JP2015153986A - semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、応力緩和層を介して、基材上に半導体チップをPbフリーはんだによって、はんだ接合してなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor chip is solder-bonded to a base material by Pb-free solder via a stress relaxation layer.
従来より、応力緩和層を介して基材上に半導体チップをはんだ接合してなる半導体装置が知られている。この種の半導体装置として、例えば、特許文献1に記載されている半導体装置が提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device is known in which a semiconductor chip is solder-bonded on a base material via a stress relaxation layer. As this type of semiconductor device, for example, a semiconductor device described in
この半導体装置は、半導体チップと、半導体チップを搭載する基材と、半導体チップと基材との間に設けられるとともに、はんだを有する構成とされて半導体チップと基材とを接合する接合部材と、を備えて構成されている。 The semiconductor device includes a semiconductor chip, a base material on which the semiconductor chip is mounted, a bonding member that is provided between the semiconductor chip and the base material and has a solder and joins the semiconductor chip and the base material. , And is configured.
ここで、応力緩和層は、接合部材の一部として構成され、Al(アルミニウム)などの金属で構成されたものである。このような接合部材は、半導体チップと応力緩和層との間に設けられ、半導体チップと応力緩和層とを接合する第1のはんだ層と、応力緩和層と基材との間に設けられ、応力緩和層と基材とを接合する第2のはんだ層とを有する構成とされている。 Here, the stress relaxation layer is configured as a part of the joining member, and is configured of a metal such as Al (aluminum). Such a bonding member is provided between the semiconductor chip and the stress relaxation layer, provided between the first solder layer for bonding the semiconductor chip and the stress relaxation layer, and the stress relaxation layer and the base material, The stress relaxation layer and the second solder layer that joins the base material are provided.
この応力緩和層は、半導体チップと基材との線膨張係数差に起因して接合部材に生じる熱応力を緩和する部分である。ここで、上記特許文献1では、第1のはんだ層および第2のはんだ層は、Pb(鉛)を含有するはんだで構成されている。
This stress relaxation layer is a portion that relaxes thermal stress generated in the bonding member due to the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor chip and the base material. Here, in the said
上記特許文献1に記載されている半導体装置では、上記したように、応力緩和層が設けられており、高温となった際に、応力緩和層が塑性変形して応力緩和効果を発揮するように構成されている。また、この半導体装置では、第1のはんだ層および第2のはんだ層がPbを含有するはんだで構成されている。
In the semiconductor device described in
しかし、近年、RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令にみられるように、Pbなどの有害化学物質の使用を削減する動向がある。このことから、上記のような半導体装置において、Pbを含有するはんだに代えて、Pbを含有しないはんだ(以下、Pbフリーはんだという)を用いることが検討されている。 However, in recent years, there is a trend to reduce the use of harmful chemical substances such as Pb, as seen in the RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive. For this reason, in the semiconductor device as described above, it has been studied to use solder not containing Pb (hereinafter referred to as Pb-free solder) instead of solder containing Pb.
そこで、第1、第2のはんだ層の少なくとも一方を、Pbフリーはんだよりなるものとすることが必要となる。このPbフリーはんだは、具体的には、高融点の材料であるZn(亜鉛)、Au(金)、Bi(ビスマス)等を主成分とするものである。しかしながら、このような高融点のPbフリーはんだは、Pbを含有するはんだに比べて硬く、塑性変形しにくいものである。 Therefore, it is necessary that at least one of the first and second solder layers is made of Pb-free solder. Specifically, this Pb-free solder contains Zn (zinc), Au (gold), Bi (bismuth) or the like, which is a high melting point material, as a main component. However, such a high-melting point Pb-free solder is harder than plastics containing Pb and is hard to be plastically deformed.
上記の半導体装置において、このようなPbフリーはんだを第1、第2のはんだ層に用いた場合でも、高温となった際に、応力緩和層が塑性変形して応力緩和効果を発揮するため、第1、第2のはんだ層におけるクラックの発生を防止できると考えられる。 In the above semiconductor device, even when such Pb-free solder is used for the first and second solder layers, when the temperature becomes high, the stress relaxation layer plastically deforms and exhibits a stress relaxation effect. It is considered that the occurrence of cracks in the first and second solder layers can be prevented.
ここで、このような半導体装置は、自動車に搭載される電子装置に適用される場合等では、高電圧での電流制御や高速動作等の事情から、高温(例えば、250℃以上)の環境で使用されることとなる。このような高温の環境で使用される場合、半導体チップに発生する熱は、接合部材を介して基材へ放熱されるものとなる。そこで、この接合部材を介した半導体チップの放熱性の向上が望まれる。 Here, when such a semiconductor device is applied to an electronic device mounted on an automobile, for example, in a high-temperature environment (for example, 250 ° C. or higher) due to circumstances such as high-voltage current control and high-speed operation. Will be used. When used in such a high temperature environment, the heat generated in the semiconductor chip is radiated to the base material via the bonding member. Therefore, it is desired to improve the heat dissipation of the semiconductor chip via this joining member.
