JP2014192518A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本明細書は、半導体チップを金属板にハンダ付けし、樹脂でモールドした半導体装置に関し、金属板と樹脂パッケージが剥離し難い半導体装置を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する半導体装置１０は、金属板３と、ハンダ層８を介して金属板３に固定されている半導体チップ５と、金属板３に接するとともに、半導体チップ５をモールドしている樹脂パッケージ１２を備える。半導体装置１０は、金属板３を平面視したときに、ハンダ層８のフィレット８ａの縁に隣接するように、金属板３に窪み４が設けられている。フィレットの縁に集まった余分なプライマは窪み４に流れ込み、プライマの膜厚が増大することを防ぐ。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体チップを樹脂でモールドした半導体装置とその製造方法に関する。
半導体チップを金属板の上にハンダ付けし、樹脂でモールドした半導体装置が知られている。本明細書では、半導体チップをモールドしている樹脂のボディを樹脂パッケージと称する。金属板は、リードフレームの場合もあれば、半導体チップの熱を樹脂パッケージの外へ放出する放熱板である場合もある。なお、「モールドする」という表現の代わりに、「封止する」あるいは、「パッケージ化する」という表現を用いてもよい。
多くの場合、樹脂パッケージは射出成形によって作られる。半導体チップをモールドする樹脂と金属板あるいは半導体チップとの接合性を高めるため、樹脂パッケージと金属板（あるいは半導体チップ）の間にプライマ（下地材）を介在させることがある（例えば特許文献１）。
なお、本明細書が開示する技術とは目的を異にするが、本明細書が開示する半導体装置と構造が似ている技術を開示する文献として、特許文献２を挙げておく。特許文献２が開示する半導体装置は次の通りである。基板に半導体チップが固定され、その半導体チップが樹脂でモールドされている。基板には貫通孔が設けられており、貫通孔の内面にはメッキが施されている。半導体チップをモールドする樹脂は貫通孔にも充填されている。特許文献２の技術は、樹脂パッケージの内部の水分を外部に排出することを目的とする。メッキと樹脂は接合性が高くないので、メッキと樹脂の境界が経路となって水分が樹脂パッケージの外へ排出される。
特開２０１１−１６５８７１号公報 特開２０１０−２５８４８３号公報
金属板あるいは半導体チップの表面に形成されるプライマ層が厚いとその表層だけが硬化し、内部が硬化しない状態となってしまう虞がある。それゆえ、プライマ層は、膜厚が薄く均一であることが好ましい。具体的には、プライマ層の膜厚は、２０ミクロン以下が好ましく、さらに好ましくは１０ミクロン以下である。
プライマ層の膜厚の上記値は、半導体チップと金属板の間のハンダ層の厚み（通常は約１５０ミクロン程度）と比較すると一桁小さいことなる。プライマは金属板だけでなく、半導体チップの露出部やハンダ層の露出部にも塗布される。よく知られているように、
２つの物体（本件の場合は半導体チップと金属板）を接合するハンダ層の側端部位はフィレットと呼ばれる。半導体装置では金属板の面積が半導体チップの面積よりも大きいので、両者の間のハンダ層のフィレットは、半導体チップの側から金属板の側に向かって裾拡がりとなる。プライマを単純に塗布すると、フィレットと金属板の境界（即ちフィレットの縁）においてプライマ層が厚くなってしまう。そうすると、完成した半導体装置において、膜厚部分では内部が十分固化しないことがあり、樹脂パッケージが剥離し易くなってしまう。本明細書が開示する技術は、フィレット近傍においてプライマ層の膜厚が大きくなることを抑制し、剥離が生じ難い半導体装置を提供する。
