(57)【要約】【課題】半導体基板表面にめっき電極が形成され、接合材を介してめっき電極上にヒートシンクを設けた半導体装置において、接合材によってめっき電極の外縁部に応力が集中することで半導体基板表面からめっき電極が剥離してしまうことを防止する。【解決手段】保護膜１３の内側面１３ａと接合材５０との接点をＡとし、当該接点Ａから突起部３１のうち保護膜１３の内側面１３ａに対向する側面３２までの距離をａとする。また、突起部３１と接合材５０とが接する部分のうち、めっき電極１２の表面からもっとも離れた場所をＢとし、めっき電極１２の表面から場所Ｂまでの距離をｂとした場合、これら距離ａ、ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８を満たすように半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０の突起部３１との位置を規定する。【選択図】図２
2008244045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１５）の表面側に形成された第１電極（１１）、めっき電極（１２）と裏面に形成された第２電極（１４）とを有し、前記第１電極（１１）と前記第２電極（１４）の間に電流を流すように構成された縦型の半導体素子が備えられてなる半導体チップ（１０）と、
板状であって、当該板の一面側に突起部（３１）を有し、当該突起部（３１）が前記半導体チップ（１０）の前記めっき電極（１２）と対向するように配置され、前記突起部（３１）が接合材（５０）を介して前記めっき電極（１２）に接合された上側ヒートシンク（３０）と、
板状であって、当該板の一面側が前記半導体チップ（１０）の第２電極（１４）に対向するように配置され、前記接合材（５０）を介して前記第２電極（１４）に接合された下側ヒートシンク（２０）と、
前記上側ヒートシンク（３０）および前記下側ヒートシンク（２０）の一部と前記半導体チップ（１０）とを封止するモールド樹脂（４０）とを有して構成される半導体装置であって、
前記半導体基板（１５）の表面に保護膜（１３）が形成され、前記保護膜（１３）のうち前記半導体素子が形成された部分に対応する部分が開口しており、当該開口した部分に前記めっき電極（１２）が形成されており、
前記開口した保護膜（１３）の内側面（１３ａ）と前記接合材（５０）との接点をＡとし、当該接点Ａから前記突起部（３１）のうち前記保護膜（１３）の前記内側面（１３ａ）に対向する側面（３２）までの距離をａとすると共に、前記突起部（３１）と前記接合材（５０）とが接する部分のうち、前記めっき電極（１２）の表面からもっとも離れた場所をＢとし、前記めっき電極（１２）の表面から前記場所Ｂまでの距離をｂとしたとき、前記距離ａおよび前記距離ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の関係を満たすように前記半導体チップ（１０）と前記上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）との位置が規定されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に溝部（３４）が設けられており、前記溝部（３４）内に前記接合材（５０）が配置されることで、前記場所Ｂが前記溝部（３４）内に位置するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に突出部（３６）が設けられており、当該突出部（３６）によって、前記接合材（５０）がせき止められることで、前記場所Ｂが前記突出部（３６）のうち前記半導体チップ（１０）側の面に位置するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記突起部（３１）のうち前記半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と対向する面と前記側面（３２）とが交わる角部に凹み部（３７）が設けられており、前記凹み部（３７）内に前記接合材（５０）が配置されることで、前記場所Ｂが前記凹み部（３７）内に位置するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記突起部（３１）の側面（３２）に前記突起部（３１）よりも濡れ性が低いコーティング材（７０）が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板（１５）の表面側に形成された第１電極（１１）、めっき電極（１２）と裏面に形成された第２電極（１４）とを有し、前記第１電極（１１）と前記第２電極（１４）の間に電流を流すように構成された縦型の半導体素子が備えられてなる半導体チップ（１０）と、
板状であって、当該板の一面側に突起部（３１）を有し、当該突起部（３１）が前記半導体チップ（１０）の前記めっき電極（１２）と対向するように配置され、前記突起部（３１）が接合材（５０）を介して前記めっき電極（１２）に接合された上側ヒートシンク（３０）と、
