JP2016009819A - Power semiconductor module and manufacturing method for the same - Google Patents

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor module that can be miniaturized, enhanced in productivity and reduced in cost.SOLUTION: A projecting portion 8e which is electrically connected to the back surface electrode of a semiconductor element 5 is formed in an area out of an area having the semiconductor element 5 disposed therein on the same plane as a surface of a first insulation substrate 8 on which the semiconductor element 5 is disposed, lands 1a, 1b are provided at the positions corresponding to the surface electrode of the semiconductor element 5 and the projection portion 8e on one surface of a confronting second insulation substrate 1, the surface electrode of the semiconductor element 5 and the land 1a are connected to each other by a first joint portion, and the projection portion 8e and the land 1b are connected to each other by a second joint portion.

Description

この発明は、パワー半導体モジュールおよびその製造方法に関するものであり、主としてパワー半導体モジュールの小型化等を図る技術に関する。   The present invention relates to a power semiconductor module and a method for manufacturing the same, and particularly to a technique for reducing the size of the power semiconductor module.

従来のパワー半導体モジュールは、半導体パッケージ内において、パワー基板を構成する絶縁基板上の半導体チップ、例えばIGBTチップ、ダイオードチップ等のパワーチップと、外部電極とがはんだ付け、若しくはワイヤボンディングされ、その後、モールド樹脂等にて封止されている。   In a conventional power semiconductor module, a semiconductor chip on an insulating substrate constituting a power substrate, for example, a power chip such as an IGBT chip or a diode chip, and an external electrode are soldered or wire-bonded in a semiconductor package. Sealed with mold resin or the like.

従来の半導体パッケージでは、ガラスエポキシ基板上にはんだバンプを作製し、そのはんだを再溶融させることで、半導体チップ上の配線と接合を行うが、半導体チップと基板とは高さが異なるため基板上の配線はワイヤボンディングを別途行う必要があった。   In a conventional semiconductor package, solder bumps are made on a glass epoxy substrate and the solder is remelted to connect with wiring on the semiconductor chip. However, the height of the semiconductor chip differs from that on the substrate. For this wiring, it was necessary to perform wire bonding separately.

このような半導体チップを搭載する絶縁基板においては、モジュールの小型化、生産性の向上、および低コスト化を図るために、段差を有する半導体チップと基板とを一括配線する技術が要求されている。   In such an insulating substrate on which a semiconductor chip is mounted, in order to reduce the size of the module, improve the productivity, and reduce the cost, a technique for collectively wiring the semiconductor chip having a step and the substrate is required. .

これに対し、特許文献1および特許文献2では、例えばチップ上と基板上とに、高さの異なるはんだボール、または、はんだバンプを配置することで、段差を有するチップと基板との一括配線を可能とする技術が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example, by arranging solder balls or solder bumps having different heights on the chip and the substrate, collective wiring between the chip having a step and the substrate is performed. Techniques that enable it are disclosed.

また、特許文献3では、半導体チップの表面を外部電極につながる基板上の配線パターンにバンプ接合し、裏面をワイヤボンディングの代わりに、段差に対応した形状のリードフレームを用いて半導体チップと基板との一括配線を可能とする技術が開示されている。   In Patent Document 3, the front surface of a semiconductor chip is bump-bonded to a wiring pattern on a substrate connected to an external electrode, and the back surface is bonded to the semiconductor chip and the substrate using a lead frame having a shape corresponding to a step instead of wire bonding. A technique that enables collective wiring is disclosed.

特開2008−104348号公報(段落0059、図7)JP 2008-104348 A (paragraph 0059, FIG. 7) 特開2013−140870号公報(段落0019、図2)JP2013-140870A (paragraph 0019, FIG. 2) 特開2001−057408号公報(段落0067、図2)JP 2001-057408 A (paragraph 0067, FIG. 2)

しかしながら、特許文献1においては、高さの異なるはんだバンプをはんだペーストの印刷・リフローにより作製することは困難であることから、大きさの異なるはんだボールを用意してそれぞれ配置する必要があり、製造工程が複雑化するという問題があった。   However, in Patent Document 1, since it is difficult to produce solder bumps having different heights by printing / reflowing solder paste, it is necessary to prepare and arrange solder balls having different sizes. There was a problem that the process was complicated.

特許文献2においては、はんだの中にはんだより融点の高い銅製の核を内包したはんだバンプを使用する必要があり、安定供給が難しいという問題があった。   In Patent Document 2, it is necessary to use a solder bump in which a copper core having a melting point higher than that of the solder is included in the solder, and there is a problem that stable supply is difficult.

特許文献3においては、半導体チップの表面を外部電極につながる基板上のパターンにバンプ接合し、裏面をワイヤボンディングの代わりにリードフレームを用いるが、チップダイボンドやリードフレームの高さの公差に対する許容範囲が狭くなり、生産効率が低下するという問題があった。   In Patent Document 3, the front surface of a semiconductor chip is bump-bonded to a pattern on a substrate connected to an external electrode, and the back surface uses a lead frame instead of wire bonding. However, tolerances for chip die bond and lead frame height tolerances are used. However, there was a problem that the production efficiency was lowered.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、パワー半導体モジュールの小型化とともに生産性を向上し、低コスト化を図ることのできるパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor module capable of improving productivity and reducing costs while reducing the size of the power semiconductor module. And

この発明のパワー半導体モジュールは、半導体素子が設置された面と同一面で、半導体素子が設置された領域以外の領域に、半導体素子の裏面電極に電気的に接続された突起部が形成された第1の絶縁基板と、第1の絶縁基板の、半導体素子が設置され、突起部が形成された面と向かい合う面上で、半導体素子の表面電極および突起部にそれぞれ対応する位置に、内部側端子が形成され、他方の面に形成された外部側端子とスルーホールを介して内部側端子が接続された第2の絶縁基板と、第1の絶縁基板の前記半導体素子の表面電極と、表面電極に対応する位置にある第2の絶縁基板の内部側端子とが接続された第1の接合部と、第1の絶縁基板の突起部と、突起部に対応する位置にある第2の絶縁基板の内部側端子とが接続された第2の接合部とを備えたものである。   In the power semiconductor module according to the present invention, a protrusion electrically connected to the back electrode of the semiconductor element is formed in a region other than the region where the semiconductor element is installed on the same surface as the surface where the semiconductor element is installed. On the surface of the first insulating substrate and the surface of the first insulating substrate facing the surface on which the semiconductor element is installed and the protrusion is formed, the inner side is located at a position corresponding to the surface electrode and the protrusion of the semiconductor element. A second insulating substrate having a terminal formed thereon and an external terminal formed on the other surface connected to the internal terminal via a through hole; a surface electrode of the semiconductor element on the first insulating substrate; and a surface A first joint connected to an internal terminal of the second insulating substrate at a position corresponding to the electrode, a protrusion of the first insulating substrate, and a second insulation at a position corresponding to the protrusion. The second terminal connected to the inner terminal of the substrate It is obtained by a coupling portion.

また、この発明のパワー半導体モジュールの製造方法は、第1の絶縁基板の一方の面に半導体素子を配置し、半導体素子が設置された面と同一面で、半導体素子が設置された領域以外の領域に、半導体素子の裏面電極と電気的に接続された突起部を形成する工程と、第1の絶縁基板の、半導体素子が設置され、突起部が形成された面と向かい合う第2の絶縁基板の一方の面上で、半導体素子の表面電極および突起部に対応する位置にそれぞれ形成された内部側端子上にはんだバンプを形成する工程と、第1の絶縁基板の半導体素子の表面電極と、表面電極に対応する位置に設けられた第2の絶縁基板の内部側端子上のはんだバンプとを重ね、かつ、第1の絶縁基板の突起部の端部と、突起部に対応する位置に設けられた第2の絶縁基板の内部側端子上のはんだバンプとを重ね、はんだバンプを加熱溶融後、冷却することにより一括してはんだ接合する工程とを含むものである。   In the method for manufacturing a power semiconductor module according to the present invention, the semiconductor element is disposed on one surface of the first insulating substrate, and is on the same surface as the surface on which the semiconductor element is installed, except for the region where the semiconductor element is installed. Forming a protrusion electrically connected to the back electrode of the semiconductor element in the region, and a second insulating substrate of the first insulating substrate facing the surface on which the semiconductor element is provided and the protrusion is formed A step of forming solder bumps on the inner side terminals respectively formed at positions corresponding to the surface electrodes and protrusions of the semiconductor element on one surface of the semiconductor element; and the surface electrode of the semiconductor element of the first insulating substrate; Overlay the solder bump on the inner terminal of the second insulating substrate provided at the position corresponding to the surface electrode, and provide at the end corresponding to the protruding portion of the first insulating substrate and the position corresponding to the protruding portion. Of the second insulating substrate formed Overlapping the solder bumps on the terminals, after heating and melting the solder bumps, it is intended to include a process of solder joining collectively by cooling.

この発明によれば、第1の絶縁基板の一面に半導体素子および半導体素子の裏面電極に電気的に接続された突起部とを設け、向い合う第2の絶縁基板の一面に、半導体素子の表面電極と突起部とに対応する位置にそれぞれ内部側端子を設けて、半導体素子の表面電極とそれに対応する内部側端子とを接続し、突起部とそれに対応する内部側端子とを接続する構成としたことで、第1の絶縁基板の表面に半導体素子を配置する領域と半導体素子を配置する領域以外の領域において段差がある場合であっても、ワイヤボンディングを用いずに、一括配線することができる。また、ワイヤボンディングを用いた場合よりも高さ方向にパッケージを小型化できる。   According to the present invention, the semiconductor element and the protrusion electrically connected to the back electrode of the semiconductor element are provided on one surface of the first insulating substrate, and the surface of the semiconductor element is provided on the one surface of the second insulating substrate facing each other. A configuration in which internal terminals are provided at positions corresponding to the electrodes and the protrusions, the surface electrodes of the semiconductor element are connected to the corresponding internal terminals, and the protrusions are connected to the corresponding internal terminals; Therefore, even if there is a step in the region other than the region where the semiconductor element is arranged and the region where the semiconductor element is arranged on the surface of the first insulating substrate, it is possible to perform collective wiring without using wire bonding. it can. Further, the package can be downsized in the height direction as compared with the case of using wire bonding.

