樹脂封止型半導体装置とその製造方法
【課題】凹部を含む突起を有する構造において、凹部のエアー抜けを改善し、凹部にボイドを巻き込まない構造を備えた樹脂封止型半導体装置を提供することを第１の目的とする。また、凹部内にボイドを巻き込まない構造を備えた樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【解決手段】ヒートシンク１０は、当該ヒートシンク１０の一面１１のうち半導体素子３０が実装される実装領域１６において、一面１１の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部１４と、凹部１４の両側にそれぞれ位置する突起部１５と、により構成された線状突起１３を有している。これにより、接合層２０は凹部１４の延設方向である一方向に沿って濡れやすくなるので、凹部１４に位置するエアーが抜けやすく、凹部１４にボイドを巻き込まない構造とすることができる。
【解決手段】ヒートシンク１０は、当該ヒートシンク１０の一面１１のうち半導体素子３０が実装される実装領域１６において、一面１１の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部１４と、凹部１４の両側にそれぞれ位置する突起部１５と、により構成された線状突起１３を有している。これにより、接合層２０は凹部１４の延設方向である一方向に沿って濡れやすくなるので、凹部１４に位置するエアーが抜けやすく、凹部１４にボイドを巻き込まない構造とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクの一面に接合層を介して半導体素子を接合した樹脂封止型半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、樹脂封止型半導体装置において、素子が接合層を介してヒートシンクに接合された構造が知られている。ここで、接合層の長期的な信頼性を確保するため、接合層の最低膜厚を確保することが必要になっている。
【０００３】
そこで、特許文献１、２では、ヒートシンクの接合面にプレス加工で突起を形成した構造が提案されている。特許文献１では、中央部が窪んだリング状の突起が提案されている。また、特許文献２では、リング状窪みの中央部が隆起した突起が提案されている。これら各特許文献１、２で提案された突起の上に素子等が配置されるにより接合層の最低膜厚が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１５４７９３号公報
【特許文献２】特開２００７−１１６０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、プレス加工によって形成された窪みがリング状になっているので、例えば接合層を溶融させてヒートシンクの上に流すと、リング状の窪みのうち窪みの延設方向がヒートシンク上の接合層の流れ方向に対して異なる部分では接合層が濡れにくい。このため、窪みのうち接合層が濡れにくい部分に位置する空気（エアー）が接合層で閉じこめられ、巻き込みボイドが形成されてしまう。この巻き込みボイドが熱伝達を阻害するため、素子の放熱性が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、凹部を含む突起を有する構造において、凹部のエアー抜けを改善し、凹部にボイドを巻き込まない構造を備えた樹脂封止型半導体装置を提供することを第１の目的とする。また、凹部内にボイドを巻き込まない構造を備えた樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、ヒートシンク（１０）および半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有していることを特徴とする。
【０００８】
これによると、接合層（２０）は凹部（１４）の延設方向である一方向に沿って濡れやすくなるので、凹部（１４）に位置するエアーが抜けやすい構造とすることができる。したがって、凹部（１４）のエアー抜けを改善することができ、凹部（１４）にボイドを巻き込まない構造とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、線状突起（１３）は、ヒートシンク（１０）に少なくとも２本以上設けられていることを特徴とする。これによると、半導体素子（３０）を２本以上の線状突起（１３）で支持することができる。このため、半導体素子（３０）を面で支えることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の発明において、線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が実装領域（１６）の中央部で交わると共に、当該線状突起（１３）の他端側が実装領域（１６）の外縁部まで延びている構造とすることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の発明において、半導体素子（３０）は接合層（２０）に接触する面が四角形状になっており、線状突起（１３）は実装領域（１６）の対角線に沿って形成されている構造とすることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が実装領域（１６）の中央部で互いに離間していると共に、当該線状突起（１３）の他端側が実装領域（１６）の外縁側まで延びていることを特徴とする。これにより、実装領域（１６）の中央部に位置する凹部（１４）にボイドが残らない構造とすることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、線状突起（１３）は、実装領域（１６）の中心部から外縁部に向けて放射状に形成され、少なくとも３本以上設けられていることを特徴とする。これにより、半導体素子（３０）の傾きを補正できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、線状突起（１３）の他端側は、凹部（１４）が実装領域（１６）の外側に位置するように実装領域（１６）からはみ出ていることを特徴とする。これにより、凹部（１４）のうち実装領域（１６）からはみ出た部分には半導体素子（３０）を組み付ける圧力が掛からないので、溶融した接合層（２０）を逃がしやすい構造となる。したがって、半導体素子（３０）が高速に組み付けられた場合でも、凹部（１４）にボイドが発生しにくい構造とすることができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、凹部（１４）は、線状突起（１３）の一端側および他端側に向かってヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有していることを特徴とする。これにより、凹部（１４）に入り込んだ接合層（２０）が傾斜部（１４ａ）で滑りやすくなるので、凹部（１４）のエアー抜けを改善でき、凹部（１４）にボイドを巻き込まないようにすることができる。
【００１６】
請求項９に記載の発明では、ヒートシンク（１０）の一面（１１）において一方向に垂直な方向における凹部（１４）の幅は１ｍｍ以上であることを特徴とする。これにより、接合層（２０）が凹部（１４）に入り込みやすくすることができる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、線状突起（１３）の凹部（１４）の最大深さは、ヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さであることを特徴とする。これにより、プレス加工等による凹部（１４）の形成により、ヒートシンク（１０）のうち一面（１１）とは反対側の他面（１２）に凸部が形成されてしまうことを防止できる。したがって、ヒートシンク（１０）の他面（１２）の平面度を維持することができる。
【００１８】
請求項１１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）に対して一方向に垂直な方向にヒートシンク（１０）の断面をとったときの凹部（１４）の底部がＲ形状になっていることを特徴とする。これにより、凹部（１４）の底部で接合層（２０）が流れやすくなるので、凹部（１４）の底部にエアーが残らない構造とすることができる。
【００１９】
請求項１２に記載の発明では、一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、ヒートシンク（１０）および半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有し、凹部（１４）は線状突起（１３）の一端側および他端側に向かってヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有する樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、以下の点を特徴としている。
【００２０】
すなわち、凹部（１４）の形状に沿った曲面を有する圧子をヒートシンク（１０）の一面（１１）に対して打ち込むことにより、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に線状突起（１３）を形成する線状突起形成工程と、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に溶融した接合層（２０）を配置すると共に、半導体素子（３０）を接合層（２０）に押しつけて接合層（２０）を固めることにより、接合層（２０）を介して半導体素子（３０）をヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合する接合工程と、を含んでいることを特徴とする。
