JP6538396B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、安定的に動作可能な半導体パッケージ構造に関する。
従来、支持基板上に、ICチップ等の半導体デバイスを搭載する半導体パッケージ構造が知られている。このような半導体パッケージとして、一般的に、支持基板上に、接着材を介してICチップ等の半導体デバイスを接着し、その半導体デバイスを封止用樹脂などで覆って保護する構造が採用されている。
例えば、非特許文献1には、金属基板上に接着剤により半導体チップを接着し、半導体チップに形成された電極パッドと配線層とをビアを介して電気的に接続した構造が提案されている。
Thermal Management of Embedded Device Package, Yukari Imaizumi, Toru Suda, Shigenori Sawachi, Akiko Katsumata, Yoichi Hiruta, ICEP 2014 Proceedings, p. 577 - p. 580
半導体パッケージに搭載される半導体デバイスとして、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)などといったパワー半導体デバイスがある。これらのパワー半導体デバイスは、一面側にエミッタ電極及びゲート電極が形成され、他面側にコレクタ電極が形成されている。また、パワー半導体デバイスは、一方の面上に該パワー半導体デバイスの一面側に形成された電極と電気的に接続された外部接続用電極を備え、さらに、他方の面上に該パワー半導体デバイスの他面側に形成された電極と電気的に接続された外部接続用電極を備える。
このようなパワー半導体デバイスを実装してパッケージ化する場合、パワー半導体デバイスを支持板に搭載し、パワー半導体デバイスを覆う絶縁樹脂層を形成し、絶縁樹脂層にビアを形成して、該ビアに導電層を形成する。パワー半導体デバイスの一方の面上に形成された外部接続用電極がこの導電層と導通されることにより、パワー半導体デバイスの一面側に形成された電極は駆動用IC等の他のデバイスと電気的に接続される。一方、該パワー半導体デバイスの他面側に形成された電極を導電層と電気的に接続させるためには、パワー半導体デバイスの他方の面上に形成された外部接続用電極と導電層とを電気的に接続する構造が考えられる。そのためには、パワー半導体デバイスの他方の面上に形成された外部接続用電極を露出するためのビアを絶縁樹脂層に形成する必要がある。
しかしながら、パワー半導体デバイスの他方の面側の外部接続用電極から該パワー半導体デバイスの一方の面側の導電層への接続ビアは、パワー半導体デバイスの一方の面側の外部接続用電極から導電層への接続ビアよりも深くなる。ビアが深くなると、ビア底及びビアの側壁に安定的に導電層を形成することが困難となり、パワー半導体デバイスを搭載する半導体装置の信頼性が低くなるという問題がある。
また、パワー半導体デバイスでは大電流が流れるため、電流密度を抑えるために通電経路の断面積を大きく且つ適度な厚みを有するように形成する必要がある。そのため、パワー半導体デバイスの一方の面側の外部接続用電極を露出する相対的に浅いビアと該パワー半導体デバイスの他方の面側の外部接続用電極を露出する相対的に深いビアとに同じ工程で導電層を充填する場合、相対的に深いビアに導電層を充填すると、導電層の全体の厚みが厚くなり、導電層に微細パターンを形成することが困難になるという問題もある。
本発明は、上述の問題を鑑み、放熱性に優れ、大電流を流しても溶断せず、安定的に動作することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの第1の面上に配置された第1の電極と、前記第1の電極と導電層を介して電気的に接続された金属配線板と、前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、前記第1の半導体チップ及び前記第2の電極を封止する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、前記第1の開口部に設けられ、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導電部と、前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部と電気的に接続された配線層と、を備え、前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側に突出する突出部を有し、前記突出部は、前記配線層と電気的に接続することを特徴とする。
本発明の一実施形態によると、半導体装置は、前記第1の絶縁層に設けられ、前記突出部を露出する第2の開口部と、前記第2の開口部に設けられ、前記突出部及び前記配線層と電気的に接続された第2の導電部と、をさらに備えてもよい。
本発明の一実施形態によると、前記金属配線板の前記突出部の厚みは、前記金属配線板の厚みと実質的に同一であってもよい。
本発明の一実施形態によると、半導体装置は、前記金属配線板の前記突出部上を除いた前記突出部の周囲を封止する第2の絶縁層をさらに備えてもよい。
本発明の一実施形態によると、半導体装置は、前記突出部が突出する側とは反対側の前記金属配線板上に配置された第3の絶縁層をさらに備えてもよい。
本発明の一実施形態によると、半導体装置は、前記突出部が突出する側とは反対側の前記金属配線板上に配置され、前記金属配線板と電気的に絶縁された支持板をさらに備えてもよい。
本発明の一実施形態によると、前記第2の絶縁層及び/又は前記第3の絶縁層は、シリカを80重量%以上含んでもよい。
本発明の一実施形態によると、前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第1の電極に対応する領域において分離部を有してもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの第1の面上に配置された第1の電極と、前記第1の電極と導電層を介して電気的に接続された金属配線板と、前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、前記金属配線板上に配置され、前記金属配線板と電気的に絶縁された第2の半導体チップと、前記第1の半導体チップの前記第2の面と同じ側の前記第2の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第2の半導体チップと電気的に接続された第3の電極と、前記第1の半導体チップ、前記第2の電極、前記第2の半導体チップ及び前記第3の電極を封止する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第3の電極を露出する第2の開口部と、前記第1の開口部及び前記第2の開口部に設けられ、前記第2の電極及び前記第3の電極に電気的に接続された第1の導電部と、前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部と電気的に接続された配線層と、を備え、前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側及び前記第2の半導体チップの前記第1の面側に突出する突出部を有し、前記突出部は、前記配線層と電気的に接続することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの第1の面上に配置された第1の電極と、前記第1の電極と導電層を介して電気的に接続された金属配線板と、前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、前記金属配線板が配置され、前記金属配線板と電気的に絶縁された支持体と、前記支持体上に配置され、前記支持体と電気的に絶縁された第2の半導体チップと、前記第1の半導体チップの前記第2の面と同じ側の前記第2の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第2の半導体チップと電気的に接続された第3の電極と、前記第1の半導体チップ、前記第2の電極、前記第2の半導体チップ及び前記第3の電極を封止する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、前記第1の開口部に設けられ、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導電部と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第3の電極を露出する第2の開口部と、前記第2の開口部に設けられ、前記第3の電極に電気的に接続された第2の導電部と、前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部及び前記第2の導電部と電気的に接続された配線層と、を備え、前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側及び前記第2の半導体チップの前記第1の面側に突出する突出部を有し、前記突出部は、前記配線層と電気的に接続することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第1の電極と、前記第1の半導体チップと接着剤層を介して電気的に接続された金属板と、前記第1の半導体チップ、前記第1の電極及び前記接着剤層を封止する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第1の電極を露出する第1の開口部と、前記第1の開口部に設けられ、前記第1の電極に電気的に接続された第1の導電部と、前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部と電気的に接続された配線層と、を備え、前記金属板は、前記第1の半導体チップの前記第1の面側に突出する突出部を有することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの第1の面上に配置された第1の電極と、前記第1の電極と導電層を介して電気的に接続された金属配線板と、前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、前記第1の半導体チップ及び前記第2の電極を封止する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、備え、前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側に突出する突出部を有することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第1の電極と、前記第1の半導体チップと接着剤層を介して電気的に接続された金属板と、前記第1の半導体チップ、前記第1の電極及び前記接着剤層を封止する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層に設けられ、前記第1の電極を露出する第1の開口部と、を備え、前記金属板は、前記第1の半導体チップの前記第1の面側に突出する突出部を有することを特徴とする。
