JP2015053403A - 放熱接続体、放熱接続体の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、半導体製造装置 - Google Patents

放熱接続体、放熱接続体の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、半導体製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体装置の製造歩留まりを改善することができる放熱接続体、放熱接続体の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、半導体製造装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ１３上に搭載され、且つ、半導体チップ１３及びリードフレーム１１とともにモールド樹脂１９により封止される。この放熱接続体１８は、ブロック形状を持ち、且つ、モールド樹脂１９からその上面６８１を露出する放熱部１８１と、放熱部１８１の第１の側面４８１から延伸し、且つ、半導体チップ１３上に設けられた電極とリードフレーム１１とを電気的に接続する接続部１８２とを有する。放熱部１８１及び接続部１８２は、同一金属板により一体的に構成されている。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、放熱接続体、放熱接続体の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、半導体製造装置に関する。
発熱量の大きい半導体チップは、半導体チップからの熱を排出するための放熱用ディスクとともにモールド樹脂で封止される。放熱用ディスクは、半導体チップ上にコネクタ部品を介して積層され、その上面はモールド樹脂から露出されている。
半導体装置を小型化するために半導体チップを小さくすると、半導体チップに対応するように、コネクタ部品及び放熱用ディスクも小さくする必要がある。しかしながら、コネクタ部品が小さくなると、その上に放熱用ディスクを正確に積層することが難しくなるため、半導体装置の製造歩留まりが悪化するおそれがある。
特開２００８−１２４３９０号公報
半導体装置の製造歩留まりを改善することができる放熱接続体、放熱接続体の製造方法、半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、半導体製造装置を提供する。
本実施形態によれば、放熱接続体は、半導体チップ上に搭載され、且つ、前記半導体チップ及びリードフレームとともにモールド樹脂により封止される。放熱接続体は、ブロック形状を持ち、且つ、前記モールド樹脂からその上面を露出する放熱部と、前記放熱部の第１の側面から延伸し、且つ、前記半導体チップ上に設けられた電極と前記リードフレームとを電気的に接続する接続部とを有する。前記放熱部及び前記接続部は、同一金属板により一体的に構成されている。
第１の実施形態にかかる半導体装置の図である。 第１の実施形態にかかる放熱接続体の図である。 第１の実施形態にかかる放熱接続体の製造方法を説明するための図である。 第１の実施形態かかる半導体装置の製造方法のフローチャートである。 第１の実施形態にかかる半導体製造装置の図である。 第１の実施形態の変形例にかかる放熱接続体の図である。 第２の実施形態にかかる放熱接続体の図である。 第２の実施形態にかかる放熱接続体の製造方法を説明するための図である。 第２の実施形態の変形例にかかる放熱接続体の図である。
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されない。なお、全図面にわたり共通する部分には、共通する符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置とは異なる個所もあるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。以下の実施形態において、半導体チップの上下方向は、半導体素子が設けられる面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に従った上下方向と異なる場合がある。
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態の半導体装置１０の断面を示し、図１（ｂ）は、半導体装置１０の上面を示す。ただし、図１（ｂ）においては、わかりやすくするために、モールド樹脂１９の図示を省略する。
半導体装置１０は、リードフレーム１１、半導体チップ１３、コネクタ１６、放熱接続体１８及びモールド樹脂１９を備える。
モールド樹脂１９は、リードフレーム１１、半導体チップ１３、コネクタ１６及び放熱接続体１８を封止している。放熱接続体１８の上面６８１は、モールド樹脂１９から露出している。
