專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造技術(shù)，特別涉及一種應(yīng)用于具有封裝的功率半導(dǎo)體裝置中而有效的技術(shù)，所述封裝是指經(jīng)由導(dǎo)電性接著劑等而將半導(dǎo)體芯片(semiconductor chip)接合于引線框的芯片墊(die pad)部上。
背景技術(shù)：
便攜式信息設(shè)備的電力控制開關(guān)或者充放電保護(hù)電路開關(guān)等所使用的功率MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，是被密封在SOP (Small OutLine Package,小外型封裝)8等的小型表面安裝封裝中。
此種功率半導(dǎo)體裝置用表面安裝封裝例如具有如下構(gòu)造。即，形成有功率MOSFET的半導(dǎo)體芯片以其主面朝上的狀態(tài)而搭載在與漏極引線一體形成的芯片墊部之上，且經(jīng)由Ag膏的等導(dǎo)電性接著劑而黏接到芯片墊部上。在半導(dǎo)體芯片的背面上，形成有連接于功率MOSFET的漏極的漏極電極。另一方面，在半導(dǎo)體芯片的主面上，形成有源極墊與柵極墊。為了降低功率MOSFET的導(dǎo)通電阻，源極墊是以相比柵極墊較大的面積所構(gòu)成。源極墊與柵極墊分別經(jīng)由Au線而與引線電性連接。而且，這些構(gòu)件(芯片墊部、半導(dǎo)體芯片、Au線、引線)利用模鑄樹脂而密封。
在技術(shù)論文 11th Symposium on " Microjoining and Assembly Technology inElectronics" ,pp233-238, (2005.2)(非專利文獻(xiàn)1)中，報告了如下內(nèi)容作為功率半導(dǎo)體裝置用的導(dǎo)電性接著劑，對在現(xiàn)有的Ag膏中混合有Ag納米粒子而形成的納米復(fù)合Ag膏材料的使用進(jìn)行了研究。
而且，日本專利特開2005-277168號公報(專利文獻(xiàn)1)中揭示有一種功率半導(dǎo)體裝置用封裝，其利用由銅或銅合金所構(gòu)成的板狀的夾具將半導(dǎo)體芯片的源極墊與引線加以電性連接而形成。此專利文獻(xiàn)中所揭示的封裝是利用導(dǎo)電性接著劑將源極墊與夾具、以及引線與夾具分別黏接在一起。此導(dǎo)電性接著劑的特征在于在黏合樹脂中含有由具有塑性的鋁或銦等組成的導(dǎo)電性粒子，因黏接而導(dǎo)致的塑性變形前的所述導(dǎo)電性接著劑
7的至少一部分的粒徑，具有被黏接的源極墊與夾具的間隙距離、及引線與夾具的間隙距離的最大值以上的尺寸。
專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2005-277168號公報
非專禾ll文獻(xiàn) 1: llth Symposium on " Microjoining and Assembly Technology inElectronics" ,pp233-238， (2005.2)

發(fā)明內(nèi)容
近年來，隨著功率半導(dǎo)體裝置的高性能化，要求進(jìn)一步降低功率MOSFET的導(dǎo)通電阻。因此，以前，對于以具有可撓性的金屬帶(metal ribbon)將經(jīng)由Au線而電性連接的源極墊與引線加以連接的情況進(jìn)行了研究。此金屬帶例如是由厚度為數(shù)百微米(^m)左右的Al箔或Cu箔等所構(gòu)成，其寬度隨著源極墊的寬度而有所不同，但一般為1 mm左右。因此，通過金屬帶將源極墊與引線加以連接，從而與通過Au線將源極墊與引線加以連接的情況相比，可大幅降低源電阻(source resistance)。
為了將金屬帶連接到源極墊和引線上，使用了利用有超聲波振動的楔焊(wedgebonding)法。然而，金屬帶焊接時施加到源極墊表面的超聲波振動能量，遠(yuǎn)大于Au線焊接時施加到源極墊表面的超聲波振動能量(一般為5 W 10W左右)。因此，當(dāng)利用金屬帶來連接源極墊與引線時，介在于半導(dǎo)體芯片和芯片墊部之間的Ag膏等的導(dǎo)電性接著劑會因超聲波振動能量而受到損傷。其結(jié)果產(chǎn)生如下不良情況導(dǎo)電性接著劑的接著強(qiáng)度會降低；或者在金屬帶焊接時硅芯片會從芯片墊部剝離；或者導(dǎo)電性接著劑的導(dǎo)電率會降低等。
本發(fā)明的目的在于提供一種使得介在于半導(dǎo)體芯片和芯片墊部之間的導(dǎo)電性接著劑的接合可靠性提高的技術(shù)。
本發(fā)明的其它目的在于提供一種推進(jìn)功率半導(dǎo)體裝置大容量化的技術(shù)。本發(fā)明的所述以及其它目的和新穎特征可根據(jù)本說明書的記述及附圖而明確了解。本申請案所揭示的發(fā)明中，對代表性內(nèi)容的概要的簡單說明如下所述。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包含引線框，其具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線；半導(dǎo)體芯片，其以面朝上(faceup)方式搭載在所述芯片墊部上，且在主面上具有第一墊；導(dǎo)電體，其將所述第一引線與所述第一墊加以電性連接及樹脂封裝，其將所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體和所述第一引線的內(nèi)部引線部加以密封且在所述引線框的表面上，形成有將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的第一多孔質(zhì)金屬層；所述芯片墊部與所述半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由Ag膏而黏接在一起。
8本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包含以下步驟(a)準(zhǔn)備具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線的引線框，并在所述引線框的表面上，形成將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的第一多孔質(zhì)金屬層；(b)準(zhǔn)備在主面上具有第一墊的半導(dǎo)體芯片；(c)在將Ag膏供給于所述芯片墊部上之后，以面朝上方式將所述半導(dǎo)體芯片搭載在所述芯片墊部上；(d)在所述(c)步驟之后，使所述Ag膏固化，以此將所述芯片墊部與所述半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由所述Ag膏而黏接在一起(e)在所述(d)步驟之后，通過導(dǎo)電體將所述第一引線與所述第一墊加以電性連接；及(f)在所述(e)步驟之后，對所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體和所述第一引線的內(nèi)部引線部加以樹脂密封。
1A、 1B、 1C半導(dǎo)體裝置(S0P8)
2模鑄樹脂
