JP2012129336A - 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】導電パターン付絶縁基板1の導電パターン4に半導体チップ9を載置する第1凹部5を形成し、ポストピン付プリント基板11の貫通孔12に導電パターン4に固着した位置決め用外部端子17を貫通させ、半導体チップ9のゲートパッド9bおよびエミッタ電極パッド9aにポストピン16の先端を位置決めすることで、低コストで前記ポストピン16と前記パッド9bの位置合わせ精度を大幅に向上させることができる。
【選択図】 図1
Description
同図(a)において、カーボン治具71の凹部72に半導体チップ55を入れ、半導体チップ55上に半田56を載置する。その上からポストピン付プリント基板60をカーボン治具71に挿入して半田56上にポストピン57の先端を接触させる。
このように、カーボン治具71、73を用いた場合、半導体チップ55のゲートパッド55bとポストピン57の位置合わせ精度は大幅に低下する。そのため、半導体チップ55の小型化が困難になり、半導体チップ55の高集積化が困難になる。
位置ズレの測定は、20個のサンプルで導電パターン53に載置した初期の位置65の中心から半導体チップ55の中心までの距離をX方向とY方向で測定して、その大きい方の値を採用した。図17から位置ズレは0.2mmを中心に0.1mm〜0.3mmまでズレを生じる。
また、特許文献3では、半田溜め部(半田逃がす部)の拡大加工の大きさが1mm程度であるため、半導体チップの間の間隔を2mm以上にする必要があり、半導体チップの高密度実装が困難になる。また、半田溜め部をソルダーレジストで形成するため、ソルダーレジストのパターニングにフォトリソグラフィ工程を用いると製造コストが増大する。
また、特許文献6では、導電パターン付絶縁基板上への半導体チップの位置決めを導電パターン付絶縁基板に設けた突起で行なっており、数箇所の突起で半導体チップが押さえられるので、位置決めにおいて半導体チップの回転成分が出易く高精度の位置決めは困難である。
また、特許請求の範囲の請求項10に記載の発明によれば、導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を固定する第2凹部を形成する工程と、前記導電パターンの第2凹部に前記の位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を嵌合する工程と、前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた位置決め用の第1貫通孔に位置決め用の第1外部端子を貫通させ前記第1貫通孔以外の第2貫通孔に前記第2外部端子を貫通させて前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、全体(前記組立品)をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。
また、位置合わせ精度が向上することで、半導体チップの高密度実装ができる。
また、位置決めピンを半田付けの工程後、取り外すことで、位置決めピンの配置の自由度が上がり、ポストピン付プリント基板の小型化を図ることができる。
図1〜図3において、半導体装置100は、セラミック板などの絶縁板3の裏側に冷却ベース2が固着し表側に金属箔で形成された導電パターン4が固着した導電パターン付絶縁基板1と、表側の導電パターン4に形成された半導体チップ9,10(9が例えばIGBTチップ、10がダイオードチップ)を位置決めする第1凹部5と、この第1凹部5に半田8を介して裏面が固着される半導体チップ9,10からなる。
また、位置決め兼用の第1外部端子17とポストピン付プリント基板11に形成した第1貫通孔12の間隔22は25μm程度にする。
同図(a)において、導電パターン付絶縁基板1の導電パターン4に第1凹部5、第2凹部6、第3凹部7(図示せず)を形成し、この第1凹部5に半田8と半導体チップ9,10(10は図示せず)を載置し、第2凹部6、第3凹部7に第1外部端子17,第2外部端子18(図示せず)をそれぞれ嵌合する。第1凹部5の深さは半田8の厚さより深く、半田8と半導体チップ9,10を合わせた厚さより浅くする。第1、第2、第3凹部5,6,7(7は図示せず)は機械加工、薬液によるエッチング、レーザー加工による切削加工などで形成する。半田8、15として、WBG(ワイドバンドギャップ)素子(SiCチップなど)に対応するために、高温鉛フリー半田を用いると良い。
