JP6430843B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子を載置する載置部（アイランド）にパターンを形成した半導体装置に関する。
半導体素子の実装方法について、研究・開発が進んでいる。特に、半導体素子をリードフレームに載置する実装の１つとして、リードフレームを用いるリードフレームパッケージが知られている。このリードフレームパッケージを用いる場合、特にパワー半導体素子をリードフレームのアイランドに搭載して固定する際に、半田を用いる手法が知られている（例えば、特許文献１〜５参照。）。
特開平８−１７２１５４号公報 特開２００６−３０３２１６号公報 特開２００８−２９４１７２号公報 特開２０１２−１０４７０９号公報 特開２０１２−１２５７８６号公報
半導体素子を、アイランドに半田を用いて固定する場合には、溶融した半田をアイランドに載置（配置）し、溶融した半田の上に半導体素子を載置（配置）する。この場合、溶融した半田の流れる方向および広がり方を制御することは困難であった。このため、半田がアイランドから流出し、汚染が発生したり、あるいは、電気的特性の不良が発生したりする可能性があった。
そこで、本発明の目的の一つとして、溶融した半田の流れる方向および広がり方を制御し半導体素子を載置した半導体装置などを提供する。
本発明の一実施形態として、半導体素子と、第１の金属を用いて半導体素子を表面に固定するアイランドであり、表面の一部に、第１の金属が溶融した場合に表面より濡れ特性が大きい第２の金属によりパターンが形成されているアイランドとを有する半導体装置を提供する。
本発明によれば、半導体装置を製造する際に、溶融した半田の流れる方向および広がり方を制御し、不良の発生などを防止することができる。
（Ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置の一製造工程における上面図、（Ｂ）本発明の一実施形態に係る半導体装置の一製造工程における断面側面図、（Ｃ）本発明の一実施形態に係る半導体装置の別の製造工程における断面側面図 （Ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上のパターンの一例図、（Ｂ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に溶融した半田を載置した一例図、（Ｃ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に半田を用いて半導体素子を固定した一例図 （Ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上のパターンの一例図、（Ｂ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に溶融した半田を載置した一例図、（Ｃ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に半田を用いて半導体素子を固定した一例図 （Ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上のパターンの一例図、（Ｂ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に溶融した半田を載置した一例図、（Ｃ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に半田を用いて半導体素子を固定した一例図 （Ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上のパターンの一例図、（Ｂ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に溶融した半田を載置した一例図、（Ｃ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に半田を用いて半導体素子を固定した一例図 （Ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上のパターンの一例図、（Ｂ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に溶融した半田を載置した一例図、（Ｃ）本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上に半田を用いて半導体素子を固定した一例図 本発明の一実施形態に係る半導体装置のアイランド上のパターンの一例図
本発明を実施するための形態について、複数の実施形態により説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されることはなく、以下に説明する実施形態を、種々に変形などを行って実施することができる。そのような変形などを行った実施の態様も本発明の技術的範囲に含まれ得る。なお、図面においては、縦横の縮尺が、本発明の実施品とは、異なっている場合がある。