3A、 3B硅芯片
4D芯片墊部
5Ag膏
5AAg填料
5B環(huán)氧樹脂漏極電極
7源極墊(源極電極)
8柵極墊
9A、9BAg納米粒子涂膜(多孔質(zhì)
10Al帶
11Au線
12硅晶片
14Ag膏
15襯墊樹脂
20n+型單晶硅基板
21n—型單晶硅層
22P型井
23氧化硅膜
24槽
25氧化硅膜(柵極氧化膜)
26A多晶硅膜(柵極電極)
26B柵極引出電極
27p-型半導(dǎo)體區(qū)域
28P型半導(dǎo)體區(qū)域
29n+型半導(dǎo)體區(qū)域(源極)
30、31氧化硅膜
32、33連接孔
34柵極配線
35p+型半導(dǎo)體區(qū)域
36、37、 38Al配線
40銅條
41分配器
42注射器
44楔形工具
45帶導(dǎo)向件
46切刀
1148芯片焊接平臺
49焊接夾頭
L引線
Ld漏極引線
LF引線框
Lg柵極引線
源極引線
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。另外，在用以說明實(shí)施形態(tài)的所有 圖中，對于相同的構(gòu)件，原則上標(biāo)注相同的符號，并省略其重復(fù)的說明。而且，在以下 的實(shí)施形態(tài)中，除了特別必要時以外，原則上不重復(fù)進(jìn)行同一或者同樣的部分的說明。
(實(shí)施形態(tài)1)


圖1 圖5是表示本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置的示圖，圖l是表示外觀的俯視圖，圖 2是表示外觀的側(cè)視圖，圖3是表示內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖，圖4是沿著圖3的A-A線的剖 面圖，圖5是沿著圖3的B-B線的剖面圖。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置1A是作為小型表面安裝封裝的一種的SOP8所應(yīng)用的裝 置。在由環(huán)氧系樹脂所構(gòu)成的模鑄樹脂2的外部，露出有構(gòu)成SOP8的外部連接端子的 八條引線L的外部引線部。在圖1所示的引線L中，從第一條引線到第三條引線是源極 引線Ls，第四條引線是柵極引線Lg，從第五條引線至第八條引線是漏極引線Ld。
在模鑄樹脂2的內(nèi)部，密封有例如具有長邊X短邊-3.9mmX2.2mm的平面尺寸的 硅芯片3A。在此硅芯片3A的主面上，形成有功率MOSFET，此功率MOSFET使用于 例如便攜式信息設(shè)備的電力控制開關(guān)或充放電保護(hù)電路開關(guān)等。關(guān)于此功率MOSFET 的構(gòu)成，將于以下敘述。
硅芯片3A是以其主面朝上的狀態(tài)而搭載在與四條漏極引線Ld (第五條引線 第八 條引線)一體形成的芯片墊部4D上。在硅芯片3A的背面上，形成有連接于功率MOSFET 的漏極的漏極電極6，在此漏極電極6的表面上，形成有Ag納米粒子涂膜(第二多孔 質(zhì)金屬層)9A。另一方面，芯片墊部4D和八條引線L (第一條引線 第八條引線)是 由銅所構(gòu)成，在它們的全體表面或者一部分表面上，形成有Ag納米粒子涂膜(第一多 孔質(zhì)金屬層)9B。而目.，在兩層Ag納米粒子涂膜9A、 9B之間，形成有Ag膏5。艮P ， 硅芯片3A的漏極電極6與芯片墊部4D是通過兩層Ag納米粒子涂膜9A、 9B和介在于它們之間的Ag膏5而彼此接合。
在硅芯片3A的主面上，形成有源極墊(源極電極)7和柵極墊8。源極墊7和柵極 墊8是由形成在硅芯片3A最上層的Al合金膜所構(gòu)成。為了降低功率MOSFET的導(dǎo)通 電阻，源極墊7是以相比柵極墊8較大的面積所構(gòu)成?；谕瑯拥睦碛?，硅芯片3A的 背面的整個面構(gòu)成功率MOSFET的漏極電極6。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置1A中，三條源極引線Ls (第一條引線 第三條引線)在 模鑄樹脂2的內(nèi)部連結(jié)，此連結(jié)的部分與源極墊7是通過Al帶10而電性連接。Al帶 10的厚度為0.1 mm左右，寬度為lmm左右。為了降低功率MOSFET的導(dǎo)通電阻，較 理想的是使Al帶10的寬度接近源極墊7的寬度從而增大Al帶10與源極墊7的接觸面 積。另一方面， 一條柵極引線Lg (第四條引線)與柵極墊8是通過一條Au線11而電 性連接。
圖6是將硅芯片3A與芯片墊部4D的接合部放大表示的剖面圖。硅芯片3A的背面 上形成有漏極電極6，此漏極電極6的表面上形成有Ag納米粒子涂膜9A。同樣，芯片 墊部4D的表面上形成有Ag納米粒子涂膜9B。漏極電極6例如是由從靠近硅芯片3A 處起依次積層有Ti膜、Ni膜、Au膜而成的金屬膜所構(gòu)成，最表面的Au膜例如是以100 nm 5 pm的膜厚所形成。而且，Ag納米粒子涂膜9A、 9B各自的膜厚例如為100 rnn 10 (_im。
另一方面，介在于Ag納米粒子涂膜9A、 9B之間的Ag膏5是由將Ag填料5A混 入到環(huán)氧樹脂5B中而成的導(dǎo)電性樹脂所構(gòu)成，其膜厚例如為10nm 20pm。而且，Ag 膏5中的Ag填料5A的含量為65 wt% 98 wt%。如果Ag填料5A的含量小于65 wt%, 則電性導(dǎo)通特性不充分，如果所述含量大于98wt呢，則接著特性會下降。
此處，Ag膏5中所含的Ag填料5A的平均粒徑例如為0.5pm 50nm，與此相對， 構(gòu)成Ag納米粒子涂膜9A、 9B的Ag粒子的平均粒徑例如為1 nm 50 nm，從而其具有 與Ag填料5A相比非常微細(xì)的特征。而且，Ag納米粒子涂膜9A、 9B成為微細(xì)的Ag 粒子彼此熔合、凝集而粗大化的多孔質(zhì)構(gòu)造，且成為膜表面的凹凸也顯著而富有起伏的 膜。因此，與Ag納米粒子涂膜9A、 9B各自的界面相接觸的區(qū)域的Ag膏5，是在環(huán)氧 樹脂5B侵入到Ag納米粒子涂膜9A、 9B的孔內(nèi)的狀態(tài)下固化。由此，在環(huán)氧樹脂5B 的錨定效果(anchor effect)的作用下，硅芯片3A的漏極電極6與Ag膏5、以及芯片 墊部4D與Ag膏5分別被牢固地接合在一起，從而硅芯片3A與芯片墊部4D的界面剝 離得到抑制。
而且，本實(shí)施形態(tài)的SOP8不僅在搭載有硅芯片3A的芯片墊部4D的上表面、而且在芯片墊部4D的背面及八條引線L各自的整個表面上，均形成有Ag納米粒子涂膜9B。 因此，與Ag納米粒子涂膜9B的界面相接觸的區(qū)域的模鑄樹脂2是在侵入到Ag納米粒 子涂膜9B的孔內(nèi)的狀態(tài)下固化。由此，利用模鑄樹脂2的錨定效果，芯片墊部4D的背 面與模鑄樹脂2、以及封裝內(nèi)部的引線L與模鑄樹脂2分別被牢固地接合在一起，從而 芯片墊部4D的背面與模鑄樹脂2的界面剝離、以及引線L與模鑄樹脂2的界面剝離也 得到抑制。
接著，對形成在所述硅芯片3A上的功率MOSFET進(jìn)行簡單說明。圖7是表示作為 功率MOSFET的一例的n通道型的溝槽柵極型功率MOSFET的硅芯片3A的主要部分 剖面圖。
在n+型單晶硅基板20的主面上，利用外延生長法而形成有n—型單晶硅層21。 n+型 單晶硅基板20和n—型單晶硅層21構(gòu)成一功率MOSFET的漏極。
