JP2012129336A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体モジュールなどの半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a semiconductor module and a manufacturing method thereof.
図14は、従来のパワー半導体モジュール700の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。また、図15は、図14で示す半導体チップ55をIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)チップとした場合の導電パターン53に配置した要部平面図である。点線の丸67はポストピン57の位置を示す。
14A and 14B are configuration diagrams of a conventional
図14において、パワー半導体モジュール700は、冷却ベース52と、冷却ベース52に直接あるいは半田等接合材を介して表・裏面が固着する導電パターン付絶縁基板51と、導電パターン53に半田54を介して裏面が固着される半導体チップ55と、半導体チップ55の表面に半田56を介して固着されるポストピン57と、導電パターン53の凹部58に半田54で固着される外部端子59と、ポストピン57が固着するポストピン付プリント基板60と、外部端子59が貫通するポストピン付プリント基板60の貫通孔61から構成される。ポストピン付プリント基板60の表側には導電パターン62が形成されている。尚、図中の63はゲートパッド55bへ電気的に接続する外部端子59と導電パターン62を電気的に接続し固定する半田である。
In FIG. 14, a
このパワー半導体モジュール700は、半導体チップ55を導電パターン付絶縁基板51に半田54で接合し、半導体チップ55の表面電極(ゲートパッド55b,エミッタ電極パッド55a)との電気配線をポストピン付プリント基板60のポストピン57で行なう構造となっている(例えば、特許文献5参照)。
In this
図16は、図14のパワー半導体モジュールの製造方法であり、同図(a)〜同図(c)は工程順に示した要部製造工程断面図である。
同図(a)において、カーボン治具71の凹部72に半導体チップ55を入れ、半導体チップ55上に半田56を載置する。その上からポストピン付プリント基板60をカーボン治具71に挿入して半田56上にポストピン57の先端を接触させる。
FIG. 16 shows a method of manufacturing the power semiconductor module of FIG. 14, and FIGS. 16A to 18C are cross-sectional views of the main part manufacturing process shown in the order of steps.
In FIG. 2A, the
つぎに、同図(b)において、同図(a)の組立品をリフロー炉で半田56を溶融し、固化して、半導体チップ55の表面電極(ゲートパッド55b,エミッタ電極パッド55a)とポストピン57の先端を固着する。続いて、導電パターン付絶縁基板51を別のカーボン治具73に入れ、導電パターン53上に半田54を載置し、その上から半導体チップ55の付いたポストピン付プリント基板60をカーボン治具73に挿入して、半田54と半導体チップ55の裏面を接触させる。また、外部端子59をポストピン付プリント基板60の貫通孔61を通して導電パターン53上の凹部58内の半田54に接触させる。
Next, in FIG. 4B, the assembly of FIG. 6A is melted and solidified by
つぎに、同図(c)において、同図(b)の組立品をリフロー炉で半田54、56を溶融し、固化して、半導体チップ55の裏面および外部端子59を導電パターン53に固着する。その後、フロー炉から組立品を取り出して、樹脂64で封止した後、裏面の厚い冷却ベース52を研削して平坦にして完成する。
Next, in FIG. 4C, the assembly of FIG. 4B is melted and solidified by a reflow furnace, and the back surface of the
また、特許文献1では、セラミック基板と金属板との接合基板において金属板上の半導体チップ搭載部の周囲を半田の厚さすることで、半導体チップを固着する半田が流れたり、半導体チップの位置ずれを防止したりすることが記載されている。
Further, in
また、特許文献2では、金属ベースに半導体チップが搭載された半導体モジュールにおいて、金属ベースの打ち抜き加工と同時に、半導体チップが搭載される所定位置に凹部を形成することで、安価な方法で半導体チップの位置決めができることが記載されている。
Further, in
また、特許文献3では、基板上に実装すべき半導体チップの底面全体を半田を介して接合するための半導体チップ半田付け用ランドパターンをソルダーレジストで形成し、前記半導体チップ底面の4隅部にほぼ一致する角部と、前記半導体チップ底面の各辺に対応して各辺より外側に突出する半田溜め部(逃がし部)を有するパターンとする。こうすることで、位置決め用の治具を用いることなくセルフアライメント効果を用いて半導体チップの位置決めを行なうことで、簡単な構成で半導体チップを所定の位置に高精度で位置決めできることが記載されている。
Further, in
また、特許文献4では、ヒートスプレッダ上には、溶融した半田の不要な広がりを防止するために、半導体チップの周囲を取り囲むように溶融した半田の流れを堰き止める半田ダム(ダム内が半田溜め部)を凸状に設ける。この凸部の高さは半田の厚さ程度である。また、この凸状の半田ダムのうち、矩形状の半導体チップの辺部にはこれに沿うように直線状な凸部を形成する。角部には半導体チップの角部から離れて溶融した半田が外方に広がるように、円状に凸部を形成することで、半導体チップの傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体チップの位置決めをセルフアライメントで行い、簡易かつ安価に制御することができることが記載されている。
Further, in
また、特許文献5では、パワー半導体モジュールなどの半導体装置において、絶縁板の第1の主面に金属箔が形成され、絶縁板の第2の主面に、少なくとも一つの別の金属箔が形成される。また、別の金属箔上に接合された少なくとも一つの半導体チップと、半導体チップが配置された絶縁板の主面に対向するようにプリント基板が配置される。そして、プリント基板の第1の主面に形成された金属箔またはプリント基板の第2の主面に形成された別の金属箔と、半導体チップの主電極とが複数のポスト電極(ポストピン)により電気的に接続される。これにより、高信頼性で、優れた動作特性を有し、且つ高い生産性を有する半導体装置とすることができることが記載されている。
In
また、特許文献6では、第1の半田リフローでプリント基板に導電性ポスト(ポストピン)および外部端子を半田接合しておく。金属箔接合絶縁基板(導電パターン付絶縁基板)に接合された厚金属ブロックの表面には、半導体チップの接合領域の周囲にチップ位置決め手段とする突起が形成され、第2の半田リフロー時に半導体チップの位置決めを行うようにした。これにより、半導体チップは、チップ下半田およびチップ上半田による厚金属ブロックおよび導電性ポストとの半田接合を同時に行うことができることが記載されている。
In
前記の図14のパワー半導体モジュール700では、半導体チップ55とポストピン57の位置合わせはカーボン治具71を介して行なわれる。カーボン治具71の凹部72から半導体チップ55を取り出すために、カーボン治具71の凹部72と半導体チップ55の間には遊び(間隔D1が0.2mm程度)を設ける必要がある。また、カーボン治具71からポストピン付プリント基板60を取り出すために、ポストピン付プリント基板60とカーボン治具71の間にも遊び(間隔D2が0.2mm程度)を設ける必要がある。
In the
また、カーボン治具73から導電パターン付絶縁基板51を取り出すために、導電パターン付絶縁基板51とカーボン治具73の間にも遊び(間隔D3が0.2mm程度)を設ける必要がある。しかし、この遊び(間隔D3)は半導体チップ55と導電パターン53との位置ズレは、導電パターン53が広い面積なので特に問題になることはない。
Further, in order to take out the
前記の図16(a)の工程では、ポストピン57と半導体チップ55の位置ズレはD1+D2=0.4mm程度となる。この位置ズレを起こした状態で図16(b)の工程に入り、リフロー炉で半田54が溶融し、その後固化してポストピン57と半導体チップ55が半田付けされる。そのため、ポストピン57と半導体チップ55の位置ズレは最大で0.4mm程度になる。表面電極で面積が小さなゲートパッド55bとポストピン57の位置ズレも最大で0.4mmとなる。
In the process of FIG. 16A, the positional deviation between the
この位置ズレを起こした状態で、導電パターン53に半導体チップ55が半田54を介して載置される。続いて、リフロー炉で、半導体チップ55上の一度固化した半田56と、半導体チップ55下の半田54が溶融し、その後固化する。このとき、半導体チップ55は半田54,56が溶融する前の位置(初期の位置)に対して位置ズレを起こす。この位置ズレは後述の図17に示すように、最大で0.3mm程度になる。
The
従って、ポストピン57とゲートパッド55bの位置ズレは最大で0.3mm程度+0.4mm程度=0.7mm程度になる。
