JP2014027314A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014027314A JP2014027314A JP2013229518A JP2013229518A JP2014027314A JP 2014027314 A JP2014027314 A JP 2014027314A JP 2013229518 A JP2013229518 A JP 2013229518A JP 2013229518 A JP2013229518 A JP 2013229518A JP 2014027314 A JP2014027314 A JP 2014027314A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- semiconductor chip
- bonding material
- solid plate
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 166
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 52
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 229910020836 Sn-Ag Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910020988 Sn—Ag Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000239290 Araneae Species 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N [Ag].[Sn] Chemical compound [Ag].[Sn] QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/05599—Material
- H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/05639—Silver [Ag] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
- H01L2224/29113—Bismuth [Bi] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/83399—Material
- H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/83439—Silver [Ag] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/838—Bonding techniques
- H01L2224/83801—Soldering or alloying
- H01L2224/83815—Reflow soldering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/838—Bonding techniques
- H01L2224/83801—Soldering or alloying
- H01L2224/8382—Diffusion bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
- H01L2224/9222—Sequential connecting processes
- H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
- H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
リー化を達成すること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。
【解決手段】 半導体チップ2と、半導体チップ2が接合されるダイパッド3と、半導体
チップ2とダイパッド3との間に介在され、BiSn系材料からなる接合材8とを有する
半導体装置1において、接合材8に、半導体チップ2とダイパッド3との間の熱伝導性を
向上させるためのAgネットワーク9を形成する。
【選択図】図1
Description
半導体装置では、たとえば、SOP(Small Outline Package)、QFP(Quad Flat Package)におけるアウターリードの外装めっき、BGA(Ball Grid Array)における半田ボールなど、装置外部で使用される外部構成材、およびパッケージ内部における半導体チップの接合材など、装置内部で使用される内部構成材に鉛が使用されている。
しかし、ビスマスの熱伝導率(約9W/m・K)は、鉛の熱伝導率(約35W/m・K)に比べて低い。そのため、ビスマスを単に使用したのでは、半導体チップで生じる熱が放散されにくいといった不具合を生じる。
さらに、半導体チップと固体板との間が、Agからなる熱伝導経路によって熱伝導可能に接続されている。これにより、半導体チップと固体板との間を熱が伝達しやすくなる。そのため、半導体チップで発生する熱を、熱伝導経路を介してAgの熱伝導率で固体板に逃がすことができる。したがって、半導体チップの放熱性を十分に確保することができる。
この構成では、接合材における半導体チップおよび/または固体板との界面近傍に、Sn−Ag合金からなる金属層が形成されている。金属に対するSn−Ag合金の濡れ性は、BiSn系材料の濡れ性よりも優れている。そのため、この金属層によって、接合材と、半導体チップおよび/または固体板との接合強度を向上させることができる。
SnはAgと合金化し易い金属であるが、上記のように、接合材におけるSnの含有量が上記範囲であれば、熱伝導経路の形成に寄与するAgの不要な合金化を抑制することができる。その結果、熱伝導経路を効率よく形成することができる。
また、請求項4記載の発明は、前記固体板が金属からなるリードフレームのアイランドである、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置である。