（実施形態１）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の一製造工程における上面図および断面側面図をそれぞれ示す。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、パッケージ本体１０１と、パッケージ本体１０１に設けられた複数のリード１０２と、半導体素子１０４とを有する。半導体素子１０４は、パッケージ本体１０１の上面に設けられたアイランド１０３に固定されている。以下の説明においては、半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するためには、主に金属（第１の金属）が用いられる。用いる金属としては、融点が低いものが好ましい。例えば、用いる金属としては、半田を挙げることができる。
半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するためには、溶融した金属（例えば半田）をアイランド１０３における半導体素子１０４が固定される位置に載置し、溶融した金属の上に半導体素子１０４を載置する。あるいは、固体の金属をアイランド１０３に載置し、加温や加圧をして金属を溶融し、溶融した金属の上に半導体素子１０４を載置する。
図１（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の後の工程における断面側面図を示す。図１（Ｃ）に示すように、ワイヤボンディング１０５を用いて、半導体素子１０４とリード１０２とを電気的に接続することができる。半導体素子１０４とリード１０２とを電気的に接続した後に、封止材料１０６として樹脂材料などを用いて封止を行う。
図２（Ａ）は、本発明の一実施形態における半導体装置のアイランド１０３上のパターンの一例を示す。特に、図２（Ａ）は、半導体素子１０４をアイランド１０３に固定する前の上面図である。
図２（Ａ）に示すように、アイランド１０３には、複数の矩形の方向を異ならせて交差させた形状のパターン２０１が形成されている。図２（Ａ）においては、３つの矩形を、１２０度ずつ方向を異ならせて交差させている。言い換えると、アイランド１０３には、放射状のパターン２０１が形成されている。なお、矩形の数は３に限ることはない。また、矩形の形状、大きさは同じである必要はなく、異なっていてもよい。パターン２０１の表面は、半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するために用いる金属が溶融した場合に、その濡れ特性がパターン２０１の形成されていないアイランド１０３表面の濡れ特性より高い材料により形成されている。言い換えると、半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するために用いる金属の親和性は、アイランド１０３表面よりもパターン２０１の表面の方が高い。
なお、パターン２０１の形状を構成する複数の矩形のそれぞれの幅が長さに比べて無視できる場合には、パターン２０１は、複数の線分の方向を異ならせた形状を有するということも可能である。
パターン２０１の形状について一般化を行うと、アイランド１０３の一部の領域にパターン２０１が形成される。つまり、アイランド１０３の全てがパターン２０１により覆われることはないようにすることができる。また、図２（Ａ）においては、パターン２０１は、凹形状を有する形状となっている。
半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するために用いる金属が半田である場合には、パターン２０１は、金属（第２の金属）として例えば銀を用いて形成することができる。この場合、パターン２０１は、アイランド１０３に銀メッキを行うことにより、形成することができる。あるいは、パターン２０１は、アイランド１０３に銀の蒸着を行うことによっても、形成することができる。
半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するために溶融した半田を用いる場合には、溶融した半田を、パターン２０１の交差位置２０２（あるいは、パターン２０１を構成する複数の矩形または線分の交点）に載置する。すると、図２（Ｂ）に示すように、溶融した半田は、パターン２０１の上を、交差位置２０２から矩形または線分の端部に向けて広がる。また、溶融した半田とパターン２０１表面の濡れ特性がアイランド１０３の表面より高いので、溶融した半田はパターン２０１以外に実質的に広がることはないようにすることができる。このため、図２（Ｂ）に示すように、溶融した半田は、パターン２０１上においてサブパターン２０３を形成する。
また、固形の半田をパターン２０１の交差位置２０２に配置し、加温や加圧を行い溶融することもできる。
その後、半導体素子１０４をパターン２０１の交差位置２０２に配置し、溶融した半田が固化することにより、半導体素子１０４がアイランド１０３に固定される。なお、半導体素子１０４は、厳密にパターン２０１の交差位置に配置する必要はない。
以上のように、本実施形態においては、アイランド１０３に、半導体素子１０４をアイランド１０３に固定するために用いる金属が溶融した場合に、その濡れ特性がパターン２０１の形成されていないアイランド１０３表面の濡れ特性より高い材料により形成されている。
