(57)【要約】【課題】圧入時の半導体素子に加わる応力を低減しつつ、半導体装置が放熱体から抜け落ちることを抑制することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、金属ボス２と、半導体素子３と、リード端子４と、支持電極５と、保護部材６とを備えている。半導体素子３は、半田及び金属ボス２を介して支持電極５に取り付けられている。放熱体５０に取り付けられた状態では、支持電極５の外周部は、放熱体５０により押圧される。支持電極５の外周部には、複数の第１溝１１及び第１溝１１と交差する複数の第２溝１２が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子が取り付けられるとともに、放熱体に圧入される支持電極とを備え、
前記放熱体により押圧される前記支持電極の外周部には、第１溝及び前記第１溝と交差する第２溝が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１溝及び前記第２溝は、それぞれ複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１溝及び前記第２溝は、いずれも圧入方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１溝及び前記第２溝の少なくとも一方は、深くなるに連れて幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項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、半導体素子を内蔵した放熱体に圧入される支持電極を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、支持電極が放熱体に取り付けられる半導体装置が知られている。特許文献１には、支持電極の外周部にネジ山が形成された半導体装置が開示されている。この半導体装置では、内周部にネジ穴が形成された放熱体に支持電極が螺合されて取り付けられる。しかしながら、特許文献１の半導体装置では、ネジ山とネジ穴の製造バラツキによって良好に螺合できない問題がある。また、支持電極を放熱体に螺合させるために取り付け工程が複雑になるといった問題がある。
【０００３】
そこで、特許文献２及び特許文献３には、放熱体に圧入可能な支持電極を備えた半導体装置の技術が開示されている。
【０００４】
尚、半導体装置が圧入穴に圧入される工程において、半導体装置が圧入穴より十分小さいと半導体素子に応力が加わり、半導体素子が破壊してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献２の半導体装置は、周方向（圧入方向に対して垂直な方向）に平行な溝が外周部に形成された支持電極を備え、溝によって支持電極が変形することで半導体素子に加わる応力を抑制している。また、特許文献３の半導体装置は、圧入方向に平行な複数の溝が外周部に形成された、かつ、放熱体よりも硬度が高い支持電極を備えている。
【特許文献１】特開２００２−３４３９１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６９６２号公報
【特許文献３】特開２００４−５６０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際の圧入工程において、放熱体の圧入穴の側壁は削れ、また、圧入された半導体装置は熱膨張や熱収縮を生じるが、特許文献２の半導体装置では、圧入方向に対して垂直な方向に溝が１本しか形成されてないため、半導体装置が放熱体から抜け落ちる可能性がある。また、特許文献３の半導体装置では、圧入方向に平行な溝が形成されているため擦り合わせ面積が多く、十分に半導体素子に加わる応力を抑制できないという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、圧入時の半導体素子に加わる応力を低減しつつ、半導体装置が放熱体から抜け落ちることを抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子が取り付けられるとともに、放熱体に圧入される支持電極とを備え、前記放熱体により押圧される前記支持電極の外周部には、第１溝及び前記第１溝と交差する第２溝が形成されていることを特徴とする半導体装置である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１溝及び前記第２溝は、それぞれ複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記第１溝及び前記第２溝は、いずれも圧入方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体装置である。