JP5233339B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
マルチチップモジュールは、複数の半導体素子を1つのパッケージ内に封入し、夫々の半導体素子間を配線により接続した構成をなし、システム性能の向上を図ることを特徴としている。
また、屈曲構造のリードフレームを配設した半導体パッケージに於いては、当該導電性パターンによって半導体素子を挟持するために、当該屈曲構造を設けているに過ぎない。
<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要部図である。ここで、図(A)には、第1の実施の形態に係る半導体装置1aの上面が示され、図(B)には、図(A)のa−b位置に於ける半導体装置1aの断面が示されている。
また、図(B)に示す如く、支持基板10下には、必要に応じて、金属製の放熱板(ヒートスプレッダ)10hを固着させてもよい。
また、半導体素子20a,20bの間に位置する半導体素子(第2の半導体素子)21は、制御用ICチップであり、当該半導体素子21は、半導体素子20a,20bの少なくとも何れかのON−OFF制御等をする。
ここで、導電性パターン40は、上述した配線支持基材30の段差に対応するように、その一部に屈曲構造を備えている(図(B)参照)。
尚、半導体素子20a,20bを、配線12上に搭載する接着部材としては、鉛フリー半田で構成された半田層13が適用される。
このような構成により、半導体装置1aは、コンパクト形状且つ低価格のマルチチップパワーデバイスとして機能する。
尚、以下に示す全ての図に於いては、図1と同一の部材には、同一の符号を付し、その説明の詳細については省略する。
そして、配線支持基材30の上面に、当該配線支持基材30の屈曲形状に対応した導電性パターン40が固着・配設されている。特に、配線12aの上方に位置する導電性パターン40に於いては、その一部が配線支持基材30の主面から突出している。そして、当該突出した部分の導電性パターン40と、半導体素子20aの電極パッド20apとが、半田層13を介して電気的に接続されている。
最初に、上述した導電性パターン40を、配線パターンを構成する薄い金属膜に代替させた半導体装置1bについて説明する。
図3は第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置の要部断面模式図である。この図3には、上述した樹脂60並びに入出力端子50等は、特に表示せず、半導体装置1bの特徴的な形態を拡大させた図が示されている。また、この図3に示す素子としては、便宜上、半導体素子20a,21のみが示されている。
また、制御用ICチップである半導体素子21は、接着部材(図示しない)を介し、支持基板10の主面上に搭載されている。そして、半導体素子21の電極パッド21pと、配線12c,12dとが金(Au)製の金属ワイヤ22を介して、電気的に接続されている。
また、配線支持基材30の下面には、当該配線支持基材30の屈曲構造に対応した導電性金属膜45が固着・配設されている。このような導電性金属膜45は、エポキシ系樹脂またはシリコン系樹脂で構成された接着部材(図示しない)を介し、配線支持基材30に固着され、上述した導電性パターン40と同様に配線パターンを形成している。また、導電性金属膜45は、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)の少なくとも一つを含む金属により構成されている。また、厚みは、25〜500μmである。尚、半導体素子20a,20bとして、パワー半導体素子以外の素子(後述)を用いた場合は、当該素子の電極に導通させる導電性金属膜45の厚みは、3〜500μmに構成されている。
尚、導電性金属膜45が半田層13と当接する接触面には、図示する如く、鍍金層45gを形成させてもよい。例えば、当該接触面に、その下層からニッケル(Ni)膜、金(Au)膜、またはニッケル(Ni)膜、錫(Sn)膜の順に、鍍金を施してもよい。
<第1の実施の形態の変形例2>
図4は第1の実施の形態の別の変形例に係る半導体装置の要部断面模式図である。
また、半導体装置1cにあっては、配線12a上に、半導体素子20aを実装している。更に、半導体素子21の電極パッド21pは、配線12c,12dに接合されている。
また、配線支持基材30の上面には、当該配線支持基材30の形状に対応した導電性パターン40が固着・配設されている。そして、導電性パターン40は、接続子部40h,40s,40lにより構成され、接続子部40hは、接続子部40lより、支持基板10の主面から離れた位置にある。そして、接続子部40h,40lと、支持基板10の主面とは、略並行状態にある。また、接続子部40h,40l間に位置する接続子部40sは、支持基板10の主面に対し、傾斜している。
図5は第2の実施の形態に係る半導体装置の要部図である。ここで、図(A)には、第2の実施の形態に係る半導体装置2aの上面が示され、図(B)には、図(A)のa−b位置に於ける半導体装置2aの断面が示されている。
また、半導体装置2aにあっては、支持基板10の主面(上面側)に、主回路、信号回路、電源用回路等を構成する配線(配線パターン)12を複数個、選択的に配置している。これらの配線12は、例えば、銅(Cu)を主たる成分により構成されている。
ここで、導電性パターン40は、上述した配線支持基材30の段差に対応するように、その一部に屈曲構造を備えている(図(B)参照)。
更に、半導体装置2aにあっては、夫々の配線12から支持基板10の端まで電極端子12pを延出し、更に、これらの電極端子12pに、入出力端子50(材質は銅(Cu))を電気的に接続している。
尚、図(A)に於いては、半導体装置2aの内部の構造を明確にするために、樹脂60を表示していない。
