特許 7301124 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】

(24)【登録日】2023-06-22

(45)【発行日】2023-06-30

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20230623BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230623BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20230623BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20230623BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L23/48 S

H01L23/48 G

H01L21/60 321E

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2021513161

(86)(22)【出願日】2019-12-16

(86)【国際出願番号】 JP2019049098

(87)【国際公開番号】W WO2020208867

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2021-09-22

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2019/015603

(32)【優先日】2019-04-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002697

【氏名又は名称】めぶき弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100104709

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 誠剛

(72)【発明者】

【氏名】梅田 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】久徳 淳志

【審査官】井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１８４５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１２２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３６０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５３４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２７１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６９７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続された電気接続部材と、
前記電気接続部材と前記主電極の間に配置された、折り曲げられていない平板状の金属板と、を備え、
前記金属板は、前記主電極側に突出する少なくとも一つの凸部を有し、
前記電気接続部材は、前記主電極と前記金属板の間に配置された第一導電性接合材、前記金属板、及び、前記金属板と前記電気接続部材の間に配置された第二導電性接合材を介して、前記主電極に電気的に接続されており、
前記金属板が、前記第一及び第二導電性接合材に加わる応力を緩和するように構成され、
前記金属板における前記凸部が形成されていない領域と前記主電極との間にも前記第一導電性接合材が配されることを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記金属板は、前記電気接続部材の板厚よりも薄く、板厚方向に弾性変形可能な平板である請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記金属板は、前記凸部が前記主電極に当接した状態で配置された請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記電気接続部材は、金属フレームであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項5】

前記金属板は、前記電気接続部材と対向する面側にも、前記電気接続部材側に突出する少なくとも一つの凸部を有する請求項１～４のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項6】

前記半導体素子の前記主電極は、複数の領域に分割されており、
前記金属板は、前記主電極の前記複数の領域の各々に対応した位置に形成された複数の前記凸部を有する請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項7】

前記複数の領域はそれぞれ独立して形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記半導体素子は、前記主電極が設けられた面に副電極を有し、
前記金属板は、前記副電極を避けるように切り欠きが設けられている請求項１～７のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項9】

前記電気接続部材における前記金属板に対応する位置にも凸部が形成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項10】

前記金属板は前記主電極の中心に対して対称となるように構成されていることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項11】

前記半導体素子は、前記電気接続部材と対向する側の面に前記主電極としてのソース電極と副電極としてのゲート電極とが形成され、前記電気接続部材と対向する側とは反対側の面にドレイン電極が形成されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項12】

前記半導体素子は、前記半導体素子の前記電気接続部材側の面に前記主電極としてのソース電極及びドレイン電極、並びに副電極としてのゲート電極が形成されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項13】

前記半導体素子として、複数の前記半導体素子を有し、前記半導体素子の前記主電極と前記電気接続部材との間にそれぞれ前記金属板が配されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置。

【請求項14】

セラミック基板である回路基板を備えることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項15】

平面的に見て、前記金属板の面積は、前記半導体素子の面積よりも狭いことを特徴とする請求項１～１４のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項16】

回路基板と、
前記電気接続部材を貫通して配置され、一方の端部が外部に突出し、他方の端部が前記回路基板の配線パターンと接続されたピン端子を備えることを特徴とする請求項１～１５のいずれかに記載の半導体装置。

【請求項17】

半導体素子と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続された電気接続部材と、
前記電気接続部材と前記主電極の間に配置された平板状の金属板と、を備え、
前記金属板は、前記主電極側に突出する少なくとも一つの凸部を有し、
前記電気接続部材は、前記主電極と前記金属板の間に配置された第一導電性接合材、前記金属板、及び、前記金属板と前記電気接続部材の間に配置された第二導電性接合材を介して、前記主電極に電気的に接続されており、
前記金属板が、前記第一及び第二導電性接合材に加わる応力を緩和するように構成され、
前記金属板における前記凸部が形成されていない領域と前記主電極との間にも前記第一導電性接合材が配され、
前記金属板は、前記電気接続部材と対向する面側にも、前記電気接続部材側に突出する少なくとも一つの凸部を有する半導体装置。

【請求項18】

半導体素子と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続された電気接続部材と、
前記電気接続部材と前記主電極の間に配置された平板状の金属板と、を備え、
前記金属板は、前記主電極側に突出する少なくとも一つの凸部を有し、
前記電気接続部材は、前記主電極と前記金属板の間に配置された第一導電性接合材、前記金属板、及び、前記金属板と前記電気接続部材の間に配置された第二導電性接合材を介して、前記主電極に電気的に接続されており、
前記金属板が、前記第一及び第二導電性接合材に加わる応力を緩和するように構成され、
前記金属板における前記凸部が形成されていない領域と前記主電極との間にも前記第一導電性接合材が配され、
前記半導体素子は、前記主電極が設けられた面に副電極を有し、
前記金属板は、前記副電極を避けるように切り欠きが設けられている半導体装置。

【請求項19】

半導体素子と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続された電気接続部材と、
前記電気接続部材と前記主電極の間に配置された平板状の金属板と、を備え、
前記金属板は、前記主電極側に突出する少なくとも一つの凸部を有し、
前記電気接続部材は、前記主電極と前記金属板の間に配置された第一導電性接合材、前記金属板、及び、前記金属板と前記電気接続部材の間に配置された第二導電性接合材を介して、前記主電極に電気的に接続されており、
前記金属板が、前記第一及び第二導電性接合材に加わる応力を緩和するように構成され、
前記金属板における前記凸部が形成されていない領域と前記主電極との間にも前記第一導電性接合材が配され、
前記電気接続部材における前記金属板に対応する位置にも凸部が形成されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項20】

半導体素子と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続された電気接続部材と、
前記電気接続部材と前記主電極の間に配置された平板状の金属板と、を備え、
前記金属板は、前記主電極側に突出する少なくとも一つの凸部を有し、
前記電気接続部材は、前記主電極と前記金属板の間に配置された第一導電性接合材、前記金属板、及び、前記金属板と前記電気接続部材の間に配置された第二導電性接合材を介して、前記主電極に電気的に接続されており、
前記金属板が、前記第一及び第二導電性接合材に加わる応力を緩和するように構成され、
前記金属板における前記凸部が形成されていない領域と前記主電極との間にも前記第一導電性接合材が配され、
前記半導体素子は、前記半導体素子の前記電気接続部材側の面に前記主電極としてのソース電極及びドレイン電極、並びに副電極としてのゲート電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項21】

半導体素子と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続された電気接続部材と、
前記電気接続部材と前記主電極の間に配置された平板状の金属板と、を備え、
前記金属板は、前記主電極側に突出する少なくとも一つの凸部を有し、
前記電気接続部材は、前記主電極と前記金属板の間に配置された第一導電性接合材、前記金属板、及び、前記金属板と前記電気接続部材の間に配置された第二導電性接合材を介して、前記主電極に電気的に接続されており、
前記金属板が、前記第一及び第二導電性接合材に加わる応力を緩和するように構成され、
前記金属板における前記凸部が形成されていない領域と前記主電極との間にも前記第一導電性接合材が配され、
回路基板と、
前記電気接続部材を貫通して配置され、一方の端部が外部に突出し、他方の端部が前記回路基板の配線パターンと接続されたピン端子を備えることを特徴とする半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、はんだ等の導電性接合材を用い、回路基板に実装された半導体素子とリードフレーム等の金属フレームとを接合する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照。従来の半導体装置９００）。

