本実施形態の半導体装置１の製造方法によると、第２溝部１９６及び凹凸酸化膜１９７を形成した後、はんだ２１をリフローして、継手部１８と主端子２４とを接続する。よって、半導体装置の高さばらつきを吸収可能な量のはんだ２１を配置しても、凹凸酸化膜１９７により第２溝部１９６以外へ余剰のはんだ２１が溢れ出ることを抑制することができる。また、第２溝部１９６内に余剰のはんだ２１を収容することができる。これにより、はんだ２１の溢れを抑制することができる。また、周囲領域１９５の一部のみに第２溝部１９６を形成するので、第２溝部１９６を環状とする構成に比べて、半導体装置の体格増大を抑制することができる。なお、第２溝部１９６及び凹凸酸化膜１９７の配置は、上記例に限定されない。周囲領域１９５の一部に第２溝部１９６が形成され、残りの部分に凹凸酸化膜１９７が形成されればよい。例えば、図１２に示す第１変形例では、第２溝部１９６が、Ｘ方向において接続領域１９４を挟むように形成されている。
【００９３】
図１３に示す第２変形例では、平面略矩形状の接続領域１９４のうち、相対する２辺の全長ではなく、一部に隣接して第２溝部１９６が形成されている。第１変形例及び第２変形例に示す構成でも、はんだ溢れを抑制しつつ、半導体装置１の体格増大を抑制することができる。
【００９４】
第２ヒートシンク１９の対向面１９ａのうち、延設部１９１の対向面１９１ａのみに凹凸酸化膜１９７が形成される例を示した。しかしながら、図１４に示す第３変形例のように、本体部１９０の対向面１９０ａにも、凹凸酸化膜１９７が形成された構成を採用することができる。図１４では、対向面１９０ａのうち、接続領域１９２及び第１溝部１９３以外の部分に、凹凸酸化膜１９７が形成されている。これによれば、凹凸酸化膜１９７と封止樹脂体１０との接触面積が増加するため、ヒートシンク１９と封止樹脂体１０との密着性を高めることができる。
【００９５】
（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１及びその製造方法と共通する部分についての説明は省略する。
【００９６】
本実施形態の半導体装置１は、図１５〜図１８に示すように、半導体チップ１２（発熱部１１）を１つのみ有している。この半導体装置１により、三相インバータを構成する６つのアームのうちの１つが構成される。このような半導体装置１は、１ｉｎ１パッケージとも称される。
【００９７】
第２実施形態の半導体装置１は、本実施形態と同様に、半導体チップ１２を含む発熱部１１が、一対の第１ヒートシンク１６及び第２ヒートシンク１９に挟まれるように配置されている。
【００９８】
発熱部１１は、半導体チップ１２と、半導体チップ１２のエミッタ電極１３ｂとはんだ１５を介して接続されたターミナル１４を有している。第１ヒートシンク１６は、はんだ１７を介して半導体チップ１２のコレクタ電極１３ａと接続されている。第１ヒートシンク１６には、主端子２８が連なっている。
【００９９】
半導体装置１が上アームを構成する場合、主端子２８は、直流電源の高電位側に接続される。また、半導体装置１が下アームを構成する場合、主端子２８は、三相モータの出力線に接続される。主端子２８は、第１ヒートシンク１６からＹ方向に延設されて、封止樹脂体１０の側面１０ｃのひとつから外部に突出している。本実施形態では、同一の金属板を加工することで、主端子２２が第１ヒートシンク１６Ｈと一体的に設けられている。
【０１００】
第２ヒートシンク１９は、本実施形態と同様に、はんだ２０を介して発熱部１１(ターミナル１４)と電気的に接続される本体部１９０と、本体部１９０から延設され、はんだ２５を介して主端子２９と電気的に接続される延設部１９１を有する。半導体装置１が上アームを構成する場合、主端子２９は、三相モータの出力線に接続される。また、半導体装置１が下アームを構成する場合、主端子２９は、直流電源の低電位側に接続される。主端子２９はＹ方向に延設され、主端子２８と同じ側面１０ｃから外部に突出している。
【０１０１】
延設部１９１は、主端子２９の延設方向と同じ方向、すなわちＹ方向に延設されている。主端子２９は、延設部１９１に対し、Ｚ方向において半導体チップ１２側に配置されている。主端子２９は、一端側が、Ｚ方向からの投影視において延設部１９１と重なるように配置されている。延設部１９１と主端子２９との間には、はんだ２１が介在している。
【０１０２】
延設部１９１は、対向面１９１ａに、はんだ２１の接続領域１９４を有している。対向面１９１ａのうち、接続領域１９４を囲む周囲領域１９５の一部には、第２溝部１９６が形成されている。周囲領域１９５のうち、第２溝部１９６以外の部分には、凹凸酸化膜１９７が形成されている。
【０１０３】
第２実施形態の半導体装置１の製造方法については、本実施形態における上アーム又は下アームとして機能する両面放熱構造の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１０４】