本明細書が開示する技術は、接合層を介して金属板に半導体チップが固定されており、その半導体チップが樹脂でモールドされている半導体装置を対象とする。樹脂パッケージは、金属板と接合している。金属板は一方の面が樹脂パッケージに密着しているとともに他方の面が露出しているタイプであっても、金属板全体が樹脂パッケージに封止されているタイプであってもよい。前者の一例は、金属板が放熱板のタイプであり、後者の一例は、金属板がリードフレームのタイプである。樹脂パッケージは金属板に接しているが、両者の間には、プライマ（金属板と樹脂との接合を強化する塗布剤）が介在していてもよい。接合層の典型は、ハンダ層である。接合層は、ほかに、接着剤の層であってもよい。以下では、理解を助けるため、接合層をハンダ層として説明を続ける。
樹脂でモールドする前、塗布した直後のプライマ層の状態を子細に観察すると、余分なプライマは、半導体チップの側面（金属板の表面に対して直交する面）とフィレットの表面に沿って流れ、フィレットと金属板の境界（即ちフィレットの縁）に集まる。このプライマの溜まりが膜厚の原因であることが判明した。そこで、本明細書が開示する技術は、半導体装置の金属板を平面視したときに、フィレットの縁に隣接するように窪みを設ける。そのような構造を採用することで、フィレットの縁に集まった余分なプライマは窪みに落ちる。従ってフィレットの縁での膜厚の増大が抑えられる。窪みが金属板を貫通しているとなおよい。余分なプライマは金属板より下方へと落ち、窪みがプライマであふれることがない。また、窪みは、フィレットの縁に沿って半導体チップを一巡していることが好ましいが、平面視したときに略矩形のフィレットの角部だけに設けてもよい。フィレットの角部でプライマが溜り易いので、半導体チップを一巡していなくとも、角部に隣接するように窪みを設けるだけでも効果がある。また、フィレットの縁に沿っていくつかの窪みを設けてもよい。窪みとして金属板を貫通する貫通孔を設ける場合、半導体チップを一巡する貫通孔は設けられないので、上記の角部、あるいは、フィレットの縁に沿っていくつかの貫通孔を設けるのがよい。
半導体チップのサイズのオーダ（ミリメートルのオーダ）で観察すると、窪みはフィレットの縁に接している。半導体チップサイズのオーダよりも桁違いに小さいプライマ層の厚みのオーダ（１〜１０ミクロンのオーダ）で観察すると、窪みとフィレットの縁との間には所定の距離がある。その距離は、プライマの粘性にも依存するが、樹脂パッケージの成形前に金属板に塗布するプライマの平均厚みの２倍以下であるのが好ましい。その程度にフィレットの縁に近くないと、フィレットの縁に溜まった余分なプライマが窪みへ十分に流れない。具体的な数値の一例としては、プライマ層の平均厚みが約２０ミクロン以下であるので、窪みとフィレットの縁との距離は、４０ミクロン以下であり、より好ましくは２０ミクロン以下である。他方、窪みの直径は、これもプライマの粘性にも依存するが、１００ミクロン程度である。
先に紹介した特許文献２に開示された半導体装置では、基板に設ける貫通孔の位置に制限がなく、フィレットの縁の位置とも何ら関係がない。特許文献２の技術は樹脂パッケージの内部の水分を除去するために基板に貫通孔を設けるのであって、本明細書とは技術的思想が異なり、貫通孔（窪み）の位置に関する制約がない点に留意されたい。
プライマの典型は、熱硬化ポリイミド系の樹脂である。そのような樹脂は、Ｎ−メチル−２ピロリドン（ＮＭＰ）を溶剤として用いる。ＮＭＰで希釈した熱硬化ポリイミド系のプライマは、内部に比べて表層の固化が早いので、膜厚が大きい部分では表層は硬いが内部は固化していないという状態になり易い。本明細書が開示する技術は、そのような熱硬化系ポリイミド系の樹脂を主成分とするプライマを用いる場合に好適である。
本明細書は、上記した窪みを有する半導体装置に好適な製造方法も提供する。前述したように、窪みはフィレットの縁に隣接する。窪みは、ハンダ付けに先立って金属板に設けておく方が加工の上で容易である。この場合、窪みが露出したままハンダ付けを行うと、溶融したハンダが窪みに流れる虞がある。そこで、本明細書が開示する新規な製造方法では、上記の窪みに栓を挿入してから半導体チップをハンダ付けする。さらに好ましくは、栓を有効活用し、栓の窪みから露出している部分で半導体チップを位置決めするとよい。栓の露出部分が直接に半導体チップを位置決めするのでもよいし、栓の露出部分が、半導体チップを位置決めする治具を固定するのであってもよい。
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
