(57)【要約】【課題】  ダイオードチップ等の半導体素子の電極とリードとの接合において、接合材料の半導体素子側面へのはみ出しによる電極間ショートのない信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体素子１の両面に電極２、４を有し、各々の電極とその電極に対向した薄板状のリード３、５との隙間に、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体６０１、６０２に接合材を充填した部材を介して挟持する。そして、接合材を加熱溶融することで半導体素子の電極とリードを接続する。あるいは、上記面状の金属導体自体をリードとして半導体素子の電極とを接合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置において、
前記第一の電極と前記第一のリードとの隙間および前記第二の電極と前記第二のリードとの隙間のうち少なくとも片方の隙間に、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材を設けて前記第一のリードと前記第二のリードで前記半導体素子を挟持して前記半導体素子の電極と前記リード間とを接合したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置において、
前記第一のリードと前記第二のリードのうち少なくとも一方のリードが、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材で構成され、該第一のリードと該第二のリードで前記半導体素子を挟持して前記半導体素子の電極と前記リード間とを接合したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記金属導体は、加熱時に前記接合材との濡れ性が良好であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合材が、はんだであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置の製造方法において、
前記第一の電極と前記第一のリードとの隙間および前記第二の電極と前記第二のリードとの隙間のうち少なくとも片方の隙間に、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材を設ける工程と、前記第一のリードと前記第二のリードで前記半導体素子を挟持する工程と、前記接合材を加熱溶融する工程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６】
半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置の製造方法において、
前記第一のリードと前記第二のリードのうち少なくとも一方のリードを接合材が金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材で構成する工程と、該第一のリードと該第二のリードで前記半導体素子を挟持する工程と、前記接合材を加熱溶融する工程を有することを特徴とする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、半導体装置およびその製造方法に関し、たとえばダイオード等、半導体素子チップの対向する両面の電極とリードとが接続されたリード付きの半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種装置の薄型化が進展しており、薄型実装に適した半導体装置に注目が集まっている。たとえば、太陽電池パネル等で、薄板形状の太陽電池セルに実装されるバイパスダイオードなどに用いられるダイオードは、太陽電池セルが薄いため、従来の樹脂封止タイプのダイオードを使用した場合、太陽電池モジュールの平面性を悪くするので、薄型実装に適した薄型のリード付きダイオードを用いている。
【０００３】
図７に、薄型のリード付きダイオードの一例をあらわすダイオードの断面図を示す。
【０００４】
図７において、１はダイオードチップ、２はダイオードチップ１の一方の面に設けられたカソード電極、３はカソード電極２に対向して設けられたリード、４はダイオードチップ１の他方の面に設けられたアノード電極、５はアノード電極４に対向して設けられたリードである。従来、ダイオードチップ１は、その両面に設けられた電極２及び４に対向する薄板状のリード３及び５にはんだ７０１、７０２等接合材を介して挟持して、その後、はんだ等の接合材を加熱溶融させて、ダイオードチップ１の電極２とリード３の接合部およびダイオードチップ１の電極４とリード５の接合部を形成する構造が一般的である。また、これらダイオードの製造方法について、接合材がはんだの場合、はんだ供給はスクリーン印刷によるのが一般的であり、まずリードの所定部分にはんだペーストを塗布し、次にリードのはんだペーストを塗布した面上にダイオードチップを搭載する。そして、これらを挟み、はんだリフロー工程ではんだを加熱することでダイオードチップの電極とリードが接合されリードとダイオードチップ電極が接続される方法が一般的である。
【０００５】
接合材料の供給方法としては、はんだペーストを印刷等で供給する方法のほかに、メッキ、蒸着等の方法や、はんだ箔切片を所定の位置に配置する方法がある。はんだの加熱方法としては、リフロー加熱が一般的であるが、ヒーターを内蔵したプレートで加熱する方法もある。
【０００６】
