WO2022014300A1 - 半導体装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置、および半導体装置の製造方法 Download PDF

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    • H01L2924/181Encapsulation
    • H01L2924/183Connection portion, e.g. seal
    • H01L2924/18301Connection portion, e.g. seal being an anchoring portion, i.e. mechanical interlocking between the encapsulation resin and another package part

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor device including a semiconductor element such as a MOSFET and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • Patent Document 1 discloses an example of a semiconductor device including a MOSFET.
  • a drain terminal to which a power supply voltage is applied, a gate terminal for inputting an electric signal to the MOSFET, and a current corresponding to the power supply voltage are converted based on the electric signal, and then the converted current is used. Equipped with a flowing source terminal.
  • the MOSFET has a drain electrode conducting to the drain terminal and a source electrode conducting to the source terminal.
  • the drain electrode is electrically bonded to the die pad connected to the drain terminal by the first conductive bonding material (solder).
  • the source electrode is bonded to a conductive member (metal clip in Patent Document 1) by a second conductive bonding material (solder). Further, the conductive member is also joined to the source terminal. With such a configuration, it is possible to pass a large current through the semiconductor device.
  • Such a compound semiconductor substrate is formed of, for example, silicon carbide as a material.
  • the MOSFET can further improve the current conversion efficiency while reducing the size of the element as compared with the conventional MOSFET.
  • the drain electrode is electrically bonded to the die pad by the first conductive bonding material, and the second conductive bonding material is used. If the conductive member is electrically bonded to the source electrode in the same process, the position of the MOSFET may shift with respect to the die pad. This is due to the fact that the first conductive bonding material and the second conductive bonding material are simultaneously melted by reflow.
  • the bonding area of the conductive member with respect to the source electrode may be reduced due to the relatively small size of the MOSFET, etc., to the source terminal. Current may be hindered.
  • one object of the present disclosure is to provide a semiconductor device capable of suppressing a reduction in the bonding area of a conductive member with respect to an electrode of a semiconductor element while dealing with a large current.
  • Another subject of the present disclosure is to provide a method for manufacturing such a semiconductor device.
  • the semiconductor device provided by the first aspect of the present disclosure includes a die pad having a main surface facing the thickness direction; a first electrode provided facing the main surface, and the first electrode in the thickness direction. It has a second electrode provided on the opposite side of the electrode, and a semiconductor element in which the first electrode is electrically bonded to the main surface; the first electrode and the main surface are electrically bonded to each other. It is provided with a first bonding layer to be electrically bonded; a first conductive member electrically bonded to the second electrode; and a second bonding layer to electrically bond the first conductive member and the second electrode.
  • the melting point of the first bonding layer is higher than the melting point of the second bonding layer.
  • the method of manufacturing a semiconductor device places a conductive first bonding material on the main surface of the die pad; first and second electrodes located on opposite sides of each other.
  • the semiconductor element having the above is arranged on the first bonding material so that the first electrode faces the first bonding material; the first electrode is formed by melting and solidifying the first bonding material. Electrically bonded to the main surface; a conductive second bonding material is placed on the second electrode; a conductive member is placed on the second bonding material, and the second bonding material is placed.
  • Each step comprises electrically joining the conductive member to the second electrode by melting and solidifying.
  • the melting point of the first bonding material is higher than the melting point of the second bonding material.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG. It is a partially enlarged view of FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 7.
  • FIG. 7 is another partially enlarged view of FIG. 7.
  • It is a partially enlarged sectional view of the semiconductor device which concerns on the modification of 1st Embodiment.
  • It is a top view explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.
  • It is a top view explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.
  • It is a top view explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. is a partially enlarged sectional view explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
  • It is a top view explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.
  • It is a partially enlarged sectional view explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line XXIII-XXIII of FIG. 22.
  • FIG. 23 is a partially enlarged view. It is another partially enlarged view of FIG. 23.
  • the semiconductor device A10 according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 13.
  • the semiconductor device A10 is used for an electronic device including a power conversion circuit (for example, a DC-DC converter).
  • the semiconductor device A10 includes a die pad 10, a first lead 11, a second lead 12, a third lead 13, a semiconductor element 20, a first bonding layer 21, a second bonding layer 22, a third bonding layer 23, and a first conductive member 31. , A wire 33 and a sealing resin 40.
  • FIG. 3 is shown by an imaginary line (dashed-dotted line) that has passed through the sealing resin 40 for convenience of understanding.
  • the thickness direction of the die pad 10 is referred to as "thickness direction z".
  • the direction orthogonal to the thickness direction z is called “first direction x”.
  • the direction orthogonal to both the thickness direction z and the first direction x is referred to as a "second direction y”.
  • the semiconductor device A10 is elongated along the first direction x, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the die pad 10 is a conductive member on which the semiconductor element 20 is mounted.
  • the die pad 10 is composed of the same lead frame together with the first lead 11, the second lead 12, and the third lead 13.
  • the lead frame is copper (Cu) or a copper alloy. Therefore, each composition of the die pad 10, the first lead 11, the second lead 12, and the third lead 13 contains copper (that is, each member contains copper).
  • the die pad 10 has a main surface 101, a back surface 102, and a through hole 103.
  • the main surface 101 faces the thickness direction z.
  • the semiconductor element 20 is mounted on the main surface 101.
  • the back surface 102 faces the side opposite to the main surface 101 in the thickness direction z.
  • the back surface 102 is, for example, tin (Sn) plated.
  • the through hole 103 penetrates the die pad 10 from the main surface 101 to the back surface 102 in the thickness direction z.
  • the through hole 103 has a circular shape when viewed along the thickness direction z. As shown in FIG. 7, the thickness T of the die pad 10 is larger than the maximum thickness t max of the first lead 11.
  • the semiconductor element 20 is mounted on the main surface 101 of the die pad 10.
  • the semiconductor element 20 is, for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the semiconductor element 20 is an n-channel type MOSFET having a vertical structure.
  • the semiconductor element 20 includes a compound semiconductor substrate.
  • the main material of the compound semiconductor substrate is silicon carbide (SiC).
  • gallium nitride (GaN) may be used as the main material of the compound semiconductor substrate.
  • the area of the semiconductor element 20 is 40% or less of the area of the main surface 101 of the die pad 10 when viewed along the thickness direction z.
  • the area of the semiconductor element 20 When viewed along the thickness direction z, the area of the semiconductor element 20 may be 20% or less of the area of the main surface 101, and further may be 10% or less. This ratio can be changed by appropriately changing the area of the semiconductor element 20 and the area of the main surface 101. As shown in FIGS. 10 and 11, the semiconductor device 20 has a first electrode 201, a second electrode 202, and a third electrode 203.
  • the first electrode 201 is provided so as to face the main surface 101 of the die pad 10.
  • a DC power supply voltage to be converted into power is applied to the first electrode 201.
  • the first electrode 201 corresponds to a drain electrode.
  • the second electrode 202 is provided on the side opposite to the first electrode 201 in the thickness direction z. A current converted by the semiconductor element 20 flows through the second electrode 202.
  • the second electrode 202 corresponds to the source electrode.
  • the third electrode 203 is provided on the side opposite to the first electrode 201 in the thickness direction z, and is located away from the second electrode 202.
  • a gate voltage for driving the semiconductor element 20 is applied to the third electrode 203. That is, the third electrode 203 corresponds to the gate electrode.
  • the semiconductor element 20 converts a current corresponding to the power supply voltage applied to the first electrode 201.
  • the area of the third electrode 203 is smaller than the area of the second electrode 202 when viewed along the thickness direction z.
  • the first bonding layer 21 includes a portion interposed between the main surface 101 of the die pad 10 and the first electrode 201 of the semiconductor element 20.
  • the first bonding layer 21 has conductivity.
  • the first bonding layer 21 electrically bonds the first electrode 201 and the main surface 101.
  • the first electrode 201 is electrically bonded to the main surface 101, and the first electrode 201 is electrically connected to the die pad 10.
  • the first bonding layer 21 contains tin.
  • the first bonding layer 21 is, for example, lead-free solder.
  • the melting point of the first bonding layer 21 is 290 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
  • the first bonding layer 21 may be lead solder.
  • the first lead 11 is located away from the die pad 10 as shown in FIGS. 3 and 7.
  • the first lead 11 extends along the first direction x.
  • the first lead 11 is conducting to the second electrode 202 of the semiconductor element 20. Therefore, the first lead 11 corresponds to the source terminal of the semiconductor device A10.
  • the first lead 11 has a covering portion 111, an exposed portion 112, and a first joint surface 113.
  • the covering portion 111 is covered with the sealing resin 40.
