JP2022185936A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロック体が適切に配置された半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置１０は、一面１１ａにエミッタ電極１２を有する半導体チップ１１と、半導体チップの一面側に配置された第１ヒートシンク２３と、基材１９ａを有し、半導体チップと第１ヒートシンクの間に介在する導電性のターミナル１８とを備えている。エミッタ電極とターミナルは、第１はんだ１７で接続されている。第１ヒートシンクとターミナルは、第２はんだ２２で接続されている。ターミナルは、半導体チップと対向する第２対向面１８ｂと、第１ヒートシンクと対向する第１対向面１８ａと、第１対向面と第２対向面につらなる側面１８ｃとを有している。そして、側面は、第１対向面側の角部と第２対向面側の角部が角取りされた第２側面部１８ｃ２を有している。【選択図】図２

Description

本開示は、半導体装置に関する。

半導体装置の一例として、特許文献１に開示されたものがある。半導体装置は、半導体チップの上下両面に、それぞれヒートシンクが設けられている。また、半導体装置は、半導体チップと上側ヒートシンクとの間に、ブロック体が接合材を介して設けられている。

特開２００５－１１６８７５号公報

ところで、ブロック体は、半導体チップと対向する一面と、ヒートシンクと対向する反対面の形状が異なることがある。例えば、ブロック体は、一面と反対面の一方が曲面形状で、他方が一部に突起が設けられた突起形状をなしている。また、このようなブロック体を備えた半導体装置は、曲面形状と突起形状側を半導体チップとヒートシンクのいずれかと対向させることになる。よって、このような半導体装置では、ブロック体の方向を管理する必要がある。

しかしながら、半導体装置は、製造過程でブロック体の方向が変わってしまうこともある。この場合、半導体装置は、ブロック体が適切に配置されない可能性がある。

開示されるひとつの目的は、ブロック体が適切に配置された半導体装置を提供することである。

ここに開示された半導体装置は、
一面（１１ａ）に電極（１２）を有する半導体チップ（１１）と、
半導体チップの一面側に配置された導電部材（２３）と、
金属材料を用いて形成された基材（１９ａ）を有し、半導体チップと導電部材の間に介在する導電性のブロック体（１８）と、
電極とブロック体との間に配置され、電極とブロック体とを接続する第１はんだ（１７）と、
導電部材とブロック体との間に配置され、導電部材とブロック体とを接続する第２はんだ（２２）と、を備え、
ブロック体は、半導体チップと導電部材の一方と対向する第１対向面（１８ａ）と、半導体チップと導電部材の他方と対向する第２対向面（１８ｂ）と、第１対向面と第２対向面につらなる側面（１８ｃ）とを有し、
側面は、第１対向面側の角部と第２対向面側の角部が角取りされた角取部（１８ｃ２）を有している。

ここに開示された半導体装置によると、ブロック体の側面に、第１対向面側の角部と第２対向面側の角部が角取りされた角取部を備えている。このため、半導体装置は、半導体チップおよび導電部材に対して、ブロック体の第１対向面と第２対向面の方向を管理する必要がない。よって、半導体装置は、ブロック体を適切に配置することができる。

この明細書において開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態における半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図１のII－II線に沿う断面図である。 図２の破線IIIで示す領域の拡大断面図である。 凹凸酸化膜の形成方法を示す平面図である。 図４の破線Vで示す領域の拡大平面図である。 凹凸酸化膜の形成方法を示す断面図である。 第１実施形態におけるターミナルの概略構成を示す断面図である。 第１実施形態における加工前のターミナルの概略構成を示す断面図である。 変形例１におけるターミナルの概略構成を示す断面図である。 変形例２におけるターミナルの概略構成を示す断面図である。 第２実施形態における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第３実施形態における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第４実施形態における半導体装置の概略構成を示す断面図である。

以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。後述する半導体チップの厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。特に断わりのない限り、上記したＸ方向およびＹ方向により規定されるＸＹ面に沿う形状を、平面形状とする。

（第１実施形態）
先ず、図１～図３に基づき、半導体装置の概略構成について説明する。

図１および図２に示すように、半導体装置１０は、半導体チップ１１と、封止樹脂体１５と、ターミナル１８と、第１ヒートシンク２３と、第２ヒートシンク２７と、を備えている。さらに、半導体装置１０は、外部接続用の端子として、信号端子１６と、主端子２５，２８と、を備えている。このような半導体装置１０は、三相インバータを構成する６つのアームのうちのひとつを構成する所謂１ｉｎ１パッケージとして知られており、たとえば車両のインバータ回路に組み入れられる。

半導体チップ１１は、シリコンなどの半導体基板に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのパワートランジスタが形成されてなる。本実施形態では、ｎチャネル型のＩＧＢＴが形成されるとともに、ＩＧＢＴに逆並列に接続される転流ダイオード（ＦＷＤ）が形成されてなる。すなわち、半導体チップ１１に、ＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴが形成されている。半導体チップ１１は、平面略矩形状をなしている。

ＩＧＢＴおよびＦＷＤは、Ｚ方向に電流が流れるように所謂縦型構造をなしており、半導体チップ１１は、Ｚ方向における一面１１ａおよび一面１１ａと反対の裏面１１ｂに、電極をそれぞれ有している。一面１１ａには、エミッタ電極１２が形成されている。エミッタ電極１２は、ＦＷＤのアノード電極も兼ねている。エミッタ電極１２は、ＩＧＢＴやＦＷＤを保護するために一面１１ａに配置された保護膜１３から露出されている。保護膜１３は、たとえばポリイミドを含んで構成されている。また、エミッタ電極１２だけでなく、図示しないパッドも、保護膜１３から露出されている。このパッドは、ゲート電極用のパッドなどを含む。なお、エミッタ電極１２は、特許請求の範囲に記載の電極に相当する。

