"絶縁基板の回路パターン上に鉛フリー半田を適用して半導体チップを半田マウントした半導体装置において、半導体チップ/回路パターン間の半田接合面を半導体チップの中央部下に対応する中央面域と、該中央面域を囲む外周面域とに分け、かつ回路パターンには前記中央面域に対応して台形状の凸部を形成した上で、該凸部と半導体チップの中央部との間をナノ金属粒子で金属接合し、その外周面域を鉛フリー半田で接合したことを特徴とする半導体装置。ところて、半導体チップ/絶縁基板の接合材にSn-Ag系の鉛フリー半田を適用した半導体モジュールについて、パワーサイクル試験モジュールの実動作を模擬した断続通電試験により半田接合部に発生した亀裂欠陥の進展形態を観察したところ、Sn-Ag系の鉛フリー半田接合層には図5で表すように発熱密度が高い半導体チップ3の中央部下付近を起点としてほぼ同心円状に亀裂符号Aで表すが進展することが認められた。また、この亀裂の特徴は、半田層の厚さ方向に平行な縦割れ,または網目状を呈してSnの結晶粒界を選択的に進展しており、このことからSn-Ag系の鉛フリー半田では熱劣化組織変化によって亀裂が進行するものと想定される非特許文献1のp147参照。このように、半導体チップ/絶縁基板の接合にSn-Ag系の鉛フリー半田を適用して接合した半導体装置について、従来の接合構造では半導体チップの中央部下付近の半田接合層に熱劣化組織変化が発生して亀裂が生じるために、長期に亘り高い信頼性を確保することが難しい。かかる点、例えば特許文献2に開示されている鉛フリー半田を適用し、その半田材中に生成した金属間化合物を半田層の全域に成長させて半導体チップ/回路パターン間を金属間化合物だけで接合するようにすれば、前記した半田層の熱劣化組織変化に起因して半導体チップの中央部下の接合層に亀裂が発生するのを防止できることが想定される。しかしながら、発明者が実験を通じて得た知見によれば、半導体チップ/絶縁基板の回路パターン間の接合面全域を全て半田材中に生成した金属間化合物で接合すると、半導体チップの中央部下の接合層に亀裂が発生するのを効果的に防止できるものの、外周側のフィレット部を起点として接合層の面方向に加わる剪断応力の作用方向に亀裂が発生,進展するのが認められた。これは、半導体チップ/絶縁基板の熱膨張係数差により熱サイクルで接合層に生じる熱応力剪断応力が半導体チップの中央部下よりもチップ外周のフィレット部付近に多く集中するのに対して、金属間化合物は半田層に比べて脆く、延性も低いために金属間化合物の接合層が疲労破壊して亀裂が発生するものと推測される。また、半導体チップ/回路パターン間をナノ金属粒子で接合したパッケージについても、前記の金属間化合物による接合と同様に半導体チップ中央部下の亀裂発生を効果的に防止できるものの、半導体チップの外周縁を起点として接合層の外周部には剪断応力の作用方向に亀裂の発生が認められる。本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は半導体チップ/絶縁基板間の半田接合部について、半導体チップの中央部下付近の接合層に亀裂が発生するのを抑制し、併せて半導体チップ/絶縁基板間の伝熱性を向上させて高いパワーサイクル耐性と長期信頼性の向上が図れるように接合構造を改良した半導体装置を提供することにある。上記目的を達成するために、本発明によれば、絶縁基板の回路パターン上に鉛フリー半田を適用して半導体チップを半田マウントした半導体装置において、半導体チップ/回路パターン間の半田接合面を半導体チップの中央部下に対応する中央面域と、該中央面域を囲む外周面域とに分け、かつ回路パターンには前記中央面域に対応して台形状の凸部を形成した上で、回路パターン上に形成した前記凸部と半導体チップの中央部との間を、半田の代わりにナノ金属ペーストを適用して金属接合し、その外周面域を鉛フリー半田で接合する請求項1。