JP2013058645A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置およ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.
従来、パワーデバイスは、電力変換用途のスイッチングデバイスとして用いられる。図6は、従来の半導体装置の構造について示す断面図である。図6に示すように、半導体装置100は、半導体チップ101と、配線基板102と、アルミワイヤ103と、ヒートシンク104と、ケース105と、を備えている。
Conventionally, power devices are used as switching devices for power conversion applications. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device. As shown in FIG. 6, the
配線基板102は、絶縁基板のおもて面に回路パターン102a,102bを形成した基板である。半導体チップ101の裏面は、図示省略した接合材を介して配線基板102の回路パターン102aと接合している。半導体チップ101のおもて面に設けられた図示省略した電極(以下、おもて面電極とする)と回路パターン102bとはアルミワイヤ103によって電気的に接続されている。配線基板102の裏面には金属接合層102cが設けられており、この金属接合層102cが図示を省略した接合材を介してヒートシンク104と接合している。
The
ヒートシンク104は、良熱伝導体で作られており、ベース部104aおよび放熱フィン部104bを有する。ベース部104aは、半導体チップ101で発生し、配線基板102を介して伝わる熱を放熱フィン部104bへ伝導する。放熱フィン部104bは、複数の放熱フィンを有し、ベース部104aから伝導された熱を放散する。ヒートシンク104の周縁にはケース105が接着されている。このように各部材を配置して接合することで、図6に示す半導体装置100のような単体のモジュールが形成される。
The
このような単体のモジュールとして、半導体素子が面接合により実装された第1バスバーと第2バスバーを樹脂枠により一体化し、半導体素子配設領域にゲル部材を充填して硬化させることにより半導体素子を封止した半導体モジュールと、半導体モジュールが放熱シートを挟んで固定される冷却器とを備える半導体装置において、半導体素子配設領域から半導体モジュールの放熱シートに対向する部分へと貫通する孔を、樹脂枠の連結部に形成した装置が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。
As such a single module, the first bus bar and the second bus bar on which the semiconductor elements are mounted by surface bonding are integrated by a resin frame, and the semiconductor element placement region is filled with a gel member and cured to cure the semiconductor element. In a semiconductor device including a sealed semiconductor module and a cooler on which the semiconductor module is fixed with a heat dissipation sheet interposed therebetween, a hole penetrating from a semiconductor element disposition region to a portion facing the heat dissipation sheet of the semiconductor module is formed of resin. An apparatus formed at a connecting portion of a frame has been proposed (for example, see
しかしながら、太陽光発電や風力発電など、再生可能エネルギー源による省電力を志向した発電設備の普及にともない、電力変換装置の需要が増え、電力変換装置を構成するパワーモジュールの大容量化が特に課題となっている。上述した従来の半導体装置100の大容量化を図る場合、半導体チップ101のおもて面電極と配線基板102とを電気的に接続するアルミワイヤ103の本数を定格電流に応じて増やして通電能力を確保する必要がある。
However, with the widespread use of power generation facilities that aim to save power from renewable energy sources such as solar power generation and wind power generation, the demand for power conversion devices has increased, and the increase in capacity of power modules that constitute power conversion devices is particularly problematic It has become. When increasing the capacity of the above-described
近年、デバイスの特性改善により個々の半導体チップ101の通電許容電流密度が増大しており、アルミワイヤ103の配線密度が高まる傾向にある。このため、配線基板102のアルミワイヤ103が接合される部分、すなわち回路パターン102bの表面積をアルミワイヤ103の本数に応じて一定の大きさで確保する必要がある。したがって、デバイスの特性改善により個々の半導体チップ101が縮小化されるのに対し、半導体チップ101の通電許容電流密度の増大により配線基板102の回路パターン102bの表面積は増大する。
In recent years, the allowable current density of each
特に、半導体チップ101が複数実装されるマルチチップパッケージ型半導体装置の場合、回路パターン102bは配線基板102上の複数個所に配置される。さらに、各半導体チップ101の通電能力をそれぞれ最大限に引き出して大容量化を行うため、配線基板102のおもて面の表面積に占める回路パターン102bの表面積の割合が大きくなり、半導体装置100の小型化が困難であるという問題が生じる。
In particular, in the case of a multi-chip package type semiconductor device on which a plurality of
さらに、上述した従来の半導体装置100は、ヒートサイクルによる負荷によって、使用開始後の早い時期に半導体チップ101と配線基板102との接合部分に破壊が生じる虞がある。このため、半導体装置100の信頼性を確保することが困難であるという問題が生じる。
Furthermore, in the
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、小型化を実現することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、信頼性の高い半導体装置およ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 An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can be miniaturized in order to solve the above-described problems caused by the prior art. Another object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device in order to solve the above-described problems caused by the prior art.
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、半導体チップの主面に設けられた電極と、絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板を備え、前記導電板の一方の面は、前記半導体チップの電極が設けられた主面に接合され、前記導電板の他方の面は、前記絶縁基板の配線パターンに接合されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention electrically connects an electrode provided on a main surface of a semiconductor chip and a wiring pattern provided on a main surface of an insulating substrate. A conductive plate that is electrically connected, wherein one surface of the conductive plate is bonded to a main surface provided with the electrodes of the semiconductor chip, and the other surface of the conductive plate is bonded to a wiring pattern of the insulating substrate. It is characterized by being.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記導電板の他方の面には、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板との接合位置を固定する突起部が設けられ、前記絶縁基板の配線パターンには、前記導電板の前記突起部に対応する位置に前記突起部が挿入される凹部が設けられていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the other surface of the conductive plate is provided with a protrusion that fixes a bonding position with the insulating substrate in a direction horizontal to the main surface of the insulating substrate. The wiring pattern of the insulating substrate is provided with a recess into which the protrusion is inserted at a position corresponding to the protrusion of the conductive plate.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板と前記導電板との接合位置を固定する導電体をさらに備え、前記導電板の他方の面には、前記導電体の一方の端部が挿入される凹部が設けられ、前記絶縁基板の配線パターンには、前記導電板の前記凹部に対応する位置に前記導電体の他方の端部が挿入される凹部が設けられている。 The semiconductor device according to the present invention further includes a conductor that fixes a bonding position between the insulating substrate and the conductive plate in a direction horizontal to a main surface of the insulating substrate in the above-described invention, The other surface is provided with a recess into which one end of the conductor is inserted, and the other end of the conductor is positioned in the wiring pattern of the insulating substrate at a position corresponding to the recess of the conductive plate. A recess into which the part is inserted is provided.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体チップの線膨張係数α1、前記導電板の線膨張係数α2、および前記絶縁基板の配線パターンの線膨張係数α3は、α1<α2<α3を満たすことを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the linear expansion coefficient α1 of the semiconductor chip, the linear expansion coefficient α2 of the conductive plate, and the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern of the insulating substrate are α1 <α2 in the above-described invention. <Α3 is satisfied.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記導電板は、モリブデン、タングステン、銅とモリブデンとからなる合金、鉄とニッケルとからなる合金、または、鉄とニッケルとコバルトとからなる合金、もしくはこれらの金属および合金を2種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the conductive plate is made of molybdenum, tungsten, an alloy made of copper and molybdenum, an alloy made of iron and nickel, or made of iron, nickel and cobalt. It is composed of an alloy or a composite material formed by combining two or more of these metals and alloys.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンは、銅、アルミニウム、銀またはニッケルで構成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the wiring pattern of the insulating substrate is made of copper, aluminum, silver or nickel.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンには複数の前記導電板が接合され、複数の前記導電板にはそれぞれ前記半導体チップが接合され、複数の前記半導体チップの主面に設けられた電極どうしは電気的に接続されている。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, a plurality of the conductive plates are bonded to the wiring pattern of the insulating substrate, and the semiconductor chips are bonded to the plurality of conductive plates, respectively. The electrodes provided on the main surface of the semiconductor chip are electrically connected.
