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公開番号2021005687
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120264
出願日20190627
発明の名称半導体装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 23/12 20060101AFI20201211BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】はんだの流れ出しを抑制可能とした半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置A10は、基板主面101を有する基板10と、基板主面101に形成された配線部20とを有する。配線部20は、基板10の基板主面101に形成された導電層32と、導電層32の上面321に設けられ、酸化膜が形成される第1めっき層33とを有する。配線部20の上には、半導体素子50を実装するための接合部40が形成されている。接合部40は、導電層32に積層された第2めっき層41と、第2めっき層41に積層されたはんだ層44とを有する。半導体素子50は、接合部40のはんだ層44及び第2めっき層41を介して、配線部20に接続される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
主面を有する基板と、
前記主面に形成された第1導電層と、前記第1導電層の上に設けられ、酸化膜が形成される第1めっき層と、を有する配線部と、
素子実装面と、前記素子実装面に形成された素子電極とを有する半導体素子と、
前記第1めっき層と同じ材料からなり前記第1導電層に積層された第2めっき層と、前記第2めっき層に積層され前記素子電極が接合されたはんだ層とを有する接合部と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
を備えた半導体装置。
続きを表示(約 2,100 文字)【請求項2】
前記第1めっき層は、前記第1導電層の上面を露出する開口を有し、
前記第2めっき層は、少なくとも前記開口内に充填されて前記第1めっき層と接続される、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記開口の内壁面は、前記第1めっき層の内部に向かう凹状に形成されている、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記開口の内壁面は、前記第1めっき層の上面側よりも前記第1めっき層の下面側が小さい、
請求項2又は請求項3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第2めっき層は、前記開口内に設けられるとともに、前記第1めっき層の上面から突出している、
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第2めっき層は、前記開口に充填された充填部と、前記第1めっき層の上面よりも突出する突出部とを有する、
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記主面と垂直な厚さ方向から視て、前記充填部は前記突出部よりも大きい、
請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記主面と垂直な厚さ方向から視て、前記第1めっき層の開口は、前記第2めっき層の前記突出部よりも大きい、
請求項6に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記充填部の上面は、前記第1めっき層の上面と面一である、
請求項6から請求項8の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項10】
主面を有する基板と、
前記主面に形成された第1導電層と、前記第1導電層の上面に設けられ、酸化膜が形成される第1めっき層と、前記第1めっき層の上面に設けられた第2導電層と、を有する配線部と、
素子実装面と、前記素子実装面に形成された素子電極とを有する半導体素子と、
前記第2導電層に積層された第2めっき層と、前記第2めっき層に積層され前記素子電極が接合されたはんだ層とを有する接合部と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂と、
を備えた半導体装置。
【請求項11】
前記第2導電層の側面は、前記第2導電層の内部に向かう凹状に形成されている、
請求項10に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記基板は、前記主面と反対側を向く裏面と前記主面との間まで前記基板を貫通した貫通孔を有し、
前記配線部は、前記第1導電層及び前記第1めっき層を含む主面配線と、前記貫通孔に設けられ、前記主面配線に接続された貫通配線と、を有する、
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記貫通配線は、前記基板から露出する露出面を有し、
前記半導体装置は、前記貫通配線の前記露出面を覆う外部導電膜をさらに有する、
請求項12に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記封止樹脂は、前記配線部の上面から前記封止樹脂の上面まで貫通する貫通孔を有し、
