JP6379799B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板に配置された半導体チップの電極パッドを導電性ポストを介してプリント基板へ電気的且つ機械的に接合する半導体装置に関する。

電力変換装置、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボット等では、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワーＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子を搭載した半導体装置が使用されている。
特許文献１には、この半導体装置として、銅パターン付絶縁基板の表裏に銅ブロックを配置し、おもて側の銅ブロックにＩＧＢＴチップ及びダイオードチップを配置し、ＩＧＢＴチップ及びダイオードチップとプリント基板との間を複数のインプラントピン（以下、導電性ポストと称す）で接続するようにした半導体装置が記載されている。

特許文献２には、半導体チップのおもて面電極とポスト電極との接合面の少なくとも一方に、有機被膜で保護された金属粒子を塗布し、半導体チップのおもて面電極とポスト電極との間を加圧するとともに加熱して、有機被膜を破壊して金属粒子を露出させてこの金属粒子を活性接合させて、おもて面電極とポスト電極とを接合する半導体装置の製造方法が記載されている。

特開２０１１−１４２１２４号公報 特開２０１２−７４４３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、半導体チップとプリント基板との間を接続する導電性ポストの半導体チップへの接続を半田によって固着するようにしている。
このように、導電性ポストを半田によって接合する場合には、リフロー処理等の接合プロセスにおいて、半田が溶融したときに、半田が濡れ広がり、流動するため、隣接する導電性ポスト間で半田ブリッジが発生し、短絡による接続不良が発生するという未解決の課題がある。

また、特許文献２に記載されている半導体チップと導電性ポストとを接合する接合材としてナノＡｇ等に代表される金属粒子などの固体拡散接合材を用いた場合においても、接合時の加圧等のプロセスにより接合材が水平面へ広がる場合があるため、上記半田と同じく半導体チップのそれぞれの電極パッド上の接合材が接触し、短絡による接続不良が発生する場合もあるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上述した従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、半導体チップと導電性ポストとの接合を、隣接する導電性ポスト間の短絡による接続不良を防止することができる半導体装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の一態様は、絶縁基板と、この絶縁基板の一方の面に配置された半導体チップと、この半導体チップの絶縁基板とは反対側の面に備えた電極パッドと、この電極パッドに一端が接合材で接合される複数の導電性ポストと、半導体チップの一方の面に対向して配置され、各導電性ポストの他端が接合される電気配線部が形成されたプリント基板とを備えている。そして、電極パッドは、互いに離間する第１導電性ポストが接合される第１電極パッドおよび第２導電性ポストが接合される第２電極パッドで構成され、第１電極パッドおよび第２電極パッドの一方における接合材配置領域の周囲に耐熱性絶縁樹脂層が形成されている。そして、第１導電性ポストに隣接する第２導電性ポストは、第１導電性ポストの接合材と第２導電性ポストの接合材とが結合しない距離の短絡防止領域を避けて配列され、半導体チップの短絡防止領域を含み且つ接合材配置領域を除く領域に耐熱性絶縁樹脂層を形成している。

本発明によれば、半導体チップの一方の面に備えた電極パッドに接合材で接合された複数の導電性ポストを有する場合に、隣接する導電性ポスト間の短絡を導電性ポストの接合材配置領域の周囲に形成した耐熱性絶縁樹脂層によって防止することができる。したがって、半導体チップの実装品質を向上させることができる。

本発明の半導体装置における等価回路の例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態の半導体装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の半導体チップの平面図である。 本発明の第１の実施形態の半導体チップの導電性ポストを接合した状態の平面図である。 半導体チップの拡大断面図である。 インクジェットプリンタを使用する描画処理で耐熱性絶縁樹脂層を形成する場合の工程図である。 フォトリソグラフィ処理で耐熱性絶縁樹脂層を形成する場合の工程図である。 本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す半導体チップの平面図である。 本発明の第２の実施形態を示す半導体チップの導電性ポストを接合した状態の平面図である。 本発明に係る半導体装置としてのパワー半導体モジュールの変形例を示す図２と同様の断面図である。