放熱性に優れ、大電流を流しても溶断せず、安定的に動作することが可能な半導体装置を提供することができる。
(a)本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。(b)本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略上面透過図である。 本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の概略断面図である。 図3(a)から図3(e)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 図4(a)から図4(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 図5(a)から図5(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 図6(a)から図6(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 図8(a)から図8(d)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 図9(a)から図9(c)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 図10(a)及び図9(10)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 図12(a)から図12(c)は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 図13(a)から図13(c)は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための図である。 本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 (a)本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。(b)本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の概略上面透過図である。 (a)本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。(b)本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 (a)本発明の第8の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。(b)本発明の第8の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
以下、図面を参照して本発明に係る半導体装置について説明する。但し、本発明の半導体装置は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。尚、以下の説明において。層、膜、領域などの要素が、他の要素の「上」にあるとするとき、これは該他の要素の「直上」にある場合に限らず、その中間に更に別の要素がある場合も含む。
(実施形態1)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図1及び図2を参照しながら説明する。
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、図1(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略上面透過図である。図1(a)は図1(b)のA−A線に沿った断面図である。図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程において、半導体装置を個片化する前段階の半導体装置を示している。尚、半導体装置が個片化される際は、図1(b)に示した二点鎖線に沿って切断されるものとする。また、図1(b)では、半導体装置の一部の構成を省略して示している。
図1によると、半導体装置100は、第1の半導体チップ101と、第1の電極103と、金属配線板107と、第2の電極109と、第1の絶縁層111と、第1の導電部115と、配線層117と、を含む。
第1の半導体チップ101は、例えば、IGBT、IEGTなどの縦型のパワー半導体デバイスである。第1の半導体チップ101は、金属配線板107上に搭載される。第1の半導体チップ101の第1の面上には、第1の半導体チップ101と電気的に接続された第1の電極103が配置される。第1の電極103は、外部接続用の電極として用いることができる。第1の電極103は、導電層105を介して金属配線板107と電気的に接続されてもよい。第1の半導体チップ101の第1の面とは逆側の第2の面上には、第1の半導体チップ101と電気的に接続された第2の電極109が配置される。第2の電極109は、外部接続用の電極として用いることができる。ここで、半導体チップ101の第1の面は該半導体チップ101の裏側面であってもよく、第2の面は該半導体チップ101の表側面であってもよい。
第1の半導体チップ101及び第2の電極109は、第1の絶縁層111により封止される。第1の電極103及び導電層105は、第1の絶縁層111により封止されてもよく、第1の絶縁層111とは異なる絶縁層(図示せず)により封止されてもよい。第1の絶縁層111には、第2の電極109を露出する第1の開口部113が設けられ、第1の開口部113には第2の電極109と電気的に接続された第1の導電部115が設けられる。第1の絶縁層111上には、第1の導電部115と電気的に接続された配線層117が配置される。
金属配線板107は、配線パターンが形成された金属基板であり、例えば、配線パターンが形成された銅板であってもよい。第1の半導体チップ101は、導電層105を介して金属配線板107上に配置される。第1の半導体チップの第1の面上に配置された第1の電極103は、導電層105を介して金属配線板107と電気的に接続される。金属配線板107は、第1の半導体チップ101の第2の面側に突出する突出部107aを有する。突出部107aの厚みw2は、金属配線板107の厚みw1と実質的に同一、又はそれ以上の厚さを有する。尚、突出部の厚みw2は、図1(a)に示すように、突出部107aにおける金属配線板107の板厚を示す。
導電層105は導電性接着材を含んでもよく、例えば、はんだであってもよい。導電層105がはんだである場合、第1の電極103上に拡散バリア層(図示せず)が設けられてもよい。
金属配線板107の第1の半導体チップ101が搭載されている面とは反対側の面には、絶縁層(以下、第1の表面絶縁層と呼ぶ)119が配置されてもよい。第1の表面絶縁層119は、例えば、ソルダーレジストであってもよい。第1の表面絶縁層119は、シリカをフィラーとして含有することが好ましい。第1の表面絶縁層119におけるシリカ含有量は、80重量%以上であることが好ましい。第1の表面絶縁層119におけるシリカ含有量が80重量%以上であることにより、金属配線板107及び金属配線板107の突出部107aの強度を補強し、且つ高い耐熱性を実現できる。第1の表面絶縁層119には、漏電やマイグレーションを防止するための放熱開口部が設けられることが好ましい。
第1の半導体チップ101及び第2の電極109を封止する第1の絶縁層111の材料は、絶縁性樹脂であれば、特に限定されない。第1の絶縁層111の材料としては、例えば、シリカをフィラーとして含有したエポキシ樹脂であってもよい。エポキシ樹脂におけるシリカ含有量は、例えば、40重量%〜90重量%であり、必要に応じて適宜調整されてもよい。
第1の絶縁層111に設けられる、第1の半導体チップ101の第2の面上に配置された第2の電極109を露出する第1の開口部113には、第1の導電部115が設けられる。第1の導電部115の材料は導電性材料であればよい。第1の導電部115は、例えば銅などの金属によって第1の開口部113を充填することによって形成されてもよい。
第1の絶縁層111上には配線層117が配置される。第1の半導体チップ101の第2の電極109は、第1の導電部115を介して配線層117と電気的に接続される。尚、ここでは、配線層117は、外部接続用のランド端子であってもよい。配線層117が外部接続用のランド端子である場合は、配線層117は第1の導電部115上に設けられてもよい。
第1の半導体チップ101の第2の面側に突出する金属配線板107の突出部107aは、第1の絶縁層111上に配置された配線層117と電気的に接続される。上述したように、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された第1の電極103は、導電層105を介して金属配線板107と電気的に接続される。したがって、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された第1の電極103は、金属配線板107の突出部107aを介して第1の半導体チップ101の第2の面側に配置された配線層117と電気的に接続される。
配線層117上には絶縁層(以下、第2の表面絶縁層と呼ぶ)123が配置されてもよい。第2の表面絶縁層123は、例えば、ソルダーレジストであってもよい。第2の表面絶縁層123は、シリカをフィラーとして含有することが好ましい。第2の表面絶縁層123におけるシリカ含有量は、80重量%以上であることが好ましい。第2の表面絶縁層123におけるシリカ含有量が80重量%以上であることにより、高い耐熱性を実現できる。第2の表面絶縁層123には配線層117に接続された外部端子を露出する開口が設けられる。外部端子は、Ni−Auめっきなどで表面処理されてもよい。尚、図1(b)において第2の表面絶縁層123の図示は省略されている。
また、半導体装置100は、金属配線板107上に配置され、金属配線板107と電気的に絶縁された第2の半導体チップ125を備えてもよい。第2の半導体チップ125は、第1の半導体チップ101の動作を制御するICであってもよい。