一方、裏面１１ｂには、ほぼ全面にコレクタ電極１４が形成されている。コレクタ電極１４は、ＦＷＤのカソード電極も兼ねている。

封止樹脂体１５は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体１５は、平面略矩形状をなしており、Ｚ方向に直交する一面１５ａと、一面１５ａと反対の裏面１５ｂと、一面１５ａと裏面１５ｂとをつなぐ側面１５ｃと、を有している。一面１５ａおよび裏面１５ｂは、たとえば平坦面となっている。

半導体チップ１１のパッドには、図示しないボンディングワイヤを介して、信号端子１６が電気的に接続されている。信号端子１６は、図１に示すように、Ｙ方向に延設されており、封止樹脂体１５の側面１５ｃのひとつから外部に突出している。

半導体チップ１１のエミッタ電極１２には、第１はんだ１７を介してターミナル１８が接続されている。本実施形態では、第１はんだ１７の一例として、フラックスレスのはんだを用いている。ターミナル１８は、特許請求の範囲に記載のブロック体に相当する。

ターミナル１８は、導電性を有している。詳述すると、ターミナル１８は、半導体チップ１１と第１ヒートシンク２３との間に介在する。ターミナル１８は、半導体チップ１１と第１ヒートシンク２３との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置する。このため、ターミナル１８は、熱伝導性および電気伝導性を確保すべく、主に金属材料を用いて形成されている。

ターミナル１８は、略角柱状、より詳しくは略四角柱状（換言すれば略直方体状）をなしている。ターミナル１８は、その表面として、第１ヒートシンク２３と対向する第１対向面１８ａと、半導体チップ１１と対向する第２対向面１８ｂと、両対向面１８ａ，１８ｂをつなぐ側面１８ｃと、を有している。第１対向面１８ａおよび第２対向面１８ｂは、略四角柱状の底面とも称される。ターミナル１８の第１対向面１８ａおよび第２対向面１８ｂに直交する方向、すなわち、ターミナル１８の厚み方向は、Ｚ方向に略平行となっている。

なお、本実施形態では、第１対向面１８ａが第１ヒートシンク２３と対向し、第２対向面１８ｂが半導体チップと対向する例を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されない。本開示は、第１対向面１８ａが半導体チップと対向し、第２対向面１８ｂが第１ヒートシンク２３と対向してもよい。

本実施形態では、ターミナル１８の表面のうち、第２対向面１８ｂのほぼ全面が、第１はんだ１７が接続される第１接続領域１８ｄとなっている。同じく、第１対向面１８ａのほぼ全面が、後述する第２はんだ２２が接続される第２接続領域１８ｅとなっている。そして、側面１８ｃが、第１接続領域１８ｄと第２接続領域１８ｅとをつなぐつなぎ領域１８ｆとなっている。

図２、図７に示すように、ターミナル１８は、側面１８ｃとして、第１対向面１８ａ側の角部と第２対向面１８ｂ側の角部が角取りされた第２側面部１８ｃ２を有している。第２側面部１８ｃ２は、側面１８ｃにおける第１対向面１８ａ側の端部から所定範囲の部分と、側面１８ｃにおける第２対向面１８ｂ側の端部から所定範囲の部分である。また、ターミナル１８は、側面１８ｃとして、第１対向面１８ａ側の第２側面部１８ｃ２と、第２対向面１８ｂ側の第２側面部１８ｃ２との間の部分である第１側面部１８ｃ１を有している。

ターミナル１８は、第２側面部１８ｃ２が、外側に凸の曲面形状（所謂Ｒ形状）をなしており、Ｚ方向から見たときに、第２側面部１８ｃ２も半導体チップ１１に対向している。第２側面部１８ｃ２は、特許請求の範囲に記載の角取部に相当する。

なお、本実施形態では、表面に金属薄膜２０が設けられた基材１９ａを採用している。このため、第１対向面１８ａ、第２対向面１８ｂ、側面１８ｃは、金属薄膜２０の表面である。しかしながら、本開示は、これに限定されない。金属薄膜２０が設けられていない場合、第１対向面１８ａ、第２対向面１８ｂ、側面１８ｃは、基材１９ａの表面である。

ターミナル１８は、図３に示すように、金属材料を用いて形成されてた基材１９ａと、基材１９ａの表面に形成された皮膜１９ｂと、を有している。

本実施形態では、基材１９ａの材料として、熱伝導および電気伝導の良いＣｕを採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されない。基材１９ａは、銅合金もしくはアルミ合金もしくは鉄合金を採用できる。また、基材１９ａは、金属材料を主成分として構成されたものであれば採用できる。

また、基材１９ａは、ヤング率が６０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であると好ましい。これによると、基材１９ａは、第１はんだ１７や後述する第２はんだ２２に生じる歪みはほとんど影響が無いことが解析で明らかになった。

基材１９ａは、金属板をプレス加工することで形成される。図８に示すように、プレス加工によって金属板から打ち抜いた基材１９ａは、プレス型が当たる面に曲部（曲面）１８２が形成され、プレス型が抜ける面にバリ１８１が形成される。曲部１８２が形成された面はＲ面と称することができる。一方、バリ１８１が形成された面はバリ面と称することができる。このため、本実施形態では、第１対向面１８ａがＲ面であり第２対向面１８ｂがバリ面である。