上記のように半導体チップ/回路パターン間の半田接合部について、チップ外周部に比べて通電に伴う発熱密度が大で高温となる半導体チップの中央部と向かい合う回路パターン上の部分に凸部を形成した上で、鉛フリー半田を適用して半導体チップ/回路パターン間を接合することにより、半導体チップの中央部下の半田接合層はチップ外周側に比べて厚さが薄く、したがってその部分の伝熱抵抗が小さくなって半導体チップからの放熱性も増す。これにより、半田接合層の中央面域については高温な温度上昇に伴う熱劣化組織変化が抑制されて該部分での亀裂発生を抑制できる。一方、熱膨張係数差に起因する剪断応力が集中する半田接合層の外周部には十分に厚い半田層が確保されているので、半田の塑性,延性を生かしてこの部分に作用する剪断応力を吸収緩和でき、その結果として半導体装置のパワーサイクル耐性,長期信頼性が向上する。また、回路パターンの凸部/半導体チップ間の半田接合層の厚さを5μm以下に設定してリフローし、半導体チップの中央部と回路パターンの凸部との間をリフロー工程を含む熱履歴により生成した金属間化合物で接合するようにすれば、鉛フリー半田Sn-Ag系半田の適用で従来問題となっていた半導体チップ中央部下の半田層に生じる熱劣化、およびその熱劣化に起因する亀裂の発生を防止しつつ、外周部側では層の厚い半田層が剪断応力に対する応力緩和層として有効に働き、これにより半導体装置の長期信頼性がより一層向上する。さらに、半導体チップ/回路パターン間の接合について、回路パターンに形成した凸部と半導体チップ中央部との間の接合面域では、半田の代わりにナノ金属ペーストを適用してナノ金属粒子間,ナノ金属粒子/接合母材間の低温焼結により金属同士で直接接合し、その外周面域には延性の高い鉛フリー半田を適用して層の厚い半田接合層を確保することにより、前記と同様に発熱密度の高い半導体チップの中央部に対してはナノ金属粒子により低熱抵抗,高耐熱性で熱劣化のない金属接合部を確保し、またチップ外周部では層の厚い半田接合層が剪断応力を効果的に吸収緩和して長期信頼性のさらなる向上が図れる。以下、本発明の実施の形態を図1,図2,図3に示す各実施例に基づいて説明する。なお、図示実施例の図は半導体チップ3と絶縁基板2の回路パターン2bとの半田接合部を模式的に表しており、図中で図5に対応する部材には同じ符号を付している。図1a,bは本発明の請求項1に対応する実施例を示すものであり、半導体チップ3をマウントとする回路パターン2aには、半導体チップ3の中央部下面と向かい合う面域に台形状の凸部2b-1をエッチング加工,あるいはプレス加工により形成しておく。なお、凸部2b-1の平面形状は図示のように円形とするほか、方形状あるいは多角形であってもよい。そして、半導体チップ3/回路パターン2b間の半田リフロー工程では、前記凸部2b-1を含む回路パターン2a上の接合面域に鉛フリー半田Sn-Ag系半田のクリーム半田を印刷するか、あるいは板半田を載せ、この半田の上に半導体チップ3を重ね合わせた上で、炉内に搬入してリフロー半田付けを行う。これにより、半導体チップ3と回路パターン2bとの間には、図1aの断面図で表すように半導体チップ2の中央部下では層の厚さが薄く、外周域では層の厚さが厚い半田接合層5が形成される。上記の接合構造によれば、通電に伴う発熱密度の高い半導体チップ3の中央部下では半田接合層5の厚さが薄くて熱抵抗が小さくなり、半導体チップ3から伝熱する熱の放熱性も高まって半田層に生じる熱劣化,および熱劣化に起因する半田接合層5の亀裂図5参照の発生が抑制される。一方、半田接合部の外周部では十分な厚さの半田接合層5が確保されているので、熱サイクルに伴いこの外周のフィレット部分に集中する剪断応力は厚い半田接合層5により効果的に吸収緩和される。