第2の半導体チップ125は、絶縁性の接着剤により金属配線板107上に固定される。第1の半導体チップ101の第2の面と同じ側の第2の半導体チップ125の面上には、第2の半導体チップ125と電気的に接続された第3の電極127が配置される。第2の半導体チップ125及び第3の電極127は、第1の半導体チップ101及び第2の電極109と同様に第1の絶縁層111によって封止される。
第1の絶縁層111には、第2の半導体チップ125上に配置された第3の電極127を露出する第2の開口部129が設けられ。第2の開口部129には、第2の導電部131が設けられる。第2の導電部131の材料は導電性材料であればよい。第2の導電部131は、例えば銅などの金属によって第2の開口部129を充填することによって形成されてもよい。第3の電極127は第2の導電部131を介して配線層117と電気的に接続される。これにより、第1の半導体チップ101と第2の半導体チップ125とは、配線層117を介して互いに電気的に接続されてもよい。
本実施形態に係る半導体装置100では、金属配線板107に第1の半導体チップ101の第2の面側に突出した突出部107aを設けることにより、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された第1の電極103は、第1の半導体チップ101の第2の面側に突出した金属配線板107の突出部107aを介して第1の半導体チップ101の第2の面側に配置された配線層117と電気的に接続される。そのため、第1の半導体チップ101の第2の面側に配置された配線層117と第1の半導体チップ101の第1の面側に金属配線板107とを電気的に接続するための深い開口及び該開口を充填する導電部を第1の絶縁層111に形成する必要がない。また、突出部107aの厚みw2は、金属配線板107の厚みw1と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有するため、金属配線板107と配線層117との接続経路、即ち、金属配線板107の突出部107aの厚さと断面積を十分に確保することができる。そのため、金属配線板107と配線層117との接続経路に大電流が流れても電流密度が低減されて通電部の溶断を防止することができる。また、金属配線板107と配線層117との接続経路は、断面積が大きいため、放熱経路としても有効に機能する。したがって、放熱性に優れ、大電流を流しても溶断せず、安定的に動作する半導体装置を提供することが可能となる。
また、第1の半導体チップ101の第2の面側に配置された配線層117と第1の半導体チップ101の第1の面側に金属配線板107とを電気的に接続するための深い開口及び該開口を充填する導電部を第1の絶縁層111に形成する必要がないため、第1の開口部113に設けられる第1の導電部115及び配線層117を同じ工程で形成する場合でも、微細配線パターンを形成することができる。そのため、本実施形態に係る半導体装置100では、配線の引き回しの自由度を向上させることができる。
図2は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の概略断面図である。図2に示す半導体装置の概略断面図は、図1(b)におけるA−A線に沿った断面図である。尚、図2における半導体装置において、図1に示した半導体装置100と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図2を参照すると、半導体装置200では、第1の半導体チップ101及び第2の電極109を封止する第1の絶縁層111が金属配線板107の突出部107aを覆っており、第1の絶縁層111に金属配線板107の突出部107aを露出する第3の開口部201が設けられる。第3の開口部201には、第3の導電部203が設けられる。第3の導電部203の材料は、第1の導電部115及び第2の導電部131と同様に導電性材料あればよい。第3の導電部203は、例えば銅などの金属によって第3の開口部201を充填することによって形成されてもよい。金属配線板107の突出部107aは、第3の導電部203を介して第1の絶縁層111上に配置された配線層117と電気的に接続される。
金属配線板107の突出部107aが、第3の導電部203を介して配線層117に接続されることにより、半導体装置の製造時において金属配線板107の突出部107aの突出方向の高さにばらつきが生じても、突出部107aと配線層117とをより安定的に接続させることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
尚、図1及び図2では、単層構造を有する半導体装置100を示したが、本発明に係る半導体装置は多層構造を有してもよい。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法について、図3〜図6を参照しながら説明する。尚、以下に説明する製造方法は、図1に示した半導体装置100の製造方法である。但し、本発明の半導体装置の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す記載内容に限定して解釈されるものではない。
(1)金属板の準備
まず、図3(a)に示すように、歪矯正処理を行った平滑な金属板301を準備する。金属板は、例えば圧延銅板であってもよい。
(2)金属板へのパターン形成工程
次に、図3(b)に示すように、エッチング又はパンチングにより金属板301にパターンを形成し、金属配線板107を形成する。
(3)突出部形成工程
次に、図3(c)に示すように、プレス機を使用して、プレス加工又は絞り加工によって金属配線板107を折り曲げることによって金属配線板107に突出部107aを形成する。後述するように、金属配線板107上には第1の半導体チップ101が配置されるが、金属配線板107の突出部107aの高さは、金属配線板107と対向する第1の半導体チップ101の第1の面とは逆側の第2の面と概同じ高さかそれ以上の高さを有することが好ましい。
また、図3(d)及び(e)に示すように、金属板301´をエッチングすることによって、突出部107a´を有する金属配線板107´を形成してもよい。後述する半導体チップ実装工程以降では、図3(c)に示したプレス加工又は絞り加工によって突出部107aが形成された金属配線板107を使用する例を説明する。
(4)半導体チップ実装工程
次に、図4(a)に示すように、導電性接着材を含む導電層105を用いて、第1の面上に第1の電極103が配置され、第2の面上に第2電極109が配置された第1の半導体チップ101を金属配線板107上に固定する。これにより、金属配線板107と対向する第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された第1の電極103と金属配線板107とが電気的に接続される。導電層105の材料としてはんだを用いる場合は、第1の電極103上に拡散バリア層(図示せず)を形成してもよい。また、絶縁性の接着剤を用いて第2の半導体チップ125を金属配線板107上に固定してもよい。
(5)絶縁層のラミネート工程
次に、図4(b)に示すように、シリカをフィラーとして含有したシート状のエポキシ樹脂などの絶縁性接着材を用いて、第1の絶縁層111を形成する。まず、金属配線板107を離型シート401に挟み込み、真空状態で加熱し、絶縁性接着材を軟化させ、気泡等が入らないように金属配線板107の半導体チップ搭載面の凹凸を絶縁性接着材により十分埋め込む。次に、形成した絶縁性接着剤層の表面の凹凸を加熱、加圧により平坦化させた後、離型シート401を剥離する。これにより、第1の絶縁層111を形成する。尚、シート状の絶縁性接着材の大きさは、金属配線板107と概同一であってもよく、金属配線板107よりも小さなシートを金属配線板107上に複数配置してもよい。
(6)ビア形成工程
次に、図4(c)に示すように、第1の絶縁層111において、第1の半導体チップ101の第2の電極109を露出する第1の開口部113をレーザ等により形成する。また、第2の半導体チップ125を搭載する場合は、第2の半導体チップ125の第3の電極127を露出する第2の開口部129を形成する。開口部形成時における第2の電極109及び第3の電極127の破損を防止するため、第2の電極109上及び第3の電極127上に、バリア層(図示せず)を形成してもよい。通常、第1の開口部113、第2の開口部129を形成した後には開口部内のスミアを除去するため、デスミア処理を行う。各開口部の大きさは、後述する配線めっき工程において容易に充填できる大きさであればよく、電流密度を考慮して各開口部を複数形成してもよい。
金属配線板107の突出部107a上に付着した絶縁性接着材は、前述したデスミア処理によって除去される。また、図2を参照して説明した半導体装置200のように、第1の絶縁層111に金属配線板107の突出部107aを露出する第3の開口部201を形成してもよい。
(7)シード層形成工程
次に、図5(a)に示すように、第1の開口部113、第2の開口部129の底面及び側壁、金属配線板107の突出部107a及び第1の絶縁層111を覆うシード層501をスパッタリングなどによって形成する。尚、シード層501を形成する前に、逆スパッタを行うことにより、第2の電極109、第3の電極127及び金属配線板107の突出部107aの表面上の酸化膜を除去しておくことが好ましい。シード層501の材料としては、Ti/CuやTiW/Cu等を用いることができる。尚、図2を参照して説明した半導体装置200のように、第1の絶縁層111に金属配線板107の突出部107aを露出する第3の開口部201を形成されている場合、シード層501は第3の開口部201の底面及び側壁を覆ってもよい。
(8)めっきレジスト形成工程
次に、図5(b)に示すように、感光性のフォトレジストをシード層501上に塗布し、パターニングを行ってめっきレジスト503を形成する。
(9)めっき工程
次に、図5(c)に示すように、電解めっきによってシード層501上に導電層505を形成する。導電層505は、第1の開口部113、第2の開口部129内に形成される。めっき液としては、硫酸銅めっき液を用いてもよい。
(10)シード層の除去
次に、図6(a)に示すように、めっきレジスト503をレジスト剥離液で除去し、露出したシード層501をエッチングにより除去する。これにより、配線層117、第1の導電部115及び第2の導電部131が形成される。尚、図2を参照して説明した半導体装置200のように、第1の絶縁層111に金属配線板107の突出部107aを露出する第3の開口部201を形成されている場合、以上の電解めっき工程によって、第3の導電部203が形成されてもよい。
(11)表面絶縁層の形成工程
