JP2021044452A - 半導体装置 - Google Patents

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    • H01L2224/29338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29355—Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/29338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29357—Cobalt [Co] as principal constituent
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45139—Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45155—Nickel (Ni) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/4516—Iron (Fe) as principal constituent
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/48139—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous wire daisy chain
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    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract

【課題】近接した半導体チップの接合において、半導体チップを位置ずれすることなく配置することができる。【解決手段】半導体装置は、配置領域にはんだ３１を介して設けられた半導体チップ２０，２１と平面視で間隙Ａに溝部１４を長手方向に跨って設けられたボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄと、を有している。このようなボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄにより、半導体装置の製造過程におけるリフローはんだ付けにより溶融したはんだ３１の配置領域の間隙Ａ側への広がりが塞ぎ止められる。このため、間隙Ａで、広がったはんだ３１の結合が防止されて、半導体チップ２０，２１の位置ずれが抑制される。【選択図】図１５

Description

本発明は、半導体装置に関する。
ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体チップを含む半導体装置は、例えば、電力変換装置として利用されている。このような半導体装置は、当該半導体チップと、半導体チップがはんだを介して配置されるセラミック回路基板とを含んでいる。セラミック回路基板は、絶縁板と当該絶縁板上に形成される複数の回路板とを備えている。複数の回路板のいずれかの回路板に半導体チップがはんだを介して配置される。また、回路板の所定の領域上には、外部接続端子を取り付けるための筒状のコンタクト部品がはんだを介して設置されている。また、半導体チップが溶着される位置の近傍の回路板部分に溝部が形成されている金属ベース基板を用いた半導体装置がある。この溝部は回路板上に半導体チップを配置される際の位置決めとして用いられる。
特開２０１４−１８７１７９号公報 特開平１−２９３５５７公報
近年、半導体装置の小型化、大容量化が要求されている。そのため、半導体チップの実装密度の向上が進み、半導体チップ同士の間隔が縮まってきている。しかしながら、近接した半導体チップの半導体装置において、回路板に形成された溝部を挟んだ一対の配置領域に半導体チップをはんだを介してそれぞれ配置して接合する際に、はんだが広がり一対の配置領域からはみ出してしまう場合がある。半導体チップははんだの広がりに伴って配置位置がずれてしまう。また、はんだの広がり具合により、半導体チップ同士が接触してしまうこともある。さらに、広がったはんだが溝部に及ぶと、その中にはボイドが含まれる場合もある。この場合に、半導体チップが溝部上まで位置ずれしてしまうと、半導体チップの下部にはボイドが存在することとなる。ボイドが存在すると半導体チップの放熱性等が低下してしまう。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、近接した半導体チップの接合において、半導体チップを位置ずれすることなく配置することができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、おもて面に第１配置領域及び第２配置領域が間隙を挟んで前記間隙にそれぞれ平行に設定され、前記間隙に長手方向が前記平行の方向に沿って溝部が形成された回路板と前記回路板がおもて面に形成された絶縁板とを有する基板と、前記第１配置領域に第１接合部材を介して設けられた第１半導体チップと、前記第２配置領域に第２接合部材を介して設けられた第２半導体チップと、平面視で前記間隙に前記溝部を前記長手方向に跨って設けられた塞ぎ止め部材と、を有する半導体装置が提供される。
開示の技術によれば、隣接する半導体チップ間で接合部材の広がりが抑制されて、半導体チップの位置ずれを確実に防止することができ、信頼性の低下が抑制された半導体装置を提供することができる。
