(57)【要約】【課題】半導体チップ直下のマウント用ロウ材の厚さを増すことなく、半導体チップ全面を容易にベースプレートにマウントできる半導体装置の製造方法、及び環境の変化に対する耐性を高めた信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップをその周縁部が反り上がるように変形させる工程Ｓ３と、半導体チップの反り形状に倣って凹形状を有するベースプレートのマウント領域にマウント用ロウ材を供給する工程Ｓ１と、半導体チップをマウント領域に実装させる工程Ｓ４と、を有し、半導体チップをマウント領域に実装させる際、ベースプレートに設けられたマウント領域に連通する溝部内に余分なマウント用ロウ材が排出されるようになっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、前記ベースプレート上に周縁部が反り上がるように変形された状態で実装された半導体チップとを有する半導体装置の製造方法であって、
前記ペースプレートの前記半導体チップが実装される領域に、前記半導体チップの反り形状に倣った凹形状を有するマウント領域と、前記マウント領域から外側に延出された溝部とを形成する工程と、
前記マウント領域にロウ材を供給する工程と、
前記半導体チップを前記マウント領域に配置し、余剰の前記ロウ材を前記溝部に排出させながら前記ロウ材を介して前記ベースプレートと前記半導体チップとを接着する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
チップ基材と金属層との積層構造をなし、前記金属層側を凸として周縁部が反り上がるように変形された半導体チップと、
前記半導体チップの反り形状に倣った凹形状を有するマウント領域と、前記マウント領域から外側に延出された溝部を有したベースプレートと、を備え、
前記ベースプレートの前記マウント領域に前記半導体チップがロウ材を介して実装されていること
を特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記半導体チップの前記金属層の外面全体が、前記ベースプレートの前記マウント領域に対応するダイマウント面に接着されていること
を特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体チップと前記ダイマウント面との間の前記ロウ材が略均一な厚さを有していること
を特徴とする請求項２又は３記載の半導体装置。
【請求項５】
複数の前記マウント領域と、
前記マウント領域間を接続する溝部とを有する
を特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをベースプレートにマウントして製造される半導体装置の方法、及びこれによって得られた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、ミリ波等の高周波帯域で使用されるミリ波帯デバイスが知られている。ミリ波帯デバイスの製造工程には、半導体チップをベースプレートにマウントする工程が含まれる。マウントの際には、半導体チップとベースプレートとが半田によって接合される。
【０００３】
近年、ミリ波帯デバイス用途の半導体チップでは、高出力化に伴って発生する熱を効率的に放出し、また、高集積化を図るために、薄型化や面積の拡大化が進められている。
【０００４】
ミリ波帯デバイス組立てにおいて、半導体チップをダイマウントする際に使用している半田はＡｕＳｎ（金スズ）系ハードソルダであり、窒素雰囲気中にてロウ付けを行うノンフラックスハンダ（以下、マウント用ロウ材と記す）である。マウント用ロウ材を用いて半導体チップをダイマウントする際には、必然的にマウント用ロウ材の融点である高温状態に晒されることになる。そのため、高温状態に晒された半導体チップは、溶融された半田に接触する底面の金属層と、その上部のチップ基材との熱膨張差により、金属層がチップ基板よりも膨張して、半導体チップの周縁部で反り上がる場合がある。例えば、ＧａＡｓを使用したモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）は放熱優先のためより薄い構造となっており、顕著に反り形態を発生する。
【０００５】
マウントを完了し、マウント用ロウ材が固形化した状況においても、この反り形態は保持されたままである。半導体チップの反り上がりにより、半導体チップの周縁部とベースプレートとの間に空隙が形成される。半導体チップの周縁部には、ミリ波帯デバイスのワイヤーボンディングパッドがレイアウトされている。このため、半導体チップの周縁部が浮いた状態でワイヤーボンディングを行い、半導体チップの周縁部に配置されたワイヤーボンディングパッドにワイヤーを接合すると、半導体チップの破損等の障害を引き起こす場合がある。このため、マウント後には半導体チップの周縁部とベースプレートの間の空間をマウント用ロウ材で埋めて、半導体チップの周縁部を固定する必要がある。
