JP2002184791A - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス

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JP2002184791A
JP2002184791A JP2000379567A JP2000379567A JP2002184791A JP 2002184791 A JP2002184791 A JP 2002184791A JP 2000379567 A JP2000379567 A JP 2000379567A JP 2000379567 A JP2000379567 A JP 2000379567A JP 2002184791 A JP2002184791 A JP 2002184791A
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semiconductor chip
pad
semiconductor
corners
solder
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JP2000379567A
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Koji Morita
晃司 森田
Takayuki Murai
孝之 村井
Takao Yoshikawa
孝夫 吉川
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Yamaha Motor Co Ltd
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means 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
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 1つの母材上に複数個の半導体チップおよび
他の部品を半田接合により実装する場合に、半導体チッ
プの接合位置を高い精度で保ち、適切な半田の厚みと半
田中のボイドの低減を図るとともに、少ない工数でかつ
短い工程時間で、少ない装置の台数により、半導体チッ
プおよび他の部品を高い実装密度で半田接合できる半導
体デバイスを提供する。 【解決手段】 母材31上にパッド32を設け、該パッ
ド32上に上面視が四角形の半導体チップ34を半田接
合した半導体デバイスにおいて、前記パッド32は、前
記半導体チップ34の対角線上の両角部の位置に該半導
体チップ34の角部と一致またはそれより僅かに外側に
広がる位置決め用角部35を有し、これらの位置決め用
角部35以外のパッド32外周縁部は、前記角部よりさ
らに外側に広がっている構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスに関
し、特に半導体チップを搭載して半田接合するパッドに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造組立て工程
において、母材(パッケージのリード端子を構成するリ
ードフレームや基板あるいは基板上に設けた放熱用のヒ
ートスプレッダ等)の上にパターン形成したパッド上に
半導体チップが搭載され半田付けされる。この半田付け
は、ダイボンダーあるいはリフロー半田付け装置を用い
て行われている。
【0003】図3は、複数個の半導体チップおよび他の
部品を基板等に半田接合する場合の従来の半田付け工程
を示すフローチャートである。(A)はリフロー半田付
け装置とダイボンダーを用いたフローであり、(B)は
半導体チップ用位置決め治具を用いたリフロー半田付け
方法のフローである。
【0004】(A)の場合、まず部品マウンタで複数の
電子部品を基板上に搭載し(ステップa1)、これをリ
フロー半田付け装置で半田付けする(ステップa2)。
次に種類の異なる半導体チップA,B,C,...ごと
にそれぞれ異なるダイボンダーA,B,C,...を用
いて各半導体チップを半田付けする(ステップa3,a
4,a5,...)。
【0005】(B)の場合、まず部品マウンタで複数の
電子部品を基板上に搭載する(ステップb1)。続いて
基板上に半導体チップ用実装治具(図4参照)をセット
する(ステップb2)。次に半導体チップ用マウンタで
複数個の半導体チップを実装治具内に搭載する(ステッ
プb3)。次に、リフロー半田付け装置で半導体チップ
および電子部品を同時に半田付けする(ステップb
4)。その後、実装治具を取外す(ステップb5)。
【0006】図4は、上記図3(B)の場合の半導体チ
ップ用実装治具の使用例を示す。図4(A)は平面図、
(B)は側面図、(C)は半導体チップ搭載部分の断面
図、(D)は実装治具を外した状態の平面図である。
【0007】基板1上に、複数の電子部品2が搭載され
る。基板1上の半導体チップ取付け部分に実装治具3が
セットされる。この実装治具3は、電子部品2の搭載部
分が開口するとともに、四角形の半導体チップ4の搭載
位置が各半導体チップごとに開口している。この開口部
5は、半導体チップ4の形状に対応した四角形であり、
半導体チップ4の位置ずれ許容範囲のマージン分だけ半
導体チップ4の外形より大きく開口する。半導体チップ
4は、(C)に示すように、基板1上にパターニング形
成されたパッド6上に半田7を介して搭載される。各開
口部5に重し8が半導体チップ4の上から載せられる。
このような実装治具3により、半田が溶融したときの半
導体チップ4の位置ずれや傾きが防止されるとともに、
パッド面積を大きくしてボイド発生を抑えることができ
る。
【0008】この状態で基板1全体をリフロー半田付け
