JP2009188164A

JP2009188164A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2009188164A
Application number: JP2008026268A
Authority: JP
Inventors: Koji Nemoto; 康志根本; Tsutomu Hayasaka; 力早坂
Original assignee: Nihon Inter Electronics Corp
Current assignee: Nihon Inter Electronics Corp
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】半田層3の剥離のおそれを低減しつつ、半導体チップ2の放熱性を向上させる。
【解決手段】セラミック基板1aの両面に導体パターン1b,1cが形成されている絶縁基板1を有し、上面側導体パターン1bに半導体チップ2を搭載し、半田層3を介して下面側導体パターン1cと放熱板4とを接合した半導体装置において、放熱板4の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン1cの４個のコーナー部1c1,1c2,1c3,1c4に対応する位置に概略「く」形状の凹部4aを形成し、半田層3のうち、凹部4aが形成されている部分3aの厚さT3aを、凹部4aが形成されていない部分3bの厚さT3bより厚くし、凹部4aの内縁部4a1を、導体パターン1cの外縁部1c5より内側に配置しかつ半導体チップ2の外縁部2aより外側に配置し、凹部4aの外縁部4a2を導体パターン1cの外縁部1c5より外側に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック基板の上面および下面に導体パターンを形成することにより構成された絶縁基板を具備し、上面側導体パターンの上面に半導体チップを搭載し、半田層を介して下面側導体パターンの下面と放熱板の上面とを接合した半導体装置に関する。

特に、本発明は、下面側導体パターンと放熱板との間の半田層が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減しつつ、半導体チップが発生した熱の放熱性を向上させることができる半導体装置に関する。

従来から、セラミック基板の上面および下面に導体パターンを形成することにより構成された絶縁基板を具備し、上面側導体パターンの上面に半導体チップを搭載し、半田層を介して下面側導体パターンの下面と放熱板の上面とを接合した半導体装置が知られている。この種の半導体装置の例としては、例えば特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載されたものがある。

特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載された半導体装置では、半導体チップが発生した熱が、上面側導体パターン、セラミック基板、下面側導体パターンおよび半田層を介して放熱板に伝熱され、放熱板から放熱される。

詳細には、特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載された半導体装置では、下面側導体パターンと放熱板との間の半田層の厚さを薄くすることにより、半田層の熱抵抗を低減することができ、それにより、半導体チップから放熱板への伝熱性を向上させることができ、その結果、半導体チップが発生した熱の放熱性を向上させることができると考えられる。

ところで、特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載された半導体装置では、半田層の上側に位置するセラミック基板の熱膨張係数と、半田層の下側に位置する放熱板の熱膨張係数とが異なる。そのため、特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載された半導体装置では、半導体装置のヒートサイクル時に、セラミック基板と放熱板との間に位置する半田層に熱応力がかかると考えられる。

従って、特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載された半導体装置では、下面側導体パターンと放熱板との間の半田層の厚さを薄くすると、半導体チップが発生した熱の放熱性を向上させることができるものの、半導体装置のヒートサイクル時に、半田層のうち、特に、概略長方形の下面側導体パターンの４個のコーナー部と放熱板とを接合している部分にかかる熱応力が大きくなり、その部分が剥離するおそれが増大してしまう。

一方、特開２００７−１２７２５号公報の図４に記載された半導体装置では、下面側導体パターンと放熱板との間の半田層の厚さを厚くすると、熱応力によって半田層が剥離してしまうおそれを低減することができるものの、半導体チップが発生した熱の放熱性が低下してしまう。

特開２００７−１２７２５号公報の図４

前記問題点に鑑み、本発明は、下面側導体パターンと放熱板との間の半田層が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減しつつ、半導体チップが発生した熱の放熱性を向上させ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。