リードフレーム１１は、アイランド部１２と、アイランド部１２から隔てられた第１の端子部１１１及び第２の端子部１１２とを備える。リードフレーム１１は、導電体からなり、例えば、低抵抗な金属を用いて形成される。アイランド部１２は、半導体チップ１３を搭載する搭載部である。第１の端子部１１１及び第２の端子部１１２は、半導体チップ１３の第１の電極１３１及び第２の電極１３２と電気的に接続される部分である。
半導体チップ１３は、アイランド部１２に搭載され、且つ、第１の電極１３１及び第２の電極１３２を備える。半導体チップ１３の種類は任意で良く、特に限定しない。
コネクタ１６は、第２の電極１３２と第２の端子部１１２との上に設けられており、第２の電極１３２と第２の端子部１１２とを電気的に接続する。コネクタ１６も、導電体からなり、例えば、低抵抗な金属を用いて形成される。
放熱接続体１８は、半導体チップ１３の第１の電極１３１と第１の端子部１１１との上に設けられており、第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続する。放熱接続体１８は、電気伝導性及び熱伝導性が良好な金属（例えば、銅等）を用いて形成される。従って、この放熱接続体１８は、半導体装置１０の外部へ半導体チップ１３からの熱を排出する機能だけではなく、第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続する機能をも併せ持つ。
図２（ａ）は、放熱接続体１８の断面を示し、図２（ｂ）は、放熱接続体１８の上面を示す。
放熱接続体１８は、熱を排出する放熱部１８１と、第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続する接続部１８２とからなる。放熱部１８１及び接続部１８２は、１つの金属板からなり、一体的に形成されている。すなわち、第１の実施形態においては、放熱部１８１及び接続部１８２は、別体の２つの部品として個別に形成せず、そのかわりに、一体化して１つの放熱接続体１８として形成している。
また、放熱部１８１はブロック形状を有する。半導体装置１０においては、放熱部１８１の上面６８１はモールド樹脂１９から露出しており、ここから半導体チップ１３の熱を半導体装置１０の外部へ排出する（図１（ａ）参照）。
接続部１８２は、放熱部１８１の側面４８１から延伸した板状の部分であり、接続部１８２の一部分は、曲げられている。半導体装置１０においては、接続部１８２が第１の端子部１１１にまで延伸し、第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続する（図１（ａ）参照）。
放熱部１８１は、側面４８１の反対側に位置する側面４８２を有する。側面４８２は段差ＳＴを有し、側面４８２の下側（半導体チップ１３側）の領域は、側面４８２の上側の領域に比べて内側に凹んでいる（図１（ａ）参照）。すなわち、側面４８２の半導体チップ１３側の下端部には段差ＳＴが設けられている。また、放熱部１８１の側面４８１以外の他の２つの側面についても、側面４８２と同様に段差ＳＴを有している。従って、放熱部１８１の下面６８２（半導体チップ１３と接する面）は、放熱部１８１の上面６８１に比べて狭く、さらに、半導体チップ１３に比べても狭くなっている。
このように、第１の実施形態においては、放熱部１８１と接続部１８２とを一体化させて、１つの放熱接続体１８を形成している。従って、第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続するように放熱接続体１８を半導体チップ１３及び第１の端子部１１１上に配置することができれば、放熱部１８１の位置も自ずと決定され、放熱部１８１は接続部１８２からずれることはない。そのため、放熱部１８１と他のコネクタ（例えば、コネクタ１６）との短絡を防ぐことができ、半導体装置１０の製造歩留まりを改善することができる。
もし、放熱部１８１と接続部１８２とが別体の２つの部品であると仮定した場合、半導体装置１０の製造過程において、接続部１８２を半導体チップ１３及び第１の端子部１１１の上に配置するだけでなく、接続部１８２の上に放熱部１８１が積層する必要がある。また、接続部１８２が小さくなると、接続部１８２の上に放熱部１８１を正確に配置することはさらに難しくなる。放熱部１８１が正しい位置からずれて接続部１８２に積層された場合、放熱部１８１が他のコネクタと接触し短絡する恐れがある。そこで、放熱部１８１が位置ずれした場合であっても他のコネクタとの接触を避けるように、放熱部１８１を小さくすることが考えられる。しかしながら、放熱部１８１を小さくすると、放熱部１８１による排熱の効率が悪化する。
これに対し、第１の実施形態によれば、放熱部１８１と接続部１８２とを一体化させているため、放熱部１８１を接続部１８２に位置合わせする必要もなく、且つ、放熱部１８１を小さくする必要もない。従って、半導体装置１０の製造歩留まりを改善でき、且つ、放熱部１８１の排熱の効率を改善することができる。
また、第１の実施形態による放熱接続体１８は、側面４８２に段差ＳＴを備える。これにより、半導体チップ１３上に放熱接続体１８を積層した際、側面４８２の段差ＳＴ及び半導体チップ１３の表面によって、放熱接続体１８の下面６８２の外縁の一部に、空間（隙間、溝）が形成される。放熱接続体１８は半田等の導電性接着剤を用いて半導体チップ１３と接合されるが、この際、余分な導電性接着材は、例えば、毛管力等の影響により、この空間に溜まる。そのため、導電性接着剤が半導体チップ１３の外側へ広がることを抑制することができる。