これにより、溶融した金属をパターン２０１に配置すると、溶融した金属は、パターン２０１上を広がることになる。したがって、溶融した金属の流れる方向および広がり方をコントロールすることができる。
また、アイランド１０３の表面を削り、溶融した金属が広がる範囲などを限定するために、アイランド１０３の表面に凹部や溝を設ける必要がなくなる。したがって、アイランド１０３の表面は平坦にすることができる。
また、図２（Ｃ）に示すように、半導体素子１０４のコーナーをサブパターン２０３の上に位置させることにより、半導体装置１０４の固定をより確実に行うこともできる。
（実施形態２）
図３（Ａ）は、本発明の一実施形態における半導体装置のアイランド１０３上のパターンの一例を示す。
図３（Ａ）に示すように、アイランド１０３には、複数の矩形の方向を異ならせた形状のパターン３０１が形成されている。パターン３０１の材料や形成の仕方は実施形態１と同様である。ただし、実施形態１とは異なり、パターン３０１の交差位置３０２が、アイランド１０３の中心からオフセットされている。なお、アイランド１０３の形状が正方形、長方形（矩形）や四角形であれば、アイランド１０３の中心は、対角線の交点となる。アイランドの１０３の形状が四角形でなければ、アイランド１０３の中心は、例えば、アイランド１０３の形状の重心などとして定義することができる。
半導体装置１０４をアイランド１０３に固定する手順も実施形態１と同様である。すなわち、溶融した半田を、パターン３０１の交差位置３０２に載置する。すると、図３（Ｂ）に示すように、溶融した半田は、パターン３０１上を、パターンの交差位置３０２から端部へ広がり、サブパターン３０３を形成する。
その後、半導体素子１０４をパターン３０１の交差位置に載置し、溶融した半田が固化することにより半導体素子１０４がアイランド１０３に固定される。
以上のように、本実施形態においては、半導体素子１０４をアイランドの中心以外にも固定することができる。また、パターン３０１の交差位置３０２をアイランド１０３の中心からオフセットさせパターン３０１を構成する一つの矩形の長さを大きくすることにより、その矩形の方向に半田をより多く流すことができ、半田の量の調整を厳密に行う必要がなくなる。
（実施形態３）
図４（Ａ）は、本発明の一実施形態における半導体装置のアイランド１０３上のパターンの一例を示す。
図４（Ａ）に示すように、アイランド１０３には、複数の矩形の方向を異ならせて交差させた形状のパターン４０１が形成されている。パターン４０１の材料や形成の仕方は実施形態１と同様である。ただし、実施形態１および２とは異なり、パターン４０１には複数の交差位置４０２、４０３、４０４が存在する。また、二つの交差位置４０２、４０４は、アイランド１０３の中心からオフセットされている。
半導体装置１０４をアイランド１０３に固定する手順も実施形態１および２と同様である。すなわち、溶融した半田を、パターン４０１の交差位置４０２に載置する。すると、図４（Ｂ）に示すように、溶融した半田は、パターン４０１上を、パターンの交差位置４０２から広がり、サブパターン４０５を形成する。
その後、半導体素子１０４をパターン４０１の交差位置４０２に載置し、溶融した半田が固化することにより半導体素子１０４がアイランド１０３に固定される。
また、パターン４０１には、交差位置４０２、４０３、４０４が存在するので、その中の交差位置４０４に溶融した半田を載置し、別の半導体素子を固定することもできる。また、交差位置４０３に溶融した半田を載置し、さらに別の半導体素子を固定することもできる。
本実施形態によれば、パターンが複数の交差位置を有するので、複数の半導体素子を固定することができる。
（実施形態４）
実施形態１〜３においては、アイランド１０３上のパターンの連結成分は１つであった。しかし、本発明においては、アイランド１０３上のパターンの連結成分を任意の数とすることができる。例えば、図５（Ａ）に示すように、アイランド１０３の中心に正方形または矩形のパターン５０１を配置する。また、正方形または矩形のパターン５０１の周囲に、正方形または矩形のパターン５０１を取り囲むパターン５０５を形成する。正方形または矩形のパターン５０１およびそれを取り囲むパターン５０５の周囲には、Ｌ字状のパターン５０３、５０４を配置する。またＬ字状のパターンの間には、直線状のパターンも配置することができる。この場合、正方形または矩形のパターン５０１およびそれを取り囲むパターン５０５、Ｌ字状のパターン５０３、５０４、また必要であれば直線状のパターンを除く部分５０５には、パターンが形成されていないようにすることができる。
本実施形態において、半導体装置１０４をアイランド１０３に固定するには、アイランド１０３上のパターン上の任意の場所に溶融した半田を載置することができる。すると、図５（Ｂ）に示すように、溶融した半田は、複数のパターンに分散し、分散したサブパターンを形成する。そして、図５（Ｃ）に示すように、分散したサブパターンの上に、半導体素子１０４を配置する。
以上のように、本実施形態においては、半導体素子１０４をアイランド１０３のパターン上の任意の位置に固定することができる。また、この場合、パターンの占めるアイランド１０３上の面積の割合を高めることができ、半田が必要以上に広がることを防ぐことができる。
