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JPH06326141A - 半導体チップ接合用基材および半導体チップ接合用半田材および半導体チップ接合用半田材の製造方法 - Google Patents

半導体チップ接合用基材および半導体チップ接合用半田材および半導体チップ接合用半田材の製造方法

Info

Publication number
JPH06326141A
JPH06326141A JP5114798A JP11479893A JPH06326141A JP H06326141 A JPH06326141 A JP H06326141A JP 5114798 A JP5114798 A JP 5114798A JP 11479893 A JP11479893 A JP 11479893A JP H06326141 A JPH06326141 A JP H06326141A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
semiconductor chip
base material
semiconductor
bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5114798A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeaki Maruyama
雄秋 丸山
Goro Ideta
吾朗 出田
Osamu Hayashi
修 林
Miho Hirota
実保 弘田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP5114798A priority Critical patent/JPH06326141A/ja
Publication of JPH06326141A publication Critical patent/JPH06326141A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半田接合部中に空孔が形成されるのを防ぐ。 【構成】 基材２と半導体チップ１の間に介装される半
田シート２１を、中央部を周縁部より厚く形成した。半
田シート２１は基材２および半導体チップ１と接する中
央部から溶融される。この溶融部が徐々に半田シート２
１の周縁部へ拡がるから、半田接合部中のガスは半田シ
ート２１の中央部から周縁部へ移動し、周縁から外部へ
出る。半田接合部中に空孔が生じるのを確実に防ぐこと
ができ、半導体チップ１の熱を効率よく放散させること
ができる。このため、半田接合部および半導体チップ１
の長期信頼性を大幅に改善することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップが半田付
けされる半導体チップ接合用基材および半導体チップを
半田付けするときに用いる半導体チップ接合用半田材お
よびこの半田材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体チップをリードフレーム等
の半導体装置用基材にボンディングする手法としては半
田ダイボンディング法がある。この手法を図１９によっ
て説明する。
【０００３】図１９は従来の半田ダイボンディング法に
よって半導体チップが基材にボンディングされた状態を
示す断面図である。同図において、１は半導体チップ、
２は基材、３は基材２に半導体チップ１を接合するため
の半田材料である。前記基材２は、通常は芯材である金
属、例えば銅あるいはモリブデン等の表面に腐食・酸化
防止を図るためにニッケルまたはニッケル−リン等のニ
ッケル系のめっきを施したものが用いられていた。ま
た、前記半田材料３は、一般に厚さが数十μｍ〜数百μ
ｍの平板状半田を所望の大きさに切断したものが用いら
れていた。
【０００４】このボンディングは、半導体チップ１と基
材２との間に半田材料３を挟んで保持させ、例えば還元
性雰囲気中で半田材料３をその融点以上の温度に加熱
し、その後冷却、凝固させることによって行われてい
た。なお、この種の半田ダイボンディング法は例えばト
リケップス技術資料第７６号「半導体デバイスのマイク
ロアセンブリ技術」（昭和５７年７月発行）に記載され
ている。また、ボンディングするに当たっては、従来で
は半導体チップ１が汚染されたり信頼性が低くなるのを
防ぐ観点からフラックスは使用せずに行っていた。
【０００５】なお、ボンディング時の加熱方法として
は、平板状ヒータ（図示せず）に基材２を載置させて行
う方法もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、ボンディン
グ時にフラックスを使用しないため、基材２の半田ぬれ