以下、本発明の実施の形態の一例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の半導体装置における等価回路の例を示す回路図である。この半導体装置は、第１トランジスタＱ１、第１ダイオードＤ１、第２トランジスタＱ２、第２ダイオードＤ２、第１コレクタ端子Ｃ１、第１ゲート端子Ｇ１、第２ゲート端子Ｇ２、中間端子Ｃ２／Ｅ１、第２エミッタ端子Ｅ２を備えている。

第１ゲート端子Ｇ１は、第１トランジスタＱ１のゲートと電気的に接続されている。第１トランジスタＱ１のコレクタと、第１ダイオードＤ１のカソードとが電気的に接続され、これらは第１コレクタ端子Ｃ１に電気的に接続されている。
第２ゲート端子Ｇ２は、第２トランジスタＱ２のゲートと電気的に接続されている。第２トランジスタＱ２のエミッタと、第２ダイオードＤ２のアノードが電気的に接続され、これらは第２エミッタ端子Ｅ２に電気的に接続されている。

第１トランジスタＱ１のエミッタと、第１ダイオードＤ１のアノードと、第２トランジスタＱ２のコレクタと、第２ダイオードＤ２のカソードとが電気的に接続されており、これらは中間端子Ｃ２／Ｅ１に電気的に接続している。
本実施形態の半導体装置は、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２として、例えばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどのスイッチングデバイスが用いられる。第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２は、フリー・ホイーリング・ダイオードとして用いられている。

図２は、本発明の第１の実施形態の半導体装置の断面図である。定格電流の大きなパワー半導体装置用のトランジスタでは、定格電流の小さな半導体チップを並列に用いて全体として定格電流を大きくすることが行なわれる。図２は、図１の破線で示した第１トランジスタおよび第１コレクタ端子Ｃ１の部分を表したものであり、２つの半導体チップ１１Ａ，１１Ｂおよび２つの外部接続用のピン状導電体２０でそれぞれ並列に形成したものを示している。
絶縁基板１２は、伝熱性の良いアルミナ等のセラミックス基板１５と、このセラミックス基板１５の表裏面に個別に貼り付けられた銅板１６ａ及び１６ｂとで構成されている。
絶縁基板１２のおもて面側の銅板１６ａには、銅板１６ａ上に配置された複数のパワーデバイスの間を接続するための所定の配線パターンが形成されている。

図３に示すように、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂのおもて面には、第１電極パッド１１ａと、第２電極パッド１１ｂとがそれぞれ形成されている。第１電極パッド１１ａは、主電極パッドとなるエミッタ電極パッドを構成する。第２電極パッド１１ｂは、制御電極パッドとなるゲート電極パッドを構成する。
図２に示すように、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの裏面には、第３電極パッド１１ｃがそれぞれ形成されている。第３電極パッド１１ｃは、主電極パッドとなるコレクタ電極パッドを構成する。

そして、絶縁基板１２の銅板１６ａは、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの裏面にある各第３電極パッド１１ｃと半田１７を介して電気的に接続されている。半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂは、シリコン基板で形成したものでもよいし、ＳｉＣ基板で形成したものでもよい。
ピン状導電体２０（第１コレクタ端子Ｃ１）は、図示しない半田を伴って、絶縁基板１２の銅板１６ａに電気的に接続されている。
半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの上方には、電気配線部を有するプリント基板１４が半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの上面から所定距離離間して備えられている。

図４に示すように、複数の第１導電性ポスト１８ａは、第１電極パッド１１ａとプリント基板１４の配線回路とを半田１９を介してそれぞれ電気的且つ機械的に接続している。
第２導電性ポスト１８ｂは、第２電極パッド１１ｂとプリント基板１４の電気配線部とを半田１９を介して電気的且つ機械的に接続している。
図２から図４で示したように、樹脂封止材２４は、ピン状導電体２０（第１コレクタ端子Ｃ１）の一端と、絶縁基板１２の裏面の銅板１６ｂの下面を外部に露出した状態で、絶縁基板１２、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂ、第１電極パッド１１ａ、第２電極パッド１１ｂ、ピン状導電体２０（第１コレクタ端子Ｃ１）、第１導電性ポスト１８ａ、第２導電性ポスト１８ｂ、およびプリント基板１４等を封止している。

図２では、絶縁基板１２の銅板１６ａ上で、第１トランジスタＱ１を構成する半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂと、その背後に第１ダイオードＤ１を構成する半導体チップ（図示せず）とが前後方向に配置された状態を示している。すなわち、第１トランジスタＱ１と第１ダイオードＤ１は、絶縁基板１２の銅板１６ａとプリント基板１４とによって、逆並列に接続されている。

