JP6040993B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電鉄・風力発電などに使われる半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体装置の絶縁性を確保するために、装置内部にシリコーンゲル等の封止材を注入している。ワイヤボンド等の工程で絶縁基板の位置認識に使用する穴が絶縁基板の配線パターンに設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２９９５５１号公報
この位置認識用の穴がはんだ付け部付近にある場合、はんだ付け部から流れ出たはんだが穴に流れ込むことがある。その際、はんだは自身の表面張力により球状や円盤状の形になる。このため、穴の径が３ｍｍ以下と小さい場合には、はんだが穴の底まで流れ込まず、穴の上部のみを覆うことがある。従って、穴の中に封止材が流れ込むことができずに空隙が生じる。
空隙内の空気の絶縁強度はシリコーンゲル等の封止材の絶縁強度の１０分の１程度である。従って、空隙内においてはんだと絶縁基板との間で部分放電が発生するという問題があった。また、位置認識用の穴の径を大きくすると組立に必要な領域を十分に確保できないという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は部分放電の発生を防ぐことができる半導体装置及びその製造方法を得るものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基板の配線パターン上にはんだ付け部を形成する工程と、前記配線パターンの外周を覆う保護膜と前記配線パターン上に配置されたマークをソルダーレジストにより同時に形成する工程と、前記絶縁基板上に半導体チップを実装する工程と、前記マークにより前記絶縁基板の位置を認識して前記半導体チップにワイヤをボンディングする工程と、前記はんだ付け部に電極をはんだにより接合する工程と、前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止材により封止する工程とを備えることを特徴とする。
本発明により、部分放電の発生を防ぐことができる。
本願発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。 図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本願発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。 比較例に係る半導体装置を示す断面図である。 本願発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。 図５のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本願発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す平面図である。 図７のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本願発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す平面図である。 本願発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。 図１０のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本願発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す平面図である。 図１２のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本願発明の実施の形態７に係る半導体装置を示す平面図である。 図１４のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は本願発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。図２は図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。絶縁基板１の上面に配線パターン２が設けられ、下面に金属パターン３が設けられている。はんだ付け部４が配線パターン２上に設けられている。Ｎｉめっきマーク５が配線パターン２上に設けられている。はんだ付け部４とマークは同じ材質であるＮｉからなる。
半導体チップ６が絶縁基板１上に実装されている。ワイヤ７が半導体チップ６にボンディングされている。電極８がはんだ付け部４にはんだ９により接合されている。ベース板１０がはんだ１１により金属パターン３に接合されている。これら全体をケース１２が覆い、封止材１３が絶縁基板１、半導体チップ６、ワイヤ７、及び電極８を封止している。
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図３は本願発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。まず、絶縁基板１の配線パターン２上にはんだ付け部４とＮｉめっきマーク５をめっきにより同時に形成する。次に、絶縁基板１上に半導体チップ６を実装する。
次に、Ｎｉめっきマーク５により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。次に、はんだ付け部４に電極８をはんだ９により接合する。次に、ベース板１０をはんだ１１により金属パターン３に接合する。最後に、これら全体をケース１２で覆って、絶縁基板１、半導体チップ６、ワイヤ７、及び電極８を封止材１３により封止する。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４は比較例に係る半導体装置を示す断面図である。比較例では、位置認識用の穴１４が設けられている。はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が穴１４の上部を覆って空隙が生じ、その空隙が原因ではんだ９と絶縁基板１との間で部分放電が発生するという問題がある。