基材１９ａは、バレル処理などによって、バリ１８１が除去されている。本開示では、バリ１８１を除去するとともに、第２側面部１８ｃ２を形成している。つまり、本開示では、バリ１８１を除去する場合よりも長時間、バレル処理を行うことで、第２側面部１８ｃ２を形成している。これによって、図７に示すように、角取りされた第２側面部１８ｃ２を有する基材１９ａが得られる。なお、図７では、図面を簡略化するために金属薄膜２０を省略している。

さらに、本実施形態では、第１対向面１８ａ側の第２側面部１８ｃ２と、第２対向面１８ｂ側の第２側面部１８ｃ２とが同様の形状（寸法）となるようにバレル処理を行う。これによって、基材１９ａは、第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂとを区別する必要がない形状となる。つまり、基材１９ａは、第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂとが同様の形状となる。

なお、金属板を切削で小片化した場合であってもバリ１８１が形成される。この場合であっても、基材１９ａをバレル処理することでバリ１８１を除去するとともに、第２側面部１８ｃ２を形成することができる。

本実施形態では、一例として、以下に示す寸法の基材１９ａを採用している。基材１９ａの厚さｔは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。厚さｔは、第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂとの間隔である。また、厚さｔは、基材１９ａのＺ方向に沿う方向の長さともいえる。厚さｔを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とした根拠については、特開２００５－１１６８７５号公報を参照されたい。

また、第１対向面１８ａ側の第２側面部１８ｃ２の幅Ｗ２と第２対向面１８ｂ側の第２側面部１８ｃ２の幅Ｗ１は、０．０５ｍｍ以上である。また、幅Ｗ１＝幅Ｗ２である。幅Ｗ１，Ｗ２は、第２側面部１８ｃ２のＸ方向に沿う方向の長さともいえる。

さらに、第１対向面１８ａ側の第２側面部１８ｃ２の高さＨ２と第２対向面１８ｂ側の第２側面部１８ｃ２の高さＨ１は、０．０１ｍｍ以上である。また、高さＨ１＝高さＨ２である。高さＨ１，Ｈ２は、第２側面部１８ｃ２のＺ方向に沿う方向の長さともいえる。なお、これらの寸法は、基材１９ａに金属薄膜２０が形成された状態の寸法であってもよい。

皮膜１９ｂは、基材１９ａの表面に形成された金属薄膜２０と、金属薄膜２０を構成する主成分の金属と同じ金属の酸化物であり、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜２１と、を有している。

金属薄膜２０は、金属を構成材料とする膜である。本実施形態の金属薄膜２０は、Ｎｉを主成分としている。金属薄膜２０は、たとえばめっき、蒸着により形成されたものである。金属薄膜２０は、たとえば無電解Ｎｉめっきによって基材１９ａの表面に形成されている。金属薄膜２０は、主成分であるＮｉに加えて、Ｐ（リン）を含んでいる。よって、金属薄膜２０は、めっき膜や無電解めっき膜といえる。

金属薄膜２０の有無、金属薄膜２０の種類、および凹凸酸化膜２１の有無と、はんだブリッジの発生しやすさとの関係について確認した。その結果、無電解Ｎｉめっきにより形成された金属薄膜２０に対してレーザ光を照射し、凹凸酸化膜２１を形成すると、ブリッジの発生抑制、すなわちはんだ１７，２２に対する濡れ性低下に効果的であることが明らかとなった。

金属薄膜２０は、基材１９ａの表面全面に形成されている。金属薄膜２０の表面のうち、ターミナル１８の側面１８ｃをなす部分には、図３に示すように凹部２０ａが形成されている。この凹部２０ａは、後述するように、パルス発振のレーザ光の照射により形成されている。たとえば１パルスごとにひとつの凹部２０ａが形成されている。凹部２０ａは、レーザ光のスポットに対応している。また、レーザ光の走査方向において、隣り合う凹部２０ａが連なっている。各凹部２０ａの幅は、５μｍ～３００μｍとなっている。また、凹部２０ａの深さは、０．５μｍ～５μｍとなっている。

なお、凹部２０ａの深さが０．５μｍより浅いと、レーザ光の照射による金属薄膜２０の表面の溶融および蒸着が不十分となり、後述する凹凸酸化膜２１が形成され難くなる。凹部２０ａの深さが５μｍよりも深いと、金属薄膜２０の表面が溶融飛散しやすくなり、蒸着よりも溶融飛散による表面形成が支配的となり、凹凸酸化膜２１が形成され難くなる。

凹凸酸化膜２１は、金属薄膜２０上に形成されている。本実施形態では、金属薄膜２０の表面のうち、ターミナル１８の側面１８ｃをなす部分上に形成されている。凹凸酸化膜２１は、ターミナル１８の４つの側面１８ｃの全周にわたって形成されている。さらに凹凸酸化膜２１は、側面１８ｃの一部に設けられている。詳述すると、凹凸酸化膜２１は、第１側面部１８ｃ１の全域と、第２側面部１８ｃ２の一部に設けられている。

凹凸酸化膜２１は、金属薄膜２０にレーザ光を照射することで、金属薄膜２０を構成する金属を酸化して形成されている。すなわち、凹凸酸化膜２１は、金属薄膜２０の表層を酸化することで、金属薄膜２０の表面に形成された酸化物の膜である。このため、金属薄膜２０の一部分が、凹凸酸化膜２１を提供しているともいえる。