次に、図6(b)に示すように、金属配線板107の半導体チップ搭載面とは反対側の面上、及び配線層117上と第1の絶縁層111上とにソルダーレジスト601、603を塗布する。
また、第1の絶縁層111上に形成されたシード層503の除去は、ソルダーレジスト603の塗布後に行ってもよい。ソルダーレジスト603の塗布後にシード層503を除去することにより金属配線板107の突出部107aがシード層503とともにエッチングされてしまうことを防止することができる。
その後、図6(c)に示すように、金属配線板107の半導体チップ搭載面とは反対側の面上に形成されたソルダーレジスト601をパターニングして放熱開口部を形成することにより、第1の表面絶縁層119が形成される。また、配線層117上及び第1の絶縁層111上に形成されたソルダーレジスト603に配線層117に接続された外部端子を露出する開口を形成する。露出された外部端子上は、Ni−Auめっきなどで表面処理してもよい。
(12)個片化工程
その後、ブレード等によって半導体装置の個片化を行う。例えば、図6(c)の二点鎖線で示す箇所を切断することにより半導体装置を個片化してもよい。尚、半導体装置を個片化する際、金属配線板107において、パターンが形成されている部分とパターンが形成されていない部分とが電気的に短絡している吊り部を切断する。
以上の(1)〜(12)の工程により、図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100を製造することができる。本発明に係る半導体装置を多層構造とする場合は、(5)〜(9)の工程を繰り返すことにより、複数の配線層を形成する。
(実施形態2)
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について、図7を参照しながら説明する。尚、図7に示す半導体装置において、図1又は図2に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100、200と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
図7を参照すると、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置700は、第1の半導体チップ101と、第1の電極103と、突出部107aを有する金属配線板107と、第2の電極109と、第1の絶縁層111と、第1の導電部115と、第2の絶縁層701と、第3の導電部203と、配線層117と、支持板705を含む。突出部107aの厚みw4は、金属配線板107の厚みw3と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有する。尚、突出部の厚みw4は、図7に示すように、突出部107aにおける金属配線板107の板厚を示す。
第1の半導体チップ101は、金属配線板107の互いに隣接する突出部107aの間に設けられたキャビティ部707に上に搭載される。本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100と同様に、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された第1の電極103は、導電層105を介して金属配線板107と電気的に接続され、第1の半導体チップ101の第2の面上に配置された第2の電極109は、第1の導電部115を介して配線層117と電気的に接続される。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100とは異なり、半導体装置700では、金属配線板107の突出部107aの周囲が突出部107a上を除いて第2の絶縁層701により封止される。また、第1の絶縁層111は、第1の半導体チップ101、第2の電極109及び金属配線板107を封止する。第1の電極103及び導電層105は、第1の絶縁層111により封止されてもよく、第1の絶縁層111とは異なる絶縁層(図示せず)により封止されてもよい。第1の絶縁層111には、図2を参照して説明した半導体装置200と同様に、突出部107aを露出する第3の開口部201が設けられ、第3の開口部201には突出部107aと配線層117とを電気的に接続する第3の導電部203が設けられる。第1の半導体チップ101を搭載した金属配線板107は、絶縁性の接着剤層703を介して支持板705上に配置される。
図7では、金属配線板107に第1の半導体チップ101が配置されている構成を示しているが、必要に応じて金属配線板107に第1の半導体チップ101と電気的に接続される第2の半導体チップ125を搭載してもよい。また、図7では、半導体装置700は、第1の半導体チップ101を二つ搭載しているが、半導体装置700に搭載される半導体チップは二つに限定されるわけではない。
突出部107aの周囲を封止する第2の絶縁層701の材料は、モールド成形されたエポキシ樹脂などであってもよい。また、金属配線板107と支持板705とを接合する接着剤層703は、絶縁性を有し、高熱伝導材料であることが好ましい。支持板705は、金属板であることが好ましい。但し、支持板705は金属板に限定されるわけではなく、絶縁基板であってもよい。
半導体装置700では、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100、200と同様に、放熱性に優れ、大電流を流しても金属配線板107と配線層117との接続経路が溶断せず、半導体装置700は安定的に動作することができる。また、配線層117における配線の引き回しの自由度を向上させることができる。さらに、金属配線板107の突出部107の周囲が第2の絶縁層701により封止されることにより、突出部107aの周囲の形状をより安定的に維持することができる。また、半導体装置700では、突出部107aの周囲が第2の絶縁層701により封止されることにより、半導体装置700の製造工程において、第1の絶縁層111を形成する際に、絶縁性接着材による突出部107a周囲の埋め込みが容易になる。
尚、図7では、単層構造を有する半導体装置700を示したが、半導体装置700は多層構造を有してもよい。
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置700の製造方法について、図8〜図10を参照しながら説明する。但し、本発明の半導体装置の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図3〜図6を参照して説明した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法と同一又は類似の工程については重複する説明を簡略化又は省略する。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、図8(a)に示すように金属板801を準備し、図8(b)に示すように金属板801にパターンを形成し、金属配線板107を形成する。次に、図8(c)に示すように、プレス機を使用して、プレス加工又は絞り加工によって金属配線板107を折り曲げて突出部107a及びキャビティ部707を形成する。尚、突出部107aは、金属配線板107をエッチングすることによって形成されてもよい。
次に、図8(d)に示すように、モールド金型を用いて、金属配線板107の突出部107a上を除く突出部107aの0周囲を第2の絶縁層701によって封止する。第2の絶縁層701は、トランスファーモールドにより形成される。ここで、後述するように、金属配線板107上には第1の半導体チップ101が配置されるが、金属配線板107の第1の半導体チップ101と対向する面及びその逆側の面は、第2の絶縁層701によって封止されない。
次に、図9(a)に示すように、導電性接着材を含む導電層105を用いて、第1の面上に第1の電極103が配置され、第2の面上に第2電極109が配置された第1の半導体チップ101を金属配線板107のキャビティ部707上に固定する。
次に、図9(b)に示すように、切断金型を用いて、金属配線板107のパターンが形成されている部分とパターンが形成されていない部分とが電気的に短絡している吊り部を切断する。
次に、図9(c)に示すように、接着剤層703を用いて、第1の半導体チップ101を搭載した金属配線板107を支持体705上に固定する。
以降の工程は、図4(b)〜図6を参照して説明した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法の(5)〜(12)の工程と略同じである。即ち、図10(a)に示すように、第1の絶縁層111を形成し、第1の絶縁層111に第1の半導体チップ101の第2の面上に配置された電極109を露出する第1の開口部113及び金属配線板107と突出部107aを露出する第3の開口部201を形成する。
次に、図10(b)に示すように、第1の導電部115、第3の導電部203及び配線層117をそれぞれ第1の開口部113内、第3の開口部201内、及び第1の絶縁層上に電解めっきによって形成する。めっきレジストを除去した後、配線層117上及び第1の絶縁層111上にソルダーレジストを塗布し、表面絶縁層123を形成する。表面絶縁層123に配線層117に接続された外部端子を露出する開口を形成する。露出された外部端子上は、Ni−Auめっきなどで表面処理してもよい。最後に、例えば、図10(b)の二点鎖線で示す箇所をブレード等によって切断することにより半導体装置の個片化を行う。以上の工程により、図7に示した本発明の第2の実施形態に係る半導体装置700を製造することができる。
(実施形態3)
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置について、図11を参照しながら説明する。尚、図11に示す半導体装置において、図1及び図2に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100、200又は図7に示した本発明の第2の実施形態に係る半導体装置700と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図11は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
図11を参照すると、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置1100は、第1の半導体チップ101と、第1の電極103と、突出部107aを有する金属配線板107と、第2の電極109と、第1の導電部115と、第1の絶縁層1101と、第2の絶縁層1103と、第3の導電部203と、配線層117とを含む。金属配線板107の突出部107aの厚みw6は、金属配線板107の厚みw5と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有する。尚、突出部の厚みw6は、図11に示すように、突出部107aにおける金属配線板107の板厚を示す。