この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power semiconductor module by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the power semiconductor module by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュールの製造に用いる印刷マスクの例の一部を示す正面図である。It is a front view which shows a part of example of the printing mask used for manufacture of the power semiconductor module by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュールの製造方法の一例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining an example of the manufacturing method of the power semiconductor module by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power semiconductor module by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワー半導体モジュールの構成の一部である突起部の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the projection part which is a part of structure of the power semiconductor module by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワー半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the power semiconductor module by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power semiconductor module by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3によるパワー半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the power semiconductor module by Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュール100の断面図である。図1に示すように、パワー半導体モジュール100は、半導体素子としての半導体チップ5と、半導体チップ5を搭載する第1の絶縁基板8と、はんだ接合部4a、4bを介して半導体チップ5および第1の絶縁基板8と接続する第2の絶縁基板1と、第2の絶縁基板1上で半導体チップ5と第1の絶縁基板8等を覆う封止樹脂部6とから構成される。
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross-sectional view of a power semiconductor module 100 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the power semiconductor module 100 includes a semiconductor chip 5 as a semiconductor element, a first insulating substrate 8 on which the semiconductor chip 5 is mounted, and the semiconductor chip 5 and the first through the solder joints 4a and 4b. A second insulating substrate 1 connected to one insulating substrate 8 and a sealing resin portion 6 that covers the semiconductor chip 5, the first insulating substrate 8, and the like on the second insulating substrate 1.

半導体チップ5(例えば、外形寸法10mm×10mm)としては、IC(Integrated Circuit)やダイオードなどの半導体や、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)のようなパワー半導体でもよい。ここでは、Si製のIGBTを用いた。   As the semiconductor chip 5 (for example, an external dimension of 10 mm × 10 mm), a semiconductor such as an IC (Integrated Circuit) or a diode, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), or the like. A power semiconductor may be used. Here, Si IGBT was used.

第1の絶縁基板8(例えば、外形寸法18mm×18mm)としては、セラミック基板である窒化アルミニウム(AlN)基板を用いる。第1の絶縁基板8上には、半導体チップ5が板はんだによりダイボンドされている。図1では、半導体チップ5は、1枚のみとなっているが、必要に応じて複数のチップが直列または並列に配置される。   As the first insulating substrate 8 (for example, an outer dimension of 18 mm × 18 mm), an aluminum nitride (AlN) substrate that is a ceramic substrate is used. On the first insulating substrate 8, the semiconductor chip 5 is die-bonded by sheet solder. In FIG. 1, only one semiconductor chip 5 is provided, but a plurality of chips are arranged in series or in parallel as required.

第2の絶縁基板1(外形寸法20mm×20mm)としては、ガラス繊維製のクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板を用いる。第2の絶縁基板1の表面には、半導体チップ5の表面電極と第1の接合部としてのはんだ接合部4aを介して電気的に接続する内部側端子としてのランド1a、および、第2の接合部としてのはんだ接合部4bを介して第1の絶縁基板8と電気的に接続する内部側端子としてのランド1bが設けられている。   As the second insulating substrate 1 (outer dimension 20 mm × 20 mm), a glass epoxy substrate in which a glass fiber cloth is impregnated with an epoxy resin is used. On the surface of the second insulating substrate 1, lands 1a as internal terminals that are electrically connected to the surface electrodes of the semiconductor chip 5 via solder joints 4a as first joints, and second A land 1b is provided as an internal terminal that is electrically connected to the first insulating substrate 8 via a solder joint 4b as a joint.

ランド1aは半導体チップ5の表面電極とはんだ接合部4aを介して接続し、ランド1bは半導体チップ5の裏面電極とはんだ接合部4bを介して接続する。第2の絶縁基板1のランド1aおよびランド1bは、それぞれスルーホール(図示せず)を介して、第2の絶縁基板1の裏面に設けられた外部側端子としての外部電極10と電気的に接続されている。   The land 1a is connected to the front surface electrode of the semiconductor chip 5 via the solder joint 4a, and the land 1b is connected to the back surface electrode of the semiconductor chip 5 via the solder joint 4b. The land 1a and the land 1b of the second insulating substrate 1 are electrically connected to the external electrode 10 as an external terminal provided on the back surface of the second insulating substrate 1 through a through hole (not shown). It is connected.

なお、第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1は、それぞれAlN基板、ガラスエポキシ基板としたが、絶縁性が得られ、Cuのようにはんだが濡れるランドが形成できるものであればこれに限るものではなく、他の絶縁基板でもよい。セラミック基板としては、例えば、アルミナや炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(SiN)、などの絶縁基板基材を用いてもよい。   The first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are an AlN substrate and a glass epoxy substrate, respectively. However, if the insulating property is obtained and a land on which the solder gets wet like Cu can be formed, this is possible. It is not limited to this, and other insulating substrates may be used. As the ceramic substrate, for example, an insulating substrate base material such as alumina, silicon carbide (SiC), or silicon nitride (SiN) may be used.

また、ランド1a、1bは、はんだが濡れることができればよく、Cuに限らず最表面がSn、Au、Agなどの金属となっていればよい。また、半導体チップ5の表面および裏面は、はんだが濡れる金属であればよく、最表面がSn、Au、Agなどとなっていればよい。   The lands 1a and 1b only have to be able to wet the solder, and the outermost surface is not limited to Cu, but may be any metal such as Sn, Au, or Ag. Moreover, the surface and the back surface of the semiconductor chip 5 may be any metal that can wet the solder, and the outermost surface may be Sn, Au, Ag, or the like.

封止樹脂部6は、ポッティング樹脂により、半導体チップ5、第1の絶縁基板8、および第2の絶縁基板1のランド1a、1bと接続するはんだ接合部4a、4bを覆って形成され、絶縁封止する。なお、封止樹脂部6は、絶縁性が確保され、第2の絶縁基板1と第1の絶縁基板8の間を樹脂で満たすことができるものであればよく、ポッティング樹脂に限らず、液状ゲル等を用いてもよい。また、モールド樹脂によるトランスファーモールドでの封止でもよい。   The sealing resin portion 6 is formed by potting resin so as to cover the solder joint portions 4a and 4b connected to the semiconductor chip 5, the first insulating substrate 8, and the lands 1a and 1b of the second insulating substrate 1, and is insulated. Seal. The sealing resin portion 6 is not limited to potting resin and may be liquid as long as insulation is ensured and the space between the second insulating substrate 1 and the first insulating substrate 8 can be filled with resin. A gel or the like may be used. Further, it may be sealed by transfer molding using a mold resin.

次に、この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュール100の製造方法について、図2に基づき説明する。図2は、この発明の実施の形態1によるパワー半導体モジュール100の製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing the power semiconductor module 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of power semiconductor module 100 according to the first embodiment of the present invention.

まず最初に、図2(a1)に示すように、第2の絶縁基板1には、表面にランド1a、1b(Cu、φ1mm)、裏面に外部電極10が設けられており、表面のランド1a、1bの上に、はんだバンプを形成するために、マスク2aを用いて、はんだペースト30a、30b(例えば、Sn-Ag-Cuはんだ)が印刷される。はんだペースト30a、30bは、Sn-Ag-Cuはんだに限らず、他にSbが添加されたものや、CuSnはんだでもよい。   First, as shown in FIG. 2A1, the second insulating substrate 1 is provided with lands 1a and 1b (Cu, φ1 mm) on the front surface and external electrodes 10 on the back surface. In order to form solder bumps on 1b, solder pastes 30a and 30b (for example, Sn—Ag—Cu solder) are printed using the mask 2a. The solder pastes 30a and 30b are not limited to Sn—Ag—Cu solder, but may also be one added with Sb or CuSn solder.

このように、半導体チップ5の表面電極にはんだ接合させるためのはんだペースト30aと、半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続する第1の絶縁基板8上の配線にはんだ接合させるためのはんだペースト30bとを、同時に形成することができる。   Thus, the solder paste 30a for soldering to the front surface electrode of the semiconductor chip 5 and the solder paste for soldering to the wiring on the first insulating substrate 8 electrically connected to the back surface electrode of the semiconductor chip 5 30b can be formed simultaneously.

続いて、図2(b1)に示すように、第2の絶縁基板1を加熱することで、印刷されたはんだペースト30a、30bは、溶融し、その後、冷却することではんだバンプ40a、40bとなる。   Subsequently, as shown in FIG. 2 (b1), by heating the second insulating substrate 1, the printed solder pastes 30a and 30b are melted, and then cooled, thereby cooling the solder bumps 40a and 40b. Become.

上記の工程と並行して、図2(a2)に示すように、第1の絶縁基板8には、半導体チップ5を配置する側の第1の絶縁基板8の同一面に、半導体チップ5の裏面電極と配線パターンで電気的に接続するランド(図示せず)上で、第2の絶縁基板1のランド1bと対応する位置に、マスク2bを用いて、はんだペースト31b(Sn-Ag-Cuはんだ)が印刷される。   In parallel with the above steps, as shown in FIG. 2 (a2), the first insulating substrate 8 is provided on the same surface of the first insulating substrate 8 on the side where the semiconductor chip 5 is disposed. A solder paste 31b (Sn—Ag—Cu) is formed using a mask 2b on a land (not shown) electrically connected to the back surface electrode by a wiring pattern at a position corresponding to the land 1b of the second insulating substrate 1. Solder) is printed.

続いて、図2(b2)に示すように、第1の絶縁基板8に、半導体チップ5が板はんだによりダイボンドされる。ダイボンドする際、第1の絶縁基板8を加熱することで、印刷されたはんだペースト31bも、溶融し、その後、冷却することではんだバンプ41bを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2 (b2), the semiconductor chip 5 is die-bonded to the first insulating substrate 8 by sheet solder. When die bonding is performed, the printed insulating paste 31b is melted by heating the first insulating substrate 8, and then the solder bumps 41b are formed by cooling.

