JP5870669B2 - 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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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にパワー半導体素子等を搭載した半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体素子をモジュール化した半導体装置は、例えば図９に示すパッケージ構造をなしている。
図１０に示す半導体装置は、樹脂ケース５２の底部に、冷却板５１が配設されている。冷却板５１上には、絶縁基板５３の両面に金属層５４，５５が接合した絶縁配線基板５６が配設され、はんだ層５７ａを介して、絶縁配線基板５６の金属層５５と、冷却板５１とが接合している。絶縁配線基板５６上には、半導体素子５８が配設され、はんだ層５７ｂを介して、絶縁配線基板５６の金属層５４と、半導体素子５８とが接合している。また、絶縁配線基板５６上には外部端子５９が配設され、はんだ層５７ｃを介して絶縁配線基板５６の金属層５４と、外部端子５９とが接合している。各半導体素子５８は、ボンディングワイヤ６０により、外部端子５９と電気接続している。そして、樹脂ケース５２の内部には、封止樹脂６１が充填されて封止されている。
ところで、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子等のように、発熱の著しい半導体素子の場合においては、特に高い放熱性が必要とされる。
しかしながら、このような従来の半導体装置では、半導体素子５８の上面側には、例えば線径が３００μｍ〜４００μｍ程度の細いアルミワイヤなどからなるボンディングワイヤ６０が接続されているのみであり、加えてボンディングワイヤ６０の通電に伴う発熱もあって、半導体素子５８上面側からの放熱効果はほとんど期待できない。
そこで、配線電流密度、溶断電流耐量、接合の信頼性、放熱性など向上させる目的で、ワイヤボンディング配線構造にかえて、特許文献１、２に記載されるように、インプラント基板と、半導体搭載基板の半導体素子とを、インプラントピンを介して接合する構造の半導体装置が用いられている。
図１１、１２を用いて、特許文献１に開示された半導体装置について説明する。なお、図１０に示す半導体装置と実質的に同じ箇所は、同一符号を付してその説明を省略する。
図１１に示すように、この半導体装置は、絶縁配線基板５６上に、半導体素子５８が配設され、はんだ層５７ｂを介して、絶縁配線基板５６の金属層５４と、半導体素子５８とが接合している。
半導体素子５８上には、インプラント基板７９が配設され、インプラント基板７９のインプラントピン７６を介して両者が電気接続している。
インプラント基板７９は、絶縁基板７１の両面に、プリント配線をなす金属層７２、７３が接合してなる絶縁配線基板７５と、該絶縁配線基板７５の金属層７２、絶縁基板７１、金属層７３を貫通して形成されたビアホール７４に圧入されたインプラントピン７６とで構成されている。図１２を併せて参照すると、インプラントピン７６には、鍔部７７が設けられており、インプラントピンの先端から鍔部７７までの一定量が、ビアホール７４に圧入されている。そして、鍔部７７と絶縁配線基板７５とが接合材７８ａを介して接合している。また、インプラントピン７６の他端が、接合材７８ｂを介して半導体素子５８と接合している。
特開２０１１−８２３０３号公報 国際公開２０１１／０８３７３７号パンフレット
しかしながら、図１１に示す半導体装置の場合、製品種類ごとに部品構成が変更されて半導体素子などの部品高さが変更されると、接合場所における半導体素子とインプラント基板との距離に応じてインプラントピンの長さを調整する必要がある。このため、製品種類の数に合わせて、インプラント基板の数を用意する必要があり、部品の在庫管理に手間を要する問題があった。また、製品種類に合わせて、複数種類のインプラント基板を用意しなければならないので、部品コストが嵩む問題があった。
よって、本発明の目的は、インプラント基板と、半導体搭載基板の半導体素子とを、インプラントピンを介して接合して電気接続した半導体装置を生産性よく製造できる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、
絶縁配線基板上に半導体素子が搭載された半導体搭載基板と、
プリント配線を有する絶縁基板に電気接続用のビアホールを設け、このビアホールにインプラントピンの一端を圧入してなるインプラント基板とを備え、
前記インプラント基板のインプラントピンの他端を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに接合することにより、前記半導体搭載基板の半導体素子を電気接続した半導体装置において、