本実施形態では、凹凸酸化膜２１を構成する成分のうち、８０％がＮＩ_２Ｏ_３、１０％がＮｉＯ、１０％がＮｉとなっている。このように、凹凸酸化膜２１の主成分は、金属薄膜２０の主成分であるＮｉの酸化物である。凹凸酸化膜２１の平均膜厚は、１０ｎｍ～数百ｎｍとなっている。凹凸酸化膜２１は、凹部２０ａを有する金属薄膜２０の表面の凹凸に倣って形成されている。また、凹部２０ａの幅よりも細かいピッチで凹凸が形成されている。すなわち、非常に微細な凹凸が形成されている。換言すれば、複数の凸部２１ａ（柱状体）が、細かいピッチで形成されている。たとえば凸部２１ａの平均幅が１ｎｍ～３００ｎｍ、凸部２１ａ間の平均間隔が１ｎｍ～３００ｎｍとなっている。

なお、凹凸酸化膜２１の端部は、基材１９ａの厚さｔ方向における位置が基材１９ａの全周にわたって同じであると好ましい。つまり、凹凸酸化膜２１の第１対向面１８ａ側の端部は、基材１９ａの厚さｔ方向における位置が基材１９ａの全周にわたって同じである。同様に、凹凸酸化膜２１の第２対向面１８ｂ側の端部は、基材１９ａの厚さｔ方向における位置が基材１９ａの全周にわたって同じである。以下においては、凹凸酸化膜２１の端部における基材１９ａの厚さｔ方向の位置を、単に凹凸酸化膜２１の端部の位置とも称する。

図２に示すように、第１対向面１８ａには、第２はんだ２２を介して第１ヒートシンク２３が接続されている。本実施形態では、第２はんだ２２として、フラックスレスのはんだを用いている。第１ヒートシンク２３は、特許請求の範囲に記載の導電部材に相当する。以下においては、第１はんだ１７および第２はんだ２２を、はんだ１７，２２とも称する。

第１ヒートシンク２３は、半導体チップ１１の生じた熱を半導体装置１０の外部に放熱する放熱機能と、半導体チップ１１と後述する主端子２５とを電気的に中継する機能とを果たす。このような第１ヒートシンク２３は、第２はんだ２２よりも熱伝導性に優れる材料を用いて形成されている。たとえば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ合金などの熱伝導性および電気伝導性に優れる金属材料を採用することができる。本実施形態では、Ｃｕを用いて形成されている。

第１ヒートシンク２３のうち、ターミナル１８と対向する対向面２３ａは、封止樹脂体１５により被覆されている。一方、対向面２３ａと反対の面は、封止樹脂体１５の一面１５ａから露出された放熱面２３ｂとなっている。この放熱面２３ｂは、一面１５ａとほぼ面一となっている。なお、対向面２３ａおよび放熱面２３ｂをつなぐ側面２３ｃも、封止樹脂体１５によって被覆されている。

第１ヒートシンク２３の対向面２３ａには、Ｚ方向からの投影視において、ターミナル１８を取り囲むように、溝２４が形成されている。環状の溝２４は、リフロー時において第１ヒートシンク２３とターミナル１８との対向領域から溢れ出る余剰の第２はんだ２２を吸収する（貯留する）ために設けられている。第２はんだ２２は、Ｚ方向からの投影視において、溝２４内および該溝２４に囲まれる領域に配置されている。

第１ヒートシンク２３には、主端子２５が連結されている。この主端子２５は、ターミナル１８および第１ヒートシンク２３を介して、半導体チップ１１のエミッタ電極１２と電気的に接続されている。主端子２５は、第１ヒートシンク２３からＹ方向であって、信号端子１６とは反対方向に延設されている。そして、主端子２５は、封止樹脂体１５の側面１５ｃのうち、信号端子１６が突出する面と反対の面から外部に突出している。主端子２５は、リードフレームの一部として、第１ヒートシンク２３と一体的に形成されてもよいし、別部材の主端子２５が第１ヒートシンク２３に接続されてもよい。

半導体チップ１１のコレクタ電極１４には、第３はんだ２６を介して、第２ヒートシンク２７が接続されている。第２ヒートシンク２７も、第１ヒートシンク２３同様、半導体チップ１１の生じた熱を半導体装置１０の外部に放熱する放熱機能と、半導体チップ１１と後述する主端子２８とを電気的に中継する機能とを果たす。本実施形態では、第２ヒートシンク２７がＣｕを用いて形成されている。

第２ヒートシンク２７のうち、半導体チップ１１と対向する対向面２７ａは、封止樹脂体１５により被覆されている。一方、対向面２７ａと反対の面は、封止樹脂体１５の裏面１５ｂから露出された放熱面２７ｂとなっている。この放熱面２７ｂは、裏面１５ｂとほぼ面一となっている。なお、対向面２７ａおよび放熱面２７ｂをつなぐ側面２７ｃも、封止樹脂体１５によって被覆されている。

第２ヒートシンク２７には、主端子２８が連結されている。この主端子２８は、第２ヒートシンク２７を介して、半導体チップ１１のコレクタ電極１４と電気的に接続されている。主端子２８は、第２ヒートシンク２７からＹ方向であって、主端子２５と同一方向に延設されている。そして、主端子２８は、封止樹脂体１５の側面１５ｃのうち、主端子２５が突出する面と同じ面から、外部に突出している。主端子２８は、リードフレームの一部として、第２ヒートシンク２７と一体的に形成されてもよいし、別部材の主端子２８が第２ヒートシンク２７に接続されてもよい。

