JP2011249636A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
パワーMOSFETやIGBT等を構成する半導体チップは、大電流の制御に使用されることから自己発熱により温度が大きく上昇する場合があり、放熱性の改善が求められている。そのため、2枚の配線基板の向かい合う面をそれぞれ実装面とし、その間に半導体チップが挟まれて配置され、その外側の両面から放熱されるように構成された半導体装置が提案されている。
そのような半導体装置の一例が特開平10−56131号公報に紹介されている。この公報に示された発明では、一方の配線基板の実装面に凸部を設け、他方の配線基板の実装面に上記凸部が嵌合する凹部を設けて、一方の凸部を他方の凹部に接合する。これにより、凸部がスペーサとなり2枚の配線基板の間隔が保持されるとともに、該2枚の配線基板の接合位置が決められる。
Since semiconductor chips constituting power MOSFETs, IGBTs, and the like are used for controlling a large current, the temperature may increase greatly due to self-heating, and improvement in heat dissipation is required. Therefore, there has been proposed a semiconductor device configured such that two facing surfaces of the two wiring boards are used as mounting surfaces, a semiconductor chip is disposed between them, and heat is radiated from both outer surfaces.
An example of such a semiconductor device is introduced in Japanese Patent Laid-Open No. 10-56131. In the invention disclosed in this publication, a convex portion is provided on the mounting surface of one wiring board, a concave portion in which the convex portion is fitted is provided on the mounting surface of the other wiring substrate, and one convex portion is replaced with the other concave portion. To join. As a result, the convex portion serves as a spacer, the distance between the two wiring boards is maintained, and the joining position of the two wiring boards is determined.
半導体チップの実装不良を低減するには、該2枚の配線基板の実装面の間に半導体チップを配置する際、高い位置決め精度が要求される。このため、各実装面には、上記凹凸部の形状及び位置を高精度に加工する必要がある。しかしながら、上記特許文献の発明では、その高精度の加工には煩雑な作業を伴うとともに、該配線基板の広い範囲に加工を施す場合があり、製造時のコストが高くなるといったことから、さらに改善すべき課題となっている。 In order to reduce mounting defects of the semiconductor chip, high positioning accuracy is required when the semiconductor chip is disposed between the mounting surfaces of the two wiring boards. For this reason, it is necessary to process the shape and position of the uneven portion on each mounting surface with high accuracy. However, in the invention of the above-mentioned patent document, the high-precision processing involves complicated work, and processing may be performed on a wide range of the wiring board, which further increases the manufacturing cost. It is an issue that should be done.
そこで、本発明は、半導体チップを挟む2枚の配線基板の間隔を一定に保持するとともに、該2枚の配線基板の接合位置を高精度に決めることのできる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device that can maintain a constant interval between two wiring boards sandwiching a semiconductor chip and determine the bonding position of the two wiring boards with high accuracy. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を備える。
請求項1に記載の発明は、第1の孔部を有する第1の配線基板と、前記第1の孔部に対向する位置に第2の孔部を有する第2の配線基板と、前記第1及び第2の孔部の孔径よりも大きい径を有し、前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間、且つ前記第1の孔部及び前記第2の孔部に設置され、前記第1及び第2の配線基板とそれぞれ接合された少なくとも1つの金属球と、前記金属球の隣に間隔をおいて、前記第1の配線基板上に実装された第1の半導体チップとを備えたものである。
請求項2に記載の発明は、前記第1の配線基板上に、さらに第2の半導体チップが実装され、前記金属球は、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとの間に設置されたものである。
請求項3に記載の発明は、前記金属球は、一部が凸又は凹状に変形した略球形、又は端部が曲面を有する円柱形のいずれかを含む形状とするものである。
請求項4に記載の発明は、前記金属球は、銅コア材に半田層をコーティングした銅コア半田ボールからなるものである。
請求項5に記載の発明は、前記半導体装置は放熱部を備えており、前記金属球は、前記第1の配線基板または第2の配線基板を介して、前記放熱部と隣り合う位置に設けられたものである。
請求項6に記載の発明は、回転機器及び前記回転機器の動作を制御する制御部を備えた工作機械又はロボットの駆動装置において、前記制御部には請求項1又は2記載の半導体装置を備えたものである。
請求項7に記載の発明は、直流電力から交流電力を電気的に生成する回路を備えたインバータ装置において、前記回路には請求項1又は2記載の半導体装置を備えたものである。
請求項8に記載の発明は、第1の配線基板及び第2の配線基板を準備する工程と、前記第1及び第2の配線基板にそれぞれ第1の孔部及び第2の孔部を設ける工程と、前記第1又は第2の配線基板のいずれかに半導体チップを実装するとともに、前記第1又は第2の孔部の一方の孔部に金属球を設置して、前記金属球が設置された前記第1又は第2の配線基板の一方の配線基板と前記金属球とを接合材により接合する工程と、前記金属球を他方の孔部に設置することにより、前記第1の孔部と第2の孔部を対向させて前記第1の配線基板及び第2の配線基板の位置を整合する工程と、前記金属球と他方の配線基板とを接合材により接合する工程とを有するものである。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
The invention according to claim 1 is a first wiring board having a first hole, a second wiring board having a second hole at a position facing the first hole, and the first wiring board. The first and second holes have a diameter larger than that of the first and second holes, and are installed between the first wiring board and the second wiring board and in the first hole and the second hole. And at least one metal sphere bonded to each of the first and second wiring boards, and a first semiconductor chip mounted on the first wiring board at an interval next to the metal spheres It is equipped with.