前記インプラントピンの長さが、前記半導体搭載基板上の半導体素子及び／又は回路パターンと、前記インプラント基板との距離に適合するように、前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入深さが調整可能とされていることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、インプラントピンの長さが、半導体搭載基板上の半導体素子及び／又は回路パターンと、インプラント基板との距離に適合するように、インプラントピンの前記ビアホールへの圧入深さが調整可能とされているので、半導体搭載基板上の半導体素子及び／又は回路パターンとインプラント基板との距離が、それぞれの接合部位毎に異なっていても、それぞれの接合部位に適合した長さのインプラントピンを用意する必要がなく、複数の製品間でインプラント基板を共通化できる。そのため、部品の在庫管理が容易で、部品コストを抑えることができ、生産性に優れる。
本発明の半導体装置は、前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、メッキ層が設けられ、前記インプラントピンを前記ビアホールに圧入した状態で加熱して前記メッキ層を溶融させて、該メッキ層により前記インプラントピンと前記ビアホールとの接触部が接合されているか、あるいは、前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、焼結材が塗布されており、前記インプラントピンを前記ビアホールに圧入した状態で加熱して前記焼結材を焼結させて、前記インプラントピンと前記ビアホールとの接触部が接合されていることが好ましい。この態様によれば、インプラントピンの接合の信頼性に優れる。
本発明の半導体装置は、前記インプラントピンと前記ビアホールの内周面との接触部における、前記インプラントピンと直交する方向の断面において、前記インプラントピンが、前記ビアホールの内周に対し４０％以上接触していることが好ましい。この態様によれば、導電性に優れ、更には、インプラントピンの接合の信頼性に優れる。
本発明の半導体装置は、前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部には、絞り加工により外周に突出した突起部が設けられ、この突起部が前記ビアホールの内周面に接触していることが好ましい。この態様において、前記圧入前の状態で、前記インプラントピンの圧入部の最大径から、前記ビアホールの内径を引いた値が、０〜０．２５ｍｍであることが好ましい。
本発明の半導体装置は、前記インプラントピンの圧入部には、絞り加工のないストレートな柱状部が設けられ、この柱状部の少なくとも一部が前記ビアホールの内周面に接触していることが好ましい。この態様において、前記圧入前の状態で、前記外部端子の圧入部の最大径から、前記ビアホールの内径を引いた値が、０〜０．１５ｍｍであることが好ましい。
上記各態様によれば、インプラント基板とインプラントピンとの接合の信頼性に優れる。
本発明の半導体装置は、前記インプラントピンの前記ビアホール側の先端は、先端に向かってテーパ状に縮径していることが好ましい。この態様によれば、ビアホールへのインプラントピンの圧入操作が容易となる。
本発明の半導体装置は、前記ビアホールの内周が、前記インプラントピンの圧入部に適合する形状をなしていることが好ましい。この態様によれば、インプラントピンのビアホールに対する接触面積を大きくできるので、導電性に優れ、更には、インプラントピンの接合の信頼性に優れる。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁配線基板上に半導体素子が搭載された半導体搭載基板と、
プリント配線を有する絶縁基板に電気接続用のビアホールを設け、このビアホールにインプラントピンの一端を圧入してなるインプラント基板とを用い、
前記インプラント基板のインプラントピンの他端を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに接合することにより、前記半導体搭載基板の半導体素子を電気接続する半導体装置の製造方法において、
前記インプラントピンの他端を前記ビアホールに圧入する際、その圧入深さを調整することによって、前記インプラントピンの長さを、前記半導体搭載基板上の半導体素子及び／又は回路パターンと、前記インプラント基板との距離に適合させ、前記インプラントピンを前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに接合することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、メッキ層を形成しておき、前記インプラント基板のインプラントピンの他端を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに当接させ、その状態でリフロー炉に入れて加熱することにより、前記半導体素子と前記絶縁配線基板との接続、前記インプラントピンと半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンとの接続を行うと共に、前記メッキ層を溶融させて前記インプラントピンと前記ビアホールとを接続することが好ましい。