JP2023071502A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Yuichiro Hyuga
直之 金井
Naoyuki Kanai
隆 齊藤
Takashi Saito
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Abstract

【課題】半導体チップを覆うコーティング材の形成不良を抑えた半導体装置を実現する。【解決手段】半導体装置１Ａは、導電パターン層１２を有する絶縁回路基板１０と、導電パターン層１２上に配置された焼結部材２０と、焼結部材２０上に配置された半導体チップ３０と、半導体チップ３０を覆うコーティング材４０とを備える。焼結部材２０は、導電パターン層１２とは反対側の面に凹部２１とその外縁を成す枠部２２とを有する。半導体チップ３０は、凹部２１に搭載され、上面３０ａが枠部２２の上端２２ａよりも導電パターン層１２側に位置するように配置される。これにより、焼結部材２０の枠部２２が、その内側の半導体チップ３０上にコーティング材４０を留めるダム部として機能し、半導体チップ３０のコーティング材４０からの露出が抑えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置に関し、所定の基板に搭載される半導体チップ又は半導体素子を樹脂で覆う技術が知られている。
例えば、ＩＣチップが搭載される回路基板に、ＩＣチップの周囲を切れ間なく囲むダム用樹脂を設け、そのダム用樹脂の内側にＩＣチップを封止する封止樹脂を充填する技術が知られている（特許文献１）。
また、リードフレームのダイパッドに設けた凹所に半導体チップをマウントし、凹所にジャンクション・コーティング・レジンを充填して半導体チップの表面をコーティングし、半導体チップの周域に樹脂パッケージを成形する技術が知られている（特許文献２）。
また、半導体素子が搭載される支持板に、半導体素子を包囲するように接着剤又は半田より成る環状の枠体を形成し、その枠体により形成される貯留部に、半導体素子を覆う保護樹脂を配置する技術が知られている（特許文献３）。
また、半導体素子が搭載される回路基板の、半導体素子の周囲近傍に、銅帯状パターンと、封止樹脂に対する濡れ性が低い金メッキ層とからなる流出抑制部材を配置し、注入される封止樹脂の封止範囲外への流出を金メッキ層で抑制する技術が知られている（特許文献４）。
また、リードフレームに半田を介して半導体チップが搭載され、樹脂接着剤を介して回路基板が搭載され、これらの周域がモールド樹脂で封止される半導体装置において、半導体チップの上面及び周域に、モールド樹脂との密着性強化及び熱応力緩和を目的に保護樹脂をコーティングする技術が知られている（特許文献５）。更に、このような半導体装置において、リードフレームの、半導体チップ及び回路基板の搭載領域の境界に沿って凸条部（ダム部）を設け、半導体チップの上面及び周域にコーティングされる保護樹脂が回路基板の搭載領域に流れ込むのを抑える技術が知られている（特許文献５）。
このほか、半導体装置に関し、回路基板に多層半導体チップを搭載し、多層半導体チップの周囲にダム材組成物を成型塗布し、多層半導体チップとダム材組成物との間から、多層半導体チップ及び回路基板の隙間にアンダーフィル材組成物を侵入させ、ダム材組成物及びアンダーフィル材組成物を硬化させる技術が知られている（特許文献６）。
また、半導体チップを、回路基板との間に異方導電性フィルム等の樹脂を介在させて回路基板にフリップチップ実装する技術、フリップチップ実装時の半導体チップの加圧によりその外側に流れ出る樹脂を加圧することで、ボイドを押し潰し、更に回路基板との密着性を向上させる技術が知られている（特許文献７）。半導体チップ及び樹脂の加圧には、半導体チップとの接触面に、開口部が半導体チップの外形と略同一形状で、且つ、深さが接続後の回路基板の上面から半導体チップの上面までの高さよりも低く、且つ、加圧時に半導体チップと直接又はシート部材を介して嵌合する凹部を有するボンディング用加圧治具を用いることが提案されている（特許文献７）。
特開平９－６９５９１号公報 特開平７－３８０２７号公報 特開平１１－１３５６８６号公報 特開２００４－２１４２５５号公報 特開２００５－９３６３５号公報 特開２０１１－１４８８５号公報 特開２００１－１２７１０５号公報
半導体装置の一形態として、導電パターン層を有する絶縁回路基板に焼結部材を介して半導体チップが搭載されるものが知られている。絶縁回路基板に搭載された半導体チップは、エポキシ樹脂等が用いられた封止材で封止される。このような半導体装置では、動作時の発熱及びその冷却に伴う温度負荷により、内部に応力が発生する。その際、半導体チップとそれを封止する封止材との熱膨張係数差により、封止材が有する密着力を超える応力が発生すると、封止材が半導体チップから剥離してしまうことが起こり得る。封止材の半導体チップからの剥離は、半導体チップ及びそれが搭載される半導体装置の信頼性の低下、絶縁性能の低下を招く恐れがある。
封止材の半導体チップからの剥離を抑えるため、半導体チップと封止材との間に、密着力向上及び応力緩和を目的としたコーティング材を設けることが行われる場合がある。コーティング材を設ける手法として、半導体チップ上に流動性を有するコーティング材を載置し、それを半導体チップ等の表面に行き渡らせる手法がある。しかし、コーティング材の粘度が高過ぎると、コーティング材が半導体チップ等の表面に十分に行き渡らず、コーティング材の粘度が低過ぎると、コーティング材が流れ落ちて半導体チップの一部（角部等）が露出してしまったり、十分な厚さのコーティング材で覆われなかったりすることが起こり得る。このようなコーティング材の形成不良は、半導体チップと封止材との接触、或いは密着力向上効果や応力緩和効果の低下を引き起こし、上記同様、温度負荷による応力に起因した封止材の剥離、それによる半導体チップ及び半導体装置の信頼性の低下、絶縁性能の低下を招き得る。
１つの側面では、本発明は、半導体チップを覆うコーティング材の形成不良を抑えた半導体装置を実現することを目的とする。
１つの態様では、導電パターン層を有する絶縁回路基板と、前記導電パターン層上に配置され、前記導電パターン層とは反対側の面に凹部と前記凹部の外縁を成す枠部とを有する焼結部材と、上面、下面及び側面を有し、前記下面が前記凹部に搭載され、前記焼結部材とは反対側の前記上面が前記枠部の上端よりも前記導電パターン層側に位置する半導体チップと、前記枠部の内側で前記半導体チップを覆うコーティング材と、を備える半導体装置が提供される。
また、別の態様では、導電パターン層を有する絶縁回路基板、並びに上面、下面及び側面を有する半導体チップを準備する工程と、前記導電パターン層上に焼結部材を配置する工程と、前記焼結部材上に前記半導体チップの前記下面を配置し、前記半導体チップの前記上面を介して前記焼結部材の前記半導体チップの前記下面と接する領域を前記導電パターン層側に加圧して、前記焼結部材に前記半導体チップが搭載された凹部と前記凹部の外縁を成し前記半導体チップの前記上面よりも上端が高い枠部とを形成する焼結部材成形工程と、前記半導体チップを覆うように前記枠部の内側にコーティング材を配置するコーティング工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。
１つの側面では、半導体チップを覆うコーティング材の形成不良を抑えた半導体装置を実現することが可能になる。
第１の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る半導体チップ接合工程の一例について説明する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体チップ接合工程の一例について説明する図（その２）である。 第１の実施の形態に係るコーティング工程の一例について説明する図である。 別の形態に係るコーティング工程の一例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る封止工程の一例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の別の例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置形成の第１の変形例について説明する図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置形成の第２の変形例について説明する図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置形成に用いる治具の一例について説明する図である。 第２の実施の形態に係る半導体チップ接合工程の一例について説明する図（その１）である。 第２の実施の形態に係る半導体チップ接合工程の一例について説明する図（その２）である。 第２の実施の形態に係るコーティング工程の一例について説明する図である。 第２の実施の形態に係る封止工程の一例について説明する図である。 第２の実施の形態に係る治具の変形例について説明する図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図である。