（実施形態５）
本発明において、アイランド１０３上のパターンは、正方形の形状、矩形の形状、Ｌ字状または直線状の形状のように、直線的な形状やそれらの組み合わせに限定されるものではない。例えば、図６（Ａ）に示すように、複数の円形の形状６０１を配置したパターンを形成することができる。この場合、複数の円形の形状６０１のパターンは、円形の形状６０１を複数の平行な等間隔の複数の直線上のそれぞれに配置することができる。また、隣接する直線上の円形の形状６０１の中心を結ぶ線は複数の直線と直角に交わらないようにすることができ、言い換えると、複数の円形の形状６０１を「市松模様」を形成するように配置することができる。また、図６（Ａ）において、符号６０２は、パターンが形成されていないアイランドの部分を表わす。
本実施形態において、半導体装置１０４をアイランド１０３に固定するには、アイランド１０３上のパターン上の任意の場所に溶融した半田を載置することができる。すると、図６（Ｂ）に示すように、溶融した半田は、符号６０２の部分を含む部分に載置されても、円形の形状６０１に吸引されるように広がり、サブパターン６０３を描く。その後、サブパターン６０３の上に半導体素子１０４を固定することができる。
本実施形態によれば、アイランドの任意の位置に半導体素子１０４を固定することができる。また、より多くの円形の形状６０１を配置することにより半田が必要以上に広がることを防ぐことができる。
（実施形態６）
図７は、本発明の一実施形態における半導体装置のアイランド１０３上のパターンの一例を示す。図７において、パターン２０１の周囲が、別のパターン７０１により取り囲まれている。言い換えると、パターン７０１により取り囲まれる領域内に、実施形態１のパターン２０１が配置されている。なお、図７においては、パターン２０１としては、実施形態１のものを示したが、パターン２０１の代わりに、任意のパターン、例えば実施形態２〜５のいずれか一つまたは組合せのパターンを用いることができる。
また、半導体素子を固定するには、パターン７０１により取り囲まれている領域に、実施形態１〜５において説明したように、溶融した半田を載置する。
本実施形態においては、半田が広がり過ぎたとしても、別のパターン７０１に半田が広がることにより、アイランド１０４から半田が溢れることを防ぐことができる。
（その他の実施形態）
以上において、半導体素子を、アイランドに金属（例えば半田）を用いて固定する場合について述べた。しかし、本発明は、金属を用いる場合に限定されず、接着剤を用いて半導体素子をアイランドに固定する場合についても使用することができる。この場合、アイランドには、アイランドの表面の接着剤に対する親和性よりも接着剤に対する親和性の高い材料によりパターンを形成する。
１０３ アイランド（半導体素子搭載部）、２０１ パターン、２０２ パターンにおける交差位置、２０３ サブパターン（半田を放射形状の中心部に載置した後の半田の広がり）、１０４ 半導体素子

Claims (11)

  1. 半導体素子と、
    第１の金属を用いて前記半導体素子を表面に固定するアイランドであり、前記表面の一部に、前記第１の金属が溶融した場合に前記表面より濡れ特性が大きい第２の金属によりパターンが形成されているアイランドと
    を有し、
    前記パターンは凹形状を有する、半導体装置。
  2. 前記第１の金属は半田であり、前記第２の金属は銀である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記パターンは、前記第２の金属のめっきにより形成されている請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記パターンは、複数の矩形または直線の方向を異ならせて交差した放射状の形状を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記パターンは、前記複数の矩形または直線の交差する位置を前記アイランドの中心からオフセットさせたパターンである請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記パターンは、複数の矩形または直線の方向を異ならせて複数の位置で交差させた請求項４または５に記載の半導体装置。
  7. 前記パターンは、複数の連結成分を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記パターンは、Ｌ字形状のパターンおよび正方形または矩形のパターンを含む請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記パターンは、複数の円形形状のパターンを有する請求項７に記載の半導体装置。
  10. 前記パターンは、前記複数の円形形状のパターンを市松模様に配置したパターンである請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記パターンを取り囲む、前記第２の金属により形成されている別のパターンを有する請求項１から１０に記載の半導体装置。

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