その結果、半田接合部のパワーサイクル耐性,長期信頼性が向上する。次に、先記実施例1をさらに発展させた本発明の請求項2に対応する実施例を図2に示す。この実施例では、先記実施例1で述べた回路パターン2bの凸部2b-1/半導体チップ3間を接合する鉛フリー半田Sn-Ag系半田の層厚さdを5μm以下に縮小設定して半田リフローする。このリフロー工程でリフロー温度を約250°C,時間を約2分として半田接合を行うと、熱履歴により半導体チップ3チップ下面はNiメッキされている/半田の接合界面,および回路パターン2bCu/半田の接合界面に金属間化合物5aSn-Ni,Sn-Cu化合物が生成し、その層厚さは2.5μm程度まで成長するようになる。これにより、回路パターン2bの凸部上面と半導体チップ3の中央部下面との間の領域が殆ど金属間化合物5aだけで接合された状態となる。これにより、半導体チップ3の中央部下の半田接合層5に対する熱劣化,亀裂の発生をより効果的に抑制することができる。なお、半田リフローで金属間化合物5aが十分に成長せずに半田層が残ったとしても、半導体装置の実使用時における熱履歴により金属間化合物5aの成長が進んで半導体チップ3の中央部下の接合層が全て金属間化合物となる。一方、前記凸部2b-1の外周側接合部では、凸部2b-1の上面域に比べて半田層が厚いので金属間化合物5aの成長は半田接合層5の一部に止まる。したがって、実使用時の温度サイクルに伴い外周部に集中する熱応力剪断応力は、金属間化合物5aに比べて延性の高い半田層で吸収緩和される。次に、本発明の請求項3に対応する実施例を図3に示す。この実施例では、回路パターン2bに形成した凸部2b-1と半導体チップ3の中央部下面との接合にナノ金属ペーストを適用し、該接合部を囲む外周部の接合には鉛フリー半田を適用して接合している。ここで、ナノ金属ペーストは、Ag,Cuなどの金属ナノ粒子,金属ナノ粒子が常温で凝集するのを抑制してナノ粒子を独立分散状態に保持する有機分散材バインダ,加熱により有機分散材と反応して金属ナノ粒子を裸にする分散材捕捉材、および加熱により前記分散材と分散材捕捉材との反応物質を捕捉して揮散する揮発性有機成分保護膜を混合した組成であり、ペーストを加熱することによりバインダ-保護膜間で化学反応が進行してナノ金属粒子が裸の状態になり、その表面活性によりナノ金属粒子間,ナノ金属粒子/接合部の母材回路パターン,半導体チップの金属メタライズ層間で低温焼結が進行して最終的に金属同士で直接接合される。そして、回路パターン2に半導体チップ3を接合する工程では、回路パターン2bの凸部2b-1上面にナノ金属ペーストをスクリ-ン印刷法などにより均一厚さに塗布し、その外周側には鉛フリー半田Sn-Ag系半田を凸部2b-1の段差分を含めた厚さに塗布しておく。次いで、半導体チップ3を重ね合わせた状態で加熱加熱温度:200~250°C程度し、加圧力を加えることにより、図示のように半導体チップ3の中央部下面と回路パターン2bの凸部2b-1との間がナノ金属粒子接合層8により、またその外周側が層の厚い半田接合層5で接合されるようになる。この接合構造によれば、半導体チップ3の中央部と回路パターン2bの凸部2b-1との間が伝熱抵抗の小さなナノ金属粒子接合層8を介して金属接合されるので、従来の半田接合構造で問題となっていた半導体チップ3の中央部下の半田接合層における熱劣化,亀裂の発生図5参照を防止し、また、その外周側は層厚の厚い半田接合層5で半導体チップ3/回路パターン2b間が接合されるので、先記の実施例1,2と同様に熱サイクルでフィレット部に集中する熱応力剪断応力が効果的に吸収緩和される。これにより、半導体装置として長期信頼性がより一層向上する。"