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、焼結材を塗布しておき、前記インプラント基板のインプラントピンの他端を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに当接させ、その状態でリフロー炉に入れて加熱することにより、前記半導体素子と前記絶縁配線基板との接続、前記インプラントピンと半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンとの接続を行うと共に、前記焼結材を焼結させて前記インプラントピンと前記ビアホールとを接続することが好ましい。
本発明によれば、複数の製品間でインプラント基板を共通化して使用できるので、部品の在庫管理が容易で、部品コストを抑えることができ、インプラント基板によって半導体素子が電気接続された半導体装置を生産性よく製造できる。
本発明の半導体装置の一実施形態を示す概略断面図である。 図１のＡ部分の拡大図である。 同半導体装置に用いることのできる外部端子の概略図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。 同半導体装置に用いることのできる外部端子の概略図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。 同半導体装置に用いることのできる外部端子の概略図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図である。 同半導体装置に用いることのできる外部端子の概略図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図である。 同半導体装置に用いることのできる外部端子の概略図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は斜視図である。 本発明の半導体装置の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明の半導体装置の更に他の実施形態を示す要部拡大断面図である。 従来の半導体装置の一例を示す概略断面図である。 従来の半導体装置の他の一例を示す概略断面図である。 図１１のＧ部分の拡大図である。
本発明の半導体装置について図面を参照して説明する。図１には、本発明の半導体装置の一実施形態が示されている。
この半導体装置は、樹脂ケース２の底部に、冷却板１が配設されている。冷却板１は、放熱性の高い材料で構成される。例えば、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金などが挙げられる。
冷却板１上に、絶縁配線基板３が配設されている。絶縁配線基板３は、絶縁基板４の両面に金属層５，６が接合してなるものであって、金属層５によって、絶縁基板４上に所定の回路パターンが形成されている。そして、絶縁配線基板３の金属層６と、冷却板１とが、はんだ又は焼結材層７ａを介して接合している。
絶縁配線基板３としては、特に限定は無いが、例えば、セラミック基板上に銅板を直接接合させたＤｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｃｏｐｐｅｒ基板や、セラミックスと銅板とをろう材を介して接合したＡｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ基板等が挙げられる。
絶縁配線基板３の回路パターンを構成する金属層５の所定箇所には、外部端子９が、はんだ又は焼結材層７ｂを介して接合している。また、同金属層５には、複数の半導体素子８ａ，８ｂが、はんだ又は焼結材層７ｃを介して接合している。半導体素子８ａ，８ｂは、用途により異なるが、例えば、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子、ＦＷＤ等の整流素子等が挙げられる。
半導体素子８の上方には、インプラント基板３０が配置され、インプラント基板３０のインプラントピン２０が、はんだ又は焼結材層７ｄを介して、半導体素子８及び金属層５に接合している。
インプラント基板３０は、絶縁基板３１の両面に、プリント配線をなす金属層３２、３３が接合してなる絶縁配線基板３４と、該絶縁配線基板３４の金属層３２、絶縁基板３１、金属層３３を貫通して形成されたビアホール３５に圧入されたインプラントピン２０とで構成される。ビアホール３５の内面には、金属層３２及び／又は金属層３３に導通する図示しない金属層が形成されており、この内面の金属層がインプラントピン２０と導通している。