続いて、図5に示す半導体装置2aの構造をより深く理解するために、半導体装置2aの断面を拡大させた図を用いて、当該半導体装置2aの構造を説明する。
また、制御用ICチップである半導体素子21は、配線支持基材30に配設された別の配線である導電性パターン41上に実装されている。そして、電極パッド21pに接合された導電性パターン41は、半田層13を介して、配線12c,12dに接合されている。これにより、半導体素子21の電極パッド21pと配線12c,12dとが導電性パターン41を通じて、電気的に接続される。
また、導電性パターン40,41が半田層13と当接する接触面には、図示する如く、鍍金層40g,41gを形成させてもよい。例えば、当該接触面に、その下層からニッケル(Ni)膜、金(Au)膜、またはニッケル(Ni)膜、錫(Sn)膜の順に、鍍金膜を形成させてもよい。
最初に、上述した導電性パターン40を、薄い金属薄膜に代替させた半導体装置2bについて説明する。
図7は第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の要部断面模式図である。この図7には、上述した樹脂60並びに入出力端子50等は、特に表示せず、半導体装置2bの特徴的な形態を拡大させた図が示されている。また、この図7に示す素子としては、便宜上、半導体素子20a,21のみが示されている。
また、半導体装置2bにあっては、配線支持基材30の上面に、別の配線である導電性金属膜46を固着・配設している。このような導電性金属膜46は、エポキシ系樹脂またはシリコン系樹脂で構成された接着部材(図示しない)を介し、配線支持基材30に固着されている。また、導電性金属膜46は、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)の少なくとも一つを含む金属により構成されている。また、厚みは、25〜500μmである。
<第2の実施の形態の変形例2>
図8は第2の実施の形態の別の変形例に係る半導体装置の要部断面模式図である。この図8には、上述した樹脂60並びに入出力端子50等は、特に表示せず、半導体装置2cの特徴的な形態を拡大させた図が示されている。また、この図8に示す素子としては、便宜上、半導体素子20a,21のみが示されている。
また、導電性パターン42,43が半田層13と当接する接触面には、図示する如く、鍍金層42g,43gを形成させてもよい。例えば、当該接触面に、その下層からニッケル(Ni)膜、金(Au)膜、またはニッケル(Ni)膜、錫(Sn)膜の順に、鍍金膜を形成させてもよい。
次に、半導体装置1a,1b,1c,2a,2b,2cの製造方法について説明する。
先ず、半導体装置1aを例に、その製造方法について説明する。尚、以下に示す製造方法は、半導体装置1aの製造方法に限るものではない。以下に示す製造方法に於いては、半導体装置1b,1cの製造にも転用できる。
先ず、図9(A)に示すように、所定の平面形状に加工された配線支持基材30を準備する。ここで、配線支持基材30の中央には、上述した半導体素子21を表出させるための貫通孔30aを形成する。そして、配線支持基材30の主面に、上述した接着部材を介して、導電性パターン40を複数個、選択的に固着・配置する。これにより、複数の導電性パターン40が配線支持基材30に支持される。
このようなプレス加工により、配線支持基材30に段差が形成されるのと共に、導電性パターン40に、傾斜構造が備えられる。
そして、支持基板10上の半導体素子21搭載領域に、エポキシ系またはシリコン系の接着部材を塗布する(図示しない)。
続いて、図13に示すように、上記の半田材上に、半導体素子20a,20bを載置する。
尚、半田材上に、半導体素子20a,20bを載置させた直後に、一旦、リフロー処理を施し、半導体素子20a,20bを支持基板10に固着させてもよいが、本実施の形態では、この段階でのリフロー処理を行わない。
次に、図14に示すように、用意した配線支持基材30を、配線12、半導体素子20a,20b上に載置する。これにより、配線支持基材30の主面から突出する導電性パターン40の端が、上述したペースト状の半田材の上に位置・接触する。
次に、図15に示すように、支持基板10の主面の端部に配設された電極端子12pに、入出力端子50を電気的に接続する。即ち、入出力端子50のクリップ部50aを、当該端部に嵌合させた後、リフロー処理により、電極端子12pに、入出力端子50を電気的に接続する。
そして、図16に示すように、支持基板10に配置された配線12、半導体素子20a,20b,21、配線支持基材30並びに導電性パターン40等を、樹脂60により封止する。
特に、半導体装置2cを製造する場合には、上述したプレス工程は要しない。
しかし、本実施の形態によれば、M個のマルチチップモジュールに含まれる全ての素子対し、僅か10秒のリフロー処理で、その配線を完了させることができる。
また、第1,2の実施の形態に示す半導体装置1a,1b,1c,2a,2b,2cでは、導電性パターン40,41,42または導電性金属膜45,46を固着させた配線支持基材30,32を半導体素子20a,20bの直上に配置している。これにより、半導体装置の薄型化・小型化を図ることができる。
10 支持基板
11,13 半田層
12,12a,12b,12c,12d 配線
12p 電極端子
20ap,20bp,21p,46p 電極パッド
20a,20b,21 半導体素子
22 金属ワイヤ
30,32 配線支持基材
30a 貫通孔
30h,30s,30l フィルム部
31 絶縁被膜
40,41,42,43 導電性パターン
40h,40s,40l 接続子部
40g,41g,42g,43g,45g,46g 鍍金層
42p,43p 電極パッド
42v,43v,46v ビア
45h,45s,45l 金属膜部
