JP2005251856A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体素子と第３の金属体とを接合する第２の接合材が、接合時において、半導体素子の主電極から外側にはみ出すことによる半導体素子の動作不良を抑制することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体素子１と、半導体素子１の裏面２側に設けられた第１の金属体３と、半導体素子１の表面４側に設けられた第２の金属体５と、半導体素子１と第２の金属体５との間に設けられた第３の金属体６とを備えた半導体装置において、第３の金属体６の半導体素子１と対向する主表面２１の大きさを、半導体素子１の主電極１１と同じ、もしくはそれよりも小さくする。そして、第３の金属体６の側面２３に、第３の金属体６の半導体素子１の主電極１１と対向する面２１からその反対側の面２２にいたって、スリット（溝）６ａを設け、接合時に余剰となった第２の接合材を溜め込み、外側へのはみ出しを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は、半導体素子の両側を一対の金属体で挟んでなり、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置に関する。

図１４に従来における半導体装置の一例を示す。図１４では、半導体装置の断面構造を示している。図１４に示すように、従来より、半導体素子１と、半導体素子１の裏面２側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体３と、半導体素子１の表面４側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体５と、半導体素子１の表面４と第２の金属体５との間に設けられた第３の金属体６と、半導体素子１、第１の金属体３および第２の金属体５を包み込むように封止するモールド樹脂７とを備えた半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

第１の金属体３と半導体素子１は第１の接合材８により接合され、半導体素子１と第３の金属体６は第２の接合材９により接合され、第３の金属体６と第２の金属体５は第３の接合材１０により接合されている。また、第１〜第３の接合材８〜１０としては、例えば、半田が用いられている。

図１５（ａ）に、図１中の半導体素子１と第３の金属体６の平面拡大図を示し、図１５（ｂ）に、図１５（ａ）中の半導体素子１および第３の金属体６のＡ−Ａ’線断面図を示す。なお、図１５（ａ）は、図１４中の半導体装置を図中上方向から見たときの図であり、第３の接合材１０、第２の金属体５、モールド樹脂７が省略されている。

半導体素子１は、図１５（ｂ）に示すように、表面４に、主電極１１と、主電極１１の周辺の絶縁部１２が設けられている。その絶縁部１２にはボンディングパッド１３が設けられている。そして、ボンディングパッド１３は、図１４、１５に示すように、リードフレーム１４とボンディングワイヤ１５によりワイヤボンディングされている。また、主電極１１は、図１５（ｂ）に示すように、第２の接合材９を介して、第３の金属体６と接続されている。なお、第２の接合材９は、通常、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、主電極１１と同等の大きさか、もしくはそれよりも小さく、主電極１１より外側に、はみ出していない。
特開２００１−１５６２２５号公報

上記した構造の半導体装置は、例えば、以下のようにして製造される。

まず、第１の金属体３と半導体素子１と第３の金属体６とを接合する工程を行う。すなわち、第１の金属体３の上に、半田箔（第１の接合材８）と、半導体素子１と、半田箔（第２の接合材９）と、第３の金属体６とを積層する（図１４、１５参照）。なお、半田箔９は、半導体素子１の主電極１１と面積が同等もしくはそれよりも小さいものである。

その後、加熱装置（リフロー装置）を用いて加熱処理（リフロー処理）を施し、上記半田箔８、９を溶融させることで、第１の金属体３と半導体素子１、半導体素子１と第３の金属体６を接合する。このとき、第１の金属体３と第３の金属体６を押し合わせるように、第１の金属体３と第３の金属体６に対して、応力を加える。

そして、半導体素子１のボンディングパッド１３とリードフレーム１４とを、ボンディングワイヤ１５でワイヤボンディングする工程を行う。

次に、第３の金属体６に第２の金属体５を積層する工程を行う。すなわち、第３の金属体６の上に、半田箔（第３の接合材１０）と、第２の金属体５とを積層する（図１４参照）。

その後、第３の金属体６と第２の金属体５を接合する工程（最終的な全体の接合をする工程）を行う。すなわち、積層された第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５を、リフロー装置を用いてリフロー処理を施すことで、全体の温度を半田の融点以上の温度とし、上記半田箔８、９、１０を溶融させる。このときも、第１の金属体３と第２の金属体５を押し合わせるように、第１の金属体３と第２の金属体５に対して、応力を加える。

そして、全体の温度を半田の融点以下の温度とすることで、第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５を接合する。

続いて、接合された第１の金属体３、半導体素子１、第３の金属体６、第２の金属体５をモールド樹脂７により封止する工程を行う。以上の方法により、上記した構造の半導体装置が製造される。