図２を併せて参照すると、インプラントピン２０のビアホールへの圧入深さＬ１ａ，Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは、インプラントピン２０の長さが、半導体素子８ａとインプラント基板３０との距離Ｌ２ａ、半導体素子８ｂとインプラント基板３０とのＬ２ｂ、金属層５とインプラント基板３０との距離Ｌ２ｃに適合するように、それぞれのビアホール毎に調整されている。
すなわち、本発明では、半導体素子８とインプラント基板３０との距離や、金属層５とインプラント基板３０との距離に応じて、長さの異なるインプラントピンを備えるインプラント基板を使用するのではなく、それぞれの距離に応じてインプラントピン２０のビアホール３５への圧入深さを変えてビアホール３５からのインプラントピン２０の突出長さＬ３を調整し、インプラント基板３０と、半導体素子８や金属層５とを接合して各半導体素子を電気接続している。このため、製品種類ごとにインプラント基板を変更する必要がなく、インプラント基板を複数の製品間で共通化して使用できる。
本発明の半導体装置において、インプラントピン２０とビアホール３５の内周面との接触部における、インプラントピン２０と直交する方向の断面、すなわち、図２のＢ−Ｂ断面において、インプラントピン２０は、ビアホール３５の内周に対し４０％以上接触していることが好ましい。インプラントピン２０のビアホール３５への接触面積が４０％未満であると、接合強度や導電性が不十分な場合がある。接触面積が４０％以上であれば、十分な接合強度と導電性が得られる。
本発明の半導体装置において、インプラントピン２０の形状は、特に限定は無い。円柱状、角柱状等いずれの形状のものを用いることができる。また、インプラントピン２０のビアホール３５への圧入部の形状は、例えば、図３〜７に示す形状をなすものなどを好ましく用いることができる。
図３に示されるインプラントピン２０ａは、絞り加工のないストレートな柱状部２１からなる圧入部と、該圧入部から先端２５に向かってテーパ状に縮径している縮径部２３とを備えている。このインプラントピン２０ａを、ビアホール３５に圧入すると、柱状部２１が、ビアホール３５の内周面に接触して両者が接合する。また、先端２５がテーパ状に縮径しているので、インプラントピン２０ａをビアホール３５に圧入する際に中心位置の調整が容易となり、圧入し易い。
インプラントピン２０の圧入部の最大外径Ｒｍａｘは、圧入前の状態で、該最大外径Ｒｍａｘと、ビアホール３５の内径Ｒとの差分（Ｒｍａｘ−Ｒ）が、０〜０．１５ｍｍであることが好ましく、０．０５〜０．１５ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．１０ｍｍがより好ましい。上記差分が、上記範囲内となるように最大外径Ｒｍａｘを設定することで、インプラントピン２０ａの破損や、絶縁配線基板３４の破損等を生じることなく、インプラントピン２０ａをビアホール３５に圧入して両者を強固に接合できる。
図４〜７に示されるインプラントピン２０ｂ〜２０ｄは、絞り加工により外周に突出した突起部２２を有する圧入部と、該圧入部から先端２５に向かってテーパ状に縮径している縮径部２３とを備えている。図４に示すインプラントピン２０ｂでは、突起部２２が断面十字状をなし、図５に示すインプラントピン２０ｃでは、突起部２２が断面Ｙ字状（３つの突出部が等角度で放射状に突出した形状）をなし、図６に示すインプラントピン２０ｄでは、突起部２２が平板状をなしている。また、図７に示すインプラントピン２０ｅでは、突起部２２が断面十字状をなす絞り加工が、インプラントピンの軸方向の全体に施されている。このインプラントピンを、ビアホール３５に圧入すると、突起部２２が、ビアホール３５の内周面に接触して両者が接合する。また、先端２５がテーパ状に縮径しているので、インプラントピン２０をビアホール３５に圧入する際に中心位置の調整が容易となり、圧入し易い。なお、絞り加工によって形成される突起部の形状は、図４〜７に示す形状に限定されない。また、突起部は、図４〜６に示すように、インプラントピンの軸方向の一部にのみ形成されていてもよく、図７に示すように、インプラントピンの軸方向の全体に形成されていてもよい。図７のように突起部を軸方向の全体に形成することで、ビアホールへの接合強度が向上する。ただし、加工難度が高いので、材料コストが嵩むおそれがある。さらには、圧入深さが深い場合には、ビアホールが変形しやすくなり、接合強度が低下する恐れがある。
インプラントピン２０ｂ〜２０ｅにおいて、圧入部の最大外径Ｒｍａｘは、圧入前の状態で、該最大外径Ｒｍａｘと、ビアホール３５の内径Ｒとの差分（Ｒｍａｘ−Ｒ）が、０〜０．２５ｍｍであることが好ましく、０．０５〜０．２５ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．２０ｍｍがより好ましい。上記差分が、上記範囲内となるように最大外径Ｒｍａｘを設定することで、インプラントピンの破損や、絶縁配線基板３４の破損等を生じることなく、インプラントピンをビアホール３５に圧入して両者を強固に接合できる。