【００２１】
これによると、接合層（２０）は凹部（１４）の延設方向である一方向に沿って濡れやすくなるので、凹部（１４）に位置するエアーを抜けやすくすることができる。したがって、凹部（１４）のエアー抜けを改善することができ、凹部（１４）にボイドを巻き込まないようにすることができる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明では、線状突起形成工程では、ヒートシンク（１０）の一面（１１）において一方向に垂直な方向おける凹部（１４）の幅が１ｍｍ以上となるように線状突起（１３）を形成することを特徴とする。これにより、接合工程において、溶融させた接合層（２０）を凹部（１４）に入り込みやすくすることができる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明では、線状突起形成工程では、線状突起（１３）の凹部（１４）の最大深さがヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さとなるように線状突起（１３）を形成することを特徴とする。
【００２４】
これにより、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に圧子を打ち込んだ際に、ヒートシンク（１０）のうち一面（１１）とは反対側の他面（１２）に凸部が形成されてしまうことを防止できる。したがって、ヒートシンク（１０）の他面（１２）の平面度を維持することができる。
【００２５】
請求項１５に記載の発明では、線状突起形成工程では、ヒートシンク（１０）に対して一方向に垂直な方向にヒートシンク（１０）の断面をとったときの凹部（１４）の底部がＲ形状となるように線状突起（１３）を形成することを特徴とする。
【００２６】
これにより、接合工程において、凹部（１４）の底部に接合層（２０）を流しやすくすることができるので、凹部（１４）の底部にエアーが残らない構造とすることができる。
【００２７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図２】図１に示されるヒートシンクの一面の平面図である。
【図３】１本の線状突起の断面を示した図である。
【図４】銅板に対するパンチ加工前後の様子を示した図である。
【図５】銅板の凹部の深さと裏面平面度との関係を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図７】図６に示されるヒートシンクの一面の平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図９】図８に示されるヒートシンクの一面の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。この図に示されるように、樹脂封止型半導体装置は、ヒートシンク１０と、接合層２０と、半導体素子３０と、電極端子４０と、樹脂部５０と、を備えて構成されている。
【００３１】
ヒートシンク１０は一面１１とこの一面１１に対して反対側の他面１２とを有する板状をなしており、接合層２０を介して半導体素子３０の熱を受け取る役割を果たすものである。ヒートシンク１０は、例えば□２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの純銅板である。また、ヒートシンク１０にはＮｉメッキが７μｍ程度施されている。
【００３２】
接合層２０は、ヒートシンク１０の一面１１と半導体素子３０とを接合する役割を果たすものである。接合層２０として、例えばはんだが採用される。
【００３３】
半導体素子３０は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳトランジスタ等のパワー素子が形成された半導体チップである。半導体素子３０は接合層２０に接触する面が四角形状になっており、例えば□１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのサイズである。半導体素子３０には図示しないゲートパッド、ソースパッド、ドレインパッドがそれぞれ形成されている。
【００３４】
電極端子４０は、半導体素子３０と外部とを電気的に接続するための端子である。例えば、半導体素子３０のゲートパッドやソースパッドに電気的に接続される電極端子４０は、ボンディングワイヤ６０を介してゲートパッドやソースパッドにそれぞれ電気的に接続されている。また、半導体素子３０のドレインパッドに電気的に接続される電極端子４０は、接合層２０およびヒートシンク１０を介して電気的に接続されている。
【００３５】
樹脂部５０は、電極端子４０の一部が露出するようにヒートシンク１０および半導体素子３０を封止するように成型されたものである。樹脂部５０として、例えばシリカを内在した樹脂が採用される。
【００３６】
なお、図１では樹脂部５０がヒートシンク１０の他面１２を覆っている断面となっているが、実際にはヒートシンク１０の他面１２は樹脂部５０から露出しており、ヒートシンク１０が半導体素子３０から受け取った熱を樹脂封止型半導体装置の外部に放出できるようになっている。
【００３７】
上記のような樹脂封止型半導体装置の構成において、ヒートシンク１０は線状突起１３を有している。これについて、図２および図３を参照して説明する。図２は、半導体素子３０側からヒートシンク１０の一面１１を見た平面図である。この図に示されるように、線状突起１３は一面１１の面方向のうちの一方向に沿って形成されており、凹部１４と突起部１５とを有している。これら凹部１４と突起部１５とを含んだ構成を１本の線状突起１３とする。なお、一方向が線状突起１３の延設方向に対応する。
【００３８】
凹部１４は、一方向に沿って形成された線状の溝である。また、突起部１５は、凹部１４の両側にそれぞれ位置すると共にヒートシンク１０の一面１１から突出した部分である。突起部１５は半導体素子３０に接触している。なお、突起部１５は半導体素子３０に接合層２０を介して接触する部分もある。このように、突起部１５は半導体素子３０に直接接触していても良いし、突起部１５は接合層２０を介して半導体素子３０に接触していても良い。
【００３９】
本実施形態では、図２に示されるように、ヒートシンク１０の一面１１のうち半導体素子３０が実装される領域を実装領域１６としている。そして、線状突起１３は実装領域１６の範囲内に形成されている。
【００４０】
線状突起１３はヒートシンク１０に４本設けられている。線状突起１３のうちの実装領域１６の中央部側を一端側とし、実装領域１６の外縁部側を他端側とすると、これら４本の線状突起１３のうちの各一端側が実装領域１６の中央部で交わると共に、各線状突起１３の他端側が実装領域１６の外縁部までそれぞれ延びている。ここで、「線状突起１３の一端側が交わる」とは、各線状突起１３の凹部１４がそれぞれ繋がっていることを指す。
【００４１】
また、各線状突起１３は実装領域１６の中心位置を中心として放射状に設けられている。具体的に、４本の線状突起１３は、実装領域１６の対角線に沿ってそれぞれ形成されている。このため、各凹部１４が交わる実装領域１６の中心部では各凹部１４の接続部が十字状をなしている。このような線状突起１３が設けられていることで、半導体素子３０が２本以上の線状突起１３で支持される。つまり、半導体素子３０が面で支えられる。
【００４２】
図３は、１本の線状突起１３の断面を示した図である。図３（ａ）は線状突起１３の延設方向に平行に突起部１５の断面をとった図であり、図３（ｂ）は線状突起１３の延設方向に垂直な方向に線状突起１３の断面をとった図である。
【００４３】
図３（ａ）に示されるように、突起部１５の上部は平坦面になっており、この平坦面に半導体素子３０が接触する。また、接合層２０の平均膜厚（１００μｍ）、半導体素子３０の傾きの保証、接合層２０の最低膜厚の確保等の理由のために、ヒートシンク１０の一面１１を基準として４０μｍを超える高さとなるように突起部１５が設けられている。例えば、突起部１５は５０μｍの高さになっている。そして、図３（ｂ）に示されるように、突起部１５は凹部１４の両側に位置している。
【００４４】
一方、凹部１４は、図３（ａ）に示されるように、線状突起１３の延設方向の中間部が最も深くなっている。また、凹部１４は、線状突起１３の一端側および他端側に向かってヒートシンク１０の一面１１に近づくように一面１１に対してなだらかに傾斜した傾斜部１４ａを有している。この傾斜部１４ａは、凹部１４に入り込んだ溶融した接合層２０の濡れ拡がりが阻害されないように設けられている。凹部１４に入り込んだ溶融した接合層２０がこの傾斜部１４ａを滑ることで凹部１４のエアーが抜かれ、凹部１４にボイドが巻き込まれないようになっている。
【００４５】
そして、図３（ｂ）に示されるように、ヒートシンク１０の一面１１において凹部１４の幅方向（一方向に垂直な方向）における当該凹部１４の横幅は１ｍｍ以上２ｍｍ以下になっている。このように、１ｍｍ以上の横幅を確保することで接合層２０が凹部１４に入り込みやすくなっている。また、横幅を２ｍｍ以下とすることでヒートシンク１０の一面１１の悪化を防止する。
【００４６】