次に、図４、図５などを用いて、半導体装置１０の製造方法の一例について説明する。先ず、半導体装置１０を構成する各要素を準備する。すなわち、半導体チップ１１、信号端子１６、ターミナル１８、第１ヒートシンク２３、主端子２５、第２ヒートシンク２７、および主端子２８をそれぞれ準備する。これらの準備工程のうち、ターミナル１８の準備工程について説明する。以下に示すように、ターミナル１８の準備工程は、レーザ光を照射するため、照射工程とも称される。また、皮膜１９ｂを形成するため、皮膜形成工程とも称される。

ターミナル１８の準備工程では、先ず、基材１９ａと、皮膜１９ｂのうちの金属薄膜２０と、を有するターミナル１８を準備する。本実施形態では、基材１９ａの表面全面に、無電解Ｎｉめっきにより金属薄膜２０を形成する。金属薄膜２０の膜厚の狙い値は、たとえば１０μｍ程度とする。

次いで、ターミナル１８の側面１８ｃにおける金属薄膜２０の表面に、パルス発振のレーザ光を照射することにより、金属薄膜２０の表面を溶融および蒸発させる。具体的には、レーザ光を照射することにより、金属薄膜２０の表面の部分を溶融させるとともに、蒸発（気化）させて、外気中に浮遊させる。パルス発振のレーザ光は、エネルギー密度が０Ｊ／ｃｍ^２より大きく１００Ｊ／ｃｍ^２以下で、パルス幅が１μ秒以下となるように調整される。この条件を満たすために、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ファイバレーザなどを採用することができる。たとえばＹＡＧレーザの場合、エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ^２以上であればよい。無電解Ｎｉめっきにより金属薄膜２０の場合、後述するようにたとえば５Ｊ／ｃｍ^２程度でも金属薄膜２０を加工することができる。なお、エネルギー密度は、パルスフルーエンスとも称される。

このとき、レーザ光の光源とターミナル１８とを相対的に移動させることにより、図４に示すように、レーザ光を側面１８ｃの複数の位置に順に照射する。なお、レーザ光の光源を移動させてもよいし、ターミナル１８を移動させてもよい。さらには、ミラーの回転動作によって、レーザ光を走査してもよい。すなわち、レーザ光を走査することで、側面１８ｃの複数の位置にレーザ光を順に照射してもよい。

照射面に対するレーザ光の照射角度は特に限定されない。たとえば第１側面部１８ｃ１には、該第１側面部１８ｃ１に直交する方向からレーザ光を照射する。また、Ｘ方向に直交する第１側面部１８ｃ１には、レーザ光をＹ方向に走査して、直線上の複数の位置にレーザ光を順に照射する。Ｙ方向に直交する第１側面部１８ｃ１については、レーザ光をＸ方向に走査して、直線上の複数の位置にレーザ光を順に照射する。

Ｘ方向に直交する第１側面部１８ｃ１の場合、たとえばレーザ光をＹ方向に走査して第１側面部１８ｃ１の一端から他端までの照射が完了すると、Ｚ方向においてレーザ光の照射領域をずらす。すなわち、Ｚ方向にレーザ光を走査する。そして、同様にＹ方向に走査して、一端から他端までレーザ光を照射する。これを繰り返すことで、第１側面部１８ｃ１のほぼ全域にレーザ光を照射する。すなわち、ＹＺ座標における所定ピッチの格子点に、レーザ光を照射する。

本実施形態では、隣り合うレーザ光のスポット（１パルスによる照射範囲）がＹ方向において一部重なるようにして、Ｙ方向においてレーザ光を走査する。また、隣り合うレーザ光のスポットがＺ方向において一部重なるようにして、Ｚ方向においてレーザ光を走査する。Ｙ方向に直交する側面１８ｃについても同様に実施する。これにより、凹凸酸化膜２１を側面１８ｃのほぼ全面に形成することができる。なお、図４では、側面１８ｃの途中までレーザ光を照射した状態を示している。

一方、第２側面部１８ｃ２には、図６に示すように、第１側面部１８ｃ１に対して複数の角度からレーザ光を照射する。たとえば、水平、垂直から２回または一方から１回、レーザ光を照射する。そして、４５°から１回、レーザ光を照射する。さらに、第２側面部１８ｃ２の曲面に沿って１回、レーザ光を照射する。なお、水平とは、Ｘ方向やＹ方向（ＸＹ面）に沿う向きである。垂直とは、Ｚ方向に沿う向きである。そして、４５°とは、ＸＹ面に対するなす角度である。

このように、レーザ光を照射し、金属薄膜２０の表面を溶融、気化させることで、金属薄膜２０の表面には、複数の凹部２０ａが形成される。また、側面１８ｃの金属薄膜２０の平均厚みは、レーザ光を照射しない第１対向面１８ａおよび第２対向面１８ｂの金属薄膜２０の平均厚みよりも薄くなる。

次いで、溶融した金属薄膜２０の部分を凝固させる。具体的には、溶融して気化した金属薄膜２０を、レーザ光が照射された部分やその周辺部分に蒸着させる。このように、溶融して気化した金属薄膜２０を蒸着させることにより、金属薄膜２０の表面上に、凹凸が連続する凹凸酸化膜２１が形成される。以上により、基材１９ａ上に、金属薄膜２０に加えて凹凸酸化膜２１を含む皮膜１９ｂが形成され、ターミナル１８の準備が完了する。