一方、本実施の形態では、はんだ付け部４から流れ出たはんだ９がＮｉめっきマーク５を覆っても空隙は生じない。このため、部分放電の発生を防ぐことができる。また、Ｎｉめっきマーク５の大きさをφ３ｍｍ以下にすれば、組立に必要な領域を十分に確保できる。また、配線パターン２がＡｌの場合、はんだ付け部４を通常はＮｉめっきで製作する。そこで、はんだ付け部４とＮｉめっきマーク５をＮｉめっきにより同時に形成することで、工程数を減らすことができる。
実施の形態２．
図５は本願発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。図６は図５のＩ−ＩＩに沿った断面図である。なお、図５において半導体チップ６やワイヤ７は省略している。
実施の形態１のＮｉめっきマーク５の代わりに、ソルダーレジストからなるレジストマーク１５が配線パターン２上に配置されている。ソルダーレジストからなる保護膜１６が配線パターン２の外周を覆っている。この保護膜１６と
レジストマーク１５をソルダーレジストにより同時に形成する。このレジストマーク１５により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。その他の構成及び製造工程は実施の形態１と同様である。
ソルダーレジストからなるレジストマーク１５には、はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が付着しないので空隙も生じない。このため、部分放電の発生を防ぐことができる。また、配線パターン２がＣｕであれば通常はんだ付け部４の周囲をソルダーレジストからなる保護膜１６で覆う。そこで、保護膜１６とレジストマーク１５をソルダーレジストにより同時に形成することで、工程数を減らすことができる。
実施の形態３．
図７は本願発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す平面図である。図８は図７のＩ−ＩＩに沿った断面図である。なお、図７において半導体チップ６やワイヤ７は省略している。
ソルダーレジストからなる保護膜１６が絶縁基板１上に設けられている。この保護膜１６は、はんだ付け部４に配置された開口１７とはんだ付け部４以外に配置された開口１８を有する。電極８が開口１７を介してはんだ付け部４にはんだ９により接合されている。そして、開口１８により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。その他の構成及び製造工程は実施の形態１と同様である。
はんだ付け部４から流れ出たはんだ９はソルダーレジストからなる保護膜１６に付着しないので、開口１８までは到達せず、空隙も生じない。このため、部分放電の発生を防ぐことができる。また、配線パターン２がＣｕであれば通常はんだ付け部４の周囲をソルダーレジストからなる保護膜１６で覆う。そこで、保護膜１６の形成時に位置合わせマークである開口１８を形成することで、工程数を減らすことができる。
実施の形態４．
図９は本願発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す平面図である。なお、図９において半導体チップ６やワイヤ７は省略している。
実施の形態１のＮｉめっきマーク５の代わりに、絶縁基板１の配線パターン２の外周部に切り欠き１９が設けられている。この切り欠き１９により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。その他の構成及び製造工程は実施の形態１と同様である。
はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が切り欠き１９の上部を覆っても、配線パターン２のサイドから封止材１３が切り欠き１９内部に入り込むため、空隙が生じない。このため、部分放電の発生を防ぐことができる。なお、切り欠き１９が平面視で三角形であれば、配線パターン２のサイド側が広く開放して内部に封止材が入り込みやすくなる。
実施の形態５．
図１０は本願発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。図１１は図１０のＩ−ＩＩに沿った断面図である。なお、図１０において半導体チップ６やワイヤ７は省略している。
絶縁基板１は、溝２０により互いに分離された配線パターン２１，２２を有する。はんだ付け部４が配線パターン２１上に設けられ、実施の形態１のＮｉめっきマーク５の代わりに位置認識用の穴２３が配線パターン２２に設けられている。この穴２３により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。その他の構成及び製造工程は実施の形態１と同様である。
はんだ付け部４を設けた配線パターン２１と位置認識用の穴２３を設けた配線パターン２２を溝２０により分離することで、はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が穴２３に到達しないため、部分放電の発生を防ぐことができる。そして、はんだ９が溝２０の上部を覆っても、配線パターン２のサイドから封止材１３が溝２０の内部に入り込むため、空隙が生じない。また、溝２０の幅を１ｍｍ以下にすれば、組立に必要な領域を十分に確保できる。
実施の形態６．
図１２は本願発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す平面図である。図１３は図１２のＩ−ＩＩに沿った断面図である。なお、図１２において半導体チップ６やワイヤ７は省略している。
実施の形態１のＮｉめっきマーク５の代わりに位置認識用の穴２４が配線パターン２に設けられている。この穴２４により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。はんだ付け部４と穴２４の間隔は５ｍｍ以上離れている。その他の構成及び製造工程は実施の形態１と同様である。
はんだ付け部４と穴２４の間隔を５ｍｍ以上離すことにより、はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が配線パターン２に到達しないため、部分放電の発生を防ぐことができる。また、ワイヤボンドの領域を広く確保しているので、組立に必要な領域を十分に確保できる。
実施の形態７．
図１４は本願発明の実施の形態７に係る半導体装置を示す平面図である。図１５は図１４のＩ−ＩＩに沿った断面図である。なお、図１４において半導体チップ６やワイヤ７は省略している。