もし、余分な導電性接着材が半導体チップ１３の外側へとはみ出し、さらにリードフレーム１１にまで広がった場合には、導電性接着剤を介して半導体チップ１３とリードフレーム１１との間に短絡が生じる恐れがある。
しかしながら、第１の実施形態においては、放熱部１８１の側面４８２に段差ＳＴを設けることにより、このような不具合を抑止することができる。なお、他の側面に設けられた段差ＳＴについても、側面４８２の段差ＳＴと同様のことがいえる。
（放熱接続体の製造方法）
図３（ａ）から図３（ｃ）は、放熱接続体１８の製造方法の各工程における断面図である。
図３（ａ）に示すように、金属板４０を準備する。
次に、金属板４０に金型を押し当てることにより、図３（ｂ）に示すような連続する複数の放熱接続体１８を形成する。
さらに、図３（ｃ）に示すように、複数の放熱接続体１８を切り離す。このようにして、放熱接続体１８を得ることができる。
なお、金属板４０に金型を押し当てる代わりに、表面に溝が掘られた２つのロールの間に金属板４０を押し込むことにより、連続する複数の放熱接続体１８を形成しても良い。
（半導体装置の製造方法）
図４は、半導体装置１０の製造方法のフローチャートを示す。
ステップＳ１において、半田等の導電性接着剤を用いて、半導体チップ１３をリードフレーム１１のアイランド部１２に搭載する。
ステップＳ２において、導電性接着剤を用いて、半導体チップ１３の第１の電極１３１及びリードフレーム１１の第１の端子部１１１の上に、放熱接続体１８を搭載する。上述のように、第１の実施形態では、放熱部１８１と接続部１８２とを一体化させて、１つの放熱接続体１８を形成している。従って、第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続するように放熱接続体１８を半導体チップ１３及びリードフレーム１１上に配置することができれば、放熱部１８１は接続部１８２からずれない。さらに、上述のように、放熱接続体１８の側面４８２に段差ＳＴを設けているため、半導体チップ１３に導電性接着剤を用いて放熱接続体１８を積層した際、余分な導電性接着材を段差ＳＴによる空間に溜めることができる。
ステップＳ３において、導電性接着剤を用いて、第２の電極１３２及び第２の端子部１１２の上に、コネクタ１６を搭載する。
ステップＳ４において、リードフレーム１１、半導体チップ１３、コネクタ１６及び放熱接続体１８をモールド樹脂１９で封止する。この際、放熱部１８１の上面６８１をモールド樹脂１９から露出させるように封止し、上面６８１から半導体チップ１３からの熱を半導体装置１０の外部へと排出することができるようにする。さらに、余分なモールド樹脂１９を除去する。
ステップＳ５において、モールド樹脂１９から露出したアイランド部１２、第１及び第２の端子部１１１、１１２の部分に対して、金属メッキを行う。
ステップＳ６において、リードフレーム１１により繋がった複数の半導体装置１０を切り離す（個片化する）。
これにより、半導体装置１０が完成する。
第１の実施形態によれば、放熱部１８１と接続部１８２とを一体化して、１つの放熱接続体１８を構成する。従って、半導体チップ１３及びリードフレーム１１上に放熱接続体１８を搭載する際に、放熱接続体１８は、接続部１８２が第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続するように配置されれば足り、放熱部１８１を接続部１８２に位置合わせする必要はない。従って、半導体装置１０の製造歩留まりを改善することができる。
また、第１の実施形態によれば、放熱接続体１８の側面４８２に段差ＳＴを設けている。このため、半導体チップ１３に放熱接続体１８を積層する際、余分な導電性接着材を段差ＳＴによる空間に溜めることができる。従って、導電性接着剤の供給量が過剰であっても、不具合を抑制することができる。
（半導体製造装置）
図５は、第１の実施形態の半導体製造装置８０の模式図である。半導体製造装置８０は、上述のステップＳ２において、半導体チップ１３及びリードフレーム１１上に放熱接続体１８を搭載するための装置である。
半導体製造装置８０は、半導体チップ１３が搭載されたリードフレーム１１を保持するステージ８１と、放熱接続体１８を吸着し、半導体チップ１３上に放熱接続体１８を移送する移送手段８２とを備える。
移送手段８２は、放熱接続体１８を吸着する吸着面８２１を備える。吸着面８２１には、放熱接続体１８を吸着面８２１の所定位置に誘導するための複数のガイド８４が設けられている。複数のガイド８４は放熱接続体１８の放熱部１８１を吸着面８２１へ誘導し、吸着面８２１は、複数のガイド８４に誘導された放熱部１８１を吸着する。このようにして、移送手段８２は、放熱接続体１８を吸着面８２１の所定位置に保持することができる。