ビアホール３５は、その内周が、インプラントピン２０の圧入部に適合する穴形状をなしていることが好ましい。ビアホール３５の内周が、インプラントピン２０の圧入部に適合する形状をなしていることにより、インプラントピン２０の、ビアホール３５の内周に対する接触面積を大きくできる。
そして、本発明の半導体装置は、樹脂ケース２の内部に、ゲル、エポキシ樹脂などの封止樹脂１５が充填されて封止されている。
次に、上記半導体装置の製造方法となる、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態について説明する。
まず、インプラント基板３０の製造方法について説明する。インプラント基板３０は、絶縁配線基板３４の所定の位置に、金属層３２、絶縁基板３１、金属層３３を貫通する、電気接続用のビアホール３５を形成し、このビアホール３５に、インプラントピン２０を圧入することにより製造される。
次に、半導体装置の製造方法について説明する。
冷却板１上に、はんだ又は焼結材層７ａを介して、絶縁配線基板３の金属層６側が接触するように配置し、絶縁配線基板３の金属層５の所定の回路パターン上にはんだ又は焼結材層７ｃを介して半導体素子８ａ，８ｂを配置する。
一方、半導体素子８ａとインプラント基板３０との距離Ｌ２ａ、半導体素子８ｂとインプラント基板３０とのＬ２ｂ、金属層５とインプラント基板３０との距離Ｌ２ｃに適合するように、インプラントピン２０のビアホールへの圧入深さＬ１ａ，Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを調整しておく。
次に、半導体素子８ａ，８ｂ及び金属層５の所定の位置に、はんだ又は焼結材層７ｄを介して、インプラント基板３０から伸びたインプラントピン２０を配置する。
そして、この状態でリフロー炉に導入し、はんだ又は焼結材層７ａ，７ｃ，７ｄをそれぞれ溶融又は焼結させて、冷却板１と絶縁配線基板３の金属層６との接合、半導体素子８ａ，８ｂと絶縁配線基板３の金属層５との接合、インプラントピン２０と半導体素子８ａ，８ｂ及び絶縁配線基板３の金属層５との接合を行う。
リフロー時における加熱温度は、３５０℃以下が好ましく、２５０〜３３０℃がより好ましい。加熱温度が３５０℃を超えると、半導体素子等が熱的損傷する恐れがある。
次に、金属層５の所定の位置に外部端子９をはんだ又は焼結材層７ｂを介して配置し、はんだ又は焼結材層７ｂを溶融又は焼結させて両者を接合する。そして、冷却板１の周囲を樹脂ケース２で囲い、樹脂ケース２で囲われた内部に封止樹脂１５を充填し、封止樹脂を硬化することで本発明の半導体装置が製造される。
図８には、本発明の半導体装置の他の実施形態が示されている。この半導体装置は、インプラントピン２０のビアホール３５への圧入部表面にメッキ層２８が設けられており、該メッキ層２８が融解して、インプラントピン２０の圧入部と、ビアホール３５の内周面とが接合している。なお、この実施形態では、メッキ層はインプラントピン２０の圧入部表面に形成されているが、ビアホール３５の内周面に形成されてもよく、インプラントピン２０の圧入部表面とビアホール３５の内周面との双方に形成されていてもよい。
メッキ層２８の厚みは、圧入前の状態で５μｍ以下が好ましい。
メッキ層２８は、単層であってもよく、複数のメッキ層が積層したものであってもよいが、少なくとも最表層が３５０℃以下の温度で溶融するものが好ましく用いられる。溶融温度が３５０℃以下のメッキ材料としては、Ｓｎメッキ、ＳｎＡｇ系はんだメッキ、ＳｎＢｉ系はんだメッキ、ＳｎＳｂ系はんだメッキ、ＳｎＣｕ系はんだメッキ、ＳｎＩｎ系はんだメッキ等が挙げられる。溶融温度が３５０℃以下であれば、半導体素子等をはんだ付けする際のリフロー工程時に溶融できる。
次に、上記半導体装置の製造方法となる、本発明の半導体装置の製造方法の他の実施形態について説明する。
この実施形態においても、上記実施形態と同様、半導体素子８ａとインプラント基板３０との距離Ｌ２ａ、半導体素子８ｂとインプラント基板３０とのＬ２ｂ、金属層５とインプラント基板３０との距離Ｌ２ｃに適合するように、インプラントピン２０のビアホールへの圧入深さＬ１ａ，Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを調整しておく。そして、半導体素子８ａ，８ｂ及び金属層５の所定の位置に、はんだ又は焼結材層７ｄを介して、インプラント基板３０から伸びたインプラントピン２０を配置する。
そして、この状態でリフロー炉に導入し、はんだ又は焼結材層７ａ，７ｃ，７ｄ，メッキ層２８をそれぞれ融解又は焼結させて、はんだ又は焼結材層７ａ，７ｃ，７ｄを介して、冷却板１と絶縁配線基板３の金属層６との接合、半導体素子８ａ，ｂと絶縁配線基板３の金属層５との接合、インプラントピン２０と半導体素子８ａ，８ｂ及び絶縁配線基板３の金属層５との接合を行うと共に、メッキ層２８を介して、インプラントピン２０と絶縁配線基板３４との接合を行う。