第１の実施の形態の半導体装置を示す側面図である。 第１の実施の形態の半導体装置を示す平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法のフローチャートを示す図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるセラミック回路基板を説明するための平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるセラミック回路基板を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法のセラミック回路基板に対するワイヤボンディング工程を説明するための平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の基板位置決め治具にセラミック回路基板をセットする工程を説明するための平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の基板位置決め治具にセラミック回路基板をセットする工程を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具をセットする工程を説明するための平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具をセットする工程を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具を利用してコンタクト部品をセットする工程を説明するための平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具を利用してコンタクト部品をセットする工程を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の押え治具をセットする工程を説明するための平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の押え治具をセットする工程を説明するための断面図である。 第１の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の断面図である。 参考例の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。 第１の実施の形態の半導体装置の別のセラミック回路基板の要部の平面図である。 第２の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。 第２の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の断面図である。 第３の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図１の半導体装置５０において、上側を向いた面を表す。同様に、「上」とは、図１の半導体装置５０において、上側の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図１の半導体装置５０において、下側を向いた面を表す。同様に、「下」とは、図１の半導体装置５０において、下側の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。「おもて面」、「上面」、「上」、「裏面」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態の半導体装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態の半導体装置を示す側面図であり、図２は、第１の実施の形態の半導体装置を示す平面図である。なお、図１は、封止部材については破線で表し、図２では、封止部材の図示を省略している。また、半導体装置５０は、セラミック回路基板１０等を収納するケースに関する記載を省略している。また、第１の実施の形態では、複数の回路板１２、複数の半導体チップ２０，２１、複数のコンタクト部品３０、複数のボンディングワイヤ３５、複数の外部接続端子４０に対して、それぞれ区別しない場合には、同じ符号を付して説明する。なお、これら以外の構成についても、複数あるものはそれぞれ区別することなく、同じ符号を付して同じ符号で説明する。
半導体装置５０は、図１及び図２に示されるように、セラミック回路基板１０（基板）とセラミック回路基板１０のおもて面に接合された半導体チップ２０，２１とを有している。半導体装置５０は、セラミック回路基板１０のおもて面に接合されたコンタクト部品３０を有している。半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０は、セラミック回路基板１０のおもて面にはんだ等の接合部材（図示を省略）を介して接合されている。また、半導体装置５０は、セラミック回路基板１０のおもて面と半導体チップ２０，２１の主電極とを電気的に接続するボンディングワイヤ３５を有している。また、コンタクト部品３０には外部接続端子４０が圧入されて取り付けられている。さらに、半導体装置５０は、セラミック回路基板１０のおもて面の半導体チップ２０，２１と共に、コンタクト部品３０に取り付けられた外部接続端子４０の先端部が突出するように封止部材４５により封止されている。
セラミック回路基板１０は、絶縁板１１と絶縁板１１のおもて面に形成された複数の回路板１２と絶縁板１１の裏面に形成された金属板１３とを有している。絶縁板１１は、熱伝導性に優れた、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等の熱伝導性が高いセラミックスにより構成されている。複数の回路板１２（回路板１２ａ〜１２ｅを含む）は、導電性に優れた材質により構成されている。このような材質として、例えば、銅、または、銅合金等により構成されている。そして、回路板１２の表面に対して、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル、または、ニッケル合金等によるめっき処理等を行ってもよい。ニッケル合金としては、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等が好ましい。金属板１３は、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。また、金属板１３の裏面に放熱板や冷却器（図示を省略）が形成されていてもよい。なお、絶縁板１１は平面視で、例えば、矩形状を成している。また、金属板１３は平面視で、絶縁板１１よりも面積が小さく、回路板１２の総面積よりも広い矩形状を成している。したがって、セラミック回路基板１０は、例えば、矩形状を成している。