請求項１に記載の発明によれば、セラミック基板（１ａ）の上面に上面側導体パターン（１ｂ）を形成すると共に、セラミック基板（１ａ）の下面に下面側導体パターン（１ｃ）を形成することにより構成された絶縁基板（１）を具備し、上面側導体パターン（１ｂ）の上面に半導体チップ（２）を搭載し、半田層（３）を介して下面側導体パターン（１ｃ）の下面と放熱板（４）の上面とを接合した半導体装置において、放熱板（４）の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の４個のコーナー部（１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４）に対応する位置に概略「く」形状の凹部（４ａ）を形成し、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されている部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）を、凹部（４ａ）が形成されていない部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）よりも厚くし、凹部（４ａ）の内縁部（４ａ１）を、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも内側に配置すると共に、半導体チップ（２）の外縁部（２ａ）よりも外側に配置し、凹部（４ａ）の外縁部（４ａ２）を下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも外側に配置したことを特徴とする半導体装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されている部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）を２２０〜２５０μｍに設定し、半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されていない部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）を２０〜５０μｍに設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、約０．２ｍｍの深さ（Ｄ４ａ）を有する凹部（４ａ）をプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置が提供される。

請求項４に記載の発明によれば、セラミック基板（１ａ）の上面に上面側導体パターン（１ｂ）を形成すると共に、セラミック基板（１ａ）の下面に下面側導体パターン（１ｃ）を形成することにより構成された絶縁基板（１）を具備し、上面側導体パターン（１ｂ）の上面に半導体チップ（２）を搭載し、半田層（３）を介して下面側導体パターン（１ｃ）の下面と放熱板（４）の上面とを接合した半導体装置において、放熱板（４）の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）に対応する位置に概略長方形のフレーム形状の凹部（１４ａ）を形成し、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されている部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）を、凹部（１４ａ）が形成されていない部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）よりも厚くし、凹部（１４ａ）の内縁部（１４ａ１）を、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも内側に配置すると共に、半導体チップ（２）の外縁部（２ａ）よりも外側に配置し、凹部（１４ａ）の外縁部（１４ａ２）を下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも外側に配置したことを特徴とする半導体装置が提供される。

請求項５に記載の発明によれば、半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されている部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）を２２０〜２５０μｍに設定し、半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されていない部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）を２０〜５０μｍに設定したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置が提供される。

請求項６に記載の発明によれば、約０．２ｍｍの深さ（Ｄ１４ａ）を有する凹部（１４ａ）をプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体装置が提供される。

請求項１及び２に記載の半導体装置では、セラミック基板（１ａ）の上面に上面側導体パターン（１ｂ）を形成すると共に、セラミック基板（１ａ）の下面に下面側導体パターン（１ｃ）を形成することにより構成された絶縁基板（１）が設けられている。また、半導体チップ（２）が上面側導体パターン（１ｂ）の上面に搭載されている。更に、下面側導体パターン（１ｃ）の下面と、放熱板（４）の上面とが、半田層（３）を介して接合されている。

また、請求項１及び２に記載の半導体装置では、放熱板（４）の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の４個のコーナー部（１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４）に対応する位置に概略「く」形状の凹部（４ａ）が形成されている。更に、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されている部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）が、凹部（４ａ）が形成されていない部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）よりも厚くされている。

更に、請求項１及び２に記載の半導体装置では、凹部（４ａ）の内縁部（４ａ１）が、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも内側に配置されている。また、凹部（４ａ）の内縁部（４ａ１）が、半導体チップ（２）の外縁部（２ａ）よりも外側に配置されている。更に、凹部（４ａ）の外縁部（４ａ２）が、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも外側に配置されている。

つまり、請求項１及び２に記載の半導体装置では、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の４個のコーナー部（１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４）の真下に位置する部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）が厚くされている。好ましくは、請求項１及び２に記載の半導体装置では、その部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）が２２０〜２５０μｍに設定されている。そのため、請求項１及び２に記載の半導体装置によれば、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減することができる。