このように、カーボン治具71、73を用いた場合、半導体チップ55のゲートパッド55bとポストピン57の位置合わせ精度は大幅に低下する。そのため、半導体チップ55の小型化が困難になり、半導体チップ55の高集積化が困難になる。
Therefore, the positional deviation between the
As described above, when the carbon jigs 71 and 73 are used, the alignment accuracy between the
一方、近年、パワー半導体モジュールを高性能化するために、WBG(ワイドバンドギャップ)素子が使用される。その代表例として、高温動作も可能なSiC(炭化珪素)素子が使用されるが、このSiC素子は同一定格においてSi素子に対してサイズが小さくなり、ゲートパッドの大きさやエミッタ電極パッド(MOSFETの場合はソース電極パッド)の大きさが縮小化される。そのため、ポストピンとこれらのパッドとの位置合わせ精度はSi素子に比べて高める必要がある。 On the other hand, in recent years, WBG (Wide Band Gap) elements are used to improve the performance of power semiconductor modules. As a typical example, a SiC (silicon carbide) element capable of high-temperature operation is used, but this SiC element is smaller in size than the Si element at the same rating, and the size of the gate pad and the emitter electrode pad (MOSFET). In this case, the size of the source electrode pad) is reduced. Therefore, the alignment accuracy between the post pins and these pads needs to be higher than that of the Si element.
図17は、従来のパワー半導体モジュールの半導体チップと半田を溶融させる前の初期の位置からの位置ズレを示す図である。
位置ズレの測定は、20個のサンプルで導電パターン53に載置した初期の位置65の中心から半導体チップ55の中心までの距離をX方向とY方向で測定して、その大きい方の値を採用した。図17から位置ズレは0.2mmを中心に0.1mm〜0.3mmまでズレを生じる。
FIG. 17 is a diagram showing a positional deviation from an initial position before melting a semiconductor chip and solder of a conventional power semiconductor module.
The measurement of the positional deviation is performed by measuring the distance from the center of the
前記の特許文献1では、半田のみがはまる段差加工の深さであり、チップ位置決めは半田のセルフアライメント効果に大きく依存する。このセルフアライメントの効果のみによる実装では、チップが段差加工部からはみ出す場合もあり、高精度の位置決めは困難である。
In the above-mentioned
また、特許文献1、2では、半田溜め部(半田ダム)となる拡大加工を有していないため、位置補正がうまく行なわれず、またボイドの増加が懸念される。
また、特許文献3では、半田溜め部(半田逃がす部)の拡大加工の大きさが1mm程度であるため、半導体チップの間の間隔を2mm以上にする必要があり、半導体チップの高密度実装が困難になる。また、半田溜め部をソルダーレジストで形成するため、ソルダーレジストのパターニングにフォトリソグラフィ工程を用いると製造コストが増大する。
Further, in
Further, in
また、特許文献4では、半田ダムをソルダーレジストで形成するため、ソルダーレジストのパターニングにフォトリソグラフィ工程を用いると製造コストが増大する。また、このソルダーレジストの幅は20〜100μmと狭く、また高さが半田の厚さ程度であるため、半田がソルダーレジストを超えてはみ出す可能性がある。そうすると、チップははみ出した半田に引っ張られて、大きく横方向に移動する。つまり、位置ズレが大きくなる可能性がある。
Further, in
また、特許文献5では、前記したように、カーボン治具を用いるので、半導体チップのパッドとポストピンの位置合わせ精度が低い。
また、特許文献6では、導電パターン付絶縁基板上への半導体チップの位置決めを導電パターン付絶縁基板に設けた突起で行なっており、数箇所の突起で半導体チップが押さえられるので、位置決めにおいて半導体チップの回転成分が出易く高精度の位置決めは困難である。
In
Further, in
この発明の目的は、前記の課題を解決して、低コストで位置合わせ精度を向上でき、さらに半導体チップの小型化と高密度実装ができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can solve the above-described problems, can improve the alignment accuracy at a low cost, and can further reduce the size and high-density mounting of a semiconductor chip, and a method for manufacturing the same.
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項1に記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板と、前記導電パターンに配置された平面形状が四角形の凹部と、該凹部に載置され接合材で固着される半導体チップと、該半導体チップ上に接合材で一端が固着される接続導体柱と、該接続導体柱が固着するプリント基板と、前記導電パターンに固着された位置決め兼用の第1外部端子と、前記導電パターンに固着された前記第1外部端子以外の第2外部端子と、前記第1外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される第1貫通孔と、前記第2外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される第2貫通孔とを有する半導体装置において、前記第1外部端子と前記第1貫通孔で前記接続導体柱と前記半導体チップが位置決めされ、前記凹部で前記半導体チップと前記導電パターンが位置決めされ、前記第1貫通孔の大きさが前記第2貫通孔の大きさより小さい構成とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an insulating substrate with a conductive pattern, a concave portion having a rectangular planar shape arranged in the conductive pattern, and the concave portion are provided. A semiconductor chip mounted and fixed with a bonding material, a connection conductor column having one end fixed with a bonding material on the semiconductor chip, a printed circuit board to which the connection conductor column is fixed, and a positioning fixed to the conductive pattern A first external terminal that is also used, a second external terminal other than the first external terminal fixed to the conductive pattern, a first through hole through which the first external terminal passes and is disposed in the printed circuit board, In the semiconductor device having a second through-hole penetrating through the second external terminal and disposed in the printed circuit board, the connection conductor column and the semiconductor chip are positioned by the first external terminal and the first through-hole, Wherein in parts semiconductor chip and the conductive pattern is positioned, the size of the first through hole and a smaller size configuration of the second through hole.