実施例の半導体装置の斜視図である。 半導体装置の分解斜視図である（樹脂パッケージを除く）。 図１のIII−III線における断面図である。 図４の破線IVが囲む領域の拡大図である。 貫通孔がない場合（従来技術）の断面図である。 半導体装置の平面図である（樹脂パッケージは省略）。 第２実施例の半導体装置の平面図である（樹脂パッケージは省略）。 第３実施例の半導体装置の図である。図８（Ａ）は平面図を示し、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＢＢ線における断面図である。 図８（Ｂ）の破線IXが囲む領域の拡大図である。 半導体装置の製造方法を説明する図である。 試作品の条件を示す表である。 試作品の試験結果の表である。
（第１実施例）図面を参照して第１実施例の半導体装置１０を説明する。図１に、半導体装置１０の斜視図を示す。図２に、半導体装置１０の分解斜視図を示す。ただし、図２では、理解を助けるために樹脂パッケージ１２は描いていない。半導体装置１０は、トランジスタチップ５とダイオードチップ６を樹脂でモールドしたデバイスである。トランジスタチップ５は、より具体的には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。以下では、トランジスタチップ５とダイオードチップ６を、半導体チップ９と総称する場合がある。
半導体装置１０は、２枚の金属板２、３の間で２個の半導体チップ９を樹脂でモールドしたものである。２枚の金属板２、３は、トランジスタチップ５とダイオードチップ６の逆並列回路の電極板に相当すると同時に、半導体チップ９の熱を樹脂パッケージ１２の外部の放出する放熱板に相当する。図１に示すように、金属板２、３の一方の面は、樹脂パッケージ１２の表面に露出している。説明の便宜上、金属板２、３において露出している側をおもて面と称し、樹脂パッケージ１２に接している側を裏面と称する。
図２に示すように、トランジスタチップ５は平板型である。図示は省略しているが、一方の面にはエミッタ電極が露出しており、他方の面にはコレクタ電極とゲート電極が露出している。ダイオードチップ６も平板型であり、一方の面にはアノード電極が露出しており、他方の面にはカソード電極が露出している。
金属板３の裏面に、トランジスタチップ５のエミッタ電極側がハンダを介して固定されるとともに、ダイオードチップ６のアノード電極側がハンダを介して固定される。トランジスタチップ５のコレクタ電極とダイオードチップ６のカソード電極にはハンダを介してスペーサ１３が固定され、夫々のスペーサ１３の反対側が、ハンダを介して金属板２の裏面に固定される。ハンダも導電性を有し、スペーサ１３も導電性を有する。それゆえ、トランジスタチップ５の電極（エミッタ電極とコレクタ電極）の夫々、及び、ダイオードチップ６の電極（アノード電極とカソード電極）の夫々は、ハンダおよびスペーサを介して金属板２あるいは金属板３と導通している。こうして、金属板２、３から樹脂パッケージ１２の上方へ伸びている端子２ａ、３ａが、トランジスタチップ５とダイオードチップ６の逆並列回路の夫々の電極に相当する。なお、スペーサ１３には、内部抵抗が小さく、しかも熱伝導率が高い銅が適している。
トランジスタチップ５の表面の一部に露出しているゲート電極（不図示）は、ボンディングワイヤ１５を介してゲート端子１４に接続されている。ゲート端子１４は、樹脂パッケージ１２の下方へ伸びている（図１参照）。ボンディングワイヤ１５は、例えばアルミニウムで作られた直径０．１５ｍｍ程度の金属ワイヤである。２枚の金属板２、３で挟まれたトランジスタチップ５、ダイオードチップ６、ボンディングワイヤ１５、ゲート端子１４の先端（ボンディングワイヤ１５との接続している側）が、樹脂パッケージ１２でモールドされている（封止されている）。
ハンダを介して半導体チップが固定されている金属板３には８個の貫通孔４が設けられている。この貫通孔について図３〜図５を参照して説明する。図３は、図１のIII−III線に沿った断面である。なお、図３では、理解を助けるため、樹脂パッケージ１２の断面には断面を表すハッチングを省略している。以下、トランジスタチップ５と貫通孔４の関係を説明するが、ダイオードチップ６と貫通孔４の関係も同様である。
