(57)【要約】【課題】リードフレームの半田接合面に突起を形成して半田層厚のバラツキを防ぐようにした上で、この突起を簡易な製法で形成できるように改良する。【解決手段】絶縁基板１の銅回路パターン２にリードフレーム３を半田接合する半導体装置の接合構造において、リードフレーム, あるいは銅回路パターンのいずれか一方の半田接合面に半田層５の厚さ対応する凸状の突起７を形成するものとし、この突起を次記の手法によって形成する。  (1) アルミ材または銅材を半田接合面に超音波接合して突起を形成する。(2) 半田接合面にエッチングを施して突起を成形する。(3) 半田接合面に導電性接着剤を塗布して突起を形成する。(4) 半田の溶融温度に耐える耐熱性絶縁性材料で突起を形成するものとし、具体的な態様として半田接合面に耐熱性樹脂を塗布して形成する、あるいは耐熱性粘着テープを貼着して形成する。【選択図】        図１
2005072098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の銅回路パターンもしくは銅回路パターン上にマウントした半導体チップにリードフレームを半田接合した接続構造を有する半導体装置において、
前記リードフレーム, 銅回路パターンのいずれか一方の半田接合面に半田層の厚さに相応した凸状の突起を形成するものとし、かつ該突起を半田接合面に超音波接合したアルミ材または銅材で形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁基板の銅回路パターンもしくは銅回路パターン上にマウントした半導体チップにリードフレームを半田接合した接続構造を有する半導体装置において、
前記リードフレーム, 銅回路パターンのいずれか一方の半田接合面に半田層の厚さに相応した凸状の突起を形成するものとし、かつ該突起を半田接合面にエッチングを施して成形したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
絶縁基板の銅回路パターンもしくは銅回路パターン上にマウントした半導体チップにリードフレームを半田接合した接続構造を有する半導体装置において、
前記リードフレーム, 銅回路パターンのいずれか一方の半田接合面に半田層の厚さに相応した凸状の突起を形成するものとし、かつ該突起を半田接合面に塗布形成した導電性接着剤で形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
絶縁基板の銅回路パターンもしくは銅回路パターン上にマウントした半導体チップにリードフレームを半田接合した接続構造を有する半導体装置において、
前記リードフレーム, 銅回路パターンのいずれか一方の半田接合面に半田層の厚さに相応した凸状の突起を形成するものとし、かつ該突起を半田の溶融温度に耐える耐熱性絶縁性材料で形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置において、突起の材料が、耐熱性樹脂であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置において、突起が耐熱性粘着テープであることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールなどを対象とした半導体装置に関し、詳しくは半導体回路基板である絶縁基板の銅回路パターン, あるいは絶縁基板にマウントした半導体チップにリードフレームを半田接合する接続構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
昨今では、パワー半導体モジュールの電流容量が増大化する一方で小形, 高密度化が進み、これに対応してパッケージ内部の配線についても、通電容量，放熱性の向上および配線インダクタンスの低減化を図るために、従来のボンディングワイヤ（アルミワイヤ）に代えてリードフレーム（銅板）が多く採用されるようになっている。
ところで、ボンディングワイヤをリードフレームに代えて絶縁基板（セラミック板の表裏両面に銅回路パターンを直接接合したDirect Bonding Copper 基板）の銅回路パターン，あるいは該絶縁基板にマウントした半導体チップに半田接合する場合に、その半田層の厚みにバラツキがあると次記のような不具合が生じる。すなわち、半田層が所定の厚みより厚いと半田付けの際に溶融半田が接合面域から周囲に流れ出して他の回路パターンと電気的に短絡することがある。また、逆に半田層の厚みが薄いと、使用環境でのヒートサイクルにより、絶縁基板とリードフレームとの熱膨張差に起因して半田接合部に発生した熱応力で早期に疲労破壊に至るといった問題がある。
【０００３】
