JP2011100864A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】はんだボール及びはんだボイドの発生を抑制しつつ、放熱板に対する基板の位置精度が高い半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】積層体10と放熱板20とはんだ層30とを備える半導体装置を提供する。積層構造体は、第1主面11aに搭載された半導体素子15と、基板の第2主面11bに設けられ、基板11の側面11sから後退した導電層13と、を有する。はんだ層は、基板の第2主面の側に設けられた放熱板と、導電層と、を接合する。放熱板は、放熱板の基板の側の基板対向面において、導電層に対向する接合領域20rの周縁に沿って前記接合領域の外側に設けられた第1レジスト層21aを有する。第1レジスト層21aが、接合領域の互いに対向する4つの辺部にそれぞれに隣接する第1〜第4隣接部22a〜22dと、第1レジスト層が接合領域に隣接していない非隣接部23と、が設けられる。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
各種の電気機器や制御機器、動力装置などに用いられる電力用の半導体装置として、半導体素子(半導体チップ)が実装された基板が放熱板に接合される構成の半導体装置がある。
このような、半導体装置においては、基板は例えばリフロー加熱法によって放熱板に接合される。このとき、放熱板の、基板が接合される領域の周りにレジストが設けられ、これにより、基板の位置ずれを小さくし、はんだのはみ出しやはんだボールの発生を抑制する方法が採用される。
しかしながら、従来のレジストのパターンにおいては、基板と放熱板との間のはんだ中のガスが外部に放出される経路がレジストによって遮られるため、はんだボイドが発生することがあった。はんだボイドが発生すると、放熱効果が悪化し、このため、半導体装置の動作特性や信頼性が劣化する。
レジストの位置を、基板が接合される領域から外側に離すと、はんだボイドの発生は抑制される傾向になるが、基板の接合の位置精度が劣化する。
なお、特許文献1には、絶縁層の金属パターンに半導体素子がはんだで接合される構成において、半導体素子が実装される領域の周辺に設けられるレジストが、凹状のパターン形状のはんだ逃げ部を有する構成が開示されている。
しかしながら、この構成は、半導体素子と基板(絶縁層)との接合部に関するものであり、基板と放熱板との接合に関する新規な構成の開発が必要である。
特開2009−158787号公報
本発明は、はんだボール及びはんだボイドの発生を抑制し、放熱板に対する基板の位置精度が高い半導体装置及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた側面と、を有する基板と、前記基板の前記第1主面に搭載された半導体素子と、前記基板の前記第2主面に設けられ、前記側面から後退した導電層と、を有する積層体と、前記基板の前記第2主面の側に設けられた放熱板と、前記導電層と前記放熱板とを接合するはんだ層と、を備え、前記放熱板は、前記放熱板の前記基板の側の基板対向面において、前記導電層に対向する接合領域の周縁に沿って前記接合領域の外側に設けられた第1レジスト層と、前記基板対向面に設けられた非隣接部とを有し、前記第1レジスト層は、前記周縁に沿ったいずれかの位置において分断されており、前記第1レジスト層は、前記第1レジスト層が前記接合領域の第1辺部に隣接している第1隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部とは反対側の第2辺部に隣接している第2隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部と前記第2辺部との間の第3辺部に隣接している第3隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第3辺部とは反対側の第4辺部に隣接している第4隣接部と、を有し、前記非隣接部は、前記分断された前記第1レジスト層どうしの間の部分であることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の別の一態様によれば、第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた側面と、を有する基板と、前記基板の前記第1主面に搭載された半導体素子と、前記基板の前記第2主面に設けられ、前記側面から後退した導電層と、を有する積層体と、前記基板の前記第2主面の側に設けられた放熱板と、前記導電層と前記放熱板とを接合するはんだ層と、を備え、前記放熱板は、前記放熱板の前記基板の側の基板対向面において、前記導電層に対向する接合領域の周縁に沿って前記接合領域の外側に設けられた第1レジスト層と、前記基板対向面に設けられた非隣接部と、を有し、前記第1レジスト層は、前記第1レジスト層が前記接合領域の第1辺部に隣接している第1隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部とは反対側の第2辺部に隣接している第2隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部と前記第2辺部との間の第3辺部に隣接している第3隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第3辺部とは反対側の第4辺部に隣接している第4隣接部と、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する端と、を有し、前記非隣接部は、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の前記端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する前記端と、前記接合領域と、の間の部分であることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の別の一態様によれば、第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた側面と、を有する基板と、前記基板の前記第1主面に搭載された半導体素子と、前記基板の前記第2主面に設けられ、前記側面から後退した導電層と、を有する積層体と、前記基板の前記第2主面の側に設けられた放熱板と、前記導電層と前記放熱板とを接合するはんだ層と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記放熱板の前記基板の側の基板対向面において、前記導電層に対向する接合領域の周縁に沿って前記接合領域の外側に配置される第1レジスト層に取り囲まれた前記接合領域に前記はんだ層となるはんだを配置し、前記第1レジスト層は、前記第1レジスト層が前記接合領域の第1辺部に隣接する第1隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部とは反対側の第2辺部に隣接している第2隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部と前記第2辺部との間の第3辺部に隣接している第3隣接部と、前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第3辺部とは反対側の第4辺部に隣接している第4隣接部と、を有し、前記放熱板は、前記基板対向面に設けられた非隣接部を有し、前記第1レジスト層は、前記周縁に沿ったいずれかの位置において分断されており、前記非隣接部は、前記分断された前記第1レジスト層どうしの間の部分である、または、前記第1レジスト層は、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する端をさらに有しており、前記非隣接部は、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の前記端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する前記端と、前記接合領域と、の間の部分であり、前記はんだを融解し、前記導電層と前記融解した前記はんだとを接触させ、前記融解した前記はんだの一部を前記非隣接部に流れ込ませつつ、前記溶融した前記はんだを前記第1〜第4隣接部の前記接合領域側の端で堰き止め、前記第1隣接部及び前記第2隣接部により、前記導電層の前記接合領域に対する前記第1辺部から前記第2辺部に向かう方向に沿った位置を制御し、前記第3隣接部及び前記第4隣接部により、前記導電層の前記接合領域に対する前記第3辺部から前記第4辺部に向かう方向に沿った位置を制御して、前記導電層と前記放熱板とを前記はんだで接合することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、はんだボール及びはんだボイドの発生を抑制し、放熱板に対する基板の位置精度が高い半導体装置及びその製造方法が提供される。