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記導電板は、前記半導体チップの第1の主面に接合され当該第1の主面に設けられた電極に接続する第1の導電板と、前記半導体チップの第2の主面に接合され当該第2の主面に設けられた電極に接続する第2の導電板と、を備え、前記絶縁基板は、第1の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第1の絶縁基板と、第2の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第2の絶縁基板と、を備えることを特徴とする。 Moreover, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the conductive plate is bonded to the first main surface of the semiconductor chip and connected to an electrode provided on the first main surface. A plate, and a second conductive plate joined to the second main surface of the semiconductor chip and connected to an electrode provided on the second main surface, wherein the insulating substrate is formed of the first conductive plate. A first insulating substrate provided with a wiring pattern bonded to a surface opposite to the surface bonded to the semiconductor chip, and a surface of the second conductive plate bonded to the semiconductor chip And a second insulating substrate provided with a wiring pattern bonded to the opposite surface.
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体チップの主面に、前記半導体チップの主面に設けられた電極と絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板の一方の面を接合する第1の接合工程と、前記絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記導電板の他方の面を接合する第2の接合工程と、を含み、前記第1の接合工程を前記第2の接合工程とともに行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes an electrode provided on a main surface of a semiconductor chip and an insulating substrate provided on the main surface of the semiconductor chip. A first bonding step of bonding one surface of the conductive plate to electrically connect the wiring pattern provided on the main surface of the conductive substrate; and a main surface of the conductive substrate provided with the wiring pattern of the insulating substrate. A second joining step for joining the other surfaces, wherein the first joining step is performed together with the second joining step.
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体チップの主面に、前記半導体チップの主面に設けられた電極と絶縁基板の主面に設けられた配線パターンとを電気的に接続する導電板の一方の面を接合する第1の接合工程と、前記絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記導電板の他方の面を接合する第2の接合工程と、を含み、前記第1の接合工程の後に、前記第2の接合工程を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes an electrode provided on a main surface of a semiconductor chip and an insulating substrate provided on the main surface of the semiconductor chip. A first bonding step of bonding one surface of the conductive plate to electrically connect the wiring pattern provided on the main surface of the conductive substrate; and a main surface of the conductive substrate provided with the wiring pattern of the insulating substrate. A second joining step for joining the other surfaces, and the second joining step is performed after the first joining step.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2の接合工程では、前記絶縁基板の配線パターンに設けられた凹部に、前記導電板の他方の面に設けられた突起部を挿入し、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板と前記導電板との接合位置を固定することを特徴とする。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, in the second bonding step, the concave portion provided in the wiring pattern of the insulating substrate is provided on the other surface of the conductive plate. A protrusion is inserted to fix the bonding position of the insulating substrate and the conductive plate in a direction horizontal to the main surface of the insulating substrate.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記導電板の他方の面に設けられた凹部に導電体の一方の端部を挿入し、前記絶縁基板の配線パターンの、前記導電板の凹部に対応する位置に設けられた凹部に前記導電体の他方の端部を挿入し、前記絶縁基板の主面に水平な方向における前記絶縁基板と前記導電板との接合位置を固定することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, one end of a conductor is inserted into a recess provided on the other surface of the conductive plate, and the wiring pattern of the insulating substrate is The other end of the conductor is inserted into a recess provided at a position corresponding to the recess of the conductive plate, and the bonding position of the insulating substrate and the conductive plate in a direction horizontal to the main surface of the insulating substrate is determined. It is fixed.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体チップの線膨張係数α1、前記導電板の線膨張係数α2、および前記絶縁基板の配線パターンの線膨張係数α3は、α1<α2<α3を満たすことを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the linear expansion coefficient α1 of the semiconductor chip, the linear expansion coefficient α2 of the conductive plate, and the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern of the insulating substrate are: It is characterized by satisfying α1 <α2 <α3.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記導電板は、モリブデン、タングステン、銅とモリブデンとからなる合金、鉄とニッケルとからなる合金、または、鉄とニッケルとコバルトとからなる合金、もしくはこれらの金属および合金を2種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the conductive plate may be molybdenum, tungsten, an alloy made of copper and molybdenum, an alloy made of iron and nickel, or iron, nickel and cobalt. Or a composite material formed by combining two or more of these metals and alloys.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンは、銅、アルミニウム、銀またはニッケルで構成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the wiring pattern of the insulating substrate is made of copper, aluminum, silver, or nickel in the above-described invention.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記絶縁基板の配線パターンに、複数の前記導電板を接合し、前記絶縁基板の配線パターンに接合された複数の前記導電板のそれぞれに前記半導体チップを接合することを特徴とする。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, a plurality of the conductive plates are bonded to the wiring pattern of the insulating substrate, and the plurality of conductive plates are bonded to the wiring pattern of the insulating substrate. The semiconductor chip is bonded to each of the above.
上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップと絶縁基板とを導電板によって接合し、半導体チップの表面電極と絶縁基板の配線パターンとを電気的に接続する。これにより、従来のように半導体チップのおもて面電極と絶縁基板の配線パターンとを接続するためのアルミワイヤを設ける必要がなくなるので、アルミワイヤを接続するためだけの配線パターンを絶縁基板上に設ける必要がなくなる。また、上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップのおもて面に導電板を介して接合される絶縁基板の上側に設けられる外部接続端子の配置間隔を狭くすることができる。 According to the above-described semiconductor device, the semiconductor chip and the insulating substrate are joined by the conductive plate, and the surface electrode of the semiconductor chip and the wiring pattern of the insulating substrate are electrically connected. As a result, there is no need to provide an aluminum wire for connecting the front electrode of the semiconductor chip and the wiring pattern of the insulating substrate as in the prior art, so a wiring pattern only for connecting the aluminum wire is provided on the insulating substrate. There is no need to provide it. Moreover, according to the semiconductor device concerning the above-mentioned invention, the arrangement | positioning space | interval of the external connection terminal provided in the upper side of the insulating substrate joined to the front surface of a semiconductor chip via a conductive plate can be narrowed.