更に、請求項１及び２に記載の半導体装置では、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、半導体チップ（２）の真下に位置する部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）が薄くされている。好ましくは、請求項１及び２に記載の半導体装置では、その部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）が２０〜５０μｍに設定されている。そのため、請求項１及び２に記載の半導体装置によれば、半導体チップ（２）が発生した熱の放熱性を向上させることができる。

すなわち、請求項１及び２に記載の半導体装置によれば、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減しつつ、半導体チップ（２）が発生した熱の放熱性を向上させることができる。

請求項３に記載の半導体装置では、約０．２ｍｍの深さ（Ｄ４ａ）を有する凹部（４ａ）がプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成されている。

つまり、請求項３に記載の半導体装置では、凹部（４ａ）がプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成されている。そのため、請求項３に記載の半導体装置によれば、凹部（４ａ）が例えば削り加工によって放熱板（４）に形成される場合よりも、放熱板（４）の剛性を高めることができ、放熱板（４）の経時的な反りを低減することができる。

また、請求項３に記載の半導体装置では、プレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成される凹部（４ａ）の深さ（Ｄ４ａ）が約０．２ｍｍに設定されている。そのため、請求項３に記載の半導体装置によれば、プレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成される凹部（４ａ）の深さ（Ｄ４ａ）が約０．２ｍｍより大きい値に設定されるのに伴って、放熱板（４）の下面が凸状に変形してしまうおそれを回避することができる。

請求項４及び５に記載の半導体装置では、セラミック基板（１ａ）の上面に上面側導体パターン（１ｂ）を形成すると共に、セラミック基板（１ａ）の下面に下面側導体パターン（１ｃ）を形成することにより構成された絶縁基板（１）が設けられている。また、半導体チップ（２）が上面側導体パターン（１ｂ）の上面に搭載されている。更に、下面側導体パターン（１ｃ）の下面と、放熱板（４）の上面とが、半田層（３）を介して接合されている。

また、請求項４及び５に記載の半導体装置では、放熱板（４）の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）に対応する位置に概略長方形のフレーム形状の凹部（１４ａ）が形成されている。更に、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されている部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）が、凹部（１４ａ）が形成されていない部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）よりも厚くされている。

更に、請求項４及び５に記載の半導体装置では、凹部（１４ａ）の内縁部（１４ａ１）が、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも内側に配置されている。また、凹部（１４ａ）の内縁部（１４ａ１）が、半導体チップ（２）の外縁部（２ａ）よりも外側に配置されている。更に、凹部（１４ａ）の外縁部（１４ａ２）が、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも外側に配置されている。

つまり、請求項４及び５に記載の半導体装置では、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）の真下に位置する部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）が厚くされている。好ましくは、請求項４及び５に記載の半導体装置では、その部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）が２２０〜２５０μｍに設定されている。そのため、請求項４及び５に記載の半導体装置によれば、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減することができる。

更に、請求項４及び５に記載の半導体装置では、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、半導体チップ（２）の真下に位置する部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）が薄くされている。好ましくは、請求項４及び５に記載の半導体装置では、その部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）が２０〜５０μｍに設定されている。そのため、請求項４及び５に記載の半導体装置によれば、半導体チップ（２）が発生した熱の放熱性を向上させることができる。

すなわち、請求項４及び５に記載の半導体装置によれば、下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減しつつ、半導体チップ（２）が発生した熱の放熱性を向上させることができる。

請求項６に記載の半導体装置では、約０．２ｍｍの深さ（Ｄ１４ａ）を有する凹部（１４ａ）がプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成されている。

つまり、請求項６に記載の半導体装置では、凹部（１４ａ）がプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成されている。そのため、請求項６に記載の半導体装置によれば、凹部（１４ａ）が例えば削り加工によって放熱板（４）に形成される場合よりも、放熱板（４）の剛性を高めることができ、放熱板（４）の経時的な反りを低減することができる。