第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 第1の実施形態に係る半導体装置における機能を例示する模式図である。 第1比較例の半導体装置の構成及び機能を示す模式的図である。 第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。 第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図(b)は半導体装置の模式的平面図であり、同図(a)は同図(b)のA−A’線断面図である。
図1(a)及び(b)に表したように、本実施形態に係る半導体装置110は、半導体素子15が搭載された積層体10と、放熱板20と、はんだ層30と、を備える。
積層体10は、基板11と、半導体素子15と、導電層13と、を有する。
基板11は、第1主面11aと、第1主面11aとは反対側の第2主面11bと、第1主面11aと第2主面11bとの間に設けられた側面11sと、を有する。
半導体素子15は、基板11の第1主面11aに搭載される。
導電層13は、基板11の第2主面11bに設けられる。導電層13は、基板11の側面11sから後退している。
放熱板20は、基板11の第2主面11bの側に設けられる。
はんだ層30は、基板11の導電層13と、放熱板と、を接合する。
基板11は、例えばセラミック基板である。ただし、本発明はこれに限らず、基板11には、任意の絶縁材料(少なくとも表面が絶縁性の材料)からなる任意の基板を用いることができる。
半導体素子15は、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やパワーMOSトランジスタやダイオードやサイリスタなどの種々の電力用の半導体チップを用いることができる。ただし、本発明はこれに限らず、半導体素子15には、任意の半導体チップを用いることができる。
本具体例では、基板11の主面11aの上に、第1電極12a、第2電極12b及び第3電極12cが設けられている。半導体素子15の下面には第1半導体素子電極16aが設けられており、第1半導体素子電極16aと第1電極12aとが、マウント用はんだ14により接合されている。そして、半導体素子15の上面には、第2半導体素子電極16bと第3半導体素子電極16cとが設けられており、それぞれ、第2電極12bと第3電極12cと、ワイヤ17bとワイヤ17cとによって接続されている。
なお、図1(b)においては、半導体素子15、第1半導体素子電極16a、第2半導体素子電極16b、第3半導体素子電極16c、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c、マウント用はんだ14、ワイヤ17b及びワイヤ17cは、省略されている。
基板11の導電層13には、例えばCu(銅)を用いることができる。ただし、本発明はこれに限らず、導電層13には、はんだ層30によって放熱板20と接合できる任意の材料を用いることができる。
基板11の第1主面11aに設けられる第1電極12a、第2電極12b及び第3電極12cなどの電極と、第2主面11bに設けられる導電層13と、の絶縁性を確保するために、導電層13は、基板11の側面11sから後退している。すなわち、導電層13の端部は、基板11の側面11sから離間している。例えば、導電層13の端部と、基板11の側面11sと、の間の距離d1は、例えば0.5mm(ミリメートル)以上、1mm以下、具体的には、例えば0.7mm程度とされる。なお、基板11の一方の端において距離d1が0.7mm程度の場合は、導電層13の幅(長さ)は、基板11の幅(長さ、すなわち、対向する側面11sどうしの距離)よりも1.4mm程度小さくなる。この距離d1は、一方の端と他方の端とで異なっても良い。なお、上記の値は一例であり、導電層13の端部と、基板11の側面11sと、の間の距離d1は、任意である。
放熱板20には、Cuなどの種々の金属、CuMoなどの種々の合金、AlSiCなどの種々の複合材料などを用いることができる。
はんだ層30は、導電層13と放熱板20とを接合するものであり、例えば、リフローはんだが用いられる。なお、はんだ層30には、導電層13と放熱板20をろう接する任意のろう材料を用いることができる。
放熱板20は、放熱板20の基板11の側の基板対向面20aにおいて、導電層13に対向する接合領域20rの周縁に沿って接合領域20rの外側に設けられた第1レジスト層21bと、基板対向面20aに設けられた非隣接部23と、を有する。
接合領域20rは、放熱板20の基板対向面20aに設けられる領域であって、導電層13に対向する領域である。放熱板20の基板対向面20aの大きさは、基板11の導電層13の大きさよりも大きい。放熱板20の接合領域20rと導電層13とが、はんだ層30によって接合される。すなわち、接合領域20rの周縁に沿って設けられる第1レジスト層21の内側の端部どうしの間において、放熱板20の接合領域20rと導電層13とが、はんだ層30によって接合される。
本実施形態に係る半導体装置110においては、放熱板20の基板対向面20aに、隣接部22と、非隣接部23と、が設けられる。
隣接部22は、第1レジスト層21aが接合領域20rに隣接している部分である。
図1(b)に例示したように、本具体例においては、接合領域20rの互いに対向する2つの辺が第1辺部20sa及び第2辺部20sbとされ、その他の互いに対応する2つの辺が第3辺部20sc及び第4辺部20sdとされる。そして、第1隣接部22aは、第1辺部20saに隣接し、第2隣接部22bは、第2辺部20sbに隣接し、第3隣接部22cは、第3辺部20scに隣接し、第4隣接部22dは、第4辺部20sdに隣接する。
第1〜第4隣接部22a〜22dは、隣接部22に含まれる。以下では、説明を簡単にするために、第1〜第4隣接部22a〜22dを単に、隣接部22を言うことがある。
第1辺部20saと第3辺部20sbとは互いに入れ換え可能で、第3辺部20scと第4辺部20sdとは互いに入れ換え可能である。また、第1辺部20sa及び第2辺部20sbの組みと、第3辺部20sc及び第4辺部20sdの組みと、は互いに入れ換えが可能である。従って、第1隣接部22aと第2隣接部22bとは互いに入れ換え可能であり、第3隣接部22cと第4隣接部22dとは互いに入れ換えが可能である。また、第1隣接部22a及び第2隣接部22bの組みと、第3隣接部22c及び第4隣接部22dの組みと、は互いに入れ換え可能である。
このように、第1レジスト層21aは、第1レジスト層21aが接合領域20rの第1辺部20saに隣接している第1隣接部22aと、第1レジスト層21a接合領域20rの第1辺部20saとは反対側の第2辺部20sbに隣接している第2隣接部22bと、第1レジスト層21aが接合領域20rの第1辺部20saと第2辺部20sbとの間の第3辺部20scに隣接している第3隣接部22cと、第1レジスト層21aが接合領域20rの第3辺部20scとは反対側の第4辺部20sdに隣接している第4隣接部22dと、を有する。
非隣接部23は、第1レジスト層21aが接合領域20rに隣接していない部分である。
本具体例では、第1レジスト層21aが接合領域20rの周縁に沿ったいずれかの位置で分断されている。すなわち、第1レジスト層21aは複数の島状のパターン形状を有している。第1レジスト層21aは、接合領域20rに隣接して、接合領域20rに近接して設けられている。第1レジスト層21aが設けられている部分が、隣接部22となる。
そして、非隣接部23は、分断された第1レジスト層21aどうしの間の部分である。すなわち、第1レジスト層21aには、接合領域20rの内側と、接合領域20rの外側と、を連通させる分断部(開口部)が設けられている。
なお、後述するように、第1レジスト層21aは必ずしも分断されていなくても良く、第1レジスト層21aが接合領域20rに隣接していない部分(接合領域20rに隣接して近接した部分よりも、離れた部分)が設けられていれば良い。この構成に関しては後述する。
また、本具体例においては、さらに、放熱板20の基板対向面20aの第1レジスト層21aよりも外側において、非隣接部23に対向する部分に、第2レジスト層21bが設けられている。すなわち、放熱板20は、放熱板20の基板11の側の基板対向面20a内において、非隣接部23に対向し、接合領域20rからみて第1レジスト層21aよりも外側に設けられた第2レジスト層21bをさらに有する。
すなわち、本具体例においては、非隣接部23は、第1レジスト層21aが接合領域20rの周縁に沿って分断された部分であり、放熱板20は、基板対向面20a内において、非隣接部23に対向し、接合領域20rからみて第1レジスト層21aよりも外側に設けられた第2レジスト層21bをさらに有している。
なお、後述するように、第2レジスト層21bは必要に応じて設けられれば良く、省略しても良い。
半導体装置110の例では、複数の隣接部22が設けられ、複数の隣接部22のいずれかが第1〜第4隣接部22a〜22dとなっている。そして、複数の隣接部22の間のそれぞれに非隣接部23が設けられており、複数の非隣接部23が設けられている。複数の非隣接部23のそれぞれに対向するように、複数の島状の第2レジスト層21bのそれぞれが配置されている。また、複数の第2レジスト層21bのそれぞれの接合領域20rの周縁に沿った長さは、複数の非隣接部23のそれぞれの長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)よりも長い。