しかし、この製造方法では、第１の金属と第３の金属とを接合する工程や、最終的な全体の接合の工程において、第１〜第３の接合材８〜１０の供給量を一定となるように制御しているが、接合時に第１の金属体３、第３の金属体６もしくは第２の金属体５から生じる圧力のばらつき等により、第１〜第３の接合材８〜１０がはみ出す場合がある。

例えば、最終的な全体の接合の工程において、第１〜第３の接合材８〜１０が均等に溶けず、第１〜第３の接合材８〜１０のうち、第２の接合材９が先に溶けた場合、第２の接合層９に強い圧力が加えられたのと同様の状態となる。このため、液状となった第２の接合層９が主電極１１よりも外側に広がり、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、主電極１１からはみ出ることがある。なお、図１６（ａ）、（ｂ）は、第２の接合材９がはみ出したときの様子を示す図である。

また、接合時に、各第１〜第３の接合材８〜１０、例えば、第２の接合材９の全体が均等に溶けず、片側から先に溶け始めた場合、その第２の接合材９の先に溶け始めた側が押しつぶされることで、液状となった第２の接合材９がはみ出すことが考えられる。

このような場合、特に、半導体素子１の上側に位置する第２の接合材９が主電極１１からはみ出す場合、以下のような問題が生じる。

（１）第２の接合材９が主電極１１の上から外側にはみ出し、図１６（ａ）、（ｂ）の領域Ｂに示すように、第２の接合材９ａがボンディングパッド１３まで到達した場合、ボンディングパッド１３と主電極１１とが短絡したり、ボンディングワイヤ１５同士が短絡したりする。このため、半導体素子１が動作不良となる。

（２）第２の接合材９が半導体素子上から外側にはみ出し、図１６（ａ）、（ｂ）の領域Ｃに示すように、第２の接合材９ｂが半導体素子１の側面を伝って、第１の金属体３の表面上に到達した場合、半導体素子１の裏面２と表面４とが短絡する。このため、半導体素子１が動作不良となる。

なお、上記した問題を防止する方法としては、半導体素子１における絶縁部１２の領域を広くすることで、主電極１１とボンディングパッド１３との間の絶縁性や、半導体素子１の裏面２と表面４との間の絶縁性を確保する方法が考えられる。しかし、この方法では、半導体素子１のサイズが必要以上に大きくなるため、好ましくない。

本発明は、上記点に鑑み、半導体素子１と第３の金属体６とを接合する第２の接合材９が、半導体素子１の主電極１１から外側にはみ出すことによる半導体素子１の動作不良を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第３の金属体（６）に、半導体素子（１）と対向する面（２１）に、窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、半導体装置の製造において、半導体素子と第１の金属体とを流動性のある第２の接合材で接合するとき、第２の接合材に余剰分が生じても、その余剰分が半導体素子１からはみ出る前に、その余剰分を第３の金属体の窪みに溜め込むことができる。

これにより、接合時において、第２の接合材が半導体素子の主電極上から外側にはみ出るのを抑制することができる。この結果、接合時において、第２の接合材が半導体素子の主電極上から外側にはみ出すことによる半導体素子の動作不良の発生を抑制することができる。

なお、窪みの配置場所は、第３の金属体の半導体素子と対向する面（２１）、言い換えると、第３の金属体の半導体素子と接続される面内であれば、どの場所でも良い。例えば、第３の金属体の半導体素子と対向する面の全面や、その面の中央部や、請求項２に示すように、その面の外周部に、窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）を配置することもできる。また、第３の金属体における外周の全域やその一部に窪みを配置することができる。

また、請求項３に示すように、第３の金属体（６）の半導体素子（１）と対向する面（２１）の最外周であって、第３の金属体（６）の側面（２３）に沿って、窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）を形成することもできる。

また、請求項４に示すように、窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）を構成する面（２４、２５ａ、２５ｂ）における半田の濡れ性を、第３の金属体（６）の半導体素子（１）と接合される面（２１）における半田の濡れ性と同等、もしくはそれよりも高くすることが好ましい。窪みに半田が流れ込みやすくするためである。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態の第１の例における半導体装置の一部を示す。図１（ａ）は、半導体素子１と第３の金属体６との接合面に対して垂直な方向からこれらを見た図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の半導体素子１と第１の金属体３のＤ−Ｄ’線断面図である。なお、図１は図１５に対応する図であり、図１では、図１５と同様の構造部に、図１５と同一の符号を付している。

本実施形態の半導体装置は、第３の金属体６の構造のみが、図１４、１５に示す従来の半導体装置と異なるものであり、他の構造部については、図１４、１５に示す従来の半導体装置と同様である。したがって、以下では、主に第３の金属体６について説明し、他の構造部については、説明を一部省略する。

第３の金属体６は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、向かい合う一組の略正方形形状の主表面２１、２２と、向かい合う二組の長方形形状の側面２３とを有する直方体形状である。第３の金属体６における主表面２１、２２の形状が略正方形となっているのは、半導体素子１の主電極１１の形状が略正方形だからである。なお、側面２３は、主表面２１、２２に対して垂直となっている。

