特許 6958529 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6958529

(24)【登録日】2021年10月11日

(45)【発行日】2021年11月2日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/34 20060101AFI20211021BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20211021BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20211021BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20211021BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/34 B

   H01L25/04 C

   H01L23/48 K

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-187406(P2018-187406)

(22)【出願日】2018年10月2日

(65)【公開番号】特開2020-57695(P2020-57695A)

(43)【公開日】2020年4月9日

【審査請求日】2020年10月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】大島 正範

(72)【発明者】

【氏名】奥村 知巳

(72)【発明者】

【氏名】平野 敬洋

【審査官】 庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／１７３５１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１９７７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２０８３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３４

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクティブ領域（１２４）と、前記アクティブ領域を取り囲む外周領域（１２５）と、を有する半導体チップ（１２）と、
前記半導体チップ側の一面に、前記半導体チップの実装部（１８２）と、前記実装部を取り囲む周囲部（１８３）と、を有する金属部材（１８）と、
前記半導体チップと前記実装部との間に介在し、前記半導体チップと前記金属部材とを接続する接合部材（１６）と、
前記半導体チップ、前記金属部材の少なくとも前記一面、及び前記接合部材を一体的に封止する封止樹脂体（１４）と、
を備え、
前記金属部材は、前記周囲部として、前記実装部を取り囲むように設けられ、前記封止樹脂体が密着する密着部（１８４）と、前記実装部と前記密着部との間に設けられ、前記接合部材が接続されず、前記密着部よりも前記封止樹脂体に対する密着性が低くされた環状の非密着部（１８５）と、を有し、
前記非密着部の全長の少なくとも一部において、幅の全域が、前記半導体チップの厚み方向の投影視において前記半導体チップと重なる領域内に設けられている半導体装置。

【請求項2】

前記非密着部の全長の少なくとも一部において、幅の全域が、前記外周領域と重なる領域内に設けられている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体チップの平面形状が多角形状とされ、
前記非密着部は、前記半導体チップと重なる領域内であってコーナー部の少なくとも１つに設けられている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記非密着部の全長において、幅の全域が、前記半導体チップと重なる領域内に設けられている請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記密着部は、表面が連続して凹凸をなす粗化部である請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記金属部材が、金属基材（１８６）と、前記金属基材の表面に形成された皮膜（１８７）と、を含み、
前記皮膜が、前記金属基材の表面に形成された金属薄膜（１８８）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（１８９）と、を有し、
前記凹凸酸化膜が、前記密着部の全域と、前記非密着部における少なくとも前記密着部側の部分と、に設けられ、
前記凹凸酸化膜における凸部の高さは、前記密着部のほうが前記非密着部よりも高くされている請求項５に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この明細書における開示は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示の半導体装置では、接合部材（はんだ）を介して半導体チップと金属部材（ヒートシンク）が接続され、封止樹脂体により封止されている。金属部材は、半導体チップ側の一面に、接合部材を介した半導体チップの実装部と、実装部を取り囲む周囲部を有している。そして、周囲部に、封止樹脂体の密着部が設けられている。密着部には、レーザ光の照射によって凹凸酸化膜（粗化部）が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１９７７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

封止樹脂体の成形時における空気の巻き込み、封止樹脂体の材料である樹脂タブレット内の空気、吸湿した水分の気化などにより、接合部材に隣接してボイドが生じる虞がある。半導体チップの端面にも接触するような厚みのあるボイドが生じると、接合部材の歪が増大する。このようなボイドを検出するために、たとえば超音波探傷装置（ＳＡＴ：Scanning Acoustic Tomograph）が用いられる。

【0005】

しかしながら、周囲部において、密着部の内側、すなわち実装部側に、密着部よりも封止樹脂体に対する密着性が低くされた非密着部を設けた場合、ボイドを検出できない虞がある。具体的には、非密着部において封止樹脂体が剥離し、剥離部分とボイドが重なって剥離部分とボイドの識別ができない虞がある。

【0006】

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、従来よりもボイドを検出できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、技術的範囲を限定するものではない。

【0008】

本開示のひとつである半導体装置は、
アクティブ領域（１２４）と、アクティブ領域を取り囲む外周領域（１２５）と、を有する半導体チップ（１２）と、
半導体チップ側の一面に、半導体チップの実装部（１８２）と、実装部を取り囲む周囲部（１８３）と、を有する金属部材（１８）と、
半導体チップと実装部との間に介在し、半導体チップと金属部材とを接続する接合部材（１６）と、
半導体チップ、金属部材の少なくとも一面、及び接合部材を一体的に封止する封止樹脂体（１４）と、
を備え、
金属部材は、周囲部として、実装部を取り囲むように設けられ、封止樹脂体が密着する密着部（１８４）と、実装部と密着部との間に設けられ、接合部材が接続されず、密着部よりも封止樹脂体に対する密着性が低くされた環状の非密着部（１８５）と、を有し、
非密着部の全長の少なくとも一部において、幅の全域が、半導体チップの厚み方向の投影視において半導体チップと重なる領域内に設けられている。