第1レジスト層21aと、第2レジスト層21bと、は、千鳥状(ジグザグ状)に配置されている。すなわち、第1レジスト層21aどうしの間の分断部に対向して、第2レジスト層21bが設けられ、第2レジスト層21bどうしの間の分断部に対向して、第1レジスト層21aが設けられている。なお、後述するように、第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bのパターン形状は、種々の変形が可能である。
第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bには、ポリイミド系やエポキシ系等の種々の樹脂材料を用いることができる。第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bの放熱板20の基板対向面20aへの形成には、インクジェット法を含む印刷法や、フォトリソグラフィなどを用いた任意の方法を適用することができる。第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bは、一括して、レジスト層21として形成することができる。
第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bの厚さ(基板対向面20aに対して垂直な方向に沿った長さ)は、例えば10μm(マイクロメートル)以上、50μm程度以下、具体的には、例えば25μm程度とすることができる。
ただし、本発明はこれに限らず、第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bに用いられる材料及び厚さは、任意である。なお、第1レジスト層21aと第2レジスト層21bとで、用いられる材料及び厚さの少なくともいずれかが異なっても良い。
第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bが所定の厚さを有することで、第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bは、はんだ層30となる溶融したはんだ31を堰き止める機能を発揮する。
また、第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bには、放熱板20の表面(第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bが設けられていない領域の基板対向面20a)よりも、溶融したはんだ31に対して濡れ性が低い材料を用いることができ、これによっても、第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bは、溶融したはんだ31を堰き止める機能を発揮する。
第1レジスト層21aは、接合領域20rの外側に設けられ、第1レジスト層21aのパターンは、接合領域20rよりも若干大きく形成される。すなわち、第1レジスト層21aの内側の端は、接合領域20rに近接して設けられる。第1レジスト層21aの内側の端と、接合領域20rと、の間隔d2は、例えば0.02mm以上、0.5mm未満、具体的には、例えば0.1mm程度とされる。なお、接合領域20rの一方の端において間隔d2が0.1mm程度の場合は、第1レジスト層21aの内側の端どうしの距離は、接合領域20rよりも0.2mm程度大きくなる。なお、間隔d2は、一方の端と他方の端とで異なっても良い。なお、上記の値は一例であり、間隔d2は任意である。
このように、第1レジスト層21aの内側の端と、接合領域20rと、を互いに近接させることにより、はんだ層30が溶融しているときに、導電層13の位置が、第1レジスト層21aの位置によって制御され、基板11と放熱板20との位置が所望の位置に制御できる。
すなわち、第1レジスト層21aが溶融したはんだ31を堰き止める機能を有することで、溶融したはんだ31の主部の形状を、接合領域20rのパターン形状に沿った形状にすることができる。そして、溶融したはんだ31の表面張力の作用を利用して、溶融したはんだ31に接している導電層13の位置を接合領域20rに沿った位置に制御することができる。
接合領域20rの第1辺部20saと第2辺部20sbとが、第1レジスト層21aの、第1隣接部22aと第2隣接部22bとにより挟まれることにより、接合領域20rに接合される導電層13の第1辺部20saから第2辺部20sbに向けた方向に沿った位置(すなわち基板11の位置)が高い精度で制御できる。そして、接合領域20rの第3辺部20scとその反対側の第4辺部20sdとが、第1レジスト層21aの第3隣接部22cと第4隣接部22dとにより挟まれることにより、接合領域20rに接合される導電層13の第3辺部20scから第4辺部20sdに向けた方向に沿った位置(すなわち基板11の位置)が高い精度で制御できる。
なお、第1レジスト層21aの内側の端が、接合領域20rから大きく離れると、基板11の放熱板20に対する相対的な位置の制御性が悪くなる。
第1レジスト層21aの接合領域20rに隣接している部分(第1レジスト層21aの内側の端)の少なくとも一部、すなわち、隣接部22の接合領域20rの側の端の少なくとも一部は、基板11の側面11sよりも接合領域20rの側に位置することができる。
第1隣接部22aの第1辺部20saの側の端の少なくとも一部は、第1辺部20saの側の基板11の第1側面11saよりも接合領域20rの側に位置する。第2隣接部22bの第2辺部20sbの側の端の少なくとも一部は、第2辺部20sbの側の基板11の第2側面11sbよりも接合領域20rの側に位置する。第3隣接部22cの第3辺部20scの側の端の少なくとも一部は第3辺部20scの側の基板11の第3側面11scよりも接合領域20rの側に位置する。第4隣接部22dの第4辺部20sdの側の端の少なくとも一部は第4辺部20sdの側の基板11の第4側面11sdよりも接合領域20rの側に位置する。
すなわち、第1レジスト層21aの接合領域20rに隣接している内側の端の少なくとも一部は、放熱板20と基板11との間に挟まれている。例えば、第1レジスト層21aの接合領域20rに隣接している部分(第1レジスト層21aの内側の端)と、基板11の側面11sと、の間の距離d3は、例えば0.0mmよりも大きく、0.98mm以下、具体的には、例えば0.6mm程度とされる。なお、距離d3は、一方の端と他方の端(本具体例では、第1辺部20sa、第2辺部20sb、第3辺部20sc及び第4辺部20sd)とで異なっても良い。なお、上記の値は一例であり、距離d3は任意である。
このように、接合領域20rの第1辺部20saの側と第2辺部20sbの側との両方において、第1隣接部22aの接合領域20rの側の端(第1レジスト層21aの内側の端)の少なくとも一部が、基板11の第1側面11saよりも接合領域20rの側に位置し、第2隣接部22bの接合領域20rの側の端(第1レジスト層21aの内側の端)の少なくとも一部が、基板11の第2側面11sbよりも接合領域20rの側に位置することで、第1レジスト層21aが接合領域20rに近接でき、第1辺部20saから第2辺部20sbに向けた方向に対して平行な方向において、基板11の放熱板20に対する相対的な位置精度が向上できる。
同様に、接合領域20rの第3辺部20scの側と第4辺部20sdの側との両方において、第3隣接部22cの接合領域20rの側の端(第1レジスト層21aの内側の端)の少なくとも一部が、基板11の第3側面11scよりも接合領域20rの側に位置し、第4隣接部22dの接合領域20rの側の端(第1レジスト層21aの内側の端)の少なくとも一部が、基板11の第4側面11sdよりも接合領域20rの側に位置することで、第1レジスト層21aが接合領域20rに近接でき、第3辺部20scから第4辺部20sdに向けた方向に対して平行な方向において、基板11の放熱板20に対する相対的な位置精度が向上できる。
図2は、第1の実施形態に係る半導体装置における機能を例示する模式図である。
すなわち、同図(a)は、半導体装置110の模式的平面図である。同図(b)は、同図(a)のB−B’線断面図であり、隣接部22における模式的断面図である。同図(c)は、同図(a)のC−C’線断面図であり、非隣接部23における断面図である。同図(d)は、半導体装置110の模式的平面図であり、はんだ層30におけるガス70の放出経路を例示している。
図2(a)及び(b)に表したように、隣接部22においては、溶融したはんだ31は、接合領域20rに隣接し近接している第1レジスト層21aによって、堰き止められる。そして、導電層13の放熱板20に対する位置は、はんだ31を介して、第1レジスト層21aにより制御される。これにより基板11と放熱板20との相対的な位置が、高い精度で制御される。
そして、図2(a)及び(c)に表したように、非隣接部23においては、溶融したはんだ31が、接合領域20rからその外に流れ出すことが可能である。すなわち、第1レジスト層21aが設けられていない分断部から、過剰なはんだ31が流れ出すことができる。これにより、はんだボールの生成が抑制される。
