JP2005228929A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の両側を一対の金属体で挟んでなり、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which both sides of a semiconductor element are sandwiched between a pair of metal bodies, and almost the entire device is molded with resin, and a method for manufacturing the same.
図13に従来における半導体装置の一例を示す。図13では、半導体装置の側面を透過して見たときにおける半導体装置の内部構造を示している。図13に示すように、従来より、半導体素子1と、半導体素子1の裏面2側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第1の金属体3と、半導体素子1の表面4側に設けられ電極と放熱体とを兼ねる第2の金属体5と、半導体素子1の表面4と第2の金属体5との間に設けられた第3の金属体6と、半導体素子1、第1の金属体3および第2の金属体5を包み込むように封止するモールド樹脂7とを備えた半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 13 shows an example of a conventional semiconductor device. FIG. 13 shows the internal structure of the semiconductor device as seen through the side surface of the semiconductor device. As shown in FIG. 13, conventionally, the
なお、図中の半導体装置は、2つの半導体素子1a、1bと2つの第3の金属体6a、6bとを有している。
The semiconductor device in the figure has two
第1の金属体3と半導体素子1は第1の接合材8により接合され、半導体素子1と第3の金属体6は第2の接合材9により接合され、第3の金属体6と第2の金属体5は第3の接合材10により接合されている。また、第1〜第3の接合材8〜10としては、例えば、半田が用いられている。
The
半導体素子1は、図示しないが、表面4の周辺部にボンディングパッドが設けられており、表面4の中央部に、ボンディングパッドとは異なる電極である主電極が設けられている。そして、ボンディングパッドは、図示しない端子とワイヤボンディングされ、主電極は、第3の金属体6を介して、第2の金属体5と電気的に接続されている。
Although not shown, the
第3の金属体6は、主電極と第2の金属体5とを電気的に導通させ、半導体素子1で発生した熱を第2の金属体5に放熱させるためのものである。このため、第3の金属体6は、一般に、半導体素子1の表面4に対して垂直な方向から見たときの大きさが、半導体素子1の主電極と同等もしくはそれよりも小さい。
The
また、半導体素子1の表面4に配置された第2の接合材9も、主電極からはみ出さないように、半導体素子1の表面4に対して垂直な方向から見たときの大きさが、半導体素子1の主電極と同等もしくはそれよりも小さくなっている。
上記した構造の半導体装置は、例えば、以下の方法により製造される。 The semiconductor device having the above-described structure is manufactured by, for example, the following method.
まず、第1の金属体3と半導体素子1と第3の金属体6とを接合する工程を行う。すなわち、第1の金属体3の上に、半田箔(第1の接合材8)と、半導体素子1と、半田箔(第2の接合材9)と、第3の金属体6とを積層する(図13参照)。その後、加熱装置(リフロー装置)によって、上記半田箔を溶融させることで、第1の金属体3と半導体素子1、半導体素子1と第3の金属体6を接合する。
First, a step of bonding the
そして、半導体素子1の図示しないボンディングパッドと端子とをワイヤボンディングする工程を行う。
Then, a step of wire bonding a bonding pad (not shown) and a terminal of the
次に、第3の金属体6に第2の金属体5を積層する工程を行う。すなわち、第3の金属体6の上に、半田箔(第3の接合材10)と、第2の金属体5とを積層する。また、第1の金属体3と第2の金属体5との間であって、半導体素子1および第3の金属体6が配置されていない領域に保持治具(スペーサ)を配置する。
Next, a step of laminating the
その後、第3の金属体6と第2の金属体5を接合する工程(最終的な全体の接合をする工程)を行う。すなわち、積層された第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第2の金属体5を、加熱装置(リフロー装置)で加熱することで、全体の温度を半田の融点以上の温度とし、上記半田箔を溶融させる。このとき、第1の金属体3と第2の金属体5を押し合わせるように、第1の金属体3と第2の金属体5に対して、応力を加える。
Thereafter, a step of joining the
そして、全体の温度を半田の融点以下の温度とすることで、第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第2の金属体5を接合する。その後、スペーサを取り外す。
And the
続いて、接合された第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第2の金属体5をモールド樹脂7により封止する工程を行う。以上の方法により、上記した構造の半導体装置が製造される。
Then, the process of sealing the joined
しかし、上記した製造方法では、半導体素子1の表面4に配置された半田9が、半導体素子1の主電極からはみ出ることで、半導体素子1の表面4と裏面2が短絡し、半導体素子1が動作不良となる場合が生じるという問題がある。また、上記した方法により製造された半導体装置では、製品寿命が短いものが存在するという問題がある。
However, in the manufacturing method described above, the
そこで、本発明者らがこれらの問題を解決するために、原因を検討したところ、以下のことが原因であると推測される。 Then, when the present inventors examined the cause in order to solve these problems, it is estimated that the following is the cause.
