JP2002043508A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
制、素子損傷による絶縁耐圧低下の防止、通電容量の増
加および製造時間の短縮が可能な半導体装置およびその
製造方法を提供する。 【解決手段】 この半導体装置では、半導体チップ1あ
るいは電極3を含む接続対象が上面に設けられた複数の
絶縁基板2A,2Bの下面がベース板4上に接合され、
前記半導体チップ1と電極3とが接続導体5で接続され
ている。絶縁基板2A,2Bの表面には半導体チップ1
と熱膨張率が略同一あるいは近似した金属箔7が設けら
れる。前記接続導体5は、板状性の高剛性を有する導電
性部材からなり、その接続端部5bが半導体チップ1と
電極3とにロー付けされている。
Description
ジュール等の半導体装置およびその製造方法に関する。
体モジュールの概略構成を示す平面図および側面図であ
る。ベース板(放熱板)24上には、複数の絶縁基板2
2A,22Bが半田により接合されている。絶縁基板2
2Aには半導体チップ21が半田により接合され、絶縁
基板22Bには電極23が半田により接合されている。
また、電極23と半導体チップ21との間や、絶縁基板
22B同士あるいは電極23同士の間は、アルミニウム
ワイヤ25で接続されている。
のように行われる。すなわち、放熱板24は、銅板の表
面をNiメッキしたものであり、その表面には絶縁基板
22A,22Bを容易に位置決めできるようにレジスト
パターンが施される。この放熱板24のNi面上にクリ
ーム半田を塗布したうえで、絶縁基板22A,22Bが
セットされる。これらの絶縁基板22A,22BはAl
2N3よりなり、その表裏面上には活性金属法またはダイ
レクトボンディング法によりCu箔が接合されており、
そのCu箔上はNiメッキされ、かつ表面にはレジスト
パターンが施されている。その表面のNi面上にクリー
ム半田を塗布したうえで、半導体チップ21およびCu
の電極23がセットされる。
の炉中で加熱することにより、前記半田が溶融して、絶
縁基板22A,22Bおよび半導体チップ21、電極2
3が接合される。この後に、例えば半導体チップ21の
アルミニウム接続パッド面と、電極23の表面とが、ア
ルミニウムワイヤ25を用いてワイヤボンディングによ
り接続される。
ワイヤツールを介して大きな荷重と超音波を印加するこ
とにより、ワイヤと接合相手材を変形させ、両部材の酸
化膜を除去し両部材に清浄な新生面を露出させるという
原理により接合するものである。
ワー半導体モジュールでは、半導体チップ21と電極2
3とをワイヤボンディングにより接続しているので、以
下に挙げるような問題点がある。
2N3の絶縁基板22Aの間で熱膨張係数が大きく異なる
ことに起因して、長期にわたる温度サイクルにともない
ワイヤボディング部にクラックが入り剥離が生じる。
ップ21に大きな荷重と超音波が印加さるので、半導体
チップ21の絶縁層が破壊され、耐圧低下を招く。
線の電気抵抗を低減し難く、通電容量の増加に対応でき
ない。
かかる。
による接続導体接合部の劣化の抑制、素子損傷による絶
縁耐圧低下の防止、通電容量の増加、および製造時間の
短縮が可能な半導体装置およびその製造方法を提供する
ことである。
置は、半導体チップあるいは電極を含む接続対象が上面
に設けられた複数の絶縁基板の下面がベース板上に接合
され、異なる前記絶縁基板上の前記接続対象が接続導体
で接続された半導体装置であって、前記絶縁基板の表面
には前記半導体チップと熱膨張率が略同一の金属箔が設
けられ、前記接続導体は、両端に接続端部を有するよう
に曲折された板状性部材よりなり、前記接続端部が前記
接続対象にロー付けされている。
で、前記絶縁基板の表面の金属箔がCu−Mo箔であっ
ても良い。
に形成されているものでも良い。
配列された前記接続導体の複数本で接続されていても良
い。
配列された前記接続導体の複数本で接続されていても良
い。
線材を板状に1つに束ねて形成されているものでも良
い。
法は、前記したいずれかの構成の半導体装置の製造方法
であって、前記接続対象への前記接続導体の接合だけで
なく、前記ベース板への前記絶縁基板の接合、および前
記絶縁基板への前記接続対象の接合もロー付けで行い、
これらのロー付け接合を1回の工程で行うことを特徴と
するものである。
を示す図面に基づいて具体的に説明する。
態1による半導体装置の概略の構成を示す平面図、図2
はその側面図である。この半導体装置は、上面にシリコ
ン半導体チップ1が接合された絶縁基板2Aと、上面に
電極3が接合された絶縁基板2Bとがベース板(放熱
板)4上に接合され、半導体チップ1と電極3とが接続
導体5で接続されているパワー半導体モジュールであ
る。
あるいは近似した材料、例えばCu−MoあるいはSi
C/Alからなり、その表面にはNiメッキが施され、
さらにその表面にはレジストパターンが設けられてい
る。この放熱板4の上面への前記各絶縁基板2A,2B
の接合はロー付けにより行われる。この場合のロー材6
