JP2001332664A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
- Publication number
- JP2001332664A JP2001332664A JP2000152979A JP2000152979A JP2001332664A JP 2001332664 A JP2001332664 A JP 2001332664A JP 2000152979 A JP2000152979 A JP 2000152979A JP 2000152979 A JP2000152979 A JP 2000152979A JP 2001332664 A JP2001332664 A JP 2001332664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor chip
- cream solder
- solder
- conductor
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
- H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires
Abstract
(57)【要約】
【課題】放熱効率を向上させたパッケージ構造とする。
【解決手段】絶縁金属基板３と半導体チップ１を半田５
で固着し、半導体チップ１上のエミッタ電極のボンディ
ングパッドであるエミッタ電極パッド１５と、導板２と
をクリーム半田４で固着する。この導板２をクリーム半
田４でエミッタ電極パッドとを固着することで放熱効率
を向上させる。
で固着し、半導体チップ１上のエミッタ電極のボンディ
ングパッドであるエミッタ電極パッド１５と、導板２と
をクリーム半田４で固着する。この導板２をクリーム半
田４でエミッタ電極パッドとを固着することで放熱効率
を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワー半導体素
子などの発熱が大きい半導体装置で、特に、その配線構
造に関する。
子などの発熱が大きい半導体装置で、特に、その配線構
造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ）モジュールやＩＰＭ（インテリジェントパワ
ーモジュール）など、パワー半導体素子のパッケージに
は、樹脂成形されたものが用いられている。図６は、従
来の半導体装置の要部断面図である。これはＩＧＢＴモ
ジュールの要部断面を示す図である。冷却板５７（ヒー
トシンク）と表面がＡｌやＣｕなどの導電膜で選択的に
被覆された絶縁金属基板５３（アルミニウム絶縁基板や
銅絶縁基板など）とが図示しない半田で接合され、絶縁
金属基板５３と半導体チップ５１とが半田５５で接合さ
れ、これを樹脂成形されたケース５８に接着する。この
ケース５８は外部導出端子５９、６０を有している。半
導体チップ５１への電気的配線は、半導体チップ５１上
に形成された図示しないエミッタ電極パッドと、絶縁金
属基板５３上に形成された第１ボンディングパッド６７
とをボンディングワイヤ６３で接続し、この第１ボンデ
ィングパッド６７と第１外部導出端子５９とをボンディ
ングワイヤ６１で接続する。また、半導体チップ５１上
に形成された図示しないゲート電極パッドと第２ボンデ
ングパッド６８と、第２ボンディングパッド６８と第２
外部導出端子６０とを図示しないボンディングワイヤで
それぞれ接続する。半導体チップ５１、ボンディングワ
イヤ６１などを水分、湿気、塵埃から保護する目的で、
ケース内はゲル６２で封止されている。
ンジスタ）モジュールやＩＰＭ（インテリジェントパワ
ーモジュール）など、パワー半導体素子のパッケージに
は、樹脂成形されたものが用いられている。図６は、従
来の半導体装置の要部断面図である。これはＩＧＢＴモ
ジュールの要部断面を示す図である。冷却板５７（ヒー
トシンク）と表面がＡｌやＣｕなどの導電膜で選択的に
被覆された絶縁金属基板５３（アルミニウム絶縁基板や
銅絶縁基板など）とが図示しない半田で接合され、絶縁
金属基板５３と半導体チップ５１とが半田５５で接合さ
れ、これを樹脂成形されたケース５８に接着する。この
ケース５８は外部導出端子５９、６０を有している。半
導体チップ５１への電気的配線は、半導体チップ５１上
に形成された図示しないエミッタ電極パッドと、絶縁金
属基板５３上に形成された第１ボンディングパッド６７
とをボンディングワイヤ６３で接続し、この第１ボンデ
ィングパッド６７と第１外部導出端子５９とをボンディ
ングワイヤ６１で接続する。また、半導体チップ５１上
に形成された図示しないゲート電極パッドと第２ボンデ
ングパッド６８と、第２ボンディングパッド６８と第２
外部導出端子６０とを図示しないボンディングワイヤで
それぞれ接続する。半導体チップ５１、ボンディングワ
イヤ６１などを水分、湿気、塵埃から保護する目的で、
ケース内はゲル６２で封止されている。
【０００３】近年、パッケージの小型化、さらに、素子
定格の拡大に伴い、半導体素子で発生した熱を、効率よ
く放熱することが重要になってきた。ＩＧＢＴモジュー
ルのようなパワー半導体素子では、半導体チップ５１内
で発生した熱の主となる放熱経路は、半導体チップ５
１、絶縁金属基板５３、冷却板５７、図示しない冷却体
