JP6619121B1 - 半導体装置の製造方法、半導体装置の製造冶具、および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1.実施形態1に係る半導体装置1の構成)
実施形態1に係る半導体装置1は、図1に示すように、基板2と、半導体チップ3と、リード4(4a,4b,4c)と、はんだ5,6と、ワイヤ7とを備え、リード4a,4b,4cの外部接続端子4d,4e,4fおよび基板2の放熱性の金属板2dの一部を除いて樹脂8で樹脂封止されている。
エミッタ電極3bは、リード4bの電極接続片4gとはんだ6を介して接合されており、はんだ6およびリード4b(外部接続端子4e)を介して外部と接続される。
リード4aは、一方の端部がコレクタ電極3aと接続された基板2の回路2cと、基板2の半導体チップ搭載面2bに形成された接続パッドを介して接続されており、他方の端部が、外部接続端子4dとなっている。
リード4bは、一方の端部にエミッタ電極3bと接続するための電極接続片4gを有し、他方の端部に外部と接続するための外部接続端子4eを有する。リード4bには、平面的に見て半導体チップ3および基板2よりも外側まで電極接続片4gから張り出した張り出し部4hを樹脂8内に有している。
リード4cは、一方の端部がワイヤ7を介してゲート電極2cと接続されており、他方の端部が外部接続端子4fとなっている。
はんだ5は、コレクタ電極3aと半導体チップ搭載面2bに形成された電極パッドとを接合している。はんだ5は、フラックスを含有するペースト状のはんだ材(いわゆるクリームはんだ)からなり、印刷により基板2の半導体チップ搭載面2bに配置され、リフローして加熱することにより基板2と半導体チップ3とを接合する。なお、はんだ5は、はんだ6の場合と異なり、はんだに作用する応力(例えば熱応力)を緩和するという事情がなく、厚くなると導通損失が大きくなるため、比較的薄い方が好ましい。
はんだ6は、エミッタ電極3bと電極接続片4gとを接合している。はんだ6の厚さ(はんだ厚)は、はんだ5(基板2と半導体チップ3との間のはんだ)の厚さよりも厚く、例えば、300μm以上であり、例えば500μmである。はんだ6の形成方法については後述する。
実施形態1に係る半導体装置1を製造するための半導体装置の製造冶具10は、図3および図4に示すように、ベース11と、スペーサ12と、第2スペーサ13と、第2ベース21と、錘体22と、締結具31と、付勢手段32とを備えている。付勢手段32は、第2ベース21に取り付けられている。ベース11、スペーサ12、第2スペーサ13、付勢手段32が取り付けられた第2ベース21、錘体22、および締結具31の各部品は、それぞれが分離可能であり、半導体装置1の製造過程において、適宜、段階的に組み合わせて用いられる。半導体装置の製造冶具10は、半導体装置の中間体1M(ワイヤ接続されていない状態)の構成部材をはんだ接合する際には、図3に示すように、各部品全てを組み合わせて、内側に半導体装置の中間体1Mの構成部材を所定の位置に配置した状態で保持する。
以下各部について図4を参照して説明する。
実施形態1に係る半導体装置の製造方法は、図5に示すように、基板配置工程S1と、はんだ材印刷工程S2と、半導体チップ搭載工程S3と、はんだ材搭載工程S4と、スペーサ配設工程S5と、第2スペーサ搭載工程S6と、リードフレーム配置工程S7と、錘体配設工程S8と、第2ベース搭載工程S9と、はんだ接合工程S10と、ワイヤ接続工程S11と、樹脂封止工程S12と、リード加工工程S13とを含む。この半導体装置の製造方法においては、少なくとも基板配置工程S1からはんだ接合工程S10まで、図6に示すように半導体装置の製造冶具10を用いる。
基板配置工程S1においては、水平面上に配置したベース11の基板配置部11a上に、半導体チップ搭載面2bを上方に向けて半導体チップ3を実装するための基板2を配置する(図6(a)参照。)。配置後、基板2近くの範囲において、半導体チップ搭載面2bよりも高い部分は形成されていない(図6(b)参照。)。
はんだ材印刷工程S2においては、基板2の上面となる半導体チップ搭載面2b上にペースト状のはんだ材5(いわゆるクリームはんだ)を印刷する(図6(b)参照。)。
なお、実施形態1においては、はんだ材5を印刷するが、ディスペンサによってはんだ材を供給する、はんだフィーダ等で送り出した糸はんだによってはんだ材を供給する、溶融したはんだ材を流し込むことによってはんだ材を供給する等、適宜の方法ではんだ材を供給してもよい。
半導体チップ搭載工程S3においては、半導体チップ搭載面2bと半導体チップ3のコレクタ電極3aとがはんだ材5を挟んで対向した状態となるように基板2の上面となる半導体チップ搭載面2b上に半導体チップ3を搭載する(図1(b),図6(c)参照。)。ここの工程で、半導体チップ3を上方に配置可能なベース11に間接的に半導体チップが搭載された状態になる。