在n-型單晶硅層21的一部分上，形成有P型井22。而且，在n—型單晶硅層21的表 面的一部分上，形成有氧化硅膜23，在另一部分上形成有多個槽24。在iT型單晶硅層 21的表面中的被氧化硅膜23所覆蓋的區(qū)域構(gòu)成元件分離區(qū)域，形成有槽24的區(qū)域構(gòu)成 元件形成區(qū)域(主動區(qū)域)。槽24的平面形狀是四角形、六角形、八角形等的多角形或 者朝一方向延伸的條紋狀(未圖示)。
在槽24的底部和側(cè)壁上，形成有構(gòu)成功率MOSFET的柵極氧化膜的氧化硅膜25。 而且，在槽24的內(nèi)部，埋入有構(gòu)成功率MOSFET的柵極電極的多晶硅膜26A。另一方 面，在氧化硅膜23的上部，形成有由多晶硅膜所構(gòu)成的柵極引出電極26B,所述多晶 硅膜是以與構(gòu)成所述柵極電極的多晶硅膜26A相同的步驟堆積而成。柵極電極(多晶硅 膜26A)與柵極引出電極26B在未圖示的區(qū)域中電性連接。
在元件形成區(qū)域的n—型單晶硅層21上，形成有相比槽24較淺的p—型半導(dǎo)體區(qū)域 27。此p-型半導(dǎo)體區(qū)域27構(gòu)成一功率MOSFET的通道層。在P—型半導(dǎo)體區(qū)域27的上 部，形成有相比P—型半導(dǎo)體區(qū)域27的雜質(zhì)濃度較高的p型半導(dǎo)體區(qū)域28,且在p型半 導(dǎo)體區(qū)域28的上部，形成有n+型半導(dǎo)體區(qū)域29。 p型半導(dǎo)體區(qū)域28構(gòu)成一功率MOSFET 的穿通阻止層(punchthrough stopper layer), n+型半導(dǎo)體區(qū)域29構(gòu)成源極。
在形成有所述功率MOSFET的元件形成區(qū)域的上部、及形成有柵極引出電極26B 的元件分離區(qū)域的上部，形成有兩層氧化硅膜30、 31。在元件形成區(qū)域上，形成有貫穿 氧化硅膜31、 30、 p型半導(dǎo)體區(qū)域28和n+型半導(dǎo)體區(qū)域29而到達(dá)p—型半導(dǎo)體區(qū)域27 的連接孔32。而且，在元件分離區(qū)域上，形成有貫穿氧化硅膜31、 30而到達(dá)柵極引出 電極26B的連接孔33。在包含連接孔32、 33內(nèi)部的氧化硅膜31的上部，形成有由薄的TiW (鈦鎢)膜和 厚的Al膜的積層膜所構(gòu)成的源極墊7及柵極配線34。形成在元件形成區(qū)域上的源極墊 7是穿過連接孔32而電性連接于功率MOSFET的源極(n+型半導(dǎo)體區(qū)域29)。在此連接 孔32的底部，形成有用以使源極墊7與p -型半導(dǎo)體區(qū)域27歐姆接觸的P +型半導(dǎo)體區(qū) 域35。而且，形成在元件分離區(qū)域上的柵極配線34是經(jīng)由連接孔33下部的柵極引出電 極26B而連接于功率MOSFET的柵極電極(多晶硅膜26A)。
在源極墊7上，經(jīng)楔焊法而電性連接有Al帶IO的一端。為了緩和焊接A1帶10時 功率MOSFET所受到的沖擊，較理想的是將源極墊7在氧化硅膜32、 33上部的厚度設(shè) 為3 pm以上。
圖8是表示包含形成在硅芯片3A上的源極墊7、柵極墊8和柵極配線34在內(nèi)的最 上層的導(dǎo)電膜與下層的柵極電極(多晶硅膜26A)的俯視圖。柵極配線34電性連接于 柵極墊8，源極墊7電性連接于Al配線36。而且，在硅芯片3A的外周部，形成有Al 配線37、 38。柵極墊8和A1配線36、 37、 38是由與源極墊7和柵極配線34相同層的 導(dǎo)電膜(TiW膜與Al膜的積層膜)所構(gòu)成。在實(shí)際的硅芯片3A中，柵極配線34和Al 配線36、 37、 38是由未圖示的表面保護(hù)膜所覆蓋，因此在硅芯片3A的表面上僅露出有 所述最上層的導(dǎo)電膜中的源極墊7與柵極墊8。另外，在圖7所示的例中，由于是將形 成有柵極電極(多晶硅膜26A)的槽24的平面形狀設(shè)為四角形，所以柵極電極(多晶 硅膜26A)的平面形狀也成為四角形。
接著，對以所述方式構(gòu)成的SOP8 (半導(dǎo)體裝置1A)的制造方法進(jìn)行說明。圖9表 示構(gòu)成芯片墊部4D與引線L的引線框的制造流程。為了制造引線框，首先，準(zhǔn)備如圖 10所示的引線框用的銅條40。圖10(a)是巻繞成螺旋狀的銅條40的整體圖，圖10(b) 是表示其一部分的俯視圖。銅條40例如是由厚度為100 pm 150 pm左右的銅板或銅合 金板所構(gòu)成。
然后，在此銅條40的整個面上形成膜厚為100 rnn 10 左右的Ag納米粒子涂膜 9B。具體而言，調(diào)制出使Ag納米粒子分散于揮發(fā)性有機(jī)溶劑或純水等中的分散液，并 利用浸漬法或噴涂法等將所述分散液粘附到銅條40的整個面上。此時，也可以向分散 液中添加有機(jī)樹脂等而調(diào)節(jié)粘度。
接下來，在250'C 400。C的大氣中對所述銅條40進(jìn)行加熱、煅燒。由此，分散液 中的溶劑及樹脂成分消失，Ag納米粒子彼此開始熔合，同時與銅條40的表面開始熔合。 在此加熱、煅燒步驟中，并非進(jìn)行積極的加壓處理，因此即便隨著煅燒處理溫度的上升 或者時間的經(jīng)過而使Ag納米粒子彼此的熔合不斷推進(jìn)，Ag納米粒子涂膜9B也不會致200910005255.6
密化。因此，煅燒后的Ag納米粒子涂膜9B成為在表面或內(nèi)部形成有許多微細(xì)孔的多孔 膜。而且，與銅條40接觸的界面成為局部金屬接合的狀態(tài)。
其次，在氫氣體環(huán)境中對銅條40進(jìn)行還原處理，以此將所述加熱、煅燒步驟中所 生成的銅條40表面的氧化層去除，再對銅條40進(jìn)行壓制成形，形成如圖ll所示的引 線框LF。這樣，根據(jù)在銅條40的表面直接形成Ag納米粒子涂膜9B的方法，還具有以 下優(yōu)點(diǎn)，即，可省略在通常的引線框的制造步驟中對銅條40表面進(jìn)行鍍敷處理的步驟。
另一方面，與所述引線框LF的制造并行，根據(jù)圖12所示的制造流程，在硅芯片 3A的背面形成Ag納米粒子涂膜9A。具體而言，首先，準(zhǔn)備如圖13 (a)所示的在背面 形成有漏極電極6的硅晶片12。在此硅晶片12的主面上，按照晶片處理過程(wafer process)而形成如圖7所示的功率MOSFET，且在背面上，依次蒸鈹Ti膜、Ni膜、Au 膜而形成漏極電極6。
接著，如圖13(b)所示，利用旋涂法等在硅晶片12的整個背面形成膜厚為100 nm 10 prn左右的Ag納米粒子涂膜9A。 Ag納米粒子涂膜9A的原料可使用與所述Ag納米 粒子涂膜9B的原料(分散液)相同的原料。
接著，在250。C 40CrC的大氣中對所述硅晶片12進(jìn)行加熱、煅燒。由此，分散液 中的溶劑及樹脂成分消失，Ag納米粒子彼此開始熔合，同時與漏極電極6的表面開始 熔合。在此加熱、煅燒步驟中，并非進(jìn)行積極的加壓處理，因此即便隨著煅燒處理溫度 的上升或時間的經(jīng)過而使Ag納米粒子彼此的熔合不斷推進(jìn)，Ag納米粒子涂膜9A也不 會致密化。因此，煅燒后的Ag納米粒子涂膜9A成為在表面或內(nèi)部形成有許多微細(xì)孔 的多孔膜。而且，與漏極電極6接觸的界面成為局部金屬接合的狀態(tài)。