装置内で加熱すると、半田7が溶融して半導体チップ4
がパッド6上に融着し、これを冷却して実装治具3を取
外すことにより、(D)に示すように各半導体チップ4
が基板1上のパッド6上に固着される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のダイボンダーを用いる半田付け方法(図3(A))
では、1つの母材に複数個の半導体チップを実装する場
合、複数回の半田付け操作が必要であり、異なるサイズ
の半導体チップを実装する場合には、それぞれのサイズ
に応じた複数台のダイボンダーが必要になる。また、同
じ母材上に半導体チップ以外に他の部品を実装する場合
には、ダイボンダーによる半田付け工程とは別にリフロ
ー半田付け工程が必要になる。このため、工程時間が長
くなり、また装置が複数台必要となって設備費用が大き
くなるとともに装置の設置占有面積が大きくなる等の問
題を生じる。
【0010】一方、リフロー半田付け装置を使用した従
来の半田付け方法(図3(B))では、半導体チップ用
の実装治具を用いるため、これをセットしたり取外すた
めのプロセスが増え作業が面倒になる。また、この実装
治具を装着した状態で基板を加熱および冷却するため、
実装治具の熱容量の分だけ加熱時間および冷却時間が増
え適正な温度プロファイルが得られなくなって、半田付
けの信頼性を低下させるとともに半導体チップや他の電
子部品の特性に影響を及ぼすおそれがある。また、各半
導体チップごとに実装治具に開口部を設けて半導体チッ
プを取付けるため、半導体チップの実装密度が制限さ
れ、かつ、この実装治具を避けて他の部品を取付けなけ
ればならないため、他の部品の実装密度も低下する。
【0011】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、1つの母材上に複数個の半導体チップおよび他の
部品を半田接合により実装する場合に、半導体チップの
接合位置を高い精度で保ち、適切な半田の厚みと半田中
のボイドの低減を図るとともに、少ない工数でかつ短い
工程時間で、少ない装置の台数により、半導体チップお
よび他の部品を高い実装密度で半田接合できる半導体デ
バイスの提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、母材上にパッドを設け、該パッド上に
上面視が四角形の半導体チップを半田接合した半導体デ
バイスにおいて、前記パッドは、前記半導体チップの対
角線上の両角部の位置に該半導体チップの角部と一致ま
たはそれより僅かに外側に広がる位置決め用角部を有
し、これらの位置決め用角部以外のパッド外周縁部は、
前記角部よりさらに外側に広がっていることを特徴とす
る半導体デバイスを提供する。
【0013】この構成によれば、半導体チップの少なく
とも一方の対角線上の両角部に対応して、半導体チップ
の角部と一致または位置ずれ許容範囲内で半導体チップ
の角部より僅かに外側に広がる位置決め用角部をパッド
に設けたため、パッド上で半田が溶融した場合に、半導
体チップは所定の位置決めされた位置に保持され、これ
を冷却したときに高精度の接合位置が保たれる。また、
この位置決め用角部以外のパッドはさらに外側に広がっ
ているため、半田の濡れ面積が大きくなってボイドが減
少する。なお、半田の濡れ面積(パッドとの接触面積)
が大きくなるとボイドの発生が抑制されることは、実験
的に確認されている。
【0014】好ましい構成例では、前記半導体チップ
は、リフロー半田付け方法により前記パッド上に接合さ
れることを特徴としている。
【0015】この構成によれば、半導体チップの接合方
法として、パッド上で一旦クリーム半田等を加熱溶融さ
せこれを冷却するリフロー半田方法を用いるため、パッ
ド上での位置決めや、ボイド低減に関し特に顕著な効果
が得られる。
【0016】さらに好ましい構成例では、前記半導体チ
ップは1辺が約2.5mm以上であることを特徴として
いる。
【0017】この構成によれば、1辺が約2.5mm以
上の半導体チップの場合、そのまま所定の割合のマージ
ン幅で半導体チップの形状に対応してパッドを半導体チ
ップの外側に広げると、半田が溶融したときの半導体チ
ップの位置ずれ量が大きくなり過ぎてワイヤボンディン
グ工程等で支障を来たすため、このような位置ずれを抑
える本発明の位置決め用角部の効果が特に大きくなる。
1辺の長さが約2.5mm以下であれば、パッドのマー
ジン幅も小さくなるため、位置ずれ量も小さくなって接
合位置精度は充分高く維持できる。
【0018】さらに好ましい構成例では、前記半導体チ
ップは電力用半導体チップであることを特徴としてい
る。
【0019】この構成によれば、ボイドによる半田接合
面の抵抗増加が特に問題となる半導体電力変換装置等の
大きい電力を扱い大きな電流が流れる電力用半導体チッ
プに本発明を適用した場合に、ボイド低減の効果が特に
大きくなる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る半導体デバイスについて説明する。図1は本発明に係
る半導体デバイスの例を示し、(A)〜(D)はそれぞ
れ別の例の上面図、(E)は(A)のE−E方向から見
た側面図である。
【0021】半導体チップ34は、(E)に示すよう
に、基板31上にパターニング形成されたパッド32上
に半田33により接合される。このパッド32の形状
は、(A)の形状例では、半導体チップ34の4つの各
角部に位置決め用角部35が形成される。この位置決め
用角部35は、半導体チップ34の角部と一致または位
置ずれ許容範囲内で半導体チップ34の角部より僅かに
外側に広がっている。これにより、パッド32上で半田
33が溶融した場合に、半導体チップ34は所定の位置
決めされた位置に保持され、これを冷却したときに高精
