JP6479036B2 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)、MOSFET、あるいはダイオードなどの半導体素子を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET, or a diode, and a method of manufacturing the same.
従来の電力用の半導体素子を用いた半導体装置において、半導体素子に設けられる素子側電極と外部電極との電気的接続を半田接合材を介挿して行った半導体装置がある。このような半田接合を行う半導体装置では、半田接合材によって素子側電極の一部に応力が集中することにより、素子側電極と外部電極との電気的接続が良好に行えないという技術課題が存在する。 In a conventional semiconductor device using a power semiconductor element, there is a semiconductor device in which an electrical connection between an element side electrode provided on the semiconductor element and an external electrode is performed by inserting a solder bonding material. In a semiconductor device that performs such solder bonding, there is a technical problem that electrical connection between the device side electrode and the external electrode can not be favorably performed because stress is concentrated on a part of the device side electrode by the solder bonding material. Do.
上述した技術課題を解決するための技術的工夫を図った半導体装置として、例えば、特許文献1で開示された半導体装置がある。
A semiconductor device disclosed in
この半導体装置は、素子側電極である表面電極上にメッキ電極を形成し、メッキ電極と外部電極との間に半田接合材を設けて、表面電極,外部電極間の電気的接続を図る際、メッキ電極の外縁部に応力が集中してメッキ電極が剥離することを抑制すべく、メッキ電極の平面形状を外部電極より広くし、外部電極の側面からメッキ電極端の側面にかけて、半田接合材の端面の断面形状に傾きを持たせた端面傾き形状を設けている。 In this semiconductor device, a plated electrode is formed on a surface electrode which is an element side electrode, a solder bonding material is provided between the plated electrode and the external electrode, and electrical connection between the surface electrode and the external electrode is intended. In order to suppress stress concentration on the outer edge of the plating electrode and exfoliation of the plating electrode, the planar shape of the plating electrode is made wider than the external electrode, and the solder bonding material is made from the side surface of the external electrode to the side surface of the plating electrode An end face inclined shape is provided in which the cross-sectional shape of the end face is inclined.
しかしながら、特許文献1で開示された半導体装置は、上記端面傾き形状を設けるために、外部電極よりも広い面積でメッキ電極を形成する必要性から、外部電極の接合面積が、メッキ電極、すなわち、半導体素子の表面電極における半田接合面積より必ず小さくなってしまう結果、外部電極,表面電極間の電流密度向上に限界が生じてしまう問題点があった。
However, in the semiconductor device disclosed in
また、半導体素子としてSiC半導体素子等、高温対応半導体素子は大面積化が難しいという、別の課題を有しているため、この別の課題が、上記問題点の解消をより困難にしてしまうことになる。 In addition, since other semiconductor devices compatible with high temperature, such as SiC semiconductor devices as semiconductor devices, have another problem that enlargement of area is difficult, this other problem makes it more difficult to solve the above problems. become.
一般に電力用のパワー半導体モジュールと呼ばれる半導体装置では、半導体素子から発熱があり、パワー半導体モジュールの内部に温度サイクルが発生し、電流が流れる部分に大きな熱ストレスが加わる。特に、上述した高温対応半導体素子では、電流密度や使用温度範囲が高くなるため、より大きなストレスが加わることとなる。 In a semiconductor device generally called a power semiconductor module for power, heat is generated from the semiconductor element, a temperature cycle occurs inside the power semiconductor module, and a large thermal stress is applied to a portion through which current flows. In particular, in the above-described high-temperature compatible semiconductor element, the current density and the operating temperature range become high, so that a larger stress is applied.
さらに、半導体素子の大面積化も難しい。このため、特許文献1に開示された半導体装置のように、外部電極側の接合面積を必然的に半導体素子の表面電極より小さく設計することが要求される半導体装置では、外部電極側で接合面積が小さくなり電流密度が高くなるため半田クラック等に対する許容度も少なくなる。
Furthermore, it is difficult to increase the area of the semiconductor element. For this reason, as in the semiconductor device disclosed in
加えて、特許文献1で開示された半導体装置は、外部電極側における半田に発生する応力を緩和する構造が採用されていないため半田クラックを誘導しやすいという問題点があるため、良好な通電性を確保するための高電流密度と装置の高信頼性とを両立できていないという問題点があった。
In addition, since the semiconductor device disclosed in
本発明では、上記のような問題点を解決し、外部電極との通電性の向上と装置の高信頼性とを共に実現した半田接合構造の半導体装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a semiconductor device having a solder joint structure, which realizes both the improvement of the conductivity with the external electrode and the high reliability of the device.
この発明に係る請求項1記載の本願発明の半導体装置は、一方主面及び他方主面を有し、一方主面上に平坦な表面を有する一方電極が設けられる半導体素子と、前記一方電極の上方に設けられた外部電極とを備え、前記外部電極の表面と前記一方電極の表面とが対向し、前記一方電極の表面,前記外部電極の表面間に形成され、前記一方電極,前記外部電極間を電気的に接続する半田形成部をさらに備え、前記一方電極及び前記外部電極が平面視重複する領域の少なくとも一部が、前記一方電極及び前記外部電極それぞれの表面における第1及び第2の半田接合領域として規定され、前記外部電極は、他の領域より前記一方電極の表面側に突出した垂下部を有し、前記垂下部は平面視して前記第2の半田接合領域を含み、前記第1及び第2の半田接合領域の中心位置である半田中心点に向かって、前記外部電極の表面と前記一方電極の表面との垂直距離が短くなる傾斜部を有し、前記半田形成部は、前記一方電極の前記第1の半田接合領域から前記外部電極の前記第2の接合領域にかけて形成され、前記一方電極の表面から上方にかけて前記半田中心点の方向に湾曲した第1の湾曲形状と、前記外部電極の表面から下方にかけて前記半田中心点の方向に湾曲した第2の湾曲形状とを含む端面形状を有し、前記外部電極の表面における前記第2の半田接合領域上に少なくとも設けられ、前記外部電極に比べ半田濡れ性が優る構成材料で形成された被覆膜をさらに備え、前記被覆膜は前記外部電極の表面における前記垂下部上にのみに形成される。
A semiconductor device according to the present invention according to
請求項1記載の本願発明の半導体装置における半田形成部は、一方電極の表面からの第1の湾曲形状と外部電極の表面からの第2の湾曲形状とを含む端面形状を有するため、一方電極及び他方電極の第1及び第2の半田接合領域それぞれに発生する応力の低減を図ることにより、半田形成部の信頼性の向上を図ることができる。
The solder forming portion in the semiconductor device of the present invention according to
また、請求項1記載の本願発明は、半田形成部が第1及び第2の湾曲形状を含む端面形状を有する態様で、一方電極及び外部電極が平面視重複する領域を全て第1及び第2の半田接合領域に設定することができるため、第1及び第2の半田接合領域の面積の拡大を図ることにより、一方電極及び外部電極間の通電能力の向上を図ることができる。
Further, the present invention according to
この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, aspects and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
<実施の形態1>
(構成)
図1は、この発明の実施の形態1である半導体装置の構造を示す断面図である。図2は、図1で示した半導体装置における着目領域C11を拡大した要部の断面図である。図3は実施の形態1の上面構造を模式的に示した説明図である。なお、図3のA−A断面が図1で示す構造に対応している。また、図1〜図3にはXYZ直交座標系を示している。
(Constitution)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of the region of interest C11 in the semiconductor device shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory view schematically showing an upper surface structure of the first embodiment. In addition, the AA cross section of FIG. 3 respond | corresponds to the structure shown in FIG. Further, FIGS. 1 to 3 show an XYZ orthogonal coordinate system.