上記したように、レーザ光のスポットがたとえばＹ方向において一部重なるように、Ｙ方向にレーザ光を走査するとともに、スポットがＺ方向において一部重なるように、Ｚ方向にレーザ光を走査する。したがって、レーザ光のスポットに対応して形成される複数の凹部２０ａは、Ｙ方向において連なるとともに、Ｚ方向においても連なる。これにより、図５に示すように、側面１８ｃのレーザ照射痕（凹部２０ａ）は、鱗状となる。

なお、本発明者が鋭意検討したところ、レーザ光の照射において、エネルギー密度を１００Ｊ／ｃｍ^２よりも大きい１５０Ｊ／ｃｍ^２や、３００Ｊ／ｃｍ^２とした場合、凹凸酸化膜２１が形成されなかった。また、パルス発振ではなく、連続発振のレーザ光を照射した場合にも、凹凸酸化膜２１が形成されなかった。

次に、第１はんだ１７および第２はんだ２２による接続工程を実施する。本実施形態では、先ず第２ヒートシンク２７の対向面２７ａ上に、第３はんだ２６（たとえばはんだ箔）を介して、半導体チップ１１を配置する。次いで、半導体チップ１１上に、たとえば予め両面にはんだ１７，２２が迎えはんだとして配置されたターミナル１８を、第１はんだ１７が半導体チップ１１側となるように配置する。第２はんだ２２は、半導体装置１０における高さの公差ばらつきを吸収するために、余裕をもって多めに配置される。

そして、この積層状態で、はんだ１７，２２，２６をリフロー（１ｓｔリフロー）させることにより、半導体チップ１１と第２ヒートシンク２７とを第３はんだ２６を介して接続し、半導体チップ１１とターミナル１８とを第１はんだ１７を介して接続する。第２はんだ２２については、接続対象である第１ヒートシンク２３がまだないので、表面張力により、ターミナル１８の第１対向面１８ａの中心を頂点として盛り上がった形状となる。

次いで、信号端子１６と半導体チップ１１のパッドとを、ボンディングワイヤにより接続する。そして、対向面２３ａが上になるようにして第１ヒートシンク２３を台座上に配置し、１ｓｔリフローにより一体化した接続体を、ターミナル１８が下方となるように第１ヒートシンク２３の対向面２３ａ上に配置する。

次いで、第１ヒートシンク２３を下にしてリフロー（２ｎｄリフロー）を行う。このとき、構造体に荷重を加えて、半導体装置１０の高さを所定の高さとなるようにする。本実施形態では、スペーサを、台座と第２ヒートシンク２７の対向面２７ａの間に介在させ、両者に接触させることで、半導体装置１０の高さが所定の高さとなるようにする。すなわち、台座とスペーサ３０が、高さ調整部材として機能する。

上記したように、多めの第２はんだ２２をターミナル１８と第１ヒートシンク２３の間に供給しているため、２ｎｄリフローにおいて、ターミナル１８と第１ヒートシンク２３との間の第２はんだ２２は不足せず、確実な接続を行うことができる。また、上記荷重の印加などにより、ターミナル１８と第１ヒートシンク２３との間から、余剰の第２はんだ２２が押し出される。しかしながら、本実施形態では、ターミナル１８の第１側面部１８ｃ１の全域と、第２側面部１８ｃ２に凹凸酸化膜２１が形成されている。したがって、余剰の第２はんだ２２が、ターミナル１８の側面１８ｃを濡れ拡がらず、第１ヒートシンク２３の対向面２３ａを濡れ拡がって、溝２４に収容される。

なお、１ｓｔリフローおよび２ｎｄリフローは、水素雰囲気下の減圧リフローとされる。これにより、はんだ付けに不要な金属表面の自然酸化膜、たとえばターミナル１８、第１ヒートシンク２３、および第２ヒートシンク２７の表面に形成される自然酸化膜を、還元により除去することができる。したがって、各はんだ１７，２２，２６としてフラックスレスのはんだを用いることができる。また、減圧により、はんだ１７，２２，２６にボイドが生じるのを抑制することができる。なお、凹凸酸化膜２１も還元により厚みが薄くなるため、還元されても凹凸酸化膜２１が残るように、レーザ光の照射により所望厚みの凹凸酸化膜２１を形成しておく。

接続工程が終了すると、次いで、トランスファモールド法により封止樹脂体１５の成形を行う。本実施形態では、各ヒートシンク２３，２７が完全に被覆されるように、封止樹脂体１５を形成する。この場合、成形した封止樹脂体１５をヒートシンク２３，２７の一部ごと切削することにより、各ヒートシンク２３，２７の放熱面２３ｂ，２７ｂを露出させる。

なお、各ヒートシンク２３，２７の放熱面２３ｂ，２７ｂを成形金型のキャビティ壁面に押し当て、密着させた状態で、封止樹脂体１５を成形してもよい。この場合、封止樹脂体１５を成形した時点で、放熱面２３ｂ，２７ｂが封止樹脂体１５から露出される。このため、成形後の切削が不要となる。

そして、リードフレームの不要部分を除去することで、半導体装置１０を得ることができる。

＜効果＞
上記のように半導体装置１０は、ターミナル１８の側面１８ｃに、第１対向面１８ａ側の第２側面部１８ｃ２と、第２対向面１８ｂ側の第２側面部１８ｃ２を備えている。このため、半導体装置１０は、半導体チップ１１および第１ヒートシンク２３に対して、ターミナル１８の第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂの方向を管理する必要がない。よって、半導体装置１０は、ターミナル１８を適切に配置することができる。つまり、半導体装置１０は、ターミナル１８の第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂのいずれが、半導体チップ１１と第１ヒートシンク２３と対向していてもよい。