第3の金属体6の上に、半田箔と、第2の金属体5とを積層して、半田箔を溶融させることで、最終的に、第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第2の金属体5を接合する工程では、第1の金属体3と第2の金属体5との間に、スペーサを配置した状態で、それらを接合している。このため、第1の金属体3と第2の金属体5との間隔は、設定の大きさとなる。
By laminating the solder foil and the
しかし、第1の金属体3と第3の金属体6との間には、このようなスペーサが配置されていないため、第3の金属体6が自由に動いてしまう。すなわち、第3の金属体6が第1、第2の金属体5に対して垂直な方向に移動したり、第3の金属体6が第1の金属体3に対して傾いたりしてしまう。
However, since such a spacer is not disposed between the
ここで、図14に接合時に第3の金属体6が動いた場合の第1の金属体3と第2の金属体5との間の様子を示す。
Here, FIG. 14 shows a state between the
図14の右側に示すように、第3の金属体6が第1の金属体3側に移動した場合、第3の金属体6と第1の金属体3との間隔31が、図13に示される設定間隔32よりも小さくなる。この場合、半導体素子1と第3の金属体6との間の半田(第2の接合材)9が半導体素子1の主電極からはみ出す。そして、このはみ出した半田9がボンディングパッドまで到達すると、主電極とボンディングパッドとの間が短絡したり、隣り合うボンディングパッド同士間が短絡したりしてしまう。さらに、はみ出した半田が第1の金属体3まで到達すると、半導体素子1の表面4と裏面2とが短絡してしまう。このため、半導体素子1が動作不良となってしまう。
As shown on the right side of FIG. 14, when the
また、図14の左側に示すように、第3の金属体6が第1の金属体3に対して、角度θ1で傾いた場合、第3の金属体6の傾きθ1が半導体素子1の第1の金属体3に対する傾きθ2と異なっていると、半田(第2の接合材)9の一端側の厚さ33が、設定厚さ32よりも薄くなり、他端側の厚さ34が設定厚さ32よりも厚くなってしまう。すなわち、半田(第2の接合材)9の一端側の厚さ33と、他端側の厚さ34とに差が生じてしまう。
Further, as shown on the left side of FIG. 14, when the
ここで、一般に、半田は応力緩和層としての機能を有すると考えられている。このため、半田が薄い部分では、半田の量が少なく、例えば、第3の金属体6と半導体素子1との間での熱膨張係数の差によって生じる応力が緩和され難く、応力が集中すると推測される。
Here, it is generally considered that solder has a function as a stress relaxation layer. For this reason, in the portion where the solder is thin, the amount of solder is small. For example, the stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the
したがって、図14の左側に示すように、半田(第2の接合材)9の一端側の薄い部分では、他端側の厚い部分と比較して、半導体素子1の主電極(積層)の中、主電極と半田との接合面、もしくは半田の中にクラックが発生しやすく、クラックの進行が加速しやすい。また、半導体素子1の主電極内や、主電極と半田との間で剥離が生じやすく、剥離の進行が加速しやすい。
Therefore, as shown on the left side of FIG. 14, in the thin part on one end side of the solder (second bonding material) 9, compared to the thick part on the other end side, in the main electrode (lamination) of the
なお、図14の右側に示すように、第3の金属体6が第1の金属体3側に移動し、第3の金属体6と第1の金属体3との間隔が設定間隔よりも小さくなって、半田(第2の接合材)9の全体が薄くなった場合においても、同様である。
As shown on the right side of FIG. 14, the
このため、半田(第2の接合材)9が、全体もしくは一部で、設定の厚さ32よりも薄くなってしまった場合では、半導体装置の寿命が短くなってしまう。
For this reason, when the solder (second bonding material) 9 is entirely or partially thinner than the
本発明は、上記点に鑑み、最終的な接合時に第3の金属体6が自由に動くことに起因する半導体素子1の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
In view of the above points, the present invention can suppress the occurrence of malfunction of the
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1の金属体(3)、第1の接合材(8)、半導体素子(1)、第2の接合材(9)、第3の金属体(6)、第3の接合材(10)および第2の金属体(5)を用意する工程と、第1の金属体(3)、第1の接合材(8)、半導体素子(1)、第2の接合材(9)、第3の金属体(6)、第3の接合材(10)および第2の金属体(5)を順に積層した状態とし、かつ、第1の金属体(3)と第2の金属体(5)との間であって、半導体素子(1)が配置された領域を除く領域に、第1の金属体(3)と第3の金属体(6)とを保持する保持治具(21)を配置する工程とを有し、第3の金属体(6)を用意する工程では、半導体素子(1)と接合される接合予定領域と異なる領域に、保持治具(21)によって保持される被保持部(12、12a、14)を備える第3の金属体(6)を用意することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first metal body (3), the first bonding material (8), the semiconductor element (1), the second bonding material (9), 3 metal body (6), third bonding material (10) and second metal body (5), first metal body (3), first bonding material (8), semiconductor The element (1), the second bonding material (9), the third metal body (6), the third bonding material (10), and the second metal body (5) are sequentially stacked, and the first Between the first metal body (3) and the second metal body (5), except in the region where the semiconductor element (1) is disposed, the first metal body (3) and the third metal body (3) And a step of disposing a holding jig (21) for holding the metal body (6), and in the step of preparing the third metal body (6), a bonding scheduled region to be bonded to the semiconductor element (1) And in a different area, The held portion is held by Jichigu (21) (12, 12a, 14) is characterized by providing a third metal body comprising (6).
本発明によれば、第1の金属体、半導体素子、第3の金属体、第2の金属体の最終的な接合時において、第3の金属体が自由に動くのを抑制することができる。そして、第3の金属体と第1の金属体との間隔が所定の大きさとなるように、かつ、これらの対向する面同士が平行となるように、保持治具を配置することで、第1の金属体と第3の金属体とを平行に保ち、第1の金属体と第3の金属体との間隔を所定の大きさに保つことができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the third metal body from freely moving during the final joining of the first metal body, the semiconductor element, the third metal body, and the second metal body. . Then, by arranging the holding jig so that the distance between the third metal body and the first metal body is a predetermined size and the opposing surfaces are parallel to each other, The first metal body and the third metal body can be kept in parallel, and the distance between the first metal body and the third metal body can be kept at a predetermined size.