また、上述した発明にかかる半導体装置によれば、半導体チップと絶縁基板との間に導電板を接合することで、半導体チップ、導電板および絶縁基板の配線パターンの線膨張係数の差が最小化され、各部材の接合部分で生じる歪が各部材に均等に分担される。このため、半導体チップに対する熱応力を低減させることができる。また、半導体チップと導電板とを接合する接合材、導電板と絶縁基板の配線パターンとを接合する接合材に対する熱応力を低減させることができる。 In addition, according to the above-described semiconductor device, the difference in the linear expansion coefficient between the wiring patterns of the semiconductor chip, the conductive plate, and the insulating substrate is minimized by bonding the conductive plate between the semiconductor chip and the insulating substrate. Thus, the distortion generated at the joint portion of each member is equally distributed to each member. For this reason, the thermal stress with respect to a semiconductor chip can be reduced. Further, it is possible to reduce thermal stress on the bonding material for bonding the semiconductor chip and the conductive plate, and the bonding material for bonding the conductive plate and the wiring pattern of the insulating substrate.
また、上述した発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、絶縁基板の配線パターンに設けられた凹部に導電板に設けられた突起部を挿入することで、半導体チップの主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。また、上述した発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、絶縁基板の配線パターンに設けられた凹部と、この凹部に対応する位置に設けられた導電板の凹部とに同一の導電体を挿入することで、半導体装置の半導体チップの主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。これにより、半導体チップ、導電板および絶縁基板を正確な位置で接合し一体化することができる。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described invention, the protrusions provided on the conductive plate are inserted into the recesses provided in the wiring pattern of the insulating substrate, so that the direction parallel to the main surface of the semiconductor chip. Can be accurately determined. Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described invention, the same conductor is inserted into the recess provided in the wiring pattern of the insulating substrate and the recess of the conductive plate provided at a position corresponding to the recess. By doing so, it is possible to accurately determine the alignment in the horizontal direction to the main surface of the semiconductor chip of the semiconductor device. Thereby, a semiconductor chip, a conductive plate, and an insulating substrate can be joined and integrated at an accurate position.
また、上述した発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、半導体チップと絶縁基板とを導電板によって接合することにより、半導体チップ、導電板および絶縁基板の配線パターンの線膨張係数の差を最小化させた半導体装置を提供することができる。これにより、半導体チップに対する熱応力を低減させた半導体装置を提供することができる。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described invention, the difference between the linear expansion coefficients of the wiring patterns of the semiconductor chip, the conductive plate, and the insulating substrate is minimized by joining the semiconductor chip and the insulating substrate with the conductive plate. A semiconductor device can be provided. Thereby, it is possible to provide a semiconductor device with reduced thermal stress on the semiconductor chip.
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、小型化を実現することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、信頼性の高い半導体装置を提供することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention, there is an effect that downsizing can be realized. In addition, according to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。また、図2は、実施の形態1にかかる半導体装置の各部材の構成について示す断面図である。図2には、半導体装置10を構成する各部材の接合前の状態を示す。図1に示すように、半導体装置10は、半導体チップ1と、第1の導電板2−1と、第2の導電板2−2と、第1の配線基板3と、第2の配線基板4と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of each member of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 shows a state before each member constituting the semiconductor device 10 is joined. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 includes a
半導体チップ1には、図示省略する1つ以上のデバイスが設けられている。半導体チップ1に設けられるデバイスとは、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、ダイオード、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)などである。
The
第1の配線基板3は、絶縁基板のおもて面に回路パターン(配線パターン)3aを形成した基板である。第1の導電板2−1は、半導体チップ1の裏面に設けられた図示省略した1つ以上の電極(以下、裏面電極とする)と第1の配線基板3の回路パターン3aとを電気的に接続する部材である。半導体チップ1の裏面は、図示省略した接合材を介して第1の導電板2−1と接合している。第1の導電板2−1の、半導体チップ1と接合している面に対して反対側の面は、図示省略した接合材を介して第1の配線基板3の回路パターン3aと接合している。
The
第1の導電板2−1の、第1の配線基板3と接合される側の面には、例えば円柱状の複数の突起部11が設けられている。第1の配線基板3の回路パターン3aには、第1の導電板2−1の各突起部11に対応する位置にそれぞれ凹部3a−1が設けられている。第1の導電板2−1と第1の配線基板3の回路パターン3aとは、図示省略する接合材を介して、第1の配線基板3の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1に第1の導電板2−1の突起部11が挿入された状態で接合され一体化される。
For example, a plurality of