According to a second aspect of the present invention, a second semiconductor chip is further mounted on the first wiring board, and the metal sphere is interposed between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. It is installed.
According to a third aspect of the present invention, the metal sphere has a shape including any one of a substantially spherical shape partially deformed into a convex shape or a concave shape, or a cylindrical shape whose end portion has a curved surface.
According to a fourth aspect of the present invention, the metal ball comprises a copper core solder ball in which a solder layer is coated on a copper core material.
According to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor device includes a heat radiating portion, and the metal sphere is provided at a position adjacent to the heat radiating portion via the first wiring board or the second wiring board. It is what was done.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a driving device for a machine tool or a robot provided with a rotating device and a control unit that controls the operation of the rotating device, and the control unit includes the semiconductor device according to the first or second aspect. It is a thing.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an inverter device including a circuit that electrically generates alternating current power from direct current power, wherein the circuit includes the semiconductor device according to the first or second aspect.
The invention according to claim 8 is the step of preparing the first wiring board and the second wiring board, and the first hole portion and the second hole portion are provided in the first wiring board and the second wiring board, respectively. A semiconductor chip is mounted on either the first or second wiring board, and a metal sphere is installed in one of the first or second hole, and the metal sphere is installed A step of bonding one wiring board of the first or second wiring board and the metal sphere with a bonding material, and placing the metal sphere in the other hole, thereby providing the first hole. And a step of aligning the positions of the first wiring substrate and the second wiring substrate with the second hole facing each other, and a step of bonding the metal sphere and the other wiring substrate with a bonding material. It is.
本発明によれば、半導体チップを挟む2枚の配線基板の間隔を一定に保持するとともに、該2枚の配線基板の接合位置を高精度に決めることができる。 According to the present invention, the distance between two wiring boards sandwiching a semiconductor chip can be kept constant, and the joining position of the two wiring boards can be determined with high accuracy.
以下、本実施例では、パワーMOSFETとなる半導体チップを搭載し、高周波大電流対応の3相インバータ用半導体装置(以下、「インバータモジュール」と称す)に適用した構成について、図1〜図3を用いて説明する。本実施形態で参酌する図面では、発明の理解を容易にするため各要素が模式的に示されており、説明に不要な構成については省略されることもある。また、前出の要素と同じ要素に同一符号を付すことにより、その説明が省略されることもある。 Hereinafter, in this embodiment, a semiconductor chip to be a power MOSFET is mounted, and a configuration applied to a semiconductor device for a three-phase inverter (hereinafter referred to as an “inverter module”) compatible with high frequency and large current is shown in FIGS. It explains using. In the drawings referred to in the present embodiment, each element is schematically shown in order to facilitate understanding of the invention, and components unnecessary for description may be omitted. Moreover, the description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the same element as the above-mentioned element.
図1(a)は、インバータモジュール1の側断面図であり、第1相の構成について示されている。また、図1(b)は、インバータモジュール1の全体を示す上面図である。さらに、図2は、図1のように構成されたインバータモジュール1の第1相における等価回路を示している。 FIG. 1A is a side sectional view of the inverter module 1 and shows the configuration of the first phase. FIG. 1B is a top view showing the entire inverter module 1. Further, FIG. 2 shows an equivalent circuit in the first phase of the inverter module 1 configured as shown in FIG.