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図１（Ａ）には半導体装置の要部平面図を模式的に示し、図１（Ｂ）には半導体装置の要部断面図を模式的に示している。図１（Ｂ）は図１（Ａ）のI－I断面図である。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す半導体装置１Ａは、絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０を備える。
絶縁回路基板１０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、絶縁基板１１、及びその両主面に所定の形状で設けられた導電パターン層１２及び導電パターン層１３を含む。絶縁基板１１には、電気絶縁性及び熱伝導性に優れた材料が用いられる。例えば、絶縁基板１１には、アルミナ、アルミナを主成分とする複合セラミックス、窒化アルミニウム、窒化珪素等の基板が用いられる。導電パターン層１２及び導電パターン層１３には、電気伝導性及び加工性に優れた材料が用いられる。例えば、導電パターン層１２及び導電パターン層１３には、銅、アルミニウム等の金属が用いられる。導電パターン層１２及び導電パターン層１３には、防錆等の目的で、ニッケルめっき等の処理を行った銅、アルミニウム等が用いられてもよい。絶縁基板１１に導電パターン層１２及び導電パターン層１３を設ける方法としては、直接接合法（Direct Copper Bonding法）、ろう材接合法（Active Metal Brazing法）等が挙げられる。
焼結部材２０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上に配置される。焼結部材２０は、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２と、焼結部材２０上に配置される半導体チップ３０とを電気的及び機械的に接続する材料の一例である。焼結部材２０には、例えば、ナノサイズやマイクロサイズの導電粒子を用いたペーストタイプの材料を、加圧及び加熱により導電粒子同士を焼結させた構造を有するものが用いられる。このような焼結部材２０の導電粒子には、例えば、金、銀、銅等の金属、又はそのような金属をベースとする材料が用いられる。尚、焼結部材２０の導電粒子の材料は、これらに限定されるものではない。
半導体チップ３０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上に配置された焼結部材２０上に配置される。半導体チップ３０は、その上面３０ａ、上面３０ａとは反対側の下面３０ｂ、上面３０ａと下面３０ｂとの間の側面３０ｃ、上面３０ａと側面３０ｃとの間の角部３０ｄのうち、少なくとも下面３０ｂが焼結部材２０に接触し、且つ、少なくとも上面３０ａが焼結部材２０から露出するように、焼結部材２０に埋設される。尚、半導体チップ３０と焼結部材２０との配置関係については後述する。
半導体チップ３０には、例えば、Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ）、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（ＭＯＳＦＥＴ）といった半導体素子が用いられる。半導体チップ３０には、Junction Field Effect Transistor（ＪＦＥＴ）、High Electron Mobility Transistor（ＨＥＭＴ）といった他の半導体素子が用いられてもよい。ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子には、Free Wheeling Diode（ＦＷＤ）やSchottky Barrier Diode（ＳＢＤ）といったダイオード素子が混載又は接続されてもよい。半導体チップ３０には、シリコンデバイス、炭化珪素デバイス、窒化ガリウムデバイス等の各種デバイスを用いることができる。
絶縁回路基板１０上には、半導体チップ３０のほか、半導体チップ３０と同種又は異種の他の半導体チップ、或いは各種電子部品等が搭載されてもよい。絶縁回路基板１０上に搭載される半導体チップ３０は、ワイヤやクリップ等の導電部材を用いて、絶縁回路基板１０上に設けられる他の導電パターン層や半導体チップ等と接続されてもよい。
コーティング材４０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、半導体チップ３０を覆うように配置される。コーティング材４０は、例えば、半導体チップ３０のほか、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０を覆うように配置される。コーティング材４０には、有機材料が用いられる。コーティング材４０には、半導体チップ３０の封止に用いるエポキシ樹脂組成物等の封止材との密着性に優れ、半導体チップ３０及び封止材に生じる応力を緩和する性質を持った材料が用いられる。例えば、コーティング材４０には、ポリイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の樹脂材料が用いられる。尚、コーティング材４０の材料は、これらに限定されるものではない。
絶縁回路基板１０には更に、半導体チップ３０等と接続される端子部品等が搭載されてもよい。また、絶縁回路基板１０は、焼結部材２０を介して半導体チップ３０が搭載される導電パターン層１２とは反対側の導電パターン層１３が、半田部材や焼結部材等の他の接合部材を介して放熱ベースやリードフレーム等の他の基板に接合されてもよい。
続いて、上記のような構成を有する半導体装置１Ａの、半導体チップ３０と焼結部材２０との配置関係について説明する。
半導体チップ３０は、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上に配置される焼結部材２０に、上面３０ａが露出するように埋設される。焼結部材２０は、導電パターン層１２とは反対側の面に凹部２１とその凹部２１の外縁を成す枠部２２とを有する。焼結部材２０の凹部２１は、導電パターン層１２上の焼結部材２０が半導体チップ３０の下面３０ｂで加圧され、半導体チップ３０が焼結部材２０の中に押し込まれることで形成される。焼結部材２０の枠部２２は、このような凹部２１の形成に伴って半導体チップ３０の周囲に押し出される焼結部材２０によって形成される。焼結部材２０の凹部２１に上面３０ａが露出されて半導体チップ３０が埋設され、その半導体チップ３０の周囲が焼結部材２０の枠部２２で囲繞される。
ここで、半導体チップ３０は、その上面３０ａが、焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも、導電パターン層１２側に位置するように、焼結部材２０の凹部２１に埋設される。即ち、半導体チップ３０は、その上面３０ａと焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａとがこのような位置関係となるように、焼結部材２０に埋設される。図１（Ｂ）には、半導体チップ３０が焼結部材２０の中に、半導体チップ３０の上面３０ａが焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも高低差Ｔ１だけ導電パターン層１２側の低い位置となるように埋設された場合を例示している。
焼結部材２０上にこのように配置された半導体チップ３０の上に、コーティング材４０が配置される。例えば、流動性を有するコーティング材４０が半導体チップ３０の上面３０ａ側に載置され、それが流動することで、半導体チップ３０がコーティング材４０で覆われる。コーティング材４０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、半導体チップ３０のほか、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０を覆う。半導体チップ３０等を覆うように設けられたコーティング材４０は、その後、硬化される。
