JP2011222823A - 回路装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】後工程でのリフロー処理においてダイボンドはんだ２０が溶融したときに、溶融したダイボンドはんだ２０がダイパッド１２とダイ１１の間から流失するのを阻止し、ダイ１１とダイパッド１２との間にボイドが形成されるのを回避して、高い接合安定性を備えた回路装置を得る。
【解決手段】ダイパッド１２に載置するダイ１１の周囲を囲むようにしてダム材２を形成する。ダム材２で囲われた内側領域内の全面を満たすようにダイボンドはんだ２０を充填する。それにより、リフロー工程で、ダイボンドはんだ２０が溶融しても溶融したダイボンドはんだ２０はダム材２で囲われた内側領域内に留まっていることができ、流失することはない。それにより、ダイ１１とダイパッド１２との間にボイドが形成されるのは回避される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイパッドにはんだを用いてダイを固着した構成を持つ回路装置とその製造方法に関する。

図２に示すように、ダイ１１と呼ばれる半導体素子を、ダイパッド１２を備えたリードフレーム１３に搭載した半導体装置１０はよく知られている。ダイ（半導体素子）１１はボンディングワイヤ１４を介してリードフレーム１３のインナーリード１５に接続され、インナーリード１５部を含む全体がパッケージ樹脂１６により封止される。そして、インナーリード１５に接続するアウターリード１７が、パッケージ樹脂１６で封止された半導体装置１０の外に延出している。

ダイパッド１２の上にダイ１１を固定するのに、ダイボンドはんだ２０が用いられる。そして、用いるダイボンドはんだ２０には、半導体装置１０を基板に実装するときなどに行う、後工程としてのリフロー処理の温度では溶融しないこと、すなわちリフロー時の温度よりも融点が高いことが求められる。さらに、一般的に銅あるいは銅合金が主流であるダイパッド１２とシリコンが主流であるダイ１１とは線膨張係数が異なっており、半導体装置１０を実装した製品が晒される温度環境において両者間に線膨張差が生じるのを回避することができないので、両者間に剥離が生じないように、その線膨張差を吸収できるだけの柔軟性（伸び性）を備えることが求められる。

上記の２つの要請に応えることのできるダイボンドはんだとして、現在、鉛を含んだはんだが用いられている。一方、環境負荷を軽減する観点から、鉛フリー化が多くの技術分野で要請されるようになってきており、はんだの分野においても、鉛フリーはんだ（例えば、ＳｎＳｂ系など）の使用が求められるようになっている。

しかし、現在提案されている鉛フリーはんだは、鉛を含むはんだと同程度に融点は高いが、比較して伸びが足りないもの、あるいは、鉛を含むはんだと同程度に高い伸び性を有しているが、比較して融点が低いもの、であり、ダイボンドはんだに求められる上記の２つの要請に十分に応えうるものではない。

一方において、ダイパッド上に塗布されたダイボンドはんだの上にダイを載置し、ダイボンドはんだをリフローさせることで、ダイパッドとダイボンドはんだとダイとを一体化するようにした半導体装置において、リフローしたはんだがダイパッド上から流出して、ダイパッドと他の電極とがショートしてしまうのを回避する目的で、ダイパッドのダイを載置する第１のメッキ膜の周囲に離間して、ダイボンドはんだの流出防止用の第２のメッキ膜を設け、第１のメッキ膜からオーバーフローしたダイボンドはんだを両メッキ間のスペースで流出防止するようにした回路装置が特許文献１に記載されている。

特開２００４−０７１８９９号公報

本発明者は、鉛フリーはんだ、特に、鉛を含むはんだと同程度に高い伸び性を有しているが比較して融点が低い鉛フリーはんだを、ダイボンドはんだとして用いてダイパッド上にダイを固定したものについて、後工程でのリフロー処理においてダイボンドはんだが溶融したときに、ダイとダイボンドはんだとダイパッドとの間に生じる現象について多くの実験を行うことにより、溶融したダイボンドはんだが、ダイパッドとダイの間から一部流失してしまうことが起こることを知見した。この場合、リフロー炉を出て温度が下がった後で、ダイとダイパッドとの間にボイドが生じることとなり、接合信頼性が失われてしまうので、上記の流失は解決すべき課題であることを認識した。