【0009】

この半導体装置によれば、半導体チップと重なる領域に設けられた非密着部の部分において封止樹脂体の剥離が生じた場合、剥離部分の全域が半導体チップと重なる。一方、接合部材だけでなく、半導体チップの端面にも接触する厚みのあるボイドが生じた場合、ボイドの少なくとも一部は半導体チップよりも外側に位置する。ボイドの少なくとも一部は剥離部分と重ならないため、剥離部分とボイドを識別することができる。したがって、従来よりもボイドを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。

【図2】図１のII-II線に沿う断面図である。

【図3】第１ヒートシンクを一面側から見た平面図である。

【図4】第１ヒートシンクの一面側の表層付近を拡大した断面図である。

【図5】半導体チップと第１ヒートシンクとの位置関係を示す平面図である。

【図6】図５のVI-VI線に沿う断面図である。

【図7】半導体装置の比較例を示す断面図であり、図２に対応している。

【図8】比較例のＳＡＴ像を示す図である。

【図9】第１実施形態の半導体装置において、ボイドが生じた状態を示す図である。

【図10】ボイドが生じた状態のＳＡＴ像を示す図である。

【図11】別の状態のＳＡＴ像を示す図である。

【図12】第２実施形態に係る半導体装置において、半導体チップと第１ヒートシンクとの位置関係を示す平面図であり、図５に対応している。

【図13】その他変形例を示す断面図であり、図２に対応している。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体基板の厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及び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方向及び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。

【0012】

（第１実施形態）
先ず、半導体装置の概略構成について説明する。半導体装置は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＶ）等の電力変換装置に好適である。半導体装置は、上下アーム回路を有する電力変換装置、たとえばインバータやＤＣＤＣコンバータに用いられる。

【0013】

＜半導体装置の概略構成＞
図１及び図２に示すように、半導体装置１０は、半導体チップ１２、封止樹脂体１４、第１ヒートシンク１８、主端子２０、信号端子２２、ターミナル２６、第２ヒートシンク３０、及び主端子３２を備えている。

【0014】

半導体チップ１２は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体基板１２０に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの素子が形成されてなる。本実施形態では、素子として、ｎチャネル型のＩＧＢＴと、ＩＧＢＴに逆並列に接続される還流ダイオード（ＦＷＤ）が形成されている。すなわち、ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴが形成されている。半導体基板１２０は、平面略矩形状をなしている。

【0015】

ＩＧＢＴ及びＦＷＤは、半導体基板１２０の板厚方向であるＺ方向に電流が流れるように、所謂縦型構造をなしている。半導体基板１２０におけるＺ方向の両面それぞれに、主電極が形成されている。主電極として、一面側にコレクタ電極１２１が形成され、一面と反対の裏面側にエミッタ電極１２２が形成されている。

【0016】

本実施形態では、コレクタ電極１２１がＦＷＤのカソード電極を兼ねており、エミッタ電極１２２がアノード電極を兼ねている。コレクタ電極１２１は、半導体基板１２０の裏面の全面に形成されている。半導体基板１２０の一面上には、ポリイミドなどの保護膜１２３が形成されており、エミッタ電極１２２は保護膜１２３から露出されている。すなわち、エミッタ電極１２２は、半導体基板１２０の一面側の一部に形成されている。なお、図示しない信号用のパッドも、保護膜１２３から露出されている。信号用のパッドには、ＩＧＢＴのゲート電極用のパッドも含まれる。

【0017】

封止樹脂体１４は、半導体チップ１２、及び、半導体チップ１２以外の半導体装置１０の構成要素を一体的に封止している。封止樹脂体１４は、樹脂成形体である。封止樹脂体１４は、たとえばエポキシ系樹脂を用いて形成されている。本実施形態では、トランスファモールド法により、封止樹脂体１４が成形されている。

【0018】

封止樹脂体１４は、平面略矩形状をなしている。封止樹脂体１４は、Ｚ方向における表面として、一方の面である一面１４０及び一面１４０と反対の裏面１４１を有している。一面１４０及び裏面１４１は、略平坦面となっている。また、封止樹脂体１４は、表面の一部として側面１４２を有している。側面１４２は、一面１４０及び裏面１４１に連なっている。

【0019】

半導体チップ１２のコレクタ電極１２１には、はんだ１６を介して第１ヒートシンク１８が接続されている。はんだ１６が接合部材に相当し、第１ヒートシンク１８が金属部材に相当する。第１ヒートシンク１８は、半導体チップ１２の生じた熱を半導体装置１０の外部に放熱する。第１ヒートシンク１８は、半導体チップ１２と後述する主端子２０とを電気的に中継している。