また、特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、請求項1に記載の発明において、前記第1貫通孔と前記第1外部端子の平面形状が共に円形であり、前記第1貫通孔の直径と前記第1外部端子の直径の差が50μm以下であるとよい。 According to a second aspect of the present invention, the planar shape of the first through hole and the first external terminal are both circular in the first aspect of the invention, and the first through hole The difference between the diameter of the hole and the diameter of the first external terminal is preferably 50 μm or less.
また、特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板と、該導電パターンに配置された平面形状が四角形の第1凹部と、該第1凹部に載置され接合材で固着される半導体チップと、該半導体チップ上に接合材で一端が固着される接続導体柱と、該接続導体柱が固着されるプリント基板と、該プリント基板に固着される位置決め用支柱と、該位置決め用支柱の先端が挿入され前記導電パターンに配置される位置決め用の第2凹部と、前記導電パターンに固着された外部端子と、該外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される貫通孔とを有する構成とする。
According to the invention of
また、特許請求の範囲の請求項4に記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板と、該導電パターンに配置された平面形状が四角形の第1凹部と、該第1凹部に載置され接合材で固着される半導体チップと、該半導体チップ上に接合材で一端が固着される接続導体柱と、該接続導体柱が固着されるプリント基板と、位置決め用支柱が着脱され前記導電パターンに配置される位置決め用の第2凹部と、前記導電パターンに固着された外部端子と、該外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される第1貫通孔と、着脱される前記位置決め支柱が貫通し前記プリント基板に配置される第2貫通孔とを有し、前記第2凹部が前記第2貫通孔の直下に位置する構成とする。
According to the invention described in
また、特許請求の範囲の請求項5に記載の発明によれば、請求項1、3または4のいずれか一項に記載の発明において、前記凹部もしくは前記第1凹部の深さが、該凹部もしくは第1凹部に載置される前記接合材の厚さより深く、前記接合材と前記半導体チップを合わせた厚さより浅いとよい。
According to the invention described in
また、特許請求の範囲の請求項6に記載の発明によれば、請求項1、3または4のいずれか一項に記載の発明において、前記接合材が、半田、ろう材もしくは金属粒子を含んだ接合材であるとよい。
According to the invention as set forth in
また、特許請求の範囲の請求項7に記載の発明によれば、請求項1、3または4のいずれか一項に記載の発明において、前記導電パターンが、前記凹部もしくは前記第1凹部の四角形の4隅に接する半田溜め部を有するとよい。
According to the invention described in
また、特許請求の範囲の請求項8に記載の発明によれば、請求項1、3または4のいずれか一項に記載の発明において、前記導電パターンが、前記凹部もしくは前記第1凹部の四角形の4隅に接する第1の半田溜め部と前記凹部の四角形の各辺にそれぞれ接する第2の半田溜め部を有するとよい。
According to the invention described in
また、特許請求の範囲の請求項9に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明において、前記半田が、高温半田であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項10に記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を固定する第2凹部を形成する工程と、前記導電パターンの第2凹部に前記の位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を嵌合する工程と、前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた位置決め用の第1貫通孔に位置決め用の第1外部端子を貫通させ前記第1貫通孔以外の第2貫通孔に前記第2外部端子を貫通させて前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、全体(前記組立品)をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。
According to the ninth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the solder may be high-temperature solder.
According to the invention of
また、特許請求の範囲の請求項11に記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第3凹部を形成する工程と、前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、位置決め支柱を有する接続導体柱付プリント基板の位置決め支柱を導電パターンに設けた第3凹部に挿入して前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、全体(前記組立品)をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程とを含む半導体装置の製造方法とする。
According to the invention of
また、特許請求の範囲の請求項12に記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第3凹部を形成する工程と、前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた貫通孔に前記位置合わせ用支柱を貫通させ、該位置合わせ用支柱の先端を第3凹部に挿入し、前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、全体(前記組立品)をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、前記位置合わせ用柱を前記第3凹部と前記接続導体柱付プリント基板から引き抜く工程とを含む半導体装置の製造方法とする。
According to the invention of
この発明によれば、導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップを載置する凹部を形成し、ポストピン付プリント基板の貫通孔に導電パターンに固着した位置決め用外部端子を貫通させ、半導体チップのゲートパッドおよびエミッタ電極パッドにポストピンの先端を位置決めすることで、低コストで前記ポストピンと前記パッドの位置合わせ精度を大幅に向上させることができる。 According to the present invention, the recess for mounting the semiconductor chip is formed in the conductive pattern of the insulating substrate with the conductive pattern, the positioning external terminal fixed to the conductive pattern is passed through the through-hole of the printed board with post pin, and the semiconductor chip By positioning the tip of the post pin on the gate pad and the emitter electrode pad, the alignment accuracy of the post pin and the pad can be greatly improved at low cost.
さらに、凹部に隣接して半田溜め部を設けることで、さらに位置合わせ精度を向上させることができる。
また、位置合わせ精度が向上することで、半導体チップの高密度実装ができる。
Furthermore, the positioning accuracy can be further improved by providing the solder reservoir adjacent to the recess.
Further, since the alignment accuracy is improved, semiconductor chips can be mounted at a high density.
また、位置決めピンを設けることで外部端子で位置決めする必要がなくなり外部端子の断面形状を四角形や多角形など円形以外の任意の形状とすることができる。
また、位置決めピンを半田付けの工程後、取り外すことで、位置決めピンの配置の自由度が上がり、ポストピン付プリント基板の小型化を図ることができる。
Further, by providing the positioning pin, it is not necessary to perform positioning with the external terminal, and the cross-sectional shape of the external terminal can be an arbitrary shape other than a circle such as a quadrangle or a polygon.
Further, by removing the positioning pins after the soldering process, the degree of freedom of positioning pins is increased, and the printed circuit board with post pins can be downsized.
実施の形態を以下の実施例で説明する。 Embodiments will be described in the following examples.