回路板１２には、溝部１４が適宜形成されている。溝部１４には、回路板１２の半導体チップ２０，２１が配置される配置領域の隙間に長手方向が半導体チップ２０，２１（配置領域）に平行に沿って形成されている半導体チップ２０，２１間の溝部１４ａがある。また、溝部１４には、半導体チップ２０，２１が配置される配置領域とコンタクト部品３０等の端子やコンデンサ、抵抗等の電子部品が配置される領域との間に形成された溝部１４ｂがある。さらに、溝部１４には、半導体チップ２０，２１が配置される配置領域とボンディングワイヤ３５が接合される領域との間に形成された溝部１４ｃがある。このような（溝部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを総称する）溝部１４は、平面視で回路板１２の端辺に接触せず、回路板１２の面内に独立して形成されている。また、溝部１４は、回路板１２の厚さ方向に回路板１２を貫通して形成されている。このような溝部１４の短手方向の長さは、例えば、１００μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、好ましくは４００μｍ以上、５００μｍ以下である。なお、溝部１４の長手方向の長さは、必要に応じて任意に形成される。溝部１４の詳細については後述する。
さらに、回路板１２ａ〜１２ｅの溝部１４に対して、塞ぎ止め部材としてボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆが設けられている。半導体チップ２０，２１間の溝部１４ａには、塞ぎ止め部材がそれぞれ設けられている。その他の溝部１４ｂ,１４ｃには、塞ぎ止め部材が設けられてもよいが、設けられていないことが好ましい。例えば、溝部１４ｂに塞ぎ止め部材を設けると、コンタクト部品３０をはんだ接合する時のはんだ付け治具がうまく配置できなくなる。また、溝部１４ｃに塞ぎ止め部材を設けると、電気配線用のボンディングワイヤ３５をボンディングする時に干渉して邪魔になってしまう場合がある。なお、第１の実施の形態では、二つの半導体チップ２０，２１間の溝部１４ａに対して塞ぎ止め部材を設けている場合を示している。この場合に限らず、三つ以上の半導体チップ間に対して溝部をそれぞれ設け、各溝部に対して、本実施の形態と同様に塞ぎ止め部材を設けることができる。
このようなボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆは、例えば、直径が１２５μｍ以上、４００μｍ以下の細線である。ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆは、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。特に、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆは、回路板１２ａ〜１２ｅの表面より、はんだ濡れ性が低い金属であることが好ましい。例えば、回路板１２ａ〜１２ｅの表面が銅または銅合金である場合、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆは、アルミニウム、ニッケル、鉄、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されていてよい。また、例えば、回路板１２ａ〜１２ｅの表面にニッケルまたはニッケル合金が形成されている場合、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等により構成されていてよい。なお、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆの詳細については後述する。
このような構成を有するセラミック回路基板１０として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板を用いることができる。また、セラミック回路基板１０の金属板１３に既述の通り冷却器（図示を省略）を金属酸化物のフィラーが混入されたシリコーン等のサーマルグリースを介して取りつけて放熱性を向上させることも可能である。この場合の冷却器は、例えば、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。また、冷却器として、フィン、または、複数のフィンから構成されるヒートシンク並びに水冷による冷却装置等を適用することができる。
半導体チップ２０は、シリコンまたは炭化シリコンから構成される、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体チップ２０は、例えば、裏面に主電極としてドレイン電極（または、コレクタ電極）を、おもて面に、主電極としてゲート電極及びソース電極（または、エミッタ電極）をそれぞれ備えている。また、半導体チップ２１は、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードを含んでいる。このような半導体チップ２１は、裏面に主電極としてカソード電極を、おもて面に主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。上記の半導体チップ２０，２１は、その裏面側が所定の回路板（図示を省略）上に接合されている。なお、半導体チップ２０，２１は、回路板１２上にはんだ（図示を省略）を介して接合されている。はんだについては後述する。また、図示を省略するものの、半導体チップ２０，２１に代わって、ＩＧＢＴとＦＷＤとの機能を合わせ持つＲＣ（Reverse-Conducting）−ＩＧＢＴを用いてもよい。また、必要に応じて、半導体チップ２０，２１に代わり、例えば、リードフレーム、外部接続端子（ピン端子、コンタクト部品等）、電子部品（サーミスタ、電流センサ）等を配置することが可能である。なお、このような半導体チップ２０，２１の厚さは、例えば、１８０μｍ以上、２２０μｍ以下であって、平均は、２００μｍ程度である。