そこで、リードフレームを用いて前記のように半導体装置の電流経路に半田接合する際に、その半田層に所定の厚みを確保するために、リードフレーム，もしくは絶縁基板の銅回路パターンの半田接合面に所定の半田層厚に相応する高さに設定した突起を例えば切削，切り起こし加工などにより形成しておき、半田付けの際に前記突起を相手側部材の半田接合面に突き合わせて半田層を所定厚みに制御するようにした接続構造が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−７８０９３号公報
【特許文献２】特開昭５４−１９６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のようにリードフレーム，基板の半田接合面にあらかじめ突起を形成しておき、この突起を相手側部材の半田接合面に突き合わせて半田接合するようにした半導体装置では、高い生産性の確保と製造コストの上昇を低く抑える上から、前記突起をできるだけ簡易な方法で形成することが望まれる。
ところで、前記した半導体装置における接合半田層の厚さが例えば１００μｍ以上であれば、その半田接合面に形成する突起の高さも１００μｍ以上となるので、機械的な切削加工，切り起こし加工により突起を形成することも可能であるが、半田層の厚さがそれ以下にある半導体装置に適用する場合には突起の高さが短小で、かつ要求される加工精度も高くなることから、機械加工法での突起の形成が困難となる。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、先記のようにリードフレームまたは絶縁基板の銅回路パターンの半田接合面に突起を形成して半田層の厚みのバラツキを防ぐようにした接続構造において、前記突起を簡易な製法で形成できるように改良した半導体装置の接続構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明によれば、絶縁基板の銅回路パターンもしくは銅回路パターン上にマウントした半導体チップにリードフレームを半田接合した接続構造を有する半導体装置において、
前記リードフレーム, 銅回路パターンのいずれか一方の半田接合面に半田層の厚さに相応した凸状の突起を形成するものとし、この突起を次に記す手法により形成する。
(1) 前記半田接合面にアルミ材または銅材を超音波接合して突起を形成する（請求項１）。
(2) 半田接合面にエッチングを施して突起を成形する（請求項２）。
(3) 半田接合面に導電性接着剤を塗布して突起を形成する（請求項３）。
(4) 半田の溶融温度に耐える耐熱性絶縁性材料で突起を形成するものとし（請求項４）、具体的な態様として半田接合面に耐熱性樹脂を塗布して形成する（請求項５）、あるいは耐熱性粘着テープを貼着して形成する（請求項６）。
【０００６】
上記した手法は切削，切り起こし加工などの機械加工法と比べ、簡単，かつ短時間作業でリードフレームあるいは絶縁基板の銅回路パターンの半田接合面に所定厚さの半田層に対応した突起を形成することができる。ここで、超音波接合法は突起の接合に要する時間が短時間で済むので生産性に優れている。また、絶縁性材料で形成した突起は、金属材料に比べて成形が簡単でコスト面でも有利である。なお、絶縁材の突起は通電に関与しないが、リードフレーム，銅回路パターンの半田接合面における突起の面積割合は僅少であって通電容量への影響はほとんど無視できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体装置の内部配線の接続構造として、リードフレームあるいは絶縁基板の銅回路パターンの半田接合面に前記した手法により突起を形成したことにより、接合半田層の厚みのバラツキを抑えて配線構造の信頼性を高めるとともに、機械加工による従来の突起形成法と比べて製造コストの低減化，および生産性向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を以下述べる各実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で、１は絶縁基板（Direct Bonding Copper 基板）２は、絶縁基板１のセラミック板に形成した銅回路パターン、３は左右に並ぶ銅回路パターン２の間を接続するリードフレーム、４は一方の銅回路パターン２に半田マウントした半導体チップ、５はリードフレーム３と銅回路パターン２の間，リードフレーム３と半導体チップ４との間を接合した半田層、６は半導体チップ４を絶縁基板１の銅回路パターン２に接合した半田層、７はリードフレーム３の半田接合面に形成した突起、８はリードフレーム３に対峙して銅回路パターン２の半田接合面に形成した突起である。
【実施例１】
【０００９】