図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。この半導体装置100は、パワー半導体モジュールを例に挙げた。ここではインバータ回路の1相分を示した。
FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of an essential part, and FIG. 1 (b) is cut along line XX in FIG. It is principal part sectional drawing. The
図2は、図1で示す各部品の要部平面図であり,同図(a)は半導体チップ、位置決め用外部端子および回転防止用外部端子を固着した導電パターンの平面図、同図(b)はポストピン付プリント基板の平面図である。 2 is a plan view of the main part of each component shown in FIG. 1. FIG. 2A is a plan view of a conductive pattern to which a semiconductor chip, a positioning external terminal and a rotation preventing external terminal are fixed, and FIG. ) Is a plan view of a printed circuit board with post pins.
図3は、図1で示す第1凹部に半導体チップを配置した要部平面図である。点線の丸は参考までにポストピン16を示す。
図1〜図3において、半導体装置100は、セラミック板などの絶縁板3の裏側に冷却ベース2が固着し表側に金属箔で形成された導電パターン4が固着した導電パターン付絶縁基板1と、表側の導電パターン4に形成された半導体チップ9,10(9が例えばIGBTチップ、10がダイオードチップ)を位置決めする第1凹部5と、この第1凹部5に半田8を介して裏面が固着される半導体チップ9,10からなる。
FIG. 3 is a plan view of a main part in which a semiconductor chip is arranged in the first recess shown in FIG. The dotted circle indicates the
1 to 3, a
また、半導体チップ9のゲートパッド9bおよびエミッタ電極パッド9a(主電極パッド)に半田15を介して固着されるポストピン16と、導電パターン14が形成された絶縁板11aにポストピン16が固着したポストピン付プリント基板11と、導電パターン4の第2凹部6に嵌合して固着される位置決め兼用の第1外部端子17と、導電パターン4の第3凹部7に嵌合して固着される第1外部端子17以外の第2外部端子18と、第1外部端子17が貫通するポストピン付プリント基板11に形成された位置決め用の第1貫通孔12と、第2外部端子18が貫通するポストピン付プリント基板に形成された第1貫通孔以外の第2貫通孔13とから構成される。
Further, a
尚、前記のポストピン16とは半導体チップ9のゲートパッド9bやエミッタ電極パッド9aおよび半導体チップ10のアノード電極にその先端が半田付けされる接続導体柱のことであり、このポストピン16は導電パターン14が形成された絶縁板11a(プリント基板)にその根元が嵌合・固着され一体化されている。以下の説明で半導体チップとしてはIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)チップを例として上げる場合があり、その場合には符号は9のみとする。
The
前記の第2凹部6、第3凹部7と第1外部端子17,第2外部端子18を図示しない半田を介して固着することで、嵌合と半田固着により、凹部と第1外部端子17,第2外部端子18の固着強度が大きくなる。また、凹部6,7の開口部を大きくして半田のみで第1外部端子17,第2外部端子18を固着しても構わない。
By fixing the second
また、前記の貫通孔12,13の周りの絶縁板11aに図示しない導電パターン14を配置し、この導電パターン14と第1外部端子17、第2外部端子18を半田を介して固着すると、一層、外部端子の固着強度が大きくなる。
Further, when a conductive pattern 14 (not shown) is arranged on the insulating
また、前記の第1外部端子17と第2外部端子18は長さと直径(0.6mm〜1mm程度)が同一の円柱、ポストピン16の直径は0.1mm〜0.3mm程度である。第1凹部5の深さは0.2mm程度である。
The first
前記の導電パターン4に形成される第1凹部5の四角形の開口部は半導体チップ9、10の外周部の寸法に対して50μm程度大きくし、第1凹部5の開口部形状を半導体チップ9、10の外形と相似形にする。
The square opening of the
この第1凹部5の深さは半田8の厚さより深くし、半田8と半導体チップ9、10を合わせた厚さより浅くする。前記の第1外部端子17の直径に対してポストピン付プリント基板11の第1貫通孔12の直径を50μm程度大きくする。この位置決め兼用の第1外部端子17が貫通する第1貫通孔12の開口部の大きさを第2貫通孔13の開口部の大きさより小さくする。
The depth of the
また、2本の位置決め兼用の第1外部端子17を設けるのは、ポストピン付プリント基板11が半導体チップ9に対して回転移動するのを抑えるためである。この2本の位置決め兼用の第1外部端子17の間隔を半導体チップ9より大きくすることで、回転移動を小さくできて位置決め精度を向上できる。
The two first
また、位置決めの要求精度によっては、2本の第1外部端子17を貫通させる貫通孔12のうち、回転防止に用いる方の大きさを位置決めに用いる方より多少大きめに形成しても構わない。
Further, depending on the required accuracy of positioning, the size of the through
また、第1凹部5から半導体チップ9、10を取り出す必要がないので、半導体チップ9、10と第1凹部5の隙間21を75μm程度以下とすることができる。
また、位置決め兼用の第1外部端子17とポストピン付プリント基板11に形成した第1貫通孔12の間隔22は25μm程度にする。
Further, since it is not necessary to take out the
The
後述の図5に示すように、第1凹部5と半導体チップ9、10の位置ズレの最大値は70μmである。この位置ズレに第1外部端子17とポストピン付プリント基板11の位置決め用の第1貫通孔12との位置ズレの最大値を加えると、ポストピン16とゲートパッド9bの位置ズレの最大値となる。つまり、ポストピン16とゲートパッド9bの位置ズレの最大値は70μm程度+25μm程度=95μm程度となる。
As shown in FIG. 5 described later, the maximum value of the positional deviation between the
これは従来のポストピン57とゲートパッド55bの位置ズレの最大値である0.7mmに対して本実施例のポストピン16とゲートパッド9bの位置ズレの最大値は1/7程度となり、本実施例を用いることで大幅に位置合わせ精度を向上させることができる。このポストピン16とゲートパッド9bの位置決め精度は、そのままポストピン16とエミッタ電極パッドの位置決め精度ともなる。このように、位置合わせ精度が向上することにより、半導体チップ9,10の高密度実装が可能となる。
This is because the maximum value of the positional deviation between the
また、第1凹部5に入る半田8の厚さを第1凹部5の深さより薄くすることで、半田8が溶融した場合でも、半導体チップ9、10は第1凹部5の側壁を乗り越えることがなく、第1凹部5内に留まるので、従来に比べると位置合わせ精度を大幅に向上できる。
Further, by making the thickness of the
また、位置合わせ精度が向上することで、半導体チップ9、10の間隔を狭めることができる。例えば、機械加工などによる加工限界を考慮した場合でもその間隔を、0.7mm程度(従来は2mm程度)に小さくできて、半導体チップ9、10を高密度実装することができる。
In addition, since the alignment accuracy is improved, the interval between the
また、前記の半導体チップ9,10としては、Siチップは勿論のこと、SiC−IGBTチップ,SiC−MOSFETチップ,SiC−SBD(ショットキーバリアダイオード)チップなどのSiCチップなどである。特にSiCチップは小型化に適しており本発明が効果を発揮することができる。 The semiconductor chips 9 and 10 are not only Si chips but also SiC chips such as SiC-IGBT chips, SiC-MOSFET chips, and SiC-SBD (Schottky barrier diode) chips. In particular, the SiC chip is suitable for miniaturization, and the present invention can exhibit the effect.