このように半導体チップ1、第1の導電板2−1および第1の配線基板3が一体化されることにより、半導体チップ1の裏面電極と第1の配線基板3の回路パターン3aとが第1の導電板2−1を介して電気的に接続される。第1の配線基板3の裏面には金属接合層3bが設けられており、この金属接合層3bが図示を省略した接合材を介して図示省略したヒートシンクと接合している。
As described above, the
第2の導電板2−2は、半導体チップ1のおもて面に設けられた図示省略した1つ以上の電極(以下、おもて面電極とする)と第2の配線基板4の回路パターン4aとを電気的に接続する部材である。半導体チップ1のおもて面は、図示省略した接合材を介して第2の導電板2−2と接合している。第2の導電板2−2の、半導体チップ1と接合している面に対して反対側の面は、図示省略した接合材を介して第2の配線基板4の回路パターン4aと接合している。第2の導電板2−2の、第2の配線基板4の回路パターン4aと接合される側の面には、複数の突起部12が設けられている。
The second conductive plate 2-2 is a circuit of one or more electrodes (hereinafter referred to as front surface electrodes) (not shown) provided on the front surface of the
第2の配線基板4は、絶縁基板の裏面およびおもて面にそれぞれ回路パターン4a,4bを形成した基板である。第2の配線基板4は、例えば、回路パターンを形成した絶縁基板が少なくとも2層以上積層されてなる多層基板でできている。第2の配線基板4を構成する絶縁基板間(内層)にも図示を省略する回路パターンが形成されていてもよく、各回路パターンは例えば回路パターン4aによって電気的に接続される。
The
第2の配線基板4には、第2の配線基板4を貫通する貫通孔(以下、スルーホール部とする)4a−1が複数設けられている。各スルーホール部4a−1は、第2の導電板2−2の各突起部12に対応する位置にそれぞれ設けられている。スルーホール部4a−1内には、当該スルーホール部4a−1の側壁から第2の配線基板4の裏面にまたがって設けられた回路パターン4aによって凹部4a−2が設けられている。回路パターン4aは、スルーホール部4a−1を通じて、第2の配線基板4のおもて面に形成された回路パターン4bに接続されている。
The
スルーホール部4a−1内に形成された凹部4a−2には、第2の配線基板4と第2の導電板2−2とが接合されたときに第2の導電板2−2の突起部12と接する導電層4a−3が埋め込まれている。そして、スルーホール部4a−1内には、導電層4a−3を底面とし、かつ回路パターン4aを側壁とする凹部4a−4が設けられている。
In the
第2の導電板2−2と第2の配線基板4の回路パターン4aとは、図示省略する接合材を介して、第2の配線基板4の回路パターン4aに設けられた凹部4a−4に第2の導電板2−2の突起部12が挿入された状態で接合され一体化される。これにより、半導体チップ1のおもて面電極と第2の配線基板4の回路パターン4aとが第2の導電板2−2を介して電気的に接続される。
The second conductive plate 2-2 and the
つぎに、図1に示す半導体装置10の製造方法について説明する。まず、図2に示すように、半導体装置10を構成する第1,2の導電板2−1,2−2、および、第1,2の配線基板3,4を形成する。具体的には、第1の導電板2−1に予め突起部11を形成する。第2の導電板2−2に予め突起部12を形成する。第1の配線基板3の回路パターン3aに予め凹部3a−1を形成する。第2の配線基板4の回路パターン4aに予め凹部4a−4を形成する。より具体的には、第1,2の導電板2−1,2−2、および、第1,2の配線基板3,4は、次のように形成される。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 2, first and second conductive plates 2-1 and 2-2 and first and
第1の導電板2−1の突起部11は、例えば、第1の導電板2−1の外形加工を行う前または後に、第1の導電板2−1の、第1の配線基板3と接合される側の面を塑性加工(プレス加工)によって変形させることで形成される。また、第1の導電板2−1の突起部11は、例えば、第1の導電板2−1の、第1の配線基板3と接合される側の面を、エッチング処理や化学的処理によって部分的に除去することで形成されてもよい。第2の導電板2−2の突起部12は、例えば、第1の導電板2−1の突起部11と同様の方法で、第2の配線基板4と接合される側の面に形成される。
The protruding
第1の配線基板3には、例えばセラミック系の絶縁基板を用いてもよい。回路パターン3aを構成する材料には、例えば、第1の配線基板3と第1の導電板2−1とを接合する接合材よりも融点の高い材料を用いてもよい。第1の配線基板3がセラミック系の絶縁基板であり、回路パターン3aが接合材よりも融点の高い材料でできている場合、第1の配線基板3の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1は、例えば、次のように形成される。
For example, a ceramic insulating substrate may be used as the
まず、回路パターン3aと第1の配線基板3とを接合する前に、回路パターン3aの、第1の導電板2−1に接合される側の面を例えば塑性加工によって変形させ、例えばドット状の平面形状を有する複数の凹部3a−1を形成する。各凹部3a−1は、第1の配線基板3に接合される第1の導電板2−1の突起部11に対応する位置に形成される。その後、回路パターン3aの凹部3a−1を形成した面に対して反対側の平坦面と、第1の配線基板3の平坦面とを面接合する。または、第1の配線基板3の平坦面に接合した箔状の回路パターン3aを完全に溶融し、溶融した回路パターン3aを成型加工し凹部3a−1を成形してもよい。この場合、回路パターン3aを構成する材料として例えばアルミニウムを用いてもよい。
First, before joining the
また、第1の配線基板3は、次のように形成されてもよい。まず、第1の配線基板3の平坦面に、箔状の回路パターン3aを接合する。つぎに、フォトリソグラフィによって、回路パターン3aの表面に、凹部3a−1の形成領域が開口するエッチングマスクを形成する。その後、エッチングマスクをマスクとしてエッチングを行い、エッチングマスクの開口部に露出する回路パターン3aを、第1の配線基板3が露出しない深さで除去する。これにより、第1の配線基板3の回路パターン3aに、複数の凹部3a−1が形成される。
The
第2の配線基板4の凹部4a−4は、例えば、次のように形成される。第2の配線基板4に、第2の配線基板4を貫通するスルーホール部4a−1を形成する。そして、スルーホール部4a−1内に、第2の配線基板4の裏面側から凹部4a−4が形成されるように、第2の配線基板4の裏面に回路パターン4aおよび導電層4a−3を順に積層する。このとき、スルーホール部4a−1を通して第2の配線基板4のおもて面に形成された回路パターン4bに回路パターン4aを接続し導通させる。
The
第1,2の配線基板3,4などの絶縁材と回路パターン3a,3b,4a,4bなどの導体パターンは、次のように接合される。例えば、窒化アルミニウム(AlN)および窒化珪素(Si3N4)からなる絶縁材に、銅(Cu)からなる導体パターンを接合する場合を例に説明する。接合材として、絶縁材および導体パターンよりも融点の低い、例えば銀(Ag)−銅−チタン(Ti)からなる合金(以下、ろう材とする)を用いる。ろう材の融点は、約700℃である。
The insulating material such as the first and
まず、絶縁材と導体パターンとの間に板状のろう材を挿入し、絶縁材と導体パターンとを重ね合わせる。そして、ろう材の融点よりも20〜80℃高い加熱温度で当該重ね合わせた部材を加熱する。これにより、絶縁材および導体パターンの固相状態を保った状態で、ろう材のみが溶融される。導体パターン側では、ろう材が冷却されるときに生じる銀および銅の共晶との金属結合によって、導体パターンとろう材とが接合される。絶縁材側では、ろう材に添加物として混合されたチタンとの化合物反応が促進し、絶縁材とろう材とが物理的に接合される。 First, a plate-like brazing material is inserted between the insulating material and the conductor pattern, and the insulating material and the conductor pattern are overlapped. Then, the superposed member is heated at a heating temperature 20 to 80 ° C. higher than the melting point of the brazing material. As a result, only the brazing material is melted while maintaining the solid state of the insulating material and the conductor pattern. On the conductor pattern side, the conductor pattern and the brazing material are joined by metal bonding with silver and copper eutectic that occurs when the brazing material is cooled. On the insulating material side, the compound reaction with titanium mixed as an additive in the brazing material is promoted, and the insulating material and the brazing material are physically joined.