これにより、この保持治具を用いない半導体装置の製造方法と比較して、最終的な接合時に第3の金属体が自由に動くことに起因する半導体素子の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができる。 As a result, compared with the method of manufacturing a semiconductor device that does not use this holding jig, the occurrence of malfunction of the semiconductor element due to the third metal body freely moving at the time of final bonding, It is possible to suppress a decrease in life.
第3の金属体としては、例えば、請求項2に示すように、半導体素子(1)と接合される接合予定領域(11)と異なる領域に、接合予定領域(11)よりも薄い部分(12)を備える第3の金属体(6)を用いることができる。なお、ここでいう薄いとは、第3の金属体の半導体素子と接合する面に対して垂直な方向での厚さが薄いことをいう。
As the third metal body, for example, as shown in
請求項2の発明において、例えば、第3の金属体の外周部に、半導体素子と接合される領域よりも薄い鍔形状の部分が設けられており、その鍔形状の部分の第2の金属側の面が、第3の金属体の半導体素子と接合される領域における第2の金属体と接合する面と、一致している第3の金属体を用いることができる。言い換えると、半導体素子と接合される接合予定領域と、その領域の外周に配置された半導体素子と接合されない領域とを有し、半導体素子と接合される領域のみが、半導体素子側に向かって突出している形状である第3の金属体を用いることができる。
In the invention of
最終的な接合をする工程で加熱をした際に、第2の接合材(例えば、半田)が、他の接合材よりも先に溶融された場合、第1の金属体と第2の金属体とに加えられる応力によって、半導体素子の上に配置された第2の接合材が、半導体素子から外側にはみ出すおそれがある。第2の接合材がはみ出して、第1の金属体まで到達すると、半導体素子の表裏面等が短絡してしまう。 When the second bonding material (for example, solder) is melted before other bonding materials when heated in the final bonding step, the first metal body and the second metal body The second bonding material disposed on the semiconductor element may protrude outward from the semiconductor element due to the stress applied to the semiconductor element. When the second bonding material protrudes and reaches the first metal body, the front and back surfaces of the semiconductor element and the like are short-circuited.
そこで、上記したような鍔形状部を有する第3の金属体を用いることで、第2の接合材がはみ出すようなことがあっても、第2の接合材は、第3の金属体における半導体素子との接続面に隣接する側面と、鍔形状部とに沿って流れ、その側面と鍔形状部に留められる(付着する)。このため、半導体素子の表裏面等の短絡を防止することができる。 Therefore, by using the third metal body having the hook-shaped portion as described above, the second bonding material is a semiconductor in the third metal body even if the second bonding material protrudes. It flows along the side surface adjacent to the connection surface with the element and the hook-shaped portion, and is fastened (attached) to the side surface and the hook-shaped portion. For this reason, it is possible to prevent a short circuit on the front and back surfaces of the semiconductor element.
第3の金属体としては、例えば、請求項3に示すように、半導体素子(1)と接合される接合予定領域(11)の外周部の一部に、接合予定領域(11)よりも薄い部分(12a)を備える第3の金属体(6)を用いることもできる。つまり、薄い部分が、第3の金属体の外周部全域ではなく、外周部のうち、保持治具による保持が必要な部位にだけ設けられた第3の金属体を用いることもできる。
As the third metal body, for example, as shown in
また、請求項4に示すように、第3の金属体(6)として、半導体素子(1)と接合される面(6c)に隣接する側面(6e)と、側面(6e)に設けられた凹部(14)とを備える第3の金属体(6)を用い、第3の金属体(6)の凹部(14)を、保持治具(21)で保持させることもできる。
Moreover, as shown in
また、請求項5に示すように、1つの第1の金属体(3)と1つの第3の金属体(6)との間に複数の半導体素子(1a、1b)を配置させることもできる。すなわち、1つの第3の金属体を、複数の半導体素子と接合させることもできる。
Further, as shown in
請求項6に記載の発明では、第3の金属体(6)は、第3の金属体(6)を半導体素子(1)の表面(4)に対して略垂直な方向から見たときに、半導体素子(1)と対向している第1の領域(11)と、半導体素子(1)からはみ出ている第2の領域(12)とを有することを特徴としている。
In the invention described in
また、請求項9に記載の発明では、第3の金属体(6)は、第2の金属体(5)と接合される面(6d)に隣接する側面(6e)と、側面(6e)に設けられた凹部(14)とを有することを特徴としている。
In the invention according to
第3の金属体をこのような形状とすることで、第2の領域(12)や、側面の凹部(14)を、請求項1に記載の製造方法における被保持部として、請求項1に記載の製造方法を実現することができる。