と一方向の経路であり、この放熱経路だけでは、半導体
チップ５１で発生した熱を十分に外部へ逃がすことが困
難であり、そのため、動作時に、半導体チップ５１の温
度が、保証温度（素子定格温度）である接合温度ＴJ ＝
１５０℃（シリコン素子の場合）を超えてしまう場合も
生じる。
定格の拡大に伴い、半導体素子で発生した熱を、効率よ
く放熱することが重要になってきた。ＩＧＢＴモジュー
ルのようなパワー半導体素子では、半導体チップ５１内
で発生した熱の主となる放熱経路は、半導体チップ５
１、絶縁金属基板５３、冷却板５７、図示しない冷却体
と一方向の経路であり、この放熱経路だけでは、半導体
チップ５１で発生した熱を十分に外部へ逃がすことが困
難であり、そのため、動作時に、半導体チップ５１の温
度が、保証温度（素子定格温度）である接合温度ＴJ ＝
１５０℃（シリコン素子の場合）を超えてしまう場合も
生じる。
【０００４】このような状態で使用を続けると、半田接
合界面やワイヤボンディング界面に金属間化合物が成長
し、さらに、半導体チップ５１のエミッタ電極パッドに
電気的配線のための固着されたボンディングワイヤ６３
が、半導体チップ５１との線膨張係数の違いでボンディ
ングワイヤ６３とエミッタ電極パッドとの接合界面に応
力集中を生じて、ボンディングワイヤ６３とエミッタ電
極パッドの結合が弱まり、酷い場合には剥離することが
ある。このようにボンディングワイヤ６３とエミッタ電
極パッドとの結合が弱まると、この箇所で発熱して、熱
暴走を生じ、半導体チップ５１が動作しなくなる場合が
でてくる。
合界面やワイヤボンディング界面に金属間化合物が成長
し、さらに、半導体チップ５１のエミッタ電極パッドに
電気的配線のための固着されたボンディングワイヤ６３
が、半導体チップ５１との線膨張係数の違いでボンディ
ングワイヤ６３とエミッタ電極パッドとの接合界面に応
力集中を生じて、ボンディングワイヤ６３とエミッタ電
極パッドの結合が弱まり、酷い場合には剥離することが
ある。このようにボンディングワイヤ６３とエミッタ電
極パッドとの結合が弱まると、この箇所で発熱して、熱
暴走を生じ、半導体チップ５１が動作しなくなる場合が
でてくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、半導体
チップ５１で発熱した熱が、絶縁金属基板５３と、冷却
板５７とを経由する一方向の経路でしか放熱しないパッ
ケージ構造では、パッケージや冷却系を小型化した場合
や、素子が大容量化された場合には、熱的に非常に厳し
く、対応が困難となる。この発明の目的は、前記の課題
を解決して、放熱効率を向上させた半導体装置とその製
造方法を提供することにある。
チップ５１で発熱した熱が、絶縁金属基板５３と、冷却
板５７とを経由する一方向の経路でしか放熱しないパッ
ケージ構造では、パッケージや冷却系を小型化した場合
や、素子が大容量化された場合には、熱的に非常に厳し
く、対応が困難となる。この発明の目的は、前記の課題
を解決して、放熱効率を向上させた半導体装置とその製
造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、支持基板と、該支持基板と一方の主面が固着され
た半導体基板と、該半導体基板の他方の主面上に形成さ
れた複数の主電極と、該複数の主電極と対向する導体
と、該導体と、前記複数の主電極とを接続する半田と、
を有する構成とする。
めに、支持基板と、該支持基板と一方の主面が固着され
た半導体基板と、該半導体基板の他方の主面上に形成さ
れた複数の主電極と、該複数の主電極と対向する導体
と、該導体と、前記複数の主電極とを接続する半田と、
を有する構成とする。
【０００７】また、前記半田がクリーム半田であるとよ
い。また、前記主電極と、前記導体の間の隙間を充填す
る高熱伝導性の樹脂を有する構成とするとよい。また、
前記高熱伝導性の樹脂が絶縁性材料であるとよい。ま
た、半導体基板上に形成された複数の主電極上に、複数
の孔を有するマスクを介してクリーム半田を印刷もしく
は塗布する工程と、該マスクを外し、前記複数の主電極
上にそれぞれ配置されたクリーム半田上に導体を着接す
る工程と、前記クリーム半田を熱処理し、前記主電極と
前記導体とを前記クリーム半田を介して固着する工程と
を含む製造方法とする。
い。また、前記主電極と、前記導体の間の隙間を充填す
る高熱伝導性の樹脂を有する構成とするとよい。また、
前記高熱伝導性の樹脂が絶縁性材料であるとよい。ま
た、半導体基板上に形成された複数の主電極上に、複数
の孔を有するマスクを介してクリーム半田を印刷もしく
は塗布する工程と、該マスクを外し、前記複数の主電極
上にそれぞれ配置されたクリーム半田上に導体を着接す
る工程と、前記クリーム半田を熱処理し、前記主電極と
前記導体とを前記クリーム半田を介して固着する工程と
を含む製造方法とする。
【０００８】また、半導体基板上に形成された複数の主
電極上に、複数の孔を有するマスクを介してクリーム半
田を印刷もしくは塗布する工程と、該マスクを外し、前
記複数の主電極上にそれぞれ配置されたクリーム半田上
に導体を着接する工程と、前記クリーム半田を熱処理
し、前記主電極と前記導体とを前記クリーム半田を介し
て固着する工程と、前記主電極と前記導体との隙間に、
絶縁性で高熱伝導性を有する樹脂を充填する工程とを含