  • the exposed portion 112 is connected to the covering portion 111 and is exposed from the sealing resin 40.
  • the exposed portion 112 extends away from the die pad 10 in the first direction x.
  • the surface of the exposed portion 112 is, for example, tin-plated.
  • the first joint surface 113 faces the same side as the main surface 101 of the die pad 10 in the thickness direction z.
  • the first joint surface 113 is included in a part of the covering portion 111. In the thickness direction z, the first junction surface 113 is located closer to the semiconductor element 20 with respect to the main surface 101.
  • the second lead 12 is located away from both the die pad 10 and the first lead 11.
  • the second lead 12 extends along the first direction x.
  • the second lead 12 is located on the side opposite to the first lead 11 with respect to the third lead 13 in the second direction y.
  • the second lead 12 is conducting to the third electrode 203 of the semiconductor element 20. Therefore, the second lead 12 corresponds to the gate terminal of the semiconductor device A10.
  • the second lead 12 has a covering portion 121, an exposed portion 122, and a second joint surface 123.
  • the covering portion 121 is covered with the sealing resin 40.
  • the exposed portion 122 is connected to the covering portion 121 and is exposed from the sealing resin 40.
  • the exposed portion 122 extends away from the die pad 10 in the first direction x.
  • the surface of the exposed portion 122 is, for example, tin-plated.
  • the second joint surface 123 faces the same side as the main surface 101 of the die pad 10 in the thickness direction z.
  • the second joint surface 123 is included in a part of the covering portion 121.
  • the second junction surface 123 is located closer to the semiconductor element 20 with respect to the main surface 101. As shown in FIG. 9, the position of the second joint surface 123 in the thickness direction z is the same as the position of the first joint surface 113 of the first lead 11.
  • the third lead 13 includes a portion extending along the first direction x and is connected to the die pad 10.
  • the material of the third lead 13 is the same as the material of the die pad 10.
  • the third lead 13 has a covering portion 131 and an exposed portion 132.
  • the covering portion 131 is connected to the die pad 10 and is covered with the sealing resin 40.
  • the covering portion 131 is bent when viewed along the second direction y.
  • the exposed portion 132 is connected to the covering portion 131 and is exposed from the sealing resin 40.
  • the exposed portion 132 extends away from the die pad 10 in the first direction x.
  • the surface of the exposed portion 132 is, for example, tin-plated.
  • the height h of each of the exposed portion 112 of the first lead 11, the exposed portion 122 of the second lead 12, and the exposed portion 132 of the third lead 13 is the same. Is. Therefore, when viewed along the second direction y, at least a part (exposed portion 132) of the third lead 13 overlaps each of the first lead 11 and the second lead 12 (see FIG. 6).
  • the first conductive member 31 is electrically bonded to the second electrode 202 of the semiconductor element 20 and the first bonding surface 113 of the first lead 11. As a result, the first lead 11 is conducting to the second electrode 202.
  • the first conductive member 31 contains copper.
  • the first conductive member 31 is a metal clip.
  • the first conductive member 31 has a first joint portion 311 and a second joint portion 312.
  • the first joint portion 311 is a portion located at one end of the first conductive member 31 and electrically joins the first conductive member 31 to the second electrode 202.
  • the second joint portion 312 is located at the other end of the first conductive member 31, and is a portion for electrically joining the first conductive member 31 to the first joint surface 113.
  • the second bonding layer 22 includes a portion interposed between the second electrode 202 of the semiconductor element 20 and the first bonding portion 311 of the first conductive member 31.
  • the second bonding layer 22 has conductivity.
  • the second bonding layer 22 electrically bonds the first bonding portion 311 and the second electrode 202.
  • the first conductive member 31 is electrically bonded to the second electrode 202, and the first conductive member 31 is electrically connected to the second electrode 202.
  • the second bonding layer 22 contains tin.
  • the second bonding layer 22 is, for example, lead-free solder.
  • the melting point of the second bonding layer 22 is set to 260 ° C. or higher and 270 ° C. or lower.
  • the melting point of the first bonding layer 21 is higher than the melting point of the second bonding layer 22. Further, the thickness t1 of the first bonding layer 21 is larger than the thickness t2 of the second bonding layer 22.
  • the second bonding layer 22 may be lead solder.
  • the third joint layer 23 includes a portion interposed between the first joint surface 113 of the first lead 11 and the second joint portion 312 of the first conductive member 31.
  • the third bonding layer 23 has conductivity.
  • the third joint layer 23 electrically joins the second joint portion 312 and the first joint surface 113.
  • the first conductive member 31 is electrically bonded to the first bonding surface 113, and the first conductive member 31 is electrically connected to the first lead 11.
  • the third bonding layer 23 is made of the same material as the second bonding layer 22.
  • the wire 33 is electrically bonded to the third electrode 203 of the semiconductor element 20 and the second bonding surface 123 of the second lead 12. As a result, the second lead 12 is conducting to the third electrode 203.
  • the wire 33 contains gold (Au).
  • the wire 33 may have a structure containing copper or a structure containing aluminum (Al).
  • the sealing resin 40 covers the semiconductor element 20, the first conductive member 31, and the wire 33. Further, the sealing resin 40 covers a part of each of the die pad 10, the first lead 11, the second lead 12, and the third lead 13.
  • the sealing resin 40 has electrical insulation.
  • the sealing resin 40 is made of a material containing, for example, a black epoxy resin.
  • the sealing resin 40 has a top surface 41, a bottom surface 42, a pair of first side surfaces 43, a pair of second side surfaces 44, a pair of openings 45, and a mounting hole 46.
  • the top surface 41 faces the same side as the main surface 101 of the die pad 10 in the thickness direction z.
  • the bottom surface 42 faces the side opposite to the top surface 41 in the thickness direction z.
  • the back surface 102 of the die pad 10 is exposed from the bottom surface 42.
  • the pair of first side surfaces 43 are located apart from each other in the first direction x.
  • Each of the pair of first side surfaces 43 is connected to the top surface 41 and the bottom surface 42.
  • the exposed portion 112 of the first lead 11, the exposed portion 122 of the second lead 12, and the exposed portion 132 of the third lead 13. Is exposed.
  • the pair of second side surfaces 44 are located apart from each other in the second direction y. Each of the pair of second side surfaces 44 is connected to the top surface 41 and the bottom surface 42. As shown in FIGS. 2 and 6, the pair of openings 45 are located apart from each other in the second direction y. Each of the pair of openings 45 is recessed inward of the sealing resin 40 from both the top surface 41 and either of the pair of second side surfaces 44. A part of the main surface 101 of the die pad 10 is exposed from each of the pair of openings 45. As shown in FIGS. 2, 4 and 8, the mounting hole 46 penetrates the sealing resin 40 from the top surface 41 to the bottom surface 42 in the thickness direction z.
  • the mounting hole 46 is included in the through hole 103 of the die pad 10 when viewed along the thickness direction z.
  • the peripheral surface of the die pad 10 that defines the through hole 103 is covered with the sealing resin 40.
  • the maximum dimension of the mounting hole 46 is smaller than the dimension of the through hole 103 when viewed along the thickness direction z.
  • FIG. 13 shows a semiconductor device A11 which is a modification of the semiconductor device A10.
  • the semiconductor device A11 has a different configuration of the first bonding layer 21 from the semiconductor device A10. Further, the semiconductor device A11 includes a plating layer 19.
  • the first bonding layer 21 is made of a material containing sintered metal particles.
  • the sintered metal particles contain silver (Ag). Therefore, even in the semiconductor device A11, the melting point of the first bonding layer 21 is higher than the melting point of the second bonding layer 22.
  • the plating layer 19 covers the main surface 101 of the die pad 10.
  • the plating layer 19 contains silver.
  • the first bonding layer 21 includes a portion interposed between the plating layer 19 and the first electrode 201 of the semiconductor element 20.
  • FIGS. 17 and 19 are the same as the cross-sectional positions of FIG.
  • the cross-sectional position of FIG. 20 is the same as the cross-sectional position of FIG.
  • the first bonding material 81 is arranged on the main surface 101 of the die pad 10.
  • the first lead 11, the second lead 12, and the third lead 13 are connected to each other by the tie bar 80 constituting the lead frame.
  • the tie bar 80 extends along the second direction y.
  • the first bonding material 81 has conductivity.
  • the first bonding material 81 is wire solder.
  • the melting point of the first bonding material 81 is 290 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
  • the first bonding material 81 is temporarily attached to the main surface 101.
  • the semiconductor element 20 is arranged on the first bonding material 81.
  • the first electrode 201 of the semiconductor element 20 is made to face the first bonding material 81.
  • the first electrode 201 is temporarily attached to the first bonding material 81.