ここで、はんだバンプ41bの高さは、半導体チップ5の高さと同等の高さ以上で、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値以下であることが好ましい。はんだバンプ41bの高さが、半導体チップ5の高さより低い場合は、はんだ接合部4b(図2(d))が接合できないか、接合できたとしても十分な電流容量を得ることができない。はんだバンプ41bの高さが、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値よりも高いと、はんだ接合部4aが接合できないか、接合できたとしても十分な電流容量を得ることができない。   Here, it is preferable that the height of the solder bump 41 b is equal to or higher than the height of the semiconductor chip 5 and is equal to or lower than the value obtained by adding the height of the solder bump 40 a to the height of the semiconductor chip 5. When the height of the solder bump 41b is lower than the height of the semiconductor chip 5, the solder joint portion 4b (FIG. 2D) cannot be joined, or even if it can be joined, a sufficient current capacity cannot be obtained. If the height of the solder bump 41b is higher than the value obtained by adding the height of the solder bump 40a to the height of the semiconductor chip 5, the solder joint 4a cannot be joined or even if it can be joined, a sufficient current capacity can be obtained. I can't.

図3には、第2の絶縁基板1に、はんだペースト30a、30bを印刷するために使用するマスク2a、または第1の絶縁基板8にはんだペースト31bを印刷するために使用するマスク2bの一例を示す。図3(a)と図3(b)では、開口部2cの直径が異なる。   FIG. 3 shows an example of a mask 2a used for printing the solder paste 30a, 30b on the second insulating substrate 1 or a mask 2b used for printing the solder paste 31b on the first insulating substrate 8. Indicates. In FIG. 3A and FIG. 3B, the diameter of the opening 2c is different.

図1のはんだ接合部4a、4bが十分な電流容量を得るために、開口部2cの直径を選択することにより電流容量を制御できる。また、例えば、図3(a)の開口部2cの直径を必要とする場合でも、図3(b)に示すように、図3(a)の開口部2cよりも直径の小さい開口部2cを複数持つマスク2aとすることもでき、この場合、はんだ接合部のボイドの発生を低減できるという効果も有する。   In order for the solder joints 4a and 4b of FIG. 1 to obtain a sufficient current capacity, the current capacity can be controlled by selecting the diameter of the opening 2c. Further, for example, even when the diameter of the opening 2c in FIG. 3A is required, as shown in FIG. 3B, the opening 2c having a smaller diameter than the opening 2c in FIG. A plurality of masks 2a can also be provided, and in this case, there is an effect that generation of voids in the solder joint portion can be reduced.

第2の絶縁基板1に形成されるランド1a、1bは、マスク2aの開口部の数と中心の位置が同じで、ランド1a、1bの直径はマスク2aの開口部の直径の±20%以内であることが望ましい。   The lands 1a and 1b formed on the second insulating substrate 1 have the same number of openings as the center of the mask 2a, and the diameter of the lands 1a and 1b is within ± 20% of the diameter of the opening of the mask 2a. It is desirable that

なお、半導体チップ5のダイボンドは、板はんだにより行ったが、チップ配置位置に対応するマスク2bの位置にダイボンド用の開口部を設け、はんだペーストを用いてダイボンドしてもよい。   Although the die bonding of the semiconductor chip 5 is performed by plate soldering, an opening for die bonding may be provided at the position of the mask 2b corresponding to the chip arrangement position, and die bonding may be performed using a solder paste.

また、半導体チップ5のダイボンドに使用するはんだを、板はんだを用いた場合であっても、または、はんだペーストを用いた場合であっても、はんだバンプ40a、40b、41bより融点の高いはんだとすることにより、後工程で、はんだバンプ40a、40b、41bが溶融する温度まで加熱しても、半導体チップ5をダイボンドしたはんだが再溶融することを抑制し、半導体チップ5の位置ずれや、回転することを防ぐことが可能となる。   Further, the solder used for die bonding of the semiconductor chip 5 is a solder having a melting point higher than that of the solder bumps 40a, 40b, 41b, even when a plate solder is used or a solder paste is used. As a result, even if the solder bumps 40a, 40b, and 41b are heated to a temperature at which the solder bumps 40a, 40b, and 41b are melted in the subsequent process, the semiconductor chip 5 is prevented from being remelted and the semiconductor chip 5 is displaced or rotated Can be prevented.

次いで、図2(c)に示すように、図2(b1)に示す第2の絶縁基板1のはんだバンプ40a、40bが形成されている面と、図2(b2)に示す第1の絶縁基板8のはんだバンプ41bが形成されている面とを、向かい合わせにする。   Next, as shown in FIG. 2 (c), the surface on which the solder bumps 40a and 40b of the second insulating substrate 1 shown in FIG. 2 (b1) are formed, and the first insulation shown in FIG. 2 (b2). The surface of the substrate 8 on which the solder bumps 41b are formed faces each other.

第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aが第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面に重なるように、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bが第1の絶縁基板8のはんだバンプ41bに重なるように、位置決めした後、第1の絶縁基板8および第2の絶縁基板1を加熱する。   The solder bumps 40b of the second insulating substrate 1 become the solder bumps 41b of the first insulating substrate 8 so that the solder bumps 40a of the second insulating substrate 1 overlap the surface of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8. After positioning so as to overlap, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are heated.

はんだバンプ40a、40b、および41bが再溶融するまで、加熱することで、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aが第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極と接合し、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bが第1の絶縁基板8のはんだバンプ41bと接合する。   By heating until the solder bumps 40a, 40b, and 41b are remelted, the solder bump 40a of the second insulating substrate 1 is joined to the surface electrode of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8, and the second The solder bumps 40 b of the insulating substrate 1 are joined to the solder bumps 41 b of the first insulating substrate 8.

その後、冷却することで、図2(d)に示すように、はんだバンプ40aは、はんだ接合部4aとなり、第2の絶縁基板1のランド1aは、はんだ接合部4aを介して半導体チップ5の表面電極と電気的に接続する。   Thereafter, by cooling, as shown in FIG. 2D, the solder bump 40a becomes the solder joint portion 4a, and the land 1a of the second insulating substrate 1 passes through the solder joint portion 4a. Electrically connected to the surface electrode.

また、はんだバンプ40bおよびはんだバンプ41bは、はんだ接合部4bとなり、第2の絶縁基板1のランド1bは、第1の絶縁基板8上の半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続するランド(図示せず)と電気的に接続する。   The solder bumps 40b and the solder bumps 41b become solder joints 4b, and the lands 1b of the second insulating substrate 1 are electrically connected to the back electrodes of the semiconductor chip 5 on the first insulating substrate 8 ( (Not shown) and electrically connected.

なお、図4に示すように、第1の絶縁基板のはんだバンプ41bを形成する際に、はんだバンプ41bの配置位置の周辺に、はんだの溶融温度でも溶融しない耐熱性のあるレジスト9を予め形成しておくことで、加熱により溶融したはんだバンプ41bが、レジスト9を形成していない領域8aで選択的に濡れ、はんだバンプ41bの位置精度を向上させることができる(図4(a))。   As shown in FIG. 4, when the solder bump 41b of the first insulating substrate is formed, a heat resistant resist 9 that does not melt even at the solder melting temperature is formed in advance around the position where the solder bump 41b is disposed. By doing so, the solder bump 41b melted by heating can be selectively wetted in the region 8a where the resist 9 is not formed, and the positional accuracy of the solder bump 41b can be improved (FIG. 4A).

また、はんだバンプ41bの配置位置に凸部8b(図4(b))、または凹部を予め形成しておくことで、加熱により溶融したはんだバンプ41bが、凸部8b、または凹部に選択的に濡れるようにして、はんだバンプ41bの位置精度を向上させてもよい。   Further, by forming the protrusions 8b (FIG. 4B) or recesses in advance at the positions where the solder bumps 41b are arranged, the solder bumps 41b melted by heating are selectively applied to the protrusions 8b or recesses. The position accuracy of the solder bump 41b may be improved by getting wet.

また、はんだバンプ41bの配置位置の周辺に、面粗さの異なる領域8cを予め形成しておくことで、加熱により溶融したはんだバンプ41bが、濡れ性のよい領域8dで選択的に濡れるようにして、はんだバンプ41bの位置精度を向上させてもよい。   In addition, by previously forming a region 8c having a different surface roughness around the position where the solder bump 41b is arranged, the solder bump 41b melted by heating is selectively wetted in the region 8d having good wettability. Thus, the positional accuracy of the solder bump 41b may be improved.

さらに、上記図4(a)から(c)のそれぞれの場合に、はんだバンプ41bの配置位置のみAuや、Ag、Cuなどはんだ濡れ性に優れる金属でパターンを形成しておいてもよい。   Furthermore, in each of the cases shown in FIGS. 4A to 4C, a pattern may be formed with a metal having excellent solder wettability such as Au, Ag, Cu only at the position where the solder bump 41b is arranged.

最後に、図2(e)に示すように、半導体チップ5、第1の絶縁基板8、および第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1との間のランド1a、1bとはんだ接合部4a、4bを覆う封止樹脂部6を、ポッティング樹脂により形成する。   Finally, as shown in FIG. 2E, the semiconductor chip 5, the first insulating substrate 8, and the lands 1a and 1b between the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 and the solder joints. A sealing resin portion 6 that covers 4a and 4b is formed of potting resin.

上記工程により、半導体チップ上での配線と、高さが異なる基板上での配線をワイヤボンディングを用いずに同時に行うことができ、製造工程を簡略化できるだけでなく、ワイヤのルーピングのための縦方向のスペースが不要となり、小型化されたパッケージを提供することができる。   Through the above process, wiring on a semiconductor chip and wiring on a substrate having different heights can be performed simultaneously without using wire bonding, which not only simplifies the manufacturing process but also enables vertical wiring for wire looping. A space in the direction is not necessary, and a miniaturized package can be provided.