性が低い場合には基材２と半田材料３との間や、半田材
料３と半導体チップ１との間に閉じこめられたガスが前
記基材２上のぬれの悪い部分に溜まり易かった。このた
め、図２０に示すように半田接合部中に空孔４が形成さ
れることがあった。図２０は従来の半田ダイボンディン
グ法により半田接合部中に空孔が形成された状態を示す
断面図である。
【０００７】図２０に示すように空孔４が形成されてし
まうと、半導体チップ１から発生する熱が基材２へ伝わ
り難くなるため、放熱性が低下してしまう。電力用半導
体チップの温度は百数十℃に達することを考慮すれば、
半田接合部で熱伝導性が低くなるということは、接合部
のみならず半導体チップ１の信頼性にも多大な悪影響を
及ぼすことになる。
【０００８】また、上述したような接合においては、基
材２の表面の半田ぬれ性が部位によって異なることも多
く、半田溶融時の半田の広がり方が均一でなくなること
があった。このようなことが起こると、半導体チップ１
と基材２との間から溶融した半田の一部が溢れ出てしま
うようになり、図２１に示すように半導体チップ１が基
材２とは平行ではなく傾斜した状態で接合されてしま
う。図２１は半導体チップが傾斜して接合された状態を
示す断面図で、同図において符号３ａは基材２の半田ぬ
れ性の高い部分へ流れ出た半田である。
【０００９】図２１に示すように半導体チップ１が傾斜
角をもって接合されてしまうと、後工程であるワイヤボ
ンディング工程でボンディング位置ずれ、接合不良等の
不具合が生じることがある。しかも、半田材料３の厚み
が不均一（必要な厚みが確保できない）であることに起
因して半導体チップ接合部の長期信頼性が低下してしま
う。
【００１０】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、半田接合部中に空孔が形成されるの
を防ぐと共に、接合後に半導体チップが傾くのを防ぐこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
チップ接合用基材は、半導体チップ接合面を他の部位よ
り突出させ、この突出部を、半導体チップの中央部と対
応する部分より側部と対応する部分を低く形成したもの
である。
【００１２】第２の発明に係る半導体チップ接合用基材
は、半導体チップ接合面を半田ぬれ性の高い材料によっ
て被覆すると共に、この半導体チップ接合面の周囲を半
田ぬれ性の低い材料によって被覆したものである。
【００１３】第３の発明に係る半導体チップ接合用半田
材は、中央部を周縁部より厚く形成したものである。
【００１４】第４の発明に係る半導体チップ接合用半田
材の製造方法は、半導体チップ接合用半田材を、押し出
し成形することによりその中央部を周縁部より厚く形成
するものである。
【００１５】第５の発明に係る半導体チップ接合用半田
材の製造方法は、半導体チップ接合用半田材を、プレス
成形することによりその中央部を周縁部より厚く形成す
るものである。
【００１６】第６の発明に係る半導体チップ接合用半田
材の製造方法は、半導体チップ接合用半田材を、予め溶
融された半田材を型に注入し、型内にて凝固させること
によりその中央部を周縁部より厚く形成するものであ
る。
【００１７】
【作用】第１の発明によれば、半田材が加熱溶融される
ときの溶融部は基材の突出部と接する点から徐々に周縁
部へ拡がるから、半田接合部中のガスは半導体チップ中
央部と対応する部分から側部と対応する部分へ移動し、
半田接合部の周縁から外部へ排出される。
【００１８】第２の発明によれば、溶融された半田材は
基材の半導体チップ接合面上にぬれ拡がった状態で留ま
り、半導体チップ接合面の周囲へは流出し難くなる。
【００１９】第３の発明によれば、半田材は基材および
半導体チップと接する中央部から溶融され、この溶融部
が徐々に半田材の周縁部へ拡がるから、半田接合部中の
ガスは半田材の中央部から周縁部へ移動し、半田接合部
の周縁から外部へ排出される。
【００２０】第４〜第６の発明によれば、第３の発明に
係る半導体チップ接合用半田材がその形状を一定に保ち
つつ連続的に形成される。
【００２１】
【実施例】実施例１．以下、第１の発明の一実施例を図
１によって詳細に説明する。図１は第１の発明に係る半
導体チップ接合用基材の断面図で、同図は半導体チップ
接合面の上方に半田材料および半導体チップを対向させ
た状態を示している。同図において前記図１９で説明し
たものと同一もしくは同等部材については、同一符号を
付し詳細な説明は省略する。
【００２２】図１において１１は半導体チップ１を接合
するための基材で、この基材１１は銅を芯材としてその
表面にニッケルめっきを施したものが用いられ、半導体
チップ接合面を他の部位より上方へ突出させて形成され
ている。この突出部を符号１２で示す。突出部１２は図