なお、図１（ａ）では、第３の金属体６における主表面２１、２２の形状は略正方形であるが、主電極１１の形状が他の形状の場合、主電極１１の形状に合わせて、主表面２１、２２の形状を他の形状とすることもできる。側面２３の形状についても同様に他の形状とすることもできる。

第３の金属体６の主表面２１、２２は、図１（ａ）に示すように、主電極１１よりも一回り小さくなっている。主表面２１、２２の大きさは、主電極１１に対する比が１もしくはそれよりも小さくなっていれば良い。

第３の金属体６における主表面２１、２２のうち、半導体素子１の主電極１１と対向する面２１が、第２の接合材９を介して、主電極１１と接続されている。

第３の金属体６の４つの側面２３には、複数のスリット（溝）６ａが形成されている。このスリット６ａが本発明の窪みに相当する。スリット６ａは、図１（ａ）に示すように、主表面２１、２２に対して垂直な方向から見たとき、３辺（３面）２４、２５ａ、２５ｂから構成されており、各辺２４、２５ａ、２５ｂ同士がなす角が例えば９０°である四角形形状となっている。また、１つのスリット６ａは、第３の金属体６における半導体素子１の主電極１１と対向する面２１から、その面の反対側の面２２にいたって、側面２３に形成されている。

すなわち、第３の金属体６において、半導体素子１に対向する主表面２１と、第２の金属体５に対向する主表面２２との両方の面は、図１（ａ）に示すように、四角形をなすように配置された３辺２４、２５ａ、２５ｂを有している。そして、図示しないが、これらの３辺（３面）２４、２５ａ、２５ｂは、それぞれ四角形の面であり、これらの面２４、２５ａ、２５ｂによって、スリット６ａが構成されている。

また、スリット６ａは、所定の間隔Ｉで、各側面２３に配置されており、第３の金属体６の外周全域に配置された状態となっている。

第３の金属体６は、例えば、金メッキが施された銅により構成されている。そして、スリット６ａを構成する面２４、２５にも、金メッキが施されている。このように、金メッキが施されることで、銅の酸化による半田の濡れ性の悪化が抑制される。また、金は半田の濡れ性が高い。したがって、第３の金属体６の主電極１１と対向する面２１と、スリット６ａを構成する面２４、２５とは、ともに半田の濡れ性が高くなっている。

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態における半導体装置の製造方法は、上記した構造の第３の金属体６を用意する点を除いて、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した製造方法と同様である。したがって、第３の金属体６の形成方法のみを説明する。

上記した形状の第３の金属体６の形成方法としては、例えば、銅板を型で打ち抜くことで、図１（ａ）に示す形状の第３の金属体６を形成する方法を採用することができる。他にも、例えば、一度、直方体に成形された第３の金属体６を用意し、この第３の金属体６に、加工具を押し当てたり、切削具で削りとったりすることで、側面２３にスリット６ａを形成する方法を採用することもできる。そして、図１に示す形状の第３の金属体６に対して金メッキを施す。

本実施形態では、以上説明したように、第３の金属体６の主表面２１、２２は、半導体素子１の主電極１１よりも面積が小さくなっている。そして、第３の金属体６の外周全域にスリット６ａが形成されている。すなわち、第３の金属体６の主表面２１、２２のうち、半導体素子１の主電極１１と対向する面２１であって、その面２１の最外周の領域から、側面２３に沿って窪み６ａが形成されている。

このため、半導体装置の製造の際、第１の金属３と第３の金属６とを接合する工程や、最終的な全体の接合の工程において、半導体素子１と第３の金属体６との間の第２の接合材（例えば、半田）９が熱により溶け、液状となった場合であって、第１の金属体３等から生じた圧力のばらつきによって、半田９に余剰分が生じたとき、その余剰分は第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１からスリット６ａに流れ込む。これにより、図１（ｂ）に示すように、半田９の余剰分９ｃをスリット６ａの内部に蓄えることができる。

半田９の余剰分９ｃをスリット６ａの内部に蓄えることに関して、本実施形態では、以下のことが言える。図１４、１５に示す従来の半導体装置のように第３の金属体６の側面が平面である場合と比較して、スリット６ａが形成されていることから、第３の金属体６の沿面距離（側面の表面積）が増加している。そして、スリット６ａを構成する面２４、２５は、第３の金属体６の主電極１１と対向する面２１と同様に、半田の濡れ性が高くなっている。また、一般に、溶けて液状となった半田は、濡れ性の高い面に沿って流れることが知られている。