以上のように、この発明の実施の形態1におけるパワー半導体モジュール100では、第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1とが、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域においては、第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極と第2の絶縁基板1のランド1aとがランド1aに設けられたはんだバンプ40aから形成されたはんだ接合部4aにより接続され、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域以外の領域においては、半導体チップ5の裏面電極と配線パターンで接続される第1の絶縁基板8のランドと、第2の絶縁基板1のランド1bとが、第1の絶縁基板8のランド上にはんだバンプ41bとランド1b上のはんだバンプ40bから形成されたはんだ接合部4bにより接続されるようにしたので、絶縁基板の表面に半導体チップを配置する領域と半導体チップを配置する領域以外の領域において段差がある場合であっても、ワイヤボンディングを用いずに、一括配線することができる。また、ワイヤボンディングを用いた場合よりも高さ方向にパッケージを小型化できる。   As described above, in the power semiconductor module 100 according to the first embodiment of the present invention, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are in the region where the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 is disposed. Is connected to the surface electrode of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 and the land 1a of the second insulating substrate 1 by a solder joint portion 4a formed from a solder bump 40a provided on the land 1a. In a region other than the region where the semiconductor chip 5 of the insulating substrate 8 is disposed, the land of the first insulating substrate 8 connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 by the wiring pattern, and the land 1b of the second insulating substrate 1. Are connected to the lands of the first insulating substrate 8 by the solder joints 4b formed from the solder bumps 41b and the solder bumps 40b on the lands 1b. Even if there is a step in the region other than the region to place the region and the semiconductor chip disposing a semiconductor chip on the surface of, without using the wire bonding can be collectively wiring. Further, the package can be downsized in the height direction as compared with the case of using wire bonding.

また、はんだバンプ同士が接合することで、高さの交差に対する許容範囲を広げることができ、設計の裕度を確保できる。さらに、はんだ同士の張力により、位置ずれの自己補正が可能となる。   In addition, by joining the solder bumps, the allowable range for the intersection of heights can be expanded, and the design margin can be ensured. Furthermore, the self-correction of the positional deviation is possible due to the tension between the solders.

また、はんだペーストの印刷・リフローにより一括配線することで、生産性が向上し、低コスト化を図ることができる。   In addition, by performing batch wiring by printing / reflowing solder paste, productivity can be improved and costs can be reduced.

実施の形態2.
実施の形態1では、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域以外の領域においては、第2の絶縁基板1と第1の絶縁基板8とを、はんだ接合部4bのみで接続する構成としたが、実施の形態2では、第1の絶縁基板8に形成した突起部を介して接続した場合について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, in the region other than the region where the semiconductor chip 5 is disposed on the first insulating substrate 8, the second insulating substrate 1 and the first insulating substrate 8 are connected only by the solder joint 4b. In the second embodiment, the case where the first insulating substrate 8 is connected through a protruding portion will be described.

図5は、この発明の実施の形態2によるパワー半導体モジュール200の断面図である。図5に示すように、第1の絶縁基板8には、Cu製の円柱状の突起部8eが設けられている。突起部8eの一端は、第2の絶縁基板1のランド1bとはんだ接合部4cにより電気的に接続され、他端は、第1の絶縁基板8に配置されている半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a power semiconductor module 200 according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 5, the first insulating substrate 8 is provided with a columnar protrusion 8e made of Cu. One end of the protruding portion 8 e is electrically connected to the land 1 b of the second insulating substrate 1 by the solder joint portion 4 c, and the other end is connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 disposed on the first insulating substrate 8. Electrically connected.

なお、突起部8eは、第2の絶縁基板1のはんだ接合部4cと接合することができる形状であれば円柱状の突起部8e(図5、図6(a))に限るものではなく、四角柱状(図6(b))などの多角柱状や、円錐状(図6(c))、三角錐状(図6(d))などの多角柱状の突起部8eであってもよい。   The protrusion 8e is not limited to the cylindrical protrusion 8e (FIGS. 5 and 6A) as long as the protrusion 8e can be bonded to the solder joint 4c of the second insulating substrate 1. It may be a polygonal columnar shape such as a square columnar shape (FIG. 6B), or a polygonal columnar projection 8e such as a conical shape (FIG. 6C) or a triangular pyramid shape (FIG. 6D).

また、突起部8eは、はんだに濡れる金属であればCu製に限るものではなく、Sn、Au、Agなどの金属製でもよい。   The protrusion 8e is not limited to Cu as long as it is a metal that gets wet with the solder, and may be made of metal such as Sn, Au, or Ag.

その他の構成については、図1に示す実施の形態1のパワー半導体モジュール100と同様であり、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。   Other configurations are the same as those of the power semiconductor module 100 of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

次に、この発明の実施の形態2によるパワー半導体モジュール200の製造方法について、図7に基づき説明する。図7は、この発明の実施の形態2によるパワー半導体モジュール200の製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing the power semiconductor module 200 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the power semiconductor module 200 according to the second embodiment of the present invention.

まず最初は、実施の形態1と同様に、図7(a1)に示すように、第2の絶縁基板1には、表面にランド1a、1b(Cu、φ1mm)、裏面に外部電極10が設けられており、表面のランド1a、1bの上に、はんだバンプを形成するために、マスク2aを用いて、はんだペースト30a、30b(例えば、Sn-Ag-Cuはんだ)が印刷される。はんだペースト30a、30bは、Sn-Ag-Cuはんだに限らず、他にSbが添加されたものや、CuSnはんだでもよい。   First, as in the first embodiment, as shown in FIG. 7 (a1), the second insulating substrate 1 is provided with lands 1a and 1b (Cu, φ1 mm) on the front surface and external electrodes 10 on the rear surface. In order to form solder bumps on the lands 1a and 1b on the surface, solder pastes 30a and 30b (for example, Sn—Ag—Cu solder) are printed using the mask 2a. The solder pastes 30a and 30b are not limited to Sn—Ag—Cu solder, but may also be one added with Sb or CuSn solder.

このように、半導体チップ5の表面電極にはんだ接合させるためのはんだペースト30aと、半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続する第1の絶縁基板8上の突起部8eにはんだ接合させるためのはんだペースト30bとを、同時に形成することができる。   Thus, the solder paste 30a for solder bonding to the front surface electrode of the semiconductor chip 5 and the protrusion 8e on the first insulating substrate 8 electrically connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 are solder bonded. The solder paste 30b can be formed simultaneously.

続いて、実施の形態1と同様に、図7(b1)に示すように、第2の絶縁基板1を加熱することで、印刷されたはんだペースト30a、30bは、溶融し、その後、冷却することではんだバンプ40a、40bとなる。   Subsequently, as in the first embodiment, as shown in FIG. 7B1, by heating the second insulating substrate 1, the printed solder pastes 30a and 30b are melted and then cooled. Thus, the solder bumps 40a and 40b are obtained.

上記の工程と並行して、図7(a2)に示すように、第1の絶縁基板8の第2の絶縁基板1のランド1bと対応する位置に、突起部8eが形成される。突起部8eの形成方法は、絶縁基板の種類によりろう付けや鋳込などが選択されるが、半導体チップ5の裏面電極と配線パターンで電気的に接続するランド(図示せず)上に、ワイヤバンプを形成してもよい。その際のワイヤは、はんだが濡れる金属であればAuやCuなどでよい。   In parallel with the above steps, as shown in FIG. 7A2, a protrusion 8e is formed at a position corresponding to the land 1b of the second insulating substrate 1 of the first insulating substrate 8. As a method for forming the protrusion 8e, brazing or casting is selected depending on the type of the insulating substrate, but a wire bump is formed on a land (not shown) electrically connected to the back surface electrode of the semiconductor chip 5 by a wiring pattern. May be formed. The wire at that time may be Au, Cu, or the like as long as the metal wets the solder.

ここで、突起部8eの高さは、半導体チップ5の高さと同等の高さ以上で、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値以下であることが好ましい。突起部8eの高さが、半導体チップ5の高さより低い場合は、はんだ接合部4c(図7(d))が接合できないか、接合できたとしても十分な電流容量を得ることができない。突起部8eの高さが、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値よりも高いと、はんだ接合部4aが接合できないか、接合できたとしても十分な電流容量を得ることができない。   Here, it is preferable that the height of the protruding portion 8 e is equal to or higher than the height of the semiconductor chip 5 and is equal to or lower than the value obtained by adding the height of the solder bump 40 a to the height of the semiconductor chip 5. When the height of the protrusion 8e is lower than the height of the semiconductor chip 5, the solder joint 4c (FIG. 7D) cannot be joined or even if it can be joined, a sufficient current capacity cannot be obtained. If the height of the protrusion 8e is higher than the value obtained by adding the height of the solder bump 40a to the height of the semiconductor chip 5, the solder joint 4a cannot be joined or even if it can be joined, a sufficient current capacity can be obtained. I can't.

続いて、図7(b2)に示すように、第1の絶縁基板8に、半導体チップ5が板はんだによりダイボンドされる。   Subsequently, as shown in FIG. 7 (b2), the semiconductor chip 5 is die-bonded to the first insulating substrate 8 by sheet solder.

なお、実施の形態2においても、図5のはんだ接合部4a、4cが十分な電流容量を得るために、実施の形態1と同様に、図3に示すように、開口部2cの直径を選択することにより電流容量を制御できる。また、例えば、図3(a)の開口部2cの直径を必要とする場合でも、図3(b)に示すように、図3(a)の開口部2cよりも直径の小さい開口部2cを複数持つマスク2aとすることもでき、この場合、はんだ接合部のボイドの発生を低減できるという効果も有する。   In the second embodiment as well, the diameter of the opening 2c is selected as shown in FIG. 3 in order to obtain sufficient current capacity for the solder joints 4a and 4c in FIG. By doing so, the current capacity can be controlled. Further, for example, even when the diameter of the opening 2c in FIG. 3A is required, as shown in FIG. 3B, the opening 2c having a smaller diameter than the opening 2c in FIG. A plurality of masks 2a can also be provided, and in this case, there is an effect that generation of voids in the solder joint portion can be reduced.

また、第2の絶縁基板1に形成されるランド1a、1bは、マスク2aの開口部の数と中心の位置が同じで、ランド1a、1bの直径はマスク2aの開口部の直径の±20%以内であることが望ましい。   Also, the lands 1a and 1b formed on the second insulating substrate 1 have the same number of openings and the center position of the mask 2a, and the diameter of the lands 1a and 1b is ± 20 of the diameter of the opening of the mask 2a. % Is desirable.

また、半導体チップ5のダイボンドは、板はんだにより行ったが、チップ搭載位置に対応するマスク2bの位置にダイボンド用の開口部を設け、はんだペーストを用いてダイボンドしてもよい。   The die bonding of the semiconductor chip 5 is performed by sheet soldering. However, an opening for die bonding may be provided at the position of the mask 2b corresponding to the chip mounting position, and die bonding may be performed using a solder paste.