ここで、線状突起１３の凹部１４の最大深さは、ヒートシンク１０の厚みの７％以上１０％以下の深さである。７％以上としているのは、凹部１４に位置していた部分を利用して突起部１５の高さを確保するためである。また、１０％以下としているのは、プレス加工等による凹部１４の形成により、ヒートシンク１０のうち一面１１とは反対側の他面１２に凸部が形成されることを防止し、ヒートシンク１０の他面１２の平面度を維持するためである。上述のように、ヒートシンク１０の板厚を３ｍｍとしているので、本実施形態では凹部１４の最大深さは例えば０．３ｍｍ以下である。
【００４７】
さらに、図３（ｂ）に示されるように、幅方向にヒートシンク１０の断面をとったときの凹部１４の底部はＲ形状になっている。これは、凹部１４の底部が尖っていると接合層２０が入り込みにくくボイドが形成されやすいため、凹部１４の底部をＲ形状とすることで凹部１４の底部のエアーを抜けやすくしている。
【００４８】
なお、線状突起１３の凹部１４は線状圧子（パンチ）をヒートシンク１０に打ち付けて形成するので、線状突起１３の延設方向の線長さや凹部１４の深さは図３（ａ）に示されるように「成り行き」の値となる。もちろん、凹部１４の横幅や深さは上記の条件を満たすように形成される。以上が、本実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の構成である。
【００４９】
次に、樹脂封止型半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体プロセスにより半導体素子３０を製造しておく。
【００５０】
そして、ヒートシンク１０の一面１１に線状突起１３を形成する線状突起形成工程を行う。この場合、凹部１４の形状に沿った曲面を有する線状圧子をヒートシンク１０の一面１１に対してプレスにて一括で打ち込むことにより、十字状の凹部１４を形成する。これにより、凹部１４となった部分に位置していた銅肉が凹部１４の両側の突起部１５となるように移動することで、突起部１５が形成される。
【００５１】
この際、凹部１４の幅方向の幅を１ｍｍ以上とし、凹部１４の深さをヒートシンク１０の厚みの１０％の０．３ｍｍ以下にする。これにより、ヒートシンク１０の他面１２側に凸部はほぼ形成されず、ヒートシンク１０の他面１２の平面度は良好となる。
【００５２】
この後、接合工程を行う。具体的には、ヒートシンク１０にＮｉメッキを７μｍ形成した後、ヒートシンク１０を２５０℃程度まで加熱し、各線状突起１３の凹部１４の重なり部分である十字の中心（つまり実装領域１６の中心部）に溶融させたはんだを必要量だけ滴下する。はんだとして例えば糸はんだ等を用いる。なお、ヒートシンク１０に対するメッキ処理は線状突起形成工程後に行っても良い。
【００５３】
ヒートシンク１０の一面１１に溶融させたはんだを滴下しただけでは、はんだは一面１１上で丸い半球状になっているため、はんだに半導体素子３０を押しつけることではんだを半導体素子３０の中心部から外周側へと拡げながら組み付ける。このとき、各線状突起１３の凹部１４がヒートシンク１０の一面１１の実装領域１６の中心部から外縁部側に向かって放射状にそれぞれ形成されているので、溶融したはんだが実装領域１６の外縁部側に向かって凹部１４を埋めるように流れる。すなわち、溶融したはんだが凹部１４に位置するエアーを凹部１４の外部に抜きながら広がる。このため、凹部１４にボイドを巻き込まずに半導体素子３０を組付けることができる。このように、凹部１４に位置するエアーがはんだによって凹部１４の外部にはき出されるのは、溶融したはんだの広がりの方向に沿って凹部１４が延びているからである。また、凹部１４に傾斜部１４ａが設けられているので、はんだをスムーズに凹部１４に導入し、はんだの流れを阻害せずに凹部１４からはんだを流し出すことができる。
【００５４】
このようにして、溶融させたはんだをヒートシンク１０の一面１１に流すと共に、半導体素子３０をはんだに押しつけてはんだを固めることにより、ヒートシンク１０と半導体素子３０との間に接合層２０を形成し、接合層２０を介して半導体素子３０をヒートシンク１０の一面１１に接合する。
【００５５】
続いて、半導体素子３０のゲートパッド等と電極端子４０とをボンディングワイヤ６０で接合し、接合層２０を介してヒートシンク１０と電極端子４０とを接合する接続工程を行う。
【００５６】
この後、電極端子４０の一部が露出するように、ヒートシンク１０および半導体素子３０を樹脂部５０で封止する封止工程を行う。こうして、図１に示される樹脂封止型半導体装置が完成する。
【００５７】
上記のように、ヒートシンク１０に線状突起１３を設けるが、凹部１４の深さをヒートシンク１０の厚みの１０％以下としている。これは、ヒートシンク１０の一面１１に線状圧子を打ち込んだときに、ヒートシンク１０の他面１２の平面度を確保するためである。そこで、発明者らは、線状突起１３の凹部１４の深さとヒートシンク１０の他面１２の平面度との関係を調べた。これについて、図４および図５を参照して説明する。
【００５８】
この試験では、線状圧子として図４に示される「パンチ」を用いている。また、ヒートシンク１０と同じ銅板（Ｃｕ）を用いて試験を行った。そして、試験では、３０ｍｍ×４０ｍｍ×２．０ｍｍ（板厚）の銅板に加圧力を一定として押し込み深さに水準を設け、図４（ａ）に示されるようにパンチを押圧する。パンチ加圧力は例えば１ｔである。そして、押圧後、図４（ｂ）に示されるように銅板の裏面平面度を測定する。
【００５９】
なお、図４（ｂ）の「突起」が図３（ｂ）の突起部１５に対応し、図４（ｂ）の「凹部」が図３（ｂ）の凹部１４に対応する。また、図４（ｂ）の「裏面」は図１のヒートシンク１０の他面１２に対応する。
【００６０】
銅板の凹部の深さを変化させたときの裏面平面度を調べた結果を図５に示す。図５の横軸は銅板の板厚に対する凹部深さの割合（％）であり、縦軸は銅板の裏面平面度（ｍｍ）である。ここで、凹部の深さは銅板に形成された凹部の最大深さである。また、裏面平面度は触針にて測定した平均値である。
【００６１】
図５を見てみると、裏面平面度が±０．０５ｍｍ（３σ）を超える場合、図４（ｂ）に示されるように裏面凸部が形成されて平面度が悪化していることがわかる。一方、裏面平面度が±０．０５ｍｍ（３σ）を満たす凹部深さは板厚の１０％以下の場合である。したがって、銅板の裏面平面度を維持するためには、凹部深さを板厚の１０％以下とすれば良い。このような結果から、ヒートシンク１０に設けられた線状突起１３の凹部１４の最大深さをヒートシンク１０の板厚の１０％以下としている。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、ヒートシンク１０と半導体素子３０との間の接合層２０の膜厚を一定以上に保つための線状突起１３をヒートシンク１０の一面１１に設けていることが特徴となっている。これにより、溶融した接合層２０は凹部１４の延設方向に沿って濡れやすくなるので、凹部１４に位置するエアーが溶融した接合層２０によってはき出されやすくすることができる。したがって、凹部１４のエアー抜けを改善することができ、凹部１４にボイドを巻き込まないようにすることができる。
【００６３】
特に、凹部１４には傾斜部１４ａが設けられているので、接合層２０の濡れに逆らわずにエアーを抜けやすくすることができる。このため、巻き込みエアーによるボイドができにくい構造とすることができる。
【００６４】
また、凹部１４の深さおよび形状を最適化しているため、ヒートシンク１０の他面１２の平面度を維持することができる。これにより、ヒートシンク１０が図示しない筐体に接触して冷却される際に、ヒートシンク１０の他面１２の平面度が悪化していないため、放熱性が悪化することはない。
【００６５】
そして、本実施形態のようにパワー素子の実装では、ボイドの規格が厳しいため、上記の線状突起１３が特に有効である。
【００６６】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。上記第１実施形態では、４本の線状突起１３の各凹部１４が実装領域１６の中央部で交差していたが、本実施形態では各線状突起１３は互いに離間して設けられている。
【００６７】
図６は、本実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。また、図７は、半導体素子３０側からヒートシンク１０の一面１１を見た平面図である。図７に示されるように、４本の線状突起１３は、各線状突起１３の一端側が実装領域１６の中央部で互いに離間していると共に、各線状突起１３の他端側が実装領域１６の外縁側まで延びている。つまり、各凹部１４は互いに交差していない。また、本実施形態においても各線状突起１３は実装領域１６の対角線に沿って形成されており、実装領域１６の中心部から外縁部に向かって放射状に形成されている。
【００６８】
なお、図７に示される１つの線状突起１３の「○」は線状圧子（パンチ）の中心位置を示している。つまり、この「○」の部分が凹部１４のうち最も深い部分である。もちろん、他の３つの線状突起１３についても同様である。
【００６９】
上記の構造では、ヒートシンク１０の一面１１において実装領域１６の中央部に線状突起１３が位置していない。これは、以下のような場合に対する対策である。すなわち、はんだ吐出時間を短縮するために例えば太い線はんだを実装領域１６の中央部に供給する場合がある。この場合、溶融させたはんだを滴下する位置に線状突起１３の凹部１４の交わりが存在していると、線はんだの径内の部分ではんだの広がりを制御することが難しくなる。このため、実装領域１６の中央部において各凹部１４が交差している部分にボイドを巻き込む可能性があり、放熱性が悪化する可能性がある。これに対し、図７に示されるように、はんだを供給する実装領域１６の中央部には線状突起１３を位置させないことで、実装領域１６の中央部における凹部１４の巻き込みボイドを回避できる。
【００７０】