トランジスタチップ５は、ハンダ８を介して金属板３に固定されている。スペーサ１３とトランジスタチップ５の間、および、スペーサ１３と金属板２の間にも層状のハンダ８が存在する。ハンダ８は層状をなしているので、以下、ハンダ層８と称する。
２枚の金属板２、３で挟まれた半導体チップ９、ボンディングワイヤ１５、ゲート端子１４の先端（ボンディングワイヤ１５との接続している側）は、プライマ（プライマ層７）で被覆され、その上を樹脂パッケージ１２でモールドされている。プライマは、硬い樹脂パッケージ１２と金属板２、３や半導体チップ９の間の接合性を高めるために塗布される下地材である。典型的には、樹脂パッケージにはエポキシ系の樹脂が用いられ、プライマには熱硬化ポリイミド系の樹脂が用いられる。プライマ層７は、樹脂パッケージ１２を生成する前に、金属板２、３に半導体チップ９がハンダ付けされたアセンブリの全体をプライマの溶液に浸して塗布され、形成される。樹脂パッケージ１２は、プライマ層７が形成されたアセンブリを金型に入れ、溶融したエポキシ系の樹脂を射出成形して作られる。樹脂パッケージ１２用のエポキシ系樹脂には、剛性を増すために金属フィラーが混合される場合がある。そのような場合、樹脂パッケージ１２と金属板等の接合性がさらに低くなるので、プライマ層７の重要性が増す。なお、プライマ層７の厚みは１０〜２０ミクロン程度であり、非常に薄いが、図３ではプライマ層７の厚みをデフォルメして描いてあること留意されたい。
金属板３に設けられた貫通孔４は、図３の断面図においては、ハンダ層８のフィレットと金属板３の境界に位置している。図１によく示されているように、貫通孔４は、トランジスタチップ５を平面視したときの角部に相当する位置に設けられている。
図３の符号IVが示す領域の拡大図を図４に示す。ハンダ層８において、トランジスタチップ５と金属板３の間からはみ出た部位がフィレット８ａに相当する。プライマ層７は、トランジスタチップ５の側面からフィレット８ａの表面へと続いており、さらに、フィレット８ａの外縁と金属板３の境界（この境界をフィレット８ａの縁と称する）から貫通孔４の内側面へと続いている。ハンダ層８の厚みＨｓは、概ね１５０ミクロンであり、プライマ層７の平均厚みＴａは、概ね１０ミクロン程度である。
巨視的には、フィレット８ａの縁と貫通孔４は連続しており、プライマ層７の厚みは、フィレット８ａの表面と貫通孔４の内側面、および、金属板３の表面でほぼ同じあり、図では符号Ｔａで表している。フィレット８ａの縁における厚みＴｂも、概ね、金属表面での厚みＴａと同等である。この厚みＴａを、プライマ層７の平均厚みとする。
微視的には、フィレット８ａの縁（図４において符号Ｐ１が示す箇所）と、貫通孔４の開口縁（図４において符号Ｐ２が示す箇所）には、距離Ｗａがある。本実施例では、距離Ｗａは、フィレットの平均厚みＴａと同等である。前述したように、プライマ層７は、樹脂パッケージ１２を形成する前のアセンブリをプライマの溶液に浸して形成される。プライマの溶液から引き上げると、トランジスタチップ５の側面、および、フィレット８ａの表面に付着した流動性のプライマ（固化前のプライマ）の余分は、フィレット８ａの縁へ落ちてきて集まる。一時的に集まった余分な流動性のプライマは、巨視的にはフィレット８ａの縁に隣接しており、微視的にはフィレット８ａの縁から距離Ｗａだけ離れている貫通孔４へと流れ込む。それゆえ、フィレット８ａの縁でもプライマ層７の厚みが大きくならない。
比較のため、図４に対応する断面であって貫通孔４を有さない半導体装置の断面を示す。貫通孔がない場合、フィレット８ａの縁Ｐ１に溜まった余分なプライマは、ほかに行き場がないため、その場で固化する。その結果、フィレット８ａの縁Ｐ１におけるプライマ層７の厚みＴｃは、平均厚みＴａよりも大きくなる。
図３、図４に示したように、フィレット８ａの縁Ｐ１に一時的に溜まった流動性の余分なプライマが貫通孔４へ流れ込むことにより、フィレット８ａの縁Ｐ１でのプライマ層７の厚みが平均厚みＴａと同等となる。プライマ層７は、厚みが大きいと表面だけが固化して内部が固化しない状態となり得るが、貫通孔４がフィレット８ａの縁Ｐ１におけるプライマの厚みの増大を抑制する。