板状であって、当該板の一面側が前記半導体チップ（１０）の第２電極（１４）に対向するように配置され、前記接合材（５０）を介して前記第２電極（１４）に接合された下側ヒートシンク（２０）と、
前記上側ヒートシンク（３０）および前記下側ヒートシンク（２０）の一部と前記半導体チップ（１０）とを封止するモールド樹脂（４０）とを有して構成され、
前記半導体基板（１５）の表面に保護膜（１３）が形成され、前記保護膜（１３）のうち前記半導体素子が形成された部分に対応する部分が開口しており、当該開口した部分に前記めっき電極（１２）が形成されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記下側ヒートシンク（２０）、前記接合材（５０）、前記半導体チップ（１０）、前記接合材（５０）、前記上側ヒートシンク（３０）の順に積層して加熱しつつ、前記上側ヒートシンク（３０）と前記下側ヒートシンク（２０）とが相対的に近づくように加圧することで、前記下側ヒートシンク（２０）および前記上側ヒートシンク（３０）と半導体チップ（１０）とを一体化させる工程が含まれており、
前記一体化させる工程では、前記開口した保護膜（１３）の内側面（１３ａ）と前記接合材（５０）との接点をＡとし、当該接点Ａから前記突起部（３１）のうち前記保護膜（１３）の前記内側面（１３ａ）に対向する側面（３２）までの距離をａとすると共に、前記突起部（３１）と前記接合材（５０）とが接する部分のうち、前記めっき電極（１２）の表面からもっとも離れた場所をＢとし、前記めっき電極（１２）の表面から前記場所Ｂまでの距離をｂとしたとき、前記距離ａおよび前記距離ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の関係を満たすように、前記接合材（５０）を介して前記半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と前記上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）とを接合することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記一体化させる工程では、前記上側ヒートシンク（３０）として当該上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に溝部（３４）が設けたものを用いることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記一体化させる工程では、前記上側ヒートシンク（３０）として当該上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に突出部（３６）が設けられたものを用いることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記一体化させる工程では、前記上側ヒートシンク（３０）として当該上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）のうち前記半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と対向する面と前記側面（３２）とが交わる角部に凹み部（３７）が設けられたものを用いることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記一体化させる工程では、前記上側ヒートシンク（３０）として当該上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に前記突起部（３１）よりも濡れ性が低いコーティング材（７０）が塗布されているものを用いることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの両面に一対の放熱部材が設けられた半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体デバイスが形成された半導体チップの両面にそれぞれヒートシンクを設けると共に、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、半導体チップの両面に接合材を介してヒートシンクがそれぞれ設けられており、ヒートシンクブロックが半導体チップと上側ヒートシンクとの間に半導体チップと上側ヒートシンクとを熱的および電気的に接続するように接合材を介して設けられている半導体装置が提案されている。
【０００３】
このような半導体装置では、ヒートシンクブロックの厚さを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下と規定することで、半導体チップとヒートシンクブロックとの間に介在する接合材の歪みを適切な範囲に低く抑え、ヒートシンクブロックと接合材との接合強度を確保している。
【特許文献１】特開２００５−１１６８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、ヒートシンクブロックの厚さを規定することでヒートシンクブロックと接合材との接合強度を確保しているものの、接合材と半導体チップとの接合強度については考慮されていない。特に、半導体チップを構成する半導体基板上の表面構造上にめっき電極が形成されている場合、冷熱ストレスによって接合材に応力が集中し、当該応力がめっき電極を半導体基板上の表面構造から剥離させるように働くことが発明者らの検討により明らかとなった。
