JP2009094135A - 半導体装置、半導体装置の製造方法、および半田ペースト塗布用のメタルマスク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミック基板21の少なくとも一方の主面に回路配線用導体として島状に導体パターン23,24が接着され、セラミック基板21との境界部分に沿う導体パターン23,24の主面の縁部に複数の応力緩和用のディンプル6が加工され、導体パターン23,24上のパワー半導体チップ41〜43が配置される領域、およびパワー半導体チップ41〜43の配置領域の周辺部に形成されたディンプル6内に半田ペーストが部分塗布され、パワー半導体チップ41〜43を導体パターン23,24上に載置して半田ペーストを加熱処理することによって半田接合されるとともに、ディンプル6内に半田層3が充填される。
【選択図】図2
Description
図3は、半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。
次に、導体パターン23〜29の所定位置に半田層3を塗布する(ステップS3)。この半田塗布工程では、後述するメタルマスクを用いて実施されるが、メタルマスク以外であっても、例えばディスペンサ(注射器)を用いて半田層3を塗布することも可能である。従来は、半導体チップ下にチップ形状にあわせて半田をベタ塗りしていたため、メタルマスクしか使用できなかった。しかし、本発明の塗布形状を採用し、ディスペンサを使用することで、チップの形状等にあわせてマスクを用意する必要がなくなり、汎用性の高い製造方法が可能になる。
そして、半田層3の加熱処理を行い(ステップS5)、パワー半導体チップ41〜52と導体パターン23〜29とを半田層3を介して接合させる(ステップS6)。
図4は、加熱処理工程におけるパワー半導体チップの位置ずれを説明する図であって、(A),(B)はそれぞれ正常な接合状態を示す断面図および平面図、(C),(D)はそれぞれずれた接合状態を示す断面図および平面図である。
図5(A)〜(C)は、それぞれ半田材塗布工程における半田ペーストの塗布パターンを示す図である。
図5(B)に示す塗布パターン7Bは、二点鎖線で示す配置領域内の中心部分に円形状に半田ペーストを塗布し、さらにその周囲の4箇所の小円と併せて5点塗布するパターンである。
これらの塗布パターンでは、半導体素子40を導体パターン20に接合するための半田層の厚みが100μm以上となるように、半田ペーストを塗布することが好ましい。その場合に、塗布された半田ペースト同士が、その上に載置された半導体素子40を互いに引き合うから、半田材30によって不規則な位置ずれが生じにくい。
このメタルマスク8は、図1の半導体装置に半田ペーストを塗布する際に用いられるものであって、図5(A)に示す4点塗布の塗布パターン7Aが適用されている。図6には、メタルマスク8とともに図1の導体パターン23〜29を二点鎖線で示している。
2 DBC基板
3 半田層
6 ディンプル
7A〜7C 塗布パターン
8 メタルマスク
20,23〜29 導体パターン
21 セラミック基板
22 銅箔
30 半田材
40 半導体素子
41〜52 パワー半導体チップ
53,54 パワー半導体チップ以外の機能素子
91a,91b,91c,92a,93a ディンプル潰しパターン
91〜93 開口部
Claims (10)
- パワー半導体チップを回路配線用導体の所定位置に半田接合してなる半導体装置において、
絶縁板と、
前記絶縁板の少なくとも一方の主面に前記回路配線用導体として島状に接合された導体パターンと、
前記導体パターンの前記絶縁板との境界に沿う主面の縁部に複数の応力緩和用ディンプルが形成されたディンプル加工部と、
前記パワー半導体チップの配置領域に相当する前記導体パターン上、および前記パワー半導体チップの配置領域外に形成された前記ディンプル加工部に塗布された半田層と、
を備え、
前記パワー半導体チップに隣接する応力緩和用ディンプルの内部には半田材が充填されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記絶縁板には、0.3〜0.7mm厚のセラミック基板が用いられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記導体パターンには、0.6mm厚以上の銅箔が用いられることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
- 前記応力緩和用ディンプルは、直径0.5mm以上、深さ0.3mm以上であって、前記銅箔を貫通しない窪みとして形成されていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- パワー半導体チップを回路配線用導体の所定位置に半田接合してなる半導体装置の製造方法において、
応力緩和用ディンプルを備えた島状の導体パターンが接合された絶縁板を用意する工程と、
前記導体パターン上の前記パワー半導体チップが配置される領域、および前記パワー半導体チップの配置領域の周辺部に形成された前記応力緩和用ディンプル内に半田ペーストを部分塗布する工程と、
前記パワー半導体チップを前記導体パターン上に載置して前記半田ペーストを加熱処理することによって半田接合するとともに、前記応力緩和用ディンプル内に半田層を充填する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記絶縁板に接合されている前記導体パターンには、前記応力緩和用ディンプルとして前記絶縁板との境界に沿う主面の縁部に複数のディンプルが形成されていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁板は、セラミック基板の一方の主面に放熱用の銅箔が直接接合され、他方の主面に回路配線用導体として複数の銅箔パターンが島状に直接接合されたDBC(Direct Bond Copper)基板であることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導体パターン上に前記半田ペーストを塗布する工程は、半田塗布用メタルマスクまたはディスペンサを用いて、前記パワー半導体チップが配置される領域、および前記パワー半導体チップの配置領域の周辺部に形成された前記応力緩和用ディンプル内に同時に塗布するようにしたことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- パワー半導体チップを複数のディンプルが形成された回路配線用の導体パターンの所定位置に半田接合する際に用いる半田ペースト塗布用のメタルマスクにおいて、
前記導体パターン上での前記パワー半導体チップの配置領域に対応する第1の開口部と、
前記パワー半導体チップの配置領域の周辺部に形成された前記ディンプルに対応する第2の開口部と、
を備えたことを特徴とする半田ペースト塗布用のメタルマスク。 - 前記第1の開口部は、前記パワー半導体チップを前記導体パターンに接合するための半田層の厚みが100μm以上となるように、前記パワー半導体チップの配置領域のうち一部領域のみに形成されていることを特徴とする請求項9記載の半田ペースト塗布用のメタルマスク。
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