としては、例えばSn−In−Agや半田が用いられ
る。
拡大して示すように、その表裏面にはシリコンと熱膨張
率が略同一あるいは近い厚み0.3mmのCu−Mo箔
7,8が活性金属法により接合されるとともに、その上
にNiメッキが施されている。絶縁基板2Aの表面には
シリコン半導体チップ1が、ロー付けにより接合されて
いる。この場合のロー材9にも、例えばSn−In−A
gや半田が用いられる。半導体チップ1のパッド表面に
はロー付けが可能なTi−Ni−Auのメタライズ層1
0が形成されている。
i3N4からなり、その表裏面にもシリコンと熱膨張率が
略同一あるいは近い厚み0.3mmのCu−Mo箔7,
8が活性金属法により接合されるとともに、その上にN
iメッキが施されている。絶縁基板2Bの表面にはCu
の電極3が、ロー付けにより接合されている。この場合
のロー材9にも、例えばSn−In−Agや半田が用い
られる。
Bの上面に形成された電極3とを接続する接続導体5
は、高剛性を有する高導電性部材である銅板からなり、
その表面にはNiメッキが施されている。また、この接
続導体5は、その本体5aの両端部から折り曲げられて
下向きに立ち下がる立下り部5b1と、その立下り部5
b1の下端から折り曲げられてほぼ水平に延びる水平部
5b2とからなる断面概形がL字状の一対の接続端部5
bを有し、接続端部5bを構成する前記水平部5b 2の
下面にはロー材11が印刷されている。この場合のロー
材11にも、例えばSn−In−Agや半田が用いられ
る。
2A同士の間や、絶縁基板2Bの上面に形成された電極
3,3同士の間も、前記半導体チップ1・電極3間と同
様の構造の接続導体5を用いてロー付けにより接続され
ている。
にクリーム半田などからなるロー材6を介して絶縁基板
2A,2Bをセットし、また絶縁基板2A,2Bの上に
もクリーム半田などからなるロー材9を介して半導体チ
ップ1,電極3をセットし、また半導体チップ10の上
面と電極3との間には接続導体5を架け渡し、さらに絶
縁基板2A,2A同士の間、および電極3,3同士の間
にも接続導体5をそれぞれ架け渡した状態のもとに、不
活性ガス雰囲気炉で加熱して、前記各ロー材6,9,1
1を溶融させることにより、各部のロー付けが1回の工
程で同時に行われる。
Bの表面にシリコンと略同一あるいは近似した熱伝導率
のCu−Mo箔7が接合されており、その絶縁基板2A
の上面にシリコン半導体チップ1が接合されているの
で、温度変化によりこれらの接合部や接続導体5の接合
部に発生する熱歪を小さくでき、接続導体接合部の劣化
を抑制することができる。また、前記絶縁基板2A,2
Bの裏面にもCu−Mo箔8が接合されており、これら
絶縁基板2A,2Bが接合される放熱板4も同じ金属材
つまりCu−Moからなるので、前記熱歪をさらに低減
できる。
高剛性の導電性部材からなる接続導体5のロー付けによ
り接続しているので、従来例のようにアルミニウムワイ
ヤを用いて超音波ボンディング法により接続する場合に
比べて、半導体チップ1の損傷が少なくなり、半導体装
置の長寿命化が可能となる。さらに、接続導体5が板状
性を有するので、通電容量の増加を図れる。さらに、前
記各接合部を1回のロー付け工程で同時に行うことがで
きるので、製造時間の短縮が可能となる。
態2による半導体装置の部分拡大平面図を示す。この半
導体装置では、接続導体5の両端の接続端部5bを、図
5に斜視図で示すように櫛歯状としている。その他の構
成は実施の形態1の場合と同様であり、ここではその説
明を省略する。
極3に接続される接続導体5の接続端部5bが櫛歯状と
されているので、接続部が多点構造となり、接続部にお
ける電流分布の均一化を図ることができる。
れ、この発明の実施の形態3による半導体装置の部分平
面図および部分正面図を示す。この半導体装置では、例
えば半導体チップ1と電極3とが、高さ方向に配列され
た前記接続導体5の複数本(図6)で、あるいは平面方
向に配列された前記接続導体5の複数本(図7)で、多
段にわたって接続されている。絶縁基板2A,2A間
や、電極3,3間についても同様である。その他の構成
は実施の形態1の場合と同様であり、ここではその説明
を省略する。
置された複数本の接続導体5で接続されるので、接続部
が多点構造となる実施の形態2の場合と同様に、接続部
における電流分布の均一化を図ることができるととも
に、通電容量の増加を図ることができる。
は、接続導体5が平板より形成される板状性の場合につ
いて説明したが、これに限らず、例えば図7に示すよう
に、複数本の丸形導電性線材12をバンド13で板状に
1つに束ねて板状性の接続導体5としても良い。この場
合には、剛性の低い丸形導電性線材12を用いて高剛性
を有する接続導体5を簡単に形成できる。
ロー付けするロー材6,9としてクリーム半田を用いた
場合を示したが、板ロー材を用いても同様にロー付けで
きる。
A,2Bの表裏面をCu−Mo箔7(表面をNiメッ
キ)で形成したが、これに代えて絶縁基板2A,2Bの
表裏面にMo板(表面をNiメッキ)をロー付けしても