【０００５】
具体的には、半導体基板上の表面構造上のめっき電極の端部とヒートシンクブロックとの間の接合材の側面の傾きが一定の傾きを超える場合、めっき電極の外縁部が起点となって冷熱ストレスによって半導体基板上の表面構造からめっき電極が剥離する確率が高くなる。すなわち、接合材の端部の傾きは、半導体チップにおける半導体デバイス端部からヒートシンクブロックへの電流経路や放熱経路に影響するため、半導体デバイスの電気特性と半導体チップの冷熱ストレスにおける信頼性との両立を図ることができる傾きであることが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、半導体基板上の表面構造上にめっき電極が形成され、接合材を介してめっき電極上にヒートシンクを設けた半導体装置において、接合材によってめっき電極に応力が集中することで半導体基板上の表面構造からめっき電極が剥離してしまうことを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、半導体基板（１５）の表面側に形成された第１電極（１１）、めっき電極（１２）と裏面に形成された第２電極（１４）とを有し、第１電極（１１）と第２電極（１４）の間に電流を流すように構成された縦型の半導体素子が備えられてなる半導体チップ（１０）と、板状であって、当該板の一面側に突起部（３１）を有し、当該突起部（３１）が半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と対向するように配置され、突起部（３１）が接合材（５０）を介してめっき電極（１２）に接合された上側ヒートシンク（３０）と、板状であって、当該板の一面側が半導体チップ（１０）の第２電極（１４）に対向するように配置され、接合材（５０）を介して第２電極（１４）に接合された下側ヒートシンク（２０）と、上側ヒートシンク（３０）および下側ヒートシンク（２０）の一部と半導体チップ（１０）とを封止するモールド樹脂（４０）とを有して構成される半導体装置であって、半導体基板（１５）の表面に保護膜（１３）が形成され、保護膜（１３）のうち半導体素子が形成された部分に対応する部分が開口しており、当該開口した部分にめっき電極（１２）が形成されており、開口した保護膜（１３）の内側面（１３ａ）と接合材（５０）との接点をＡとし、当該接点Ａから突起部（３１）のうち保護膜（１３）の内側面（１３ａ）に対向する側面（３２）までの距離をａとすると共に、突起部（３１）と接合材（５０）とが接する部分のうち、めっき電極（１２）の表面からもっとも離れた場所をＢとし、めっき電極（１２）の表面から場所Ｂまでの距離をｂとしたとき、距離ａおよび距離ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の関係を満たすように半導体チップ（１０）と上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）との位置が規定されている。
【０００８】
これにより、めっき電極（１２）のうち保護膜（１３）の内側面（１３ａ）と接する部位に集中する応力を緩和することができ、ひいてはめっき電極（１２）が第１電極（１１）から剥離してしまうことを防止することができる（図４参照）。
【０００９】
この場合、上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に溝部（３４）を設け、溝部（３４）内に接合材（５０）が配置されるようにすることで、場所Ｂが溝部（３４）内に位置するようにすることができる。これにより、溝部（３４）内に接合材（５０）を流し込んで接合材（５０）が溝部（３４）を越えないようにすることができ、接合材（５０）の濡れ広がりを防止することができる。
【００１０】
また、上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に突出部（３６）を設け、当該突出部（３６）によって、接合材（５０）をせき止めることで、場所Ｂが突出部（３６）のうち半導体チップ（１０）側の面に位置するようにすることもできる。これにより、接合材（５０）が突出部（３６）を越えないようにすることができ、接合材（５０）の濡れ広がりを抑制することができる。
【００１１】
あるいは、突起部（３１）のうち半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と対向する面と側面（３２）とが交わる角部に凹み部（３７）を設け、凹み部（３７）内に接合材（５０）が配置されるようにすることで、場所Ｂが凹み部（３７）内に位置するようにすることもできる。これにより、接合材（５０）の濡れ広がりが抑制することができる。
【００１２】
そして、突起部（３１）の側面（３２）に突起部（３１）よりも濡れ性が低いコーティング材（７０）を塗布することができる。これにより、接合材（５０）が側面（３２）に濡れ広がらないようにすることができ、コーティング材（７０）によって接合材（５０）をせき止めることができる。