第1の半導体チップ101は、第2の実施形態に係る半導体装置700と同様に、金属配線板107の互いに隣接する突出部107aの間に設けられたキャビティ部707に上に搭載される。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100及び第2の実施形態に係る半導体装置700とは異なり、半導体装置1100では、第1の半導体チップ101、第1の電極103、導電層105、第2の電極109及び金属配線板107は、金属配線板107の第1の半導体チップ101が搭載された面側及びその反対面側の両側から第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層1103により封止される。
第1の絶縁層1101には、第2の電極109を露出する第1の開口部113と突出部107aを露出する第3の開口部201とが設けられる。第1の開口部113には第2の電極109と配線層117とを電気的に接続する第1の導電部115が設けられ、第3の開口部201には突出部107aと配線層117とを電気的に接続する第3の導電部203が設けられる。尚、金属配線板107の第1の半導体チップ101が搭載されている面とは反対側の面は露出されてもよい。
図11では、金属配線板107に第1の半導体チップ101が配置されている構成を示しているが、必要に応じて金属配線板107に第1の半導体チップ101と電気的に接続される第2の半導体チップ125を搭載してもよい。また、図11では、半導体装置1100は、第1の半導体チップ101を二つ搭載しているが、半導体装置1100に搭載される半導体チップは二つに限定されるわけではない。
第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層1103の材料は、絶縁性樹脂であれば、特に限定されない。第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層の材料としては、例えば、シリカをフィラーとして含有したエポキシ樹脂であってもよい。エポキシ樹脂におけるシリカ含有量は、例えば、40重量%〜90重量%であり、必要に応じて適宜調整されてもよい。尚、第1の絶縁層1101の材料と第2の絶縁層1103の材料とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
半導体装置1100では、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100、200と同様に、放熱性に優れ、大電流を流しても金属配線板107と配線層117との接続経路が溶断せず、半導体装置1100は安定的に動作することができる。また、半導体装置1100では、第2の実施形態に係る半導体装置700で用いている金属配線板107を搭載するための支持板を省略することができるため、シンプルなパッケージ構造を実現することができる。
尚、図11では、単層構造を有する半導体装置1100を示したが、半導体装置1100は多層構造を有してもよい。
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置1100の製造方法について、図12及び図13を参照しながら説明する。但し、本発明の半導体装置の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図3〜図6を参照して説明した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法と同一又は類似の工程及び図8〜図10を参照して説明した本発明の第2の実施形態に係る半導体装置700の製造方法と同一又は類似の工程については重複する説明を簡略化又は省略する。
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、図8(a)〜図8(c)に示したように金属板を準備し、該金属板にパターンを形成して金属配線板107を形成する。さらに、プレス機を使用して、プレス加工又は絞り加工によって金属配線板107を折り曲げて、図12(a)に示すように、突出部107a及びキャビティ部707を形成する。
次に、図12(b)に示すように、導電性接着材を含む導電層105を用いて、第1の面上に第1の電極103が配置され、第2の面上に第2電極109が配置された第1の半導体チップ101を金属配線板107のキャビティ部707上に固定する。
次に、図12(c)に示すように、第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層を形成する。まず、金属配線板107を離型シート1201に挟み込み、真空状態で加熱し、第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層の材料である絶縁性接着材を軟化させ、気泡等が入らないように金属配線板107の半導体チップ搭載面の凹凸及びその逆側の面の凹凸を絶縁性接着材により十分埋め込む。第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層の材料である絶縁性接着材は、同一であってもよく、異なっていてもよい。これにより、金属配線板107は、第1の半導体チップ101が搭載された面側及びその反対面側の両側から第1の絶縁層1101及び第2の絶縁層1103により封止される。
次に、図13(a)に示すように、形成した絶縁性接着剤層の表面の凹凸を加熱、加圧により平坦化させた後、離型シート1201を剥離する。必要に応じて、Ar、OやCFのプラズマによるエッチング処理を行って、第2の絶縁層1103に、金属配線板107の第1の半導体チップ101が搭載されている面とは反対側の面を露出してもよい。
以降の工程は、図4(c)〜図6を参照して説明した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法の(6)〜(12)の工程と略同じである。即ち、図13(b)に示すように、第1の絶縁層1101に第1の半導体チップ101の第2の面上に配置された電極109を露出する第1の開口部113及び金属配線板107と突出部107aを露出する第3の開口部201を形成する。
次に、図10(b)に示すように、第1の導電部115、第2の導電部203及び配線層117をそれぞれ第1の開口部113内、第3の開口部203内及び第1の絶縁層1101上に電解めっきによって形成する。めっきレジストを除去した後、配線層117上及び第1の絶縁層111上にソルダーレジストを塗布し、表面絶縁層123を形成する。表面絶縁層123に配線層117に接続された外部端子を露出する開口を形成する。露出された外部端子上は、Ni−Auめっきなどで表面処理してもよい。最後に、金属配線板107において、パターンが形成されている部分とパターンが形成されていない部分とが電気的に短絡している吊り部を切断ブレード等によって切断することにより半導体装置の個片化を行う。以上の工程により、図11に示した本発明の第3の実施形態に係る半導体装置1100を製造することができる。
(実施形態4)
本発明の第4の実施形態に係る半導体装置について、図14を参照しながら説明する。尚、図14に示す半導体装置において、図1及び図2に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100、200、図7に示した本発明の第2の実施形態に係る半導体装置700又は図11に示した本発明の第3の実施形態に係る半導体装置1100と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図14は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
図14を参照すると、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置1400は、第1の半導体チップ101と、第1の電極103と、突出部107aを有する金属配線板107と、第2の電極109と、第2の半導体チップ1401と、第3の電極1403と、第1の絶縁層111と、第1の導電部115と、第2の導電部1407と、配線層117と、支持体705と、を含む。金属配線板107の突出部107aの厚みw8は、金属配線板107の厚みw7と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有する。尚、突出部の厚みw8は、図11に示すように、突出部107aにおける金属配線板107の板厚を示す。
第1の半導体チップ101は、金属配線板107上に搭載される。本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100と同様に、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された第1の電極103は、導電層105を介して金属配線板107と電気的に接続され、第1の半導体チップ101の第2の面上に配置された第2の電極109は、第1の導電部115を介して配線層117と電気的に接続される。第1の半導体チップ101を搭載した金属配線板107は、支持体705上に配置される。
第2の半導体チップ1401は、第1の半導体チップ101の動作を制御するICであってもよい。本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100とは異なり、第2の半導体チップ1401は、支持体705上に配置される。第2の半導体チップ1401の第1の半導体チップ101の第2の面と同じ側の第1の面上には、第2の半導体チップ1401と電気的に接続された第3の電極1403が配置される。第2の半導体チップ1401及び第3の電極1403は、第1の絶縁層により封止される。第1の絶縁層111には第3の電極1403を露出する第2の開口部1405が設けられ、第2の開口部1405には第2の導電部1407が設けられる。第3の電極1403は、第2の導電部1407を介して配線層117と電気的に接続される。
支持板705は、金属板であることが好ましい。但し、支持板705は金属板に限定されるわけではなく、絶縁基板であってもよい。第1の半導体チップ101を搭載した金属配線板107及び第2の半導体チップ1401は、絶縁性の接着剤層703を介して支持板705上に配置される。接着剤層703は、絶縁性を有し、高熱伝導材料であることが好ましい。
