JP2005286121A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 特性、信頼性を劣化させることなく、量産工程においてPbフリー化を図ることの可能な半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】 フレーム1と、裏面において前記フレーム1と高融点接合材料2により共晶接合される半導体チップ3と、前記半導体チップ3表面に、硬化させた導電性ペースト4を介して接続されるコネクタ5を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 フレーム1と、裏面において前記フレーム1と高融点接合材料2により共晶接合される半導体チップ3と、前記半導体チップ3表面に、硬化させた導電性ペースト4を介して接続されるコネクタ5を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体装置とその製造方法に係り、特にPbフリー化を図ることの可能な半導体装置の製造方法に関する。
一般に、半導体チップの裏面電極とフレームの接続(内部マウント)にはPb系ろう材が用いられている。Pb系ろう材は、加工性、価格性、安定性、供給性、信頼性等のいずれにおいても優れているものの、環境への配慮からPbフリー化が種々検討されている(例えば特許文献1参照)。しかしながら、外部端子等においてはPbフリー材料への代替が進んでいるのに対し、内部マウントにおいては進められていないのが現状である。
一方、近年、半導体チップの接続において、図9に示すような半導体チップ13の表面電極を板状、帯状の導電性金属からなるコネクタ15に接続するコネクタ方式が用いられている。
このようなコネクタ方式の半導体装置は、一般に、図10に示すように、予め半導体チップ13の表裏面にNi−Auメタル膜13a、13bを蒸着又はメッキにより形成し、これを、Pb系高融点半田材17a、17bにより、350〜400℃程度でコネクタ15、フレーム11と表裏一括でマウントした後、モールド樹脂16により封止して形成される。そして、客先での実装時に、例えば面実装型のものは、リフロー炉において200〜260℃で加熱され、自立型のものは、半田フロー装置において360℃で5秒程度加熱され、プリント基板等に接続される。
このようなコネクタ方式の半導体装置においても、Pbフリー化が検討されている。しかしながら、コネクタ方式の半導体装置においては、裏面(フレーム)側は熱がこもり易く、表面(コネクタ)側は熱がこもりにくいだけでなく、面接触であり、従来のボンディングワイヤより高い放熱性が得られるため、特に熱歪が大きくなる。このような熱歪は、柔軟で耐熱歪性に優れたPb系高融点半田材においては、接合性の劣化や信頼性に影響するものではないが、代替Pbフリー材料においては問題が多い。
例えば、代替Pbフリー材料として一般的なSn系半田材は、客先における360℃、5秒程度の熱履歴では、溶融するほど熱は伝わらないものの、Pb系高融点半田材に比べ硬いため、熱歪による特性劣化や、温度サイクル評価等における信頼性の低下を生じてしまうという問題がある。
また、マウント材として広く用いられているAgペーストは、特に熱のこもり易い裏面側に使用すると、急熱、急冷により割れ易く、最終の客先での繰り返しでの実使用段階においてVFの変動等の特性変動を引き起こす可能性が有り、電流がチップ裏面に抜けるパワーデバイスにおいては通常使用されていない。
一方、共晶接合法は接合部の機械的強度や導電性に優れた接合方法であるが、共晶温度が高く、放熱性の高い表面側においては、約420℃以上のマウント温度となるため、熱のこもり易い裏面側接合部に異常が発生するとともに、表面接合部の特性変動、再シンターや、パッシベーション膜の割れ等を生じてしまうという問題がある。
特開2002−184792号公報
このように、コネクタ方式の半導体装置において、代替Pbフリー材料においては、Pb系ろう材と同等の接合特性、信頼性を得ることができず、Pbフリー化を図ることが困難であった。さらに、量産工程において適用するためには、Pb系ろう材による工程からの転換が容易である必要があった。
そこで、本発明は、従来の問題を取り除き、特性、信頼性を劣化させることなく、量産工程においてPbフリー化を図ることの可能な半導体装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明の一態様によれば、フレームと、裏面において前記フレームと高融点接合材料により共晶接合される半導体チップと、前記半導体チップ表面に、硬化させた導電性ペーストを介して接続されるコネクタを備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
また、本発明の一態様によれば、フレーム上に高融点接合材料を蒸着した半導体チップを載置し、加熱・接合する工程と、前記半導体チップ上に導電性ペーストを塗布する工程と、前記導電性ペースト上にコネクタを載置し、前記導電性ペーストを硬化させ接合する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の一実施態様によれば、特性、信頼性を劣化させることなく、量産工程においてPbフリー化を図ることが可能となる。
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
本実施形態の半導体装置である上面コネクタ1本構造タイプの2端子面実装型外囲器の断面図を図1に、上面図を図2に示す。尚、図1は図2のA−A’断面図である。図に示すように、パッケージの下側フレーム1上に、Au共晶接合層2介して接続をされた半導体チップ(ダイオード)3が搭載されており、その上面において硬化させたAgペースト4等を介してコネクタ5が接続されている。そしてこれらは外部端子を除いてモールド樹脂6により封止されている。
このような半導体装置は以下のように形成される。図3に示すように、先ず、半導体チップ3の裏面にAu合金等の高融点接合材料2’を、表面にNi−Au、Al等を蒸着(蒸着層3a)する。そして、図4に示すように、フレーム1上に、半導体チップ3を載置し、例えば380〜400℃で高融点接合材料を溶融させて電気的に接続する。