上述のように、プリント基板１４には、一方の面となる裏面から下方に延長して複数本の第１導電性ポスト１８ａと一本の第２導電性ポスト１８ｂが配設されている。ピン状導電体２０（第１コレクタ端子Ｃ１）は、絶縁基板１２に上方へ向かって配置され、プリント基板１４を貫通して外部に導出される。
なお、図２のように半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂを絶縁基板１２の銅板１６ａ上で左右方向に配置せずに、前後方向に並べて配置することもできる。

図３に示すように、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂは、おもて面側には、中央部に比較的大きな面積を有する第１電極パッド１１ａが形成され、この第１電極パッド１１ａに所定幅の絶縁距離を開けて比較的小さな面積を有する第２電極パッド１１ｂが形成されている。ここで、図５に拡大図示するように、第１電極パッド１１ａ及び第２電極パッド１１ｂは、第１導電性ポスト１８ａおよび第２導電性ポスト１８ｂを半田付けで接合するために、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂのおもて面に形成された例えばアルミニウム（Ａｌ）等の電極膜１１ｄ上にメッキ処理又は蒸着処理によって銅（Ａｕ）や銀（Ａｇ）の半田の濡れ性を高める金属膜１１ｅが形成されている。

図４に、第１電極パッド１１ａ上の第１導電性ポスト１８ａと、第２電極パッド１１ｂ上の第２導電性ポスト１８ｂの配置を例示した。図４では、第１導電性ポスト１８ａを４本、第２導電性ポスト１８ｂを１本用いている。第１電極パッド１１ａは、プリント基板１４を介して図示しない外部接続用端子（エミッタ端子Ｅ１）を構成するピン状導電体（ピン端子）へ電気的に接続されている。

図４に示すように、第１電極パッド１１ａ上には、複数の第１導電性ポスト１８ａの周囲に接合材としての半田を配置する例えば方形の接合材配置領域３０が形成され、この接合材配置領域の周囲に半田の濡れ広がりを抑制可能な高さ及び幅で耐熱性絶縁樹脂層３１が形成されている。ここで、図５に示すように、耐熱性絶縁樹脂層３１は、前述した半田の濡れ性を高める金属膜１１ｅの周縁部では、この周縁部を跨いでオーバーコートするように比較的幅広に形成され、隣接する接合材配置領域３０間では例えば１００μｍ程度の幅で側面が垂直面に対して約１５度傾斜し、高さが５μｍ程度の山形に形成されている。
この耐熱性絶縁樹脂層３１は、ポリイミド樹脂（ＰＩ）を、インクジェットプリンタを使用した描画処理によって半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂのおもて面に形成する。

図６に示すように、インクジェットプリンタを使用する描画処理で耐熱性絶縁樹脂層３１を形成するには、先ず、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂのウェハおもて面を洗浄した後乾燥させるウェハ表面処理を行う（ステップＳ１）。次いで、インクジェットプリンタを使用してポリイミド樹脂を接合材配置領域３０の周囲に描画する（ステップＳ２）。次いで、プレベークし（ステップＳ３）、最後に、ファイナルキュアして耐熱性絶縁樹脂層３１を形成する（ステップＳ４）。この描画処理では、耐熱性絶縁樹脂層３１を形成するために要する時間が約１０時間で済み、耐熱性絶縁樹脂層３１の形成時間を短縮することが可能となる。

このインクジェットプリンタを使用した描画処理によれば、山形の耐熱性絶縁樹脂層３１を容易確実に短時間で形成することができる。
なお、耐熱性絶縁樹脂層３１を形成するには、図６のインクジェットプリンタを使用した描画処理に限定されるものではなく、耐熱性絶縁樹脂層３１を形成するために必要な時間が長くなるが、図７に示すフォトリソグラフィ処理で耐熱性絶縁樹脂層３１を形成するようにしてもよい。