この放熱性向上の問題に対して、本発明者は、上記半導体装置において、図7に示されるように、基材20上における接合部材30の平面サイズを半導体チップ10よりも大きくした構成のものを、試作し検討した。つまり、接合部材30における第1のはんだ層32、第2のはんだ層33、および応力緩和層31を、いずれも平面サイズが半導体チップ10よりも大きく、且つ、周辺部が半導体チップ10の端部10aの外側にはみ出した構成を採用することとした。
In response to this problem of improving heat dissipation, the present inventor has a configuration in which the planar size of the
従来では、接合部材30の平面サイズ、特に応力緩和層31の平面サイズは、半導体チップ10と同等以下とされていたので、放熱性向上には限界があった。しかし、本発明者が採用する上記構成によれば、接合部材30において、半導体チップ10の熱が平面方向にて半導体チップ10の端部10aの外側まで拡散されて放熱されることになるので、放熱性の向上が期待できる。
Conventionally, since the planar size of the
しかしながら、このような構成の場合、半導体チップ10の端部10aの外側にはみ出している応力緩和層31の周辺部は、半導体チップ10による押さえ付けが無い部分となる。つまり、応力緩和層31の上記周辺部は、半導体チップ10の直下に位置する応力緩和層31の部分に比べて拘束が弱い傾向にある。
However, in the case of such a configuration, the peripheral portion of the
そのため、高温時等には、図7に示されるように、応力緩和層31のうち半導体チップ10の直下に位置する部位では、反りが発生しにくく平坦性を維持するが、半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位よりも周辺部側に位置する部位では、応力緩和層31に反りが生じやすい。
Therefore, at a high temperature or the like, as shown in FIG. 7, the portion located immediately below the
この反りは、各部の線膨張係数の差に起因して発生するものである。具体的には、線膨張係数は、半導体チップ10、各はんだ層32、33、およびリードフレーム20に比べて、応力緩和層31が最も大きい。そのため、たとえば、図7に示されるように、半導体チップ10の端部10aの外側にはみ出している応力緩和層31の周辺部が、基材20上方に曲がるように反りが生じる。
This warpage is caused by the difference in the linear expansion coefficient of each part. More specifically, the
そして、このような半導体チップ10の外側における応力緩和層31の反りが発生することにより、比較的硬いPbフリーはんだよりなる第1、第2のはんだ層32、33において、図7に示されるようなクラックK1等のダメージが発生しやすくなる。
As shown in FIG. 7, the first and
つまり、第1、第2のはんだ層32、33が従来の比較的軟らかく塑性変形しやすいPbを含有するはんだであるならば、当該応力緩和層31の反りによるダメージは発生しにくいが、硬いPbフリーはんだであるがゆえに当該ダメージが問題となるのである。
That is, if the first and
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体チップよりも平面サイズが大きな応力緩和層を介して、当該半導体チップをPbフリーはんだによって基材上に、はんだ接合してなる半導体装置において、応力緩和層の反りを抑制して当該反りによるはんだ層のダメージを軽減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a semiconductor device in which the semiconductor chip is solder-bonded to a base material by Pb-free solder through a stress relaxation layer having a larger planar size than the semiconductor chip. The purpose of the invention is to suppress warping of the stress relaxation layer and reduce damage to the solder layer due to the warping.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、半導体チップ(10)と、半導体チップを搭載する基材(20)と、半導体チップと基材との間に設けられ、半導体チップと前記基材とを接合する接合部材(30)と、を有し、
接合部材が、半導体チップと基材との線膨張係数差に起因して接合部材に生じる熱応力を緩和する部分であって、半導体チップと基材との間に設けられ、金属を主成分とする構成とされた応力緩和層(31)と、半導体チップと応力緩和層との間に設けられ、半導体チップと応力緩和層とを接合する第1のはんだ層(32)と、応力緩和層と基材との間に設けられ、応力緩和層と基材とを接合する第2のはんだ層(33)と、を有する構成とされている半導体装置であって、さらに、以下の構成を備えている。
In order to achieve the above object, the invention according to
The joining member is a part that relieves thermal stress generated in the joining member due to a difference in linear expansion coefficient between the semiconductor chip and the base material, and is provided between the semiconductor chip and the base material, and the metal is a main component. A stress relaxation layer (31) configured to be configured, a first solder layer (32) provided between the semiconductor chip and the stress relaxation layer, and joining the semiconductor chip and the stress relaxation layer; And a second solder layer (33) which is provided between the base material and joins the stress relaxation layer and the base material, and further includes the following configuration. Yes.