さらに、溶融したはんだ31に含まれるガス70は、非隣接部23から放出され易い。 すなわち、第1レジスト層21aが所定の厚さを有しているため、第1レジスト層21aが設けられている部分(隣接部22)では、第1レジスト層21aの上面から外界へ露出するはんだ31の厚さは、第1レジスト層21aの厚さ分だけ減少する。しかし、本実施形態に係る半導体装置110においては、第1レジスト層21aが分断され、第1レジスト層21aが設けられていない非隣接部23が設けられるので、この部分では、外界へ露出するはんだ31の厚さが減少することがない。
これにより、図2(d)に表したように、はんだ31に含まれるガス70は、非隣接部23を介して外界へ向けて放出される。これにより、はんだボイドの発生が抑制される。
さらに、図2(a)及び(c)に表したように、例えば、接合領域20rの外側に流れ出したはんだ31の一部は、領域基板11の側面11sよりも外側に露出することができる。これにより、はんだ31に含まれるガス70は、外界へ向けてさらに放出され易くなり、はんだボイドの発生がさらに抑制される。
図3は、第1比較例の半導体装置の構成及び機能を示す模式的図である。
すなわち、同図(a)は、第1比較例の半導体装置119の模式的平面図である。同図(b)は、同図(a)のD−D’線断面図である。同図(c)は、半導体装置119の模式的平面図であり、はんだ層30におけるボイド71を例示している。
図3(a)及び(b)に表したように、第1比較例の半導体装置119においても、放熱板20の基板対向面20aにレジスト層21が設けられている。ただし、半導体装置119の場合は、レジスト層21は、接合領域20rの周縁に沿って連続的に設けられており、分断されていない。すなわち、半導体装置119においては、レジスト層21が接合領域20rに隣接する隣接部22が設けられるが、レジスト層21が接合領域20rに隣接していない非隣接部が設けられていない。
半導体装置119においては、レジスト層21は、接合領域20rに隣接して、すなわち、接合領域20rに近接して設けられているので、溶融したはんだ31がレジスト層21によって堰き止められ、導電層13の位置が制御される。このため、基板11(導電層13)の放熱板20に対する位置精度は比較的高い。
しかしながら、半導体装置119においては、非隣接部が設けられておらず、余剰なはんだ31が接合領域20rの内部に閉じ込められる。
このため、図3(b)及び(c)に表したように、溶融したはんだ31の一部が、はんだボール80となって、接合領域20r以外の部分に飛び散り、種々のショート不良や、信頼性の劣化を招いてしまう。
さらに、非隣接部が設けられていないので、溶融したはんだ31に含まれるガス70が、放出され難い。
このため、図3(c)に例示したように、はんだボイド71が形成されてしまう。すなわち、レジスト層21が所定の厚さを有しているため、レジスト層21の上面から外界へ露出するはんだ31の厚さが、レジスト層21の厚さ分だけ減少する。このため、接合領域20rの内部の溶融したはんだ31に含まれるガス70が外部に放出されようとしても、ガス70の放出経路がレジスト層21に遮られる。このため、ガス70は、外界へ向けて放出し難く、接合領域20rの内部に留まってしまい、はんだボイド71が形成される。
はんだボイド71は、例えば、特に接合領域20rの周辺部において形成され、中央部から周辺部に向かう糸状の形状を有している。はんだボイド71が形成されると、はんだボイド71の部分において、基板11の導電層13と、放熱板20と、の接合が不十分となり、局部的に過度に加熱され、半導体装置119において深刻な信頼性問題が発生する。
このように、比較例の半導体装置119は、放熱板20に対する基板11の位置精度が高いが、はんだボール80が発生し、また、はんだボイド71も発生する。
一方、レジスト層21と接合領域20rとの距離が大きい第2比較例の半導体装置119a(図示しない)を考える。例えば、半導体装置119aにおいては、レジスト層21の内側の端が、接合領域20rから大きく離間し、すなわち、レジスト層21の内側の端が、導電層13の位置から大きく離間している。この場合も、レジスト層21の内側の端は、基板11の側面11sよりも外側に配置されている。このような構成の半導体装置119aにおいては、溶融したはんだ31が基板11の側面11sの部分において露出する面積が大きい。このため、余剰なはんだ31が接合領域20rからその外部に流出し易く、また、はんだ31に含まれるガス70も外界に放出され易い。このため、はんだボール80やはんだボイド71の発生が抑制されるが、レジスト層21が接合領域20rから大きく離間しているので、レジスト層21と接合領域20rとの間で基板11(導電層13)の可動範囲が大きく、放熱板20に対する基板11の位置精度が低い。
このように、第1比較例の半導体装置119及び第2比較例の半導体装置119aにおいては、はんだボール80及びはんだボイド71の発生と、放熱板20に対する基板11の高い位置精度と、を両立させることができない。
これに対し、既に説明したように、本実施形態に係る半導体装置110においては、第1レジスト層21aが分断され、非隣接部23が設けられる。このため、第1レジスト層21aが接合領域20rに近接していても、過剰なはんだ31は非隣接部23から外部に流出でき、また、外界へ露出するはんだ31の厚さが減少することがなく、ガス70は容易に外界に放出される。これにより、半導体装置110においては、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度を実現できる。
そして、半導体装置110においては、さらに、非隣接部23に対向する部分において、第1レジスト層21aの外側に、第2レジスト層21bが設けられているので、溶融したはんだ31が第1レジスト層21aの外側にあふれ出した場合においても、はんだ31は、第2レジスト層21bによって堰き止められる。これにより、必要でない部分にはんだ31がはみ出すことが無く、半導体装置110の特性や信頼性の劣化がさらに安定して抑制できる。
ところで、半導体素子(半導体チップ)を基板にはんだで接合する際に、基板上において、半導体素子が接合される接合領域の周縁に沿って、はんだレジストを設ける構成がある。この場合においても、このはんだレジストが例えば分断され、非隣接部が形成される構成もある。また、特許文献1のように、はんだレジストに、はんだ逃げ部が設けられる構成もある。
このとき、はんだは、半導体素子の下面(基板の側の面)の実質的に全面に接合される。すなわち、はんだは、半導体素子の側面に接しつつ、半導体素子の下面と、基板と、を接合する。そして、はんだレジストは一定の厚さを有しているため、半導体素子の下面には対向せず、半導体素子の側面から離間して、半導体素子の側面から外側に設けられる。このため、はんだの側面は、半導体素子の下面と基板との間に挟まれることなく、はんだの側面は、外界に露出している。このため、はんだに含まれるガスは外界に排出され易い。
さらに、半導体素子の面積は小さいため、半導体素子の中央部から半導体素子の周縁までの距離は短い。そして、半導体素子の面積は小さいため、半導体素子の面積(ガスの量に対応する)の、半導体素子の周縁の長さ(ガスが放出される経路の幅に対応する)と、比は、小さく、この点でも、ガスは放出され易い。
さらに、半導体素子と基板との接合の場合には、半導体素子を揺動させるスクラブ工程を行うことにより、ガスを放出する方策も取り得る。
このように、半導体素子と基板とをはんだで接合する場合には、ガスが放出され易いため、はんだボイドの発生は大きな問題にはならず、半導体素子と基板との互いの位置関係の制御性と、はんだボールの発生の抑制と、を考慮して、はんだレジストを設ければ良い。特許文献1においても、半導体素子の位置ずれを防止し、溶融はんだやフラックスの飛び散りを防止することが課題とされている。
これに対して、半導体素子が搭載された基板11と、放熱板20と、を、はんだ層30で接合する構成においては、特に、はんだボイド71の発生が問題になる。すなわち、既に説明したように、絶縁性の確保のために、基板11の第2主面11bの導電層13は、基板11の側面11sから後退して形成される。このため、はんだ層30の端部(側面)は、基板11の第2主面11bと、放熱板20の基板対向面20aと、の間に挟まれる構成となる。すなわち、はんだ層30の端部は、外界に露出し難い構成となる。このように、はんだ層30の端部(側面)が、接合する部材(基板11及び放熱板20)どうしの間に挟まれる構成は、半導体素子と基板との接合の際には出現しない構成である。
基板11と放熱板20との接合においては、はんだ層30の端部(側面)が接合する部材(基板11及び放熱板20)どうしの間に挟まれるので、ガス70が放出され難い。さらに、基板11と放熱板20との相対位置の精度を向上させるために、第1レジスト層21aを接合領域20rに近接させると、第1レジスト層21aの内側の端は、基板11と放熱板20との間に挿入される構成になる。その結果、第1レジスト層21a(レジスト層21)によって、基板11と放熱板20との隙間がさらに狭めされ、さらに、ガス70は放出され難くなる。
さらに、基板11の面積は、半導体素子の面積に比べて大きいため、基板11の中央部から基板11の周縁までの距離は長い。そして、基板11の面積は大きいため、基板11の面積(ガスの量に対応する)の、基板11の周縁の長さ(ガスが放出される経路の幅に対応する)と、の比は、半導体素子と基板との接合における比よりも大きくなり、この点でも、ガス70は放出され難い。