By making the third metal body into such a shape, the second region (12) and the concave portion (14) on the side surface can be used as a held portion in the manufacturing method according to
第3の金属体としては、例えば、請求項7に示すように、第3の金属体(6)における第2の領域(12)の厚さが、第1の領域(11)の厚さよりも薄いものを用いることができる。
As the third metal body, for example, as shown in
また、請求項8に示すように、第2の領域(12)が第3の金属体(6)の外周の一部に設けられている第3の金属体を用いることもできる。
Moreover, as shown in
また、請求項10に示すように、1つの第1の金属体(3)と1つの第3の金属体(6)との間に複数の半導体素子(1a、1b)を配置することもできる。
Further, as shown in
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態における半導体装置を側面方向から内部を透過して見たときの内部構成を示す。また、図2に、図1の半導体装置を矢印方向で見たときの図を示す。図2では、第2の金属体5、第3の接合材10、モールド樹脂7を省略している。なお、図1は、半導体装置を図2中の矢印方向から見たときの図である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an internal configuration when the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is viewed from the side direction through the inside. FIG. 2 shows a view of the semiconductor device of FIG. 1 as viewed in the direction of the arrow. In FIG. 2, the
本実施形態の半導体装置は、第3の金属体6の形状が、図13に示した従来の半導体装置と異なるものであり、他の構造部は、図13の半導体装置と同じである。したがって、図1、2において、図13中の構造部と同様の構造部に、図13中の構造部と同一の符号を付すことで、以下では、図13中の構造部と同様の構造部についての詳細な説明を省略する。
In the semiconductor device of this embodiment, the shape of the
この半導体装置は、図1、2に示すように、2つの半導体素子1を備えている。半導体素子1は、板状であり、その主表面の形状は、例えば、略四角形形状(図2では、正方形)であり、2つの半導体素子1のうち、一方の半導体素子1aは、他方の半導体素子1bよりもチップ面積が大きくなっている。半導体素子1は、例えば、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やサイリスタ等のパワー半導体素子である。
The semiconductor device includes two
第3の金属体6は、図1、2に示すように、板状であり、その主表面の形状は略四角形(図2では、長方形)である。第3の金属体6は、図1、2に示すように、2つの半導体素子1a、1bを跨ぐ構造となっている。本実施形態では、第3の金属体6は1つであり、1つの第3の金属体6によって、2つの半導体素子1a、1bが覆われている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、第3の金属体6は、2つの半導体素子1a、1bと対向している第1の領域11と、2つの半導体素子1a、1bと対向していない第2の領域12とを有している。この第2の領域12は、第3の金属体6の半導体素子1に対向する面6cに対して垂直な方向から半導体素子1と第3の金属体3とを見たとき、半導体素子1と対向しておらず、半導体素子1からはみ出ている領域である。なお、この第2の領域12が本発明の被保持部に相当する。
The
また、第3の金属体6は、半導体素子1に対向する面6cのうち、図1に示すように、2つの半導体素子1a、1bと接合されている領域が、半導体素子1に向かって突出している。
Further, in the
言い換えると、第1の金属体3は、半導体素子1と第2の接合材9を介して接合されている第1の領域(図2中で破線が斜めに引かれている領域)11と、第1の領域11を除く、半導体素子1と接合されていない第2の領域(図2中で実線のみ斜めに引かれている領域)12とを有しており、第2の領域12は、第1の領域11よりも薄くなっている。なお、この薄いとは、半導体素子1の裏面2や表面4に対して垂直な方向(図1中の上下方向)において薄いことをいう。
In other words, the
第3の金属体6の第1の領域11における半導体素子1に対向する面6cは、第2の接合材9を介して、半導体素子1aや、半導体素子1bと接合されている。また、第3の金属体6の第2の金属体5に対向する面6dの全ては、第3の接合材10を介して、第2の金属体5と接合されている。
A
なお、第3の金属体6は、一般的な材料により構成されており、例えば、金メッキが施された銅により構成されている。また、第1の金属体3、第2の金属体5も、一般的な材料により構成されている。
In addition, the
次に、以上説明した構造の半導体装置の製造方法について説明する。図3に、本実施形態における半導体装置の製造工程の一部を示す。なお、図3は、図1に対応する図である。また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した製造方法と、基本的に同じであり、以下では、この製造方法と異なる点についてのみ説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device having the above-described structure will be described. FIG. 3 shows a part of the manufacturing process of the semiconductor device in this embodiment. FIG. 3 corresponds to FIG. In addition, the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment is basically the same as the manufacturing method described in the column of the problem to be solved by the invention, and only differences from the manufacturing method will be described below. .