すなわち、フォトリソグラフィ処理では、先ず、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂのウェハおもて面を洗浄した後乾燥させる（ステップＳ１１）。次いで、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂのウェハおもて面の全域にポリイミド樹脂を塗布してからプリベークする（ステップＳ１２）。次いで、プリベークしたポリイミド樹脂上にレジストを塗布した後プリベークする（ステップＳ１３）。次いで、プリベークしたレジストに露光する（ステップＳ１４）。次いで、露光したレジストを現像して不要なポリイミド樹脂層を除去してからプリベークする（ステップＳ１５）。次いで、ポストベークし（ステップＳ１６）、次いで、レジストを剥離し（ステップＳ１７）、最後に、ファイナルキュアを行って耐熱性絶縁樹脂層３１を形成する（ステップＳ１８）。このフォトリソグラフィ処理では、耐熱性絶縁樹脂層３１を形成するために要する時間が約１９時間掛かる。

このようにして半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの第１電極パッド１１ａにおける導電性ポスト１８ａを接合する接合材配置領域３０の周囲に耐熱性絶縁樹脂層３１を形成した後に、接合材配置領域３０に接合材としての例えば鉛フリー半田を塗布し、この鉛フリー半田上に第１導電性ポスト１８ａを立てた状態とする。同様に第２電極パッド１１ｂにおける導電性ポスト１８ｂを接合する接合材配置領域３２にも接合材としての例えば鉛フリー半田を塗布し、この鉛フリー半田上に第２導電性ポストを立てた状態とする。
この状態で、例えば２８０℃程度でリフロー処理することにより、導電性ポスト１８ａおよび１８ｂを第１電極パッド１１ａおよび第２電極パッド１１ｂに接合できる。

そして、パワー半導体モジュール１０の各構成要素は、例えば熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂材料による樹脂封止材２４によってモールド成型され、保護される。その結果、パワー半導体モジュール１０の外形は、全体として平面視で矩形形状をなす直方体状のモールド成形体２５として形成されている。このとき、絶縁基板１２の裏面側の銅板１６ｂは、その下面がモールド成形体２５の底面と面一か底面より僅かに突出している。

次に、上記構成を有する本実施形態のパワー半導体モジュールの製造方法について図８を伴って説明する。なお、第１電極パッド１１ａ及び第２電極パッド１１ｂは、図８中で図示していないが、下記文章で説明している。
先ず、図８（ａ）に示すように、絶縁基板１２の銅板１６ａ上に半田等の接合材１７によって半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂを実装する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、絶縁基板１２に実装された半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂにおいて、第１電極パッド１１ａにおける耐熱性絶縁樹脂層３１で囲まれる接合材配置領域３０に接合材２１を塗布するとともに、第２電極パッド１１ｂの接合材配置領域３２に接合材２１を塗布する。
例えば、接合材２１として液相接合するペースト状半田（接合材）２１を使用する場合、ディスペンサー等を用いてペースト状半田（接合材）２１を部分的に塗布する。ペースト状半田２１の塗布量は、第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂが第１電極パッド１１ａ及び第２電極パッド１１ｂ上に、それぞれ接合後の所定の半田厚さに対応する体積となるように塗布する。

ワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）デバイスを用いられた半導体装置の製造に使用する半田としては、ワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）デバイスの高温動作に対応するため高温鉛フリー半田を用いる。具体的には、ＳｎＡｇＣｕＮｉＧｅ系半田、Ｓｎ３．５％Ａｇ半田等のＳｎＡｇ系半田、Ｓｎ５％Ｓｂ半田等のＳｎＳｂ系半田、ＳｎＡｇＣｕ系半田、ＳｎＡｇＢｉ系半田、ＳｎＣｕＢｉ系半田、ＳｎＣｕ系半田、ＳｎＡｕ系半田、ＡｕＳｉ系半田、ＡｇＳｉ系半田、ＡｇＧｅ系半田等が該当する。
これらの高温鉛フリー半田の特徴として、濡れ性の低下が懸念されるが、耐熱性絶縁樹脂層３１で囲まれた接合材配置領域３０に配置することにより、耐熱性絶縁樹脂層３１を越える濡れ広がりを防止することができる。