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記第１溝及び前記第２溝の少なくとも一方は、深くなるに連れて幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１溝及び第２溝を含む複数の溝を形成することにより半導体装置が放熱体から抜け落ちる可能性を低減できる。また、第１溝及び第２溝を互いに交差させているので、少なくとも一方の溝は圧入方向に平行でない溝になるので、すり合わせ面積を低減できる。これにより、半導体素子に加わる応力を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による半導体装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態による半導体装置の全体図（一部断面）である。図２は、支持電極の側面図である。図３は、図１における領域Ｃの部分拡大図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように、半導体装置１は、金属ボス２と、半導体素子３と、リード端子４と、支持電極５と、保護部材６とを備えている。
【００１５】
金属ボス２は、支持電極５を放熱体５０へ圧入する際に半導体素子３へ伝達される応力を緩和するためのものである。金属ボス２は、導電性を有する。金属ボス２は、半田を介して支持電極５に電気的に接続されている。
【００１６】
半導体素子３は、シリコンや窒化ガリウム等の半導体からなる発光ダイオードである。半導体素子３の一端面（下面）は、半田及び金属ボス２を介して支持電極５に取り付けられている。これにより、半導体素子３は、支持電極５と電気的に接続される。
【００１７】
リード端子４は、半導体素子３と外部とを電気的に接続するためのものである。リード端子４は、板状のヘッド部４ａを有する。ヘッド部４ａは、半田を介して半導体素子３の他端面（上面）と電気的に接続されている。
【００１８】
支持電極５は、半導体素子３を支持するとともに、半導体素子３と外部とを電気的に接続するためのものである。支持電極５は、円板状に形成されている。支持電極５の内部には、金属ボス２及び半導体素子３を取り付けるための凹部５ａが形成されている。
【００１９】
支持電極５は、放熱体５０に圧入されて取り付けられる。取り付けられた状態では、支持電極５の外周部は、放熱体５０により押圧される。支持電極５の外周部には、複数の第１溝１１及び複数の第２溝１２が形成されている。
【００２０】
各第１溝１１は、圧入方向Ａと平行な直線状に形成されている。複数の第１溝１１は、周方向Ｂに等間隔で形成されている。第１溝１１は、約０．５ｍｍの幅及び約０．２ｍｍの深さを有する。第１溝１１の底面（図示略）は、圧入方向Ａに対して平行に、且つ全長にわたって同じ深さで形成されている。第１溝１１の側面（図示略）は、圧入方向Ａと垂直に、且つ全長にわたって同じ幅で形成されている。
【００２１】
各第２溝１２は、周方向Ｂと平行な直線状に形成されている。複数の第２溝１２は、圧入方向Ａに等間隔で形成されている。第２溝１２は、約０．５ｍｍの幅及び約０．２ｍｍの深さを有する。
【００２２】
図３に示すように、第２溝１２の底面は、圧入方向Ａと平行に、且つ全長にわたって同じ深さで形成されている。第２溝１２の側面は、圧入方向Ａと垂直になるように、且つ全長にわたって同じ幅で形成されている。
【００２３】
上述したように第１溝１１及び第２溝１２は、互いに直交するように形成されている。これにより、第１溝１１及び第２溝１２が交差する個所には、直角の頂部１３が形成されている。この頂部１３は、支持電極５を放熱体５０に圧入する際に、放熱体５０を容易に削る。頂部１３の数により放熱体５０の削り量が調整される。
【００２４】
また、支持電極５及び放熱体５０は、熱膨張や熱収縮によって変形するが、放熱体５０は、支持電極５よりも弾性が大きい材料により構成されている。このため、支持電極５の外周部により放熱体５０が押圧されると、図３に示すように、放熱体５０の一部が弾性変形して凸部５０ａとなり支持電極５の第１溝１１及び第２溝１２に入り込む。
【００２５】
保護部材６は、半導体素子３をちりや塩水等から保護するためのものである。保護部材６は、合成樹脂からなる。保護部材６は、半導体素子３を覆うように、且つ、支持電極５の凹部５ａを埋めるように設けられている。
【００２６】
次に、支持電極５が圧入される放熱体５０について説明する。放熱体５０は、半導体素子３の一端面と電気的に接続されており、半導体装置１を保持するためのものである。また、放熱体５０は、半導体素子３から発熱した熱を放熱して、半導体素子３を冷却するためのものである。放熱体５０は、支持電極５を構成するジルコニウム銅よりも軟性のアルミニウムからなる。放熱体５０には、支持電極５よりも小さい径であって、支持電極５が圧入される圧入穴５０ｂが形成されている。支持電極５の外周部は、圧入穴５０ｂの内壁により押圧されて取り付けられる。
