(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と電気的に接続される金属片（２１４）と、
互いに対向する第１面及び第２面（２１１ａ、２１１ｂ）に電極（２２２、２２３）を有し上記回路基板の半導体素子実装面（２１５ｂ）と上記金属片との間に積層して配置されて上記回路基板に実装される複数の半導体素子（２１１）と、
上記第１面の第１電極（２２２）に電気的に接続される突起電極（２１２）と、を備え、ここで、
上記金属片には、上記半導体素子の上記第２面の第２電極（２２３）が電気的に接続され、
上記回路基板の半導体素子実装面には、上記突起電極が電気的に接続され、該突起電極を介して上記半導体素子の上記第１電極（２２２）と電気的に接続され、
上記積層された半導体素子同士間において上記突起電極は、上記第１電極及び上記第２電極を電気的に接続し、さらに、
上記半導体素子実装面（２１５ｂ）に上記突起電極及び上記金属片を介して実装された上記半導体素子及び上記金属片を包囲してかつ上記回路基板と一体的に設けられ上記半導体素子が発する熱を伝達する絶縁樹脂材（２１６）と、
上記絶縁樹脂材の外表面に設けられ上記絶縁樹脂材を介して上記熱を放散する放熱部材（２１７）と、
を備えたことを特徴とする電子回路装置。
【請求項２】
上記第１電極、上記第２電極、及び上記突起電極は、アルミニウムにてなり、金メッキされている、請求項１記載の電子回路装置。
【請求項３】
上記第１電極、上記第２電極、及び上記突起電極は、アルミニウムにてなり、上記突起電極は、金メッキされており、上記半導体素子は、当該半導体素子内への異種金属の侵入を防止するバリア金属（２６１）を上記第１電極及び上記第２電極の直下に有する、請求項１記載の電子回路装置。
【請求項４】
上記半導体素子は、上記第１面及び上記第２面に直交する当該半導体素子の側面（２１１ｃ）に、当該半導体素子を保護する保護材（２６５）を有する、請求項１から３のいずれかに記載の電子回路装置。
【請求項５】
互いに対向する第１面及び第２面（２１１ａ、２１１ｂ）に電極（２２２、２２３）を有する半導体素子（２１１）を複数層にて回路基板（２１５）に実装してなる電子回路装置の製造方法であって、
上記第１面の第１電極（２２２）に突起電極（２１２）を電気的に接続し、
上記回路基板に電気的に接続される金属片（２１４）に、上記第２面の第２電極（２２３）を接続し、さらに複数の上記半導体素子間では上記突起電極にて上記第１電極及び上記第２電極を電気的に接続することで上記複数の半導体素子を積層し、
上記回路基板の半導体素子実装面（２１５ｂ）に上記突起電極及び上記金属片を介して上記半導体素子を実装した後、該半導体素子が発する熱を伝達する絶縁樹脂材（２１６）を、該半導体素子及び上記金属片を包囲してかつ上記回路基板及び上記熱を放散する放熱部材（２１７）と一体的に上記半導体素子実装面側に設ける、
ことを特徴とする電子回路装置の製造方法。
【請求項６】
上記放熱部材は、上記絶縁樹脂材の外表面を包囲する凹形状を有する、請求項１から４のいずれかに記載の電子回路装置。
【請求項７】
上記放熱部材は、上記半導体素子及び上記金属片を包囲する凹形状を有する、請求項５記載の電子回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばモータ駆動用としての、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やダイオード等の半導体素子であってその両面に電極を有する半導体素子を有する電子回路装置、及び該電子回路装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ駆動装置に用いられる電子機器の高性能及び高機能化に伴い、上記モータ駆動装置における使用電流も増大し、上記モータ駆動装置に用いる半導体にも大電流対応が必要となっている。従来のモータ駆動装置としては図１９に示すものがある。以下、図を参照しながら、従来のモータ駆動装置の一例について説明する。