以上のように、各線状突起１３の一端側が実装領域１６の中央部で互いに離間するように各線状突起１３を形成しても良い。
【００７１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２施形態と異なる部分について説明する。上記の第１、第２施形態では、線状突起１３はヒートシンク１０の一面１１のうち実装領域１６の範囲内に形成されていた。これにより、凹部１４のエアーを抜きながらはんだが順次拡がることで凹部１４のボイドをなくすことができるものの、半導体素子３０の組み付け時間を短縮するためにはんだの拡がり時間を短縮させると、凹部１４の最も深い部分にエアーを巻き込んでしまう可能性がある。
【００７２】
そこで、本実施形態では、図８および図９に示されるように、線状突起１３の他端側は、凹部１４が半導体素子３０の外側に位置するように、ヒートシンク１０に線状突起１３を設けたことが特徴となっている。すなわち、図８および図９に示されるように、凹部１４が実装領域１６の外側に位置するように、線状突起１３の他端側が実装領域１６からはみ出ている。
【００７３】
これにより、凹部１４のうち実装領域１６からはみ出た部分には半導体素子３０を組み付ける圧力が掛からないため、溶融したはんだが逃げやすくなる。このため、半導体素子３０を高速に組み付けた場合でも、凹部１４に発生しやすいボイドをなくすことができる。
【００７４】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された樹脂封止型半導体装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明の特徴を含んだ他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、各線状突起１３を実装領域１６の対角線上に配置させていたが、これは配置の一例である。したがって、例えば２本の線状突起１３を平行またはハの字のように配置しても良い。この場合、第３実施形態のように線状突起１３の他端側を実装領域１６からはみ出しても良い。
【００７５】
上記各実施形態では、４本の線状突起１３がそれぞれ形成されているが、半導体素子３０を支持するため、線状突起１３は少なくとも３本以上設けられていれば良い。このように、最低３本の線状突起１３が設けられていれば、半導体素子３０の傾きを補正できる。
【００７６】
上記各実施形態では、突起部１５の上部は平坦面としているが、突起部１５の上部は平坦面でなくとも、例えば曲面でも良い。
【００７７】
また、接合層２０を形成するため、溶融させたはんだを拡げるためには半導体素子３０により拡げる方法以外にも、箱型の囲いをはんだに押し当てて拡げるようなスパンカと呼ばれる方法を採用することもできる。はんだ供給方法についても、線はんだだけでなく、溶融はんだを直接供給する方法でも良い。
【符号の説明】
【００７８】
１０ ヒートシンク
１２ ヒートシンクの他面
１１ ヒートシンクの一面
１３ 線状突起
１４ 凹部
１４ａ 傾斜部
１５ 突起部
１６ 実装領域
２０ 接合層
３０ 半導体素子
５０ 樹脂部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクの一面に接合層を介して半導体素子を接合した樹脂封止型半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、樹脂封止型半導体装置において、素子が接合層を介してヒートシンクに接合された構造が知られている。ここで、接合層の長期的な信頼性を確保するため、接合層の最低膜厚を確保することが必要になっている。
【０００３】
そこで、特許文献１、２では、ヒートシンクの接合面にプレス加工で突起を形成した構造が提案されている。特許文献１では、中央部が窪んだリング状の突起が提案されている。また、特許文献２では、リング状窪みの中央部が隆起した突起が提案されている。これら各特許文献１、２で提案された突起の上に素子等が配置されるにより接合層の最低膜厚が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１５４７９３号公報
【特許文献２】特開２００７−１１６０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、プレス加工によって形成された窪みがリング状になっているので、例えば接合層を溶融させてヒートシンクの上に流すと、リング状の窪みのうち窪みの延設方向がヒートシンク上の接合層の流れ方向に対して異なる部分では接合層が濡れにくい。このため、窪みのうち接合層が濡れにくい部分に位置する空気（エアー）が接合層で閉じこめられ、巻き込みボイドが形成されてしまう。この巻き込みボイドが熱伝達を阻害するため、素子の放熱性が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、凹部を含む突起を有する構造において、凹部のエアー抜けを改善し、凹部にボイドを巻き込まない構造を備えた樹脂封止型半導体装置を提供することを第１の目的とする。また、凹部内にボイドを巻き込まない構造を備えた樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、ヒートシンク（１０）および半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有していることを特徴とする。
【０００８】
これによると、接合層（２０）は凹部（１４）の延設方向である一方向に沿って濡れやすくなるので、凹部（１４）に位置するエアーが抜けやすい構造とすることができる。したがって、凹部（１４）のエアー抜けを改善することができ、凹部（１４）にボイドを巻き込まない構造とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、線状突起（１３）は、ヒートシンク（１０）に少なくとも２本以上設けられていることを特徴とする。これによると、半導体素子（３０）を２本以上の線状突起（１３）で支持することができる。このため、半導体素子（３０）を面で支えることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の発明において、線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が実装領域（１６）の中央部で交わると共に、当該線状突起（１３）の他端側が実装領域（１６）の外縁部まで延びている構造とすることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の発明において、半導体素子（３０）は接合層（２０）に接触する面が四角形状になっており、線状突起（１３）は実装領域（１６）の対角線に沿って形成されている構造とすることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が実装領域（１６）の中央部で互いに離間していると共に、当該線状突起（１３）の他端側が実装領域（１６）の外縁側まで延びていることを特徴とする。これにより、実装領域（１６）の中央部に位置する凹部（１４）にボイドが残らない構造とすることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、線状突起（１３）は、実装領域（１６）の中心部から外縁部に向けて放射状に形成され、少なくとも３本以上設けられていることを特徴とする。これにより、半導体素子（３０）の傾きを補正できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、線状突起（１３）の他端側は、凹部（１４）が実装領域（１６）の外側に位置するように実装領域（１６）からはみ出ていることを特徴とする。これにより、凹部（１４）のうち実装領域（１６）からはみ出た部分には半導体素子（３０）を組み付ける圧力が掛からないので、溶融した接合層（２０）を逃がしやすい構造となる。したがって、半導体素子（３０）が高速に組み付けられた場合でも、凹部（１４）にボイドが発生しにくい構造とすることができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、凹部（１４）は、線状突起（１３）の一端側および他端側に向かってヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有していることを特徴とする。これにより、凹部（１４）に入り込んだ接合層（２０）が傾斜部（１４ａ）で滑りやすくなるので、凹部（１４）のエアー抜けを改善でき、凹部（１４）にボイドを巻き込まないようにすることができる。
【００１６】
請求項９に記載の発明では、ヒートシンク（１０）の一面（１１）において一方向に垂直な方向における凹部（１４）の幅は１ｍｍ以上であることを特徴とする。これにより、接合層（２０）が凹部（１４）に入り込みやすくすることができる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、線状突起（１３）の凹部（１４）の最大深さは、ヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さであることを特徴とする。これにより、プレス加工等による凹部（１４）の形成により、ヒートシンク（１０）のうち一面（１１）とは反対側の他面（１２）に凸部が形成されてしまうことを防止できる。したがって、ヒートシンク（１０）の他面（１２）の平面度を維持することができる。
【００１８】
