基板構造、半導體芯片的安裝方法以及固態(tài)繼電器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基板構造、半導體芯片的安裝方法以及固態(tài)繼電器。作為課題，能夠有效地防止回流焊時，以助焊劑的汽化引起的爆炸為原因而發(fā)生的焊球飛散、以及熔融的焊料向周圍的擴散。作為解決手段，通過焊膏（11）將半導體芯片（12）安裝到基板（3）上。基板（3）包括槽部（8），該槽部（8）連續(xù)或者不連續(xù)地圍著焊膏（11）。
【專利說明】基板構造、半導體芯片的安裝方法以及固態(tài)繼電器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適合于回流焊的基板構造、向具有該基板構造的基板上安裝半導體芯片的安裝方法、以及包括具有所述基板構造的基板的固態(tài)繼電器。
【背景技術】
[0002]通過回流焊在基板上安裝半導體芯片時，使用了焊膏。在焊膏的印刷量較多、或者半導體芯片的推壓力較強的情況下，從半導體芯片的焊接面溢出的焊膏被回流加熱。其結果，有時會發(fā)生產生了焊球、或者熔融的焊膏的流動區(qū)域因無法控制而擴散的問題。
[0003]以往，作為用于防止發(fā)生這樣的問題的基板構造，公知有如下這樣的構造:與印刷布線板的焊盤連接地設置增層過孔，去除該過孔內的一部分銅鍍層而形成露出了樹脂的過孔內壁部(例如專利文獻I)。根據(jù)該結構，從焊盤溢出的焊膏被暫時蓄積在過孔內，當回流加熱時將過孔內的熔融焊料提供給必要的部位，并將剩余的焊料引至過孔內殘存導體。
[0004]然而，上述以往的基板構造是將熔融的焊料引到作為封閉空間的過孔內的結構，因此，如果助焊劑(flux)汽化，有可能導致封閉空間成為高壓而發(fā)生爆炸。其結果，可能導致焊球飛散至周圍、無法以期望的狀態(tài)安裝半導體芯片。
[0005]并且,上述以往的基板構造用于印刷基板,不能夠用于DCB基板(Direct CopperBonding Substrate:直接敷銅基板)或者 DBC 基板(Direct Bonding Copper Substrate:直接敷銅基板)，其中，DCB基板也稱為DBC基板。即，對于這樣的基板，是以通過焊膏使半導體芯片的整體底面與基板上表面形成的銅板面接觸的狀態(tài)，進行安裝。因此，原本就不存在形成過孔的空間。
[0006]【專利文獻I】日本特開2000-307224號公報
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的課題在于，提供一種能夠有效地防止回流焊時，以助焊劑的汽化引起的爆炸為原因而發(fā)生的焊球飛散、以及熔融的焊料向周圍擴散的基板構造，特別是提供DCB 基板(Direct Copper Bonding Substrate)或者 DBC 基板(Direct Bonding CopperSubstrate)的基板構造及其制造方法、以及固態(tài)繼電器。
[0008]作為解決上述課題的手段，本發(fā)明提供一種基板構造，其通過焊膏將半導體芯片安裝到基板上，其中，所述基板包括槽部，所述槽部連續(xù)或者不連續(xù)地圍著所述焊膏。
[0009]根據(jù)該結構，利用槽部擴大了空間體積，因此，即使由于回流焊使得焊料熔融、助焊劑汽化，也不會達到高壓而爆炸，從而能夠可靠地防止焊球的飛散。并且，即使熔融的焊料欲向周圍擴散，也會流入到槽部內而阻止其進一步的流動。因此，能夠防止所安裝的半導體芯片的位置偏差而將其限制于期望位置。
[0010]優(yōu)選的是，所述槽部形成于所安裝的半導體芯片的占有面積內。
[0011]根據(jù)該結構，能夠可靠地阻止熔融焊料的流動，同時也能夠防止與焊料附著在半導體芯片側面相伴的短路。此外，能夠更加準確地限制半導體芯片的位置。[0012]優(yōu)選的是，所述槽部在所述基板的表面上的開口寬度比深度大。
[0013]根據(jù)該結構，能夠使得熔融的焊料順暢地流入到槽部內，確保充分的空間體積而可靠地防止進一步的流動。
[0014]優(yōu)選的是，所述槽部具有所述基板的厚度的1/2以下的深度。