金属配線板107の形状は、図14に示した構成に限定されるわけではない。例えば、第2の実施形態及び第3の実施形態のように、互いに隣接する突出部107aの間にキャビティ部が設けられた形状を有してもよい。また、第2の実施形態と同様に、金属配線板107の突出部107a上を除く突出部107aの周囲が絶縁層(モールド樹脂)で封止されてもよい。
本実施形態に係る半導体装置1400では、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100、200と同様に、放熱性に優れ、金属配線板107と配線層117との接続経路が大電流を流しても溶断せず、半導体装置1400は安定的に動作することができる。また、配線層117における配線の引き回しの自由度を向上させることができる。さらに、半導体装置1400では、支持板705に高熱伝導性の基板を用いると、支持基板705は放熱フィンとして機能し、半導体チップで発生する熱を放熱するため、半導体装置1400の温度変化による反りの変動を抑制することができる。また、第2の半導体チップ1401を金属配線板107上ではなく、支持板705上に配置することにより、第1の半導体チップ101と第2の半導体チップ1401とが分離され、第2の半導体チップ1401は、第1の半導体チップ101で発生する熱の影響を受けにくくなり、さらに第1の半導体チップ101と第2の半導体チップ1401の間に配置された金属配線板107の突出部107aがEMIシールドとしても機能するため、半導体装置1400の信頼性が向上される。
尚、図14では、単層構造を有する半導体装置1400を示したが、半導体装置1400は多層構造を有してもよい。
実施形態4に係る半導体装置の製造方法は、第2の半導体チップ1401を支持板705上に配置することを除いて、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と略同様である。
(実施形態5)
本発明の第5の実施形態に係る半導体装置について、図15を参照しながら説明する。尚、図15に示す半導体装置において、図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図15(a)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、図15(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略上面透過図である。図15(a)は図15(b)のB−B線に沿った断面図である。図15は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造工程において、半導体装置を個片化する前段階の半導体装置を示している。尚、半導体装置が個片化される際は、図15(b)に示した二点鎖線に沿って切断されるものとする。また、図15(b)では、半導体装置の一部の構成を省略して示している。
図15を参照すると、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置1500は、金属配線板が第1の半導体チップの第1の電極に対応する領域において分離部が設けられていること除いて、上述した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100と略同一の構成を有する。
図15に示す半導体装置1500では、第1の半導体チップ101が二つ搭載された構成を示しており、金属配線板107における、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された電極103に対応する領域には分離部1501、1503が設けられている。したがって、半導体装置1500では、金属配線板107は、分離部1501及び1503によって分離されている。
本実施形態に係る半導体装置1500は、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100、200と同様に、放熱性に優れ、金属配線板107と配線層117との接続経路が大電流を流しても溶断せず、半導体装置1500は安定的に動作することができる。また、配線層117における配線の引き回しの自由度を向上させることができる。さらに、半導体装置1500では、第1の半導体チップ101の第1の面上に配置された電極103に対応する領域に設けられた分離部1501及び1503によって金属配線板107が分離されることにより、金属配線板107を、金属配線板107と配線層117との接続経路と、該接続経路を除いた領域とに分離することができる。接続経路を除いた領域は、放熱経路として機能し、金属配線板107と配線層117との接続経路に大電流が流れた場合でも、接続経路から分離された放熱経路には電流が流れない。そのため、安全に放熱構造が得られ、放熱性をより向上させることができる。
尚、図15では、単層構造を有する半導体装置1500を示したが、半導体装置1500は多層構造を有してもよい。
第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、金属配線板107に分離部を形成することを除いて、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と略同様である。分離部は、図3(b)に示したように、エッチング又はパンチングにより金属板にパターンを形成する際に、同時に形成することができる。
(実施形態6)
本発明の第6の実施形態に係る半導体装置について、図16を参照しながら説明する。尚、図16に示す半導体装置において、図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図16(a)は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
図16(a)を参照すると、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置1600は、第1の半導体チップ101と、第1の電極103と、突出部107aを有する金属配線板107と、第2の電極109と、第1の絶縁層111とを含む。第1の電極103は第1の半導体チップ101の第1の面上に配置され、第2の電極109は、第1の半導体チップ101の第2の面上に配置される。第1の電極103は、導電層105を介して金属配線板107と電気的に接続される。金属配線板107の突出部107aは、第1の半導体チップ101の第2の面側に突出している。第1の絶縁層111は、第1の半導体チップ101及び第2の電極109を封止する。第1の電極103及び導電層105は、第1の絶縁層111によって封止されてもよく、第1の絶縁層111とは異なる絶縁層(図示せず)により封止されてもよい。
半導体装置1600は、金属配線板107上に配置され、金属配線板107と電気的に絶縁された第2の半導体チップ125を備えてもよい。第2の半導体チップ125は、第1の半導体チップ101の動作を制御するICであってもよい。第1の半導体チップ101の第2の面と同じ側の第2の半導体チップ125の面上には、第2の半導体チップ125と電気的に接続された第3の電極127が配置される。
半導体装置1600において、第1の絶縁層111には、第2の電極109を露出する第1の開口部113と、第3の電極127を露出する第2の開口部129とが設けられる。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100とは異なり、本実施形態に係る半導体装置1600では、第1の開口部113に設けられる第1の導電部115、第2の開口部129に設けられる第2の導電部131、及び第1の絶縁層111上に設けられる配線層117が省略される。
図16(b)に示すように、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置1600は、実装基板1601と接続することができる。実装基板1601は、種々の電子部品や集積回路などを実装したプリント回路基板である。実装基板1601上には外部接続用の電極1603が設けられる。外部接続用の電極1603は、実装基板1601上に配置されたソルダーレジスト層1605に設けられた開口を通じて外部に露出される。
半導体装置1600と実装基板1601とは、はんだ等の導電接続部1607によって接続される。導電接続部1607は、第2の電極109を露出する第1の開口部113内及び第3の電極127を露出する第2の開口部129内に設けられ、第1の半導体チップ101上の第2の電極109と実装基板1601上の電極1603、及び第2の半導体チップ125上の第3の電極127と実装基板1601上の電極1603をそれぞれ電気的に接続する。また、導電接続部1607は、金属配線板107の突出部107a上に配置され、突出部107aと実装基板1601上の電極1603とを電気的に接続する。
第1の半導体チップ101上の第2の電極109及び第2の半導体チップ125上の第3の電極127は、導電接続部1607及び実装基板1601上の電極1603を介して実装基板1601に搭載された電子部品や回路に電気的に接続されることができる。また、第1の半導体チップ101上の第1の電極103は、金属配線板107の突出部107a、導電接続部1607及び実装基板1601上の電極1603を介して実装基板1601に搭載された電子部品や回路に電気的に接続されることができる。
尚、第2の電極109を露出する第1の開口部113内及び第3の電極127を露出する第2の開口部129内には、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様に、第1の導電部及び第2の導電部をそれぞれ設けてもよい。この場合、導電接続部1607は、第1の導電部上及び第2の導電部上にそれぞれ設けられる。また、第2の実施形態に係る半導体装置200と同様に、第1の絶縁層111は金属配線板107の突出部107a覆っていてもよく、第1の絶縁層111に突出部107aを露出する第3の開口部を設けてもよい。第3の開口部には、第3の導電部が設けられてもよい。この場合、突出部107aと実装基板1601とを接続する導電接続部1607は、第3の開口部内に設けられてもよく、第3の開口部に設けられた第3の導電部上に設けられてもよい。
半導体装置1600では、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100と同様に、放熱性に優れ、大電流を流しても金属配線板107と実装基板1601との接続経路が溶断せず、半導体装置1600は安定的に動作することができる。