ボンディングワイヤ３５は、半導体チップ２０，２１と、回路板１２との間、または、複数の半導体チップ２０，２１間を適宜電気的に接続する。このようなボンディングワイヤ３５は、導電性に優れた材質により構成されている。このような材質として、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。また、ボンディングワイヤ３５の径は、例えば、１１０μｍ以上、２００μｍ以下である。その他のボンディングワイヤ３５の径は、例えば、３５０μｍ以上、５００μｍ以下である。
封止部材４５は、例えば、シリコーンゲルであってよい。また、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂と熱硬化性樹脂に含有される充填材とを含んでいる。このような封止部材４５の一例として、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂にフィラーとして二酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素または窒化アルミニウム等の充填材とを含んでいる。
次に、このような半導体装置５０の製造方法について、図３に示すフローチャートに沿って、各工程並びに各治具を示す図４〜図１４を用いて説明する。図３は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法のフローチャートを示す図である。図４は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるセラミック回路基板を説明するための平面図である。図５は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法で用いられるセラミック回路基板を説明するための断面図である。
図６は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法のセラミック回路基板に対するワイヤボンディング工程を説明するための平面図である。図７は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の基板位置決め治具にセラミック回路基板をセットする工程を説明するための平面図である。図８は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の基板位置決め治具にセラミック回路基板をセットする工程を説明するための断面図である。
図９は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具をセットする工程を説明するための平面図である。図１０は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具をセットする工程を説明するための断面図である。図１１は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具を利用してコンタクト部品をセットする工程を説明するための平面図である。図１２は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の部品位置決め治具を利用してコンタクト部品をセットする工程を説明するための断面図である。図１３は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の押え治具をセットする工程を説明するための平面図である。図１４は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の押え治具をセットする工程を説明するための断面図である。なお、図５，８，１０，１２，１４は、図４，７，９，１１，１３における一点鎖線Ｘ−Ｘによる断面図である。
半導体装置５０は、以下に示す製造工程（フローチャート）に沿って製造される。以下の各製造工程は必要に応じて人為的または製造装置により実行される。
［ステップＳ１０］ 半導体チップ２０，２１とセラミック回路基板１０とコンタクト部品３０とを用意する。これらの部品に限らず、半導体装置５０の製造に必要な部品等を予め用意する。なお、セラミック回路基板１０は、図４及び図５に示されるように、絶縁板１１と絶縁板１１のおもて面に形成された複数の回路板１２と絶縁板１１の裏面に形成された金属板１３とを有している。なお、図４中において複数の回路板１２に付した矩形状の破線は後の半導体チップ２０，２１の配置領域を表す。このような配置領域に対して溝部１４が形成されている。例えば、回路板１２ａ〜１２ｄには、一対の配置領域２０ａ，２１ａが間隙を挟んで当該間隙に平行にそれぞれ設定されている。このような隙間に長手方向が隙間と平行である溝部１４が形成されている。溝部１４は、後に配置領域２０ａ，２１ａにはんだを塗布する際の位置合わせとして機能する。
［ステップＳ１１］ セラミック回路基板１０の回路板１２のうち、回路板１２ａ〜１２ｄに、図６に示されるように、平面視で、配置領域２０ａ，２１ａの間隙に溝部１４を形成し、溝部１４の長手方向に跨ってボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄをそれぞれ設ける。なお、既述の通り、半導体チップ２０，２１間の溝部１４ａには、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄがそれぞれ設けられている。また、この際、回路板１２ｅにも、半導体チップ２０の配置領域２０ａの間隙に溝部１４ａを形成し、溝部１４ａの長手方向に跨ってボンディングワイヤ１５ｅ，１５ｆをそれぞれ設ける。その他の溝部１４ｂ,１４ｃには、ボンディングワイヤが設けられてもよいが、設けられていないことが好ましい。