【0003】

図１６は、従来の半導体装置９００を説明するために示す図である。
従来の半導体装置９００は、図１６に示すように、半導体素子９９５に対向する（金属フレームの）端子９１１（９１３）に凸部９４１を設け、半導体素子９９５・端子９１１（９１３）間に導電性接合材（導電性接着剤、はんだ等）９７５を配するものである。なお、符号９９９は冶具である。

【0004】

従来の半導体装置９００によれば、半導体素子９９５に対向する（金属フレームの）端子９１１（９１３）に凸部９４１を設けられているため、半導体素子９９５と端子９１１との間隔を一定以上に保つことができる。従って、凸部が形成されていない領域と半導体素子９９５との間に配される導電性接合材の厚みを一定以上とすることができ、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６３４６７１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、近年、特に、電力用等に使用する半導体装置では、大きな電流を流すために比較的厚い金属フレームが用いられているが、近年の電気機器の小型化の要請に伴って半導体装置（及び半導体素子）の小型化が進められているため、比較的厚い金属フレームを加工して従来の半導体装置９００の凸部を形成しようとしても、（小型化された）半導体素子の微細な主電極に対応する凸部を形成することは容易ではなく、凸部によって導電性接合材の厚みを一定以上とし半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することが難しい、という問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、比較的厚い金属フレームを用いる場合であっても、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

［１］本発明の半導体装置は、回路基板と、前記回路基板に搭載され前記回路基板と対向する側とは反対側の面に主電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の前記主電極側に配された金属フレームと、前記金属フレームと前記主電極との間に配置された平板状の金属板とを備え、前記金属板と前記主電極との間、及び、前記金属板と前記金属フレームとの間には導電性接合材が配され、前記金属板及び前記導電性接合材は、前記金属フレームと前記半導体素子との間の前記金属板及び前記導電性接合材に加わる応力を緩和する応力緩和構造を構成し、前記応力緩和構造は、前記金属板の厚さが前記金属フレームの厚さよりも薄く、かつ、前記金属板における前記主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有することを特徴とする。

【0009】

本明細書中、「金属フレーム」とは、金属製の平板（例えば、リードフレーム）そのものや、金属製の平板を打ち抜き加工や折り曲げ加工を施して形成したもの（例えば、クリップリード（接続子））のことをいう。また、「平板状の金属板」とは、大きく折り曲げられていない金属製の板をいい、厳密には多少の凹凸があっても全体的に見て平板状であればよい。言い換えると、打ち出し加工された金属製の板は「平板状の金属板」に該当するが、折り曲げ加工された金属製の板は、「平板状の金属板」に該当しない。

【0010】

［２］本発明の半導体装置においては、前記応力緩和構造は、前記金属板が弾性部材からなる構造を有することが好ましい。

【0011】

［３］本発明の半導体装置においては、前記応力緩和構造は、前記凸部が前記金属板の前記主電極側の面に形成された構造を有することが好ましい。

【0012】

［４］本発明の半導体装置においては、前記応力緩和構造において、前記凸部が前記金属板の両面に形成された構造を有することが好ましい。

【0013】

［５］本発明の半導体装置においては、前記主電極は、複数の領域を有し、前記応力緩和構造は、前記金属板における前記主電極の前記複数の領域の各々に対応した位置に前記凸部が形成された構造を有することが好ましい。

【0014】

［６］本発明の半導体装置においては、前記複数の領域はそれぞれ独立して形成されていることが好ましい。

【0015】

なお、本明細書中、「独立して」とは、例えば、導電性接合材５２が隣接する別の領域にまで流れない程度に実質的に独立して形成されていることを意味する。なお、完全に分離している場合のみならず、非常に細いパターンで複数の領域間がいわば名目的に結ばれている場合も「独立して」に含まれるものとする。

【0016】

［７］本発明の半導体装置において、前記半導体素子は、前記回路基板と対向する側とは反対側の面において、前記主電極とは離隔した位置に設けられた副電極をさらに有し、前記金属板は、前記副電極を避けるように切り欠きが設けられていることが好ましい。

【0017】

［８］本発明の半導体装置においては、前記金属フレームにおける前記金属板に対応する位置に凸部が形成されていることが好ましい。

【0018】

［９］本発明の半導体装置においては、前記金属板は前記主電極の中心に対して対称となるように構成されていることが好ましい。

【0019】

［１０］本発明の半導体装置においては、前記半導体素子は、前記回路基板と対向する側とは反対側の面に前記主電極としてのソース電極と副電極としてのゲート電極が形成され、前記回路基板側にドレイン電極が形成されていることが好ましい。

【0020】

［１１］本発明の半導体装置においては、前記半導体素子は前記半導体素子の前記金属フレーム側の面に前記主電極としてのソース電極及びドレイン電極、並びに副電極としてのゲート電極が形成されていることが好ましい。

【0021】

［１２］本発明の半導体装置においては、前記回路基板上には前記半導体素子が複数搭載され、前記半導体素子のそれぞれの前記主電極と前記金属フレームとの間に前記金属板が配されていることが好ましい。

【0022】

［１３］本発明の半導体装置においては、前記回路基板は、セラミック基板であることが好ましい。

【0023】

［１４］本発明の半導体装置においては、平面的に見て、前記金属板の面積は、前記半導体素子の面積よりも狭いことが好ましい。

【0024】

［１５］本発明の半導体装置においては、前記金属フレームを貫通して配置され、一方の端部が外部に突出し、他方の端部が前記回路基板の配線パターンと接続されたピン端子をさらに備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の半導体装置によれば、応力緩和構造は、金属板における主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有するため、凸部によって、金属板と主電極との間に少なくとも凸部の高さ分の間隔を確保でき、凸部が形成されていない領域と主電極との間隔を一定以上とすることができる。従って、凸部が形成されていない領域と主電極との間に配される導電性接合材の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0026】

また、本発明の半導体装置によれば、応力緩和構造は、金属板の厚さが金属フレームの厚さよりも薄く、かつ、金属板における主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有するため、比較的厚い金属フレームを加工して凸部を形成する必要がない。このことから、金属フレームの厚さよりも薄く微細加工が容易な金属板を用いて、半導体素子の微細な主電極に対応する凸部を形成することができる。特に、金属板が打ち出し加工で凸部を形成することができる程度に薄い場合には、金属板を打ち出して容易に凸部を形成することができる。

【0027】

ところで、一般に、高い耐電圧を確保する場合には、絶縁距離を確保するために（金属フレームと回路基板との短絡を防ぐために）導電性接合材の厚みを厚く形成する必要があるが、金属フレームに凸部を形成しない状態、又は、金属フレームと主電極との間隔よりもかなり短い凸部しか金属フレームに形成しない状態で、金属フレームと主電極との間を導電性接合材で満たす場合には、製造過程において、金属フレームを導電性接合材上に配置したときに導電性接合材が潰れてしまうおそれがあり、半導体装置の信頼性を高くすることが難しい。
これに対して、本発明の半導体装置によれば、金属フレームと主電極との間に配置された平板状の金属板を備えるため、金属フレームと主電極との間をすべて導電性接合材で満たさなくてもよくなる。従って、製造過程において、金属フレームを導電性接合材上に配置したときに導電性接合材が潰れてしまうことを防ぐことができ、半導体装置の信頼性が低下し難くなる。また、応力緩和構造は、金属板における主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有するため、金属フレームと主電極との間を広くした場合でも、金属板と主電極との間を所定の間隔に保ち易くなる。従って、金属板と金属フレームとの間の導電性接合材を厚くしすぎなくて済み、導電性接合材が潰れ難くなることから、半導体装置の信頼性がより低下し難くなる。