リフロー時における加熱温度は、３５０℃以下が好ましく、２５０〜３３０℃がより好ましい。加熱温度が３５０℃を超えると、半導体素子等が熱的損傷する恐れがある。
そして、金属層５の所定の位置に外部端子９をはんだ又は焼結材層７ｂを介して配置し、はんだ又は焼結材層７ｂを溶融又は焼結させて両者を接合し、冷却板１の周囲を樹脂ケース２で囲い、樹脂ケース２で囲われた内部に封止樹脂１５を充填し、封止樹脂を硬化することで半導体装置が製造される。
図９には、本発明の半導体装置の更に他の実施形態が示されている。この半導体装置は、インプラントピン２０がビアホール３５に圧入されている。そして、インプラントピン２０のビアホール３５への圧入部表面及び／又はビアホール３５の内周面には、焼結材２９が塗布されており、該焼結材が焼結して、インプラントピン２０の圧入部と、ビアホール３５の内周面とが接合している。
焼結材２９としては、３５０℃以下の温度で焼結するものが好ましく用いられる。例えばＡｇ系やＣｕ系の焼結材料等が挙げられる。焼結温度が３５０℃以下であれば、半導体素子等をはんだ付けする際のリフロー工程時に焼結できる。
次に、上記半導体装置の製造方法となる、本発明の半導体装置の製造方法の他の実施形態について説明する。
この実施形態では、インプラントピン２０のビアホール３５への圧入部表面及び／又はビアホール３５の内周面に、焼結材２９を塗布した後、インプラントピン２０をビアホール３５に圧入して製造したインプラント基板３０を用いる。
そして、上記実施形態と同様、半導体素子８ａとインプラント基板３０との距離Ｌ２ａ、半導体素子８ｂとインプラント基板３０とのＬ２ｂ、金属層５とインプラント基板３０との距離Ｌ２ｃに適合するように、インプラントピン２０のビアホールへの圧入深さＬ１ａ，Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを調整しておく。次いで、半導体素子８ａ，８ｂ及び金属層５の所定の位置に、はんだ又は焼結材層７ｄを介して、インプラント基板３０から伸びたインプラントピン２０を配置する。
そして、この状態でリフロー炉に導入し、はんだ又は焼結材層７ａ，７ｃ，７ｄをそれぞれ溶融又は焼結すると共に，焼結材２９を焼結させて、はんだ又は焼結材層７ａ，７ｃ，７ｄを介して、冷却板１と絶縁配線基板３の金属層６との接合、半導体素子８ａ，８ｂと絶縁配線基板３の金属層５との接合、インプラントピン２０と半導体素子８ａ，８ｂ及び絶縁配線基板３の金属層５との接合を行うと共に、焼結材２９を介して、インプラントピン２０と絶縁配線基板３４との接合を行う。
リフロー時における加熱温度は、３５０℃以下が好ましく、２５０〜３３０℃がより好ましい。加熱温度が３５０℃を超えると、半導体素子等が熱的損傷する恐れがある。
そして、金属層５の所定の位置に外部端子９をはんだ又は焼結材層７ｂを介して配置し、はんだ又は焼結材層７ｂを溶融又は焼結させて両者を接合し、冷却板１の周囲を樹脂ケース２で囲い、樹脂ケース２で囲われた内部に封止樹脂１５を充填し、封止樹脂を硬化することで半導体装置が製造される。
１：冷却板
２：樹脂ケース
３：絶縁配線基板
４：絶縁基板
５、６：金属層
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：はんだ又は焼結材層
８、８ａ，８ｂ：半導体素子
９：外部端子
１５：封止樹脂
２０：インプラントピン
２８：メッキ層
２９：焼結材
３０：インプラント基板
３１：絶縁基板
３２、３３：金属層
３４：絶縁配線基板
３５：ビアホール
５１：冷却板
５２：樹脂ケース
５３：絶縁基板
５４，５５：金属層
５６：絶縁配線基板
５８：半導体素子
５９：外部端子
６０：ボンディングワイヤ
６１：封止樹脂
７１：絶縁基板
７２、７３：金属層
７４：ビアホール
７５：絶縁配線基板
７６：インプラントピン
７９：インプラント基板

Claims (13)

  1. 絶縁配線基板上に半導体素子が搭載された半導体搭載基板と、
    プリント配線を有する絶縁基板、該絶縁基板に設けられた電気接続用のビアホール、及び該ビアホールに圧入されている長さの等しい複数のインプラントピンを有するインプラント基板とを備え、
    前記インプラント基板のインプラントピンの端部が、前記半導体搭載基板の高さの異なる半導体素子及び／又は回路パターンに接合されて、前記半導体搭載基板の半導体素子が電気接続されており、