［ステップＳ１２］ セラミック回路基板１０の回路板１２上の半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０の設置領域にはんだ３１をそれぞれ塗布する（図７参照）。なお、このようなセラミック回路基板１０の回路板１２のはんだ３１は、例えば、ディスペンスにより塗布することができる。はんだチップ（図示を省略）をそれぞれの設置領域に配置してもよい。なお、図７に示すはんだ３１は、半導体チップ２０，２１に対するものが四角で、コンタクト部品３０に対するものが丸で示されている。
また、上記のはんだ３１は、例えば、錫−銀−銅からなる合金、錫−亜鉛−ビスマスからなる合金、錫−銅からなる合金、錫−銀−インジウム−ビスマスからなる合金のうち少なくともいずれかの合金を主成分とする鉛フリーはんだにより構成されている。これに加えて、回路板１２上の酸化物を除去する働きがあるフラックスを含んでいる。フラックスは、例えば、エポキシ樹脂、カルボン酸、ロジン樹脂、活性剤、溶剤を含有し、さらに必要に応じてその他の成分を含有することができる。さらに、このようなはんだ３１は、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコン等の添加物が含まれてもよい。
なお、ステップＳ１１とステップＳ１２との工程の実行は、順番を入れ替えてもよい。先にステップＳ１２を行うと、はんだ３１をボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆに邪魔されずに塗布することができる。この際のはんだ３１の塗布は、例えば、スクリーン印刷で行うことができる。
［ステップＳ１３］ 図７及び図８に示されるように、このようにしてボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆを設けて、はんだ３１を塗布したセラミック回路基板１０を基板位置決め治具６０にセットする。基板位置決め治具６０は、平面視で矩形状を成しており、中心部にセラミック回路基板１０が収納される凹部状に構成された収納部６１が形成されている。また、基板位置決め治具６０は、上面の四隅にガイドピン６２がそれぞれ形成されている。また、基板位置決め治具６０は、複合セラミック材料、カーボン等の耐熱性に優れた材質により構成されている。セラミック回路基板１０は、このような基板位置決め治具６０の収納部６１に回路板１２をおもて面にして載置される。
そして、図９及び図１０に示されるように、部品位置決め治具７０を基板位置決め治具６０に対してセットする。部品位置決め治具７０も、また、複合セラミック材料、カーボン等の耐熱性に優れた材質により構成されている。部品位置決め治具７０は、平面視が矩形状である板状を成している。部品位置決め治具７０は、四隅にガイド孔７２がそれぞれ形成されている。各ガイド孔７２を基板位置決め治具６０の各ガイドピン６２に挿通して、部品位置決め治具７０が基板位置決め治具６０にセットされる。また、部品位置決め治具７０は、素子ガイド部７３及びコンタクトガイド部７４が開口されて構成されている。上記のように、部品位置決め治具７０は、基板位置決め治具６０にセットされると、素子ガイド部７３及びコンタクトガイド部７４は、セラミック回路基板１０のコンタクト部品３０及び半導体チップ２０，２１のそれぞれの設置領域（に塗布されたはんだ３１）にそれぞれ対向する。なお、素子ガイド部７３及びコンタクトガイド部７４は、半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０のサイズよりも一回り大きく形成されている。
［ステップＳ１４］ 図１１及び図１２に示されるように、部品位置決め治具７０の素子ガイド部７３及びコンタクトガイド部７４に、ステップＳ１２で塗布したはんだ上に、実装装置（図示を省略）により半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０をそれぞれセットする。
［ステップＳ１５］ 図１３及び図１４に示されるように、押え治具８０を部品位置決め治具７０上にセットする。押え治具８０も、また、複合セラミック材料、カーボン等の耐熱性に優れた材質により構成されている。押え治具８０は、平板部８１とガイド孔８２と押圧部８３とを備えている。平板部８１は、図１３に示されるように、平面視で部品位置決め治具７０に対応する形状を成している。ガイド孔８２は、平板部８１の四隅に形成されている。押圧部８３は、平板部８１の部品位置決め治具７０側の主面８１ａに部品位置決め治具７０のコンタクトガイド部７４に対応するように形成されている。このような押え治具８０は、ガイドピン６２にガイド孔８２を挿通して部品位置決め治具７０上にセットすると、押圧部８３が部品位置決め治具７０のコンタクトガイド部７４に入り込み、コンタクト部品３０に当接する。
［ステップＳ１６］ ステップＳ１５で押え治具８０をセットした状態でリフロー炉に搬入して、炉内を減圧してリフロー処理温度で加熱処理を行う（リフローはんだ付け工程）。リフロー処理温度は、例えば、２５０℃以上、３００℃以下である。これにより、はんだ３１がそれぞれ溶融して、各回路板１２と半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０とを電気的かつ機械的に接続する。そして、溶融したはんだ３１が凝固することで、半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０が各回路板１２に接合する。なお、このようにしてセラミック回路基板１０の回路板１２に接合された半導体チップ２０，２１及びはんだ３１の状態については後述する。
［ステップＳ１７］ 押え治具８０及び部品位置決め治具７０を順に取り外し、基板位置決め治具６０から半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０が各回路板１２に接合されたセラミック回路基板１０を取り出す。そして、図示しない超音波ボンディングツールを用いて、セラミック回路基板１０の各回路板１２の所定領域と半導体チップ２０，２１とをボンディングワイヤにより電気的に接続する。また、このようにしてボンディングワイヤ３５を接続した後、各コンタクト部品３０に、外部接続端子（図示を省略）を圧入する。