  • the first electrode 201 of the semiconductor element 20 is electrically attached to the main surface 101 of the die pad 10 by melting the first bonding material 81 by reflow and then solidifying it by cooling. Join to. In this step, the first bonding material 81 solidified by cooling becomes the first bonding layer 21.
  • the second bonding material 82 is placed on the second electrode 202 of the semiconductor element 20, and the third bonding material 83 is placed on the first bonding surface 113 of the first lead 11. Deploy.
  • Each of the second bonding material 82 and the third bonding material 83 has conductivity.
  • Each of the second bonding material 82 and the third bonding material 83 is cream solder.
  • a dispenser or the like is used for arranging each of the second joining material 82 and the third joining material 83.
  • the melting point of the second bonding material 82 is 260 ° C. or higher and 270 ° C. or lower. Therefore, the melting point of the first bonding material 81 is higher than the melting point of the second bonding material 82.
  • the third joining material 83 is made of the same material as the second joining material 82. After that, the first joint portion 311 of the first conductive member 31 is arranged on the second joint material 82. At the same time, the second joint portion 312 of the first conductive member 31 is arranged on the third joint material 83. After that, the second bonding material 82 and the third bonding material 83 are melted by reflow and then solidified by cooling to electrically bond the first bonding portion 311 to the second electrode 202. At the same time, the second joint portion 312 is electrically joined to the first joint surface 113. At this time, the reflow temperature is set to be lower than the melting point of the first bonding material 81.
  • the second bonding material 82 solidified by cooling becomes the second bonding layer 22.
  • the third bonding material 83 solidified by cooling becomes the third bonding layer 23.
  • the wire 33 is electrically bonded to the third electrode 203 of the semiconductor element 20 and the second bonding surface 123 of the second lead 12 by wire bonding.
  • the sealing resin 84 is formed.
  • the sealing resin 84 is formed by transfer molding.
  • the resin burr 841 is formed.
  • the resin burr 841 is blocked by the exposed portion 112 of the first lead 11, the exposed portion 122 of the second lead 12, the exposed portion 132 of the third lead 13, and the tie bar 80. After that, the resin burr 841 is removed with high-pressure water or the like.
  • the surface of each of the exposed portion 112 of the first lead 11, the exposed portion 122 of the second lead 12, and the exposed portion 132 of the third lead 13 and the die pad 10 are subjected to electrolytic plating using the tie bar 80 as a conductive path. Tin plating is applied to cover the back surface 102. Finally, by cutting the tie bar 80, the semiconductor device A10 is obtained.
  • the semiconductor device A10 includes a first bonding layer 21 and a second bonding layer 22.
  • the first bonding layer 21 has conductivity and electrically bonds the first electrode 201 of the semiconductor element 20 and the main surface 101 of the die pad 10.
  • the second bonding layer 22 has conductivity and electrically bonds the first conductive member 31 and the second electrode 202 of the semiconductor element 20.
  • the melting point of the first bonding layer 21 is higher than the melting point of the second bonding layer 22. Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor device A10 shown in FIG. 19, when the second bonding material 82 to be the second bonding layer 22 is melted, the first bonding layer 21 is not melted. As a result, the position of the semiconductor element 20 with respect to the die pad 10 is prevented from being displaced.
  • the semiconductor device A10 further includes a third bonding layer 23.
  • the third bonding layer 23 has conductivity and electrically bonds the first conductive member 31 and the first bonding surface 113 of the first lead 11.
  • the third bonding layer 23 is made of the same material as the second bonding layer 22.
  • the manufacturing efficiency of the semiconductor device A10 can be improved.
  • the first conductive member 31 contains copper. As a result, the electrical resistance of the first conductive member 31 can be reduced as compared with the wire containing aluminum. This is suitable for passing a large current through the semiconductor element 20.
  • the thickness t1 of the first bonding layer 21 is larger than the thickness t2 of the second bonding layer 22. Therefore, when the semiconductor device A10 is used, the heat generated from the semiconductor element 20 can be more quickly conducted to the die pad 10.
  • the first bonding material 81 as wire solder in the manufacturing process of the semiconductor device A10, the first bonding layer 21 having a uniform thickness can be formed.
  • the first joint surface 113 of the first lead 11 is located closer to the semiconductor element 20 with respect to the main surface 101 of the die pad 10. As a result, the length of the first conductive member 31 is shortened, so that the inductance of the first conductive member 31 can be reduced.
  • the die pad 10 contains copper. Further, the thickness T of the die pad 10 is larger than the maximum thickness t max of the first lead 11. As a result, it is possible to improve the efficiency of heat conduction in the direction orthogonal to the thickness direction z while improving the heat conductivity of the die pad 10. This contributes to the improvement of heat dissipation of the die pad 10.
  • FIG. 22 is shown by an imaginary line through the sealing resin 40 for convenience of understanding.
  • the semiconductor device A20 is different from the semiconductor device A10 in that the second conductive member 32, the fourth bonding layer 24, and the fifth bonding layer 25 are provided in place of the wire 33.
  • the second conductive member 32 is electrically bonded to the third electrode 203 of the semiconductor element 20 and the second bonding surface 123 of the second lead 12. As a result, the second lead 12 is conducting to the third electrode 203.
  • the second conductive member 32 contains copper.
  • the second conductive member 32 is a metal clip.
  • the second conductive member 32 has a third joint portion 321 and a fourth joint portion 322.
  • the third joint portion 321 is located at one end of the second conductive member 32 and is a portion for electrically joining the second conductive member 32 to the third electrode 203.
  • the fourth joint portion 322 is a portion located at the other end of the second conductive member 32 and electrically joins the second conductive member 32 to the second joint surface 123.
  • the fourth bonding layer 24 includes a portion interposed between the third electrode 203 of the semiconductor element 20 and the third bonding portion 321 of the second conductive member 32.
  • the fourth bonding layer 24 has conductivity.
  • the fourth joint layer 24 electrically joins the third joint portion 321 and the third electrode 203.
  • the semiconductor device A20 the second conductive member 32 is electrically bonded to the third electrode 203, and the second conductive member 32 is electrically connected to the third electrode 203.
  • the fourth bonding layer 24 is made of the same material as the second bonding layer 22.
  • the fifth joint layer 25 includes a portion interposed between the second joint surface 123 of the second lead 12 and the fourth joint portion 322 of the second conductive member 32.
  • the fifth bonding layer 25 has conductivity.
  • the fifth joint layer 25 electrically joins the fourth joint portion 322 and the second joint surface 123.
  • the second conductive member 32 is electrically bonded to the second bonding surface 123, and the second conductive member 32 is electrically connected to the second lead 12.
  • the fifth bonding layer 25 is made of the same material as the second bonding layer 22.
  • the semiconductor device A20 includes a first bonding layer 21 and a second bonding layer 22.
  • the first bonding layer 21 has conductivity and electrically bonds the first electrode 201 of the semiconductor element 20 and the main surface 101 of the die pad 10.
  • the second bonding layer 22 has conductivity and electrically bonds the first conductive member 31 and the second electrode 202 of the semiconductor element 20.
  • the melting point of the first bonding layer 21 is higher than the melting point of the second bonding layer 22. Therefore, the semiconductor device A20 can also cope with a larger current and suppress the reduction of the bonding area of the conductive member with respect to the electrode of the semiconductor element 20.
  • the semiconductor device A20 includes a second conductive member 32 bonded to the third electrode 203 of the semiconductor element 20 and the second bonding surface 123 of the second lead 12. Further, the semiconductor device A20 includes a fourth bonding layer 24 and a fifth bonding layer 25.
  • the fourth bonding layer 24 has conductivity and electrically bonds the second conductive member 32 and the third electrode 203.
  • the fifth bonding layer 25 has conductivity and electrically bonds the second conductive member 32 and the second bonding surface 123.
  • Each of the 4th bonding layer 24 and the 5th bonding layer 25 is made of the same material as the 2nd bonding layer 22.
  • the second conductive member 32 contains copper. Further, in the thickness direction z, the second junction surface 123 of the second lead 12 is located closer to the semiconductor element 20 with respect to the main surface 101 of the die pad 10. As a result, the electric resistance of the second conductive member 32 becomes relatively low, and the length of the second conductive member 32 is shortened. Therefore, it is possible to reduce the on-resistance of the third electrode 203 of the semiconductor element 20. It will be possible.
  • the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments and modifications.
  • the specific configuration of each part of the present disclosure can be freely redesigned.
  • the semiconductor devices and manufacturing methods of the present disclosure include the configurations described in the following appendices.