【０００６】
そこで、反り上がった半導体チップの周縁部とベースプレートとの間の空隙を埋めるために、マウント用ロウ材の供給量を増量することが考えられる。しかし、マウント用ロウ材を増量すれば、半導体チップの中央部直下のマウント用ロウ材が厚くなり、放熱性を損なうことになる。したがって、中央部直下のマウント用ロウ材の厚さを薄くして、放熱性を損なわないようにする必要がある。
【０００７】
また、溶融状態の多量のマウント用ロウ材を一定面積に留めておくことは技術的に困難であり、半導体チップの周囲に配置している他の構成部材や半導体チップの上面にもマウント用ロウ材が滲み出してしまうと、電気的特性に影響を与える可能性もある。
【０００８】
さらに、マウント用ロウ材の供給量が多いとその表面張力によって曲面化した中央部が突出した形態をなすことから、実装の際に半導体チップの中央部のみが急激に加熱され、マウント用ロウ材の拡散が始まってしまい、半導体チップの反り上がりがより助長されることとなる。さらに、高価なＡｕ系のマウント用ロウ材の使用量を増やすことは、製造コストが高くつく結果となる。
【０００９】
また、図５に示すように平坦化されたダイボンド面２１Ａに反り形状の半導体チップ２０をマウントすると、反り上がった周縁部２０ｂとベースプレート２１との間に段差が発生することで接続ワイヤー（不図示）の長さが不必要に長くなり、これによって生じるＬ成分が高周波特性が悪化するという問題がある。
【００１０】
一方、半導体チップの反り上がりを外部拘束により矯正することも考えられるが、半導体チップ内部における部分応力バランスが崩れる可能性が高く、問題要素も多いことから行われていないのが実情である。
【００１１】
特許文献１には、凹形状に反った半導体チップの裏面形状と合致するように半導体回路基板の表面が凹形状に形成されており、この上にはんだを介して半導体チップを接合する構成が開示されている。半導体回路基板と半導体チップとの段差が小さくなるので、ワイヤーボンディング接続が良好に行えることとなる。しかしながら、半導体チップをマウントした際にはんだが周囲に流出するおそれがある。
【００１２】
また、特許文献２には、余分なマウント用ロウ材がダイパッド部に形成された溝部内に留まる構成が開示されており、周囲にマウント用ロウ材が流出するのを防止している。ところが、特許文献２の場合、ダイパッド部に溝部が形成されていることから半導体チップ直下のマウント用ロウ材の厚みが部分的に増加することになり、放熱性の低下が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１７４１１４号公報
【特許文献２】特開平０２−１１７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように、ダイマウント面を凹形状にしたり、ダイマウント面に溝部を設けただけでは問題は解決せず、半導体チップの主発熱部である中央部直下のマウント用ロウ材の厚みを増すことなく、良好な接続状態でダイマウントを行える方法が望まれている。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、半導体チップ直下のマウント用ロウ材の厚さを増すことなく、半導体チップ全面を容易にベースプレートにマウントできる半導体装置の製造方法、及び環境（温度）の変化に対する耐性を高めた信頼性の高い半導体装置を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は、ベースプレートと、ベースプレート上に周縁部が反り上がるように変形された状態で実装された半導体チップとを有する半導体装置の製造方法であって、ペースプレートの半導体チップが実装される領域に、半導体チップの反り形状に倣った凹形状を有するマウント領域と、マウント領域から外側に延出された溝部とを形成する工程と、マウント領域にロウ材を供給する工程と、半導体チップをマウント領域に配置し、余剰のロウ材を溝部に排出させながらロウ材を介してベースプレートと半導体チップとを接着する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、チップ基材と金属層との積層構造をなし、金属層側を凸として周縁部が反り上がるように変形された半導体チップと、半導体チップの反り形状に倣った凹形状を有するマウント領域と、マウント領域から外側に延出された溝部を有したベースプレートと、を備え、ベースプレートのマウント領域に半導体チップがロウ材を介して実装されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、反り形態とされた半導体チップをベースプレートの凹形状とされたマウント領域に実装すると、マウント領域に供給されたロウ材がマウント領域の略全体に濡れ拡がり、余分なロウ材はマウント領域から外側に延出された溝部へと排出されることになる。