このため、例えば、予め凹部3a−1が形成された状態で回路パターン3aを第1の配線基板3に接合する場合でも、回路パターン3aの固相状態を保った状態で第1の配線基板3に接合される。これにより、回路パターン3aに予め形成された凹部3a−1は、回路パターン3aと第1の配線基板3との接合後においても、変形することなく回路パターン3aに残る。第1の配線基板3に回路パターン3bを接合する方法、第2の配線基板4に回路パターン4a,4bを接合する方法は、第1の配線基板3に回路パターン3aを接合する方法と同様である。
For this reason, for example, even when the
上述したように予め突起部11,12が形成された第1,2の導電板2−1,2−2、および、予め凹部3a−1,4a−4が形成された第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aの表面に、各部材どうしを接合する接合材と反応しやすい金属膜(図示省略)を形成する。そして、第1の配線基板3の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1に第1の導電板2−1の突起部11を挿入し、第1の配線基板3上に第1の導電板2−1を重ねる。また、この第1の導電板2−1上に、半導体チップ1の裏面を下にして重ね、半導体チップ1上に、突起部12が形成された側の面に対して反対側の面を下にして第2の導電板2−2を重ねる。
As described above, the first and second conductive plates 2-1 and 2-2 in which the
さらに、第2の配線基板4の回路パターン4aに設けられた凹部4a−4が第2の導電板2−2の突起部12に挿入されるように、第2の導電板2−2上に第2の配線基板4を重ねる。これらの部材は、各部材間にそれぞれ箔状の接合材(図示省略)を挿入した状態で重ね合わされる。その後、重ね合わされた各部材を一括して加熱することで、各部材間にそれぞれ挿入された接合材を介して、第1の配線基板3、第1の導電板2−1、半導体チップ1、第2の導電板2−2、および第2の配線基板4がそれぞれ接合され一体化される。これにより、図1に示す半導体装置10が完成する。
Further, on the second conductive plate 2-2, the
第1,2の導電板2−1,2−2、第1,2の配線基板3,4をそれぞれ構成する材料は、半導体装置10の支持材となる第1,2の配線基板3,4と、半導体チップ1との線膨張係数の差がそれぞれの接合界面で吸収される構成となるように選択するのが好ましい。具体的には、第1,2の導電板2−1,2−2、第1,2の配線基板3,4をそれぞれ構成する材料の組み合わせは、隣接する部材どうしの線膨張係数の差が最小化される組み合わせとするのが望ましい。
The materials constituting the first and second conductive plates 2-1 and 2-2 and the first and
より具体的には、半導体チップ1の線膨張係数α1は、例えば半導体チップ1が通常のシリコン(Si)からなる場合、4ppm/K程度である。一方、例えば第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aが銅からなる場合、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aの線膨張係数α3は18ppm/K程度である。このため、第1,2の導電板2−1,2−2の線膨張係数α2が9ppm/K程度となるように、第1,2の導電板2−1,2−2を構成する材料を選択する。
More specifically, the linear expansion coefficient α1 of the
このように、半導体チップ1、第1,2の導電板2−1,2−2、および、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aのそれぞれの線膨張係数α1,α2,α3が下記(1)式を満たすように各部材を構成する材料を選択する。これにより、各部材のそれぞれの接合部分で生じる歪は、各部材に均等に分担されるとともに、下記(1)式を満たさない材料からなる部材どうしが接合された場合よりも各部材の線膨張係数の差が最小化される。
Thus, the linear expansion coefficients α1, α2 of the
α1<α2<α3 ・・・(1) α1 <α2 <α3 (1)
例えば、半導体チップ1がシリコンで構成され、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aが銅で構成される場合、第1,2の導電板2−1,2−2を銅−モリブデン(Mo)からなる合金で構成してもよい。第1,2の導電板2−1,2−2を銅−モリブデンからなる合金で構成する場合、この合金の体積割合(固相率)が15〜45%となるように第1,2の導電材2−1,2−2を構成することで、上記(1)式を満たす半導体チップ1、第1,2の導電板2−1,2−2、および第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aが得られる。
For example, when the
また、例えば、半導体チップ1がシリコンからなり、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aが銅からなる場合、第1,2の導電板2−1,2−2を鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)からなる合金で構成してもよい。第1,2の導電板2−1,2−2を鉄−ニッケル−コバルトからなる合金で構成する場合においても、第1,2の導電板2−1,2−2を銅−モリブデンからなる合金で構成した場合と同様の、第1,2の導電板2−1,2−2の線膨張係数α2が得られる。
For example, when the
詳細には、第1,2の導電板2−1,2−2は、モリブデン、タングステン(W)、銅−モリブデンからなる合金、鉄−ニッケルからなる合金、または鉄−ニッケル−コバルトからなる合金で構成されてもよいし、これらの金属および合金を2種類以上組み合わせて形成される複合材料で構成されてもよい。また、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aは、銅、アルミニウム(Al)、銀またはニッケルで構成されてもよい。
Specifically, the first and second conductive plates 2-1 and 2-2 are molybdenum, tungsten (W), an alloy made of copper-molybdenum, an alloy made of iron-nickel, or an alloy made of iron-nickel-cobalt. Or a composite material formed by combining two or more of these metals and alloys. The
半導体チップ1と第1,2の導電板2−1,2−2、および、第1,2の導電板2−1,2−2と第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aとを接合する接合材として、例えば、錫(Sn)系のはんだを用いてもよい。具体的には、接合材として、例えば、錫−銀、硫黄(S)−アンチモン(Sb)、錫−銅、錫−ビスマス(Bi)、または錫−亜鉛(Zn)などを含むはんだを用いてもよい。
接合材として錫(Sn)系のはんだを用いる場合、各部材と接合材との化学反応を高めるために各部材の表面に形成される金属膜は、ニッケル、ニッケル−リン(P)からなる合金、銀、銀−パラジウムからなる合金(Pd)からなる合金、金(Au)または錫を成分とする金属膜であってもよいし、これらの金属または合金を2つ以上積層してなる多層膜であってもよい。この金属膜は、例えば、スパッタリング法や蒸着法によって各部材の表面に形成される。 When tin (Sn) -based solder is used as the bonding material, the metal film formed on the surface of each member in order to enhance the chemical reaction between each member and the bonding material is an alloy composed of nickel and nickel-phosphorus (P). , An alloy made of silver, a silver-palladium alloy (Pd), a metal film containing gold (Au) or tin as a component, or a multilayer film formed by laminating two or more of these metals or alloys It may be. This metal film is formed on the surface of each member by, for example, sputtering or vapor deposition.