  • Appendix 1. A die pad with a main surface facing in the thickness direction, It has a first electrode provided so as to face the main surface and a second electrode provided on the side opposite to the first electrode in the thickness direction, and the first electrode is provided on the main surface. Electrically bonded semiconductor elements and A first bonding layer that electrically bonds the first electrode and the main surface, The first conductive member electrically bonded to the second electrode and A second bonding layer for electrically bonding the first conductive member and the second electrode is provided. A semiconductor device in which the melting point of the first bonding layer is higher than the melting point of the second bonding layer.
  • each of the die pad and the first conductive member contains copper.
  • Appendix 3. The semiconductor device according to Appendix 2, wherein the second bonding layer contains tin.
  • Appendix 4. The semiconductor device according to Appendix 3, wherein the first bonding layer contains tin.
  • Appendix 5. The semiconductor device according to Appendix 3 or 4, wherein the thickness of the first bonding layer is larger than the thickness of the second bonding layer.
  • the semiconductor device according to Appendix 3, wherein the first bonding layer is made of a material containing sintered metal particles.
  • Appendix 7. The semiconductor device according to Appendix 6, wherein the sintered metal particles contain silver.
  • the plating layer contains silver and is The semiconductor device according to Appendix 7, wherein the first bonding layer is interposed between the plating layer and the first electrode.
  • Appendix 9. The semiconductor device according to any one of Supplementary note 2 to 8, wherein the area of the semiconductor element is 40% or less of the area of the main surface when viewed along the thickness direction.
  • Appendix 10. The semiconductor device according to Appendix 9, wherein the semiconductor element includes a compound semiconductor substrate.
  • Appendix 11 A first lead having a first joint surface facing the same side as the main surface in the thickness direction and being located away from the die pad. Further, a third bonding layer for electrically bonding the first conductive member and the first bonding surface is provided.
  • the first lead contains copper and is The semiconductor device according to any one of Supplementary note 2 to 10, wherein the third bonding layer is made of the same material as the second bonding layer.
  • Appendix 12. The semiconductor device according to Appendix 11, wherein the first junction surface is located closer to the semiconductor element with respect to the main surface in the thickness direction.
  • Appendix 13. The semiconductor device according to Appendix 11 or 12, wherein the thickness of the die pad is larger than the maximum thickness of the first lead.
  • Appendix 14. It further comprises a second lead, a second conductive member, a fourth bonding layer and a fifth bonding layer.
  • the semiconductor element has a third electrode provided on the side opposite to the first electrode in the thickness direction and located away from the second electrode.
  • the second lead has a second joint surface facing the same side as the main surface in the thickness direction, and is located away from both the die pad and the first lead.
  • the second conductive member is electrically bonded to the third electrode and the second bonding surface.
  • the fourth bonding layer electrically bonds the second conductive member and the third electrode.
  • the fifth bonding layer electrically bonds the second conductive member and the second bonding surface.
  • the second conductive member and the second lead contain copper and contain copper.
  • Appendix 15 The semiconductor device according to Appendix 14, wherein the second junction surface is located closer to the semiconductor element with respect to the main surface in the thickness direction.
  • Appendix 16 It includes a portion extending along a first direction orthogonal to the thickness direction and further comprises a third lead leading to the die pad. Each of the first lead and the second lead extends along the first direction. The material of the third lead is the same as the material of the die pad. Addendum, when viewed along the thickness direction and the second direction orthogonal to the first direction, at least a part of the third lead overlaps each of the first lead and the second lead. 14.
  • Appendix 17. The semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 16, further comprising a sealing resin that covers the semiconductor element, the first conductive member, and a part of the die pad.
  • the die pad has a back surface facing away from the main surface in the thickness direction.
  • a conductive first bonding material is placed on the main surface of the die pad, A semiconductor device having a first electrode and a second electrode located on opposite sides of each other is arranged on the first bonding material so that the first electrode faces the first bonding material. By melting and solidifying the first bonding material, the first electrode is electrically bonded to the main surface. A second bonding material having conductivity is placed on the second electrode, and the second bonding material is placed on the second electrode. Each step comprises placing the conductive member on the second bonding material and electrically joining the conductive member to the second electrode by melting and solidifying the second bonding material.