すなわち、請求項1の半導体装置では、第1のはんだ層および第2のはんだ層の少なくとも一方が、Pbを含有しないPbフリーはんだよりなるものとされており、接合部材における第1のはんだ層、第2のはんだ層、および応力緩和層は、いずれも平面サイズが半導体チップよりも大きく、且つ、周辺部が半導体チップの端部(10a)の外側にはみ出しており、応力緩和層のうち半導体チップの端部の直下に位置する部位は、当該部位よりも周辺部側に位置する部位における応力緩和層の反りを抑制する形状をなす反り抑制部(40〜44)とされていることを特徴とする。
That is, in the semiconductor device of
それによれば、応力緩和層のうち半導体チップの端部の直下に位置する部位が、反り抑制部として構成されているため、応力緩和層のうち半導体チップの端部の直下に位置する部位よりも周辺側に位置する部位、すなわち、半導体チップの端部から外側にはみ出している応力緩和層の周辺部が、反り変形しにくいものとなる。こうして、本発明によれば、応力緩和層の反りが抑制されて、当該反りによるはんだ層のダメージを軽減することができる。 According to this, since the part located directly under the end of the semiconductor chip in the stress relaxation layer is configured as a warp suppressing part, the part of the stress relaxation layer is located directly under the end of the semiconductor chip. The portion located on the peripheral side, that is, the peripheral portion of the stress relaxation layer that protrudes outward from the end portion of the semiconductor chip is less likely to warp and deform. Thus, according to the present invention, warping of the stress relaxation layer is suppressed, and damage to the solder layer due to the warping can be reduced.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる半導体装置S1について、図1を参照して述べる。この半導体装置S1は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
(First embodiment)
The semiconductor device S1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This semiconductor device S1 is mounted on a vehicle such as an automobile, for example, and is applied as a device for driving various electronic devices for the vehicle.
本実施形態の半導体装置S1は、大きくは、図1に示されるように、半導体チップ10と、半導体チップ10を搭載する基材としてのリードフレーム20と、を備える。さらに、半導体装置S1は、半導体チップ10とリードフレーム20との間に設けられ、Pbフリーはんだを有する構成とされて半導体チップ10とリードフレーム20とを接合する接合部材30を備えている。
The semiconductor device S1 of the present embodiment is roughly provided with a
接合部材30は、熱応力を緩和する応力緩和層31と、半導体チップ10と応力緩和層31とを接合する第1のはんだ層32と、応力緩和層31とリードフレーム20とを接合する第2のはんだ層33とを有する。ここで、熱応力は、高温時において半導体チップ10とリードフレーム20との線膨張係数差に起因して生じる熱応力を指す。以下において単に「熱応力」という場合も、この熱応力を指すこととする。
The bonding
半導体チップ10は、薄板状の半導体基板に半導体素子が実装されたチップである。半導体チップ10を構成する半導体基板は、例えば、Si(シリコン)やSiC(炭化珪素)等の半導体で構成されている。そして、半導体基板に実装された半導体素子は、例えば、集積回路、MOSトランジスタ等のパワー素子、コンデンサ等の受動素子等で構成されている。
The
リードフレーム20は、Cuや42アロイなどの導電性に優れた金属で構成される部材であり、エッチングやプレスなどにより形成される。図1に示されるように、リードフレーム20は、一面21を有する板状に形成されており、このリードフレーム20の一面21において半導体チップ10が搭載されている。
The
上記したように、接合部材30は、リードフレーム20の一面21側から半導体チップ10側に向かって、応力緩和層31、第1のはんだ層32、および第2のはんだ層33が、順次積層された構成とされている。
As described above, in the
応力緩和層31は、半導体チップ10とリードフレーム20との線膨張係数差に起因して接合部材30に生じる熱応力を緩和する板状部材である。この応力緩和層31は、第1のはんだ層32に対向する一面311と、この一面311と反対側において第2のはんだ層33に対向する他面312とを有する構成とされている。つまり、応力緩和層31は一面311と他面312とを表裏の板面とする板状部材とされている。
The
応力緩和層31は、Al(アルミニウム)を主材として構成された板状部材を採用している。応力緩和層31に使用するAlとしては、ここでは一例として、市販されている純Alを採用しているが、100%のAl以外にも、例えば市販品のレベルで純Alとされたものを採用できる。また、たとえば、Alが99%程度あるいはそれ以上の濃度のものであればよい。
The
また、図示しないが、応力緩和層31におけるAlの表面のうち少なくとも一面311および他面312には、第1、第2のはんだ層32、33とのはんだ接合性を確保するために、Ni等のめっき処理が施されている。なお、半導体チップ10における接合部材30側の面には、第1のはんだ層32とのはんだ接合性を確保するためのTi−Ni−Au等のめっき処理が施されていることが好ましい。
Further, although not shown in the drawings, at least one
また、本実施形態にかかる半導体装置S1では、応力緩和層31の一面311と半導体チップ10との間において、第1のはんだ層32が備えられている。また、応力緩和層31の他面312とリードフレーム20の一面21との間において、第2のはんだ層33が備えられている。
In the semiconductor device S <b> 1 according to the present embodiment, the
これら第1、第2のはんだ層32、33を構成する材料としては、通常のPbフリーはんだを採用することができる。たとえば、Pbフリーはんだとしては、Sn−Ag系はんだやSn−Ag−Cu系はんだなどが挙げられる。なお、第1のはんだ層32と第2のはんだ層33とは、同一のPbフリーはんだであってもよいし、異なるPbフリーはんだであってもよい。