請求項１１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）に対して一方向に垂直な方向にヒートシンク（１０）の断面をとったときの凹部（１４）の底部がＲ形状になっていることを特徴とする。これにより、凹部（１４）の底部で接合層（２０）が流れやすくなるので、凹部（１４）の底部にエアーが残らない構造とすることができる。
【００１９】
請求項１２に記載の発明では、一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、ヒートシンク（１０）および半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有し、凹部（１４）は線状突起（１３）の一端側および他端側に向かってヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有する樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、以下の点を特徴としている。
【００２０】
すなわち、凹部（１４）の形状に沿った曲面を有する圧子をヒートシンク（１０）の一面（１１）に対して打ち込むことにより、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に線状突起（１３）を形成する線状突起形成工程と、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に溶融した接合層（２０）を配置すると共に、半導体素子（３０）を接合層（２０）に押しつけて接合層（２０）を固めることにより、接合層（２０）を介して半導体素子（３０）をヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合する接合工程と、を含んでいることを特徴とする。
【００２１】
これによると、接合層（２０）は凹部（１４）の延設方向である一方向に沿って濡れやすくなるので、凹部（１４）に位置するエアーを抜けやすくすることができる。したがって、凹部（１４）のエアー抜けを改善することができ、凹部（１４）にボイドを巻き込まないようにすることができる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明では、線状突起形成工程では、ヒートシンク（１０）の一面（１１）において一方向に垂直な方向おける凹部（１４）の幅が１ｍｍ以上となるように線状突起（１３）を形成することを特徴とする。これにより、接合工程において、溶融させた接合層（２０）を凹部（１４）に入り込みやすくすることができる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明では、線状突起形成工程では、線状突起（１３）の凹部（１４）の最大深さがヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さとなるように線状突起（１３）を形成することを特徴とする。
【００２４】
これにより、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に圧子を打ち込んだ際に、ヒートシンク（１０）のうち一面（１１）とは反対側の他面（１２）に凸部が形成されてしまうことを防止できる。したがって、ヒートシンク（１０）の他面（１２）の平面度を維持することができる。
【００２５】
請求項１５に記載の発明では、線状突起形成工程では、ヒートシンク（１０）に対して一方向に垂直な方向にヒートシンク（１０）の断面をとったときの凹部（１４）の底部がＲ形状となるように線状突起（１３）を形成することを特徴とする。
【００２６】
これにより、接合工程において、凹部（１４）の底部に接合層（２０）を流しやすくすることができるので、凹部（１４）の底部にエアーが残らない構造とすることができる。
【００２７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図２】図１に示されるヒートシンクの一面の平面図である。
【図３】１本の線状突起の断面を示した図である。
【図４】銅板に対するパンチ加工前後の様子を示した図である。
【図５】銅板の凹部の深さと裏面平面度との関係を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図７】図６に示されるヒートシンクの一面の平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図９】図８に示されるヒートシンクの一面の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。この図に示されるように、樹脂封止型半導体装置は、ヒートシンク１０と、接合層２０と、半導体素子３０と、電極端子４０と、樹脂部５０と、を備えて構成されている。
【００３１】
ヒートシンク１０は一面１１とこの一面１１に対して反対側の他面１２とを有する板状をなしており、接合層２０を介して半導体素子３０の熱を受け取る役割を果たすものである。ヒートシンク１０は、例えば□２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの純銅板である。また、ヒートシンク１０にはＮｉメッキが７μｍ程度施されている。
【００３２】
接合層２０は、ヒートシンク１０の一面１１と半導体素子３０とを接合する役割を果たすものである。接合層２０として、例えばはんだが採用される。
【００３３】
半導体素子３０は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳトランジスタ等のパワー素子が形成された半導体チップである。半導体素子３０は接合層２０に接触する面が四角形状になっており、例えば□１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのサイズである。半導体素子３０には図示しないゲートパッド、ソースパッド、ドレインパッドがそれぞれ形成されている。
【００３４】
電極端子４０は、半導体素子３０と外部とを電気的に接続するための端子である。例えば、半導体素子３０のゲートパッドやソースパッドに電気的に接続される電極端子４０は、ボンディングワイヤ６０を介してゲートパッドやソースパッドにそれぞれ電気的に接続されている。また、半導体素子３０のドレインパッドに電気的に接続される電極端子４０は、接合層２０およびヒートシンク１０を介して電気的に接続されている。
【００３５】
樹脂部５０は、電極端子４０の一部が露出するようにヒートシンク１０および半導体素子３０を封止するように成型されたものである。樹脂部５０として、例えばシリカを内在した樹脂が採用される。
【００３６】
なお、図１では樹脂部５０がヒートシンク１０の他面１２を覆っている断面となっているが、実際にはヒートシンク１０の他面１２は樹脂部５０から露出しており、ヒートシンク１０が半導体素子３０から受け取った熱を樹脂封止型半導体装置の外部に放出できるようになっている。
【００３７】
上記のような樹脂封止型半導体装置の構成において、ヒートシンク１０は線状突起１３を有している。これについて、図２および図３を参照して説明する。図２は、半導体素子３０側からヒートシンク１０の一面１１を見た平面図である。この図に示されるように、線状突起１３は一面１１の面方向のうちの一方向に沿って形成されており、凹部１４と突起部１５とを有している。これら凹部１４と突起部１５とを含んだ構成を１本の線状突起１３とする。なお、一方向が線状突起１３の延設方向に対応する。
【００３８】
凹部１４は、一方向に沿って形成された線状の溝である。また、突起部１５は、凹部１４の両側にそれぞれ位置すると共にヒートシンク１０の一面１１から突出した部分である。突起部１５は半導体素子３０に接触している。なお、突起部１５は半導体素子３０に接合層２０を介して接触する部分もある。このように、突起部１５は半導体素子３０に直接接触していても良いし、突起部１５は接合層２０を介して半導体素子３０に接触していても良い。
【００３９】
本実施形態では、図２に示されるように、ヒートシンク１０の一面１１のうち半導体素子３０が実装される領域を実装領域１６としている。そして、線状突起１３は実装領域１６の範囲内に形成されている。
【００４０】
線状突起１３はヒートシンク１０に４本設けられている。線状突起１３のうちの実装領域１６の中央部側を一端側とし、実装領域１６の外縁部側を他端側とすると、これら４本の線状突起１３のうちの各一端側が実装領域１６の中央部で交わると共に、各線状突起１３の他端側が実装領域１６の外縁部までそれぞれ延びている。ここで、「線状突起１３の一端側が交わる」とは、各線状突起１３の凹部１４がそれぞれ繋がっていることを指す。
【００４１】
また、各線状突起１３は実装領域１６の中心位置を中心として放射状に設けられている。具体的に、４本の線状突起１３は、実装領域１６の対角線に沿ってそれぞれ形成されている。このため、各凹部１４が交わる実装領域１６の中心部では各凹部１４の接続部が十字状をなしている。このような線状突起１３が設けられていることで、半導体素子３０が２本以上の線状突起１３で支持される。つまり、半導体素子３０が面で支えられる。
【００４２】
図３は、１本の線状突起１３の断面を示した図である。図３（ａ）は線状突起１３の延設方向に平行に突起部１５の断面をとった図であり、図３（ｂ）は線状突起１３の延設方向に垂直な方向に線状突起１３の断面をとった図である。
【００４３】