これにより、マウント領域から流出したロウ材が半導体チップの上面側に這い上がったり、周囲の意図しない領域に流出するのを防止できる。また、マウント領域が凹形状とされているので、半導体チップ直下のロウ材の厚みを増すことなく半導体チップを実装することができ、半導体チップの良好な放熱性を確保できる。これにより、温度変化等の環境の変化に対する耐性を高めた、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００１９】
本発明の半導体装置によれば、半導体チップの反り形状に合わせてベースプレートのマウント領域が凹形状とされているので、半導体チップが反り形態のまま固定されることとなり、温度変化等の環境の変化による破損等を回避することが可能である。また、マウント領域の外側に溝部を設けたことにより、製造時においてマウント領域にロウ材を介して半導体チップを搭載する際、余分なロウ材はマウント領域に連通する溝部内に排出させることが可能なため、マウント領域から流出したロウ材が半導体チップの上面側に這い上がったり、周囲の意図しない領域に流出するのを防止できる。これにより、温度変化等の環境の変化に対する耐性を高めた、信頼性の高い半導体装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る半導体装置の一部を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法のフローチャート図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、半導体チップの構成を模式的に示した断面図である。
【図５】従来の半導体装置の一部構成を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２２】
（半導体装置）
図１に示すように、半導体装置１００は、ベースプレート１と、ベースプレート１上に実装された半導体チップ１０とを備えて構成されている。半導体チップ１０は、金属層１１とチップ基材１２とを有して構成されており、金属層１１側を凸にして周縁部が反り上がった形態をなし、ベースプレート１上のマウント領域１ａにマウント用ロウ材２を介して実装されている。
【００２３】
ベースプレート１は、Ｃｕ系合金からなり、マウント領域１ａを凹形状とする金型を用いることで作製される。すなわち、マウント領域１ａに対応するダイボンド面１Ａを半導体チップ１０の湾曲率に倣って曲面化しておくことで、半導体チップ１０を反り形態のまま実装できる。
【００２４】
本実施形態では、マウント領域１ａに連通する溝部１４が設けられている。溝部１４は、上記金型によりベースプレート１を成形する際、マウント領域１ａと一体的に形成されたもので、余分なマウント用ロウ材２をマウント領域１ａから排出させるためにマウント領域１ａから外側に延出されており、少なくともその一部がマウント領域１ａの周縁部に連通している。
【００２５】
また、ベースプレート１には、半導体チップ１０が搭載されるマウント領域１ａや、他の部品が搭載されるマウント領域が複数設けられており、マウント領域１ａごとに溝部１４を設けてもよいし、複数のマウント領域１ａ間を接続するように溝部１４を設けてもよい。
【００２６】
この溝部１４は、後述する製造方法において、ベースプレート１に対して半導体チップ１０を実装する際に余ったマウント用ロウ材２を回収するためのもので、複数のマウント領域１ａを溝部１４で繋ぐ構成としておくことで、一のマウント領域１ａから排出されたマウント用ロウ材２を他のマウント領域１ａへと導くことができるので、マウント用ロウ材２のムダをなくして使用量を減らせるという利点がある。
【００２７】
半導体チップ１０は、その裏面１０ｃ（金属層１１の外面１１ｃ）全体がダイボンド面１Ａにマウント用ロウ材２を介して接着され、ワイヤーボンディングによってベースプレート１と接続されている。凹形状のマウント領域１ａに搭載された半導体チップ１０の周縁部１０ｂはベースプレート１の表面に近接した状態にある。このため、半導体チップ１０とベースプレート１との間に形成される段差は半導体チップ１０の厚みに相当する分だけで済み、ベースプレート１と半導体チップ１０とを接続するワイヤー１６の長さが不必要に長くなることはない。
【００２８】
また、半導体チップ１０は、ダイボンド面１Ａに対する間隔が中央部１０ａと周縁部１０ｂとで略等しい状態で実装されている。換言すれば、半導体チップ１０とベースプレート１との間に介在しているマウント用ロウ材２は略均一な厚さとなっており、半導体チップ１０の放熱性が確保された実装構造となっている。
【００２９】