また、半導体チップ5のダイボンドに使用するはんだを、板はんだを用いた場合であっても、または、はんだペーストを用いた場合であっても、はんだバンプ40a、40bより融点の高いはんだとすることで、はんだバンプ40a、40bが溶融する温度まで加熱しても、半導体チップ5をダイボンドしたはんだが再溶融することを抑制し、半導体チップ5の位置ずれや、回転することを防ぐことが可能となる。   In addition, the solder used for die bonding of the semiconductor chip 5 is a solder having a melting point higher than that of the solder bumps 40a and 40b, regardless of whether a plate solder is used or a solder paste is used. Therefore, even if the solder bumps 40a and 40b are heated to a temperature at which the solder bumps 40b are melted, it is possible to suppress remelting of the solder die bonded to the semiconductor chip 5 and prevent the semiconductor chip 5 from being displaced or rotated. Become.

次いで、図7(c)に示すように、図7(b1)に示す第2の絶縁基板1のはんだバンプ40a、40bが形成されている面と、図7(b2)に示す第1の絶縁基板8の半導体チップ5および突起部8eが形成されている面とを、向かい合わせにする。   Next, as shown in FIG. 7C, the surface on which the solder bumps 40a and 40b of the second insulating substrate 1 shown in FIG. 7B1 are formed, and the first insulation shown in FIG. 7B2. The surface of the substrate 8 on which the semiconductor chip 5 and the protrusion 8e are formed is opposed to each other.

第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aが第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面に重なるように、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bが第1の絶縁基板8の突起部8eに重なるように、位置決めした後、第1の絶縁基板8および第2の絶縁基板1を加熱する。   The solder bumps 40b of the second insulating substrate 1 are formed on the protrusions 8e of the first insulating substrate 8 so that the solder bumps 40a of the second insulating substrate 1 overlap the surface of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8. After positioning so as to overlap, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are heated.

はんだバンプ40a、40bが再溶融するまで、加熱することで、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aが第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極と接合し、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bが第1の絶縁基板8の突起部8eと接合する。   By heating until the solder bumps 40a and 40b are remelted, the solder bumps 40a of the second insulating substrate 1 are bonded to the surface electrodes of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8, and the second insulating substrate 1 The solder bumps 40 b are joined to the protrusions 8 e of the first insulating substrate 8.

その後、冷却することで、図7(d)に示すように、はんだバンプ40aは、はんだ接合部4aとなり、第2の絶縁基板1のランド1aは、はんだ接合部4aを介して半導体チップ5の表面電極と電気的に接続する。   Thereafter, by cooling, as shown in FIG. 7D, the solder bumps 40a become solder joints 4a, and the lands 1a of the second insulating substrate 1 pass through the solder joints 4a. Electrically connected to the surface electrode.

また、はんだバンプ40bは、はんだ接合部4cとなり、第2の絶縁基板1のランド1bは、第1の絶縁基板8上の半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続する突起部8eと電気的に接続する。   Also, the solder bump 40b becomes a solder joint 4c, and the land 1b of the second insulating substrate 1 is electrically connected to the protrusion 8e that is electrically connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 on the first insulating substrate 8. Connect to.

最後に、図7(e)に示すように、半導体チップ5、第1の絶縁基板8、および第1の絶縁基板8と、第2の絶縁基板1との間のランド1a、1b、はんだ接合部4a、4c、および突起部8eを覆う封止樹脂部6を、ポッティング樹脂により形成する。   Finally, as shown in FIG. 7E, the semiconductor chip 5, the first insulating substrate 8, and the lands 1a and 1b between the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1, solder bonding The sealing resin portion 6 that covers the portions 4a and 4c and the protruding portion 8e is formed of potting resin.

なお、実施の形態2においても、第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1は、絶縁性が得られるのであればAlN基板、ガラスエポキシ基板に限るものではなく、他の絶縁基板でもよい。第2の絶縁基板1は、Cuのようにはんだが濡れるランドが形成できればよい。セラミック基板としては、例えば、アルミナやSiC、SiNなどの絶縁基板基材を用いてもよい。   Also in the second embodiment, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are not limited to the AlN substrate and the glass epoxy substrate as long as insulation can be obtained, and may be other insulating substrates. . The second insulating substrate 1 only needs to be able to form a land on which the solder gets wet like Cu. As the ceramic substrate, for example, an insulating substrate base material such as alumina, SiC, or SiN may be used.

ランド1a、1bは、はんだが濡れることができればよく、Cuに限らず最表面がSn、Au、Agなどの金属となっていればよい。また、半導体チップ5の表面電極および裏面電極は、はんだが濡れる金属であればよく、最表面がSn、Au、Agなどとなっていればよい。   The lands 1a and 1b only need to be able to wet the solder, and the outermost surface is not limited to Cu, but may be any metal such as Sn, Au, and Ag. Moreover, the front surface electrode and the back surface electrode of the semiconductor chip 5 may be any metal that can be wetted by solder, and the outermost surface may be Sn, Au, Ag, or the like.

また、封止樹脂部6は、絶縁性が確保され、第2の絶縁基板1と第1の絶縁基板8の間を樹脂で満たすことができるものであればよく、ポッティング樹脂に限らず、液状ゲルや耐熱ゴムを用いてもよい。また、モールド樹脂によるトランスファーモールドでの封止でもよい。   Moreover, the sealing resin part 6 should just be what can ensure insulation and can fill between the 2nd insulated substrate 1 and the 1st insulated substrate 8 with resin, and is not restricted to potting resin, but is liquid. Gel or heat-resistant rubber may be used. Further, it may be sealed by transfer molding using a mold resin.

上記工程により、実施の形態1と同様に、半導体チップ上での配線と、高さが異なる基板上での配線をワイヤボンディングを用いずに同時に行うことができ、製造工程を簡略化できるだけでなく、ワイヤのルーピングのための縦方向のスペースが不要となり、小型化されたパッケージを提供することができる。   Through the above steps, as in the first embodiment, wiring on a semiconductor chip and wiring on a substrate having different heights can be performed simultaneously without using wire bonding, and the manufacturing process can be simplified. The vertical space for wire looping is not required, and a miniaturized package can be provided.

また、この構成により、突起部8eを第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bと対応する第1の絶縁基板8の位置に配置しておくことで、はんだ接合部4cと第1の絶縁基板8とが接続する位置の位置決めの精度が向上する。   Also, with this configuration, the protrusion 8e is disposed at the position of the first insulating substrate 8 corresponding to the solder bump 40b of the second insulating substrate 1, so that the solder joint 4c and the first insulating substrate 8 are arranged. The positioning accuracy of the position where and is connected is improved.

以上のように、この発明の実施の形態2におけるパワー半導体モジュール200では、第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1とが、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域においては、第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極と第2の絶縁基板1のランド1aとがランド1aに設けられたはんだバンプ40aから形成されたはんだ接合部4aにより接続され、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域以外の領域においては、半導体チップ5の裏面電極と配線パターンで接続される第1の絶縁基板8のランド上に形成された突起部8eの端部と、第2の絶縁基板1のランド1bとが、ランド1b上のはんだバンプ40bから形成されたはんだ接合部4bにより接続されるようにしたので、絶縁基板の表面に半導体チップを配置する領域と半導体チップを配置する領域以外の領域において段差がある場合であっても、ワイヤボンディングを用いずに、一括配線することができる。また、ワイヤボンディングを用いた場合よりも高さ方向にパッケージを小型化できる。   As described above, in the power semiconductor module 200 according to the second embodiment of the present invention, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are in the region where the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 is disposed. Is connected to the surface electrode of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 and the land 1a of the second insulating substrate 1 by a solder joint portion 4a formed from a solder bump 40a provided on the land 1a. In the region other than the region where the semiconductor chip 5 of the insulating substrate 8 is disposed, the end portion of the protruding portion 8e formed on the land of the first insulating substrate 8 connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 by the wiring pattern. And the land 1b of the second insulating substrate 1 are connected by the solder joints 4b formed from the solder bumps 40b on the land 1b. Even if there is a step in the region other than the region to place the region and the semiconductor chip to place up, without using wire bonding can be collectively wiring. Further, the package can be downsized in the height direction as compared with the case of using wire bonding.

また、半導体チップ5の高さと同等の高さ以上で、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値以下である突起部とはんだバンプ40bとを接合することで、高さの交差に対する許容範囲を広げることができ、設計の裕度を確保できる。   Further, the height of the semiconductor chip 5 is equal to or higher than the height of the semiconductor chip 5 by adding the height of the solder bump 40a to the protrusion of the solder bump 40b. It is possible to widen the allowable range for the intersections, and to secure the design margin.

さらに、突起部8eを第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bと対応する第1の絶縁基板8の位置に配置しておくことで、はんだ接合部と第2の絶縁基板とが接続する位置の位置決めの精度が向上する   Furthermore, by arranging the protrusion 8e at the position of the first insulating substrate 8 corresponding to the solder bump 40b of the second insulating substrate 1, the position where the solder joint and the second insulating substrate are connected to each other is set. Improve positioning accuracy

また、はんだペーストの印刷・リフローにより一括配線することで、生産性が向上し、低コスト化を図ることができる。   In addition, by performing batch wiring by printing / reflowing solder paste, productivity can be improved and costs can be reduced.

実施の形態3.
実施の形態2では、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域以外の領域においては、第2の絶縁基板1のランド1bと接続するはんだ接合部4cが第1の絶縁基板8に形成した突起部8eの端部に接続する構成としたが、実施の形態3では、はんだ接合部が突起部を覆って接続する場合について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, in the region other than the region where the semiconductor chip 5 is disposed on the first insulating substrate 8, the solder joint 4 c connected to the land 1 b of the second insulating substrate 1 is formed on the first insulating substrate 8. Although it was set as the structure connected to the edge part of the formed projection part 8e, Embodiment 3 demonstrates the case where a solder joint part covers a projection part and connects.