さらに、基板11と放熱板20との接合の場合には、基板11及び放熱板20が大きいため、スクラブ工程の実施は困難であり、スクラブ工程によるガスの放出は困難である。
このように、基板11と放熱板20との接合の際には、基板11と放熱板20との位置のずれ、及び、はんだボール80の発生の他に、はんだボイド71の発生が、固有の問題となる。本発明は、基板11と放熱板20との接合におけるこのような固有の問題の認識に立脚してなされたものである。本実施形態に係る半導体装置110においては、導電層13を基板11の側面11sよりも内側に配置し絶縁性を確保し、第1レジスト層21の内側の端を接合領域20rに近接させつつ、隣接部22と、非隣接部23と、を設けることで、放熱板20に対する基板11の位置精度を高めつつ、はんだボール80の発生を抑制し、そして、はんだボイド71の発生を抑制することができる。
なお、本実施形態に係る半導体装置110において、第1レジスト層21aに複数の分断部を設け、すなわち、隣接部22と、非隣接部23と、を複数設けることで、接合領域20rの周縁に沿って、はんだ31の逃げ道が複数互いに近接して設けられるため、はんだボール80や、はんだボイド71がさらに生成されにくくなる。
分断部の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)、すなわち、非隣接部23の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)は、はんだ31が外部に流出して、別の不良の原因とならないように、適切に設定される。
第1レジスト層21の外側に第2レジスト層21bを設けることで、第1レジスト層21aの外側に流出したはんだ31を堰き止めることができ、はんだ31の制御がより安定化する。また、第2レジスト層21bのパターンを、複数の島状とする場合においては、第2レジスト層21bの接合領域20rの周縁に沿った長さを、第1レジスト層21aどうしの間隔(複数の隣接部22どうしの間隔)である非隣接部23の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)よりも長く設定することで、はんだ31の流れ出しをより効果的に抑制することができる。
また、第1レジスト層21aの内側の端が、基板11の側面11sよりも内側に配置されることで、第1レジスト層21aと導電層13との距離を小さくすることができ、導電層13(基板11)の放熱板20に対する位置精度を向上できる。すなわち、導電層13(基板11)の放熱板20に対する高い位置精度と、はんだボール80とはんだボイド71の抑制をより効果的に両立できる。
また、第2レジスト層21bの内側の端を、基板11の側面11sよりも外側に配置することにより、はんだ31が外界に対して露出する面積を拡大でき、はんだボール80及びはんだボイド71の生成をより効果的に抑制できる。
なお、第1レジスト層21a及び第2レジスト層21bの幅(接合領域20rの内側から外側に向けた方向に沿った長さ)は任意である。
本実施形態に係る半導体装置110は、上記に限らず種々の変形が可能である。
図4〜図7は、第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。
なお、これらの図においても、半導体素子15、及び、基板11の第1主面11aに設けられる電極などの各種の部材は省略されている。
図4(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110aにおいても、第1レジスト層21aには、複数の分断部が設けられている。すなわち、第1レジスト層21aによる複数の隣接部22と、第1レジスト層21aが分断された部分の複数の非隣接部23と、が設けられている。そして、非隣接部23に対向して、第1レジスト層21aの外側に、第2レジスト層21bが設けられている。本具体例においても、第1〜第4隣接部22a〜22dが設けられている。
本具体例においては、第2レジスト層21bのパターン形状は、略円形である。そして、本具体例では、第2レジスト層21bのそれぞれの接合領域20rの周縁に沿った長さは、第1レジスト層21aどうしの間隔である非隣接部23の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)と、実質的に同じである。
なお、余剰なはんだ31の量があまり多くない場合は、第1レジスト層21aどうしの間の非隣接部23から外側に流出するはんだ31の量が多くない。このような場合には、外側に流出するはんだ31を堰き止めることは比較的容易であり、第2レジスト層21bのそれぞれの接合領域20rの周縁に沿った長さは、非隣接部23の長さと実質的に同じ、または、非隣接部23の長さよりも小さく設定されても良い。
従って、はんだ31の量の設定によっては、接合領域20rの辺の長さにかかわらず、第2レジスト層21bのそれぞれの接合領域20rの周縁に沿った長さと、第1レジスト層21aどうしの間隔である非隣接部23の長さと、の関係は任意に設定できる。
図4(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110bにおいても、第1レジスト層21aには、複数の分断部が設けられており、複数の隣接部22と、複数の非隣接部23と、が設けられている。そして、非隣接部23に対向して、第1レジスト層21aの外側に、第2レジスト層21bが設けられている。本具体例においては、第2レジスト層21bは連続的に設けられている。このように、第2レジスト層21bは、非隣接部23から外側に流出したはんだ31を堰き止められれば良く、連続的に設けられても良い。
図4(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110cにおいても、第1レジスト層21aには、複数の分断部が設けられており、複数の隣接部22と、複数の非隣接部23と、が設けられている。ただし、第2レジスト層21bは設けられていない。
余剰なはんだ31の量があまり多くない場合は、第1レジスト層21aどうしの間の非隣接部23から外側に流出するはんだ31の量が多くないので、第2レジスト層21bは省略しても良い。このように、第2レジスト層21bは、必要に応じて設けることができる。
図5(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110dにおいては、第1レジスト層21aには、分断部が1つ設けられており、1つの隣接部22と、1つの非隣接部23と、が設けられている。そして、第2レジスト層21bが設けられていない。
このように、1つの非隣接部23が設けられることにより、過剰なはんだ31が非隣接部23からはみ出すことができ、はんだボール80やはんだボイド71の発生が抑制できる。このように、1つの隣接部22と、1つの非隣接部23と、が、少なくとも設けられれば良い。
本具体例では、第1〜第4隣接部22a〜22dは、非隣接部23の部分を除いて互いに連続している。このように、本発明の実施形態においては、第1〜第4隣接部22a〜22dと、非隣接部23と、が設けられれば良く、第1〜第4隣接部22a〜22dのいずれか2つ以上が互いに連続していても良い。
図5(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110eにおいては、第1レジスト層21aには、分断部が2つ設けられており、2つの隣接部22と、2つの非隣接部23と、が設けられている。そして、第2レジスト層21bが設けられていない。半導体装置110eにおいては、分断部である非隣接部23は、基板11(導電層13)の辺のうちの短い方の辺に設けられている。
図5(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110fにおいても、第1レジスト層21aには、分断部が2つ設けられており、2つの隣接部22と、2つの非隣接部23と、が設けられている。そして、第2レジスト層21bが設けられていない。半導体装置110fにおいては、分断部である非隣接部23は、基板11(導電層13)の辺のうちの長い方の辺に設けられている。
半導体装置110e及び110fのように、2つの隣接部22と、2つの非隣接部23と、を設けることができ、隣接部22及び非隣接部23の数は任意である。
図6(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110gにおいては、第1レジスト層21aの分断部の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)は、接合領域20rの側(内側)が広く、接合領域20rとは反対の側(外側)が狭い。すなわち、非隣接部23の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)が、接合領域20rの側(内側)が狭く、接合領域20rとは反対の側(外側)が広い。これにより、はんだ31が接合領域20rの内側から外側に向かってより流出し易くなると共に、はんだ31が第1レジスト層21aよりも外側に流出することをより抑制し易くなる。