つぎに、図4(c)においては、部材を搭載するための箱型のカーボン治具(図示せず)を使用し、さらに、ポストピン付プリント基板11を上から押さえるカーボン治具(図示せず)を用い、リフロー炉を通して半田8,15,20を溶融させ、固化させることで、半導体チップ9,10と第1凹部5、半導体チップ9,10とポストピン16および導電パターン14と第1外部端子17、第2外部端子18を半田付けする。このカーボン治具は、各部材の位置決めではなく、リフロー炉に入れるときの搬入箱、およびポストピン付プリント基板11を上から押さえる錘として使用する。
しかし、半導体チップの大きさが□3mmより大きくなると、凹部の4隅に半田溜め部5aを設けた場合、半田溜め部5aまでの溶融半田8の流路が長くなり、溶融した半田8の厚さムラができ、またボイドが発生しやすくなる。それを防止するため、半田溜め部5aを分散させ、半田溜め部5aまでの溶融半田8の流路の長さを均一で短くする必要がある。その方策をつきの実施例で説明する。
図7の半導体装置200とこの半導体装置300の違いは、第1凹部5の辺の中央にも半田溜め部5bを設けた点である。こうすることで、半田溜め部5a,5bまでの溶融半田8の流路の長さを均一で短くすることができて、半導体チップ9,10(10は図示せず)と第1凹部5の位置ズレを小さな半導体チップ並みにすることができる。
また、半田溜め部5bを円形にした場合、第1凹部5の開口部の辺から半径rを0.2mm〜0.3mm程度の大きさで半田溜め部5bを形成すればよい。また、第1凹部5の開口部の辺から0.1mm〜0.15mm開口部内側を中心とした前記の半径の円としてもよい。
図11は、図10の半導体装置400の製造方法であり、同図(a)〜同図(d)は工程順に示した要部製造工程断面図である。
しかし、この専用の位置決め用ピン26とプリント基板11の導電パターン14の間の電気的絶縁が確保できない場合がある。それを防止する方策について、つぎの実施例で説明する。
この製造方法と図11の製造方法の違いは、図11(c)の工程の後に専用の位置決めピン27を除去する。その他の工程は図11の工程と同じである。
2 冷却ベース
3 絶縁板(導電パターン付絶縁基板)
4 導電パターン(導電パターン付絶縁基板)
5 第1凹部
5a 半田溜め部
6 第2凹部
7 第3凹部
8 半田(凹部と半導体チップの固着)
9 半導体チップ(例えば、IGBTチップ)
9a エミッタ電極パッド
9b ゲートパッド
10 半導体チップ(例えば、FWDチップ)
11 ポストピン付プリント基板
11a 絶縁板(ポストピン付プリント基板)
12 第1貫通孔
13 第2貫通孔
14 導電パターン(ポストピン付プリント基板)
15 半田(ポストピンと半導体チップの固着)
16 ポストピン
17 第1外部端子
18 第2外部端子
19 樹脂
20 半田(第2外部端子と導電パターン14との固着)
21 隙間(凹部5と半導体チップ9の間)
22 隙間(第1外部端子と第1貫通孔12の間)
25 第4凹部
26 専用の位置決め用ピン
27 着脱可能な位置決めピン
28 貫通孔(着脱可能な位置決めピン)
100,200,300,400,500,600 半導体装置
Claims (12)
- 導電パターン付絶縁基板と、前記導電パターンに配置された平面形状が四角形の凹部と、該凹部に載置され接合材で固着される半導体チップと、該半導体チップ上に接合材で一端が固着される接続導体柱と、該接続導体柱が固着するプリント基板と、前記導電パターンに固着された位置決め兼用の第1外部端子と、前記導電パターンに固着された前記第1外部端子以外の第2外部端子と、前記第1外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される第1貫通孔と、前記第2外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される第2貫通孔とを有する半導体装置において、
前記第1外部端子と前記第1貫通孔で前記接続導体柱と前記半導体チップが位置決めされ、前記凹部で前記半導体チップと前記導電パターンが位置決めされ、前記第1貫通孔の大きさが前記第2貫通孔の大きさより小さいことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1貫通孔と前記第1外部端子の平面形状が共に円形であり、前記第1貫通孔の直径と前記第1外部端子の直径の差が50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 導電パターン付絶縁基板と、該導電パターンに配置された平面形状が四角形の第1凹部と、該第1凹部に載置され接合材で固着される半導体チップと、該半導体チップ上に接合材で一端が固着される接続導体柱と、該接続導体柱が固着されるプリント基板と、該プリント基板に固着される位置決め用支柱と、該位置決め用支柱の先端が挿入され前記導電パターンに配置される位置決め用の第2凹部と、前記導電パターンに固着された外部端子と、該外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される貫通孔とを有することを特徴とする半導体装置。