これらの図に示すように、縦型のIGBT等の半導体素子1は表面及び裏面(一方主面及び他方主面)を有し、表面上に平坦な表面を有する表面電極11(一方電極)が設けられる。
As shown in these figures, a
そして、表面電極11の上方に、互いの表面が対向する態様で設けられた外部電極31が設けられる。なお、本明細書では、説明の都合上、表面電極11,外部電極31間で互いに対向する面を表面とする。すなわち、表面電極11において+Z方向側の面を表面、外部電極31において−Z方向側の面を表面として説明する。
Then, an
そして、半導体素子上半田21(半田形成部)が、表面電極11の表面,外部電極31の表面間に形成されることにより、表面電極11,外部電極31間を電気的に接続する。
Then, the on-semiconductor-element solder 21 (solder-formed portion) is formed between the surface of the
表面電極11と外部電極31とが平面視重複する全部及び大部分の領域が、表面電極11及び外部電極31の表面における半田接合領域R11h及びR31h(第1及び第2の半田接合領域)として規定される。実施の形態1では、図1及び図3に示すように、半田接合領域R11h及び半田接合領域R31hが平面視して完全一致している態様を示している。
All and most of areas where the
外部電極31は他の領域より表面電極11の表面側(−Z側)に突出した垂下部31aを有している。垂下部31aの平面形状を半田接合領域R31hと一致させても良い。
The
この垂下部31aは、半田接合領域R31hを含む領域に設けられ、半田接合領域R11h及びR31hの中心位置である半田中心点HC(図3参照)の方向に向かって、外部電極31の表面と表面電極11の表面との垂直距離DAが短くなる傾斜部31sを有している。例えば、図2に示すように、半田中心点HCの方向である+X方向側に位置する垂直距離DA1は、相対的に−X方向側に位置する垂直距離DA2より短くなる。なお、半田中心点HCを含む垂下部31aの底面部31mは垂直距離DAが一定の平坦構造を呈している。
The
半導体素子上半田21は、表面電極11の半田接合領域R11hから外部電極31の半田接合領域R31hにかけて形成される。正確には、表面電極11上の半田接合領域R11hに半田接合用金属膜13が形成され、この半田接合用金属膜13上に形成された半導体素子上半田21を介して、表面電極11,外部電極31との電気的接続が行われている。
The solder on
半導体素子上半田21は、図2に示すように、表面電極11の表面から上方(+Z方向)にかけて半田中心点HCの方向(図2では+X方向)に湾曲したフィレットF1(第1の湾曲形状)と、外部電極31の表面から下方(−Z方向)にかけて半田中心点HCの方向に湾曲したフィレットF2(第2の湾曲形状)とを含む端面形状を有している。以下、図2で示したフィレットF1及びF2を有する垂下部31aの端面形状を「上下フィレット構造」と呼ぶ場合がある。
As shown in FIG. 2, the solder on
このように、半導体素子1は、半田接合領域R11h及びR31hにおいて、半導体素子上半田21を介して表面電極11,外部電極31間が半田接合されることにより、表面電極11,外部電極31間の電気的接続が行われる。
As described above, in the
互いに同一の半田接合領域R11h及びR31hの平面形状として、少なくとも1つ以上の平面視矩形状が考えられる。例えば、図3に示すように、角部が曲率半径r2で丸められた平面視矩形状の2つの半田接合領域R11h及びR31hが設けられる構造を採用しても良い。また、図3で示す構造では、垂下部31aの底面部31mも平面視矩形状で形成され、底面部31mの外周と半田接合領域R11h(R31h)の外周との平面距離r1が設定されている。図3で示す構造では、垂下部31aも2つの半田接合領域R31hに対応して2つ設けられ、半導体素子上半田21も半田接合領域R11h及びR31hに対応して2つ設けられることになる。
At least one or more rectangular shapes in plan view can be considered as planar shapes of the same solder joint regions R11h and R31h. For example, as shown in FIG. 3, a structure may be employed in which two solder joint regions R11h and R31h having a rectangular shape in a plan view and in which the corner portion is rounded at a curvature radius r2 are provided. Further, in the structure shown in FIG. 3, the
このように、複数の半田接合領域R11h及びR31hに対応した複数の半導体素子上半田21を設けることによって表面電極11及び外部電極31間の電気的に接続を図ることにより、例えば、ゲート配線形成領域等の半田形成を望まない表面電極11上の領域を避けることができ、表面電極11及び外部電極31間のフレキシブルな電気的接続が可能となる効果を奏する。
Thus, by providing the plurality of on-semiconductor-
図3に示すように、半田接合領域R11h及びR31hを平面視矩形状に形成するのは、半導体素子1が一般的にウエハを矩形状(長方形)に切りだして得られるのが一般的であり、半田接合領域R11hの形状も半導体素子1と同様に矩形状に形成することで、半導体素子1の終端部から一定の距離を確保しつつ、かつ、最大の接合面積を得ることができるためである。
As shown in FIG. 3, the solder bonding regions R11h and R31h are generally formed in a rectangular shape in plan view because the
また、図3に示すように、半田接合領域R11hの角部は曲率半径r2で面取りされていることが望ましい。これは、半導体素子上半田21が角部へ濡れ広がるときに直角であると半田の表面張力により角度の急な形状には濡れ広がり難いため、曲状に面取りし角部の角度を緩やかにすることで、半田接合領域R11h及びR31hの全域へ確実に半田を濡れ広げることができるためである。
Further, as shown in FIG. 3, it is desirable that the corner portion of the solder joint region R11 h is chamfered with a curvature radius r2. This is because when the solder on the
前述したように、半田接合領域R11h及び半田接合領域R31hは互いに平面視同一形状で形成されているため、半田接合領域R31h及び半田接合領域R11hそれぞれにおいて、半導体素子上半田21と接合する半田濡れ角(半田なす角)が等しくなり、双方に共通した半田フィレット形状(フィレットF2及びF1)を形成することができる。
As described above, since the solder joint region R11h and the solder joint region R31h are formed in the same shape in plan view, the solder wetting angle with the solder on the
前述したように、外部電極31の垂下部31aは、平坦な底面部31mを有する。半導体装置101を上面視したとき、底面部31mの各辺は、半田接合領域R31hの外周における対応する辺から、一定の平面距離r1をもって内側に位置する。前述した通り、半田接合領域R31hと半田接合領域R11hとの平面形状は等しく、矩形状の角部は曲率半径r2で曲状に面取りされているため、半田接合領域R31hも外周が同一の曲率半径r2で面取りされている。
As described above, the hanging
この際、曲率半径r2=平面距離r1とすることにより、垂下部31aの半田接合領域R31hは編曲点となる角部においてもなだらかな稜線を形成することができ、かつ、稜線を矩形状の角部以外に形成できる結果、半導体素子上半田21から発生する応力の集中を回避できる。なお、稜線とは垂下部31aの半田接合領域R31hと底面部31mとの間の稜線を意味する。
At this time, by setting the radius of curvature r2 = the plane distance r1, the solder joint region R31h of the drooping
例えば、半田接合領域R11hの平面座標に対する変数を前述の垂直距離DAとし、半田接合領域R11hの面積と垂直距離DAとを乗算して得られる体積を仮想体積V2としたとき、半導体素子上半田21の実際の半田体積V1は、「仮想体積V2>半田体積V1」を満足する。これは、「V2>V1」とすることにより、半導体素子上半田21は上述した上下フィレット構造を有する端面形状を形成することができるためである。
For example, assuming that the variable with respect to the plane coordinates of the solder joint region R11h is the above-described vertical distance DA, and the volume obtained by multiplying the area of the solder joint region R11h by the vertical distance DA is the virtual volume V2, The actual solder volume V1 of the above satisfies “virtual volume V2> solder volume V1”. This is because by setting “V2> V1”, the solder on
