JP2015128154A - ベース板及びベース板を備えた半導体装置 - Google Patents

ベース板及びベース板を備えた半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】被接合部材の位置ずれを防止することができると共に、半導体素子等の被接合部材が発熱することによって生じる応力が緩和できるベース板及びそのベース板を用いた半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】ベース板１は、一方の実装面に、被接合部材Ｗが接合材Ｓを介して接合されるベース板であって、前記被接合部材が接合される前記実装面の接合位置に、前記接合材を介して前記被接合部材を接合するための凹所３を備え、前記凹所は、凹所開口面積が前記被接合部材よりも大きく、前記被接合部材の外周縁が対面する凹所外周部５において凹所中央部４よりも窪みの深さが深くなるように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子等である被接合部材を、実装基板に接合するときに使用されるベース板及びそのベース板を備えた半導体装置に関するものである。
一般に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの被接合部材である半導体素子は、導通して動作する際に熱を発生させることから、発生する熱を放熱するためにヒートシンクなどの放熱器が取り付けられている。そして、半導体素子とヒートシンクの間には、通常、ベース板が設けられており、このベース板を介して熱を伝導することで放熱器へと放熱される構成となっている。なお、半導体素子の接続構造としては、放熱器が省略されてベース板から大気等に直接放熱される構造のものも知られている。
ここで、ベース板は、半導体素子が発生させる熱の伝導路となる部材であることから、熱伝導率の高い材料により構成されている。加えて、一般的に、ベース板は、半導体素子と比較すると熱膨張率の高い素材により構成されている。したがって、半導体素子が発熱した場合は、半導体素子とベース板との熱膨張率の差により、部材間において応力が発生する。その結果、当該応力により半導体素子とベース板の間に用いる接合層（ハンダなど）に亀裂が発生したり、剥離したり、場合によっては半導体素子が破損されてしまう事態を招く可能性がある。
前記した応力の発生による損傷を防止するために、従来、ベース板の構成について以下のような技術が創出されている。
例えば、特許文献１には、半導体素子を搭載するベース板の中央部を囲むように旋回放射状にスリットを備える構成のベース板が開示されている。
また、特許文献２には、アルミニウム板の全面に貫通穴、もしくは凹所が設けられた応力緩和部材を用いた放熱装置の構成が開示されている。
一方、半導体装置の製造において、各部材の接合には、ハンダなどの接合層が一般的に用いられる。半導体素子とベース板の接合など、接合層の両面に接合する部材が接する場合には、事前にそれらの間に接合層となるハンダペーストを塗布し、熱を加えることでハンダを溶かして接合するリフロー工程が一般的に用いられる。この場合、加熱時にハンダが一時的に液体となることから液体ハンダ上で半導体素子が移動する事態が発生する。半導体素子が移動して位置がずれてしまうと、ワイヤーボンディングなど後工程での歩留まりが悪化するだけではなく、接合不良による異常放熱が発生して半導体素子の損傷を招く可能性がある。したがって、前記のような位置ずれを防止するために、従来、以下のような技術が創出されている。
例えば、特許文献３には、ハンダにより接合されるパワーモジュール用基板とヒートシンクに、位置決め用にパワーモジュール用基板凹所を、ヒートシンクには凸所を有するヒートシンク付きパワーモジュール用基板ユニットの構成が開示されている。
さらに、特許文献４には、ダイオードの位置ずれ防止のために、ダイオード接続面がダイオードの底部に沿って窪んだ形である取り付け構造が開示されている。
特開２０１３−０５１３８６号公報 特開２０１０−２６８００８号公報 特開２０１２−２２７３６２号公報 特開２０１３−１１５３３８号公報
しかし、従来のベース板及び半導体装置では、以下に示すような問題点が存在した。
従来の応力緩和を目的とした特許文献１、２では、半導体素子が位置ずれを発生することが避けられない。また、特許文献３では、凹所及び凸所を互いに嵌め合わせる部分における応力増加が避けられない。さらに、特許文献４では、ダイオードを設置する窪み端部での応力増加が発生することに対応できない。したがって、前記のような従来のベース板及び半導体装置では、応力緩和効果と位置ずれの防止を両立することはできていないのが現状である。
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたもので、被接合部材の位置ずれを防止することができると共に、半導体素子等の被接合部材が発熱することによって生じる応力が緩和できるベース板及びそのベース板を用いた半導体装置を提供することを課題とする。
前記課題を達成するために本発明に係るベース板及び半導体装置では、以下のような構成とした。
すなわち、ベース板は、一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、前記被接合部材が接合される前記実装面の接合位置に、前記接合材を介して前記被接合部材を接合するための凹所を備え、前記凹所は、凹所開口面積が前記被接合部材よりも大きく、前記被接合部材の外周縁が対面する凹所外周部において凹所中央部よりも窪みの深さが深くなるように構成した。
かかる構成により、ベース板は、半導体素子あるいは絶縁基板を設けた半導体素子である被接合部材の外周を、前記凹所の凹所外周部に対面するようにして接合材を介して設けることができる。そのため、ベース板では、被接合部材の接合時に接合材が溶融して液状になっても凹所内に接合材が止まり、被接合部材の位置ずれが発生し難い状態となる。また、ベース板では、被接合部材が接合材で接合された後に、実際に使用されたときに被接合部材である例えば半導体素子が導通して動作することで熱を発生した場合、当該熱による応力が部材間に発生しても、凹所外周部が凹所中央部よりも深く形成されている分、応力を吸収することができる。
また、前記ベース板において、前記凹所は、凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれか一方または両方が形成されている構成としても構わない。
かかる構成により、ベース板の被接合部材が例えば半導体素子であり導通して動作して熱が発生したときに、凹所外周部の深さ方向の接合材と、開口外周凹部、開口外周凸部となる凹凸まで充填された接合材とが、当該熱により部材間に発生する応力を吸収する。したがって、ベース板では、被接合部材が接合時に移動する（ずれる）ことがあっても、その移動した位置において開口外周凸部が被接合部材の外周縁より外側に位置することで応力にも対応することが可能となる。
また、前記ベース板において、前記凹所は、複数設けられ、前記凹所の凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部が形成され、一方の前記開口外周凹部と、他の前記開口外周凸部とが互い違いになるように前記凹所開口外周部が隣り合うように設けられた構成としてもよい。
かかる構成により、ベース板は、被接合部材よりも大きな面積となる凹所を設ける構成としても、一方の凹所開口外周部の開口外周凹凸部の凹と他方の凹所開口外周部の開口外周凹凸部の凸とを交互に近接させた状態で対向することができるので、凹所のスペースが効率よく形成することができる。
そして、ベース板において、前記凹所外周部と前記凹所中央部との底面が傾斜面で接続されていることや、あるいは、前記凹所外周部の縦断面形状が前記凹所中央部まで曲線となるように形成されていることや、さらには、前記凹所外周部の底面から立ち上がる凹壁面から前記凹所開口外周部までに開口面積が広がる方向に傾斜面が形成された、いずれであっても、あるいは傾斜面で曲線のように組合せた構成であっても構わない。
かかる構成により、ベース板は、被接合部材の外周側に大きくかかる応力を、凹所外周部を中心として吸収し、凹所の傾斜面の部分あるいは曲線の部分があることで、接合材にかかる応力の伝達をスムーズにして、接合材での応力緩和をより行い易くすることができる。
また、前記したベース板は、凹所外周部の窪みの深さと凹所中央部の窪みの深さの差が０．０ｍｍよりも大きく０．４ｍｍよりも小さい構成とすることが望ましい。
さらに、前記ベース板において、前記凹所外周部との境となる凹所中央外周面に、周方向に凹凸とする凹所中央外周凹部及び凹所中央外周凸部のいずれか一方または両方が形成されている構成としても構わない。