特許文献１に記載のように、ダイボンドはんだの流出防止用の第２のメッキ膜を設け、第１のメッキ膜からオーバーフローしたダイボンドはんだを両メッキ間のスペースで流出防止するようにした手段は、他の電極とのショートを回避するには有効であるが、溶融したダイボンドはんだが、ダイパッドとダイの間から流失するのを阻止することはできないので、上記の課題を解決する手段には用いることができない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鉛を含むはんだと同程度に高い伸び性を有しているが、比較して融点が低い鉛フリーはんだをダイボンドはんだとして用いて、ダイパッド上にダイを固定した場合であっても、後工程でのリフロー処理においてダイボンドはんだが溶融したときに、溶融したダイボンドはんだがダイパッドとダイの間から流失するのを阻止できるようにし、それにより、ダイとダイパッドとの間にボイドが形成されるのを回避して、高い接合安定性を備えることができるようにした回路装置を提供することを課題とする。また、そのような回路装置の製造方法を提供することを課題とする。

本発明による回路装置は、ダイパッドに載置するダイの周囲を囲むダム材と、前記ダム材で囲われた内側領域内の全面を満たすように充填されたダイボンドはんだと、前記ダイボンドはんだの上に固定されたダイとを少なくとも備え、ダイボンドはんだが溶融しても溶融したダイボンドはんだは前記ダム材で囲われた内側領域内に留まっていることができることを特徴とする回路装置である。

上記の回路装置では、製造過程でのリフロー時にダイボンドはんだが溶融しても、溶融した状態でダム材で囲われた内側領域内に留まっており、ダイ下面から流失するような挙動はこらない。そのために、ダイ下面にボイドが形成されることはなく、高い接合安定性を持つ回路装置が得られる。そのために、融点は低いが、従来の鉛を含むはんだと同程度に高い伸び性を有してはんだをダイボンドはんだとして用いることが可能であり、回路装置を実装した製品が冷熱サイクルを繰り返す環境に晒されても、ダイボンドはんだが緩衝材として機能することで、ダイパッドとダイとの間に剥離が生じるのも回避できる。

一態様において、本発明による回路装置は、溶融していない状態でダイボンドはんだの上面位置はダイの側面位置の達していることを特徴とする。この態様では、ダイボンドはんだによるダイの固定が一層安定する。

一態様において、本発明による回路装置は、ダイボンドはんだが鉛フリーはんだであることを特徴とする。この態様では、鉛を使用しないという環境的課題に一層適切に対処することができる。

一態様において、本発明による回路装置は、ダム材がダイパッドと同等の熱膨張係数を持つ材料であることを特徴とする。この態様では、リフロー時の高温環境および回路装置を実装した製品が冷熱サイクルを繰り返す環境において、ダム材とダイパッドとの間で剥離が生じるのを確実に阻止することができる。

一態様において、本発明による回路装置は、ダム材が銅合金であることを特徴とする。一般に、ダイパッドには銅合金が用いられており、ダム材にも銅合金を用いることで、両者の熱膨張係数を同じにすることができ、リフロー時の高温環境および回路装置を実装した製品が冷熱サイクルを繰り返す環境において、ダム材とダイパッドとの間で剥離が生じるのを確実にさらに阻止することができる。

本発明による回路装置の製造方法は、ダイパッドに載置するダイの周囲を囲むダム材をダイパッドに形成する工程、前記ダム材で囲われた内側領域内の全面を満たすようにダイボンドはんだを充填する工程、前記充填したダイボンドはんだの上にダイと配置して固定する工程、とを少なくとも有することを特徴とする。