インバータモジュール1は、第1の配線基板10と第2の配線基板20との間に挟まれて実装された第1の半導体チップ100及び第2の半導体チップ200を有している。さらに、インバータモジュール1は、第1の配線基板10と第2の配線基板20に接合された金属球30を備えており、この金属球30は半導体チップ100と半導体チップ200との間に配置されている。ちなみに、本実施例における第1の配線基板10と第2の配線基板20の間隔は、およそ500μmである。
また、第1の配線基板10の下面及び第2の配線基板20の上面には、第1の半導体チップ100及び第2の半導体チップ200で生じた熱を外部の大気または冷却水等の冷却媒体に放散するための放熱部40が設置されている。
なお、第1及び第2の配線基板10、20は、第1及び第2の半導体チップ100、200との間に作用する熱応力の低減と放熱性の向上のために、窒化珪素もしくは窒化アルミニウムなどの低熱膨張係数、且つ、高熱伝導性のものが望ましいが、特にこれに限定されるものではない。
The inverter module 1 includes a
Further, on the lower surface of the
The first and
第1の半導体チップ100及び第2の半導体チップ200は、第1の配線基板10と第2の配線基板20の間に、次のように接合されている。
公知の方法により矩形板状に形成された第1及び第2の半導体チップ100、200の上面には、ドレイン電極101、201が配置され、下面にはソース電極102、202、及びゲート電極103、203がそれぞれ配置されている。この場合、ドレイン電極101、201、及びソース電極102、202は主電極となり、ゲート電極103、203は制御電極となる。また、ドレイン電極101、201は、第2の配線基板20の電極パターン22、23と半田52で接合され、ソース電極102、202は第1の配線基板10の電極パターン12、13と、ゲート電極103、203は電極パターン14、15と半田50によりそれぞれ接合されている。
The
金属球30は、第1の配線基板10と第2の配線基板20の間に、次のように接合されている。
第1の配線基板10及び第2の配線基板20には、それぞれ第1の孔部11、及び第2の孔部21が設けられており、それらの中心線上に球の中心が位置するように金属球30が設置されている。金属球30は、第1及び第2の配線基板10、20の間隔を一定に保持するスペーサとしての機能を有しており、第1及び第2の孔部11、21の孔径は金属球30の径よりも小さい寸法となっている。また、第1の孔部11及び第2の孔部21の孔径は、同じ寸法であっても異なる寸法であっても支障はない。なお、本実施例では第1及び第2の孔部11、21は、それぞれの配線基板が貫通されて形成されており、該貫通孔の断面形状は円形であるが、金属球30が安定して設置されるのであれば、配線基板が貫通されなくとも、凹状あるいは溝状に形成されても良い。
また、第1及び第2の配線基板10、20における金属球30を挟む側の面において、第1の孔部11及び第2の孔部21の周囲には、電極パターン12と導通する電極パターン16、及び電極パターン23と導通する電極パターン24が設けられている。電極パターン16及び電極パターン24は、金属球30とそれぞれ半田51、53により接合されており、電極パターン12と電極パターン23は電気的に接続されて導通状態となっている。
なお、金属球30は、一部が凸又は凹状に変形した略球形、又は端部が曲面を有する円柱形の略球形状であっても良く、電極パターン16及び電極パターン24と金属球30を半田51、53で接合する際、接合強度を高めるために半田51、53が付着した部分は小さな凹凸ができる場合があるが、所定の接合強度、通電容量、絶縁距離、及び基板間隔が確保されるように接合されていれば特に支障はない。
さらに、金属球30について、銅コア材に半田層をコーティングした銅コア半田ボールは、高精度寸法の銅コア材に高精度の厚さで半田がコーティングされているので、第1の配線基板10と第2の配線基板20との間隔を高い精度で保持することができる。また、半田付けの作業及び半田付着量の調整が容易になるとともに、半田付け性のばらつきが減少し、接合強度が安定する。
The
The
In addition, on the surface of the first and
The
Further, as for the
図1(b)において、3相のインバータモジュールは、第1の半導体チップ100と第2の半導体チップ200との間に金属球30を配置した第1相と同様の構成を3列平行に配置することにより第2及び第3相の配置を行う。このように配置することにより、第1の配線基板10及び第2の配線基板20との間隔は一定に保持されるとともにその接合強度は強固になる。また、実装スペースを小さくできるので、インバータモジュールの小型化に寄与することができる。
一方、金属球30は、第1の配線基板10又は第2の配線基板20を介して、温度差の生じ易い放熱部40と隣り合う位置に配置されており、第1及び第2の配線基板10、20が熱によって膨張・収縮する影響を最小限に防止することができる。
なお、本実施例では、第1の半導体チップ100と第2の半導体チップ200との間に1個の金属球30を設置しているが、複数の金属球30を設置することにより、第1の配線基板と第2の配線基板20との接合強度がさらに向上し、その間隔を安定して保持することができる。また、電流容量の増加にも対応することができる。
In FIG. 1B, the three-phase inverter module has a configuration similar to the first phase in which the
On the other hand, the
In the present embodiment, one