さらに、放熱接続体１８を所定位置に保持することができることから、移送手段８２は、ステージ８１上の半導体チップ１３及びリードフレーム１１上に放熱接続体１８を精度良く搭載することができる。すなわち、移送手段８２は、接続部１８２が第１の電極１３１と第１の端子部１１１とを電気的に接続するように放熱接続体１８を半導体チップ１３及びリードフレーム１１上に配置することができる。
このように、半導体装置８０を用いることにより、放熱接続体１８を半導体チップ１３及びリードフレーム１１上に精度良く搭載することができるため、放熱部１８１を所望の位置に配置することができる。従って、半導体装置１０の製造歩留まりを改善することができる。
（変形例）
図６（ａ）は、第１の実施形態の変形例としての放熱接続体４８の断面を示し、図６（ｂ）は、放熱接続体４８の上面を示す。
放熱接続体４８の接続部８８２は、放熱部８８１の側面７８１から延伸した板状の部分である。しかしながら、第１の実施形態とは異なり、曲げられた部分を有しない、平坦な帯状の板となっている。変形例の接続部８８２は、金属板をその上面及び下面から同時に押圧して、金属板の一部を薄くすることによって形成することができる。
第１の実施形態の接続部１８２は、金属板４０の一部を曲げることにより形成される（図２及び図３参照）。小さな高低差を持つ段差を形成するように金属板４０を精度良く曲げることは難しいため、第１の実施形態の接続部１８２には、大きな高低差を持った段差が形成される。従って、放熱接続体１８の下面に対して、接続部１８２の上面は高くなる。すなわち、第１の実施形態においては、接続部１８２の上面の高さを低く抑えることが難しい。
それに対して、変形例においては、接続部８８２を、曲げずに薄くすることにより形成している。そのため、第１の実施形態に比べて、接続部８８２の上面９８１は、放熱接続体４８の下面に対して大幅に高くなることがない。従って、接続部８８２の上面９８１の高さを低く抑えることができる。接続部８８２の上面９８１の高さが低くなれば、接続部８８２の上面９８１の高さのばらつきの範囲も小さくなり、所望の形状の接続部８８２を有する放熱接続体４８を精度良く形成することができる。
（第２の実施形態）
図７（ａ）は、第２の実施形態の放熱接続体２８の断面を示し、図７（ｂ）は、第２の実施形態の放熱接続体２８の上面を示す。
第２の実施形態の放熱接続体２８は、第１の実施形態と異なる。放熱接続体２８は、金属板５０と金属メッキ層５１と２つの異なる構成要素からなる。第２の実施形態においては、金属メッキ層５１は金属メッキにより形成される。金属メッキによれば、金属メッキ層５１の厚みを容易に変えることができる。そのため、製品ごとに適切な厚みを持つ金属メッキ層５１を形成することができる。なお、第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。
また、金属板５０及び金属メッキ層５１は、同一の金属（例えば銅）からなる。このように、金属板５０と金属メッキ層５１とを同じ金属にすることにより、金属板５０と金属メッキ層５１との間の接合性を高めている。従って、金属板５０から金属メッキ層５１へ熱を効率良く伝えることができる。そのため、２つの構成要素からなる放熱接続体２８であっても、放熱接続体２８の排熱効率は良好に維持される。
（放熱接続体の製造方法）
図８（ａ）から図８（ｃ）は、放熱接続体２８の製造方法の各工程における断面図である。
まず、接続部２８２となる領域を覆い、且つ、放熱部２８１となる領域を露出するマスクを、金属板５０の上に形成する。次に、マスクを用いて、金属板５０の放熱部２８１となる領域の上に選択的に金属メッキを行い、金属メッキ層５１を形成する。さらに、マスクを除去することにより、図８（ａ）に示される構造を得ることができる。
次に、金属板５０の一部を押圧して、図８（ｂ）に示すような連続する複数の放熱接続体２８を形成する。
そして、図８（ｃ）に示すように、複数の放熱接続体２８を切り離す。このようにして、第２の実施形態の放熱接続体２８を得ることができる。
第２の実施形態によれば、放熱接続体２８の金属メッキ層５１を金属メッキで形成している。これにより、製品ごとに適切な厚みを持つ金属メッキ層５１を容易に形成することができる。さらに、第２の実施形態によれば、金属板５０と金属メッキ層５１とを同じ金属を用いて形成している。これにより、金属板５０と金属メッキ層５１との間の接合性を高め、金属板５０から金属メッキ層５１への良好な熱伝導を維持している。
また、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、放熱部２８１と接続部２８２とを一体化して、１つの放熱接続体２８を構成する。従って、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例）
図９（ａ）は、第２の実施形態の変形例としての放熱接続体３８の断面を示し、図９（ｂ）は、放熱接続体３８の上面を示す。
放熱接続体３８は、接続部３８２にあたる部分にも金属メッキ層６１が形成されており、接続部３８２が第２の実施形態の接続部２８２に比べて厚く形成されている。変形例の接続部３８２は、第２の実施形態の接続部２８２に比べて断面積が広く、導電性が良好である。従って、変形例によれば、接続部３８２により、第１の電極１３１と第１の端子１１１とを低抵抗で電気的に接続することができる。