図8は、この発明の実施の形態3によるパワー半導体モジュール300の断面図である。図8に示すように、第1の絶縁基板8には、Cu製の円柱状の突起部8eが設けられているだけでなく、第2の絶縁基板1のランド1bと接合するはんだ接合部4dが、突起部8eを覆って接合し、電気的に接続する。はんだ接合部4dは、第1の絶縁基板8と、突起部8eおよび第1の絶縁基板8上の半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続するランド(図示せず)と電気的に接続する。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a power semiconductor module 300 according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 8, the first insulating substrate 8 is not only provided with a columnar protrusion 8e made of Cu, but also a solder joint 4d that joins the land 1b of the second insulating substrate 1. However, the projection 8e is covered and joined to be electrically connected. The solder joint 4d is electrically connected to the first insulating substrate 8 and a land (not shown) that is electrically connected to the protrusion 8e and the back electrode of the semiconductor chip 5 on the first insulating substrate 8. .

なお、突起部8eは、実施の形態2と同様に、第2の絶縁基板1のはんだ接合部4dと接合することができる形状であれば円柱状の突起部8e(図8、図6(a))に限るものではなく、四角柱状(図6(b))などの多角柱状や、円錐状(図6(c))、三角錐状(図6(d))などの多角柱状の突起部8eであってもよい。   As in the second embodiment, the protrusion 8e has a cylindrical protrusion 8e (FIGS. 8 and 6A) as long as the protrusion 8e has a shape that can be bonded to the solder joint 4d of the second insulating substrate 1. )), But is not limited to a polygonal columnar shape such as a quadrangular prism shape (FIG. 6B), or a polygonal columnar projection such as a conical shape (FIG. 6C) or a triangular pyramid shape (FIG. 6D). It may be 8e.

また、突起部8eは、はんだに濡れる金属であればCu製に限るものではなく、Sn、Au、Agなどの金属製でもよい。   The protrusion 8e is not limited to Cu as long as it is a metal that gets wet with the solder, and may be made of metal such as Sn, Au, or Ag.

その他の構成については、図1に示す実施の形態1のパワー半導体モジュール100と同様であり、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。   Other configurations are the same as those of the power semiconductor module 100 of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

次に、この発明の実施の形態3によるパワー半導体モジュール300の製造方法について、図9に基づき説明する。図9は、この発明の実施の形態3によるパワー半導体モジュール300の製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing the power semiconductor module 300 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process of the power semiconductor module 300 according to the third embodiment of the present invention.

まず最初は、実施の形態1と同様に、図9(a1)に示すように、第2の絶縁基板1には、表面にランド1a、1b(Cu、φ1mm)、裏面に外部電極10が設けられており、表面のランド1a、1bの上に、はんだバンプを形成するために、マスク2aを用いて、はんだペースト30a、30b(例えば、Sn-Ag-Cuはんだ)が印刷される。はんだペースト30a、30bは、Sn-Ag-Cuはんだに限らず、他にSbが添加されたものや、CuSnはんだでもよい。   First, as in the first embodiment, as shown in FIG. 9A1, the second insulating substrate 1 is provided with lands 1a and 1b (Cu, φ1 mm) on the front surface and external electrodes 10 on the rear surface. In order to form solder bumps on the lands 1a and 1b on the surface, solder pastes 30a and 30b (for example, Sn—Ag—Cu solder) are printed using the mask 2a. The solder pastes 30a and 30b are not limited to Sn—Ag—Cu solder, but may also be one added with Sb or CuSn solder.

このように、半導体チップ5の表面電極にはんだ接合させるためのはんだペースト30aと、半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続する第1の絶縁基板8上の配線にはんだ接合させるためのはんだペースト30bとを、同時に形成することができる。   Thus, the solder paste 30a for soldering to the front surface electrode of the semiconductor chip 5 and the solder paste for soldering to the wiring on the first insulating substrate 8 electrically connected to the back surface electrode of the semiconductor chip 5 30b can be formed simultaneously.

続いて、実施の形態1と同様に、図9(b1)に示すように、第2の絶縁基板1を加熱することで、印刷されたはんだペースト30a、30bは、溶融し、その後、冷却することではんだバンプ40a、40bとなる。   Subsequently, as in the first embodiment, as shown in FIG. 9B1, by heating the second insulating substrate 1, the printed solder pastes 30a and 30b are melted and then cooled. Thus, the solder bumps 40a and 40b are obtained.

上記の工程と並行して、図9(a2)に示すように、第1の絶縁基板8には、第2の絶縁基板1のランド1bと対応する位置に、突起部8eが形成されている。突起部8eの形成方法は、実施の形態2と同様に、絶縁基板の種類によりろう付けや鋳込などが選択されるが、半導体チップ5の裏面電極と配線パターンで電気的に接続するためのランド(図示せず)上に、ワイヤバンプを形成してもよい。その際のワイヤは、はんだが濡れる金属であればAuやCuなどでよい。   In parallel with the above steps, as shown in FIG. 9 (a2), the first insulating substrate 8 is formed with a protrusion 8e at a position corresponding to the land 1b of the second insulating substrate 1. . As in the second embodiment, the method of forming the protrusion 8e is selected from brazing or casting depending on the type of the insulating substrate. However, the protrusion 8e is electrically connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 by the wiring pattern. Wire bumps may be formed on lands (not shown). The wire at that time may be Au, Cu, or the like as long as the metal wets the solder.

また、第1の絶縁基板8には、突起部8eを中心に、突起部8eの周囲にはんだバンプ42bを形成するため、マスク2bを用いて、はんだペースト32b(Sn-Ag-Cuはんだ)が印刷される。   Further, the solder paste 32b (Sn—Ag—Cu solder) is applied to the first insulating substrate 8 by using the mask 2b in order to form the solder bumps 42b around the protrusions 8e around the protrusions 8e. Printed.

ここで、突起部8eの高さは、半導体チップ5の高さと同等の高さ以上で、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値以下であることが好ましい。突起部8eの高さが、半導体チップ5の高さより低い場合は、はんだ接合部4d(図9(d))が接合できないか、接合できたとしても十分な電流容量を得ることができない。突起部8eの高さが、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値よりも高いと、はんだ接合部4aが接合できないか、接合できたとしても十分な電流容量を得ることができない。   Here, it is preferable that the height of the protruding portion 8 e is equal to or higher than the height of the semiconductor chip 5 and is equal to or lower than the value obtained by adding the height of the solder bump 40 a to the height of the semiconductor chip 5. When the height of the protrusion 8e is lower than the height of the semiconductor chip 5, the solder joint 4d (FIG. 9D) cannot be joined, or even if it can be joined, a sufficient current capacity cannot be obtained. If the height of the protrusion 8e is higher than the value obtained by adding the height of the solder bump 40a to the height of the semiconductor chip 5, the solder joint 4a cannot be joined or even if it can be joined, a sufficient current capacity can be obtained. I can't.

続いて、図9(b2)に示すように、第1の絶縁基板8に、半導体チップ5が板はんだによりダイボンドされる。ダイボンドする際、第1の絶縁基板8を加熱することで、印刷されたはんだペースト32bも、溶融し、その後、冷却することで、突起部8eの側面にはんだバンプ42bが形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 9B2, the semiconductor chip 5 is die-bonded to the first insulating substrate 8 by sheet solder. When die bonding is performed, the printed solder paste 32b is also melted by heating the first insulating substrate 8, and then cooled, whereby solder bumps 42b are formed on the side surfaces of the protrusions 8e.

なお、実施の形態3においても、図8のはんだ接合部4a、4dが十分な電流容量を得るために、実施の形態1と同様に、図3に示すように、開口部2cの直径を選択することにより電流容量を制御できる。また、例えば、図3(a)の開口部2cの直径を必要とする場合でも、図3(b)に示すように、図3(a)の開口部2cよりも直径の小さい開口部2cを複数持つマスク2aとすることもでき、この場合、はんだ接合部のボイドの発生を低減できるという効果も有する。   In the third embodiment as well, the diameter of the opening 2c is selected as shown in FIG. 3 in order to obtain sufficient current capacity for the solder joints 4a and 4d in FIG. By doing so, the current capacity can be controlled. Further, for example, even when the diameter of the opening 2c in FIG. 3A is required, as shown in FIG. 3B, the opening 2c having a smaller diameter than the opening 2c in FIG. A plurality of masks 2a can also be provided, and in this case, there is an effect that generation of voids in the solder joint portion can be reduced.

また、第2の絶縁基板1に形成されるランド1a、1bは、マスク2aの開口部の数と中心の位置が同じで、ランド1a、1bの直径はマスク2aの開口部の直径の±20%以内であることが望ましい。   Also, the lands 1a and 1b formed on the second insulating substrate 1 have the same number of openings and the center position of the mask 2a, and the diameter of the lands 1a and 1b is ± 20 of the diameter of the opening of the mask 2a. % Is desirable.

また、半導体チップ5のダイボンドは、板はんだにより行ったが、チップ搭載位置に対応するマスク2bの位置にダイボンド用の開口部を設け、はんだペーストを用いてダイボンドしてもよい。   The die bonding of the semiconductor chip 5 is performed by sheet soldering. However, an opening for die bonding may be provided at the position of the mask 2b corresponding to the chip mounting position, and die bonding may be performed using a solder paste.

また、半導体チップ5のダイボンドに使用するはんだを、板はんだを用いた場合であっても、または、はんだペーストを用いた場合であっても、はんだバンプ40a、40bより融点の高いはんだとすることで、はんだバンプ40a、40bが溶融する温度まで加熱しても、半導体チップ5をダイボンドしたはんだが再溶融することを抑制し、半導体チップ5の位置ずれや、回転することを防ぐことが可能となる。   In addition, the solder used for die bonding of the semiconductor chip 5 is a solder having a melting point higher than that of the solder bumps 40a and 40b, regardless of whether a plate solder is used or a solder paste is used. Therefore, even if the solder bumps 40a and 40b are heated to a temperature at which the solder bumps 40b are melted, it is possible to suppress remelting of the solder die bonded to the semiconductor chip 5 and prevent the semiconductor chip 5 from being displaced or rotated. Become.