図2において、電極パターン22から電極パターン13に至る電気回路が構成されており、上述したようにソース電極102、電極パターン12、16、金属球30、電極パターン24、23、及びドレイン電極201は電気的に同電位である。
また、第1の半導体チップ100と第2の半導体チップ200との間の中間電位にあるインバータモジュール1の出力端子60が、同電位であるソース電極102からドレイン電極201のいずれかに接続されている。これは第2及び第3相についても同様である。
In FIG. 2, an electric circuit from the
In addition, the
以下、図1及び図2に示されたインバータモジュールの製造方法について、(1)配線基板の準備工程、(2)孔部の加工工程、(3)半導体の実装・金属球の設置工程、(4)配線基板位置整合工程、及び(5)接合工程を、図3に基づいて各工程毎に説明する。 In the following, the method for manufacturing the inverter module shown in FIGS. 1 and 2 includes (1) a wiring board preparation step, (2) a hole processing step, (3) a semiconductor mounting / metal ball installation step, ( 4) The wiring board position alignment step and (5) the bonding step will be described for each step based on FIG.
(1)配線基板の準備工程
図3(a)において、第1の配線基板10及び第2の配線基板20は、窒化珪素もしくは窒化アルミニウム等の板材がベースとなり、第1の半導体チップ100、第2の半導体チップ200を実装する側の面に、銅、タングステン、アルミニウム、銀、モリブデン、またはその他の導体からなる電極パターン12、13、14、15、16、22、23、24が施されて配線基板が準備される。
(1) Preparation Step of Wiring Board In FIG. 3A, the
(2)孔部の加工工程
図3(b)において、第1の配線基板10及び第2の配線基板20の金属球30が設置される位置にそれぞれ第1の孔部11及び第2の孔部21が設けられる。本実施例では、第1の半導体チップ100及び第2の半導体チップ200が設置される中間に金属球30が設置されるため、各半導体チップが所定の位置に実装できるように決められた位置に設定された寸法の孔を設ける。前述したように、それぞれの配線基板を貫通させて形成しても良いが、金属球30が安定して設置されるのであれば、配線基板を貫通しなくとも、凹状あるいは溝状に形成されても良い。
なお、電極パターン16及び24の形状については特に限定しないが、孔の周囲に円形に構成することにより、金属球30との接合面積が広くなり接合強度が向上する。
(2) Hole processing step In FIG. 3B, the
The shape of the
(3)半導体の実装・金属球の設置工程
図3(c)において、第1及び第2の半導体チップ100、200に施されたソース電極102、202、及びゲート電極103、203を、第1の配線基板10の所定の電極パターン12、13、14、15とそれぞれ接合する。この場合、ソース電極102、202、及びゲート電極103、203、もしくは各電極パターン上に予め直径が数十μm程度の半田ボールを用いて半田バンプ(半田50)を形成しておくとこれらを容易に接合することができる。
また、予め電極パターン16に半田ペースト(半田51)を塗布しておき、第1の孔部11に金属球30を設置する。金属球30の一部が第1の孔部11に嵌るように設置されることにより、金属球30の設置位置が決められる。
その後、半田の溶融点を超える温度でリフローを行うことにより、第1及び第2の半導体チップ100、200、及び金属球30は、それぞれ第1の配線基板10と半田50、51により接合される。
上記の金属球30については、本実施例では、各半導体チップの実装高さが500μm程度であり、第1の配線基板10と第2の配線基板20との間隔を同寸法に保持するため、予め、第1及び第2の孔部の径を考慮し、その間隔が保持できる直径を有する金属球30を選定しておく。また、銅コアの周囲に数十μmの鉛フリー半田コーティングが施された銅コア半田ボールのような複合材料を用いることにより、半田ペーストを塗布する作業を省略することができる。
なお、本実施例では、第1及び第2の半導体チップ100、200の実装を金属球30を設置する前に行ったが、作業の効率及び信頼性等を考慮することにおいてその順序は自由に変更することができる。
(3) Mounting of Semiconductor / Installation Process of Metal Ball In FIG. 3C, the
In addition, a solder paste (solder 51) is applied to the
Thereafter, by performing reflow at a temperature exceeding the melting point of the solder, the first and
For the
In the present embodiment, the first and
(4)配線基板の位置整合工程
図3(d)において、ドレイン電極101、201の上面、またはそれらと接合される第2の配線基板20の電極パターン22、23にリボン半田(半田52)を配置し、金属球30または第2の配線基板20の電極パターン24に半田ペースト(半田53)を配置する。次に、第2の孔部21に金属球30が設置されるように第2の配線基板20を重ねる。第2の孔部21及び金属球30は、少なくともそれぞれの相ごとに複数設けられているので、各相の第2の孔部21に金属球30が設置されることにより、ドレイン電極101、201の上面と第2の配線基板20の電極パターン22、23はそれぞれ対向する位置に整合される。このように、第1の配線基板10と第2の配線基板20は、容易に高い精度で位置決めが行われる。