【００１３】
本発明の第２の特徴では、下側ヒートシンク（２０）、接合材（５０）、半導体チップ（１０）、接合材（５０）、上側ヒートシンク（３０）の順に積層して加熱しつつ、上側ヒートシンク（３０）と下側ヒートシンク（２０）とが相対的に近づくように加圧することで、下側ヒートシンク（２０）および上側ヒートシンク（３０）と半導体チップ（１０）とを一体化させる工程が含まれており、当該一体化させる工程では、上記第１の特徴で規定した距離ａおよび距離ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の関係を満たすように、接合材（５０）を介して半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）とを接合する。このような製造方法により、めっき電極（１２）が第１電極（１１）から剥離してしまうことを防止することができる（図４参照）。
【００１４】
このように半導体装置を製造するに際し、上側ヒートシンク（３０）として、当該上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に溝部（３４）が設けたもの、または突起部（３１）の側面（３２）に突出部（３６）が設けられたもの、または突起部（３１）のうち半導体チップ（１０）のめっき電極（１２）と対向する面と側面（３２）とが交わる角部に凹み部（３７）が設けられたものを用いることができる。
【００１５】
突出部（３６）に溝部（３４）、突出部（３６）、凹み部（３７）のいずれかが設けられ上側ヒートシンク（３０）を用いることで、接合材（５０）の濡れ広がりを抑制することができる。
【００１６】
また、上側ヒートシンク（３０）として、上側ヒートシンク（３０）の突起部（３１）の側面（３２）に突起部（３１）よりも濡れ性が低いコーティング材（７０）を塗布したものを用いることもできる。これにより、接合材（５０）の濡れ広がりを阻止することができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される半導体装置は、例えば自動車等の車両に搭載され、車両用電子装置を駆動するための装置として用いられる。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、（ａ）は半導体装置の内部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１に示されるように、半導体装置１は、半導体チップ１０と、板状の下側ヒートシンク２０と、板状の上側ヒートシンク３０と、これらを封止するモールド樹脂４０とを備えて構成されている。これら下側および上側ヒートシンク２０、３０のそれぞれの片面と下側および上側ヒートシンク２０、３０の一端側がモールド樹脂４０から露出した状態となっている。
【００２１】
半導体チップ１０は、半導体デバイスとして例えばＩＧＢＴやＤＭＯＳトランジスタ等が形成されたものであり、上面に例えばＡｌＳｉで形成されたエミッタ電極１１、例えばＮｉやＡｕで形成されためっき電極１２が順に形成され、上面のうち外縁部にエミッタ電極１１を囲うように保護膜１３が形成されている。すなわち、保護膜１３のうち半導体デバイスが形成された部分が開口しており、当該開口した部分にめっき電極１２が形成されている。また、半導体チップ１０の下面にコレクタ電極１４が形成されている。なお、エミッタ電極１１は本発明の第１電極に相当し、コレクタ電極１４は本発明の第２電極に相当する。
【００２２】
上側ヒートシンク３０のうち半導体チップ１０と対向する面には、当該半導体チップ１０側に突出した突起部３１が設けられている。そして、下側ヒートシンク２０の上面と半導体チップ１０のコレクタ電極１４との間、半導体チップ１０のエミッタ電極１１と上側ヒートシンク３０の突起部３１との間には接合材５０が設置されている。これにより、半導体チップ１０のコレクタ電極１４は下側ヒートシンク２０を介して、また、半導体チップ１０のエミッタ電極１１は上側ヒートシンク３０を介して外部と電気的に接続できるようになっている。接合材５０として、例えばはんだが用いられる。
【００２３】
上記下側および上側ヒートシンク２０、３０は、半導体チップ１０から発せられる熱を放出するための放熱板としても機能するため、熱伝導性が良く、電気抵抗が低いＣｕなどで構成される。また、モールド樹脂４０は例えばエポキシ系樹脂などからなり、型成形によって形成されている。
【００２４】
図２は、図１のＡ部拡大図である。この図に示されるように、半導体チップ１０においては、Ｎ型基板１５の表層部にＰ型ベース層１６が形成され、Ｐ型ベース層１６の表層部にＮ型ソース領域１７が形成されている。これら、Ｎ型ソース領域１７とＰ型ベース層１６とを貫通してＮ型基板１５に達するようにトレンチ１８ａが形成され、このトレンチ１８ａの内壁表面にゲート絶縁膜１８ｂとゲート電極１８ｃとが順に形成され、これらトレンチ１８ａ、ゲート絶縁膜１８ｂ、ゲート電極１８ｃからなるトレンチゲート構造が構成されている。また、Ｎ型ソース領域１７の一部とトレンチゲート構造とが絶縁膜１９にて覆われている。これにより、ＩＧＢＴが構成されている。なお、Ｎ型基板１５の裏面には、当該裏面と接するように図１に示されるコレクタ電極１４が形成されている。また、Ｎ型基板１５は本発明の半導体基板に相当する。