［ステップＳ１８］ 半導体チップ２０，２１及びコンタクト部品３０が各回路板１２に接合され、ボンディングワイヤ３５で電気的に接続されたセラミック回路基板１０をケースにセットし、封止部材４５で封止する。これにより、図１及び図２に示した半導体装置５０が製造される。
次に、上記の半導体装置５０の製造方法のステップＳ１６のリフローはんだ付けによるセラミック回路基板１０の回路板１２上の半導体チップ２０，２１及びはんだ３１については図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、第１の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図であり、図１６は、第１の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の断面図である。なお、図１６（Ａ）は、図１５の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図、図１６（Ｂ）は、図１５の一点鎖線Ｙ−Ｙにおける断面図をそれぞれ表している。また、図１５及び図１６では、セラミック回路基板１０の回路板１２ａ〜１２ｄ及びその周辺について示している。
回路板１２ａ〜１２ｄにはんだ３１を介して半導体チップ２０，２１を配置して、リフローはんだ付け（ステップＳ１６）を行う。すると、はんだ３１は溶融して、半導体チップ２０，２１の配置領域の外部に広がり始める。例えば、図１５に示されるように、回路板１２ｂでは、半導体チップ２０，２１が配置されたはんだ３１が溶融して、半導体チップ２０，２１の間隙Ａ側に流れ出す。この際、半導体チップ２０，２１の間隙Ａにはボンディングワイヤ１５ｂが設けられている。このため、半導体チップ２０，２１が配置されたはんだ３１が溶融して、半導体チップ２０，２１の間隙Ａ側に流れ出しても、ボンディングワイヤ１５ｂにより、その流れが塞ぎ止められる。具体的には、めっき膜１２ｂ１が形成された回路板１２ｂの溝部１４が形成されていない箇所では、図１６（Ａ）に示されるように、半導体チップ２０，２１の直下の溶融したはんだ３１が、ボンディングワイヤ１５ｂにより塞ぎ止められる。このため、半導体チップ２０，２１のはんだ３１は互いに結合することが防止される。さらに、この際、このようにして溝部１４が形成されていない箇所でのはんだ３１の結合が抑制されるのに伴って、回路板１２ｂの溝部１４が形成されている箇所では、図１６（Ｂ）に示されるように、溝部１４へのはんだ３１の流入を抑制することができる。当然ながら、回路板１２ｂ以外の回路板１２ａ，１２ｃ〜１２ｄでもボンディングワイヤ１５ａ，１５ｃ，１５ｄ〜１５ｆにより同様にはんだ３１の結合等を抑制することができる。このようにして溶融したはんだ３１が固化することで、半導体チップ２０，２１が回路板１２ａ〜１２ｄにそれぞれ接合される。なお、この際のはんだ３１の厚さは、１００μｍ以上、２００μｍ以下である。
また、既述の短手方向の溝部１４であって、径が１２５μｍ以上、４００μｍ以下であるボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆによってはんだ３１の広がりを確実に塞ぎ止めるには、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｆが半導体チップ２０，２１のおもて面よりも下位であり、回路板１２ａ〜１２ｄのおもて面よりも上位に位置することが好ましい。
ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄは、セラミック回路基板１０の回路板１２ａ〜１２ｄに半導体チップ２０，２１の間隙Ａに溝部１４をその長手方向に跨って設けている。一方で、回路板１２ａ〜１２ｄの半導体チップ２０，２１にそれぞれ隣接する領域のいずれかに、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが形成されない流出領域Ｂ（図１５中の破線の領域）を設けることが好ましい。上記のように、溶融して広がろうとするはんだ３１は、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄにより塞ぎ止められると、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが設けられていない、別の領域に広がろうとする。仮に、半導体チップ２０，２１の四方にボンディングワイヤを設けると、溶融したはんだ３１の全ての広がり先が塞ぎ止められてしまう。このため、半導体チップ２０，２１の四方に設けられたボンディングワイヤのいずれかを溶融したはんだ３１が乗り越えてしまい、場合によっては、はんだ３１の結合が生じてしまうこともある。したがって、回路板１２ａ〜１２ｄの半導体チップ２０，２１にそれぞれ隣接する領域のいずれかに、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが形成されない流出領域Ｂを設けることが必要となる。このようにボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄは、溶融したはんだ３１の広がりを塞ぎ止めるものである。このため、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄに代わって、塞ぎ止めることができる部材であれば、例えば、リードフレーム等の別の部材を用いることができる。
