半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置將接合后與焊接層一起形成樹(shù)脂層的焊膏用于半導(dǎo)體芯片的接合中而得到高可信性。如圖2的（a）的放大圖所示，雖然形成有氣泡（100），但氣泡（100）難以在焊劑（51）中移動(dòng)，而是停留在其內(nèi)部。因此，抑制了構(gòu)成焊劑（51）的樹(shù)脂材料飛散。粘度調(diào)整劑混合于焊劑（51）中，以使此時(shí)的焊劑（51）的粘度約為90～150Pa·s。然后通過(guò)固化步驟使焊劑（51）也完全硬化。此時(shí)，如圖2的（b）所示，在該固化處理時(shí)，焊劑（51）硬化的同時(shí)收縮，焊劑（51）中的氣泡（100）被除去。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有在金屬板上接合有半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]一般而言，在使用半導(dǎo)體芯片時(shí)，形成為具有如下結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置:在金屬板上搭載有半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)被封裝到絕緣性塑模樹(shù)脂層中，作為端子的引線從塑模樹(shù)脂層導(dǎo)出。
[0003]圖3是從上面觀察該半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子的透視圖。這里，在作為橫長(zhǎng)的矩形體形狀的塑模樹(shù)脂層91中，設(shè)有兩個(gè)芯片墊(金屬板)。在該結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體芯片92搭載于芯片墊93，半導(dǎo)體芯片94搭載于芯片墊95。引線96在上側(cè)、下側(cè)分別具有4根，設(shè)置為從塑模樹(shù)脂層91導(dǎo)出。為了使這些構(gòu)成期望的電路，引線96中的一部分與鄰接的芯片墊93、95 一體化，其他的引線96與芯片墊93、95絕緣。半導(dǎo)體芯片92、94中的電極、芯片墊93、95、各引線96之間利用細(xì)的焊線(bonding wire)97進(jìn)行連接。焊線97也被封裝在塑模樹(shù)脂層91中。例如，可以采用功率半導(dǎo)體芯片作為半導(dǎo)體芯片92，采用對(duì)該功率半導(dǎo)體芯片進(jìn)行控制的控制IC芯片作為半導(dǎo)體芯片94。
[0004]這里，半導(dǎo)體芯片92、94大多利用焊料分別接合于芯片墊93、95。在該情況下，若在半導(dǎo)體芯片92、94的背面形成電極，則該電極與芯片墊93、95之間的電接合以及半導(dǎo)體芯片92、94的固定都可以利用該焊料來(lái)進(jìn)行。在該半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作中半導(dǎo)體芯片92、94發(fā)熱。半導(dǎo)體芯片92、94與芯片墊93、95之間在熱膨脹率方面存在差異，因此在使用該半導(dǎo)體裝置時(shí)，在半導(dǎo)體芯片92、94與芯片墊93、95之間產(chǎn)生因熱膨脹率的差異引起的應(yīng)力。因此，在該半導(dǎo)體裝置中，耐久性相對(duì)于冷熱循環(huán)來(lái)說(shuō)就成了問(wèn)題，在利用該焊料進(jìn)行的接合中要求該相對(duì)于冷熱循環(huán)的耐久性。
[0005]為了利用該焊料進(jìn)行接合，大多采用焊料膏。作為該焊料膏，采用由成為焊料主要成分的金屬(合金)構(gòu)成的粒子(金屬粒子)混合在樹(shù)脂材料(焊劑(flux))中而成的材料。該焊料膏以與接合的半導(dǎo)體芯片92、94相應(yīng)的圖案通過(guò)例如絲網(wǎng)印刷形成于金屬板上。之后，在半導(dǎo)體芯片搭載在其上之后進(jìn)行加熱，金屬粒子熔化之后進(jìn)行固化，由此進(jìn)行了接合。此時(shí)，金屬粒子熔化之后適度擴(kuò)散后固化，由此進(jìn)行了良好的接合。焊劑是為了成為能夠涂布金屬粒子的狀態(tài)而混合的。但還起到如下等作用:在接合時(shí)除去金屬粒子或金屬板表面的氧化膜、活化金屬板表面而提高對(duì)焊料膏的潤(rùn)濕性。因此，焊劑對(duì)強(qiáng)化焊料的接合也是有效的。