As a material constituting the first and second solder layers 32 and 33, normal Pb-free solder can be employed. For example, examples of the Pb-free solder include Sn-Ag solder and Sn-Ag-Cu solder. Note that the
そして、本実施形態の半導体装置S1においては、図1に示されるように、接合部材30の平面サイズを、半導体チップ10よりも大きいものとしている。つまり、接合部材30における第1のはんだ層32、第2のはんだ層33、および応力緩和層31は、いずれも平面サイズが半導体チップ10の平面サイズよりも大きい。それにより、第1のはんだ層32、第2のはんだ層33、および応力緩和層31の各周辺部が、半導体チップ10の端部10aの外側にはみ出した構成とされている。
In the semiconductor device S1 of the present embodiment, the planar size of the
ここでは、図1に示されるように、半導体チップ10は、4辺を端部10aとする平面矩形板状をなしており、接合部材30における第1のはんだ層32、第2のはんだ層33、および応力緩和層31は、いずれも半導体チップ10よりも一回り大きい平面矩形をなしている。また、第1のはんだ層32、第2のはんだ層33、および応力緩和層31は、互いに実質同一の平面サイズ、実質同一の平面形状とされている。
Here, as shown in FIG. 1, the
このように接合部材30の平面サイズを半導体チップ10の平面サイズよりも大きくすることにより、半導体チップ10の熱が、接合部材30を介して、平面方向にて半導体チップ10の端部10aの外側まで拡散されて放熱されることになる。このことから、放熱性の向上が期待できる。
Thus, by making the planar size of the joining
そして、本実施形態の半導体装置S1では、応力緩和層31において、半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位には、反り抑制部としての溝40が、設けられている。この溝40は、当該半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位よりも周辺部側に位置する部位における応力緩和層31の反りを抑制するためのものである。
In the semiconductor device S1 of the present embodiment, the
この溝40は、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位に部分的に設けられるもので、当該部位に発生する反り応力を緩和するものである。ここでは、反り抑制部としての溝40の部分では、応力緩和層31は、溝40以外の部位よりも層厚さが薄い形状とされている。
The
つまり、溝40の部分は、応力緩和層31のなかで最も肉薄の部位とされることで、反り抑制部を構成している。そして、応力緩和層31のうち溝40以外の部位、具体的には溝40よりも応力緩和層31の中央寄りの部位では、層厚さを確保することによって、放熱性が確保されている。
That is, the portion of the
ここでは、溝40は、応力緩和層31の一面311側には設けられずに、他面312側のみに設けられている。また、溝40の平面形状は、半導体チップ10の端部10aの全周に対応した矩形リング状をなしている。つまり、図1に示されるように、半導体チップ10の端部10aの全周が、溝40の幅の範囲内に位置したものとされている。
Here, the
また、ここでは、溝40は、底側が狭くなった台形状の溝形状とされている。このような溝40は、プレス加工、エッチング加工、切削加工等により形成される。ここで、溝40の内面においても、第1、第2のはんだ層32、33とのはんだ接合性を確保するためのNi等による上記めっき処理が施されている。
Here, the
ところで、本実施形態の半導体装置S1においては、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの外側にはみ出している応力緩和層31の周辺部では、半導体チップ10による拘束が無い。
By the way, in the semiconductor device S <b> 1 of the present embodiment, the peripheral portion of the
そのため、高温時等には、半導体装置S1における各部の線膨張係数差に起因して、上記図7に示されるような反りが生じやすい。各部の線膨張係数の一例を示すと、半導体チップ10:3ppm/℃のSiC、各はんだ層32、33:19ppm/℃のPbフリーはんだ、リードフレーム20:16.8ppm/℃のCu、応力緩和層31:23ppm/℃のAl、となる。
Therefore, at the time of high temperature or the like, the warp as shown in FIG. 7 is likely to occur due to the difference in linear expansion coefficient of each part in the semiconductor device S1. As an example of the linear expansion coefficient of each part, semiconductor chip 10: SiC of 3 ppm / ° C., each
これに対して、本実施形態では、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位は、反り抑制部としての溝40を有する形状として構成されている。つまり、本実施形態の反り抑制部は、溝40を設けたものとすることで、当該溝40以外の応力緩和層31の部位に比べて溝40の分、層厚さが薄くなった肉薄の形状とされた部位である。
On the other hand, in this embodiment, the site | part located just under the
そのため、本実施形態によれば、この肉薄形状である溝40の部位にて反り応力が緩和されるため、応力緩和層31のうち溝40よりも周辺部側に位置する部位における反りが、抑制される。
Therefore, according to the present embodiment, since the warping stress is relieved at the portion of the
つまり、本実施形態によれば、半導体チップ10の端部10aから外側にはみ出している応力緩和層31の周辺部が、反り変形しにくいものとなる。これにより、本実施形態によれば、応力緩和層31の反りが抑制されて、当該反りによる第1、第2のはんだ層32、33のダメージを軽減することができる。
That is, according to the present embodiment, the peripheral portion of the
特に、本実施形態では、上記のように、第1、第2のはんだ層32、33は、Pbを含有するはんだに比べて硬いPbフリーはんだよりなるものである。しかし、このような硬いPbフリーはんだであっても、応力緩和層31の反りによるダメージを極力防止することができるのである。
In particular, in the present embodiment, as described above, the first and second solder layers 32 and 33 are made of Pb-free solder that is harder than solder containing Pb. However, even such a hard Pb-free solder can prevent damage due to warping of the
