JP2009224547A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のキャビティ10aを有した支持基板10と、支持基板10の主面に選択的に配置された複数の配線12と、キャビティ10a内に搭載された半導体素子20a,20bと、キャビティ10a内に搭載され、半導体素子20a,20bを制御する少なくとも一つの制御用素子(半導体素子21)と、半導体素子20a,20bと制御用素子、または、半導体素子20a,20b若しくは制御用素子と配線12とを一括して電気的に接続できる、少なくとも一つの導電性パターン40と、を備える。これにより、半導体装置の生産性が向上する。
【選択図】図1
Description
マルチチップモジュールは、複数の半導体素子を1つのパッケージ内に封入し、夫々の半導体素子間を配線により接続した構成をなし、システム性能の向上を図ることを特徴としている。
このようなボンディングワイヤ形成には、多大な時間を要し、当該デバイスの生産性が向上しないという問題点があった。
<第1の実施の形態>
図1は第1の実施の形態に係る半導体装置の要部図である。ここで、図(A)には、第1の実施の形態に係る半導体装置1aの上面が示され、図(B)には、図(A)のa−b位置に於ける半導体装置1aの断面が示されている。
或いは、絶縁膜被覆金属配線板を支持基板としてもよい(後述)。
また、半導体素子(第1の半導体素子)20a,20bに於いては、例えば、縦型のパワー半導体素子が適用されている。具体的には、一方の主面(上面側)に、主電極(例えば、ソース電極)と制御電極(ゲート電極)を配設し、他方の主面(下面側)に別の主電極(例えば、ドレイン電極)を配設したパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)素子が該当する。
また、半導体素子20a,20bの間に位置する半導体素子(第2の半導体素子)21は、制御用ICチップであり、当該半導体素子21は、半導体素子20a,20bの少なくとも何れかのON−OFF制御等をする。
更に、半導体装置1aにあっては、夫々の配線12から電極端子12aが延出され、更に、これらの電極端子12aからは、棒状の入出力端子50(材質は銅)が延出されている。
また、このような樹脂60は、トランスファモールド法以外にも、ポッティング法、ディッピング法、キャスティング法、或いは流動浸漬手法の何れか一つの方法にて形成してもよい。更に、当該樹脂60中には、アルミナや酸化シリコンで構成された無機フィラーを含浸させてもよい。
続いて、図1に示す半導体装置1aの構造をより深く理解するために、半導体装置1aの断面を拡大させた図を用いて、当該半導体装置1aの構造を説明する。
図2は第1の実施の形態に係る半導体装置の要部断面模式図である。この図2には、樹脂60並びに入出力端子50等は、特に表示せず、半導体装置1aの特徴的な形態を拡大させた図が示されている。
従って、半導体素子20aは、その下面側のドレイン電極と導電パッド14aとが半田層11を介して電気的に接続されている。
最初に、隣接する配線12間に形成させた絶縁被膜61について説明する。
図示するように、隣接する配線12間に位置する支持基板10の主面上、並びにこれらの配線12の主面上の一部には、絶縁被膜61が形成されている。但し、当該絶縁被膜61に於いては、半田層13と配線12との接合部分を除いた領域に形成させる。
図4は入出力端子の形態を説明するための半導体装置の要部断面模式図である。
図示するように、入出力端子50は、その一端に、二股に分離するクリップ部50aを備えている。そして、当該クリップ部50aは、支持基板10の上下の主面に配設された配線12に、鍍金層12g並びに半田層51を介し、挟装された状態にある。
続いて、本実施の形態に係る半導体装置1aの構成を変形させた半導体装置1bの構成について説明する。
図示するように、半導体装置1bに於いては、上述した支持基板10に代えて、コア基板70、コア基板70の上下に配置された樹脂層71、絶縁膜72で構成される絶縁膜被覆金属配線板73を用いている。
また、コア基板70上には、上記支持基板10と、同材料で構成され、配線やビア等が内部に積層された樹脂層71が選択的に配置されている。
このような半導体装置1bの構成によれば、半導体素子20a,21から発せられた熱は、半田層11または樹脂層71を通じ、より確実に、コア基板70に放熱させることができる。
次に、図9に示すように、キャビティ10a内に、鉛フリーの半田で構成させるペースト状の半田材(図示しない)をディスペンス法にて配置する。或いは、ペースト状の半田材に代えて、シート状の半田材をキャビティ10a内に配置してもよい。