図4は、図1の半導体装置100の製造方法であり、同図(a)〜同図(d)は工程順に示した要部製造工程断面図である。
同図(a)において、導電パターン付絶縁基板1の導電パターン4に第1凹部5、第2凹部6、第3凹部7(図示せず)を形成し、この第1凹部5に半田8と半導体チップ9,10(10は図示せず)を載置し、第2凹部6、第3凹部7に第1外部端子17,第2外部端子18(図示せず)をそれぞれ嵌合する。第1凹部5の深さは半田8の厚さより深く、半田8と半導体チップ9,10を合わせた厚さより浅くする。第1、第2、第3凹部5,6,7(7は図示せず)は機械加工、薬液によるエッチング、レーザー加工による切削加工などで形成する。半田8、15として、WBG(ワイドバンドギャップ)素子(SiCチップなど)に対応するために、高温鉛フリー半田を用いると良い。
FIG. 4 shows a manufacturing method of the
In FIG. 6A, a
さらに具体的に高温鉛フリー半田について説明する。高温鉛フリー半田は、例えば、SnAgCuNiGe系半田、SnAg系半田、SnSb系半田、SnAgCu系半田、SnAgBi系半田、SnCuBi系半田、SnCu系半田、SnAu系半田、AuSi系半田、AgSi系半田、AgGe系半田などがある。また、半田の代わりにろう材やナノAgなどの金属粒子を含む接合材でもよい。 More specifically, the high-temperature lead-free solder will be described. The high-temperature lead-free solder includes, for example, SnAgCuNiGe solder, SnAg solder, SnSb solder, SnAgCu solder, SnAgBi solder, SnCuBi solder, SnCu solder, SnAu solder, AuSi solder, AgSi solder, AgGe solder There is solder. Further, a joining material containing metal particles such as brazing material or nano Ag instead of solder may be used.
ろう材としては、銀ろう、銅ろう、黄銅ろう、アルミろう、金ろう、りん銅ろう等が挙げられるが、チップ接合を考慮すると融点が300℃付近の低温ろう材がよく、具体的にはAu−Sn系ろうがよい。 Examples of the brazing material include silver brazing, copper brazing, brass brazing, aluminum brazing, gold brazing, phosphor copper brazing, etc., but considering the chip bonding, a low temperature brazing material having a melting point of about 300 ° C. is preferable. Au-Sn brazing is preferable.
また、前記の金属粒子を含む接合材とは、100μm程度以下のAgの粒子を、周りを有機物で結合・被覆し、溶剤を混入してペースト状にした接合材である。これを加熱、及び条件によっては加圧を行うことにより、溶媒・有機物が分解・揮発し、金属が焼結することで接合材として機能する。金属粒子としては、前記のAg粒子(ナノAg)のほかに、Zn粒子、Au粒子、Al粒子、Ni粒子、Sb粒子、Bi粒子、Sn粒子、Pd粒子、及びCu粒子などがある。 The bonding material including the metal particles is a bonding material in which Ag particles of about 100 μm or less are bound and covered with an organic substance and mixed with a solvent to form a paste. By heating and pressurizing depending on conditions, the solvent / organic matter is decomposed and volatilized, and the metal is sintered to function as a bonding material. Examples of the metal particles include Zn particles, Au particles, Al particles, Ni particles, Sb particles, Bi particles, Sn particles, Pd particles, and Cu particles in addition to the above Ag particles (nano Ag).
尚、半田8の平面形状を四角形にすると、第1凹部に入れ込む場合に位置合わせが必要となる。しかし、半田8を円形にすると第1凹部5との位置合わせが不要となるので好ましい。但し、溶融した円形の半田8が第1凹部5で均一に所定の厚みが確保されるように半田量を管理する必要がある。
If the planar shape of the
つぎに、同図(b)において、半導体チップ9,10上に半田15を載置し、半田15上にポストピン16の先端が接するように、ポストピン付プリント基板11を載置する。このときプリント基板11の位置決め用の第1貫通孔12に位置決め兼用の第1外部端子17を通すことでポストピン16の先端と半導体チップ9のエミッタ電極パッド9aおよびゲートパッド9bが位置決めされる。同時に第2外部端子18を第2貫通孔13に通す。ゲートパッド9bと接続するプリント基板11の導電パターン14(図2(b)のaで示す導電パターン)と第2外部端子18(図2(b)のbで示す第2外部端子)に接するように半田20(図2(b)に示す)を載置する。
Next, in FIG. 2B, the
尚、ゲートパッド9bと第2外部端子18の接続において、ポストピン付プリント基板11の導電パターン14に2本のポストピン16を設け、その一つをゲートパッド9bに接続し、他方を第2外部端子18が固着する導電パターン4に接続すると、第2外部端子18と第2貫通孔13が形成された導電パターン14を半田13を介して接続する必要がなくなる。
In connecting the
また、図1のcのポストピン16はプリント基板11の導電パターン14と導電パターン付絶縁基板1の導電パターン4を電気的に接続している。
つぎに、図4(c)においては、部材を搭載するための箱型のカーボン治具(図示せず)を使用し、さらに、ポストピン付プリント基板11を上から押さえるカーボン治具(図示せず)を用い、リフロー炉を通して半田8,15,20を溶融させ、固化させることで、半導体チップ9,10と第1凹部5、半導体チップ9,10とポストピン16および導電パターン14と第1外部端子17、第2外部端子18を半田付けする。このカーボン治具は、各部材の位置決めではなく、リフロー炉に入れるときの搬入箱、およびポストピン付プリント基板11を上から押さえる錘として使用する。
1c electrically connects the
Next, in FIG. 4C, a box-shaped carbon jig (not shown) for mounting members is used, and a carbon jig (not shown) that holds the printed
尚、第1外部端子17と第2外部端子18を貫通するプリント基板11の貫通孔12,13の周りに導電パターン14を形成して半田で固着すると、凹部6,7と貫通孔12,13の2箇所で固定されるため、第1外部端子17,第2外部端子18の固定強度が増して好ましい。また、凹部6,7の嵌合箇所を半田で補強すると固定強度が増して好ましい。
When the
つぎに、同図(d)において、リフロー炉から取り出し、樹脂19を用いて導電パターン付絶縁基板1、半導体チップ9,10およびポストピン付プリント基板11を封止して半導体装置100は完成する。
Next, in FIG. 4D, the
半導体チップ9,10とポストピン16の位置合わせは、導電パターン4の第2凹部6と位置決め兼用の第1外部端子17で行なわれる。この第1外部端子17は通常の他の第2外部端子18と同様の働きをして外部配線と導電パターン4の間の配線になる。従来のカーボン治具を用いて位置合わせする方法に比べて、本発明のように位置合わせにカーボン治具を用いない方法は、位置ズレを生ずる工程が少なく、また、第1凹部5に載置された半導体チップ9,10はこの第1凹部5から取り出す必要がないため、第1凹部5に必要以上の遊びを設ける必要がない。そのため、半導体チップ9のゲートパッド9bおよびエミッタ電極パッド9a(主電極パッド)とポストピン16の位置合わせの精度を高めることができる。
The alignment of the