次いで、図８（ｃ）に示すように、絶縁基板１２の銅板１６ａに形成した嵌合孔２２内に外部接続用端子（コレクタ端子Ｃ１）としてのピン状導電体（ピン端子）２０を嵌合させる。次いで、ピン状導電体２０をプリント基板１４に形成した貫通孔１４ａに挿通させ、ピン状導電体２０を案内としてプリント基板１４を半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの上方から下降させる。
そして、プリント基板１４に固定された第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂは、ペースト状半田２１に接触した状態で、リフロー炉へ導入してリフロー処理する。これにより、第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂは、第１電極パッド１１ａ及び第２電極パッド１１ｂにそれぞれ接合される。

このとき、リフロー処理により、半田が溶融することになるが、半田の回りが耐熱性絶縁樹脂層３１によって囲まれているので、溶融した半田が耐熱性絶縁樹脂層３１を越えて隣接する接合材配置領域３０及び３２間で移動することが確実に防止される。このため、第１電極パッド１１ａに接合される第１導電性ポスト１８ａと、第１導電性ポスト１８ａに隣接する第２導電性ポスト１８ｂとの間に、半田付け時の濡れ上がりによって発生するフィレットが互いに連結することを防止できる。したがって、第１導電性ポスト１８ａに形成されるフィレットとこれに一番近い第２導電性ポスト１８ｂに形成されるフィレットとがブリッジ状態となることを確実に防止することができ、第１電極パッド１１ａ及び第２電極パッド１１ｂ間の短絡を確実に防止することができる。
その後、接合された絶縁基板１２と、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂと、プリント基板１４とを熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂材料による樹脂封止材２４よってモールド成型して半導体装置としてのパワー半導体モジュール１０が形成される。

このように、上記第１の実施形態によると、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの一面に複数の電極パッド１１ａ，１１ｂが形成されている場合に、多くの第１導電性ポスト１８ａが接合される第１電極パッド１１ａの周囲に形成された接合材を配置する接合材配置領域３０の周囲に耐熱性絶縁樹脂層３１が形成されている。このため、耐熱性絶縁樹脂層３１で囲まれる接合材配置領域３０に半田でなる接合材を塗布し、この接合材中に第１導電性ポスト１８ａを配置した状態でリフロー処理を行った場合に、溶融した接合材が耐熱性絶縁樹脂層３１を越えて濡れ広がることを確実に抑制することができる。したがって、第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂ間で半田のフィレットがブリッジ状態となることを確実に防止することができる。
また、第１電極パッド１１ａを形成するおもて面側の金属膜１１ｅの周縁部では、耐熱性絶縁樹脂層３１を、金属膜１１ｅの周縁を乗り越えてオーバーコートするので、電極膜１１ｄに対する密着性が不安定な金属膜１１ｅの周縁部の剥がれやクラックの発生を防止することができる。

したがって、第１導電性ポスト１８ａと第２導電性ポスト１８ｂとの間にフィレットが結合してブリッジ状態が生じることを確実に防止することができ、電極パッド１１ａと電極パッド１１ｂとの間の短絡を確実に防止することができ、接続不良の発生を回避することができる。これにより、パワー半導体モジュール１０の半導体チップ個々の実装品質を向上させることができ、パワー半導体モジュール１０の信頼性を確保することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、第１電極パッド１１ａにおける導電性ポスト１８ａを接合する接合材配置領域３０の周囲を囲むように耐熱性絶縁樹脂層３１を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２電極パッド１１ｂにおける第２導電性ポスト１８ｂと接合する接合材配置領域３２の周囲を囲むように耐熱性絶縁樹脂層３１を配置するようにしてもよい。

なお、上記第１の実施形態では、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの電極パッド１１ａ及び１１ｂと、プリント基板１４に固定した第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂとをそれぞれ半田付けする場合について説明したがこれに限定されるものはない。すなわち、接合材として半田に代えてナノＡｇに代表される金属粒子を用いた固相拡散接合材を適用することができる。

このように、接合材として固相拡散接合材を適用する場合には、図９に示すように、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂを接合する例えば円形の接合材配置領域３０及び３２の周囲に耐熱性絶縁樹脂層３１を形成し、耐熱性絶縁樹脂層３１で囲まれる接合材配置領域３０及び３２に固相拡散接合材を部分的にディスペンサー等により塗布する。そして、固相拡散接合材上にプリント基板１４に固定された第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂを接触させた状態で、加熱・加圧することにより、第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂは、固相拡散接合材を介して電極パッド１１ａ及び１１ｂとそれぞれ電気的且つ機械的に接合される。

