JP3446829B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオード、トラ
ンジスタ、ＩＣ等の半導体チップが固着された支持板
と、支持板に連結された連結外部リードと、支持板に連
結されていない非連結外部リードと、半導体チップと非
連結外部リードとを接続する内部接続部材とを有し、半
導体チップ及び前記内部接続部材がろう材で結合されて
いる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】定格電流が小さい半導体装置において
は、半導体チップと外部リードとの間を金細線を使用し
たワイヤボンディング方法で接続することが多い。しか
し、比較的大きな電流が流れる電力系の半導体装置で
は、金が溶融する恐れがあるために、金細線のワイヤボ
ンディングを使用することができない。アルミニウム細
線を使用するワイヤボンディング方法もあるが、この場
合にはアルカリ系のエッチング液を用いた洗浄工程にお
いてアルミニウム細線が溶解するので、これを採用する
ことは不適当である。従って、従来の電力系の半導体装
置においては、例えば銅（Ｃｕ）にニッケルメッキを施
した比較的太い内部接続部材が半導体チップと外部リー
ドとに半田で結合されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、樹脂封止体
等の外囲体から導出されている外部リードを半田ディッ
プ等によって外部回路に接続する時に外部リードに熱が
加わり、半導体チップを外部リードに接続している内部
接続部材の半田が溶融し、接続不良を起こすことがあ
る。この問題を解決するために融点の高いろう材を使用
することが考えられる。しかし、融点の高いろう材は融
点の低いろう材に比較して濡れ性が悪い。半導体チップ
を支持板に固着するためのろう材として融点が高く且つ
濡れ性の悪いろう材を使用すると、気泡が残存し且つろ
う材が不均一に分布し、熱抵抗が大きくなること、又は
十分な結合強度が得られないことがある。
【０００４】そこで、本発明の目的は、半導体チップの
支持板に対する良好な固着と半導体チップを外部リード
に接続するための内部接続部材の外部リードに対する接
続部分の耐熱性の確保とを合理的に達成することができ
る半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、半導体チップと、前記半導体チップが固着
された金属製支持板と、前記支持板に連結された連結外
部リードと、前記支持板に連結されていない非連結外部
リードと、前記半導体チップと前記非連結外部リードと
を電気的に接続する内部接続部材と、前記半導体チップ
と前記支持板と前記内部接続部材と前記非連結外部リー
ドの前記内部接続部材に対する接続部とを囲むように設
けられた外囲体とを備えた半導体装置であって、前記半
導体チップの裏面は第１のろう材によって前記支持板に
固着され、前記内部接続部材の一端は第２のろう材によ
って前記半導体チップの表面に固着され、前記内部接続
部材の他端は第３のろう材によって前記非連結外部リー
ドに固着され、前記第１のろう材は、ＳｎとＡｇとから
成るろう材又はＳｎとＡｇとＣｕとから成るろう材又は
ＳｎとＡｇとＣｕとＢｉとから成るろう材であり、前記
第３のろう材は、Ｓｎから成るろう材又はＳｎとＡｇと
から成るろう材又はＳｎとＳｂとから成るろう材又はＢ
ｉとＺｎとから成るろう材であり、前記第１のろう材
は、前記第３のろう材よりも融点が低く且つ前記第３の
ろう材よりも濡れ性が良い材料であることを特徴とする
半導体装置に係わるものである。なお、請求項２に示す
ように、内部接続部材を半導体チップに接続するための
第２のろう材を、第１のろう材と同様に第３のろう材よ
りも融点が低く且つ濡れ性の良いものとすることが望ま
しく、第１のろう材と同一材料とすることが更に望まし
い。
【０００６】
【発明の効果】各請求項の発明によれば、非連結外部リ
ードは支持板に連結されていないので、放熱性が連結外
部リードに比べて悪いが、非連結外部リードと内部接続
部材とを接続している第３のろう材は比較的融点が高い