【００２７】
次に、上述した半導体装置１の組立工程について説明する。
【００２８】
まず、ジルコニウム銅からなる金属板（図示略）を用意する。次に、プレス加工等により、当該金属板を支持電極５に成型する。その後、ローレット加工またはカッティング加工により支持電極５の外周部に第１溝１１及び第２溝１２を形成する。また、既知の半導体製造方法により半導体素子３を作製する。そして、支持電極５の凹部５ａに金属ボス２、半導体素子３及びリード端子４を順に半田を介して取り付ける。これにより、半導体装置１が完成する。
【００２９】
その後、半導体装置１の支持電極５を、圧入方向Ａに沿って放熱体５０の圧入穴５０ｂに圧入する。ここで、圧入時に、支持電極５には互いに交差する第１溝１１及び第２溝１２が形成されているので、従来の半導体装置のように圧入方向Ａのみに形成された溝や周方向Ｂに１本の溝しか形成されていない場合に比べて、支持電極５と放熱体５０との擦り合わせ面積を小さくすることができる。よって、圧入時における半導体素子３に加わる応力を低減する事ができる。また、圧入時に支持電極５によって放熱体５０の圧入穴５０ｂの側壁が削られるが、削られた放熱体５０の一部は、第１溝１１及び第２溝１２の交差箇所の頂部１３により切れやすくなるので、圧入による放熱体５０の削れ量を調整する事ができ、削られた放熱体５０の一部が圧入時に、支持電極５と放熱体５０との間に挟まることによる半導体素子３に加わる応力の増加を制御する事ができる。以上より、半導体素子３に加わる応力を十分に抑制することができる。
【００３０】
また、支持電極５と放熱体５０とは、熱膨張や熱収縮によって変形するが、放熱体５０は支持電極５よりも大きい弾性を有する。支持電極５の第１溝１１及び第２溝１２に対面する放熱体５０の圧入穴５０ｂの側壁の部分は支持電極５の第１溝１１及び第２溝１２に対面しない放熱体５０の圧入穴５０ｂの側壁であって第１溝１１及び第２溝１２に近い部分に比べて放熱体に加わる応力が小さい。よって、図３で示すように、支持電極５の第１溝１１及び第２溝１２に対面する放熱体５０の圧入穴５０ｂの側壁の部分は弾性変形し、第１溝１１及び第２溝１２の中へと入り込むように変形する。すると、支持電極５と放熱体５０との密着性が高まり、支持電極５が放熱体５０から外れることを更に抑制し、且つ放熱性も高めることができる。
【００３１】
更に、第１溝１１及び第２溝１２と複数の方向の溝を設けることによって、例えば第１溝１１の延伸する方向に支持電極５が放熱体５０から外れようとしても、第２溝１２の中へ入り込んだ放熱体５０の凸部５０ａがストッパーとして機能し、支持電極５が放熱体５０から外れることを良好に抑制することができる。逆をいえば、放熱体５０の圧入穴５０ｂの径を従来の圧入穴よりも大きくする事ができ、更に半導体素子３に加わる応力を抑制することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、第１実施形態の支持電極の一部を変更した第２実施形態による支持電極について説明する。図４は、第２実施形態による支持電極の側面図である。尚、第１実施形態と同じ構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００３３】
図４に示すように、第２実施形態による支持電極５Ａの外周部には、複数の第１溝２１及び複数の第２溝２２が形成されている。第１溝２１は、圧入方向Ａと平行な直線状に形成されている。第２溝２２は、支持電極５Ａのどの側面から見ても、圧入方向Ａ及び周方向Ｂから所定角度傾斜した直線状に形成されている。
【００３４】
即ち、第２実施形態による支持電極５Ａでは、第１溝２１と第２溝２２とが直交していない。このため、第１溝２１及び第２溝２２が交差する個所には、異なる角度を有する２種類の頂部２３ａ、２３ｂが形成される。頂部２３ａは、鈍角を有する。頂部２３ｂは、鋭角を有する。
【００３５】
上述したように、第２実施形態による支持電極５Ａには、異なる角度を有する頂部２３ａ、２３ｂが形成されている。頂部２３ｂは鋭角を有するので、圧入時に、頂部２３ｂによって削られた放熱体５０の一部がより切られやすくなる。これにより、削られた放熱体５０の一部が圧入時に支持電極５Ａと放熱体５０との間に挟まることによる半導体素子３に加わる応力の制御の精度をより高めることができる。以上より、半導体素子３に加わる応力を十分に抑制できる。また、第２溝２２を圧入方向Ａとの角度よりも周方向Ｂとの角度が小さくなるように傾斜させている。これにより、支持電極５Ａが放熱体５０から圧入方向Ａへ外れようとしても、第２溝２２の中へ入り込んだ放熱体５０の凸部５０ａがストッパーとして機能する。この結果、支持電極５Ａが放熱体５０から外れることを良好に抑制することができる。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、第１実施形態の支持電極の一部を変更した第３実施形態による支持電極について説明する。図５は、第３実施形態による支持電極の側面図である。