【0028】

また、本発明の半導体装置によれば、応力緩和構造は、金属板の厚さが金属フレームの厚さよりも薄い構造を有するため、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）によって金属板自身が変形して応力を吸収することができる。その結果、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）をより一層緩和することができる。さらに、応力緩和構造は、金属板の厚さが金属フレームの厚さよりも薄く、かつ、金属板における主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有するため、凸部が形成されていない領域と主電極との間に配される導電性接合材の厚みを一定以上とすることができ、金属板自身が変形して応力を吸収するのに加えて、凸部が形成されていない領域と主電極との間に配される導電性接合材によってもさらに応力を吸収することができる。その結果、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）をより一層緩和することができる。

【0029】

また、本発明の半導体装置によれば、応力緩和構造は、金属板における主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有するため、金属板の凸部の箇所を中心に導電性接合材が集まって接合する構造をとり、はんだが濡れ広がる起点を作ることで確実に電極と金属板を接合することができる。また、金属板に副電極を避けるように切り欠きを設けることで、副電極へ向かうはんだの濡れ広がりを抑制でき、主電極と副電極との間の短絡が生じる可能性が低くなる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】実施形態１に係る半導体装置１００を説明するために示す図である。

【図2】金属フレームと半導体素子との間の導電性接合材及び金属板に加わる応力を説明するために示す図である。

【図3】実施形態２に係る半導体装置１００ａを説明するために示す要部拡大平面図である。

【図4】実施形態２における半導体素子２０周辺の分解図である。

【図5】変形例に係る半導体装置１００ｂを説明するために示す図である。

【図6】変形例に係る半導体装置１００ｂの回路図である。

【図7】変形例に係る半導体装置１００ｂの要部拡大断面図である。

【図8】実施形態３に係る半導体装置１００ｃを説明するために示す図である。

【図9】実施形態３に係る半導体装置１００ｃの要部拡大断面図である。

【図10】実施形態４に係る半導体装置１００ｄを説明するために示す図である。

【図11】実施形態５に係る半導体装置１００ｅを説明するために示す図である。

【図12】実施形態６～８に係る半導体装置１００ｆ～１００ｈを説明するために示す図である。

【図13】実施形態９～１１に係る半導体装置１００ｉ～１００ｋを説明するために示す図である。

【図14】実施形態１２に係る半導体装置１００ｌの模式断面図である。

【図15】実施形態１３に係る半導体装置１００ｍを説明するために示す図である。

【図16】従来の半導体装置９００を説明するために示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の半導体装置について、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。

【0032】

［実施形態１］
１．実施形態１に係る半導体装置１００の構成
図１は、実施形態１に係る半導体装置１００を説明するために示す図である。図１（Ａ）は半導体装置１００の模式断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置１００の要部拡大平面図である。

【0033】

半導体装置１００は、回路基板１０と、半導体素子２０と、金属フレーム３０と、金属板４０とを備え絶縁性のモールド樹脂６０で覆われている（図１（Ａ）参照。）。半導体装置１００は、電力制御等に用いられるパワー半導体装置である。半導体装置１００は、半導体モジュールとも称される。

【0034】

回路基板１０は、絶縁性基板１１の一方の表面にパターン配線層１２が形成された基板である。パターン配線層１２は、半導体素子２０を載置する半導体素子載置部１４と、半導体素子２０のソース電極２３（表面電極）と金属フレーム３０を介して接続される電極部１５とを有し、図示しない外部接続の端子と接続されている。

【0035】

回路基板１０としては、線膨張係数が半導体素子２０と近いセラミックス基板を用いることが好ましく、実施形態１においては、アルミナセラミック基板の表面にパターン配線層１２が形成され、裏面に放熱板１３が形成されたＤＣＢ基板（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ基板）を用いる。回路基板１０として、プリント基板等適宜の基板を用いることもできる。この場合には、裏面に（例えば、銅、鉄、アルミニウム等の板状の金属層で形成された）放熱部材が設けられていることが好ましい。
ＤＣＢ基板の裏面の放熱板１３や放熱部材は、半導体素子２０とは電気的に絶縁されているが、半導体装置１００を使用する機器のアース電極と接続してもよい。

【0036】

半導体素子２０は、回路基板１０のパターン配線層１２（半導体素子載置部１４）上に配置され、導電性接合材５１（例えば、はんだ）を介して接合されている。半導体素子２０は、いわゆるパワー半導体素子である。
半導体素子２０は、基体２１と、基体２１の回路基板１０と対向する側に形成されたドレイン電極２２と、回路基板１０と対向する側とは反対側の面に形成された主電極としてのソース電極２３と、副電極としてのゲート電極２４とを有する。基体２１は、適宜の素材（例えばシリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド等）の基体からなる。

【0037】

金属フレーム３０は、半導体素子２０のソース電極２３側に導電性接合材５２、後述する金属板４０及び導電性接合材５３を介して配置されている。このため主電流が流れる経路に対して主電流を阻害せず、大電流を導通可能となる。金属フレーム３０は、金属製の平板を打ち抜き加工及び折り曲げ加工等を施して形成されたクリップリード（いわゆる接続子）である。金属フレーム３０は、一方端はソース電極２３と電気的に接続されており、他方端は、回路基板１０の電極部１５と導電性接合材５５を介して電気的に接続されている。

【0038】

なお、ゲート電極２４は導電性接合材５４（例えば、はんだ）を介して配線部材３２と接合される（図１参照）が、ゲート電極２４を流れる電流は、ソース電極２３とドレイン電極２２との間を流れる電流に比べて極めて小さいため、配線部材３２の厚さ（断面積）は、金属フレーム３０より小さくてよく、また、ゲート電極２４と配線部材３２との間に金属板を入れなくてもよい。配線部材３２としては、クリップリードを用いてもよいし、ワイヤを用いてもよい。

【0039】

金属板４０は、金属フレーム３０とソース電極２３との間に配置された平板状の部材である。金属板４０は、ソース電極２３に対応する位置（回路基板１０に対して垂直方向から半導体装置１００を見たときに、金属板４０とソース電極２３とが重なる位置）に配されている。
金属板４０とソース電極２３との間、及び、金属板４０と金属フレーム３０との間には導電性接合材５２、５３（例えば、はんだ）が配されている。金属板４０及び導電性接合材５２，５３は、応力緩和構造を構成するが、このことについては後述する。

【0040】

金属板４０は、弾性部材からなる。金属板４０の厚さは、金属フレーム３０の厚さよりも薄い。また、金属板４０には、ソース電極２３側にソース電極２３に対応する位置に複数（６つ）の凸部４１が形成されている。

【0041】

金属板４０は、平面的に見て矩形形状をしており、矩形の角部近傍にそれぞれ１つずつ凸部４１が形成されており、さらに、中央部に適切な間隔で（バランスよく）２つの凸部４１が形成されている。なお、凸部４１が３つ以上形成されていると、製造過程において、凸部４１を下にして金属板４０を半導体素子２０上に置く場合に、金属板４０を半導体素子２０上に安定的に配置することができる。

【0042】

このように、実施形態１においては、小さな凸部を形成することが困難な厚い金属フレーム３０の代わりに、金属フレーム３０に比べて薄い金属板４０に凸部を形成することにより、金属フレーム３０に凸部を作らなくても半導体素子２０と金属フレーム４０との間隔を一定以上に保つことができる。