ので、半田ディップ等によって外部から加わった熱で第
３のろう材が溶融することがない。また、連結外部リー
ドに連結されている支持板は放熱性が良く且つ半導体チ
ップの固着位置は連結外部リード及び非連結外部リード
の外囲体との境界を基準として非連結外部リードの第３
のろう材の位置よりも遠くにある。このため、連結外部
リードと非連結外部リードに同一の熱が加わった時に半
導体チップを固着している第１のろう材の温度が非連結
外部リードの第３のろう材の温度より低くなる。従っ
て、半導体チップを第３のろう材よりも融点の低い第１
のろう材で固着しても溶融の問題は発生しない。第１の
ろう材は第３のろう材に比べて融点を下げた分だけ濡れ
性を高められている。従って、半導体チップは支持板に
対して均一且つ気泡を含まない状態に良好に固着され
る。この結果、機械的強度の大きく且つ熱抵抗の小さい
半導体チップの固着が可能になる。また、第１のろう材
の濡れ性が良いので、半導体チップの支持板に対する固
着の作業を迅速且つ円滑に進めることができる。また、
第1及び第3のろう材に環境に対して問題があるＰｂ(鉛)
を含まないろう材を使用することによって環境対策が容
易になる。また、請求項２の発明によれば、内部接続部
材の半導体チップに対する接続を良好且つ容易に達成す
ることができる。
【０００７】
【実施形態】次に、図１及び図２を参照して本発明の実
施形態に係わる半導体装置を説明する。
【０００８】図１に示す半導体装置は、全波整流回路を
構成するためのものであって、第１及び第２のシリコン
ダイオードチップ即ち半導体チップ１、２と、金属支持
板３と、連結外部リード４と、第１及び第２の非連結外
部リード５、６と、第１及び第２の内部接続部材７、８
と、外囲体としての例えばエポキシ樹脂から成る絶縁物
封止体９とを有している。
【０００９】半導体チップ１、２は、図２に示すように
ＰＮ接合を有するシリコン半導体基体１０と、この基体
１０の一方の主面に形成された例えばニッケルから成る
第１の金属電極１１と、基体１０の他方の主面に形成さ
れた例えばニッケルから成る第２の金属電極１２とをそ
れぞれ有し、それぞれの第２の金属電極１２が支持板３
に第１のろう材１３によって固着されている。第１及び
第２の半導体チップ１、２の表面側の第１の金属電極１
１に、銅線にニッケルメッキ被覆が形成されたものから
成る第１及び第２のワイヤ状の内部接続部材７、８の一
端が第１のろう材１３と同一の材料から成る第２のろう
材１４によってそれぞれ固着されている。内部接続部材
７、８の他端は第１及び第２の非連結外部リード５、６
の一端部に第３のろう材１５によってそれぞれ固着され
ている。
【００１０】支持板３と及び外部リード４、５、６はリ
ードフレームに基づいて形成されたものであり、それぞ
れが例えば銅板の表面にニッケルメッキ層を設けた金属
板から成る。支持板３は、平面的に見てチップ１、２の
面積の数倍以上、好ましくは３倍以上、より好ましくは
５倍以上の面積を有する。帯状に形成された連結外部リ
ード４は支持板３と一体に形成されており、支持板３の
一方の端面から直線的に導出されている。第１及び第２
の非連結外部リード５、６は連結外部リード４に平行に
配置され、これ等の一端部は支持板３の一方の端面に対
して所定の間隔を介して接近配置されている。第１及び
第２の非連結外部リード５、６はリードフレーム状態の
時には連結条によって連結外部リード４と一体化されて
いるが、組立終了後に分離される。連結外部リード４、
第１及び第２の非連結外部リード５、６は支持板３と同
一の厚みを有し且つ支持板３の一方の端面の幅Ｗ1 より
も大幅に狭い幅Ｗ2 を有する。
【００１１】半導体チップ１、２を支持板３に固着して
いる第１のろう材１３は、Ｓｎ（錫）とＡｇ（銀）との
合金から成る低温半田であって、融点が２２０℃よりも
低く且つ濡れ性即ち半田付け性が良い半田から成る。こ
の第１のろう材１３はＳｎ―Ａｇ系であることが望まし
く、この好ましい組成範囲は、Ｓｎ 96.5〜98.0重量
％、Ａｇ 2.0〜3.5 重量％である。この実施形態で
は、第２のろう材１４は第１のろう材１３と同一材料か