[0006]專利文獻(xiàn)I中記載了如下技術(shù):利用熱硬化樹(shù)脂(環(huán)氧樹(shù)脂等)作為焊劑，利用在焊劑中混合有金屬(焊料)粒子和由金屬層覆蓋的樹(shù)脂填充粉末的焊料膏。圖4是示意地示出在利用這種焊料膏的情況下包含接合(芯片焊接步驟)后的半導(dǎo)體芯片92 (94)與芯片墊93 (95)之間的接合部的結(jié)構(gòu)的剖視圖。通過(guò)利用該焊料膏，在半導(dǎo)體芯片92 (94)與芯片墊93 (95)之間形成由焊料構(gòu)成的接合層(焊料接合)98，且覆蓋該接合層98的周?chē)鳛楹竸┲饕煞值沫h(huán)氧樹(shù)脂硬化而形成樹(shù)脂層99。在該情況下，由于樹(shù)脂層99的機(jī)械強(qiáng)度也高，因此利用接合層98和樹(shù)脂層99兩者來(lái)接合半導(dǎo)體芯片92 (94)和芯片墊93 (95)。
[0007]這樣半導(dǎo)體芯片92 (94)和芯片墊93 (95)接合之后，如圖3所示，利用焊線97連接半導(dǎo)體芯片92 (94)中的電極間或者它們與引線96之間，然后將該結(jié)構(gòu)密封在塑模樹(shù)脂層91中，由此，能夠得到圖3結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。此時(shí)，接合層98的周?chē)粯?shù)脂層99加固，得到特別牢固的接合強(qiáng)度，因此能夠在該半導(dǎo)體裝置中得到相對(duì)于冷熱循環(huán)的高耐久性。
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006-35259號(hào)公報(bào)
[0009]但是，在該結(jié)構(gòu)中，實(shí)際上存在樹(shù)脂層99引起的問(wèn)題。圖5是示意地示出圖4的結(jié)構(gòu)中形成的樹(shù)脂層99的實(shí)際狀況的剖視圖。這里，在接合前的狀態(tài)中，由于在金屬粒子和樹(shù)脂填充粉末間形成空隙，因此特別是在樹(shù)脂層99中形成大量氣泡100。在樹(shù)脂層99硬化前的狀態(tài)下，氣泡100在樹(shù)脂層99中移動(dòng)，當(dāng)氣泡100到達(dá)樹(shù)脂層99的表面時(shí)，有時(shí)氣泡100破裂，構(gòu)成樹(shù)脂層99的樹(shù)脂材料成為未硬化的樹(shù)脂材料片101而向周?chē)w散。此時(shí)，該樹(shù)脂材料片101飛散到例如往后應(yīng)連接焊線97的引線96或半導(dǎo)體芯片92 (94)的表面時(shí)，有時(shí)會(huì)給焊線97的接合帶來(lái)不好影響。因此，有時(shí)半導(dǎo)體裝置的可信性降低。
[0010]S卩，將接合后與焊接層一起形成樹(shù)脂層的焊膏用于半導(dǎo)體芯片的接合中是難以得到有高可信性的半導(dǎo)體裝置的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供解決上述問(wèn)題的發(fā)明。
[0012]本發(fā)明為了解決上述課題，形成了下面揭示的結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，使焊料膏介于半導(dǎo)體芯片與金屬板之間來(lái)接合所述半導(dǎo)體芯片和所述金屬板，該制造方法的特征在于，所述焊料膏包含85%質(zhì)量百分比?90%質(zhì)量百分比(wt%)的金屬粒子、作為焊劑的環(huán)氧樹(shù)脂、具有活化效果的硬化劑、活化劑和粘度調(diào)整劑，該粘度調(diào)整劑提高硬化前的所述焊劑中的粘度，該制造方法具有:芯片焊接步驟，在通過(guò)所述焊料膏接合所述半導(dǎo)體芯片和所述金屬板后，未硬化的所述焊劑以將氣泡保持在內(nèi)部的狀態(tài)覆蓋焊料接合的外周側(cè)面和所述半導(dǎo)體芯片的外周側(cè)面中的至少一部分；和固化步驟，在以比所述環(huán)氧樹(shù)脂的硬化溫度低10°C?40°C的溫度保持結(jié)構(gòu)體而使所述焊劑硬化的同時(shí)，從所述焊劑的內(nèi)部除去所述氣泡，其中，該結(jié)構(gòu)體是通過(guò)所述焊膏接合所述半導(dǎo)體芯片和所述金屬板而得到的。