図１９において、１ａはＩＧＢＴ、１ｂはダイオード、３は高温半田、４は金属片、５は封止樹脂、６は半田、７は回路基板、１０は放熱板、１０ａは凸部ネジ台、１１はネジ、１２は表面実装電子部品(受動素子)、１３は表面実装電子部品(半導体素子)、１４は金属ベース回路基板、１５はシリコーングリース、１８は金属線、１９は金属リード、２２は凸コネクター、２３は凹コネクター、及び２４は絶縁用樹脂である。
【０００３】
以上のように構成される従来のモータ駆動装置の製造方法を以下に説明する。まず、ＩＧＢＴ１ａ及びダイオード１ｂ等の半導体部品１を金属片４に高温半田３により接続する。次に、金属線１８を用いて、ＩＧＢＴ１ａとダイオード１ｂとの間、及びこれらの半導体部品１と金属リード１９との間を電気的に接合する。尚、通常、金属線１８は、アルミニウム線又は金線を使用する。例えばアルミニウムにてなる金属線１８を用いた場合、半導体部品１の金属片４と接合した第１電極に対向して存在する第２電極への金属線１８の接合は、アルミニウム線のウエッジボンディング方式を用いて接続する。半導体部品１の上記第２電極はアルミニウムにより形成されており、常温の状態で上記第２電極の表面におけるアルミニウムと、アルミニウムにてなる金属線１８とを超音波エネルギーを印加しながら圧接すると、それぞれのアルミニウム表面の酸化膜が除去され、上記第２電極と上記金属線１８との接合が得られる。半導体部品１の上記第２電極に接合された金属線１８は、銅にスズメッキした金属リード１９まで引き回され、金属リード１９に上記ウエッジボンディング方式にて接合される。
【０００４】
次に、半導体部品１及び金属線１８の物理的保護と信頼性向上とを目的として、トランスファー成形技術又はインジェクション成形技術を用いて、半導体部品１及び金属線１８を覆って封止樹脂５による封止を行なう。次に、金属リード１９を金型により、金属片４と同じ面まで曲げ切断する。これらの工程により、半導体部品１、高温半田３、金属片４、金属線１８、金属リード１９、及び封止樹脂５により形成された、「ＴＯ―２２０」と呼ばれる電子部品が完成する。
【０００５】
次に、金属ベース回路基板１４の上に、クリーム半田を印刷した後、上記電子部品「ＴＯ−２２０」、凸コネクター２２等の種々の電子部品を置き、該金属ベース回路基板１４の全体を加熱炉に投入する。これにて上記クリーム半田を溶融し、その後常温に戻すことにより上記クリーム半田を硬化させ、硬化した半田６にて金属ベース回路基板１４と、上記電子部品「ＴＯ−２２０」、凸コネクター２２等の種々の電子部品とを電気的及び物理的に接合する。
次に電気的絶縁を図るために、封止樹脂２４を金属ベース回路基板１４の全体に塗布した後、上記種々の電子部品を有する金属ベース回路基板１４の全体を減圧炉に投入して、封止樹脂２４の内部に混在する気泡を取り除き、加熱炉に投入し封止樹脂２４を硬化させる。
【０００６】
次に、放熱板１０にシリコーングリース１５を塗布する。次に放熱板１０に金属ベース回路基板１４を密着させ、ネジにて固定する。次に、金属ベース回路基板１４に実装された凸コネクター２２と、回路基板７上に実装された凹コネクター２３とを位置合わして凸コネクター２２を凹コネクター２３に差し込みながら、回路基板７を金属ベース回路基板１４の凸部ネジ台１０ａに密着させ、ネジ１１により固定する。
【０００７】
以上の工程により、モータ駆動電流をスイッチング制御する上記電子部品「ＴＯ−２２０」を有する、放熱が必要な電子部品を金属ベース回路基板１４に実装する工程と、上記電子部品「ＴＯ−２２０」を制御する回路が搭載され放熱の必要性のない回路基板７を組み合せる工程とが終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成では、金属線１８と金属リード１９による抵抗ロス、及び一定長さによる浮遊インダクタンスの発生がある。又、例えば上記電子部品「ＴＯ−２２０」は金属リード１９を有するため、該電子部品「ＴＯ−２２０」の面積よりも広い面積が金属ベース回路基板１４には必要であり、小型化、高密度化が困難であるという問題がある。
一方、電気製品における近年の軽薄短小化の動向に対応して、電気製品のモータ駆動装置も小型化及び高放熱化が求められている。しかしながら、高温半田３の内部に気泡が混在する場合には、半導体部品１により発生した熱の流れが気泡により遮られ、半導体部品１から金属片４への熱抵抗が増大する。このため気泡部分のみが高温になり、最悪の場合には半導体部品１を動作不能とする場合もある。