したがって、本実施形態では、第３の金属体６の側面２３は、図１４、１５に示す従来の半導体装置と比較して、半田が濡れることができる領域が増加している。このため、余剰分の半田９ｃが、スリット６ａを構成する面２４、２５に沿って、はい上がりやすくなっている。すなわち、余剰分の半田９ｃがスリット６ａの内部に流れ込みやすくなっている。

また、本実施形態では、このスリット６ａが細い管のように機能するため、第３の金属体６のスリット６ａの内部に、毛管現象により、液状となった半田が流れる。このことからも、余剰分の半田９ｃが、スリット６ａの内部に流れ込みやすくなっている。

この結果、接合の工程において、第２の接合材９が半導体素子１の主電極１１の上から外側にはみ出るのを抑制することができる。このため、接合の工程において、第２の接合材９が半導体素子１の主電極上や、半導体素子１の表面４の上から外側にはみ出すことによる半導体素子１の動作不良の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、第３の金属体６の半導体素子１に対向する面２１のうち、外周部にのみ窪み（スリット）６ａが形成されている。

半導体素子１と第３の金属体６とが接合される工程では、半導体素子１と第３の金属体６との間に配置される半田箔９が熱により溶かされることで、液状となった半田９が第３の金属体６に対して濡れることで、半田により半導体素子１と第３の金属体６とが接合される。

かりに、第３の金属体６の半導体素子１に対向する面２１のうち、中央部にも窪み６ａが形成されている場合、液状となった半田９が先に窪み６ａに流れ込む。この場合、第３の金属体６の半導体素子１に対向する面２１の全域に半田が行き渡らないおそれが生じる。

これに対して、本実施形態では、第３の金属体６の外周にのみ窪み６ａが配置されているので、上記した問題の発生を抑制することができる。すなわち、本実施形態では、第３の金属体６の半導体素子１に対向する面２１の全域に半田が行き渡った後、半田９の余剰分９ｃが半導体素子１からはみ出る前に、半田９の余剰分９ｃを窪み６ａに流れ込ませることができる。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、本実施形態の第２、３、４の例における第３の金属体６の形状を示す。これらの図は、図１（ａ）中の一点鎖線で囲まれた領域における主電極１１と第３の金属体６に相当する図である。

図１（ａ）では、第３の金属体６の主表面２１、２２に対して垂直な方向からスリット６ａを見たときのスリット６ａの形状を、３辺２４、２５により構成された四角形形状とした場合を示しているが、スリット６ａの形状を他の形状とすることもできる。

すなわち、図２（ａ）に示すように、スリット６ａを２辺２６、２７で構成し、三角形状とすることもできる。また、図２（ｂ）に示すように、スリット６ａを４辺２８、２９、３０、３１で構成し、五角形形状とすることもできる。なお、４辺に限らず、スリット６ａを複数の辺で構成し、多角形形状とすることができる。

また、図２（ｃ）に示すように、スリット６ａを曲線状の１辺３２で構成し、Ｕ字型形状とすることもできる。

なお、スリット６ａの形状は、半田を蓄えるという観点から、スリット６ａを構成する面全体の表面積が大きくなり、加工性の観点から加工しやすい形状となるように、適宜選択されるものである。

また、本実施形態では、第３の金属体６の外周全域に複数のスリット６ａを配置する場合を例として説明したが、第３の金属体６の外周の一部にスリット６ａを配置することもできる。例えば、４つの側面２３のうち、２つの側面２３にのみスリット６ａを配置することもできる。

また、本実施形態では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、スリット６ａが、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１からその反対側の主表面２２にいたって、側面２３に形成されている場合を説明したが、必ずしも、反対側の主表面２２にいたってスリット６ａが形成されていなくても良い。第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１から側面２３に沿ってスリット６ａが形成されていれば良く、スリット６ａの形状を、以下に説明する形状にすることもできる。

図３に、本実施形態の第５の例における半導体装置の断面構成を示す。図３は、図１（ｂ）に対応する図であり、図１に示されるスリット６ａの変形例を示す図である。例えば、図３に示すように、スリット６ａの深さＴを、第３の金属体６における主表面２１、２２に対して垂直な方向の厚さよりも小さくすることもできる。このように、半導体素子１に対向する主表面２１からの深さＴを適宜選択することができる。

ここで、スリット６ａが、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１からその反対側の主表面２２にいたって、側面２３に形成されている場合では、最終的な全体の接合工程において、第３の金属体６と第２の金属体５との間に配置された第３の接合材（例えば半田）１０が液状となったとき、第３の接合材１０がスリット６ａを伝って、濡れ落ちるおそれがある。そして、第３の接合材１０が濡れ落ちると、第２の接合材９の量が増加する。このため、第２の接合材９が半導体素子１の主電極１１から外側にはみ出すおそれがある。