一態様において、本発明による回路装置の製造方法は、ダイボンドはんだを満たす量を、ダイボンドはんだが固定した後の状態で、ダイパッドからダイまでの高さ以上、ダム材の高さ以下の量とすることを特徴とする。

一態様において、本発明による回路装置の製造方法は、ダイボンドはんだとして鉛フリーはんだを用いることを特徴とする。

一態様において、本発明による回路装置の製造方法は、ダイパッドのプレス加工またはダイパッドへの別部材の貼り付けによってダム材をダイパッドに形成することを特徴とする。

本発明によれば、ダイボンドはんだとして、例えば鉛を含むはんだと同程度に高い伸び性を有しているが比較して融点が低い鉛フリーはんだを用いながら、リフロー時にダイボンドはんだの溶融が生じても、ダイとダイパッドとの間にダイボンドはんだの流失に起因するボイドの発生がなく、それにより、ダイとダイパッドの間での高い接合安定性を備えた回路装置が得られる。また、高い伸び性を備えたダイボンドはんだを用いることで、回路装置を実装した製品が冷熱サイクルを繰り返す環境に晒されても、ダイボンドはんだが緩衝材として機能することで、ダイパッドとダイとの間に剥離が生じるのを回避できる回路装置が得られる。

本発明による回路装置の一例を説明する概略断面図。 従来の回路装置の一例を説明する概略断面図。

図１を参照して、本発明による回路装置の一実施の形態をその製造プロセスとともに説明する。なお、本発明による回路装置１は、ダイパッド１２に載置するダイ１１の周囲を囲むダム材２が、ダイパッド１２に形成されている点を除き、他の構成は、図２に基づき説明した回路装置１０と同じであってよい。したがって、図２に示した回路装置１０の部材と同じ部材には、図１において同じ符号を付すことで、詳細な説明は省略する。

回路装置１の製造に当たり、銅合金のような高い導電性を備えた金属板から、ダイパッド１２を備えたリードフレーム１３を、打ち抜き加工などによって形成する。つぎに、好ましくはダイパッド１２と同じ線膨張係数を持つ材料を用いて、ダイ１１が載置される領域の周囲に、ダム材２を形成する。材料は、ダイパッド１２すなわちリードフレーム１３を形成する材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。同じ材料でダム材２を形成する場合には、打ち抜き加工と同時に行う押し出し加工によって、ダイパッド１２と一体成形してもよい。別の部材を用いる場合には、ろう付けまたは接着剤のように接合材を用いてダイパッド１２上の所定位置に貼り付けてダム材２を形成する。いずれの場合にも、接合材は、後のリフロー工程での熱に耐えることは必須であり、ダイ１１とダイパッド１２に腐食等の有害な変質を与えないことが望ましい。さらに、ダイパッド１２と同程度の線膨張係数を有することが望ましい。そのような接合剤の具体例として、銅ろう付けを挙げることができる。

ダム材２の高さは、ダイ１１を安定的に固定できる量のダイボンドはんだ２０をダム材２で囲われた内側領域内の全面に収容できる高さがあればよく、ダイ１１の大きさや高さを考慮して、実験的に定めればよい。

用いるダイボンドはんだ２０に特に制限はないが、環境負荷を低減するために鉛フリーはんだであることが好ましい。また、ダイ１１とダイパッド１２との線膨張差による応力を吸収するために、従来の鉛はんだ並みの伸びを持つはんだであることが好ましい。

また、用いるダイボンドはんだ２０は、可能な限り融点が高いことが望ましいが、ダム材２を形成したことにより、溶融温度が後のリフロー処理時の温度以下の材料であっても差し支えない。さらに、溶融時の粘度が高い方が、溶融したときにダイ１１の姿勢を不安定化させないことから、望ましい。ダイボンドはんだ２０の好ましい例として、ＳｎＳｂ系鉛フリーはんだ、ＳｎＺｎ系鉛フリーはんだ、ＢｉＡｇ系鉛フリーはんだ、などを挙げることができる。