図6(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110hにおいては、第1レジスト層21aの分断部の長さ、すなわち、非隣接部23の長さは、接合領域20rの側が広く、接合領域20rとは反対の側が狭い。これにより、はんだ31が接合領域20rの内側から外側に向かってより流出し易くなると共に、はんだ31が第1レジスト層21aよりも外側に流出することを抑制し易くなる。このため、第2レジスト層21bを省略しても、はんだ31の制御性が高い。
なお、上記の半導体装置110、110a〜110hにおいては、導電層13が基板11の側面11sに沿ったパターン形状を有しているが、本発明はこれに限らない。
図7(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110iにおいては、導電層13は、導電層13が基板11の側面11sに沿った部分と、導電層13が側面11sから大きく内部に後退した部分と、を有している。すなわち、基板11の外形は矩形であるが、導電層13のパターン形状は、コーナー部においては、基板11の側面11sに沿っているが、辺の中央部においては、側面11sから内側に大きく入り込んでいる。
このように、導電層13が、基板11の側面に沿って設けられていない部分がある場合にも、放熱板20の第1レジスト層21aは、導電層13が対向する接合領域20rの外側に、接合領域20rに隣接する部分を有するように設けられる。
すなわち、この場合も、放熱板20は、基板対向面20aにおいて、導電層13に対向する接合領域20rの周縁に沿って接合領域20rの外側に設けられた第1レジスト層21aを有する。そして、第1レジスト層21aが接合領域20rに隣接している隣接部22と、第1レジスト層21が接合領域20rに隣接していない非隣接部23と、が設けられる。このような構成の半導体装置110iにおいても、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度が実現できる。
図7(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置110jにおいても、導電層13は、導電層13が基板11の側面11sに沿った部分と、導電層13が側面11sから大きく内部に後退した部分と、を有している。
この場合も、第1レジスト層21aが接合領域20rに隣接している隣接部22と、第1レジスト層21が接合領域20rに隣接していない非隣接部23と、が設けられ、これにより、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度が実現できる。
なお、上記の半導体装置110a〜110jにおいても、第1〜第4隣接部22a〜22dが設けられている。
半導体装置110a、110b及び110gにおいては、第2レジスト層21bの内側の端は、基板11の側面11sよりも外側に配置されており、これにより、はんだ31が外界に対して露出する面積を拡大でき、はんだボール80及びはんだボイド71の生成をより効果的に抑制できる。
また、半導体装置110a〜110jにおいて、第1レジスト層21aの内側の端が、基板11の側面11sよりも内側に配置されることで、第1レジスト層21aと導電層13との距離を小さくすることができ、導電層13(基板11)の放熱板20に対する位置精度を向上でき、導電層13(基板11)の放熱板20に対する高い位置精度と、はんだボール80とはんだボイド71の抑制をより効果的に両立できる。
(第2の実施の形態)
本実施形態は、第1レジスト層21aが分断されない例である。
図8及び図9は、第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。
図8(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置111aにおいては、第1レジスト層21aが分断されず連続したパターン形状を有している。そして、第1レジスト層21aには、接合領域20rに隣接して、接合領域に近接した部分と、接合領域20rに隣接していない部分(接合領域20rに隣接して近接した部分よりも、離れた部分)と、が設けられている。
すなわち、半導体装置111aにおいては、第1レジスト層21aは、第1〜第4近接部22a〜22dを有している。そして、第1レジスト層21aは、第1〜第4隣接部22a〜22dのいずれかの接合領域20rの側の端よりも接合領域20rからみて外側に位置し、接合領域20rに面する端(非隣接部内側端26)と、をさらに有している。そして、この場合には、非隣接部23は、第1〜第4隣接部22a〜22dのいずれかの接合領域20rの側の端よりも接合領域20rからみて外側に位置し、接合領域20rに面する上記の端(非隣接部内側端26)と、接合領域20rと、の間の部分である。
すなわち、第1レジスト層21aは、第1隣接部22aにおいて接合領域20rに隣接する第1隣接部内側端25aと、第2隣接部22bにおいて接合領域20rに隣接する第2隣接部内側端25bと、第3隣接部22cにおいて接合領域20rに隣接する第3隣接部内側端25cと、第4隣接部22dにおいて接合領域20rに隣接する第4隣接部内側端25dと、を有する。そして、第1レジスト層21aは、接合領域20rからみて、第1隣接部内側端25a、第2隣接部内側端25b、第3隣接部内側端25c及び第4隣接部内側端25dの少なくともいずれかよりも外側に位置する非隣接部内側端26をさらに有する。すなわち、非隣接部内側端26は、第1レジスト層21aにおいて、接合領域26から外側に膨らんだ部分である。そして、非隣接部内側端26と接合領域20rとの間の部分が、非隣接部23となる。
このような構成を有する半導体装置111aにおいても、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度を実現することができる。
なお、半導体装置111aにおいても、第1隣接部22aの第1辺部20saの側の端(第1隣接部内側端25a)の少なくとも一部は、第1辺部20saの側の基板11の第1側面11saよりも接合領域20rの側に位置する。第2隣接部22bの第2辺部20sbの側の端(第2隣接部内側端25b)の少なくとも一部は、第2辺部20sbの側の基板11の第2側面11sbよりも接合領域20rの側に位置する。第3隣接部22cの第3辺部20scの側の端(第3隣接部内側端25c)の少なくとも一部は第3辺部20scの側の基板11の第3側面11scよりも接合領域20rの側に位置する。第4隣接部22dの第4辺部20sdの側の端(第4隣接部内側端25d)の少なくとも一部は第4辺部20sdの側の基板11の第4側面11sdよりも接合領域20rの側に位置する。これにより、第1レジスト層21aと導電層13との距離を小さくすることができ、導電層13(基板11)の放熱板20に対する位置精度を向上でき、導電層13(基板11)の放熱板20に対する高い位置精度と、はんだボール80とはんだボイド71の抑制をより効果的に両立できる。
そして、第1レジスト層21aにおいて、外側に膨らんだ非隣接部内側端26は、接合領域20rからみて基板11の側面11sよりも外側に位置している。これにより、はんだ31が外界に対して露出する面積を拡大でき、はんだボール80及びはんだボイド71の生成をより効果的に抑制できる。
なお、この場合には、第1レジスト層21aに分断部が設けられないので、第2レジスト層21bは設けなくとも良い。
半導体装置111aにおいては、隣接部22と、非隣接部23と、がそれぞれ複数設けられているが、第1レジスト層21aが連続したパターン形状を有している場合も、隣接部22と、非隣接部23と、の数は任意である。
例えば、図8(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置111bにおいては、第1レジスト層21aが連続したパターン形状を有し、1つの非隣接部内側端26に対応して、1つの非隣接部23が設けられている。
また、図8(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置111cにおいては、第1レジスト層21aが連続したパターン形状を有し、2つの非隣接部内側端26に対応して、2つの非隣接部23が設けられている。
このような半導体装置110b及び110cにおいても、第1〜第4隣接部22a〜22d及び非隣接部23が設けられている。
このような構成を有する半導体装置111b及び111cにおいても、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度を実現することができる。
第1レジスト層21aが連続的なパターン形状を有している場合においても、導電層13のパターン形状は、基板11の側面に沿っていない部分を有していても良い。
図9(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置111dにおいては、導電層13は、導電層13が基板11の側面11sに沿った部分と、導電層13が側面11sから大きく内部に後退した部分と、を有している。
