(57)【要約】【課題】パワー素子等のパッケージへの実装において、歩留りの向上が可能な信頼性の高い接着性を備えた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】底部が金属ベース１７で構成され、周囲を側周壁部で取り巻かれ、上部にキャップが取り付けられているパッケージを用い、前記金属ベース１７に半導体チップ１３、１４を接着したセラミック基板１０を搭載する、前記側周壁部と前記金属ベースは、両面接着テープ１８で固着され、信頼性の高い接着性が得られる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース上に、側周壁部を構成する部材を固定し、開放端を覆うようにキャップを取り付けたパッケージと、
前記パッケージの内部にあって、前記金属ベースに接着したセラミック基板と、前記セラミック基板上に形成されたリードフレームと、
前記リードフレーム上に接着された半導体チップと、
少なくとも前記半導体チップを封止する樹脂を備え、
前記側周壁部を構成する部材と前記金属ベースが、両面に接着剤が塗布されたテープを介して接着されていることを特徴とするパワー素子を含む半導体装置。
【請求項２】
セラミック基板上にリードフレームを形成する工程と、
前記リードフレーム上に半導体チップを接着する工程と、
前記半導体チップ及び前記リードフレーム間をワイヤーで接続する工程と、
前記セラミック基板を金属ベースに接着する工程と、
前記金属ベースに、接着剤が両面に塗布されたテープの一方の面を接着する工程と、
前記テープの他方の面上に前記セラミック基板を囲む側周壁部を構成する部材を配置し、前記金属ベースに接着する工程と、
少なくとも前記半導体チップを樹脂で封止する工程と、
前記側周壁部を構成する部材の開放端にキャップを取り付ける工程とを
有することを特徴とするパワー素子を含む半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記側周壁部を構成する部材を配置し、前記金属ベースに接着する工程と、少なくとも前記半導体チップを樹脂で封止する工程との間に、熱処理を行う工程を有することを特徴とする請求項２に記載のパワー素子を含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワー素子を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワー素子は、高い耐圧と良好な放熱を必要とするため、絶縁性並びに熱伝導性に優れた材料で構成されたパッケージのなかに封止されている（例えば、特許文献１参照。）。このようなパワー素子を含む半導体装置の一例を図４に示す。
【０００３】
例えば、酸化アルミニウム製のセラミック基板１０の上に、銅製のリードフレーム１１が形成されている。このリードフレーム１１の上に、パワー素子等が形成された半導体チップ１３、１４が接着されている。半導体チップ１３、１４及びリードフレーム１２はボンディングワイヤー１５で電気的に接続されている。金属ベース１７の上には側周壁部１９が接着により取り付けられている。また、金属ベース１７の上には上述した側周壁部１９に囲まれるように、セラミック基板１０が板半田１６によって接着されている。側周壁部１９の上部１９ａには接続用の金属端子１９ｂが突出するように設けられている。上部１９ｂａには金属端子１９ｂが貫通する孔を有する、図示しないキャップが接着された構造になっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３３４３３号公報（第６頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したパッケージにおいて、側周壁部１９を金属ベース１７に接着させるための、樹脂接着剤２０の塗布工程を図５に示す。液状の樹脂接着剤２０をディスペンサー２０ａによって金属ベースの所定領域に塗布していく。塗布終了後、側周壁部１９を塗布された樹脂接着剤２０の上に配置し、次に、樹脂接着剤２０を乾燥させるために熱処理を行う。
【０００６】
この工程において、樹脂接着剤２０は乾燥して硬化し、金属ベース１７と側周壁部１９が接着する。一方、この工程において、樹脂接着剤２０は収縮を起し、ストレスが発生する。このため、樹脂接着剤２０と側周部１９及び金属ベース１７との間に、微小なクラックやわずかな剥がれが発生する場合があり、これがパッケージの歩留りを落とす原因の一つとして問題となっている。