【０００９】
又、図１９に示すように、発熱する半導体部品１からの熱は、主に、金属片２１４、金属ベース回路基板１４等を通して放熱板１０へ伝わるという経路にて放熱される。このように従来のモータ駆動装置では、放熱用経路が限定されており、半導体部品１の放熱性を向上させるのが困難な構造である。
【００１０】
又、上述のように、半導体部品１における上記第２電極への金属線１８の接合は、アルミニウム線のウエッジボンディング方式を用いて接続されるが、従来の工程では、接合工法により金属線１８の太さに制約があり、又、基板電極の配置により金属線１８の長さに制約があり、配線抵抗を低減することは不可能である。このため、近年の半導体部品１の進歩によるオン抵抗の低減に対応することができず、電気信号の高周波化、大電流化によるノイズ増大が大きな問題となっている。
【００１１】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、小型で放熱性が良く、抵抗及び浮遊インダクタンスを低減可能な、両面電極半導体素子を有する電子回路装置、及び該電子回路装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様の電子回路装置は、回路基板と電気的に接続される金属片と、
互いに対向する第１面及び第２面に電極を有し上記回路基板の半導体素子実装面と上記金属片との間に積層して配置されて上記回路基板に実装される複数の半導体素子と、
上記第１面の第１電極に電気的に接続される突起電極と、を備え、ここで、
上記金属片には、上記半導体素子の上記第２面の第２電極が電気的に接続され、
上記回路基板の半導体素子実装面には、上記突起電極が電気的に接続され、該突起電極を介して上記半導体素子の上記第１電極と電気的に接続され、
上記積層された半導体素子同士間において上記突起電極は、上記第１電極及び上記第２電極を電気的に接続し、さらに、
上記半導体素子実装面に上記突起電極及び上記金属片を介して実装された上記半導体素子及び上記金属片を包囲してかつ上記回路基板と一体的に設けられ上記半導体素子が発する熱を伝達する絶縁樹脂材と、
上記絶縁樹脂材の外表面に設けられ上記絶縁樹脂材を介して上記熱を放散する放熱部材と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
又、上記第１電極、上記第２電極、及び上記突起電極は、アルミニウムにてなり、金メッキをすることができる。
【００１５】
又、上記第１電極、上記第２電極、及び上記突起電極は、アルミニウムにてなり、上記突起電極は、金メッキされており、上記半導体素子は、当該半導体素子内への異種金属の侵入を防止するバリア金属を上記第１電極及び上記第２電極の直下に有してもよい。
【００１６】
又、上記半導体素子は、上記第１面及び上記第２面に直交する当該半導体素子の側面に、当該半導体素子を保護する保護材を有してもよい。
【００１７】
さらに本発明の第２態様の電子回路装置の製造方法は、互いに対向する第１面及び第２面に電極を有する半導体素子を複数層にて回路基板に実装してなる電子回路装置の製造方法であって、
上記第１面の第１電極に突起電極を電気的に接続し、
上記回路基板に電気的に接続される金属片に、上記第２面の第２電極を接続し、さらに複数の上記半導体素子間では上記突起電極にて上記第１電極及び上記第２電極を電気的に接続することで上記複数の半導体素子を積層し、
上記回路基板の半導体素子実装面に上記突起電極及び上記金属片を介して上記半導体素子を実装した後、該半導体素子が発する熱を伝達する絶縁樹脂材を、該半導体素子及び上記金属片を包囲してかつ上記回路基板及び上記熱を放散する放熱部材と一体的に上記半導体素子実装面側に設ける、
ことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態における、両面電極半導体素子を有する電子回路装置及び該電子回路装置の製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
図１に示す本実施形態の電子回路装置２０１は、半導体素子２１１を回路基板２１５に実装した電子回路装置であって、突起電極２１２、金属片２１４、絶縁樹脂材２１６、及び放熱部材２１７を備える。電子回路装置２０１の構成について、さらに詳細に以下に説明する。