また、本発明に係るベース板は、一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、前記被接合部材が接合される前記実装面の接合位置に、前記接合材を介して前記被接合部材を接合するための凹所を備え、前記凹所は、凹所開口面積が前記被接合部材よりも大きく、前記凹所は、凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれか一方または両方が形成されている構成としても構わない。
かかる構成により、ベース板は、凹所に開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれか一方または両方が形成されているため、半導体素子等の被接合部材の接合時に被接合部材の位置ずれを防止することができると共に、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を緩和することができる。
そして、本発明に係るベース板は、一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、前記一方の実装面に前記被接合部材の投影面積よりも小さい面積を持つ凸面部を有し、前記凸面部に前記接合材を介して被接合部材が実装されるように構成しても構わない。
かかる構成により、ベース板は、被接合部材である例えばチップについて予め設定された位置ずれ量よりも、凸面部の面積と被接合部材の面積との差が大きくなるようにすることで、被接合部材が動作時に発熱により発生する応力を緩和する。
また、本発明に係るベース板は、一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、前記被接合部材の外周部に対面する、前記一方の実装面の位置に溝部を備え、前記溝部に設けた前記接合材を介して前記被接合部材が接合されるように構成してもよい。
かかる構成により、ベース板は、被接合部材である例えばチップについて予め設定された位置ずれ量よりも広い溝幅とする溝部にすることで、被接合部材が動作時に発熱により発生する応力を緩和する。
本発明に係る半導体装置は、被接合部材が接合材を介して設けられたベース板と、前記ベース板が設けられた絶縁性部材と、前記絶縁性部材が設けられた放熱性部材と、を有する半導体装置であって、前記した構成のいずれかのベース板を用いたこととした。または、半導体装置は、被接合部材を備える絶縁性部材と、前記絶縁性部材が接合材を介して設けられたベース板と、前記ベース板が設けられた放熱性部材と、を有する半導体装置であって、前記した構成のいずれかのベース板を用いたこととした。
かかる構成により、半導体装置は、被接合部材の接合時の位置ずれを接合材が凹所に設けられていることで防ぎ、かつ、被接合部材が導通して動作するときに熱を発生して応力が部材間にかかっても、その応力を凹所中央部よりも深く形成した凹所外周部の接合材により吸収することができる。
本発明に係るベース板及び半導体装置は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
ベース板は、半導体素子等の被接合部材の接合時に被接合部材の位置ずれを防止することができると共に、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、凹所中央部より凹所外周部の窪みの深さを大きくすることで緩和することができる。
ベース板は、凹所の外周縁となる位置に、開口外周凹部あるいは開口外周凸部またはその両方を形成することで、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、さらに吸収することが可能となる。
ベース板は、凹所を複数形成し、一方の前記開口外周凹部と、他の前記開口外周凸部とが互い違いになるように前記凹所開口外周部が隣り合うように配置しているため、実装密度を高めることができる。
ベース板は、凹所の凹所中央部及び凹所外周部の連続する底あるいは縦断面形状にした凹所の一部に傾斜面や、曲線部分があることで、接合材に係る応力を効率よく吸収することが可能となる。
ベース板は、凹所中央部の外周側面に凹所中央外周凸部あるいは凹所中央外周凹部の一方または両方を形成することでも、被接合部材の位置ずれを防止することができると共に、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、緩和することができる。
なお、ベース板は、開口外周凹部あるいは開口外周凸部の一方または両方を設けることで、例えば、凹所の深さは一定としても、開口外周に凹部あるいは凸部がない構成と比較して、例えば、ハンダのミーゼス応力に優位な差がある。したがって、ベース板は、被接合部材の位置ずれを防止し、かつ、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、緩和することができる。
半導体装置は、凹所を備えるベース板を使用することで、被接合部材の接合時の位置ずれを防止し、接合後に被接合部材が動作に伴い熱を発生して応力が部材間にかかっても、その応力を凹所外周部の接合材により吸収することができる。したがって、半導体装置の製造時の歩留まりを向上し、かつ、使用寿命を延ばすことができる。
また、ベース板は、一方の実装面に被接合部材の投影面積よりも面積の小さな凸面部を設け、その凸面部に接合材を介して被接合部材を実装することで、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、緩和することができる。
さらに、ベース板は、一方の実装面に被接合部材の外周部に対面する位置に環状の溝部を設け、その溝部の範囲内に被接合部材の外周部を位置させることで、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、緩和することができる。
また、半導体装置は、一方の実装面に凹面部あるいは環状の溝部を備えるベース板を使用することで、被接合部材の接合後に被接合部材が動作に伴い熱を発生して応力が部材間にかかっても、その応力を被接合部材の外周部に対面する位置の接合材により吸収することができる。したがって、半導体装置の製造時の歩留まりを向上し、かつ、使用寿命を延ばすことができる。
（ａ）は、本発明に係るベース板の一部を切欠いて断面形状を示す斜視図、（ｂ）は、本発明に係るベース板の断面図である。 （ａ）は、本発明に係るベース板の凹所における被接合部材との位置関係を模式的に示す断面図、（ｂ）は本発明に係るベース板と被接合部材との位置関係を模式的に示す平面図である。 （ａ）は、本発明に係るベース板の他の構成を示し、一部を切欠いて断面形状を示す斜視図、（ｂ）は、本発明に係るベース板の他の構成についての断面図である。 （ａ）は、本発明に係るベース板の他の構成を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線における端面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明に係るベース板のさらに他の構成について模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明に係るベース板の凹所開口外周部における他の構成をそれぞれ示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るベース板の凹所開口外周部における他の構成をそれぞれ示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係るベース板に凹所を２か所形成した場合の構成をそれぞれ示す平面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、本発明に係るベース板の凹所中央外周部における他の構成をそれぞれ示す平面図である。 （ａ）は、本発明に係る他の構成を示すベース板の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図、（ｃ）は、（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図である。 （ａ）は、本発明に係る更に他の構成を示すベース板の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ線における断面図である。 （ａ）は、本発明に係る更に他の構成を示すベース板の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図である。 本発明に係るベース板を用いた半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明に係るベース板を用いた他の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、第１実施例における比較例を模式的に示す半導体装置の平面図、及び、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図、（ｃ）は、第１実施例における本発明に係る半導体装置を実施例１−１として模式的に示す平面図、（ｄ）は、（ｃ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｅ）は、第１実施例における本発明に係る半導体装置を実施例１−２として模式的に示す平面図、（ｆ）は、（ｅ）のＦ−Ｆ線断面図である。 （ａ）は、第２実施例において、第１実施例の実施例１−１を比較例とする半導体装置を模式的に示す平面図、及び、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図、（ｃ）は、第２実施例において、実施例２としての半導体装置を模式的に示す平面図、（ｄ）は、（ｃ）のＨ−Ｈ線断面図である。 第３実施例におけるハンダ中ミーゼス応力最大値を所定値で規格化した規格化応力と、凹所の凹所中央部および凹所外周部における深さの差との関係を示すグラフ図である。 （ａ）は、図１０の比較例（比較例４）として示す従来のベース板の構成を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＫ−Ｋ線における断面図である。