そして、当該載置により、夫々の導電性パターン40が上記半田材を介して配線12、半導体素子20a,20b,21に接触する。そして、加熱炉内にて、上記の支持基板10等に、例えば、260℃、10秒のリフロー処理を施し、上記の半田材を溶融・浸透させる。この処理により、半導体素子20a,20bに配設された素子間の電極と半導体素子21、または、半導体素子20a,20b,21に配設された電極と配線12とが、導電性パターン40を通じて電気的に接続される。
次に、図12に示すように、支持基板10の主面の端部に配設された電極端子12aに、入出力端子50を電気的に接続する。即ち、電極端子12a上に半田材を塗布し、入出力端子50のクリップ部50aを、当該端部に嵌合させた後、リフロー処理により、電極端子12aに、入出力端子50を電気的に接続する。
続いて、上述した導電性パターン40を、配線パターンを構成する導電性金属膜(金属膜)に代替させた半導体装置2について説明する。尚、以下に示す図面では、図1乃至13に示した部材と同一の部材には、同一の符号を付し、その説明の詳細については省略する。
また、当該支持基板10の所定の位置には、少なくとも一つのキャビティ10aが形成されている。そして、支持基板10内には、導電パッド14a,14bが選択的に配置されている。更に、導電パッド14a,14b上に、半導体素子20a,21が実装されている。
先ず、図15に示すように、導電性金属膜41を複数個、選択的に配置した配線支持基材31を準備する。ここで、図15には、支持基板10上に、当該配線支持基材31を載置させた場合の下方から眺めた配線支持基材31の構成が示されている。即ち、製造中に於ける配線支持基材31の裏面側が示されている。尚、この図には、配線支持基材31のユニットのみが示されている。従って、実際の配線支持基材31は上述したように、横方向に長く連通した構成をなしている。
或いは、配線支持基材31上に上記金属材で構成された鍍金層を形成させた後、当該鍍金層に選択的なエッチングを施すことにより形成させてもよい。
そして、夫々の導電性金属膜41の端の下方(図の手前方向)には、被接合体である半導体素子20a,20b,21に配設された電極パッド20ap,20bp,21pや配線12が位置する。尚、導電性金属膜41の端には、上述した鍍金層41gを形成させてもよい。
例えば、図8に示すように、支持基板10が縦横に連続した基板を準備する。続いて、図9に示す方法と同様に、キャビティ10a内に、鉛フリーの半田で構成させるペースト状の半田材を配置する。そして、上記半田材上に、半導体素子20a,20b,21を載置する。更に、配線12と、上述した導電性金属膜41との接合部分、半導体素子20a,20b,21の電極パッド20ap,20bp,21p上に、ペースト状の半田材を配置する。
次に、図12に示すように、支持基板10の主面の端部に配設された電極端子12aに、入出力端子50を電気的に接続する。
例えば、従来のアルミニウム配線を用いたワイヤボンディング法では、アルミニウム配線を1本ボンディングするのに、約1秒を要していた。従って、約20本のボンディングワイヤを搭載した1つのマルチチップモジュールでは、ワイヤボンディングを完了させるのに、約20秒を要していた。
しかし、本実施の形態によれば、10秒のリフロー処理で、M個のマルチチップモジュールのワイヤボンディングを全て完了させることができる。
また、第1,2の実施の形態に示す半導体装置1a,1b,2では、半導体素子20a,20b,21をキャビティ10a内に配置し、半導体素子20a,20b,21、配線12の上方に、支持基板10と平行にある導電性パターン40、導電性金属膜41を配置させている。このような構造によれば、半導体装置(マルチチップモジュール)の薄型化・小型化を図ることができる。
また、半導体素子(第1の半導体素子)20a,20bと、半導体素子(第2の半導体素子)21の組み合わせについては、上述したパワー半導体素子、制御用ICチップに限ることはない。
10 支持基板
10a キャビティ
10h 放熱板
11,13,51 半田層
12 配線
12a 電極端子
12g,40g 鍍金層
14a,14b 導電パッド
20a,20b,21 半導体素子
20ap,20bp,21p 電極パッド
30,31 配線支持基材
30a 貫通孔
40 導電性パターン
40a 延出部
41,41mos,41ic 導電性金属膜
50 入出力端子
50a クリップ部
60 樹脂
61 絶縁被膜
70 コア基板
71 樹脂層
72 絶縁膜
73 絶縁膜被覆金属配線板
DL ダイシングライン
Claims (17)
- 複数のキャビティを有した支持基板と、
前記支持基板の主面に選択的に配置された複数の第1の配線と、
前記キャビティ内に搭載された少なくとも一つの第1の半導体素子と、
前記キャビティ内に搭載され、前記半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子と、