【００２５】
上記ゲート電極１８ｃは、図１（ａ）に示されるように、半導体チップ１０のうちエミッタ電極１１等が形成された面に設けられた複数の電極１８ｄに接続されている。そして、各電極１８ｄは制御信号端子２５にそれぞれワイヤボンドされている。なお、各電極１８ｄにはゲート電極１８ｃに接続されるものの他に、半導体デバイスを制御する信号を取り扱うものも含まれている。
【００２６】
また、半導体チップ１０の表面上にＮ型ソース領域１７にコンタクトするエミッタ電極１１が形成されている。Ｎ型基板１５のうちトレンチゲート構造が形成されたデバイス部を除いた外縁部に保護膜１３が形成されており、保護膜１３を除いた領域にエミッタ電極１１とコンタクトするめっき電極１２が形成されている。そして、めっき電極１２上に接合材５０を介して上側ヒートシンク３０の突起部３１が配置されている。
【００２７】
上側ヒートシンク３０の突起部３１と半導体チップ１０との位置関係について、具体的に説明する。まず、突起部３１は、半導体チップ１０の表面の外縁部に形成された保護膜１３よりも内側に位置する平面サイズになっている。したがって、突起部３１は、半導体チップ１０表面上の保護膜１３およびめっき電極１２のうち、めっき電極１２にのみ対向する。
【００２８】
そして、保護膜１３の内側面１３ａと接合材５０との接点をＡとし、当該接点Ａから突起部３１のうち保護膜１３の内側面１３ａに対向する側面３２までの距離をａとする。また、突起部３１と接合材５０とが接する部分のうち、めっき電極１２の表面からもっとも離れた場所をＢとし、めっき電極１２の表面から場所Ｂまでの距離をｂとする。このように距離ａ、ｂを定義した場合、これら距離ａ、ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８を満たすように半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０の突起部３１との位置が規定されている。
【００２９】
このｂ／ａというパラメータは、保護膜１３の内側面１３ａと当該内側面１３ａに対向する突起部３１の側面３２との間に位置する接合材５０の端面の傾きに相当する。すなわち、当該傾きが上記の条件を満たすように半導体チップ１０のめっき電極１２と上側ヒートシンク３０の突起部３１との間に接合材５０が配置されている。
【００３０】
図２では、保護膜１３の開口部分の一部分のみを示したものになっている。実際には、保護膜１３の開口形状は多角形になっており、突起部３１の平面形状も保護膜１３と同じ多角形になっている。そして、多角形の各辺において、上記の条件が満たされるようになっている。以上が、本実施形態に係る半導体装置１の全体構成である。
【００３１】
次に、図１および図２に示される半導体装置１の製造工程を、図３を用いて説明する。まず、下側および上側ヒートシンク２０、３０と、半導体デバイス、保護膜１３、めっき電極１２等が形成された半導体チップ１０と、第１スペーサ６０と、第２スペーサ６１とをそれぞれ用意する。下側および上側ヒートシンク２０、３０については、リードフレームを形成することで用意する。また、下側および上側ヒートシンク２０、３０、第１および第２スペーサ５０、５１には、後述する位置決めピン６２が差し込まれる貫通した穴２１、３３、６０ａ、６１ａをそれぞれ設けておく。なお、半導体チップ１０の表面には、図示しないゲート電極用パッドも設けておく。
【００３２】
そして、位置決めピン６２が立てられたステージ６３を用意し、下側ヒートシンク２０の穴２１に位置決めピン６２を通して下側ヒートシンク２０をステージ６３上に配置する。続いて、第１スペーサ６０の穴６０ａに位置決めピン６２を通して第１スペーサ６０を下側ヒートシンク２０上に配置する。
【００３３】
続いて、下側ヒートシンク２０上に接合材５０として適量のはんだ箔を配置し、当該はんだ箔にコレクタ電極１４が対向するように半導体チップ１０を第１スペーサ６０に設けられた開口部６０ｂにはめ込んで設置する。当該開口部６０ｂは第１スペーサ６０のうち半導体チップ１０が下側ヒートシンク２０の配置される場所に設けられている。
【００３４】
この後、１回目のリフローを行って半導体チップ１０を下側ヒートシンク２０に固定する。このように、ステージ６３上の位置決めピン６２を用いることで下側ヒートシンク２０と半導体チップ１０との位置を決めることができる。この段階での下側ヒートシンク２０から半導体チップ１０の表面までの高さは、完成品の場合よりも高い位置にある。
【００３５】
上記第１スペーサ６０の厚さは、１回目のリフローの後に半導体チップ１０の表面側が第１スペーサ６０の開口部６０ｂから突出する厚さになっている。すなわち、１回目のリフローを行った後にこのような半導体チップ１０の配置状況となるような厚さの第１スペーサ６０を用いる。このような第１スペーサ６０としては金属板が加工されたものが採用される。
【００３６】