これらダイオード等の半導体装置では、熱抵抗を下げ温度特性を向上させるため、リードと接合されるダイオードチップは薄く加工することが多い。したがってこれら薄いダイオードチップを薄板状のリードとはんだで接合する際、供給されたはんだ量が多いと、図８に示すようにはんだが接合面からチップ外周側面にはみ出し、そのはんだにより、ダイオードの電極間が接触しリード間がショートするという致命的な不良を発生する。また、はんだ量が少ないと、接合面全体にはんだが行き渡らず、接合部の熱抵抗が大きくなり、発熱により放熱性が悪くなりダイオードが正常な特性を示さない。
【０００７】
特にプレーナー型ダイオードチップのような、通例、側面に絶縁コートされていない場合、電極間のショートが発生しないためには、厳密な半田量の供給を管理することが必須である。
【０００８】
また、特許文献１に開示されているようなメサ型ダイオードチップの場合のように、チップ側面がエッチングされ、チップ側面にガラスパシベーション等でコート処理がなされた構造の場合、側面にはんだがはみ出し盛り上がってもコート処理により絶縁されているので、電極間ショートの発生はプレーナー型に比較して少ないが、厳密にはんだ量を管理しないとはんだはみ出しによる電極間ショートが多発する可能性は十分にある。
【０００９】
【特許文献１】特開平２００２−１５８３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した点を鑑みなされたものであり、ダイオードチップ等の半導体素子の電極とリードとの接合において、接合材料の半導体素子側面へのはみ出しによる電極間ショートのない信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１の発明は、半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置において、前記第一の電極と前記第一のリードとの隙間および前記第二の電極と前記第二のリードとの隙間のうち少なくとも片方の隙間に、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材を設けて前記第一のリードと前記第二のリードで前記半導体素子を挟持して前記半導体素子の電極と前記リード間とを接合したことを特徴とする。
【００１２】
前記課題を解決するために請求項２の発明は、半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置において、前記第一のリードと前記第二のリードのうち少なくとも一方のリードが、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材で構成され、該第一のリードと該第二のリードで前記半導体素子を挟持して前記半導体素子の電極と前記リード間とを接合したことを特徴とする。
【００１３】
前記課題を解決するために請求項３の発明は、前記請求項１または２の発明において、前記金属導体は、加熱時に前記接合材との濡れ性が良好であることを特徴とする。
【００１４】
前記課題を解決するために請求項４の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれかの発明において、前記接合材がはんだであることを特徴とする。
【００１５】
前記課題を解決するために請求項５の発明は、半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置の製造方法において、前記第一の電極と前記第一のリードとの隙間および前記第二の電極と前記第二のリードとの隙間のうち少なくとも片方の隙間に、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材を設ける工程と、前記第一のリードと前記第二のリードで前記半導体素子を挟持する工程と、前記接合材を加熱溶融する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
前記課題を解決するために請求項６の発明は、半導体素子の一方の面に第一の電極を有し、前記半導体素子の他方の面に第二の電極を有し、前記第一の電極が前記第一の電極と対向する第一のリードと接合材で接合され、前記第二の電極が前記第二の電極と対向する第二のリードと接合材で接合されてなる半導体装置の製造方法において、前記第一のリードと前記第二のリードのうち少なくとも一方のリードを接合材が金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に接合材を充填した部材で構成する工程と、該第一のリードと該第二のリードで前記半導体素子を挟持する工程と、前記接合材を加熱溶融する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体素子の電極とリードとの電極接合において、金属線もしくは金属繊維から成る織布状もしくは不織布状の金属導体、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体、または表面および内部に空隙部を有する加工を施した薄板状の金属導体に充填された接合材が加熱溶融することで、これら金属導体の表面およびこれら金属導体の空隙部表面が接合材と濡れることにより、これら部材間の空隙に接合材が含浸するため、半導体素子の電極とリードとの電極接合に余分な接合材が吸収され接合材の半導体素子の側面へのはみ出しが無くなることで、半導体素子の両電極間がショートすることを防止できる。また、第一のリードと第二のリードで半導体素子を挟持して加熱溶融することで電極接合部は面加圧されて、接合層厚を薄く均一に形成できるので放熱性が向上する。これにより、信頼性の高い半導体装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図である。図１において、１はダイオードチップ、２はダイオードチップ１の一方の面に設けられた第一の電極（カソード電極）、３は第一の電極２と対向する第一のリード、４は第一の電極２の反対面に設けられた第二の電極（アノード電極）、５は第二の電極４と対向する第二のリードである。また、６０１、６０２は、はんだ７０１、７０２を予め充填した金属網状部材（金属導体）である。