    前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入深さは、前記インプラントピンの前記半導体搭載基板側への突出長さが、前記半導体搭載基板上の高さの異なる半導体素子及び／又は回路パターンと、前記インプラント基板との距離に適合するように、それぞれ調整されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、メッキ層が設けられ、溶融された該メッキ層により前記インプラントピンと前記ビアホールとの接触部が接合されている請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、焼結材が塗布されており、焼結された該焼結材により前記インプラントピンと前記ビアホールとの接触部が接合されている請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記インプラントピンと前記ビアホールの内周面との接触部における、前記インプラントピンと直交する方向の断面において、前記インプラントピンが、前記ビアホールの内周に対し４０％以上接触している請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部には、絞り加工により外周に突出した突起部が設けられ、この突起部が前記ビアホールの内周面に接触している請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記圧入前の状態で、前記インプラントピンの圧入部の最大径から、前記ビアホールの内径を引いた値が、０〜０．２５ｍｍである請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記インプラントピンの圧入部には、絞り加工のないストレートな柱状部が設けられ、この柱状部の少なくとも一部が前記ビアホールの内周面に接触している請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記圧入前の状態で、前記外部端子の圧入部の最大径から、前記ビアホールの内径を引いた値が、０〜０．１５ｍｍである請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記インプラントピンの前記ビアホール側の先端は、先端に向かってテーパ状に縮径している請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
  10. 前記ビアホールの内周が、前記インプラントピンの圧入部に適合する形状をなしている請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体装置。
  11. 絶縁配線基板上に半導体素子が搭載された半導体搭載基板と、
    プリント配線を有する絶縁基板に電気接続用のビアホールを設け、このビアホールに長さの等しい複数のインプラントピンを圧入してなるインプラント基板とを用い、
    前記インプラント基板のインプラントピンの端部を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに接合することにより、前記半導体搭載基板の高さの異なる半導体素子を電気接続する半導体装置の製造方法において、
    長さの等しい複数の前記インプラントピンを前記ビアホールに圧入する際、その圧入深さを調整することによって、前記インプラントピンの前記半導体搭載基板側への突出長さを、前記半導体搭載基板上の半導体素子及び／又は回路パターンと、前記インプラント基板との距離に適合させ、前記インプラントピンを前記半導体搭載基板の高さの異なる半導体素子及び／又は回路パターンに接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、メッキ層を形成しておき、前記インプラント基板のインプラントピンの端部を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに当接させ、その状態でリフロー炉に入れて加熱することにより、前記半導体素子と前記絶縁配線基板との接続、前記インプラントピンと半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンとの接続を行うと共に、前記メッキ層を溶融させて前記インプラントピンと前記ビアホールとを接続する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記インプラントピンの前記ビアホールへの圧入部表面及び／又は前記ビアホールの内周面に、焼結材を塗布しておき、前記インプラント基板のインプラントピンの端部を、前記半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンに当接させ、その状態でリフロー炉に入れて加熱することにより、前記半導体素子と前記絶縁配線基板との接続、前記インプラントピンと半導体搭載基板の半導体素子及び／又は回路パターンとの接続を行うと共に、前記焼結材を焼結させて前記インプラントピンと前記ビアホールとを接続する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
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