(57)【要約】      （修正有）【課題】リフローによってはんだ付けする際には、はんだが溶融し、溶融したはんだが接合する板状導電体に沿って吸い上げられてはんだ付け不良を引き起こし、ハンダ接合部のはんだ厚みが設計値よりも小さくなり、はんだ接続の信頼性が低下することを抑制することのできるモジュール構成を提供する。【解決手段】リフローによりはんだ接合するとき、はんだ塗布された被接合面と接合する板状接合部２Ａと、当該板状接合部から立ち上がる板状屈曲立上部２Ｂとから構成される板状導電体において、当該板状接合部２Ａの主面と当該板状屈曲立上部２Ｂの主面とが成す角度を鋭角に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ接合面となる板状接合部と、当該板状接合部から屈曲して立ち上がる板状屈曲立上部とを備えた板状導電体と、当該板状導電体とリフローによるはんだ接続される被接続導体から構成されるモジュールにおいて、当該板状導体の形状が、板状接合部の主面と板状屈曲立上部の主面とで成す角度が鋭角であるモジュール。  
【請求項２】
請求項１における板状導電体が、  
第１被接続導体と接続する、第１板状接合部と、  
当該第１板状接合部から立ち上がる第１板状屈曲部と、  
第２被接続導体と接続する、第２板状接合部と、  
当該第２板状接合部から立ち上がる第２板状屈曲部と、  
当該第１板状屈曲立上部と第２板状屈曲立上部とを接続する板状引出導体部から構成された板状導電体であるモジュール。  
【請求項３】
請求項２における板状引出導体部は、その主面が前記第１板状接合部の主面および第２板状接合部の主面と平行であるモジュール。  
【請求項４】
請求項１乃至３における板状導電体は、銅または銅合金からなり、前記板状接合部には、はんだぬれ性を改善するためのめっき層が形成されたモジュール。  
【請求項５】
請求項４におけるメッキ層は、厚さ１ないし１０μｍのＳｎ−Ａｇめっき層，Ｎｉめっき層、またはＳｎめっき層であるモジュール。  
【請求項６】
請求項１乃至５における被接続導体が、
金属板上に絶縁層を介して形成された第１導電性領域にその一方端を接続して配置された半導体チップと、
前記金属板上に絶縁層を介して形成された第２導電性領域と、
である半導体モジュール。  
【請求項７】
請求項６における半導体チップは、第１導電性領域と、その上面に配置される半導体チップとの間に熱拡散板が配設されたモジュール。  
【請求項８】
請求項１乃至７におけるモジュールは、
モジュールの全体または一部が樹脂によって被覆されているモジュール。  
【請求項９】
請求項１乃至８における、リフローによるハンダ接合のハンダ塗布面が、前記板状接合部端部から、前記板状屈曲立上部に至らない範囲であるモジュール。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュールの構成に係り、特にリフローによるはんだ付け不良の発生を抑制することのできる半導体モジュールに関する。  
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールを構成する基板と該基板に実装される半導体チップとの接続には、ワイヤボンディングが採用される。しかしながら、ワイヤボンディングは、通電時の電気抵抗が高い、長期温度サイクルにより破断が発生する、ボンディング工程に時間がかかる、新たな設備投資が必要などの問題がある。  
【０００３】
このため、近年では、低電気抵抗で製造時間の短縮が可能な板状導電体を用いた接続構造が用いられている。例えば、特許文献１には、半導体チップとの接続に板状の接続導体を用いて、接合部の劣化を抑制することが示されている。  
【０００４】
このように、ワイヤボンディングに代えて、板状導電体を用いて接続することにより、温度サイクルによる接合部の劣化を抑制して、通電容量の増加を図ることが可能となる。しかしながら、はんだ接続という点において新たな問題が発生する。  
【０００５】
図４は、従来の半導体モジュールを説明する図である。図４において、１は半導体チップ、２は板状導電体、２Ａは第１板状接合部、２Ｂは第１板状屈曲立上部、２Ｃは第２板状屈曲立上部、２Ｄは第２板状接合部、２Ｅは板状引出導体部、４は金属基板、４１は導電性パターン、４１Ａは第１導電性領域、４１Ｂは第２導電性領域、４２は樹脂絶縁層、４３は金属板（放熱板）、１０２は第２導電性領域上はんだ、１０３は第１導電性領域上はんだ、１０４は半導体チップ上はんだである。  