図16を参照して説明した本発明の第6の実施形態に係る半導体装置1600は、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100と類似の構成を有しているが、本実施形態に係る半導体装置1600は図16に示した構成に限定されず、前述した第2の実施形態〜第5の実施形態に係る半導体装置と類似の構成を有してもよい。
以上に述べた第1の実施形態〜第6の実施形態では、金属配線板に搭載される第1の半導体チップが、例えば、IGBT、IEGTなどの縦型のパワー半導体デバイスである例を説明したが、第1の半導体チップ101は、縦型のパワー半導体デバイスに限定されるわけではない。
(実施形態7)
本発明の第7の実施形態に係る半導体装置について、図17を参照しながら説明する。尚、図17に示す半導体装置において、図1に示した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図17は、本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
図17によると、半導体装置1700は、第1の半導体チップ1701と、第1の電極1703と、金属板1707と、第1の絶縁層111と、第1の導電部1711と、配線層117と、を含む。
第1の半導体チップ1701は、金属板1707上に搭載される。第1の半導体チップ1701は、接合層1705によって、金属板1707上に固定される。接合層1705がはんだなどの金属を含む導電材の場合、拡散バリア層(図示せず)が第1の半導体チップ1701上に配置されてもよい。第1の半導体チップ1701の金属板1707に対向する面とは逆側の第1の面上には、第1の半導体チップ1701と電気的に接続された第1の電極1703が配置される。第1の半導体チップ1701は、第1の絶縁層111により封止される。第1の電極1703及び接合層1705は、第1の絶縁層111により封止されてもよく、第1の絶縁層111とは異なる絶縁層(図示せず)により封止されてもよい。第1の絶縁層111には、第1の電極1703を露出する第1の開口部1709が設けられ、第1の電極1703は、第1の開口部1709に設けられた導電部1711を介して配線層117と電気的に接続される。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100とは異なり、本実施形態に係る半導体装置1700では、第1の半導体チップ1701は、縦型の半導体デバイスではなく、例えば、横型のパワーMOSFETであってもよい。但し、第1の半導体チップ1701は、横型のパワーMOSFETに限定されるわけではなく、縦型の半導体デバイスでなければ特に限定されない。
金属板1707は、第1の半導体チップ1701の金属板1707に対向する面とは逆側の第1の面側に突出する突出部1707aを有する。突出部1707aの厚みw10は、金属板1707の厚みw9と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有する。尚、突出部の厚みw10は、図17に示すように、突出部1707aにおける金属配線板1707の板厚を示す。尚、金属板1707の形状は、図17に図示している形状に限定されず、例えば、第2の実施形態及び第3の実施形態のように、互いに隣接する突出部1707aの間にキャビティ部が設けられた形状を有してもよい。また、第2の実施形態と同様に、金属板1707の突出部1707a上を除く突出部1707aの周囲が絶縁層(モールド樹脂)で封止されてもよい。
また、図17を参照すると、半導体装置1700では、第1の半導体チップ1701が搭載されている面とは反対側の金属板1707上には第1の表面絶縁層119が配置されている。しかしながら、金属板1707は、第2の実施形態又は第4の実施形態のように支持体上に配置されてもよく、第3の実施形態のように金属配線板1707の第1の半導体チップ1701が搭載された面側及びその反対面側の両側から2つの絶縁層により封止されてもよい。
図示してはいないが、半導体装置1700は、第1の半導体チップ1701の動作を制御するICなどといった第2の半導体チップを搭載してもよい。また、図17では、半導体装置1700は、第1の半導体チップ1701を二つ搭載しているが、半導体装置1700に搭載される半導体チップは二つに限定されるわけではない。
本実施形態に係る半導体装置1700では、第2の表面絶縁層123に設けられた開口1713を介して実装基板(図示せず)と半導体装置1700とを接続することにより、突出部1707aは、放熱経路として機能する。そのため、金属板1707の第1の半導体チップ1701が搭載されている面側及びその逆側の面側に放熱構造が得られ、放熱性をより向上させることができる。
また、突出部1707aの突出方向とは逆側に別の実装基板(図示せず)が配置されてもよい。該別の実装基板は、第1の表面絶縁層119に設けられた開口を通じて金属板1707と電気的に接続されてもよく、この場合、金属板1707の突出部1707aは、第2の表面絶縁層123に設けられた開口を通じて半導体装置1700と接続された実装基板と第1の表面絶縁層119に設けられた開口を通じて金属板1707と接続された別の実装基板とを接続する接続経路として機能してもよい。この金属板1707の突出部1707aを通じて、第2の表面絶縁層123に設けられた開口を通じて半導体装置1700と接続された実装基板に搭載された電子部品や回路は、第1の表面絶縁層119に設けられた開口を通じて金属板1707と接続された別の実装基板に搭載された電子部品や回路と電気的に接続されることができる。
この場合、突出部1707aの厚みw10は、金属板1707の厚みw9と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有するため、二つの実装基板を接続する接続経路、即ち、金属配線板107の突出部1707aの厚さと断面積を十分に確保することができる。そのため、接続経路に大電流が流れても電流密度が低減されて通電部の溶断を防止することができる。
尚、図17では、単層構造を有する半導体装置1700を示したが、半導体装置1700は多層構造を有してもよい。
図17を参照して説明した本発明の第7の実施形態に係る半導体装置1700は、前述した第1の実施形態に係る半導体装置100と類似の構成を有しているが、本実施形態に係る半導体装置1700は図17に示した構成に限定されず、前述した第2の実施形態〜第5の実施形態に係る半導体装置と類似の構成を有してもよい。
(実施形態8)
本発明の第8の実施形態に係る半導体装置について、図18を参照しながら説明する。尚、図18に示す半導体装置において、図17に示した本発明の第7の実施形態に係る半導体装置1700と同一又は類似の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図18(a)は、本発明の第8の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
図18(a)を参照すると、半導体装置1800は、第1の半導体チップ1701と、第1の電極1703と、突出部1707aを有する金属板1707と、第1の絶縁層111と、を含む。
第1の半導体チップ1701は、接合層1705によって、金属板1707上に固定される。金属板1707は、第1の半導体チップ1701の金属板1707に対向する面とは逆側の第1の面側に突出する突出部1707aを有する。第1の半導体チップ1701の該第1の面上には、第1の半導体チップ1701と電気的に接続された第1の電極1703が配置される。第1の半導体チップ1701は、第1の絶縁層111により封止される。第1の電極1703及び接合層1705は、第1の絶縁層111により封止されてもよく、第1の絶縁層111とは異なる絶縁層(図示せず)により封止されてもよい。第1の絶縁層111には、第1の電極1703を露出する第1の開口部1709が設けられる。
図示してはいないが、半導体装置1800は、金属配線板107上に配置され、金属配線板107と電気的に絶縁された第2の半導体チップを備えてもよい。第2の半導体チップは、第1の半導体チップ101の動作を制御するICであってもよい。
前述した本発明の第7の実施形態に係る半導体装置1700とは異なり、本実施形態に係る半導体装置1800では、第1の開口部1709に設けられる第1の導電部1711、及び第1の絶縁層111上に設けられる配線層117が省略される。
図18(b)に示すように、本発明の第8の実施形態に係る半導体装置1800は、実装基板1801と接続することができる。実装基板1801は、種々の電子部品や集積回路などを実装したプリント回路基板である。実装基板1801上には外部接続用の電極1803が設けられ、該電極1803は、実装基板1801上に配置されたソルダーレジスト層1805に設けられた開口を通じて外部に露出される。
半導体装置1800と実装基板1801とは、はんだ等の導電接続部1807によって接続される。導電接続部1807は、第1の電極1703を露出する第1の開口部1709内に設けられ、第1の半導体チップ101上の第2の電極109と実装基板1801上の電極1803とを電気的に接続する。また、導電接続部1807は、金属配線板1707の突出部1707a上に配置され、突出部1707aと実装基板1801上の電極1803とを接続する。
第1の半導体チップ1701上の第1の電極1703は、導電接続部1807及び実装基板1801上の電極1803を介して実装基板1801に搭載された電子部品や回路に電気的に接続されることができる。
尚、第1の電極1703を露出する第1の開口部1709内には、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様に、第1の導電部を設けてもよい。この場合、導電接続部1807は、第1の導電部上に設けられる。また、第2の実施形態に係る半導体装置200と同様に、第1の絶縁層111は金属配線板1707の突出部1707a覆っていてもよく、第1の絶縁層111に突出部1707aを露出する第3の開口部を設けてもよい。第3の開口部には、第3の導電部が設けられてもよい。この場合、突出部107aと実装基板1601とを接続する導電接続部1807は、第3の開口部内に設けられてもよく、第3の開口部に設けられた第3の導電部上に設けられてもよい。
半導体装置1800では、第1の開口部1706に設けられた導電接続部1807を介して実装基板1801と半導体装置1800とを接続することにより、前述した第7の実施形態に係る半導体装置170と同様に、突出部1707aは、放熱経路として機能する。そのため、金属板1707の第1の半導体チップ1701が搭載されている面側及びその逆側の面側に放熱構造が得られ、放熱性をより向上させることができる。