【0020】

第１ヒートシンク１８は、Ｚ方向における表面として、半導体チップ１２側の面である一面１８０及び一面１８０と反対の裏面１８１を有している。図２及び図３に示すように、第１ヒートシンク１８は、一面１８０に、実装部１８２及び周囲部１８３を有している。実装部１８２は、一面１８０のうち、はんだ１６が接続される部分、すなわち半導体チップ１２が実装される部分である。周囲部１８３は、一面１８０において、実装部１８２を除く部分である。周囲部１８３は、実装部１８２を取り囲んでいる。

【0021】

周囲部１８３は、密着部１８４、及び、非密着部１８５を有している。密着部１８４には、封止樹脂体１４が密着している。密着部１８４は、実装部１８２に隣接しないように、実装部１８２から離れた位置で実装部１８２を取り囲んでいる。そして、実装部１８２と密着部１８４の間の部分が、非密着部１８５とされている。非密着部１８５は、実装部１８２に隣接して実装部１８２を取り囲んでいる。本実施形態では、後述する粗化処理により、密着部１８４が形成されている。すなわち、粗化部により密着部１８４が構成されている。また、非密着部１８５から一面１８０の外周縁までの部分のすべてが、密着部１８４とされている。非密着部１８５の幅は、全周でほぼ一定となっている。

【0022】

非密着部１８５は、密着部１８４よりも封止樹脂体１４に対する密着性が低くされている。封止樹脂体１４は、非密着部１８５には密着せず、密着部１８４に密着している。密着部１８４、非密着部１８５を含む第１ヒートシンク１８の詳細については後述する。

【0023】

第１ヒートシンク１８の裏面１８１は、封止樹脂体１４から露出されている。裏面１８１は、一面１４０に対して略面一で露出されている。このように、裏面１８１は、半導体装置１０の外部に放熱する放熱面とされている。裏面１８１を除く表面、たとえば一面１８０は、封止樹脂体１４によって覆われている。

【0024】

第１ヒートシンク１８には、主端子２０が連なっている。主端子２０は、第１ヒートシンク１８を介して、コレクタ電極１２１と電気的に接続されている。主端子２０は、第１ヒートシンク１８からＹ方向に延設されており、封止樹脂体１４の側面１４２のひとつから外部に突出している。主端子２０は、リードフレームの一部として第１ヒートシンク１８と一体的に形成されてもよいし、別部材の主端子２０が第１ヒートシンク１８に接続されてもよい。本実施形態では、主端子２０が第１ヒートシンク１８と一体的に形成されている。主端子２０の厚みは、第１ヒートシンク１８の厚みよりも薄くされている。主端子２０は、第１ヒートシンク１８の一面１８０に略面一で連なっている。

【0025】

半導体チップ１２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２２が電気的に接続されている。信号端子２２は、図１に示すように、Ｙ方向に延設されている。信号端子２２は、主端子２０が突出する側面１４２と反対の面から、外部に突出している。

【0026】

半導体チップ１２のエミッタ電極１２２には、はんだ２４を介してターミナル２６が接続されている。ターミナル２６は、半導体チップ１２と第２ヒートシンク３０との間に介在している。ターミナル２６は、上記したボンディングワイヤの高さを確保するためのスペーサとして機能する。なお、ターミナル２６の代わりに、第２ヒートシンク３０に凸部を設け、この凸部にスペーサの機能をもたせてもよい。

【0027】

ターミナル２６は、Ｃｕなどの金属基材を含んでいる。半導体チップ１２の生じた熱は、ターミナル２６を介して第２ヒートシンク３０に伝達される。ターミナル２６は、半導体チップ１２のエミッタ電極１２２と第２ヒートシンク３０とを電気的に中継している。

【0028】

ターミナル２６における半導体チップ１２と反対側の面には、はんだ２８を介して第２ヒートシンク３０が接続されている。第２ヒートシンク３０は、半導体チップ１２の生じた熱を半導体装置１０の外部に放熱する。第２ヒートシンク３０は、半導体チップ１２と後述する主端子３２とを電気的に中継している。第２ヒートシンク３０は、Ｃｕなどの金属基材を含んでいる。

【0029】

第２ヒートシンク３０は、Ｚ方向における表面として、半導体チップ１２側の一面３００及び一面３００と反対の裏面３０１を有している。第２ヒートシンク３０は、一面３００に、溢れたはんだ２８を収容するための溝部３０２を有している。溢れたはんだ２８を溝部３０２に収容することで、ターミナル２６の側面を通じて、半導体チップ１２側にはんだ２８が濡れ拡がるのを抑制することができる。

