JP2019153643A

JP2019153643A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2019153643A
Application number: JP2018036885A
Authority: JP
Inventors: 真治中垣; Shinji Nakagaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-12

Abstract

【課題】半導体チップを実装するときに、半導体チップの位置と接合材の厚さをより正確に制御する。【解決手段】半導体装置であって、導体板と、前記導体板上に配置された半導体チップと、前記導体板の上面と前記半導体チップの下面とを接続する接合材を有する。前記半導体チップの前記下面の輪郭が、対辺の位置関係にある一対の辺を有する。前記導体板の上面が、前記一対の辺の一方に接する第１傾斜面と、前記一対の辺の他方に接する第２傾斜面を有する。前記第１傾斜面と前記第２傾斜面が、前記半導体チップの外周側から前記半導体チップの中心側に向かうにしたがって下側に変位するように傾斜している。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。

特許文献１には、導体板の上面に接合材を介して半導体チップを実装する技術が開示されている。この技術では、ピックアップアームによって半導体チップを導体板の上面に実装する。

特開２００８−２５２０９１号公報

近年においては、半導体チップを実装するときに、半導体チップの位置と接合材の厚さをより正確に制御することが求められている。

本明細書が開示する半導体装置は、導体板と、前記導体板上に配置された半導体チップと、前記導体板の上面と前記半導体チップの下面とを接続する接合材を有する。前記半導体チップの前記下面の輪郭が、対辺の位置関係にある一対の辺を有する。前記導体板の上面が、前記一対の辺の一方に接する第１傾斜面と、前記一対の辺の他方に接する第２傾斜面を有する。前記第１傾斜面と前記第２傾斜面が、前記半導体チップの外周側から前記半導体チップの中心側に向かうにしたがって下側に変位するように傾斜している。

この半導体装置では、半導体チップの下面の輪郭のうちの対辺の位置関係にある一対の辺が、第１傾斜面と第２傾斜面に接している。第１傾斜面と第２傾斜面は、半導体チップの外周側から半導体チップの中心側に向かうにしたがって下側に変位するように傾斜している。すなわち、第１傾斜面と第２傾斜面は、テーパ状に傾斜している。テーパ状に傾斜する第１傾斜面及び第２傾斜面に対辺の位置関係にある一対の辺が接することで、半導体チップの横方向に位置が正確に位置決めされる。また、テーパ状に傾斜する第１傾斜面及び第２傾斜面に対辺の位置関係にある一対の辺が接することで、半導体チップと導体板の間の間隔（すなわち、接合材の厚み）が正確に制御される。このように、この半導体装置の構造によれば、半導体チップの位置と接合材の厚さを正確に制御することができる。

半導体装置１０の平面図。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。製造工程の説明図（図２に対応する断面図）。製造工程の説明図（図３に対応する断面図）。製造工程の説明図（図２に対応する断面図）。製造工程の説明図（図３に対応する断面図）。変形例の半導体装置の平面図。図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図。図８のＸ−Ｘ線における断面図。

図１〜３は、実施形態の半導体装置１０を示している。半導体装置１０は、半導体チップ１２、はんだ層２０、及び、導体板３０を有している。導体板３０の上部に半導体チップ１２が配置されている。はんだ層２０は、導体板３０の上面３０ａと半導体チップ１２の下面１２ａを接続している。

図１に示すように、上側から平面視したときの半導体チップ１２の形状は、４つの辺１４ａ〜１４ｄを有する四角形である。なお、図１では半導体チップ１２の上面の輪郭が示されているが、半導体チップ１２の下面１２ａの輪郭は、半導体チップ１２の上面の輪郭と等しい。したがって、図１に示す４つの辺１４ａ〜１４ｄは、下面１２ａの輪郭を構成する４つの辺と等しい。辺１４ａと辺１４ｃが対辺の関係（すなわち、向かい合う位置関係）にあり、辺１４ｂと辺１４ｄが対辺の関係にある。半導体チップ１２は、半導体によって構成された半導体基板と、半導体基板の表面に設けられた電極（図示省略）を有している。例えば、半導体基板の下面は、電極によって覆われている。はんだ層２０は、半導体チップ１２の下面１２ａを構成する電極に接合されている。