【0043】

金属フレーム３０の厚さをｔ２、金属板４０のうちの凸部４１が形成される領域の厚さｔ１２、金属板４０のうちの凸部４１が形成されていない領域の厚さをｔ１としたときに、ｔ１＜ｔ２、ｔ１２＜ｔ２を満たす。また凸部の高さをｔ１１（＝ｔ１２－ｔ１）とすると、ｔ１１＜ｔ１を満たし、例えば、ｔ１１＜０．５×ｔ１を満たす。

【0044】

平面的に見て、金属板４０の面積は、半導体素子の面積よりも狭く、さらに言えば、ソース電極２３が形成されている領域の面積よりも狭い。
また、金属板４０は、ソース電極２３の中心に対して対称になるように、すなわち、折り曲げられることなく平板状のまま配置されている。また、凸部４１も金属板４０の各辺の垂直二等分線に対して対称となる位置に設けられている。

【0045】

２．応力緩和構造について
応力緩和構造を説明する前に、金属フレーム３０と半導体素子２０との間の金属板４０及び導電性接合材５２，５３に加わる応力について説明する。
図２は、金属フレームと半導体素子との間の導電性接合材及び金属板に加わる応力を説明するために示す図である。

【0046】

半導体装置１００を実装した電気機器は、使用環境によっては環境温度が高くなる場合がある。特に、本発明で想定している大電流を使用する電子機器においては、周囲の部品も発熱しやすく、高温環境になり易い傾向がある。
このような場合に、回路基板１０が反る方向に応力がかかることになる（図２参照。）。このとき、半導体装置１００においては、半導体素子２０（シリコンやシリコンカーバイド等）と、金属フレーム３０（銅）との線膨張係数の差が大きいため、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０には応力が最もかかることになる。このような応力は、導電性接合材にクラックが発生し易くなったり、導電性接合材と金属フレーム（又は半導体素子）との間がはがれ易くなったりする等の不具合の原因となる。

【0047】

このような応力を緩和するために、実施形態１に係る半導体装置１００において、金属板４０及び導電性接合材５２，５３は、金属フレーム３０と半導体素子２０との間の金属板４０及び導電性接合材５２，５３に加わる応力を緩和する応力緩和構造を構成する。
応力緩和構造は、金属板４０の厚さが金属フレーム３０の厚さよりも薄く、かつ、金属板４０におけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つ（６つ）の凸部が形成され、凸部が金属板４０のソース電極２３側の面に形成された構造を有する。このような構成とすることにより、凸部４１によって少なくとも凸部４１の高さ分の間隔を確保することができ、導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができる。また、金属フレーム３０と半導体素子２０との間隔を比較的広くすることができるため、金属板４０を挟んだ状態の導電性接合材を比較的厚くしても導電性接合材がつぶれ難くなり、高い信頼性を確保した状態で導電性接合材の応力を緩和することができる。

【0048】

また、応力緩和構造は、金属板４０が弾性部材からなる構造を有することから、金属板４０自体が変形して応力を緩和することができる。

【0049】

３．実施形態１に係る半導体装置１００の効果
実施形態１に係る半導体装置１００によれば、応力緩和構造は、金属板４０における主電極（ソース電極２３）に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、凸部４１によって、金属板４０とソース電極２３との間に少なくとも凸部４１の高さ分の間隔を確保でき、凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間隔を一定以上とすることができる。従って、金属板４０における凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間に配される導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0050】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、応力緩和構造は、金属板４０の厚さが金属フレーム３０の厚さよりも薄く、かつ、金属板４０におけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、比較的厚い金属フレーム３０を加工して凸部を形成する必要がない。このことから、金属フレーム３０の厚さよりも薄く、微細加工が容易な金属板４０を用いて、半導体素子２０の微細なソース電極２３に対応する凸部４１を形成することができる。特に、金属板４０が打ち出し加工で凸部４１を形成することができる程度に薄い場合には、金属板４０を打ち出して容易に凸部４１を形成することができる。

【0051】

ところで、一般に、高い耐電圧を確保する場合には、絶縁距離を確保するために（金属フレームと回路基板との短絡を防ぐために）導電性接合材の厚みを比較的厚く形成する必要があるが、金属フレームに凸部を形成しない状態、又は、金属フレームと主電極との間隔よりも大幅に短い凸部しか金属フレームに形成しない状態で、金属フレームと主電極との間（図１の間隔ｔ３参照。）をすべて導電性接合材で満たす場合には、製造過程において、金属フレームを導電性接合材上に配置したときに導電性接合材が潰れてしまうおそれがあり、半導体装置の信頼性を高くすることが難しい。
これに対して、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、金属フレーム３０とソース電極２３との間に配置された平板状の金属板４０を備えるため、金属フレーム３０とソース電極２３との間をすべて導電性接合材で満たさなくてもよくなる。従って、製造過程において、金属フレーム３０を導電性接合材５３上に配置したときに導電性接合材が潰れてしまうことを防ぐことができ、半導体装置の信頼性が低下し難くなる。また、応力緩和構造は、金属板４０におけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、金属フレーム３０とソース電極２３との間を広くした場合でも、金属板４０とソース電極２３との間（図１（Ａ）の符号ｔ１１参照。）を所定の間隔に保ち易くなるため、金属板４０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５３を厚くしすぎなくて済むことから、導電性接合材が潰れ難く、半導体装置の信頼性がより低下し難くなる。

【0052】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、応力緩和構造は、金属板４０の厚さが金属フレーム３０の厚さよりも薄い構造を有するため、金属板自身が変形することで半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０に作用する応力（例えば熱応力）を吸収することができる。その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０に作用する応力（例えば熱応力）をより一層緩和することができる。さらに、応力緩和構造は、金属板４０の厚さが金属フレーム３０の厚さよりも薄く、かつ、金属板４０におけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、金属板４０の凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間に配される導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができ、金属板４０自身が変形して応力を吸収するのに加えて、凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間に配される導電性接合材５２によっても金属板４０の変形で吸収しきれなかった応力を吸収することができる。その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０に作用する応力（例えば熱応力）をさらにより一層緩和することができる。

【0053】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、応力緩和構造は、金属板４０におけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有し、金属板４０の凸部４１の箇所を中心に導電性接合材５２が集まって接合する構造をとり、はんだが濡れ広がる起点を作ることで確実に電極と金属板を接合することができる。また、金属板に副電極を避けるように切り欠きを設けることで、副電極へ向かうはんだの濡れ広がりを抑制できるので主電極と副電極との間の短絡が生じる可能性が低くなる。

【0054】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、応力緩和構造は、金属板４０が弾性部材からなる構造を有するため、金属板４０自身が弾性変形しやすくなり、応力をより一層吸収しやすくなる。

【0055】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、金属板４０はソース電極２３の中心に対して対称になるように構成されているため、金属板４０をソース電極２３上に安定的に配置することができる。従って、製造過程において、金属板４０が傾き難くなり、金属板４０とソース電極２３との間の導電性接合材５２の厚みを一定に保ちやすくなる。その結果、高い信頼性を保つことができる。

【0056】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、半導体素子２０は、回路基板１０と対向する側とは反対側の面に主電極としてのソース電極２３と副電極としてのゲート電極２４が形成され、回路基板１０側にドレイン電極２２が形成されているため、大電流を用いる電子機器に適した半導体装置となる。

【0057】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、回路基板１０は、セラミック基板（アルミナセラミック基板）を用いているため、半導体素子２０との線膨張係数の差が小さく、半導体素子２０と回路基板１０との間の導電性接合材５２に応力がかかり難くなる。