以下、本発明に係るベース板及び半導体装置について、図面を参照して説明する。なお、ベース板の板厚や凹所の構成等、部材間の寸法等について、分かり易くするために部分的に誇張して記載されている場合がある。
（ベース板）
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ベース板１は、一方の実装面に被接合部材Ｗを接合するように設けられるとともに、被接合部材から伝わった熱を放熱させる部材である。このベース板１は、平面視矩形状に形成された板本体２と、この板本体２の被接合部材Ｗの接合位置に設けた凹所３と、を備えている。例えば、ベース板１は、被接合部材Ｗを、ハンダペーストなどの接合材Ｓ（図１３及び図１４参照）を介して支持固定し、外部配線との接続を行うリードフレームや、発熱体の発する熱を放熱するヒートシンクとして使用されるものである。また、ベース板１とは発熱体とヒートシンクとの間で熱の伝導路となる介在板であっても構わない。そして、ベース板１は、その材質について、例えば、銅やアルミニウム、またはこれらの合金、セラミックなど、熱伝導性の高い材料を使用することが好ましいが特に限定されるものではない。
（ベース板の凹所）
凹所３は、接合材Ｓを介して被接合部材Ｗが接合される部分である。この凹所３は、接合される被接合部材Ｗよりも大きな凹所開口面積となるように設けられている。そして、凹所３は、中央側に形成された凹所中央部４と、この凹所中央部４に連続してその外側に形成された凹所外周部５とを備えている。凹所中央部４と凹所外周部５とは底面側が段状に連続するよう形成されている。そして、凹所外周部５は、開口上端から底面までの窪み深さＤ２が、凹所中央部４の窪みの深さＤ１より深くなるように形成されている。また、凹所外周部５は、接合される被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐが対面する位置となるように形成されている。凹所外周部５の凹所開口外周部６は、ここでは平面視が矩形（長方形あるいは正方形）となるように形成されている。そして、凹所中央部４は、その面積サイズが、放熱性、及び被接合部材Ｗの接合するときの傾きを防止する観点から、被接合部材Ｗの接合面の面積の５０％以上〜１００％未満のとなるように構成されている。
つまり、図２（ａ）、（ｂ）で示すように、凹所３では、被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐの位置が凹所外周部５の内側壁面と略同位置（被接合部材Ｗの当接面の面積と凹所中央部４の面積が略同等）から凹所外周部５の外側壁面の内側位置までの間（被接合部材Ｗの接合面の面積の５０％と凹所中央部４の面積とが同等）になるように構成されている。凹所３の構成を前記したようにすることで凹所内に被接合部材を収めることができるため、接合材Ｓの溶融による位置ずれが抑制される。このとき、図２（ｂ）に示すように、ベース板１では、凹所３の一辺の長さＬ１、Ｌ２が被接合部材Ｗの一辺の長さＷ１、Ｗ２よりも長ければ、特に制限されない。ただし、ベース板１では、放熱性や高密度実装、後工程となるワイヤーボンディングなどにおける(位置ずれによる)歩留まりの観点から、凹所３の一辺の長さＬ１、Ｌ２と凹所３に設置する被接合部材Ｗの一辺の長さＷ１、Ｗ２の差は小さいほうが好ましく、１ｍｍ以下であることが望ましい。
なお、従来構造において、発熱体である被接合部材Ｗとベース板（放熱体）１との間のハンダ（接合材Ｓ）の応力は、被接合部材Ｗの端部において大きくなることが知られている。そのため、ベース板１では、図１（ｂ）に示すように、凹所外周部５の窪み深さＤ２が凹所中央部４の窪み深さＤ１よりも深くなるように設けられ、凹所中央部４の窪み深さＤ１となる位置の面積サイズが、発熱体のサイズよりも小さくなるように形成されている。したがって、ベース板１では、凹所外周部５の窪みにより、緩衝材となる接合材Ｓ（例えば、ハンダ）の量が外周部分で多くなることから応力緩和効果が中央よりも発現し易くなる。
なお、凹所３は、例えば、金型を用いたプレス加工、または切削加工、エッチング等により凹所中央部４及び凹所外周部５の形状となるように加工することができるが、加工にあたってその加工法は特に限定さるものではない。また、ベース板１の大きさ、形状及び厚みは、使用される用途や被接合部材Ｗの種類に対応するように予め設定されることになる。
ベース板１では、凹所３内にハンダ等の接合材Ｓを充填して被接合部材Ｗを接合すると、加熱されて溶融した接合材Ｓは凹所３内にある。したがって、接合材Ｓが接合時に加熱されて液状化したときに、その液状化に伴う被接合部材Ｗの位置ずれを最小限に抑制することが可能となる。また、ベース板１に接合材Ｓを介して被接合部材Ｗが接合され、図示しない基板等に実装されて動作するときに、被接合部材Ｗは、発熱して応力が部材間に発生する。このとき、被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐは、凹所外周部５に対面した状態で接合されているので、凹所外周部５に充填されている接合材Ｓにより、その応力が緩和されることになる。
つぎに、図３を参照して、ベース板１１の他の構成について説明する。なお、既に説明した構成は同じ符号を付して説明を適宜省略する。
図３（ａ）に示すように、ベース板１１は、板本体２と、この板本体２の被接合部材Ｗの接合位置に設けた凹所１３と、を備えている。
凹所１３は、凹所中央部４と、この凹所中央部４の外周に設けた凹所外周部１５とを備えている。そして、凹所中央部４と凹所外周部１５とは、段差を介して底面が連続するように形成されている。また、凹所外周部１５は、凹所開口外周部１６が周方向に凹凸となるように開口外周凹部１６ａ及び開口外周凸部１６ｂが形成されている。なお、開口外周凹部１６ａ及び開口外周凸部１６ｂは、その窪み深さが、凹所外周部１５と同じ窪み深さに形成されている。
開口外周凹部１６ａは、凹所開口外周部１６から内側に凹状に形成される部分である。開口外周凹部１６ａは、図４（ａ）に示すように、被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐよりも外側になるように形成されている。凹所開口外周部１６は、ここでは、開口外周凹部１６ａがその凹所の一辺に２つ形成される一例として説明する。なお、凹所開口外周部１６は、開口外周凹部１６ａがその凹所の一辺に２つ形成されることで、開口外周凹部１６ａ以外の部分を開口外周凸部１６ｂとしてもよい。また、凹所開口外周部１６は、図３（ａ）に示すように、開口外周凸部１６ｂを四隅と、辺中央にそれぞれ設けることで、開口外周凸部１６ｂ以外の部分に開口外周凹部１６ａを設ける構成としても構わない。さらに、開口外周凹部１６ａは、凹所の一辺に少なくとも２か所以上設けられることで、その開口外周凹部１６ａ以外の部分を開口外周凸部１６ｂとして形成されることとしてもよい。
開口外周凹部１６ａと開口外周凸部１６ｂとは、凹所３内での被接合部材Ｗの微小な位置ずれが発生した際、ずれた方向では被接合部材Ｗと凹所開口外周部１６との距離が近くなり、本来応力に対応するためのハンダ量が減少することになる。しかし、ベース板１１では、例えば、被接合部材Ｗがスライドしてその一辺が凹所１３の凹所開口外周部１６のいずれか一辺側に近接した場合、開口外周凹部１６ａあるいは開口外周凸部１６ｂがあることで、接合材Ｓに係る応力が分散して緩和し易くなる。
なお、図１乃至図４で示すベース板１の凹所中央部４及び凹所外周部５あるいはベース板１１の凹所中央部４及び凹所外周部１５では、縦断面における窪み形状が矩形として形成される構成として説明したが、図５（ａ）〜（ｅ）に示すような窪み形状としても構わない。なお、図５（ａ）〜（ｅ）では、図１（ａ）のベース板１の他の構成として紙面左側において実線でベース板１Ａ〜１Ｅまでを示すと共に、ベース板１１の他の構成として仮想線と併せて紙面右側において凹所開口外周部１６Ａ〜１６Ｅの部分を示してベース板１１Ａ〜１１Ｅについても説明する。また、ベース板１１Ａ〜１１Ｅにおいて凹所開口外周部１６Ａ〜１６Ｅの平面視形状は、図４（ａ）と同じ形状であるとして説明する。
