JP2006278441A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体チップ2の上面主電極3に放熱,配線用部材として厚肉な金属部品5を半田接合した半導体装置において、主電極の周囲を取り囲んで半導体チップの上面に主電極面よりも背高なダム形状の半田レジスト層8を形成した上で金属部品を半田接合するものとし、その製造方法としてウエハ内に多数個の半導体素子を作り込むウエハプロセスの工程で、フォトリソグラフィプロセスによりウエハ上の各半導体素子に対しその上面主電極の周囲を取り囲むダム形状の半田レジスト層を一括してパターン形成する。
【選択図】 図1
Description
かかる点、放熱用金属ベースに搭載した絶縁基板の上に半導体チップをマウントして外囲ケースに組み込んだ片面冷却方式のパッケージ構造では、半導体チップの上面側がパッケージ内部に注入した封止樹脂で覆われているためにチップ上面側からの放熱が殆ど期待できず、このために、チップ上面の主電極に配線リードとしてアルミワイヤをボンディングした従来の配線構造では、半導体チップの接合部温度を保証温度以下に抑えることが困難となるほか、通電に伴うアルミワイヤのジュール発熱も加わってワイヤ溶断のおそれもあってヒートサイクル,パワーサイクルの耐量低下が懸念される。
また、半導体チップの放熱性向上および発熱密度の集中を緩和させる手段として、半導体チップの上面に熱拡散部材として高伝熱性の金属ブロックで作られたヒートスプレッダを半田付けなどにより伝熱接合し、このヒートスプレッダによりチップ中央部分に集中する発熱をチップ周域に分散させてチップ全体での温度分布を平均化さるようにした構成(例えば、特許文献2参照)、さらには前記ヒートスプレッダを半導体チップの主電極面に半田接合した上で、その上面に配線リードとしてストラップ状導体を接続した構成が本発明と同一出願人より特願2004−293662号として提案されている。
図5はダイオードを例に、半導体チップの上面主電極面に前記のヒートスプレッダ,あるいはストラップ状接続導体の金属部品を半田接合した際に生じた半田の不要な広がりの発生状況を表した説明図である。なお、図中で1は絶縁基板、2は絶縁基板1に半田マウントした半導体チップ、3は半導体チップ2の上面主電極、4はチップの上面周縁に被覆した耐圧用ガードリング(例えばポリイミド樹脂膜)、5は金属部品(ストラップ状の接続導体あるいは金属ブロックのヒートスプレッダ)、6は半導体チップ2の裏面電極と絶縁基板1の導体パターンとの間を接合した半田層、7は半導体チップ2の上面主電極3と金属部品5との間を接合した半田層であり、モジュール組立の半田接合工程ては、あらかじめ絶縁基板1/半導体チップ2,および半導体チップ2/金属部品5の間の接合面に半田材として例えばクリーム半田を塗布した仮組立体をリフロー炉内に搬入して半田接合するようにしている。
このような半田の不要な広がりは半田材の供給量を調整することである程度防ぐことも可能であるが、実際には半導体チップ2の主電極3の表面状態,金属部品の寸法,半田接合温度のバラツキなどにも影響されることから、半田材の供給量最適にコントロールすることは実用面から極めて困難である。
なお、プリント基板について、プリント基板の導体パッドに表面実装形の半導体チップ,あるいは配線リードを半田接合する場合に、半田の不要な広がりを防いで所要厚さの半田層の確保,半田ブリッジ防止を図る手段として、プリント基板の導体パッド周域にダム形状の半田レジスト層を形成するようにした構成が、特開平11−243114号公報,特開平6−252540号公報などで公知であるが、これら公知文献には半導体チップの上面にストラップ状接続導体あるいはヒートスプレッダの金属部品を半田付けする半導体装置への適用についての開示はない。
主電極の周囲を取り囲んで半導体チップの上面に、主電極面よりも背高なダム形状の半田レジスト層を形成するものとし(請求項1)、実用的には半田レジスト層の高さを50μm以上に設定する(請求項2)。
また、前記構成の半導体装置の製造方法として、本発明によれば、ウエハ内に多数個の半導体素子を作り込むウエハプロセスの終段工程で、ウエハ上の各半導体素子に対しその上面主電極の周囲を取り囲んでダム形状の半田レジスト層を一括パターン形成した上で、ウエハをダイシングして半導体チッをプ個片に分離し、次の組立工程で半田レジスト層付きの半導体チップの上面主電極に金属部品を半田接合するものとし(請求項3)、ここで半田レジスト層はフォトリソグラフィプロセスによりウエハの上面にパターンニングして形成する(請求項4)。