また、請求項６に記載の半導体装置では、プレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成される凹部（１４ａ）の深さ（Ｄ１４ａ）が約０．２ｍｍに設定されている。そのため、請求項６に記載の半導体装置によれば、プレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成される凹部（１４ａ）の深さ（Ｄ１４ａ）が約０．２ｍｍより大きい値に設定されるのに伴って、放熱板（４）の下面が凸状に変形してしまうおそれを回避することができる。

以下、本発明の半導体装置の第１の実施形態について説明する。図１および図２は第１の実施形態の半導体装置の要部を示した図である。詳細には、図１（Ａ）は第１の実施形態の半導体装置の要部の平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図２は図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。更に詳細には、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図２は、水平方向寸法よりも上下（鉛直）方向寸法を拡大して示した概略断面図である。

第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図２に示すように、セラミック基板１ａの上面に上面側導体パターン１ｂを形成すると共に、セラミック基板１ａの下面に下面側導体パターン１ｃを形成することにより、絶縁基板１が構成されている。詳細には、第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ａ）および図２に示すように、同様に構成された２個の絶縁基板１が設けられている。

第１の実施形態の半導体装置では、２個の絶縁基板１が設けられているが、第２の実施形態の半導体装置では、代わりに、１個のみの絶縁基板１を設けたり、３個以上の絶縁基板１を設けることも可能である。

更に、第１の実施形態の半導体装置では、上面側導体パターン１ｂおよび下面側導体パターン１ｃがＣｕによって形成されているが、第３の実施形態の半導体装置では、代わりに、例えばＡｌ等のようなＣｕ以外の金属によって上面側導体パターン１ｂおよび下面側導体パターン１ｃを形成することも可能である。

また、第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図２に示すように、半導体チップ２が上面側導体パターン１ｂの上面に搭載されている。詳細には、半導体チップ２の下面と、上面側導体パターン１ｂの上面とが、例えば半田層６を介して接合されている。

第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図２に示すように、３個の半導体チップ２が１個の絶縁基板１上に搭載されているが、第４の実施形態の半導体装置では、代わりに、３個以外の任意の個数の半導体チップ２を１個の絶縁基板１上に搭載することも可能である。

更に、第１の実施形態の半導体装置では、１個の絶縁基板１上に同一の種類の複数の半導体チップ２が搭載されているが、第５の実施形態の半導体装置では、代わりに、１個の絶縁基板１上に異なるの種類の複数の半導体チップを搭載することも可能である。

また、第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図２に示すように、例えばＣｕ製の放熱板４の上面と、下面側導体パターン１ｃの下面とが、半田層３を介して接合されている。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図２において、４ｂは放熱板４に形成されたねじ穴を示しており、５は放熱板４の上面に形成されたソルダレジストを示している。

図３および図４は絶縁基板１が放熱板４に対して接合される前における放熱板４の平面図である。詳細には、図３は下面側導体パターン１ｃ（図１および図２参照）の外縁部（輪郭）１ｃ５を破線で描き加えた放熱板４の平面図、図４は半導体チップ２（図１および図２参照）の外縁部（輪郭）２ａを破線で描き加えた放熱板４の平面図である。

第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２および図３に示すように、下面側導体パターン１ｃが概略長方形に形成されている。更に、放熱板４の上面のうち、下面側導体パターン１ｃの４個のコーナー部１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４に対応する位置に概略「く」形状の凹部４ａが形成されている。

図５は放熱板４の凹部４ａなどの上下（鉛直）方向および水平方向の寸法関係を拡大して示した図である。第１の実施形態の半導体装置では、図５に示すように、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３のうち、凹部４ａが形成されている部分３ａの厚さＴ３ａが、凹部４ａが形成されていない部分３ｂの厚さＴ３ｂよりも厚くされている。

更に、第１の実施形態の半導体装置では、図３および図５に示すように、凹部４ａの内縁部４ａ１が、下面側導体パターン１ｃの外縁部１ｃ５よりも内側（図３の下面側導体パターン１ｃの中心Ｃ１ｃの側、図５の左側）に配置されている。