このように、固相拡散接合材を用いたパワー半導体モジュール１０の製造方法においても、半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂに耐熱性絶縁樹脂層３１が形成されている。このため、加圧加熱接合等のプロセスにより固相拡散接合材が水平面に拡がる場合に、それぞれの半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂ上の異なる電極パッド上に塗布された固相拡散接合材が接触することがなく、接合材の短絡による接続不良を回避することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図１０を伴って説明する。
この第２の実施形態は、複数の第１導電性ポスト１８ａを接合する第１電極パッド１１ａに第２導電性ポスト１８ｂとの間の接合材同士の短絡を防止する短絡防止領域を形成するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図１０に示すように、各半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの第１電極パッド１１ａには、第２電極パッド１１ｂに接合される第２導電性ポスト１８ｂの近傍領域に、例えば第２導電性ポスト１８ｂが第２電極パッド１１ｂの中心に接合された状態における第２導電性ポスト１８ｂの中心を中心とする半円形の導電性ポストの接合を禁止する短絡防止領域Ａｓが設定されている。

この短絡防止領域Ａｓは、接合材としての例えば半田による第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂの接合時に、隣接する第１導電性ポスト１８ａと第２導電性ポスト１８ｂに個別にフィレットが形成される際に、両者のフィレットが互いに結合してブリッジが形成されることを防止できる程度の半径以上の半径を有する半円状に設定されている。好ましくは、絶縁基板１２の銅板１６ａ上の半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの設置位置と、第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂを有するプリント基板１４の設置位置との水平面内の相対位置ズレが許容最大値であるときに、第２導電性ポスト１８ｂと、この第２導電性ポスト１８ｂに一番近い第１導電性ポスト１８ａとにそれぞれ形成されるフィレットが互いに結合しない半径に設定されている。

したがって、プリント基板１４に固定された各第１導電性ポスト１８ａは、第１電極パッド１１ａの半導体チップ１１Ａ及び１１Ｂの短絡防止領域Ａｓの外側で且つ第１電極パッド１１ａの周縁部に沿って配列されるようにプリント基板１４に位置決めして例えば半田等の接合部材によって固定されている。
すなわち、第１電極パッド１１ａへの第１導電性ポスト１８ａの接合形態が、図１０に示すように、中央部と第２電極パッド１１ｂ側を開けた状態となるように第１導電性ポスト１８ａがプリント基板１４に平面から見て例えば逆Ｕ状に配列されて位置決め固定されている。

そして、各第１導電性ポスト１８ａの接合材配置領域３０及び第２導電性ポスト１８ｂの接合材配置領域３２を除く半導体チップ１１Ａ，１１Ｂのおもて面全面に耐熱性絶縁樹脂層３１が形成されている。
この第２の実施形態によると、第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂの周囲の接合材配置領域３０及び３２を除いて半導体チップ１１Ａ，１１Ｂのおもて面の全面が耐熱性絶縁樹脂層３１で覆われているので、上述した第１の実施形態と同様の短絡防止効果を得ることができる。

さらに、第２の実施形態では、第１電極パッド１１ａに短絡防止領域Ａｓが設定されて、この短絡防止領域Ａｓには第１導電性ポスト１８ａを配置しないようにしている。このため、電極パッド１１ａ及び１１ｂに第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂを半田付けする際に、第１導電性ポスト１８ａとこれに隣接する第２導電性ポスト１８ｂとの間に半田付けの際に形成される各フィレットが結合することがない十分な間隔を確保することができる。

したがって、第１電極パッド１１ａの第１導電性ポスト１８ａのうち第２電極パッド１１ｂの第２導電性ポスト１８ｂに一番近い第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂの周囲に形成される耐熱性絶縁樹脂層３１で囲まれる接合材配置領域３０及び３２に配置された接合材が耐熱性絶縁樹脂層３１を乗り越えた場合でも第１導電性ポスト１８ａと第２導電性ポスト１８ｂとの間でフィレットが互いに結合してブリッジ状態が生じることを確実に防止することができる。このため、第１電極パッド１１ａと第２電極パッド１１ｂとの間の短絡を確実に防止することができ、接続不良の発生を回避することができる。これにより、パワー半導体モジュール１０の半導体チップ個々の実装品質を向上させることができ、パワー半導体モジュール１０の信頼性を確保することができる。