- 導電パターン付絶縁基板と、該導電パターンに配置された平面形状が四角形の第1凹部と、該第1凹部に載置され接合材で固着される半導体チップと、該半導体チップ上に接合材で一端が固着される接続導体柱と、該接続導体柱が固着されるプリント基板と、位置決め用支柱が着脱され前記導電パターンに配置される位置決め用の第2凹部と、前記導電パターンに固着された外部端子と、該外部端子が貫通し前記プリント基板に配置される第1貫通孔と、着脱される前記位置決め支柱が貫通し前記プリント基板に配置される第2貫通孔とを有し、前記第2凹部が前記第2貫通孔の直下に位置することを特徴とする半導体装置。
- 前記凹部もしくは前記第1凹部の深さが、該凹部もしくは第1凹部に載置される前記接合材の厚さより深く、前記接合材と前記半導体チップを合わせた厚さより浅いことを特徴とする請求項1、3または4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記接合材が、半田、ろう材もしくは金属粒子を含んだ接合材であることを特徴とする請求項1、3または4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記導電パターンが、前記凹部もしくは前記第1凹部の四角形の4隅に接する半田溜め部を有することを特徴とする請求項1、3または4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記導電パターンが、前記凹部もしくは前記第1凹部の四角形の4隅に接する第1の半田溜め部と前記凹部の四角形の各辺にそれぞれ接する第2の半田溜め部を有することを特徴とする請求項1、3または4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半田が、高温半田であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を固定する第2凹部を形成する工程と、
前記導電パターンの第2凹部に前記の位置決め用の第1外部端子およびそれ以外の第2外部端子を嵌合する工程と、
前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた位置決め用の第1貫通孔に位置決め用の第1外部端子を貫通させ前記第1貫通孔以外の第2貫通孔に前記第2外部端子を貫通させて前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、
全体をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第3凹部を形成する工程と、
前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、位置決め支柱を有する接続導体柱付プリント基板の位置決め支柱を導電パターンに設けた第3凹部に挿入して前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、
全体をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 導電パターン付絶縁基板の導電パターンに半導体チップより開口部が大きい第1凹部と位置決め用の第3凹部を形成する工程と、
前記第1凹部に半田を載置し、該半田上に前記半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップのゲートパッド上と主電極パッド上に半田を載置し、接続導体柱付プリント基板に設けた貫通孔に位置合わせ用支柱を貫通させ、該位置合わせ用支柱の先端を前記第3凹部に挿入し、前記接続導体柱の先端と前記ゲートパッド上および前記主電極パッド上の前記半田とを位置決めし前記接続導体柱付プリント基板を上部から押さえ付ける工程と、
全体をリフロー炉に入れて、前記半田を溶融させ、その後固化させることで、前記接続導体柱を前記ゲートパッドおよび前記主電極パッドに前記半田を介して固着する工程と、
前記位置合わせ用柱を前記第3凹部と前記接続導体柱付プリント基板から引き抜く工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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