次いで、図5に示すように、半導体チップ3の表面上に、Ag粒子と硬化性樹脂からなるAgペースト4’を塗布し、Agペースト4’上にコネクタ5を載置した状態で170〜200℃のオーブン乾燥により硬化させて電気的に接続する。さらにモールド樹脂6により封止され、図1、2に示すような半導体装置が形成される。
このように、本実施形態のコネクタ方式の半導体装置において、フレーム上に半導体チップ裏面を共晶接合により接続し、半導体チップ表面とコネクタを導電性ペーストにより接続するという組合せを採用することにより、従来比で全く接合性に問題のない半導体装置を形成することができる。また、導電性ペーストを放熱性の高い半導体チップ表面のみに用いているため、熱歪による割れ等の発生は抑えられ、特性、信頼性とも特に問題のなくPbフリー化を図ることが可能となる。
さらに、熱のこもり易い半導体チップ裏面のみを高温マウントとし、半導体チップ表面のみを素子の特性に全く影響することなく、且つ導入が容易な200℃以下のオーブン乾燥とすることができ、量産工程においても容易にPbフリー工程に転換することが可能となる。
本実施形態において、高融点接合材料としてAu合金を用いてフレームと半導体チップを共晶接合しているが、AuGe、AuSb、AuSi、AuSn等を主材とするAu合金の他、Sn−Sb系の高融点接合材料を用いることができる。このとき、客先でのリフローにおいて良好な接合を維持するために、高融点接合材料の固相線温度は240℃以上で液相線温度が270℃以上であることが好ましい。また、液相線温度を上昇させるために、少なくともCu、Te、Tlのいずれかを含む元素を含有していても良い。このとき、あまり液相線温度が上昇し過ぎ、安定的に接合するために400℃を越えるマウントが必要となると、素子の特性変動を引き起こす可能性があるので、これら液相線温度を上昇させるための元素は5%以下であることが好ましい。
そして、これら高融点接合材料は、予め半導体チップの裏面に蒸着により形成しておくことにより、組み立て時に接合材を新たに供給することなく接合することが可能となる。
また、本実施形態において、導電性ペーストとしてAgペーストを用いているが、一般的な、体積抵抗率が1×10−4Ωcm程度以下で、熱伝導率が5W/mK程度以上の導電性ペーストを用いることができる。
本実施形態において、外囲器を裏フレーム非露出構造品としたが、図6に示すような裏フレーム露出構造品においても適用することができる。また、上面コネクタ1本構造タイプの2端子面実装型としたが、これに限定されるものではなく、図7に示すような上面コネクタ2本分割の2端子面実装型、図8に示すような上面コネクタ2本分割の3端子面実装型としても良い。
また、半導体チップとしてダイオードを用いているが、その他MOS−FET、バイポーラトランジスタ、SCR等種々のディスクリート半導体を用いることが可能である。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1、11 フレーム
2 共晶接合層
3、13 半導体チップ
4、4’ Agペースト
5、15 コネクタ
6、16 モールド樹脂
17 Pb系高融点半田材
2 共晶接合層
3、13 半導体チップ
4、4’ Agペースト
5、15 コネクタ
6、16 モールド樹脂
17 Pb系高融点半田材
Claims (3)
- フレームと、
裏面において前記フレームと高融点接合材料により共晶接合される半導体チップと、
前記半導体チップ表面に、硬化させた導電性ペーストを介して接続されるコネクタを備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記共晶接合に、少なくともSn、Auのいずれかを含む高融点接合材料が用いられることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- フレーム上に高融点接合材料を蒸着した半導体チップを載置し、加熱・接合する工程と、
前記半導体チップ上に導電性ペーストを塗布する工程と、
前記導電性ペースト上にコネクタを載置し、前記導電性ペーストを硬化させ接合する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004098296A JP2005286121A (ja) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20150051884A (ko) * | 2013-11-05 | 2015-05-13 | 에스에프아이 일렉트로닉스 테크날러지 인코어퍼레이티드 | 외부 리드 핀들을 포함하지 않는 칩 스케일 다이오드 패키지 및 이를 생산하기 위한 공정 |
JP2017168553A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2018148169A (ja) * | 2017-03-09 | 2018-09-20 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置 |
-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004098296A patent/JP2005286121A/ja active Pending
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KR101650895B1 (ko) * | 2013-11-05 | 2016-08-24 | 에스에프아이 일렉트로닉스 테크날러지 인코어퍼레이티드 | 외부 리드 핀들을 포함하지 않는 칩 스케일 다이오드 패키지 및 이를 생산하기 위한 공정 |
JP2017168553A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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