（半導体装置の製造方法）
図２は、本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程を順次示す断面図である。以下では、半導体装置（ミリ波帯デバイス）の製造工程に含まれるダイマウント工程を中心に説明する。ダイマウント工程とは、ミリ波帯デバイス用途の半導体チップをベースプレートに搭載（マウント）する工程をいう。
【００３０】
ダイマウント工程は、マウント用ロウ材供給工程Ｓ１と、マウント用ロウ材溶融工程Ｓ２と、半導体チップ変形工程Ｓ３と、半導体チップマウント工程Ｓ４と、マウント用ロウ材固化工程Ｓ５と、ワイヤーボンディング工程Ｓ６と、を有する。
【００３１】
まず、マウント用ロウ材供給工程Ｓ１では、図３（ａ）に示すように、ベースプレート１上のマウント領域１ａにマウント用ロウ材２を供給する。マウント領域１ａは、半導体チップ１０が搭載されるマウント領域１ａに対応しており、本実施形態ではこのダイボンド面１Ａが後述する半導体チップ１０の反り形状に倣って湾曲面とされている。
本工程では、マウント領域１ａの中央域に所定量のマウント用ロウ材２を供給する。使用するマウント用ロウ材２は、ＡｕＳｎ系ハードソルダであり、窒素雰囲気中でロウ付けを行うノンフラックス半田である。
【００３２】
次に、マウント用ロウ材溶融工程Ｓ２では、ベースプレート１を昇温してベースプレート１の所定領域に配置したマウント用ロウ材２を溶融する。マウント用ロウ材２はノンフラックス半田であるから、フラックスを含有する半田に比べて濡れ性が低く、急激に周囲に拡散することがない。そのため、溶融状態のマウント用ロウ材２は、周囲に除々に拡散するものの、溶融前と略同様な範囲内に留まっている。
【００３３】
半導体チップ変形工程Ｓ３では、半導体チップ１０を高温に晒すことにより、その周縁部１０ｂを反り上がった状態に変形させる。図４（ａ）及び（ｂ）は、半導体チップ１０の構成を示す模式的断面図である。半導体チップ１０は、ＧａＡｓを構成材料とし、金属層１１とチップ基材１２とによる積層構造とされている。金属層１１は、ロウ付けを容易にするとともに放熱性を確保するために、例えばＡｕを含有する。そこで、半導体チップ１０を加熱するなどして高温状態に晒すと、金属層１１側を凸として周縁部１０ｂが反り上がるように変形する。本工程は、前工程におけるマウント用ロウ材２の溶融と同時に行っても良い。
【００３４】
続いて、半導体チップマウント工程Ｓ４では、図３（ｂ）に示すように、ベースプレート１上で溶融状態のマウント用ロウ材２が留まっているマウント領域１ａに、図４（ｂ）に示すような反り状態とされた半導体チップ１０をマウントする。
【００３５】
ダイマウントする際、発熱部が集中している半導体チップ１０の中央域（金属層１１側）を溶融したマウント用ロウ材２に接触させるようにして加圧しながら搭載する。図３（ｃ）に示すように、半導体チップ１０を加圧マウントすることで、ベースプレート１と半導体チップ１０との間のマウント用ロウ材２がマウント領域１ａ全体（半導体チップ１０の裏面１０ｃ全体）に濡れ拡がり、半導体チップ１０の周縁部１０ｂにまで行き渡る。この際、余分なマウント用ロウ材２は押し出されてマウント領域１ａに連通した溝部１４内に流入する。
【００３６】
これにより、半導体チップ１０の周縁部１０ｂに達したマウント用ロウ材２のうち接合に寄与しない余剰分が、半導体チップ１０の上面側へ這い上がることなく、溝部１４を伝わってマウント領域１ａから外部域へと排出されることになる。
【００３７】
溝部１４の平面形状は適宜設定され、矩形状、円形状、枠状あるいはそれ以外の形状であっても構わない。半導体チップ１０の周縁部１０ｂにまでマウント用ロウ材２が行き渡ることを考慮すれば、マウント領域１ａの周囲に複数の溝部１４を設けるか、マウント領域１ａを囲むように枠状の溝部１４を設けることにより、マウント領域１ａから漏れ出したマウント用ロウ材２によって不具合が発生するのを確実に防ぐことが可能である。
【００３８】
なお、溝部１４を他の半導体チップ１０のマウント領域１ａあるいは周辺部品のマウント領域にも連通させておき、排出されたマウント用ロウ材２を他のマウント領域へ導くことで、排出されたマウント用ロウ材２も有効的に活用する。
【００３９】
余分なマウント用ロウ材２が溝部１４内に排出されることで、半導体チップ１０とダイボンド面１Ａとの間のマウント用ロウ材２は略均一な厚みで層をなすことになる。ここで、マウント用ロウ材２の厚みは、半導体チップ１０を接合させるために最低限必要な強度を確保可能な厚さとする。
半導体チップ１０直下のマウント用ロウ材２は放熱経路となる。マウント用ロウ材２の伝熱性が低いことを考慮すれば、その放熱性を阻害しないために、マウント用ロウ材２の厚さ（初期マウントの高さ）を増加させることなく半導体チップ１０を接合することが好ましい。
【００４０】