半導体素子２１１は、モータ等の駆動機器への駆動電流の制御系に用いられ、発熱するため放熱処置が必要な駆動用半導体素子であり、本実施形態では、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１１−ｉと、ダイオード２１１−ｄとから構成される。尚、本実施形態では、図示するように半導体素子２１１は、積層されることから、ＩＧＢＴ２１１−ｉ−１、ＩＧＢＴ２１１−ｉ−２、ダイオード２１１−ｄ−１、及びダイオード２１１−ｄ−２を有する。又、それぞれの半導体素子２１１は、互いに対向する第１面２１１ａ及び第２面２１１ｂを有し、第１面２１１ａには第１電極２２２が設けられ第２面２１１ｂには第２電極２２３が設けられている。上記第１電極２２２には、図９〜図１５を参照して後述する形成方法にて、突起した形状で金属製の突起電極２１２が形成される。又、本実施形態では、突起電極２１２の表面に金メッキが施される。尚、図１に示す例では、複数の半導体素子２１１をその厚み方向に積層した形態を採っている。
【００２０】
２１３は、金属と金属の接合材である半田であり、２１３ａは、放熱処置が必要な半導体素子２１１の接合に用いられる高温半田であり、本例ではＩＧＢＴ２１１−ｉ−１及びダイオード２１１−ｄ−１と上記金属片２１４との接合に使用されている。一方、２１３ｂは、回路基板２１５上の銅電極２１５ａとの接合に用いられる通常使用される半田である。
金属片２１４は、半導体素子２１１より発生した熱を放熱及び拡散すると同時に、半導体素子２１１が送出する電気信号を回路基板２１５へ伝達する導電性部材であり、回路基板２１５との接合を行う凸部２１４ａを有する。又、回路基板２１５は、いわゆる両面実装可能な基板であり、半導体素子実装面２１５ｂに上述の半導体素子２１１が実装され、半導体素子実装面２１５ｂに対向する部品実装面には、弱電系の半導体素子で構成されている表面実装電子部品２１８、及び抵抗やコンデンサーなど受動部品２１９が半田付けされる。
【００２１】
上記絶縁樹脂材２１６は、回路基板２１５の半導体素子実装面２１５ｂに上記突起電極２１２及び上記金属片２１４を介して実装された上記半導体素子２１１及び上記金属片２１４を包囲してかつ回路基板２１５と一体的に設けられ、半導体素子２１１が発する熱を伝達する樹脂材であり、又、半導体素子２１１の絶縁及び物理的保護の役割をも有する。よって絶縁樹脂材２１６は、上記半導体素子２１１及び上記金属片２１４をモールドしかつ上記半導体素子実装面２１５ｂに接触して回路基板２１５と一体的な構成となる。
上記放熱部材２１７は、アルミニウム製の放熱板であり、絶縁樹脂材２１６の外表面に設けられ絶縁樹脂材２１６を介して、半導体素子２１１が発した熱を放散する。
このような構造を有する電子回路装置２０１は、図２に示す回路構成を有する。図２に示す、「Ａ」、「Ｃ」、「Ｅ」、「Ｇ」、及び「Ｋ」の各箇所は、図１に記された「Ａ」、「Ｃ」、「Ｅ」、「Ｇ」、及び「Ｋ」の各箇所に対応する。
【００２２】
上述のような構造を有する電子回路装置２０１の製造方法を、図３〜図８を用いて説明する。
上記ＩＧＢＴ２１１−ｉ、及びダイオード２１１−ｄは、公知の半導体集積回路の形成方法にて半導体ウエハ上に格子状に複数形成されており、上述したように、第１面２１１ａ及び第２面２１１ｂに第１電極２２２及び第２電極２２３を有する。本実施形態では、第１電極２２２及び第２電極２２３はアルミニウムにてなる。第１工程では、このような半導体ウエハに形成されている例えば上記第１電極２２２に対して、図９〜図１１を参照して後述する方法にて、突起電極２１２が形成される。本実施形態では、突起電極２１２もアルミニウムボールから形成される。次の第２工程では、アルミニウムにてなる部分の全て、つまり上記第１電極２２２、第２電極２２３、及び突起電極２１２に、ニッケル及び金メッキを施し、金で覆われた突起電極２１２を形成する。ニッケル及び金メッキの形成理由は、上述のように本例では突起電極がアルミニウムでありアルミニウムのままでは半田付けができないという問題を解決すると同時に、半田がアルミニウムにてなる第１電極２２２及び第２電極２２３から半導体素子２１１の内部に拡散し半導体素子２１１を損傷させる現象を防止するバリアメタルとしての機能を得るためである。尚、本実施形態では、無電解ニッケル及び金メッキの処理を行った。