其次，利用藥液或純水來清洗硅晶片12,以此將在所述加熱、煅燒步驟中生成的氧 化層等異物去除，接著如圖13 (c)所示，使用金剛石刀片等對硅晶片12進(jìn)行切割，從 而獲得在漏極電極6的表面形成有Ag納米粒子涂膜9A的硅芯片3A。
圖14是表示包含所述圖9和圖12所示的制造流程的SOP8 (半導(dǎo)體裝置1A)的全 體制造流程的示圖。
為了將硅芯片3A搭載在以所述方法而制造的引線框LF的芯片墊部4D上，首先， 如圖15所示，將Ag膏5填充到分配器41的注射器42內(nèi)，且如圖16所示，將Ag膏5 供給到引線框LF的芯片墊部4D上。接著，如圖17所示，將主面朝上的硅芯片3A按 壓到芯片墊部4D上。此時，Ag膏5中所含的未固化的液狀環(huán)氧樹脂的一部分會浸入到 Ag納米粒子涂膜9A、 9B的微細(xì)的孔內(nèi)。
然后，以200'C左右的溫度對引線框LF進(jìn)行加熱以使Ag膏5固化。當(dāng)進(jìn)行此固化
16處理時，Ag膏5中的環(huán)氧樹脂在其一部分進(jìn)入到Ag納米粒子涂膜9A、 9B的微細(xì)的孔 內(nèi)的狀態(tài)下固化。因此，在Ag納米粒子涂膜9A、 9B與Ag膏5的界面上機(jī)械錨定效果 會發(fā)揮作用，從而硅芯片3A與芯片墊部4D經(jīng)由Ag納米粒子涂膜9A、 9B及Ag膏5 而牢固地密著。而且，在Ag納米粒子涂膜9A與漏極電極6的界面、以及Ag納米粒子 涂膜9B與芯片墊部4D的界面上分別形成有金屬鍵，所以這些界面的接著強(qiáng)度會增強(qiáng)， 同時電阻會降低。
其次，通過使用有超聲波的楔焊法來將Al帶10焊接到硅芯片3A的源極墊7與源 極引線Ls上。
圖18是表示Al帶10的焊接中所使用的楔形工具的前端部附近的側(cè)視圖。如圖所 示，在楔形工具44的其中一個側(cè)面上，安裝有帶導(dǎo)向件45，以將穿過此帶導(dǎo)向件45中 的Al帶10送出到楔形工具44的前端部。而且，在楔形工具44的另一個側(cè)面上，以可 上下移動的方式安裝有對已送出到楔形工具44前端部的Al帶IO進(jìn)行切斷的切刀46。
為了使用所述楔形工具44而將Al帶IO焊接到硅芯片3A與源極引線Ls上，首先， 如圖19所示，將從帶導(dǎo)向件45送出的Al帶10的前端部定位到硅芯片3A的源極墊7 上，然后將楔形工具44的底面壓接到Al帶IO上并施加超聲波振動。由此，與楔形工 具44的底面接觸的區(qū)域的Al帶10會接合于源極墊7的表面。
接著，如圖20所示，在使楔形工具44移動后，再一次將其底面壓接到Al帶10上 并施加超聲波振動。由此，與楔形工具44的底面接觸的區(qū)域的Al帶IO會接合于源極 墊7的表面。這樣，在源極墊7的二個部位對Al帶IO進(jìn)行楔焊，以此可確保Al帶lO 與源極墊7的連接面積。
接著，如圖21所示，使楔形工具44進(jìn)一步移動，將其底面的中心定位到源極引線 Ls的中心，然后將楔形工具44的底面壓接到源極引線Ls上的Al帶10上并施加超聲波 振動。由此，與楔形工具44的底面接觸的區(qū)域的Al帶10會接合于源極引線Ls的表面。
接著，如圖22所示，將切刀46定位到源極引線Ls的端部上并使此切刀46下降。 由此，未接合于源極引線Ls的區(qū)域的Al帶10會被切斷，從而Al帶10連接于源極墊7 與源極引線Ls。
根據(jù)以上所述，在將Al帶10焊接到硅芯片3A與源極引線Ls上之后，如圖23所 示，通過利用有熱與超聲波的球形焊接法而將Au線11焊接到硅芯片3A的柵極墊8與 柵極引線Lg上。
其次，使用模鑄模具，利用模鑄樹脂2將硅芯片3A (及芯片墊部4D、 Al帶10、 Au線ll、引線L的內(nèi)部引線部)加以密封(圖24)。在此模鑄步驟中，構(gòu)成模鑄樹脂2
17的環(huán)氧樹脂在其一部分進(jìn)入到形成于引線L表面上的Ag納米粒子涂膜9B的微細(xì)孔內(nèi) 的狀態(tài)下固化。因此，在Ag納米粒子涂膜9B與模鑄樹脂2的界面上機(jī)械錨定效果會發(fā) 揮作用，從而引線L與模鑄樹脂2經(jīng)由Ag納米粒子涂膜9B而牢固地密著。
然后，將露出到模鑄樹脂2外部的引線L的無用部分切斷、去除之后，使引線L成 形為鷗翼狀(gullwing)，最后，經(jīng)過判別產(chǎn)品良否的分選步驟而完成SOP8 (半導(dǎo)體裝 置1A)。
這樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，在硅芯片3A的背面上形成Ag納米粒子涂膜9A，在芯片 墊部4D及引線L的表面上形成Ag納米粒子涂膜9B，由此可強(qiáng)化硅芯片3A與芯片墊 部4D的密著力。
另外，本實(shí)施形態(tài)是在引線框LF (芯片墊部4D和引線L)的表面上形成Ag納米 粒子涂膜9B，且在硅芯片3A的背面的漏極電極6上形成Ag納米粒子涂膜9A的，但 為了簡化制造步驟，也可以省略在漏極電極6的表面上形成Ag納米粒子涂膜9A的步 驟。在此情況下，硅芯片3A與芯片墊部4D的密著力會稍有降低，但相比僅利用Ag膏 5來將硅芯片3A與芯片墊部4D加以接合的背景技術(shù)仍可獲得較牢固的密著力。而且， 引線L與模鑄樹脂2是經(jīng)由Ag納米粒子涂膜9B而牢固地密著，因此相比背景技術(shù)可 獲得較牢固的密著力。
而且，本實(shí)施形態(tài)是使用銅來作為引線框LF的材料，但也可使用例如Fe-Ni合金。 在此情況下，以所述方法在Fe-Ni合金的表面上直接形成Ag納米粒子涂膜9B,由此也
可獲得同樣的效果。 (實(shí)施形態(tài)2)
圖25是表示本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖，圖26是沿著圖25的 C-C線的剖面圖。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置1B是與所述實(shí)施形態(tài)1同樣地應(yīng)用于SOP8的裝置，但 與所述實(shí)施形態(tài)1的SOP8的不同點(diǎn)在于，并未使用Ag膏5而是將硅芯片3A與芯片墊 部4D直接接合。而且，引線L與源極墊7并非利用Al帶10、而是利用多條Au線11 來電性連接。
艮卩，硅芯片3A是以其主面朝上的狀態(tài)而搭載在與漏極引線Ld —體形成的芯片墊部 4D上。在硅芯片3B的背面上，形成有連接于功率MOSFET的漏極的漏極電極6，在此 漏極電極6的表面上，形成有Ag納米粒子涂膜9A。另一方面，芯片墊部4D和八條引 線L是由銅或銅合金所構(gòu)成，在它們的表面上形成有Ag納米粒子涂膜9B。并月.，硅芯 片3A的背面(漏極電極6)與芯片墊部4D是通過兩層的Ag納米粒子涂膜9A、 9B而
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彼此接合在一起。