これに対して、第５の例では、図３に示すように、第３の金属体６の主表面２１、２２のうち、第２の金属体５に対向する面２２まで、スリット６ａが到達していない。このため、最終的な全体の接合工程において、第３の接合材１０がスリット６ａを伝って、濡れ落ちるのを防ぐことができる。

図４、５に、本実施形態の第６、７の例における第３の金属体６の形状を示す。各図の（ａ）は、図１（ａ）中の一点鎖線で囲まれた領域における主電極１１と第３の金属体６に相当する図であり、各図の（ｂ）は、各図の（ａ）中のＥ−Ｅ’線断面図であり、各図の（ｃ）は、各図の（ａ）の第３の金属体６等を矢印Ｆの方向で見たときにおける第３の金属体６等の側面図である。各図の（ｄ）は、スリット６ａの形状を説明するための第３の金属体６の斜視図であり、図（ｄ）では、便宜上、１つのスリット６ａのみ示している。

なお、図４は、図１に示されるスリット６ａの変形例を示す図であり、図５は、図２（ａ）に示されるスリット６ａの変形例を示す図である。また、これらの図では、図１と同様の構成部には、図１と同じ符号を付している。

第１の例では、スリット６ａを構成する３面２４、２５ａ、２５ｂの形状は、全て四角形であったが、第６の例では、図４（ｄ）に示すように、スリット６ａを構成する３面２４、２５ａ、２５ｂのうち、対向する２面２５ａ、２５ｂの形状を直角三角形とすることもできる。

第６の例では、図４（ａ）、（ｄ）に示すように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１において、スリット６ａを構成する３辺（３面）２４、２５ａ、２５ｂが四角形形状に配置されている。

また、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、形状が直角三角形である２面２５ａ、２５ｂの頂点２５ｃ、２５ｄは、第３の金属体６の第２の金属体５に対向する主表面２２の一辺に位置している。すなわち、スリット６ａの深さＴは、第３の金属体６の厚さと同じ大きさである。

このように、第６の例では、スリット６ａは、第３の金属体６の第２の金属体５に対向する主表面２２に到達していない。したがって、第６の例においても、第５の例と同様の効果を有している。

また、第７の例では、図５（ａ）、（ｄ）に示すように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１において、スリット６ａを構成する２辺（２面）２６、２７が３角形形状をなすように配置されている。

そして、２面２６、２７の形状は、図５（ｄ）に示すように、三角形形状である。そして、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、２面２６、２７の頂点２６ａ、２７ａも、第３の金属体６の第２の金属体５に対向する主表面２２の一辺に位置している。

したがって、第７の例においても、スリット６ａは、第３の金属体６の第２の金属体５に対向する主表面２２に到達していないため、第５の例と同様の効果を有している。

なお、第６、第７の例では、スリット６ａを構成する三角形形状の面の頂点２５ｃ、２５ｄ、２６ａ、２７ａが、第３の金属体６の第２の金属体５に対向する主表面２２の一辺に位置し、スリット６ａの深さＴが、第３の金属体６の厚さと同じ大きさである場合を例として説明したが、スリット６ａの深さＴが、第３の金属体６の厚さよりも小さくなるように、頂点２５ｃ、２５ｄ、２６ａ、２７ａを第３の金属体６の側面２３内に配置することもできる。すなわち、第６、第７の例において、スリット６ａを構成する三角形形状の面２５ａ、２５ｂ、２６、２７の斜辺２５ｅ、２５ｆ、２６ｂ、２７ｂの長さを、図４、５に示すときよりも短くすることもできる。

また、スリット６ａの開口幅Ｗ、高さ（奥行き）Ｈ、隣り合うスリット６ａ同士の間隔Ｉにおいても、これらの必要な大きさは、使用する接合剤の濡れ性や、接合条件、第３の金属体６に施す金メッキ等の表面処理の状態等によって異なるため、使用する接合剤の種類等や接合条件等に応じて、適宜選択することができる。

また、本実施形態では、スリット６ａを構成する面２３〜３２の半田の濡れ性が、第３の金属体６の半導体素子１と対向する主表面２１の濡れ性と同等の場合を例として説明したが、スリット６ａに余剰分の半田９ｃをより溜め込み易くするという観点から、スリット６ａを構成する面２３〜３２の半田の濡れ性を主表面２１の濡れ性よりも高くすることもできる。

（第２実施形態）
図６に、本発明の第２実施形態の第１の例における半導体装置の一部を示す。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、（ｂ）に対応する図である。

第１実施形態では、第３の金属体６の側面２３にスリット６ａを設けた場合を説明したが、本実施形態のように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の外周部（側面２３よりもやや内側の部分）に、複数のホール６ｂを設けることもできる。なお、このホール６ｂが本発明の窪みに相当する。