【００２０】
本実施の形態では、上記構成において、第一のリード３、第二のリード５はともに銅箔より構成され、ダイオードチップ１の第一の電極２と対向する第一のリード３との隙間には金属網状部材６０１が配置され、第二の電極４と対向する第二のリード５の隙間には金属網状部材６０２が配置されている。これらの金属網状部材６０１、６０２は、はんだメッキされた銅細線を格子状に編み込んだ構造のシート状で、厚さが均一の構成のもので、銅細線間の隙間にはんだペーストを予め充填した部材であり、加熱溶融によりはんだとの濡れ性が良好となる。
【００２１】
予めはんだを金属網状部材に充填する方法としては、はんだペーストを印刷等で充填しても良いし、リードの接続前にはんだ箔切片を配置した状態で予備加熱して充填するなどしても良い。なお、はんだ等接合材の供給方法において、はんだの吸収効果および、電極間ショート防止効果に問題がなければ、従来のように、半導体素子の電極あるいはリードに予め接合材を供給する方法もある。
【００２２】
上記構成の製造過程では、まず、はんだペーストを充填した金属網状部材６０１、６０２を介して第一のリード３と第二のリード５でダイオードチップ１を挟持した状態で加熱することで、はんだが溶融し、第一の電極２と第一のリード３とが金属網部材６０１を介して接合され、第二の電極４と第二のリード５とが金属網部材６０２を介して接合される。このとき、金属網状部材６０１、６０２を構成している金属細線の表面ははんだメッキされており、はんだとの濡れ性が良好であるので、余分なはんだは金属細線間の空隙に吸収され、はんだがチップ外周側面へはみ出すことがない。したがって上記構成により、第一電極２と第二電極間４とのショートを防止できる。
【００２３】
また、厚さの均一な金属網状部材６０１、６０２を介して、第一のリード３と第二のリード５でダイオードチップを挟持して加熱溶融することで面加圧されて、はんだ接合層厚を薄く均一に形成できるので放熱性が向上する。
【００２４】
上記の金属網状部材とは、各種の編み方で金属細線を互いに網目状に編み込んだ形態のシート状の構造体であり、金属細線間の空隙部は、編み方、金属細線径、メッシュ（間隔）を変えることで設定できる形態のものである。
【００２５】
金属細線の材質としては、軟らかく加工しやすい材質で熱抵抗、電気抵抗が低い金、銀、真鍮、アルミ等があげられ、金属細線の表面は、はんだとの濡れ性が良好なら、電気メッキ、金属蒸着等の方法で金、銀、スズ、ニッケル等の表面処理を施した構成の部材でも良い。
【００２６】
また、本実施の形態では、リードと電極間に設ける構成部材として金属網状部材を用いたが、部材に空隙部があり加熱溶融ではんだ等接合部材との濡れ性が良好である材質あるいは表面処理された構成で接合材を空隙に含浸吸収するものであれば、金属繊維を網状に織り込んだりあるいは絡ませて形成した織布状もしくは不織布状の金属導体、または表面に窪みや溝加工を施した薄板状の金属導体、または表面および内部に空隙部を有する加工を施したパンチングメタルやエキスパンドメタル等の面状の金属導体のような形態の部材でもかまわない。
【００２７】
上記のパンチングメタルとは、薄板状の金属を、複数の孔あけ加工を施した形態の構造体である。孔形状、孔寸法、孔位置、孔間隔、孔配置については、プレス加工あるいはエッチング加工等により比較的自由に設計できる。
【００２８】
また上記のエキスパンドメタルとは、薄板状の金属に、網目形状に合わせた切れ目加工を施し引きのばし網目を形成した形態の構造体である。パンチングメタル同様、一体構造体である。
【００２９】
なお、リードと電極間に設ける構成部材（金属導体）としてパンチングメタルを適用した場合、パンチングメタルは孔加工以外従来の金属箔で構成されたリードと近い形態のため、リード取り付け工程をはじめ従来と同等の取り扱いができる利点がある。また、パンチングメタルは、孔形状、孔寸法、孔位置、孔間隔、孔配置等を比較的容易に変更し加工できるなど加工の自由度が高いこと、はんだ等の接合材との濡れ性の確保についても、部分メッキ、孔配置等で対応できるため、上記リフロー工程等加熱プロセスを考慮した接合材吸収効果の最適化が比較的容易に実現できる。
【００３０】
また、リードと電極間に設ける構成部材について、平坦性、はんだ等の接合材の吸収効果に問題なければ、金属網状部材よりエキスパンドメタルあるいはパンチングメタルの方が、部材の形状加工による金属細線のほつれなどの心配がなく、部材の加工及び取り扱い時のメリットがある。
【００３１】
なお、本実施の形態では第一の電極２と第一のリード３との隙間および第二の電極４と第二のリード５との隙間の双方の隙間にはんだを充填した金属網状部材を設けているが、接合材料の半導体素子側面へのはみ出しによる電極間ショートを防止する効果が得られれば片方の隙間にのみに設けても良い。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図である。
【００３３】
本実施の形態は、第二のリード自体が金網網状部材６０２で構成されており、銅箔より構成された第二のリード部材がない点が第１の実施形態とは異なる。かかる構成によれば、構成部材が少ないので安く構成できる。
【００３４】