導体板３０は、導体（例えば、銅）によって構成された板状の部材である。導体板３０の上面３０ａに、半導体チップ１２が実装されている。導体板３０の上面３０ａには、４つの突起部３４ａ〜３４ｄが設けられている。図１に示すように、突起部３４ａは半導体チップ１２の辺１４ａと重なる範囲に設けられており、突起部３４ｂは半導体チップ１２の辺１４ｂと重なる範囲に設けられており、突起部３４ｃは半導体チップ１２の辺１４ｃと重なる範囲に設けられており、突起部３４ｄは半導体チップ１２の辺１４ｄと重なる範囲に設けられている。突起部３４ａ〜３４ｄの上面は、突起部３４ａ〜３４ｄの周囲の導体板３０の上面３０ａに対して傾斜する傾斜面３５ａ〜３５ｄとなっている。図２に示すように、ｘ方向に沿う断面において、傾斜面３５ａは、半導体チップ１２の外周側から半導体チップ１２の中心１６側に向かうにしたがって下側に変位するように傾斜している。また、ｘ方向に沿う断面において、傾斜面３５ｃは、半導体チップ１２の外周側から半導体チップ１２の中心１６側に向かうにしたがって下側に変位するように傾斜している。すなわち、傾斜面３５ａと傾斜面３５ｃは、テーパ状に傾斜している。傾斜面３５ａは、辺１４ａにおいて半導体チップ１２に接している。傾斜面３５ｃは、辺１４ｃにおいて半導体チップ１２に接している。また、傾斜面３５ｂ、３５ｃは、ｙ方向に沿う断面において、図２の傾斜面３５ａ、３５ｃと同様に、テーパ状に傾斜している。図１に示すように、傾斜面３５ｂは、辺１４ｂにおいて半導体チップ１２に接している。傾斜面３５ｄは、辺１４ｄにおいて半導体チップ１２に接している。傾斜面３５ａ〜３５ｄは、辺１４ａ〜１４ｄの中央部と接する位置に設けられている。

図２、３に示すように、突起部３４ａ〜３４ｄ以外の範囲では、導体板３０の上面３０ａと半導体チップ１２の下面１２ａの間に間隔が設けられている。したがって、半導体チップ１２は、傾斜面３５ａ〜３５ｄ以外の位置では導体板３０に接していない。図１に示すように、半導体チップ１２の各角部には突起部３４ａ〜３４ｄが設けられていないので、半導体チップ１２の各角部は導体板３０に接していない。

図２、３に示すように、はんだ層２０は、導体板３０の上面３０ａと半導体チップ１２の下面１２ａの間に配置されている。はんだ層２０は、導体板３０の上面３０ａに接合されているとともに、半導体チップ１２の下面１２ａを構成する電極に接合されている。はんだ層２０を介して、半導体チップ１２が導体板３０に接続されている。

次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。なお、以下では、導体板３０の上面３０ａのうち、半導体チップ１２を実装すべき範囲（すなわち、突起部３４ａ〜３４ｄに囲まれた範囲）を、実装範囲という場合がある。

まず、図４、５に示すように、導体板３０上に、シート状のはんだ２０を載置する。ここでは、傾斜面３５ａ〜３５ｄ上にシート状のはんだ２０を載置する。次に、図４、５に示すように、チップマウンタ等によって、はんだ２０上に半導体チップ１２を載置する。なお、図４、５では、半導体チップ１２を載置するときの誤差によって、半導体チップ１２の中心１６が実装範囲の中心３６からずれた状態を示している。

次に、半導体チップ１２、はんだ２０、及び、導体板３０を加熱する。これによって、はんだ２０を溶融させる。はんだ２０が溶融すると、溶融したはんだ２０が導体板３０の上面３０ａにおいて濡れ広がる。図７に示すように、突起部３４ａ〜３４ｄが存在しない範囲では、はんだ２０がフィレット状に濡れ広がる。はんだ２０が濡れ広がるので、はんだ２０と共に半導体チップ１２が下側に移動する。このため、半導体チップ１２の下面１２ａが、傾斜面３５ａ〜３５ｄに接触する。ｘ方向に沿う断面では、図６に示すように、傾斜面３５ａ、３５ｃによって半導体チップ１２がガイドされる。このため、図６、７に示すように、半導体チップ１２が横方向にスライドしながら下側に移動する。その結果、辺１４ａが傾斜面３５ａに接し、辺１４ｃが傾斜面３５ｃに接触する位置に、半導体チップ１２が位置決めされる。これによって、半導体チップ１２の中心１６が実装範囲の中心３６と略一致するように、半導体チップ１２が位置決めされる。このように、傾斜面３５ａ、３５ｃによって、半導体チップ１２のｘ方向の位置が正確に調節される。さらに、半導体チップ１２の辺１４ａ、１４ｃが傾斜面３５ａ、３５ｃと接触することで、半導体チップ１２がｚ方向においても位置決めされる。ここでは、半導体チップ１２の下面１２ａと導体板３０の上面３０ａの間の間隔（すなわち、はんだ２０の厚み）が一定の値となるように、半導体チップ１２のｚ方向の位置が正確に調節される。