前記したように、位置決め兼用の第1外部端子17の外径とポストピン付プリント基板11の貫通孔12の直径の差を50μm程度以下(隙間22は25μm程度以下)とすることで、位置決め兼用の第1外部端子17とポストピン付プリント基板11に形成した第1貫通孔12の位置ズレを25μm程度以下に小さくできる。このように半導体チップ9,10と第1凹部5および位置決め兼用の第1外部端子17とポストピン付プリント基板11の第1貫通孔12の位置ズレを小さくすることで、ゲートパッド9bとポストピン16の位置ズレを95μm程度以下に出来る。その結果、従来のカーボン治具での半導体チップの各パッドとポストピンの位置ズレである0.5mm程度に比べて大幅に位置ズレを小さくできる。
As described above, the difference between the outer diameter of the first
図5は、半導体チップと第1凹部との位置ズレを示す図である。比較のために従来例も示した。位置ズレの測定は、20個のサンプルで第1凹部5の中心から半導体チップ9の中心がX方向とY方向のズレを測定し大きい値を位置ズレとして採用した。サンプルの諸元は第1凹部5の深さは0.2mm、半導体チップ9の大きさは□2.5mm(□は正方形の一辺の長さの意)、厚さは0.35mm、半田8はΦ2.5mm、厚さは0.1mmである。
FIG. 5 is a diagram illustrating a positional deviation between the semiconductor chip and the first recess. A conventional example is also shown for comparison. For the measurement of the positional deviation, the deviation of the
図5から、位置ズレは0.05mmを中心に0.03mm〜0.07mmである。この位置ズレに位置決め兼用の第1外部端子17とポストピン付プリント基板11に形成した位置決め用の第1貫通孔12との位置ズレの25μmを加えるとポストピン16とゲートパッド9bとの位置ズレは最大で95μmとなる。この位置ズレは、従来のパワー半導体モジュール500の場合に対して、大幅に小さくなっており、ポストピン16とゲートパッド9bの位置合わせ精度が大幅に向上する。
From FIG. 5, the positional deviation is 0.03 mm to 0.07 mm with 0.05 mm as the center. If the positional deviation of 25 μm between the first
導電パターン4の第1凹部5上に半田8を載置し、その上に半導体チップ9,10を載置し、半導体チップ9,10上にポストピン16の先端を接触させたポストピン付プリント基板11を載置した場合、半導体チップ9,10の下面と上面の半田8,15が溶融すると、半田8,15の表面張力によって半導体チップ9,10が第1凹部5内で移動し、さらに半導体チップ9,10の表面が傾く場合がある。
図6は、半導体チップが大幅に位置ズレした様子を示す図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。この図は、第1凹部5を拡大して示した。半導体チップ9、10(10は図示せず)に位置ズレが生じると、同図(b)のように、半導体チップ9が傾く場合があり、半導体チップ9が傾くと、半導体チップ9とポストピン16との固着が良好に行なわれなくなる。また、位置ズレが大きくなると、ゲートパッド9bにポストピン16が固着できなくなる。また、半導体チップ9,10を第1凹部5に挿入する場合、第1凹部5の隅に半導体チップ9,10が接触して欠けを生じることがある。
FIGS. 6A and 6B are views showing a state in which the semiconductor chip is greatly displaced. FIG. 6A is a plan view of the main part, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. FIG. This figure shows the
このような位置ズレを防止し半導体チップ9,10の欠けを防止できる方法について、つぎの実施例で説明する。
A method for preventing such misalignment and preventing chipping of the
図7は、この発明の第2実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。この図は第1凹部5に半導体チップ9,10(10は図示せず)が半田8で固着した図である。
FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view of the main part, and FIG. 7B is cut along line XX in FIG. It is principal part sectional drawing. In this figure,
図1の半導体装置100とこの半導体装置200の違いは、四角形の第1凹部5の4隅に半田溜め部5aを設けた点である。この半田溜め部5aの深さは第1凹部5と同じであり、この半田溜め部5aを設けることで、半田8が溶融したときに、4隅の溜め部5aに流れ込み、半導体チップ9下の溶融した半田8の厚さが均等に薄くなる。また、リフロー時に、溶融した半田8に含まれるボイドがこの半田溜め部5aに流れることで、ボイドを半導体チップ9,10下の溶融した半田8から外に逃がすことができる。この半田溜め部5aの設置により、半導体チップ9,10が横方向へ動く程度が小さくなる。また、半導体チップ9,10の傾きは殆どなくなる。その結果、第1凹部5と半導体チップ9,10の隙間21を50μm程度まで小さくすることができて、ポストピン16とゲートパッド9bとの位置合わせ精度を向上できる。
The difference between the
図8は、半導体チップと凹部との位置ズレを示す図である。サンプル数は20個である。位置ズレは0.025mmを中心に0.01mm〜0.05mmであり、実施例1の半導体装置100の場合に対して位置合わせ精度を向上させることができる。サンプルの諸元は図5の場合と同じである。
FIG. 8 is a diagram showing a positional deviation between the semiconductor chip and the recess. The number of samples is 20. The positional deviation is 0.01 mm to 0.05 mm centered on 0.025 mm, and the alignment accuracy can be improved compared to the case of the
また、この半田溜め部5aの平面形状は円形、楕円形および矩形のいずれでも構わない。この半田溜め部5aを円形にした場合、第1凹部5の4隅から半径rを0.2mm〜0.3mm程度の大きさで半田溜め部5aを形成すればよい。また、第1凹部5の開口部の四隅の角からはんだ溜め部中心に向かい0.1mm〜0.15mmの位置を中心とした前記の半径rの円としてもよい。
Further, the planar shape of the
前記のように、半田溜め部5aを第1凹部5の隅に設けることで、第1凹部5と半導体チップ9の最大の位置ズレを50μm程度以下にできる。その結果、ゲートパッド9bとポストピン16の最大の位置ズレを75μm程度以下にできる。これは、実施例1に対して位置ズレが25μm程度小さい。
As described above, by providing the
また、半田溜め部5aを設けることで半田ボイドを5%以下(実施例1の場合は10%)まで低減できる。
しかし、半導体チップの大きさが□3mmより大きくなると、凹部の4隅に半田溜め部5aを設けた場合、半田溜め部5aまでの溶融半田8の流路が長くなり、溶融した半田8の厚さムラができ、またボイドが発生しやすくなる。それを防止するため、半田溜め部5aを分散させ、半田溜め部5aまでの溶融半田8の流路の長さを均一で短くする必要がある。その方策をつきの実施例で説明する。
Further, by providing the
However, when the size of the semiconductor chip is larger than □ 3 mm, when the
図9は、この発明の第3実施例の半導体装置の要部平面図である。この図は図7(a)に相当した平面図である。
図7の半導体装置200とこの半導体装置300の違いは、第1凹部5の辺の中央にも半田溜め部5bを設けた点である。こうすることで、半田溜め部5a,5bまでの溶融半田8の流路の長さを均一で短くすることができて、半導体チップ9,10(10は図示せず)と第1凹部5の位置ズレを小さな半導体チップ並みにすることができる。
FIG. 9 is a plan view of an essential part of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. This figure is a plan view corresponding to FIG.