このような本実施形態の半導体装置S1の製造方法は、次のとおりである。まず、リードフレーム20の一面21上に、第2のはんだ層33、溝40を有する応力緩和層31、第1のはんだ層32、および、半導体チップ10を順次積層する。ここで、第1、第2のはんだ層32、33は、はんだペーストやはんだ箔等の状態で設置する。
The manufacturing method of the semiconductor device S1 of this embodiment is as follows. First, the
そして、この積層体に対し、必要に応じて加圧しながら、第1、第2のはんだ層32、33を溶融させた後、固化する。これにより、第1、第2のはんだ層32、33を介して、リードフレーム20、応力緩和層31、半導体チップ10が、はんだ接合される。こうして、本実施形態の半導体装置S1ができあがる。
Then, the first and second solder layers 32 and 33 are melted and solidified while applying pressure to the laminated body as necessary. As a result, the
なお、上記図1では、溝40は、半導体チップ10の端部10a直下の全周に位置するリング状のものであったが、本実施形態の溝40としては、半導体チップ10の端部10a直下にて部分的に位置する不連続な形状であってもよい。
In FIG. 1, the
また、上記図1に示される溝40は、底側が狭くなった台形状の溝形状とされていたが、本実施形態の溝40の溝形状としては、これに限定されるものではなく、たとえば、長方形状の溝形状、V字状の溝形状、U字状の溝形状等であってもよい。
Moreover, although the groove |
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態にかかる半導体装置S2について、図2を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態では、反り抑制部としての溝40は、応力緩和層31の一面311側には設けられずに、他面312側のみに設けられていた。
(Second Embodiment)
The semiconductor device S2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, focusing on differences from the first embodiment. In the first embodiment, the
これに対して、本実施形態の半導体装置S2では、図2に示されるように、反り抑制部としての溝40は、応力緩和層31の一面311側と他面312側との両方に対称的に設けられている。
On the other hand, in the semiconductor device S2 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
ここで、一面311側と他面312側との両方の溝40の平面形状は、上記図1に示される溝40と同様、半導体チップ10の端部10aの全周に対応した矩形リング状をなしている。そして、本実施形態においても、半導体チップ10の端部10aの全周が、当該両方の溝40の幅の範囲内に位置したものとされている。
Here, the planar shape of the
また、ここでは、上記両方の溝40は、底側が狭くなった台形状の溝形状とされている。このような溝40は、プレス加工、エッチング加工、切削加工等により形成される。ここで、上記両方の溝40の内面においても、第1、第2のはんだ層32、33とのはんだ接合性を確保するためのNi等による上記めっき処理が、施されている。
In addition, here, both the
このように、本実施形態においても、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位は、溝40を有する形状とされることによって、反り抑制部を構成している。
As described above, also in the present embodiment, a portion of the
つまり、本実施形態における反り抑制部は、応力緩和層31の一面311側と他面312側との両方に溝40を設けたものとすることで、当該両方の溝40以外の応力緩和層31の部位に比べて、当該両方の溝40の分、層厚さが薄くなった肉薄の形状とされた部位である。
That is, the warp suppressing portion in the present embodiment is provided with the
そのため、本実施形態によっても、この肉薄形状である上記両方の溝40の部位にて、反り応力が緩和されるため、応力緩和層31のうち上記両方の溝40よりも周辺部側に位置する部位における反りが、抑制される。そのため、本実施形態においても、応力緩和層31の反りが抑制されて、当該反りによる第1、第2のはんだ層32、33のダメージを軽減することができる。
Therefore, also in the present embodiment, since the warping stress is relieved at the portions of the both
なお、本実施形態において、応力緩和層31の一面311側と他面312側との両方の溝40は、半導体チップ10の端部10aの直下に位置すればよく、当該両方の溝40の位置や溝幅が、多少、相違するものであってもよい。
In the present embodiment, the
また、当該両方の溝40は、互いの溝形状が相違するものであってもよい。たとえば、一方の溝40の溝形状がV字状であり、他方の溝40の溝形状がU字状であるものであってもよい。
Further, both the
また、本実施形態においても、当該両方の溝40としては、半導体チップ10の端部10a直下にて部分的に位置する不連続な形状であってもよい。さらには、当該両方の溝40の一方が当該不連続な形状であり、他方が、半導体チップ10の端部10a直下の全周に位置する連続したリング形状であってもよい。
Also in the present embodiment, both the
また、上記第1実施形態および第2実施形態に対して、反り抑制部としての溝40は、応力緩和層31の一面311側のみに設けられているものであってもよい。つまり、反り抑制部としての溝40は、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位において、応力緩和層31の表裏両面であり一面311と他面312との少なくとも一方に設けられたものであればよい。
Further, with respect to the first embodiment and the second embodiment, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態にかかる半導体装置S3について、図3を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態では、反り抑制部は溝40を有するものであった。
(Third embodiment)