ホール６ｂは、図６（ａ）に示すように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１において、外周付近に沿うように形成された円（真円）筒形状の孔である。本明細書で言うホールとは、図６（ａ）に示すように、縦横の幅Ｗがほぼ同等であるものを言う。また、ホール６ｂは、図６（ｂ）に示すように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１からその反対側の主表面２２まで貫通している。

このように、第３の金属体６にホール６ｂを設けても、第１実施形態と同様の効果を有する。

この場合においても、ホール６ｂの幅Ｗ、ホール６ｂの深さＴ、隣り合うホール６ｂ同士の間隔Ｉを、使用する接合剤の種類等や接合条件等に応じて、適宜選択することができる。

図７に、本発明の第２実施形態の第２の例における半導体装置の一部を示す。図７は、図１（ａ）に対応する図である。図７に示すように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の全面に、ホール６ｂを配置することもできる。

また、図示しないが、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の中央部のみにホール６ｂを設けることもできる。このように、ホール６ｂの数や、ホール６ｂの配置場所を、適宜選択することができる。

ただし、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の中央部にのみ、ホール６ｂが配置されている場合、以下の問題が生じる。接合の工程において、半田箔９の大きさが、第３の金属体６よりも小さい場合、熱により液状となった半田９が第３の金属体６の外周側に流れる前に、ホール６ｂの内部に半田９が流れ込む。このとき、十分に温度が高く、半田が溶融し、半田が第３の金属体６に十分に濡れた状態であれば、第３の金属体６の主表面２１の全体に半田が行き渡るが、そうでない場合、主表面２１の最外周まで半田９が到達しないおそれがある。

したがって、第３の金属体６の主表面２１の最外周まで半田を確実に到達させるという観点では、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１において、その面の外周部にホール６ｂを配置することが好ましい。

また、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の中央部にも、ホール６ｂを配置した場合であって、そのホール６ｂが主表面２１、２２を貫通していない深さＴである場合、ホール６ｂが深いと、ホール６ｂの内部に半田が行き渡らず、ボイドとして残ってしまうおそれがある。ボイドが存在すると、それが原因となって第３の金属体６と第２の接合材（半田）９とが剥離するおそれがある。

このため、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の中央部に、ホール６ｂを配置する場合では、そのホール６ｂの深さＴを浅くすることが好ましい。

ところで、通常、接合工程では、常圧環境下でリフロー処理を施す。しかし、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１の中央部、または外周部に主表面２１、２２を貫通していないホール６ｂを配置する場合では、減圧環境下でのリフロー処理が可能である装置を用いて、第３の金属体６と半導体素子１の間の半田等に対して、減圧環境下でリフロー処理を施すこともできる。これにより、ボイド残りを軽減することができる。

なお、図６、７では、第１の金属体３の主表面２１、２２に対して垂直な方向から見たときのホール６ｂの形状を、真円としていたが、真円に限らず、楕円や変形円とすることもできる。また、図８に示すように、四角形とすることもできる。図８は、本実施形態の第３の例における半導体装置の第３の金属体６を示す図である。また、ホール６ｂの形状を、四角形に限らず、多角形等他の形状とすることもできる。

（第３実施形態）
図９に、本発明の第３実施形態の第１の例における半導体装置の一部を示す。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、（ｂ）に対応する図である。

本実施形態のように、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１において、第３の金属体６の外周付近に溝６ｃを設けることもできる。本実施形態では、この溝６ｃが本発明の窪みに相当する。

溝６ｃは、図９（ａ）に示すように、第３の金属体６の主表面２１であって、外周部に、側面２３に沿って形成された細長い窪みである。本明細書で言う溝とは、図９（ａ）に示すように、縦横の長さが同じでないものを意味する。溝６ｃは、連なった状態で、外周部の全域に配置されている。溝６ｃは、第１の金属体３の主表面２１における最外周（側面２３）よりもやや内側に配置されている。

また、図９（ｂ）に示すように、溝６ｃの断面形状は、３辺で構成された四角形となっている。また、溝６ｃは、所定の深さＴとなっている。本実施形態においても、溝６ｃを有していることから、第１実施形態と同様の効果を有している。

なお、本実施形態においても、溝６ｃの幅Ｗや、深さＴを、必要に応じて適宜選択することができる。また、図示しないが、溝６ｃの断面形状を４辺で構成した五角形形状とすることもできる。また、４辺に限らず溝６ｃの断面形状を複数の辺で構成した多角形形状とすることもできる。

図１０（ａ）、（ｂ）に、本実施形態の第２の例における半導体装置の一部を示す。図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、（ｂ）に対応する図である。溝６ｃの断面形状としては、図１０（ｂ）に示すように、溝６ｃの角に丸みを付けたＵ字型形状とすることもできる。