半導体装置１Ａでは、半導体チップ３０の上面３０ａが、焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも、導電パターン層１２側に位置する。そのため、半導体装置１Ａでは、半導体チップ３０上に設けられたコーティング材４０が、焼結部材２０の枠部２２の内側（凹部２１）に留まり、枠部２２の外側に流出することが抑えられる。即ち、焼結部材２０の枠部２２は、コーティング材４０のダム部として機能する。このように半導体装置１Ａでは、焼結部材２０の枠部２２の内側にコーティング材４０が留まるため、半導体チップ３０（その上面３０ａのほか、側面３０ｃ、及び上面３０ａと側面３０ｃとの間の角部３０ｄ）がコーティング材４０から露出することが抑えられる。
従って、コーティング材４０の形成後に半導体チップ３０等が封止材で封止されても、半導体チップ３０と封止材とが直接接触することが抑えられ、半導体チップ３０と封止材との間に介在されるコーティング材４０により、それらの密着性が高められ、それらに生じる応力が緩和される。これにより、動作時の発熱及びその冷却に伴う温度負荷による応力、並びに半導体チップ３０と封止材との熱膨張係数差に起因した、封止材の剥離が抑えられる。封止材の剥離が抑えられることで、半導体チップ３０及びそれを搭載する半導体装置１Ａの信頼性の低下、絶縁性能の低下が抑えられる。
上記のような構成を有する半導体装置１Ａの形成方法について、より詳細に説明する。
図２及び図３は第１の実施の形態に係る半導体チップ接合工程の一例について説明する図である。図２（Ａ）には半導体チップ接合前の状態の一例の要部断面図を模式的に示し、図２（Ｂ）及び図３には半導体チップ接合後の状態の一例の要部断面図を模式的に示している。図３は半導体チップ接合後の状態の一例における焼結部材内の導電粒子密度及び空隙率について説明するための図である。
まず、図２（Ａ）に示すような絶縁回路基板１０及び半導体チップ３０が準備される。絶縁回路基板１０には、その絶縁基板１１の一方の主面に設けられた導電パターン層１２上に、焼結部材２０が配置される。例えば、導電粒子を含むペーストタイプの焼結部材２０が、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上に配置される。そして、半導体チップ３０が、その下面３０ｂを導電パターン層１２上の焼結部材２０と対向するように配置される。例えば、導電パターン層１２上には、対向するように配置される半導体チップ３０の下面３０ｂの平面サイズよりも大きな平面サイズの焼結部材２０が配置される。導電パターン層１２上に配置する焼結部材２０の厚さは、例えば、１３０μｍ以上１４０μｍ以下程度に設定される。半導体チップ３０の厚さは、例えば、１００μｍ程度である。
導電パターン層１２上の焼結部材２０に下面３０ｂが対向するように配置された半導体チップ３０は、焼結部材２０に近付けられ、下面３０ｂが焼結部材２０と接触される。そして、半導体チップ３０の上面３０ａを介して焼結部材２０の半導体チップ３０の下面３０ｂと接する領域が、導電パターン層１２側に加圧される。この加圧により、図２（Ｂ）に示すように、導電パターン層１２上の焼結部材２０の中に、半導体チップ３０が押し込まれる。加圧により半導体チップ３０が押し込まれることで、焼結部材２０には、半導体チップ３０が搭載された凹部２１が形成されると共に、その凹部２１の形成に伴って半導体チップ３０の周囲に押し出された焼結部材２０の一部によって凹部２１の外縁を成す枠部２２が形成される。半導体チップ３０は、焼結部材２０に押し込まれる際、その上面３０ａが、焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも低い位置、即ち、導電パターン層１２側に位置するように、焼結部材２０の中に押し込まれる。半導体チップ３０は、例えば、その下面３０ｂ（又は焼結部材２０の凹部２１）と導電パターン層１２との間の距離（焼結部材２０の凹部２１下の厚さ）が、１０μｍ以上３０μｍ以下程度となるように、焼結部材２０の中に押し込まれる。
焼結部材２０への半導体チップ３０の加圧後、或いは焼結部材２０へ半導体チップ３０を加圧しながら、焼結部材２０の加熱が行われる。焼結部材２０の加熱は、導電パターン層１２の表面を何もめっきしない場合は、窒素等の不活性ガス雰囲気中で行うことがより好ましい。導電パターン層１２の表面を銀めっきしてある場合は、大気雰囲気中で加熱を行ってもよい。焼結部材２０の加熱温度は、焼結部材２０に含まれる導電粒子が焼結可能な温度に基づいて設定される。例えば、焼結部材２０の加熱温度は、２００℃以上３００℃以下で行えばよい。２２０℃以上２８０℃以下で行うことが望ましく、２４０℃以上２６０℃以下で行うことがより望ましい。
焼結部材２０は、それに押し込まれるように半導体チップ３０が加圧されることで、図３に示すように、半導体チップ３０が搭載された凹部２１と導電パターン層１２との間の領域ＡＲ１では、その内部に含まれる導電粒子２３群が比較的高密度で接触し合う。焼結部材２０への半導体チップ３０の加圧後に加熱が行われることで、或いは焼結部材２０へ半導体チップ３０を加圧しながら加熱が行われることで、焼結部材２０の領域ＡＲ１の比較的高密度で接触する導電粒子２３同士が焼結される。導電粒子２３群が焼結されることで形成される導電体、即ち、導電粒子２３群が焼結されることで一体化された導電体により、半導体チップ３０の下面３０ｂと絶縁回路基板１０の導電パターン層１２との間の導電パス（及び熱伝導パス）が形成される。
一方、焼結部材２０への半導体チップ３０の加圧に伴いその周囲に押し出されて形成される枠部２２の領域ＡＲ２では、その内部に含まれる導電粒子２３群が、領域ＡＲ１に比べ、比較的低密度となる。加熱が行われることで、焼結部材２０の領域ＡＲ２の比較的低密度で接触する導電粒子２３同士も焼結され、導電体、即ち、導電粒子２３群が焼結されることで一体化された導電体が形成される。尚、加熱による焼結前の焼結部材２０の枠部２２の領域ＡＲ２に含まれる導電粒子２３群の密度は、必ずしも凹部２１下の領域ＡＲ１に含まれる導電粒子２３群のような高密度になることを要しない。半導体チップ３０の下面３０ｂと絶縁回路基板１０の導電パターン層１２との間の導電パス（及び熱伝導パス）は、凹部２１下の領域ＡＲ１で形成することができるためである。
加圧及び加熱後の焼結部材２０の、半導体チップ３０が搭載された凹部２１と導電パターン層１２との間の領域ＡＲ１及び枠部２２の領域ＡＲ２には、導電粒子２３群の焼結による導電体の形成に伴い、空隙が形成される。ここで、加圧後であって加熱前の領域ＡＲ１には、導電粒子２３群が比較的高密度で含まれているため、加熱による導電粒子２３群の焼結によって領域ＡＲ１に形成される導電体の密度は比較的高くなり、当該領域ＡＲ１に形成される空隙は比較的少なくなる。一方、加圧後であって加熱前の領域ＡＲ２には、導電粒子２３群が比較的低密度で含まれているため、加熱による導電粒子２３群の焼結によって領域ＡＲ２に形成される導電体の密度は比較的低くなり、当該領域ＡＲ２に形成される空隙は比較的多くなる。従って、図３に示すような断面視において、加熱後の焼結部材２０における領域ＡＲ１の空隙率は、加熱後の焼結部材２０における領域ＡＲ２の空隙率よりも低くなる。このように空隙率が比較的低くなる領域ＡＲ１により、半導体チップ３０の下面３０ｂと絶縁回路基板１０の導電パターン層１２との間の良好な導電パス（及び熱伝導パス）が実現される。
尚、この図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す半導体チップ接合工程は、焼結部材２０を用いて半導体チップ３０を絶縁回路基板１０の導電パターン層１２に接合すると共に、焼結部材２０に凹部２１及びその外縁を成す枠部２２を形成する焼結部材成形工程の一例である。
図４は第１の実施の形態に係るコーティング工程の一例について説明する図である。図４（Ａ）にはコーティング材載置工程の一例の要部断面図を模式的に示し、図４（Ｂ）にはコーティング材流動工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