ここで、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが形成されていない場合の半導体装置について、図１７を用いて説明する。図１７は、参考例の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。なお、参考例の半導体装置は、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄ以外は半導体装置５０と同じ構成を成し、同じ符号を付して、それらの説明は省略する。また、図１７は、図１５においてボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが設けられていない場合に対応するものである。図１７によれば、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが設けられていないため、図３のリフローはんだ付け（ステップＳ１６）を行うと、はんだ３１が半導体チップ２０，２１の四方に広がる。このため、例えば、回路板１２ａの（真ん中の）半導体チップ２０及び回路板１２ｃの半導体チップ２０は広がったはんだ３１によりその場で回転し、または、位置ずれが生じる。回転した半導体チップ２０の一部がはんだ３１を介して溝部１４上に位置する。はんだ３１が溝部１４内を充填する場合、溝部１４内にボイドが生じるおそれがある。このようにボイドが生じてしまうと半導体チップ２０に対する放熱性が低下してしまう。また、回路板１２ａ（左側及び右側），１２ｂでは、はんだ３１が間隙Ａで結合してしまっている。このような場合には、電気的な不良が生じてしまう。
上記半導体装置５０は、おもて面に配置領域２０ａ，２１ａが間隙Ａを挟んで間隙Ａにそれぞれ平行に設定され、間隙Ａに長手方向が平行の方向に沿って溝部１４が形成された回路板１２ａ〜１２ｄと回路板１２ａ〜１２ｄがおもて面に形成された絶縁板１１とを有するセラミック回路基板１０を有している。また、半導体装置５０は、配置領域２０ａ，２１ａにはんだ３１を介して設けられた半導体チップ２０，２１と平面視で間隙Ａに溝部１４を長手方向に跨って設けられたボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄと、を有している。このようなボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄにより、半導体装置５０の製造過程におけるリフローはんだ付けにより溶融したはんだ３１が配置領域２０ａ，２１ａの間隙Ａ側への広がりが塞ぎ止められる。このため、間隙Ａで、広がったはんだ３１の結合が防止されて、半導体チップ２０，２１の位置ずれが抑制される。これに伴い、半導体チップ２０，２１の放熱性の低下並びに電気的不良の発生が抑制されて、半導体装置５０は、信頼性の低下が抑制される。
なお、第１の実施の形態では、配置領域２０ａ，２１ａの間隙Ａに対して溝部１４を２つ形成している場合を例に挙げて説明している。溝部１４は２つに限らず、１つ、または、間隙Ａのスペースに応じて３つ以上であってもよい。ここでは、溝部１４を１つ形成する場合について、図１８を用いて説明する。図１８は、第１の実施の形態の半導体装置の別のセラミック回路基板の要部の平面図である。図１８では、半導体装置５０において、溝部１４を配置領域２０ａ，２１ａの間隙Ａに間隙Ａの長手方向に沿って１つずつ設けられた場合を表している。なお、図１８では、広がったはんだ３１の図示を省略している。図１８によれば、同一の回路板１２ａでは、ボンディングワイヤ１５ａが３つの溝部１４を跨いで設けられている。また、同一の回路板１２ｂ〜１２ｄでは、ボンディングワイヤ１５ｂ〜１５ｄが溝部１４をそれぞれ跨いで設けられている。この場合でも、半導体装置５０と同様の効果を奏する。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、第１の実施の形態のボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄの別の取り付けについて、図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は、第２の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。図２０は、第２の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の断面図である。なお、図１９は、第１の実施の形態の半導体装置５０の図１５に示す箇所に対応するものである。図２０は、図１９における一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図である。また、第２の実施の形態の半導体装置では、第１の実施の形態の半導体装置５０と同じ構成には同じ符号を付して、それらの説明については省略する。
第２の実施の形態の半導体装置では、図１９及び図２０に示されるように、溝部１４を跨ぐボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄが１本ではなく、２本である。なお、間隙Ａのスペースに応じて、３本以上でもよい。また、例えば、図２０に示されるように、回路板１２ｂの溝部１４を跨いで配置された一対のボンディングワイヤ１５ｂは、溝部１４と回路板１２ｂとの境界と同じか、境界から回路板１２ｂ側に入り込んでいる。この際、入り込んでいる幅は、ボンディングワイヤ１５ｂの直径の５０％未満である。このように溝部１４に対してボンディングワイヤ１５ｂを複数跨らせることにより、溶融したはんだ３１の広がりをより確実に塞ぎ止めることができるようになる。
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第１の実施の形態の半導体装置５０におけるボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄを溝部１４間にスティッチボンディングにより設ける場合について、図２１を用いて説明する。図２１は、第３の実施の形態の半導体装置のセラミック回路基板の要部の平面図である。なお、図２１は、第１の実施の形態の半導体装置５０の図１５に示す箇所に対応するものである。また、図２１では、広がったはんだ３１の図示を省略している。また、第３の実施の形態の半導体装置では、第１の実施の形態の半導体装置５０と同じ構成には同じ符号を付して、それらの説明については省略する。