まず、第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第1の接合材8、第2の接合材9を用意する。
First, a
そして、第1の金属体3と半導体素子1と第3の金属体6とを接合する工程では、第1の金属体3の上に、半田箔8と、半導体素子1と、半田箔9と、第3の金属体6とを積層する際に、第1の金属体3と第3の金属体6の間に第1の保持治具(スペーサ)21を配置する。
In the step of joining the
このとき、第3の金属体6の第2の領域12を、第1の保持治具21で保持させるように、第1の保持治具21を配置する。言い換えると、第3の金属体6のうち、大きな半導体素子1aと接合される予定の第1の領域11と、小さな半導体素子1bと接合される予定の第1の領域11とを繋ぐ部分12を保持するように、第1の保持治具21を1つ配置する。本実施形態における第1の領域11と、第2の領域12が、それぞれ、本発明における第3の金属体の半導体素子と接合される接合予定領域と、接合予定領域と異なる領域に相当する。
At this time, the first holding
なお、この第1の保持治具21は、第1の金属体3に対向する面21aと、第3の金属体6に対向する面21bとが平行であり、図1中の上下方向における高さ21cが、完成された半導体装置における第1の金属体3と第3の金属体6との所定間隔32(図13参照)と同じ大きさとなっている。
In the first holding
続いて、このように第1の保持治具21が配置された状態で、第1の金属体3と半導体素子1、半導体素子1と第3の金属体6を接合する。
Subsequently, the
また、第3の金属体6に第2の金属体5を積層する工程では、第1の保持治具21が配置された状態で、第3の金属体6の上に、半田箔10と、第2の金属体5とを積層する。これにより、第1の金属体3、第1の接合材8、半導体素子1、第2の接合材9、第3の金属体6、第3の接合材10、第2の金属体5が順に積層された状態となる。
Further, in the step of laminating the
このとき、第1の金属体3と第2の金属体5との間に、図示しない第2の保持治具を配置する。この第2の保持治具は、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した保持治具(スペーサ)である。なお、第3の金属体6に第2の金属体5を積層する工程が、本発明の第1の金属体3、第1の接合材8、半導体素子1等を積層した状態とし、かつ、保持治具を配置する工程に相当する。
At this time, a second holding jig (not shown) is disposed between the
第3の金属体6と第2の金属体5を接合する工程(最終的な全体の接合をする工程)では、第1の保持治具21と第2の保持治具とが配置された状態で、接合を行う。これにより、第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第2の金属体5が接合される。その後、第1の保持治具21と第2の保持治具とを取り外す。
In the step of joining the
次に、全体をモールド樹脂7により封止する工程を行う。このようにして、図1に示す半導体装置が完成する。
Next, the whole is sealed with the
以上説明したように、本実施形態では、第2の領域12を有する第3の金属体6を用いている。また、第1の金属体3と第3の金属体6の間であって、第3の金属体6の第2の領域12を保持するように、第1の保持治具(スペーサ)21を配置している。そして、第1の保持治具が配置された状態で、積層された第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6、第2の金属体5を加熱し、圧力を加えることで、これら全体の最終的な接合を行っている。
As described above, in the present embodiment, the
これにより、第1の金属体3の半導体素子1と対向する面3aと、第3の金属体6の半導体素子1に対向する面6cとを平行に保ち、第1の金属体3と第3の金属体6との間隔を所定の間隔32に保ちながら、最終的な接合を行うことができる。
As a result, the
この結果、本実施形態によれば、この第1の保持治具21を用いない半導体装置の製造方法と比較して、最終的な接合時に第3の金属体6が自由に動くことに起因する半導体素子1の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができる。
As a result, according to the present embodiment, the
なお、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した半導体装置の製造方法では、第3の金属体6が移動することで、さらに、半導体素子1に応力が加わり、半導体素子1も移動したり、半導体素子1が傾いたりしていたと考えられる。このことも、第1の接合材8が薄くなる要因であり、半導体素子1の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を引き起こしていたと考えられる。
In the method of manufacturing a semiconductor device described in the section of the problem to be solved by the present invention, the
これに対して、本実施形態によれば、第3の金属体6と第1の金属体3とを平行とし、これらの間隔を一定に保つことができるので、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した半導体装置の製造方法と比較して、半導体素子1の移動や傾きを抑制することができる。このことからも、本実施形態によれば、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明した半導体装置の製造方法と比較して、半導体素子1の動作不良の発生と、半導体装置の寿命の低下を抑制することができると言える。
On the other hand, according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、1つの第1の金属体3と1つの第3の金属体6との間に、2つの半導体素子1a、1bを配置させている。すなわち、本実施形態では、2つの半導体素子1a、1bの両方を覆うことができる大きさの第3の金属体6を1つ用意し、この1つの第3の金属体6に2つの半導体素子1a、1bと接合させている。
In the present embodiment, two
図13に示す半導体装置では、1つの半導体素子1に対して、1つの第3の金属体6が配置されていた。この場合、半導体装置の製造時において、第1の金属体3、半導体素子1、第3の金属体6を接合する工程や、最終的に全体を接合する工程では、第3の金属体6と半導体素子1との間で、ズレが生じないように、それぞれの第3の金属体6を、適切な位置に保持する必要があった。第3の金属体6を複数用いた場合では、そのうちの1つでも、位置ズレが生じてしまうと、半導体装置としては不良品として扱われるため、全てが第1の金属体3に対して、位置ズレが発生しないようにする必要があった。
In the semiconductor device shown in FIG. 13, one