45,46 導電性金属膜
50 入出力端子
50a クリップ部
60 樹脂
Claims (15)
- プリント配線板、セラミック配線板、シリコン配線板の何れかである支持基板と、
前記支持基板の主面に選択的に配置された複数の第1の配線と、
前記支持基板上に搭載された少なくとも一つの第1の半導体素子と、
前記支持基板上に搭載され、前記第1の半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子と、
前記第1の配線に対して配置される第1部分と、前記第1の半導体素子に対して配置される第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間に位置して前記支持基板の前記主面に対して傾斜した第3部分とを備え、前記主面に対向するように配置された配線支持基材と、
前記配線支持基材に固着された、前記配線支持基材に沿った屈曲構造を有する複数の第2の配線と、
を有し、前記第1の半導体素子と前記第1の配線とが、少なくとも一つの前記第2の配線を通じて電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の半導体素子の電極と、前記第1の配線とが、金属ワイヤを通じて電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の半導体素子の電極が前記第1の配線に実装されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の配線が前記配線支持基材の主面に固着させた導電性パターンまたは金属膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の配線は、
前記第1部分から露出して、露出した部分と半田層とを介して前記第1の配線と電気的に接続し、
前記第2部分から突出して、突出した部分と半田層を介して前記第1の半導体素子と電気的に接続している、
ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 - 前記第2の半導体素子の電極が前記配線支持基材の主面に配設されている第3の配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第3の配線が前記配線支持基材の前記主面に固着させた導電性パターンまたは金属膜であることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
- 前記金属膜が配置された前記配線支持基材の前記主面の反対側の主面に、前記金属膜と導通する電極パッドが形成され、前記電極パッドと前記第1の配線とが、電気的に接続されていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
- 前記支持基板の前記主面の端部に、前記第1の配線に導通する複数の電極端子が延出され、夫々の前記電極端子に、入出力端子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の配線は、
前記配線支持基材の前記支持基板の前記主面と対向する主面に固着され、
前記第1の配線及び前記第2の配線と半田層を介してそれぞれ電気的に接続し、
前記第2の配線の前記支持基板の前記主面と対向する主面に、絶縁被膜が固着されている、
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 連続した支持基板の主面に複数の第1の配線を選択的に配置する工程と、
前記支持基板の前記主面に、少なくとも一つの第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子を搭載する工程と、
前記第1の配線の一部、前記第1の半導体素子の電極の上に、半田材を配置する工程と、
前記第1の配線に対して配置される第1部分と、前記第1の半導体素子に対して配置される第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間に位置して前記支持基板の前記主面に対して傾斜した第3部分とを備える配線支持基材に固着され、前記配線支持基材に沿った屈曲構造を備えた複数の第2の配線を、前記第1の配線並びに前記第1の半導体素子の上に、前記半田材を介して載置する工程と、
リフロー処理により、前記第1の半導体素子と前記第1の配線とを前記半田材を介し電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記配線支持基材に固着した前記第2の配線を、前記第1の配線並びに前記第1の半導体素子の上に、前記半田材を介して載置する前に、複数の前記第2の配線を前記配線支持基材に固着し、前記配線支持基材と共に、複数の前記第2の配線を屈曲させることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の配線に導通し、前記支持基板の前記主面に配置された電極端子に、入出力端子を電気的に接続することを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
- 前記入出力端子を接続後、前記第1の配線、前記第1の半導体素子、前記第2の半導体素子、前記第2の配線並びに前記配線支持基材を、樹脂により封止することを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
- 前記封止後、前記支持基板、前記配線支持基材並びに前記樹脂を分割することを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。
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