【0058】

また、実施形態１に係る半導体装置１００によれば、平面的に見て、金属板４０の面積は、半導体素子２０の面積よりも狭いため、金属板４０全体が導電性接合材５２上に載置された状態となる。よって、製造過程において、はんだリフローしたときに金属板４０が安定性を保った状態で接合することができ、実装ずれを起こし難くなる。

【0059】

［実施形態２］
図３は、実施形態２に係る半導体装置１００ａを説明するために示す要部拡大平面図である。図４は、実施形態２における半導体素子２０周辺の分解図である。

【0060】

実施形態２に係る半導体装置１００ａは、基本的には実施形態１に係る半導体装置１００と同様の構成を有するが、主電極の構成が実施形態１に係る半導体装置１００と異なる。すなわち、実施形態２に係る半導体装置１００ａにおいて、ソース電極２３ａは、複数の領域を有し、応力緩和構造は、金属板４０におけるソース電極２３の複数の領域の各々に対応した位置に凸部４１が形成された構造を有する。

【0061】

ソース電極２３ａは、複数の領域として長方形の４つの領域で構成されており、表面においては絶縁層や溝等でそれぞれ隔離されているが、内側ではこれらの領域は、相互に導通している。

【0062】

金属板４０ａは、ソース電極２３ａと平面的に重なるように配置されており、ソース電極２３ａの大部分を覆うように形成されている。金属板４０ａは、全体的に矩形形状でゲート側の辺及びそれと対向する辺には切り欠きが設けられている（図３参照。）。

【0063】

金属板４０ａは、ソース電極２３ａに対向する側において、ソース電極２３に対応する位置、具体的には、ソース電極２３ａの複数の領域に対応する位置に形成されている。ソース電極２３の複数の領域のうち、ゲート電極２４から遠い（切り欠きが形成されていない）領域に対応する金属板４０ａの領域には凸部が２つ（端部近傍に１つずつ）形成されており、ソース電極２３の複数の領域のうち、ゲート電極２４に近い（切り欠きが形成されている）領域に対応する金属板４０ａの領域には各領域の中央部分に凸部がそれぞれ１つ形成されている。

【0064】

実施形態２においては、図４に示すように、ソース電極２３ａの各領域にディスペンサ―等で導電性接合材（例えば、はんだ）を載せ、当該導電性接合材上に金属板４０ａを配置し、金属板４０ａの上にさらに導電性接合材５３を載せ、当該導電性接合材５３上に金属フレーム３０を搭載する。

【0065】

このように、実施形態２に係る半導体装置１００ａは、主電極の構成が実施形態１に係る半導体装置１００の場合とは異なるが、実施形態１に係る半導体装置１００の場合と同様に、応力緩和構造は、金属板４０ａにおける主電極（ソース電極）２３ａに対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、凸部４１によって、金属板４０ａとソース電極２３ａとの間に少なくとも凸部４１の高さ分の間隔を確保でき、凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３ａとの間隔を一定以上とすることができる。従って、金属板４０ａにおける凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３ａとの間に配される導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０ａに作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0066】

また、実施形態２に係る半導体装置１００ａによれば、ソース電極２３ａは、複数の領域を有するため、ソース領域が単一の領域である場合と比較して（例えば、ソース電極の中央部と周辺部とで）電流分布の偏りが生じ難くなり、電流の均一化を図ることができる。また、金属板４０ａとソース電極２３ａとの間の導電性接合材にかかる応力を分散させる効果があり、熱応力を緩和しやすくなる。

【0067】

また、実施形態２に係る半導体装置１００ａによれば、ソース電極２３ａは、複数の領域を有し、応力緩和構造は、金属板４０ａにおけるソース電極２３ａの複数の領域の各々に対応した位置に凸部４１が形成された構造を有するため、ソース電極２３ａの各々の領域で凸部４１に導電性接合材５２が集まって接合する構造をとる。従って、金属板４０ａとソース電極２３ａの各領域との間を確実に接続することができ、大電流をより流し易くなる。また、ソース電極２３ａの各領域に対応した位置に凸部４１が形成されているため、各領域と金属板４０ａとの間の導電性接合材５２の厚さを一定以上とすることができる。このため、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができ、また、半導体装置の信頼性を高めることができる。

【0068】

また、実施形態２に係る半導体装置１００ａによれば、ソース電極２３ａの複数の領域はそれぞれ独立して形成されているため、それぞれの領域で導電性接合材５２が凸部４１を中心に集まって接合する。従って、ソース電極２３ａと金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３を厚く形成しやすくなり、半導体装置の信頼性を高めることができる。

【0069】

また、実施形態２に係る半導体装置１００ａによれば、金属板４０ａは、ゲート電極２４を避けるように切り欠きが設けられているため、金属板４０ａとゲート電極２４との間、ひいては、導電性接合材５２，５３とゲート電極２４との間の距離を一定以上とすることができ、その結果、ソース電極２３ａとゲート電極２４との間が短絡することを防ぐことができる。

【0070】

なお、実施形態２に係る１００ａは、ソース電極の構成以外の点においては実施形態１に係る半導体装置１００と同様の構成を有するため、実施形態１に係る半導体装置１００が有する効果のうち該当する効果を有する。

【0071】

［変形例（適用例）］
図５は、変形例に係る半導体装置１００ｂを説明するために示す図である。図５（Ａ）は半導体装置１００ｂの外観斜視図であり、図５（Ｂ）は半導体装置１００ｂの内部構造を示す図である。なお、図５（Ｂ）においては、モールド樹脂６０の図示を省略している。図６は、変形例に係る半導体装置１００ｂの回路図である。図７は、変形例に係る半導体装置１００ｂの模式断面図である。

【0072】

変形例に係る半導体装置１００ｂは、基本的には実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するが、回路基板１０ａ上には半導体素子が複数搭載され、半導体素子のそれぞれのソース電極（主電極）２３Ｓ１，２３Ｓ２と金属フレーム３０ａ，３０ｂとの間に金属板４０が配されている。すなわち、変形例に係る半導体装置１００ｂにおいては、半導体素子として、半導体素子２０ａ及び半導体素子２０ｂの２つの半導体素子が内蔵されている（図５（Ｂ）及び図６参照。）。

【0073】

まずは、変形例に係る半導体装置１００ｂの外観について説明する。
変形例に係る半導体装置１００ｂは、モールド樹脂６０で封止されており、外部の回路との電気的な接続のための５本の端子（７０Ｄ１、７０Ｓ２、７０Ｓ１（Ｄ２）、７０Ｇ１、７０Ｇ２）がモールド樹脂６０の外部に露出している（図５（Ａ）参照。）。また、放熱部材（図示せず。）も放熱効果を上げるため露出している。主電流経路となっている端子７０Ｄ１、７０Ｓ２、７０Ｓ１（Ｄ２）は大電流を流すことができるように断面積が大きくなっている。なお、変形例に係る半導体装置１００ｂにおいては、各端子は、内部から延在する金属フレームを回路基板１０ａから見て表面側（半導体素子搭載面側）に折り曲げられてなる。

【0074】

次に、変形例に係る半導体装置１００ｂの内部構造について説明する。
変形例に係る半導体装置１００ｂにおいては、半導体素子２０ａと半導体素子２０ｂとが直列に接続されており、半導体素子２０ａのソース電極２３Ｓ１と半導体素子２０ｂのドレイン電極２２Ｄ１とが接続されている（図６参照。）。