【0030】

第２ヒートシンク３０の裏面３０１は、封止樹脂体１４から露出されている。裏面３０１は、裏面１４１に対して略面一で露出されている。このように、裏面３０１は、半導体装置１０の外部に放熱する放熱面とされている。裏面３０１を除く表面、たとえば一面３００は、封止樹脂体１４によって覆われている。

【0031】

第２ヒートシンク３０には、主端子３２が連なっている。主端子３２は、第２ヒートシンク３０を介して、エミッタ電極１２２と電気的に接続されている。主端子３２は、第２ヒートシンク３０からＹ方向であって主端子２０と同じ側に延設されている。主端子３２は、主端子２０と同じ側面１４２から外部に突出している。主端子３２は、リードフレームの一部として第２ヒートシンク３０と一体的に形成されてもよいし、別部材の主端子３２が第２ヒートシンク３０に接続されてもよい。本実施形態では、主端子３２が第２ヒートシンク３０と一体的に形成されている。主端子３２の厚みは、第２ヒートシンク３０の厚みよりも薄くされている。主端子３２は、第２ヒートシンク３０の一面３００に略面一で連なっている。

【0032】

以上のように構成される半導体装置１０では、封止樹脂体１４により、半導体チップ１２、第１ヒートシンク１８の一部、主端子２０，３２それぞれの一部、信号端子２２の一部、ターミナル２６、及び第２ヒートシンク３０の一部が一体的に封止されている。半導体装置１０では、封止樹脂体１４により、上下アーム回路の上アーム及び下アームの一方を構成する半導体チップ１２が封止されている。このため、半導体装置１０は、１ｉｎ１パッケージとも称される。

【0033】

第１ヒートシンク１８及び第２ヒートシンク３０は、封止樹脂体１４とともに切削加工されている。よって、一面１４０及び裏面１８１は切削面であり、互いに略面一とされている。同じく、裏面１４１及び裏面３０１は切削面であり、互いに略面一とされている。このように、半導体装置１０は、裏面１８１，３０１がともに封止樹脂体１４から露出された両面放熱構造をなしている。

【0034】

なお、はんだ１６，２４，２８として、フラックスレスのはんだを用いている。一面１４０及び裏面１８１は切削面に限定されない。裏面１４１及び裏面３０１も切削面に限定されない。封止樹脂体１４の成形型の壁面に裏面１８１，３０１を接触させることで、切削することなしに、裏面１８１，３０１を封止樹脂体１４から露出させてもよい。

【0035】

＜第１ヒートシンクの詳細構造＞
図４に示すように、第１ヒートシンク１８は、Ｃｕなどの金属材料を用いて形成された基材１８６、及び、基材１８６の表面のうち、少なくとも一面１８０側に設けられた皮膜１８７を有している。基材１８６が、金属基材に相当する。基材１８６は、略直方体状をなしている。皮膜１８７は、基材１８６の表面に形成された金属薄膜１８８、及び、金属薄膜１８８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１８９を有している。図４は、第１ヒートシンクの一面１８０側の表層の一部を拡大した断面図である。

【0036】

本実施形態において、金属薄膜１８８はＮｉを主成分としている。金属薄膜１８８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１８８は、たとえば無電解Ｎｉめっきによって基材１８６の表面に形成されている。金属薄膜１８８は、主成分であるＮｉに加えて、Ｐ（リン）を含んでいる。

【0037】

金属薄膜１８８は、基材１８６の表面のうち、裏面１８１側を除く部分に形成されている。一面１８０側において、金属薄膜１８８の表面のうち、密着部１８４に対応する部分には、複数の凹部１８８ａが形成されている。すなわち、実装部１８２及び非密着部１８５には、凹部１８８ａが形成されていない。凹部１８８ａが形成されていない部分において、金属薄膜１８８の膜厚は、たとえば１０μｍ程度とされている。換言すれば、後述するレーザ光の照射前の膜厚が、１０μｍ程度とされる。

【0038】

凹部１８８ａは、パルス発振のレーザ光の照射により形成されている。１パルスごとに１つの凹部１８８ａが形成されている。レーザ光の走査方向において、隣り合う凹部１８８ａが連なっている。複数の凹部１８８ａは、Ｘ方向において連なるとともに、Ｙ方向においても連なっている。密着部１８４において、金属薄膜１８８の表面は、複数の凹部１８８ａにより鱗状をなしている。密着部１８４に対応する部分がレーザ光の照射エリアであり、実装部１８２及び非密着部１８５に対応する部分が非照射エリアである。

【0039】

なお、各凹部１８８ａの幅は、５μｍ〜３００μｍとされている。凹部１８８ａの深さは、０．５μｍ〜５μｍとされている。凹部１８８ａ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１８８の表面の溶融及び蒸着が不十分となり、凹凸酸化膜１８９が形成され難くなる。凹部１８８ａの深さが５μｍよりも深いと、金属薄膜１８８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１８９が形成され難くなる。

