(57)【要約】【課題】  薄型ダイを収容できるケースを提供する。【解決手段】  本発明に係る半導体パッケージは、好ましくは容器の形をした導電性留め具と、半導体ダイと、導電性プラットフォームと導電性接着剤から構成され、ダイと容器の内側表面に配置される導電層から構成される。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に表面を有する導電性留め具と、
第１の表面に第１のパワー電極を有し、その反対側の表面に第２のパワー電極を有するパワー半導体ダイと、
第１のパワー電極と導電性留め具の内側表面との間に配置され、導電性接着剤と導電性プラットフォームから構成されている導電層とを備えることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
導電性プラットフォームは、第１のパワー電極に取り付けられ、導電性接着剤は、導電性留め具の内側表面とプラットフォームとの間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
導電性プラットフォームは、導電性留め具の内側表面に取り付けられ、導電性接着剤は、プラットフォームと第１のパワー電極との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
パワー半導体ダイの反対側の表面に、制御電極をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
第１のパワー電極は、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン電極であり、第２のパワー電極は、パワーＭＯＳＦＥＴのソース電極であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
導電性留め具は、銅または銅合金から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
導電性留め具は、容器型をしていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
導電性留め具は、第２のパワー電極の外側の表面と平行な、少なくとも１つの接続用の表面を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
第２のパワー電極は、導電性接着剤によって、支持体上に設けられた導電性パッドに電気的に接続されるように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
第２のパワー電極は、半田付け可能であることを特徴とする、請求項１記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
導電性留め具は、半導体ダイを取り囲む壁と、第２のパワー電極の外側の表面に平行な接続用の表面を有する少なくとも１つのレールとをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の半導体パッケージ。
【請求項１２】
プラットフォームは、半田母材によって互いに接着された、導電性の粒子から構成されていることを特徴とする、請求項１記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００５年４月２２日出願の米国特許仮出願番号６０／６７４，３９０、名称「ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＰＡＣＫＡＧＥ」に基づき、その権利を主張するものであり、当該特許文献に対して、優先権の主張を行い、かつそれらの開示は、参照用として、本明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
本発明は、パワー半導体のパッケージに関する。
【背景技術】
【０００３】
図１〜図７に示すように、従来のパッケージ１０は、導電性のケース１２と、パワー半導体ダイ１４から構成されている。通常、ケース１２には、銅または銅合金など、導電性の材料が使用され、銀、金等のめっきが施されることもある。ダイ１４は、垂直伝導型のパワー半導体ＭＯＳＦＥＴなどから構成され、ダイ１４のドレイン電極１６は、ケース１２の内側表面に、半田または導電性エポキシ（たとえば、銀エポキシ）などの導電性接着剤１８によって、電気的および機械的に接続されている。
【０００４】
ダイ１４の（ドレイン電極とは反対側の表面に設けられた）ソース電極２０およびゲート電極２２は、それぞれ半田付けができる部分を有しており、図８に示すように、導電性接着剤（たとえば、半田または導電性エポキシ）を使用して、回路基板２８上に設けられた導電性のパッド２４、２６に、それぞれ直接接続することができる。さらに、ダイ１４には、パッシベーション部３０が設けられ、このパッシベーション部３０は、ソース電極２０とゲート電極２２を部分的に覆い、少なくともソース電極２０とゲート電極２２の半田可能な部分の電気的接続が可能なように、開口部が設けられている。