【0075】

回路基板１０ａは、パターン配線層として、パターン配線層１２Ｄ１，１２Ｄ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２を有する（図５（Ｂ）参照。）。
半導体素子２０ａは、一方面側にドレイン電極２２Ｄ１を有し、他方面側にソース電極２３Ｓ１及びゲート電極２４Ｇ１を有する。また、半導体素子２０ｂは、一方面側にドレイン電極２２Ｄ２を有し、他方面側にソース電極２３Ｓ２及びゲート電極２４Ｇ２を有する（図５（Ｂ）参照。）。

【0076】

半導体素子２０ａは、ドレイン電極２２Ｄ１がパターン配線層１２Ｄ１と対向するようにパターン配線層１２Ｄ１上に載置され、半導体素子２０ｂは、ドレイン電極２２Ｄ２がパターン配線層１２Ｄ２と対向するようにパターン配線層１２Ｄ２上に載置されている。

【0077】

端子７０Ｄ１は、パターン配線層１２Ｄ１を介して半導体素子２０ａのドレイン電極２２Ｄ１と接続されている。
端子７０Ｇ１は、配線部材３２Ｇ１及びパターン配線層１２Ｇ１を介して半導体素子２０ａのゲート電極２４Ｇ１と電気的に接続されている。
端子７０Ｓ１（Ｄ２）は、パターン配線層１２Ｄ２及び金属フレーム３０ａを介して半導体素子２０ａのソース電極２３Ｓ１と接続されている。また、端子７０Ｓ１（Ｄ２）は、パターン配線層１２Ｄ２を介して半導体素子２０ｂのドレイン電極２２Ｄ２とも接続されている。
端子７０Ｇ２は、配線部材３２Ｇ２及びパターン配線層１２Ｇ２を介して半導体素子２０ｂのゲート電極２４Ｇ２と電気的に接続されている。
端子７０Ｓ２は、金属フレーム３０ｂの端部を折り曲げて形成されたものであり、半導体素子２０ｂのソース電極と接続されている。

【0078】

金属フレーム３０ａは、半導体素子２０ａとパターン配線層１２Ｄ２とを接続するクリップリード（いわゆる接続子）であり、実施形態２の場合と同様に、金属フレーム３０ａとソース電極２３Ｓ１との間に配置された平板状の金属板４０を備え（図７参照。）、金属板４０とソース電極２３Ｓ１との間、及び、金属板４０と金属フレーム３０ａとの間には導電性接合材５２が配され、金属板４０ａ及び導電性接合材５２は、金属フレーム３０ａと半導体素子２０ａとの間の金属板４０ａ及び導電性接合材５２に加わる応力を緩和する応力緩和構造を構成する。

【0079】

金属フレーム３０ｂは、一方端が半導体素子２０ｂのソース電極２３Ｓ２に接続され、他方端が端子７０Ｓ２となる金属フレームであり、実施形態２と同様に、金属フレーム３０ｂとソース電極２３Ｓ２との間に配置された平板状の金属板４０を備え（構成としては図７と同様。）、金属板４０とソース電極２３Ｓ２との間、及び、金属板４０と金属フレーム３０ｂとの間には導電性接合材５２が配され、金属板４０ｂ及び導電性接合材５２は、金属フレーム３０ｂと半導体素子２０ｂとの間の金属板４０ｂ及び導電性接合材５２に加わる応力を緩和する応力緩和構造を構成する。

【0080】

なお、変形例に係る半導体装置１００ｂは、半導体素子として、半導体素子２０ａ及び半導体素子２０ｂの２つの半導体素子が内蔵されている点以外の点においては実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するため、実施形態２に係る半導体装置１００ａが有する効果のうち該当する効果を有する。

【0081】

［実施形態３］
図８は、実施形態３に係る半導体装置１００ｃを説明するために示す図である。図８（Ａ）は半導体装置１００ｃの斜視図を示し、図８（Ｂ）は半導体装置１００ｃの内部構成を示す平面図である。なお、図８（Ｂ）においては、説明を簡潔にするためにモールド樹脂６０ａの図示を省略している。図９は、実施形態３に係る半導体装置１００ｃの要部拡大断面図（図８（Ｂ）のＢ－Ｂ断面図）である。

【0082】

実施形態３に係る半導体装置１００ｃは、基本的には変形例に係る半導体装置１００ｂと同様の構成を有するが、接続部材、金属フレーム及び外部端子の構成が変形例に係る半導体装置１００ｂと異なる。すなわち、実施形態３に係る半導体装置１００ｃにおいては、図８（Ｂ）に示すように、接続部材及び金属フレームが、平板状のリード（リードフレーム）３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇであり、外部端子が、当該リードを貫通して配置され、一方の端部が外部に突出し、他方の端部が回路基板のパターン配線層と接続されたピン端子である。

【0083】

ピン端子は、中央部に径が大きな部分のフランジ部を有する細長い円柱状の導電性ピンである。ピン端子は、外部接続用の端子として用いられるとともに、リードと配線パターンとを接続する部材として用いられる。

【0084】

ピン端子は、半導体素子２０ａのゲート電極２４Ｇ１と接続されているピン端子７０Ｇ１と、半導体素子２０ａのドレイン電極２２Ｄ１と接続されているピン端子７０Ｄ１と、半導体素子２０ａのソース電極２３Ｓ１及び半導体素子２０ｂのドレイン電極２２Ｄ２と接続されているピン端子７０Ｓ１（Ｄ２）と、半導体素子２０ｂのソース電極２３Ｓ２と接続されている３つのピン端子７０Ｓ２と、半導体素子２０ｂのゲート電極２４Ｇ２と接続されているピン端子７０Ｇ２とで構成されている。

【0085】

実施形態３に係る半導体装置１００ｃは、図８（Ｂ）に示すように、半導体素子として、２つの半導体素子２０ａ、２０ｂを備える。２つの半導体素子はそれぞれ、回路基板１０のパターン配線層１２側にドレイン電極（図示せず。）を有し、回路基板１０とは反対側にソース電極２３Ｓ１，２３Ｓ２及びゲート電極２４Ｇ１、２４Ｇ２を有する。そして、２つの半導体素子２０ａ、２０ｂ、回路基板１０のパターン配線層１２、リード３０ｃ、３０ｄ、及び、各ピン端子でスイッチング素子が２つ直列に接続された回路を構成している（回路構成は図６と同じ。）。

【0086】

リード３０ｃは、図８（Ｂ）に示すように、半導体素子２０ａのソース電極２３Ｓ１上に配置され、半導体素子２０ａのソース電極２３Ｓ１と電気的に接続された第１の電極接続部３３ｃと、パターン配線層１２Ｄ１とピン端子７０Ｓ１（Ｄ１）を介して接続された第２の電極接続部３４ｃと、パターン配線層の電極部（図示せず。）とピン端子７０Ｓ１（Ｄ２）を介して接続された第３の電極接続部３５ｃとを備える。

【0087】

リード３０ｄは、図８（Ｂ）に示すように、半導体素子２０ｂのソース電極２３Ｓ２上に配置され、導電性接合材を介して半導体素子２０ｂのソース電極２３Ｓ２と電気的に接続された第１の電極接続部３３ｄと、パターン配線層１２Ｓ２とピン端子７０Ｓ２を介して接続された２つの第２の電極接続部３４ｄとを備える。

【0088】

応力緩和構造は、金属板４０におけるソース電極２３Ｓ１，２３Ｓ２に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有する（図９参照。）。