The semiconductor device S3 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, focusing on differences from the first embodiment. In the first embodiment, the warpage suppressing portion has the
これに対して、本実施形態の半導体装置S3では、反り抑制部は、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位において、応力緩和層31の内部に設けられた内孔41を有するものである。この内孔41は、たとえばエッチング等により応力緩和層31を多孔質のものとすることで形成される。
On the other hand, in the semiconductor device S3 of the present embodiment, the warp suppressing portion is provided inside the
この内孔41は、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位に部分的に設けられるものである。そして、この内孔41の部分では、応力緩和層31は内孔41以外の部位よりも内孔41の分、相対的に層厚さが薄い形状とされ、反り抑制部が構成されている。具体的には、多数の内孔41が、上記図1に示される溝40と同様に、半導体チップ10の端部10aの全周に対応した領域に分布するように形成されている。
The
つまり、応力緩和層31のうち反り抑制部である内孔41の部分は、応力緩和層31のなかで実効的な層厚さが最も薄い部位とされている。そのため、応力緩和層31のうち内孔41による薄肉形状とされた部位である反り抑制部にて、反り応力が緩和されるようになっている。
That is, in the
また、本実施形態においても、応力緩和層31のうち内孔41以外の部位、具体的には内孔41よりも応力緩和層31の中央寄りの部位では、層厚さを確保することによって、放熱性が確保されている。
Also in the present embodiment, by securing the layer thickness at a portion other than the
このように、本実施形態によれば、肉薄形状とされた内孔41の部位にて反り応力が緩和されるため、応力緩和層31のうち内孔41よりも周辺部側に位置する部位における反りが抑制される。そのため、本実施形態においても、応力緩和層31の反りによる第1、第2のはんだ層32、33のダメージを軽減することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the warping stress is relieved at the portion of the
なお、この内孔41についても、半導体チップ10の端部10aの全周に対応した領域に分布するものでなくてもよく、半導体チップ10の端部10aの全周に対応した領域内にて部分的に分布したものであってもよい。
The
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態にかかる半導体装置S4について、図4を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態では、反り抑制部は溝40を有するものであった。
(Fourth embodiment)
The semiconductor device S4 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, focusing on the differences from the first embodiment. In the first embodiment, the warpage suppressing portion has the
これに対して、本実施形態の半導体装置S4では、反り抑制部は、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位において、応力緩和層31を層厚さ方向に貫通する貫通孔42を有するものとされている。
On the other hand, in the semiconductor device S4 of the present embodiment, the warp suppressing portion has the
この場合、貫通孔42を境として応力緩和層31が分離されずに、機械的強度を確保することが必要である。そのため、図4に示されるように、複数個の貫通孔42を、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位に、断続的に配置した構成としている。
In this case, it is necessary to ensure the mechanical strength without separating the
このような貫通孔42は、プレス加工、エッチング加工、あるいは切削加工等により形成される。なお、図4では、貫通孔42は、開口形状が円形の孔であるが、それ以外の角形等の孔でもよい。また、複数個の貫通孔42において、互いに同一形状でもよいし、異なる形状でもよい。また、貫通孔42の開口サイズについても、複数個の貫通孔42で同一でもよいし異なってもよい。
Such a through
本実施形態によれば、応力緩和層31において、反り抑制部としての貫通孔42を設けることにより、この貫通孔42の部位では、貫通孔42以外の部位に比べて、貫通孔42を設けた分、機械的強度が低下された形状となる。そのため、この貫通孔42の部位では、反り応力が緩和できるようになっている。
According to the present embodiment, in the
また、本実施形態においても、応力緩和層31のうち貫通孔42以外の部位、具体的には貫通孔42よりも応力緩和層31の中央寄りの部位では、貫通孔42が存在しないことで実効的な層厚さが確保されて、放熱性が確保されている。
Also in the present embodiment, it is effective because the through
このように、本実施形態によれば、反り抑制部としての貫通孔42の部位にて反り応力が緩和されるため、応力緩和層31のうち貫通孔42よりも周辺部側に位置する部位における反りが抑制される。そのため、本実施形態においても、応力緩和層31の反りによる第1、第2のはんだ層32、33のダメージを軽減することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the warping stress is relieved at the portion of the through
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態にかかる半導体装置S5について、図5を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態では、反り抑制部は溝40を有するものであった。
(Fifth embodiment)
The semiconductor device S5 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, focusing on differences from the first embodiment. In the first embodiment, the warpage suppressing portion has the
これに対して、本実施形態の半導体装置S5では、反り抑制部は、応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位において、応力緩和層31の内部に設けられた空隙部43を有するものとされている。