図１１（ａ）、（ｂ）に、本実施形態の第３の例における半導体装置の一部を示す。図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、（ｂ）に対応する図である。図１１に示すように、溝６ｃを、第３の金属体６の主表面２１の最外周に配置することもできる。すなわち、第３の金属体６の主表面２１から側面２３に渡って溝６ｃを形成することもできる。

なお、本実施形態では、第３の金属体６の半導体素子１に対向する主表面２１において、外周部にのみ、溝６ｃを配置する場合を説明したが、中央部に溝６ｃを配置することもできる。例えば、溝６ｃを同心円状に複数配置することで、主表面２１の全面に溝６ｃを配置することもできる。

また、本実施形態では、外周部に１つの連なった溝６ｃを配置する場合を例として説明したが、溝６ｃ（第３の金属体６の主表面に対して垂直な方向から見たときの形状が細長い窪み）を、外周部に複数配置することもできる。例えば、第３の金属体６の主表面２１が四角形であるとき、図示しないが、４つの辺のそれぞれに沿った直線状の溝を外周部に４つ配置することもできる。
（第４実施形態）
図１２、１３に、本発明の第４実施形態における半導体装置を示す。図１２は、半導体装置の断面構成を示す図である。図１３は、半導体素子１と第３の金属体６との接合面に対して垂直な方向からこれらを見た図であり、図１（ａ）に対応する図である。なお、図１２では、図１４と同様の構成部に、図１４と同じ符号を付している。

上記した各実施形態では、１つの半導体素子１を用いた半導体装置を例として説明したが、図１２に示すように、２つの半導体素子１を用いた半導体装置においても、本発明を適用することができる。

図１２、１３に示すように、この半導体装置では、２つの半導体素子１ａ、１ｂは、サイズが異なっている。第３の金属体６は、２つの半導体素子１ａ、１ｂを覆うことができる大きさとなっている。２つの半導体素子１ａ、１ｂに対して、１つの第３の金属体６が半導体素子１の主電極１１と接続されている。なお、図１３中の破線を斜めに付している領域が半導体素子１の主電極１１である。

図１３に示すように、第３の金属体６では、図中左側の部分が、大きい方の半導体素子１ａにおける主電極１１と同じ形状となっている。そして、第３の金属体６における図中左側の部分には、第１実施形態と同様に、側面２３ａ、２３ｂ、２３ｃにスリット６ａが形成されている。また、第３の金属体６における主表面２１のうち、主電極１１と対向する領域とそうでない領域との境に、第３実施形態と同様に、直線状の溝６ｃが形成されている。なお、第３の金属体６の図中左側における溝６ｃの位置は、主電極１１よりも図中右側に位置しており、主電極１１に対向する領域の外側に位置している。

一方、第３の金属体６における図１３中右側の部分は、側面２３ａ、２３ｄのうち、小さい方の半導体素子１ｂの上側に位置する部分に、スリット６ａが形成されており、第３の金属体６における主表面２１のうち、主電極１１と対向する領域とそうでない領域との境に、溝６ｃが形成されている。なお、第３の金属体６の図中右側における溝６ｃは、小さな半導体素子１ｂの主電極１１に対向する領域内に配置されている。

このように、２つの半導体素子１を用い、これらに１つの第３の金属体６を接合させる半導体装置においても、第３の金属体６にスリット６ａや溝６ｃを設けることで、第１実施形態と同様の効果を持たせることができる。

なお、本実施形態では、サイズが異なる２つの半導体素子１ａ、２ｂを用いる場合を例として説明したが、同じ大きさの２つの半導体素子１ａ、２ｂを用いることもできる。また、本実施形態では、２つの半導体素子１ａ、１ｂを用いる場合を例として説明したが、半導体素子１の数は２つに限らず、半導体素子１の数を１つ、３つ、４つ等他の数とすることもできる。

また、半導体素子１を３つ以上用いる場合では、全ての半導体素子１を１つの第３の金属体６に接合させたり、全ての半導体素子ではないが、複数の半導体素子１を１つの第３の金属体６に接合させたりすることができる。後者の例としては、半導体素子１を３つ用いる場合、２つの半導体素子１を１つの第３の金属体６と接合させ、残りの１つの半導体素子１を他の第３の金属体６と接合させることもできる。すなわち、３つの半導体素子１に対して、２つの第３の金属体６を用いることもできる。

また、半導体素子１を４つ用いる場合では、２つの第３の金属体６を用い、それぞれの第３の金属体６に対して接合される半導体素子１の数の比を、２：２や、３：１とすることもできる。