ら成り、第１のろう材と同様に比較的良い濡れ性と比較
的低い融点を有する。なお、第１及び第２のろう材１
３、１４としては、 Ｓｎ ９６．５重量％ Ａｇ ３．５重量％ の融点が２２１℃のＳｎ―Ａｇ系ろう材又は Ｓｎ ９５．７５ 重量％ Ａｇ ３．５０ 重量％ Ｃｕ ０．７５ 重量％ の融点２１７℃のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ろう材、又は、 Ｓｎ ９４．２５ 重量％ Ａｇ ２．００ 重量％ Ｃｕ ０．７５ 重量％ Ｂｉ ３．００ 重量％ のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系ろう材、又は Ｓｎ ９５．５ 重量％ Ａｇ ２．０ 重量％ Ｃｕ ０．５ 重量％ Ｂｉ ２．０ 重量％ のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系ろう材を使用することがで
きる。
【００１２】第３のろう材１５は第１及び第２のろう材
１３、１４に比べて濡れ性が悪く且つ融点が約２３０℃
以上の高温のろう材から成り、例えば融点が２３２℃の
Ｓｎ１００％のろう材、又は Ｓｎ ９９．２５ 重量％ Ａｇ ０．７５ 重量％ から成る融点が２２７℃のＳｎ−Ａｇ系ろう材、又は Ｓｎ ９５ 重量％ Ｓｂ ５ 重量％ から成る融点が２３５℃のＳｎ‐Ｓｂ系ろう材、又は Ｂｉ ９７．３ 重量％ Ｚｎ ２．７ 重量％ の融点が２５５℃のＢｉ−Ｚｎ系ろう材である。
【００１３】絶縁物封止体９は第１及び第２の半導体チ
ップ１、２と支持板３と内部接続部材７、８と連結外部
リード４の支持板寄り部分と第１及び第２の非連結外部
リード５、６の支持板寄り端部とを覆うように例えばト
ランスファモールド法で形成されている。なお、第１、
第２及び第３のろう材１３、１４、１５も絶縁物封止体
９の内部に配置されている。
【００１４】外部リ−ド４、５、６の例えばプリント回
路基板等に対する接続を容易にするために、外部リ−ド
４、５、６の封止体９から露出している部分の表面に半
田ディップ法で半田被覆層を形成することがある。この
半田被覆層を形成する時には、外部リ−ド４、５、６を
溶融半田に接触させる。半田ディップ工程で外部リード
４、５、６が高温の溶融半田に接触すると、半田の熱が
連結外部リード４を介して第１及び第２のろう材１３、
１４に及び、また非連結外部リード５、６を介して第３
のろう材１５に及ぶ。非連結外部リード５、６は支持板
３に連結されておらず、放熱表面積が小さいので、これ
自体及び第３のろう材１５の温度が比較的高くなる。し
かし、第３のろう材１５の融点は例えば２３２℃のよう
に比較的高いので、半田ディップ時の熱によって溶融
し、接続不良を発生する恐れはない。半導体チップ１、
２の下面の第１のろう材１３及び上面の第２のろう材１
４は第３のろう材１５よりも低い融点を有するが、半田
ディップ時のこれ等の部分の温度上昇は第３のろう材１
５の温度上昇よりは低い。即ち、支持板３は大きな放熱
表面積を有するので、連結外部リード４から支持板３に
伝導した熱は速やかに放散され、第１及び第２のろう材
１３、１４の温度がさほど高くならず、第１及び第２の
ろう材１３、１４の溶融による接続不良が発生しない。
半導体装置をプリント回路基板に半田ディップ法で固着
する時にも、外部リ−ド４、５、６に熱が加わるが、第
１〜第３のろう材１３、１４、１５は前述の半田被覆層
の形成時と同様に接続不良状態にならない。
【００１５】本実施形態は次の効果を有する。 （１） 半導体チップ１、２を支持板３に固着するため
の第１のろう材１３は、濡れ性が良いものから成るの
で、ろう材の広がりが良く且つ気泡が少なくなり、第１
のろう材１３による半導体チップ１、２の固着を良好に
達成することができる。即ち、接着強度が大きく且つ電
気抵抗及び熱抵抗の小さい半導体チップ１、２の固着が
可能になる。また半導体チップ１、２の固着を作業性良
く達成することができる。要するに、第１、第２及び第
３のろう材１３、１４、１５の全てを第３のろう材１５
と同一の高温半田で構成する場合に比べて本実施例によ