On the other hand, in the semiconductor device S5 of the present embodiment, the warp suppressing portion is provided inside the
この空隙部43の平面パターンは、上記図1に示される溝40と同様、半導体チップ10の端部10aの全周に対応した矩形リング状をなしている。そして、本実施形態においても、半導体チップ10の端部10aの全周が、空隙部43の平面方向の幅の範囲内に位置したものとされている。
The planar pattern of the
この空隙部43は、応力緩和層31の内部に形成された閉空間であるが、このような空隙部43は、たとえば、応力緩和層31を、複数の板材を圧延加工等により積層して一体化されたものとすることで形成される。具体的には、平面サイズの小さい板材の表裏両面側に、それよりも平面サイズの大きな板材を積層した後、これらを圧延加工等で一体化すればよい。
The
本実施形態によれば、応力緩和層31のうち反り抑制部としての空隙部43の部分は、応力緩和層31のなかで実効的な層厚さが最も薄い部位とされている。そのため、応力緩和層31のうち空隙部43による薄肉形状とされた部位にて、反り応力が緩和されるようになっている。
According to the present embodiment, the portion of the
また、本実施形態においても、応力緩和層31のうち空隙部43以外の部位、具体的には空隙部43よりも応力緩和層31の中央寄りの部位では、層厚さを確保することによって、放熱性が確保されている。
Also in the present embodiment, by securing the layer thickness at a portion other than the
このように、本実施形態によれば、肉薄形状とされた空隙部43の部位、すなわち反り抑制部にて、反り応力が緩和されるため、応力緩和層31のうち空隙部43よりも周辺部側に位置する部位における反りが抑制される。そのため、本実施形態においても、応力緩和層31の反りによる第1、第2のはんだ層32、33のダメージを軽減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the warp stress is relieved at the portion of the
なお、本実施形態において、上記した例では、空隙部43の平面パターンは、半導体チップ10の端部10a直下の全周に位置するリング状のものであったが、本実施形態の空隙部43としては、半導体チップ10の端部10a直下にて部分的に位置する不連続な平面パターンであってもよい。
In the present embodiment, in the above-described example, the planar pattern of the
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態にかかる半導体装置S6について、図6を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態では、反り抑制部は応力緩和層31の板面である他面312に形成された溝40を有するものであった。
(Sixth embodiment)
The semiconductor device S6 according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, focusing on differences from the first embodiment. In the first embodiment, the warpage suppressing portion has the
これに対して、本実施形態の半導体装置S6では、反り抑制部は、応力緩和層31の外郭に位置する端面31aにおいて、当該端面31aから応力緩和層31のうち半導体チップ10の端部10aの直下に位置する部位まで到達する溝44を有するものとされている。
On the other hand, in the semiconductor device S6 of the present embodiment, the warp suppressing portion of the end surface 31a located on the outer periphery of the
ここでは、この溝44は、半導体チップ10の端部10aの全周に設けられている。なお、ここでは、第1、第2のはんだ層32、33のはんだの一部が、回り込んで溝44に入り込んでいる。
Here, the
本実施形態によれば、応力緩和層31のなかで溝44が存在する部位は、当該溝44が存在する部位よりも、溝44の分だけ層厚さが薄い部位とされることで、反り抑制部を構成している。そのため、応力緩和層31のうち溝44による薄肉形状とされた部位にて、反り応力が緩和されるようになっている。
According to the present embodiment, the portion where the
また、本実施形態においても、応力緩和層31のうち溝44以外の部位、具体的には溝44よりも応力緩和層31の中央寄りの部位では、層厚さを確保することによって、放熱性が確保されている。
Also in the present embodiment, heat dissipation is achieved by securing a layer thickness at a portion other than the
このように、本実施形態によれば、反り抑制部としての肉薄形状とされた溝44の部位にて反り応力が緩和されるため、応力緩和層31のうち溝44よりも周辺部側に位置する部位における反りが抑制される。そのため、本実施形態においても、応力緩和層31の反りによる第1、第2のはんだ層32、33のダメージを軽減することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the warp stress is relieved at the portion of the
なお、本実施形態においても、溝44は、半導体チップ10の端部10aの全周ではなく、一部に設けられているものであってもよい。また、本実施形態の溝44の溝形状についても、上記図6ではV字状であったが、これに限定されるものではなく、たとえばU字状、矩形状等であってもよい。
Also in the present embodiment, the
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、応力緩和層31は、主材であるAlの表面にNi等のめっきを施したものであったが、それ以外にも、応力緩和層31の主材としては、たとえばCu、Ag、Au、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Ni、およびBN(窒化ホウ素)のうちの少なくとも一つの元素を成分とする材料であってもよい。
(Other embodiments)
In each of the embodiments described above, the
また、応力緩和層31における表面のめっき処理については、当該めっき処理が無くても各はんだ層32、33とのはんだ接合性の確保が十分なされる場合には、省略してもよい。
Further, the plating treatment of the surface of the
また、上記各実施形態では、基材としてCu等の金属で構成されたリードフレーム20を採用した例を示したが、基材はリードフレーム20に限られない。すなわち、たとえば、基材としては、セラミックなどで構成された配線基板などを用いてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the example in which the