前記配線部は、前記第1導電層及び前記第1めっき層を含む主面配線と、前記貫通孔に設けられ、前記主面配線に接続された貫通配線と、を有する、
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記貫通配線は、前記封止樹脂から露出する露出面を有し、
前記半導体装置は、前記貫通配線の前記露出面を覆う外部導電膜をさらに有する、
請求項14に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記基板は、樹脂から構成される、
請求項12から請求項15のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記基板は、半導体材料からなり、
前記主面と前記第1導電層との間に介在する第1絶縁層と、
前記貫通孔の内壁と前記貫通配線との間に介在する第2絶縁層と
を備えた、
請求項12または請求項13に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記貫通配線は、前記第1導電層を向く上面を有し、前記上面は、前記貫通配線の内側に向かう凹状である、
請求項17に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記第1導電層は、Cuよりなり、
前記第1めっき層及び前記第2めっき層は、Niよりなる、
請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記第2導電層は、Cuよりなる、
請求項10又は請求項11に記載の半導体装置。
【請求項21】
前記第1導電層の下面に形成された金属層を備えた、
請求項1から請求項20のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項22】
前記金属層はTiを含む、
請求項21に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体装置に関するものである。
続きを表示(約 6,600 文字)【背景技術】
【0002】
従来、抵抗や半導体チップ等の素子を含む電子部品は、素子が搭載された基板と、素子を覆う封止樹脂とを含む。例えば、特許文献1には、一面に外部接続端子を備え、他面に半導体チップが搭載された配線体と、半導体チップを封止するように配線体の他面に形成された封止樹脂とを含む半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2013−197263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、半導体チップは、リフロー処理によって配線体の導電層にはんだ付けされる。導電層には、Cu(銅)が用いられる。このため、リフロー処理時の加熱によって液相状態になったはんだが導電層に沿って流れ出すことがある。その結果、はんだの厚みにばらつきが生じ、半導体チップが傾くおそれがある。また、はんだが意図せぬ方向に流れ出すことにより、短絡不良の問題が生じるおそれがある。
【0005】
本開示の目的は、はんだの流れ出しを抑制可能とした半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様である半導体装置は、主面を有する基板と、前記主面に形成された第1導電層と、前記第1導電層の上に設けられ、酸化膜が形成される第1めっき層と、を有する配線部と、素子実装面と、前記素子実装面に形成された素子電極とを有する半導体素子と、前記第1導電層に積層された第2めっき層と、前記第2めっき層に積層され前記素子電極が接合されたはんだ層とを有する接合部と、前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備えた。
【0007】
この構成によれば、酸化膜が形成される第1めっき層と、第1導電層に積層された第2めっき層とにより、半導体素子を実装する際のリフロー処理によるはんだ層の流れ出しを抑制できる。
【0008】
また、本開示の別の一態様である半導体装置は、主面を有する基板と、前記主面に形成された第1導電層と、前記第1導電層の上面に設けられ、酸化膜が形成される第1めっき層と、前記第1めっき層の上面に設けられた第2導電層と、を有する配線部と、素子実装面と、前記素子実装面に形成された素子電極とを有する半導体素子と、前記第2導電層に積層された第2めっき層と、前記第2めっき層に積層され前記素子電極が接合されたはんだ層とを有する接合部と、前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備えた。
【0009】
この構成によれば、酸化膜が形成される第1めっき層と、第1導電層に積層された第2めっき層とにより、半導体素子を実装する際のリフロー処理によるはんだ層の流れ出しを抑制できる。
【発明の効果】
【0010】
本開示の一態様である半導体装置によれば、はんだの流れ出しを抑制可能とした半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
第1実施形態の半導体装置を示す概略断面図。
第1実施形態の半導体装置を示す概略平面図。
第1実施形態の半導体装置の一部拡大断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第1実施形態の変更例の半導体装置を示す概略断面図。