在硅芯片3A的主面上，形成有源極墊(源極電極)7和柵極墊8。源極墊7和柵極 墊8是由形成在硅芯片3A最上層的Al合金膜所構(gòu)成。為了降低功率MOSFET的導(dǎo)通 電阻，源極墊7是以相比柵極墊8較大的面積所構(gòu)成。基于同樣的理由，硅芯片3A的 背面的整個面構(gòu)成功率MOSFET的漏極電極6。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置1B中，三條源極引線Ls (第一條引線 第三條引線)在 模鑄樹脂2的內(nèi)部連結(jié)，此連結(jié)的部分與源極墊7是通過多條Au線11而電性連接。另 一方面， 一條柵極引線Lg與柵極墊8是通過一條Au線11而電性連接。
接著，根據(jù)圖27的制造流程圖來說明以所述方式構(gòu)成的SOP8 (半導(dǎo)體裝置1A) 的制造方法。
首先，以與所述實(shí)施形態(tài)1同樣的方法，在引線框LF的表面上形成Ag納米粒子涂 膜9B，且在硅芯片3A的背面(漏極電極6)上形成Ag納米粒子涂膜9A。此前的步驟 與所述實(shí)施形態(tài)1中所說明的步驟相同。
接著，如圖28所示，將引線框LF載置于包含加熱機(jī)構(gòu)(未圖示)的芯片焊接平臺 48上，且以250 35(TC的溫度進(jìn)行加熱。然后，利用焊接夾頭49來吸附、保持主面朝 上的硅芯片3A并將其載置于芯片墊部4D上之后，利用焊接夾頭49將硅芯片3A按壓 到芯片墊部4D上。
這樣，通過將硅芯片3A熱壓接到芯片墊部4D上，使得表面或者內(nèi)部形成有許多 微細(xì)孔的多孔的Ag納米粒子涂膜9A、 9B互相侵入到彼此的內(nèi)部，從而在兩者的界面 上產(chǎn)生機(jī)械錨定效果，因此硅芯片3A與芯片墊部4D經(jīng)由Ag納米粒子涂膜9A、 9B而 牢固地著。而且，Ag納米粒子涂膜9A與漏極電極6的界面、以及Ag納米粒子涂膜9B 與芯片墊部4D的界面上分別形成有金屬鍵，所以這些界面的接著強(qiáng)度會增強(qiáng)，同時電 阻會降低。
其次，通過利用有熱與超聲波的球形焊接法，將Au線11焊接到硅芯片3A的源極 墊7與源極引線Ls之間、以及柵極墊8與柵極引線Lg之間。代替Al帶10而利用Au 線11來連接源極墊7與源極引線Ls的理由是，為了減小對硅芯片3A的背面(漏極電 極6)與芯片墊部4D的接合面所造成的損傷。即，Al帶10焊接時施加到源極墊7表面 的超聲波振動能量，遠(yuǎn)大于Au線11焊接時施加到源極墊7表面的超聲波振動能量。而 且.，在未使用Ag膏5的本實(shí)施形態(tài)中，硅芯片3A的背面(漏極電極6)與芯片墊部 4D是經(jīng)由薄的Ag納米粒子涂膜9A、 9B而密著。之所以如此，其原因在于，如果利用 Al帶10來連接源極墊7與源極引線Ls,則Ag納米粒子涂膜9A、 9B的接合面上會受
19到較大的損傷，從而導(dǎo)致兩者的密著力降低。
隨后，使用模鑄模具，利用模鑄樹脂2將硅芯片3A (及芯片墊部4D、 Au線ll、 引線L的內(nèi)部引線部)加以密封。在此模鑄步驟中，構(gòu)成模鑄樹脂2的環(huán)氧樹脂在其一 部分進(jìn)入到形成于引線L表面上的Ag納米粒子涂膜9B的微細(xì)孔內(nèi)的狀態(tài)下固化。因 此，在Ag納米粒子涂膜9B與模鑄樹脂2的界面上機(jī)械錨定效果會發(fā)揮作用，從而引線 L與模鑄樹脂2經(jīng)由Ag納米粒子涂膜9B而牢固地密著。
然后，在將露出到模鑄樹脂2外部的引線L的無用部分切斷、除去之后，使引線L 成形為鷗翼狀，最后，經(jīng)過判別產(chǎn)品良否的分選步驟而完成半導(dǎo)體裝置1B。
這樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的制造方法，由于無需將Ag膏5供給于芯片墊部4D上的 步驟，所以可簡化制造步驟。
而且，本實(shí)施形態(tài)是在引線框LF (芯片墊部4D和引線L)的表面上形成Ag納米 粒子涂膜9B，且在硅芯片3A的背面的漏極電極6上形成Ag納米粒子涂膜9A，但為了 進(jìn)一步簡化制造步驟，也可以省略在漏極電極6的表面上形成Ag納米粒子涂膜9A的 步驟、或者在引線框LF的表面上形成Ag納米粒子涂膜9B的步驟的任一方。 (實(shí)施形態(tài)3)
圖29是本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置1C是將背面 不具有漏極電極的硅芯片3C搭載在芯片墊部4D上的裝置，其特征在于，并未使用焊錫 材料或Ag膏5，而是將硅芯片3C與芯片墊部4D直接接合。另外，與所述實(shí)施形態(tài)1 的半導(dǎo)體裝置ia的不同點(diǎn)在于，硅芯片3C的尺寸大于所述實(shí)施形態(tài)1的硅芯片3A的 尺寸。即，所述實(shí)施形態(tài)1中硅芯片3A的長邊的尺寸小于4mm，而本實(shí)施形態(tài)中硅芯 片3B的長邊的尺寸大于4mm。因此，芯片尺寸增大，從而與所述實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體 裝置1A相比，功率mosfet的容量會相應(yīng)地增大。
以前，對于使用有背面不具有漏極電極的硅芯片的功率半導(dǎo)體裝置而言，是通過在 鍍Au的引線框的芯片墊部上形成Au-Si共晶合金層而將硅芯片搭載在芯片墊部上。然 而，Au-Si共晶合金的共晶點(diǎn)為363°C,在考慮到量產(chǎn)性的情況下，需要41(TC 47(TC 左右的焊接溫度，因此對功率元件所造成的熱損傷較大。而且，Au-Si共晶合金層也被 稱作硬焊料(hard solder),其硬度非常高，因此在考慮到硅芯片與芯片墊部的熱膨脹系 數(shù)差的情況下，難以將其應(yīng)用于尺寸大的硅芯片的焊接中。
因此，本實(shí)施形態(tài)中，與所述實(shí)施形態(tài)2同樣是使用Ag納米粒子涂膜9A、 9B來 將硅芯片3C搭載在芯片墊部4D上。具體而言，利用所述方法在硅芯片3C的背面上形 成Ag納米粒子涂膜9A，也在引線框LF的整個面上以所述方法而形成Ag納米粒子涂
20膜9B。并且，如所述圖28所示，將引線框LF載置于芯片焊接平臺48上，并以250 35(TC的溫度進(jìn)行加熱后，利用焊接夾頭49來吸附、保持主面朝上的硅芯片3C以將其 載置于芯片墊部4D上，且利用焊接夾頭49將硅芯片3C向下方按壓。此時的負(fù)載例如 為50g 80g,時間為5 msec 20 msec。而且，在對引線框LF進(jìn)行加熱時，為了防止 其表面氧化，較理想的是例如在氮等惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱。
這樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的制造方法，能夠以相比Au-Si共晶合金層的共晶點(diǎn)(363 °C)較低的溫度來對硅芯片3C進(jìn)行芯片焊接，因此可減輕對形成在硅芯片3C上的功率 MOSFET所造成的熱損傷。并且，由于Ag納米粒子涂膜9A、 9B相比Au-Si共晶合金 層而言為低彈性，所以即便在應(yīng)用于尺寸較大的硅芯片3C的芯片焊接時，也可以確保 硅芯片3C與芯片墊部4D的接合可靠性。
另外，本實(shí)施形態(tài)中，為了進(jìn)一步簡化制造步驟，也可省略在硅芯片3C的背面上 形成Ag納米粒子涂膜9A的步驟、或者在引線框LF的表面上形成Ag納米粒子涂膜9B 的步驟的任一方。 (實(shí)施形態(tài)4)