む製造方法とするとよい。
電極上に、複数の孔を有するマスクを介してクリーム半
田を印刷もしくは塗布する工程と、該マスクを外し、前
記複数の主電極上にそれぞれ配置されたクリーム半田上
に導体を着接する工程と、前記クリーム半田を熱処理
し、前記主電極と前記導体とを前記クリーム半田を介し
て固着する工程と、前記主電極と前記導体との隙間に、
絶縁性で高熱伝導性を有する樹脂を充填する工程とを含
む製造方法とするとよい。
【０００９】前記のように、主電極と対向するように導
体を配置し、クリーム半田を介して互いを固着すること
で、半導体基板で発生した熱を効率よく導体に逃がすこ
とができる。また、主電極と導体の隙間に高熱伝導性樹
脂を充填することで、さらに放熱効率が向上する。
体を配置し、クリーム半田を介して互いを固着すること
で、半導体基板で発生した熱を効率よく導体に逃がすこ
とができる。また、主電極と導体の隙間に高熱伝導性樹
脂を充填することで、さらに放熱効率が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１実施例の
半導体装置を示し、同図（ａ）は要部断面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のフレームと半導体チップの平面
図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ部の拡大断面図で同図
（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した箇所の断面図である。
半導体装置を示し、同図（ａ）は要部断面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のフレームと半導体チップの平面
図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ部の拡大断面図で同図
（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した箇所の断面図である。
【００１１】冷却板７（ヒートシンク）と、絶縁基板１
９の表面が導電膜２０で選択的に被覆された絶縁金属基
板３とを図示しない半田で固着し、この絶縁金属基板３
と半導体チップ１を半田５で固着し、半導体チップ１上
のエミッタ電極のボンディングパッドであるエミッタ電
極パッド１５と、導板２（導体で形成された板：フレー
ムのこと）とをクリーム半田４で固着する。
９の表面が導電膜２０で選択的に被覆された絶縁金属基
板３とを図示しない半田で固着し、この絶縁金属基板３
と半導体チップ１を半田５で固着し、半導体チップ１上
のエミッタ電極のボンディングパッドであるエミッタ電
極パッド１５と、導板２（導体で形成された板：フレー
ムのこと）とをクリーム半田４で固着する。
【００１２】また、導板２の端部と絶縁金属基板３の第
１ボンディングパッド１７とを半田６で固着する。この
第１ボンディングパッド１７と外部導出端子９とをボン
ディングワイヤ１１で接続することで、半導体チップ１
のエミッタ電極パッド１５と外部導出端子９は電気的に
接続する。また、図示しないボンディングワイヤで、ゲ
ート電極パッド１６と外部導出端子１０は接続する。
１ボンディングパッド１７とを半田６で固着する。この
第１ボンディングパッド１７と外部導出端子９とをボン
ディングワイヤ１１で接続することで、半導体チップ１
のエミッタ電極パッド１５と外部導出端子９は電気的に
接続する。また、図示しないボンディングワイヤで、ゲ
ート電極パッド１６と外部導出端子１０は接続する。
【００１３】外部導出端子９、１０が固着する樹脂成形
されたケース８と冷却体７とを接着する。半導体チップ
１、導板２、絶縁金属基板３、ボンディングワイヤ１１
などを水分、湿気、塵埃から保護する目的で、ケース８
と冷却導体７で囲まれた空間はゲル１２（シリコーンゲ
ルなど）で充填されている。前記の導板２の固着面と反
対の面Ｂは、放熱効率を上げるために、ラジエータのよ
うに表面を凹凸（図２のＣ部）にして放熱表面を大きく
したり、サンドブラスト処理で表面を荒らして、放熱を
促す形状とする場合もある。
されたケース８と冷却体７とを接着する。半導体チップ
１、導板２、絶縁金属基板３、ボンディングワイヤ１１
などを水分、湿気、塵埃から保護する目的で、ケース８
と冷却導体７で囲まれた空間はゲル１２（シリコーンゲ
ルなど）で充填されている。前記の導板２の固着面と反
対の面Ｂは、放熱効率を上げるために、ラジエータのよ
うに表面を凹凸（図２のＣ部）にして放熱表面を大きく
したり、サンドブラスト処理で表面を荒らして、放熱を
促す形状とする場合もある。
【００１４】このように、半導体チップ１表面のエミッ
タ電極パッド１５をワイヤボンディングではなく、クリ
ーム半田４（所謂、ソルダペーストともいわれるもの）
を印刷し、高熱伝導、大面積の導板２をリフロー半田付
けして、電気的配線することで、半導体チップ１で発生
した熱を絶縁金属基板３側へだけでなく、導板２側にも
放熱することができて、半導体チップ１の接合温度Ｔj
を保証温度の１５０℃（シリコンの場合）以下に抑える
ことができる。
タ電極パッド１５をワイヤボンディングではなく、クリ
ーム半田４（所謂、ソルダペーストともいわれるもの）