１の紙面と直交する方向に延びるような略かまぼこ状に
形成されており、その上面が凸曲面になっている。
【００２３】すなわち、半導体チップ１の中央部と対応
する部分が最も高く、この最も高い部分から側方へ向か
うにしたがって次第に低くなるように形成されている。
そして、この突出部１２は、冷間鍛造法等により基材１
１の素材を加圧成形することによって形成されている。
なお、突出部１２の外観形状としては、上述したように
略かまぼこ状に形成する以外に、球状体の一部分となる
ように形成することもできる。
【００２４】図１中符号ａで示す突出部の突出寸法は、
半田材料３の厚みと等しいか、あるいは半田材料３より
薄くすることが推奨される。これは、突出寸法ａが大き
くなると半田接合層の厚みが極端に薄くなる部分ができ
てしまうからである。また、このようにすると、ボンデ
ィング時に半田が半導体チップ１の側方へはみ出してチ
ップ上面より上側へ盛り上がってしまうのを防ぐことが
できる。
【００２５】また、半導体チップ１としては、裏面（接
合面）に半田ぬれ性を確保するためのメタライズ処理が
施されたものが用いられる。
【００２６】このように突出部１２が設けられた基材１
１に半導体チップ１をボンディングするには、先ず、突
出部１２上に半田材料３を載せ、さらに半田材料３の上
に半導体チップ１を重ね合わせる。そして、これらを高
温の還元性雰囲気中に置いて半田材料３の融点以上の温
度に加熱する。このとき、熱は基材２および半導体チッ
プ１から半田材料３に伝導され、半田材料３は突出部１
２の頂部および半導体チップ１の裏面に接する部分から
溶融される。
【００２７】そして、半田材料３での溶融部は前記溶融
開始点から徐々に周縁部へ拡がり、やがて半田材料３は
全域にわたって溶融されることになる。このように半田
材料３が溶融された後、基材１１、半田材料３および半
導体チップ１からなる組立体を冷却させ、半田材料３を
凝固させる。このようにして半導体チップ１のボンディ
ングが終了する。
【００２８】したがって、半田材料３が加熱溶融される
ときの溶融部は基材１１の突出部１２と接する点から徐
々に周縁部へ拡がるから、半田接合部中のガスは半田溶
融と共に半導体チップ１の中央部と対応する部分から側
部と対応する部分へ移動し、半田接合部の周縁から外部
へ排出される。このため、ガスが逃げ道を失い半田接合
部中に留まるのを抑制することができ、半田接合部中に
空孔が形成されることがなくなる。
【００２９】なお、前記実施例では突出部１２の上面を
凸曲面とした例を示したが、図２（ａ），（ｂ）に示す
ように形成することもできる。図２は基材に設ける突出
部の他の例を示す断面図で、同図（ａ）は突出部の外面
を扁平な傾斜面とした例を示し、同図（ｂ）は突出部の
外面を階段状に形成した例を示す。
【００３０】図２（ａ）に示す突出部１２は、半導体チ
ップ（図示せず）の中央部と対応する部分が最も高く形
成され、この最も高くなる部分から基材１１の側縁とな
る部分へ向かって次第に低くなるように形成されてい
る。そして、この突出部１２の上面は扁平な傾斜面にな
っている。
【００３１】図２（ｂ）に示す突出部１２は、半導体チ
ップ（図示せず）の中央部と対応する部分が最も高くな
るような断面略階段状に形成されている。このように突
出部１２を形成しても図１で示した実施例と同等の効果
が得られる。
【００３２】実施例２．第２の発明に係る半導体チップ
接合用基材を図３および図４によって説明する。図３は
第２の発明に係る半導体チップ接合用基材の斜視図、図
４は同じく断面図である。これらの図において、１３は
半導体チップ１を接合するための基材で、この基材１３
は、銅を芯材としてその上面に半田ぬれ性の異なる２種
類の被覆を設けて形成されている。この被覆を図３にお
いて傾斜方向の異なる平行斜線によって示す。
【００３３】１４は半田ぬれ性の高い材料、例えばパラ
ジウムによって被覆された部分、１５は前記半田ぬれ性
の高い材料より半田ぬれ性の低い材料、例えばニッケル
によて被覆された部分である。被覆部分１４は、半導体
チップ１が接合される部分にパラジウム膜をめっきによ
って設けて形成されている。また、被覆部分１５は前記
被覆部分１４の周囲にニッケル膜をめっきによって設け
て形成されている。なお、被覆部分１４の形成範囲は、
図４に示すように半導体チップ１より寸法ｂだけ僅かに
広くなるように設定されている。この寸法ｂは０．５mm
〜２．５mmに設定することが望ましい。このように半田
ぬれ性の高い被覆部分１４の面積を半導体チップ１の下
面面積より大きくすると、ボンディング後の半田材料に
良好なフィレット部が形成され、充分な疲労強度を確保
することができる。
【００３４】このように基材１３に半田ぬれ性の高い被
覆部分１４と半田ぬれ性の低い被覆部分１５とを形成す
ると、ボンディング時には半田材料は溶融と共に被覆部