図５（ａ）の紙面左側に示すように、ベース板１Ａとして、凹所外周部５Ａの底面から凹所開口外周部６Ａ及び凹所中央部４Ａの底面まで立ち上がる壁面を傾斜面７Ａ，８Ａとして形成するように構成しても構わない。なお、図５（ａ）の紙面右側に示すように、ベース板１１Ａとして、凹所開口外周部１６Ａに凹凸（図４（ａ）の開口外周凹部１６ａ、開口外周凸部１６ｂ参照）が形成されている場合にも傾斜面１７Ａ、１８Ａが形成されている構成としてもよい。
また、図５（ｂ）の紙面左側に示すように、ベース板１Ｂとして、凹所外周部５Ｂの底面から凹所中央部４Ｂの底面まで立ち上がる壁面を緩やかな（４５度以下）傾斜面８Ｂとして形成するように構成しても構わない。なお、図５（ｂ）の紙面右側に示すように、ベース板１１Ｂとして、凹所開口外周部１６Ｂに凹凸（図４（ａ）の開口外周凹部１６ａ、開口外周凸部１６ｂ参照）が形成されている場合にも緩やかな傾斜面１８Ｂが形成されている構成としてもよい。
さらに、図５（ｃ）の紙面左側に示すように、ベース板１Ｃとして、凹所外周部５Ｃの底面から凹所中央部４Ｃの底面まで立ち上がる壁面を緩やかな（４５度以下）傾斜面８Ｃとして形成する共に、凹所外周部５Ｃの底面から垂直に立ち上げた壁面７Ｃを凹所開口外周部６Ｃが広がる方向に傾斜した傾斜面９Ｃを形成するように構成しても構わない。なお、図５（ｃ）の紙面右側に示すように、ベース板１１Ｃとして、傾斜面１８Ｃと、凹所開口外周部１６Ｃに凹凸（図４（ａ）の開口外周凹部１６ａ、開口外周凸部１６ｂ参照）が形成されている場合にも、底面から垂直に立ち上げた壁面１７Ｃを凹所開口外周部１６Ｃが広がる方向に傾斜した傾斜面１９Ｃを形成するように構成しても構わない。
そして、図５（ｄ）の紙面左側に示すように、ベース板１Ｄとして、凹所外周部５Ｄの底面から凹所開口外周部６Ｄ及び凹所中央部４Ｄの底面まで曲線的に立ち上げて垂直な壁面７Ｄ、８Ｄを形成するように構成しても構わない。なお、図５（ｄ）の紙面右側に示すように、ベース板１１Ｄとして、凹所開口外周部１６Ｄに凹凸（図４（ａ）の開口外周凹部１６ａ、開口外周凸部１６ｂ参照）が形成されている場合でも、凹所外周部１５Ｄの底面から凹所開口外周部１６Ｄ及び凹所中央部１４Ｄの底面まで曲線的に立ち上げて垂直な壁面１７Ｄ、１８Ｄを形成するように構成しても構わない。
また、図５（ｅ）の紙面左側に示すように、ベース板１Ｅとして、凹所外周部５Ｅの底面からの立上部分と、凹所開口外周部６Ｅとの接続部分を曲線として接続する壁面７Ｅ、及び、凹所外周部５Ｅの底面からの立上部分と、凹所中央部４Ｅとの接続部分とを曲線として接続する壁面８Ｅをそれぞれ形成するように構成しても構わない。なお、図５（ｅ）の紙面右側に示すように、ベース板１１Ｅとして、凹所開口外周部１６Ｅに凹凸（図４（ａ）の開口外周凹部１６ａ、開口外周凸部１６ｂ参照）が形成されている場合でも、凹所外周部１５Ｅの底面からの立上部分と凹所開口外周部１６Ｅ及び凹所中央部１４Ｅとの接続部分とを曲線として接続する壁面１７Ｅ、１８Ｅを形成するように構成しても構わない。
図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、ベース板１Ａ〜１Ｅ、１１Ａ〜１１Ｅでは、凹所３Ａ〜３Ｅあるいは凹所１３Ａ〜１３Ｅに、曲線部分あるいは傾斜面が存在することで、被接合部材Ｗを接合するハンダ等の接合材Ｓの応力緩和に対する作用が向上する。
また、図６及び図７に示すように、ベース板１１、１１Ａ〜１１Ｅでは、凹所開口外周部２１〜３０で示す形状としてもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、凹所開口外周部２１は、矩形（長方形状）に形成した開口外周凹部２１Ａ及び開口外周凸部２１Ｂにより構成されている。この凹所開口外周部２１は、同じ間隔で開口外周凹部２１Ａと開口外周凸部２１Ｂとが連続するように形成されている。
また、図６（ｂ）に示すように、凹所開口外周部２２は、台形状に各辺で連続するように形成された開口外周凹部２２Ａ及び開口外周凸部２２Ｂにより構成されている。
さらに、図６（ｃ）に示すように、凹所開口外周部２３は、半円形状となる開口外周凸部２３Ｂと、両裾が半円弧となる台形状の開口外周凹部２３Ａと、により構成されている。なお、凹所開口外周部２３は、各辺における開口外周凹部２３Ａ及び開口外周凸部２３Ｂを一定の大きさとしているので、開口四隅となる位置では、３／４円弧状となる開口外周凸部が形成されている。
そして、図６（ｄ）に示すように、凹所開口外周部２４は、角を丸くした矩形状の開口外周凹部２４Ａと、開口外周凹部２４Ａよりも横長な角を丸くした矩形状の開口外周凸部２４Ｂとにより構成されている。
また、図６（ｅ）に示すように、凹所開口外周部２５は、一辺の２か所に二等辺三角形状に形成された開口外周凹部２５Ａと、２つの開口外周凹部２５Ａ、２５Ａの間に形成された開口外周凸部２５Ｂとして構成されている。
さらに、図６（ｆ）に示すように、凹所開口外周部２６は、一辺の２か所に直角三角形状に形成された開口外周凹部２６Ａと、２つの開口外周凹部２６Ａ、２６Ａの間に形成された開口外周凸部２６Ｂとにより構成されている。なお、開口外周凹部２６Ａ、２６Ａは、一辺に２か所均等な位置で、隣り合う方向に互いに直角部分を向けて形成されている。
そして、図７（ａ）に示すように、凹所開口外周部２７は、一辺に３か所均等に形成された半楕円形状の開口外周凹部２７Ａと、この開口外周凹部２７Ａ、２７Ａの間に形成された開口外周凸部２７Ｂとから構成されている。なお、開口外周凸部２７Ｂは、基端側が楕円の１／４円弧となる台形状に形成されている。
また、図７（ｂ）に示すように、凹所開口外周部２８は、四角形の開口における開口四隅を半円形状の開口外周凹部２８Ａとし、その他の部分では開口外周直線部２８ａとすることで構成されている。したがって、凹所開口外周部２８では、開口外周凸部がない状態の構成を示している。
さらに、図７（ｃ）に示すように、凹所開口外周部２９は、半楕円形状の開口外周凹部２９Ａを四角形における対向する角部を挟む位置に形成し、その他の部分では開口外周直線部２９ａとすることで構成されている。この凹所開口外周部２９では、開口外周凸部がない状態の構成を示している。
そして、図７（ｄ）に示すように、凹所開口外周部３０は、四角形の各辺に開口面積の異なる矩形に形成した開口外周凸部３０Ｂが形成され、その他の部分では開口外周直線３０ａとすることで構成されている。この凹所開口外周部３０では、開口外周凹部がない状態の構成を示している（なお、図７（ｄ）では各辺の中心に開口外周凸部３０Ｂは全て同じ矩形状としても構わない）。
以上説明したように、凹所開口外周部２１〜３０では、開口外周凹部のみの構成と、開口外周凸部のみの構成と、開口外周凹部及び開口外周凸部とのいずれの組み合わせとしても構わない。なお、凹所開口外周部２１〜３０では、被接合部材Ｗが中央に接合されたと仮定したときに、その被接合部材Ｗの外側となるように凹所外周凹部が形成されている。
ベース板では、凹所開口外周部２１〜３０を設けることで微小位置ずれ発生時にも緩衝材となるハンダ等の接合材Ｓが充分に存在することにより、被接合部材Ｗが熱により応力が増大してもその応力を抑制できる。
なお、図６及び図７では、それぞれ具体的な形状として凹所開口外周部２１〜３０を示したが、開口外周凹部あるは開口外周凸部を設ける位置としては、四角形の凹所の角の位置のほかに、外周辺に設けることが好ましいが、その数や形状は特に制限されない。そのため、図６〜図７に示すような四角形状、台形状、円形状等の形状、及び、形成位置によってこれらを組み合わせて用いた形状などを取ることができる。また、開口外周凹部及び開口外周凸部の形状、数は各外周辺で同一である必要は無い。一方、複数の被接合部材Ｗを実装される基板に高密度に実装する観点からは、被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐから開口外周凸部（開口最外周）までの距離は、ベース板の厚み程度であることが好ましい。
つぎに、図８を参照して凹所をベース板に複数設ける構成について説明する。なお、図８では、説明を簡単にするために凹所を２か所とした例として説明するが、凹所を形成する数は３〜９あるいは１０以上であっても構わない。また、図８で示す各構成はすでに説明したものと形状は異なるが同じ機能を備えることとして適宜説明を省略する。
ベース板４１は、長方形状に形成された板本体４２と、この板本体４２の２つの被接合部材Ｗを接合する接合位置に形成した２か所の凹所４３Ａ、４３Ｂとを備えている。そして、ベース板４１に形成された凹所４３Ａ、４３Ｂは、それぞれ同じ形状となる凹所開口外周部４６を備えている。凹所開口外周部４６は、各辺に２か所の開口外周凸部４６ｂと、開口外周凸部４６ｂ、４６ｂの間に形成された開口外周凹部４６ａとで構成されている。