なお、上記で用いた半田52、53は、前工程で用いた半田50、51よりも融点の低い半田材を使用することが、その後のリフロー時に前工程の半田の溶融を防止する上で好ましい。
(4) Wiring board position alignment process In FIG. 3D, ribbon solder (solder 52) is applied to the upper surfaces of the
The
(5)接合工程
図3(e)において、半田52、53の溶融点よりも高く、半田50、51の融点よりも低い温度により再度リフローを行う。
以上により、ドレイン電極101、201と電極パターン22、23がそれぞれ接合され、金属球30と電極パターン24が接合されてインバータモジュール1が形成される。
(5) Joining step In FIG. 3E, reflow is performed again at a temperature higher than the melting point of the
Thus, the
(3)の半導体の実装・金属球の設置工程において、金属球30は、第2の孔部21に設置して第2の配線基板20と接合しても良く、この場合は、(4)の配線基板の位置整合工程において、第1の孔部11に金属球30が設置されるように第2の配線基板20を重ねて第1の配線基板10と第2の配線基板20の位置決めを行う。その後、ドレイン電極101、201が第2の配線基板20と接合されるのと同時に、金属球30と第1の配線基板10とが接合される。このときの半田材の選定及びリフロー温度は適宜調整すれば良い。
In the semiconductor mounting / metal sphere installation step of (3), the
その後、さらにモジュールの補強を行うために、第1の配線基板10と第2の配線基板20との間の空隙に絶縁樹脂を封入することもある。また、第1の配線基板10の下面及び第2の配線基板20の上面に放熱部40を設けることにより、半導体チップから発熱した熱を効率的に外部に放散することができる。さらに、金属球30を、第1の配線基板10又は第2の配線基板20を介して、温度差の生じ易い放熱部40と隣り合う位置に配置することにより、基板の強度がさらに向上する。このため、熱膨張・収縮による配線基板の反り等の形状の変形を最小限に防止することができる。
Thereafter, in order to further reinforce the module, an insulating resin may be sealed in the gap between the
本発明に関する上述の詳細な説明を添付図面と併せて参酌すれば、第1の配線基板10と第2の配線基板20に設けた第1の孔部11及び第2の孔部21に、金属球30を設置するといった単純な形状且つ容易な作業により、半導体チップを挟む2枚の配線基板の間隔を一定に保持するとともに、該2枚の配線基板の接合位置を高精度に決めることができる。各孔部または金属球30のサイズを変更することにより、2枚の配線基板の間隔を容易に調整することもできる。
また、金属球30を電気回路の一部として適用することにより、電流容量の増加にも容易に対応でき、実装スペースを小さくできるので、インバータモジュールの小型化にも寄与することができる。さらに、金属球30は、一部が凸又は凹状に変形した略球形、又は端部が曲面を有する円柱形の略球形状であっても良いので、材料の選定が容易になり、コスト面においても安価になる。なお、金属球30については、銅コア材に半田層をコーティングした銅コア半田ボールを用いることにより、該2枚の配線基板の間隔を高い精度で保持することができるとともに、半田付けの作業及び半田付着量の調整が容易になり、安定した強固な半田接合を行うことができるので、信頼性の向上にも寄与することとなる。
さらに、金属球30を、第1の配線基板10又は第2の配線基板20を介して、温度差の生じ易い放熱部40と隣り合う位置に配置することにより、基板の接合強度が向上し、熱膨張・収縮による配線基板の反り等の形状の変形を最小限に防止することができる。
When the above detailed description of the present invention is taken in conjunction with the accompanying drawings, the
Further, by applying the
Furthermore, by arranging the
本実施形態では、パワーMOSFETを備えるインバータモジュールを構成する半導体装置について説明した。上述する説明を参酌すれば、IGBTやその他の半導体デバイスにより構成される半導体装置についても同じように構成することができ、同様の効果が得られる。 In this embodiment, the semiconductor device which comprises an inverter module provided with power MOSFET was demonstrated. In consideration of the above description, a semiconductor device including an IGBT and other semiconductor devices can be configured in the same manner, and the same effect can be obtained.