このように１つ、または、複数の半導体素子１を用い、これらに１つ、または、複数の第３の金属体６を接合させる半導体装置においても、第３の金属体６にスリット６ａや溝６ｃを設けることで、第１実施形態と同様の効果を持たせることができる。
（他の実施形態）
第１〜第３実施形態では、第３の金属体６に設けられた窪み６ａ、６ｂ、６ｃの形状についてそれぞれ説明したが、各実施形態で説明した窪み６ａ、６ｂ、６ｃを、第４実施形態のように、組み合わせることもできる。すなわち、第３の金属体６に、スリット６ａとホール６ｂ、スリット６ａと溝６ｃ、スリット６ａとホール６ｂと溝６ｃ等の複数の種類の窪み６ａ、６ｂ、６ｃを設けることもできる。

また、上記した各実施形態では、接合材８、９、１０として、半田を用いる場合を例として説明したが、充分な導電性と接合強度、耐熱温度を有する材料であれば、接合材８、９、１０として他の材料を用いることもできる。したがって、接合材８、９、１０に用いる材料については、用途、使用環境に応じて適宜、選択することができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態の第１の例における半導体装置の半導体素子１と第３の金属体６とを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の半導体素子１および第３の金属体６のＤ−Ｄ’線断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１実施形態の第２、３、４の例における半導体装置の第３の金属体６の一部を示す平面図である。 本実施形態の第５の例における半導体装置の断面図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態の第６の例における半導体装置の第３の金属体６の一部を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＥ−Ｅ’線断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の第３の金属体６等を矢印Ｆの方向で見たときにおける第３の金属体６等の側面図であり、（ｄ）は、スリット６ａの形状を説明するための第３の金属体６の斜視図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態の第７の例における半導体装置の第３の金属体６の一部を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＥ−Ｅ’線断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の第３の金属体６等を矢印Ｆの方向で見たときにおける第３の金属体６等の側面図であり、（ｄ）は、スリット６ａの形状を説明するための第３の金属体６の斜視図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態の第１の例における半導体装置の半導体素子１と第３の金属体６とを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の半導体素子１および第３の金属体６のＤ−Ｄ’線断面図である。 本発明の第２実施形態の第２の例における半導体装置の半導体素子１と第３の金属体６とを示す平面図である。 本発明の第２実施形態の第３の例における半導体装置の第３の金属体６の一部を示す平面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の第１の例における半導体装置の半導体素子１と第３の金属体６とを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の半導体素子１および第３の金属体６のＤ−Ｄ’線断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の第２の例における半導体装置の第３の金属体６の一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の第３の金属体６の断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の第３の例における半導体装置の第３の金属体６の一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の第３の金属体６の断面図である。 本発明の第４実施形態における半導体装置の断面構成を示す図である。 図１２中の半導体装置の半導体素子１と第３の金属体６の平面図である。 従来における半導体装置の断面構成を示す図である。 図１４中の半導体装置の半導体素子１と第３の金属体６とを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の半導体素子１および第３の金属体６のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は、図１４の半導体装置において、第２の接合材９がはみ出したときにおける半導体素子１と第３の金属体６とを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の半導体素子１および第３の金属体６のＡ−Ａ’線断面図である。

符号の説明

１…半導体素子、３…第１の金属体、５…第２の金属体、
６…第３の金属体、６ａ…スリット、６ｂ…ホール、６ｃ…溝、
７…モールド樹脂、８…第１の接合材、９…第２の接合材、
１０…第３の接合材、１１…半導体素子表面の主電極、
１２…半導体素子表面の絶縁部、１３…ボンディングパッド、
１４…リードフレーム、１５…ボンディングワイヤ。

Claims (4)

1. 半導体素子（１）と、前記半導体素子（１）の裏面（２）側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体（３）と、前記半導体素子（１）の表面（４）側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体（５）と、前記半導体素子（１）の前記表面（４）と前記第２の金属体（５）との間に設けられた第３の金属体（６）と、前記半導体素子（１）、前記第１の金属体（３）、前記第２の金属体（５）、前記第３の金属体（６）を封止するモールド樹脂（７）とを備えた半導体装置において、
   前記第３の金属体（６）は、前記半導体素子（１）と対向する面（２１）に、窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）を有していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）は、前記第３の金属体（６）の前記半導体素子（１）と対向する面（２１）の外周部にのみ配置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。
3. 前記第３の金属体（６）は、前記半導体素子（１）と対向する面（２１）と、前記第２の金属体（５）と対向する面（２２）との間に位置する側面（２３）を有しており、前記窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）は、前記第３の金属体（６）の前記半導体素子（１）と対向する面（２１）の最外周であって、前記第３の金属体（６）の前記側面（２３）に沿って、形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子（１）と前記第３の金属体（６）は、半田により接合されており、前記第３の金属体（６）は、前記窪み（６ａ、６ｂ、６ｃ）を構成する面（２４、２５ａ、２５ｂ）における半田の濡れ性が、前記第３の金属体（６）の前記半導体素子（１）と接合される面（２１）における半田の濡れ性と同等、もしくはそれよりも高いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
   

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