【０００５】
さらに、パッケージ１０の導電性ケース１２は、縁部１３（この縁部１３に、ダイ１４が電気的および機械的に接続される）と、縁部１３を取り囲む壁１５と、壁１５から延び、回路基板２８上の導電性パッド３４にそれぞれ接続するよう構成されている、対向する位置に設けられた２つのレール３２とを備えている。ダイ１４は、ケース１２の壁１５から離して配置されている。すなわち、壁１５は、ダイ１４を取り囲むように設けられている。
【０００６】
従来のパッケージでは、ソース電極２０とゲート電極２２は、利用者によって半田付けされる。特に、利用者は、たとえば回路基板のパッドに半田を付け、その半田によって、ダイの電極をパッドに取り付けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近、電力向けの用途に対し、薄型ダイが、好ましい選択肢として考えられるようになってきた。薄型ダイには、厚さが２５０μｍ以下のものもある。したがって、そのような薄型ダイを収容するケース１２を製作するのは、場合によっては困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、ダイの厚さよりも内側の深さが深いケースの内部に、薄型ダイを収容できるよう、ダイのパワー電極とケースの内側表面との間に層を設ける。
【０００９】
本発明によるパッケージは、好ましくは、従来のパッケージのケース１２のような形状を有する導電性留め具と、第１の表面に第１のパワー電極を有し、その反対側の表面に第２のパワー電極を有するパワー半導体ダイと、第１のパワー電極と導電性留め具の内側表面との間に配置され、導電性接着剤と導電性プラットフォームとから構成された導電層を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態によると、導電性プラットフォームは、第１のパワー電極に取り付けられ、導電性接着剤は、導電性留め具の内側表面とプラットフォームとの間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の実施の形態によると、導電性プラットフォームは、導電性留め具の内側表面に取り付けられ、導電性接着剤は、プラットフォームと第１のパワー電極との間に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して行う、以下の本発明の詳細な説明から、明らかとなると思う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図９に示す、本発明の第１の実施の形態に係るパッケージは、従来のパッケージ１０のケース１２と類似した導電性ケース１２と、パワー半導体ダイ１４とを備えている。通常、ケース１２には、銅または銅合金など、導電性の材料が使用され、銀、金等のめっきが施されることもある。ダイ１４は、ドレイン電極１６、ソース電極２０、およびゲート電極２２を有する垂直伝導型のパワー半導体ＭＯＳＦＥＴ等から構成されている。ダイ１４のソース電極２０およびゲート電極２２（ドレイン電極１６とは反対側の表面に配置される）には、それぞれ、半田付け可能な部分が設けられ、図８に示すように、導電性の接着材料（たとえば、半田または導電性エポキシ）を使用して、それぞれ回路基板２８上の導電性パッド２４、２６と直接接続することができる。
【００１４】
さらに、ダイ１４には、パッシベーション部３０が設けられている。パッシベーション部３０は、ソース電極２０とゲート電極２２を部分的に覆い、電極２０とゲート電極２２の半田可能な部分が電気的に接続できるよう、開口部が設けられている。さらに、導電性ケース１２は、縁部１３（ダイ１４が電気的および機械的に接続される）、縁部１３を取り囲む壁１５、壁１５から延び、回路基板２８上の導電性パッド３４にそれぞれ接続するよう構成されている、対向する位置に設けられた２つのレール３２を有する（図８参照）。ダイ１４は、ケース１２の壁１５から離して配置されている。
【００１５】
図９に示すように、本発明によると、ドレイン電極１６と導電性ケース１２の内側表面との間に、導電層３６が設けられている。導電層３６は、導電性プラットフォーム３８と、半田または導電性エポキシ等の導電性接着剤１８とから構成されている。本発明の第１の実施の形態に係るパッケージにおいて、導電性プラットフォーム３８は、ケース１２の内側表面に設けられ、導電性接着剤１８は、ドレイン電極１６上、したがってプラットフォーム３８とドレイン電極１６との間に設けられている。
【００１６】
図１０に示す、本発明の第２の実施の形態に係るパッケージにおいては、層３６は、ドレイン電極１６上に形成されたプラットフォーム３８を有し、導電性接着剤１８は、ケース１２の内側表面とプラットフォーム３８との間に設けられている。