また、本発明により、高発熱環境下における良好な放熱性、配線基板同士の高い接合強度や高い位置決め精度等から得られる高い信頼性、及びコンパクト性等が要求される分野への適用が可能となる。
例えば、高周波大電流対応のインバータへの適用、耐振動性やコンパクトさが要求される車載用インバータへの適用が実現できる。あるいは、耐熱性、耐振動性及びコンパクト性が要求されるロボットアームの内部に制御用の半導体装置として、本発明の半導体装置を搭載することも可能になる。
In addition, according to the present invention, it is possible to apply to fields that require good heat dissipation in a high heat generation environment, high reliability obtained from high bonding strength between wiring boards, high positioning accuracy, etc., and compactness. Become.
For example, the present invention can be applied to an inverter for high frequency and large current, and to an in-vehicle inverter that requires vibration resistance and compactness. Alternatively, the semiconductor device of the present invention can be mounted as a control semiconductor device inside a robot arm that requires heat resistance, vibration resistance, and compactness.
本発明は、工作機械、ロボット、一般産業機械等に使用されるサーボドライブ装置、インバータ装置、または一般的なスイッチング電源等の電力変換装置を構成する半導体装置に適用できる。 The present invention can be applied to a semiconductor device constituting a power conversion device such as a servo drive device, an inverter device, or a general switching power source used in a machine tool, a robot, a general industrial machine, or the like.
1 インバータモジュール
10 第1の配線基板
20 第2の配線基板
30 金属球
40 放熱部
50 半田
60 出力端子
100 第1の半導体チップ
200 第2の半導体チップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、第1の孔部を有する第1の配線基板と、前記第1の孔部に対向する位置に第2の孔部を有する第2の配線基板と、前記第1及び第2の孔部の孔径よりも大きい径を有し、前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間、且つ前記第1の孔部及び前記第2の孔部に設置され、前記第1及び第2の配線基板とそれぞれ接合された少なくとも1つの金属球と、前記金属球の隣に間隔をおいて、前記第1の配線基板上に実装された第1の半導体チップとを備えた半導体装置が適用される。
また、前記第1の配線基板上に、さらに第2の半導体チップが実装され、前記金属球は、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとの間に設置されてもよい。
また、前記半導体装置は放熱部を備えており、前記金属球は、前記第1の配線基板または第2の配線基板を介して、前記放熱部と隣り合う位置に設けられてもよい。
また、前記金属球は、一部が凸又は凹状に変形した略球形、又は端部が曲面を有する円柱形のいずれかを含む形状としてもよい。
また、前記金属球は、銅コア材に半田層をコーティングした銅コア半田ボールからなるものであってもよい。
また、回転機器及び前記回転機器の動作を制御する制御部を備えた工作機械又はロボットの駆動装置において、前記制御部には請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置を備えてもよい。
また、直流電力から交流電力を電気的に生成する回路を備えたインバータ装置において、前記回路には請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置を備えてもよい。
また、本発明の他の観点によれば、第1の配線基板及び第2の配線基板を準備する工程と、前記第1及び第2の配線基板にそれぞれ第1の孔部及び第2の孔部を設ける工程と、前記第1又は第2の配線基板のいずれかに半導体チップを実装するとともに、前記第1又は第2の孔部の一方の孔部に金属球を設置して、前記金属球が設置された前記第1又は第2の配線基板の一方の配線基板と前記金属球とを接合材により接合する工程と、前記金属球を他方の孔部に設置することにより、前記第1の孔部と第2の孔部を対向させて前記第1の配線基板及び第2の配線基板の位置を整合する工程と、前記金属球と他方の配線基板とを接合材により接合する工程とを有する半導体装置の製造方法が適用される。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a first wiring board having a first hole and a second hole having a second hole at a position opposite to the first hole. Two wiring boards and a diameter larger than the hole diameters of the first and second holes, between the first wiring board and the second wiring board, and between the first holes and At least one metal sphere installed in the second hole and bonded to each of the first and second wiring boards, and on the first wiring board with an interval next to the metal sphere. A semiconductor device including a mounted first semiconductor chip is applied.