[0014]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，其特征在于，所述粘度調(diào)整劑包含聚丙二醇和聚酯多元醇中的至少任意一種。
[0015]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在所述芯片焊接步驟之后且所述固化步驟之前，使所述焊劑的粘度在90Pa.s?150Pa.s的范圍內(nèi)。
[0016]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于，該半導(dǎo)體裝置是通過(guò)所述半導(dǎo)體裝置的制造方法來(lái)制造的。
[0017]本發(fā)明如上所述那樣構(gòu)成，因此能夠?qū)⒔雍虾笈c焊接層一起形成樹(shù)脂層的焊膏用于半導(dǎo)體芯片的接合中而得到有高可信性的半導(dǎo)體裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟剖視圖。[0019]圖2是示意地表示在本發(fā)明實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中接合緊后Ca)和固化步驟(b)中的焊劑的狀態(tài)的圖。
[0020]圖3是一般的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0021]圖4是示意表示現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的制造方法中的芯片焊接步驟緊后的形態(tài)的剖視圖。
[0022]圖5是示意表示現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的制造方法中的芯片焊接步驟緊后的焊劑的狀態(tài)的圖。
[0023]符號(hào)說(shuō)明
[0024]10,92,94:半導(dǎo)體芯片；20、93、95:金屬板(芯片墊)；50:焊料膏；51:焊劑(樹(shù)脂材料);52:金屬粒子(焊料粉末);53、98:接合層(焊料接合);91:塑模樹(shù)脂層；96:引線；97:焊線;99:樹(shù)脂層；100:氣泡；101:樹(shù)脂材料片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，對(duì)作為本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示通過(guò)該制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的步驟剖視圖。這里所示的是半導(dǎo)體芯片10接合于金屬板(芯片墊)20時(shí)(芯片焊接步驟)的截面。該接合是利用焊料膏50進(jìn)行的。而且，實(shí)際上，如圖3所示，在該接合之后，執(zhí)行如下等步驟來(lái)制造半導(dǎo)體裝置:通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體芯片10、金屬板20連接焊線，將連接了焊線之后的整個(gè)結(jié)構(gòu)封裝在塑模樹(shù)脂層中。在這些步驟中，與通常所知的技術(shù)相同，因此省略說(shuō)明。下面僅對(duì)芯片焊接步驟進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示芯片焊接步驟中的形態(tài)的步驟剖視圖。
[0026]在芯片焊接步驟中，首先如圖1 (a)所示，通過(guò)絲網(wǎng)印刷等方法將焊料膏50構(gòu)圖并涂布在金屬板20上。焊料膏50構(gòu)成為在焊劑(樹(shù)脂材料)51中混合分散有作為焊料的金屬粒子(焊料粉末)52。焊劑51在焊料膏50中的含量例如約為13.5質(zhì)量％。焊劑51由例如樹(shù)脂(環(huán)氧樹(shù)脂，液狀雙酚A型)，具有活性硬化的硬化劑(酐)，溶劑(乙二醇類)，觸變劑(胺類)，活化劑(有機(jī)酸)，粘度調(diào)整劑構(gòu)成。