本実施形態では、ターミナル１８の表面のうち、ターミナル１８の第１側面部１８ｃ１の全域と、第２側面部１８ｃ２に凹凸酸化膜２１が形成されている。このように凹凸酸化膜２１を設けると、凹凸酸化膜２１が設けられない構成に較べて、はんだ１７，２２に対する濡れ性を低下させることができる。よって、半導体装置１０は、第１はんだ１７および第２はんだ２２のフィレット角度を制御できる。

また、凹凸酸化膜２１を有することで、ターミナル１８の表面に微細な凹凸が形成されている。このように粗化面では、凹にはんだ１７，２２が入り込み難い。このため、はんだ１７，２２の一部とターミナル１８との接触面積が小さくなり、はんだ１７，２２の一部は表面張力によって球状になる。すなわち、接触角が大きくなる。したがって、凹凸酸化膜２１が形成された部分において、はんだ１７，２２に対する濡れ性を低くすることができる。

以上により、第１はんだ１７および第２はんだ２２の一方がターミナル１８の表面（側面１８ｃ）を濡れ拡がり、他方に流れ込むのを抑制することができる。本実施形態では、高さ吸収のために多めの第２はんだ２２を用いるが、第２はんだ２２の濡れ拡がりを、凹凸酸化膜２１でくい止めることができる。これにより、第２はんだ２２が第１はんだ１７側に流れ込むのを抑制することができる。すなわち、第１はんだ１７の量が増え、第１はんだ１７とエミッタ電極１２のＺ方向に直交する一面とのなす角が鈍角となるのを抑制することができる。したがって、熱応力により、エミッタ電極１２にクラックが生じるのを抑制することができる。

半導体装置１０は、凹凸酸化膜２１の端部の位置を基材１９ａの全周にわたって同じにすることで、はんだ１７，２２の這い上がりを制御できる。よって、半導体装置１０は、ターミナル１８の周辺において、はんだ１７，２２の這い上がり量を揃えることができる。このため、半導体装置１０は、ターミナル１８の傾きを抑制できる。これにともなって、半導体装置１０は、半導体チップ１１から第１ヒートシンク２３までの熱抵抗を設計通りとしやすく、半導体チップ１１から第１ヒートシンク２３までの熱抵抗の均一化できる。

さらに、凹凸酸化膜２１を設けると、封止樹脂体１５との接触面積が増える。さらには、封止樹脂体１５が凹凸酸化膜２１の凸部２１ａに絡みついてアンカー効果が生じる。したがって、ターミナル１８と封止樹脂体１５との密着性を向上し、封止樹脂体１５の剥離を抑制することができる。

なお、本実施形態では、第１対向面１８ａがＲ面であり第２対向面１８ｂがバリ面である例を採用した。しかしながら、半導体装置１０は、第１対向面１８ａがバリ面であり第２対向面１８ｂがＲ面であってもよい。さらに、半導体装置１０は、第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂの両面がバリ面であってもよい。この点は、他の変形例や実施形態でも同様である。

このような構成であっても、半導体装置１０は、第１はんだ１７および第２はんだ２２のフィレット角度を制御できる。また、半導体装置１０は、第１はんだ１７および第２はんだ２２がターミナル１８の側面１８ｃに濡れ拡がることを抑制することができる。基材１９ａは、のこぎりなどで切削した場合、両面にバリ面が形成されることもある。

（変形例１）
図９を用いて、変形例１に関して説明する。変形例１は、基材１９ａ（第２側面部１８ｃ２）の寸法が第１実施形態と異なる。

変形例１の基材１９ａは、幅Ｗ２＜幅Ｗ１、かつ、高さＨ２＜高さＨ１である。そして、幅Ｗ１が０．１ｍｍ以上、高さＨ１が０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下である。また、幅Ｗ２が０．０５ｍｍ以上、Ｈ２が０．０１ｍｍ以上である。なお、基材１９ａの厚さｔは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。半導体装置１０は、変形例１の基材１９ａを備えていても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例２）
図１０を用いて、変形例２に関して説明する。変形例１は、基材１９ａ（第２側面部１８ｃ２）の形状が第１実施形態と異なる。

図１０に示すように、第２側面部１８ｃ２は、曲面形状ではなく面取形状をなしている。つまり、第２側面部１８ｃ２は、平面形状をなしているといえる。半導体装置１０は、変形例１の基材１９ａを備えていても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本開示のその他の形態として、第２～第４実施形態に関して説明する。上記実施形態および第２～第４実施形態は、それぞれ単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

（第２実施形態）
図１１を用いて、第２実施形態の半導体装置１０に関して説明する。本実施形態では、主に、上記実施形態と異なる点に関して説明する。本実施形態は、ターミナル１８の構成が上記実施形態と異なる。

ターミナル１８は、皮膜１９ｂが設けられていない。つまり、半導体装置１０は、ターミナル１８として、基材１９ａを有している。基材１９ａは、上記実施形態の図７と同様である。よって、第１対向面１８ａ、第２対向面１８ｂ、側面１８ｃは、基材１９ａの表面である。このようなターミナル１８を備えた半導体装置１０は、上記実施形態と同様、ターミナル１８を適切に配置することができる。

なお、本実施形態は、変形例１や変形例２と組み合わせて実施することもできる。つまり、本実施形態では、第２側面部１８ｃ２の寸法が変形例１と同様のターミナル１９を採用できる。また、本実施形態では、第２側面部１８ｃ２の形状が変形例２と同様のターミナル１９を採用できる。