また、請求項5記載の発明は、前記熱伝導経路は、前記半導体チップから前記固体板に達するように形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置である。
また、請求項6記載の発明は、前記半導体チップと前記固体板との間は、前記熱伝導経路によって、Agの熱伝導率で熱伝導可能に接続されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置である。
また、請求項8記載の発明は、前記半導体チップは、300〜400μm厚の四角板状に形成されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置である。
また、請求項9記載の発明は、前記接合材は、BiSnを主として含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置である。
また、請求項11記載の発明は、前記裏面メタル上に、Agからなるチップめっき層が形成されている、請求項10に記載の半導体装置である。
また、請求項13記載の発明は、前記固体板が、前記半導体チップをダイボンディングするダイパッドであり、前記ダイパッド上には、1.0〜10.0μmの厚さを有するパッドめっき層が形成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置である。
また、請求項15記載の発明は、前記接合材は、Ag、Sn、Co、Cu、Au、Ni、Znの少なくとも一種からなる副成分を含有している、請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置である。
また、請求項17記載の発明は、前記接合材の融点が、260〜263℃である、請求項16に記載の半導体装置である。
また、本発明の半導体装置は、半導体チップおよびその半導体チップが接合される固体板を備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体チップおよび前記固体板の少なくとも一方における他方との接合面に、Agからなるめっき層を形成する工程と、前記めっき層形成後、前記半導体チップと前記固体板との間に、Snの含有量が0wt%を超過し、4wt%以下であるBiSnからなる接合材を挟む工程と、熱処理により、前記半導体チップと前記固体板とを前記接合材を介して接合することによって、前記半導体チップにおける前記固体板との対向面に対して垂直方向に延びる熱伝導経路を前記接合材内に形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法によって製造することができる。
さらに、半導体チップと固体板との間がAgネットワークによって接続されるため、これらの間を熱が伝達しやすくなる。そのため、半導体チップで発生する熱を、Agネットワークを介してAgの熱伝導率で固体板に逃がすことができる。したがって、半導体チップの放熱性を十分に確保することができる。
この方法では、半導体チップにおける接合面および固体板における接合面の両方にめっき層が形成される。そのため、いずれか一方の接合面にのみめっき層が形成される場合よりも、Agネットワークの密度を大きくすることができる。その結果、半導体チップの放熱性を向上させることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。
半導体装置1は、QFPが適用された半導体装置1である。半導体装置1は、半導体チップ2と、半導体チップ2に接合される固体板としてのダイパッド3と、半導体チップ2と電気的に接続される複数のリード4と、これらを封止する樹脂パッケージ5とを備えている。
ダイパッド3は、たとえば、0.1〜5.0mm厚のCu薄板からなり、四角状に形成されている。ダイパッド3の厚さ方向一方面31には、Agからなるパッドめっき層7が形成されている。パッドめっき層7の厚さは、たとえば、1.0〜10.0μmである。
接合材8は、BiSn系材料からなる。BiSn系材料は、BiSnを主として含有する材料である。BiSn系材料は、主成分BiSnの他に、たとえば、半導体チップ2ダイパッド3間の熱の伝達、接合材8の機械的物性の向上、接合材8の融点調節および接合材8の濡れ性の向上などといった目的で、Ag、Sn、Co、Cu、Au、Ni、Znなどの副成分を含有することができる。これら副成分は、単独で含有されていてもよいし、複数の金属が合金化した状態で含有されていてもよい。
上記した副成分として、接合材8は、チップめっき層6およびパッドめっき層7の両方に接触する熱伝導経路としてのAgネットワーク9を有している。Agネットワーク9は、多数のAg細線が蜘蛛の巣状に広がってなり、接合材8のほぼ全域に達している。このAgネットワーク9によって、半導体チップ2とダイパッド3との間は理想的には、Agの熱伝導率(約425W/m・K)で熱伝導可能に接続されている。
そして、上記のような接合材8の融点は、たとえば、260〜270℃、好ましくは、260〜263℃である。
アウターリード42は、下方へ屈曲する屈曲部を有する略クランク形状に形成されている。アウターリード42は、半導体装置1をプリント配線基板に実装するときの外部接続部として機能する。
上記のような半導体装置1は、その許容損失が、たとえば、1〜10W、好ましくは、4〜10Wである。許容損失は、半導体装置1の放熱性の指標とされる。また、半導体装置1は、プリント配線基板のランドにアウターリード42がはんだ接合され、たとえば、240〜260℃でリフローすることによって、実装することができる。
半導体装置1の製造工程では、図2(a)に示すように、半導体チップ2およびリードフレーム12が用意される。
リードフレーム12は、Cu薄板を加工することにより形成される。このリードフレーム12は、格子状のフレーム部(図示せず)と、フレーム部に取り囲まれる各矩形領域内に配置されるアイランドとしてのダイパッド3と、ダイパッド3の周囲に配置される複数のリード4と、フレーム部とダイパッド3との間に架設された吊りリード(図示せず)とを一体的に備えている。