【０００６】
図４に示す構造の半導体モジュールにおいて、はんだ付けに際して、はんだリフローを行うと、半導体チップ上はんだ１０４が溶融し、溶融したはんだが板状導電体２に沿って矢印Ｈに示すように吸い上げられてはんだ付け不良を引き起こす。  
【０００７】
このような現象に対して、特許文献２では、板状接続片の接着部を引き出し部に対しほぼ直角となるように形成することにより、はんだ付け時の表面張力によるはんだの吸い上げを抑制することが示されている。  
【特許文献１】特開２００２−４３５０８号公報
【特許文献２】実開平５−７９９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、半導体チップと板状導電体とをリフローによるはんだ付けする際には、半導体チップ上に配置したはんだが溶融し、溶融したはんだが前記板状導電体に沿って吸い上げられてはんだ付け不良を引き起こす。  
すなわち、前記吸い上げにより半導体チップ上のはんだ厚みが設計値よりも小さくなり、はんだ接続の信頼性が低下する。  
【０００９】
また、半導体モジュールは複数の半導体チップを備え、該半導体チップの数に応じた板状導電体が使用される。この板状導電体のサイズは他の電子部品に比して大きい。このため、半導体モジュールの小型化が困難となる。  
【００１０】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、はんだ吸い上げに基づくはんだ付け不良の発生を抑制することのできるモジュール構成を提供するものである。  
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。  
【００１２】
はんだ接合する板状接合部と、当該板状接合部から立ち上がる板状屈曲立上部とを少なくとも備えた板状導電体において、当該板状接合部の主面と当該板状屈曲立上部の主面とが成す角度を鋭角に形成する。  
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上の構成を備えるため、はんだ吸い上げに基づくはんだ付け不良の発生を抑制することができ、さらに、モジュールを小型化できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１および図２は本実施形態にかかる半導体モジュールを説明する図であり、図１は半導体モジュールの斜視図、図２は側面図である。これらの図において、１は半導体チップ、２は板状導電体、２Ａは、第１板状接合部、２Ｂは、第１板状屈曲立上部、２Ｃは、第２板状接合部、２Ｄは、第２板状屈曲立上部、２Ｅは板状引出導体部、３は熱拡散板、４は金属基板、５は充填樹脂、４１は導電性パターン、４１Ａは第１導電性領域、４１Ｂは第２導電性領域、４２は樹脂絶縁層、４３は金属板（放熱板）、１０１は第１導電性領域上はんだ、１０２は第２導電性領域上はんだ、１０３は熱拡散板上はんだ、１０４は半導体チップ上はんだである。なお、図１においては充填樹脂５を省略している。  
【００１５】
前記半導体モジュールの組立は次のように行う。まず、金属板４３の上面に絶縁樹脂４２を形成する。金属板４３はアルミニウム、銅などの金属あるいは合金で形成し、絶縁樹脂４２は耐熱性と絶縁性の観点からセラミックスを焼結した厚膜で形成する。  
【００１６】
次に、絶縁樹脂４２上に第１導電性領域４１Ａおよび第２導電性領域４１Ｂを含む導電性パターン４１を形成し金属基板４とする。ここで用いる第１導電性領域４１Ａ、第２導電性領域４１Ｂを含む導電性パターン４１は金属板４３と同様にアルミニウム、銅などの金属あるいは合金で形成する。  
【００１７】
次に、導電性パターン４１上の熱拡散板搭載領域および板状導電体搭載領域に第１導電性領域上はんだ１０１および第２導電性領域上はんだ１０２をはんだペースト、はんだシートなどで形成する。はんだシートで供給する場合は、はんだ濡れ性を向上させるために導電性パターン４１のはんだ接続面あるいははんだシート全体にフラックスを塗布すると良い。  
なお、はんだ材は環境問題の観点からＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕなどの鉛フリーはんだがよい。
【００１８】
このように形成した第１導電性領域上はんだ１０１上に熱拡散板３を搭載する。熱拡散板３は半導体チップ１よりも大きいサイズの銅または銅合金で形成する。なお、はんだ付けがされる領域には、はんだ濡れ性を向上させるために錫、はんだ、ニッケルなどの少なくとも１層をめっきや蒸着によって形成するとよい。  