【００１７】
プラットフォーム３８は、米国特許出願番号１０／９７０，１６５に開示されているようなペースト化合物で構成されることが好ましい。図１１において、ペースト化合物は、結合粒子４０とフィラー粒子４２の混合物から構成され、必要に応じてフラックス材料から構成されることが好ましい。結合粒子４０は、フィラー粒子４２よりも低温で溶解する。
【００１８】
さらに、結合粒子４０とフィラー粒子４２のそれぞれの比率は、結合粒子４０が溶解しても、ペースト化合物の形状がそれを施した時点から実質的に変化せず、かつ、液化した結合物質を冷却したときに、フィラー粒子４２が互いに接着し合い、構造体を形成するための基盤４４が形成されるのに十分な比率とする。このように形成された構造体４５を、プラットフォーム３８として使用することができる。
【００１９】
本発明の好ましい様態によると、結合粒子は半田粒子であり、フィラー粒子は、導電性粒子から構成され、フィラー粒子は、半田粒子の全体に分散させるか、もしくは半田粒子に混ぜ込まれる。
【００２０】
プラットフォーム３８に使用するフィラー粒子４２の形状は、球状であることが望ましいが、立方体、平行六面体等を使用することも可能である。ただし、フィラー粒子４２は、幾何学的に完全な形状である必要はない。すなわち、たとえばここでいう「球状」とは、本発明の範囲内では、完全な球状というよりは、一般的に球のような形をしていることを意味する。したがって、ここで説明するフィラー粒子４２が、幾何学的に完全な形状を有することは、本発明の要件ではない。
【００２１】
好ましい実施の形態では、結合粒子４０は、高い融解温度を有している。Ｓｎ９５％、Ｓｂ５％（重量比）の混合物、もしくはＳｎ９５．５％、Ａｇ３．８％、Ｃｕ０．７％（重量比）の混合物からなる半田は、結合材料として使用するのに適した半田の例である。
【００２２】
フィラー粒子４２として適している材料は、銅である。その他の材料としては、ニッケル、錫−銀などが適している。
【００２３】
図１３において、フィラー粒子４２は、核となる材料５が、別の材料７によってめっきされている。たとえば、球状をした銅の粒子に、ニッケル皮膜でめっきし、錫または銀で不動態化する。球状の銅粒子との使用に適している結合粒子４０は、錫−銀の半田、高鉛半田、または錫−鉛の半田である。
【００２４】
導電性のフィラー粒子として、球状のニッケル粒子を使用する場合、錫または銀によって不動態化する。上記のいずれかの半田は、球状のニッケル粒子との融合にも適している。
【００２５】
錫−銀のフィラー粒子に適している結合粒子には、たとえば、錫−ビスマス半田がある。
【００２６】
好ましい組成例では、フィラー粒子４２は、球体または球状であり、混合物の合計重量５〜４０％を構成し、結合粒子４０は、粉末状の半田であり、混合物の合計重量５０〜８５％を構成する。この好ましい組成では、合計重量の約１０％は、軽度活性樹脂等の半田フラックスから構成される。フィラー粒子４２の大きさは、１５μｍ〜６５μｍであり、半田結合粒子の大きさは、２５μｍ〜４５μｍであることが好ましい。
【００２７】
本発明にて使用するペーストの具体例として、銀めっきされたニッケル粒子が３１．５％（重量比）、結合材としてＳＡＣ（錫−銀−銅）合金またはＳＡ（錫−銀）合金が５８．５％（重量比）の構成が挙げられる。ＳＡＣの組成は、Ｓｎ９５．５％、Ａｇ３．８％、Ｃｕ０．７％（重量比）であり、ＳＡの組成は、Ｓｎ９６％、Ａｇ４％（重量比）であってもよい。この例では、合計重量の１０％をフラックス材料とした。
【００２８】
他の例としては、ダレ防止性を有する、上記の例の高流動性の派生物がある。そのようなペーストは、たとえば、銀めっきされたニッケル球５％（重量比）、ＳＡＣまたはＳＡ８５％、フラックス材料１０％（重量比）から構成される。
【００２９】
上記のペースト化合物は、ケース１２の内側表面、または半導体ダイ１４の電極等の表面上に、比較的平坦な広い領域を有するプラットフォーム３８を形成するのに特に有用である。
【００３０】
一般的に、プラットフォーム３８の製造工程では、特定量のペースト化合物がある表面に塗布される。具体的には、たとえば、ケース１２の内側、またはＭＯＳＦＥＴダイのドレイン電極１６上に、望ましい量のペーストを塗布する。この好ましい実施の形態では、ペーストの塗布は、ステンシル法または印刷法によって行うことができるが、本発明はこれに限るものではない。
【００３１】
ペーストを塗布した後、加熱して結合粒子４０を溶解させる。したがって、半田を結合材として使用した場合、半田が再び溶けるまで、すなわち、半田が再度溶解する温度に達するまで加熱させる。結合粒子４０は、フィラー粒子４２よりも溶解温度がかなり低いため、フィラー粒子４２は固体のまま留まる。しかし、結合粒子４０は溶け、フィラー粒子４２を浸す。温度が結合粒子４０の溶解温度未満まで降下すると、フィラー粒子４２は互いに「接着」され、これによって、図１１に示す一体的な構造が形成される。