このように、導電層13が、基板11の側面に沿って設けられていない部分がある場合にも、放熱板20の第1レジスト層21aは、導電層13が対向する接合領域20rの外側に、接合領域20rに隣接する部分を有するように設けられる。第1レジスト層21aは、接合領域20rに隣接する第1〜第4隣接部内側端25a〜25dと、接合領域20rからみて第1〜第4隣接部内側端25a〜25dよりも外側に位置する非隣接部内側端26と、を有している。非隣接部内側端26に対応して非隣接部23が設けられている。
図9(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置111eにおいては、導電層13において、導電層13が基板11の側面11sに沿った部分と、導電層13が側面11sから大きく内部に後退した部分とが設けられている。本具体例では、1つの非隣接部内側端26に対応して、1つの非隣接部23が設けられている。
また、図9(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置111fにおいては、第1レジスト層21aが連続したパターン形状を有し、2つの非隣接部内側端26に対応して、2つの非隣接部23が設けられている。
上記の半導体装置111d〜110fにおいても、第1〜第4隣接部22a〜22d及び非隣接部23が設けられている。
このような構成を有する半導体装置111d〜111fにおいても、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度を実現することができる。
なお、半導体装置110、110a〜110c、110e〜110j、111a、111c、111d及び111fのように、非隣接部23が複数設けられる場合においては、接合領域20rに対して実質的に対象な位置に、非隣接部23が設けられることが望ましい。これにより、はんだ31に含まれるガス70の放出経路が平均化され短くなり、はんだボイド71の生成をより抑制できる。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1主面11aと、第1主面11aとは反対側の第2主面11bと、第1主面11aと第2主面11bとの間に設けられた側面11sと、を有する基板11と、基板11の第1主面11aに搭載された半導体素子15と、基板11の第2主面11bに設けられ、側面11sから後退した導電層13と、を有する積層体10と、基板11の第2主面11bの側に設けられた放熱板20と、導電層13と放熱板20とを接合するはんだ層30と、を有する半導体装置の製造方法である。以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の製造方法の特徴の部分について説明する。
図10は、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図10に表したように、放熱板20の基板11の側の基板対向面20aにおいて、導電層13に対向する接合領域20rの周縁に沿って接合領域20rの外側に配置される第1レジスト層21aに取り囲まれた接合領域20rに、はんだ層30となるはんだ31を配置する(ステップS110)。
この第1レジスト層21aは、第1レジスト層21aが接合領域20rの第1辺部20saに隣接する第1隣接部22aと、第1レジスト層21aが接合領域20rの第1辺部20saとは反対側の第2辺部20sbに隣接している第2隣接部22bと、第1レジスト層21aが接合領域20rの第1辺部20saと第2辺部20sbとの間の第3辺部20scに隣接している第3隣接部22cと、第1レジスト層21aが接合領域20rの第3辺部20scとは反対側の第4辺部20sdに隣接している第4隣接部22と、が設けられるように形成されている。
そして、放熱板20は、基板対向面20aに設けられた非隣接部23を有している。第1レジスト層21aは、接合領域13の周縁に沿ったいずれかの位置において分断されており、非隣接部23は、上記の分断された第1レジスト層21aどうしの間の部分である。または、第1レジスト層21aは、第1〜第4隣接部22a〜22dのいずれかの接合領域20rの側の端(例えば第1〜第4隣接部内側端25a〜25d)よりも接合領域20rからみて外側に位置し、接合領域20rに面する端(隣接部内側端26)をさらに有しており、非隣接部23は、第1〜第4隣接部22a〜22dのいずれかの接合領域20rの側の端よりも接合領域20rからみて外側に位置し、接合領域20rに面する上記の端(隣接部内側端26)と、接合領域20rと、の間の部分である。
そして、はんだ31を融解し、導電層13と、融解したはんだ31と、を接触させ、融解したはんだ31の一部を非隣接部23に流れ込ませつつ、溶融したはんだ31第1〜第4隣接部22a〜22dの接合領域20r側の端で堰き止め、第1隣接部22a及び第2隣接部22bにより、導電層13の接合領域20rに対する第1辺部20saから第2辺部20sbに向かう方向に沿った位置を制御し、第3隣接部22c及び第4隣接部22dにより、導電層13の接合領域20rに対する第3辺部20scから第4辺部20sdに向かう方向に沿った位置を制御して、導電層13と放熱板20とをはんだ31で接合する(ステップS120)。
例えば、ステップS110においては、はんだ31を接合領域20rの内部に転写法により配置する。はんだ31は、はんだ31が溶融して導電層13と接合領域20rとを接合するために必要な所定の量よりも若干多い量で配置される。
そして、はんだ31を例えばリフローにより融解する。そして、基板11の導電層13が、融解したはんだ31に対向するように、基板11を配置し、導電層13と、溶融したはんだ31と、を接触させる。
このとき、図2(a)及び図2(c)に例示したように、はんだ31が接合するために必要な所定の量よりも若干多い量で配置されているので、その所定の量よりも多い量の分のはんだ31(融解したはんだの一部)が非隣接部23に流れ込む。それと同時に、図2(a)及び図2(b)に例示したように、溶融したはんだ31は、隣接部22の接合領域20r側の端で堰き止められる。なお、第2レジスト層21bが設けられる場合には、非隣接部23に流れ込んだ溶融したはんだ31が、第2レジスト層21bの接合領域20rの側の端に到達すると、溶融したはんだ31は、第2レジスト層21bで堰き止められる。
そして、第1レジスト層21aにより溶融したはんだ31を堰き止める機能により、溶融したはんだ31の主部の形状を、接合領域20rのパターン形状に沿った形状にする。そして、溶融したはんだ31の表面張力の作用を利用して、溶融したはんだ31に接している導電層13の位置を接合領域20rに沿った位置に制御する。
すなわち、接合領域20rの第1辺部20saと第2辺部20sbとが、第1レジスト層21aの、第1隣接部22aと第2隣接部22bとにより挟まれることにより、接合領域20rに接合される導電層13の第1辺部20saから第2辺部20sbに向けた方向に沿った位置(すなわち基板11の位置)が制御される。そして、接合領域20rの第3辺部20scと第4辺部20sdとが、第1レジスト層21aの第3隣接部22cと第4隣接部22dとにより挟まれることにより、接合領域20rに接合される導電層13の第3辺部20scから第4辺部20sdに向けた方向に沿った位置(すなわち基板11の位置)が制御される。
そして、この状態で、導電層13と放熱板20とがはんだ31で接合される。
これにより、図2に関して既に説明したように、非隣接部23によって、第1レジスト層21aが接合領域20rに近接していても、過剰なはんだ31は非隣接部23から外部に流出でき、また、外界へ露出するはんだ31の厚さが減少することがなく、ガス70は容易に外界に放出される。これにより、はんだボール80及びはんだボイド71の発生を抑制しつつ、放熱板20に対する基板11の高い位置精度を実現できる。
なお、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、第1レジスト層21aに複数の分断部を設け、すなわち、隣接部22と、非隣接部23と、を複数設けることができる。これにより、接合領域20rの周縁に沿って、はんだ31の逃げ道が複数互いに近接して設けられるため、はんだボール80や、はんだボイド71がさらに生成され難くなる。
また、本製造方法において、第1レジスト層21の外側に第2レジスト層21bをさらに設けることで、第1レジスト層21aの外側に流出したはんだ31を堰き止めることができ、はんだ31の制御がより安定化する。また、第2レジスト層21bのパターンを、複数の島状とする場合においては、第2レジスト層21bの接合領域20rの周縁に沿った長さを、第1レジスト層21aどうしの間隔(複数の隣接部22どうしの間隔)である非隣接部23の長さ(接合領域20rの周縁に沿った長さ)よりも長く設定することで、はんだ31の流れ出しをより効果的に抑制することができる。
また、接合領域20rの第1辺部20saの側と第2辺部20sbの側との両方と、第3辺部20scの側と第4辺部20sdの側との両方と、において、隣接部22の接合領域20rの側の端(第1レジスト層21aの内側の端が、基板11の側面11sよりも内側に配置されることで、第1レジスト層21aと導電層13との距離を小さくすることができ、導電層13(基板11)の放熱板20に対する位置精度を向上できる。