焼結部材２０の加圧及び加熱後、図４（Ａ）に示すように、半導体チップ３０の上面３０ａ側にコーティング材４０が載置される。載置されるコーティング材４０には、流動性を有するものが用いられる。コーティング材４０は、半導体チップ３０の上面３０ａへのディスペンスやスプレー等によって塗布され、載置される。尚、コーティング材４０は、半導体チップ３０の上面３０ａのみではなく、図４（Ａ）に示すように、焼結部材２０や絶縁回路基板１０の上に載置されてもよい。
半導体チップ３０の上面３０ａ側に載置されたコーティング材４０は、重力により、図４（Ｂ）に示すように、半導体チップ３０の周囲へと流動する。載置されるコーティング材４０は、このように載置後に半導体チップ３０の周囲へと流動するような粘度に設定される。コーティング材４０が半導体チップ３０の周囲へと流動することで、半導体チップ３０がコーティング材４０によって覆われる。コーティング材４０は、半導体チップ３０のほか、図４（Ｂ）に示すように、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０を覆う。
このようなコーティング工程において、コーティング材４０が載置される半導体チップ３０は、その上面３０ａが焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも低い位置となるように、焼結部材２０の中に押し込まれている。そのため、焼結部材２０の枠部２２がダム部として機能し、半導体チップ３０上からの過剰なコーティング材４０の流出が抑えられ、半導体チップ３０上に一定量のコーティング材４０が留まる。焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａが半導体チップ３０の上面３０ａよりも高い位置にあり、枠部２２の内側にコーティング材４０が留まることで、半導体チップ３０の上面３０ａのほか、焼結部材２０から露出する半導体チップ３０の側面３０ｃ、及び上面３０ａと側面３０ｃとの間の角部３０ｄがコーティング材４０で覆われる。これにより、半導体チップ３０のコーティング材４０からの露出が抑えられ、且つ、半導体チップ３０が十分な厚さのコーティング材４０で覆われるようになる。
ここで、図５は別の形態に係るコーティング工程の一例について説明する図である。図５（Ａ）にはコーティング材載置工程の一例の要部断面図を模式的に示し、図５（Ｂ）にはコーティング材流動工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
例えば、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すような形態、即ち、半導体チップ３０の下面３０ｂと導電パターン層１２との間に焼結部材２０ａが介在され、半導体チップ３０が焼結部材２０ａの中に押し込まれず、焼結部材２０ａに上記のような枠部２２が形成されていないような形態を考える。
このような形態では、図５（Ａ）に示すように、半導体チップ３０の上面３０ａ側にコーティング材４０が載置され、図５（Ｂ）に示すように、そのコーティング材４０が半導体チップ３０の周囲に流動すると、半導体チップ３０の一部がコーティング材４０から露出してしまったり、十分な厚さのコーティング材４０で覆われなかったりすることが起こり得る。例えば、半導体チップ３０の上面３０ａのコーティング材４０が、角部３０ｄから側面３０ｃへと流れ落ちていってしまい、半導体チップ３０の角部３０ｄ及びその近傍の領域がコーティング材４０から露出してしまったり、角部３０ｄ及びその近傍の領域に十分な厚さのコーティング材４０が残らなかったりすることが起こり得る。このようなコーティング材４０の形成不良は、コーティング材４０を半導体チップ３０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０の表面に十分に行き渡らせるために、その粘度を低くするほど、起こり易くなる。
これに対し、上記図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示したように、半導体チップ３０をその上面３０ａが焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも低い位置となるように焼結部材２０の中に押し込み、それによって形成される枠部２２をダム部として機能させると、枠部２２の内側に一定量のコーティング材４０を留めることができる。これにより、半導体チップ３０のコーティング材４０からの露出を抑え、且つ、半導体チップ３０を十分な厚さのコーティング材４０で覆うことが可能になる。即ち、コーティング材４０の形成不良を抑えることが可能になる。
半導体チップ３０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０を覆うように形成されたコーティング材４０は、その後、加熱等、コーティング材４０の材料に応じた所定の手法を用いて硬化される。
図６は第１の実施の形態に係る封止工程の一例について説明する図である。図６には封止工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
コーティング材４０の形成後、図６に示すように、絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０が、封止材５０で封止される。封止材５０には、例えば、エポキシ樹脂主剤と硬化剤とを含むエポキシ樹脂組成物が用いられる。封止材５０のエポキシ樹脂組成物には、無機材料を用いた充填材やその他の添加剤が含まれてもよい。エポキシ樹脂主剤としては、脂肪族エポキシ又は脂環式エポキシが用いられる。また、封止材５０には、マレイミド樹脂、シアネート樹脂等を用いることもでき、エポキシ樹脂と含め２種以上の樹脂材料を混合して用いることもできる。
絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０を封止するように形成された封止材５０は、その後、加熱等、封止材５０の材料に応じた所定の手法を用いて硬化される。これにより、図６に示すような、絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０が封止材５０で封止された半導体装置１Ａが得られる。
半導体装置１Ａでは、焼結部材２０の枠部２２の内側の凹部２１に搭載された半導体チップ３０が、コーティング材４０から露出せず、十分な厚さのコーティング材４０で覆われる。そのため、半導体チップ３０と封止材５０とが直接接触することが抑えられ、半導体チップ３０と封止材５０との間に介在されるコーティング材４０により、それらの密着性が高められ、それらに生じる応力が緩和される。これにより、半導体装置１Ａでは、動作時の発熱及びその冷却に伴う温度負荷による応力、並びに半導体チップ３０と封止材５０との熱膨張係数差に起因した、封止材５０の剥離が抑えられる。封止材５０の剥離が抑えられることで、半導体チップ３０及びそれを搭載する半導体装置１Ａの信頼性の低下、絶縁性能の低下が抑えられる。
また、図７は第１の実施の形態に係る半導体装置の別の例について説明する図である。図７には半導体装置の別の例の要部断面図を模式的に示している。
図７に示す半導体装置１Ａａは、絶縁回路基板１０の、焼結部材２０及び半導体チップ３０が搭載された導電パターン層１２側とは反対の導電パターン層１３側に、接合部材６０を介して基板７０が接合された構成を有する点で、上記図６に示した半導体装置１Ａと相違する。
電流が半導体チップ３０の厚さ方向に流れる縦型素子の場合は、接合部材６０に焼結部材が用いられる。電流が半導体チップ３０の幅方向に流れる横型素子の場合は、接合部材６０に導電性接着剤や熱伝導性の良好なコンパウンド等の部材が用いられてもよい。
基板７０には、例えば、放熱ベースが用いられる。放熱ベースには、熱伝導率が高く、接合部材６０を用いた接合等の比較的高温の処理を経ても反り難い材料、例えば、銅板、アルミニウム複合炭化珪素板等が用いられる。放熱ベースは、冷却フィン等の放熱構造体を備えるものであってもよい。この場合は、上記材料のほかアルミニウム等の材料が用いられてもよい。
また、基板７０には、リードフレームが用いられてもよい。絶縁回路基板１０の導電パターン層１３側に接合部材６０を介してリードフレームを接合し、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２側に焼結部材２０を介して搭載された半導体チップ３０をワイヤやクリップ等の導電部材を用いてリードフレームと接続し、リードフレーム等を含めて回路を形成してもよい。