また、図1及び図3に示すように、外部電極31の垂下部31aの底面部31mには、半田中心点HCを中心として外部電極31をZ方向に沿って貫通する貫通穴31tを設けることが望ましい。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, in the
半導体装置101の外部電極31に貫通穴31tを設けることにより、半導体素子上半田21の形成時に余剰な半田が貫通穴31tへ流れ込むことで余剰半田を吸収し、半導体素子上半田21が多めに振れたときも、半導体素子上半田21の側面に上下フィレット構造を確実に形成することができる。
By forming the through
このように、半導体素子上半田21の端面形状として上下フィレット構造を設けることにより、半導体素子上半田21と外部電極31の傾斜部31sとの端部における半田形成の際の断面角度及び半導体素子上半田21と半田接合用金属膜13との端部における半田形成の際の断面角度である2つの半田なす角(半田濡れ角)を共に90度以下に抑えることができる。
Thus, by providing the upper and lower fillet structure as the end face shape of the solder on the
すなわち、図2に示すように、外部電極31側の半田なす角θH1及び表面電極11側の半田なす角θH2を共に90度以下に抑えることができる。なお、半田なす角は、小さい方が半田応力を低くすることができるため望ましく、例えば、60度以下では半田応力が半減する実例がある。
That is, as shown in FIG. 2, it is possible to suppress both the soldering angle θH1 on the
IGBT等の半導体素子1は、例えば、表面及び裏面(一方主面及び他方主面)上に、表面電極11及び裏面電極12を有している。裏面電極12は半導体素子下半田22を介して基板電極38と電気的に接続されつつ接合される。
The
表面電極11は、例えば、Al(アルミニウム)を95%以上含む材料からなる金属膜であることが望ましい。Alを95%以上含む材料を半導体素子1の表面電極11として採用する理由は、Si基板やSiC(炭化珪素)基板など、各種基板を用いた半導体素子1の電極として、よく知られた既存の方法で容易に形成・加工でき、また表面電極11と共通の製造プロセスにて制御端子用の電極(後述する部分表面電極11g)を形成すること一般的であるが、この制御端子用の電極に対して金属ワイヤーを接合(ワイヤーボンド)する際にも、接続信頼性の優れた接合を確保できるためである。
The
Alを95%以上含む材料である表面電極11の表面上に、例えば、SnAgCu系のPbフリー半田を接合することが困難なため、表面電極11の上に半田接合用金属膜13を形成することにより半田との接合性・半田濡れ性を確保している。なお、「半田濡れ性」とは、半田の接合対象との半田づけ難易度を示すなじみやすさ等の半田の特性を意味する。
Since it is difficult to join, for example, SnAgCu-based Pb-free solder on the surface of the
半田接合用金属膜13として、例えば、主としてNi(ニッケル)からなる金属膜(半田接合用ニッケル膜)を含み、さらにその上に酸化防止のためのAu(金)からなる金属膜が形成された、積層金属膜で構成することが考えられる。半田接合用金属膜13用の主たる金属膜としてNiを採用する理由は、半田と容易に金属間化合物を形成し、良好で安定な半田接合を得ることができるためである。
As the
このように、半導体素子上半田21との接合性の優れた構成材料であるNiを用いた半田接合用ニッケル膜を含む半田接合用金属膜13を表面電極11の半田接合領域R11h上に形成することにより、半田接合領域R11hにおける半田濡れ性の向上を図ることができる。
As described above, the solder
なお、半田接合用金属膜13を構成するNi及びAuは、例えば、スパッタなどに代表される気相堆積法や、P(燐)を含有する無電解メッキ法を含む湿式メッキ法にて、形成することができる。気相体積法にて半田接合用金属膜13を形成する方法として、例えば、メタルマスク越しに金属膜をスパッタするマスクスパッタ法や、半田接合領域R11h以外をフォトレジストで覆ったあと金属膜をスパッタ処理し、高圧で有機溶剤を吹き付けることでフォトレジストごと半田接合領域R11h以外の金属膜を除去するJETリフトオフ法が、挙げられる。湿式メッキにて半田接合用金属膜13を形成する方法として、例えば、半田接合領域R11hの表面電極11を露出し、それ以外の部分を被覆膜で覆い、ジンケート法を用いた湿式メッキ法にて半田接合用金属膜13を成長させることで、半田接合領域R11hに選択的に半田接合用金属膜13を形成する方法が挙げられる。特に、半導体素子1及び周辺材料が高温に晒される半導体装置では、半田接合用金属膜13が半導体素子上半田21中へ拡散しその厚みが徐々に減少し接合信頼性が劣化するため、半田接合用金属膜13は厚い方が望ましいが、湿式メッキ法で半田接合用金属膜13を形成する場合は、メッキ液への浸漬時間を延長することで、容易に厚い金属膜を形成することができる。
The Ni and Au constituting the solder
外部電極31は、例えば、Cu(銅)からなる金属板で形成される。外部電極31にCuを用いる理由は、打ち抜き等の加工で任意の形状に容易に加工でき、また、半田と容易に接合することができ、かつ、高い通電能力を実現することができるため、外部電極31として適しているからである。垂下部31aは、例えば、打ち抜き加工後の板状の外部電極構造に垂下部に対応した押し金型を用いることで形成することができる。他に、例えば、垂下部31aに対応した金属板を平坦な外部電極主要部に半田付けやろう付けなどで接合することで、外部電極31を形成することができる。
The
外部電極31をCuの単体構造で形成した場合、半導体素子上半田21と比較的容易に接合でき、通電能力の高い外部電極31を比較的容易な加工処理によって得ることができる。
When the
図1に示すように、基板電極38上には外部電極31とは別の外部電極35が設けられ、半田接合領域R11h以外の部分表面電極11gは半田接合用金属膜13及び制御配線37を介して制御電極36に電気的に接続される。なお、部分表面電極11gはIGBTのゲート電極等として機能し、通常は、半田接合領域R11hに形成される表面電極11と電気的に独立して形成される。
As shown in FIG. 1, an
このように、半導体装置101は、複数の外部電極31及び外部電極35並びに制御電極36が取り付けられたモジュールの形で製品が完成する。
Thus, the
そして、図1に示すように、例えば、半導体素子1(表面電極11(11g)、裏面電極12、及び半田接合用金属膜13を含む)と半導体素子上半田21と半導体素子下半田22と外部電極31、外部電極35及び制御電極36の少なくとも一部とは、樹脂41によって封止される。樹脂41によって封止することで、半導体素子1及び周辺の接合構造が、外部からの異物や湿気により破損、汚染、ショートされることを防止することができるため、信頼性が向上するだけでなく、半導体装置101の取り扱いが容易になり歩留まりも向上する。加えて、半導体装置101を通電したとき、外部電極31が発熱により膨脹することを抑制することもでき、外部電極31の半田接合領域R31hの信頼性を向上することができる。
Then, as shown in FIG. 1, for example, the semiconductor element 1 (including the front surface electrode 11 (11 g), the
このように、樹脂41によって半導体素子1と半導体素子上半田21と外部電極31の少なくとも一部とを封止することにより、樹脂形成後の半導体装置101の取り扱いが容易になり歩留まりが向上するとともに、半導体素子1への吸着や異物付着を抑制することにより信頼性の向上を図ることができる。
As described above, by sealing the
また、樹脂41、半導体素子1、外部電極31の線膨脹係数を、それぞれα4、α1、α3としたとき、その関係をα1(第1の線膨張係数)<α4(第2の線膨張係数)<α3(第3の線膨張係数)とすることで、外部電極31と樹脂41とが剥離することを抑制しながら、半導体素子1に樹脂応力が発生することも抑制することができるため、信頼性を向上することができる。
In addition, when the linear expansion coefficients of the
樹脂41を形成する方法として、金型を用い高圧で樹脂41を封入するトランスファモールド法や、より安価な、樹脂41を樹脂盛りで形成するポッティング法が、挙げられる。実施の形態1の半導体装置101では、隙間が狭くなりやすい外部電極31と半導体素子1間の半導体素子上半田21に上下フィレット構造が形成されるため、細部にも樹脂が封入されやすく、安価なポッティング法を用いることに適している。
Examples of a method of forming the
具体的には、仮固定された半導体素子1、半導体素子上半田21及び外部電極31等の樹脂形成対象領域に液状樹脂を吐出して加熱硬化させるポッティング法を用いて樹脂形成処理を実行することにより、半導体素子1と半導体素子上半田21と外部電極35の少なくとも一部とを覆うように樹脂41を形成する。