はんだ材搭載工程S4においては、半導体チップ3のエミッタ電極3b上にはんだ材6を搭載する(図1(b),図6(d)参照。)。はんだ材6は、エミッタ電極3bとこの後の工程で搭載するリードフレーム9の電極接続片4gとを接合できるのに十分な厚さで搭載する。
なお、はんだ材6としては、ペースト状のはんだ材(いわゆるクリームはんだ)や固体状のはんだ材(いわゆる板はんだ)またはこれらを組み合わせて用いることができる。ペースト状のはんだ材を供給する方法としては様々な方法が考えられるが、はんだ量の細かい調整や正確な箇所に供給できるようディスペンサによってペースト状のはんだ材を供給することが好ましい。
スペーサ配設工程S5においては、リード4bを含むリードフレーム9を配置するためのスペーサ12を、ベース11に配設する(図6(e)参照。)。具体的には、ベース11に形成された有底のスペーサ位置決め用穴11cにスペーサ12の下端側を埋設させることで、スペーサ12をベース11に配設する。ベース11に配設されたスペーサ12は、その上端が半導体チップ3の上面よりも上方の高さ位置になる(図6(f)参照。)。なお、実施形態1では、スペーサ12として、複数のスペーサをベース11に形成された複数の有底のスペーサ位置決め用穴11cに配設する。
第2スペーサ搭載工程S6においては、ベース11と次の工程で搭載されるリードフレーム9の周辺部9aとの間の厚み方向に沿った距離に対応した厚みの第2スペーサ13をベース11の第2スペーサ搭載部11fに搭載する(図6(f)参照。)。
リードフレーム配置工程S7においては、半導体チップ3上に搭載されているはんだ材6の上にリード4bの電極接続片4gを重ね合わせるようにして、リードフレーム9をスペーサ12上および第2スペーサ13上に配置する(図6(g)参照。)。このとき、リードフレーム9内のリード4bが所定の位置に配置され、エミッタ電極3bと電極接続片4gとの間にはんだ材6を介在させた状態にする。またこのとき、張り出し部4h等のリード4bの一部が電極接続片4gの近傍(基板2および半導体チップ3の近傍)においてスペーサ12上に配置されることで、リードフレーム9が半導体チップ3と電極接続片4gとの間隔を一定に保たせた状態でスペーサ12上に配置される(図7(b),図6(h)参照。)。またこのとき、周辺部9a等の広い範囲が第2スペーサ13上に配置されることで、リードフレーム9が安定した状態で第2スペーサ13に配置される(図7(a),図6(h)参照。)。
錘体配設工程S8においては、スペーサ12に対峙する部分を含む錘体22をリードフレーム9上に配設する(図6(h)参照。)。より詳しくは、錘体22の両端部から下方に延びる脚部22bをリード4の隙間を通し、その下のベース11の錘体位置決め用穴11d(図4参照。)にはまり込むようにして、錘体22をリードフレーム9上配設する。そうすると、錘体22は、複数のスペーサ12(実施形態1では3箇所に配設されたスペーサ12)と対峙するように、リードフレーム9の電極接続片4g上に配設される(図7(b)参照。)。言い換えると、錘体22は、複数のスペーサ12上方を橋渡すようにして、電極接続片4gの上面を水平の線または水平の面で押す錘になる。
第2ベース搭載工程S9においては、リードフレーム9の周辺部9aに、第2スペーサ13と対峙する部分を含む第2ベース21を搭載する(図6(i)参照。)。なお、第2ベース搭載工程S9では、第2ベース21に固定された付勢手段32によって錘体22をリードフレーム9側に向けて付勢することで、錘体22に押されたリード4bの電極接続片4gがスペーサ12に押し付けられる。言い換えると、リード4bの電極接続片4gは、スペーサ12の上端を基準とした一定の高さ位置においてスペーサ12と錘体22とでしっかり挟持される。
なお、錘体22が第2ベース21と一体に構成されている場合には、錘体配設工程S8と第2ベース搭載工程S9とは同時に行われる。
このようにして、半導体装置の中間体1M構成部材を所定の位置に配置する。
はんだ接合工程S10においては、半導体装置の製造冶具10によって半導体装置1の構成部材を所定の位置に配置した状態を保持したまま、はんだ材5,6を加熱することにより、基板2、半導体チップ3、およびリードフレーム9をはんだ接合する。より詳しくは、半導体装置の製造冶具10によって保持した半導体装置1の構成部材を、リフロー炉(図示せず。)に入れて加熱し、はんだ材5、6を溶融した後で、はんだ材5、6を固化してはんだ(5,6)とする。これにより、基板2の半導体チップ搭載面2bと半導体チップ3のコレクタ電極3aとをはんだ5を介して接合すると共に、半導体チップ3のエミッタ電極3bとリード4bの電極接続片4gとをはんだ6を介して接合する。このはんだ接合工程S10においては、第2ベース21に固定された付勢手段32によって錘体22をリードフレーム9側に向けて付勢した状態(リードフレーム9をスペーサ12に押し付けた状態)で基板2、半導体チップ3、およびリードフレーム9をはんだ接合する(図6(j)参照。)。
はんだ接合した半導体装置の中間体1M(ワイヤ接続はされていない状態)を、ワイヤ接続工程S11(図示せず。)で、ゲート電極3cと、リード4cとをワイヤ7を用いて接続する。ワイヤ7は適宜のものを用いることができる。次に樹脂封止工程S12(図示せず。)で、リード4a,4b,4cの外部接続端子4d,4e,4fおよび放熱用の金属板2dを除いて樹脂8で樹脂封止する。次に、リード加工工程S13(図示せず。)で、リード4a,4b,4cをリードフレーム9から切り離すと共に、所定の箇所の折り曲げ等の加工を行う。
このようにして実施形態1に係る半導体装置1を製造する。
実施形態1の半導体装置1によれば、半導体チップ3の表面上にはんだ6を介して電気的に接続された電極接続片4gを含むリード4は、平面的に見て、半導体チップ3および基板2よりも外側まで電極接続片4gから張り出した張り出し部4hを有するため、製造過程においてリード4を含むリードフレーム9を所望の状態に配置することが可能となる。具体的には、例えば、製造過程において張り出し部4hをスペーサ12に配置すれば、リードフレーム9を所望の高さ位置に配置することが可能となる。すなわち、製造過程において、リードフレーム9から半導体チップ3に過剰な力が加わらないように、リードフレーム9を半導体チップ3の上方に半導体チップ3とは所望の間隔をあけて配置することが可能となる。また、例えば、製造過程において張り出し部4hを上方から押さえれば、はんだ接合の際にはんだ材6の状態の変化に伴いリードフレーム9が浮いてくることを抑えられ、半導体チップ3とリードフレーム9とを所望の間隔に保たせることが可能となる。その結果、半導体チップ3を傷めるリスクを低減させ、半導体チップ3とリード4との間のはんだ材6を所望の肉厚に保たせてはんだ接合可能な半導体装置を提供することを可能にする。なお、張り出し部4hは、樹脂8内に形成されているため、樹脂8にひっかかることでリード4を樹脂8から抜けにくくする効果も奏する。
次に、実施形態2に係る半導体装置の製造冶具110について説明する。半導体装置の製造冶具110は、図8に示すように、基本的には実施形態1に係る半導体装置の製造冶具10と同様の構成であるが、実施形態1に係る半導体装置の製造冶具10では付勢手段32が上側冶具10Bに取り付けられているのに対し、実施形態2に係る半導体装置の製造冶具110では付勢手段132が下側冶具110A(下側冶具10Aと同様で下側を構成する冶具)に取り付けられている点で異なる。なお、実施形態1と同様の部分については、実施形態1と同じ符号を付して、その説明を省略する。
次に、実施形態3に係る半導体装置の製造冶具210について説明する。半導体装置の製造冶具210は、基本的には実施形態1に係る製造冶具10と同様の構成であるが、実施形態1に係る半導体装置の製造冶具10ではスペーサ12が挿抜自在に構成されていたのに対し、実施形態3に係る半導体装置の製造冶具210ではスペーサ212が挿抜されず、上下方向に退避可能に構成されている点で異なる。具体的には、図9(a)〜(c)に示すように、ベース211に形成されたスペーサ位置決め用穴211cが貫通孔でスペーサ212を上下方向に摺動可能に構成されている点が異なる。また、スペーサ212が下端において板状の可動ベース233に固定されていることが異なる。なお、ベース211と可動ベース233との間には可動ベースばね(コイルばね)234が配置されており、ベース211と可動ベース233と位置関係の変化を補助している。
Claims (15)
- 半導体チップと、当該半導体チップに一部を重なりあわせてはんだを介して電気的に接続されたリードとを含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップを実装するための基板をベース上に配置する基板配置工程と、
前記基板上に前記半導体チップを搭載する半導体チップ搭載工程と、
前記半導体チップの上面にはんだ材を搭載するはんだ材搭載工程と、
上端が前記半導体チップの上面よりも上方の高さ位置まで前記ベースから突出するスペーサ上に、前記リードを含むリードフレームを配置するリードフレーム配置工程と、
前記スペーサに対峙する部分を含む錘体を前記リードフレーム上に配設する錘体配設工程と、
前記はんだ材を加熱することにより前記半導体チップと前記リードフレームとをはんだ接合するはんだ接合工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記リードフレーム配置工程においては、前記スペーサとして、平面的に見て前記半導体チップの外側に位置する複数のスペーサ上に、前記リードの一部を配置することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板配置工程と前記半導体チップ搭載工程との間に、
前記基板の上面にはんだ材を印刷するはんだ材印刷工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記はんだ印刷工程と前記リードフレーム配置工程との間に、前記スペーサを前記ベースに配設するスペーサ配設工程をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記スペーサ配設工程においては、前記ベースに形成された有底のスペーサ位置決め用穴に前記スペーサの下端側を埋設させることで、前記スペーサを前記ベースに配設することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記錘体配設工程においては、平面的に見て前記半導体チップの外側で下方に延びた前記錘体の脚部を、前記ベースに形成されたスペーサ位置決め用穴に差し込むことで位置決めすると共に、前記スペーサと対峙させるようにして、前記錘体を前記リードフレーム上に配設することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記はんだ接合工程においては、付勢手段によって前記錘体またはスペーサを介して前記リードフレームを付勢した状態で、前記半導体チップと前記リードフレームとをはんだ接合することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体チップ搭載工程と前記リードフレーム配置工程との間に、前記ベースと前記リードフレームの周辺部との間の厚み方向に沿った距離に対応した厚みの第2スペーサを、前記ベースに搭載する第2スペーサ搭載工程と、
前記錘体配設工程と同時または前記錘体配設工程と前記はんだ接合工程との間に、前記リードフレームの前記周辺部において、前記第2スペーサと対峙する部分を含む第2ベースを搭載する第2ベース搭載工程とをさらに有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体チップと、当該半導体チップに一部を重なりあわせてはんだを介して電気的に接続されたリードとを含む半導体装置の製造冶具であって、
前記半導体チップを上方に搭載可能なベースと、
前記半導体チップを前記ベースに搭載した場合において、平面的に見た際における当該半導体チップの外側の位置で、上端の高さ位置が当該半導体チップの上面よりも高く前記ベースから突出すると共に、前記リードを含むリードフレームを上端に配置可能なスペーサと、
前記スペーサに対峙する部分を含み、前記リードフレーム上に配設可能な錘体とを備えることを特徴とする半導体装置の製造冶具。 - 前記スペーサとして、複数のスペーサを備え、
前記錘体が前記複数のスペーサと対峙する部分を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造冶具。 - 前記スペーサとして、前記ベースから挿抜可能なスペーサを備え、
前記ベースは、前記スペーサの下端側を埋設して前記スペーサの上端の高さ位置を定めるための有底のスペーサ位置決め用穴を有することを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置の製造冶具。 - 前記錘体は、前記半導体チップを前記ベースに搭載した場合を平面的に見た際の当該半導体チップの外側の位置で、下方に延びた脚部を有し、
前記ベースは、前記脚部の下端側を差し込んで前記錘体を位置決めするための錘体位置決め用穴を有することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の半導体装置の製造冶具。 - 前記リードフレームを配置した場合に前記錘体または前記スペーサを介して前記リードフレームを付勢する付勢手段をさらに備えることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の半導体装置の製造冶具。
- 前記リードフレームを配置した場合における、前記ベースと前記リードフレームの周辺部との間の厚み方向に沿った距離に対応した厚みで形成され、前記ベースに搭載可能な第2スペーサと、
前記第2スペーサと対峙する部分を含む第2ベースとをさらに備えることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の半導体装置の製造冶具。 - 半導体チップと、
前記半導体チップが実装された基板と、
前記半導体チップの表面上にはんだを介して電気的に接続された電極接続片を含むリードと、
少なくとも前記リードの前記電極接続片周りの範囲を封止した樹脂とを備え、
前記リードは、製造過程において前記半導体チップおよび前記基板の外側から突出する製造冶具上に配置可能で、平面的に見て前記半導体チップおよび前記基板よりも外側まで前記電極接続片から張り出した張り出し部を前記樹脂内に有することを特徴とする半導体装置。
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