圖30 圖32是表示本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置的示圖，圖30是表示表面?zhèn)鹊耐庥^的 俯視圖，圖31是表示背面?zhèn)鹊耐庥^的俯視圖，圖32是表示內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖。
本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置1D是應(yīng)用于作為小型表面安裝封裝的一種的HWSON8 的裝置。在由環(huán)氧系樹脂所構(gòu)成的模鑄樹脂2的底面上，露出有構(gòu)成HWSON8的外部 連接端子的八條引線L的外部引線部。在圖30所示的引線L中，從第一條引線到第二 條引線是源極引線Ls,第四條引線是柵極引線Lg，從第五條引線到第八條引線是漏極 引線Ld。
在模鑄樹脂2的內(nèi)部，密封有與所述實(shí)施形態(tài)1相同的形成有功率MOSFET的硅 芯片3A。硅芯片3A以其主面朝上的狀態(tài)搭載在與四條漏極引線Ld (第五條引線 第 八條引線) 一體形成的芯片墊部4D上。芯片墊部4D的背面是與八條引線L的外部引 線部同樣地從模鑄樹脂2的底面露出。芯片墊部4D和八條引線L (第一條引線 第八 條引線)是由銅或Fe-Ni合金所構(gòu)成，在它們的表面上形成有將Ni膜與Au膜積層所成 的兩層構(gòu)造的鍍敷層(未圖示)。
與所述實(shí)施形態(tài)1相同，在硅芯片3A的主面上，形成有源極墊(源極電極)7與 柵極墊8。并且，三條源極引線Ls (第一條引線 第三條引線)在模鑄樹脂2的內(nèi)部連 結(jié)，此連結(jié)的部分與源極墊7是通過Al帶10而電性連接。而且， 一條柵極引線Lg(第 四條引線)與柵極墊8是通過一條Au線11而電性連接。
21硅芯片3A的漏極電極6與芯片墊部4D是通過介在于它們之間的Ag膏14而彼此 接合。關(guān)于此Ag膏14的構(gòu)成，將于以下說明。
然而，像所述硅芯片3A那樣，當(dāng)通過A1帶10將源極引線Ls與源極墊7連接時， Al帶10焊接時會對源極墊7的表面施加有較大的超聲波振動能量。此超聲波振動能量 遠(yuǎn)大于Au線11焊接時所施加的超聲波振動能量(5W 10W左右)，因此會對介在于 漏極電極6和芯片墊部4D之間的Ag膏造成損傷。其結(jié)果導(dǎo)致硅芯片3A與芯片墊部4D 的接合強(qiáng)度降低，且根據(jù)情況，有時Ag膏上會產(chǎn)生龜裂而致使硅芯片3A從芯片墊部 4D上剝離。
因此，本發(fā)明者在對Ag膏的物性進(jìn)行了研究后結(jié)果發(fā)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)一種能夠經(jīng)受 住A1帶焊接時所施加的較大的超聲波振動能量的Ag膏，重要的因素是，使Ag膏中所 含的樹脂的彈性模數(shù)(elastic modulus)降低，且使導(dǎo)電性樹脂的剪切強(qiáng)度(shear strength) 最佳化。
一般而言，硅芯片的芯片焊接中所使用的Ag膏是由將Ag填料混入到熱固性環(huán)氧 樹脂中而成的導(dǎo)電性樹脂所構(gòu)成。因此，可將Ag膏中所使用的熱固性樹脂替換為熱固 性樹脂與低彈性模數(shù)的熱塑性樹脂的混合樹脂，從而可實(shí)現(xiàn)一種即便在Al帶焊接時所 施加的超聲波振動能量的作用下也難以劣化的Ag膏。
然而，由于熱塑性樹脂相比熱固性樹脂而言耐熱性較低，所以當(dāng)對包含熱塑性樹脂 的Ag膏施加高熱時，樹脂的塊體強(qiáng)度(bulk strength)會降低，其結(jié)果導(dǎo)致Ag膏上產(chǎn) 生龜裂，從而引起導(dǎo)電率及可靠性降低。特別是像本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體裝置ID (HWSON8),對于面積較大的芯片墊部4D從模鑄樹脂2的底面露出的封裝而言，在將 封裝安裝于配線基板上時的回流焊步驟中，對芯片墊部4D施加26(TC左右的高熱，因 此當(dāng)使用包含熱塑性樹脂的Ag膏時，樹脂的塊體強(qiáng)度容易降低。
本實(shí)施形態(tài)中所使用的Ag膏14是為了解決所述問題而開發(fā)，其特征在于，在向?qū)?Ag填料混入到作為基礎(chǔ)樹脂的熱固性樹脂(例如熱固性環(huán)氧樹脂)中所成的通常的Ag 膏中，添加具有8nm 20Hm、更優(yōu)選8 pm 10 pm的粒徑的由第二熱固性樹脂所構(gòu)成 的襯墊(spacer)樹脂。如果襯墊樹脂的粒徑小于8 tim，則難以確保能夠經(jīng)受住AI帶焊接 時的超聲波振動能量的Ag膏厚度。另一方面，如果襯墊樹脂的粒徑大于20pm，則Ag 膏的膜厚會變得過大，從而Ag膏中產(chǎn)生空隙(void)而致使接著強(qiáng)度降低。另外，襯 墊樹脂的彈性模數(shù)較理想的是4 GPa以下。
圖33是添加有襯墊樹脂的Ag膏14的制造流程圖。為了制造Ag膏14，首先，將 通常的Ag膏中所使用的Ag填料和熱固性樹脂(例如熱固性環(huán)氧樹脂)添加到溶劑中并調(diào)節(jié)粘度，然后利用輥進(jìn)行混煉。接著，對此混煉物進(jìn)行真空脫泡處理以將內(nèi)部的氣 泡去除后，添加例如具有10pm左右的粒徑的由第二熱固性樹脂(例如熱固性環(huán)氧樹脂) 所構(gòu)成的襯墊樹脂，并進(jìn)一步進(jìn)行混煉。在對襯墊樹脂進(jìn)行混煉時，為了防止其擠破或 者毀壞，應(yīng)避免使用輥來混煉，而要使用例如混合機(jī)來進(jìn)行混煉。由此，完成了添加有 具有10nm左右的粒徑的襯墊樹脂的Ag膏14。
圖34是使用有此Ag膏14的半導(dǎo)體裝置1D (HWSON8)的制造流程圖。將Ag膏 14供給于芯片墊部4D上的方法與所述圖15、圖16所示的方法相同，且與通常的供給 Ag膏的方法相比并無變化。而且，對于其它的制造步驟而言，也可直接使用以前的制 造步驟。
利用圖35來說明添加有所述襯墊樹脂的Ag膏14的效果。如圖的比較例所示，在 使將Ag填料填充到包含作為基礎(chǔ)樹脂的樹脂與溶劑的液狀樹脂中所成的Ag膏固化時， 由于液狀樹脂收縮的同時溶劑揮發(fā)，所以Ag膏的膜厚相比固化前變薄。在Ag膏的膜 厚變薄時，由Al帶焊接時的超聲波振動能量而引起的Ag膏的變形量增大，最大應(yīng)力變 大。此處，最大應(yīng)力是指施加到硅芯片3A、芯片墊部4D和介在于它們之間的Ag膏14 的各部上的應(yīng)力中的最大的應(yīng)力，通常，施加到硅芯片3A的端部與Ag膏14的接合部 上的應(yīng)力成為最大。
與此相對，對于添加有以所述方式構(gòu)成的襯墊樹脂15的本發(fā)明的Ag膏14而言， 在使包含作為基礎(chǔ)樹脂的樹脂與溶劑的液狀樹脂固化時，即便基礎(chǔ)樹脂有所收縮，預(yù)先 被固化的襯墊樹脂15也不會收縮，因此Ag膏14的膜厚不會變薄成為襯墊樹脂15的粒 徑以下。由此，Al帶焊接時施加到Ag膏14上的最大應(yīng)力減小，從而對于A1帶焊接時 所施加的超聲波振動的耐受性有所提高。而且，由于本實(shí)施形態(tài)的Ag膏14不含熱塑性 樹脂，所以具有如下特征即便在回流焊步驟中對芯片墊部4D施加高熱(約260°C)， 樹脂的塊體強(qiáng)度也難以降低。