次いで、図9(c)に示すように、図9(b1)に示す第2の絶縁基板1のはんだバンプ40a、40bが形成されている面と、図9(b2)に示す第1の絶縁基板8の半導体チップ5および突起部8eが形成されている面とを、向かい合わせにする。   Next, as shown in FIG. 9C, the surface on which the solder bumps 40a and 40b of the second insulating substrate 1 shown in FIG. 9B1 are formed, and the first insulation shown in FIG. 9B2. The surface of the substrate 8 on which the semiconductor chip 5 and the protrusion 8e are formed is opposed to each other.

第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aが第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極に重なるように、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bが第1の絶縁基板8のはんだバンプ42bで側面を覆われた突起部8eに重なるように、位置決めした後、第1の絶縁基板8および第2の絶縁基板1を加熱する。   The solder bumps 40b of the second insulating substrate 1 are overlapped with the surface bumps of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 so that the solder bumps 40b of the second insulating substrate 1 overlap the surface electrodes of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8. After the positioning, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are heated.

はんだバンプ40a、40b、および、はんだバンプ42bが再溶融するまで、加熱することで、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aが第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極と接合し、第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bが第1の絶縁基板8の突起部8eを覆うはんだバンプ42bと接合する。   By heating until the solder bumps 40a and 40b and the solder bump 42b are remelted, the solder bump 40a of the second insulating substrate 1 is joined to the surface electrode of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8, The solder bumps 40 b of the second insulating substrate 1 are joined to the solder bumps 42 b that cover the protrusions 8 e of the first insulating substrate 8.

その後、冷却することで、図9(d)に示すように、はんだバンプ40aは、はんだ接合部4aとなり、第2の絶縁基板1のランド1aは、はんだ接合部4aを介して半導体チップ5の表面電極と電気的に接続する。   Thereafter, by cooling, as shown in FIG. 9D, the solder bumps 40a become solder joints 4a, and the lands 1a of the second insulating substrate 1 pass through the solder joints 4a. Electrically connected to the surface electrode.

また、はんだバンプ40b、および、はんだバンプ42bは、はんだ接合部4dとなり、第2の絶縁基板1のランド1bは、第1の絶縁基板8上の半導体チップ5の裏面電極と電気的に接続するはんだ接合部4dおよび突起部8eとで電気的に接続する。   Further, the solder bump 40b and the solder bump 42b become a solder joint portion 4d, and the land 1b of the second insulating substrate 1 is electrically connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 on the first insulating substrate 8. The solder joint 4d and the protrusion 8e are electrically connected.

最後に、図9(e)に示すように、半導体チップ5、第1の絶縁基板8、および第1の絶縁基板8と、第2の絶縁基板1との間のランド1a、1b、はんだ接合部4a、4dを覆う封止樹脂部6を、ポッティング樹脂により形成する。   Finally, as shown in FIG. 9E, the semiconductor chip 5, the first insulating substrate 8, and the lands 1a and 1b between the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1, solder bonding The sealing resin portion 6 that covers the portions 4a and 4d is formed of potting resin.

なお、実施の形態3においても、第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1は、絶縁性が得られるのであればAlN基板、ガラスエポキシ基板に限るものではなく、他の絶縁基板でもよい。第2の絶縁基板1は、Cuのようにはんだが濡れるランドが形成できればよい。セラミック基板としては、例えば、アルミナやSiC、SiNなどの絶縁基板基材を用いてもよい。   Also in the third embodiment, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are not limited to the AlN substrate and the glass epoxy substrate as long as insulating properties can be obtained, and may be other insulating substrates. . The second insulating substrate 1 only needs to be able to form a land on which the solder gets wet like Cu. As the ceramic substrate, for example, an insulating substrate base material such as alumina, SiC, or SiN may be used.

ランド1a、1bは、はんだが濡れることができればよく、Cuに限らず最表面がSn、Au、Agなどの金属となっていればよい。また、半導体チップ5の表面電極および裏面電極は、はんだが濡れる金属であればよく、最表面がSn、Au、Agなどとなっていればよい。   The lands 1a and 1b only need to be able to wet the solder, and the outermost surface is not limited to Cu, but may be any metal such as Sn, Au, and Ag. Moreover, the front surface electrode and the back surface electrode of the semiconductor chip 5 may be any metal that can be wetted by solder, and the outermost surface may be Sn, Au, Ag, or the like.

また、封止樹脂部6は、絶縁性が確保され、第2の絶縁基板1と第1の絶縁基板8の間を樹脂で満たすことができるものであればよく、ポッティング樹脂に限らず、液状ゲルや耐熱ゴムを用いてもよい。また、モールド樹脂によるトランスファーモールドでの封止でもよい。   Moreover, the sealing resin part 6 should just be what can ensure insulation and can fill between the 2nd insulated substrate 1 and the 1st insulated substrate 8 with resin, and is not restricted to potting resin, but is liquid. Gel or heat-resistant rubber may be used. Further, it may be sealed by transfer molding using a mold resin.

上記工程により、実施の形態1と同様に、半導体チップ上での配線と、高さが異なる基板上での配線をワイヤボンディングを用いずに同時に行うことができ、製造工程を簡略化できるだけでなく、ワイヤのルーピングのための縦方向のスペースが不要となり、小型化されたパッケージを提供することができる。   Through the above steps, as in the first embodiment, wiring on a semiconductor chip and wiring on a substrate having different heights can be performed simultaneously without using wire bonding, and the manufacturing process can be simplified. The vertical space for wire looping is not required, and a miniaturized package can be provided.

また、この構成により、突起部8eを第2の絶縁基板1のはんだバンプ40bと対応する第1の絶縁基板8の位置に配置しておくことで、第1の絶縁基板8上でのはんだ接合部4dの位置の位置決めの精度が向上するだけでなく、はんだ接合部4dが、突起部8eを覆って第1の絶縁基板8とも接合することで、電気的に確実に接続され、信頼性の向上を図ることができる。   Also, with this configuration, the protrusion 8e is disposed at the position of the first insulating substrate 8 corresponding to the solder bump 40b of the second insulating substrate 1, so that the solder bonding on the first insulating substrate 8 is performed. In addition to improving the positioning accuracy of the position of the portion 4d, the solder joint portion 4d covers the protruding portion 8e and is also joined to the first insulating substrate 8, so that the electrical connection is ensured and reliability is improved. Improvements can be made.

以上のように、この発明の実施の形態3におけるパワー半導体モジュール300では、第1の絶縁基板8と第2の絶縁基板1とが、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域においては、第1の絶縁基板8の半導体チップ5の表面電極と第2の絶縁基板1のランド1aとがランド1aに設けられたはんだバンプ40aから形成されたはんだ接合部4aにより接続され、第1の絶縁基板8の半導体チップ5を配置する領域以外の領域においては、半導体チップ5の裏面電極と配線パターンで接続される第1の絶縁基板8のランド上に形成された突起部8eと、第2の絶縁基板1のランド1bとが、突起部8eを覆うはんだバンプ42bとランド1b上のはんだバンプ40bから形成されたはんだ接合部4bにより接続されるようにしたので、絶縁基板の表面に半導体チップを配置する領域と半導体チップを配置する領域以外の領域において段差がある場合であっても、ワイヤボンディングを用いずに、一括配線することができる。また、ワイヤボンディングを用いた場合よりも高さ方向にパッケージを小型化できる。   As described above, in the power semiconductor module 300 according to the third embodiment of the present invention, the first insulating substrate 8 and the second insulating substrate 1 are in the region where the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 is disposed. Is connected to the surface electrode of the semiconductor chip 5 of the first insulating substrate 8 and the land 1a of the second insulating substrate 1 by a solder joint portion 4a formed from a solder bump 40a provided on the land 1a. In a region other than the region where the semiconductor chip 5 of the insulating substrate 8 is disposed, the protrusion 8e formed on the land of the first insulating substrate 8 connected to the back electrode of the semiconductor chip 5 by the wiring pattern, The land 1b of the second insulating substrate 1 is connected by the solder joint portion 4b formed from the solder bump 42b covering the protrusion 8e and the solder bump 40b on the land 1b. In, even if there is a step in the region other than the region to place the region and the semiconductor chip disposing a semiconductor chip on the surface of the insulating substrate, without using the wire bonding can be collectively wiring. Further, the package can be downsized in the height direction as compared with the case of using wire bonding.

また、半導体チップ5の高さと同等の高さ以上で、半導体チップ5の高さにはんだバンプ40aの高さを加えた値以下である突起部8eおよびはんだバンプ42bと、はんだバンプ40bとを接合することで、高さの交差に対する許容範囲を広げることができ、設計の裕度を確保できる。   Further, the protrusions 8e and the solder bumps 42b, which are equal to or higher than the height of the semiconductor chip 5 and less than or equal to the height of the semiconductor chip 5 plus the height of the solder bump 40a, are joined to the solder bump 40b. By doing so, it is possible to widen the allowable range for the intersection of the heights, and it is possible to secure a design margin.

さらに、突起部8eを第2の絶縁基板1のはんだバンプ40aと対応する第1の絶縁基板8の位置に配置しておくことで、第1の絶縁基板上でのはんだ接合部の位置の位置決めの精度が向上するだけでなく、はんだ接合部4dが、突起部8eを覆って第1の絶縁基板8とも接合することで、電気的に確実に接続され、信頼性の向上を図ることができる。   Further, by positioning the protrusion 8e at the position of the first insulating substrate 8 corresponding to the solder bump 40a of the second insulating substrate 1, the position of the solder joint portion on the first insulating substrate is determined. In addition to improving the accuracy, the solder joint 4d covers the projection 8e and is also joined to the first insulating substrate 8, so that the electrical connection is ensured and reliability can be improved. .

また、はんだバンプ同士が接合することで、高さの交差に対する許容範囲を広げることができ、設計の裕度を確保できる。さらに、はんだ同士の張力により、位置ずれの自己補正が可能となる。   In addition, by joining the solder bumps, the allowable range for the intersection of heights can be expanded, and the design margin can be ensured. Furthermore, the self-correction of the positional deviation is possible due to the tension between the solders.

また、はんだペーストの印刷・リフローにより一括配線することで、生産性が向上し、低コスト化を図ることができる。   In addition, by performing batch wiring by printing / reflowing solder paste, productivity can be improved and costs can be reduced.