を印刷し、高熱伝導、大面積の導板２をリフロー半田付
けして、電気的配線することで、半導体チップ１で発生
した熱を絶縁金属基板３側へだけでなく、導板２側にも
放熱することができて、半導体チップ１の接合温度Ｔj
を保証温度の１５０℃（シリコンの場合）以下に抑える
ことができる。
【００１５】つぎに、この構造の熱抵抗Ｒthについて説
明する。例えば、半田５、クリーム半田４の熱伝導率を
４５Ｗ／ｍ・Ｋ、半導体チップ１の熱伝導率を８５Ｗ／
ｍ・Ｋとし、半導体チップ１のサイズを１０ｍｍ□、厚
さを３５０μｍ、半田５の厚さを１００μｍ、クリーム
半田４の厚さを５００μｍ、さらに、クリーム半田４と
接続する半導体チップ１の面積とクリーム半田４と接続
しない半導体チップ１の面積との比を１：１とすると、
半導体チップ１表面から、絶縁金属基板３表面までの熱
抵抗Ｒthが０．０６３Ｋ／Ｗとなる。一方、半導体チッ
プ１表面から、導板２裏面までの熱抵抗Ｒthが０．１９
０Ｋ／Ｗとなる。この導板２側の熱抵抗Ｒthは、ボンデ
ィングワイヤの場合は、無限大に近くなる。
明する。例えば、半田５、クリーム半田４の熱伝導率を
４５Ｗ／ｍ・Ｋ、半導体チップ１の熱伝導率を８５Ｗ／
ｍ・Ｋとし、半導体チップ１のサイズを１０ｍｍ□、厚
さを３５０μｍ、半田５の厚さを１００μｍ、クリーム
半田４の厚さを５００μｍ、さらに、クリーム半田４と
接続する半導体チップ１の面積とクリーム半田４と接続
しない半導体チップ１の面積との比を１：１とすると、
半導体チップ１表面から、絶縁金属基板３表面までの熱
抵抗Ｒthが０．０６３Ｋ／Ｗとなる。一方、半導体チッ
プ１表面から、導板２裏面までの熱抵抗Ｒthが０．１９
０Ｋ／Ｗとなる。この導板２側の熱抵抗Ｒthは、ボンデ
ィングワイヤの場合は、無限大に近くなる。
【００１６】従って、導板２のある構造では、半導体チ
ップ１の熱が導板２に逃げる分、放熱効率はよくなり、
半導体素子としての熱抵抗Ｒthはボンディングワイヤの
場合に比べて、２５％程度低減する。図３は、この発明
の第２実施例の半導体装置の主要部分の製造方法で、同
図（ａ）ないし同図（ｃ）は、工程順に示した要部製造
工程図である。これらの工程図は半導体チップ１のエミ
ッタ電極パッド１５上にクリーム半田４を形成する方法
を示す図である。
ップ１の熱が導板２に逃げる分、放熱効率はよくなり、
半導体素子としての熱抵抗Ｒthはボンディングワイヤの
場合に比べて、２５％程度低減する。図３は、この発明
の第２実施例の半導体装置の主要部分の製造方法で、同
図（ａ）ないし同図（ｃ）は、工程順に示した要部製造
工程図である。これらの工程図は半導体チップ１のエミ
ッタ電極パッド１５上にクリーム半田４を形成する方法
を示す図である。
【００１７】半導体チップ１表面にエミッタ電極パッド
１５（エミッタのボンディングパッド）とゲート電極パ
ッド１６（ゲートのボンディングパッド）とを形成する
（同図（ａ））。このエミッタ電極パッド１５は、エミ
ッタ電極上の絶縁保護膜が開口した箇所のことであり、
ゲート電極パッド１６はゲート電極上の絶縁保護膜が開
口した箇所のことである。つぎに、半導体チップ１上
に、エミッタ電極パッド１５と同一形状の開口部５０を
有するマスク４０をセットする（同図（ｂ））。つぎ
に、クリーム半田４を、このマスク４０を使用して印刷
（もしくはディスペンサ：注射針のような滴下装置、で
塗布）する。ここで、半導体チップ１表面のエミッタ電
極パッド１５は半田付けが容易なＡｕやＮｉなどで形成
する。
１５（エミッタのボンディングパッド）とゲート電極パ
ッド１６（ゲートのボンディングパッド）とを形成する
（同図（ａ））。このエミッタ電極パッド１５は、エミ
ッタ電極上の絶縁保護膜が開口した箇所のことであり、
ゲート電極パッド１６はゲート電極上の絶縁保護膜が開
口した箇所のことである。つぎに、半導体チップ１上
に、エミッタ電極パッド１５と同一形状の開口部５０を
有するマスク４０をセットする（同図（ｂ））。つぎ
に、クリーム半田４を、このマスク４０を使用して印刷
（もしくはディスペンサ：注射針のような滴下装置、で
塗布）する。ここで、半導体チップ１表面のエミッタ電
極パッド１５は半田付けが容易なＡｕやＮｉなどで形成
する。
【００１８】つぎに、リフロー工程で熱処理を行い、ク
リーム半田４の溶媒を飛ばし、クリーム半田４を固化す
る。この固化したクリーム半田４の厚さは、ゲルでの封
止を容易にする目的で、５００μｍ程度になるようにす
る（同図（ｃ））。以下は、図示しないが、図１を用い
て説明する。同図（ｃ）に続き、クリーム半田が印刷さ
れた半導体チップ上に、Ｃｕなどの高熱伝導率（数１０
０Ｗ／ｍ・Ｋ）の導電性材料で形成され、半導体チップ
を覆うことができる面積に加工された導板２を配置す
る。ここで、導板２の平板部の厚さは、絶縁金属基板３
の回路パターンが形成された導電膜２０の厚さより厚く
設定し、さらに、放熱効率を上げるために、ラジエータ
のように表面を凹凸（図２のＣ部）にして放熱表面を大
きくしたり、サンドブラスト処理で表面を荒らして、放
熱を促す形状とする。
リーム半田４の溶媒を飛ばし、クリーム半田４を固化す
る。この固化したクリーム半田４の厚さは、ゲルでの封
止を容易にする目的で、５００μｍ程度になるようにす
る（同図（ｃ））。以下は、図示しないが、図１を用い