なお、変形例の放熱接続体３８は、第２の実施形態の製造方法において、最初に、金属板５０の表面全体を一度金属メッキし、その上にマスクを形成して再度金属メッキを行うことにより、形成することができる。
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 半導体装置
１１ リードフレーム
１２ アイランド部
１３ 半導体チップ
１６ コネクタ
１８、２８、３８、４８ 放熱接続体
１９ モールド樹脂
４０、５０ 金属板
５１、６１ 金属メッキ層
８０ 半導体製造装置
８１ ステージ
８２ 移送手段
８４ ガイド
１１１、１１２ 端子部
１３１、１３２ 電極
１８１、２８１、３８１、８８１ 放熱部
１８２、２８２、３８２、８８２ 接続部
４８１、４８２、５８１、７８１ 側面
６８１、９８１ 上面
６８２ 下面
８２１ 吸着面
ＳＴ 段差

Claims (7)

  1. 半導体チップ上に搭載され、且つ、前記半導体チップ及びリードフレームとともにモールド樹脂により封止される放熱接続体であって、
    ブロック形状を持ち、且つ、前記モールド樹脂からその上面を露出する放熱部と、
    前記放熱部の第１の側面から延伸し、且つ、前記半導体チップ上に設けられた電極と前記リードフレームとを電気的に接続する接続部と、
    を有し、
    前記放熱部及び前記接続部は、同一金属板により一体的に構成されている、
    ことを特徴とする放熱接続体。
  2. 前記放熱部は、前記第１の側面とは反対側に位置する第２の側面を有し、
    前記第２の側面には、段差が設けられており、
    前記半導体チップ側となる前記第２の側面の下側の領域は、前記第２の側面の上側の領域に比べて内側に凹んでいる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の放熱接続体。
  3. 半導体チップ上に搭載され、且つ、前記半導体チップ及びリードフレームとともにモールド樹脂により封止される放熱接続体であって、
    ブロック形状を持ち、且つ、前記モールド樹脂からその上面を露出する放熱部と、
    前記放熱部の第１の側面から延伸し、且つ、前記半導体チップ上に設けられた電極と前記リードフレームとを電気的に接続する接続部と、
    を有し、
    帯状の金属板と、前記金属板の上に形成された金属メッキ層とから構成され、
    前記金属板及び前記金属メッキ層は同じ金属を含む、ことを特徴とする放熱接続体。
  4. リードフレームと、
    前記リードフレームに搭載された半導体チップと、
    前記半導体チップ上に搭載された放熱接続体と、
    前記リードフレーム、前記半導体チップ及び前記放熱接続体を封止するモールド樹脂と、
    を備える半導体装置であって、
    前記放熱接続体は、
    ブロック形状を持ち、且つ、前記モールド樹脂からその上面を露出する放熱部と、
    前記放熱部の第１の側面から延伸し、且つ、前記半導体チップ上に設けられた電極と前記リードフレームとを電気的に接続する接続部と、
    を有し、
    前記放熱部及び前記接続部は同一金属板により一体的に構成されている、
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 半導体チップ上に搭載され、且つ、前記半導体チップ及びリードフレームとともにモールド樹脂により封止される放熱接続体の製造方法であって、
    １つの金属板に対して、押圧及び切断することにより、
    ブロック形状を持つ放熱部と、前記放熱部の第１の側面から延伸する接続部とを有し、且つ、前記放熱部及び前記接続部が一体的に構成された放熱接続体を形成する、
    ことを特徴とする放熱接続体の製造方法。
  6. リードフレームのアイランド部に半導体チップを搭載し、
    前記半導体チップの表面上及び前記リードフレームの端子部上に放熱接続体を搭載して、前記半導体チップの上の設けられた電極と前記端子部とを、前記放熱接続体の接続部を介して電気的に接続し、
    前記放熱接続体の放熱部の上面をモールド樹脂から露出させるように、前記リードフレーム、前記半導体チップ及び前記放熱接続体を前記モールド樹脂で封止する、
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 半導体チップに放熱接続体を搭載するための半導体製造装置であって、
    前記半導体チップが搭載されたリードフレームを保持するステージと、
    前記放熱接続体を吸着し、前記半導体チップ上に前記放熱接続体を移送する移送手段と、を備え、
    前記移送手段の吸着表面には、前記放熱接続体を前記吸着表面の所望の位置に誘導するためのガイドが設けられている、
    ことを特徴とする半導体製造装置。
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