JP2007335538A - 半導体装置の製法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明ではより正確かつ強固にストラップを電極及び端子上へ半田付けすることのできる半導体装置の製法を提供する事を目的とする。
【解決手段】 本発明による半導体装置の製法は、電極を有する半導体素子を支持板に固着する工程と、両端に貫通孔を有する金属製のストラップの一端を半導体素子に、他端をリード端子に配置することにより、半導体素子とリード端子との間にストラップの一端から他端までを架橋して配置する工程と、ストラップの貫通孔上にろう材ブロックを配置する工程と、加熱により貫通孔からストラップと半導体素子とリード端子との間にろう材を浸入させて硬化させ、ストラップを半導体素子とリード端子に機械的に接続して、リードフレーム組立体を形成する工程とを含むことにより、半導体素子とリード端子とを電気的に接続するストラップを、より正確かつ強固に電極及びリード端子上へ半田付けすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子の電極及びリードにストラップを正確かつ強固に接続する樹脂封止型半導体装置の製法に関する。
近年、半導体装置の高機能化及び細密化により、電子部品が高温に暴露されることが多いために、電子部品の放熱性向上が求められ、半導体装置も例外ではない。また、放熱性の問題を解消するだけでなく、半導体装置がより大きな電流を取扱えるように、断面積の大きいストラップにより半導体素子の電極と周辺のリードとを電気的に接続するか又は後述の特許文献１のように、リードの断面積を大きく形成して電極へ直接接続する方法がある。
ストラップを使用する際には、半導体装置の電極及びリードの端子上に半田を配置し、半田の上からストラップを配置して、リフロー加熱によって半田を溶融させ、半導体装置の電極及びリードの端子とストラップとがそれぞれ半田により接着される。
しかし、この方法では、半導体装置の電極及びリードの端子上にある半田がリフロー加熱によって溶融する際に、溶融半田が電極及び端子上に収まらずに周辺の異なる電極及び端子まで流出し、半田ブリッジを形成して短絡を引き起こす半田付け不良の原因となる。また、鉛フリー半田の使用時又は半田溶融の際にストラップに振動が加わると、電極及び端子面に対するストラップの位置に偏倚や傾斜が生じて、ストラップが周辺の異なる電極及び端子に接触する等の難点もあった。
特許文献１の半導体素子は、両側に電極面を有する半導体チップと、半導体チップの電極面上に配置された半田と、半導体チップの両側の電極面に半田により接続されて半導体チップを狭持する板状のリードフレームとを有する。リードフレームは、半導体チップの電極面に接合されるダイパット及びダイパットを支えるリード部から成り、リードフレームのダイパットの中央及びリード部の付け根部に余剰半田吸収用の穴が設けられる。余剰半田吸収用の穴を設けると、接合部の余剰な半田が穴を通じてリードフレームの裏面へ流出するため、余剰な半田が異なる電極へ付着しない利点がある。
特開平５−３１５４９０号公報
しかしながら、特許文献１に開示される半導体素子では、半導体チップの電極面上及びリードフレームの間に半田を挟んで配置するため、半田が溶融する際に、リードフレーム(2)に発生するずれや傾斜を防止することが困難である。
そこで、本発明では、より正確かつ強固にストラップを電極面上へ半田付けできる半導体装置の製法を提供する事を目的とする。
本発明による半導体装置の製法は、リードフレームに設けられた複数の支持板(1)に半導体素子(2)を固着する工程と、両端に貫通孔(12)を有する金属製のストラップ(10,11)の一端(10a,11a)を半導体素子(2)の電極(4,5)に整合して配置すると共に、他端(10b,11b)をリード端子(3)の内端(3a,3b)に整合して配置することにより、半導体素子(2)とリード端子(3)との間にストラップ(10,11)の一端(10a,11a)から他端(10b,11b)までを架橋して配置する工程と、ストラップ(10,11)の貫通孔(12)上にろう材ブロック(6)を配置する工程と、加熱によりろう材ブロック(6)を溶融させ、一端(10a,11a)と電極(4,5)との間及び他端(10b,11b)と内端(3a)との間にろう材(6)を浸入させて硬化させ、ストラップ(10,11)の一端(10a,11a)を半導体素子(2)の電極(4,5)に機械的に接続すると共に、ストラップ(10,11)の他端(10b,11b)をリード端子(3)の内端(3a,3b)に接続して、リードフレーム組立体を形成する工程とを含む。