図３（ａ）に示されるように、突起部１５の上部は平坦面になっており、この平坦面に半導体素子３０が接触する。また、接合層２０の平均膜厚（１００μｍ）、半導体素子３０の傾きの保証、接合層２０の最低膜厚の確保等の理由のために、ヒートシンク１０の一面１１を基準として４０μｍを超える高さとなるように突起部１５が設けられている。例えば、突起部１５は５０μｍの高さになっている。そして、図３（ｂ）に示されるように、突起部１５は凹部１４の両側に位置している。
【００４４】
一方、凹部１４は、図３（ａ）に示されるように、線状突起１３の延設方向の中間部が最も深くなっている。また、凹部１４は、線状突起１３の一端側および他端側に向かってヒートシンク１０の一面１１に近づくように一面１１に対してなだらかに傾斜した傾斜部１４ａを有している。この傾斜部１４ａは、凹部１４に入り込んだ溶融した接合層２０の濡れ拡がりが阻害されないように設けられている。凹部１４に入り込んだ溶融した接合層２０がこの傾斜部１４ａを滑ることで凹部１４のエアーが抜かれ、凹部１４にボイドが巻き込まれないようになっている。
【００４５】
そして、図３（ｂ）に示されるように、ヒートシンク１０の一面１１において凹部１４の幅方向（一方向に垂直な方向）における当該凹部１４の横幅は１ｍｍ以上２ｍｍ以下になっている。このように、１ｍｍ以上の横幅を確保することで接合層２０が凹部１４に入り込みやすくなっている。また、横幅を２ｍｍ以下とすることでヒートシンク１０の一面１１の悪化を防止する。
【００４６】
ここで、線状突起１３の凹部１４の最大深さは、ヒートシンク１０の厚みの７％以上１０％以下の深さである。７％以上としているのは、凹部１４に位置していた部分を利用して突起部１５の高さを確保するためである。また、１０％以下としているのは、プレス加工等による凹部１４の形成により、ヒートシンク１０のうち一面１１とは反対側の他面１２に凸部が形成されることを防止し、ヒートシンク１０の他面１２の平面度を維持するためである。上述のように、ヒートシンク１０の板厚を３ｍｍとしているので、本実施形態では凹部１４の最大深さは例えば０．３ｍｍ以下である。
【００４７】
さらに、図３（ｂ）に示されるように、幅方向にヒートシンク１０の断面をとったときの凹部１４の底部はＲ形状になっている。これは、凹部１４の底部が尖っていると接合層２０が入り込みにくくボイドが形成されやすいため、凹部１４の底部をＲ形状とすることで凹部１４の底部のエアーを抜けやすくしている。
【００４８】
なお、線状突起１３の凹部１４は線状圧子（パンチ）をヒートシンク１０に打ち付けて形成するので、線状突起１３の延設方向の線長さや凹部１４の深さは図３（ａ）に示されるように「成り行き」の値となる。もちろん、凹部１４の横幅や深さは上記の条件を満たすように形成される。以上が、本実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の構成である。
【００４９】
次に、樹脂封止型半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体プロセスにより半導体素子３０を製造しておく。
【００５０】
そして、ヒートシンク１０の一面１１に線状突起１３を形成する線状突起形成工程を行う。この場合、凹部１４の形状に沿った曲面を有する線状圧子をヒートシンク１０の一面１１に対してプレスにて一括で打ち込むことにより、十字状の凹部１４を形成する。これにより、凹部１４となった部分に位置していた銅肉が凹部１４の両側の突起部１５となるように移動することで、突起部１５が形成される。
【００５１】
この際、凹部１４の幅方向の幅を１ｍｍ以上とし、凹部１４の深さをヒートシンク１０の厚みの１０％の０．３ｍｍ以下にする。これにより、ヒートシンク１０の他面１２側に凸部はほぼ形成されず、ヒートシンク１０の他面１２の平面度は良好となる。
【００５２】
この後、接合工程を行う。具体的には、ヒートシンク１０にＮｉメッキを７μｍ形成した後、ヒートシンク１０を２５０℃程度まで加熱し、各線状突起１３の凹部１４の重なり部分である十字の中心（つまり実装領域１６の中心部）に溶融させたはんだを必要量だけ滴下する。はんだとして例えば糸はんだ等を用いる。なお、ヒートシンク１０に対するメッキ処理は線状突起形成工程後に行っても良い。
【００５３】
ヒートシンク１０の一面１１に溶融させたはんだを滴下しただけでは、はんだは一面１１上で丸い半球状になっているため、はんだに半導体素子３０を押しつけることではんだを半導体素子３０の中心部から外周側へと拡げながら組み付ける。このとき、各線状突起１３の凹部１４がヒートシンク１０の一面１１の実装領域１６の中心部から外縁部側に向かって放射状にそれぞれ形成されているので、溶融したはんだが実装領域１６の外縁部側に向かって凹部１４を埋めるように流れる。すなわち、溶融したはんだが凹部１４に位置するエアーを凹部１４の外部に抜きながら広がる。このため、凹部１４にボイドを巻き込まずに半導体素子３０を組付けることができる。このように、凹部１４に位置するエアーがはんだによって凹部１４の外部にはき出されるのは、溶融したはんだの広がりの方向に沿って凹部１４が延びているからである。また、凹部１４に傾斜部１４ａが設けられているので、はんだをスムーズに凹部１４に導入し、はんだの流れを阻害せずに凹部１４からはんだを流し出すことができる。
【００５４】
このようにして、溶融させたはんだをヒートシンク１０の一面１１に流すと共に、半導体素子３０をはんだに押しつけてはんだを固めることにより、ヒートシンク１０と半導体素子３０との間に接合層２０を形成し、接合層２０を介して半導体素子３０をヒートシンク１０の一面１１に接合する。
【００５５】
続いて、半導体素子３０のゲートパッド等と電極端子４０とをボンディングワイヤ６０で接合し、接合層２０を介してヒートシンク１０と電極端子４０とを接合する接続工程を行う。
【００５６】
この後、電極端子４０の一部が露出するように、ヒートシンク１０および半導体素子３０を樹脂部５０で封止する封止工程を行う。こうして、図１に示される樹脂封止型半導体装置が完成する。
【００５７】
上記のように、ヒートシンク１０に線状突起１３を設けるが、凹部１４の深さをヒートシンク１０の厚みの１０％以下としている。これは、ヒートシンク１０の一面１１に線状圧子を打ち込んだときに、ヒートシンク１０の他面１２の平面度を確保するためである。そこで、発明者らは、線状突起１３の凹部１４の深さとヒートシンク１０の他面１２の平面度との関係を調べた。これについて、図４および図５を参照して説明する。
【００５８】
この試験では、線状圧子として図４に示される「パンチ」を用いている。また、ヒートシンク１０と同じ銅板（Ｃｕ）を用いて試験を行った。そして、試験では、３０ｍｍ×４０ｍｍ×２．０ｍｍ（板厚）の銅板に加圧力を一定として押し込み深さに水準を設け、図４（ａ）に示されるようにパンチを押圧する。パンチ加圧力は例えば１ｔである。そして、押圧後、図４（ｂ）に示されるように銅板の裏面平面度を測定する。
【００５９】
なお、図４（ｂ）の「突起」が図３（ｂ）の突起部１５に対応し、図４（ｂ）の「凹部」が図３（ｂ）の凹部１４に対応する。また、図４（ｂ）の「裏面」は図１のヒートシンク１０の他面１２に対応する。
【００６０】
銅板の凹部の深さを変化させたときの裏面平面度を調べた結果を図５に示す。図５の横軸は銅板の板厚に対する凹部深さの割合（％）であり、縦軸は銅板の裏面平面度（ｍｍ）である。ここで、凹部の深さは銅板に形成された凹部の最大深さである。また、裏面平面度は触針にて測定した平均値である。
【００６１】
図５を見てみると、裏面平面度が±０．０５ｍｍ（３σ）を超える場合、図４（ｂ）に示されるように裏面凸部が形成されて平面度が悪化していることがわかる。一方、裏面平面度が±０．０５ｍｍ（３σ）を満たす凹部深さは板厚の１０％以下の場合である。したがって、銅板の裏面平面度を維持するためには、凹部深さを板厚の１０％以下とすれば良い。このような結果から、ヒートシンク１０に設けられた線状突起１３の凹部１４の最大深さをヒートシンク１０の板厚の１０％以下としている。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、ヒートシンク１０と半導体素子３０との間の接合層２０の膜厚を一定以上に保つための線状突起１３をヒートシンク１０の一面１１に設けていることが特徴となっている。これにより、溶融した接合層２０は凹部１４の延設方向に沿って濡れやすくなるので、凹部１４に位置するエアーが溶融した接合層２０によってはき出されやすくすることができる。したがって、凹部１４のエアー抜けを改善することができ、凹部１４にボイドを巻き込まないようにすることができる。
【００６３】
特に、凹部１４には傾斜部１４ａが設けられているので、接合層２０の濡れに逆らわずにエアーを抜けやすくすることができる。このため、巻き込みエアーによるボイドができにくい構造とすることができる。
【００６４】
また、凹部１４の深さおよび形状を最適化しているため、ヒートシンク１０の他面１２の平面度を維持することができる。これにより、ヒートシンク１０が図示しない筐体に接触して冷却される際に、ヒートシンク１０の他面１２の平面度が悪化していないため、放熱性が悪化することはない。
【００６５】
そして、本実施形態のようにパワー素子の実装では、ボイドの規格が厳しいため、上記の線状突起１３が特に有効である。
【００６６】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。上記第１実施形態では、４本の線状突起１３の各凹部１４が実装領域１６の中央部で交差していたが、本実施形態では各線状突起１３は互いに離間して設けられている。
【００６７】