【００３７】
図５に示すように、第３実施形態による支持電極５Ｂの外周部には、複数の第１溝３１及び複数の第２溝３２が形成されている。第１溝３１は、圧入方向Ａから所定角度傾斜した直線状に形成されている。第２溝３２は、支持電極５Ｂのどの側面から見ても、圧入方向Ａから所定角度傾斜した直線状であって、第１溝３１と交差するように形成されている。
【００３８】
即ち、第３実施形態による支持電極５Ｂでは、第１溝３１と第２溝３２とが直交していない。このため、第１溝３１及び第２溝３２が交差する個所には、異なる角度を有する２種類の頂部３３ａ、３３ｂが形成される。頂部３３ａは、鈍角を有する。頂部３３ｂは、鋭角を有する。
【００３９】
上述したように、第３実施形態による支持電極５Ｂの外周部形成された第１溝３１及び第２溝３２は、共に圧入方向Ａに対して傾斜するように形成されている。従って、第１溝３１及び第２溝３２の両方に入り込む放熱体５０の凸部５０ａ（図３参照）がストッパーとして機能する。これにより、支持電極５Ｂが放熱体５０から圧入方向Ａへ外れようとしても、第１溝３１及び第２溝３２の両方の溝に入り込んだ放熱体５０の凸部５０ａがストッパーとして機能する。この結果、支持電極５Ｂが放熱体５０から外れることを良好に抑制することができる。
【００４０】
（第４実施形態）
次に、第１実施形態の支持電極の一部を変更した第４実施形態による支持電極について説明する。図６は、第４実施形態による支持電極の図３相当図である。
【００４１】
図６に示すように、第４実施形態による支持電極５Ｃには、圧入方向Ａに延びる第１溝（図示略）と、周方向Ｂに延びる第２溝４２とが形成されている。第２溝４２の側面は、深くなるに連れて幅が狭くなるように傾斜している。尚、第１溝の側面を同じように傾斜させてもよい。
【００４２】
上述したように第４実施形態による支持電極５Ｃでは、第２溝４２が深くなるに連れて幅が狭くなるように形成されている。これにより、第１実施形態に比べて、第２溝４２に入り込む放熱体５０の凸部５０ａと支持電極５Ｃとの密着性が向上するので、放熱性を更に向上させることができる。
【００４３】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００４４】
上述した各部材を構成する材料などは適宜変更可能である。例えば、支持電極をスズ含有銅、銀含有銅、クロム含有銅等により構成してもよい。また、放熱体を銅合金等の放熱性のよい材料により構成してもよい。
【００４５】
また、支持電極に形成される第１溝及び第２溝の形状は適宜変更可能である。例えば、第１溝または第２溝のいずれかを曲線状に形成してもよい。支持電極１を側面から見て、第１溝または第２溝のいずれか一方または両方を１本だけ形成してもよいが、好ましくは支持電極１のどの側面を見ても３本以上形成されていることである。圧入方向と交差する第２溝の幅は特に限定されるものではないが、隣接する第１溝の間隔の０．２倍〜０．９倍が好ましい。圧入方向と交差する第２溝の深さは、幅の１．０倍〜１．５倍が好ましい。支持電極と放熱体の密着性の観点から、第１溝及び第２溝の幅は、それぞれ隣接する第１溝及び第２溝の間隔よりも小さいほうが好ましい。
【００４６】
また、上述した実施形態では、支持電極に形成される溝を２方向に延びる第１溝及び第２溝により構成したが、支持電極５をどの側面から見ても、３方向以上に延びる第１溝、第２溝、第３溝、・・、第ｎ溝により支持電極に形成される溝を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態による半導体装置の全体図（一部断面）である。
【図２】支持電極の側面図である。
【図３】図１における領域Ｃの部分拡大図である。
【図４】第２実施形態による支持電極の側面図である。
【図５】第３実施形態による支持電極の側面図である。
【図６】第４実施形態による支持電極の図３相当図である。
【符号の説明】
【００４８】
１   半導体装置
２   金属ボス
３   半導体素子
４   リード端子
４ａ ヘッド部
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 支持電極
５ａ 凹部
６   保護部材
１１、２１、３１     第１溝
１２、２２、３２、４２    第２溝
１３、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ 頂部
５０ 放熱体
５０ａ    凸部
５０ｂ    圧入穴
Ａ   圧入方向
Ｂ   周方向
【図１】
2009088155.tif 000003
【図２】
2009088155.tif 000004
【図３】
2009088155.tif 000005
【図４】
2009088155.tif 000006
【図５】
2009088155.tif 000007
【図６】
2009088155.tif 000008