また、第１の実施形態の半導体装置では、図４および図５に示すように、凹部４ａの内縁部４ａ１が、半導体チップ２の外縁部２ａよりも外側（図４の半導体チップ２の中心Ｃ２とは反対側、図５の右側）に配置されている。

更に、第１の実施形態の半導体装置では、図３および図５に示すように、凹部４ａの外縁部４ａ２が、下面側導体パターン１ｃの外縁部１ｃ５よりも外側（図３の下面側導体パターン１ｃの中心Ｃ１ｃとは反対側、図５の右側）に配置されている。

つまり、第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２、図３および図５に示すように、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３のうち、概略長方形の下面側導体パターン１ｃの４個のコーナー部１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４の真下に位置する部分３ａの厚さＴ３ａが厚くされている。詳細には、第１の実施形態の半導体装置では、その部分３ａの厚さＴ３ａが２２０〜２５０μｍに設定されている。そのため、第１の実施形態の半導体装置によれば、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減することができる。

更に、第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２、図４および図５に示すように、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３のうち、半導体チップ２の真下に位置する部分３ｂの厚さＴ３ｂが薄くされている。詳細には、第１の実施形態の半導体装置では、その部分３ｂの厚さＴ３ｂが２０〜５０μｍに設定されている。そのため、第１の実施形態の半導体装置によれば、半導体チップ２が発生した熱の放熱性を向上させることができる。

また、第１の実施形態の半導体装置では、凹部４ａがプレスの潰し加工によって放熱板４に形成されている。そのため、第１の実施形態の半導体装置によれば、凹部４ａが例えば削り加工によって放熱板４に形成される場合よりも、放熱板４の剛性を高めることができ、放熱板４の経時的な反りを低減することができる。

更に、第１の実施形態の半導体装置では、図５に示すように、プレスの潰し加工によって放熱板４に形成される凹部４ａの深さＤ４ａが約０．２ｍｍに設定されている。そのため、第１の実施形態の半導体装置によれば、プレスの潰し加工によって放熱板４に形成される凹部４ａの深さＤ４ａが約０．２ｍｍより大きい値に設定されるのに伴って、放熱板４の下面が凸状に変形してしまうおそれを回避することができる。

また、第１の実施形態の半導体装置では、図５に示すように、凹部４ａの幅Ｗ４ａが、凹部４ａの深さＤ４ａの３倍以上の値に設定されている。更に、セラミック基板１ａの厚さＴ１ａが０．３ｍｍ程度に設定され、上面側導体パターン１ｂの厚さＴ１ｂおよび下面側導体パターン１ｃの厚さＴ１ｃが０．２〜０．３ｍｍに設定されている。

以下、本発明の半導体装置の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態の半導体装置は、後述する点を除き、上述した第１の実施形態の半導体装置とほぼ同様に構成されている。従って、第６の実施形態の半導体装置によれば、後述する点を除き、上述した第１の実施形態の半導体装置とほぼ同様の効果を奏することができる。

図６および図７は第６の実施形態の半導体装置の要部を示した図である。詳細には、図６（Ａ）は第６の実施形態の半導体装置の要部の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図、図７は図６（Ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。更に詳細には、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）および図７は、水平方向寸法よりも上下（鉛直）方向寸法を拡大して示した概略断面図である。

図８および図９は絶縁基板１が放熱板４に対して接合される前における放熱板４の平面図である。詳細には、図８は下面側導体パターン１ｃ（図６および図７参照）の外縁部（輪郭）１ｃ５を破線で描き加えた放熱板４の平面図、図９は半導体チップ２（図６および図７参照）の外縁部（輪郭）２ａを破線で描き加えた放熱板４の平面図である。