前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子、または、前記第1の半導体素子若しくは前記第2の半導体素子と前記第1の配線とを電気的に接続する、少なくとも一つの第2の配線と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記支持基板がプリント配線板、セラミック配線板、シリコン配線板、絶縁膜被覆金属配線板の何れかであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記キャビティ内に搭載した、前記第1の半導体素子または前記第2の半導体素子の主面に配置された電極パッドと、前記第1の配線の高さが同じ高さになるように、前記キャビティの深さが調節されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記支持基板の前記主面と前記第2の配線とが平行状態にあることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の配線が導電性パターンまたは金属膜であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
- 前記第1の半導体素子の電極に接合された前記金属膜の厚みが、25〜500μmであることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
- 前記第2の半導体素子の電極に接合された前記金属膜の厚みが、3〜500μmであることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
- 前記金属膜の材質が銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)の少なくとも一つを含む金属であることを特徴とする請求項5乃至7の何れか一項に記載の半導体装置。
- 隣接する前記第1の配線の一部並びに隣接する前記第1の配線間の前記支持基板の前記主面上に絶縁被膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記支持基板の前記主面の端部に、前記第1の配線に導通する複数の電極端子が延出され、夫々の前記電極端子に、棒状の入出力端子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記入出力端子にクリップ部が設けられ、前記端部が前記クリップ部により挟装されていることを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
- 前記電極端子並びに前記電極端子が配置された前記端部の反対側の主面に配置された金属配線と、前記クリップ部とが半田接合されていることを特徴とする請求項11記載の半導体装置。
- 前記電極端子並びに前記金属配線の表面に、ニッケル(Ni)並びに錫(Sn)、またはニッケル(Ni)並びに金(Au)で構成される鍍金層が形成されていることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。
- 連続し、複数のキャビティを有した支持基板の主面に複数の第1の配線を選択的に配置する工程と、
前記キャビティ内に、少なくとも一つの第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子を搭載する工程と、
前記第1の配線の一部、前記第1の半導体素子の電極並びに前記第2の半導体素子の電極の上に、半田材を配置する工程と、
複数の第2の配線が選択的に固着された配線支持基材を、前記第1の配線、前記第1の半導体素子並びに前記第2の半導体素子の上に、前記半田材を介して載置する工程と、
リフロー処理により、前記半田材を溶融させ、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子、または、前記第1の半導体素子若しくは前記第2の半導体素子と前記第1の配線とを、前記第2の配線を通じて電気的に接続する工程と、
前記配線支持基材と前記第2の配線とを離反させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 離反後、前記第1の配線に導通し、前記支持基板の端部まで延出された端子に、棒状の入出力端子を電気的に接続することを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。
- 前記入出力端子を取り付けた後、前記第1の配線、前記第1の半導体素子、前記第2の半導体素子、前記第2の配線を、樹脂により封止することを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。
- 封止後、前記支持基板並びに前記樹脂を分割することを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
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