本実施の形態では、第一の電極２と対向する第１のリード３との隙間には、第１の実施形態同様はんだ７０１が充填された金属網状部材６０１が配置されている。一方、第二の電極４（アノード電極）に対向して、金網網状部材６０２よりなる第二のリード５が配置されている。上記金網網状部材６０２のうち、第２の電極４と対向する領域には、第１の実施形態同様、予めはんだ７０２が充填されている。したがって、第一のリード３と第二のリード５でダイオードチップ１を挟持して、加熱することで、第１の実施形態同様はんだのはみ出しのない第一の電極２と第一のリード３の接合および第二の電極４と第二のリード５とのはんだ接合が可能となる。
【００３５】
なお、上記構成では第二のリード５が、はんだの充填された金属細線を織り込んだ構造なので、従来の金属箔のリードに比べて可撓性が良く曲げ加工に適しており、たとえば、薄型実装（薄板状の素子電極への実装）に好適である。
【００３６】
上記構成において、金属網状部材６０２は、少なくとも第二の電極４に対応した領域にはんだが充填されダイオードチップ１の側面にはみ出すはんだを吸収する構造であれば良く、図３に示すような第二のリード５の引き出し部にもはんだを充填した形態の部材でも良い。
【００３７】
更に、上記構成の製造方法において、放熱性に問題がないレベルなら、リード間を挟持せず、はんだ接合部に圧力を印加せずに、リフロー工程を通すことだけではんだ接合をする方法もある。
【００３８】
なお、本実施の形態では、第一の電極２と第一のリード３との隙間にはんだを充填した金属網状部材６０１を設けると共に、第二のリード５としてはんだを充填した金属網状部材６０２を用いているが、第一のリードと第二のリードの双方にはんだを充填した金属網状部材で構成しても良い。また、接合材料の半導体素子側面へのはみ出しによる電極間ショートを防止する効果が得られれば、第一のリードと第二のリードの片方ははんだを充填した金属網状部材で構成し、他方は従来のような構成とすることもできる。
【００３９】
また、本実施の形態は、第１の実施の形態同様、金属網状部材を適用した実施形態であるが、本実施の形態と同等のはんだ吸収効果があれば、金属網状部材以外のパンチングメタルやエキスパンドメタル等の形態の部材でもかまわない。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図であり、図５は本発明の第３の実施形態に係わる金属網状部材６０２の上面図であり、図６は本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の説明図である。
【００４１】
本実施の形態は、ダイオードチップ１の第二の電極４と対向する第二のリード５との隙間に配置された金属網状部材６０２が予めはんだで充填されていないこと、金属網状部材６０２の形状が図５に示すように中央に開口部（中空部）６０２ａを有しチップ外周に対応する枠形状であること、第一の実施形態で第一の電極２と対向する第一のリード３の隙間に設けられていた金属網状部材６０１が設けられていないことが、第一の実施形態と異なる点である。かかる構成によれば、従来の電極接合に近い構成と従来に近い接合工程ではんだのはみ出しのない第二の電極４と第二のリード５とのはんだ接合が可能となる。
【００４２】
上記構成の製造過程では、図６に示すように、第一の電極２の電極接合については、従来の電極接合工程同様、第一のリード３にはんだ７０１を供給する。第二の電極４の電極接合については、第２のリード５にはんだ７０２を供給して、第二の電極４と対向する第２のリード５との隙間には、図５に示すように第二のリード５にはんだ７０２を供給する部分に対応して中空部６０２ａが設けられている金属網状部材６０２を配置する。そして、第一のリード３と第２のリード５でダイオードチップ１を挟持してリフロー加熱することで、第二の電極４（アノード電極）と第二のリード５のはんだ接合について、第１の実施形態同様、金属網状部材６０２の空隙に余分なはんだが吸収されるために、はんだのはみ出しが防止できる。したがって、カソード側は多少のはみ出しがあっても、電極間ショート不良の発生を防止できる。
【００４３】
なお、本実施の形態は、第１の実施の形態同様、金属網状部材を適用した実施形態であるが、本実施の形態と同等のはんだ吸収効果があれば、金属網状部材以外のパンチングメタルやエキスパンドメタル等の形態の部材でもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態において説明する別の半導体装置の要部をあらわす断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係わる金属網状部材の上面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図７】従来例に係わる半導体装置の要部をあらわす断面図である。
【図８】従来例での問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  半導体素子（ダイオードチップ）
２  第一の電極（カソード電極）
３  第一のリード
４  第二の電極（アノード電極）
５  第二のリード
６０１、６０２  金属網状部材
６０２ａ  開口部（中空部）
７、７０１、７０２  はんだ
【図１】
2005251771.tif 000003
【図２】
2005251771.tif 000004
【図３】
2005251771.tif 000005
【図４】
2005251771.tif 000006
【図５】
2005251771.tif 000007
【図６】
2005251771.tif 000008
【図７】
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【図８】
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