よく、その場合にも上記実施例と同様の結果を得ること
ができる。
チップあるいは電極を含む接続対象が上面に設けられた
複数の絶縁基板の下面がベース板上に接合され、異なる
前記絶縁基板上の前記接続対象が接続導体で接続された
半導体装置であって、前記絶縁基板の表面には前記半導
体チップと熱膨張率が略同一の金属箔が設けられ、前記
接続導体は、両端に接続端部を有するように曲折された
板状性部材よりなり、前記接続端部が前記接続対象にロ
ー付けされているので、温度サイクルによる導体接合部
の劣化の抑制、素子損傷による絶縁耐圧低下の防止、通
電容量の増加を図ることができる。
の発明に係る半導体装置において、前記半導体チップが
シリコン半導体チップであり、前記絶縁基板の表面の金
属箔をCu−Mo箔としたので、シリコン半導体チップ
を搭載した半導体装置において、温度サイクルによる導
体接合部の劣化の抑制、素子損傷による絶縁耐圧低下の
防止を図ることができる。
または第2の発明に係る半導体装置において、前記接続
導体の接続端部が櫛歯状に形成されているので、接続部
が多点構造となり、接続部における電流分布の均一化を
図ることができる。
または第2の発明に係る半導体装置において、同一の前
記接続対象間が高さ方向に配列された前記接続導体の複
数本で接続されているので、接続部が多点構造となる第
3の発明に係る半導体装置の場合と同様に、接続部にお
ける電流分布の均一化を図ることができるとともに、通
電容量の増加を図ることができる。
または第2の発明に係る半導体装置において、同一の前
記接続対象間が平面方向に配列された前記接続導体の複
数本で接続されているので、接続部が多点構造となる第
3の発明に係る半導体装置の場合と同様に、接続部にお
ける電流分布の均一化を図ることができるとともに、通
電容量の増加を図ることができる。
〜第5のいずれかの発明に係る半導体装置において、前
記接続導体が複数本の丸形導電性線材を板状に1つに束
ねて形成されているので、剛性の低い丸形導電性線材を
用いて高剛性を有する導体を簡単に形成できる。
は、前記第1〜第6のいずれかの発明に係る半導体装置
についての製造方法であって、前記接続対象への前記接
続導体の接合だけでなく、前記ベース板への前記絶縁基
板の接合、および前記絶縁基板への前記接続対象の接合
もロー付けで行い、これらのロー付け接合を1回の工程
で行うので、製造時間を大幅に短縮できる。
示す平面図である。
側面図である。
要部を拡大して示す側面図である。
要部拡大平面図である。
用いる接続導体を示す斜視図である。
す部分正面図である。
示す部分平面図である。
用いる接続導体を示す斜視図である。
電極、4 ベース板、5 接続導体、6 ロー材、7
Cu−Mo箔(金属箔)、11 ロー材、12 丸形
導電性線材。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体チップあるいは電極を含む接続対
象が上面に設けられた複数の絶縁基板の下面がベース板
上に接合され、異なる前記絶縁基板上の前記接続対象が
接続導体で接続された半導体装置において、 前記絶縁基板の表面には前記半導体チップと熱膨張率が
略同一の金属箔が設けられ、 前記接続導体は、両端に接続端部を有するように曲折さ
れた板状性部材よりなり、前記接続端部が前記接続対象
にロー付けされている半導体装置。 - 【請求項2】 前記半導体チップがシリコン半導体チッ
プであり、前記絶縁基板の表面の前記金属箔がCu−M
o箔である請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記接続導体の前記接続端部が櫛歯状に
形成されている請求項1または2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 同一の前記接続対象間が高さ方向に配列
された前記接続導体の複数本で接続されている請求項1
または2に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 同一の前記接続対象間が平面方向に配列
された前記接続導体の複数本で接続されている請求項1
または2に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記接続導体が複数本の丸形導電性線材
を板状に1つに束ねて形成されている請求項1から5ま
でのいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項7】 請求項1から6までのいずれかに記載の
半導体装置の製造方法であって、前記接続対象への前記
接続導体の接合だけでなく、前記ベース板への前記絶縁
基板の接合、および前記絶縁基板への前記接続対象の接
合もロー付けで行い、これらのロー付け接合を1回の工
程で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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