これに対して、本実施形態では、2つの半導体素子1a、1bに対して、1つの第3の金属体6を接合しているため、1つの第3の金属体6のみを、適切な位置に保持すれば良い。また、第3の金属体6が1つであるため、第3の金属体6を2つ用いていた図13に示す半導体装置と比較して、第3の金属体6の位置ズレが生じる要因を減らすことができるので、半導体装置の不良品の発生率を減少させることができる。
In contrast, in the present embodiment, since one
また、複数の第3の金属体6を用いた場合では、第3実施形態で説明するように、それぞれの第3の金属体6を保持するための第1の保持治具21が必要である。これに対して、本実施形態では、1つの第3の金属体6のみを用いているので、必要な第1の保持治具21の数を、複数の第3の金属体6を用いた場合と比較して、少なくすることができる。
Further, in the case where a plurality of
また、本実施形態の第3の金属体6は、半導体素子1と接合されている第1の領域11だけでなく、半導体素子1と接合されていない第2の領域12を有しており、図13に示す第3の金属体6よりも体積が大きい。このため、本実施形態の半導体装置では、図13に示す半導体装置と比較して、半導体素子1で発生した熱の放熱性が高くなっている。
Further, the
(第2実施形態)
図4、5に、本発明の第2実施形態における半導体装置を示す。図4、5は、図1、2にそれぞれ対応している。本実施形態は、第3の金属体6の外周に被保持部が設けられている点が、第1実施形態と異なっている。以下では、第1実施形態と異なる点のみ説明し、第1実施形態と同様の構造部については、図4、5において、図1、2と同一の符号を付すことで説明を省略する。
(Second Embodiment)
4 and 5 show a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 4 and 5 correspond to FIGS. 1 and 2, respectively. This embodiment is different from the first embodiment in that a held portion is provided on the outer periphery of the
本実施形態では、図4、5に示すように、第3の金属体6は、外周の一部(図中の左右両端側)に鍔形状をした鍔形状部12aが設けられている。すなわち、第3の金属体6は、外周にも、第2の領域12、12a(図5中実線のみが斜めに引かれている領域)を有しており、この外周の第2の領域12aも、第1の領域11よりも薄くなっている。なお、外周の第2の領域12aは、図4に示すように、第2の金属体5と対向する面6dが、第1の領域11における第2の金属体5と対向する面6dと同じ高さとなっている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
さらに言い換えると、第1の金属体3の主表面は、図5に示すように、2つの半導体素子1a、1bの主表面よりも大きな面積であって、第1の金属体3の外周部は、半導体素子1と対向していない。そして、第3の金属体は、2つの半導体素子1a、1bと接合する第1の領域11のみが、半導体素子1a、1bに向かって突出している形状となっている。
In other words, the main surface of the
鍔形状部12aは、主表面の形状が四角形である第3の金属体6のうち、図5に示すように、対向する二組の辺のうち、一組の辺(図5中の左右両側の辺)に設けられている。
As shown in FIG. 5, among the
図6に、上記した構造の半導体装置の製造工程の一部を示す。本実施形態では、第3の金属体6に設けられている鍔形状部12aを、第1の保持治具21で保持させる。このような状態で、最終的な全体の接合を行うこともできる。
FIG. 6 shows a part of the manufacturing process of the semiconductor device having the above structure. In the present embodiment, the hook-shaped
本実施形態のように、第3の金属体6の外周部に鍔形状部12aを設けた場合においても第1実施形態と同様の効果を有しており、さらに以下の効果を有している。
Even in the case where the flange-shaped
最終的な接合をする工程で加熱をした際に、第2の接合材(半田)9が、他の接合材8、10よりも先に溶融された場合、第1の金属体3と第2の金属体5とに加えられた応力によって、この第2の接合材9が、半導体素子1と第3の金属体6との接合部から、はみ出すおそれがある。この場合、第2の接合材9がはみ出して、第1の金属体3まで到達すると、半導体素子1の表裏面等が短絡してしまう。
When the second bonding material (solder) 9 is melted before the
そこで、上記したような鍔形状部12aを有する第3の金属体6を用いることで、第2の接合材9がはみ出すようなことがあっても、第2の接合材9は、第3の金属体6の第1の領域11における半導体素子1との接続面11aに隣接する側面11bと、鍔形状部12aとに沿って流れ、その側面11bと鍔形状部12aとに付着し、留められる。このため、本実施形態によれば、半導体素子1の表裏面等の短絡を防止することができる。
Therefore, by using the
なお、本実施形態では、鍔形状部12aを第3の金属体6の外周部のうち、一組の辺に相当する部位に設ける場合を例として説明したが、鍔形状部12aは、この部位に限らず、外周部の他の部位に設けたり、鍔形状部12aの数を適宜変更したりすることもできる。また、第3の金属体6の外周部の全域に鍔形状部12aを設けることもできる。すなわち、第3の金属体6の外周部のうち、少なくとも第1の保持治具21を配置するのに必要な部位に、鍔形状部12aを設ければ良い。
In the present embodiment, the case where the hook-shaped
図7に、本実施形態の変形例を示す。図7に示すように、第1の保持治具21の形状を、例えば、第3の金属体6を保持する面と、第2の金属体5を保持する面とを有する形状とすることもできる。これにより、第1の金属体3と第2の金属体5との間隔と、第1の金属体3と第3の金属体6との間隔とを1つの第1の保持治具21で設定することができる。
FIG. 7 shows a modification of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the shape of the first holding
(第3実施形態)
図8、9に、本発明の第3実施形態における半導体装置を示す。図8、9は、図4、5にそれぞれ対応している。なお、図8、9では、図4、5と同様の構造部については、図4、5と同一の符号を付している。
(Third embodiment)
8 and 9 show a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 8 and 9 correspond to FIGS. 4 and 5, respectively. In FIGS. 8 and 9, the same reference numerals as those in FIGS.