しかも、中央部の第２導電性ポスト数に対して周辺部の第２導電性ポスト１８ｂの数が多く設定されているので、パワーサイクル信頼性試験において熱の影響を受け易い半導体チップの中央部でのクラック等による劣化を回避することができ、寿命の長いパワー半導体モジュールを提供することができる。
なお、上記第２の実施形態では、第１導電性ポスト１８ａをＵ字状に配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、短絡防止領域Ａｓを避ける外側であれば第１導電性ポスト１８ａを任意に配列させることができる。

また、上記第１の実施形態及び第２の実施形態においては、導電性ポストの周囲に形成する接合材配置領域３０及び３２を方形又は円形とした場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、接合材配置領域は三角形、五角形以上の多角形や楕円形等の任意の形状に形成することができる。
また、上記第１及び第２の実施形態では、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂを搭載した絶縁基板１２及びプリント基板１４を樹脂封止材２４でモールド成型する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図１１に示す構成を有するパワー半導体モジュール４４にも適用することができる。

すなわち、パワー半導体モジュール４４は、金属性の放熱ベース４１上に半導体チップ１１Ａ，１１Ｂを搭載した絶縁基板１２を配置し、半導体チップ１１Ａ，１１Ｂとプリント基板１４に形成した第１導電性ポスト１８ａ及び第２導電性ポスト１８ｂとを半田１９によって電気的に接合されている。この接合状態で、外側を囲う樹脂ケース４２で覆い、この樹脂ケース４２内にゲル状絶縁封止材４３を充填することによりパワー半導体モジュール４４を形成する。

１０…パワー半導体モジュール
１１Ａ，１１Ｂ…半導体チップ
１１ａ…第１電極パッド
１１ｂ…第２電極パッド
１１ｃ…第３電極パッド
１２…絶縁基板
１４…プリント基板
１４ａ…貫通孔
１５…セラミックス基板
１６ａ，１６ｂ…銅板
１７…半田（接合材）
１８ａ…第１導電性ポスト
１８ｂ…第２導電性ポスト
１９…半田（接合材）
２０…ピン状導電体
２１…ペースト状半田（接合材）
２２…嵌合孔
２４…樹脂封止材
２５…モールド成形体
３０，３２…接合材配置領域
３１…耐熱性絶縁樹脂層
４１…放熱ベース
４２…樹脂ケース
４３…ゲル状絶縁封止材
４４…パワー半導体モジュール
Ａｓ…短絡防止領域
Ｑ１…第１トランジスタ
Ｄ１…第１ダイオード
Ｑ２…第２トランジスタ
Ｄ２…第２ダイオード
Ｃ１…第１コレクタ端子
Ｇ１…第１ゲート端子
Ｇ２…第２ゲート端子
Ｃ２／Ｅ１…中間端子
Ｅ２…第２エミッタ端子

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一方の面に配置された半導体チップと、
   前記半導体チップの前記絶縁基板とは反対側の面に備えた電極パッドと、
   前記電極パッドに一端が接合材で接合される複数の導電性ポストと、
   前記半導体チップの一方の面に対向して配置され、前記各導電性ポストの他端が接合される電気配線部が形成されたプリント基板とを備え、
   前記電極パッドは、互いに離間する第１導電性ポストが接合される第１電極パッドおよび第２導電性ポストが接合される第２電極パッドで構成され、
   前記第１電極パッドおよび第２電極パッドの一方における前記接合材配置領域の周囲に耐熱性絶縁樹脂層が形成され、
   前記第１導電性ポストに隣接する前記第２導電性ポストは、前記第１導電性ポストの前記接合材と前記第２導電性ポストの前記接合材とが結合しない距離の短絡防止領域を避けて配列され、前記半導体チップの前記短絡防止領域を含み且つ前記接合材配置領域を除く領域に前記耐熱性絶縁樹脂層を形成したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記耐熱性絶縁樹脂層は、ポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記耐熱性絶縁樹脂層は、ポリイミド樹脂をフォトリソグラフィ処理で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記耐熱性絶縁樹脂層は、ポリイミド樹脂をインクジェットプリンタで接合材配置領域の周囲に印刷し、プレベークした後にファイナルキュアして形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。

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