第1実施形態の変更例の半導体装置を示す概略断面図。
第1実施形態の変更例の半導体装置を示す概略断面図。
第2実施形態の半導体装置を示す概略断面図。
第2実施形態の半導体装置を示す概略平面図。
第2実施形態の半導体装置の一部拡大概略断面図。
第2実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第2実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第2実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第2実施形態の接合部の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置を示す概略断面図。
第3実施形態の半導体装置を示す概略平面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
第3実施形態の半導体装置の製造工程を説明するための概略断面図。
変更例の半導体装置の接合部を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施形態及び変形例について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態及び変形例は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の各実施形態及び変形例は、種々の変更を加えることができる。また、以下の実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0013】
(第1実施形態)
以下、第1実施形態の半導体装置A10を説明する。
図1及び図2に示すように、半導体装置A10は、基板10、配線部20、接合部40、半導体素子50、封止樹脂60、外部導電膜70を備えている。配線部20は、主面配線21と貫通配線22とを含む。
【0014】
図1は、第1実施形態の半導体装置A10の断面図である。図2は、半導体装置A10を基板10の側から視た概略平面図である。なお、理解の便宜上、図2において、基板10及び封止樹脂60を透過し、内設される各部材の位置関係を示すように、各部材を破線にて示している。図3は、半導体装置A10の一部拡大断面図であり、配線部20、接合部40、及び半導体素子50の一部を示す。
【0015】
これらの図に示す半導体装置A10は、様々な電子機器の回路基板に表面実装される装置である。ここで、説明の便宜上、基板10の厚さ方向を厚さ方向zと呼ぶ。また、厚さ方向zに対して直交する半導体装置A10の1つの辺に沿った方向(平面図の左右方向)を第1方向xと呼ぶ。また、基板10の厚さ方向zおよび第1方向xの双方に対して直交する方向(平面図の上下方向)を第2方向yと呼ぶ。半導体装置A10は、図2に示すように、厚さ方向z視において、矩形状である。
【0016】
基板10は、半導体素子50を搭載し、半導体装置A10の基礎となる支持部材である。厚さ方向zから視た基板10の形状は、図2に示すように、長辺が第1方向xに沿った矩形状である。
【0017】
基板10は、基板主面101、基板裏面102、複数の基板側面103を有している。基板主面101と基板裏面102は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く。基板主面101は平坦である。基板裏面102は平坦である。各基板側面103は、基板主面101と基板裏面102との間に挟まれている。基板側面103は、第1方向xと第2方向yのいずれか一方を向く。各基板側面103は平坦である。各基板側面103は、基板主面101及び基板裏面102に対して交差、第1実施形態では直交している。
【0018】
基板10は、例えば電気絶縁性を有する材料からなる。この材料としては、例えば、エポキシ樹脂等を主剤とした合成樹脂、セラミックス、ガラス、等を用いることができる。基板10は、厚さ方向zにおいて、基板主面101から基板裏面102まで基板10を貫通する複数の貫通孔105を有している。第1実施形態において、基板10は、4つの貫通孔105を有している。各貫通孔105は、基板10の4つの角の近辺にそれぞれ設けられている。貫通孔105は、厚さ方向zから視て、例えば矩形状である。なお、貫通孔105の形状は、円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。
【0019】
配線部20は、複数の主面配線21と複数の貫通配線22とを含む。
各貫通配線22は、各貫通孔105に配設されている。各貫通配線22は、上面221、下面222、複数の側面223を有している。上面221及び下面222は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く。各側面223は、上面221と下面222とに挟まれている。第1実施形態において、貫通配線22の上面221は、基板10の基板主面101と面一である。また、第1実施形態において、貫通配線22の下面222は、基板10の基板裏面102と面一である。この下面222は、基板10の基板裏面102から露出する露出面である。なお、貫通配線22の上面221及び下面222の少なくとも一方が基板10の基板主面101及び基板裏面102と面一ではないようにしてもよい。また、貫通配線22の側面223は、貫通孔105の内壁面106と接している。貫通配線22は、電気導電性を有する材料からなる。貫通配線22の材料としては、例えばCu、Cu合金、等を用いることができる。