図４によく示されているように、フィレット８ａの縁Ｐ１におけるプライマ層７の厚みが平均厚みＴａと同等となるには、微視的には、フィレット８ａの縁Ｐ１と貫通孔４の開口縁Ｐ２との距離Ｗａが、プライマ層７の平均厚みＴａと同等であることが好ましい。なお、この場合でも、巨視的には、貫通孔４は、フィレット８ａの縁に隣接する、と認識できる点に留意されたい。溶融プライマの流動性にも依存するが、プライマがフィレット８ａの縁に留まらず貫通孔４へ流れ込むには、フィレット８ａの縁Ｐ１と貫通孔４の開口縁Ｐ２との距離Ｗａは、プライマ層７の平均厚みＴａの２倍程度までである。具体的には、プライマ層７の好ましい平均厚みＴａは１０から２０ミクロン程度であるので、フィレット８ａの縁Ｐ１と貫通孔４の開口縁Ｐ２との距離Ｗａは、２０から４０ミクロン程度である。また、貫通孔４の直径は、流動性のプライマ（固化前のプライマ）が目詰まりしない大きさであればよい。貫通孔４の直径は、流動性のプライマの粘性にも依存するが、目安としては、プライマ層７の平均膜厚Ｔａの２倍以上であればよい。
以上の説明は、トランジスタチップ５と貫通孔４についてであるが、上記の説明はダイオードチップ６と貫通孔４についても成立する。
図６に、半導体装置１０の平面図を示す。ただし、金属板２、樹脂パッケージ１２、ボンディングワイヤ１５、及び、ゲート端子１４の図示は省略している。図６に示すように、貫通孔４は、半導体装置１０を平面視したときに半導体チップ（トランジスタチップ５とダイオードチップ６）の角部に設けられている。より正確には、半導体チップを囲むように形成されているハンダ層８のフィレット８ａの角部に設けられている。これは、流動性のプライマを塗布した際、角部にプライマが溜り易いからである。貫通孔４は上記の角部に設けるのが好ましいが、他の位置に設けても同様の効果が期待できる。
（第２実施例）図７に、第２実施例の半導体装置１１０の平面図を示す。ただし、図６と同様に、金属板２や樹脂パッケージ１２等は図示を省略している。半導体装置１１０では、貫通孔４は、半導体装置の平面視において半導体チップ（トランジスタチップ５とダイオードチップ６）を金属板３に固定しているハンダ層８のフィレット８ａの外周（フィレットの縁）に隣接するように設けられている。第２実施例の半導体装置１１０では、貫通孔４の位置と数が第１実施例の半導体装置１０と異なる。
（第３実施例）図８に、第３実施例の半導体装置２１０を示す。図８（Ａ）は半導体装置２１０の平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢＢ線における断面図である。図８では、図６と同様に、金属板２や樹脂パッケージ１２等は図示を省略している。第３実施例の半導体装置２１０では、貫通孔４に代えて溝２０４が金属板２０３に設けられている。溝２０４は、半導体装置２１０を平面視したときのハンダ層８の外縁（フィレットの８ａの縁）に沿って一巡している。図８（Ｂ）に示すように、溝２０４は、半導体装置２１０の断面において、ハンダ層８のフィレット８ａの縁に隣接している。
図９に、図８（Ｂ）における破線IXが示す範囲の拡大図を示す。図９の断面図と図４の断面図を比較すると明らかなとおり、断面においては第１実施例の貫通孔４と第３実施例の溝２０４は、金属板を貫通しているか否かの相違しかない。貫通孔４と異なり、溝２０４の内部にはプライマ溜り７ａができるが、溝２０４の全部がプライマで満たされない限り、溝２０４は、貫通孔４と同等の利点を有する。他方、平面視でみると（図８（Ａ）参照）、溝２０４はフィレット８ａの縁に沿って一巡しているので、半導体装置２１０は、フィレット８ａのいずれの箇所でも、プライマの厚みを増大させない利点を有する。
以上、本明細書が開示する第１実施例から第３実施例まで説明した。第１実施例と第２実施例の半導体装置は、半導体チップを金属板に固定するハンダ層のフィレットの縁に隣接するように、金属板に貫通孔を備える。第３実施例の半導体装置は、半導体チップを金属板に固定するハンダ層のフィレットの縁に沿って金属板に溝を備える。溝は、フィレットの縁を一巡していることが望ましいが、一巡しておらずフィレットの縁に数箇所設けるだけでも同様の効果が得られる。貫通孔、一巡している溝、一巡していない溝は、金属板に設けられた「窪み」と総称することができる。すなわち、実施例の半導体装置はいずれも、半導体チップが固定された金属板を平面視したときに、半導体チップを金属板に固定するハンダ層のフィレットの縁に隣接するように金属板に窪みが設けられている。