次いで、図2(b)に示すように、BiSnからなる接合材8をパッドめっき層7上に塗布し、その接合材8に対してチップめっき層6を対向させた姿勢で、半導体チップ2およびダイパッド3によって接合材8を挟み込む。
次いで、図2(d)に示すように、金属ワイヤ11の一端が半導体チップ2の配線パッドに接続され、金属ワイヤ11の他端がリード4のインナーリード41に接続される。
その後、リードフレーム12の不要部分(たとえば、吊りリードにおける樹脂パッケージ5から露出する部分など)が切断される。こうして、図1に示す構造の半導体装置1の個片が得られる。
さらに、半導体チップ2とダイパッド3との間がAgネットワーク9によって接続されるため、これらの間を熱が伝達可能となる。そのため、半導体チップ2で発生する熱を、Agネットワーク9を介して、理想的にはAgの熱伝導率(約425W/m・K)でダイパッド3に逃がすことができる。したがって、半導体チップ2の放熱性を十分に確保することができる。
また、Bi(融点:約270℃)がSn(融点:約232℃)よりも多量に含有されるため、接合材8に比較的高い融点(たとえば、260〜270℃)を保持させることができる。そのため、半導体装置1を実装するときのリフロー時において、優れた耐リフロー性を発揮することができる。
たとえば、QFPが適用された半導体装置1を取り上げたが、本発明は、たとえば、図3に示すようなQFNが適用された半導体装置51(図3において、52および53は、たとえば、錫(Sn)、錫−銀合金(Sn−Ag)などの金属からなるめっき層)、その他には、BGA、SOPなどといった他の種類のパッケージが適用された半導体装置に適用することもできる。
実施例1〜4および比較例1〜3
上述した製造方法に基づき、図1に示した構造の半導体装置を作製した。ただし、各実施例および比較例における接合材の組成は、以下の通りに設計した。なお、下記の組成において、Snの直前に記載される数字は、接合材におけるSnの含有量(wt%)を表わしている。
(接合材の組成)
実施例1:Bi−1Sn 実施例2:Bi−2Sn 実施例3:Bi−3Sn
実施例4:Bi−4Sn 比較例1:Bi−5Sn 比較例2:Bi−6Sn
比較例3:Bi−10Sn
評価試験
(1)SEM画像の撮影
実施例1〜4および比較例1〜3で得られた半導体装置の接合材に対して、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて電子ビームを照射し、それによって作り出される像を撮影した。撮影された写真を図4〜図10に示す。
(2)融点の測定
実施例1〜4および比較例1〜3で得られた半導体装置の接合材に対して、示差走査型熱量計(セイコーインスツルメンツ社製 DSC6200)を用いて融点測定した。なお、測定条件は、昇温速度:5℃/分、温度範囲:115〜300℃とした。これにより、各接合材について、以下のことが確認された。
実施例2(Bi−2Sn):接合材の全てが264.1℃で溶融する。
実施例3(Bi−3Sn):接合材の全体積中13.2%が139℃で溶融する。
実施例4(Bi−4Sn):接合材の全体積中48.0%が139℃で溶融する。
比較例1(Bi−5Sn):接合材の全体積中81.7%が139℃で溶融する。
比較例3(Bi−10Sn):接合材の全てが139℃で溶融する。
実施例5および比較例4〜5
JEDEC標準基板(114.3×76.2×1.6mm3)上に、表1に示す組成の接合材を用いてトランジスタを搭載した半導体装置を実装した。ただし、JEDEC標準基板は、74.2mm角の銅箔を3層重ねることによって、全体として4層構造とした。また、各銅箔間は、サーマルビアで接続されている。
評価試験
(1)許容損失の測定
実施例5および比較例4〜5の半導体装置について、桑野電機社製TH−156を用いて許容損失を測定した。結果を表1に示す。
2 半導体チップ
3 ダイパッド
6 チップめっき層
7 パッドめっき層
8 接合材
9 Agネットワーク
10 合金層
12 リードフレーム
22 他方面
31 一方面
Claims (17)
- 半導体チップと、
前記半導体チップが接合される固体板と、
前記半導体チップと前記固体板との間に介在され、BiSn系材料からなる接合材とを含み、
前記接合材は、前記半導体チップと前記固体板との間の熱伝導性を向上させるためのAgからなる熱伝導経路を有しており、
前記熱伝導経路は、前記半導体チップにおける前記固体板との対向面に対して垂直方向に延びており、かつ前記半導体チップと前記固体板との間の距離の30%を超える長さで形成されている、半導体装置。 - 前記接合材における前記半導体チップおよび/または前記固体板との界面近傍には、Sn−Ag合金からなる金属層が形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記接合材におけるSnの含有量が、0wt%を超過し、4wt%以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記固体板が金属からなるリードフレームのアイランドである、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記熱伝導経路は、前記半導体チップから前記固体板に達するように形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップと前記固体板との間は、前記熱伝導経路によって、Agの熱伝導率で熱伝導可能に接続されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記固体板は、Cuからなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、300〜400μm厚の四角板状に形成されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記接合材は、BiSnを主として含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップにおける前記接合材との接合面には、Au、Ni、Agを含有する裏面メタルが形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記裏面メタル上に、Agからなるチップめっき層が形成されている、請求項10に記載の半導体装置。