図１(a) 〜(e) は絶縁基板１の上面に形成した左右の銅回路パターン２の間に跨がってリードフレーム３を半田接合したものであり、ここでリードフレーム３の両端の半田接合面（平坦な電極面）には(b) 〜(e) 図のように半田層５の厚さに対応した突起高さに定めた１ないし複数個の凸状突起７を分散形成しておき、この突起７を銅回路パターン２の半田接合面に当ててリードフレーム３を配置した状態で、リードフレーム３と銅回路パターン２の間を半田接合する。なお、図示例の突起７の形状は角柱であるが、角柱以外にも円柱，三角柱，三角錐，球形などの形状にしてもよい。また、突起７の個数は銅回路パターン２の上にリードフレーム３を載せた状態での姿勢を安定化させるために、３個以上分散して形成するのが好ましい。
ここで、前記の凸状突起７は、できるだけコストをかけずに簡易な方法で形成するために、次記のような手法で形成するものとする。
【００１０】
(1) 半導体装置のワイヤボンディング法として知られている超音波接合法によりアルミ材あるいは銅材をリードフレーム３の電極面に接合して突起７を形成する。
(2) リードフレーム３の電極面にレジストを塗布し、エッチング液に浸して所望高さの突起７を形成する。
(3) 突起の材料に導電性接着剤を用い、ディスペンサを使ってリードフレーム３の電極面上に所定箇所に所望の高さとなるように導電性接着剤を点状に塗布した上で、これを硬化させて突起７を形成する。
(4) 前記導電性接着剤の代わりに、ウレタン系，アクリル系，エポキシ系，ポリイミド系などの耐熱性樹脂を用い、これをリードフレーム３の電極面に点状に塗布した上で、硬化処理して所望高さの突起７を形成する。なお、この場合に樹脂材に光硬化形樹脂を用いることにより、加熱処理を行わずに紫外線照射で硬化させることができる。
【００１１】
(5) 突起の材料に所定厚さの耐熱性粘着テープを用い、この粘着テープにあらかじめ突起となる部分を切り込み形成した上でリードフレーム３の電極面に貼り付けた後、突起部分を電極面上に残してテープを剥がして突起７を形成する。なお、使用する粘着テープは、半田接合の際の半田溶融温度（Sb-Pb 系:183℃,Sn-Ag系:221℃) に耐える耐熱性のポリテトラフロロエチレンテープ，含浸ガラスクロステープ，シリコーンテープなど（耐熱温度：約 250℃) を用いるのがよい。また、高融点半田 (Pb-Sn 系,Pb-Sn-Ag 系：融点約 300℃) を使用する場合には、アルミ箔テープ，銅箔テープ (耐熱温度：約 320℃) を用いるのがよい。
【実施例２】
【００１２】
図２は絶縁基板１に形成した片方の銅回路パターン２に半田マウントした半導体チップ４の上面電極と他方の銅回路パターン２の間に跨がってリードフレーム３を半田接合した実施例であり、リードフレーム３の両端電極面には先記実施例１と同様な手法で突起７を形成しておき、半導体装置の組立工程では前記突起７を図示のように銅回路パターン２，半導体チップ４の上面の半田接合面に当ててリードフレーム３を載置し、この状態で半田接合を行って所定の厚さの半田層９を得るようにしている。
【実施例３】
【００１３】
図３は図１の接続構造に対応する応用実施例を示すものである。すなわち、先記実施例１では、リードフレーム３の電極面に突起７を形成して絶縁基板１の銅回路パターン２に半田接合するようにしているが、この実施例３では、銅回路パターン２の表面におけるリードフレーム３との半田接合面域に実施例１で述べたと同様な手法で突起８を形成しておき、組立工程では前記突起８の上にリードフレーム３の電極面を当てがい、この状態で銅回路パターン２とリードフレーム３との間を半田接合して所定厚さの半田層５を形成するようにしている。
【実施例４】
【００１４】
さらに、図４は図２の接続構造に対応する応用実施例を示すものであり、この実施例においては、図示のようにリードフレーム３と半田接合する左側の銅回路パターン２には実施例３（図３参照）で述べたと同様な突起８を形成し、半導体チップ４の上面電極に半田接合するリードフレーム３の右側電極面には実施例１（図１参照）で述べたと同様な突起７を形成しておく。そして、半導体装置の組立工程では、リードフレーム３の左側端の電極面を絶縁基板１の銅回路パターン２に形成した突起８の上に載せ、半導体チップ４の上面電極にはリードフレーム３の右側端の電極面に形成した突起７を当て、この状態で半田接合を行って所定厚さの半田層５を得るようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の構成図で、(a) は組立構造の側面図，(b) 〜(e) はリードフレームの電極面に形成した突起の配置を表す図
【図２】本発明の実施例２に係る半導体装置の組立構成図
【図３】本発明の実施例３に係る半導体装置の組立構成図
【図４】本発明の実施例４に係る半導体装置の組立構成図
【符号の説明】
【００１６】
１    絶縁基板
２    銅回路パターン
３    リードフレーム
４    半導体チップ
５    半田層
７，８  突起
【図１】
2005072098.tif 000003
【図２】
2005072098.tif 000004
【図３】
2005072098.tif 000005
【図４】
2005072098.tif 000006