以上、説明したように、実施の形態1にかかる半導体装置10によれば、半導体チップ1と第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aとをそれぞれ第1,2の導電板2−1,2−2によって接合する。これにより、従来のように半導体チップのおもて面電極と配線基板の回路パターンとを接続するためのアルミワイヤを設ける必要がなくなるので、アルミワイヤを接続するためだけの回路パターンを第1の配線基板3上に設ける必要がなくなる。これにより、配線基板を小型化することができ、半導体装置10の小型化を実現することができる。また、半導体装置10の小型化により、各部材の小型化が図れるので、従来よりもコストを低減することができる。
As described above, according to the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the
また、実施の形態1にかかる半導体装置10によれば、半導体チップ1のおもて面に第2の導電板2−2を介して接合される第2の配線基板4の上側に設けられる外部接続端子(図示省略)の配置間隔を狭くすることができる。また、実施の形態1にかかる半導体装置10によれば、第1の配線基板3上にアルミワイヤを接続するためだけの回路パターンを設ける必要がないので、配線基板上に従来よりも多く半導体チップ1を実装することができる。これにより、従来よりも半導体装置10の大容量化を図ることができる。
Further, according to the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the external device provided on the upper side of the
また、実施の形態1にかかる半導体装置10によれば、半導体チップ1と第1,2の配線基板3,4との間に第1,2の導電板2−1,2−2を接合することで、半導体チップ1、第1,2の導電板2−1,2−2および第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aの線膨張係数の差が最小化され、各部材の接合部分で生じる歪が各部材に均等に分担される。このため、半導体チップ1に対する熱応力を低減させることができる。また、半導体チップ1と第1,2の導電板2−1,2−2とを接合する接合材、第1,2の導電板2−1,2−2と第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aとを接合する接合材に対する熱応力を低減させることができる。これにより、半導体装置10の信頼性を高めることができる。
Further, according to the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the first and second conductive plates 2-1 and 2-2 are joined between the
また、実施の形態1にかかる半導体装置10の製造方法によれば、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aに設けられた凹部3a−1,4a−4に第1,2の導電板2−1,2−2に設けられた突起部11,12をそれぞれ挿入することで、半導体チップ1の主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。これにより、半導体チップ1、第1,2の導電板2−1,2−2および第1,2の配線基板3,4を正確な位置で接合し一体化することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置10を提供することができる。
Further, according to the manufacturing method of the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the first and
また、実施の形態1にかかる半導体装置10の製造方法によれば、半導体チップ1と第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aとの間に第1,2の導電板2−1,2−2を接合することにより、半導体チップ1、第1,2の導電板2−1,2−2および第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aの線膨張係数の差を最小化させた半導体装置10を提供することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置10を提供することができる。また、第1の配線基板3上に従来よりも多く半導体チップ1を実装することができるので、従来よりも半導体装置10の大容量化を図ることができる。
Further, according to the method of manufacturing the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the first and second
(実施の形態2)
図3は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。また、図4は、実施の形態2にかかる半導体装置の各部材の構成について示す断面図である。図4には、半導体装置20を構成する各部材の接合前の状態を示す。実施の形態2にかかる半導体装置20が実施の形態1にかかる半導体装置と異なるのは、第1,2の導電板の突起部に代えて、第1,2の導電板21,22に凹部21−1,22−1を設け、当該凹部21−1,22−1に円柱状の導電体21−2,22−2を挿入したことである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of each member of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 4 shows a state before each member constituting the semiconductor device 20 is joined. The semiconductor device 20 according to the second embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that a
図3に示すように、半導体装置20は、半導体チップ1と、第1の導電板21と、第2の導電板22と、第1の配線基板3と、第2の配線基板4と、を備える。第1の導電板21は、半導体チップ1の裏面電極と第1の配線基板3の回路パターン3aとを電気的に接続する部材である。半導体チップ1の裏面は、図示省略した接合材を介して第1の導電板21と接合している。
As shown in FIG. 3, the semiconductor device 20 includes the
第1の導電板21の、半導体チップ1と接合している面に対して反対側の面には、例えばドット状の平面形状を有する凹部21−1が複数設けられている。凹部21−1には、円柱状の導電体21−2の一方の端部が挿入される。導電体21−2の他方の端部は、第1の配線基板3の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1に挿入される。第1の導電板21と第1の配線基板3の回路パターン3aとは、図示省略する接合材を介して、第1の配線基板3の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1と、この凹部3a−1に対応する位置に設けられた第1の導電板21の凹部21−1とに同一の導電体21−2が挿入された状態で接合され一体化される。
A plurality of recesses 21-1 having, for example, a dot-like planar shape is provided on the surface of the first
第2の導電板22は、半導体チップ1のおもて面電極と第2の配線基板4の回路パターン4aとを電気的に接続する部材である。半導体チップ1のおもて面は、図示省略した接合材を介して第2の導電板22と接合している。第2の導電板22の、第2の配線基板4の回路パターン4aと接合される側の面には、例えばドット状の平面形状を有する凹部22−1が複数設けられている。凹部22−1には、円柱状の導電体22−2の一方の端部が挿入されている。導電体22−2の他方の端部は、第2の配線基板4の回路パターン4aに設けられた凹部4a−2に挿入される。
The second
第2の導電板22と第2の配線基板4の回路パターン4aとは、図示省略する接合材を介して、第2の配線基板4の回路パターン4aに設けられた凹部4a−2と、この凹部4a−2に対応する位置に設けられた第2の導電板22の凹部22−1とに同一の導電体22−2が挿入された状態で接合され一体化される。導電体22−2の軸方向の長さは、例えば、凹部4a−2の深さに合わせて適宜決定される。第2の配線基板4の回路パターン4aに形成された凹部4a−2には、例えば実施の形態1のように導電層を埋め込まなくてもよい。実施の形態2にかかる半導体装置20の第1,2の導電板21,22の外部形状以外の構成は、実施の形態1にかかる半導体装置と同様である。
The second
つぎに、図3に示す半導体装置20の製造方法について説明する。まず、図4に示すように、半導体装置20を構成する第1,2の導電板21,22、および、第1,2の配線基板3,4を形成する。具体的には、第1の導電板21に予め凹部21−1を形成する。第2の導電板22に予め凹部22−1を形成する。第1の配線基板3の回路パターン3aに予め凹部3a−1を形成する。第2の配線基板4の回路パターン4aに予め凹部4a−2を形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 20 shown in FIG. 3 will be described. First, as shown in FIG. 4, first and second
より具体的には、第1の導電板21の凹部21−1は、例えば、第1の導電板21の外形加工を行う前または後に、第1の導電板21の、第1の配線基板3と接合される側の面を塑性加工によって変形させることで形成される。第2の導電板22の凹部22−1の形成方法は、第1の導電板21の凹部21−1と同様である。第1,2の配線基板3,4の形成方法は、実施の形態1における第1,2の配線基板と同様である。
More specifically, the concave portion 21-1 of the first
上述したように予め凹部21−1,22−1が形成された第1,2の導電板21,22、および、予め凹部3a−1,4a−2が形成された第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aの表面に、各部材どうしを接合する接合材と反応しやすい金属膜(図示省略)を形成する。そして、各部材間に箔状の接合材を挿入し、実施の形態1と同様の順番で各部材を重ね合わせる。
As described above, the first and second
各部材を重ね合わせたとき、すなわち、半導体チップ1と第1の導電板21とを接合するときに、第1の配線基板3の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1と、この凹部3a−1に対応する第1の導電板21の凹部21−1とに同一の導電体21−2の各端部をそれぞれ挿入する。また、半導体チップ1と第2の導電板22とを接合するときに、第2の配線基板4の回路パターン4aに設けられた凹部4a−2と、この凹部4a−2に対応する第2の導電板22の凹部22−1とに同一の導電体22−2の各端部をそれぞれ挿入する。