【００３２】
結合粒子の比率は、ダレが発生しない程度、かつプラットフォーム３８の役割を果たすのに適した一体的な構造を形成するためにフィラー粒子４２が接着し合うのに十分な程度に選択することが好ましい。
【００３３】
図１０に示す第２の実施の形態に係るパッケージを製造する場合、図１４に示すように、ダイ１４がウェハ４４の一部を構成している状態で、ダイ１４のドレイン電極１６上に、プラットフォーム３８が形成される。
【００３４】
プラットフォーム３８を形成するには、ステンシル法、印刷法、ジェットスプレー法など、公知の方法を使用して、ペーストを塗布する。次に、各ダイ１４の個片切断を行い、各ケース１２の内側に配置し、導電性接着剤１８によってケース１２の内側に取り付ける。
【００３５】
他の方法としては、最初に各ダイ１４を個片化し、次にダイ１４の選択した電極上に、プラットフォーム３８を形成してもよい。
【００３６】
ただし、ウェハキャリヤーの定格が、ペーストの再溶解温度未満の場合、ダイの個片切断を行う前にペースト化合物を再度溶かす必要があるため、後者の方法は好ましくない。そのような場合は、ケース１２がペースト化合物の再溶解温度によって制限されないため、前者の方法のほうが好ましい。
【００３７】
本発明によるプラットフォームは、薄型ダイを収容するための高さを有し、さらなる熱キャパシタンスを提供するという面で利点がある。
【００３８】
以上、本発明を、特定の実施の形態に基いて説明したが、当業者であれば、その他さまざまな変形型や変更、ならびに使用方法は自明である。したがって、本発明は、本明細書の内容によって制限されるものではなく、請求項によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、従来のパッケージを示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のパッケージを示す別の斜視図である。
【図３】図３は、図１のパッケージを示す上面図である。
【図４】図４は、図１のパッケージを示す底面図である。
【図５】図５は、図１のパッケージを側面から見た、立面図である。
【図６】図６は、図１のパッケージを側面から見た、立面図である。
【図７】図７は、図１のパッケージを、図４の線７−７に沿った断面図である。
【図８】図８は、回路基板上に組み立てた、図１のパッケージを示す図である。
【図９】図９は、本発明のある実施の形態に係るパッケージを示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施の形態に係るパッケージを示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の好ましい実施の形態に係るパッケージにおけるプラットフォームの形成に使用する、（支持体上に配置した）ペースト化合物の、加熱処理前の状態を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の好ましい実施の形態に係るパッケージにおけるプラットフォームの形成に使用する、（支持体上に配置した）ペースト化合物の、加熱処理後の状態を示す図である。
【図１３】図１３は、好ましいペースト化合物の、加熱処理後の構造を示す図である。
【図１４】図１４は、第２の実施の形態に係るパッケージ用に処理された半導体ダイを含む、ウェハを示す上面図である。
【図１５】図１５は、図５のウェハを、矢印６−６の方向から見た側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
５  核となる材料
７  別の材料
１０  パッケージ
１２  ケース、導電性留め具、容器
１３  縁部
１４  ダイ
１５  壁
１６  ドレイン電極
１８  導電性接着剤
２０  ソース電極
２２  ゲート電極
２４  パッド
２６  パッド
２８  回路基板
３０  パッシベーション部
３２  レール
３４  導電性パッド
３６  導電層
３８  導電性プラットフォーム
４０  結合粒子
４２  フィラー粒子
４４  ウェハ
４５  構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008538660.tif 000013
【図１２】
2008538660.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008538660.tif 000016
【図１５】
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【国際調査報告】
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