[0015]根據(jù)該結構，既能抑制銅板部分的電氣容量的降低，又能防止助焊劑的汽化引起的膨脹或者熔融焊料的流動。
[0016]優(yōu)選的是，所述槽部在所述基板內占有的總體積大于在所述焊膏熔融時汽化的助焊劑的體積。
[0017]根據(jù)該結構，即使助焊劑汽化而導致體積膨脹，也能夠利用槽部進行緩解，因此能夠可靠地防止因爆炸引起的焊球的產生以及向周圍的飛散。因此，能夠可靠地防止因焊球的附著引起的短路等問題的發(fā)生。
[0018]優(yōu)選的是，關于所述槽部，與所安裝的半導體芯片的角部對應的部分的體積大于其它部分的體積。
[0019]根據(jù)該結構，能夠進一步可靠地確保熔融的焊料特別容易集中的部分處的槽部。
[0020]所述基板可以是DCB 基板(Direct Copper Bonding Substrate)或者 DBC 基板(Direct Bonding Copper Substrate)。
[0021]并且，作為解決所述課題的手段，本發(fā)明提供一種半導體芯片的安裝方法，其中，在基板上的安裝區(qū)域中涂敷焊膏，該安裝區(qū)域是以連續(xù)或者不連續(xù)地圍著規(guī)定區(qū)域的方式形成槽部而得到的；在所述焊膏上配置半導體芯片；通過回流焊將半導體芯片接合到基板上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，由于在焊膏的周圍形成槽部，因此，即使在回流焊時助焊劑發(fā)生汽化，也能夠利用槽部確保充分的空間，因而不會達到高壓而爆炸。因此，也不會發(fā)生形成焊球并向周圍飛散、以及短路等問題。并且，通過槽部阻止了熔融焊料的進一步流動，因此能夠可靠地使半導體芯片的安裝位置處于期望的位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1表示從底面?zhèn)扔^察本實施方式的固態(tài)繼電器的狀態(tài)的立體圖。
[0024]圖2是圖1的固態(tài)繼電器中內置的基板的立體圖。
[0025]圖3是圖1的固態(tài)繼電器中內置的基板以及端子等的分解立體圖。
[0026]圖4是圖1的固態(tài)繼電器中內置的基板以及端子等的組裝后的立體圖。
[0027]圖5表示基板以及銅板的示意性剖視圖，其中(a)是使圖4的焊膏熔融前的狀態(tài)、(b)是熔融剛開始后的狀態(tài)、(c)是熔融結束而安裝了半導體芯片的狀態(tài)。
[0028]圖6表示其它實施方式的基板的銅板部分處的局部剖視圖。
[0029]圖7表示在其它實施方式的基板的銅板部分處形成的槽部的形狀圖案例(無不連續(xù)部分)的俯視圖。
[0030]圖8表示在其它實施方式的基板的銅板部分處形成的槽部的形狀圖案例(存在不連續(xù)部分)的俯視圖。
[0031]標號說明
[0032]1:殼體；[0033]2:基座；
[0034]3:基板；
[0035]4:導電部；
[0036]5:第I導電部;
[0037]6:第2導電部；
[0038]7:第3導電部；
[0039]8:槽部；
[0040]9:第I信號端子；
[0041]10:第I電源端子；
[0042]11:焊膏；
[0043]12:半導體芯片；
[0044]13:第2電源端子；
[0045]14:電極體；
[0046]15:第2信號端子；
[0047]16:信號線。
【具體實施方式】
[0048]下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，在下面的說明中，根據(jù)需要而使用表示特定的方向或位置的用語(例如包括“上”、“下”、“側”、“端”在內的用語)，不過，這些用語的使用是為了參照附圖而易于理解發(fā)明，本發(fā)明的技術范圍不受這些用語的含義的限定。并且，下面的說明本質上不過是例示而已，并非要對本發(fā)明及其應用品或者其用途進行限制。
[0049]圖1表示從底面?zhèn)扔^察內置有本實施方式的基板構造的基板3的電子設備(固態(tài)繼電器)的狀態(tài)的立體圖。在圖1中，示出了底面(圖中為上表面)開口的大致長方體形狀的殼體1、封閉該殼體I的底面的板狀基座2、以及從該基座2突出的4個端子(信號端子9、15以及電源端子10、13)。