また、突出部1707aの突出方向とは逆側に別の実装基板(図示せず)が配置されてもよい。該別の実装基板は、第1の表面絶縁層119に設けられた開口を通じて金属板1707と電気的に接続されてもよく、この場合、金属板1707の突出部1707aは、実装基板1805と第1の表面絶縁層119に設けられた開口を通じて金属板1707と接続された別の実装基板とを接続する接続経路として機能してもよい。この金属板1707の突出部1707aを通じて、実装基板1805に搭載された電子部品や回路は、第1の表面絶縁層119に設けられた開口を通じて金属板1707と接続された別の実装基板に搭載された電子部品や回路と電気的に接続されることができる。
この場合、突出部1707aの厚みw10は、金属板1707の厚みw9と実質的に同一又はそれ以上の厚さを有するため、二つの実装基板を接続する接続経路、即ち、金属板1707の突出部1707aの厚さと断面積を十分に確保することができる。そのため、接続経路に大電流が流れても電流密度が低減されて通電部の溶断を防止することができる。
以上、本発明に係る半導体装置について説明したが、本発明は以上に述べた実施形態に限られたものではなく、要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
100 半導体装置
101 第1の半導体チップ
103 第1の電極
105 導電層
107 金属配線板
107a 突出部
109 第2の電極
111 第1の絶縁層
113 第1の開口部
115 第1の導電部
117 配線層
119 第1の表面絶縁層
123 第2の表面絶縁層
125 第2の半導体チップ
127 第3の電極
129 第2の開口部
131 第2の導電部
201 第3の開口部
203 第3の導電部

Claims (11)

  1. 金属配線板と、
    前記金属配線板の第1の面上に配置された第1の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、導電層を介して前記金属配線板と電気的に接続された第1の電極と、
    前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、
    前記第1の半導体チップ及び前記第2の電極を封止する第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、
    前記第1の開口部に設けられ、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導電部と、
    前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部と電気的に接続された配線層と、
    前記金属配線板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に配置された第2の絶縁層と、を備え、
    前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側に屈曲されて突出する突出部を有し、
    前記突出部は、前記配線層と電気的に接続し、
    前記突出部は、前記第2の絶縁層によって覆われ、
    前記第2の絶縁層は、前記第1の半導体チップに対応する領域に開口部を有する、ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第1の絶縁層に設けられ、前記突出部を露出する第2の開口部と、
    前記第2の開口部に設けられ、前記突出部及び前記配線層と電気的に接続された第2の導電部と、
    をさらに備える請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記金属配線板の前記突出部の厚みは、前記金属配線板の厚みと実質的に同一であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 前記突出部が突出する側とは反対側の前記金属配線板上に配置された第3の絶縁層をさらに備える請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記突出部が突出する側とは反対側の前記金属配線板上に配置され、前記金属配線板と電気的に絶縁された支持板をさらに備える請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記第2の絶縁層及び/又は前記第3の絶縁層は、シリカを80重量%以上含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  7. 前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第1の電極に対応する領域において分離部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の半導体装置。
  8. 金属配線板と、
    前記金属配線板の第1の面上に配置された第1の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、導電層を介して前記金属配線板と電気的に接続された第1の電極と、
    前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、
    前記金属配線板の前記第1の面上に配置され、前記金属配線板と電気的に絶縁された第2の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップの前記第2の面と同じ側の前記第2の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第2の半導体チップと電気的に接続された第3の電極と、
    前記第1の半導体チップ、前記第2の電極、前記第2の半導体チップ及び前記第3の電極を封止する第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、
    前記第1の開口部に設けられ、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導電部と、
    前記第1の絶縁層に設けられ、前記第3の電極を露出する第2の開口部と、
    前記第2の開口部に設けられ、前記第3の電極に電気的に接続された第2の導電部と、
    前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部及び前記第2の導電部と電気的に接続された配線層と、
    前記金属配線板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に配置された第2の絶縁層と、を備え、
    前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側及び前記第2の半導体チップの前記第1の面側に屈曲されて突出する突出部を有し、
    前記突出部は、前記配線層と電気的に接続し、
    前記突出部は、前記第2の絶縁層によって覆われ、
    前記第2の絶縁層は、前記第1の半導体チップに対応する領域に開口部有する、ことを特徴とする
    半導体装置。
  9. 金属板と、
    前記金属板の第1の面上に配置され、接着剤層を介して前記金属板と接合された第1の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第1の電極と、
    前記第1の半導体チップ、前記第1の電極及び前記接着剤層を封止する第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層に設けられ、前記第1の電極を露出する第1の開口部と、
    前記第1の開口部に設けられ、前記第1の電極に電気的に接続された第1の導電部と、
    前記第1の絶縁層上に配置され、前記第1の導電部と電気的に接続された配線層と、
    前記金属板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に配置された第2の絶縁層と、を備え、
    前記金属板は、前記第1の半導体チップの前記第1の面側に屈曲されて突出する突出部を有し、
    前記突出部は、前記第2の絶縁層によって覆われ、
    前記第2の絶縁層は、前記第1の半導体チップに対応する領域に開口部を有することを特徴とする半導体装置。
  10. 金属配線板と、
    前記金属配線板の第1の面上に配置された第1の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、導電層を介して前記金属配線板と電気的に接続された第1の電極と、
    前記第1の半導体チップの第2の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第2の電極と、
    前記第1の半導体チップ及び前記第2の電極を封止する第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層に設けられ、前記第2の電極を露出する第1の開口部と、
    前記金属配線板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に配置された第2の絶縁層と、を備え、
    前記金属配線板は、前記第1の半導体チップの前記第2の面側に屈曲されて突出する突出部を有し、
    前記突出部は、前記第2の絶縁層によって覆われ、
    前記第2の絶縁層は、前記第1の半導体チップに対応する領域に開口部を有することを特徴とする半導体装置。
  11. 金属板と、
    前記金属板の第1の面上に配置され、接着剤層を介して前記金属板に接合された第1の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップの第1の面上に配置され、前記第1の半導体チップと電気的に接続された第1の電極と、
    前記第1の半導体チップ、前記第1の電極及び前記接着剤層を封止する第1の絶縁層と、
    前記第1の絶縁層に設けられ、前記第1の電極を露出する第1の開口部と、
    前記金属板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に配置された第2の絶縁層と、
    を備え、
    前記金属板は、前記第1の半導体チップの前記第1の面側に屈曲されて突出する突出部を有し、
    前記突出部は、前記第2の絶縁層によって覆われ、
    前記第2の絶縁層は、前記第1の半導体チップに対応する領域に開口部を有することを特徴とする半導体装置。
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