  • a method for manufacturing a semiconductor device wherein the melting point of the first bonding material is higher than the melting point of the second bonding material.
  • Appendix 20 The method for manufacturing a semiconductor device according to Appendix 19, wherein the first bonding material is wire solder.
  • A10, A11, A20 Semiconductor device 10: Die pad 101: Main surface 102: Back surface 103: Through hole 11: First lead 111: Covered part 112: Exposed part 113: First joint surface 12: Second lead 121: Covered part 122: Exposed part 123: Second joint surface 13: Third lead 131: Coating part 132: Exposed part 19: Plating layer 20: Semiconductor element 201: First electrode 202: Second electrode 203: Third electrode 21: First Bonding layer 22: 2nd joining layer 23: 3rd joining layer 24: 4th joining layer 25: 5th joining layer 31: 1st conductive member 311: 1st joining part 312: 2nd joining part 32: 2nd conductive member 3211: Third joint 322: Fourth joint 33: Wire 40: Sealing resin 41: Top surface 42: Bottom surface 43: First side surface 44: Second side surface 45: Opening 46: Mounting hole 80: Tie bar 81: First 1 joint material 82: 2nd joint material 83: 3rd joint material

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Abstract

半導体装置は、ダイパッドと、半導体素子と、第1接合層と、第1導電部材と、第2接合層とを備える。前記第パッドは、厚さ方向を向く主面を有する。前記半導体素子は、前記主面に対向して設けられた第1電極と、前記厚さ方向において前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極とを有する。前記第1電極は前記主面に電気的に接合されている。前記第1接合層は、前記第1電極と前記主面とを電気的に接合する。前記第1導電部材は、前記第2電極に電気的に接合されている。前記第2接合層は、前記第1導電部材と前記第2電極とを電気的に接合する。前記第1接合層の融点は、前記第2接合層の融点よりも高い構成とされている。

Description

半導体装置、および半導体装置の製造方法
 本開示は、MOSFETなどの半導体素子を備えた半導体装置と、当該半導体装置の製造方法とに関する。
 従来、MOSFETなどの半導体素子を備えた半導体装置が広く知られている。このような半導体装置は、電力変換回路(たとえばDC-DCコンバータ)を備える電子機器などに使用されている。特許文献1には、MOSFETを備える半導体装置の一例が開示されている。当該半導体装置は、電源電圧が印加されるドレイン端子と、MOSFETに電気信号を入力するためのゲート端子と、電源電圧に対応した電流が当該電気信号に基づき変換された後、変換された電流が流れるソース端子とを備える。MOSFETは、ドレイン端子に導通するドレイン電極と、ソース端子に導通するソース電極とを有する。ドレイン電極は、第1導電性接合材(ハンダ)によりドレイン端子につながるダイパッドに電気的に接合されている。ソース電極は、第2導電性接合材(ハンダ)により導電部材(特許文献1では金属クリップ)に接合されている。さらに導電部材は、ソース端子にも接合されている。このような構成により、当該半導体装置に、大きな電流を流すことが可能となっている。
 近年、化合物半導体基板を有するMOSFETを備えた半導体装置が普及しつつある。このような化合物半導体基板は、たとえば炭化ケイ素を材料として形成される。当該MOSFETは、従来のMOSFETと比較して、素子の大きさをより小さくしつつ、電流の変換効率をより向上させることが可能である。特許文献1に開示されている半導体装置において、このような小型のMOSFETを採用する場合、第1導電性接合材によりドレイン電極をダイパッドに電気的に接合させることと、第2導電性接合材により導電部材をソース電極に電気的に接合させることを同一工程で行うと、ダイパッドに対してMOSFETの位置がずれることがある。これは、第1導電性接合材および第2導電性接合材をリフローにより同時に溶融させることに起因する。この場合において、ダイパッドに対するMOSFETの位置ずれ量が僅かであっても、MOSFETの寸法が比較的小であることなどから、ソース電極に対する導電部材の接合面積が縮小されることがあり、ソース端子への電流が阻害されるおそれがある。
特開2016-192450号公報
 上記事情に鑑み、本開示は、大きな電流に対応しつつ、半導体素子の電極に対する導電部材の接合面積の縮小を抑制することが可能な半導体装置を提供することを一の課題とする。また本開示は、そのような半導体装置の製造方法を提供することを別の課題とする。
 本開示の第1の側面によって提供される半導体装置は、厚さ方向を向く主面を有するダイパッドと;前記主面に対向して設けられた第1電極と、前記厚さ方向において前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極とを有するとともに、前記第1電極が前記主面に電気的に接合された半導体素子と;前記第1電極と前記主面とを電気的に接合する第1接合層と;前記第2電極に電気的に接合された第1導電部材と;前記第1導電部材と前記第2電極とを電気的に接合する第2接合層と、を備える。前記第1接合層の融点は、前記第2接合層の融点よりも高い構成とされている。
 本開示の第2の側面によって提供される半導体装置の製造方法は、ダイパッドの主面の上に導電性を有する第1接合材を配置し;互いに反対側に位置する第1電極および第2電極を有する半導体素子を、前記第1電極が前記第1接合材に対向するように前記第1接合材の上に配置し;前記第1接合材を溶融および固化させることにより、前記第1電極を前記主面に電気的に接合させ;導電性を有する第2接合材を前記第2電極の上に配置し;導電部材を前記第2接合材の上に配置し、かつ前記第2接合材を溶融および固化させることにより、前記導電部材を前記第2電極に電気的に接合させる、各工程を備える。前記第1接合材の融点は、前記第2接合材の融点よりも高い構成とされている。
 上記の半導体装置および製造方法によれば、より大きな電流に対応しつつ、半導体素子の電極に対する導電部材の接合面積の縮小を抑制することが可能となる。
 本開示のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本開示の第1実施形態にかかる半導体装置の斜視図である。 図1に示す半導体装置の平面図である。 図2に対応する平面図であり、封止樹脂を透過している。 図1に示す半導体装置の底面図である。 図1に示す半導体装置の正面図である。 図1に示す半導体装置の右側面図である。 図3のVII-VII線に沿う断面図である。 図3のVIII-VIII線に沿う断面図である。 図3のIX-IX線に沿う断面図である。 図3の部分拡大図である。 図7の部分拡大図である。 図7の別の部分拡大図である。 第1実施形態の変形例にかかる半導体装置の部分拡大断面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する平面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する平面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する平面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する部分拡大断面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する平面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する部分拡大断面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する部分拡大断面図である。 図1に示す半導体装置の製造工程を説明する平面図である。 本開示の第2実施形態にかかる半導体装置の平面図であり、封止樹脂を透過している。 図22のXXIII-XXIII線に沿う断面図である。 図23の部分拡大図である。 図23の別の部分拡大図である。
 本開示の実施形態について、添付図面に基づき、以下において説明する。
 図1~図13に基づき、本開示の第1実施形態にかかる半導体装置A10について説明する。半導体装置A10は、電力変換回路(たとえばDC-DCコンバータ)を備える電子機器などに使用される。半導体装置A10は、ダイパッド10、第1リード11、第2リード12、第3リード13、半導体素子20、第1接合層21、第2接合層22、第3接合層23、第1導電部材31、ワイヤ33および封止樹脂40を備える。図3は、理解の便宜上、封止樹脂40を透過し想像線(二点鎖線)で示している。
 説明の便宜上、ダイパッド10の厚さ方向を「厚さ方向z」と呼ぶ。厚さ方向zに対して直交する方向を「第1方向x」と呼ぶ。厚さ方向zおよび第1方向xの双方に対して直交する方向を「第2方向y」と呼ぶ。図示の例では、半導体装置A10は第1方向xに沿って長状であるが、本開示がこれに限定されるわけではない。
 ダイパッド10は、図3、図7および図8に示すように、半導体素子20を搭載する導電部材である。ダイパッド10は、第1リード11、第2リード12および第3リード13とともに、同一のリードフレームから構成されている。当該リードフレームは、銅(Cu)、または銅合金である。このため、ダイパッド10、第1リード11、第2リード12および第3リード13の各々の組成は銅を含む(すなわち、各部材は銅を含有する)。図8に示すように、ダイパッド10は、主面101、裏面102および貫通孔103を有する。主面101は、厚さ方向zを向く。主面101の上に、半導体素子20が搭載される。裏面102は、厚さ方向zにおいて主面101とは反対側を向く。裏面102には、たとえば錫(Sn)めっきが施されている。貫通孔103は、厚さ方向zにおいて主面101から裏面102に至ってダイパッド10を貫通している。貫通孔103は、厚さ方向zに沿って視て円形状である。図7に示すように、ダイパッド10の厚さTは、第1リード11の最大厚さtmaxよりも大である。