次に、上述の第２実施形態の半導体装置１の効果について説明する。
【０１０５】
主端子２９と第２ヒートシンク１９とが別部材の場合、主端子２９と延設部１９１との間に、高さばらつきを吸収可能な量のはんだ２５を配置する必要がある。第２実施形態では、延設部１９１における周囲領域１９５の一部に、第２溝部１９６が形成されている。このため、余剰のはんだ２５を第２溝部１９６に収容することができる。
【０１０６】
また、周囲領域１９５の残りの部分に、凹凸酸化膜１９７が形成されている。これにより、第２溝部１９６を環状に形成する場合に較べて、はんだ溢れを抑制しつつ、半導体装置１の体格増大を抑制することができる。つまり、１ｉｎ１パッケージの半導体装置１を例示する第２実施形態は、本実施形態と同様の効果を奏する。よって、本実施形態の効果の箇所で述べた内容と同一内容の効果を、第２実施形態においても奏する。
【０１０７】
なお、本実施形態の第２ヒートシンク１９Ｈ，１９Ｌについての変形例は、第２実施形態においても同様に適用することができる。
【０１０８】
また、主端子２９が、第２ヒートシンク１９と別部材とされる例を示したが、主端子２８，２９の少なくとも一方が第２ヒートシンク１９と別部材とされた構成に適用できる。
【０１０９】
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、本開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。本開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに、特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【０１１０】
１ｉｎ１パッケージ及び２ｉｎ１パッケージについて説明をしたが、これらに限られず、三相インバータの３組の上下アームのうち２組の上下アームをなす４ｉｎ１パッケージとしてもよい。さらに、三相インバータの３組の上下アームがひとつのパッケージに集約した６ｉｎ１パッケージとしてもよい。つまり、三相インバータの３組の上下アームの構成として一般的に採用されている半導体装置に適用することができる。
【０１１１】
発熱部１１が、半導体チップ１２に加えて、ターミナル１４を有する例を示した。しかしながら、発熱部１１は少なくとも半導体チップ１２を有していればよい。すなわち、ターミナル１４を有さない発熱部１１を採用することもできる。
【０１１２】
金属薄膜１９ｄが、無電解Ｎｉめっき膜とＡｕめっき膜を有する例を示した。しかしながら、金属薄膜１９ｄが、無電解Ｎｉめっき膜のみを有してもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１…半導体装置、１０…封止樹脂体、１０ａ…一面、１０ｂ…裏面、１０ｃ…側面、１１，１１Ｈ，１１Ｌ…発熱部、１２，１２Ｈ，１２Ｌ…半導体チップ、１２ａ…一面、１２ｂ…裏面、１３ａ…コレクタ電極、１３ｂ…エミッタ電極、１４，１４Ｈ，１４Ｌ…ターミナル、１５，１５Ｈ，１５Ｌ…はんだ、１６，１６Ｈ，１６Ｌ…第１ヒートシンク、１６ａ…対向面、１６ｂ…放熱面、１７，１７Ｈ，１７Ｌ…はんだ、１８…継手部、１９，１９Ｈ，１９Ｌ…第２ヒートシンク、１９ａ…対向面、１９ｂ…放熱面、１９ｃ…基材、１９ｄ…金属薄膜、１９ｅ…凹部、１９ｆ…凸部、１９０，１９０Ｈ，１９０Ｌ…本体部、１９０ａ…対向面、１９１，１９１Ｈ，１９１Ｌ…延設部、１９１ａ…対向面、１９２…接続領域、１９３…第１溝部、１９４…接続領域、１９５…周囲領域、１９６…第２溝部、１９７…凹凸酸化膜、２０，２０Ｈ，２０Ｌ…はんだ、２１…はんだ、２２，２３，２４，２８，２９…主端子、２５…はんだ、２６，２６Ｈ，２６Ｌ…信号端子、２７…ボンディングワイヤ、３０，３０Ｈ，３０Ｌ…接続体、３１…台座
【図１】
2017159335.tif 000003
【図２】
2017159335.tif 000004
【図３】
2017159335.tif 000005
【図４】
2017159335.tif 000006
【図５】
2017159335.tif 000007
【図６】
2017159335.tif 000008
【図７】
2017159335.tif 000009
【図８】
2017159335.tif 000010
【図９】
2017159335.tif 000011
【図１０】
2017159335.tif 000012
【図１１】
2017159335.tif 000013
【図１２】
2017159335.tif 000014
【図１３】
2017159335.tif 000015
【図１４】
2017159335.tif 000016
【図１５】
2017159335.tif 000017
【図１６】
2017159335.tif 000018
【図１７】
2017159335.tif 000019
【図１８】
2017159335.tif 000020