圖36是表示Ag膏的厚度與Ag膏斷裂超聲波輸出間的關(guān)系的圖表。圖中的口 (方 形)標(biāo)記表示Ag膏的厚度為5 pm、 10nm、 20 pm時的Ag膏斷裂超聲波輸出。此處， 所謂Ag膏斷裂超聲波輸出，是指金屬帶焊接時Ag膏斷裂的超聲波輸出。而且，所謂 金屬帶焊接穩(wěn)定區(qū)域，是表示并未因金屬帶焊接時施加到Ag膏上的超聲波振動能量(5 W 10W左右)而導(dǎo)致Ag膏斷裂的區(qū)域。
根據(jù)此圖表可判斷，Ag膏厚度為5 nm時的Ag膏斷裂超聲波輸出位于金屬帶焊接 穩(wěn)定區(qū)域之外，故無法不讓Ag膏斷裂來實(shí)施金屬帶焊接。另一方面可判斷，Ag膏厚度 為10 ^ri、 15 pm時的Ag膏斷裂超聲波輸出位于金屬帶焊接穩(wěn)定區(qū)域之內(nèi)，故可不讓
23Ag膏斷裂而進(jìn)行金屬帶焊接。根據(jù)此結(jié)果，通過向Ag膏中添加襯墊樹脂15，可確保 Ag膏斷裂超聲波輸出位于金屬帶焊接穩(wěn)定區(qū)域之內(nèi)的Ag膏厚度。
圖37是表示Ag膏厚度與金屬帶焊接時施加到Ag膏上的最大應(yīng)力間的關(guān)系的圖表。 圖中的數(shù)值(5pm、 10pm、 20nm)分別表示Ag膏的厚度。而且，此處的芯片尺寸是 指與施加到Ag膏上的應(yīng)力方向平行的方向上的芯片邊長。根據(jù)此圖表而判斷，與芯片 尺寸無關(guān)，在Ag膏厚度為10 20pm時可減小最大應(yīng)力。
以上，根據(jù)實(shí)施形態(tài)對由本發(fā)明者所完成的發(fā)明進(jìn)行了具體的說明，但本發(fā)明并不 限定于所述實(shí)施形態(tài)，毫無疑問，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。
在所述實(shí)施形態(tài)中，對應(yīng)用于SOP8及HWSON8的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行了說明，而其 也可應(yīng)用于各種功率半導(dǎo)體用封裝中。另外，形成在硅芯片上的功率元件并不限定于功 率MOSFET，例如也可以是絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT) 等。
本發(fā)明中，作為襯墊樹脂，可使用環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂及聚酯樹 脂等。而且，這些樹脂的彈性模數(shù)較理想的是0.5 4GPa。 [產(chǎn)業(yè)上的可利用性]
本發(fā)明Bj利用于便攜式信息設(shè)備的電力控制開關(guān)或者充放電保護(hù)電路開關(guān)等中所
使用的功率半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包含引線框，其具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線；半導(dǎo)體芯片，其以面朝上方式搭載在所述芯片墊部上，且在主面上具有第一墊；導(dǎo)電體，其將所述第一引線與所述第一墊電性連接；及樹脂封裝，其將所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體和所述第一引線的內(nèi)部引線部加以密封；且在所述引線框的表面上，形成有將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的第一多孔質(zhì)金屬層；所述芯片墊部與所述半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由Ag膏而黏接在一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成所述第一多孔質(zhì)金屬層的所述納米粒子的平均粒徑為1 nm 50 nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于將所述第一引線與所述第一墊電性連接的所述導(dǎo)電體是金屬帶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片上形成有功率MOSFET，所述第一墊構(gòu)成所述功率MOSFET 的源極電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片的背面上，形成有所述功率MOSFET的漏極電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片的背面上，形成有將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的第二多孔質(zhì)金屬層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于-構(gòu)成所述第二多孔質(zhì)金屬層的所述納米粒子的平均粒徑為1 nm 50nm。
8. —種半導(dǎo)體裝置，其特征在于-包含引線框，其具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線； 半導(dǎo)體芯片，其以面朝上方式搭載在所述芯片墊部上，且在主面上具有第一墊； 導(dǎo)電體，其將所述第一引線與所述第一墊電性連接；及樹脂封裝，其將所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體和所述第一引線 的內(nèi)部引線部加以密封；且在所述引線框的表面和所述半導(dǎo)體芯片的背面的至少其中一者上，形成有將 Ag的納米粒子燒結(jié)所成的多孔質(zhì)金屬層；所述芯片墊部與所述半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由所述多孔質(zhì)金屬層而黏接在一起。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成所述多孔質(zhì)金屬層的所述納米粒子的平均粒徑為1 nm 50nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于將所述第一引線與所述第一墊電性連接的所述導(dǎo)電體是金屬線或金屬帶。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片上形成有功率MOSFET，所述第一墊構(gòu)成所述功率MOSFET 的源極電極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片的背面上，形成有所述功率MOSFET的漏極電極。