第１の実施形態の半導体装置では、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２および図３に示すように、放熱板４の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン１ｃの４個のコーナー部１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４に対応する位置に概略「く」形状の凹部４ａが形成されているが、第６の実施形態の半導体装置では、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図７および図８に示すように、放熱板４の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン１ｃの外縁部１ｃ５に対応する位置に概略長方形のフレーム形状（枠形状）の凹部１４ａが形成されている

図１０は放熱板４の凹部１４ａなどの上下（鉛直）方向および水平方向の寸法関係を拡大して示した図である。第６の実施形態の半導体装置では、図１０に示すように、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３のうち、凹部１４ａが形成されている部分１３ａの厚さＴ１３ａが、凹部１４ａが形成されていない部分１３ｂの厚さＴ１３ｂよりも厚くされている。

更に、第６の実施形態の半導体装置では、図８および図１０に示すように、凹部１４ａの内縁部１４ａ１が、下面側導体パターン１ｃの外縁部１ｃ５よりも内側（図８の下面側導体パターン１ｃの中心Ｃ１ｃの側、図１０の左側）に配置されている。

また、第６の実施形態の半導体装置では、図９および図１０に示すように、凹部１４ａの内縁部１４ａ１が、半導体チップ２の外縁部２ａよりも外側（図９の半導体チップ２の中心Ｃ２とは反対側、図１０の右側）に配置されている。

更に、第６の実施形態の半導体装置では、図８および図１０に示すように、凹部１４ａの外縁部１４ａ２が、下面側導体パターン１ｃの外縁部１ｃ５よりも外側（図８の下面側導体パターン１ｃの中心Ｃ１ｃとは反対側、図１０の右側）に配置されている。

つまり、第６の実施形態の半導体装置では、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図７、図８および図１０に示すように、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３のうち、概略長方形の下面側導体パターン１ｃの外縁部１ｃ５の真下に位置する部分１３ａの厚さＴ１３ａが厚くされている。詳細には、第６の実施形態の半導体装置では、その部分１３ａの厚さＴ１３ａが２２０〜２５０μｍに設定されている。そのため、第６の実施形態の半導体装置によれば、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３が熱応力によって剥離してしまうおそれを低減することができる。

更に、第６の実施形態の半導体装置では、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図７、図９および図１０に示すように、下面側導体パターン１ｃと放熱板４との間の半田層３のうち、半導体チップ２の真下に位置する部分１３ｂの厚さＴ１３ｂが薄くされている。詳細には、第６の実施形態の半導体装置では、その部分１３ｂの厚さＴ１３ｂが２０〜５０μｍに設定されている。そのため、第６の実施形態の半導体装置によれば、半導体チップ２が発生した熱の放熱性を向上させることができる。

また、第６の実施形態の半導体装置では、凹部１４ａがプレスの潰し加工によって放熱板４に形成されている。そのため、第６の実施形態の半導体装置によれば、凹部１４ａが例えば削り加工によって放熱板４に形成される場合よりも、放熱板４の剛性を高めることができ、放熱板４の経時的な反りを低減することができる。

更に、第６の実施形態の半導体装置では、図１０に示すように、プレスの潰し加工によって放熱板４に形成される凹部１４ａの深さＤ１４ａが約０．２ｍｍに設定されている。そのため、第６の実施形態の半導体装置によれば、プレスの潰し加工によって放熱板４に形成される凹部１４ａの深さＤ１４ａが約０．２ｍｍより大きい値に設定されるのに伴って、放熱板４の下面が凸状に変形してしまうおそれを回避することができる。