Specifically, the resin formation process is performed using a potting method in which liquid resin is discharged to a resin formation target area such as the
このように、樹脂41を形成する工程として比較的安価に行えるポッティング法を用いた樹脂形成処理を実行して半導体装置101を製造することにより、半導体素子1と外部電極31との間に未充填箇所を生じさせることなく、樹脂41により半導体素子1、半導体素子上半田21及び外部電極35等を封止することができる。
As described above, the resin forming process using the potting method, which can be performed relatively inexpensively, as the process of forming the
半導体素子1に形成されるガードリング等の耐圧保持領域上には、表面電極11ではなく保護膜14が形成されている。保護膜14により、冷熱サイクルなどで発生する樹脂41からの応力を緩和することができ、ガードリングなどの耐圧保持領域が、応力により破壊されることを防止することができる。
A
保護膜14は、例えば、ポリイミドからなる絶縁膜(ポリイミド膜)で、厚みが2〜20μm程度である。ポリイミド膜は、感光性のポリイミドを用いて、リソグラフィー法で形成する場合や、非感光性のポリイミドを用いて、さらに感光性レジストを併用しこれをリソグラフィー法で所望の形状に加工し、加工後のレジストを用いてポリイミドを加工するという比較的簡単な製造プロセスで、耐圧保持領域を覆う形状の保護膜14を形成することができる。さらに、ポリイミド膜である保護膜14によって、半導体素子上半田21及び樹脂41を形成する処理を含む半導体素子1を実装時における熱処理に耐えることができる。
The
例えば、前述の湿式メッキ法で半田接合用金属膜13を形成するときの被覆膜として、前述の保護膜14を用いることができる。
For example, as an object to be covered film when forming the solder
すなわち、実施の形態1の半導体装置101の製造方法において、保護膜14及び半田接合用金属膜13を形成する以下のステップ(a) ,(b) を実行することができる。
That is, in the method of manufacturing the
ステップ(a):半導体素子1表面上において表面電極11が形成されていない耐圧保持領域を含む領域から、表面電極11の表面における半田接合領域R11hの外縁部にかけて保護膜14を形成する(図1参照)。その結果、保護膜14は耐圧保持領域だけでなく、半田接合領域R11h以外の表面電極11を覆うべく、耐圧保持領域から必要なだけ延展した形状を有する。
Step (a): A
ステップ(b):保護膜14をマスクとして湿式メッキ法を用いて、表面電極11の表面における半田接合領域R11h上に半田接合用金属膜13を形成する。
Step (b): A solder
上述したステップ(a) ,(b) を含む半導体装置101の製造方法を実行することにより、保護膜14を半田接合用金属膜13形成用のマスクとして使用することで、湿式メッキ法を用いた場合にも、追加工程なくマスクとなる保護膜14を形成することができ、半導体装置101の製造コストを削減することができる。
By using the
このように、半導体素子1の表面上において表面電極11が形成されていない領域を含んで選択的に保護膜14を設けることにより、樹脂41の形成工程以前の半導体素子1の扱いが容易になり歩留まりが向上すると同時に、樹脂41からの応力を受け半導体素子1におけるガードリング等の耐圧保持領域が破壊されることを抑制し信頼性が向上する。
Thus, by selectively providing the
半導体素子1と外部電極31とを、半導体素子上半田21を用いて半田接合する方法として、例えば、溶融した半田を前述の貫通穴31tから流し込むことで半田接合する溶融半田滴下法や、固相やペースト状の半田を半田接合領域R11h上に設置しリフローすることで半田接合するリフロー法が挙げられる。
As a method of soldering the
リフロー法は、還元雰囲気中において、表面電極11の表面と外部電極31の表面との間に配置された固相あるいはペースト状の半田材を溶融することにより、半導体素子上半田21を得る方法である。
The reflow method is a method of obtaining the
実施の形態1の半導体装置101において、半導体素子上半田21の体積を安定させる必要があるため、固相やペースト状の半田を用いて半田量が制御しやすい上述したリフロー法が適している。
In the
外部電極31や半導体素子上半田21の表面が酸化し酸化膜が形成されている場合、半田濡れ性が低下し、半田濡れ不良が発生する。したがって、実施の形態1の半導体装置101において、外部電極31の垂下部31aへ半導体素子上半田21が濡れ広がることが重要であるため、上述したリフロー法により、還元雰囲気で前述の酸化膜を除去して半田濡れ性が良い状況で垂下部31aの半田接合領域R31hに半田を進展させることにより上下フィレット構造を有する半導体素子上半田21を精度良く得ることができる。
When the surface of the
また、半導体素子上半田21用の半田材を溶融して外部電極31と半導体素子1とを接合する最中に、溶融した半田内部に気泡が発生したときも、垂下部31aの存在により、気泡が半田の外側へ排出されやすいため、実装後の半田ボイドを低減することができる。
Also, when bubbles are generated inside the melted solder while the solder material for the
(動作・作用・効果)
実施の形態1における半導体装置101によれば、装置の動作時などに発生する冷熱サイクルにおいて、半導体素子上半田21の組織が疲労変形を起こし、特に半導体素子上半田21の端部により発生する応力を、半導体素子上半田21に設けた上下フィレット構造によって低減することができる。(Operation, action, effect)
According to the
上下フィレット構造は、半導体素子1側のフィレットF1だけでなく、外部電極31側にもフィレットF2を形成した構造であるため、半導体素子1側及び外部電極31側双方の半田応力を同時に軽減し、信頼性の高い接合構造を得ると同時に、外部電極31側の半田接合領域R31hの面積を半導体素子1の半田接合領域R11hと、同等程度まで拡大することができるため、通電性能も維持することができる。使用温度範囲がより高温で、チップの大面積化が難しい、例えば、SiCなどの化合物半導体を用いた半導体装置においては、実施の形態1の半導体装置101によって得られる効果は特に有効となる。
The upper and lower fillet structure is a structure in which the fillet F2 is formed not only on the fillet F1 on the
すなわち、SiC(炭化珪素)を構成材料とした半導体素子1は高温に対応しており、より厳しい温度条件で使用される可能性があるが、半導体素子上半田21の信頼性の向上を図っているため、半導体素子1が高温となり、表面電極11及び外部電極31が高温状態になっても装置は安定して動作することができる。
That is, the
外部電極31に形成された垂下部31a表面に、半導体素子上半田21が塗れ上がることにより、半導体素子上半田21の端部形状は半田中心点HCが形成される内側に凹んだ形状である上下フィレット構造を呈するため、半導体素子1側、外部電極31側、双方にフィレットF1及びF2を形成することができる。垂下部31aは、半導体素子1の半田中心点HCから外側にかけて、徐々に半導体素子1の半田接合用金属膜13との垂直距離DAが開く構造になっているので、半導体素子1の終端部と外部電極31の絶縁距離を確保しつつ、実効的な半導体素子上半田21の厚みを抑えることができるので、半田から発生する応力を低減することができる。
When the
このように、実施の形態1の半導体装置101における半導体素子上半田21(半田形成部)は、表面電極11(一方電極)の表面からのフィレットF1(第1の湾曲形状)と外部電極31の表面からのフィレットF2(第2の湾曲形状)とを含む端面形状を有する。その結果、表面電極11及び外部電極31の半田接合領域R11h及びR31hそれぞれに発生する応力の低減を図ることができるため、半導体素子上半田21の信頼性の向上を図ることができる。
As described above, the
また、半導体装置101の半導体素子上半田21がフィレットF1及びフィレットF2を有する上下フィレット構造を有する態様で、表面電極11及び外部電極31が平面視重複する領域を全て半田接合領域R11h及びR31hに設定することができるため、半田接合領域R11h及びR31hの面積の拡大を図ることにより、表面電極11,外部電極31間の通電能力の向上を図ることができる。
Further, in a mode in which the
その結果、長期使用が可能になるとともに、歩留まりの向上を図った半導体装置101を得ることができる。
As a result, long-term use can be achieved, and the
加えて、半田接合領域R11h及びR31hは、平面形状が矩形状となる傾向が高い半導体素子1と相似関係になり得る平面形状である矩形状を呈することにより、設計段階で効率的に半田接合領域R11h及びR31hの形成面積の拡大を図ることができる。