13. —種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包含引線框，其具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線； 半導(dǎo)體芯片，其以面朝上方式搭載在所述芯片墊部上，且在主面上具有第一墊； 導(dǎo)電體，其將所述第一引線與所述第一墊電性連接；及樹脂封裝，其將所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體和所述第一引線 的內(nèi)部引線部加以密封；且所述芯片墊部與所述半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由Ag膏而黏接在一起，所述Ag膏 含有Ag填料、作為基礎(chǔ)樹脂的第一熱固性樹脂、和具有8^un 20pm的粒徑的由 第二熱固性樹脂所構(gòu)成的襯墊樹脂。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于將所述第一引線與所述第一墊電性連接的所述導(dǎo)電體是金屬帶。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片上形成有功率MOSFET，所述第一墊構(gòu)成所述功率MOSFET 的源極電極，在所述半導(dǎo)體芯片的背面上，形成有所述功率MOSFET的漏極電極。
16. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包含以下步驟-(a) 準(zhǔn)備具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線的引線框，并 在所述引線框的表面上，形成將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的第一多孔質(zhì)金屬層；(b) 準(zhǔn)備在主面上具有第一墊的半導(dǎo)體芯片；(c) 在將Ag膏供給到所述芯片墊部上之后，以面朝上方式將所述半導(dǎo)體芯片 搭載在所述芯片墊部上；(d) 在所述(c)步驟之后，使所述Ag膏固化，以此將所述芯片墊部與所述 半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由所述Ag膏而黏接在一起；(e) 在所述(d)步驟之后，通過導(dǎo)電體將所述第一引線與所述第一墊電性連 接；及(f) 在所述(e)步驟之后，對所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體 和所述第一引線的內(nèi)部引線部加以樹脂密封。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述第一多孔質(zhì)金屬層的所述納米粒子的平均粒徑為1 nm 50nm。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于將所述第一引線與所述第一墊電性連接的所述導(dǎo)電體是金屬帶，所述金屬帶是 通過施加有超聲波振動的楔焊法而連接到所述第一引線和所述第一墊。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述半導(dǎo)體芯片上形成有功率MOSFET，所述第一墊構(gòu)成所述功率MOSFET的源極電極。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于-在所述半導(dǎo)體芯片的背面上，形成有所述功率MOSFET的漏極電極。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述(b)步驟包含下述步驟 (bl)在半導(dǎo)體晶片的主面上形成半導(dǎo)體元件和連接于所述半導(dǎo)體元件的所述 第一墊；(b2)在所述(bl)步驟之后，在所述半導(dǎo)體晶片的背面上，形成將Ag的納 米粒子燒結(jié)所成的第二多孔質(zhì)金屬層及(b3)在所述(b2)步驟之后，對所述半導(dǎo)體晶片進(jìn)行切割，由此獲得在背面 上形成有所述第二多孔質(zhì)金屬層的所述半導(dǎo)體芯片。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述第二多孔質(zhì)金屬層的所述納米粒子的平均粒徑為1 nm 50nm。
23. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包含以下步驟-(a) 在半導(dǎo)體晶片的主面上形成半導(dǎo)體元件和連接于所述卡導(dǎo)體元件的第一塾(b) 在所述(a)步驟之后，對所述半導(dǎo)體晶片進(jìn)行切割，由此獲得半導(dǎo)體芯片；(c) 準(zhǔn)備具有芯片墊部和配置在所述芯片墊部附近的第一引線的引線框(d) 在所述(a)步驟之后且所述(b)步驟之前，在所述半導(dǎo)體晶片的背面 上，形成將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的多孔質(zhì)金屬層，及/或在所述引線框的表面上， 形成將Ag的納米粒子燒結(jié)所成的多孔質(zhì)金屬層；(e) 在所述(d)步驟之后，將所述半導(dǎo)體芯片以面朝上方式搭載在已加熱到 既定溫度的所述芯片墊部上，并且將所述半導(dǎo)體芯片壓接到所述芯片墊部，以此將 所述芯片墊部與所述半導(dǎo)體芯片的背面經(jīng)由所述多孔質(zhì)金屬層黏接在一起(f) 在所述(e)步驟之后，通過導(dǎo)電體將所述第一引線與所述第一墊電性連 接-,及(g) 在所述(f)步驟之后，對所述芯片墊部、所述半導(dǎo)體芯片、所述導(dǎo)電體 和所述第一引線的內(nèi)部引線部加以樹脂密封。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述多孔質(zhì)金屬層的所述納米粒子的平均粒徑為1 nm 50nm。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述(f)步驟中，將所述第一引線與所述第一墊電性連接的所述導(dǎo)電體是 金屬線或金屬帶。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述(e)步驟中，對所述芯片墊部進(jìn)行加熱的溫度是比Au-Si共晶合金的 共晶點(diǎn)低的溫度。
全文摘要
本發(fā)明使得介在于半導(dǎo)體芯片和芯片墊部之間的導(dǎo)電性接著劑的接合可靠性提高。硅芯片3A搭載在與漏極引線Ld一體形成的芯片墊部4D上，且在硅芯片3A的主面上形成有源極墊7。硅芯片3A的背面構(gòu)成一功率MOSFET的漏極，且經(jīng)由Ag膏5而接合于芯片墊部4D上。源極引線Ls與源極墊7是通過Al帶10而電性連接。在硅芯片3A的背面上形成有Ag納米粒子涂膜9A，在芯片墊部4D與引線(漏極引線Ld、源極引線Ls)的表面上形成有Ag納米粒子涂膜9B。
文檔編號H01L23/495GK101499450SQ20091000525
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者中條卓也, 岡浩偉, 谷藤雄一 申請人:株式會社瑞薩科技