【0040】

凹凸酸化膜１８９は、一面１８０側において、金属薄膜１８８上に形成されている。凹凸酸化膜１８９は、実装部１８２には形成されず、周囲部１８３、すなわち密着部１８４及び非密着部１８５に形成されている。凹凸酸化膜１８９は、金属薄膜１８８にレーザ光を照射することで形成されている。凹凸酸化膜１８９は、金属薄膜１８８の表層を酸化することで、金属薄膜１８８の表面に形成された酸化物の膜である。凹凸酸化膜１８９は、レーザ光の照射により形成されたレーザ照射膜である。

【0041】

本実施形態では、凹凸酸化膜１８９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１８９の主成分は、金属薄膜１８８の主成分であるＮｉの酸化物である。

【0042】

密着部１８４、すなわちレーザ光の照射エリアにおいて、凹凸酸化膜１８９の平均膜厚は１０ｎｍ〜数百ｎｍとされている。凹凸酸化膜１８９は、凹部１８８ａを有する金属薄膜１８８の表面の凹凸に倣って形成されている。また、凹凸酸化膜１８９の表面には、凹部１８８ａ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（粗化部）が形成されている。換言すれば、複数の凸部１８９ａ（柱状体）が、細かいピッチで形成されている。たとえば凸部１８９ａの平均幅は１ｎｍ〜３００ｎｍ、凸部１８９ａ間の平均間隔は１ｎｍ〜３００ｎｍとされている。また、凸部１８９ａの平均高さは、１０ｎｍ〜数百ｎｍとされている。

【0043】

このように、表面に非常に微細な凹凸が形成された凹凸酸化膜１８９により、密着部１８４が構成されている。凹凸酸化膜１８９の表面の凸部１８９ａに封止樹脂体１４が絡みつき、アンカー効果が生じる。また、凸部１８９ａの高さが非密着部１８５よりも高いため、封止樹脂体１４との接触面積が増える。これにより、一面１８０の密着部１８４には、封止樹脂体１４が密着している。

【0044】

凹凸酸化膜１８９は、金属薄膜１８８にレーザ光を照射し、金属薄膜１８８の表面の溶融及び蒸着により形成されるため、レーザ光の照射エリアである密着部１８４だけでなく、密着部１８４の周辺にも形成される。本実施形態では、レーザ光の非照射エリアのうち、非密着部１８５の全域に凹凸酸化膜１８９が形成されており、実装部１８２には凹凸酸化膜１８９が形成されていない。全域に凹凸酸化膜１８９を有する非密着部１８５の幅は、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍとされている。

【0045】

非密着部１８５における凹凸酸化膜１８９の平均膜厚は、直接的にレーザ光が照射されるわけではないため、密着部１８４における凹凸酸化膜１８９の平均膜厚よりも薄く、且つ、自然酸化膜よりも厚くされている。具体的には、０．１ｎｍ〜１０ｎｍとされている。また、凹凸酸化膜１８９の表面の凸部１８９ａの高さも、密着部１８４より低くされている。具体的には、０．１ｎｍ〜１０ｎｍとされている。なお、凸部１８９ａの平均幅及び平均間隔は、密着部１８４と同程度とされている。

【0046】

上記した凹凸酸化膜１８９を有することで、封止樹脂体１４に対する非密着部１８５の密着性は、密着部１８４よりも低くされている。これにより、封止樹脂体１４が非密着部１８５に密着していない。また、凹凸酸化膜１８９を有することで、はんだ１６に対する非密着部１８５の濡れ性が、実装部１８２よりも低くされている。すなわち、はんだ１６が、実装部１８２から非密着部１８５側に濡れ拡がり難くされている。これにより、はんだ１６が非密着部１８５に接続されていない。

【0047】

なお、半導体装置１０を形成する際、はんだ１６，２４，２８のリフローを行う前に、予め第１ヒートシンク１８に凹凸酸化膜１８９を形成しておく。凹凸酸化膜１８９の形成に当たり、第１ヒートシンク１８の一面１８０側における金属薄膜１８８の表面のうち、密着部１８４の形成領域に、パルス発振のレーザ光を照射する。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Ｘ方向において一部重なるようにして、Ｘ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。これにより、密着部１８４の形成領域全域にレーザ光を照射する。

【0048】

レーザ光の照射により、金属薄膜１８８の表面が溶融、気化し、複数の凹部１８８ａが形成される。また、溶融して気化した金属薄膜１８８の表層金属が、レーザ光の照射された部分（すなわち密着部１８４の形成領域）や、その周辺部分（すなわち、非密着部１８５の形成領域）に蒸着する。これにより、密着部１８４において膜厚が厚く、非密着部１８５において膜厚の薄い凹凸酸化膜１８９が形成される。また、密着部１８４において凸部１８９ａの高さが高く、非密着部１８５において凸部１８９ａの高さの低い凹凸酸化膜１８９が形成される。