Further, the first wiring board is further a second semiconductor chip is mounted, the metallic ball may be disposed between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip.
The semiconductor device may include a heat dissipation portion, and the metal sphere may be provided at a position adjacent to the heat dissipation portion via the first wiring board or the second wiring board.
The metal ball is substantially spherical portion is deformed in a convex or concave shape, or the end portion may be a shape including one of a cylindrical shape having a curved surface.
The metal ball may it der made of copper core solder balls coated with solder layer on the copper core member.
Moreover, in the drive device of the machine tool or robot provided with the control part which controls operation | movement of the rotating equipment and the said rotating equipment, the said control part may be provided with the semiconductor device in any one of Claims 1-5. .
Moreover, the inverter apparatus provided with the circuit which produces | generates alternating current power from direct current power may be provided with the semiconductor device in any one of Claims 1-5 in the said circuit .
According to another aspect of the present invention, a step of preparing a first wiring board and a second wiring board, and a first hole portion and a second hole in the first wiring board and the second wiring board, respectively. A step of providing a portion, mounting a semiconductor chip on either the first or second wiring board, and installing a metal ball in one hole portion of the first or second hole portion, A step of bonding one wiring board of the first or second wiring board on which the sphere is installed and the metal sphere with a bonding material; and installing the metal sphere in the other hole, thereby A step of aligning the positions of the first wiring board and the second wiring board with the hole part and the second hole part facing each other, and a step of joining the metal sphere and the other wiring board with a bonding material; A method for manufacturing a semiconductor device having the above is applied.
Claims (8)
前記第1の孔部に対向する位置に第2の孔部を有する第2の配線基板と、
前記第1及び第2の孔部の孔径よりも大きい径を有し、前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間、且つ前記第1の孔部及び前記第2の孔部に設置され、前記第1及び第2の配線基板とそれぞれ接合された少なくとも1つの金属球と、
前記金属球の隣に間隔をおいて、前記第1の配線基板上に実装された第1の半導体チップとを備えたことを特徴とする半導体装置。 A first wiring board having a first hole;
A second wiring board having a second hole at a position facing the first hole;
The first and second hole portions have a diameter larger than the hole diameters of the first and second hole portions, between the first wiring substrate and the second wiring substrate, and between the first hole portion and the second hole portion. And at least one metal sphere bonded to each of the first and second wiring boards,
A semiconductor device comprising: a first semiconductor chip mounted on the first wiring board at an interval next to the metal sphere.
前記第1及び第2の配線基板にそれぞれ第1の孔部及び第2の孔部を設ける工程と、
前記第1又は第2の配線基板のいずれかに半導体チップを実装するとともに、前記第1又は第2の孔部の一方の孔部に金属球を設置して、前記金属球が設置された前記第1又は第2の配線基板の一方の配線基板と前記金属球とを接合材により接合する工程と、
前記金属球を他方の孔部に設置することにより、前記第1の孔部と第2の孔部を対向させて前記第1の配線基板及び第2の配線基板の位置を整合する工程と、
前記金属球と他方の配線基板とを接合材により接合する工程とを有することを特徴とする半導体装置の実装方法。 Preparing a first wiring board and a second wiring board;
Providing a first hole and a second hole in the first and second wiring boards, respectively;
The semiconductor chip is mounted on either the first or second wiring board, a metal sphere is installed in one of the first or second hole, and the metal sphere is installed. Bonding one wiring board of the first or second wiring board and the metal sphere with a bonding material;
A step of aligning the positions of the first wiring board and the second wiring board by placing the metal sphere in the other hole portion so that the first hole portion and the second hole portion are opposed to each other;
A method of mounting a semiconductor device, comprising the step of bonding the metal sphere and the other wiring board with a bonding material.
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