分１４上にぬれ拡がり、半導体チップ接合面の周囲（被
覆部分１５）へはそこが半田ぬれ性が低い関係から流出
することがなく、被覆部分１４上に留まる。
【００３５】したがって、ボンディング時に半田ぬれ不
良に起因する空孔は形成されなくなる。これに加えて、
半田ぬれ性の低い被覆部分１５へは半田は拡がらず、半
田の厚みが均等になるため、半導体チップ１が傾いて接
合されることもない。
【００３６】なお、上記実施例においては半田ぬれ性の
高い材料としてパラジウムを用い、半田ぬれ性の低い材
料としてニッケルを用いたが、被覆部分１４と被覆部分
１５とで半田ぬれ性の差が生じれば良いので、パラジウ
ムの代わりに例えば金、銀、白金、銅、鉛−錫系半田等
を用いることができ、ニッケルの代わりに例えばニッケ
ル−リン、ニッケル−ボロン、モリブデン、アルミニウ
ム、ボロンナイトライドや窒化アルミ等のセラミック
ス、金属酸化物等を用いることができる。
【００３７】また、図３および図４で示した例では半田
接合部の疲労強度を確保するために半田ぬれ性の高い被
覆部分１４の面積を半導体チップ１の下面面積より大き
く設定したが、被覆部分１４の面積としては図５に示す
ように半導体チップ１の下面面積と等しいかあるいは半
導体チップ１の下面面積より僅かに小さく設定すること
もできる。
【００３８】図５は半田ぬれ性の異なる２種類の被覆部
分が形成された基材の他の例を示す断面図で、同図にお
いて前記図３および図４で説明したものと同一もしくは
同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略
する。図５に示した半田ぬれ性の高い被覆部分１４は、
その面積が半導体チップ１の下面面積より小さくなるよ
うに形成されている。
【００３９】このように構成すると、チップ位置決めを
より正確に行うことができる。なお、被覆部分１４の面
積を半導体チップ１と同等に設定しても同等の効果が得
られる。
【００４０】また、上述した各実施例では半田ぬれ性の
高い被覆部分１４を基材１３上の１箇所に形成したが、
図６（ａ），（ｂ）に示すように被覆部分１４を同一基
材上に複数形成することもできる。図６は半田ぬれ性の
高い被覆部分が複数形成された基材の他の例を示す斜視
図で、同図（ａ）は半田ぬれ性の高い被覆部分を２箇所
に形成した例を示し、同図（ｂ）は半田ぬれ性の高い低
い部分を４箇所に形成した例を示す。これらの図におい
て前記図３および図４で説明したものと同一もしくは同
等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。
【００４１】図６（ａ）においては半田ぬれ性の高い被
覆部分１４が基材上面の２箇所に形成され、図６（ｂ）
においては半田ぬれ性の高い被覆部分１４が基材上面の
４箇所に形成されている。これらの図に示すように被覆
部分１４を２個あるいは４個に分割した場合、半田材料
をそれぞれの被覆部分１４に分割して供給することによ
って、セルフアライメント効果をより強く得ることがで
きる。すなわち、一辺が２mm以下程度の面積の小さな半
導体チップを位置ずれなく接合させることができる。特
に、Ｘ−Ｙ面（基材１３の上面と平行な面）内の半導体
チップの回転を防止するのに効果的である。さらに、半
田ぬれ性が低い被覆部分１５の材料として半田が全くぬ
れないものを採用すると、半田を分割して供給する必要
はなく、接合面全体に供給すればよい。
【００４２】さらに、半田ぬれ性の高い被覆部分１４を
セラミックス等の絶縁材料上に電解めっきによって形成
する場合には、図７に示すようにして行う。図７は半田
ぬれ性の異なる２種類の被覆部分が形成された基材の他
の例を示す斜視図で、同図（ａ）は電極取付部を半田ぬ
れ性の高い被覆部分の側部となる部位に設けた例を示
し、同図（ｂ）は電極取付部を半田ぬれ性の高い被覆部
分の角部となる部位に設けた例を示す。これらの図にお
いて前記図３および図４で説明したものと同一もしくは
同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略
する。
【００４３】図７に示す基材１３は、セラミックスを芯
材としてその上面に被めっき部分１４ａ，１５ａを設け
て形成され、この被めっき部分１４ａ，１５ａに電解め
っきによって半田ぬれ性の高い被覆部分１４と、半田ぬ
れ性の低い被覆部分１５とを形成する構造になってい
る。そして、被めっき部分１４ａには、基材１３の側縁
まで延びる帯状の電極取付部１６が一連に形成されてい
る。
【００４４】この電極取付部１６は、同図（ａ）に示す
例では方形状に形成された被めっき部分１４ａの側部に
配設され、同図（ｂ）に示す例では被めっき部分１４ａ
の角部に配設されている。
【００４５】このように電極取付部１６を設けると、電
解めっきによって被覆部分１４，１５を形成するときに