次に、充填したダイボンドはんだ２０の上に、従来と同等品であるダイ１１をダイボンドはんだ２０にてダイパッド１２上に固定する。以下、従来の回路装置１０の場合と同じように、ボンディングワイヤ１４の配線、パッケージ樹脂１６による被覆などの処理を行い、本発明による回路装置１とされる。

なお、本発明による回路装置１において、図１に示すように、溶融していない状態でダイボンドはんだ２０の上面位置がダイ１１の側面位置に達して態様は、ダイ１１の固定を安定化する観点から好ましい。しかし、ダイボンドはんだ２０の表面に単に乗っている態様でも構わない。また、ダム材２で囲われた内側領域内にダイボンドはんだ２０を満たす量は、ダイボンドはんだ２０がダイ１１を固定した後の状態で、ダイパッド１２からダイ１１の下面までの高さ以上であり、ダム材２の高さ以下の量とすることが望ましい。

上記の本発明による回路装置１０では、その製造過程でのリフロー処理において、ダイボンドはんだ２０がその融点を超えた温度環境に晒される場合が生じても、溶融したダイボンドはんだ２０はダム材２で囲われた内側領域内にそのまま留まっており、ダム材２の外には流失しない。ダイ１１も溶融したダイボンドはんだ２０の上にそのまま留まっており、移動することもない。そのために、リフロー後の冷却でダイボンドはんだ２０が再凝固すると、ダイ１１とダイパッド１２はダイボンドはんだ２０によりしっかりと固定される。そのときに、ダイ１１の裏面にダイボンドはんだ２０の流失に伴うボイドが形成されることはない。

また、ダイボンドはんだ２０として、従来の鉛はんだ並みの例えば４０％程度以上の伸びを持つはんだを用いる場合には、回路装置１０を実装した製品が冷熱サイクルを繰り返す環境に晒されても、ダイボンドはんだ２０ダイ１１とダイパッド１２との線膨張差による応力を吸収するために、両者間に剥離が生じることはなく、高い品質精度の回路装置１が得られる。

１…本発明による回路装置、
２…ダイパッドに載置するダイの周囲を囲むダム材、
１１…ダイ（半導体素子）
１２…ダイパッド、
１３…リードフレーム、
１４…ボンディングワイヤ、
１５…インナーリード、
１６…パッケージ樹脂、
１７…アウターリード、
２０…ダイボンドはんだ。

Claims (9)

1. ダイパッドに載置するダイの周囲を囲むダム材と、前記ダム材で囲われた内側領域内の全面を満たすように充填されたダイボンドはんだと、前記ダイボンドはんだの上に固定されたダイとを少なくとも備え、ダイボンドはんだが溶融しても溶融したダイボンドはんだは前記ダム材で囲われた内側領域内に留まっていることができることを特徴とする回路装置。
2. 溶融していない状態でダイボンドはんだの上面位置はダイの側面位置に達していることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. ダイボンドはんだが鉛フリーはんだであることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
4. ダム材がダイパッドと同等の熱膨張係数を持つ材料であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回路装置。
5. ダム材が銅合金であることを特徴とする請求項４に記載の回路装置。
6. ダイパッドに載置するダイの周囲を囲むダム材をダイパッドに形成する工程、前記ダム材で囲われた内側領域内の全面を満たすようにダイボンドはんだを充填する工程、前記充填したダイボンドはんだの上にダイと配置して固定する工程、とを少なくとも有することを特徴とする回路装置の製造方法。
7. ダイボンドはんだを満たす量を、ダイボンドはんだが固定した後の状態で、ダイパッドからダイまでの高さ以上、ダム材の高さ以下の量とすることを特徴とする請求項６に記載の回路装置の製造方法。
8. ダイボンドはんだとして鉛フリーはんだを用いることを特徴とする請求項６または７に記載の回路装置の製造方法。
9. ダイパッドのプレス加工またはダイパッドへの別部材の貼り付けによってダム材をダイパッドに形成することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の回路装置の製造方法。

Images