When the respective members are overlapped, that is, when the
第1の配線基板3と第1の導電板21、第2の配線基板4と第2の導電板22との接合方法以外の、半導体装置20の製造方法は、実施の形態1にかかる半導体装置と同様である。実施の形態2にかかる半導体装置20を構成する各部材や接合材の条件は、実施の形態1にかかる半導体装置と同様である。
The manufacturing method of the semiconductor device 20 other than the bonding method of the
以上、説明したように、実施の形態2にかかる半導体装置20によれば、実施の形態1にかかる半導体装置と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2にかかる半導体装置20の製造方法によれば、第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aに設けられた凹部3a−1,4a−2と、この凹部3a−1,4a−2に対応する位置に設けられた第1,2の導電板21,22の凹部21−1,22−1とに同一の導電体21−2,22−2を挿入することで、半導体装置20の半導体チップ1の主面に水平な方向のアライメントを正確に決定することができる。このため、半導体チップ1、第1,2の導電板21,22および第1,2の配線基板3,4を正確な位置で接合し一体化することができる。
As described above, according to the semiconductor device 20 according to the second embodiment, the same effect as that of the semiconductor device according to the first embodiment can be obtained. Further, according to the manufacturing method of the semiconductor device 20 according to the second embodiment, the
(実施の形態3)
図5は、実施の形態3にかかる製造途中の半導体装置について示す断面図である。実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態1にかかる半導体装置と異なるのは、第1,2の導電板2−1,2−2と第1,2の配線基板3,4の回路パターン3a,4aとを接合する前に、予め、半導体チップ1と第1,2の導電板2−1,2−2とを接合したことである。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the third embodiment which is being manufactured. The semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment in that the first and second conductive plates 2-1 and 2-2 and the first and
図5を参照して、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体チップ1と、予め突起部11,12が形成された第1,2の導電板2−1,2−2とを接合する。具体的には、第1の導電板2−1の、突起部11が形成された面に対して反対側の面と半導体チップ1の裏面とが接する状態で、第1の導電板2−1上に半導体チップ1を重ねる。
With reference to FIG. 5, the manufacturing method of the semiconductor
さらに、第2の導電板2−2の、突起部12が形成された面に対して反対側の面を下にして、半導体チップ1上に第2の導電板2−2を重ねる。半導体チップ1と第1,2の導電板2−1,2−2とは、実施の形態1と同様にそれぞれ箔状の接合材(図示省略)が挿入された状態で重ね合わされる。そして、重ね合わされた各部材を一括して加熱することで、第1の導電板2−1、半導体チップ1、および第2の導電板2−2がこの順で一体化されてなる部材(第1の中間組立部材とする)31を形成する。
Further, the second conductive plate 2-2 is overlaid on the
半導体チップ1と第1,2の導電板2−1,2−2との接合は、例えば、接合材として高融点を有する接合材を用い、加熱しながら加圧し原子の拡散によって各部材どうしを接合する拡散接合(熱圧着)により行うのが好ましい。高融点を有する接合材とは、例えば、拡散接合による熱処理において液状化しない融点を有する接合材である。このような接合材として、例えば、銀、銅、パラジウム、金などの微細粒子で構成される接合材を用いてもよい。
The bonding between the
このようにして、複数の第1の中間組立部材31を複数形成し、複数の第1の中間組立部材31を、第1の配線基板32の回路パターン3a上の所定の位置に載置する。実施の形態1と同様に、第1配線基板32の回路パターン3aに設けられた凹部3a−1に第1の導電板2−1の突起部11を挿入した状態で、第1の配線基板32上に第1の中間組立部材31を載置する。そして、第1の配線基板32の回路パターン3aに複数の第1の中間組立部材31を接合して一体化し、第2の中間組立部材33を形成する(図5の点線で囲まれた部分)。第1の配線基板32の回路パターン3aと第1の中間組立部材31との接合も拡散接合により行うのが好ましい。
In this way, a plurality of first
つぎに、第2の中間組立部材33の各第2の導電板2−2上にそれぞれ第2の配線基板34を重ねる。実施の形態1と同様に、各第2の導電板2−2の突起部12が第2配線基板34の回路パターン4aに設けられた凹部4a−4に挿入されるように、第2の中間組立部材33と第2の配線基板34とを重ね合わせる。そして、第2の配線基板34の回路パターン4aに第2の導電板2−2を接合することで、第2の配線基板34と第2の中間組立部材33とを一体化する。
Next, the
その後、第1の配線基板32を所定の位置(例えば図5にて二点差線で示す部分)35で切断し、個別の半導体装置に切り分ける。これにより、例えば、実施の形態1に示すような半導体装置が完成する。図5では、切断後の第1の配線基板32には第1の中間組立部材31がそれぞれ2つずつ設けられているが、これに限らず、1つの半導体装置において第1の中間組立部材31は1つ設けられてもよいし、3つ以上設けられてもよい。
Thereafter, the
実施の形態3にかかる半導体装置の各部材の接合方法は、実施の形態1における接合方法と同様である。また、実施の形態3にかかる半導体装置を構成する各部材や接合材の条件は、実施の形態1にかかる半導体装置と同様である。また、実施の形態3においては、実施の形態1にかかる半導体装置を複数作製しているが、実施の形態2にかかる半導体装置を複数作製してもよい。 The joining method of each member of the semiconductor device according to the third embodiment is the same as the joining method in the first embodiment. Further, the conditions of each member and bonding material constituting the semiconductor device according to the third embodiment are the same as those of the semiconductor device according to the first embodiment. In the third embodiment, a plurality of semiconductor devices according to the first embodiment are manufactured. However, a plurality of semiconductor devices according to the second embodiment may be manufactured.
以上、説明したように、実施の形態3によれば、実施の形態1にかかる半導体装置と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態3によれば、複数の半導体装置を一括して作製(製造)することができる。したがって、半導体装置を構成する各部材を組み立てて複数の半導体装置を作成する際に、工程数を低減することができる。 As described above, according to the third embodiment, the same effect as that of the semiconductor device according to the first embodiment can be obtained. Further, according to the third embodiment, a plurality of semiconductor devices can be manufactured (manufactured) together. Therefore, the number of processes can be reduced when a plurality of semiconductor devices are formed by assembling the members constituting the semiconductor device.
以上において本発明では、上述した実施の形態に限らず、半導体チップを実装したさまざまな構成の半導体装置に適用することが可能である。例えば、配線基板上に1つの半導体チップが実装されたモジュールに適用してもよいし、配線基板上に複数の半導体チップが実装されたモジュールに適用してもよい。本発明は、実装される半導体チップの個数によらず同様の効果を得ることができる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to semiconductor devices having various configurations on which a semiconductor chip is mounted. For example, the present invention may be applied to a module in which one semiconductor chip is mounted on a wiring board, or may be applied to a module in which a plurality of semiconductor chips are mounted on a wiring board. The present invention can obtain the same effect regardless of the number of mounted semiconductor chips.