 半導体素子20は、図3、図7および図8に示すように、ダイパッド10の主面101の上に搭載されている。半導体素子20は、たとえばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。半導体装置A10の説明においては、半導体素子20は、nチャンネル型であり、かつ縦型構造のMOSFETを対象とする。半導体素子20は、化合物半導体基板を含む。当該化合物半導体基板の主材料は、炭化ケイ素(SiC)である。この他、当該化合物半導体基板の主材料として、窒化ガリウム(GaN)を用いてもよい。半導体装置A10においては、厚さ方向zに沿って視て、半導体素子20の面積は、ダイパッド10の主面101の面積の40%以下である。厚さ方向zに沿って視て、半導体素子20の面積は、主面101の面積の20%以下であってもよく、さらには10%以下であってもよい。この比率は、半導体素子20の当該面積と、主面101の当該面積とを適宜変えることによって変わり得る。図10および図11に示すように、半導体素子20は、第1電極201、第2電極202および第3電極203を有する。
 図11に示すように、第1電極201は、ダイパッド10の主面101に対向して設けられている。第1電極201には、電力変換対象となる直流の電源電圧が印加される。第1電極201は、ドレイン電極に相当する。
 図10および図11に示すように、第2電極202は、厚さ方向zにおいて第1電極201とは反対側に設けられている。第2電極202には、半導体素子20により変換された電流が流れる。第2電極202は、ソース電極に相当する。
 図10および図11に示すように、第3電極203は、厚さ方向zにおいて第1電極201とは反対側に設けられ、かつ第2電極202から離れて位置する。第3電極203には、半導体素子20が駆動するためのゲート電圧が印加される。すなわち、第3電極203は、ゲート電極に相当する。当該ゲート電圧に基づき、半導体素子20は、第1電極201に印加された電源電圧に対応する電流を変換する。厚さ方向zに沿って視て、第3電極203の面積は、第2電極202の面積よりも小である。
 第1接合層21は、図11に示すように、ダイパッド10の主面101と、半導体素子20の第1電極201との間に介在する部分を含む。第1接合層21は、導電性を有する。第1接合層21は、第1電極201と主面101とを電気的に接合する。これにより、半導体装置A10においては、第1電極201が主面101に電気的に接合され、かつ第1電極201がダイパッド10に導通する構成となっている。第1接合層21は、錫を含有する。第1接合層21は、たとえば鉛フリーハンダである。第1接合層21の融点は、290℃以上300℃以下とされている。第1接合層21は、鉛ハンダでもよい。
 第1リード11は、図3および図7に示すように、ダイパッド10から離れて位置する。第1リード11は、第1方向xに沿って延びている。第1リード11は、半導体素子20の第2電極202に導通している。このため、第1リード11は、半導体装置A10のソース端子に相当する。第1リード11は、被覆部111、露出部112、第1接合面113を有する。被覆部111は、封止樹脂40に覆われている。露出部112は、被覆部111につながり、かつ封止樹脂40から露出している。露出部112は、第1方向xにおいてダイパッド10から遠ざかる側に延びている。露出部112の表面には、たとえば錫めっきが施されている。第1接合面113は、厚さ方向zにおいてダイパッド10の主面101と同じ側を向く。第1接合面113は、被覆部111の一部に含まれる。厚さ方向zにおいて、第1接合面113は、主面101に対して半導体素子20寄りに位置する。
 第2リード12は、図3に示すように、ダイパッド10および第1リード11の双方から離れて位置する。第2リード12は、第1方向xに沿って延びている。半導体装置A10においては、第2リード12は、第2方向yにおいて第3リード13に対して第1リード11とは反対側に位置する。第2リード12は、半導体素子20の第3電極203に導通している。このため、第2リード12は、半導体装置A10のゲート端子に相当する。第2リード12は、被覆部121、露出部122、第2接合面123を有する。被覆部121は、封止樹脂40に覆われている。露出部122は、被覆部121につながり、かつ封止樹脂40から露出している。露出部122は、第1方向xにおいてダイパッド10から遠ざかる側に延びている。露出部122の表面には、たとえば錫めっきが施されている。第2接合面123は、厚さ方向zにおいてダイパッド10の主面101と同じ側を向く。第2接合面123は、被覆部121の一部に含まれる。厚さ方向zにおいて、第2接合面123は、主面101に対して半導体素子20寄りに位置する。図9に示すように、厚さ方向zにおいて、第2接合面123の位置は、第1リード11の第1接合面113の位置と同一である。
 第3リード13は、図3および図8に示すように、第1方向xに沿って延びる部分を含むとともに、ダイパッド10につながっている。第3リード13の材料は、ダイパッド10の材料と同一である。第3リード13は、被覆部131および露出部132を有する。被覆部131は、ダイパッド10につながり、かつ封止樹脂40に覆われている。第2方向yに沿って視て、被覆部131は、屈曲している。露出部132は、被覆部131につながり、かつ封止樹脂40から露出している。露出部132は、第1方向xにおいてダイパッド10から遠ざかる側に延びている。露出部132の表面には、たとえば錫めっきが施されている。
 図5に示すように、半導体装置A10において、第1リード11の露出部112、第2リード12の露出部122、および第3リード13の露出部132の各々の高さhは、いずれも同一である。このため、第2方向yに沿って視て、第3リード13の少なくとも一部(露出部132)が、第1リード11および第2リード12の各々に重なっている(図6参照)。
 第1導電部材31は、図3および図7に示すように、半導体素子20の第2電極202と、第1リード11の第1接合面113とに電気的に接合されている。これにより、第1リード11は、第2電極202に導通している。第1導電部材31は、銅を含有する。半導体装置A10においては、第1導電部材31は、金属クリップである。図11および図12に示すように、第1導電部材31は、第1接合部311および第2接合部312を有する。第1接合部311は、第1導電部材31の一端に位置し、かつ第1導電部材31を第2電極202に電気的に接合させる部分である。第2接合部312は、第1導電部材31の他端に位置し、かつ第1導電部材31を第1接合面113に電気的に接合させる部分である。
 第2接合層22は、図11に示すように、半導体素子20の第2電極202と、第1導電部材31の第1接合部311との間に介在する部分を含む。第2接合層22は、導電性を有する。第2接合層22は、第1接合部311と第2電極202とを電気的に接合する。これにより、半導体装置A10においては、第1導電部材31が第2電極202に電気的に接合され、かつ第1導電部材31が第2電極202に導通する構成となっている。第2接合層22は、錫を含有する。第2接合層22は、たとえば鉛フリーハンダである。第2接合層22の融点は、260℃以上270℃以下とされている。このため、第1接合層21の融点は、第2接合層22の融点よりも高いものとなっている。さらに、第1接合層21の厚さt1は、第2接合層22の厚さt2よりも大となっている。第2接合層22は、鉛ハンダでもよい。
 第3接合層23は、図12に示すように、第1リード11の第1接合面113と、第1導電部材31の第2接合部312との間に介在する部分を含む。第3接合層23は、導電性を有する。第3接合層23は、第2接合部312と第1接合面113とを電気的に接合する。これにより、半導体装置A10においては、第1導電部材31が第1接合面113に電気的に接合され、かつ第1導電部材31が第1リード11に導通する構成となっている。第3接合層23は、第2接合層22と同一の材料からなる。
 ワイヤ33は、図3および図10に示すように、半導体素子20の第3電極203と、第2リード12の第2接合面123とに電気的に接合されている。これにより、第2リード12は、第3電極203に導通している。ワイヤ33は、金(Au)を含有する。この他、ワイヤ33は、銅を含有する構成や、アルミニウム(Al)を含有する構成でもよい。
 封止樹脂40は、図3、および図7~図9に示すように、半導体素子20、第1導電部材31およびワイヤ33を覆っている。また、封止樹脂40は、ダイパッド10、第1リード11、第2リード12および第3リード13の各々の一部を覆っている。封止樹脂40は、電気絶縁性を有する。封止樹脂40は、たとえば黒色のエポキシ樹脂を含む材料からなる。封止樹脂40は、頂面41、底面42、一対の第1側面43、一対の第2側面44、一対の開口45、および取付け孔46を有する。
 図7~図9に示すように、頂面41は、厚さ方向zにおいてダイパッド10の主面101と同じ側を向く。図7~図9に示すように、底面42は、厚さ方向zにおいて頂面41とは反対側を向く。図4に示すように、底面42からダイパッド10の裏面102が露出している。
 図2、図4および図6に示すように、一対の第1側面43は、第1方向xにおいて互いに離れて位置する。一対の第1側面43の各々は、頂面41および底面42につながっている。図5に示すように、一対の第1側面43のうち一方の第1側面43から、第1リード11の露出部112、第2リード12の露出部122、および第3リード13の露出部132が露出している。
 図2、図4および図5に示すように、一対の第2側面44は、第2方向yにおいて互いに離れて位置する。一対の第2側面44の各々は、頂面41および底面42につながっている。図2および図6に示すように、一対の開口45は、第2方向yにおいて互いに離れて位置する。一対の開口45の各々は、頂面41と、一対の第2側面44のいずれかとの双方から封止樹脂40の内方に向けて凹んでいる。一対の開口45の各々から、ダイパッド10の主面101の一部が露出している。図2、図4および図8に示すように、取付け孔46は、厚さ方向zにおいて頂面41から底面42に至って封止樹脂40を貫通している。厚さ方向zに沿って視て、取付け孔46は、ダイパッド10の貫通孔103に内包されている。貫通孔103を規定するダイパッド10の周面は、封止樹脂40に覆われている。これにより、厚さ方向zに沿って視て、取付け孔46の最大寸法は、貫通孔103の寸法よりも小となっている。
 図13は、半導体装置A10の変形例である半導体装置A11を示している。半導体装置A11は、第1接合層21の構成が、半導体装置A10と異なる。また、半導体装置A11は、めっき層19を備える。
 半導体装置A11においては、第1接合層21は、焼結金属粒子を含む材料からなる。当該焼結金属粒子は、銀(Ag)を含有する。このため、半導体装置A11においても、第1接合層21の融点は、第2接合層22の融点よりも高いものとなっている。
 図19に示すように、めっき層19は、ダイパッド10の主面101を覆っている。めっき層19は、銀を含有する。第1接合層21は、めっき層19と、半導体素子20の第1電極201との間に介在する部分を含む。
 次に、図14~図21に基づき、半導体装置A10の製造方法の一例について説明する。図17および図19の断面位置は、図11の断面位置と同一である。図20の断面位置は、図12の断面位置と同一である。
 最初に、図14に示すように、ダイパッド10の主面101の上に第1接合材81を配置する。第1リード11、第2リード12および第3リード13は、リードフレームを構成するタイバー80により互いに連結されている。タイバー80は、第2方向yに沿って延びている。第1接合材81は、導電性を有する。第1接合材81は、線ハンダである。第1接合材81の融点は、290℃以上300℃以下である。第1接合材81は、主面101に仮付けされている。