半導体装置１Ａａのように、絶縁回路基板１０の導電パターン層１３側に接合部材６０を介して基板７０を接合する場合には、上記図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示した半導体チップ接合工程（焼結部材成形工程）における半導体チップ３０の接合前（図２（Ａ））又は接合後（図２（Ｂ））の絶縁回路基板１０の導電パターン層１３側に、接合部材６０を介して基板７０が接合される。或いは、上記図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示したコーティング工程におけるコーティング材４０の流動及び硬化後（図４（Ｂ））の絶縁回路基板１０の導電パターン層１３側に、接合部材６０を介して基板７０が接合されてもよい。基板７０上に接合部材６０を介して搭載された構造体、即ち、絶縁回路基板１０、焼結部材２０及び半導体チップ３０並びにそれらを覆うコーティング材４０が、封止材５０で封止され、図７に示すような半導体装置１Ａａが得られる。
半導体装置１Ａａにおいても、半導体チップ３０が十分な厚さのコーティング材４０で覆われることで、動作時の温度負荷による応力、及び半導体チップ３０と封止材５０との熱膨張係数差に起因した、封止材５０の剥離が抑えられる。これにより、半導体チップ３０及びそれを搭載する半導体装置１Ａａの信頼性の低下、絶縁性能の低下が抑えられる。
上記半導体装置１Ａ等の形成に係る変形例について更に述べる。
図８は第１の実施の形態に係る半導体装置形成の第１の変形例について説明する図である。図８（Ａ）には半導体チップ接合前の状態の一例の要部断面図を模式的に示し、図８（Ｂ）には半導体チップ接合後の状態の一例の要部断面図を模式的に示している。
図８（Ａ）に示すように、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上には、焼結部材２０が配置される領域ＡＲ３の外側に、当該領域ＡＲ３を囲繞するように連続的に配置された一続きの突出部８０、又は当該領域ＡＲ３を囲繞するように断続的に配置された複数の突出部８０が設けられてもよい。突出部８０は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いて形成される。例えば、所定の樹脂材料を絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上にディスペンス等の方法を用いて載置し、それを硬化させることで、突出部８０が形成される。
絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上の、突出部８０の内側の領域ＡＲ３に、焼結部材２０が配置され、図８（Ａ）に示すように、焼結部材２０に、それと下面３０ｂが対向するように配置された半導体チップ３０が近付けられる。そして、半導体チップ３０の上面３０ａを介して、焼結部材２０の半導体チップ３０の下面３０ｂと接する領域が、導電パターン層１２側に加圧されることで、図８（Ｂ）に示すように、焼結部材２０の中に半導体チップ３０が押し込まれる。これにより、焼結部材２０には、半導体チップ３０が搭載された凹部２１が形成されると共に、その凹部２１の形成に伴って半導体チップ３０の周囲に押し出された焼結部材２０の一部により枠部２２が形成される。半導体チップ３０は、その上面３０ａが枠部２２の上端２２ａよりも低い位置となるように、焼結部材２０の中に押し込まれる。
焼結部材２０の中に半導体チップ３０が押し込まれる際、半導体チップ３０の周囲に押し出される焼結部材２０の一部は、その外側の突出部８０が壁となって側方（導電パターン層１２と平行な方向）への拡がりが抑えられ、上方（導電パターン層１２と垂直な方向）に向かって隆起し易くなる。即ち、突出部８０は、その内側に焼結部材２０を留めるダム部として機能する。突出部８０が焼結部材２０のダム部として機能することで、枠部２２の上端２２ａを半導体チップ３０の上面３０ａよりも高い位置にする構造が得られ易くなる。
尚、図８（Ｂ）に示すように配置された半導体チップ３０、突出部８０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０が、上記の例に従い、コーティング材４０で覆われ、その後、封止材５０で封止される。
図９は第１の実施の形態に係る半導体装置形成の第２の変形例について説明する図である。図９（Ａ）には半導体チップ接合前の状態の一例の要部断面図を模式的に示し、図９（Ｂ）には半導体チップ接合後の状態の一例の要部断面図を模式的に示している。
図９（Ａ）に示すように、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２には、焼結部材２０が配置される領域ＡＲ４に、窪み部９０が設けられてもよい。窪み部９０は、例えば、導電パターン層１２のエッチング等の方法を用いて形成される。
絶縁回路基板１０の、導電パターン層１２に設けられた窪み部９０の領域ＡＲ４に、焼結部材２０が配置され、図９（Ａ）に示すように、焼結部材２０に、それと下面３０ｂが対向するように配置された半導体チップ３０が近付けられる。そして、半導体チップ３０の上面３０ａを介して、焼結部材２０の半導体チップ３０の下面３０ｂと接する領域が、導電パターン層１２側に加圧されることで、図９（Ｂ）に示すように、焼結部材２０の中に半導体チップ３０が押し込まれる。これにより、焼結部材２０には、半導体チップ３０が搭載された凹部２１が形成されると共に、その凹部２１の形成に伴って半導体チップ３０の周囲に押し出された焼結部材２０の一部により枠部２２が形成される。半導体チップ３０は、その上面３０ａが枠部２２の上端２２ａよりも低い位置となるように、焼結部材２０の中に押し込まれる。
焼結部材２０の中に半導体チップ３０が押し込まれる際、半導体チップ３０の周囲に押し出される焼結部材２０の一部は、導電パターン層１２の窪み部９０の内壁９１によって側方への拡がりが抑えられ、上方に向かって隆起し易くなる。即ち、窪み部９０の内壁９１は、その内側に焼結部材２０を留めるダム部として機能する。窪み部９０の内壁９１が焼結部材２０のダム部として機能することで、枠部２２の上端２２ａを半導体チップ３０の上面３０ａよりも高い位置にする構造が得られ易くなる。
尚、図９（Ｂ）に示すように配置された半導体チップ３０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０が、上記の例に従い、コーティング材４０で覆われ、その後、封止材５０で封止される。
また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示したような窪み部９０を設けた導電パターン層１２上の、焼結部材２０が配置される領域ＡＲ４の外側に、上記図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示したような突出部８０を設けることもできる。このようにすることで、窪み部９０の内壁９１及び突出部８０がダム部として機能し、焼結部材２０の側方への拡がりが抑制され、且つ、上方への隆起が促進され、枠部２２の上端２２ａを半導体チップ３０の上面３０ａよりも高い位置にする構造が一層得られ易くなる。
［第２の実施の形態］
図１０は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図１０（Ａ）には半導体装置の要部平面図を模式的に示し、図１０（Ｂ）には半導体装置の要部断面図を模式的に示している。図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のX－X断面図である。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す半導体装置１Ｂは、絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０を備える。半導体装置１Ｂの焼結部材２０は、半導体チップ３０が搭載された凹部２１と、その凹部２１の外縁を成す枠部２２とを有し、枠部２２（又は凹部２１）の内壁が半導体チップ３０の側面３０ｃと接触しない形状を有する。半導体装置１Ｂは、このような焼結部材２０を有している点で、上記第１の実施の形態で述べた半導体装置１Ａと相違する。
半導体装置１Ｂにおいて、その焼結部材２０は、半導体チップ３０が、その上面３０ａ、側面３０ｃ及び角部３０ｄが焼結部材２０から露出するように埋設され、枠部２２の上端２２ａが半導体チップ３０の上面３０ａよりも高い位置となるように設けられる。図１０（Ｂ）には、半導体チップ３０が焼結部材２０の中に、半導体チップ３０の上面３０ａが焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも高低差Ｔ２だけ導電パターン層１２側の低い位置となるように埋設された場合を例示している。