なお、開口外周凸部４６ｂは、矩形状に形成されている。そして、開口外周凸部４６ｂは、１辺に２つあるうちの一方が、隣り合う辺の直線を延長して矩形状の一部となるように形成されている。さらに、凹所４３Ａと凹所４３Ｂとは、凹所４３Ａの開口外周凸部４６ｂと凹所４３Ｂの開口外周凹部４６ａとが近接して対向するように配置されている。このように、ベース板４１では、開口外周凹部４６ａと対向するように開口外周凸部４６ｂとが設置されていることで、実装密度を高めることができる。
なお、図８（ｂ）に示すように、対向する開口外周凹部５６ｃと開口外周凸部５６ｆとを予め嵌り合うように形成するようにしてもよい。すなわち、ベース板５１は、板本体５２に形成された凹所５３Ａと凹所５３Ｂとが、隣接する位置に形成されている。そして、凹所５３Ａ及び凹所５３Ｂのそれぞれの凹所開口外周部５６、５６では、対向しない３辺に一定間隔で形成された矩形状の開口外周凹部５６ａと開口外周凸部５６ｂとが形成されている。そして、凹所５３Ａ及び凹所５３Ｂのそれぞれの凹所開口外周部５６，５６では、対向する辺の位置において、隣接して互いに凹凸が嵌り合うように、開口外周凹部５６ｃと開口外周凸部５６ｄとが形成されると共に、開口外周凸部５６ｆと開口外周凹部５６ｅとが形成されている。この凹所５３Ａ及び凹所５３Ｂでは、隣接して嵌り合うように開口外周凹部５６ｃと開口外周凸部５６ｆとが形成されると共に、隣接して嵌り合うように開口外周凸部５６ｄと開口外周凹部５６ｅとが形成されているので、実装密度を高めることができる。
以上説明した図１〜図８に示すベース板１（１１等）では、被接合部材Ｗをハンダ等の接合材Ｓを介して接合するときに、接合材Ｓが溶融されて液状になっても、凹所３（３Ａ等）が形成されていることで接合材Ｓの液状化による被接合部材Ｗの位置のずれを抑制することができる。また、ベース板１（１１等）では、被接合部材Ｗが実装された後に作動することで熱を発生しても、その熱により生じる部材間の応力を、被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐに位置する凹所外周部５（１５等）の接合材Ｓが吸収することができる。
なお、ここでベース板１（１１等）に接合される被接合部材Ｗは、動作するときに熱を発生する部材単体あるいは、その部材と絶縁基板等とが接合されたものを接合部材という。例えば、熱を発生する部材とは、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、整流ダイオード、トランジスタ等の半導体素子（素子）であり、通常、動作する際に熱を発生させる電子部品である。なお、熱を発生する部材の大きさや形状については特に限定されない。また、熱を発する部材を搭載した絶縁基板については特に限定されないが、例えば、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板やＡＭＣ（Active Metal Brazed Copper）基板などが用いられる。
また、ここで使用される接合材Ｓとは、熱を発生する部材（被接合部材）、ベース板１等を互いに接合する部材である。接合材Ｓは、部材間（熱を発生する部材とベース板との間、ベース板とヒートシンク等の他部材との間）に封入され、接合層を形成する。なお、接合材Ｓは、例えば、ハンダ、ろう等であり、比較的軟化温度が低く軟らかいことから、応力に対して緩衝材的な役割を果たす。部材間に形成される接合層の厚さについては、熱を発生する部材の大きさ、発熱量等によって異なり特に限定されないが、熱伝導性の観点から１０μｍ〜２００μｍが好ましい。さらに、図８（ａ）、（ｂ）で示す構成は、凹所開口外周部が直線の四角形の場合は、その一方の凹所の一辺が他方の方所の一辺と隣接して配置されることとなり、後記する図９（ａ）〜（ｈ）で示すものが複数配置されている構成であっても構わない。また、図８（ａ）、（ｂ）で示す構成に、図９（ａ）〜（ｈ）で示すものを組み合わせた構成であっても構わない。
なお、すでに説明したベース板１、１Ａ〜１Ｅ、１１、１１Ａ〜１１Ｅ、４１，５１（以下、ベース板１Ｚという）において、凹所外周部５等の窪みの深さと凹所中央部４等の窪みの深さの差が０．０ｍｍよりも大きく０．４ｍｍよりも小さい構成とすることで、ハンダ中のミーゼス応力最大値を規格化した値が１よりも小さくなりより好ましい。このベース板１Ｚの窪み深さの具体的な構成は後記する。
また、ベース板１Ｚにおいて、図９（ａ）〜（ｈ）に示すように、凹所３、３Ａ〜３Ｅ、１３、１３Ａ、４３Ａ、４３Ｂ（以下、凹所３Ｚという）において、凹所中央部４、４Ａ〜４Ｄ、４４，５４（以下凹所中央部４Ｚという）の外周側面４１０〜４１７が、四角形の各直線の辺に対面して、周方向に凹状または凸状あるいは凹凸状となるように構成されても構わない。ここで示す外周側面４１０〜４１７は、ベース板１Ｚと同じ方向の四角形に対して、その四角形の各辺と平行な直線にならないように、凹状または凸状あるいは凹凸状となっていればよい。なお、図９（ａ）〜（ｈ）では、凹所開口外周部６を一例として図１と同様に平面視が矩形（ここでは正方形）として説明する。また、図９（ａ）〜（ｈ）において、凹所中央部４Ｚは、被接合部材Ｗの面積よりも小さい面積となるように形成されている。
図９（ａ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚが、その外周側面４１０を円形に形成している。そして、外周側面４１０から凹所開口外周部６までの位置を窪みが深い凹所外周部５１０としている。したがって、凹所開口外周部６との各辺に対向する凹所中央部４Ｚの外周側面４１０とは、互いに平行となるような均等な状態ではなくなり、各辺の中央では、凹所外周部５１０の幅が狭く、各辺の端部側では、凹所外周部５１０の幅が広くなっている。そのため、凹所中央部４Ｚの外周側面４１０は、各辺の中央では、凹所開口外周部６に向かって凸の状態が最大となり、各辺の端部側では凸の状態が小さくなって、周方向に凹凸を形成している。したがって、凹所中央部４Ｚの外周側面４１０は、凹所開口外周部６の各辺の中央に対向する位置が外周凸部（凹所中央外周凸部）４１０Ａとなっている。
また、図９（ｂ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１１を、頂角を丸くした菱形形状に形成している。そして、凹所中央部４Ｚは、外周側面４１１の頂角部分を、凹所開口外周部６の各辺において中央に向くように形成している。したがって、凹所開口外周部６との各辺と、この各辺に対向する凹所中央外周面４１１とは、互いに平行となるような均等な状態ではなくなり、各辺の中央では、凹所外周部５１１の幅が狭く、各辺の端部側では、凹所外周部５１１の幅が広くなっている。そのため、凹所中央部４Ｚの外周側面４１１は、各辺の中央では、凹所開口外周部６に向かって凸の状態が最大となり、各辺の端部では凸の状態が小さくなって、周方向に凹凸を形成している。したがって、凹所中央部４Ｚの外周側面４１１は、凹所開口外周部６の各辺の中央に対向する位置が外周凸部（凹所中央外周凸部）４１１Ａとなっている。
さらに、図９（ｃ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１２に、外周凸部（凹所中央外周凸部）４１２Ａ及び外周凹部（凹所中央外周凹部）４１２Ｂとが周方向に連続して形成されている。つまり、凹所中央部４Ｚの外周側面４１２は、周方向に凹凸となるように形成されている。したがって、外周凸部４１２Ａと凹所開口外周部６との間では凹所外周部５１２の幅が狭く、外周凹部４１２Ｂと凹所開口外周部６との間では凹所外周部５１２の幅が広くなっている。なお、外周凸部４１２Ａ及び外周凹部４１２Ｂは、その大きさが揃っていない状態の長方形状で形成されている。また、凹所中央外周面４１２では、凹所開口外周部６の頂角に対向する位置では、凹に形成されている。
そして、図９（ｄ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚが、その外周側面４１３に、外周凸部（凹所中央外周凸部）４１３Ａ及び外周凹部（凹所中央外周凹部）４１３Ｂとが周方向に連続して凹凸となるように形成されている。この凹所中央部４Ｚの外周側面４１３は、凹所開口外周部６の頂角に対向する位置では、凸に形成されている。外周凸部４１３Ａと外周凹部４１３Ｂとは、角部分以外は統一した四角形状に形成されている。なお、凹所外周部５１３は、外周凸部４１３Ａ及び外周凹部４１３Ｂにより凹所開口外周部６までの間隔が異なるように構成されている。