【0049】

なお、実装部１８２において、金属薄膜１８８の表面には凹凸酸化膜１８９が形成されず、図示しない自然酸化膜が形成される。この自然酸化膜は、非密着部１８５の凹凸酸化膜１８９よりも薄いため、はんだ１６のリフロー、たとえば水素雰囲気下での減圧リフロー時に還元除去される。

【0050】

＜半導体チップと第１ヒートシンクとの位置関係＞
図５及び図６は、半導体チップ１２及び第１ヒートシンク１８の周辺を模式的に示した図である。

【0051】

図５に示すように、半導体チップ１２（半導体基板１２０）は、アクティブ領域１２４と、外周領域１２５を有している。アクティブ領域１２４には、上記した素子が形成されており、電流が流れて発熱する領域である。外周領域１２５は、アクティブ領域１２４の電界を緩和する領域である。外周領域１２５は、アクティブ領域１２４よりも外周側の部分である。外周領域１２５には、たとえばガードリングが形成されている。たとえばアクティブ領域１２４は平面略矩形状をなしており、外周領域１２５は平面略矩形環状をなしている。外周領域１２５の幅は、たとえば０．５ｍｍ程度とされている。

【0052】

図５及び図６に示すように、本実施形態では、非密着部１８５の全域が、Ｚ方向の投影視において、外周領域１２５と重なる領域内に設けられている。換言すれば、非密着部１８５の全域が、アクティブ領域１２４の外周端１２４ａと半導体基板１２０（半導体チップ１２）の外周端１２０ａとの間の領域の直下に設けられている。非密着部１８５の全長において、幅の全域が外周領域１２５と重なる領域内に配置されている。なお、幅とは、長手方向（延設方向）に直交する方向の長さである。

【0053】

上記したように、非密着部１８５の幅は、０．２〜０．３ｍｍとされている。本実施形態では、非密着部１８５の全周において、非密着部１８５の内周端は、アクティブ領域１２４の外周端１２４ａよりも外側に位置している。このため、実装部１８２の外周端が、外周端１２４ａよりも外側に位置している。はんだ１６において、第１ヒートシンク１８との接続面積は、半導体チップ１２との接続面積よりも小さいものの、アクティブ領域１２４のＸＹ面に沿う面積よりは大きくされている。アクティブ領域１２４の直下には、第１ヒートシンク１８の一面１８０まで、はんだ１６が存在している。

【0054】

一方、非密着部１８５の外周端は、半導体基板１２０の外周端１２０ａよりも内側に位置している。このため、密着部１８４の内周端は外周端１２０ａよりも内側に位置している。すなわち、密着部１８４の一部が外周領域１２５と重なる領域内まで入り込んでいる。密着部１８４は、全周で半導体チップ１２の直下に入り込んでいる。

【0055】

＜半導体装置の効果＞
図７及び図８は、半導体装置の比較例及びそのＳＡＴ像を示している。比較例においては、本実施形態に示した関連する要素の符号に対して、末尾ｒを付与している。

【0056】

比較例の半導体装置１０ｒでは、非密着部１８５ｒが、Ｚ方向の投影視において半導体チップ１２ｒとは重ならない領域、すなわち半導体チップ１２ｒよりも外側に設けられている。

【0057】

図７は、非密着部１８５ｒ及びはんだ１６ｒに隣接してボイド４０ｒが生じた状態を示している。ボイド４０ｒは、封止樹脂体１４ｒの成形時における空気の巻き込み、封止樹脂体１４ｒの材料である樹脂タブレット内の空気、吸湿した水分の気化などにより、生じ得る。図示しないが、ボイド４０ｒが生じると、はんだ歪が大きくなることが確認されている。また、ボイド４０ｒが厚い（大きい）ほど、はんだ歪が大きくなることも確認されている。図７に示すように、ボイド４０ｒが半導体チップ１２ｒの端面に接するような厚さを有していると、はんだ歪に与える影響が大きく、はんだ１６の接続信頼性が低下してしまう。よって、このようなボイド４０ｒを検出することが重要である。

【0058】

ボイド４０ｒの検出には、たとえば超音波探傷装置（ＳＡＴ：Scanning Acoustic Tomograph）を用いることができる。しかしながら、Ｚ方向において、はんだ１６ｒに近い側、具体的には第１ヒートシンク１８ｒ側からボイド４０ｒを検出する場合、ボイド４０ｒの手前に非密着部１８５ｒにおける封止樹脂体１４ｒの剥離が存在すると、ＳＡＴ像は図８に示すようになる。図８に示す符号４１ｒは、非密着部１８５ｒに対する封止樹脂体１４ｒの剥離部４１ｒを示している。このように、ボイド４０ｒが剥離部４１ｒに隠れてしまい、ボイド４０ｒと剥離部４１ｒの識別ができない。すなわち、ボイド４０ｒを検出することができない。