In addition, the solder joint regions R11h and R31h are efficiently formed in the solder joint region at the design stage by exhibiting a rectangular shape that is a planar shape that can be in a similar relationship with the
さらに、半田接合領域R11h及びR31hは角部が面取りされた面取り矩形状となる平面形状を呈することにより、半導体素子上半田21における半田接合領域R11h及びR31hの応力集中を緩和するとともに、角部への半田濡れ広がりを容易にすることができ、半田接合領域R11h及びR31hの信頼性のさらなる向上と生産性の向上を図ることができる。
Furthermore, the solder joint regions R11h and R31h have a planar shape that is a chamfered rectangular shape with chamfered corner portions, thereby relieving stress concentration in the solder joint regions R11h and R31h in the solder on
また、半田接合領域R11hと半田接合領域R31hとを平面視完全重複する同一形状に設定することにより、半導体素子上半田21にフィレットF1及びF2をより確実に形成することができる。
Further, by setting the solder joint region R11h and the solder joint region R31h in the same shape so as to completely overlap in plan view, the fillets F1 and F2 can be more reliably formed on the solder on the
<実施の形態2>
(構成)
図4は実施の形態2の半導体装置102の構造を示す断面図である。以下、図1〜図3で示した実施の形態1の半導体装置101と同様な構造部分は同一符号を付し説明を適宜省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。なお、図4にはXYZ直交座標系を示している。Second Embodiment
(Constitution)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the
実施の形態2の半導体装置102では、外部電極31に替えて外部電極50を用いた点が実施の形態1と異なる。外部電極50は、例えば、Cuより線膨脹係数が低い金属材料で構成される金属板51を母材とし、母材の表面及び裏面にCu金属シート52を形成した複合金属板構造を呈している。なお、図4で示す垂下部50a、底面部50m及び着目領域C12は、図1〜図3で示した半導体装置101の垂下部31a、底面部31m及び着目領域C11に対応する。
The
例えば、Cuより線膨脹係数が低い金属板51の表面及び裏面に、Cu金属シート52(銅形成層)を貼り合わせることにより、表面及び裏面がCu層となる外部電極50を得ることができる。他に、例えば、Cuより線膨脹係数が低い金属板51に、メッキ加工することでCu膜であるCu金属シート52を形成することができる。メッキ加工は、例えば、無電解メッキ法を用いることもできるが、金属板51を電極として用いることにより、厚い膜厚のCu金属シート52を比較的容易に形成することができるため、電界メッキ法を用いる方が望ましい。Cuより線膨脹係数が低い金属板51として、例えば、Fe(鉄)を含むNi合金を用いることができる。
For example, by bonding the Cu metal sheet 52 (copper-forming layer) to the front and back surfaces of the metal plate 51 having a linear expansion coefficient lower than that of Cu, the
(動作・効果・作用)
外部電極50として、Cuより線膨脹係数が低い金属板51を母材とすることにより、線膨脹係数を半導体素子1に近づけることができるため、半導体装置102の動作時などに発生する冷熱サイクルにおいて発生する外部電極50の変形を抑えることができる。(Operation, effect, action)
By using the metal plate 51 having a linear expansion coefficient lower than that of Cu as the
さらに外部電極50の表面及び裏面にCu金属シート52層を形成することにより、外部電極50の表面及び裏面における電気抵抗を低減すると同時に、外部電極50の半田接合性、及び半導体素子上半田21との接合界面の信頼性も確保することができるため、より信頼性の高い半導体装置102を実現することができる。
Furthermore, by forming a Cu metal sheet 52 layer on the front and back surfaces of the
このように、実施の形態2の半導体装置102では、外部電極50の表面及び裏面に形成される銅形成層であるCu金属シート52によって通電性能と半導体素子上半田21との半田濡れ性を確保しながら、外部電極50の母材となる金属板51によって線膨脹係数を半導体素子1に近づけることができるため、実施の形態1の効果に加え、通電性及び半田濡れ性と装置の信頼性との両立を図ることができる効果を奏する。
As described above, in the
<実施の形態3>
(構成)
図5は実施の形態3の半導体装置103の特徴部分の構造を示す説明図である。図5は図1及び図4で示した実施の形態1あるいは実施の形態2の半導体装置101あるいは102における着目領域C11あるいはC12に対応する箇所の構造を示している。Embodiment 3
(Constitution)
FIG. 5 is an explanatory view showing the structure of the characteristic part of the
以下、同一構造部分には同一符号を付して説明を省略しつつ、図5を参照して、実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に実施の形態3の半導体装置103について説明する。
In the following, the same structural parts are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and with reference to FIG. 5, the
外部電極31(50)において、半田接合領域R31hを含む垂下部31a(50a)の表面上に、外部電極31より半田濡れ性がよい、被覆膜32が形成されている点が実施の形態1及び実施の形態2と異なる。
In the external electrode 31 (50), on the surface of the suspended
被覆膜32は、例えば、Niからなる金属膜であるニッケル被覆膜である。被覆膜32は、例えば、外部電極31のうち垂下部31a(50a)の表面のみに形成され、それ以外の領域は被覆膜32が形成されることなく外部電極31の表面が露出している。被覆膜32として、Niを形成する方法としては、例えば、Niを無電解メッキ法で形成する方法が挙げられる。垂下部31aは外部電極31の他の領域から半導体素子1側に突出しているので、垂下部31aのみをメッキ液に浸漬することができ、容易に部分メッキすることができる。例えば、外部電極31に通電することで電界メッキを用いることもできる。
The covering
(動作・効果・作用)
実施の形態3の半導体装置103は、外部電極31あるいは外部電極50を有する実施の形態1あるいは実施の形態2の効果に加え、以下の効果を奏する。(Operation, effect, action)
The
半導体装置103は、外部電極31における半田接合領域R31hを含む垂下部31aの表面に、外部電極31より半田濡れ性がよい被覆膜32を形成することにより、垂下部31aに対する半導体素子上半田21の濡れ広がりを促がし、外部電極31側のフィレットF2を、より確実に形成することができる。
The
加えて、半導体装置103は、外部電極31の表面における垂下部31aのみに選択的に被覆膜32を形成することにより、半導体素子上半田21の濡れ広がりを、より確実に垂下部31aのみに留めておくことができるため、半導体素子上半田21の形状制御性を向上させる効果を奏する。
In addition, the
また、被覆膜32としてNiを構成材料としたニッケル被覆膜を用いることにより、比較的容易な方法でCuより半田濡れ性のよい被覆膜32を形成することができ、半田接合領域R31hの接合信頼性を高めることができる。
Further, by using a nickel target covered film and the constituent materials of Ni as the covering
(変形例)
実施の形態3の変形例として、被覆膜32として、例えば、Au(金)を構成材料とした金被覆膜を用いても良い。Auからなる金被覆膜は、Niからなるニッケル被覆膜と同様、メッキ法にて形成することができる。
(Modification)
As a modification of the third embodiment, as the covering
被覆膜32として金被覆膜を用いることにより、半田の主成分であるSn(錫)と反応したときに、Sn−Au系金属間化合物が形成されるが、Sn−Au系金属間化合物の2元素系の融点上昇は低いため、金被覆膜である被覆膜32と反応した半田が融点上昇により凝固することを抑えることができる。また、Auは表面が酸化され難く、高い半田濡れ性を実現することができるので、外部電極31側のフィレットF2を、より確実に形成することができる。