ストラップ(10,11)の一端(10a,11a)及び他端(10b,11b)に貫通孔(12)を設け、ろう材ブロック(6)を貫通孔(12)上に配置すると、ろう材ブロック(6)がストラップ(10,11)を下方へ付勢するため、定位置にストラップ(10,11)を保持できる。その後、リフロー処理により加熱を行うと、貫通孔(12)を通じてストラップ底面(10c,11c)にろう材(6)が浸入する。ろう材(6)がストラップ(10,11)を持ち上げながら接合部分に侵入するので、接合部分に形成されるろう材(6)の厚みが必要以上に厚くならない。また、ろう材(6)の容積、貫通孔(12)の直径及びストラップ(10,11)の各両端(10a,10b,11a,11b)の接合部分に接する底面の面積により、接合部分に侵入するろう材(6)の容積をコントロールでき、接合部分に所望の容積のろう材(6)層を形成可能にする。このため、ストラップ(10,11)の偏倚又は傾斜が生じにくく、更に、接合部分でのストラップ(10,11)への接続抵抗が減少するので、発熱量を減少して電流を流すことができる。また、貫通孔(12)内壁にもろう材(6)が付着し、ストラップ(10,11)をより強固に接続できる。加えて、浸入するろう材(6)の高さを自在に調節できるので、ストラップ(10,11)の不測の傾斜も防止できる。
本発明によれば、より正確かつ強固に半導体素子の電極及びリード端子上にストラップを半田付けすることができる。
以下、電力用半導体装置の製法に本発明を適用した実施の形態を図１〜図５について説明する。
本発明による半導体装置の製法を実施する際に、まず、銅若しくはアルミニウム又はこれらの合金から形成される帯状金属によりプレス成形されるリードフレームを準備する。リードフレームは、図２に示すように、導電性及び放熱性を有する金属製の支持板(1)と、支持板(1)よりも高い位置に形成される複数のリード端子(3)と、リード端子(3)に対向して支持板(1)に接続される支持リードとを備える。リードフレームに加えて、上面にソース電極(4)及びゲート電極(5)を形成し下面にドレイン電極(図示せず)を形成した半導体素子(2)と、プレス加工により両端部分に貫通孔(12)を成形した２本の金属製ストラップ(10,11)とを準備する。金属製のストラップ(10,11)は、半導体素子(2)とリード端子(3)とを電気的に接続するのに使用される。
２本のストラップ(10,11)のうち、ソース電極(4)側に接続されるストラップ(10)は、貫通孔(12)を有して半導体素子(2)のソース電極(4)に整合して配置される一端(10a)と、貫通孔(12)を有してリード端子(3)の内端(3a)に整合して配置される他端(10b)と、一端(10a)から他端(10b)までを接続する接続板(10c)とを備える。ゲート電極(5)側へ接続されるもう１本のストラップ(11)は、貫通孔(12)を有して半導体素子(2)のゲート電極(5)に整合して配置される一端(11a)と、貫通孔(12)を有してリード端子(3)の内端(3b)に整合して配置される他端(11b)と、一端(11a)から他端(11b)までを接続する接続板(11c)とを備える。
続いて、導電性接着剤(7)により、ドレイン電極側を下にして支持板(1)の上面に半導体素子(2)を固着する。次に、半導体素子(2)のソース電極(4)及びリード端子(3)の内端(3a)上へ図示しないフラックスを塗布し、ストラップ(10)の一端(10a)を半導体素子(2)のソース電極(4)上へ、他端(10b)をリード端子(3)の内端(3a)上へ架橋する。粘着性のフラックスを使用すれば、ストラップ(10)を一時的に接合部分へ仮止めすることができる。同様にゲート電極(5)及び内端(3b)上へもフラックスを塗布し、２本目のストラップ(11)の一端(11a)を半導体素子(2)のゲート電極(5)上に配置すると共に、他端(11b)をリード端子(3)の内端(3b)上に配置して、ストラップ(11)を架橋する。
図２及び図２のIII−III線に沿った断面図である図３に示すように、ろう材ブロックとして半田ボール(6)をストラップ(10,11)の貫通孔(12)上に配置する。半田ボール(6)の底部は、貫通孔(12)内に収納され、自重によりストラップ(10,11)を下方向に付勢する。ここで、貫通孔(12)は、全て略等しい直径を有し、半田ボール(6)は、直径が貫通孔(12)の直径よりも大きくかつ全て略等しい直径のものを用いる。
次に、ストラップ(10,11)を半田付けしてリードフレーム組立体を形成するために、リフロー工程により半田ボール(6)を加熱する。貫通孔(12)上に配置された半田ボール(6)は、加熱されて溶融状態となり、貫通孔(12)の内壁を通じて、ストラップの底面とソース電極(4)、ゲート電極(5)及びリード端子(3)の内端(3a,3b)との間の接合部分に浸入する。接合部分は、フラックスにより半田濡れ性が良好なので、フラックスに沿って半田(6)の浸入を促進させ、半田(6)は、ストラップ(10,11)を持ち上げながら接合部分に浸入する。図４に示すように、半田(6)がストラップ(10,11)を持ち上げながら接合部分に侵入するので、接合部分に形成される半田(6)の厚みが必要以上に厚くならない。また、半田ボール(6)の容積、貫通孔(12)の直径及びストラップ(10,11)の各両端(10a,10b,11a,11b)の接合部分に接する底面の面積により、接合部分に侵入する半田(6)の容積をコントロールでき、接合部分に所望の容積の半田(6)層を形成可能にするため、ストラップ(10,11)の傾斜を防止できる。