（第３実施形態）
図１２を用いて、第３実施形態の半導体装置１０に関して説明する。本実施形態では、主に、上記実施形態と異なる点に関して説明する。本実施形態は、ターミナル１８の構成が上記実施形態と異なる。

ターミナル１８は、凹凸酸化膜２１が形成されている領域が第１実施形態と異なる。凹凸酸化膜２１は、側面１８ｃのうちの第１側面部１８ｃ１のみに形成され、第２側面部１８ｃ２には形成されていない。

このようなターミナル１８を備えた半導体装置１０は、上記実施形態と同様、ターミナル１８を適切に配置することができる。また、第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂは、上記実施形態と同様、バリ面であってもＲ面であってもよい。このような構成であっても、半導体装置１０は、第１はんだ１７および第２はんだ２２がターミナル１８の側面１８ｃに濡れ拡がることを抑制することができる。

（第４実施形態）
図１３を用いて、第４実施形態の半導体装置１０に関して説明する。本実施形態では、主に、上記実施形態と異なる点に関して説明する。本実施形態は、ターミナル１８の構成が上記実施形態と異なる。

ターミナル１８は、凹凸酸化膜２１が形成されている領域が第１実施形態と異なる。凹凸酸化膜２１は、側面１８ｃのうちの第１側面部１８ｃ１と第２対向面１８ｂ側の第２側面部１８ｃ２のみに形成されている。凹凸酸化膜２１は、第１対向面１８ａ側の第２側面部１８ｃ２には形成されていない。

このようなターミナル１８を備えた半導体装置１０は、上記実施形態と同様、ターミナル１８を適切に配置することができる。また、第１対向面１８ａと第２対向面１８ｂは、上記実施形態と同様、バリ面であってもＲ面であってもよい。このような構成であっても、半導体装置１０は、第１はんだ１７のフィレット角度を制御できる。また、半導体装置１０は、第１はんだ１７および第２はんだ２２がターミナル１８の側面１８ｃに濡れ拡がることを抑制することができる。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

１０…半導体装置、１１…半導体チップ、１１ａ…一面、１１ｂ…裏面、１２…エミッタ電極、１３…保護膜、１４…コレクタ電極、１５…封止樹脂体、１５ａ…一面、１５ｂ…裏面、１５ｃ…側面、１６…信号端子、１７…第１はんだ、１８…ターミナル、１８ａ…第１対向面、１８ｂ…第２対向面、１８ｃ…側面、１８ｃ１…第１側面部、１８ｃ２…第２側面部、１８ｄ…第１接続領域、１８ｅ…第２接続領域、１８ｆ…つなぎ領域、１８１…バリ、１８２…曲部、１９ａ…基材、１９ｂ…皮膜、２０…金属薄膜、２０ａ…凹部、２１…凹凸酸化膜、２１ａ…凸部、２２…第２はんだ、２３…第１ヒートシンク、２３ａ…対向面、２３ｂ…放熱面、２３ｃ…側面、２５…主端子、２６…第３はんだ、２７…第２ヒートシンク、２７ａ…対向面、２７ｂ…放熱面、２７ｃ…側面、２８…主端子

Claims (11)

1. 一面（１１ａ）に電極（１２）を有する半導体チップ（１１）と、
   前記半導体チップの一面側に配置された導電部材（２３）と、
   金属材料を用いて形成された基材（１９ａ）を有し、前記半導体チップと前記導電部材の間に介在する導電性のブロック体（１８）と、
   前記電極と前記ブロック体との間に配置され、前記電極と前記ブロック体とを接続する第１はんだ（１７）と、
   前記導電部材と前記ブロック体との間に配置され、前記導電部材と前記ブロック体とを接続する第２はんだ（２２）と、を備え、
   前記ブロック体は、前記半導体チップと前記導電部材の一方と対向する第１対向面（１８ａ）と、前記半導体チップと前記導電部材の他方と対向する第２対向面（１８ｂ）と、前記第１対向面と前記第２対向面につらなる側面（１８ｃ）とを有し、
   前記側面は、前記第１対向面側の角部と前記第２対向面側の角部が角取りされた角取部（１８ｃ２）を有している半導体装置。
2. 前記ブロック体は、前記基材の表面に形成された皮膜（１９ｂ）を有し、
   前記皮膜は、前記基材の表面に形成された金属薄膜（２０）と、前記金属薄膜の主成分の金属と同じ金属の酸化物であり、表面が連続して凹凸をなす凹凸酸化膜（２１）と、を有し、
   前記凹凸酸化膜は、前記側面の一部に設けられている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記凹凸酸化膜は、前記金属薄膜の表面へのレーザ光の照射によって形成されている請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記金属薄膜は、Ｎｉが主成分である請求項２または３に記載の半導体装置。
5. 前記金属薄膜は、めっき膜である請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記金属薄膜は、無電解めっき膜である請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記基材は、銅合金もしくはアルミ合金もしくは鉄合金である請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記基材は、ヤング率が６０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下である請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記角取部は、曲面形状もしくは面取形状であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記角取部は、前記半導体チップ側の幅Ｗ１＞前記導電部材側の幅Ｗ２、かつ、前記半導体チップ側の高さＨ１＞前記導電部材側の高さＨ２の関係であり、
    前記半導体チップ側の幅Ｗ１が０．１ｍｍ以上、前記半導体チップ側の高さＨ１が０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、
    前記導電部材側の幅Ｗ２が０．０５ｍｍ以上、前記導電部材側の高さＨ２が０．０１ｍｍ以上である請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体装置。
11. 前記基材は、厚さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である請求項１～１０のいずれか１項に記載の半導体装置。

Images