The use of gold to be covered film as an object to be covered
<実施の形態4>
(第1の態様:構成)
図6はこの発明の実施の形態4における第1の態様の半導体装置104Aの特徴部の構造を示す説明図である。図6は図1あるいは図4で示した実施の形態1あるいは実施の形態2の半導体装置101あるいは102における着目領域C11あるいはC12に対応する箇所の構造を示している。Fourth Preferred Embodiment
(First aspect: configuration)
FIG. 6 is an explanatory drawing showing the structure of the characterizing part of the
以下、同一構造部分には同一符号を付して説明を省略しつつ、図6を参照して、実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に実施の形態4の第1の態様である半導体装置104について説明する。 Hereinafter, the same reference numerals are given to the same structural portions, and the description thereof is omitted. Referring to FIG. 6, the first embodiment of the fourth embodiment will be described focusing on the differences with the first embodiment and the second embodiment. The semiconductor device 104 which is an aspect will be described.
図6に示すように、半導体装置104Aは、外部電極31(50)の表面側において、半田接合領域R31hより外周側に位置する垂下部外周部31b上に被覆膜33(半田形成防止膜)を形成したことを特徴としている。なお、図6では、外部電極31における垂下部31a(50a)より外周側の領域を垂下部外周部31bとしている。
As shown in FIG. 6, the
被覆膜33は、半田の進展を阻害する構造である半田形成防止構造として寄与する。被覆膜33は、例えば、外部電極31より半田濡れ性が低い構成材料を用いて形成されている。被覆膜33として、例えば、ソルダーレジストを構成材料とした被覆膜が考えられる。この場合、外部電極31にソルダーレジストを印刷し、加熱乾燥し、マスク露光し、現像し、加熱硬化することで、垂下部31aの半田接合領域R31hを露出させつつ、ソルダーレジストを構成材料とした被覆膜33を垂下部外周部31bのみに選択的に形成することができる。
The covered
(動作・作用)
外部電極31において半田接合領域R31hより外側の垂下部外周部31bに、半田形成防止構造である被覆膜33を形成することにより、半導体素子上半田21の濡れ広がりを、より確実に半田接合領域R31hのみに留めておくことができるため、半導体素子上半田21の形状制御性がより一層向上する。この際、半田形成阻害構造として、外部電極31より半田濡れ性が低い被覆膜33を採用することにより、垂下部31aより外側へ半田が濡れ広がることをより確実に防止することができる。
(Operation / action)
In the
被覆膜33の構成材料としてソルダーレジストを用いることで、半田が濡れ広がることを確実に防止することができると同時に、樹脂41との密着性の向上を図ることができる。
By using a solder resist as the material of the
(第2の態様:構成)
図7はこの発明の実施の形態4における第2の態様の半導体装置104Bの特徴部の構造を示す説明図である。図7は図1あるいは図4で示した実施の形態1あるいは実施の形態2の半導体装置101あるいは102における着目領域C11あるいはC12に対応する箇所の構造を示している。(Second aspect: Configuration)
FIG. 7 is an explanatory drawing showing the structure of the characterizing part of the
以下、同一構造部分には同一符号を付して説明を省略しつつ、図7を参照して、実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に実施の形態4の第2の態様である半導体装置104Bについて説明する。
Hereinafter, the same reference numerals are given to the same structural portions, and the description thereof is omitted. Referring to FIG. 7, a second embodiment of the fourth embodiment will be described focusing on the differences with the first embodiment and the second embodiment. The
同図に示すように、外部電極31の表面側において、半田接合領域R31h及び垂下部31aより外側の領域である垂下部外周部31bに、半田形成防止構造として凹凸加工部34(凹凸構造)が形成されている。凹凸加工部34は、例えば、外部電極31に凹凸加工部34形状に対応した金型を押しつけることにより製造される。他に、例えば、外部電極31の垂下部外周部31bの表面に、凹凸加工部34の凹部に対応した部分のみ露出した形状のレジストを形成し、レジスト越しにエッチングし、このレジストを除去することにより、凹凸加工部34を形成しても良い。
As shown in the figure, on the surface side of the
このように、実施の形態4の第2の態様である半導体装置104Bは、外部電極31の垂下部外周部31bに凹凸加工部34を形成することにより、垂下部31aより外側へ半田が濡れ広がることをより確実に防止することができると同時に、樹脂41との密着性を向上することができる。
As described above, in the
(効果)
実施の形態4の半導体装置104(104A及び104B)は、外部電極31あるいは外部電極50を有する実施の形態1あるいは実施の形態2の効果に加え、以下の効果を奏する。(effect)
The semiconductor device 104 (104A and 104B) of the fourth embodiment has the following effects in addition to the effects of the first or second embodiment having the
このように、実施の形態4の半導体装置104は、外部電極31の半田接合領域R31hの領域である垂下部外周部31bに、被覆膜33あるいは凹凸加工部34である半田形成防止構造を設けることにより、垂下部外周部31bへの半田形成を防止することにより、半導体素子上半田21におけるフィレットF2を安定性良く形成することができる。
Thus, the semiconductor device 104 of the fourth embodiment, the hanging portion outer
第1の態様である半導体装置104Aは、半田形成防止膜である被覆膜33によって垂下部外周部31bへの半田形成を確実に防止して、半田形状制御性を高めることにより、装置の歩留まり及び信頼性の向上を図ることができる。
The
第2の態様である半導体装置104Bは、凹凸加工部34(凹凸構造)によって垂下部外周部31bへの半田形成を確実に防止して、半田形状制御性を高めることにより、装置の歩留まり及び信頼性の向上を図ることができる。さらに、樹脂41を設ける際、凹凸加工部34の凹部に樹脂41が入り込むことにより樹脂41との密着性を高め、半導体装置104Bの信頼性のさらなる向上を図ることができる。
The
<その他>
実施の形態1〜実施の形態4の半導体装置101〜104(104A,104B)では。半導体素子1としてIGBTを例に挙げたが、他にパワーMOSFET、整流ダイオードなどの他のデバイスを半導体素子1として構成しても良い。いずれの場合も外部電極31(50)に垂下部31a(50a)が形成され、垂下部31aと半導体素子1とを半田接合し、半田フィレット(フィレットF1及びF2)を形成することができれば、実施の形態1〜実施の形態4の効果である装置の通電能力及び信頼性の向上を図るという効果を達成すことができる。<Others>
In the
さらに、本発明は半導体素子1として特にパワーデバイスに限定すべき理由もなく半導体デバイス一般に応用できる。その他、本発明の特徴を失わない範囲でさまざまな形態をなし得る。
Furthermore, the present invention can be applied to semiconductor devices in general without a reason to be particularly limited to the power device as the
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although the present invention has been described in detail, the above description is an exemplification in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations not illustrated are conceivable without departing from the scope of the present invention.