- 前記チップめっき層の厚さは、0.1〜2.0μmである、請求項11に記載の半導体装置。
- 前記固体板が、前記半導体チップをダイボンディングするダイパッドであり、
前記ダイパッド上には、1.0〜10.0μmの厚さを有するパッドめっき層が形成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記接合材は、SnよりもBiを多く含有している、請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記接合材は、Ag、Sn、Co、Cu、Au、Ni、Znの少なくとも一種からなる副成分を含有している、請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記接合材の融点が、260〜270℃である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記接合材の融点が、260〜263℃である、請求項16に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013229518A JP5852080B2 (ja) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013229518A JP5852080B2 (ja) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009106906A Division JP5473388B2 (ja) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014027314A true JP2014027314A (ja) | 2014-02-06 |
JP5852080B2 JP5852080B2 (ja) | 2016-02-03 |
Family
ID=50200633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013229518A Active JP5852080B2 (ja) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5852080B2 (ja) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07176547A (ja) * | 1993-12-17 | 1995-07-14 | Hitachi Ltd | 半導体チップとその製法 |
JPH08150493A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-06-11 | Fujitsu Ltd | はんだ合金及びはんだ粉末及びはんだペースト及びプリント配線板及び電子部品及びはんだ付け方法及びはんだ付け装置 |
JPH09330941A (ja) * | 1996-06-13 | 1997-12-22 | Toshiba Corp | 高熱伝導ペースト半田および半導体デバイス |
JPH1041621A (ja) * | 1996-07-18 | 1998-02-13 | Fujitsu Ltd | 錫−ビスマスはんだの接合方法 |
JPH10308465A (ja) * | 1997-05-01 | 1998-11-17 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体基板用の鋳造金属シール |
JP2002018590A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-22 | Nippon Steel Corp | ハンダ合金、ハンダボール及びハンダバンプを有する電子部材 |
JP2004183091A (ja) * | 2002-07-25 | 2004-07-02 | Shinriyou Denshi Kk | 錫−銀−銅含有めっき液、電解めっき方法、錫−銀−銅含有めっき被膜、並びにこのめっき被膜を使用したはんだ付け方法 |
JP2004533327A (ja) * | 2001-05-28 | 2004-11-04 | ハネウエル・インターナシヨナル・インコーポレーテツド | 高温鉛フリーハンダ用組成物、方法およびデバイス |
JP2007294626A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 半導体パワーモジュール |
JP2007324447A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd | 電子部品搭載用基板、電子部品および電子装置 |
JP2008235898A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Infineon Technologies Ag | パワー半導体モジュール、パワー半導体モジュールの製造方法、および、半導体チップ |
JP2010258231A (ja) * | 2009-04-24 | 2010-11-11 | Rohm Co Ltd | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
2013
- 2013-11-05 JP JP2013229518A patent/JP5852080B2/ja active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07176547A (ja) * | 1993-12-17 | 1995-07-14 | Hitachi Ltd | 半導体チップとその製法 |
JPH08150493A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-06-11 | Fujitsu Ltd | はんだ合金及びはんだ粉末及びはんだペースト及びプリント配線板及び電子部品及びはんだ付け方法及びはんだ付け装置 |