また、第2レジスト層21bの内側の端を、基板11の側面11sよりも外側に配置することにより、はんだ31が外界に対して露出する面積を拡大でき、はんだボール80及びはんだボイド71の生成をより効果的に抑制できる。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置を構成する半導体素子、電極、基板、はんだ層、放熱板、レジスト層等、各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
10…積層体、 11…基板、 11a…第1主面、 11b…第2主面、 11s…側面、 11sa〜11sd…第1〜第4側面、 12a〜12c…第1〜第3電極、 13…導電層、 14…マウント用はんだ、 15…半導体素子、 16a〜16c…第1〜第3半導体素子電極、 17b、17c…ワイヤ、 20…放熱板、 20a…基板対向面、 20r…接合領域、 20sa〜20sd…第1〜第4辺部、 21…レジスト層、 21a…第1レジスト層、 21b…第2レジスト層、 22…隣接部、 22a〜22d…第1〜第4隣接部、 23…非隣接部、 25a〜25d…第1〜第4隣接部内側端、 26…非隣接部内側端、 30…はんだ層、 31…はんだ、 70…ガス、 71…はんだボイド、 80…はんだボール、 110、110a〜111j、111a〜111f、119、119a…半導体装置、 d1、d3…距離、 d2…間隔

Claims (5)

  1. 第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた側面と、を有する基板と、
    前記基板の前記第1主面に搭載された半導体素子と、
    前記基板の前記第2主面に設けられ、前記側面から後退した導電層と、
    を有する積層体と、
    前記基板の前記第2主面の側に設けられた放熱板と、
    前記導電層と前記放熱板とを接合するはんだ層と、
    を備え、
    前記放熱板は、
    前記放熱板の前記基板の側の基板対向面において、前記導電層に対向する接合領域の周縁に沿って前記接合領域の外側に設けられた第1レジスト層と、
    前記基板対向面に設けられた非隣接部と
    を有し、
    前記第1レジスト層は、前記周縁に沿ったいずれかの位置において分断されており、
    前記第1レジスト層は、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の第1辺部に隣接している第1隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部とは反対側の第2辺部に隣接している第2隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部と前記第2辺部との間の第3辺部に隣接している第3隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第3辺部とは反対側の第4辺部に隣接している第4隣接部と、
    を有し、
    前記非隣接部は、前記分断された前記第1レジスト層どうしの間の部分であることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記放熱板は、
    前記放熱板の前記基板の側の前記基板対向面内において、前記非隣接部に対向し、前記接合領域からみて前記第1レジスト層よりも外側に設けられた第2レジスト層をさらに有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた側面と、を有する基板と、
    前記基板の前記第1主面に搭載された半導体素子と、
    前記基板の前記第2主面に設けられ、前記側面から後退した導電層と、
    を有する積層体と、
    前記基板の前記第2主面の側に設けられた放熱板と、
    前記導電層と前記放熱板とを接合するはんだ層と、
    を備え、
    前記放熱板は、
    前記放熱板の前記基板の側の基板対向面において、前記導電層に対向する接合領域の周縁に沿って前記接合領域の外側に設けられた第1レジスト層と、
    前記基板対向面に設けられた非隣接部と、
    を有し、
    前記第1レジスト層は、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の第1辺部に隣接している第1隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部とは反対側の第2辺部に隣接している第2隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部と前記第2辺部との間の第3辺部に隣接している第3隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第3辺部とは反対側の第4辺部に隣接している第4隣接部と、
    前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する端と、
    を有し、
    前記非隣接部は、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の前記端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する前記端と、前記接合領域と、の間の部分であることを特徴とする半導体装置。
  4. 前記第1隣接部の前記第1辺部の側の端の少なくとも一部は、前記第1辺部の側の前記基板の第1側面よりも前記接合領域の側に位置し、
    前記第2隣接部の前記第2辺部の側の端の少なくとも一部は、前記第2辺部の側の前記基板の第2側面よりも前記接合領域の側に位置し、
    前記第3隣接部の前記第3辺部の側の端の少なくとも一部は前記第3辺部の側の前記基板の第3側面よりも前記接合領域の側に位置し、
    前記第4隣接部の前記第4辺部の側の端の少なくとも一部は前記第4辺部の側の前記基板の第4側面よりも前記接合領域の側に位置することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  5. 第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた側面と、を有する基板と、
    前記基板の前記第1主面に搭載された半導体素子と、
    前記基板の前記第2主面に設けられ、前記側面から後退した導電層と、
    を有する積層体と、
    前記基板の前記第2主面の側に設けられた放熱板と、
    前記導電層と前記放熱板とを接合するはんだ層と、
    を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記放熱板の前記基板の側の基板対向面において、前記導電層に対向する接合領域の周縁に沿って前記接合領域の外側に配置される第1レジスト層に取り囲まれた前記接合領域に前記はんだ層となるはんだを配置し、
    前記第1レジスト層は、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の第1辺部に隣接する第1隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部とは反対側の第2辺部に隣接している第2隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第1辺部と前記第2辺部との間の第3辺部に隣接している第3隣接部と、
    前記第1レジスト層が前記接合領域の前記第3辺部とは反対側の第4辺部に隣接している第4隣接部と、
    を有し、
    前記放熱板は、前記基板対向面に設けられた非隣接部を有し、
    前記第1レジスト層は、前記周縁に沿ったいずれかの位置において分断されており、前記非隣接部は、前記分断された前記第1レジスト層どうしの間の部分である、
    または、
    前記第1レジスト層は、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する端をさらに有しており、前記非隣接部は、前記第1〜第4隣接部のいずれかの前記接合領域の側の前記端よりも前記接合領域からみて外側に位置し、前記接合領域に面する前記端と、前記接合領域と、の間の部分であり、
    前記はんだを融解し、前記導電層と前記融解した前記はんだとを接触させ、前記融解した前記はんだの一部を前記非隣接部に流れ込ませつつ、前記溶融した前記はんだを前記第1〜第4隣接部の前記接合領域側の端で堰き止め、前記第1隣接部及び前記第2隣接部により、前記導電層の前記接合領域に対する前記第1辺部から前記第2辺部に向かう方向に沿った位置を制御し、前記第3隣接部及び前記第4隣接部により、前記導電層の前記接合領域に対する前記第3辺部から前記第4辺部に向かう方向に沿った位置を制御して、前記導電層と前記放熱板とを前記はんだで接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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