上記のようにして下側ヒートシンク２０に半導体チップ１０を固定した後、半導体チップ１０に設けられた図示しないゲート電極パッドと図示しない外部端子とをワイヤボンディングする。
【００３７】
その後、第２スペーサ６１の穴６１ａに位置決めピン６２を通して第１スペーサ６０上に第２スペーサ６１を配置し、適量のはんだ箔を半導体チップ１０のめっき電極１２上に配置する。そして、上側ヒートシンク３０の穴３３に位置決めピン６２を通し、当該はんだ箔に突起部３１が対向するように上側ヒートシンク３０を第２スペーサ６１に設けられた開口部６１ｂにはめ込んで設置する。
【００３８】
上述のように、半導体チップ１０の位置が完成品における位置よりも高い位置にあるため、この段階で第１スペーサ６０と第２スペーサ６１との間には隙間がある。また、第２スペーサ６１と上側ヒートシンク３０との間にも隙間がある。これは、はんだ箔の歪み等が原因である。
【００３９】
続いて、上側ヒートシンク３０上におもり等を載せて上側ヒートシンク３０と下側ヒートシンク２０とが相対的に近づくように加圧しながら２回目のリフローを行う。これにより、第１スペーサ６０と第２スペーサ６１との間の隙間および第２スペーサ６１と上側ヒートシンク３０との間の隙間が無くなる。また、下側ヒートシンク２０と上側ヒートシンク３０との間の距離は第１スペーサ６０および第２スペーサ６１の厚さの合計で決まる。
【００４０】
このようにして２回目のリフローが終了すると、上側ヒートシンク３０の突起部３１と半導体チップ１０との位置については、図２に示される距離ａ、ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の条件を満たすように規定される。
【００４１】
すなわち、第１スペーサ６０の開口部６０ｂ、および第２スペーサ６１の開口部６１ｂは、２回目のリフローの後、上側ヒートシンク３０の突起部３１と半導体チップ１０とが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の条件を満たす位置関係となるように、第１スペーサ６０、および第２スペーサ６１にそれぞれ設けられている。上記製造工程においては、このような開口部６０ｂ、６１ｂを有する第１および第２スペーサ５０、５１を用いて、上記のようにして半導体装置１を製造することとなる。
【００４２】
この後、下側および上側ヒートシンク２０、３０、半導体チップ１０が一体化されたものをステージ６３から取り外し、さらに下側および上側ヒートシンク２０、３０の間から第１および第２スペーサ５０、５１を取り外す。なお、第１および第２スペーサ５０、５１は、例えば二分割でき、半導体チップ１０の側面を挟む構造のもの等が採用される。
【００４３】
そして、モールド樹脂４０にて半導体チップ１０等を樹脂封止することで図１に示される半導体装置１が完成する。
【００４４】
上記のようにして半導体装置１を製造するに際し、発明者らはｂ／ａの値を変化させて、すなわち接合材５０の端部の傾きを変化させて半導体装置１の実使用時の冷熱ストレスを想定した耐久試験を実施し、剥離不良率および濡れ不良率を調べた。
【００４５】
剥離不良率とは、半導体チップ１０のめっき電極１２が保護膜１３の内側面１３ａと接する場所を起点としてエミッタ電極１１から剥離する割合であり、濡れ不良率とは、異常サージおよびブレークダウンでのめっき電極１２の端部破壊による歩留まり低下の割合である。剥離不良率については、超音波試験によって調べた。
【００４６】
図４は、ｂ／ａの値に対する剥離不良率、濡れ不良率を示した図である。ｂ／ａの値が０．４を下回ると、異常サージおよびブレークダウンでの接合材５０の端部の破壊による歩留まり低下がおき、濡れ不良率が上昇することを確認した。この理由は、ｂ／ａの値が小さいと電流ブレークダウン時にめっき電極１２のうち保護膜１３と接する部分における電流が、半導体チップ１０から上側ヒートシンク３０の突起部３１に向かって流れず、半導体チップの面方向に沿って流れる電流成分が大きくなるため、めっき電極１２のうち保護膜１３と接する端部に電流集中およびそれに伴う熱集中が起き、破壊に至ると考えられる。
【００４７】
しかしながら、ｂ／ａの値が０．４以上であると、剥離不良率および濡れ不良率ともほぼ０であり、めっき電極１２の破壊も起こらないことから、半導体デバイスのうちもっとも保護膜１３側の素子から上側ヒートシンク３０の突起部３１までの放熱経路、導電経路も十分に確保できる。
【００４８】
また、ｂ／ａの値が１．８を超えたところで剥離不良率が急激に上昇する。これは、ｂ／ａの値が大きい、つまり接合材５０の側面の傾きが大きいと、めっき電極１２のうち保護膜１３と接する部分での応力集中が高くなり、当該めっき電極１２の部分がエミッタ電極１１からの剥れのきっかけとなりやすいことから剥離すると考えられる。
【００４９】