て説明する。同図（ｃ）に続き、クリーム半田が印刷さ
れた半導体チップ上に、Ｃｕなどの高熱伝導率（数１０
０Ｗ／ｍ・Ｋ）の導電性材料で形成され、半導体チップ
を覆うことができる面積に加工された導板２を配置す
る。ここで、導板２の平板部の厚さは、絶縁金属基板３
の回路パターンが形成された導電膜２０の厚さより厚く
設定し、さらに、放熱効率を上げるために、ラジエータ
のように表面を凹凸（図２のＣ部）にして放熱表面を大
きくしたり、サンドブラスト処理で表面を荒らして、放
熱を促す形状とする。
【００１９】つぎに、半導体チップ１と、クリーム半田
４と、導板２を組み合わせたものをリフロー工程で熱処
理し、半導体チップ１のエミッタ電極パッド１５と導板
２とをクリーム半田４で半田接合する。つぎに、樹脂成
形されたケース８の側壁部を冷却板７に固着し、外部導
出端子９、１０とのワイヤボンディングを行い、ゲル１
２を充填し、ケース８の蓋部を固着して、半導体装置が
完成する。
４と、導板２を組み合わせたものをリフロー工程で熱処
理し、半導体チップ１のエミッタ電極パッド１５と導板
２とをクリーム半田４で半田接合する。つぎに、樹脂成
形されたケース８の側壁部を冷却板７に固着し、外部導
出端子９、１０とのワイヤボンディングを行い、ゲル１
２を充填し、ケース８の蓋部を固着して、半導体装置が
完成する。
【００２０】図４はこの発明の第３実施例の半導体装置
の要部断面図である。図１との違いは、外部導出端子９
への接続をボンディングワイヤの代わりに接続導体２１
を用いる点である。接続は半田２２、２３で行う。こう
することで、この接続導体２１を熱が伝達するために、
さらに放熱効率は向上する。図５は、この発明の第４実
施例の半導体装置の要部断面図である。この実施例は第
１実施例の半導体装置の半導体チップ１と導板２の間に
高熱伝導性樹脂３０を充填したものである。図では、こ
の高熱伝導性樹脂３０が半導体チップ１の側面にも付着
しているが、主に熱伝導に関与する箇所は、クリーム半
田４と、導板２と半導体チップ１の間に充填された高熱
伝導性樹脂３０である。
の要部断面図である。図１との違いは、外部導出端子９
への接続をボンディングワイヤの代わりに接続導体２１
を用いる点である。接続は半田２２、２３で行う。こう
することで、この接続導体２１を熱が伝達するために、
さらに放熱効率は向上する。図５は、この発明の第４実
施例の半導体装置の要部断面図である。この実施例は第
１実施例の半導体装置の半導体チップ１と導板２の間に
高熱伝導性樹脂３０を充填したものである。図では、こ
の高熱伝導性樹脂３０が半導体チップ１の側面にも付着
しているが、主に熱伝導に関与する箇所は、クリーム半
田４と、導板２と半導体チップ１の間に充填された高熱
伝導性樹脂３０である。
【００２１】この第４実施例の半導体装置の製造方法を
説明する。第１実施例と同様に半導体チップ１の表面に
形成されたエミッタ電極パッド１５にクレーム半田４を
印刷（あるいは塗布）する。この際、クリーム半田４の
厚さはリフロー後に２００μｍ程度になるように設定す
る。そして、リフロー半田付けの後、アルミナ、窒化ケ
イ素などのセラミック・フィラー（セラミックの粉末の
ようなもの）が添加され熱伝導率が数Ｗ／ｍ・Ｋで液状
の絶縁性の高熱伝導性樹脂３０を半導体チップ１上と導
板２との間の２００μｍ程度の隙間に充填し、硬化させ
る。尚、放熱をさらに良くするために、図４のように、
導体を設けても勿論よい。
説明する。第１実施例と同様に半導体チップ１の表面に
形成されたエミッタ電極パッド１５にクレーム半田４を
印刷（あるいは塗布）する。この際、クリーム半田４の
厚さはリフロー後に２００μｍ程度になるように設定す
る。そして、リフロー半田付けの後、アルミナ、窒化ケ
イ素などのセラミック・フィラー（セラミックの粉末の
ようなもの）が添加され熱伝導率が数Ｗ／ｍ・Ｋで液状
の絶縁性の高熱伝導性樹脂３０を半導体チップ１上と導
板２との間の２００μｍ程度の隙間に充填し、硬化させ
る。尚、放熱をさらに良くするために、図４のように、
導体を設けても勿論よい。
【００２２】つぎに、この構造の熱抵抗Ｒthについて説
明する。例えば、絶縁性の高熱伝導性樹脂３０の熱伝導
率を３Ｗ／ｍ・Ｋ、半田５、クリーム半田４の熱伝導率
を４５Ｗ／ｍ・Ｋ、半導体チップ１の熱伝導率を８５Ｗ
／ｍ・Ｋとし、半導体チップ１のサイズを１０ｍｍ□、
厚さを３５０μｍ、半田５の厚さを１００μｍ、クリー
ム半田４と絶縁性の高熱伝導性樹脂３０の厚さをそれぞ
れ２００μｍ、さらに、クリーム半田４と絶縁性の高熱
伝導性樹脂３０の面積比を１：１とすると、半導体チッ
プ１表面から、導板２裏面までの熱抵抗Ｒthが０．０８
３Ｋ／Ｗとなり、半導体チップ１の発熱面から両方向に
向かって放熱される。
明する。例えば、絶縁性の高熱伝導性樹脂３０の熱伝導
率を３Ｗ／ｍ・Ｋ、半田５、クリーム半田４の熱伝導率
を４５Ｗ／ｍ・Ｋ、半導体チップ１の熱伝導率を８５Ｗ
／ｍ・Ｋとし、半導体チップ１のサイズを１０ｍｍ□、
厚さを３５０μｍ、半田５の厚さを１００μｍ、クリー
ム半田４と絶縁性の高熱伝導性樹脂３０の厚さをそれぞ
れ２００μｍ、さらに、クリーム半田４と絶縁性の高熱
伝導性樹脂３０の面積比を１：１とすると、半導体チッ
プ１表面から、導板２裏面までの熱抵抗Ｒthが０．０８
３Ｋ／Ｗとなり、半導体チップ１の発熱面から両方向に