また、図５に示すように、ディスペンサー２０ａによる塗布を用いているため、その先端における樹脂接着剤２０の詰まり、或いは、塗布量の変動等が発生し、接着が不完全になる場合がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は接着不良が少なく、信頼性の高いパワー素子を含む半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の発明は、金属ベース上に、側周壁部を構成する部材を固定し、開放端を覆うようにキャップを取り付けたパッケージと、前記パッケージの内部にあって、前記金属ベースに接着したセラミック基板と、前記セラミック基板上に形成されたリードフレームと、前記リードフレーム上に接着された半導体チップと、少なくとも前記半導体チップを封止する樹脂を備え、前記側周壁部を構成する部材と前記金属ベースが、両面に接着剤が塗布されたテープを介して接着されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、パワー素子等のパッケージへの実装において、金属ベースと側周壁部を、両面に接着剤が塗布されたテープを介して接着することにより、ストレスによる剥がれ等が少なく、信頼性の高い接着性を備えたパワー素子を含む半導体装置が得られる。
【００１０】
また、本発明の第２の発明は、半導体装置の製造方法として、セラミック基板上にリードフレームを形成する工程と、前記リードフレーム上に半導体チップを接着する工程と、前記半導体チップ及び前記リードフレーム間をワイヤーで接続する工程と、前記セラミック基板を金属ベースに接着する工程と、前記金属ベースに、接着剤が両面に塗布されたテープの一方の面を接着する工程と、前記テープの他方の面上に前記セラミック基板を囲む側周壁部を構成する部材を配置し、前記金属ベースに接着する工程と、少なくとも前記半導体チップを樹脂で封止する工程と、前記側周壁部を構成する部材の開放端にキャップを取り付ける工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、パワー素子のパッケージへの実装において、金属ベースと側周壁部を、両面に接着剤が塗布されたテープを介して接着することにより、ストレスによる剥がれ等が少なく、歩留りが向上する信頼性の高い接着性を備えたパワー素子を含む半導体装置の製造方法が提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１乃至図３は本発明によるパワー素子を含む半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を工程順に示す斜視図である。また、図３（ｇ）は本発明によるパワー素子を含む半導体装置の第１の実施の形態を示している。
【００１４】
先ず、図１（ａ）に示すように、セラミック基板１０の上に形成されたリードフレーム１１に図示しない半田を介して、パワー素子、制御素子等の半導体チップ１３、１４を設置する。セラミック基板１０には、例えば、酸化アルミニウムを焼結したものを用い、その上のリードフレーム１１、１２には、例えばＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄ  Ｃｏｐｐｅｒ）法によって、セラミック基板１０に直接接合させた銅を用いる。次に、アルミニウムワイヤー１５をボンディングすることによって、半導体チップ１３、１４間及び半導体チップ１４とリードフレーム１２間を電気的に接続する。
【００１５】
続いて、図１（ｂ）に示す板半田１６及び図１（ｃ）に示すパッケージを構成する銅製の金属ベース１７を用意する。更に、図２（ｄ）に示すように板半田１６を挟んでセラミック基板１０を金属ベース１７に搭載し、板半田１６を溶融、固化してセラミック基板１０を放熱用金属ベース１７に接着する。
【００１６】
更に、後の工程で図３（ｆ）に示すパッケージを構成する側周壁部１９を放熱用金属ベース１７に接着するための両面接着テープ１８を用意する。両面接着テープ１８はその両面に剥離紙が付いており、加工工程における取扱が容易である。また、その基材は柔軟性、打ち抜き加工性に優れている材質、例えば、ポリスチレンフィルムを用いる。従って、図２（ｄ）に示すように側周壁部１９の形状に合せて加工が可能である。両面接着テープ１８の接着剤には金属及び樹脂と接着性が強く、かつ、高耐熱性のアクリル系樹脂を用いる。アクリル系樹脂の接着剤は、液状接着剤と異なり、溶剤等のアウトガスによる体積収縮等が比較的起こり難い。
【００１７】
次に、図２（ｅ）に示すように、予め、側周壁部１９の形状に合せて加工した両面接着テープ１８を一方の主面の剥離紙を除去した後、金属ベース１７表面の所定の領域に接着する。
【００１８】
更に、図３（ｆ）に示すように、側周壁部１９を用意する。側周壁１９は樹脂で構成されており、その上部１９ａには接続用の金属端子１９ｂが上方に突出するように取り付けられている。両面接着テープ１８における他方の主面の剥離紙を除去した後、図３（ｇ）に示すように、セラミック基板を囲む側周壁１９の下部１９ｃが両面接着テープ１８に接着するように金属ベース１７に搭載する。続いて、両面接着テープ１８の残存する領域を除去する。
【００１９】