すなわち、めっき電極１２と接合材５０との接着端部、つまり接点Ａ近傍のめっき電極１２には接合材５０の形状によって特に応力がかかりやすく、冷熱サイクルストレスにより、この接点Ａ近傍を起点にめっき電極１２とエミッタ電極１１との界面での剥離が起きやすい。したがって、この接合材５０の側面の形状としてｂ／ａが１．８を下回る値とすることで、めっき電極１２のうち接点Ａ近傍での応力を緩和し、エミッタ電極１１からめっき電極１２が剥離することを防止することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態では、半導体チップ１０の表面に形成されるめっき電極１２を取り囲む保護膜１３と、半導体チップ１０の表面側に配置される上側ヒートシンク３０の突起部３１との位置関係において、図２に規定される接合材５０の側面の傾きのパラメータとなる距離ａ、ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の関係を満たすようにすることを特徴としている。
【００５１】
これにより、めっき電極１２のうち保護膜１３の内側面１３ａと接する部位に集中する応力を緩和することができ、ひいてはめっき電極１２がエミッタ電極１１から剥離してしまうことを防止することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、半導体チップ１０の表面側のエミッタ電極１１上にめっき電極１２が形成された場合について説明したが、半導体チップ１０の裏面電極であるコレクタ電極１４上に図示しないめっき電極が形成された場合、当該めっき電極がコレクタ電極１４から剥離する可能性がある。このような場合についても、上記第１実施形態と同様のパラメータの規定を行うことで、半導体チップ１０裏面においてコレクタ電極１４の剥がれを防止することができる。
【００５３】
図５は、第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示した図である。この図に示されるように、下側ヒートシンク２０として、上側ヒートシンク３０と同様に突起部２２が設けられたものを用意し、第１スペーサ６０を下側ヒートシンク２０上に配置する。そして、下側ヒートシンク２０の突起部２２上にはんだ箔を配置して半導体チップ１０の裏面のめっき電極が対向するように第１スペーサ６０の開口部６０ｂに半導体チップ１０をはめ込んで１回目のリフローを行う。
【００５４】
続いて、第１実施形態と同様に、第１スペーサ６０上に第２スペーサ６１を配置し、エミッタ電極１１上にはんだ箔を設置し、第２スペーサ６１上に上側ヒートシンク３０を設置して２回目のリフローと共に下側および上側ヒートシンク２０、３０を加圧して下側および上側ヒートシンク２０、３０と半導体チップ１０とを一体化させる。
【００５５】
すなわち、下側ヒートシンク２０の突起部２２の側面から半導体チップ１０の側面までの距離をａとし、突起部２２の表面から半導体チップ１０の裏面までの距離をｂとしたとき、第１スペーサ６０として、２回目のリフローの後にこれら距離ａ、ｂが０．４＜（ｂ／ａ）＜１．８の関係を満たすように第１スペーサ６０の厚さおよび開口部６０ｂの位置が規定されたものを用いる。
【００５６】
なお、半導体チップ１０の表面側においては第１実施形態と同様に半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との位置が規定される。
【００５７】
以上説明したように、半導体チップ１０の裏面側にめっき電極が形成された場合であっても、下側ヒートシンク２０と半導体チップ１０の裏面との間に配置される接合材５０の側面の傾きを制御することで、めっき電極の剥離を防止することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、上側ヒートシンク３０に突起部３１、下側ヒートシンク２０に突起部２２が設けられたものが用いられているが、板状の下側ヒートシンク２０や上側ヒートシンク３０を用意し、突起部２２、３１に相当するブロック状のヒートシンクを用いるようにしても構わない。
【００５９】
半導体チップ１０にワイヤボンドが不必要なダイオード等を形成したものを下側および上側ヒートシンク２０、３０に組み付ける場合、第１スペーサ６０と第２スペーサ６１とを一体化させ、図３に示される製造工程を逆にして組み付けることにより、１回のリフローで半導体チップ１０と下側および上側ヒートシンク２０、３０を一体化させることもできる。
【００６０】
上側ヒートシンク３０の突起部３１の側面３２に対する接合材５０の濡れ広がりを抑制するため、突起部３１の側面３２に接合材５０の濡れ広がりを抑える部分を設けることができる。図６は、上側ヒートシンク３０の突起部３１の側面３２に接合される接合材５０を示した図であり、図２に相当する拡大図である。
【００６１】
図６（ａ）に示されるように、突起部３１の側面３２に溝部３４が設けられている。そして、当該溝部３４によって、突起部３１と接合材５０とが接する部分のうち、めっき電極１２の表面からもっとも離れた場所Ｂが当該溝部３４内に配置されることとなる。すなわち、この場所Ｂは溝部３４よりも上側ヒートシンク３０の板部側に位置することはなく、接合材５０の濡れ広がりを防止することができる。この場合、図６（ｂ）に示されるように、突起部３１の側面３２のうち溝部３４よりも半導体チップ１０側の側面３５が側面３２よりも溝部３４の底側に位置するようにしても構わない。
【００６２】