The difference between the
また、半導体チップがさらに大きい場合には辺上の半田溜め部5bの数を増やすとよい。この半田溜め部5bの平面形状は円形、楕円形および矩形のいずれでも構わない。
また、半田溜め部5bを円形にした場合、第1凹部5の開口部の辺から半径rを0.2mm〜0.3mm程度の大きさで半田溜め部5bを形成すればよい。また、第1凹部5の開口部の辺から0.1mm〜0.15mm開口部内側を中心とした前記の半径の円としてもよい。
If the semiconductor chip is larger, the number of
When the
また、濡れ性が低下し、ボイドが発生し易い高温鉛フリー半田を用いる場合は、このように半田溜め部5bを増やすと効果的である。また、第1凹部5と半導体チップ9,10との位置ズレは実施例2の場合とほぼ同じである。
Further, in the case of using high-temperature lead-free solder that has low wettability and easily generates voids, it is effective to increase the
図10は、この発明の第4実施例の半導体装置の要部断面図である。図1と半導体装置100とこの半導体装置400との違いは、位置決め兼用の第1外部端子17の代わりに、位置決め用支柱として専用の位置決め用ピン26をポストピン付プリント基板11に設けた点である。この専用の位置決め用ピン26は導電パターン4に形成した位置決め用の第4凹部25に挿入して固定する。図示しないが、この専用の位置決め用ピン26を導電パターン4に固定し、ポストピン付プリント基板11に形成した位置決め用の貫通孔にこの専用の位置決め用ピン26を貫通させて位置決めしても構わない。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the principal part of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The difference between FIG. 1 and the
こうすると、第2外部端子18の断面の大きさや断面形状を貫通孔13の大きさや平面形状に依存しないで四角形や多角形など任意に決めることができる。
図11は、図10の半導体装置400の製造方法であり、同図(a)〜同図(d)は工程順に示した要部製造工程断面図である。
In this way, the cross-sectional size and cross-sectional shape of the second
FIG. 11 shows a manufacturing method of the
同図(a)において、導電パターン付絶縁基板1の導電パターン4に第1凹部5を形成し、この第1凹部5に半田8と半導体チップ9,10(10は図示せず)を載置し、第4凹部25に半田8を搭載する。
In FIG. 2A, a
同図(b)において、半導体チップ9,10上に半田15を載置し、半田15上にポストピン16の先端が接するように、ポストピン付プリント基板11を載置する。また、第2外部端子18をポストピン付プリント基板11の貫通孔13を通し、導電パターン4の第2凹部6に配置した半田8上に載置する。位置決めはポストピン付プリント板11に固着している2本の専用の位置決め用ピン26を導電パターン4の第4凹部25に差し込むことで行なわれる。
In FIG. 2B, the
つぎに、同図(c)において、部材を搭載するための箱型のカーボン治具(図示せず)を使用し、さらに、ポストピン付プリント基板11を上から押さえるカーボン治具(図示せず)を用い、リフロー炉を通して半田8,15を溶融させ、固化させることで、半導体チップ9,10および第2外部端子18と第2凹部6、半導体チップ9,10とポストピン16の先端を半田付けする。このカーボン治具は、各部材の位置決めではなく、リフロー炉に入れるときの搬入箱、およびポストピン付プリント基板11を上から押さえる錘として使用する。
Next, in FIG. 2C, a box-shaped carbon jig (not shown) for mounting members is used, and a carbon jig (not shown) for pressing the printed
つぎに、同図(d)において、リフロー炉から取り出し、樹脂19で封止して半導体装置400は完成する。
しかし、この専用の位置決め用ピン26とプリント基板11の導電パターン14の間の電気的絶縁が確保できない場合がある。それを防止する方策について、つぎの実施例で説明する。
Next, in FIG. 4D, the
However, there may be a case where electrical insulation between the
図12は、この発明の第5実施例の半導体装置の要部断面図である。図12と半導体装置400とこの半導体装置500との違いは、専用の位置決めピン25を脱着可能な専用の位置決めピン27にして、半導体チップ9,10をリフロー炉で半田付けした後、この位置決めピン27を導電パターン付絶縁基板1と第4凹部25から取り去った点である。こうすることで、位置決めピン27と第2外部端子18や内部配線パターンとの間の絶縁強度を気にかける必要がなくなり、位置決めピン27の配置の自由度が上がる。
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The difference between FIG. 12 and the
貫通孔28の直下に着脱可能な位置決めピン27が挿入される第4凹部25が配置される。
この製造方法と図11の製造方法の違いは、図11(c)の工程の後に専用の位置決めピン27を除去する。その他の工程は図11の工程と同じである。
A
The difference between this manufacturing method and the manufacturing method of FIG. 11 is that the
このように専用の位置決めピン27をリフローによる半田付けした後に取り去ることで、図10で問題視された位置決めピン25とプリント基板11の導電パターン14との間の絶縁強度の低下が防止できる。また専用の位置決めピン27の配置の自由度が上がり、ポストピン付プリント基板11の任意の場所に位置決め用ピン27を通す貫通孔28を形成できる。
Thus, by removing the dedicated positioning pins 27 after soldering by reflow, it is possible to prevent a decrease in insulation strength between the positioning pins 25 and the
図13は、この発明の第6実施例の半導体装置の要部断面図である。この半導体装置600は1個のIGBTチップ(半導体チップ9)と1個のFWD(フリーホイールダイオード)チップ(半導体チップ10)を搭載した半導体ユニットである。この半導体ユニットを複数個組み合わせることで、パワー半導体モジュールと同一の機能を持たせることができる。
FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. The
1 導電パターン付絶縁基板
2 冷却ベース
3 絶縁板(導電パターン付絶縁基板)
4 導電パターン(導電パターン付絶縁基板)
5 第1凹部
5a 半田溜め部
6 第2凹部
7 第3凹部
8 半田(凹部と半導体チップの固着)
9 半導体チップ(例えば、IGBTチップ)
9a エミッタ電極パッド
9b ゲートパッド
10 半導体チップ(例えば、FWDチップ)
11 ポストピン付プリント基板
11a 絶縁板(ポストピン付プリント基板)
12 第1貫通孔
13 第2貫通孔
14 導電パターン(ポストピン付プリント基板)
15 半田(ポストピンと半導体チップの固着)
16 ポストピン
17 第1外部端子
18 第2外部端子
19 樹脂
20 半田(第2外部端子と導電パターン14との固着)
21 隙間(凹部5と半導体チップ9の間)
22 隙間(第1外部端子と第1貫通孔12の間)
25 第4凹部
26 専用の位置決め用ピン
27 着脱可能な位置決めピン
28 貫通孔(着脱可能な位置決めピン)
100,200,300,400,500,600 半導体装置
1 Insulating substrate with
4 Conductive pattern (insulating substrate with conductive pattern)
5 1st recessed
9 Semiconductor chip (eg, IGBT chip)
9a
11 Printed circuit board with
12 1st through-
15 Solder (adhesion of post pin and semiconductor chip)
16
21 gap (between the
22 Gap (between the first external terminal and the first through hole 12)
25 4th recessed
100, 200, 300, 400, 500, 600 Semiconductor device
Claims (12)
前記第1外部端子と前記第1貫通孔で前記接続導体柱と前記半導体チップが位置決めされ、前記凹部で前記半導体チップと前記導電パターンが位置決めされ、前記第1貫通孔の大きさが前記第2貫通孔の大きさより小さいことを特徴とする半導体装置。 An insulating substrate with a conductive pattern, a concave portion having a square shape arranged in the conductive pattern, a semiconductor chip placed in the concave portion and fixed with a bonding material, and one end fixed on the semiconductor chip with a bonding material Connecting conductor pillars, a printed circuit board to which the connecting conductor pillars are fixed, a first external terminal for positioning and fixed to the conductive pattern, and a second external terminal other than the first external terminal fixed to the conductive pattern In a semiconductor device having a terminal, a first through hole through which the first external terminal passes and is arranged in the printed board, and a second through hole through which the second external terminal penetrates and is arranged in the printed board,