また、第６の実施形態の半導体装置では、図１０に示すように、凹部１４ａの幅Ｗ１４ａが、凹部１４ａの深さＤ１４ａの３倍以上の値に設定されている。

第７の実施形態では、第１から第６の実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

本発明の半導体装置は、例えばパワー半導体モジュールなどに適用可能である。

第１の実施形態の半導体装置の要部を示した図である。第１の実施形態の半導体装置の要部を示した図である。絶縁基板１が放熱板４に対して接合される前における放熱板４の平面図である。絶縁基板１が放熱板４に対して接合される前における放熱板４の平面図である。放熱板４の凹部４ａなどの上下（鉛直）方向および水平方向の寸法関係を拡大して示した図である。第６の実施形態の半導体装置の要部を示した図である。第６の実施形態の半導体装置の要部を示した図である。絶縁基板１が放熱板４に対して接合される前における放熱板４の平面図である。絶縁基板１が放熱板４に対して接合される前における放熱板４の平面図である。放熱板４の凹部１４ａなどの上下（鉛直）方向および水平方向の寸法関係を拡大して示した図である。

符号の説明

１絶縁基板
１ａセラミック基板
１ｂ上面側導体パターン
１ｃ下面側導体パターン
１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４コーナー部
１ｃ５外縁部
２半導体チップ
３半田層
３ａ，３ｂ部分
４放熱板
４ａ凹部
４ａ１内縁部
４ａ２外縁部

Claims

セラミック基板（１ａ）の上面に上面側導体パターン（１ｂ）を形成すると共に、セラミック基板（１ａ）の下面に下面側導体パターン（１ｃ）を形成することにより構成された絶縁基板（１）を具備し、
上面側導体パターン（１ｂ）の上面に半導体チップ（２）を搭載し、
半田層（３）を介して下面側導体パターン（１ｃ）の下面と放熱板（４）の上面とを接合した半導体装置において、
放熱板（４）の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の４個のコーナー部（１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４）に対応する位置に概略「く」形状の凹部（４ａ）を形成し、
下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されている部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）を、凹部（４ａ）が形成されていない部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）よりも厚くし、
凹部（４ａ）の内縁部（４ａ１）を、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも内側に配置すると共に、半導体チップ（２）の外縁部（２ａ）よりも外側に配置し、
凹部（４ａ）の外縁部（４ａ２）を下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも外側に配置したことを特徴とする半導体装置。
半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されている部分（３ａ）の厚さ（Ｔ３ａ）を２２０〜２５０μｍに設定し、
半田層（３）のうち、凹部（４ａ）が形成されていない部分（３ｂ）の厚さ（Ｔ３ｂ）を２０〜５０μｍに設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
約０．２ｍｍの深さ（Ｄ４ａ）を有する凹部（４ａ）をプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
セラミック基板（１ａ）の上面に上面側導体パターン（１ｂ）を形成すると共に、セラミック基板（１ａ）の下面に下面側導体パターン（１ｃ）を形成することにより構成された絶縁基板（１）を具備し、
上面側導体パターン（１ｂ）の上面に半導体チップ（２）を搭載し、
半田層（３）を介して下面側導体パターン（１ｃ）の下面と放熱板（４）の上面とを接合した半導体装置において、
放熱板（４）の上面のうち、概略長方形の下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）に対応する位置に概略長方形のフレーム形状の凹部（１４ａ）を形成し、
下面側導体パターン（１ｃ）と放熱板（４）との間の半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されている部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）を、凹部（１４ａ）が形成されていない部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）よりも厚くし、
凹部（１４ａ）の内縁部（１４ａ１）を、下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも内側に配置すると共に、半導体チップ（２）の外縁部（２ａ）よりも外側に配置し、
凹部（１４ａ）の外縁部（１４ａ２）を下面側導体パターン（１ｃ）の外縁部（１ｃ５）よりも外側に配置したことを特徴とする半導体装置。
半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されている部分（１３ａ）の厚さ（Ｔ１３ａ）を２２０〜２５０μｍに設定し、
半田層（３）のうち、凹部（１４ａ）が形成されていない部分（１３ｂ）の厚さ（Ｔ１３ｂ）を２０〜５０μｍに設定したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
約０．２ｍｍの深さ（Ｄ１４ａ）を有する凹部（１４ａ）をプレスの潰し加工によって放熱板（４）に形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体装置。