なお、上述した実施の形態1から実施の形態3におけるパワー半導体モジュール100、200、300を構成する半導体チップ5としては、Si製のIGBTを用いたが、これに限定するものではない。Siに比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、SiC、GaN、ダイヤモンドなどが挙げられる。   In addition, although Si IGBT was used as the semiconductor chip 5 which comprises the power semiconductor modules 100, 200, and 300 in the first to third embodiments described above, the present invention is not limited to this. You may form with a wide band gap semiconductor with a large band gap compared with Si. Examples of the wide band gap semiconductor include SiC, GaN, and diamond.

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体チップは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高い。また、耐熱性も高いため、放熱部材の冷却フィンの小型化や、空冷化が可能であるので、パワー半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。   A semiconductor chip formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density. In addition, since the heat resistance is high, the cooling fins of the heat dissipating member can be downsized or air cooled, so that the power semiconductor module can be further downsized.

パワーモ半導体ジュールの小型化が進むと、放熱性を確保し、熱応力に対する長期信頼性への要求がさらに高度になる。このような要求に対しても、この発明のパワー半導体モジュールは、優れた効果を発揮する。   As miniaturization of power semiconductor semiconductors progresses, the requirement for long-term reliability against thermal stress is further enhanced to ensure heat dissipation. The power semiconductor module of the present invention exhibits excellent effects even in response to such demands.

なお、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   It should be noted that within the scope of the invention, the embodiments can be freely combined, or the embodiments can be appropriately modified or omitted.

1 第2の絶縁基板、1a、1b ランド、4a、4b、4c、4d はんだ接合部、5 半導体チップ、8 第1の絶縁基板、8e 突起部、10 外部電極、40a、40b、41b、42b はんだバンプ、100、200、300 パワー半導体モジュール   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 2nd insulating substrate, 1a, 1b land, 4a, 4b, 4c, 4d Solder joint part, 5 Semiconductor chip, 8 1st insulating substrate, 8e Protrusion part, 10 External electrode, 40a, 40b, 41b, 42b Solder Bump, 100, 200, 300 Power semiconductor module

Claims (15)

半導体素子が設置された面と同一面で、前記半導体素子が設置された領域以外の領域に、前記半導体素子の裏面電極に電気的に接続された突起部が形成された第1の絶縁基板と、
前記第1の絶縁基板の、前記半導体素子が設置され、前記突起部が形成された面と向かい合う面上で、前記半導体素子の表面電極および前記突起部にそれぞれ対応する位置に、内部側端子が形成され、他方の面に形成された外部側端子とスルーホールを介して前記内部側端子が接続された第2の絶縁基板と、
前記第1の絶縁基板に設置された前記半導体素子の表面電極と、前記表面電極に対応する位置にある前記第2の絶縁基板の前記内部側端子とが接続された第1の接合部と、
前記第1の絶縁基板の前記突起部と、前記突起部に対応する位置にある前記第2の絶縁基板の前記内部側端子とが接続された第2の接合部と
を備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
A first insulating substrate formed with a protrusion electrically connected to a back electrode of the semiconductor element in a region other than the region where the semiconductor element is disposed, on the same surface as the surface where the semiconductor element is disposed; ,
On the surface of the first insulating substrate facing the surface on which the semiconductor element is installed and the protrusion is formed, the internal terminal is located at a position corresponding to the surface electrode of the semiconductor element and the protrusion, respectively. A second insulating substrate formed and connected to the internal terminal via a through hole and an external terminal formed on the other surface;
A first bonding portion connected to the surface electrode of the semiconductor element installed on the first insulating substrate and the internal terminal of the second insulating substrate at a position corresponding to the surface electrode;
And a second bonding portion connected to the protrusion of the first insulating substrate and the inner terminal of the second insulating substrate at a position corresponding to the protrusion. Power semiconductor module.
前記第1の接合部および前記第2の接合部は、はんだにより形成されたことを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 1, wherein the first joint portion and the second joint portion are formed of solder. 前記突起部は、前記半導体素子の高さと同等の高さ以上で、前記半導体素子の高さに前記第2の接合部を形成するはんだバンプの高さを加えた値以下であることを特徴とする請求項2に記載のパワー半導体モジュール。   The protrusion is not less than a height equal to or higher than the height of the semiconductor element, and not more than a value obtained by adding a height of the solder bump forming the second joint to the height of the semiconductor element. The power semiconductor module according to claim 2. 前記第2の接合部は、前記突起部の端部と接続されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。   4. The power semiconductor module according to claim 1, wherein the second joint is connected to an end of the protrusion. 5. 前記第2の接合部は、前記突起部を覆って接続されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。   4. The power semiconductor module according to claim 1, wherein the second joint portion is connected so as to cover the projecting portion. 5. 前記突起部は、はんだにより形成されたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 2, wherein the protrusion is formed of solder. 前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor element is a wide band gap semiconductor. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイアモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項7に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 7, wherein the wide band gap semiconductor is a semiconductor using silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond. 第1の絶縁基板の一方の面に半導体素子を配置し、前記半導体素子が設置された面と同一面で、前記半導体素子が設置された領域以外の領域に、前記半導体素子の裏面電極と電気的に接続された突起部を形成する工程と、
前記第1の絶縁基板の、前記半導体素子が設置され、前記突起部が形成された面と向かい合う第2の絶縁基板の一方の面上で、前記半導体素子の表面電極および前記突起部に対応する位置にそれぞれ形成された内部側端子上にはんだバンプを形成する工程と、
前記第1の絶縁基板の前記半導体素子の表面電極と、前記表面電極に対応する位置に設けられた前記第2の絶縁基板の前記内部側端子上のはんだバンプとを重ね、かつ、前記第1の絶縁基板の前記突起部の端部と、前記突起部に対応する位置に設けられた前記第2の絶縁基板の前記内部側端子上のはんだバンプとを重ね、前記はんだバンプを加熱溶融後、冷却することにより一括してはんだ接合する工程と
を含むことを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
A semiconductor element is disposed on one surface of the first insulating substrate, and the back surface electrode of the semiconductor element and the electrical surface are formed in a region other than the region where the semiconductor element is disposed on the same surface as the surface where the semiconductor element is disposed. Forming the connected projections, and
Corresponding to the surface electrode of the semiconductor element and the protrusion on one surface of the second insulating substrate facing the surface on which the semiconductor element is installed and the protrusion is formed, of the first insulating substrate. Forming solder bumps on the internal terminals respectively formed at the positions;
A surface electrode of the semiconductor element of the first insulating substrate and a solder bump on the inner terminal of the second insulating substrate provided at a position corresponding to the surface electrode are overlapped, and the first Overlap the end of the protrusion of the insulating substrate and the solder bump on the inner terminal of the second insulating substrate provided at a position corresponding to the protrusion, and heat-melt the solder bump. A method of manufacturing a power semiconductor module, comprising: a step of soldering together by cooling.
前記突起部は、前記半導体素子の高さと同等の高さ以上で、前記半導体素子の高さに前記半導体素子の表面電極に対応する位置に形成されたはんだバンプの高さを加えた値以下であることを特徴とする請求項9に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。   The protrusion is not less than a height equal to or higher than the height of the semiconductor element, and not more than a value obtained by adding the height of the solder bump formed at a position corresponding to the surface electrode of the semiconductor element to the height of the semiconductor element. The method for manufacturing a power semiconductor module according to claim 9, wherein the power semiconductor module is provided. 前記突起部は、はんだにより形成されたことを特徴とする請求項9または請求項10に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。   The method for manufacturing a power semiconductor module according to claim 9, wherein the protrusion is formed of solder. 前記突起部を形成する工程は、前記突起部を形成する位置範囲に、はんだが濡れる表面処理をする工程を含むことを特徴とする請求項11に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。   12. The method of manufacturing a power semiconductor module according to claim 11, wherein the step of forming the protruding portion includes a step of performing a surface treatment to wet the solder in a position range where the protruding portion is formed. 前記突起部を形成する工程は、前記突起部の側面にはんだバンプを形成する工程を含むことを特徴とする請求項9または請求項10に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。   11. The method for manufacturing a power semiconductor module according to claim 9, wherein the step of forming the protrusion includes a step of forming a solder bump on a side surface of the protrusion. 前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする請求項9から請求項13のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。   The method for manufacturing a power semiconductor module according to claim 9, wherein the semiconductor element is a wide band gap semiconductor. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイアモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項14に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。   The method of manufacturing a power semiconductor module according to claim 14, wherein the wide band gap semiconductor is a semiconductor using silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11545409B2 (en) 2020-02-05 2023-01-03 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module having block electrode bonded to collector electrode and manufacturing method thereof

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03160723A (en) * 1989-11-17 1991-07-10 Fujitsu Ltd Bump mounted wiring
JP2004172211A (en) * 2002-11-18 2004-06-17 Yaskawa Electric Corp Power module
JP2007287833A (en) * 2006-04-14 2007-11-01 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2008091810A (en) * 2006-10-05 2008-04-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device, and semiconductor package
JP2008171938A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2010129818A (en) * 2008-11-28 2010-06-10 Mitsubishi Electric Corp Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
WO2010147201A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 株式会社安川電機 Power conversion device
JP2013140870A (en) * 2012-01-05 2013-07-18 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2014078633A (en) * 2012-10-11 2014-05-01 Toppan Printing Co Ltd Solder bump formation method

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03160723A (en) * 1989-11-17 1991-07-10 Fujitsu Ltd Bump mounted wiring
JP2004172211A (en) * 2002-11-18 2004-06-17 Yaskawa Electric Corp Power module
JP2007287833A (en) * 2006-04-14 2007-11-01 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2008091810A (en) * 2006-10-05 2008-04-17 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device, and semiconductor package
JP2008171938A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2010129818A (en) * 2008-11-28 2010-06-10 Mitsubishi Electric Corp Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
WO2010147201A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 株式会社安川電機 Power conversion device
JP2013140870A (en) * 2012-01-05 2013-07-18 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2014078633A (en) * 2012-10-11 2014-05-01 Toppan Printing Co Ltd Solder bump formation method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11545409B2 (en) 2020-02-05 2023-01-03 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module having block electrode bonded to collector electrode and manufacturing method thereof

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