向かって放熱される。
【００２３】つまり、導板２を半導体チップ１と近接し
て配置し、固化したクリーム半田４の周囲に高熱伝導性
樹脂３０を配置することで、図１に比べて２５％程度、
熱抵抗Ｒthは低減する。また、高熱伝導性樹脂を配置す
ることで、半田劣化の原因となる歪みを抑えることがで
きて、信頼性の高い半導体素子が提供できる。
て配置し、固化したクリーム半田４の周囲に高熱伝導性
樹脂３０を配置することで、図１に比べて２５％程度、
熱抵抗Ｒthは低減する。また、高熱伝導性樹脂を配置す
ることで、半田劣化の原因となる歪みを抑えることがで
きて、信頼性の高い半導体素子が提供できる。
【００２４】
【発明の効果】この発明によれば、半導体チップのエミ
ッタ電極のボンディングパッド上にクリーム半田を形成
し、そのクリーム半田上に半導体チップを覆うように導
板（フレーム）を配置し、この導板と半導体チップをク
リーム半田で固着することで、半導体チップで発生した
熱を効率よく放熱できる。このことで、パッケージを小
型化した場合や、素子の発生損失が増加した場合でも、
半導体チップの接合温度を保証温度以下に保つことがで
きる放熱効率を向上させた半導体装置を提供できる。
ッタ電極のボンディングパッド上にクリーム半田を形成
し、そのクリーム半田上に半導体チップを覆うように導
板（フレーム）を配置し、この導板と半導体チップをク
リーム半田で固着することで、半導体チップで発生した
熱を効率よく放熱できる。このことで、パッケージを小
型化した場合や、素子の発生損失が増加した場合でも、
半導体チップの接合温度を保証温度以下に保つことがで
きる放熱効率を向上させた半導体装置を提供できる。
【００２５】また、この半導体チップと導板の隙間に高
熱伝導性樹脂を充填することで、さらに放熱効率を高め
たパッケージ構造とすることができる。さらに、この高
熱伝導性樹脂を充填することで、樹脂封止によるクレー
ム半田接合部の歪みが抑制され、熱疲労劣化を抑えるこ
とができ、熱的、機械的に高い信頼性を有する半導体装
置を提供できる。
熱伝導性樹脂を充填することで、さらに放熱効率を高め
たパッケージ構造とすることができる。さらに、この高
熱伝導性樹脂を充填することで、樹脂封止によるクレー
ム半田接合部の歪みが抑制され、熱疲労劣化を抑えるこ
とができ、熱的、機械的に高い信頼性を有する半導体装
置を提供できる。
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置を示し、
（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のフレームと半導
体チップの平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図
で同図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した箇所の断面図
（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のフレームと半導
体チップの平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図
で同図（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した箇所の断面図
【図２】導板表面が凹凸状になっている図
【図３】この発明の第２実施例の半導体装置の主要部分
の製造方法で、（ａ）ないし（ｃ）は、工程順に示した
要部製造工程図
の製造方法で、（ａ）ないし（ｃ）は、工程順に示した
要部製造工程図
【図４】この発明の第３実施例の半導体装置の要部断面
図
図
【図５】この発明の第４実施例の半導体装置の要部断面
図
図
【図６】従来の半導体装置の要部断面図
１ 半導体チップ ２ 導板 ３ 絶縁金属基板 ４ クリーム半田 ５、６、２２、２３ 半田 ７ 冷却板 ８ ケース ９ 第１外部導出端子 １０ 第２外部導出端子 １１ ボンディングワイヤ １２ ゲル １５ エミッタ電極パッド １６ ゲート電極パッド １７ 第１ボンディングパッド １８ 第２ボンディングパッド １９ 絶縁基板 ２０ 導電膜 ２１ 接続導体 ３０ 高熱伝導性樹脂 ４０ マスク ５０ 開口部
Claims (6)
- 【請求項１】支持基板と、該支持基板と一方の主面が固
着された半導体基板と、該半導体基板の他方の主面上に
形成された複数の主電極と、該複数の主電極と対向する
導体と、該導体と、前記複数の主電極とを接続する半田
と、を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】前記半田がクリーム半田であることを特徴
とする請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】前記主電極と、前記導体の間の隙間を充填
する高熱伝導性の樹脂とを有することを特徴とする請求
項１または２のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項４】前記高熱伝導性の樹脂が絶縁性材料である
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。 - 【請求項５】半導体基板上に形成された複数の主電極上