最後に、マウント用ロウ材固化工程Ｓ５では、ベースプレート１の温度を下げ、一体化したマウント用ロウ材２を固化させることでダイマウント工程を完了する。図３（ｄ）に示すように、マウント用ロウ材２が固化することで半導体チップ１０は反り形態のまま保持されることになる。
この後、ワイヤーボンディング工程Ｓ６へ移行する。そして、本工程において、半導体チップ１０の上面１０Ａの周縁部１０ｂにレイアウトされた不図示のワイヤーボンディングパッドにワイヤー１６を接合して、半導体チップ１０とベースプレート１との接続を行う。
【００４１】
本実施形態の製造方法では、マウント用ロウ材供給工程Ｓ１、マウント用ロウ材溶融工程Ｓ２、半導体チップ変形工程Ｓ３、半導体チップマウント工程Ｓ４、およびマウント用ロウ材固化工程Ｓ５を有しており、マウントさせる前に半導体チップ１０を変形させることとした。このため、半導体チップ１０の反り形状に沿って凹形状とされたベースプレート１のマウント領域１ａに反り状態の半導体チップ１０を搭載させると、マウント用ロウ材２がマウント領域１ａおよび半導体チップ１０の裏面全体に濡れ拡がり、均一な厚さとなる。
マウント用ロウ材２の厚みは、半導体チップ１０の固定状態が維持される最低限の厚みであり、熱伝導率の低いマウント用ロウ材２の厚みが全体的に薄くなることで、半導体チップ１０の放熱性を高めることが可能である。
【００４２】
また、反り形態の半導体チップ１０を湾曲化されたダイボンド面１Ａに搭載させることにより、マウント領域１ａへの半導体チップ１０の位置決めが容易になる。これに加えて、半導体チップ１０の裏面１０ｃ全体がダイボンド面１Ａに接合されることから、ベースプレート１に対する半導体チップ１０の固定状態が安定する。
【００４３】
さらに、平坦化されたマウント領域１ａ上に半導体チップ１０を搭載する構成に比べて、マウント用ロウ材２の使用量を大幅に減らすことが出来る。Ａｕ系ロウ材は高価であることから、その使用量を削減することで生産コストの削減が図れるという利点もある。
【００４４】
また、ＧａＡｓを使用したＭＭＩＣを例にあげると放熱優先のためより薄い構造となっており、このままの状態で実装すると反り形態の発生は顕著なものとなる。本実施形態では、予め変形させておいた半導体チップ１０を凹形状を有するダイボンド面１Ａに固定してあるので、駆動時に生じる加熱等による外部環境の変化に対する耐性を高めることができる。
【００４５】
また、接合に寄与しない余分なマウント用ロウ材２は、マウント領域１ａに連通する溝部１４内へ押し出されることとなり、半導体チップ１０の上面側への這い上がりや意図しない周辺域への流出を抑制できる。ダイボンド面１Ａ上に異物があったり、ボイド等によって異常が発生している場合には、半導体チップ１０の外周における高さや傾き等によって、マウント異常を判断することができる。
【００４６】
また、半導体チップ１０の周縁部１０ｂが反り上がった状態であっても、凹形状とされたマウント領域１ａに半導体チップ１０を搭載することで、半導体チップ１０の周縁部１０ｂがベースプレート１の表面に近接することとなる。従来のように、反り状態の半導体チップを平坦なマウント領域に配置するよりも、半導体チップ１０の周縁部１０ｂがベースプレート１の表面に近接していることから、ベースプレート１と半導体チップ１０の周縁部１０ｂとの間に生じる段差を小さくすることができる。このため、使用する接続ワイヤー１６が不必要に長くなるのを防ぎ、ワイヤー長が増加することで生じるＬ成分により高周波特性が悪化するのを抑制できる。したがって、ワイヤーボンディングによる良好な接続が行える。
【００４７】
なお、半導体チップ１０のボンディングパッド部直下（周縁部）についてはダイボンド面１Ａとの隙間が少ないことから、マウント用ロウ材２がダイボンド面１Ａ全体に完全に行き渡っていなくてもワイヤーボンディングに耐えることが可能である。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４９】
例えば、先の実施形態ではダイボンド面１Ａを半導体チップ１０の湾曲率に沿ったものとしたが、半導体チップ１０の反り形状に対応させた類似形態であっても同等の効果は得られる。
【符号の説明】
【００５０】
１…ベースプレート、１ａ…マウント領域、１Ａ…ダイボンド面、２…マウント用ロウ材（ロウ材）、１０…半導体チップ、１０ａ…半導体チップの中央部、１０ｂ…半導体チップの周縁部、１１…金属層、１１ｃ…外面、１２…チップ基材、１４…溝部
【図１】
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【図２】
2010251460.tif 000004
【図３】
2010251460.tif 000005
【図４】
2010251460.tif 000006
【図５】
2010251460.tif 000007