すなわち、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 That is, in the present invention, within the scope of the invention, each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 半導体素子、11 表面電極、12 裏面電極、13 半田接合用金属膜、14 保護膜、21 半導体素子上半田、22 半導体素子下半田、31,35,50 外部電極、31a,50a 垂下部、32,33 被覆膜、34 凹凸加工部、36 制御電極、41 樹脂、51 金属板、52 Cu金属シート、101〜103,104A,104B 半導体装置。
DESCRIPTION OF
Claims (26)
前記一方電極の上方に設けられた外部電極(31,50)とを備え、前記外部電極の表面と前記一方電極の表面とが対向し、
前記一方電極の表面,前記外部電極の表面間に形成され、前記一方電極,前記外部電極間を電気的に接続する半田形成部(21)をさらに備え、
前記一方電極及び前記外部電極が平面視重複する領域の少なくとも一部が、前記一方電極及び前記外部電極それぞれの表面における第1及び第2の半田接合領域(R11h及びR31h)として規定され、
前記外部電極は、他の領域より前記一方電極の表面側に突出した垂下部(31a)を有し、前記垂下部は平面視して前記第2の半田接合領域を含み、前記第1及び第2の半田接合領域の中心位置である半田中心点(HC)に向かって、前記外部電極の表面と前記一方電極の表面との垂直距離が短くなる傾斜部(31s)を有し、
前記半田形成部は、前記一方電極の前記第1の半田接合領域から前記外部電極の前記第2の接合領域にかけて形成され、前記一方電極の表面から上方にかけて前記半田中心点の方向に湾曲した第1の湾曲形状(F1)と、前記外部電極の表面から下方にかけて前記半田中心点の方向に湾曲した第2の湾曲形状(F2)とを含む端面形状を有し、
前記外部電極の表面における前記第2の半田接合領域上に少なくとも設けられ、前記外部電極に比べ半田濡れ性が優る構成材料で形成された被覆膜(32)をさらに備え、
前記被覆膜は前記外部電極の表面における前記垂下部上にのみに形成される、
半導体装置。 A semiconductor element (1) having a first main surface and a second main surface and having a first electrode (11) having a flat surface on the first main surface;
And an external electrode (31, 50) provided above the one electrode, wherein the surface of the external electrode and the surface of the one electrode face each other,
It further comprises a solder forming portion (21) formed between the surface of the one electrode and the surface of the external electrode to electrically connect the one electrode and the external electrode.
At least a part of a region where the one electrode and the external electrode overlap in plan view is defined as first and second solder joint regions (R11h and R31h) on the surface of the one electrode and the external electrode,
The external electrode has a drooping portion (31a) which protrudes to the surface side of the one electrode from the other region, and the drooping portion includes the second solder joint region in plan view and includes the first and the second A slant portion (31s) in which the vertical distance between the surface of the external electrode and the surface of the one electrode is shortened toward the solder center point (HC) which is the center position of the solder joint region 2;
The solder formation portion is formed from the first solder joint region of the one electrode to the second joint region of the external electrode, and is curved in the direction of the solder center point from the surface of the one electrode to the upper side a first curved shape (F1), the end surface shape including a second curved shape (F2) and curved in the direction of the solder center point to bottom from the surface of the external electrodes possess,
It further comprises a covering film (32) provided at least on the second solder joint region on the surface of the external electrode, and formed of a constituent material superior in solder wettability to the external electrode.
The coating film is formed only on the hanging portion on the surface of the external electrode,
Semiconductor device.
第1及び第2の半田接合領域の平面形状は矩形状を呈する、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein
The planar shape of the first and second solder joint regions is rectangular.
Semiconductor device.
前記第1及び第2の半田接合領域の平面形状である矩形状は、角部が面取りされた面取り矩形状を呈する、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The rectangular shape, which is the planar shape of the first and second solder joint regions, exhibits a chamfered rectangular shape with chamfered corners.
Semiconductor device.
前記第1及び第2の半田接合領域は平面視完全重複する同一形状を呈する、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein
The first and second solder joint regions have the same shape completely overlapping in plan view,
Semiconductor device.
前記垂下部は前記半田中心点を含んで前記一方電極の表面からの距離が一定となる平坦な底面部(31m)を有し、
前記第2の半田接合領域の外周からの前記底面の外周への平面距離(r1)と、前記面取り矩形状における角部の曲率半径(r2)とを等しくしたことを特徴とする、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein
The hanging portion has a flat bottom portion (31 m) including the solder center point and having a constant distance from the surface of the one electrode,
The flat distance (r1) from the outer periphery of the second solder joint region to the outer periphery of the bottom surface is made equal to the curvature radius (r2) of the corner in the chamfered rectangular shape.
Semiconductor device.
前記外部電極は前記底面部を含む前記垂下部において、表面から裏面を貫通する貫通穴(31t)を有する、
半導体装置。 A semiconductor device 請 Motomeko 5, wherein,
The external electrode has a through hole (31t) penetrating from the front surface to the back surface in the hanging portion including the bottom surface portion.
Semiconductor device.
前記外部電極(31)は銅を構成材料とした単体構造である、
半導体装置。 7. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein
The external electrode (31) is a single-piece structure using copper as a constituent material,
Semiconductor device.