【００１９】
前記熱拡散板３を搭載したのちは、該熱拡散板３上に熱拡散板上はんだ１０３をはんだシート、はんだペーストなどで形成する。はんだシートで形成する場合は、はんだ濡れ性を向上させるために熱拡散板３のはんだ接続面あるいははんだシート全体にフラックスを塗布する。なお、熱拡散板上はんだ１０３は第１導電性領域上はんだ１０１や第２導電性領域上はんだ１０２に用いたはんだと同一の材料を選択する。  
【００２０】
次に、熱拡散板上はんだ１０３の上に半導体チップ１を搭載し、さらに半導体チップ上に半導体チップ上はんだ１０４をはんだシート、はんだペーストなどで形成する。  
なお、はんだシートで形成する場合は、はんだ濡れ性を向上させるために半導体チップ１のはんだ接続面あるいははんだシート全体にフラックスを塗布するとよい。この半導体チップ上はんだ１０４は熱拡散板上はんだ１０３と同様に、第１導電性領域上はんだ１０１や第２導電性領域上はんだ１０２に用いたはんだと同一の材料を選択する。  
なお、半導体チップ１の電極面には、はんだの濡れ性を向上させるために錫、ニッケル、金、銀などの少なくとも１層を形成するとよい。  
【００２１】
最後に板状導電体２を半導体チップ上はんだ１０４と第２導電性領域上はんだ１０２上に搭載する。板状導電体２は銅、銅合金などで形成する。  
また、板状導電体２のはんだ付けされる領域には、はんだ濡れ性を向上させるために錫、はんだ、ニッケルなどの少なくとも１層をめっきや蒸着によって、厚さ１ないし１０μｍ形成するとよい。  
【００２２】
前記板状導電体２の形状は、半導体チップ接続側の第１板状接続部２Ａの主面と、第１板状立上部の主面とのなす角（θ１）を９０°未満とするのがよい。これにより、リフローの際に表面張力によって引き起こされる半導体チップ上はんだ１０４の板状屈曲立上部２Ｂへの吸い上がりを抑制することができる。  
ここで主面とは、板状体が備える面の内、他の面より相対的に広い面を意味する。
【００２３】
この点を図５に基づいて説明する。
図５は、半導体チップ上はんだ104の前記板状導電体２への吸い上がりについて、板状接合部の主面と板状屈曲立上部の主面とがなす角よる影響を示す図である。
ここでは、図２に示した前記第１板状接合部２Ａの主面と第１板状屈曲立上部の主面とのなす角（θ１）を、鋭角、直角、および鈍角と変化させた3種類のサンプルを用いて行った。  すなわち、
従来の半導体モジュールのように第１板状接合部２Ａの主面と第１板状屈曲立上部の主面とのなす角（θ１）が直角、および鈍角の場合、半導体チップ上はんだ１０４のはんだ厚さは設計値よりも小さくなった。これは、半導体チップ上はんだ１０４がリフロー時に溶融した際、図4に示すように板状導電体２の第１板状屈曲立上部２Ｂに沿って過剰に吸い上げられたためである。  
【００２４】
このように、当該成す角（θ１）が直角、および鈍角の場合は、半導体チップ上はんだ１０４の厚さが低減し、このことに起因してはんだ接続の信頼性等、特性劣化が生じる。
一方、本願発明による半導体モジュールのように板状導電体２の第１板状接合部２Ａの主面と第１板状屈曲立上部２Ｂの主面とのなす角（θ１）が鋭角の場合、半導体チップ上はんだ１０４のはんだ厚さは、設計値とほぼ同等になった。これは、半導体チップ上はんだ１０４がリフロー時に溶融した際に、板状導電体２の第１立上部２Ｂに沿って吸い上げられるのを防止できたためである。
以上のように、板状導電体２の板状接合部の主面と板状屈曲立上部の主面とのなす角が鋭角の場合、当該板状導電体２を半導体モジュールに用いることで、半導体モジュールに搭載された半導体チップ上はんだ１０４のはんだ付け不良の発生を抑制できるものである。
【００２５】
図３は、板状導電体２の板状屈曲立上部２Ｂの近傍の詳細を説明する図である。  
板状導電体２を半導体チップ上はんだ１０４上に搭載する際は、図３に示すように、半導体チップ上はんだ１０４の塗布範囲を第１板状接合部２Ａの端部から、板状屈曲端部２Ｆに至らない範囲とし、第２板状接合部２Ｄのはんだ塗布範囲も同様とする。  
これにより、半導体チップ上はんだの吸い上がりを抑制する効果がより向上する。  
このように、はんだの吸い上がりを抑制することにより、はんだの層厚の減少幅を抑制して半導体チップに印加される熱歪みを抑制することができる。  