図６は、本実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面図である。また、図７は、半導体素子３０側からヒートシンク１０の一面１１を見た平面図である。図７に示されるように、４本の線状突起１３は、各線状突起１３の一端側が実装領域１６の中央部で互いに離間していると共に、各線状突起１３の他端側が実装領域１６の外縁側まで延びている。つまり、各凹部１４は互いに交差していない。また、本実施形態においても各線状突起１３は実装領域１６の対角線に沿って形成されており、実装領域１６の中心部から外縁部に向かって放射状に形成されている。
【００６８】
なお、図７に示される１つの線状突起１３の「○」は線状圧子（パンチ）の中心位置を示している。つまり、この「○」の部分が凹部１４のうち最も深い部分である。もちろん、他の３つの線状突起１３についても同様である。
【００６９】
上記の構造では、ヒートシンク１０の一面１１において実装領域１６の中央部に線状突起１３が位置していない。これは、以下のような場合に対する対策である。すなわち、はんだ吐出時間を短縮するために例えば太い線はんだを実装領域１６の中央部に供給する場合がある。この場合、溶融させたはんだを滴下する位置に線状突起１３の凹部１４の交わりが存在していると、線はんだの径内の部分ではんだの広がりを制御することが難しくなる。このため、実装領域１６の中央部において各凹部１４が交差している部分にボイドを巻き込む可能性があり、放熱性が悪化する可能性がある。これに対し、図７に示されるように、はんだを供給する実装領域１６の中央部には線状突起１３を位置させないことで、実装領域１６の中央部における凹部１４の巻き込みボイドを回避できる。
【００７０】
以上のように、各線状突起１３の一端側が実装領域１６の中央部で互いに離間するように各線状突起１３を形成しても良い。
【００７１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２施形態と異なる部分について説明する。上記の第１、第２施形態では、線状突起１３はヒートシンク１０の一面１１のうち実装領域１６の範囲内に形成されていた。これにより、凹部１４のエアーを抜きながらはんだが順次拡がることで凹部１４のボイドをなくすことができるものの、半導体素子３０の組み付け時間を短縮するためにはんだの拡がり時間を短縮させると、凹部１４の最も深い部分にエアーを巻き込んでしまう可能性がある。
【００７２】
そこで、本実施形態では、図８および図９に示されるように、線状突起１３の他端側は、凹部１４が半導体素子３０の外側に位置するように、ヒートシンク１０に線状突起１３を設けたことが特徴となっている。すなわち、図８および図９に示されるように、凹部１４が実装領域１６の外側に位置するように、線状突起１３の他端側が実装領域１６からはみ出ている。
【００７３】
これにより、凹部１４のうち実装領域１６からはみ出た部分には半導体素子３０を組み付ける圧力が掛からないため、溶融したはんだが逃げやすくなる。このため、半導体素子３０を高速に組み付けた場合でも、凹部１４に発生しやすいボイドをなくすことができる。
【００７４】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された樹脂封止型半導体装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明の特徴を含んだ他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、各線状突起１３を実装領域１６の対角線上に配置させていたが、これは配置の一例である。したがって、例えば２本の線状突起１３を平行またはハの字のように配置しても良い。この場合、第３実施形態のように線状突起１３の他端側を実装領域１６からはみ出しても良い。
【００７５】
上記各実施形態では、４本の線状突起１３がそれぞれ形成されているが、半導体素子３０を支持するため、線状突起１３は少なくとも３本以上設けられていれば良い。このように、最低３本の線状突起１３が設けられていれば、半導体素子３０の傾きを補正できる。
【００７６】
上記各実施形態では、突起部１５の上部は平坦面としているが、突起部１５の上部は平坦面でなくとも、例えば曲面でも良い。
【００７７】
また、接合層２０を形成するため、溶融させたはんだを拡げるためには半導体素子３０により拡げる方法以外にも、箱型の囲いをはんだに押し当てて拡げるようなスパンカと呼ばれる方法を採用することもできる。はんだ供給方法についても、線はんだだけでなく、溶融はんだを直接供給する方法でも良い。
【符号の説明】
【００７８】
１０ ヒートシンク
１２ ヒートシンクの他面
１１ ヒートシンクの一面
１３ 線状突起
１４ 凹部
１４ａ 傾斜部
１５ 突起部
１６ 実装領域
２０ 接合層
３０ 半導体素子
５０ 樹脂部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、
前記ヒートシンク（１０）および前記半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、
前記ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、前記一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、前記凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有していることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
前記線状突起（１３）は、前記ヒートシンク（１０）に少なくとも２本以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】
前記線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が前記実装領域（１６）の中央部で交わると共に、当該線状突起（１３）の他端側が前記実装領域（１６）の外縁部まで延びていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子（３０）は、前記接合層（２０）に接触する面が四角形状になっており、
前記線状突起（１３）は、前記実装領域（１６）の対角線に沿って形成されていることを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項５】
前記線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が前記実装領域（１６）の中央部で互いに離間していると共に、当該線状突起（１３）の他端側が前記実装領域（１６）の外縁側まで延びていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項６】
前記線状突起（１３）は、前記実装領域（１６）の中心部から外縁部に向けて放射状に形成され、少なくとも３本以上設けられていることを特徴とする請求項５に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項７】
前記線状突起（１３）の他端側は、前記凹部（１４）が前記実装領域（１６）の外側に位置するように前記実装領域（１６）からはみ出ていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項８】
前記凹部（１４）は、前記線状突起（１３）の一端側および他端側に向かって前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように前記一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項９】
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）において前記一方向に垂直な方向における前記凹部（１４）の幅は１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項１０】
前記線状突起（１３）の前記凹部（１４）の最大深さは、前記ヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項１１】
前記ヒートシンク（１０）に対して前記一方向に垂直な方向に前記ヒートシンク（１０）の断面をとったときの前記凹部（１４）の底部がＲ形状になっていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項１２】
一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、
前記ヒートシンク（１０）および前記半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、
前記ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、前記一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、前記凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有し、前記凹部（１４）は前記線状突起（１３）の一端側および他端側に向かって前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように前記一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有する樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、