[0027]作為粘度調(diào)整劑，利用聚丙二醇、聚酯多元醇或它們的混合物。粘度調(diào)整劑為了調(diào)整接合后形成接合層而樹(shù)脂層未硬化的狀態(tài)中的樹(shù)脂層的粘度而添加的。由此，焊料膏50的粘度在涂布的狀態(tài)下例如約為50Pa.S。
[0028]金屬粒子52例如由銀(Ag) -銅(Cu) -錫(Sn)合金構(gòu)成，例如可以使用以Sn為主要成分、Ag和Cu分別約為3質(zhì)量％和0.5質(zhì)量％的材料。其平均粒徑約為25?45 μ m。金屬粒子52在焊料膏50中的組成約為85?90wt%。
[0029]在涂布完焊料膏50緊后的狀態(tài)下，焊劑51處于未硬化的狀態(tài)，具有適度的粘度，因此焊料膏50能夠維持圖1的(a)中的形狀。而且，此時(shí)的焊料膏50的平面形狀與所接合的半導(dǎo)體芯片10的平面形狀大致相等。由此，能夠接合半導(dǎo)體芯片10的整個(gè)下表面。
[0030]下面，如圖1的(b)所示，在該狀態(tài)下，將半導(dǎo)體芯片10搭載到焊料膏50之上。利用焊料膏50 (焊劑51)的粘度維持該狀態(tài)。
[0031]然后，將該半導(dǎo)體芯片10、焊料膏50、金屬板20的層疊結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)體)投入回流焊爐中進(jìn)行熱處理。由此，焊料膏50中的金屬粒子52熔化之后固化，進(jìn)行半導(dǎo)體芯片10與金屬板20之間的接合。在該熱處理中，從常溫升溫到超過(guò)金屬粒子52的熔點(diǎn)的最高溫度，金屬粒子52熔化并熔合后被冷卻，金屬再次固化而形成接合層53。
[0032]在該熱處理中，在從常溫加熱到達(dá)到金屬粒子52的熔點(diǎn)的過(guò)程中，進(jìn)行焊劑51中的有機(jī)溶劑的氣化、焊劑51的活化、焊劑51的金屬粒子52或金屬板20表面的氧化物的除去。此外，由于焊劑51的活化提高，構(gòu)成焊劑51的環(huán)氧樹(shù)脂潤(rùn)濕擴(kuò)散。此時(shí)，處于比其熔點(diǎn)低的溫度，因此金屬粒子52的形態(tài)不變化。因此，在該熱處理中，溫度達(dá)到金屬粒子52的熔點(diǎn)緊前的形態(tài)如圖1的(c)所示那樣。這里，焊劑51潤(rùn)濕擴(kuò)散，包圍半導(dǎo)體芯片10的周?chē)?br> [0033]然后，溫度超過(guò)金屬粒子52的熔點(diǎn)之后，金屬粒子52熔化并熔合，冷卻并固化，形成接合層(焊料接合)53，成為常溫。此時(shí)的形態(tài)如圖1的(d)所示那樣。即，雖然形成了接合層53，但圖1的(c)的狀態(tài)和焊劑51的形狀不變化。
[0034]這里，在上述的熱處理中，環(huán)氧樹(shù)脂(焊劑51)被置于比其硬化溫度高的溫度之下。但是，為使環(huán)氧樹(shù)脂的架橋反應(yīng)完全結(jié)束需要時(shí)間，因此在該熱處理中，超過(guò)硬化溫度的時(shí)間短時(shí)，在圖1的(d)的狀態(tài)下，焊劑51未硬化。通常使環(huán)氧樹(shù)脂(焊劑51)成為實(shí)用的硬度、即完全硬化，需要I個(gè)小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。因此，在圖1的(d)的狀態(tài)下，焊劑51為未硬化的狀態(tài)。此時(shí)，如圖5所示，焊劑51中形成有氣泡100。
[0035]但是，在上述的焊劑51中，由于添加了粘度調(diào)整劑而提高了其粘度，因此如圖2的(a)其放大圖所示，雖然形成有氣泡100，但氣泡100難以在焊劑51中移動(dòng)，而是停留在其內(nèi)部。因此，抑制了構(gòu)成焊劑51的樹(shù)脂材料飛散。粘度調(diào)整劑混合于焊劑51中，以使此時(shí)的焊劑51的粘度約為90?150Pa.S。