に、複数の孔を有するマスクを介してクリーム半田を印
刷もしくは塗布する工程と、該マスクを外し、前記複数
の主電極上にそれぞれ配置されたクリーム半田上に導体
を着接する工程と、前記クリーム半田を熱処理し、前記
主電極と前記導体とを前記クリーム半田を介して固着す
る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６】半導体基板上に形成された複数の主電極上
に、複数の孔を有するマスクを介してクリーム半田を印
刷もしくは塗布する工程と、該マスクを外し、前記複数
の主電極上にそれぞれ配置されたクリーム半田上に導体
を着接する工程と、前記クリーム半田を熱処理し、前記
主電極と前記導体とを前記クリーム半田を介して固着す
る工程と、前記主電極と前記導体との隙間に、絶縁性で
熱伝導性を有する樹脂を充填する工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000152979A JP2001332664A (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000152979A JP2001332664A (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001332664A true JP2001332664A (ja) | 2001-11-30 |
Family
ID=18658317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000152979A Withdrawn JP2001332664A (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001332664A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005129886A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-05-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2006109576A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Hitachi Ltd | インバータ装置およびそれを用いた車両駆動装置 |
| JP2008172120A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Sharp Corp | パワーモジュール |
| US8227323B2 (en) | 2009-06-18 | 2012-07-24 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| DE112010005383T5 (de) | 2010-03-12 | 2013-01-03 | Hitachi, Ltd. | Halbleitervorrichtung |
| WO2017017901A1 (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体装置 |
| US11557531B2 (en) | 2018-09-26 | 2023-01-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device with metal film, power conversion device with the semiconductor device, and method of manufacturing the semiconductor device |
-
2000
- 2000-05-24 JP JP2000152979A patent/JP2001332664A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005129886A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-05-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2006109576A (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Hitachi Ltd | インバータ装置およびそれを用いた車両駆動装置 |
| JP4566678B2 (ja) * | 2004-10-04 | 2010-10-20 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | パワーモジュール |
| JP2008172120A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Sharp Corp | パワーモジュール |
| US8227323B2 (en) | 2009-06-18 | 2012-07-24 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| DE112010005383T5 (de) | 2010-03-12 | 2013-01-03 | Hitachi, Ltd. | Halbleitervorrichtung |