該第２工程後、ウエハ状態にて形成されている半導体素子２１１をダイシング装置により個々の半導体素子２１１に切り分ける。切り分けられたＩＧＢＴ２１１−ｉ、及びダイオード２１１−ｄを図３に示す。
【００２３】
次の第３工程では以下の動作がなされる。まず、窒素と水素の混合雰囲気で還元雰囲気状態を維持した３５０℃の高温炉内に金属片２１４を投入する。次に、溶融した高温半田２１３ａを、上記高温炉の中で金属片２１４における半導体素子接合箇所２１４ｂに滴下する。次に、上記高温炉内にて、金属片２１４の半導体素子接合箇所２１４ｂに、図４に示すように、切り分けたＩＧＢＴ２１１−ｉ、及びダイオード２１１−ｄを載置し、さらに、上記ＩＧＢＴ２１１−ｉ及びダイオード２１１−ｄにおける各第２電極２２３と、溶融した高温半田２１３ａとの間に気泡が残らないように、ＩＧＢＴ２１１−ｉ及びダイオード２１１−ｄと、金属片２１４とを相対的に押圧する。尚、本実施形態では、ＩＧＢＴ２１１−ｉ及びダイオード２１１−ｄに金属片２１４を平行にして押圧して密着させている。次に、該密着状態を維持しながら、金属片２１４、並びにＩＧＢＴ２１１−ｉ及びダイオード２１１−ｄを冷却し、高温半田２１３ａを凝固させる。該凝固後、ＩＧＢＴ２１１−ｉ及びダイオード２１１−ｄが接合された金属片２１４を大気中に戻す。
【００２４】
本実施形態では上述のように半導体素子２１１を積層することから、次の第４工程では、図５に示すように、金属片２１４上に高温半田２１３ａにより接合されたＩＧＢＴ２１１−ｉ及びダイオード２１１−ｄの半導体素子２１１上に形成されている突起電極２１２上に、半導体素子２１１及び積層用の突起電極２１２を形成する。ここで、突起電極２１２を複数個積層してなる上記積層用の突起電極２１２を、積層用金属電極と呼び符号２２１を付す。尚、該積層用金属電極２２１の製造工程の詳細は、図１４及び図１５を参照して後述する。
【００２５】
次の第５工程では、図６に示すように、回路基板２１５に形成されている銅電極２１５ａにクリーム半田を印刷し、図５に示すような、半導体素子２１１、上記積層用金属電極２２１、及び金属片２１４が一体的に形成された部品２３０を、回路基板２１５の半導体素子実装面２１５ｂ上の取付位置に置く。次に、上記部品２３０及び回路基板２１５を加熱することにより、上記クリーム半田を溶融し、その後常温に戻すことにより上記クリーム半田を凝固させ、積層用金属電極２２１、突起電極２１２、及び金属片２１４の上記凸部２１４ａを、回路基板２１５の電極２１５ａに電気的及び物理的に接合させる。
【００２６】
次の第６工程では、図７に示すように、上記半導体素子実装面２１５ｂに対向する表面実装部品実装面２１５ｃに、通常の表面実装工程を用いて、放熱が不要な、半導体チップ状の表面実装電子部品２１８及び受動部品２１９を接合して、実装済部品２３１を作製する。
【００２７】
次の第７工程では、図８に示すように、本実施形態では凹部２３２を有しアルミニウムにてなる放熱部材２１７に対して、上記凹部２３２に上記部品２３０を収納し上記回路基板２１５にて上記凹部２３２の蓋をするように放熱部材２１７と回路基板２１５とを密着する。そしてこの状態で、加熱装置２３５にて１５０℃に加熱された成形用の金型２３３内へ搬入する。そして、放熱部材２１７と回路基板２１５との間の空間、つまり上記凹部２３２へ、トランスファー成形機２３４にて絶縁樹脂材２１６をトランスファー成形工法により流し込む。上記絶縁樹脂材２１６は、半導体素子２１１が発する熱を伝達する樹脂材であればよく、本実施形態では、液状の熱硬化性エポキシ樹脂を用いている。注入された絶縁樹脂材２１６は、加熱されている金型２３３の温度によって硬化する。このとき、トランスファー成形機２３４による加圧力により、絶縁樹脂材２１６内に空気のボイドの発生もないことから、良好な絶縁性と放熱性を得ることができる。絶縁樹脂材２１６の硬化後、金型２３３から取り出して、図１に示す電子回路装置２０１が完成する。
【００２８】