JPH09330941A (ja) * | 1996-06-13 | 1997-12-22 | Toshiba Corp | 高熱伝導ペースト半田および半導体デバイス |
JPH1041621A (ja) * | 1996-07-18 | 1998-02-13 | Fujitsu Ltd | 錫−ビスマスはんだの接合方法 |
JPH10308465A (ja) * | 1997-05-01 | 1998-11-17 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体基板用の鋳造金属シール |
JP2002018590A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-22 | Nippon Steel Corp | ハンダ合金、ハンダボール及びハンダバンプを有する電子部材 |
JP2004533327A (ja) * | 2001-05-28 | 2004-11-04 | ハネウエル・インターナシヨナル・インコーポレーテツド | 高温鉛フリーハンダ用組成物、方法およびデバイス |
JP2004183091A (ja) * | 2002-07-25 | 2004-07-02 | Shinriyou Denshi Kk | 錫−銀−銅含有めっき液、電解めっき方法、錫−銀−銅含有めっき被膜、並びにこのめっき被膜を使用したはんだ付け方法 |
JP2007294626A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 半導体パワーモジュール |
JP2007324447A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd | 電子部品搭載用基板、電子部品および電子装置 |
JP2008235898A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Infineon Technologies Ag | パワー半導体モジュール、パワー半導体モジュールの製造方法、および、半導体チップ |
JP2010258231A (ja) * | 2009-04-24 | 2010-11-11 | Rohm Co Ltd | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5852080B2 (ja) | 2016-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008187009A (ja) | 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 | |
US20050046032A1 (en) | Bonding material and circuit device using the same | |
US9142493B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5169871B2 (ja) | はんだ、はんだ付け方法及び半導体装置 | |
US20090091027A1 (en) | Semiconductor package having restraining ring surfaces against soldering crack | |
KR20100054602A (ko) | 반도체 패키지 및 그의 제조 방법 | |
JP2007059485A (ja) | 半導体装置、基板及び半導体装置の製造方法 | |
JP5473388B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
JP2005340268A (ja) | トランジスタパッケージ | |
US20150258636A1 (en) | Solder alloy for low-temperature processing | |
JP2006339595A (ja) | 半導体装置 | |
US9018761B2 (en) | Semiconductor device | |
KR20090091484A (ko) | 반도체 패키지 | |
JP5852080B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP2017126689A (ja) | 電子装置及び電子機器 | |
JP2019188456A (ja) | はんだ合金、ソルダペースト、成形はんだ、及びはんだ合金を用いた半導体装置 | |
JP2020518461A (ja) | はんだ材及びダイアタッチメント方法 | |
JP2017107955A (ja) | 電子装置及び電子装置の製造方法 | |
JP6543890B2 (ja) | 高温はんだ合金 | |
US20230387062A1 (en) | Semiconductor device | |
WO2015129185A1 (ja) | 樹脂封止型半導体装置、およびその製造方法、ならびにその実装体 | |
JP2011216813A (ja) | はんだ接合方法、半導体装置及びその製造方法 | |
JP2014103382A (ja) | 半田ボールおよびこれを用いた印刷回路基板、並びに半導体パッケージ | |
KR100706574B1 (ko) | 무연 솔더볼을 갖는 반도체 패키지 및 그 제조방법 | |
JP2009105327A (ja) | 放熱板付き半導体装置、及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141117 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150706 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5852080 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |