JP6712620B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスに関する。 The present invention relates to semiconductor devices.
パワーデバイスをモジュール化する場合、パワーデバイス間の接続するための基板として、ダイパッドとなる金属配線（以降ダイパッドと表示）付絶縁基板であるＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）基板、又は、ＡＭＣ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）基板が用いられる（特許文献１）。次世代パワーデバイスは、小型化され、パワー密度が上がり、使用温度範囲が従来のＭａｘ１７５℃からＭａｘ２５０℃になることが予想されている。パワーデバイスからの放熱は重要となる。 When modularizing power devices, a DBC (Direct Bonded Copper) substrate, which is an insulating substrate with metal wiring (hereinafter referred to as a die pad) to be a die pad, or an AMC (Active Metal Brazed) is used as a substrate for connecting the power devices. A Copper substrate is used (Patent Document 1). It is expected that the next-generation power device will be miniaturized, the power density will be increased, and the operating temperature range will be from the conventional Max 175°C to Max 250°C. Heat dissipation from the power device is important.
本発明者の知見によると、上記のような構成のセラミック基板、ダイパッドとなる金属配線、及びダイの構造体において、さらに放熱特性を向上させるためには、ダイパッドとなる金属配線に用いられる金属板（例えば銅板）の厚みを増やすという手段がある。しかし、単にダイパッドの厚みを増やした場合には、ＤＢＣ基板、または、ＡＭＣ基板を作製する際に熱的な特性（例えば熱膨張係数）の相違によって、セラミック基板の割れや、ダイパッドのセラミック基板からの剥離等の不備が生じやすくなることがわかった。 According to the knowledge of the present inventor, in the ceramic substrate having the above-described structure, the metal wiring to be the die pad, and the die structure, in order to further improve the heat radiation characteristics, the metal plate used for the metal wiring to be the die pad is used. There is a means of increasing the thickness of (for example, a copper plate). However, if the thickness of the die pad is simply increased, cracks in the ceramic substrate or the ceramic substrate of the die pad due to differences in thermal characteristics (for example, thermal expansion coefficient) when the DBC substrate or the AMC substrate is manufactured. It was found that deficiencies such as peeling are likely to occur.
したがって、本開示の目的は、従来使用している程度の厚みの金属板であって、セラミック基板に接合された金属板をダイパッドとして使用しつつ、放熱特性を向上させた半導体デバイスを提供することにある。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a semiconductor device that has a conventionally used metal plate and has improved heat dissipation characteristics while using a metal plate bonded to a ceramic substrate as a die pad. It is in.
本発明者は、これまでの鋭意研究の結果、ダイとダイパッドの接着に使用される焼結型ダイアタッチ材を、ダイに覆われる領域を超えて、意図的に広い領域に塗布し、同時にその厚みを意図的に増大させることによって、ダイからの放熱特性を向上できることを見いだして、本発明に到達した。 As a result of earnest research so far, the present inventor has intentionally applied a sintered die attach material used for bonding a die and a die pad to a large area beyond the area covered by the die, and at the same time The inventors have reached the present invention by discovering that the heat dissipation from the die can be improved by intentionally increasing the thickness.
したがって、本発明は、次の（１）を含む。
（１）
セラミックス基板上に接合されたダイパッド、及びダイパッド上に接着されたダイを含む半導体デバイスであって、
ダイがダイパッド上に金属粉ペーストの焼結体によって接着されており、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体の厚みが、５０〜２００μｍの範囲にある、半導体デバイス。
Therefore, the present invention includes the following (1).
(1)
A semiconductor device comprising a die pad bonded on a ceramic substrate, and a die bonded on the die pad,
The die is bonded on the die pad by a sintered body of metal powder paste,
The sintered body of the metal powder paste is a sintered body of the metal powder paste applied on the surface of the die pad,
The sintered body of the metal powder paste, on the surface of the die pad, is a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed,
A semiconductor device in which the thickness of the sintered body of the metal powder paste is in the range of 50 to 200 μm.
本発明によれば、従来使用している程度の厚みの銅板をダイパッドとして使用しつつ、半導体デバイスの放熱特性を向上させることができ、大きな構成の変更を伴わないために、生産性の点で不利となることがない。 According to the present invention, it is possible to improve the heat dissipation characteristics of a semiconductor device while using a copper plate having a thickness that is conventionally used as a die pad, and since it does not involve a large change in the configuration, in terms of productivity. There is no disadvantage.
以下に本発明を実施の態様をあげて詳細に説明する。本発明は以下にあげる具体的な実施の態様に限定されるものではない。
［半導体デバイスの製造］
本発明による半導体デバイスは、ＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｃｏｐｐｅｒ）基板、または、ＡＭＣ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｐｐｅｒ）基板（以下絶縁性基板とする）のダイパッドに金属粉ペーストを塗布し、その上にダイを載置した後に焼結する工程を含む製造方法であって、金属粉ペーストをダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域とダイの載置されない領域とに塗布されたものとする方法によって、製造することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments described below.
[Manufacturing of semiconductor devices]
In a semiconductor device according to the present invention, a metal powder paste is applied to a die pad of a DBC (Direct Bonding Copper) substrate or an AMC (Active Metal Copper) substrate (hereinafter referred to as an insulating substrate), and a die is placed thereon. A manufacturing method including a step of sintering afterwards, in which the metal powder paste is applied on the surface of the die pad by a method in which the area where the die is mounted and the area where the die is not mounted are applied. be able to.
このようにして得られた半導体デバイスは、ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体を有する半導体デバイスであって、金属粉ペーストの焼結体はダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、金属粉ペーストの焼結体はダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体となっている。 The semiconductor device thus obtained is a semiconductor device having a die bonding body in which a die and a die pad are bonded by a sintered body of a metal powder paste, and the sintered body of the metal powder paste is on the surface of the die pad. The sintered body of the applied metal powder paste, the sintered body of the metal powder paste becomes a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed on the surface of the die pad. ing.
［ダイ］
ダイ（半導体チップ）は、ダイパッドへ接着されて固定される。さらに固定されたダイ（半導体チップ）の各電極とインナーリードとをボンディングワイヤ等で接続し、シリコーンゲルやモールド樹脂によって包埋して、半導体デバイスとする。ダイとしては、公知の材質を用いて製造されたダイ（半導体チップ）を使用することができ、材質として、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、Ｇａ2Ｏ3（ガリウムオキサイド）を使用することができる。
[Die]
The die (semiconductor chip) is bonded and fixed to the die pad. Further, each electrode of the fixed die (semiconductor chip) and the inner lead are connected with a bonding wire or the like, and embedded with silicone gel or molding resin to obtain a semiconductor device. A die (semiconductor chip) manufactured by using a known material can be used as the die, and examples of the material include Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), and Ga 2. O 3 (gallium oxide) can be used.
［ダイパッド］
ダイパッドの材質は、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＣｕＭｏ（銅モリブデン）を使用することができる。
[Die pad]
As the material of the die pad, for example, Cu (copper), Al (aluminum), CuW (copper tungsten), or CuMo (copper molybdenum) can be used.
［ダイボンディング体］
ダイとダイパッドは接着されてダイボンディング体を形成する。このダイボンディング体のダイ部分とリードフレームとが電気的に接続され、モールド樹脂やシリコーンゲルによって包埋されて、耐熱性（放熱性）に優れた半導体デバイスとなる。このダイボンディング体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えており、熱伝導性に優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイボンディング体及びその製造方法にもある。
[Die bonding body]
The die and die pad are bonded to form a die bonding body. The die portion of the die bonding body and the lead frame are electrically connected to each other and embedded in a mold resin or silicone gel to form a semiconductor device having excellent heat resistance (heat dissipation). This die bonding body is provided with a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed on the surface of the die pad, and is capable of achieving excellent thermal conductivity. Therefore, the present invention also resides in a die bonding body and a method for manufacturing the same.
［ダイとダイパッドの接着］
ダイとダイパッドは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結することによって接着される。この接着部分は、金属粉ペーストの焼結体となっており、この焼結体の形成によって、接着が行われる。この接着は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えるように行われて、熱伝導性に優れた特性を実現できるものである。
[Adhesion of die and die pad]
The die and the die pad are attached by placing the die on the metal powder paste applied on the surface of the die pad and then sintering the die. The bonded portion is a sintered body of the metal powder paste, and the bonding is performed by forming the sintered body. This bonding is performed so as to include a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed on the surface of the die pad, and it is possible to achieve excellent thermal conductivity. Is.
［金属粉ペースト］
金属粉ペーストとしては、半導体デバイスの特性を毀損しない程度の低温で焼結可能であるものであれば、特に制約はなく、公知の金属粉ペーストを使用することができる。例えば、金属粉、溶媒、バインダー樹脂、および所望により添加剤を含む、金属粉ペーストを使用することができる。好適な実施の態様において、溶媒、バインダー樹脂、添加剤は、焼結によって除去可能な化合物が使用される。好適な実施の態様において、金属粉としては、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲のサイズ、ナノサイズ、サブミクロンサイズ、これらのサイズの粉と扁平な金属粉を組み合わせの金属粉を使用することができる。金属粉の形状には、特に制約はなく、例えば、球状、回転楕円体状、あるいはこれらが扁平となった形状の金属粉を使用することができ、これらの形状の金属粉が混合された金属粉であってもよい。金属粉の金属としては、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｃｕの合金から選択された金属を使用することができる。あるいは金属粉を、Ａｇで被覆されたＣｕ粉の形態とすることができる。好適な実施の態様において、金属粉としてＣｕ粉を使用することができる。溶媒としては、ペースト作製に公知の溶媒を使用することができ、このような溶媒として例えばα−テルピネオール、プチルカルピトールをあげることができる。バインダー樹脂としては、ペースト作製に公知のバインダー樹脂を使用することができ、焼結温度で分解するものであればよく、例えばセルロース系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のバインダー樹脂を挙げることができる。さらに、このようなバインダー樹脂として例えばポリビニールプチラール樹脂、エチルセルロースをあげることができる。
[Metal powder paste]
The metal powder paste is not particularly limited as long as it can be sintered at a low temperature that does not impair the characteristics of the semiconductor device, and a known metal powder paste can be used. For example, a metal powder paste containing a metal powder, a solvent, a binder resin, and optionally an additive can be used. In a preferred embodiment, the solvent, the binder resin, and the additive are compounds that can be removed by sintering. In a preferred embodiment, as the metal powder, for example, a metal powder having an average particle size in the range of 10 nm to 500 nm, a nano size, a submicron size, and a combination of a powder of these sizes and a flat metal powder is used. be able to. There is no particular limitation on the shape of the metal powder, and for example, spherical, spheroidal, or flattened metal powders can be used, and metal powders of these shapes are mixed. It may be powder. As the metal of the metal powder, for example, a metal selected from Ag, Cu, and an alloy of Ag—Cu can be used. Alternatively, the metal powder can be in the form of Ag-coated Cu powder. In a preferred embodiment, Cu powder can be used as the metal powder. As the solvent, a known solvent for paste preparation can be used, and examples of such a solvent include α-terpineol and pentylcarpitol. As the binder resin, a known binder resin can be used for paste preparation, and any binder resin that decomposes at the sintering temperature may be used, and examples thereof include cellulose-based, acrylic-based, epoxy-based, and phenol-based binder resins. You can Further, as such a binder resin, for example, polyvinyl propyl resin and ethyl cellulose can be cited.
［焼結］
金属粉ペーストの焼結は、例えば２００〜４００℃、好ましくは２００〜３００℃の範囲の温度によって、例えば、表面酸化物が不安定であるＡｇ等の金属においては、大気雰囲気下で、表面酸化物が安定であるＣｕ等の金属においては不活性ガス雰囲気下又は還元ガス雰囲気下、好ましくは還元ガス雰囲気下で、行うことができる。
[Sintering]
The sintering of the metal powder paste is carried out at a temperature in the range of, for example, 200 to 400° C., preferably 200 to 300° C., for example, in the case of a metal such as Ag whose surface oxide is unstable, surface oxidation is performed in the atmosphere. For a stable metal such as Cu, it can be carried out under an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere, preferably under a reducing gas atmosphere.
［被覆領域比率］
ダイの載置に先立って、ダイパッドの表面上に金属粉ペーストを塗布する。塗布された金属粉ペーストは焼結によって焼結体となるので、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストが塗布された領域は、焼結によって、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域となる。本発明において、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを含む。
[Coverage area ratio]
Prior to placing the die, a metal powder paste is applied on the surface of the die pad. Since the applied metal powder paste becomes a sintered body by sintering, the area on the surface of the die pad to which the metal powder paste is applied becomes an area covered by the sintered body of the metal powder paste by sintering. .. In the present invention, the region covered with the sintered body of the metal powder paste includes the region on which the die is placed and the region on which the die is not placed on the surface of the die pad.
ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積と、ダイの載置されない領域の面積との比率は、例えば１．０５以上、１．１以上、１．２以上、１．３以上、１．４以上、１．５以上、１．８以上、１．９以上、２．０以上とすることができ、例えば１．０５〜１０．０の範囲、１．５〜１０．０の範囲、２．０〜１０．０の範囲とすることができる。 In the area covered with the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad, the ratio of the area of the area on which the die is mounted to the area of the area on which the die is not mounted is, for example, 1.05 or more. 1 or more, 1.2 or more, 1.3 or more, 1.4 or more, 1.5 or more, 1.8 or more, 1.9 or more, 2.0 or more, for example, 1.05 to 10. The range can be 0, 1.5 to 10.0, and 2.0 to 10.0.
ダイパッドの接合される側の片面の表面の面積から載置されるダイの面積を引いた面積に対する、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域の面積から載置されるダイの面積を引いた面積の比率は、すなわち、 次の式：
［ダイパッドの表面の面積 − 載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積 − 載置されるダイの面積］
で表される比率は、例えば１．１以上、１．２以上、１．３以上とすることができ、例えば１．１〜４．０の範囲、１．５〜４．０の範囲、１．０〜３．０の範囲とすることができる。
A die mounted from the area of the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad with respect to the area of the surface of one side of the die pad to be bonded minus the area of the die mounted The area ratio minus the area of is, ie, the following formula:
[Area of surface of die pad-area of die to be mounted]/[Area of covered area of sintered body of metal powder paste on surface of die pad-area of die to be mounted]
The ratio represented by can be, for example, 1.1 or more, 1.2 or more, 1.3 or more, for example, 1.1 to 4.0 range, 1.5 to 4.0 range, 1 It can be in the range of 0.0 to 3.0.
好適な実施の態様において、金属粉ペーストの焼結体において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積の比（「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイの載置された領域の面積」）の値を、例えば２．５０以上とすることができ、好ましくは２．５０〜５．００の範囲とすることができる。 In a preferred embodiment, in the sintered body of the metal powder paste, the ratio of the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad to the area of the region on which the die is mounted (“the surface of the die pad The value of “the area covered by the sintered body of the metal powder paste”/“the area of the region on which the die is mounted”) can be set to, for example, 2.50 or more, preferably 2.50 to 5. It can be in the range of 00.
好適な実施の態様において、金属粉ペーストの焼結体において、焼結体が形成された側のダイパッドの表面の面積に対する、ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積の比（「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイパッドの面積」）の値を、例えば０．４０〜１．００の範囲とすることができる。 In a preferred embodiment, in the sintered body of the metal powder paste, the ratio of the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad to the surface area of the die pad on the side where the sintered body is formed. The value of “the area of the surface of the die pad covered by the sintered body of the metal powder paste”/“the area of the die pad” can be set in the range of 0.40 to 1.00, for example.
このように、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域を、ダイパッドの表面上において、ダイの載置されない領域にも設けることによって、動作時にダイから発熱を、効率的に取り去ることが可能であると本発明者は考えている。 In this way, by providing the area covered with the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad even in the area where the die is not placed, it is possible to efficiently remove heat from the die during operation. The present inventor believes that
［空隙率］
好適な実施の態様において、焼結体は、網目構造を呈するものとなっている。本発明において網目構造とは、金属粉が焼結した構造体が、焼結した金属粉の間に隙間のないち密な構造になることなく、溶融した金属粉が連結した構造となって、焼結した金属粉の間に空間部を有した構造をいう。この網目構造には、例えば０．１μｍ〜数μｍ程度の多数の空隙が含まれており、この程度が空隙率として表現される。本発明において空隙率とは、焼結体を、ダイパットに垂直な平面で切断した断面に対してＳＥＭ観察することによって、空隙と認められる黒色領域の面積と焼結された材料が充填されている灰色領域の面積の総和に占める、空隙と認められる黒色領域の面積の割合を表現した値である。好適な実施の態様において、空隙率は、例えば０．１５〜０．５の範囲、好ましくは０．２〜０．４の範囲、さらに好ましくは０．２５〜０．３５の範囲とすることができる。このような空隙率とした場合には、ダイパッド部分の厚みが焼結体により厚くなったことに伴う応力の緩和に役立つと本発明者は考えている。
[Porosity]
In a preferred embodiment, the sintered body has a mesh structure. In the present invention, the mesh structure means that the structure in which the metal powder is sintered is a structure in which the molten metal powder is connected without forming a dense structure with no gap between the sintered metal powders, A structure having a space between the bound metal powders. This mesh structure contains a large number of voids of, for example, about 0.1 μm to several μm, and this degree is expressed as a void ratio. In the present invention, the porosity refers to the area of a black region recognized as voids and the sintered material filled by SEM observation of a cross section of the sintered body cut along a plane perpendicular to the die pad. It is a value expressing the ratio of the area of the black area recognized as voids to the total area of the gray area. In a preferred embodiment, the porosity is, for example, in the range of 0.15-0.5, preferably 0.2-0.4, more preferably 0.25-0.35. it can. The present inventor believes that such a porosity helps to alleviate the stress caused by the thickness of the die pad portion being increased by the sintered body.
［焼結体の厚み］
好適な実施の態様において、金属粉ペーストの焼結体は、例えば５０〜２００μｍの範囲、好ましくは６０〜１８０μｍの範囲の厚みとすることができる。金属粉ペーストの塗布の厚みは、焼結体がこのような範囲の厚みとなることを目安として、適宜設定することができる。本願発明に係る金属粉ペーストの焼結体の厚みの範囲は、従来、ダイとダイパッドとの接合に必要と考えられていた厚みの範囲よりも、大きな値となっている。これによって、ダイからの放熱特性を向上できたものと本発明者は考えている。また、上述のように、好適な実施の態様において、本願発明では、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域を、ダイパッドの表面上において、ダイの載置されない領域にも設けることとしており、このような一見すると、接合に寄与しないと予想される範囲にまで焼結体の形成の領域を広げて、同時に、一見すると放熱に不利に思われるほどに接合体の厚みを厚くすることで、これらの予想に反して、本願発明のダイパッド接合体は、ダイからの放熱特性が向上されたものとなっている。
[Thickness of sintered body]
In a preferred embodiment, the sintered body of the metal powder paste can have a thickness of, for example, 50 to 200 μm, preferably 60 to 180 μm. The coating thickness of the metal powder paste can be appropriately set by using the thickness of the sintered body in such a range as a guide. The range of the thickness of the sintered body of the metal powder paste according to the present invention is larger than the range of the thickness conventionally considered necessary for joining the die and the die pad. The present inventor believes that this improves the heat radiation characteristics from the die. Further, as described above, in the preferred embodiment, in the present invention, the region covered with the sintered body of the metal powder paste is provided on the surface of the die pad even in the region where the die is not mounted. , By expanding the area for forming the sintered body to the range that is not expected to contribute to the bonding at first glance, at the same time, increasing the thickness of the bonding body so that it seems to be disadvantageous for heat dissipation. Contrary to these expectations, the die pad assembly of the present invention has improved heat dissipation characteristics from the die.
［好適な実施の態様］
好適な実施の態様において、本発明は、次の（１）以下にもある。
（１）
セラミックス基板上に接合されたダイパッド、及びダイパッド上に接着されたダイを含む半導体デバイスであって、
ダイがダイパッド上に金属粉ペーストの焼結体によって接着されており、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体の厚みが、５０〜２００μｍの範囲にある、半導体デバイス。
（２）
金属粉ペーストが、銅粉ペーストである、（１）に記載の半導体デバイス。
（３）
金属粉ペーストの焼結体において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積の比（「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイの載置された領域の面積」）の値が、２．５０以上である、（１）〜（２）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（４）
「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイの載置された領域の面積」の値が、２．５０〜５．００の範囲にある、（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（５）
金属粉ペーストの焼結体において、焼結体が形成された側のダイパッドの表面の面積に対する、ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積の比（「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイパッドの面積」）の値が、０．４０〜１．００の範囲にある、（１）〜（２）のいずれかに記載の半導体デバイス。
[Preferred Embodiment]
In a preferred embodiment, the present invention also includes the following (1) and the following.
(1)
A semiconductor device comprising a die pad bonded on a ceramic substrate, and a die bonded on the die pad,
The die is bonded on the die pad by a sintered body of metal powder paste,
The sintered body of the metal powder paste is a sintered body of the metal powder paste applied on the surface of the die pad,
The sintered body of the metal powder paste, on the surface of the die pad, is a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed,
A semiconductor device in which the thickness of the sintered body of the metal powder paste is in the range of 50 to 200 μm.
(2)
The semiconductor device according to (1), wherein the metal powder paste is a copper powder paste.
(3)
In the sintered body of the metal powder paste, the ratio of the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad to the area of the region on which the die is placed (“the baking of the metal powder paste on the surface of the die pad is performed. The semiconductor device according to any one of (1) to (2), wherein the value of "the area covered by the bond"/"the area of the region on which the die is mounted" is 2.50 or more.
(4)
The value of "the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad"/"the area of the region on which the die is mounted" is in the range of 2.50 to 5.00, (1) to The semiconductor device according to any one of (3).
(5)
In the sintered body of the metal powder paste, the ratio of the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad to the surface area of the die pad on the side where the sintered body is formed (“on the surface of the die pad The semiconductor device according to any one of (1) to (2), wherein the value of “area covered by sintered body of metal powder paste”/“area of die pad”) is in the range of 0.40 to 1.00. ..
以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the examples below.
［実施例１］
Ｃｕペーストとして、サブミクロンＣｕ粉（ＪＸ金属製）を、アクリル樹脂を含むターピネオール中に、Ｃｕ粉の割合がペースト全体に対して８５ｗｔ％となるように分散させて、Ｃｕペーストを調整した。
絶縁性基板として試作のダイサイズに適合したサイズの０．６３ｍｍのＡｌＮセラミック基板にＣｕダイパッドとして１５０μｍ厚のＣｕプレートを使用したＤＢＣ基板を用いた。ダイパッド部のサイズは２５ｍｍｘ１７ｍｍであり、セラミックの大きさは３３ｍｍｘ３０ｍｍである。
チップ温度を測定するため、半導体チップ（ダイ）を模した温度測定用抵抗体とヒーター用抵抗体がついたダミーチップ（Ｓｉ基板、９．２５ｍｍ角、厚さ０．２ｍｍ）を用いた。
[Example 1]
As the Cu paste, submicron Cu powder (made by JX Metals) was dispersed in terpineol containing an acrylic resin so that the ratio of the Cu powder was 85 wt% with respect to the entire paste to prepare the Cu paste.
A DBC substrate was used as an insulating substrate, in which a 0.63 mm AlN ceramic substrate having a size suitable for a trial die size was used as a Cu die pad and a Cu plate having a thickness of 150 μm. The size of the die pad portion is 25 mm×17 mm, and the size of the ceramic is 33 mm×30 mm.
In order to measure the chip temperature, a dummy chip (Si substrate, 9.25 mm square, thickness 0.2 mm) having a temperature measuring resistor imitating a semiconductor chip (die) and a heater resistor was used.
ダイとダイパッドを接合するために、ダイパッドの接合する側の面の全面に、ペーストを厚さ２００μｍとなるように塗布して、この上にダイを静置し、焼結した。
このようにして、ダイとダイパッドが接合されたダイボンディング体を得た。
得られたダイボンディング体は、ダイとダイパッドの間にペーストの焼結体が、厚さ１２０μｍで存在して、ダイとダイパッドとを接合していた。
ダイボンディング体のダイと、リードフレームのインターリードとを、Ａｕボンディングワイヤを用いたワイヤボンディングによって結線して、ワイヤボンディング体を得た。
In order to bond the die and the die pad, the paste was applied to the entire surface on the side of the die pad to be bonded so as to have a thickness of 200 μm, and the die was allowed to stand still and sintered.
In this way, a die bonding body in which the die and the die pad were joined was obtained.
In the obtained die-bonded body, a sintered body of the paste having a thickness of 120 μm was present between the die and the die pad to bond the die and the die pad.
The die of the die bonding body and the inter-lead of the lead frame were connected by wire bonding using an Au bonding wire to obtain a wire bonding body.
得られたワイヤボンディング体を、グリースを介して水冷ヒートシンクに接触させて、放熱性試験を行った。
放熱性試験は、ダイ（ダミーチップ）へ１００Ｗの電力を印加して、定常状態となる温度をダイの抵抗値によって算出することによって、行った。この放熱性試験の結果、電力印加開始から３分後に、ダイ温度が１２０℃で定常状態となることがわかった。
この結果をまとめて表１に示す。なお、ペーストの塗布された領域は焼結によってそのまま焼結体の被覆する領域となっており、焼結の前後で領域の面積に変化はなかった。
The obtained wire bonding body was brought into contact with a water-cooled heat sink via grease to conduct a heat dissipation test.
The heat dissipation test was performed by applying a power of 100 W to the die (dummy chip) and calculating the temperature in a steady state from the resistance value of the die. As a result of this heat dissipation test, it was found that the die temperature reached a steady state at 120° C. 3 minutes after the start of power application.
The results are summarized in Table 1. The area to which the paste was applied was the area that was covered by the sintered body as it was by sintering, and the area of the area did not change before and after sintering.
（実施例２）
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕダイパッド上において、８０％の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。より具体的には、Ｃｕペーストの中心とＣｕダイパッドの中心とが重なるように、かつ、Ｃｕペースト形状とＣｕダイパッド形状とが同じになるように、Ｃｕペーストを塗布した。
ダミーチップには１００Ｗ相当の電力を印加し、定常状態となる温度を、チップの抵抗により算出した。測定温度は、１２３℃であった。
(Example 2)
The same material as in Example 1 was prepared, and the paste was applied by performing the same operation except for the area of application of the paste to obtain a bonded body.
Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Cu paste so as to cover only 80% of the area on the Cu die pad. More specifically, the Cu paste was applied such that the center of the Cu paste and the center of the Cu die pad were overlapped with each other and the shape of the Cu paste and the shape of the Cu die pad were the same.
Electric power equivalent to 100 W was applied to the dummy chip, and the temperature at which it was in a steady state was calculated from the resistance of the chip. The measurement temperature was 123°C.
（実施例３）
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕダイパッド上において、６０％の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。より具体的には、Ｃｕペーストの中心とＣｕダイパッドの中心とが重なるように、かつ、Ｃｕペースト形状とＣｕダイパッド形状とが同じになるように、Ｃｕペーストを塗布した。
ダミーチップには１００Ｗ相当の電力を印加し、定常状態となる温度を、チップの抵抗により算出した。測定温度は、１３０℃であった。
(Example 3)
The same material as in Example 1 was prepared, and the paste was applied by performing the same operation except for the area of application of the paste to obtain a bonded body.
Regarding the area of application of the above paste, the application of the paste was performed by applying the Cu paste so as to cover only 60% of the area on the Cu die pad. More specifically, the Cu paste was applied such that the center of the Cu paste and the center of the Cu die pad were overlapped with each other and the shape of the Cu paste and the shape of the Cu die pad were the same.
Electric power equivalent to 100 W was applied to the dummy chip, and the temperature at which it was in a steady state was calculated from the resistance of the chip. The measurement temperature was 130°C.
（実施例４）
ペーストの塗布について、面積及び厚みを変更したことを除いて、実施例１と同様にして、実施例４を行った。
(Example 4)
Example 4 was carried out in the same manner as in Example 1 except that the area and the thickness of the paste were changed.
（実施例５、６）
ペーストの塗布について、厚みを変更したことを除いて、実施例２と同様にして、実施例５、６を行った。
(Examples 5 and 6)
Regarding the application of the paste, Examples 5 and 6 were performed in the same manner as in Example 2 except that the thickness was changed.
（比較例１）
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。測定温度は１３５℃であった。
(Comparative Example 1)
The same material as in Example 1 was prepared, and the paste was applied by performing the same operation except for the area of application of the paste to obtain a bonded body.
Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Cu paste on the Cu plate so as to cover only the rectangular area covered by the die. The measurement temperature was 135°C.
（比較例２）
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕダイパッド上において、４０％の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
ダミーチップには１００Ｗ相当の電力を印加し、定常状態となる温度を、チップの抵抗により算出した。測定温度は、１３４℃であった。
(Comparative example 2)
The same material as in Example 1 was prepared, and the paste was applied by performing the same operation except for the area of application of the paste to obtain a bonded body.
Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Cu paste so as to cover only 40% of the area on the Cu die pad.
Electric power equivalent to 100 W was applied to the dummy chip, and the temperature at which it was in a steady state was calculated from the resistance of the chip. The measurement temperature was 134°C.
本発明によれば、放熱特性を向上させた半導体デバイスを得ることができる。本発明は産業上有用な発明である。 According to the present invention, a semiconductor device having improved heat dissipation characteristics can be obtained. The present invention is an industrially useful invention.
Claims (4)
ダイがダイパッド上に金属粉ペーストの焼結体によって接着されており、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体の厚みが、５０〜２００μｍの範囲にあり、
金属粉ペーストの焼結体において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積の比（「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイの載置された領域の面積」）の値が、２．５０以上である、半導体デバイス。 A semiconductor device comprising a die pad bonded on a ceramic substrate, and a die bonded on the die pad,
The die is bonded on the die pad by a sintered body of metal powder paste,
The sintered body of the metal powder paste is a sintered body of the metal powder paste applied on the surface of the die pad,
The sintered body of the metal powder paste, on the surface of the die pad, is a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed,
The thickness of the sintered body of metal powder paste, Ri range near the 50 to 200 [mu] m,
In the sintered body of the metal powder paste, the ratio of the area covered by the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad to the area of the region on which the die is placed (“the baking of the metal powder paste on the surface of the die pad is performed. value of the area "/" area of the loading area of the die ") that covers the sintered body, Ru der least 2.50, the semiconductor device.
ダイがダイパッド上に金属粉ペーストの焼結体によって接着されており、 The die is bonded on the die pad by a sintered body of metal powder paste,
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、 The sintered body of the metal powder paste is a sintered body of the metal powder paste applied on the surface of the die pad,
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体であり、 The sintered body of the metal powder paste, on the surface of the die pad, is a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed,
金属粉ペーストの焼結体の厚みが、５０〜２００μｍの範囲にあり、 The thickness of the sintered body of the metal powder paste is in the range of 50 to 200 μm,
「ダイパッドの表面上において金属粉ペーストの焼結体の被覆する面積」／「ダイの載置された領域の面積」の値が、２．５０〜５．００の範囲にある、半導体デバイス。A semiconductor device in which the value of "area covered by sintered body of metal powder paste on surface of die pad"/"area of area on which die is mounted" is in the range of 2.50 to 5.00.
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