本実施形態では、2つの半導体素子1a、1bに、それぞれ対応するように、2つの第3の金属体6を用いている。そして、それぞれの第3の金属体6は、第2実施形態と同様に、外周部に鍔形状部12aが設けられている。
In the present embodiment, two
図10に、上記した構造の半導体装置の製造工程の一部を示す。本実施形態においても、第3の金属体6の鍔形状部12aを、第1の保持治具21で保持した状態で、最終的な全体の接合を行う。なお、本実施形態の場合、それぞれの第3の金属体6と第1の金属体3との間隔を一定に保つ必要があるため、第2実施形態と比較して、必要な第1の保持治具21の数が多い。
FIG. 10 shows a part of the manufacturing process of the semiconductor device having the above structure. Also in the present embodiment, final overall bonding is performed in a state where the hook-shaped
このように、2つの半導体素子1a、1bに、それぞれ1対1で対応するように、2つの第3の金属体6を用いた場合においても、本発明を適用できる。なお、本実施形態では、2つの半導体素子1a、1bに対して、2つの第3の金属体6を配置する場合を例として、説明したが、第3の金属体6の数は、用いられる半導体素子1の数に合わせて、適宜変更可能である。
Thus, the present invention can also be applied to the case where two
(第4実施形態)
図11に、本発明の第4実施形態における半導体装置を示す。図11は、図3に対応している。なお、図11では、図3と同様の構造部については、図3と同一の符号を付している。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 11 corresponds to FIG. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 3 are assigned to the structural parts similar to those in FIG. 3.
第2、第3実施形態では、第3の金属体6の外周部に第2の領域12(鍔形状部12a)が設けられ、その外周部の第2の領域12aが、第1の領域11よりも薄い第3の金属体6を用いていたが、本実施形態のように、外周部の第2の領域12aが、第1の領域11と同じ厚さである第3の金属体6を用いることもできる。
In the second and third embodiments, the second region 12 (the ridge-shaped
ただし、単に、外周部の第2の領域12aを第1の領域11と同じ厚さとした場合、接合時において、半田が第3の金属体6に沿って流れ、半田が半導体素子1上から外側に向かって広がってしまうおそれがある。
However, when the
そこで、図11に示すように、第1の領域11と第2の領域12との境界近傍に、溝13を設けておく。これにより、かりに、半田が第3の金属体6に沿って流れたとしても、溝13に半田が溜まるので、半田の広がりを抑制することができる。
Therefore, as shown in FIG. 11, a
(第5実施形態)
図12に、本発明の第5実施形態における半導体装置を示す。図12は、図3に対応している。なお、図12では、図3と同様の構造部については、図3と同一の符号を付している。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 shows a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 12 corresponds to FIG. In FIG. 12, the same reference numerals as those in FIG.
第1〜第4実施形態では、第1の保持治具21を、第1の金属体3と第3の金属体6との間に配置し、第1の金属体3と第3の金属体6とを第1の保持治具21で保持させる場合を例として説明したが、本実施形態のように、第1の金属体3と第3の金属体6との間に、第1の保持治具21を配置せずに、第1の金属体3と第3の金属体6との間隔を所定間隔32に保持することができる。
In 1st-4th embodiment, the
本実施形態では、図12に示すように、第1の金属体3として、第1の領域11で半導体素子1と対向する(接合される)面6cと、その面6cに隣接する第1の領域11の側面6eと、側面6eに設けられた凹部14とを有する第3の金属体6を用いる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, as the
また、第1の保持治具21としては、凸部24を有するものを用いる。そして、第1の保持治具21の凸部24を第3の金属体6の凹部14にはめ、第1の金属体3と平行な面21aで第1の金属体3を保持する。このように、第1の保持治具21を第1の金属体3と第2の金属体5との間に配置した状態で、最終的な全体の接合を行うこともできる。
Further, as the first holding
(他の実施形態)
第1、第2、第4、第5実施形態では、2つの半導体素子1a、1bを用いる場合を例として説明したが、半導体素子1の数は2つに限らず、1つ、3つ、4つ等他の数でも良い。また、半導体素子1を3つ以上用いる場合では、全ての半導体素子1を1つの第3の金属体6に接合させたり、全ての半導体素子ではないが、複数の半導体素子1を1つの第1の金属体3に接合させたりすることができる。
(Other embodiments)
In the first, second, fourth, and fifth embodiments, the case where two
後者の例としては、半導体素子1を3つ用いる場合、2つの半導体素子1を1つの第3の金属体6と接合させ、残りの1つの半導体素子1を他の第3の金属体6と接合させることもできる。すなわち、3つの半導体素子1に対して、2つの第3の金属体6を用いることもできる。
As an example of the latter, when three
また、半導体素子1を4つ用いる場合では、2つの第3の金属体6を用い、それぞれの第3の金属体6に対して接合される半導体素子1の数の比を、2:2や、3:1とすることもできる。
When four
1…半導体素子、3…第1の金属体、5…第2の金属体、6…第3の金属体、
7…モールド樹脂、8…第1の接合材、9…第2の接合材、10…第3の接合材、
11…第1の領域、12…第2の領域、12a…鍔形状部、14…凹部、
21…第1の保持治具、24…凸部。
DESCRIPTION OF
7 ... Mold resin, 8 ... First bonding material, 9 ... Second bonding material, 10 ... Third bonding material,
DESCRIPTION OF
21 ... 1st holding jig, 24 ... Convex part.