次に、第１実施例の半導体装置１０を例に、その製造方法を説明する。前述したように、半導体装置１０では、金属板３に半導体チップ９（トランジスタチップ５、ダイオードチップ６）をハンダ付けする。ハンダ付けの前に、金属板３に貫通孔４を設ける。そして、ハンダ付けの際、貫通孔４を使って半導体チップを位置決めする。図１０に、半導体チップの位置決めを説明する断面図を示す。図１０では、金属板３の上に、半導体チップと同じ大きさのハンダシート８ｃを載せ、その上に半導体チップ９が置かれている。すなわち、この段階では、半導体チップ９は金属板３に固定されていない。貫通孔４には、位置決めピン６１が挿入されている。位置決めピン６１の一部は、貫通孔４の上に延設されており、その部分に位置決めブロック６２が係止されている。位置決めブロック６２は、その側面で夫々の半導体チップ９の両側の位置を拘束し、半導体チップ９の位置を規定する。位置決めブロック６２は、耐熱性の材料で作られており、ハンダの溶融温度に耐えられる。位置決めブロック６２を付けたまま、金属板３と半導体チップ９のセットを高温炉に入れ、ハンダを溶かし、半導体チップ９を金属板３に固定する。貫通孔４はハンダの近くに位置するが、位置決めピン６１が貫通孔４を塞いでいるので、溶融したハンダが貫通孔に流れ込むことはない。ハンダが再固化した後、位置決めブロック６２とともに、位置決めピン６１を外す。こうして、ハンダ付けの際に貫通孔４がハンダで埋まってしまうことが防止される。位置決めピン６１は、貫通孔４の保護とともに、半導体チップ９の位置決めにも寄与する。
上記した実施例１の形態（平面視においてフィレットの縁の四隅に貫通孔）について、プライマ希釈率等の条件を変えて試作品を作成し、剥離の有無を調べた。５つの試作品の条件を図１１に示す。なお、比較のため、貫通孔を設けない例（比較例）も試作した。全ての試作品と比較例に共通する条件は以下の通りである。金属板には、無酸素銅（Ｃｕ）にニッケル（Ｎｉ）メッキを施したリードフレームを用いた。ハンダには、市販されている鉛フリーハンダ（Ｓｎ−０．７／Ｃｕ−０．０６／Ｎｉ−０．０３Ｐ）を用いた。プライマには、日立ＤＵＰONマイクロシステム製液状ポリイミドＰＩＸ８１４４を用い、希釈にはＮＭＰを使用した。樹脂パッケージには市販のエポキシ樹脂製の封止材を用いた。半導体チップには、シリコンあるいはシリコンカーバイトをベースとするチップを用いた。図１１における「プライマ層最大膜厚」は、貫通孔の付近でフィレットの縁で生じている。
試作品と比較例に、所定数の冷熱サイクルを加えた後、剥離の有無を調べた。冷熱サイクルは、Ｅｓｐｅｃ社製の冷熱サイクル試験機を用い、次の条件、２００度で１５分間保持／１５分かけてマイナス４０度まで降温／マイナス４０度を１５分間保持／１５分かけて２００度まで昇温、を一サイクルとした。また、気相法を用いた。剥離の有無は、日立ＳＡＴ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）にて評価した。結果を図１２に示す。
貫通孔の半径が１０ミクロンの試作例１では、２０００回の冷熱サイクル後に剥離が生じていたが、それ以外の試作例では剥離は観察されなかった。試作例１においてプライマ層最大膜厚が他の試作例よりも大きくなったのは、貫通孔の半径が小さく、余分なプライマが十分に貫通孔へ流れなかったためであると推測される。貫通孔を有しない比較例では、いずれの試作例よりもプライマ層最大膜厚が大きく、１０００回の冷熱サイクル後に剥離が生じていた。
図１２の結果から、貫通孔は、フィレットの縁におけるプライマ層の膜厚の増加を抑制し、その結果、剥離を抑制する効果があることが確かめられた。