図示していないが、ｙ方向に沿う断面でも、傾斜面３５ｂ、３５ｄによって、図６、７と同様に、半導体チップ１２の位置が調節される。すなわち、傾斜面３５ｂ、３５ｄが辺１４ｂ、１４ｄと接触するように、半導体チップ１２がｙ方向及びｚ方向において位置決めされる。その結果、ｙ方向においても、半導体チップ１２の中心１６が実装範囲の中心３６と略一致するように、半導体チップ１２が位置決めされる。

このように、はんだ２０を溶融させる工程において、ｘ方向及びｙ方向の両方向において、半導体チップ１２の中心１６が実装範囲の中心３６と略一致するように、半導体チップ１２が位置決めされる。さらに、ｚ方向において、半導体チップ１２の下面１２ａと導体板３０の上面３０ａの間の間隔（すなわち、はんだ２０の厚み）が一定の値となるように、半導体チップ１２が位置決めされる。

次に、半導体チップ１２、はんだ２０、及び、導体板３０を常温まで冷却する。これによって、はんだ２０が凝固し、図２、３に示すはんだ層２０となる。その結果、図１〜３に示す半導体装置１０が完成する。上述したように半導体チップ１２が位置決めされた状態ではんだ２０が凝固するので、半導体チップ１２が適切な位置に固定される。

以上に説明したように、この製造方法によれば、図４、５のように半導体チップ１２を載置する位置がずれたとしても、はんだ２０を溶融させるときに半導体チップ１２が適切な位置にスライドする。したがって、この製造方法によれば、半導体チップ１２の中心１６が実装範囲の中心３６と略一致する位置に、半導体チップ１２を実装することができる。また、この製造方法によれば、はんだ層２０の厚みが一定の厚みとなるように、半導体チップ１２を実装することができる。したがって、この半導体装置１０を上記の製造方法により量産すると、半導体チップ１２の位置のばらつきを極めて小さくすることができると共に、はんだ層２０の厚みのばらつきを極めて小さくすることができる。

なお、上述した実施形態では、突起部３４ａ〜３４ｄの上面に傾斜面３５ａ〜３５ｄが設けられていた。しかしながら、図８〜１０に示すように、実装範囲に凹部３８を設け、凹部３８の外周部に、辺１４ａ〜１４ｄに接する傾斜面３５ａ〜３５ｄを設けてもよい。

また、上述した実施形態または図８の構成では、導体板３０に傾斜面３５ａ〜３５ｄが設けられていたが、傾斜面３５ａ、３５ｃのみが設けられており、傾斜面３５ｂ、３５ｄが設けられていなくてもよい。傾斜面３５ａ、３５ｃのみでも、半導体チップ１２のｘ方向の位置とｚ方向の位置を調節することができる。また、導体板３０に、傾斜面３５ｂ、３５ｄのみが設けられていてもよい。傾斜面３５ｂ、３５ｄのみでも、半導体チップ１２のｙ方向の位置とｚ方向の位置を調節することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：半導体装置
１２：半導体チップ
１４ａ〜１４ｄ：辺
２０：はんだ層
３０：導体板
３５ａ〜３５ｄ：傾斜面

Claims

半導体装置であって、
導体板と、
前記導体板上に配置された半導体チップと、
前記導体板の上面と前記半導体チップの下面とを接続する接合材、
を有し、
前記半導体チップの前記下面の輪郭が、対辺の位置関係にある一対の辺を有し、
前記導体板の上面が、前記一対の辺の一方に接する第１傾斜面と、前記一対の辺の他方に接する第２傾斜面を有し、
前記第１傾斜面と前記第２傾斜面が、前記半導体チップの外周側から前記半導体チップの中心側に向かうにしたがって下側に変位するように傾斜している、
半導体装置。