なお、上記各実施形態にかかる半導体装置S1〜S6において、上記したリードフレーム20に加えて別のリードフレーム20を設けて、2枚のリードフレーム20によって半導体チップ10、接合部材30が挟み込まれた構成としてもよい。
In addition, in the semiconductor devices S1 to S6 according to the above embodiments, another
また、第1のはんだ層32、第2のはんだ層33の一方のみがPbフリーはんだであって、他方は、Pbを含有するはんだであってもよい。
Further, only one of the
また、上記した各実施形態は可能な範囲で組み合わせてもよい。具体的には、応力緩和層31の機械的強度が確保される範囲で、上記した溝40と内孔41との組み合わせ、あるいは、上記した溝40と空隙部43との組み合わせ等を採用してもよい。
Moreover, you may combine each above-mentioned embodiment in the possible range. Specifically, a combination of the above-described
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. The above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible, and the above embodiments are not limited to the illustrated examples. Absent. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.
10 半導体チップ
10a 半導体チップの端部
20 基材としてのリードフレーム
30 接合部材
31 応力緩和層
32 第1のはんだ層
33 第2のはんだ層
40、44 反り抑制部としての溝
41 反り抑制部としての内孔
42 反り抑制部としての貫通孔
43 反り抑制部としての空隙部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体チップを搭載する基材(20)と、
前記半導体チップと前記基材との間に設けられ、前記半導体チップと前記基材とを接合する接合部材(30)と、を有し、
前記接合部材が、
前記半導体チップと前記基材との線膨張係数差に起因して前記接合部材に生じる熱応力を緩和する部分であって、前記半導体チップと前記基材との間に設けられ、金属を主成分とする構成とされた応力緩和層(31)と、
前記半導体チップと前記応力緩和層との間に設けられ、前記半導体チップと前記応力緩和層とを接合する第1のはんだ層(32)と、
前記応力緩和層と前記基材との間に設けられ、前記応力緩和層と前記基材とを接合する第2のはんだ層(33)と、を有する構成とされている半導体装置であって、
前記第1のはんだ層および前記第2のはんだ層の少なくとも一方が、Pbを含有しないPbフリーはんだよりなるものとされており、
前記接合部材における前記第1のはんだ層、前記第2のはんだ層、および前記応力緩和層は、いずれも平面サイズが前記半導体チップよりも大きく、且つ、周辺部が前記半導体チップの端部(10a)の外側にはみ出しており、
前記応力緩和層のうち前記半導体チップの端部の直下に位置する部位は、前記半導体チップの端部の直下に位置する部位よりも周辺部側に位置する部位における前記応力緩和層の反りを抑制する形状をなす反り抑制部(40〜44)とされていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor chip (10);
A substrate (20) on which the semiconductor chip is mounted;
A bonding member (30) provided between the semiconductor chip and the base material for bonding the semiconductor chip and the base material;
The joining member is
A portion that relieves thermal stress generated in the joining member due to a difference in linear expansion coefficient between the semiconductor chip and the base material, and is provided between the semiconductor chip and the base material, and is mainly composed of metal. A stress relaxation layer (31) configured as follows:
A first solder layer (32) provided between the semiconductor chip and the stress relaxation layer and joining the semiconductor chip and the stress relaxation layer;
A semiconductor device provided between the stress relaxation layer and the base material and having a second solder layer (33) for joining the stress relaxation layer and the base material;
At least one of the first solder layer and the second solder layer is made of Pb-free solder not containing Pb,
The first solder layer, the second solder layer, and the stress relieving layer in the joining member are all larger in plane size than the semiconductor chip, and the peripheral portion is an end (10a) of the semiconductor chip. ) Protruding outside the
The portion of the stress relaxation layer located immediately below the end of the semiconductor chip suppresses the warp of the stress relaxation layer at the portion located on the peripheral side of the portion located directly below the end of the semiconductor chip. A semiconductor device characterized in that the warp suppressing portion (40 to 44) has a shape to be formed.
Priority Applications (1)
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