Claims (10)
前記第1の金属体(3)、第1の接合材(8)、前記半導体素子(1)、第2の接合材(9)、前記第3の金属体(6)、第3の接合材(10)および前記第2の金属体(5)を用意する工程と、
前記第1の金属体(3)、第1の接合材(8)、前記半導体素子(1)、第2の接合材(9)、前記第3の金属体(6)、第3の接合材(10)および前記第2の金属体(5)を順に積層した状態とし、かつ、前記第1の金属体(3)と前記第2の金属体(5)との間であって、前記半導体素子(1)が配置された領域を除く領域に、前記第1の金属体(3)と前記第3の金属体(6)とを保持する保持治具(21)を配置する工程と、
前記保持治具(21)を配置した状態で、前記積層された状態の前記第1の金属体(3)、前記第1の接合材(8)、前記半導体素子(1)、前記第2の接合材(9)、前記第3の金属体(6)、前記第3の接合材(10)および前記第2の金属体(5)に対して、加熱処理を施すことにより、前記第1の金属体(3)と前記半導体素子(1)、前記半導体素子(1)と前記第3の金属体(6)、前記第3の金属体(6)と前記第2の金属体(5)を、それぞれ接合する工程と、
前記半導体素子(1)、前記第1の金属体(3)、前記第2の金属体(5)、前記第3の金属体(6)をモールド樹脂(7)で封止する工程とを有し、
前記第3の金属体(6)を用意する工程では、前記半導体素子(1)と接合される接合予定領域(11)と異なる領域(12、12a、14)に、前記保持治具(21)によって保持される被保持部(12、12a、14)を備える前記第3の金属体(6)を用意することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor element (1), a first metal body (3) provided on the back surface (2) side of the semiconductor element (1) and serving as an electrode and a radiator, and a surface (4) of the semiconductor element (1) A second metal body (5) provided on the side and serving as both an electrode and a radiator, and a second metal body (5) provided between the surface (4) of the semiconductor element (1) and the second metal body (5). 3 metal body (6), mold for sealing the semiconductor element (1), the first metal body (3), the second metal body (5), and the third metal body (6) In a method for manufacturing a semiconductor device comprising a resin (7),
The first metal body (3), the first bonding material (8), the semiconductor element (1), the second bonding material (9), the third metal body (6), and the third bonding material. (10) and a step of preparing the second metal body (5);
The first metal body (3), the first bonding material (8), the semiconductor element (1), the second bonding material (9), the third metal body (6), and the third bonding material. (10) and the second metal body (5) are sequentially stacked, and between the first metal body (3) and the second metal body (5), the semiconductor Disposing a holding jig (21) for holding the first metal body (3) and the third metal body (6) in a region excluding the region where the element (1) is disposed;
With the holding jig (21) disposed, the first metal body (3), the first bonding material (8), the semiconductor element (1), and the second layer in the stacked state are disposed. By applying heat treatment to the bonding material (9), the third metal body (6), the third bonding material (10), and the second metal body (5), The metal body (3) and the semiconductor element (1), the semiconductor element (1) and the third metal body (6), the third metal body (6) and the second metal body (5). Each of the steps of joining,
Sealing the semiconductor element (1), the first metal body (3), the second metal body (5), and the third metal body (6) with a mold resin (7). And
In the step of preparing the third metal body (6), the holding jig (21) is placed in a region (12, 12a, 14) different from the planned joining region (11) to be joined to the semiconductor element (1). The third metal body (6) including the held parts (12, 12a, 14) held by the step is prepared.
前記保持治具(21)を配置する工程では、前記第3の金属体(6)の前記薄い部分(12、12a)を、前記保持治具(21)で保持させるように、前記保持治具(21)を配置することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of preparing the third metal body (6), a portion (12) thinner than the planned junction region (11) in a region different from the planned junction region (11) to be joined to the semiconductor element (1). Preparing the third metal body (6) comprising:
In the step of arranging the holding jig (21), the holding jig (21) is configured to hold the thin portions (12, 12a) of the third metal body (6) with the holding jig (21). The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein (21) is arranged.
前記保持治具(21)を配置する工程では、前記第3の金属体(6)の前記凹部(14)を、前記保持治具(21)で保持させるように、前記保持治具(21)を配置することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of preparing the third metal body (6), the side surface (6e) adjacent to the surface (6c) to be joined to the semiconductor element (1), and the concave portion (14 provided on the side surface (6e)) A third metal body (6) comprising:
In the step of arranging the holding jig (21), the holding jig (21) is configured to hold the concave portion (14) of the third metal body (6) by the holding jig (21). The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
1つの前記第1の金属体(3)と1つの前記第3の金属体(6)との間に複数の前記半導体素子(1a、1b)を配置することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 The first metal body (3), the first bonding material (8), the semiconductor element (1), the second bonding material (9), the third metal body (6), and the third bonding material. In the step of laminating (10) and the second metal body (5) in order,
A plurality of the semiconductor elements (1a, 1b) are arranged between one of the first metal bodies (3) and one of the third metal bodies (6). The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of these.
前記第3の金属体(6)は、前記第3の金属体(6)を前記半導体素子(1)の前記表面(4)に対して略垂直な方向から見たときに、前記半導体素子(1)と対向している第1の領域(11)と、前記半導体素子(1)からはみ出ている第2の領域(12)とを有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element (1), a first metal body (3) provided on the back surface (2) side of the semiconductor element (1) and serving as an electrode and a radiator, and a surface (4) of the semiconductor element (1) A second metal body (5) provided on the side and serving as both an electrode and a radiator, and a second metal body (5) provided between the surface (4) of the semiconductor element (1) and the second metal body (5). 3 metal body (6), mold for sealing the semiconductor element (1), the first metal body (3), the second metal body (5), and the third metal body (6) In a semiconductor device comprising a resin (7),
When the third metal body (6) is viewed from a direction substantially perpendicular to the surface (4) of the semiconductor element (1), the third metal body (6) 1. A semiconductor device comprising a first region (11) opposite to 1) and a second region (12) protruding from the semiconductor element (1).
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