このように配置された半導体チップ３０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０が、コーティング材４０で覆われる。半導体装置１Ｂでは、上記半導体装置１Ａと同様、半導体チップ３０の上面３０ａが、焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも、導電パターン層１２側に位置するため、コーティング材４０が枠部２２の内側（凹部２１）に留まる。これにより、半導体チップ３０（その上面３０ａのほか、側面３０ｃ、及び上面３０ａと側面３０ｃとの間の角部３０ｄ）がコーティング材４０から露出することが抑えられる。
上記のような構成を有する半導体装置１Ｂの形成方法について説明する。
図１１は第２の実施の形態に係る半導体装置形成に用いる治具の一例について説明する図である。図１１（Ａ）には治具の一例の要部平面図を模式的に示し、図１１（Ｂ）には治具の一例の要部断面図を模式的に示している。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のXI－XI断面図である。
半導体装置１Ｂの形成には、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すような治具１００が用いられる。治具１００は、プレート部１０３と、プレート部１０３の一方の面（内面）１０３ａに設けられた囲繞部１０１（第１囲繞部）及び囲繞部１０２（第２囲繞部）とを有する。尚、図１１（Ａ）は、治具１００の、囲繞部１０１及び囲繞部１０２が設けられるプレート部１０３の内面１０３ａ側から見た平面図である。治具１００は更に、囲繞部１０１の内側のプレート部１０３に設けられた貫通孔１０４を有する。
治具１００の囲繞部１０１は、プレート部１０３の内面１０３ａから高さＨ１で突出する。治具１００の囲繞部１０２は、プレート部１０３の内面１０３ａの、囲繞部１０１の外側に設けられ、内面１０３ａから囲繞部１０１の高さＨ１よりも高い高さＨ２で突出する。治具１００の囲繞部１０１の内側には、後述のようにして半導体装置１Ｂを形成する際に半導体チップ３０が保持される。囲繞部１０２は、その内側に設けられる囲繞部１０１との間に一定の隙間をあけて、離間して設けられる。囲繞部１０１と囲繞部１０２との間の内面１０３ａは、囲繞部１０１の内側の内面１０３ａよりも、内面１０３ａ側から見て深い位置に設けられる。治具１００は、金属、セラミックス、カーボン、樹脂等の各種材料を用いて形成することができる。
図１２及び図１３は第２の実施の形態に係る半導体チップ接合工程の一例について説明する図である。図１２（Ａ）には半導体チップ接合前の状態の一例の要部断面図を模式的に示し、図１２（Ｂ）には治具当接工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図１３（Ａ）には治具分離工程の一例の要部断面図を模式的に示し、図１３（Ｂ）には半導体チップ接合後の状態の一例の要部断面図を模式的に示している。
絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上に配置された焼結部材２０に対する半導体チップ３０の接合に際し、半導体チップ３０は、図１２（Ａ）に示すように、治具１００の囲繞部１０１の内側に、半導体チップ３０の上面３０ａと治具１００のプレート部１０３の内面１０３ａとが対向するように、保持される。その際、半導体チップ３０は、治具１００の内面１０３ａとは反対側の面に設けられるチップマウンターのノズル先端が吸引することで貫通孔１０４内に生じる陰圧により、内面１０３ａに吸着され、保持される。
半導体チップ３０が保持された治具１００は、チップマウンターで搬送され、絶縁回路基板１０の導電パターン層１２及びその上に配置された焼結部材２０の側に近付けられ、加圧により、図１２（Ｂ）に示すように、半導体チップ３０を保持する囲繞部１０１の外側の囲繞部１０２が、導電パターン層１２に当接される。この間に、半導体チップ３０とそれを保持する囲繞部１０１が焼結部材２０の中に押し込まれ、焼結部材２０に凹部２１が形成される。そして、凹部２１の形成に伴って周囲に押し出される焼結部材２０の一部は、半導体チップ３０を保持する囲繞部１０１とその外側の囲繞部１０２との間の隙間に押し出され、当該隙間に充填される。これにより、焼結部材２０に枠部２２が形成される。
半導体チップ３０を保持する囲繞部１０１のプレート部１０３の内面１０３ａからの高さを、その外側の囲繞部１０２のプレート部１０３の内面１０３ａからの高さよりも低くしておくことで、囲繞部１０２が導電パターン層１２に当接されるまでの間、半導体チップ３０と導電パターン層１２とに挟まれる領域から、囲繞部１０１と囲繞部１０２との隙間の領域に、焼結部材２０の一部を押し出すことができるようになっている。また、治具１００の囲繞部１０１と囲繞部１０２との間の内面１０３ａを、囲繞部１０１の内側の内面１０３ａよりも、内面１０３ａ側から見て深い位置としておき、半導体チップ３０を、その囲繞部１０１の内側に保持しておくことで、囲繞部１０２が導電パターン層１２に当接した時に形成される枠部２２の上端２２ａを、半導体チップ３０の上面３０ａがよりも高い位置とすることができるようになっている。
このような治具１００を用いた焼結部材２０への半導体チップ３０の加圧後、或いは治具１００を用いて焼結部材２０へ半導体チップ３０を加圧しながら、焼結部材２０の加熱が行われる。これにより、焼結部材２０内で接触する導電粒子同士が焼結され、半導体チップ３０の下面３０ｂと絶縁回路基板１０の導電パターン層１２との間の導電パス（及び熱伝導パス）が形成される。尚、上記図３で述べたのと同様に、加熱によって導電粒子群が焼結された焼結部材２０の空隙率は、半導体チップ３０が搭載された凹部２１と導電パターン層１２との間の方が、枠部２２に比べて低くなり得る。
治具１００を用いた焼結部材２０への半導体チップ３０の加圧及び加熱後、図１３（Ａ）に示すように、治具１００が半導体チップ３０、焼結部材２０及び導電パターン層１２から分離される。その際、半導体チップ３０は、治具１００の内面１０３ａとは反対側の面に設けられるチップマウンターのノズル先端による吸引（貫通孔１０４内の陰圧）が解除されることで貫通孔１０４内に生じる陽圧により、内面１０３ａから解放可能な状態となる。このような状態から、治具１００が持ち上げられ、半導体チップ３０、焼結部材２０及び導電パターン層１２から分離される。これにより、図１３（Ｂ）に示すような構造体が形成される。
尚、この図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）並びに図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す半導体チップ接合工程は、焼結部材２０を用いて半導体チップ３０を導電パターン層１２に接合すると共に、焼結部材２０に凹部２１及びその外縁を成す枠部２２を形成する焼結部材成形工程の一例である。
図１４は第２の実施の形態に係るコーティング工程の一例について説明する図である。図１４（Ａ）にはコーティング材載置工程の一例の要部断面図を模式的に示し、図１４（Ｂ）にはコーティング材流動工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
治具１００の分離後、図１４（Ａ）に示すように、半導体チップ３０の上面３０ａ側にコーティング材４０が、ディスペンスやスプレー等によって塗布され、載置される。尚、コーティング材４０は、半導体チップ３０のほか、焼結部材２０や絶縁回路基板１０の上に載置されてもよい。半導体チップ３０の上面３０ａ側に載置されたコーティング材４０は、重力により、図１４（Ｂ）に示すように、半導体チップ３０の周囲へと流動する。コーティング材４０が半導体チップ３０の周囲へと流動することで、半導体チップ３０がコーティング材４０によって覆われる。尚、コーティング材４０は、半導体チップ３０のほか、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０を覆う。