また、図９（ｅ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１４に、外周凸部（凹所中央外周凸部）４１４Ａを各辺の中央にしてその両側に外周凹部（凹所中央外周凹部）４１４Ｂが形成されている。つまり、凹所中央部４Ｚの外周側面４１４は、周方向に沿って形成される外周凸部４１４Ａと外周凹部４１４Ｂにより周方向に凹凸が形成されている。この外周側面４１４は、凹所開口外周部６の頂角に対向する位置では、凸状に形成されている。また、外周凸部４１４Ａと外周凹部４１４Ｂとが、角部分以外は統一した横長な四角形状に形成されている。なお、凹所外周部５１４は、外周凸部４１４Ａ及び外周凹部４１４Ｂにより凹所開口外周部６までの間隔が異なるように構成されている。
さらに、図９（ｆ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１５において、各辺の中央に外周凹部（凹所中央外周凹部）４１５Ｂが形成され、その外周凹部４１５Ｂの両側に外周凸部（凹所中央外周凸部）４１５Ａが形成されている。つまり、凹所中央部４Ｚの外周側面４１５は、周方向に沿って外周凸部４１５Ａ及び外周凹部４１５Ｂが形成されることで、周方向に凹凸を形成している。この外周側面４１５は、凹所開口外周部６の頂角に対向する位置では、凹状に形成されている。また、外周凸部４１５Ａが外周凹部４１５Ｂよりも長さが小さい長方形状に形成されている。なお、凹所外周部５１５は、外周凸部４１５Ａ及び外周凹部４１５Ｂにより凹所開口外周部６までの間隔が異なるように構成されている。
そして、図９（ｇ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１６において、外周凹部（凹所中央外周凹部）４１６Ｂが所定の間隔を空けて形成されている。つまり、凹所中央部４Ｚの外周側面４１６は、周方向に沿って外周凹部４１６Ｂが形成されることで、凹所開口外周部６との間において周方向に凹凸を形成している。外周凹部４１６Ｂは、ここでは、半円形あるいは半楕円形に形成されている。なお、凹所外周部５１６は、外周凹部４１６Ｂにより凹所開口外周部６までの間隔が異なるように構成されている。
そして、図９（ｈ）に示すように、ベース板１Ｚの凹所３Ｚでは、凹所開口外周部６を正方形とし、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１７において、外周凸部（凹所中央外周凸部）４１７Ａが所定の間隔を空けて形成されている。つまり、凹所中央部４Ｚの外周側面４１６は、周方向に沿って外周凸部４１７Ａが形成されることで、凹所開口外周部６との間において周方向に凹凸を形成している。外周凸部４１７Ａは、ここでは、半円形あるいは半楕円形に形成されている。なお、この外周側面４１７は、凹所開口外周部６の頂角に対向する位置では、円弧の凸状に形成されている。また、凹所外周部５１７は、外周凸部４１７Ａにより凹所開口外周部６までの間隔が異なるように構成されている。
以上、図９（ａ）〜（ｈ）で示すように、凹所中央部４Ｚは、その外周側面４１０〜４１７を凹凸とすることができるものであれば、前記した形状以外であっても構わない。また、図９（ａ）〜（ｈ）において、凹所開口外周部６を正方形として説明したが、図４、図６及び図７で示す形状として組み合せて使用しても構わない。つまり、凹所は、凹所開口外周部および凹所中央部の外周側面のそれぞれが凹凸となるように形成されても構わない。また、凹所中央部の外周側面は、図５（ａ）〜（ｅ）に示すような構成に凹凸となるように形成されることであっても構わない。
なお、図１から図９では、凹所３Ｚは、深さの異なる構成として説明したが、図１０に示すように、凹所１１３において、深さが一定であっても、凹所開口外周部の位置に凹凸を形成するベース板１００の構成としてもよい。なお、図１０では、凹所開口外周部１６を、すでに説明した凹所開口部外周の一例として示しているが、他の形状である凹所開口外周部６Ａ〜６Ｄ、１６、１６Ａ〜１６Ｄ、２１〜３０、４６、５６の構成であっても構わない。
このベース板１００では、凹所開口外周部１６（６Ａ〜６Ｄ、１６、１６Ａ〜１６Ｄ、２１〜３０、４６、５６）があることで、接合材Ｓとして例えばハンダを使用する場合に凹凸がないものと比較してハンダのミーゼス応力が小さくなる。したがって、ベース板１００のように、凹所深さが一定であっても、凹所開口外周部に凹凸が形成されることで、被接合部材Ｗの位置ずれを防止することができると共に、被接合部材が実際に動作して発熱することによって発生する応力を、緩和することができる。
なお、ベース板１００は、凹所開口外周部１６（６Ａ〜６Ｄ、１６、１６Ａ〜１６Ｄ、２１〜３０、４６、５６）において凹所の底面から立ち上がる凹壁面が底面から垂直に形成されている構成であっても、底面から開口面積が広がるように傾斜面に形成されている構成であってもよい。さらに、当該凹壁面が湾曲していても構わない。
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示すようなベース板１１０の構成であっても構わない。このベース板１１０は、一方の実装面１１０Ａに、被接合部材Ｗが接合材Ｓを介して接合されるものであって、一方の実装面１１０Ａに被接合部材Ｗの投影面積よりも小さい面積を持つ凸面部１１１を有している。
凸面部１１１は、ここでは平面視で正方形に実装面１１０Ａの中央において突出して形成されている。この凸面部１１１は、実装される被接合部材Ｗが接合材Ｓに接合される場合に移動する移動量を予め測定しておき、その移動量よりも、被接合部材Ｗと凸面部１１１との大きさの差が大きくなるように、その大きさが設定されている。また、凸面部１１１は、突出する面の突出高さが、被接合部材Ｗの種類により設定されるが、例えば、平面部分よりも０．５〜３ｍｍの範囲であればよく、より好ましくは、０．７〜２ｍｍの範囲であればより好ましい。なお、凸面部１１１に接合材Ｓである例えばハンダを介して被接合部材Ｗを接合する場合には、凸面部１１１からはみ出る被接合部材Ｗの下面と実装面１１０Ａとの間にハンダが入り込むことで、被接合部材Ｗが安定する。つまり、接合材Ｓの状態では、既に説明した図１〜図８で示す構成同様に、中央の接合材Ｓよりも外周側の接合材Ｓが厚くなるように構成される。したがって、被接合部材Ｗは、すでに説明したような状態となり、被接合部材Ｗが実装された後に動作することで熱を発生しても、位置ずれによる応力を緩和することができる。また、このような構成のベース板１１０は、接合材Ｓの周囲に接合材Ｓを囲む部材がないため、被接合部材Ｗが実装された後に動作することで熱を発生しても、位置ずれによる応力をより緩和することができる。
図１１では、凸面部１１１は、平面視でその外周形状を直線とする正方形状として説明したが、例えば、既に説明した図９（ａ）〜（ｈ）に示すような外周側面４１０〜４１７となる形状を備えていても構わない。また、凸面部１１１は、平面から立ち上がる側壁が垂直、傾斜あるいは湾曲するように構成されていても構わない。
さらに、図１２（ａ）、（ｂ）に示すようなベース板１２０の構成であっても構わない。ベース板１２０は、一方の実装面１２０Ａに、被接合部材Ｗが接合材Ｓを介して接合されるものであって、被接合部材Ｗの外周部に対面する、一方の実装面１２０Ａの位置に環状の溝部１２１を備えている。ここでは、実装される被接合部材Ｗが接合材Ｓに接合される場合に移動する移動量を予め測定しておき、その移動量よりも、被接合部材Ｗから溝部１２１の溝外周縁１２３までの距離の差が大きくなるように、その溝部１２１の幅が設定されている。つまり、ベース板１２０は、被接合部材Ｗの外周部が溝部１２１の範囲内に位置して移動しても溝部１２１の溝外周縁１２３に到達しないような溝幅となるように溝部１２１を形成している。また、溝部１２１の深さは一様な深さとなるようにその断面形状が矩形となるようにここでは形成されている。なお、図１２で示すベース板１２０は、図１で説明したベース板１の凹所中央部４の高さを板本体２の周縁高さと同じにした構成と同等な構成である。
このように構成したベース板１２０では、被接合部材Ｗの下面に対面する中央側の実装面１２０Ａと、溝部１２１内とに接合材Ｓが設けられ、その接合材Ｓを介して被接合部材Ｗが実装されることになる。このベース板１２０では、図１と同様に、被接合部材Ｗの外周部に対面する部分の接合材Ｓが中央位置よりも窪みとして深くなっているので、図１と同様に、被接合部材Ｗが実際に動作して発熱することによって発生する応力を、凹所中央部分より凹所外周部分（溝部１２１）の窪みの深さを大きくすることで緩和することができる。
なお、溝部１２１は、その溝外周縁１２３及び溝内周縁１２４を図１２（ａ）に示すように、直線とする四角形としているが、直線に限定されるものではなく曲線であってもよい。あるいは、例えば、図９（ａ）〜（ｈ）に示すような形状となる溝内周縁としてもよく、さらに、図４（ａ）、図６（ａ）〜（ｆ）、図７（ａ）〜（ｄ）で示すような形状となる溝外周縁としても構わない。また、溝部１２１は、その溝外周縁１２３及び溝内周縁１２４に、図５で示すような傾斜面あるは曲面、または、図示しない傾斜面を曲面とする構成であっても構わない。