上述した、上記第１電極２２２への突起電極２１２の形成方法について、図９〜図１１を参照して説明する。図９〜図１１では、半導体素子２１１の第１面２１１ａにあるアルミニウムにてなる第１電極２２２に突起電極２１２を形成する方法を示している。ここで、２５０は突起電極２１２となる金属ボール２５６を保持する接合ヘッド、２５１は上記接合ヘッド２５０に接続され第１電極２２２に突起電極２１２を形成するときに接合ヘッド２５０を介して上記金属ボール２５６を押圧する押圧装置、２５２は接合ヘッド２５０に接続され接合ヘッド２５０に金属ボール２５６を吸着保持させる吸引装置、２５３は接合ヘッド２５０に接続され第１電極２２２に突起電極２１２を形成するとき上記金属ボール２５６に超音波振動を作用させるための超音波振動装置、２５４は半導体素子２１１を載置して第１電極２２２に突起電極２１２を形成するときに半導体素子２１１を加熱する加熱ステージであり、及び２５５はこれらの各装置２５０〜２５４の動作制御を行う制御装置である。又、本実施形態では、金属ボール２５６はアルミニウムにてなり、接合ヘッド２５０の中央部には、上記吸引装置２５２に接続されている吸着用穴２５７が形成されている。又、吸着用穴２５７の開口部分には、金属ボール２５６の支持位置を一定としかつ金属ボール２５６を確実に支持するためのテーパー部２５７ａを有する。
【００２９】
このような構成において、まず、半導体素子２１１を加熱ステージ２５４上に固定する。加熱ステージ２５４の温度条件は、半導体素子２１１の表面温度が１５０℃〜３００℃になるように設定する。次に、図１０に示すように、上記吸引装置２５２にて接合ヘッド２５０の上記テーパー部２５７ａに金属ボール２５６を吸着し保持する。次に、上記押圧装置２５１にて、金属ボール２５６が半導体素子２１１上の第１電極２２２に接触するように、接合ヘッド２５０を降下させ、さらに金属ボール２５６を第１電極２２２に適正な荷重条件２５８で押圧する。例えば、金属ボール２５６の直径が０．６５ｍｍの場合、上記荷電条件２５８は約１０〜３０Ｎ程度が適正である。さらに又、金属ボール２５６が第１電極２２２に接触したことを、接合ヘッド１０に設置している接触検出センサーにて検出し、接触した瞬間から上記超音波振動装置２５３にて超音波振動２５９を、接合ヘッド２５０に印加する。本実施形態では、超音波振動２５９の周波数は、６３．５ｋＨｚ、出力は１〜２Ｗであり、印加時間は０．１〜０．３秒である。上述の荷重、加熱、及び超音波振動の作用により金属ボール２５６と第１電極２２２との金属接合を発生させ、接合が行われかつ成形され、突起電極２１２となる。金属ボール２５６の直径が０．６５ｍｍの場合、接合強度は約１０〜３０Ｎ程度となる。
【００３０】
以上の工程により、図１１に示すように、半導体素子２１１上の第１電極２２２に突起電極２１２の形成が終了する。次工程として、アルミニウムにてなる突起電極２１２を半田付け可能にするため、及び半導体素子２１１の内部に、異種金属が浸入するのを防止するため、突起電極２１２及び第１電極２２２を金属メッキする。本実施例では無電解メッキによりニッケル及び金をメッキした。該メッキ工程により、突起電極２１２の表面は金で覆われ、半田付けが可能になる金メッキ突起電極２１２になる。又、上記第１電極２２２は、金メッキで覆われた金メッキ第１電極２２２になる。
【００３１】
上述のように本実施形態では突起電極２１２及び第１電極２２２に金属メッキを施したが、該工程は省略することもできる。即ち、図１２及び図１３に示すように、上記金属メッキ工程を省くため、上記アルミニウムにてなる金属ボール２５６に対して電解によりニッケル及び金メッキを形成した、金メッキ金属ボール２５６−１を用いる。又、半導体素子２１１の内部への異種金属の浸入防止効果を得るために、半導体素子２１１の内部であって第１電極２２２の直下にバリアメタル２６１を形成している。本実施形態では、バリアメタル２６１としてＴｉＮを用いている。その他、金メッキ金属ボール２５６−１にて、第１電極２２２上に突起電極２１２を形成する動作は、上述の場合に同じである。
金メッキ金属ボール２５６−１及びバリアメタル２６１を用いる図１２及び図１３に示す方法では、図９〜図１１に示す方法とは異なり、半導体素子２１１をメッキする工程は必要なくなる。
【００３２】
次に、上述した、第４工程における積層用金属電極２２１の形成方法について説明する。