【0089】

このように、実施形態３に係る半導体装置１００ｃは、接続部材及び外部端子の構成が変形例に係る半導体装置１００ｂの場合とは異なるが、変形例に係る半導体装置１００ｃの場合と同様に、応力緩和構造は、金属板４０におけるソース電極２３Ｓ１，２３Ｓ２に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、凸部４１によって、金属板４０とソース電極２３Ｓ１，２３Ｓ２との間に少なくとも凸部４１の高さ分の間隔を確保でき、凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３Ｓ１，２３Ｓ２との間隔を一定以上とすることができる。従って、金属板４０における凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３Ｓ１，２３Ｓ２との間に配される導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０ｃ、３０ｄとの間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0090】

また、実施形態３に係る半導体装置１００ｃによれば、金属フレーム３０ｃ、３０ｄを貫通して配置され、一方の端部が外部に突出し、他方の端部が回路基板１０のパターン配線層１２と接続されたピン端子７０Ｓ１（Ｄ２），７０Ｓ２を備える。このような構成とすることにより、金属フレーム（リード）３０ｃ、３０ｄがピン端子７０Ｓ１（Ｄ２），７０Ｓ２を介して回路基板１０と固定されていることによって金属フレーム（リード）３０ｂ、３０ｃにセルフアライメントが働きにくい場合であっても、導電性接合材５２，５３に加わる熱収縮応力に差が生じ難く導電性接合材に偏りが生じ難くなる。従って、導電性接合材５２，５３の固化時（はんだ凝集時）に半導体素子２０ａ、２０ｂに傾きが生じ難くなり、導電性接合材の厚みを一定に保つことができることから、高い信頼性を有する半導体装置となる。

【0091】

また、実施形態３に係る半導体装置１００ｃによれば、金属フレームとして、クリップリードを用いる場合（図５（Ｂ）の符号３０ａ参照。）や端子の一部を用いる（図５（Ｂ）の符号７０Ｓ２参照。）場合のみならず、半導体素子の電極と端子（ピン端子）を接続するリード（リードフレーム）を用いる場合であっても本発明を適用することができる。

【0092】

なお、実施形態３に係る半導体装置１００ｃは、接続部材及び外部端子の構成以外の点においては変形例に係る半導体装置１００ｂと同様の構成を有するため、変形例に係る半導体装置１００ｂが有する効果のうち該当する効果を有する。

【0093】

［実施形態４］
図１０は、実施形態４に係る半導体装置１００ｄを説明するための図である。図１０（Ａ）は金属板４０ｂを説明するための要部拡大平面図であり、図１０（Ｂ）は半導体装置１００ｄの要部拡大断面図である。なお、（モールド樹脂６０を省略して図示した図）である。

【0094】

実施形態４に係る半導体装置１００ｄは、基本的には実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するが、金属板の構成が実施形態２に係る半導体装置１００ａと異なる。すなわち、実施形態４に係る半導体装置１００ｄにおいては、図１０に示すように、応力緩和構造は、金属板４０ｂのソース電極２３側に凸部４１が形成されているだけでなく、金属板４０ｂのソース電極２３側とは反対側（金属フレーム３０側）にも凸部４２が形成されている構造（すなわち、応力緩和構造において、凸部が金属板４０ｂの両面に形成された構造）を有する。

【0095】

実施形態４においては、凸部４２は、高さが凸部４１とほぼ同じ高さを有するが、適宜の高さとしてもよい。
例えば、凸部４２の高さを金属フレーム３０に達するまでの高さとしてもよい。この場合には、凸部４２の高さ分の間隔（＝金属フレーム３０と金属板４０ｂとの間隔）を確実に一定以上とすることができる。従って、金属板４０ｂと金属フレーム３０との間の導電性接合材５３の厚さを確実に一定以上とすることができ、導電性接合材５３に係る応力を緩和することができる。なお、凸部４２の平面的な配置位置は適宜の位置とすることができる。

【0096】

このように、実施形態４に係る半導体装置１００ｄは、金属板の構成が実施形態２に係る半導体装置１００ａの場合とは異なるが、実施形態２に係る半導体装置１００ａの場合と同様に、応力緩和構造は、金属板４０ｂにおけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、凸部４１によって、金属板４０ｂとソース電極（主電極）２３との間に少なくとも凸部４１の高さ分の間隔を確保でき、凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間隔を一定以上とすることができる。従って、金属板４０ｂにおける凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間に配される導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０ｂに作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0097】

なお、凸部４２の上部が金属フレーム３０の近傍にくるようにし、凸部４１の下部がソース電極２３の近傍にくるようにする、即ち、凸部４２の頂上部から凸部４１の頂上部までの長さが、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の長さとほぼ同じにしてもよい。

【0098】

なお、実施形態４に係る半導体装置１００ｄは、接続部材及び外部端子の構成以外の点においては実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するため、実施形態２に係る半導体装置１００ａが有する効果のうち該当する効果を有する。

【0099】

［実施形態５］
図１１は、実施形態５に係る半導体装置１００ｅを説明するために示す要部拡大断面図である。
実施形態５に係る半導体装置１００ｅは、基本的には実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するが、金属フレームの構成が実施形態１に係る半導体装置とは異なる。すなわち、実施形態５に係る半導体装置１００ｅにおいては、金属フレーム３０ｈにおける金属板４０に対応する位置にも凸部３１が形成されている。

【0100】

金属フレーム３０ｈの凸部３１は、金属フレーム３０ｈを打ち出してなる。金属フレーム３０ｈは、大電流を流すことができるように比較的厚いため、金属フレーム３０ｈを打ち出し加工をすると比較的大きな（高さ（金属フレームの凸部３１が形成されていない領域を基準として凸部３１までの高さ）や幅が大きい）凸部が形成される。しかしながら、金属板４０に対応していれば、微小なソース電極２３に対応した凸部としなくてもよく、金属板４０と金属フレーム３０ｈとの間隔を一定以上に保つことができる。

【0101】

このように、実施形態５に係る半導体装置１００ｅは、金属フレームの構成が実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａの場合とは異なるが、実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａの場合と同様に、応力緩和構造は、金属板４０におけるソース電極２３に対応する位置に少なくとも１つの凸部４１が形成された構造を有するため、凸部４１によって、金属板４０とソース電極との間に少なくとも凸部４１の高さ分の間隔を確保でき、凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間隔を一定以上とすることができる。従って、金属板４０における凸部４１が形成されていない領域とソース電極２３との間に配される導電性接合材５２の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０との間の導電性接合材５２，５３及び金属板４０に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0102】

また、実施形態５に係る半導体装置１００ｅによれば、金属フレーム３０ｈにおける金属板４０に対応する位置にも凸部３１が形成されているため、凸部３１によって、金属フレーム３０ｈと金属板４０との間に少なくとも凸部３１の高さ分の間隔を確保でき、凸部３１が形成されていない領域と金属板４０との間隔を一定以上とすることができる。従って、凸部３１が形成されていない領域と金属板４０との間に配される導電性接合材５３の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子２０と金属フレーム３０ｈとの間の導電性接合材に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0103】

なお、実施形態５に係る半導体装置１００ｅは、金属フレームの構成以外の点においては実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するため、実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａが有する効果のうち該当する効果を有する。