このようなコーティング工程において、コーティング材４０が載置される半導体チップ３０は、その上面３０ａが焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも低い位置となるように、焼結部材２０の中に押し込まれている。そのため、焼結部材２０の枠部２２がダム部として機能し、半導体チップ３０上からの過剰なコーティング材４０の流出が抑えられ、半導体チップ３０上及びその周囲（側面３０ｃと囲繞部１０１との間の隙間）に一定量のコーティング材４０が留まる。焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａが半導体チップ３０の上面３０ａよりも高い位置にあり、枠部２２の内側にコーティング材４０が留まることで、半導体チップ３０の上面３０ａのほか、側面３０ｃ及び角部３０ｄがコーティング材４０で覆われる。これにより、半導体チップ３０のコーティング材４０からの露出が抑えられ、且つ、半導体チップ３０が十分な厚さのコーティング材４０で覆われるようになる。
半導体チップ３０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０を覆うように形成されたコーティング材４０は、その後、加熱等、コーティング材４０の材料に応じた所定の手法を用いて硬化される。
図１５は第２の実施の形態に係る封止工程の一例について説明する図である。図１５には封止工程の一例の要部断面図を模式的に示している。
コーティング材４０の形成後、図１５に示すように、絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０が、封止材５０で封止される。封止材５０は、加熱等、封止材５０の材料に応じた所定の手法を用いて硬化される。これにより、図１５に示すような半導体装置１Ｂが得られる。
半導体装置１Ｂでは、焼結部材２０の枠部２２の内側の凹部２１に搭載された半導体チップ３０が、コーティング材４０から露出せず、十分な厚さのコーティング材４０で覆われる。そのため、半導体チップ３０と封止材５０とが直接接触することが抑えられ、半導体チップ３０と封止材５０との間に介在されるコーティング材４０により、それらの密着性が高められ、それらに生じる応力が緩和される。これにより、半導体装置１Ｂでは、動作時の発熱及びその冷却に伴う温度負荷による応力、並びに半導体チップ３０と封止材５０との熱膨張係数差に起因した、封止材５０の剥離が抑えられる。封止材５０の剥離が抑えられることで、半導体チップ３０及びそれを搭載する半導体装置１Ｂの信頼性の低下、絶縁性能の低下が抑えられる。
尚、半導体装置１Ｂの絶縁回路基板１０の、焼結部材２０及び半導体チップ３０が搭載される導電パターン層１２側とは反対の導電パターン層１３側には、上記図７の例に従い、接合部材６０を介して放熱ベースやリードフレーム等の基板７０が接合されてもよい。
上記半導体装置１Ｂ等の形成に用いられる治具１００の変形例について更に述べる。
図１６は第２の実施の形態に係る治具の変形例について説明する図である。図１６（Ａ）～図１６（Ｄ）にはそれぞれ、半導体チップを保持した状態の治具の一例の要部断面図を模式的に示している。
図１６（Ａ）に示す治具１００ａは、半導体チップ３０よりも軟質の材料で形成されたものの一例である。治具１００ａでは、軟質の材料でプレート部１０３、囲繞部１０１及び囲繞部１０２が形成され、そのプレート部１０３に、半導体チップ３０の吸着保持及び開放のための貫通孔１０４が設けられる。例えば、治具１００ａは、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、グラファイト等を用いて形成される。半導体チップ３０の上面３０ａには、半導体チップを他の部品と電気的に接続するための端子や、そのような端子の露出部分を除いて上面３０ａを保護する保護膜（パッシベーション膜）等が設けられる。そのため、半導体チップ３０の上面３０ａには、凹凸が存在し得る。上面３０ａに凹凸が存在し得る半導体チップ３０を保持する治具として、半導体チップ３０よりも軟質の治具１００ａを用いると、対向する半導体チップ３０の上面３０ａとプレート部１０３の内面１０３ａとが接触する場合にも、上面３０ａの凹凸を軟質の内面１０３ａで吸収することが可能になる。更に、半導体チップ３０よりも軟質の治具１００ａを用いると、保持する際のプレート部１０３や囲繞部１０１との衝突による半導体チップ３０の破損を抑えることが可能になる。
また、図１６（Ｂ）に示す治具１００ｂは、プレート部１０３の、半導体チップ３０が保持される囲繞部１０１の内側の部位１０３ｂが、軟質の材料で形成されたものの一例である。治具１００ｂでは、軟質の材料で形成される部位１０３ｂに、半導体チップ３０の吸着保持及び開放のための貫通孔１０４が設けられる。例えば、治具１００ｂの部位１０３ｂは、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、グラファイト等を用いて形成される。このような軟質の部位１０３ｂを有する治具１００ｂによっても、半導体チップ３０の上面３０ａの凹凸を部位１０３ｂで吸収することが可能になる。更に、保持する際のプレート部１０３との衝突による半導体チップ３０の破損を抑えることが可能になる。
また、図１６（Ｃ）に示す治具１００ｃは、半導体チップ３０が保持される囲繞部１０１の内側に、軟質の材料で形成された層１１０が設けられたものの一例である。治具１００ｃでは、囲繞部１０１の内側のプレート部１０３及びそこに形成される層１１０に、半導体チップ３０の吸着保持及び開放のための貫通孔１０４が設けられる。例えば、治具１００ｃの層１１０には、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、グラファイト等が用いられる。このような軟質の層１１０を有する治具１００ｃによっても、半導体チップ３０の上面３０ａの凹凸を層１１０で吸収することが可能になる。更に、保持する際の衝突による半導体チップ３０の破損を層１１０によって抑えることが可能になる。
また、図１６（Ｄ）に示す治具１００ｄは、囲繞部１０１及び囲繞部１０２が設けられるプレート部１０３の内面１０３ａ側を覆うように、軟質の材料で形成された層１２０が設けられたものの一例である。治具１００ｄでは、囲繞部１０１の内側のプレート部１０３及びそこに形成される層１２０に、半導体チップ３０の吸着保持及び開放のための貫通孔１０４が設けられる。例えば、治具１００ｄの層１２０には、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、グラファイト等が用いられる。このような軟質の層１２０を有する治具１００ｄによっても、半導体チップ３０の上面３０ａの凹凸を層１２０で吸収することが可能になる。更に、保持する際の衝突による半導体チップ３０の破損を層１２０によって抑えることが可能になる。層１２０に、焼結部材２０との密着性の低い材料を用いると、半導体チップ３０を保持した治具１００ｄを、絶縁回路基板１０上の焼結部材２０側に加圧した後に分離する際の（図１３）、その分離性、即ち、焼結部材２０からの剥離性を高めることも可能になる。
［第３の実施の形態］
ここでは、上記のような半導体装置１Ａ，１Ｂ等の製造方法の一例を、第３の実施の形態として説明する。
図１７は第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図である。
半導体装置１Ａ，１Ｂ等の製造では、絶縁基板１１の両主面にそれぞれ導電パターン層１２及び導電パターン層１３が設けられた絶縁回路基板１０が準備される（ステップＳ１）。また、絶縁回路基板１０上に搭載するための半導体チップ３０が準備される（ステップＳ２）。尚、ステップＳ１，Ｓ２の順序は問わない。
準備された絶縁回路基板１０の導電パターン層１２上に焼結部材２０が配置される（ステップＳ３）。尚、導電パターン層１２上に焼結部材２０のダム部として機能させる突出部８０を設ける場合（図８）には、導電パターン層１２上への焼結部材２０の配置前に、導電パターン層１２上に突出部８０が形成され、形成されたその突出部８０の内側に焼結部材２０が配置される。また、導電パターン層１２に焼結部材２０のダム部として機能させる窪み部９０を設ける場合（図９）には、導電パターン層１２上への焼結部材２０の配置前に、導電パターン層１２に窪み部９０が形成され、形成されたその窪み部９０内に焼結部材２０が配置される。