つぎに、ベース板１（１１等）を使用した半導体装置６０，７０について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、既に説明したベース板１（１１等、図１〜図１２の構成）の各構成は適宜省略してベース板１を用いた場合を代表して説明する。
図１３に示すように、半導体装置６０は、ベース板１と、このベース板１に接合材Ｓを介して接合される被接合部材Ｗと、ベース板１を接合材Ｓにより接合する絶縁部材Ｎと、この絶縁部材Ｎを接合材Ｓにより接合するヒートシンクＨＳとを備えている。
絶縁部材Ｎは、絶縁基板ＩＮと、この絶縁基板ＩＮの表裏に形成した金属箔Ｍｅ，Ｍｅとにより構成されている。また、ヒートシンクＨＳは、アルミニウム等の放熱性に優れた金属により形成されている。
この半導体装置６０は、被接合部材Ｗが外部からの電力を図示しない接続電極から供給されることで動作し、被接合部材Ｗが熱を発生する。しかし、ベース板１は、凹所３の凹所外周部５が凹所中央部４よりも窪み深さが大きく形成されていることで、特に被接合部材Ｗの外周縁Ｗｐ（図１参照）で発生する応力を吸収することができる。
また、図１４に示すように、半導体装置７０は、被接合部材Ｗを接合材Ｓにより接合したベース板１と、このベース板１を接合材Ｓにより接合したヒートシンクＨＳとを備えている。なお、被接合部材Ｗは、ここでは、半導体素子Ｓｅと、この半導体素子Ｓｅを接合した絶縁部材Ｎと、を備えている。そして、絶縁部材Ｎは、絶縁基板ＩＮと、この絶縁基板ＩＮの表裏面に設けた金属箔Ｍｅ，Ｍｅとを備えている。
この半導体装置７０は、半導体素子Ｓｅが、外部からの電力を図示しない接続電極から供給されることで動作し発熱する。そして、半導体素子Ｓｅが発熱することで熱が伝導して絶縁部材Ｎも発熱する。したがって、被接合部材Ｗの外周縁となる絶縁部材Ｎの外周縁Ｗｐに応力が発生するが、ベース板１の凹所３の凹所外周部５が凹所中央部４よりも窪み深さが大きく形成されていることで、発生する応力を吸収することができる。また、図１０のベース板１００の場合には、凹所開口外周部に開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれかまたは両方が存在する構成を備えているので、凹所の深さが一定であっても、発生する応力を吸収することができる。さらに、図１１，１２の構成であっても、発生する応力を吸収することができる。
以上説明したようにベース板１（１１等）及び半導体装置６０，７０では、図５に示す凹所の断面形状にすることや、ベース板１１のような凹所開口外周部に開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれかまたは両方が存在する構成では、図６，７に示すような構成とすること等であっても構わない。さらに、図１〜図９において、凹所中央部の底面に、放熱性を損なわない程度であれば溝を設けても構わない。なお、凹所３（１３）に接合材Ｓを介して接合される被接合部材Ｗは、その下面側が凹所３（１３）の凹中に入り込むか、あるいは、凹所３（１３）の周面と同一平面になるように接合されることが好ましい。
以下に本発明に係るベース板について、本発明の構成のベース板（実施例１−１、１−２）をモデルとして熱応力解析を行った結果と、本発明の構成ではないベース板Ｂｂ（比較例１）を用いて熱応力解析を行った結果とを対比して説明する。
＜第１実施例＞
実施例１−１及び実施例１−２は、図１及び図３で示す構成であるＣｕで形成したベース板１，１１を用いて、Ｓｉ素子（被接合部材Ｗ：半導体素子）Ｓｅをハンダ（接合材Ｓ）により接合し、図１５（ｃ）、（ｄ）及び図１５（ｅ）、（ｆ）で示すような樹脂Ｒで封止した構成とした。また、比較例１は、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｃｕで形成したベース板Ｂｂとして凹所が形成されていない銅板に、ハンダ（接合材）Ｓを介してＳｉ素子（被接合部材Ｗ）Ｓｅを接合して樹脂Ｒで封止した半導体装置の構成とした。
図１５（ａ）、（ｂ）に示すベース板Ｂｂは、銅板（縦８．０ｍｍ×横８．０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）である構成とした。
図１５（ｃ）、（ｄ）に示すベース板１は、銅板（縦８．０ｍｍ×横８．０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）であるとともに、凹所は縦４．２ｍｍ×横４．２ｍｍ、凹所外周部の深さを０．４ｍｍ、凹所中央部の深さを０．１ｍｍとした。また、凹所中央部は縦３．０ｍｍ×横３．０ｍｍとした。
図１５（ｅ）、（ｆ）に示すベース板１１は、銅板（縦８．０ｍｍ×横８．０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）であるとともに、凹所は縦４．２ｍｍ×横４．２ｍｍ、凹所外周部の深さを０．４ｍｍ、凹所中央部の深さを０．１ｍｍとした。また、凹所中央部は縦３．０ｍｍ×横３．０ｍｍとした。さらに、４隅の開口外周凸部は、縦０．１ｍｍ×横０．１ｍｍ、各辺の開口外周凹部及び開口外周凸部は、短辺０．１ｍｍ×長辺２．０ｍｍとし、開口外周凹部及び開口外周凸部の深さは凹所外周部と同じとした。
被接合部材Ｗとして、平面視の形状が正方形のＳｉ素子（縦４．０ｍｍ×横４．０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）Ｓｅを、ベース板１，１１の凹所中央及びベース板Ｂｂの中央に搭載したと仮定した。
そして、Ｓｉ素子の発熱は、素子全体で均一に生じると仮定した。Ｓｉ素子Ｓｅと銅板であるベース板１，１１，Ｂｂの接合にはハンダを用い、凹所中央部又は板中央とＳｉ素子の間隔（最薄部の厚み）を０．０５ｍｍとした。パッケージング（樹脂Ｒ）にはエポキシ樹脂を使用し、ベース板１，１１，ＢｂのＳｉ素子Ｓｅを載せた面、及び、ベース板側部を覆うようにパッケージングするハーフモールド型とした。ベース板側部を覆うエポキシ樹脂厚み１．０ｍｍとし、パッケージ全体厚みを４．５ｍｍとした。表１に解析に用いたパラメータを示す。なお、表１にて降伏応力の欄に「なし」と記載した部材は弾性変形のみと仮定した。
Figure 2015128154
実施例１−１、１−２に係るベース板１，１１を用いた半導体装置と、比較例１に係る放熱体であるベース板Ｂｂを用いた半導体装置について、発熱体となるＳｉ素子Ｓｅが発熱したときの定常応力分布のシミュレーションを「Abaqus」(Dassault Systemes社製)を用いて行った。シミュレーションは、１７５℃で隣接する部材の接点を結合した状態で２５℃冷却、その後、Ｓｉ素子Ｓｅ全体が均一に１００Ｗ発熱すると仮定した。また、ベース板１，１１，Ｂｂ下面はヒートシンクに接していると仮定して２５℃一定、樹脂に覆われたその他の端面は断熱条件と仮定した。
シミュレーションによる解析結果を表２に示す。ここで、応力値の比較にはハンダ中のミーゼス応力最大値を用いた。半導体装置損傷は、ハンダ中の応力増大によるクラックの発生が起きやすく、本発明の効果を比較する指標として適していると考えられるからである。
Figure 2015128154
本発明の要件を満たす実施例１−１、実施例１−２では比較例１のハンダ中のミーゼス応力最大値が低減していることがわかった。つまり、本発明に係る放熱体は、ハンダ中の応力を緩和する効果があることがわかった。
＜第２実施例＞
つぎに、第１実施例で使用した実施例１−１の構成を比較例２とし、実施例１−２の構成を実施例２の構成としてシミュレーションを行った。
実施例２に係るベース板１１は、図１５（ｅ）、（ｆ）で示す構成のものが使用され、図１６（ｃ）、（ｄ）に示すように、Ｓｉ素子Ｓｅをベース板１１の凹所１３の中央から０．０５ｍｍ横にずらして設置した。一方、比較例２とし使用されるベース板１については、開口外周凹部あるいは開口外周凸部が形成されていない矩形開口となる図１５（ｃ）、（ｄ）に示すものを使用し、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｓｉ素子Ｓｅをベース板１の凹所３の中央から０．０５ｍｍ横にずらして設置した。
この第２実施例においても。樹脂Ｒにより封止して第１実施例と同じ構成の半導体装置とした。ただし、微小な位置ずれの影響を評価するために、Ｓｉ素子を放熱体凹所の中央から０．０５ｍｍ横にずらして設置した状態において、第１実施例と同様のシミュレーション条件で行った。
シミュレーションによる解析結果を表３に示す。ここでも第１実施例と同様に応力値の比較には、接合材Ｓであるハンダ中のミーゼス応力最大値を用いた。
Figure 2015128154
表３より、第２実施例では、比較例２と実施例２とを比較して、ハンダ中のミーゼス応力最大値が低減することがわかった。つまりベース板１１のように開口外周凹部、開口外周凸部あるいはその両方が形成されている構成では、位置ずれを防止するとともに、ハンダ中の応力を緩和する効果がより優れていることが明らかとなった。