前記外部電極(50)は、
銅より線膨張係数が低い金属材料により構成した金属板(51)と、
前記金属板の表面上に少なくとも形成され、銅を構成材料とした銅形成層(52)とを含む、
半導体装置。 7. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein
The external electrode (50) is
A metal plate (51) made of a metal material having a linear expansion coefficient lower than that of copper;
And at least a copper forming layer (52) formed on the surface of the metal plate and made of copper.
Semiconductor device.
前記被覆膜はニッケルを構成材料としたニッケル被覆膜である、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein
The coating film is a nickel coating film composed of nickel,
Semiconductor device.
前記被覆膜は金を構成材料とした金被覆膜である、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein
The coating film is a gold coating film made of gold,
Semiconductor device.
前記外部電極は前記第2の半田接合領域より外周側に位置する垂下部外周部(31b)を有し、
前記垂下部外周部は前記半田形成部の形成時に半田の形成を防止する半田形成防止構造(33,34)を有することを特徴とする、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 10 , wherein
The external electrode has a hanging portion outer peripheral portion (31b) positioned on the outer peripheral side of the second solder bonding region,
The drooping outer peripheral portion has a solder formation preventing structure (33, 34) for preventing formation of solder when forming the solder formation portion,
Semiconductor device.
前記外部電極の表面側における前記垂下部外周部上に形成された半田形成防止膜(33)をさらに備え、
前記半田形成防止膜は前記外部電極の表面を形成する材料に比べ、半田濡れ性が低い材料で構成され、前記半田形成防止構造は前記半田形成防止膜を含む、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11 , wherein
It further comprises a solder formation preventing film (33) formed on the drooping outer peripheral portion on the surface side of the external electrode,
The solder formation preventing film is made of a material having lower solder wettability than the material forming the surface of the external electrode, and the solder formation preventing structure includes the solder formation preventing film.
Semiconductor device.
前記半田形成防止膜はソルダーレジストを構成材料とする、
半導体装置。 13. The semiconductor device according to claim 12 , wherein
The solder formation preventing film comprises a solder resist as a constituent material.
Semiconductor device.
前記外部電極の表面側における前記垂下部外周部に形成された凹凸構造(34)をさらに備え、
前記半田形成防止構造は前記凹凸構造を含む、
半導体装置。 13. The semiconductor device according to claim 12 , wherein
It further comprises a concavo-convex structure (34) formed on the drooping outer peripheral portion on the surface side of the external electrode,
The solder formation preventing structure includes the uneven structure.
Semiconductor device.
前記第1及び第2の半田接合領域は複数の第1及び第2の半田接合領域を含み、
前記垂下部は前記複数の第2の半田接合領域に対応した複数の垂下部を含み、
前記半田形成部は前記複数の第1及び第2の半田接合領域に対応した複数の半田形成部を含む、
半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 14 ,
The first and second solder joint areas include a plurality of first and second solder joint areas,
The drooping includes a plurality of drooping corresponding to the plurality of second solder joint areas,
The solder formation portion includes a plurality of solder formation portions corresponding to the plurality of first and second solder joint regions,
Semiconductor device.
前記半導体素子と前記半田形成部と前記外部電極の少なくとも一部とを覆って封止する樹脂(41)をさらに備える、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 15 ,
And a resin (41) which covers and seals the semiconductor element, the solder formation portion, and at least a part of the external electrode.
Semiconductor device.
前記半導体素子は第1の線膨張係数を有し、
前記樹脂は前記第1の線膨張係数より高い第2の線膨張係数を有し、
前記外部電極は前記第2の線膨張係数より高い第3の線膨張係数を有する、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16 , wherein
The semiconductor device has a first linear expansion coefficient,
The resin has a second linear expansion coefficient higher than the first linear expansion coefficient,
The outer electrode has a third linear expansion coefficient higher than the second linear expansion coefficient,
Semiconductor device.
前記一方電極の表面において、少なくとも前記第1の半田接合領域上に形成される半田接合用金属膜(13)をさらに備え、
前記半田形成部は前記半田接合用金属膜を介して前記一方電極の表面上に形成される、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16 or 17 , wherein
The semiconductor device further comprises a solder bonding metal film (13) formed on at least the first solder bonding region on the surface of the one electrode.
The solder formation portion is formed on the surface of the one electrode via the solder bonding metal film.
Semiconductor device.
前記半田接合用金属膜は、ニッケルを構成材料とした半田接合用ニッケル膜を含む、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 18 , wherein
The solder bonding metal film includes a solder bonding nickel film containing nickel as a constituent material.
Semiconductor device.
前記半導体素子は一方主面上において、前記一方電極が形成されていない領域に少なくとも形成される保護膜(14)をさらに有する、
半導体装置。 21. A semiconductor device according to claim 18 or 19 , wherein
The semiconductor device further includes a protective film (14) formed at least in a region where the one electrode is not formed on one main surface.
Semiconductor device.
前記保護膜は厚みが2〜20μmのポリイミド膜である、
半導体装置。 21. The semiconductor device according to claim 20 , wherein
The protective film is a polyimide film having a thickness of 2 to 20 μm.
Semiconductor device.
前記半導体素子は炭化珪素を構成材料とした半導体素子である、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 21 ,
The semiconductor device is a semiconductor device using silicon carbide as a constituent material.
Semiconductor device.
前記一方電極はアルミを95%以上含む材料から構成される、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 22 ,
The one electrode is made of a material containing 95% or more of aluminum,
Semiconductor device.
前記樹脂を形成する工程として、
仮固定された前記半導体素子、前記半田形成部及び前記外部電極に対し、液状樹脂を吐出して加熱硬化させることにより、前記半導体素子と前記半田形成部と前記外部電極の少なくとも一部とを覆って前記樹脂を形成するステップを有する、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 16 to 21 ,
As a process of forming the said resin,
A liquid resin is discharged onto the temporarily fixed semiconductor element, the solder formation portion, and the external electrode, and heat curing is performed to cover the semiconductor element, the solder formation portion, and at least a part of the external electrode. Forming the resin.
Semiconductor device manufacturing method.
前記保護膜及び前記半田接合用金属膜を形成する工程として、
(a) 前記半導体素子の一方主面上において前記一方電極が形成されていない領域から、前記一方電極の表面における前記第1の半田接合領域の外縁領域にかけて前記保護膜を形成するステップと、
(b) 前記保護膜をマスクとして湿式メッキ法を用いて、前記一方電極の表面における前記第1の半田接合領域上に前記半田接合用金属膜を形成するステップとを含む、
半導体装置の製造方法。 22. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20 or 21 ,
As a process of forming the protective film and the metal film for solder bonding,
(a) forming the protective film from a region where the one electrode is not formed on one main surface of the semiconductor element to an outer edge region of the first solder joint region on the surface of the one electrode;
(b) forming the metal film for solder bonding on the first solder bonding region on the surface of the one electrode using a wet plating method using the protective film as a mask;
Semiconductor device manufacturing method.
前記半田形成部を形成する工程として、
還元雰囲気中において、前記一方電極の表面と前記外部電極の表面との間に配置された、固相あるいはペースト状の半田材を溶融することにより、前記半田形成部を得るステップを含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 23 ,
As a process of forming the said solder formation part,
Obtaining the solder-formed portion by melting a solid-phase or paste-like solder material disposed between the surface of the one electrode and the surface of the external electrode in a reducing atmosphere;
Semiconductor device manufacturing method.
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