[0050]如圖2所示,殼體I內收納有基板3。該基板3采用了 DCB基板(Direct CopperBonding Substrate)或者 DBC 基板(Direct Bonding Copper Substrate)。通過將銅板直接接合在基板3的上表面而形成了導電部4。導電部4分為第I導電部5、第2導電部6以及第3導電部7。
[0051]第I導電部5在俯視時為矩形，在該第I導電部5的上表面形成有矩形的槽部8，如圖3所示，在第I導電部5上連接著第I信號端子9以及第I電源端子10。在被槽部8包圍的區(qū)域中，通過印刷涂敷了焊膏11 (參照圖5 (a))。
[0052]如圖5 (a)所示，槽部8沿著所搭載的半導體芯片12的外緣而形成在其內側。槽部8的截面為半圓形，槽部8的深度為構成第I導電部5的銅板的厚度的一半以下。并且，優(yōu)選的是，槽部8在基板3內占有的總體積大于與助焊劑Ila的體積相應的體積，其中，如后所述，在將半導體芯片12焊接于焊膏11時助焊劑Ila會發(fā)生汽化。并且，優(yōu)選的是，槽部8具有能夠保持熔融的焊膏11而防止其進一步向外面流出的體積。
[0053]在焊膏11上搭載了半導體芯片12。該半導體芯片12是以往公知的，例如具有如下結構:通過從兩個輸入端子施加電壓，從而使內置的光電二極管發(fā)光，接通三端雙向可控硅開關元件(triac)，使得輸出端子間導通。第I電源端子10與一個輸入端子連接，第2電源端子13與另一個輸入端子連接。第I信號端子9與一個輸出端子連接，后述的第2信號端子15與另一個輸出端子連接。
[0054]第2電源端子13以及電極體14與第2導電部6連接。電極體14也與半導體芯片12的一個輸入端子側連接，能夠對半導體芯片12施加電壓。
[0055]第2信號端子15與第3導電部7連接。第3導電部7與另一個輸入端子側通過信號線16連接。
[0056]接著，對由上述結構構成的固態(tài)繼電器的制造方法進行說明。
[0057]在基板3的第I導電部5上形成矩形的槽部8。然后，在被槽部8包圍的區(qū)域中，通過印刷來涂敷焊膏11。接著，在涂敷的焊膏11上搭載半導體芯片12。并且，借助焊膏11將各個端子載置到導電部4上，接上信號線16，通過回流焊進行連接。
[0058]在回流焊中，基板3與半導體芯片12之間的焊膏11熔融，助焊劑汽化。此時，汽化后的助焊劑有可能在基板3與半導體芯片12之間的狹窄空間內成為高壓而爆炸，產生焊球。但是，此處已經形成有槽部8，提供了充分寬闊的空間。因此，如圖5 (b)所示，在該區(qū)域內，能夠可靠地防止由于汽化的助焊劑而成為高壓，不必擔心因爆炸而產生焊球。
[0059]例如，通過使槽部8的空間體積大于與汽化的助焊劑的體積相當?shù)捏w積，能夠可靠地防止因爆炸產生焊球。
[0060]并且，優(yōu)選將槽部8的空間體積設為能夠保持熔融的焊膏11而防止其進一步向外面流出的大小。此時，如圖5 (c)所示，槽部8能夠防止熔融的焊膏11向周圍流出。S卩，能夠將焊膏11的占有范圍抑制在槽部8所包圍的區(qū)域內。其結果，半導體芯片12的安裝位置不會隨著焊膏11的熔融而發(fā)生變動，能夠安裝到期望的位置。
[0061]并且，如果以沿著搭載在基板3上的半導體芯片12的外緣，并且使槽部8的至少一部分位于半導體芯片12的外緣內側的方式，形成槽部8，則能夠可靠地阻止熔融的焊料超過半導體芯片12的安裝范圍而擴散的狀況。特別是，如果使槽部8的外緣位置比半導體芯片12的外緣位置更靠內側，還能夠防止焊料附著在半導體芯片12的側面而發(fā)生短路的狀況。
[0062]并且，通過使槽部8的截面成為半圓形，能夠使得基板3的表面上的槽部8的開口寬度大于槽部8的深度。由此，能夠充分確保槽部8的空間體積，可靠地阻止熔融焊料的流動。并且，不需要將槽部8的深度取為較大的值，因此能夠抑制銅板部分的電氣容量的降低。此外，通過使槽部8的深度為構成第I導電部5的銅板的厚度的一半以下，既能抑制銅板部分的電氣容量的降低，又能獲得較大的槽部8的空間體積。
[0063]此外，本發(fā)明不限于上述實施方式所記載的結構，可以進行各種變更。