溶融する半田(6)は、ストラップ(10,11)の上面、貫通孔(12)の内壁及び接合部分に満遍なく付着して、ストラップ(10,11)を半導体素子(2)及びリード端子(3)に鋲止する。
半田付け後に、リードフレーム組立体を図示しない成形型内に取付け、成形型内のキャビティに流動化した熱硬化性の樹脂を圧入して、支持板(1)の上面及び側面、ストラップ(10,11)により被覆されない半導体チップ(2)の残りの上面及び側面、ストラップ(10,11)、リード端子(3)の内端部(3a,3b)を封止し、加熱して樹脂封止されたリードフレーム組立体が形成される。
最後に、リードフレーム組立体を成形型内から取り出し、リードフレームから不要な部分を除去して、図１に示す半導体装置(50)が完成する。
また、図５に示す他の実施例では、ストラップ(10)の一端(10a)に、ソース電極(4)に向かってストラップ(10)から突出する湾曲部(15)が貫通孔(12)の周囲に設けられる。ストラップ(11)にも湾曲部(15)を同様に設けてよい。貫通孔(12)の周囲に湾曲部(15)を設けて、半田ボール(6)がストラップ(10)からの脱落を防止すると共に、半田付けの際に、面積の小さい電極面にも半田付け面積が拡張され、強固に半田付けすることができる。
更に、本実施例では、ストラップ(10,11)の両端(10a,10b,11a,11b)、貫通孔(12)及び半田ボール(6)の容積、形状及び材質をそれぞれ同一のものとしたが、これらも種々の変更が可能である。変更例としては、半導体素子(2)側を高融点組成の半田ボール(6)としリード端子(3)側を低融点組成の半田ボール(6)とすれば、実際動作時に半田(6)が半導体素子(2)の発熱によって溶融することを防止でき、上記とは逆の組成とすれば、半田付け時に半導体素子(2)を低融点の半田(6)を用いて安全に半田付けすることができる。また、接続する箇所に合わせて貫通孔(12)及び半田ボール(6)の大きさをそれぞれ変更してもよい。更に、貫通孔(12)の直径は、接合側とその反対側とで異なっていても良い。
本発明は、電源装置又は駆動装置に使用される正確かつ強固な半田付け性及び高い放熱性が要求される樹脂封止型半導体装置に良好に適用できる。
本発明による半導体装置の一実施の形態を示す斜視図 図１の樹脂封止体を形成する工程を示す斜視図 図２のIII−III線に沿った部分断面図 図３のリードフレームに半田付けを行った部分断面図 樹脂封止体を形成する他の実施例を示す断面図
符号の説明
(1)・・支持板、 (2)・・半導体素子、 (3)・・リード端子、 (3a),(3b)・・内端、 (4)・・ソース電極、 (5)・・ゲート電極、 (6)・・半田ボール,半田（ろう材ブロック,ろう材）、 (7)・・導電性接着剤、 (10),(11)・・ストラップ、 (10a),(11a)・・一端、 (10b),(11b)・・他端、 (10c),(11c)・・接続板、 (12)・・貫通孔、 (15)・・湾曲部、 (50)・・半導体装置

Claims (3)

  1. リードフレームに設けられた複数の支持板に半導体素子を固着する工程と、
    両端に貫通孔を有する金属製のストラップの一端を前記半導体素子の電極に整合して配置すると共に、他端をリード端子の内端に整合して配置することにより、前記半導体素子と前記リード端子との間に前記ストラップの前記一端から前記他端までを架橋して配置する工程と、
    前記ストラップの前記貫通孔上にろう材ブロックを配置する工程と、
    加熱により前記ろう材ブロックを溶融させ、前記一端と前記電極との間及び前記他端と前記内端との間に前記ろう材を浸入させて硬化させ、前記ストラップの前記一端を前記半導体素子の前記電極に機械的に接続すると共に、前記ストラップの前記他端を前記リード端子の前記内端に接続して、リードフレーム組立体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製法。
  2. 前記半導体素子の前記電極上及び前記リード端子の前記内端上にフラックスを配置する工程と、
    前記一端と前記電極との間及び前記他端と前記内端との間に加熱により溶融する前記ろう材をフラックスに沿って浸入させて、前記ストラップを前記電極及び前記内端に機械的に接続する工程とを含む請求項１に記載の半導体装置の製法。
  3. 前記電極又は前記内端に向かって前記ストラップから突出する湾曲部を前記ストラップの前記貫通孔の周囲に設ける工程を含む請求項１又は２に記載の半導体装置の製法。
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