以上、説明したように、ベース板Ｂｂのように凹所が形成されていない構成に対して、
ベース板１，１１で示す構成では、接合時に被接合部材（Ｓｉ素子Ｓｅ）Ｗの位置ずれを防止すると共に、被接合部材Ｗが作動するときに発熱しても接合材Ｓの応力を緩和することが明らかとなった。
＜第３実施例＞
また、実施例３として、図１７に示すように、実施例１−１の構成（図１５（ｃ）、（ｄ））において開口上端から底面までの窪み深さＤ２と凹所中央部４の窪みの深さＤ１（Ｄ１、Ｄ２の定義は図１の通り）の差をＤ３（＝Ｄ２−Ｄ１）とし、Ｄ３の値を０．０ｍｍから０．５ｍｍの範囲で変化させて測定したものを測定した。つまり、各Ｄ３でのハンダ中ミーゼス応力最大値をＤ＝０．０ｍｍで規格化した結果を図１７に示す。図１７より、実施例３中のＤ３が０．０ｍｍから０．４ｍｍの範囲においてハンダ中のミーゼス応力最大値が低減することがわかった。つまり、本発明に係る被接合部材Ｗの外周縁が対面する凹所外周部において凹所中央部よりも窪みの深さが深くなることを特徴とするベース板において開口上端から底面までの窪み深さＤ２と凹所中央部４の窪みの深さＤ１の差Ｄ３を０．０よりも大きく、０．４ｍｍよりも小さい範囲に制御することによって、ハンダ中の応力を緩和する効果があることがわかった。
＜第４実施例＞
さらに、実施例４として、図１８に示すベース板Ｂ１００（比較例４）と、図１０に示すベース板１００（実施例４）とを比較したときの値を表３に合せた状態で、表４に示す。
Figure 2015128154
表４より、第４実施例では、比較例４と実施例４とを比較して、ハンダ中のミーゼス応力最大値が低減することがわかった。つまりベース板１００のように、凹所１１３の深さが一定であっても、開口外周凹部１６ａ、開口外周凸部１６ｂあるいはその両方が形成されている構成では、位置ずれを防止するとともに、ハンダ中の応力を緩和する効果がより優れていることが明らかとなった。
１、１Ａ〜１Ｅ、１１、１１Ａ〜１１Ｅ、４１、５１ ベース板
２，４２，５２ 板本体
３、３Ａ〜３Ｅ、１３、１３Ａ、４３Ａ、４３Ｂ 凹所
４、４Ａ〜４Ｄ 凹所中央部
５、５Ａ〜５Ｅ、１５、１５Ｄ、１５Ｅ 凹所外周部
６、６Ａ〜６Ｄ 凹所開口外周部
１６、１６Ａ〜１６Ｄ、２１〜３０、４６、５６ 凹所開口外周部
１６ａ、２１Ａ〜２８Ａ、４６ａ、５６ａ、５６ｃ、５６ｅ 開口外周凹部
１６ｂ、２１Ｂ〜２７Ｂ、３０Ｂ、４６ｂ、５６ｂ、５６ｄ、５７ｆ 開口外周凸部
２８ａ〜３０ａ 開口外周直線
６０、７０ 半導体装置
１４０〜１４７ 外周側面
１４０Ａ〜１４７Ａ 外周凸部（凹所中央外周凸部）
１４３Ｂ〜１４６Ｂ 外周凹部（凹所中央外周凹部）
Ｂｂ ベース板
ＨＳ ヒートシンク
ＩＮ 絶縁基板
Ｍｅ 金属箔
Ｎ 絶縁部材
Ｒ 樹脂
Ｓ 接合材
Ｓｅ Ｓｉ素子（被接合部材：半導体素子）
Ｗ 被接合部材
Ｗｐ 外周縁

Claims (18)

  1. 一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、
    前記被接合部材が接合される前記実装面の接合位置に、前記接合材を介して前記被接合部材を接合するための凹所を備え、
    前記凹所は、凹所開口面積が前記被接合部材よりも大きく、前記被接合部材の外周縁が対面する凹所外周部において凹所中央部よりも窪みの深さが深くなることを特徴とするベース板。
  2. 前記凹所は、凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれか一方または両方が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベース板。
  3. 前記凹所は、複数設けられ、前記凹所の凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部が形成され、一方の前記開口外周凹部と、他の前記開口外周凸部とが互い違いになるように前記凹所開口外周部が隣り合うように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のベース板。
  4. 前記凹所外周部と前記凹所中央部との底面が傾斜面で接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のベース板。
  5. 前記凹所外周部の縦断面形状が前記凹所中央部まで曲線となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のベース板。
  6. 前記凹所外周部の底面から立ち上がる凹壁面から前記凹所開口外周部までに開口面積が広がる方向に傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のベース板。
  7. 前記凹所外周部との境となる凹所中央部の外周側面に、周方向に凹凸とする凹所中央外周凹部及び凹所中央外周凸部のいずれか一方または両方が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のベース板。
  8. 前記凹所外周部の窪みの深さと凹所中央部の窪みの深さの差が０．０ｍｍよりも大きく０．４ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のベース板。
  9. 被接合部材が接合材を介して設けられたベース板と、前記ベース板が設けられた絶縁性部材と、前記絶縁性部材が設けられた放熱性部材と、を有する半導体装置であって、
    請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の前記ベース板を用いたことを特徴とする半導体装置。
  10. 被接合部材を備える絶縁性部材と、前記絶縁性部材が接合材を介して設けられたベース板と、前記ベース板が設けられた放熱性部材と、を有する半導体装置であって、
    請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の前記ベース板を用いたことを特徴とする半導体装置。
  11. 一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、
    前記被接合部材が接合される前記実装面の接合位置に、前記接合材を介して前記被接合部材を接合するための凹所を備え、
    前記凹所は、凹所開口面積が前記被接合部材よりも大きく、
    前記凹所は、凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部のいずれか一方または両方が形成されていることを特徴とするベース板。
  12. 前記凹所は、複数設けられ、前記凹所の凹所開口外周部を周方向に凹凸とする開口外周凹部及び開口外周凸部が形成され、一方の前記開口外周凹部と、他の前記開口外周凸部とが互い違いになるように前記凹所開口外周部が隣り合うように設けられたことを特徴とする請求項１１に記載のベース板。
  13. 前記凹所の底面から立ち上がる凹壁面から前記凹所開口外周部までに開口面積が広がる方向に傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のベース板。
  14. 前記凹所の底面から立ち上がる凹壁面から前記凹所開口外周部まで曲面で形成されたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のベース板。
  15. 一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、前記一方の実装面に前記被接合部材の投影面積よりも小さい面積を持つ凸面部を有し、前記凸面部に前記接合材を介して被接合部材が実装されることを特徴とするベース板。
  16. 一方の実装面に、被接合部材が接合材を介して接合されるベース板であって、前記被接合部材の外周部に対面する、前記一方の実装面の位置に環状の溝部を備え、前記溝部に設けた前記接合材を介して前記被接合部材が接合されることを特徴とするベース板。
  17. 被接合部材が接合材を介して設けられたベース板と、前記ベース板が設けられた絶縁性部材と、前記絶縁性部材が設けられた放熱性部材と、を有する半導体装置であって、
    請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の前記ベース板を用いたことを特徴とする半導体装置。
  18. 被接合部材を備える絶縁性部材と、前記絶縁性部材が接合材を介して設けられたベース板と、前記ベース板が設けられた放熱性部材と、を有する半導体装置であって、
    請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の前記ベース板を用いたことを特徴とする半導体装置。
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