板状導電体２の板状引出導体部２Ｅの主面は、マウンタにより板状導電体２を安定的に供給するため第１板状接合部の主面および第２板状接合部の主面と平行（水平）であるのがよい。  
これにより、板状導電体２の重心位置である板状引出導体部２Ｅを保持具により吸着保持することができる。  
【００２６】
また、半導体チップに接続する第１板状接合部と板状引出導体部を挟んで反対側の第２板状接合部２Ｄの主面と第２板状屈曲立上部の主面とのなす角（θ２）も９０°未満とするのがよい。  
このように、板状導電体２の両側の板状接合部の主面とその対応する板状屈曲立上部の主面とのなす角（θ１およびθ２）をそれぞれ９０°未満とすることで、両側のはんだ接続面積および板状引出導体部の長さはそのままに両側の接続領域間隔を狭めることができる。  
これにより、板状導電体の実装面積が低減され、半導体モジュールを小型化することができる。  
【００２７】
この点を図２に基づいて詳細に説明する。  
特許文献１に示されるような、第１、２板状接合部に対して第１，２板状屈曲立上部が直角に立ち上がった場合、図２におけるαは、α＝第１板状接合部２Ａの長さ＋板状引出導体部２Ｅの長さ＋第２板状接合部２Ｄの長さとなるが、上記実施例によれば、α＝第１板状接合部２Ａの長さ＋板状引出導体部２Ｅの長さ＋第２板状接合部２Ｄの長−β−γとなる。  
すなわち、β＋γだけ小型化できることとなる。  
【００２８】
このようにして、金属基板上に板状導電体２まで搭載した半導体モジュールを不活性雰囲気の炉中でリフローする。これにより、第１導電性領域上はんだ１０１、第２導電性領域上はんだ１０２、熱拡散板上はんだ１０３および半導体チップ上はんだ１０４が溶融して一括接続されて半導体モジュールが完成する。  
【００２９】
他の実施変形例として、
前記実施例では、チップ側と第２導電性領域に各々接続する板状導体の板状接合部の主面と、板状屈曲立上部の主面の成す角を共に鋭角に形成したが、どちらか一方にのみ形成しても良い。  
さらに、当該板状導電体は、チップと第２導電性領域とのの接続に限らず、各種導体間の接続に適用できることは明らかである。  
【００３０】
なお、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを用いる場合、接続温度は２４０℃〜２６０℃
程度がよい。最後に充填樹脂５により構造体の一部あるいは全体を封止する。充填樹脂５
はゲル、モールドレジンのいずれでもよい。  
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、階層接続を有する構造体を一括して接続することができる。また、充填樹脂５によりはんだ接続部を覆うことによってはんだ接続の信頼性を向上させることができる。  
【００３２】
また、板状接続部から立ち上がる、板状屈曲引出導体部の立ち上がり角度（θ１、θ２）を９０°未満としている。これにより、はんだの板状導電体への吸い上りを抑制することができ、はんだ接続の信頼性を高めることができる。  
また、板状導電体の実装面積を低減することができ、半導体モジュールをより小型化することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態にかかる半導体モジュールの斜視図。
【図２】半導体モジュールの側面図。
【図３】板状導電体の立上がり部の近傍の詳細を説明する図。
【図４】従来の半導体モジュールを説明する図。
【図５】板状接合部の主面と板状屈曲立上部の主面とのなす角（θ１）と半導体チップ上はんだ厚さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    半導体チップ
２    板状導電体
２Ａ    第１板状接合部
２Ｂ    第１板状屈曲立上部
２Ｃ    第２板状接合部
２Ｄ    第２板状屈曲立上部
２Ｅ    板状引出導体部
２Ｆ    端部
３    熱拡散板
４    金属基板
５    充填樹脂
４１    導電性パターン
４１Ａ    第１導電性領域
４１Ｂ    第２導電性領域
４２    絶縁樹脂層
４３    金属板  
１０１  第１導電性領域上はんだ
１０２  第２導電性領域上はんだ
１０３  熱拡散板上はんだ
１０４  半導体チップ上はんだ
【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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