次いで、導電パターン層１２上に配置された焼結部材２０上に、準備された半導体チップ３０が配置され、加圧されて焼結部材２０に凹部２１及び枠部２２が形成される（ステップＳ４）。より具体的には、導電パターン層１２上に半導体チップ３０の下面３０ｂが配置され、半導体チップ３０の上面３０ａを介して焼結部材２０の半導体チップ３０の下面３０ｂに接する領域が導電パターン層１２側に加圧される。この加圧により、焼結部材２０に半導体チップ３０が搭載された凹部２１が形成されると共に、その凹部２１の外縁を成し半導体チップ３０の上面３０ａよりも上端２２ａが高い位置にある枠部２２が形成される。半導体チップ３０及び焼結部材２０の加圧、それによる焼結部材２０の凹部２１及び枠部２２の形成には、上記図１１等に示したような治具１００等が用いられてもよい。焼結部材２０への半導体チップ３０の加圧後、或いは焼結部材２０へ半導体チップ３０を加圧しながら、焼結部材２０の加熱が行われる。これにより、焼結部材２０に含まれる導電粒子２３群の焼結が行われる。
焼結部材２０の加圧及び加熱後、半導体チップ３０、焼結部材２０及び絶縁回路基板１０が覆われるようにコーティング材４０が形成される（ステップＳ５）。その際は、半導体チップ３０の上面３０ａが、焼結部材２０の枠部２２の上端２２ａよりも、導電パターン層１２側に位置するため、コーティング材４０が枠部２２の内側（凹部２１）に留まる。これにより、半導体チップ３０（その上面３０ａのほか、側面３０ｃ、及び上面３０ａと側面３０ｃとの間の角部３０ｄ）がコーティング材４０から露出することが抑えられる。半導体チップ３０を覆うコーティング材４０は、加熱等の手法を用いて硬化される。
尚、絶縁回路基板１０の導電パターン層１３側に接合部材６０を介して放熱ベースやリードフレーム等の基板７０を接合する場合（図７）には、ステップＳ４の半導体チップ３０の配置前又は配置後（図２）の導電パターン層１３側、或いはステップＳ５のコーティング材４０の形成後（図４）の導電パターン層１３側に、接合部材６０を介して基板７０が接合される。
コーティング材４０の形成後、絶縁回路基板１０、焼結部材２０、半導体チップ３０及びコーティング材４０は、封止材５０で封止される（ステップＳ６）。これにより、上記のような半導体装置１Ａ，１Ｂ等が得られる。
半導体装置１Ａ，１Ｂ等では、焼結部材２０の枠部２２の内側の凹部２１に搭載された半導体チップ３０が、コーティング材４０から露出せず、十分な厚さのコーティング材４０で覆われる。そのため、半導体チップ３０と封止材５０との間に介在されるコーティング材４０により、それらの密着性が高められ、それらに生じる応力が緩和される。これにより、動作時の温度負荷による応力、及び半導体チップ３０と封止材５０との熱膨張係数差に起因した、封止材５０の剥離が抑えられる。封止材５０の剥離が抑えられることで、半導体チップ３０及びそれを搭載する半導体装置１Ａ，１Ｂ等の信頼性の低下、絶縁性能の低下が抑えられる。
１Ａ，１Ａａ，１Ｂ 半導体装置
１０ 絶縁回路基板
１１ 絶縁基板
１２，１３ 導電パターン層
２０，２０ａ 焼結部材
２１ 凹部
２２ 枠部
２２ａ 上端
２３ 導電粒子
３０ 半導体チップ
３０ａ 上面
３０ｂ 下面
３０ｃ 側面
３０ｄ 角部
４０ コーティング材
５０ 封止材
６０ 接合部材
７０ 基板
８０ 突出部
９０ 窪み部
９１ 内壁
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 治具
１０１，１０２ 囲繞部
１０３ プレート部
１０３ａ 内面
１０３ｂ 部位
１０４ 貫通孔
１１０，１２０ 層
ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４ 領域
Ｈ１，Ｈ２ 高さ
Ｔ１，Ｔ２ 高低差

Claims (13)

  1. 導電パターン層を有する絶縁回路基板と、
    前記導電パターン層上に配置され、前記導電パターン層とは反対側の面に凹部と前記凹部の外縁を成す枠部とを有する焼結部材と、
    上面、下面及び側面を有し、前記下面が前記凹部に搭載され、前記焼結部材とは反対側の前記上面が前記枠部の上端よりも前記導電パターン層側に位置する半導体チップと、
    前記枠部の内側で前記半導体チップを覆うコーティング材と、
    を備える半導体装置。
  2. 前記コーティング材は、前記焼結部材の前記凹部に搭載された前記半導体チップの前記上面、前記側面、及び前記上面と前記側面との間の角部を覆う、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記焼結部材は、断面視で、前記凹部と前記導電パターン層との間の空隙率が、前記枠部の空隙率よりも低い、請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記枠部の外側の前記導電パターン層上に、前記導電パターン層から突出するように配置された突出部を備える、請求項１乃至３の内いずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記導電パターン層は、窪み部を有し、
    前記焼結部材は、前記導電パターン層の前記窪み部に配置される、請求項１乃至４の内いずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 導電パターン層を有する絶縁回路基板、並びに上面、下面及び側面を有する半導体チップを準備する工程と、
    前記導電パターン層上に焼結部材を配置する工程と、
    前記焼結部材上に前記半導体チップの前記下面を配置し、前記半導体チップの前記上面を介して前記焼結部材の前記半導体チップの前記下面と接する領域を前記導電パターン層側に加圧して、前記焼結部材に前記半導体チップが搭載された凹部と前記凹部の外縁を成し前記半導体チップの前記上面よりも上端が高い枠部とを形成する焼結部材成形工程と、
    前記半導体チップを覆うように前記枠部の内側にコーティング材を配置するコーティング工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  7. 前記コーティング工程は、
    流動性を示す前記コーティング材を、前記凹部に搭載された前記半導体チップの前記上面側に載置する工程と、
    載置された前記コーティング材が流動する工程と、
    を含む、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記コーティング工程は、
    前記コーティング材により、前記凹部に搭載された前記半導体チップの前記上面、前記側面、及び前記上面と前記側面との間の角部を覆う工程を含む、請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記焼結部材成形工程は、
    前記焼結部材を加圧した後に、前記焼結部材を加熱する工程を含む、請求項６乃至８の内いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記焼結部材成形工程は、
    前記焼結部材を加圧しながら加熱する工程を含む、請求項６乃至８の内いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記焼結部材成形工程は、
    プレート部と、前記プレート部の第１面に設けられ、前記第１面から第１高さで突出する第１囲繞部と、前記プレート部の前記第１面の、前記第１囲繞部の外側に設けられ、前記第１面から前記第１高さよりも高い第２高さで突出する第２囲繞部と、を有する治具を用い、
    前記第１囲繞部の内側に、前記上面が前記第１面と対向するように前記半導体チップを保持する工程と、
    前記半導体チップが保持された前記治具の前記第２囲繞部を、前記焼結部材が配置された前記導電パターン層に当接させることによって、前記焼結部材を前記導電パターン層側に加圧して前記凹部を形成すると共に、前記第１囲繞部と前記第２囲繞部との間に前記焼結部材を押し出して前記枠部を形成する工程と、
    前記治具を前記半導体チップ、前記焼結部材及び前記導電パターン層から分離する工程と、
    を含む、請求項６乃至１０の内いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記治具は、前記半導体チップよりも軟質である、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記治具は、前記プレートの前記第１面側の、少なくとも前記第１囲繞部で囲繞される領域に、前記半導体チップよりも軟質の層を有する、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
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