| WO2017017901A1 (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体装置 |
| JPWO2017017901A1 (ja) * | 2015-07-29 | 2018-04-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体装置 |
| US10211144B2 (en) | 2015-07-29 | 2019-02-19 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Semiconductor device having a plurality of top surface connection terminals |
| US11557531B2 (en) | 2018-09-26 | 2023-01-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device with metal film, power conversion device with the semiconductor device, and method of manufacturing the semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5442368B2 (ja) | 直付リード線を備えるｉｃチップパッケージ | |
| TWI450373B (zh) | 雙側冷卻整合功率裝置封裝及模組，以及製造方法 | |
| JP5656907B2 (ja) | パワーモジュール | |
| JP2003264265A (ja) | 電力用半導体装置 | |
| JP4262453B2 (ja) | 電力半導体装置 | |
| JP2982126B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP3632960B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2001332664A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2004221381A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH08213520A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP3685659B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP7367309B2 (ja) | 半導体モジュール、半導体装置及び半導体装置の製造方法 | |
| JPH01235261A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2004319740A (ja) | パワー半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2934421B2 (ja) | ヒートシンクを備えた樹脂封止型半導体装置 | |
| JP2002329804A (ja) | 半導体装置 | |
| US8120169B2 (en) | Thermally enhanced molded leadless package | |
| JP2009231685A (ja) | パワー半導体装置 | |
| JPH07176664A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP3644161B2 (ja) | パワー半導体モジュール | |
| JP3314574B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100244826B1 (ko) | 반도체장치 및 그 제조방법 | |
| JP4349728B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP3894749B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP7334655B2 (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060703 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060704 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060714 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080609 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080701 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080908 |