The connection conductor column and the semiconductor chip are positioned by the first external terminal and the first through hole, the semiconductor chip and the conductive pattern are positioned by the recess, and the size of the first through hole is the second size. A semiconductor device having a size smaller than that of the through hole.
前記導電パターンの第2凹部に前記の位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を嵌合する工程と、
前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた位置決め用の第1貫通孔に位置決め用の第1外部端子を貫通させ前記第1貫通孔以外の第2貫通孔に前記第2外部端子を貫通させて前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、
全体をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first recess having a larger opening than the semiconductor chip, a first external terminal for positioning, and a second recess for fixing the other second external terminal in the conductive pattern of the insulating substrate with the conductive pattern;
Fitting the first external terminal for positioning and the other second external terminal to the second recess of the conductive pattern;
Placing solder in the first recess, placing the semiconductor chip on the solder; and
Solder is placed on the gate pad and the main electrode pad of the semiconductor chip, and a first external terminal for positioning is passed through a first through hole for positioning provided in a printed circuit board with a connecting conductor column. The second external terminal is passed through a second through hole other than the hole, and the tip of the connection conductor column and the solder on the gate pad and the main electrode pad are positioned, and the printed circuit board with the connection conductor column is placed on the top. The process of pressing from the
The whole is put into a reflow furnace, the solder is melted, and then solidified, thereby fixing the connection conductor column to the gate pad and the main electrode pad via the solder. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、位置決め支柱を有する接続導体柱付プリント基板の位置決め支柱を導電パターンに設けた第3凹部に挿入して前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、
全体をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first recess having a larger opening than the semiconductor chip and a third recess for positioning in the conductive pattern of the insulating substrate with the conductive pattern;
Placing solder in the first recess, placing the semiconductor chip on the solder; and
Solder is placed on the gate pad and the main electrode pad of the semiconductor chip, and the positioning column of the printed circuit board with the connection conductor column having the positioning column is inserted into the third recess provided in the conductive pattern, and the connection conductor column Positioning the tip and the solder on the gate pad and the main electrode pad and pressing the printed circuit board with connection conductor columns from above;
The whole is put into a reflow furnace, the solder is melted, and then solidified, thereby fixing the connection conductor column to the gate pad and the main electrode pad via the solder. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた貫通孔に位置合わせ用支柱を貫通させ、該位置合わせ用支柱の先端を前記第3凹部に挿入し、前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、
全体をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、
前記位置合わせ用柱を前記第3凹部と前記接続導体柱付プリント基板から引き抜く工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first recess having a larger opening than the semiconductor chip and a third recess for positioning in the conductive pattern of the insulating substrate with the conductive pattern;
Placing solder in the first recess, placing the semiconductor chip on the solder; and
Solder is placed on the gate pad and the main electrode pad of the semiconductor chip, and an alignment post is passed through a through-hole provided in the printed circuit board with connection conductor columns, and the tip of the alignment column is inserted into the third column. Inserting into the recess, positioning the tip of the connection conductor pillar and the solder on the gate pad and the main electrode pad and pressing the printed circuit board with the connection conductor pillar from above;
The whole is put in a reflow furnace, the solder is melted, and then solidified to fix the connection conductor pillar to the gate pad and the main electrode pad via the solder;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of pulling out the alignment column from the third recess and the printed circuit board with connection conductor columns.
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