また、図６（ｃ）に示されるように、突起部３１の側面３２のうち半導体チップ１０側に突出部３６が設けられている。これにより、接合材５０が突出部３６を越えないようにすることができる。したがって、場所Ｂを突出部３６の先端に配置することができ、接合材５０の濡れ広がりを抑制することができる。さらに、図６（ｄ）に示されるように、突起部３１のうち半導体チップ１０の表面と対向する面と突起部３１の側面３２とが交わる角部に凹み部３７が設けられている。これにより、場所Ｂを凹み部３７内に配置することができ、接合材５０の濡れ広がりが抑制することができる。
【００６３】
接合材５０の濡れ広がりを抑制する手段として、図６に示される突起部３１に加工を施すことの他に、濡れ広がりを抑制するためのコーティング材を採用することもできる。当該コーティング材は濡れ性の悪い材質で構成され、例えば＊＊＊が採用される。
【００６４】
図７は、上側ヒートシンク３０の突起部３１に少なくとも突起部３１よりも濡れ性が低いコーティング材７０を塗布した様子を示した図である。図７（ａ）に示されるように、上側ヒートシンク３０の突起部３１の側面３２にコーティング材７０が塗布されているため、接合材５０は側面３２に濡れ広がらず、コーティング材７０によって接合材５０をせき止めることができる。すなわち、場所Ｂをコーティング材７０のうち半導体チップ１０側の端部の位置によって決めることができる。
【００６５】
また、図７（ｂ）に示されるように、突起部３１の側面３２から突起部３１のうち半導体チップ１０の表面に対向する面にわたってコーティング材７０を塗布することもできる。この場合、場所Ｂを突起部３１のうち半導体チップ１０の表面に対向する面に設定することができる。さらに、図７（ｃ）に示されるように、突起部３１のうち半導体チップ１０の表面と対向する面の中央側までコーティング材７０を塗布することもできる。
【００６６】
なお、図６、図７に示される手法は、上側ヒートシンク３０だけでなく、下側ヒートシンク２０に対しても施すことができる。また、図６に示される突起部３１への加工と図７に示されるコーティング材７０とを組み合わせることもできる。
【００６７】
上記各実施形態では、半導体装置１にＩＧＢＴ等の半導体デバイスが形成された半導体チップ１０のみが実装されたものが示されているが、半導体装置１に他の半導体デバイス、例えばＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等が形成された半導体チップも実装することもできる。図８は、２つの半導体チップを実装した半導体装置の内部を示す平面図であり、例えばインバータとして用いられるものである。この図に示されるように、半導体装置には、半導体チップ１０と共に、半導体デバイスとしてＦＷＤが形成された半導体チップ８０が実装されている。
【００６８】
このように、半導体装置に２つの半導体チップ１０、８０を実装した場合、上側ヒートシンク３０に各半導体チップ１０、８０に対応した突起部３１がそれぞれ設けられている。半導体チップ８０において突起部３１と対向する面には、半導体チップ１０と同様にめっき電極が形成されている。
【００６９】
そして、接合材５０を介して各突起部３１と各半導体チップ１０、８０の電極等とを接合するに際し、上述した配置関係を満たすようにすることで、上側ヒートシンク３０の各突起部３１と各半導体チップ１０、８０のめっき電極との剥離を防止することができる。このように、複数の半導体チップ１０、８０を実装した場合でも、上記各実施形態を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、（ａ）は半導体装置の内部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１および図２に示される半導体装置の製造工程を示した図である。
【図４】ｂ／ａの値に対する剥離不良率、濡れ不良率を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示した図である。
【図６】他の実施形態において、半導体装置における上側ヒートシンクの突起部の側面に接合される接合材を示した図である。
【図７】他の実施形態において、上側ヒートシンクの突起部にコーティング材を塗布した様子を示した図である。
【図８】他の実施形態において、２つの半導体チップを実装した半導体装置の内部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、８０…半導体チップ、１１…エミッタ電極、１２…めっき電極、１３…保護膜、１３ａ内側面、１４…コレクタ電極、１５…Ｎ型基板、２０…下側ヒートシンク、３０…上側ヒートシンク、３１…突起部、３２…側面、３４…溝部、３６…突出部、３７…凹み部、４０…モールド樹脂、５０…接合材、７０…コーティング材。
【図１】
2008244045.tif 000003
【図２】
2008244045.tif 000004
【図３】
2008244045.tif 000005
【図４】
2008244045.tif 000006
【図５】
2008244045.tif 000007
【図６】
2008244045.tif 000008
【図７】
2008244045.tif 000009
【図８】
2008244045.tif 000010