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。窪みは、半導体チップをハンダする前に設けられる。窪みを設けるときにはフィレットが存在しない。そこで、フィレットの縁に窪みを設けるための目安は半導体チップの取付予定位置となる。半導体装置を平面視したとき、フィレットの幅は、ハンダ層の厚みと概ね等しい。従って、窪みを設けるのに適した位置は、半導体チップ取付予定位置から、ハンダ層の予定高さにマージンを加えた距離だけ離れた位置となる。マージンは、プライマ層の平均厚みと同程度か２倍程度でよい。ハンダ層の高さをＨｓとし、プライマ層の平均厚みをＴａとした場合、窪みは、半導体装置を平面視したときに、半導体チップ取付位置の縁から（Ｈｓ＋Ｔａ）〜（Ｈｓ＋２Ｔａ）程度の距離だけ離れた位置に設けるのがよい。
金属板が半導体チップの両側に配置される場合、窪みは、いずれか一方の金属板に設ければよい。その一方とは、プライマを塗布した後に半導体チップの下側に位置する金属板である。プライマ塗布直後、余分な流動性プライマが、半導体チップの側面からフィレット表面を通り、下型の金属板へと移動するからである。
上記の実施例では、半導体チップをハンダ付けする金属板は放熱板であり、一方の面が樹脂パッケージから露出している。本明細書が開示する技術は、金属板が樹脂パッケージに埋設している半導体装置に適用することもできる。典型的には、本明細書が開示する技術は、多数のトランジスタ素子を内蔵したＩＣチップやＰＬＣチップがリードフレームにハンダ付けされ、チップとリードフレームがともに樹脂パッケージで封止されている半導体装置に適用することも好適である。
実施例では、半導体チップはハンダ層により金属板に接合されている。ハンダのかわりに接着剤などを用いる場合も本明細書が開示する技術は適用可能である。実施例では、ハンダ層のフィレットに言及しているが、接合層がハンダ層以外の場合であっても、半導体チップと金属板の間の接合層の側端部が上記の説明におけるフィレットに相当する。
本明細書においては、「樹脂パッケージの樹脂が金属板２に接している」との表現は、樹脂パッケージの樹脂と金属板２の間にプライマが介在することを含むものであることに留意されたい。プライマは、樹脂パッケージの樹脂と金属板の結合を高めるための塗布剤である。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
２、３：金属板
２ａ、３ａ：端子
４：貫通孔
５：トランジスタチップ（半導体チップ）
６：ダイオードチップ（半導体チップ）
７：プライマ層
８：ハンダ層
８ａ：フィレット
８ｃ：ハンダシート
９：半導体チップ
１０、１１０、２１０：半導体装置
１２：樹脂パッケージ
１３：スペーサ
１４：ゲート端子
１５：ボンディングワイヤ
６１：位置決めピン
６２：位置決めブロック
２０４：溝

Claims (7)

  1. 金属板と、
    接合層を介して金属板に固定されている半導体チップと、
    金属板に接するとともに、半導体チップをモールドしている樹脂パッケージと、
    を備えており、
    金属板を平面視したときに、接合層のフィレットの縁に隣接するように金属板に窪みが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記接合層は、ハンダ層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記窪みが金属板を貫通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. フィレットの縁と窪みとの距離が、樹脂パッケージ成形前に金属板に塗布されるプライマの厚みの２倍以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. プライマは熱硬化ポリイミド系の樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であり、前記窪みに栓を挿入した後に半導体チップを接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記栓の窪みから露出している部分が、接合前の半導体チップを金属板上で位置決めすることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
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