【0020】
主面配線21は、基板10の基板主面101に形成されている。主面配線21は、電気導電性を有する材料からなり、貫通配線22と電気的に接続されている。主面配線21は、上面211、下面212、側面213を有している。主面配線21の上面211は、基板10の基板主面101と同じ方向を向く。主面配線21の下面212は、基板10の基板裏面102と同じ方向を向き、基板10の基板主面101と対向している。主面配線21の側面213は、基板10の基板側面103と同じ方向を向く。また、主面配線21の側面213は、主面配線21の上面211、下面212と交差する。
【0021】
図3に示すように、主面配線21は、金属層31、導電層32、第1めっき層33を備えている。金属層31、導電層32、第1めっき層33は、この順番で基板10の基板主面101に積層されている。第1めっき層33の厚さは、例えば1μm以上3μm以下である。
【0022】
金属層31は、例えば基板10の基板主面101、及び図1に示す貫通配線22の上面221に接するTi(チタン)層と、Ti層に接するCu層からなる。金属層31は、導電層32を形成するシード層として形成される。金属層31は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く上面311及び下面312を有している。
【0023】
導電層32は、金属層31の上面311に形成されている。導電層32は、Cu,Cu合金からなる。導電層32は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く上面321及び下面322を有している。
【0024】
第1めっき層33は、導電層32の上面321に形成されている。第1めっき層33は、導電層32の上面321全体を覆うように形成されている。第1めっき層33は、酸化膜が形成されるめっき層(第1めっき層)である。第1めっき層33は、例えばNiからなる。第1めっき層33は、厚さ方向zにおいて互いに反対側を向く上面331及び下面332を有している。
【0025】
第1めっき層33の上面331は、導電層32の上面321と同じ方向を向く。第1めっき層33は、導電層32の上面321の一部を露出する開口333を有している。開口333は、厚さ方向zから見て、導電層32の上面321を半導体素子50の実装用電極55よりも大きく露出するように形成されている。
【0026】
第1めっき層33は、開口333による内壁面334を有している。内壁面334は、開口333の内側から、第1めっき層33の内部にむかって凹むように湾曲した曲面である。また、内壁面334は、第1めっき層33の上面331の開口幅と比べて、第1めっき層33の下面332の開口幅が小さく形成されている。第1めっき層33において、上面331には、酸化膜が形成されている場合があり、内壁面334には酸化膜は形成されていない。
【0027】
図1及び図3に示すように、接合部40は、主面配線21の上に形成されている。接合部40は、配線部20に導通する。接合部40は、半導体素子50を配線部20に接合するものである。接合部40は、第2めっき層41とはんだ層44とを含む。第2めっき層41とはんだ層44は、この順番で、配線部20の主面配線21の上に積層されている。第2めっき層41は、Ni(ニッケル)からなる。はんだ層44は、Sn(すず)、Snを含む合金からなる。この合金は、例えばSn−Ag(銀)系合金、Sn−Sb(アンチモン)系合金、等である。
【0028】
図3に示すように、第2めっき層41は、配線部20を構成する導電層32の上面321に形成されている。第2めっき層41は、上面411及び下面412を有している。上面411は、導電層32の上面321と同じ方向を向く。下面412は、導電層32の上面321と対向する。第2めっき層41の下面412は、導電層32の上面321と接している。第2めっき層41の厚さは、例えば3μm以上5μm以下である。第2めっき層41は、Niからなる。つまり、第2めっき層41は、第1めっき層33と同じ導電性の金属材料からなる。
【0029】
第2めっき層41は、充填部42と突出部43とを有している。充填部42は、第1めっき層33の開口333に充填されためっき金属からなる。充填部42の上面421は、第1めっき層33の上面331と面一である。充填部42の下面は、第2めっき層41の下面412であり、導電層32の上面321と接する。充填部42の側面423は、第1めっき層33の開口333の内壁面334と接している。つまり、側面423は、外側に向かって凸となる曲面である。第1めっき層33の内壁面334と第2めっき層41の充填部42の側面423は、第1めっき層33と第2めっき層41との間の界面となる。
【0030】
突出部43は、充填部42の上面421から、厚さ方向z方向に向かって延びるように形成されている。突出部43は、第1めっき層33の上面331よりも厚さ方向z方向に突出する。そして、突出部43は、厚さ方向zから視て、充填部42よりも小さい。言い換えると、充填部42は、厚さ方向zから視て突出部43よりも大きい。
(【0031】以降は省略されています)

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