前記凹部（１４）の形状に沿った曲面を有する圧子を前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に対して打ち込むことにより、前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に前記線状突起（１３）を形成する線状突起形成工程と、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に溶融した前記接合層（２０）を配置すると共に、前記半導体素子（３０）を前記接合層（２０）に押しつけて前記接合層（２０）を固めることにより、前記接合層（２０）を介して前記半導体素子（３０）を前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合する接合工程と、を含んでいることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記線状突起形成工程では、前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）において前記一方向に垂直な方向おける前記凹部（１４）の幅が１ｍｍ以上となるように前記線状突起（１３）を形成することを特徴とする請求項１２に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記線状突起形成工程では、前記線状突起（１３）の前記凹部（１４）の最大深さが前記ヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さとなるように前記線状突起（１３）を形成することを特徴とする請求項１２または１３に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記線状突起形成工程では、前記ヒートシンク（１０）に対して前記一方向に垂直な方向に前記ヒートシンク（１０）の断面をとったときの前記凹部（１４）の底部がＲ形状となるように前記線状突起（１３）を形成することを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１】
一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、
前記ヒートシンク（１０）および前記半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、
前記ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、前記一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、前記凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有していることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
前記線状突起（１３）は、前記ヒートシンク（１０）に少なくとも２本以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】
前記線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が前記実装領域（１６）の中央部で交わると共に、当該線状突起（１３）の他端側が前記実装領域（１６）の外縁部まで延びていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子（３０）は、前記接合層（２０）に接触する面が四角形状になっており、
前記線状突起（１３）は、前記実装領域（１６）の対角線に沿って形成されていることを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項５】
前記線状突起（１３）は、当該線状突起（１３）の一端側が前記実装領域（１６）の中央部で互いに離間していると共に、当該線状突起（１３）の他端側が前記実装領域（１６）の外縁側まで延びていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項６】
前記線状突起（１３）は、前記実装領域（１６）の中心部から外縁部に向けて放射状に形成され、少なくとも３本以上設けられていることを特徴とする請求項５に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項７】
前記線状突起（１３）の他端側は、前記凹部（１４）が前記実装領域（１６）の外側に位置するように前記実装領域（１６）からはみ出ていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項８】
前記凹部（１４）は、前記線状突起（１３）の一端側および他端側に向かって前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように前記一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項９】
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）において前記一方向に垂直な方向における前記凹部（１４）の幅は１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項１０】
前記線状突起（１３）の前記凹部（１４）の最大深さは、前記ヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項１１】
前記ヒートシンク（１０）に対して前記一方向に垂直な方向に前記ヒートシンク（１０）の断面をとったときの前記凹部（１４）の底部がＲ形状になっていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項１２】
一面（１１）を有するヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合層（２０）を介して接合された半導体素子（３０）と、
前記ヒートシンク（１０）および前記半導体素子（３０）を封止するように成型された樹脂部（５０）と、を備え、
前記ヒートシンク（１０）は、当該ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が実装される実装領域（１６）において、前記一面（１１）の面方向のうちの一方向に沿って形成された線状の凹部（１４）と、前記凹部（１４）の両側にそれぞれ位置する突起部（１５）と、により構成された線状突起（１３）を有し、前記凹部（１４）は前記線状突起（１３）の一端側および他端側に向かって前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に近づくように前記一面（１１）に対して傾斜した傾斜部（１４ａ）を有する樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、
前記凹部（１４）の形状に沿った曲面を有する圧子を前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に対して打ち込むことにより、前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に前記線状突起（１３）を形成する線状突起形成工程と、
前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に溶融した前記接合層（２０）を配置すると共に、前記半導体素子（３０）を前記接合層（２０）に押しつけて前記接合層（２０）を固めることにより、前記接合層（２０）を介して前記半導体素子（３０）を前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）に接合する接合工程と、を含んでいることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記線状突起形成工程では、前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）において前記一方向に垂直な方向おける前記凹部（１４）の幅が１ｍｍ以上となるように前記線状突起（１３）を形成することを特徴とする請求項１２に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記線状突起形成工程では、前記線状突起（１３）の前記凹部（１４）の最大深さが前記ヒートシンク（１０）の厚みの１０％以下の深さとなるように前記線状突起（１３）を形成することを特徴とする請求項１２または１３に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記線状突起形成工程では、前記ヒートシンク（１０）に対して前記一方向に垂直な方向に前記ヒートシンク（１０）の断面をとったときの前記凹部（１４）の底部がＲ形状となるように前記線状突起（１３）を形成することを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９０９５８（Ｐ２０１２−１９０９５８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２５０４（Ｐ２０１１−５２５０４）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]