その後、図示しないアルミニウムワイヤーにより、金属端子１９ｂの露出した下端部１９ｂ’及びリードフレーム１２の間をボンディングし、電気的に接続する。続いて、金属ベース１７と側周壁部１９に取り囲まれた空間内に、図示しないシリコーン樹脂を注入した後、ベーキングすることによってシリコーン樹脂を固化する。更に、側周壁部１９上に金属端子１９ｂを貫通する孔を有する、図示しないキャップを被せ、固着し、半導体チップのパッケージへの実装工程を終了する。
【００２０】
本実施の形態によれば、パワー素子のパッケージへの実装において、金属ベースと側周壁部を、固体の接着剤による両面接着テープを用いて接着することにより、ストレスによる剥がれ等が少なく、信頼性の高い接着性を備えたパワー素子を含む半導体装置が得られる。
【００２１】
また、本実施の形態は従来技術と比較し、接着剤を金属ベースに貼り付ける時間が短くなること、及び、接着剤を乾燥、固化させる必要がないので熱処理時間が短くなること、により工程が短縮され、スループットの向上が得られる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
本発明によるパワー素子を含む半導体装置の製造方法の第２の実施の形態は、第１の実施の形態の工程を基本にし、両面接着テープによる接着後、熱処理工程を加え、より接着性を高めるたものである。
【００２３】
本第２の実施の形態における工程は、図１（ａ）から図３（ｇ）に示した工程までは第１の実施の形態と同じである。即ち、図３（ｇ）に示すように、セラミック基板１０の上のリードフレーム１１に半導体チップ１３、１４を設置し、半導体チップ１３、１４間及びリードフレーム１２と半導体チップ１４の間をボンディングワイヤーで電気的接続をとり、更に、セラミック基板１０を金属ベース１７に搭載し、両面接着テープ１８によって側周壁部１９を金属ベース１７に接着する。
【００２４】
両面接着テープ１８の基体としては耐熱性に優れているポリエステルフィルムを用いる。また、接着剤は金属及び樹脂と接着性が強く、かつ、高耐熱性のアクリル系樹脂を用いる。上述の工程後、側周壁部１９が搭載された金属ベース１７を、例えば、１５０℃に加熱し、熱処理を行う。これにより、加熱された状態においてアクリル系樹脂が軟化し、被着体の細かな凹凸との付着性が向上し、両面接着テープ１８は被着体により強く接着する。
【００２５】
本実施の形態によれば、パワー素子のパッケージへの実装において、金属ベースと側周壁部を、固体の接着剤による両面接着テープを用いて接着することにより、ストレスによる剥がれ等が極めて少なく、信頼性の高い接着性を備えた半導体装置が得られる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、両面接着テープの基材、接着剤の材料等は所望の特性が得られれば他の樹脂等であっても良い。また、大電力素子等のパッケージだけでなく、他の素子のパッケージに対しても適用可能なことは勿論である。パッケージを構成する部品の材料、例えば、セラミック基板は窒化アルミニウム、酸化ベリリウム等であっても良く、リードフレーム材料も、窒化チタニウムとニッケルの積層体等複合体を用いても良い。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、パワー素子等のパッケージへの実装において、パッケージを構成する金属ベースと側周壁部を、両面に接着剤が塗布されているテープを介して接着することにより、ストレスによる剥がれ等が少なく、信頼性の高い接着性を備えた半導体装置及びその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワー素子を含む半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を説明するための斜視図。
【図２】本発明によるパワー素子を含む半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を説明するための斜視図。
【図３】本発明によるパワー素子を含む半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を説明するための斜視図。
【図４】従来の半導体装置の一例を示す分解斜視図。
【図５】図４の半導体装置における接着剤を放熱用金属ベースに塗布する工程を示す斜視図。
【符号の説明】
１０  セラミック基板
１１、１２  リードフレーム
１３、１４  半導体チップ
１５  ボンディングワイヤー
１６  板半田
１７  金属ベース
１８  両面接着テープ
１９  側周壁部
１９ａ  上部
１９ｂ  金属端子
１９ｃ  下部
２０  樹脂接着剤
２０ａ  ディスペンサー
２１  パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004247451.tif 000006
【図５】
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