図９及び図１０を参照して説明した方法と同じ工法により、図１４及び図１５に示すように、金メッキされた突起電極２１２上に、金メッキされた金属ボール２５６−１を、金と金とにより接合する。本実施形態では図１に示すように合計３段、重ねた。
【００３３】
次に、図１に示すように下層に形成した例えばダイオード２１１−ｄ−１の第１電極２２２に形成した突起電極２１２上に、ダイオード２１１−ｄ−２の第２電極２２３を接合する工程について、図１６及び図１７を参照して説明する。
上述の場合と同様に、金属片２１４には高温半田２１３ａにて、ダイオード２１１−ｄ−１に対応する、下層の半導体素子２１１−１が取り付けられている。尚、該半導体素子２１１−１の第１電極２２２には金メッキされた突起電極２１２が形成されている。又、好ましくは、半導体素子２１１の上記第１面２１１ａ及び第２面２１１ｂに直交する当該半導体素子２１１の側面２１１ｃ、この場合、半導体素子２１１−１の側面２１１ｃに、該側面２１１ｃを保護する保護材２６５を塗布する。該保護材２６５として、本例ではジャンクションコートレジンを塗布している。このような半導体素子２１１−１の突起電極２１２と、上層の半導体素子２１１−２における金メッキされた第２電極２２３とを図９及び図１０を参照して説明した超音波振動を含む工法により接合する。尚、上記半導体素子２１１−２の側面にも上記保護材２６５を塗布している。
次に、図１７に示すように、回路基板２１５と、半導体素子２１１−２の突起電極２１２及び金属片２１４との接合についても、図６を参照して説明した動作と同様に、回路基板２１５の銅電極２１５ａにクリーム半田を印刷した後、全体を加熱することにより溶融し接合する表面実装技術を用いる。
【００３４】
以上説明したような製造方法にて作製される電子回路装置２０１によれば、半導体素子２１１に対する電気的接続は、従来の金属線を用いず突起電極２１２等により行うことから、抵抗及び浮遊インダクタンスを低減することができ、又、装置構成を従来に比べて小型化することができる。さらに、発熱する半導体素子２１１、及び半導体素子２１１を取り付けた金属片２１４を、除熱効果のある絶縁樹脂材２１６にてモールドし、かつ上記金属片２１４を回路基板２１５に接続し、かつ絶縁樹脂材２１６が回路基板２１５の半導体素子実装面２１５ｂに接触することから、半導体素子２１１にて発した熱は、絶縁樹脂材２１６を伝達して放熱部材２１７から放散され、かつ金属片２１４及び絶縁樹脂材２１６を介して回路基板２１５へも伝達され回路基板２１５からも放散される。よって、従来に比べて放熱性に優れた電子回路装置を提供することができる。
【００３５】
上述の実施形態では、金属片２１４はＬ字形にてなるが、該形状に限定されるものではなく、半導体素子２１１と回路基板２１５とを電気的に接続する形態であればよい。
又、放熱部材２１７についても、上述の実施形態では凹部２３２を有する形状であるが、該形状に限定されるものではない。
又、上述の実施形態では、金属片２１４と半導体素子２１１とは高温半田２１３ａにて電気的及び物理的に接続したが、突起電極２１２を用いて接続することもできる。
又、上述の実施形態では、図１４及び図１５を参照して説明したように、突起電極２１２を複数段に重ねて半導体素子２１１と回路基板２１５とを電気的に接続したが、該形態に限定されるものでない。但し、従来のように金属線にて接続することを除く。
【００３６】
又、上述の実施形態では、図１に示すように半導体素子２１１を複数層に重ねた形態を例に採ったが、図１８に示すように、一層にて電子回路装置を構成することもできる。
上述したような各変形例においても、上記電子回路装置２０１が奏する上述の効果を勿論奏することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の電子回路装置、及び第２態様の電子回路装置の製造方法によれば、半導体素子と回路基板との電気的接続を、従来の配線用ワイヤに変えて突起電極及び金属片を使用することにより、浮遊インダクタンスや導通抵抗の低減を図ることができ、又、回路装置の小型化を図ることができる。さらに、上記金属片及び上記半導体素子を絶縁樹脂材にてモールドし、かつ回路基板、絶縁樹脂材、及び放熱部材を一体化したことにより、半導体素子からの熱の放散を従来に比べて高めることができる。