【0059】

これに対し、本実施形態では、上記したように非密着部１８５の全長において、幅の全域が外周領域１２５と重なる領域内に設けられている。図９は、比較例（図７参照）同様のボイド４０が生じた状態を示している。ボイド４０は、半導体チップ１２の端面に接触している。このようなボイド４０が生じた場合、ＳＡＴ像は図１０に示すようになる。一方、ボイド４０が生じていない、又は、半導体チップ１２の端面に接触しないような、小さいボイド４０が生じている場合、ＳＡＴ像は図１１に示すようになる。図１０と図１１とで、ＳＡＴ像は大きく異なっている。

【0060】

半導体チップ１２の端面に接触する厚みをもったボイド４０の場合、ボイド４０の少なくとも一部は、非密着部１８５（剥離部４１）よりも外側に位置する。したがって、はんだ歪に影響が大きいボイド４０をＳＡＴ像の違いから検出することができる。なお、半導体チップ１２の端面に接触しなくても、少なくとも一部が非密着部１８５より外側に位置するボイド４０について、検出することができる。

【0061】

なお、密着部１８４は、幅の全域が半導体チップ１２の直下に設けられた非密着部１８５に隣接する部分において、半導体チップ１２の直下に入り込んでいる。この構成では、非密着部が半導体チップの外側に設けられる構成に較べて、半導体チップ１２と密着部１８４との距離が近くなる。したがって、封止樹脂体１４によるはんだ１６の補強効果が高まり、はんだ１６に作用する熱応力をより低減することができる。すなわち、はんだ歪を低減することができる。

【0062】

さらに、非密着部１８５が、外周領域１２５と重なる領域内に設けられている。すなわち、アクティブ領域１２４内には設けられていない。これにより、半導体チップ１２に生じた熱を、はんだ１６を介して第１ヒートシンクに効果的に逃がすことができる。したがって、放熱性を向上しつつ、従来よりもボイド４０を検出することができる。なお、非密着部１８５は、外周端１２４ａから外周端１２０ａまでの範囲内に設けられれば良い。たとえば非密着部１８５の内周端を外周端１２４ａと一致させてもよいし、非密着部１８５の外周端を外周端１２０ａと一致させてもよい。

【0063】

さらに、非密着部１８５の全長において、幅の全域が、半導体チップ１２と重なる領域、具体的には外周領域１２５と重なる領域内に設けられている。これにより、半導体チップ１２の周囲のいずれで厚みを有したボイド４０が生じても、非密着部１８５に対する剥離部４１とは区別してボイド４０を検出することができる。

【0064】

さらに、レーザ光の照射により、第１ヒートシンク１８の一面１８０側に、微細な凹凸を有する凹凸酸化膜１８９が形成されている。そして、レーザ光が照射され、凸部１８９ａの高さが高い部分、すなわち凹凸酸化膜１８９の膜厚が厚い部分が密着部１８４とされている。このように、レーザ照射による粗化部が密着部１８４とされているため、局所的に密着部１８４を形成しやすい。

【0065】

また、密着部１８４の周囲部分であり、凸部１８９ａの高さが低い部分、すなわち凹凸酸化膜１８９の膜厚が薄い部分が非密着部１８５とされている。このように、非密着部１８５の形成領域全域に、凹凸酸化膜１８９が形成されている。凹凸酸化膜１８９の表面には、微細な凹凸が形成されており、非密着部１８５のはんだ１６に対する濡れ性が実装部１８２よりも低い。したがって、はんだ１６の濡れ拡がる領域を凹凸酸化膜１８９よりも内側、すなわち非密着部１８５よりも内側に制限することができる。このため、実装部１８２を規定しやすい。換言すれば、所望の幅を有する非密着部１８５を得やすい。

【0066】

非密着部１８５の位置は、上記した例に限定されない。非密着部１８５の全長の少なくとも一部において、幅の全域が、半導体チップ１２と重なる領域内に設けられていればよい。これによれば、従来よりもボイド４０を検出することができる。たとえば非密着部１８５の一部をアクティブ領域１２４と重なる領域内に設けてもよい。より好ましくは、上記した構成とするとよい。

【0067】

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。

【0068】

図１２に示すように、本実施形態では、非密着部１８５が、半導体チップ１２と重なる領域内であって、平面略矩形状をなす半導体チップ１２のコーナー部の少なくとも１つの直下に設けられている。図１２は、図５に対応している。

【0069】

半導体チップ１２は、４つのコーナー部を有している。図１２では、非密着部１８５の幅の全域が、４つのコーナー部のそれぞれにおいて、外周領域１２５と重なる領域内に設けられている。一方、非密着部１８５は、半導体チップ１２のコーナー部を繋ぐ辺部に対して、幅の全域が外側に設けられている。