度の接合位置が保たれる。これらの4ヶ所の位置位置決
め用角部35以外のパッド32周縁は外側に大きく広が
っている。これにより、溶融半田の面積が広がってボイ
ド発生率が低減する。
【0022】(B)の形状例では、半導体チップ34の
一つの対角線上で対向する2ヶ所の角部にのみ位置決め
用角部35が形成される。この(B)の例では、対向す
る2ヶ所の位置決め用角部35により半導体チップ34
が位置決めされるとともに、パッド32の広がり面積を
大きくすることができ、ボイド発生率がさらに低減す
る。
【0023】(C)の形状例は、パッド32の外形をほ
ぼ円形として、半導体チップ34の4ヶ所の角部に位置
決め用角部35を形成したものである。
【0024】(D)の形状例は、(C)の形状を変更し
て、対向する2ヶ所の角部にのみ位置決め用角部35を
設け、他方の対向する2ヶ所の角部を外側に広げたもの
である。これら(C)、(D)のパッド32の作用効果
は上記(A)、(B)と同様である。
【0025】このように本発明では、従来のように位置
決め用治具を用いることなく高精度で半導体チップの位
置決めができるとともに、リフロー半田接合における溶
融半田による位置ずれを起こさずにパッド面積を大きく
してボイド発生を低減できる。特にボイドによる抵抗増
加の影響が大きい電力用半導体チップに適用すれば顕著
な効果が得られる。
【0026】図2は本発明に係る半導体デバイスの半田
付け工程を示すフローチャートである。まず半導体チッ
プマウンタと部品マウンタで複数の半導体チップと電子
部品を基板上に搭載する(ステップs1)。次に、リフ
ロー半田付け装置で半導体チップおよび電子部品を同時
に半田付けする(ステップs2)。このように、本発明
では、少ない工数でかつ短い工程時間で半導体チップお
よび他の部品を高い実装密度で半田接合することができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、半導
体チップの少なくとも一方の対角線上の両角部に対応し
て、半導体チップの角部と一致または位置ずれ許容範囲
内で半導体チップの角部より僅かに外側に広がる位置決
め用角部をパッドに設けたため、パッド上で半田が溶融
した場合に、半導体チップは所定の位置決めされた位置
に保持され、これを冷却したときに高精度の接合位置が
保たれる。また、この位置決め用角部以外のパッドはさ
らに外側に広がっているため、半田の濡れ面積が大きく
なってボイドが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体デバイスの例を示し、
(A)〜(D)はそれぞれ別の例の上面図、(E)は
(A)のE−E方向から見た側面図。
【図2】 本発明に係る半導体デバイスの半田付け工程
を示すフローチャート。
【図3】 複数個の半導体チップおよび他の部品を基板
等に半田接合する場合の従来の半田付け工程を示すフロ
ーチャート。
【図4】 図3(B)の場合の半導体チップ用実装治具
の使用例を示す図。
【符号の説明】
1:基板、2:電子部品、3:実装治具、4:半導体チ
ップ、5:開口部、6:パッド、7:半田、8:重し、
31:基板、32:パッド、33:半田、34:半導体
チップ、35:位置決め用角部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 孝夫 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 Fターム(参考) 5F047 AA01 AA11 AA17 AB04 BA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材上にパッドを設け、該パッド上に上面
    視が四角形の半導体チップを半田接合した半導体デバイ
    スにおいて、 前記パッドは、前記半導体チップの対角線上の両角部の
    位置に該半導体チップの角部と一致またはそれより僅か
    に外側に広がる位置決め用角部を有し、 これらの位置決め用角部以外のパッド外周縁部は、前記
    角部よりさらに外側に広がっていることを特徴とする半
    導体デバイス。
  2. 【請求項2】前記半導体チップは、リフロー半田付け方
    法により前記パッド上に接合されることを特徴とする請
    求項1に記載の半導体デバイス。
  3. 【請求項3】前記半導体チップは1辺が約2.5mm以
    上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半
    導体デバイス。
  4. 【請求項4】前記半導体チップは電力用半導体チップで
    あることを特徴とする請求項1,2または3に記載の半
    導体デバイス。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7119437B2 (en) 2002-12-26 2006-10-10 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Electronic substrate, power module and motor driver
JP2013105848A (ja) * 2011-11-11 2013-05-30 Denso Corp はんだ付け装置
JP2014232839A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 新電元工業株式会社 電子部品の接続構造及び接続方法
JP2021150420A (ja) * 2020-03-18 2021-09-27 株式会社東芝 半導体装置

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