れば、半導体チップ１、２の固着部の電気的、熱的及び
機械的特性が良く成る。 （２） 第２のろう材１４は第３のろう材１５よりも濡
れ性において優れているので、半導体チップ１、２に対
して内部接続部材７、８を良好且つ作業性良く接続する
ことができる。 （３） Ｐｂ(鉛)を含まないろう材を使用するので、環
境対策が容易になる。
【００１６】
【変形例】本発明は上述の実施形態に限定されるもので
なく、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 絶縁物封止体９を金属容器による封止体（カン
封止体）、又はセラミック容器による封止体としてもよ
い。また、支持板３の一部を露出するように封止体９形
成することができる。 （２） 非連結外部リード５、６の内の一方を省くこと
ができる。また、非連結外部リード及び連結外部リード
を増やすことができる。 （３） 半導体チップ１、２をダイオードチップ以外の
トランジスタ、サイリスタ、ＩＣチップ等とすることが
できる。支持板３に１つのトランジスタチップを配置す
る場合には第１及び第２の内部接続部材７、８をエミッ
タ、ベースの接続に利用する。 （４） 第２のろう材１４は、第１のろう材１３とは別
の材料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に従う半導体装置を封止体を
省いた状態で示す平面図である。
【図２】図１の半導体装置の左側面図である。
【符号の説明】
１、２ 半導体チップ ３ 支持板 ４ 連結外部リード ５、６ 非連結外部リード ７、８ 内部接続部材 ９ 絶縁封止体 １３ 第１のろう材 １４ 第２のろう材 １５ 第３のろう材
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 13/02 Ｃ２２Ｃ 13/02 Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｈ０１Ｌ 21/52 Ａ // Ｂ２３Ｋ 101:40 Ｂ２３Ｋ 101:40 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 321 H01L 23/48 H01L 29/91

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップと、前記半導体チップが固
    着された金属製支持板と、前記支持板に連結された連結
    外部リードと、前記支持板に連結されていない非連結外
    部リードと、前記半導体チップと前記非連結外部リード
    とを電気的に接続する内部接続部材と、前記半導体チッ
    プと前記支持板と前記内部接続部材と前記非連結外部リ
    ードの前記内部接続部材に対する接続部とを囲むように
    設けられた外囲体とを備えた半導体装置であって、 前記半導体チップの裏面は第１のろう材によって前記支
    持板に固着され、 前記内部接続部材の一端は第２のろう材によって前記半
    導体チップの表面に固着され、 前記内部接続部材の他端は第３のろう材によって前記非
    連結外部リードに固着され、前記第１のろう材は、ＳｎとＡｇとから成るろう材又は
    ＳｎとＡｇとＣｕとから成るろう材又はＳｎとＡｇとＣ
    ｕとＢｉとから成るろう材であり、前記第３のろう材
    は、Ｓｎから成るろう材又はＳｎとＡｇとから成るろう
    材又はＳｎとＳｂとから成るろう材又はＢｉとＺｎとか
    ら成るろう材であり、 前記第１のろう材は、前記第３の
    ろう材よりも融点が低く且つ前記第３のろう材よりも濡
    れ性が良い材料であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記第２のろう材は、前記第３のろう材
    よりも濡れ性が良く且つ前記第３のろう材よりも融点が
    低い材料から成ることを特徴とする請求項１記載の半導
    体装置。
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