 次いで、図15に示すように、第1接合材81の上に半導体素子20を配置する。この際、半導体素子20の第1電極201が第1接合材81に対向するようにする。第1電極201は、第1接合材81に仮付けされている。
 次いで、図16および図17に示すように、リフローにより第1接合材81を溶融させた後、冷却により固化させることにより、半導体素子20の第1電極201をダイパッド10の主面101に電気的に接合させる。本工程において、冷却により固化された第1接合材81が第1接合層21となる。
 次いで、図19および図20に示すように、半導体素子20の第2電極202の上に第2接合材82と、第1リード11の第1接合面113の上に第3接合材83とを配置する。第2接合材82および第3接合材83の各々は、導電性を有する。第2接合材82および第3接合材83の各々は、クリームハンダである。第2接合材82および第3接合材83の各々の配置にあたっては、ディスペンサなどを用いる。第2接合材82の融点は、260℃以上270℃以下である。このため、第1接合材81の融点は、第2接合材82の融点よりも高い。第3接合材83は、第2接合材82と同一の材料からなる。その後、第1導電部材31の第1接合部311を第2接合材82の上に配置する。あわせて、第1導電部材31の第2接合部312を第3接合材83の上に配置する。さらにその後、リフローにより第2接合材82および第3接合材83を溶融させた後、冷却によりこれらを固化させることにより、第1接合部311を第2電極202に電気的に接合させる。あわせて、第2接合部312を第1接合面113に電気的に接合させる。この際、リフローの温度が、第1接合材81の融点よりも低くなるように設定する。本工程において、冷却により固化された第2接合材82が第2接合層22となる。また、冷却により固化された第3接合材83が第3接合層23となる。図18に示すように、ワイヤボンディングによりワイヤ33を半導体素子20の第3電極203と、第2リード12の第2接合面123とに電気的に接合させる。
 次いで、図21に示すように、半導体素子20、第1導電部材31およびワイヤ33を覆い、かつ、ダイパッド10、第1リード11、第2リード12および第3リード13の各々の一部を覆う封止樹脂84を形成する。封止樹脂84は、トランスファモールド成形により形成される。封止樹脂84の形成に伴って、樹脂バリ841が形成される。樹脂バリ841は、第1リード11の露出部112、第2リード12の露出部122、第3リード13の露出部132、およびタイバー80により堰き止められる。その後、樹脂バリ841を高圧水などにより除去する。さらにその後、タイバー80を導電経路とした電解めっきにより、第1リード11の露出部112、第2リード12の露出部122、および第3リード13の露出部132の各々の表面と、ダイパッド10の裏面102とを覆う錫めっきを施す。最後にタイバー80を切断することにより、半導体装置A10が得られる。
 次に、半導体装置A10の作用効果について説明する。
 半導体装置A10は、第1接合層21および第2接合層22を備える。第1接合層21は、導電性を有するとともに、半導体素子20の第1電極201と、ダイパッド10の主面101とを電気的に接合する。第2接合層22は、導電性を有するとともに、第1導電部材31と、半導体素子20の第2電極202とを電気的に接合する。第1接合層21の融点は、第2接合層22の融点よりも高い。このため、図19に示す半導体装置A10の製造工程において、第2接合層22となる第2接合材82を溶融させた際、第1接合層21は溶融されない。これにより、ダイパッド10に対する半導体素子20の位置ずれが防止されるため、図19に示す製造工程において第1導電部材31を第2接合層22により第2電極202に電気的に接合させる際、第2電極202に対する第1導電部材31の接合面積をより大きく確保することができる。したがって、半導体装置A10によれば、より大きな電流に対応しつつ、半導体素子20の電極(第2電極202)に対する導電部材(第1導電部材31)の接合面積の縮小を抑制することが可能となる。
 半導体装置A10は、第3接合層23をさらに備える。第3接合層23は、導電性を有するとともに、第1導電部材31と、第1リード11の第1接合面113とを電気的に接合する。第3接合層23は、第2接合層22と同一の材料からなる。これにより、図19および図20に示す半導体装置A10の製造工程において、第2接合層22となる第2接合材82を溶融させた際、第3接合層23となる第3接合材83が同時に溶融される。したがって、半導体装置A10の製造において、第1導電部材31を半導体素子20の第2電極202に電気的に接合される際、第1導電部材31を第1接合面113に同時に電気的に接合させることができるため、半導体装置A10の製造効率の向上が図られる。
 第1導電部材31は、銅を含有する。これにより、アルミニウムを含有するワイヤと比較して、第1導電部材31の電気抵抗を低減させることができる。このことは、半導体素子20により大きな電流を流すことに好適である。
 第1接合層21の厚さt1は、第2接合層22の厚さt2よりも大である。これにより、半導体装置A10の使用時において、半導体素子20から発した熱を、より速やかにダイパッド10に伝導させることができる。半導体装置A10の製造工程において、第1接合材81を線ハンダとすることにより、厚さが一様に確保された第1接合層21を形成することができる。
 厚さ方向zにおいて、第1リード11の第1接合面113は、ダイパッド10の主面101に対して半導体素子20寄りに位置する。これにより、第1導電部材31の長さが短縮されるため、第1導電部材31におけるインダクタンスの低減を図ることができる。
 ダイパッド10は、銅を含有する。さらに、ダイパッド10の厚さTは、第1リード11の最大厚さtmaxよりも大である。これにより、ダイパッド10の熱伝導率の向上を図りつつ、厚さ方向zに対して直交する方向の熱伝導の効率を高めることができる。このことは、ダイパッド10の放熱性の向上に寄与する。
 図22~図25に基づき、本開示の第2実施形態にかかる半導体装置A20について説明する。これらの図において、先述した半導体装置A10と同一、または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図22は、理解の便宜上、封止樹脂40を透過し、想像線で示している。
 半導体装置A20においては、ワイヤ33に代えて、第2導電部材32、第4接合層24および第5接合層25を備えることが、半導体装置A10と異なる。
 第2導電部材32は、図22および図23に示すように、半導体素子20の第3電極203と、第2リード12の第2接合面123とに電気的に接合されている。これにより、第2リード12は、第3電極203に導通している。第2導電部材32は、銅を含有する。半導体装置A20においては、第2導電部材32は、金属クリップである。図24および図25に示すように、第2導電部材32は、第3接合部321および第4接合部322を有する。第3接合部321は、第2導電部材32の一端に位置し、かつ第2導電部材32を第3電極203に電気的に接合させる部分である。第4接合部322は、第2導電部材32の他端に位置し、かつ第2導電部材32を第2接合面123に電気的に接合させる部分である。
 第4接合層24は、図24に示すように、半導体素子20の第3電極203と、第2導電部材32の第3接合部321との間に介在する部分を含む。第4接合層24は、導電性を有する。第4接合層24は、第3接合部321と第3電極203とを電気的に接合する。これにより、半導体装置A20においては、第2導電部材32が第3電極203に電気的に接合され、かつ第2導電部材32が第3電極203に導通する構成となっている。第4接合層24は、第2接合層22と同一の材料からなる。
 第5接合層25は、図25に示すように、第2リード12の第2接合面123と、第2導電部材32の第4接合部322との間に介在する部分を含む。第5接合層25は、導電性を有する。第5接合層25は、第4接合部322と第2接合面123とを電気的に接合する。これにより、半導体装置A20においては、第2導電部材32が第2接合面123に電気的に接合され、かつ第2導電部材32が第2リード12に導通する構成となっている。第5接合層25は、第2接合層22と同一の材料からなる。
 次に、半導体装置A20の作用効果について説明する。
 半導体装置A20は、第1接合層21および第2接合層22を備える。第1接合層21は、導電性を有するとともに、半導体素子20の第1電極201と、ダイパッド10の主面101とを電気的に接合する。第2接合層22は、導電性を有するとともに、第1導電部材31と、半導体素子20の第2電極202とを電気的に接合する。第1接合層21の融点は、第2接合層22の融点よりも高い。したがって、半導体装置A20によっても、より大きな電流に対応しつつ、半導体素子20の電極に対する導電部材の接合面積の縮小を抑制することが可能となる。
 半導体装置A20は、半導体素子20の第3電極203と、第2リード12の第2接合面123とに接合された第2導電部材32を備える。さらに半導体装置A20は、第4接合層24および第5接合層25を備える。第4接合層24は、導電性を有するとともに、第2導電部材32と第3電極203とを電気的に接合する。第5接合層25は、導電性を有するとともに、第2導電部材32と第2接合面123とを電気的に接合する。第4接合層24および第5接合層25の各々は、第2接合層22と同一の材料からなる。これにより、半導体装置A20の製造において、第2導電部材32の接合を第1導電部材31の接合と同時に行うことができる。さらに、第2導電部材32の接合の際、ダイパッド10に対する半導体素子20の位置ずれが防止されるため、第3電極203に対する第2導電部材32の接合面積が確保されたものとなる。
 第2導電部材32は、銅を含有する。さらに、厚さ方向zにおいて、第2リード12の第2接合面123は、ダイパッド10の主面101に対して半導体素子20寄りに位置する。これにより、第2導電部材32の電気抵抗は比較的低いものとなり、かつ第2導電部材32の長さが短縮されるため、半導体素子20の第3電極203におけるオン抵抗の低減を図ることが可能となる。
 本開示は、先述した実施形態や変形例に限定されるものではない。本開示の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
 本開示の半導体装置および製造方法は、以下の付記に記載された構成を含む。
 付記1.
 厚さ方向を向く主面を有するダイパッドと、
 前記主面に対向して設けられた第1電極と、前記厚さ方向において前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極と、を有するとともに、前記第1電極が前記主面に電気的に接合された半導体素子と、
 前記第1電極と前記主面とを電気的に接合する第1接合層と、
 前記第2電極に電気的に接合された第1導電部材と、
 前記第1導電部材と前記第2電極とを電気的に接合する第2接合層と、を備え、
 前記第1接合層の融点は、前記第2接合層の融点よりも高い、半導体装置。
 付記2.
 前記ダイパッドおよび前記第1導電部材の各々は、銅を含有する、付記1に記載の半導体装置。
 付記3.
 前記第2接合層は、錫を含有する、付記2に記載の半導体装置。
 付記4.
 前記第1接合層は、錫を含有する、付記3に記載の半導体装置。
 付記5.
 前記第1接合層の厚さは、前記第2接合層の厚さよりも大である、付記3または4に記載の半導体装置。
 付記6.
 前記第1接合層は、焼結金属粒子を含む材料からなる、付記3に記載の半導体装置。
 付記7.
 前記焼結金属粒子は、銀を含有する、付記6に記載の半導体装置。
 付記8.
 前記主面を覆うめっき層をさらに備え、
 前記めっき層は、銀を含有し、
 前記第1接合層は、前記めっき層と前記第1電極との間に介在している、付記7に記載の半導体装置。
 付記9.