また、半導体装置を量産する場合に、本発明の製造方法によれば、半導体チップについてその上面に形成するダム形状の半田レジスト層を、ウエハに多数個の半導体素子を作り込むウエハプロセスの工程で、フォトリソグラフィのプロセスにより一括してパターン形成するようにしたことで、半導体装置を高い生産性で効率よく量産製造することができる。
図1の実施例において、図5の従来構造と異なる点は半導体チップ2の上面主電極3の周囲を取り囲んでチップ上面の周域にダム形状に盛り上がった半田レジスト層8が形成されている。この半田レジスト層8の高さは主電極3に比べて背高な50μm以上に設定し、また主電極3に半田接合する金属部品5の厚みによっては高さを100μm以上にするものとし、後記のようにフォトリソグラフィのプロセスによりウエハ上に一括してパターン形成するか、あるいは所定のダム形状に成形した樹脂部材をガードリング4の上に接着剤で貼り付けて形成することができる。また、半田レジスト層8の断面幅は、その接合面の応力発生を考慮してガードリング4よりも狭い幅とするのがよい。
また、図4の実施例では、前記の半田レジスト層8が主電極3とこれに隣接する制御電極9との間の境界にも形成されており、この境界部分に形成したレジスト層を符号8−1で示す。そして、モジュール組立工程では図4と同様に主電極3の電極面上にストラップ状の接続導体あるいはヒートスプレッダの金属部品5が半田接合される。
次に、半導体チップ2の上面に形成した前記ダム形状の半田レジスト層8を、ウエハプロセスで一括形成するようにした本発明の請求項3,4に係わる製造方法を図2および図3(a)〜(d)で説明する。
図2はウエハ10に多数個の半導体素子11が碁盤目状に整列して作り込まれた状態を表し、このウエハ10に対し次記のフォトリソグラフィプロセスを施して半導体素子11の各領域ごとに前記の半田レジスト層が一括してパターン形成される。
すなわち、ウエハプロセスの工程でウエハ10に作り込まれた図2の半導体素子11に対し主電極3,ガードリング4を形成した後、図3(a)で示すようにウエハ10の表面全域に半田レジスト材8aとして有機系の感光性樹脂(例えば、ポジ型フォトレジスト材)層を形成する。この感光性樹脂層は、感光性樹脂をスピンコーターなどを使用して厚さ50μm以上の均一な厚さに塗布して形成する。あるいは、フィルム状のレジスト材を真空ラミネート工程にてウエハ10の表面に密着させて形成する。次に、フォトマスク12を使用し、各半導体素子11の領域ごとに形成する半田レジスト層8(図1,図4参照)のパターンに合わせて光をフォトレジスト材に照射し(図3(b)参照)、続くエッチング工程で不要な部分をエッチング溶液で除去した上で、熱処理により樹脂を硬化させてダム形状の半田レジスト層8を形成する(図3(c)参照)。その後に、ウエハ10をダイシングして半導体チップ2を個片に分離する(図3(d)参照)。
上記の製造方法を採用することにより、半導体装置を量産する場合に各半導体チップの上面にダム形状の半田レジスト層8を生産性よく形成することができる。
2 半導体チップ
3 主電極
4 ガードリング
5 金属部品
6,7 半田層
8 ダム形状の半田レジスト層
9 制御電極
10 ウエハ
11 ウエハに作り込まれた半導体素子
12 フォトマスク
Claims (4)
- 半導体チップの上面主電極に放熱,配線用部材として厚肉な金属部品を面合わせして半田接合した半導体装置において、
主電極の周囲を取り囲んでチップ上面に主電極面より背高なダム形状の半田レジスト層を形成した上で、主電極に金属部品を半田接合したことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、半田レジスト層の高さが50μm以上であることを特徴とする半導体装置。
- ウエハ内に多数個の半導体素子を作り込むウエハプロセスの終段工程で、ウエハ上の各半導体素子に対しその上面主電極の周囲を取り囲んでダム形状の半田レジスト層を一括してパターン形成した上で、ウエハをダイシングして半導体チッをプ個片に分離し、次の組立工程で半田レジスト層付きの半導体チップの上面主電極に金属部品を半田接合することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項3記載の製造方法において、半田レジスト層をフォトリソグラフィプロセスによりウエハの上面にパターン形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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