【００３８】
又、複数の半導体素子を積層するとき、積層された半導体素子間をも上記突起電極で接続することで、上述のように浮遊インダクタンスや導通抵抗の低減を図ることができる。
又、上記半導体素子の第１電極及び第２電極、並びに上記突起電極に金メッキを施すことで、これらの素材がアルミニウムにてなる場合であっても、半田接合を行うことが可能となる。
又、上記半導体素子の第１電極及び第２電極の直下にバリア金属を設けることで、半導体素子、特に上記第１電極及び第２電極には金メッキを施す必要がなくなる。
又、上記半導体素子の側面に保護材を設けることで、半導体素子の接合工程にて当該半導体素子の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態における電子回路装置の断面図である。
【図２】  図１に示す電子回路装置の回路図である。
【図３】  図１に示す電子回路装置の製造方法における一工程を説明するための図であって半導体素子に突起電極を形成した状態を示す図である。
【図４】  図１に示す電子回路装置の製造方法における一工程を説明するための図であって突起電極を形成した半導体素子を金属片に取り付けた状態を示す図である。
【図５】  図１に示す電子回路装置の製造方法における一工程を説明するための図であって半導体素子を積層した状態を示す図である。
【図６】  図１に示す電子回路装置の製造方法における一工程を説明するための図であって図５の状態に回路基板を取り付けた状態を示す図である。
【図７】  図１に示す電子回路装置の製造方法における一工程を説明するための図であって図６の回路基板に電子部品を装着した状態を示す図である。
【図８】  図１に示す電子回路装置の製造方法における一工程を説明するための図であって図７に示す実装済部品を金型内に装填した状態を示す図である。
【図９】  図１に示す電子回路装置の製造方法において半導体素子の電極へ突起電極を形成する工程を説明するための図であって金属ボールが接合ヘッドに保持されている状態を示す図である。
【図１０】  図１に示す電子回路装置の製造方法において半導体素子の電極へ突起電極を形成する工程を説明するための図であって上記金属ボールを電極上へ押圧している状態を示す図である。
【図１１】  図１に示す電子回路装置の製造方法において半導体素子の電極へ突起電極を形成する工程を説明するための図であって電極上に突起電極を形成した状態を示す図である。
【図１２】  図１に示す電子回路装置の製造方法において半導体素子の電極へ突起電極を形成する他の工程を説明するための図である。
【図１３】  図１２に示す突起電極形成工程において突起電極が形成された状態を示す図である。
【図１４】  図１に示す電子回路装置の製造方法において半導体素子の突起電極上へさらに突起電極を形成する工程を説明するための図であって金属ボールが接合ヘッドに保持されている状態を示す図である。
【図１５】  図１４に示す突起電極形成工程において突起電極が形成された状態を示す図である。
【図１６】  図１に示す電子回路装置の製造方法において半導体素子の突起電極上へさらに半導体素子を接合する工程を説明するための図であって他の半導体素子が接合ヘッドに保持されている状態を示す図である。
【図１７】  図１６に示す工程にて半導体素子が積層された状態を示す図である。
【図１８】  図１に示す電子回路装置の製造方法の変形例を示す図であって半導体素子が一層のみの場合を示す図である。
【図１９】  従来の電子回路装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
２０１…電子回路装置、２１１…半導体素子、２１１ａ…第１面、
２１１ｂ…第２面、２１１ｃ…側面、２１２…突起電極、２１４…金属片、
２１５…回路基板、２１５ｂ…半導体素子実装面、２１６…絶縁樹脂材、
２１７…放熱部材、２２２…第１電極、２２３…第２電極、
２６１…バリアメタル、２６５…保護材。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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