[0064]例如，在上述實施方式中，將槽部8的截面形狀設為半圓形，但是不限于該形狀，也可以采用圖6所示的各種形狀。
[0065]在圖6 (a)中，上下形成為相同的寬度尺寸。在圖6 (b)中，上下形成為相同的寬度尺寸，并且底面?zhèn)鹊木壊繛閳A弧狀(R)。在圖6 (c)中，形成為朝向上表面，開口面積逐漸變大的大致梯形截面。在圖6 (d)中，形成為朝向上表面，開口面積逐漸變大的大致三角形截面。[0066]此外，槽部8形成為沿著半導體芯片12的外緣的矩形，但不必限于該形狀，也可以采用圖7所示的各種形狀。
[0067]在圖7 (a)中，槽部8形成為雙重。槽部8也可以形成為三重以上。在圖7 (b)、(c)中，在角部形成有體積變大的擴展部8a。圖7 (b)的擴展部分為四邊形，在圖7 (C)中為圓形。在圖7 (d)中，分別在角部的外側進一步形成了槽部8 (輔助槽部Sb)。根據(jù)圖7(b)?(d)的結構，通過增大熔融的焊料特別容易集中的部分處的槽部8的體積，能夠進一步防止焊料向周圍擴散，從這一點講是優(yōu)選的。在圖7 (e)中，槽部8不是直線，而是蛇形結構。該蛇形形狀不必形成為規(guī)則的正常形狀，也可以采用大小交替配置的形狀、鋸齒狀的形狀等各種形態(tài)。根據(jù)圖7 (e)以及與此相似的結構，能夠增加每單位面積的槽部8的體積，能夠進一步發(fā)揮針對熔融焊料的保持等效果。
[0068]此外，槽部8形成為不間斷的連續(xù)環(huán)狀，但不是必須連續(xù)，也可以是圖8所示的不
連續(xù)結構。
[0069]在圖8 Ca)中，4個邊的中間部分不連續(xù)，在各個不連續(xù)部分的外側分別形成有直線狀的輔助槽部Sb。在圖8 (b)中，4處角部不連續(xù)，在各個不連續(xù)部分的外側分別形成有圓弧狀的輔助槽部Sb。在圖8 (c)中，內外形成了雙重形成為虛線狀的槽部8。
[0070]這樣，即使是具有不連續(xù)部分的槽部8，也能夠通過其它的輔助槽部Sb等阻止熔融焊料的流動等。
【權利要求】
1.一種基板構造，其通過焊膏將半導體芯片安裝到基板上，該基板構造的特征在于， 所述基板包括槽部，所述槽部連續(xù)或者不連續(xù)地圍著所述焊膏。
2.根據(jù)權利要求1所述的基板構造，其特征在于， 所述槽部形成于所安裝的半導體芯片的占有面積內。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基板構造，其特征在于， 所述槽部在所述基板的表面上的開口寬度比深度大。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基板構造，其特征在于， 所述槽部具有所述基板的厚度的1/2以下的深度。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的基板構造，其特征在于， 所述槽部在所述基板內占有的總體積大于在所述焊膏熔融時汽化的助焊劑的體積。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的基板構造，其特征在于， 關于所述槽部，與所安裝的半導體芯片的角部對應的部分的體積大于其它部分的體積。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的基板構造，其特征在于， 所述基板為直接敷銅DCB基板。
8.一種半導體芯片的安裝方法，其特征在于， 在基板上的安裝區(qū)域中涂敷焊膏，該安裝區(qū)域是以連續(xù)或者不連續(xù)地圍著規(guī)定區(qū)域的方式形成槽部而得到的； 在所述焊膏上配置半導體芯片； 通過回流焊將半導體芯片接合到基板上。
9.一種固態(tài)繼電器，其特征在于， 該固態(tài)繼電器內置了具有所述權利要求1至7中任意一項所述的基板構造的基板。
【文檔編號】H05K3/34GK103687302SQ201310328762
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權日:2012年9月14日
【發(fā)明者】原慎太郎, 小永田正一, 巖崎祐藏, 白石智紀 申請人:歐姆龍 株式會社