第３の実施の形態の半導体装置では、図２１に示されるように、ボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄは、回路板１２ａ〜１２ｄに対して、複数の溝部１４のそれぞれの間をスティッチボンディングして、各溝部１４を跨いで設けられている。このように複数の溝部１４の間にボンディングワイヤ１５ａ〜１５ｄをスティッチボンディングして、溝部１４を跨らせることにより、溶融したはんだ３１の広がりをより確実に塞ぎ止めることができるようになる。
１０ セラミック回路基板
１１ 絶縁板
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 回路板
１２ｂ１ めっき膜
１３ 金属板
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 溝部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，３５ ボンディングワイヤ
２０，２１ 半導体チップ
２０ａ，２１ａ 配置領域
３０ コンタクト部品
３１ はんだ
４０ 外部接続端子
４５ 封止部材
５０ 半導体装置
６０ 基板位置決め治具
６１ 収納部
６２ ガイドピン
７０ 部品位置決め治具
７２，８２ ガイド孔
７３ 素子ガイド部
７４ コンタクトガイド部
８０ 押え治具
８１ 平板部
８１ａ 主面
８３ 押圧部

Claims (18)

  1. おもて面に第１配置領域及び第２配置領域が間隙を挟んで前記間隙にそれぞれ平行に設定され、前記間隙に長手方向が前記平行の方向に沿って溝部が形成された回路板と前記回路板がおもて面に形成された絶縁板とを有する基板と、
    前記第１配置領域に第１接合部材を介して設けられた第１半導体チップと、
    前記第２配置領域に第２接合部材を介して設けられた第２半導体チップと、
    平面視で前記間隙に前記溝部を前記長手方向に跨って設けられた塞ぎ止め部材と、
    を有する半導体装置。
  2. 前記塞ぎ止め部材は、細線である、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記塞ぎ止め部材は、前記溝部の前記長手方向の長さより長い、
    請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記塞ぎ止め部材は、前記溝部の幅よりも幅が細い、
    請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記塞ぎ止め部材は、金属により構成されている、
    請求項２乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記塞ぎ止め部材は、前記溝部の前記長手方向を跨るように前記回路板にボンディングされている、
    請求項２乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記塞ぎ止め部材は、前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップのおもて面よりも下位であって、前記回路板のおもて面よりも上位に位置して設けられている、
    請求項２乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記溝部を跨ぐ前記塞ぎ止め部材が複数設けられている、
    請求項２乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 前記溝部は、前記長手方向が前記間隙の前記平行の方向に沿って一列に複数形成されている、
    請求項２乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 前記塞ぎ止め部材は、前記回路板上に前記平行の方向に沿って前記複数の溝部を跨いで設けられている、
    請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記塞ぎ止め部材は、前記複数の溝部のそれぞれの間をボンディングして、それぞれの前記溝部を跨いでいる、
    請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記回路板の前記第１半導体チップ及び前記第２半導体チップにそれぞれ隣接する領域のいずれかに、前記塞ぎ止め部材が形成されない流出領域が設けられている、
    請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置。
  13. 前記回路板は銅または銅合金により構成されている、
    請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体装置。
  14. 前記回路板は、少なくとも前記第１配置領域及び前記第２配置領域にめっき膜が形成されている、
    請求項１乃至１３のいずれかに記載の半導体装置。
  15. 前記めっき膜は、ニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
    請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 前記塞ぎ止め部材は、前記回路板よりはんだ濡れ性が低い金属により構成されている、
    請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体装置。
  17. 前記塞ぎ止め部材は、アルミニウム、ニッケル、鉄またはこれらのいずれかを含む合金により構成されている、
    請求項１３に記載の半導体装置。
  18. 前記塞ぎ止め部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されている、
    請求項１６に記載の半導体装置。
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