また、上述した実施の形態では、導電板に設けた突起部または導電板の凹部に挿入する導電体の形状を円柱状として説明しているが、これに限らず、配線基板の回路パターンに設けられた凹部に挿入されることにより、導電板と配線基板との接合時の位置ずれを防止することができる形状を有していればよい。導電板に設けた突起部または導電板の凹部に挿入する導電体の形状によって、配線基板の回路パターンに設けられた凹部の平面形状も種々変更される。また、半導体チップ1のおもて面(または裏面)に複数の表面電極が設けられ、当該複数の表面電極の電位がそれぞれ異なる場合、各表面電極にそれぞれ第1の導電板(または第2の導電板)を接合してもよい。
In the above-described embodiment, the shape of the conductor inserted into the protrusion provided on the conductive plate or the concave portion of the conductive plate is described as a cylindrical shape. However, the present invention is not limited to this, and is provided in the circuit pattern of the wiring board. It is only necessary to have a shape that can be prevented from being displaced when the conductive plate and the wiring board are joined by being inserted into the recessed portion. The planar shape of the recesses provided in the circuit pattern of the wiring board is variously changed depending on the shape of the conductors inserted into the protrusions provided on the conductive plate or the recesses of the conductive plate. In addition, when a plurality of surface electrodes are provided on the front surface (or back surface) of the
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、電力変換用途のスイッチングデバイスとして用いられるパワー半導体装置に有用である。 As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention are useful for a power semiconductor device used as a switching device for power conversion.
1 半導体チップ
2−1 導電板(第1)
2−2 導電板(第2)
3 配線基板(第1)
3a,3b 配線基板(第1)の回路パターン
4 配線基板(第2)
4a,4b 配線基板(第2)の回路パターン
4a−1 配線基板(第2)のスルーホール部
4a−2,4a−4 配線基板(第2)の回路パターンに設けられた凹部
4a−3 導電層
10 半導体装置
11 導電板(第1)の突起部
12 導電板(第2)の突起部
1 Semiconductor chip 2-1 Conductive plate (first)
2-2 Conductive plate (second)
3 Wiring board (first)
3a, 3b Circuit pattern of the wiring board (first) 4 Wiring board (second)
4a, 4b Circuit pattern of the wiring board (second) 4a-1 Through-hole portion of the wiring board (second) 4a-2, 4a-4 Recessed part provided in the circuit pattern of the wiring board (second) 4a-3 Conductivity Layer 10
Claims (16)
前記導電板の一方の面は、前記半導体チップの電極が設けられた主面に接合され、
前記導電板の他方の面は、前記絶縁基板の配線パターンに接合されていることを特徴とする半導体装置。 A conductive plate for electrically connecting the electrode provided on the main surface of the semiconductor chip and the wiring pattern provided on the main surface of the insulating substrate;
One surface of the conductive plate is bonded to the main surface provided with the electrodes of the semiconductor chip,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the other surface of the conductive plate is bonded to a wiring pattern of the insulating substrate.
前記絶縁基板の配線パターンには、前記導電板の前記突起部に対応する位置に前記突起部が挿入される凹部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The other surface of the conductive plate is provided with a protrusion that fixes the bonding position with the insulating substrate in a direction horizontal to the main surface of the insulating substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring pattern of the insulating substrate is provided with a recess into which the protrusion is inserted at a position corresponding to the protrusion of the conductive plate.
前記導電板の他方の面には、前記導電体の一方の端部が挿入される凹部が設けられ、
前記絶縁基板の配線パターンには、前記導電板の前記凹部に対応する位置に前記導電体の他方の端部が挿入される凹部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A conductor that fixes a bonding position between the insulating substrate and the conductive plate in a direction horizontal to the main surface of the insulating substrate;
The other surface of the conductive plate is provided with a recess into which one end of the conductor is inserted,
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the wiring pattern of the insulating substrate is provided with a recess into which the other end of the conductor is inserted at a position corresponding to the recess of the conductive plate. apparatus.
α1<α2<α3 ・・・(1) The linear expansion coefficient α1 of the semiconductor chip, the linear expansion coefficient α2 of the conductive plate, and the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern of the insulating substrate satisfy the following expression (1): The semiconductor device according to any one of the above.
α1 <α2 <α3 (1)
前記絶縁基板は、第1の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第1の絶縁基板と、第2の導電板の、前記半導体チップに接合された面に対して反対側の面に接合される配線パターンが設けられた第2の絶縁基板と、を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。 The conductive plate is bonded to a first main surface of the semiconductor chip and connected to an electrode provided on the first main surface, and is bonded to a second main surface of the semiconductor chip. A second conductive plate connected to the electrode provided on the second main surface,
The insulating substrate includes: a first insulating substrate provided with a wiring pattern bonded to a surface of the first conductive plate opposite to a surface bonded to the semiconductor chip; and a second conductive plate And a second insulating substrate provided with a wiring pattern bonded to a surface opposite to the surface bonded to the semiconductor chip. A semiconductor device according to 1.
前記絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記導電板の他方の面を接合する第2の接合工程と、
を含み、
前記第1の接合工程を前記第2の接合工程とともに行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first joint that joins one surface of a conductive plate that electrically connects an electrode provided on the main surface of the semiconductor chip and a wiring pattern provided on the main surface of the insulating substrate to the main surface of the semiconductor chip. Process,
A second bonding step of bonding the other surface of the conductive plate to the main surface provided with the wiring pattern of the insulating substrate;
Including
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first bonding step is performed together with the second bonding step.
前記絶縁基板の配線パターンが設けられた主面に、前記導電板の他方の面を接合する第2の接合工程と、
を含み、
前記第1の接合工程の後に、前記第2の接合工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first joint that joins one surface of a conductive plate that electrically connects an electrode provided on the main surface of the semiconductor chip and a wiring pattern provided on the main surface of the insulating substrate to the main surface of the semiconductor chip. Process,
A second bonding step of bonding the other surface of the conductive plate to the main surface provided with the wiring pattern of the insulating substrate;
Including
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second bonding step is performed after the first bonding step.
α1<α2<α3 ・・・(2) The linear expansion coefficient α1 of the semiconductor chip, the linear expansion coefficient α2 of the conductive plate, and the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern of the insulating substrate satisfy the following expression (2). A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
α1 <α2 <α3 (2)
前記絶縁基板の配線パターンに接合された複数の前記導電板のそれぞれに前記半導体チップを接合することを特徴とする請求項9〜15のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 Bonding a plurality of the conductive plates to the wiring pattern of the insulating substrate,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor chip is bonded to each of the plurality of conductive plates bonded to the wiring pattern of the insulating substrate.
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