【0070】

はんだ歪は、半導体チップ１２の辺部よりも、コーナー部（角部）において大きくなる。よって、コーナー部に隣接するボイド４０について特に検出したい。本実施形態によれば、非密着部１８５が、コーナー部と重なる領域に設けられている。したがって、コーナー部に生じるボイドを検出することができる。これにより、コーナー部のはんだ歪が増加するのを抑制することができる。先行実施形態に示した構成、具体的には非密着部１８５の全長が外周領域１２５と重なる領域内に設けられた構成においても、本効果を奏することができる。

【0071】

また、非密着部１８５は、コーナー部のみ外周領域１２５と重なり、それ以外の部分では半導体チップ１２と重ならないように設けられている。これにより、半導体チップ１２から第１ヒートシンク１８への放熱経路が大きくなる。したがって、放熱性を向上することができる。コーナー部において、半導体チップ１２と密着部１８４との距離が近くなっているため、はんだ１６に作用する熱応力を低減することができる。すなわち、はんだ歪を低減しつつ放熱性を向上することができる。

【0072】

なお、非密着部１８５を、すべてのコーナー部の直下に設ける例を示したが、これに限定されない。少なくとも１つのコーナー部に対して設けられれば良い。また、半導体チップ１２の平面形状も矩形状に限定されない。平面多角形状であればよい。

【0073】

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品及び／又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び／又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び／又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

【0074】

半導体チップ１２をひとつ備える１ｉｎ１パッケージ構造の半導体装置１０を示したが、これに限定されない。たとえば上下アーム回路を構成する２つの半導体チップ１２を備える構成にも適用できる。

【0075】

ＩＧＢＴとＦＷＤが同一の半導体チップ１２に形成される例を示したが、これに限定されない。ＩＧＢＴとＦＷＤを別チップとしてもよい。

【0076】

第１ヒートシンク１８の裏面１８１及び第２ヒートシンク３０の裏面３０１が封止樹脂体１４から露出される例を示したが、これに限定されない。裏面１８１，３０１の少なくとも一方が封止樹脂体１４によって覆われた構成としてもよい。

【0077】

金属薄膜１８８を構成する金属はＮｉに限定されない。すなわち、凹凸酸化膜１８９もＮｉの酸化物に限定されない。凹凸酸化膜１８９としては、金属薄膜１８８を構成する金属と同じ金属の酸化物であればよい。

【0078】

密着部１８４を構成する粗化部として、レーザ照射による粗化部の例を示したが、これに限定されない。たとえば粗化めっきを施すことで、密着部１８４のみに封止樹脂体１４を密着させ、非密着部１８５には封止樹脂体１４が密着しない構成としてもよい。

【0079】

半導体装置１０は、アクティブ領域１２４及び外周領域１２５を有する半導体チップ１２と、半導体チップ１２側の面に、半導体チップ１２の実装部１８２及び周囲部１８３を有する金属部材（第１ヒートシンク１８）と、半導体チップ１２と実装部１８２との間に介在する接合部材（はんだ１６）と、封止樹脂体１４を少なくとも備えればよい。よって、上記した両面放熱構造の半導体装置１０に限定されず、図１３に例示するような片面放熱構造の半導体装置１０にも適用できる。

【0080】

図１３において、半導体チップ１２は、はんだ１６を介してヒートシンク１８の実装部１８２に接続されている。また、半導体チップ１２には、リード３４が接続されている。図１３では、半導体チップ１２が、ボンディングワイヤ３６を介してリード３４に接続されている。実装部１８２及び周囲部１８３については、先行実施形態（図２参照）と同じ構成となっている。

【符号の説明】

【0081】

１０…半導体装置、１２…半導体チップ、１２０…半導体基板、１２０ａ…外周端、１２１…コレクタ電極、１２２…エミッタ電極、１２３…保護膜、１２４…アクティブ領域、１２４ａ…外周端、１２５…外周領域、１４…封止樹脂体、１４０…一面、１４１…裏面、１４２…側面、１６…はんだ、１８…第１ヒートシンク、１８０…一面、１８１…裏面、１８２…実装部、１８３…周囲部、１８４…密着部、１８５…非密着部、１８６…金属基材、１８７…皮膜、１８８…金属薄膜、１８８ａ…凹部、１８９…凹凸酸化膜、１８９ａ…凸部、１９０…自然酸化膜、１９１…樹脂層、２０…主端子、２２…信号端子、２４…はんだ、２６…ターミナル、２８…はんだ、３０…第２ヒートシンク、３００…一面、３０１…裏面、３０２…溝部、３２…主端子、３４…リード、３６…ボンディングワイヤ、４０…ボイド、４１…剥離部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】