 前記厚さ方向に沿って視て、前記半導体素子の面積は、前記主面の面積の40%以下である、付記2ないし8のいずれかに記載の半導体装置。
 付記10.
 前記半導体素子は、化合物半導体基板を含む、付記9に記載の半導体装置。
 付記11.
 前記厚さ方向において前記主面と同じ側を向く第1接合面を有するとともに、前記ダイパッドから離れて位置する第1リードと、
 前記第1導電部材と前記第1接合面とを電気的に接合する第3接合層と、をさらに備え、
 前記第1リードは、銅を含有し、
 前記第3接合層は、前記第2接合層と同一の材料からなる、付記2ないし10のいずれかに記載の半導体装置。
 付記12.
 前記厚さ方向において、前記第1接合面は、前記主面に対して前記半導体素子寄りに位置する、付記11に記載の半導体装置。
 付記13.
 前記ダイパッドの厚さは、前記第1リードの最大厚さよりも大である、付記11または12に記載の半導体装置。
 付記14.
 第2リード、第2導電部材、第4接合層および第5接合層をさらに備えており、
 前記半導体素子は、前記厚さ方向において前記第1電極とは反対側に設けられ、かつ前記第2電極から離れて位置する第3電極を有し、
 前記第2リードは、前記厚さ方向において前記主面と同じ側を向く第2接合面を有するとともに、前記ダイパッドおよび前記第1リードの双方から離れて位置しており、
 前記第2導電部材は、前記第3電極および前記第2接合面に電気的に接合されており、
 前記第4接合層は、前記第2導電部材と前記第3電極とを電気的に接合しており、
 前記第5接合層は、前記第2導電部材と前記第2接合面とを電気的に接合しており、
 前記第2導電部材および前記第2リードは、銅を含有し、
 前記第4接合層および前記第5接合層の各々は、前記第2接合層と同一の材料からなる、付記11ないし13のいずれかに記載の半導体装置。
 付記15.
 前記厚さ方向において、前記第2接合面は、前記主面に対して前記半導体素子寄りに位置する、付記14に記載の半導体装置。
 付記16.
 前記厚さ方向に対して直交する第1方向に沿って延びる部分を含むとともに、前記ダイパッドにつながる第3リードをさらに備え、
 前記第1リードおよび前記第2リードの各々は、前記第1方向に沿って延び、
 前記第3リードの材料は、前記ダイパッドの材料と同一であり、
 前記厚さ方向および前記第1方向に対して直交する第2方向に沿って視て、前記第3リードの少なくとも一部が、前記第1リードおよび前記第2リードの各々に重なっている、付記14または15に記載の半導体装置。
 付記17.
 前記半導体素子および前記第1導電部材と、前記ダイパッドの一部と、を覆う封止樹脂をさらに備える、付記1ないし16のいずれかに記載の半導体装置。
 付記18.
 前記ダイパッドは、前記厚さ方向において前記主面とは反対側を向く裏面を有し、
 前記封止樹脂から前記裏面が露出している、付記17に記載の半導体装置。
 付記19.
 ダイパッドの主面の上に導電性を有する第1接合材を配置し、
 互いに反対側に位置する第1電極および第2電極を有する半導体素子を、前記第1電極が前記第1接合材に対向するように前記第1接合材の上に配置し、
 前記第1接合材を溶融および固化させることにより、前記第1電極を前記主面に電気的に接合させ、
 導電性を有する第2接合材を前記第2電極の上に配置し、
 導電部材を前記第2接合材の上に配置し、かつ前記第2接合材を溶融および固化させることにより、前記導電部材を前記第2電極に電気的に接合させる、各工程を備え、
 前記第1接合材の融点は、前記第2接合材の融点よりも高い構成とされている、半導体装置の製造方法。
 付記20.
 前記第1接合材は、線ハンダである、付記19に記載の半導体装置の製造方法。
A10,A11,A20:半導体装置   10:ダイパッド
101:主面   102:裏面   103:貫通孔
11:第1リード   111:被覆部   112:露出部
113:第1接合面   12:第2リード   121:被覆部
122:露出部   123:第2接合面   13:第3リード
131:被覆部   132:露出部   19:めっき層
20:半導体素子   201:第1電極   202:第2電極
203:第3電極   21:第1接合層   22:第2接合層
23:第3接合層   24:第4接合層   25:第5接合層
31:第1導電部材   311:第1接合部   312:第2接合部
32:第2導電部材   321:第3接合部   322:第4接合部
33:ワイヤ   40:封止樹脂   41:頂面
42:底面   43:第1側面   44:第2側面
45:開口   46:取付け孔   80:タイバー
81:第1接合材   82:第2接合材   83:第3接合材
z:厚さ方向   x:第1方向   y:第2方向

Claims (15)

  1.  厚さ方向を向く主面を有するダイパッドと、
     前記主面に対向して設けられた第1電極と、前記厚さ方向において前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極と、を有するとともに、前記第1電極が前記主面に電気的に接合された半導体素子と、
     前記第1電極と前記主面とを電気的に接合する第1接合層と、
     前記第2電極に電気的に接合された第1導電部材と、
     前記第1導電部材と前記第2電極とを電気的に接合する第2接合層と、を備え、
     前記第1接合層の融点は、前記第2接合層の融点よりも高い、半導体装置。
  2.  前記ダイパッドおよび前記第1導電部材の各々は、銅を含有する、請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記第2接合層は、錫を含有する、請求項2に記載の半導体装置。
  4.  前記第1接合層は、錫を含有する、請求項3に記載の半導体装置。
  5.  前記第1接合層の厚さは、前記第2接合層の厚さよりも大である、請求項3または4に記載の半導体装置。
  6.  前記厚さ方向に沿って視て、前記半導体素子の面積は、前記主面の面積の40%以下である、請求項2ないし5のいずれかに記載の半導体装置。
  7.  前記厚さ方向において前記主面と同じ側を向く第1接合面を有するとともに、前記ダイパッドから離れて位置する第1リードと、
     前記第1導電部材と前記第1接合面とを電気的に接合する第3接合層と、をさらに備え、
     前記第1リードは、銅を含有し、
     前記第3接合層は、前記第2接合層と同一の材料からなる、請求項2ないし6のいずれかに記載の半導体装置。
  8.  前記厚さ方向において、前記第1接合面は、前記主面に対して前記半導体素子寄りに位置する、請求項7に記載の半導体装置。
  9.  前記ダイパッドの厚さは、前記第1リードの最大厚さよりも大である、請求項7または8に記載の半導体装置。
  10.  第2リード、第2導電部材、第4接合層および第5接合層をさらに備え、
     前記半導体素子は、前記厚さ方向において前記第1電極とは反対側に設けられ、かつ前記第2電極から離れて位置する第3電極を有し、
     前記第2リードは、前記厚さ方向において前記主面と同じ側を向く第2接合面を有するとともに、前記ダイパッドおよび前記第1リードから離れて位置しており、
     前記第2導電部材は、前記第3電極および前記第2接合面に電気的に接合されており、
     前記第4接合層は、前記第2導電部材と前記第3電極とを電気的に接合しており、
     前記第5接合層は、前記第2導電部材と前記第2接合面とを電気的に接合しており、
     前記第2導電部材および前記第2リードは、銅を含有し、
     前記第4接合層および前記第5接合層の各々は、前記第2接合層と同一の材料からなる、請求項7ないし9のいずれかに記載の半導体装置。
  11.  前記厚さ方向において、前記第2接合面は、前記主面に対して前記半導体素子寄りに位置する、請求項10に記載の半導体装置。
  12.  前記半導体素子および前記第1導電部材と、前記ダイパッドの一部と、を覆う封止樹脂をさらに備える、請求項1ないし11のいずれかに記載の半導体装置。
  13.  前記ダイパッドは、前記厚さ方向において前記主面とは反対側を向く裏面を有し、
     前記封止樹脂から前記裏面が露出している、請求項12に記載の半導体装置。
  14.  ダイパッドの主面の上に導電性を有する第1接合材を配置し、
     互いに反対側に位置する第1電極および第2電極を有する半導体素子を、前記第1電極が前記第1接合材に対向するように前記第1接合材の上に配置し、
     前記第1接合材を溶融および固化させることにより、前記第1電極を前記主面に電気的に接合させ、
     導電性を有する第2接合材を前記第2電極の上に配置し、
     導電部材を前記第2接合材の上に配置し、かつ前記第2接合材を溶融および固化させることにより、前記導電部材を前記第2電極に電気的に接合させる、各工程を備え、
     前記第1接合材の融点は、前記第2接合材の融点よりも高い構成とされている、半導体装置の製造方法。
  15.  前記第1接合材は、線ハンダである、請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
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