【0104】

［実施形態６～１３］
図１２は、実施形態６～８に係る半導体装置１００ｆ～１００ｈを説明するために示す図である。図１２（Ａ）は実施形態６に係る半導体装置１００ｆの要部拡大断面図であり、図１２（Ｂ）は実施形態７に係る半導体装置１００ｇの要部拡大断面図であり、図１２（Ｃ）は実施形態８に係る半導体装置１００ｈの要部拡大断面図である。図１３は、実施形態９～１１に係る半導体装置１００ｉ～１００ｋを説明するために示す図である。図１３（Ａ）は実施形態９に係る半導体装置１００ｉを説明するために示す図であり、図１３（Ｂ）は実施形態１０に係る半導体装置１００ｊを説明するために示す図であり、図１３（Ｃ）は実施形態１１に係る半導体装置１００ｋを説明するために示す図である。図１４は、実施形態１２に係る半導体装置１００ｌの要部拡大断面図である。図１５は、実施形態１３に係る半導体装置１００ｍを説明するために示す図である。図１５（Ａ）は半導体装置１００ｍの要部の回路図を示し、図１５（Ｂ）は半導体装置１００ｍの要部拡大断面図を示す。

【0105】

実施形態６～１３に係る半導体装置１００ｆ～１００ｍは、基本的には実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するが、金属板、凸部及びソース電極のうちの少なくとも１つの構成が実施形態２に係る半導体装置１００ａとは異なる。

【0106】

実施形態６に係る半導体装置１００ｆにおいては、図１２（Ａ）に示すように、金属板４０ｃには、切り欠きが設けられておらず、略長方形状である。また、ソース電極２３ａの４つの領域の各々に対して、２つずつ、各々の領域の同様な位置に凸部４１を形成した点が異なる。このようにすることにより、４つの領域を流れる電流が均等化されやすくなる。

【0107】

実施形態７に係る半導体装置１００ｇにおいては、図１２（Ｂ）に示すように、ソース電極２３ａが複数の領域（４つの領域）に分かれているが、４つの領域のうち、ゲート電極２４に近い領域は短く形成されており、金属板４０ｄは、当該ソース電極２３ｂの形状に対応した形状（略コの字形状）となるように構成されている。これにより、ソース電極側の導電性接合材５２，５３とゲート電極２４と間の短絡をより確実に抑制することができる。

【0108】

実施形態８に係る半導体装置１００ｈにおいては、図１２（Ｃ）に示すように、ソース電極２３ｃは４つの領域を有するが、それらが独立しておらず、一方の端部同士で連結されており、平面的に見て１本の電極が蛇行した形状となっている。金属板４０は、平面的に見て略長方形状をしており、ソース電極２３ｃの横長の領域に対応した位置に凸部が形成された金属板を用いる。

【0109】

実施形態９に係る半導体装置１００ｉにおいては、図１３（Ａ）に示すように、ソース電極２３ｄは，３つの領域に分かれているが、完全に分離されているわけではなく、複数の領域同士の間が２か所接続されていてもよい（複数の領域を区切る領域が穴になっていてもよい、図１３（Ａ）参照。）し、複数の領域同士の間が１か所接続されていてもよい（複数の領域を区切る領域が切り欠き状になっていてもよい、図１３（Ａ）参照。）。また、金属板４０ｅ及びソース電極２３ｄのいずれもゲート電極２４を避けるように丸く切り欠かれている。また、金属板４０ｅは略矩形形状をしており、各角部及び中央にそれぞれ凸部４１が形成されている。このように、ソース電極２３ｄの形状が特殊な形状をしていても本発明を適用することができる。

【0110】

実施形態１０に係る半導体装置１００ｊにおいては、図１３（Ｂ）に示すように、半導体素子２０ａの金属フレーム側の面（回路基板１０とは反対側の面）に主電極としてのソース電極２３ｅ及びドレイン電極２２ａの両方、並びに、副電極としてのゲート電極が形成されており、それぞれ金属フレーム（図示せず）と接続されている。そして、金属フレーム（図示せず）とソース電極２３ｅとの間に金属板４０ｆが配置され、金属フレーム（図示せず）とドレイン電極２２ａとの間に金属板４０ｇが配置されている。
また、実施形態１１に係る半導体装置１００ｋにおいては、図１３（Ｃ）に示すように、ソース電極２３ｆ及びドレイン電極２２ｂがそれぞれ複数の領域に分割されている。

【0111】

実施形態１２に係る半導体装置１００ｌにおいては、図１４に示すように、ソース電極が複数の領域に分割されており、当該複数の領域ごとに金属板４０ｊ、４０ｋ及び導電性接合材５２，５３が配置されている。なお、金属フレーム３０は共通である。また、ソース電極が分割されたものである代わりに、異なる電極（ただし、電位が同じになる）であってもよい。

【0112】

実施形態１２に係る半導体装置１００ｌにおいては、図１４に示すように、異なる半導体素子の主電極を共通の金属フレームで接続し、共通の金属フレームと各主電極との間にそれぞれ金属板を配置してもよい。

【0113】

実施形態１３に係る半導体装置１００ｍにおいては、図１５に示すように、半導体素子として、ダイオードを回路基板１０上に配置し、共通の配線パターン上で２つのダイオードを並列に接続してもよい。

【0114】

このように、実施形態５～１３に係る半導体装置１００ｅ～１００ｍは、金属板、凸部及びソース電極のうちの少なくとも１つの構成が実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａの場合とは異なるが、実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａの場合と同様に、応力緩和構造は、金属板における主電極に対応する位置に少なくとも１つの凸部が形成された構造を有するため、凸部によって、金属板と主電極との間に少なくとも凸部の高さ分の間隔を確保でき、凸部が形成されていない領域と主電極との間隔を一定以上とすることができる。従って、金属板における凸部が形成されていない領域と主電極との間に配される導電性接合材の厚みを一定以上とすることができ、その結果、半導体素子と金属フレームとの間の導電性接合材及び金属板に作用する応力（例えば熱応力）を緩和することができる。

【0115】

なお、実施形態５～１３に係る半導体装置１００ｅ～１００ｍは、金属板、凸部及びソース電極のうちの少なくとも１つの構成以外の点においては実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａと同様の構成を有するため、実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａが有する効果のうち該当する効果を有する。

【0116】

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

【0117】

（１）上記各実施形態において記載した構成要素の数、位置等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

【0118】

（２）上記実施形態３～１３においては、実施形態１に係る半導体装置１００又は実施形態２に係る半導体装置１００ａを基にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。各実施形態の特徴を組み合わせた半導体装置に対しても本発明は適用される。

【0119】

（３）上記実施形態１～１２においては、半導体素子としてＭＯＳＦＥＴを用い、実施形態１３においては、半導体素子としてダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態１～１２において、半導体素子としてダイオードを用いてもよいし、上記実施形態３において、半導体素子としてＭＯＳＦＥＴを用いてもよいし、上記実施形態１～１３において、ＩＧＢＴなど、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子、ショットキーバリアダイオード等の整流素子、サイリスタ等の制御整流子、その他適宜の素子を用いてもよい。

【符号の説明】

【0120】

１０，１０ａ…回路基板、１１…絶縁性基板、１２…パターン配線層、１３…放熱板、１４…半導体素子載置部、１５…電極部、２０，９５５…半導体素子、２１…基体、２２…ドレイン電極、２３…ソース電極（主電極）、２４…ゲート電極（副電極）、３０…金属フレーム（クリップリード、リード、端子、）、３１，９４１…（金属フレームの）凸部、３２…配線部材、３３…第１の電極接続部、３４…第２の電極接続部、３５ｃ…第３の電極接続部、４０…金属板、４１，４２…（金属板の）凸部、５１，５２，５３，５４，５５…導電性接合材、６０…モールド樹脂、７０、９１１…端子、１００，９００…半導体装置

【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】

【図14】

【図15】

【図16】