絶縁基板１は、溝２０により互いに分離された配線パターン２１，２２を有する。はんだ付け部４が配線パターン２１上に設けられ、実施の形態１のＮｉめっきマーク５の代わりに位置認識用の穴２４が配線パターン２１に設けられ、位置認識用の穴２３が配線パターン２２に設けられている。この穴２３，２４により絶縁基板１の位置を認識して半導体チップ６にワイヤ７をボンディングする。はんだ付け部４と穴２４の間隔は５ｍｍ以上離れている。その他の構成及び製造工程は実施の形態１と同様である。
はんだ付け部４を設けた配線パターン２１と位置認識用の穴２３を設けた配線パターン２２を溝２０により分離することで、はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が穴２３に到達しないため、部分放電の発生を防ぐことができる。また、同じ配線パターン２１に設けられたはんだ付け部４と穴２４の間隔を５ｍｍ以上離すことにより、はんだ付け部４から流れ出たはんだ９が配線パターン２に到達しないため、部分放電の発生を防ぐことができる。これにより、部分放電の発生を防ぎながら設計の自由度を向上させることができる。
なお、実施の形態５〜７において、位置認識用の穴２３，２４の代わりに、実施の形態１〜４のようなＮｉめっきマーク５、レジストマーク１５、ソルダーレジストの開口１８、切り欠き１９を用いてもよい。これにより部分放電の発生を更に確実に防ぐことができる。
１ 絶縁基板、２ 配線パターン、４ はんだ付け部、５ Ｎｉめっきマーク（マーク）、６ 半導体チップ、７ ワイヤ、８ 電極、９ はんだ、１３ 封止材、１５ レジストマーク（マーク）、１７ 開口（第１の開口）、１８ 開口（第２の開口）、１９ 切り欠き、２０ 溝、２１ 配線パターン（第１の配線パターン）、２２ 配線パターン（第２の配線パターン）、２３，２４ 穴（マーク）

Claims (6)

  1. 絶縁基板の配線パターン上にはんだ付け部を形成する工程と、
    前記配線パターンの外周を覆う保護膜と前記配線パターン上に配置されたマークをソルダーレジストにより同時に形成する工程と、
    前記絶縁基板上に半導体チップを実装する工程と、
    前記マークにより前記絶縁基板の位置を認識して前記半導体チップにワイヤをボンディングする工程と、
    前記はんだ付け部に電極をはんだにより接合する工程と、
    前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止材により封止する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 溝により互いに分離された第１及び第２の配線パターンを絶縁基板上に形成する工程と、
    前記第１の配線パターン上にはんだ付け部を形成する工程と、
    前記第２の配線パターンにマークを形成する工程と、
    前記絶縁基板上に半導体チップを実装する工程と、
    前記マークにより前記絶縁基板の位置を認識して前記半導体チップにワイヤをボンディングする工程と、
    前記はんだ付け部に電極をはんだにより接合する工程と、
    前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止材により封止する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 溝により互いに分離された第１及び第２の配線パターンを絶縁基板上に形成する工程と、
    前記第１の配線パターン上にはんだ付け部と第１のマークを形成する工程と、
    前記第２の配線パターンに第２のマークを形成する工程と、
    前記絶縁基板上に半導体チップを実装する工程と、
    前記第１及び第２のマークにより前記絶縁基板の位置を認識して前記半導体チップにワイヤをボンディングする工程と、
    前記はんだ付け部に電極をはんだにより接合する工程と、
    前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止材により封止する工程とを備え、
    前記はんだ付け部と前記第１のマークの間隔を５ｍｍ以上離すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 配線パターンを有する絶縁基板と、
    前記配線パターン上に設けられたはんだ付け部と、
    前記配線パターンの外周を覆い、ソルダーレジストからなる保護膜と、
    前記配線パターン上に配置され、ソルダーレジストからなるマークと、
    前記絶縁基板上に実装された半導体チップと、
    前記半導体チップにボンディングされたワイヤと、
    前記はんだ付け部にはんだにより接合された電極と、
    前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止する封止材とを備えることを特徴とする半導体装置。
  5. 溝により互いに分離された第１及び第２の配線パターンを有する絶縁基板と、
    前記第１の配線パターン上に設けられたはんだ付け部と、
    前記第２の配線パターンに設けられたマークと、
    前記絶縁基板上に実装された半導体チップと、
    前記半導体チップにボンディングされたワイヤと、
    前記はんだ付け部にはんだにより接合された電極と、
    前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止する封止材とを備えることを特徴とする半導体装置。
  6. 溝により互いに分離された第１及び第２の配線パターンを有する絶縁基板と、
    前記第１の配線パターン上に設けられたはんだ付け部と、
    前記第１の配線パターンに設けられた第１のマークと、
    前記第２の配線パターンに設けられた第２のマークと、
    前記絶縁基板上に実装された半導体チップと、
    前記半導体チップにボンディングされたワイヤと、
    前記はんだ付け部にはんだにより接合された電極と、
    前記絶縁基板、前記半導体チップ、前記ワイヤ、及び前記電極を封止する封止材とを備え、
    前記はんだ付け部と前記第１のマークの間隔は５ｍｍ以上離れていることを特徴とする半導体装置。
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