[0036]然后，通過(guò)在比環(huán)氧樹(shù)脂的硬化溫度(180°C)低10?40°C的溫度例如150°C下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間(約5個(gè)小時(shí))的固化處理(固化步驟)，焊劑51也完全硬化。此時(shí)，如圖2的(b)所示，該固化處理時(shí)，為使焊劑51硬化的同時(shí)收縮，除去焊劑51中的氣泡100。但是，與圖5的情形不同，在該時(shí)刻，進(jìn)行了焊劑51的硬化，因此樹(shù)脂材料片不飛散。因此，與圖5的情形不同，對(duì)焊線的連接等未產(chǎn)生不良影響。
[0037]S卩，在該焊料膏50中，通過(guò)粘度調(diào)整劑提高接合緊后的焊劑51的粘度，成為在接合緊后的狀態(tài)下氣泡維持在焊劑51中的狀態(tài)，在之后的固化步驟中，焊劑51完全硬化的同時(shí)除去該氣泡100。
[0038]例如可知，使用的環(huán)氧樹(shù)脂(焊劑51)的硬化溫度低，即使處于接合緊后步驟(形成接合層53緊后)焊劑51的硬化充分進(jìn)行的狀態(tài)，氣泡也難以移動(dòng)，樹(shù)脂材料片難以飛散，這是很顯然的。但是，在該情況下，在這之后即使進(jìn)行固化步驟也難以除去氣泡。對(duì)此，在上述的焊料膏中，接合緊后的狀態(tài)下焊劑51未硬化，但其粘度得到提高，由此抑制了氣泡的移動(dòng)，通過(guò)這之后的固化步驟使焊劑51完全硬化，由此能夠除去氣泡。
[0039]此時(shí)，為了充分提高接合的可信性，優(yōu)選焊劑51覆蓋半導(dǎo)體芯片10的側(cè)面的2/3以上。
[0040]然后，如圖3所示，通過(guò)形成塑模樹(shù)脂層，能夠得到半導(dǎo)體裝置。塑模樹(shù)脂層能夠通過(guò)壓鑄模等形成。
[0041]另外，還可知，即使在焊劑、金屬粒子的組成與上述例子不同的情況下，如要具有同樣特性、例如焊劑的硬化溫度或金屬粒子的熔點(diǎn)關(guān)系、接合緊后的焊劑的粘度等相等時(shí)，就能獲得同樣的效果，這是顯然的。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，使焊料膏介于半導(dǎo)體芯片與金屬板之間來(lái)接合所述半導(dǎo)體芯片和所述金屬板， 該制造方法的特征在于， 所述焊料膏包含85%質(zhì)量百分比?90%質(zhì)量百分比的金屬粒子、作為焊劑的環(huán)氧樹(shù)脂、具有活化效果的硬化劑、活化劑和粘度調(diào)整劑，該粘度調(diào)整劑提高硬化前的所述焊劑的粘度， 該制造方法具有: 芯片焊接步驟，在通過(guò)所述焊料膏接合所述半導(dǎo)體芯片和所述金屬板后，未硬化的所述焊劑以將氣泡保持在內(nèi)部的狀態(tài)覆蓋焊料接合的外周側(cè)面和所述半導(dǎo)體芯片的外周側(cè)面中的至少一部分；和 固化步驟，在以比所述環(huán)氧樹(shù)脂的硬化溫度低10°C?40°C的溫度保持結(jié)構(gòu)體而使所述焊劑硬化的同時(shí)，從所述焊劑的內(nèi)部除去所述氣泡，其中，該結(jié)構(gòu)體是通過(guò)所述焊膏接合所述半導(dǎo)體芯片和所述金屬板而得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述粘度調(diào)整劑包含聚丙二醇和聚酯多元醇的至少任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在所述芯片焊接步驟之后且所述固化步驟之前，使所述焊劑的粘度處于90Pa.s?150Pa.s的范圍內(nèi)。
4.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 該半導(dǎo)體裝置是通過(guò)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法來(lái)制造的。
【文檔編號(hào)】H01L23/488GK103706907SQ201310263265
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】板橋龍也 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社