電極を容易に取付けることができる。
【００４６】実施例３．第３の発明に係る半導体チップ
接合用半田材を図８および図９によって説明する。図８
は第３の発明に係る半導体チップ接合用半田材を用いて
ボンディングを行うときの状態を示す断面図、図９は第
３の発明に係る半導体チップ接合用半田材を使用したと
きの接合過程を示す断面図で、同図（ａ）は加熱開始時
の状態を示し、同図（ｂ）は半田材が全域にわたって溶
融された状態を示し、同図（ｃ）は半田材が凝固した状
態を示す。これらの図において前記図１９で説明したも
のと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し
詳細な説明は省略する。
【００４７】図８および図９において、２１は第３の発
明に係る半導体チップ接合用半田材としての半田シート
である。この半田シート２１は、水平方向（図８の紙面
と直交する方向）から見たときの断面形状が略長円状と
なり、図８の紙面と直交する方向へは断面形状が変わら
ないような形状に形成されている。すなわち、この半田
シート２１は中央部が図８において左右に位置する周縁
部より厚く形成されており、中央部から周縁部に向かう
にしたがって次第に薄くなるように構成されている。
【００４８】また、半導体チップ１としては、裏面（接
合面）に半田ぬれ性を確保するためのメタライズ処理が
施されたものが用いられる。
【００４９】このように構成された半田シート２１を用
いて半導体チップ１を基材２に接合させるには、先ず、
図８および図９（ａ）に示すように基材２上に半田シー
ト２１および半導体チップ１を順に重ね合わせ、これら
を高温の還元性雰囲気中に置いて半田シート２１の融点
以上の温度に加熱する。このとき、半田シート２１は中
央部の上部と下部が凸状に形成されているために基材２
や半導体チップ１に中央部でのみ接している。
【００５０】このため、加熱時には熱は基材２および半
導体チップ１から半田シート２１の中央部に伝導され
る。すなわち、半田シート２１は中央部から溶融される
ことになる。そして、半田シート２１の溶融部は、前記
溶融開始点から徐々に周縁部へ拡がり、やがて図９
（ｂ）に示すように半田シート２１は全域にわたって溶
融されることになる。このように半田シート２１が溶融
された後、基材１１、半田および半導体チップ１からな
る組立体を冷却させ、図９（ｃ）に示すように半田を凝
固させる。このようにして半導体チップ１のボンディン
グが終了する。
【００５１】したがって、半田シート２１が加熱溶融さ
れるときの溶融部は半田シート２１の中央部から徐々に
周縁部へ拡がるから、半田接合部中のガスは半田溶融と
共に半田シート２１の中央部から周縁部へ移動し、半田
接合部の周縁から外部へ排出される。ガスの流れを図９
中に矢印Ｇで示した。このため、ガスが逃げ道を失い半
田接合部中に留まるのを抑制することができ、半田接合
部中に空孔が形成されることがなくなる。
【００５２】なお、本実施例では半田シート２１の上面
と下面を曲面としたが、必ずしも曲面とする必要はな
く、半田シート２１としては図１０〜図１２に示すよう
な形状に形成することができる。図１０は半田シートの
周縁部を断面三角形状に形成した例を示す断面図で、同
図（ａ）は半田シートの中央部から周辺部に至る上面、
下面をそれぞれ扁平な傾斜面とした例を示し、同図
（ｂ）は基材および半導体チップに面接触する構造にし
た例を示している。
【００５３】図１０（ａ）に示した半田シート２１は、
上下両面を偏平な傾斜面とすることによって、中央部か
ら周縁部に向かうにしたがって次第に薄くなるように形
成されている。図１０（ｂ）に示した半田シート２１
は、最も厚い部分が上述した例に較べて広く形成され、
基材２および半導体チップ１に面接触する構造になって
いる。
【００５４】図１１は半田シートの上下両面を階段状に
形成した例を示す断面図で、同図（ａ）は階段部分の段
数を１段とした例を示し、同図（ｂ）は階段部分の段数
を２段とした例を示す。図１１（ａ），（ｂ）に示した
半田シート２１は、中央部が周縁部より厚く形成されて
おり、しかも、基材２および半導体チップ１に面接触す
る構造になっている。また、この半田シート２１は各階
段部分が一体に形成されている。
【００５５】半田シート２１の上下両面を階段状に形成
するに当たっては、図１２に示すように構成することも
できる。図１２は上下両面が階段状に形成された半田シ
ートの他の例を示す断面図である。同図に示した半田シ
ート２１は、３枚の平板状半田材２１ａ〜２１ｃを重ね
合わせることによって形成されている。これらの半田材
２１ａ〜２１ｃのうち中央に位置する半田材２１ｂは、
これより上下に位置する半田材２１ａ，２１ｃより幅拡
に形成されている。このように構成しても前記実施例と
同等の効果が得られる。
【００５６】実施例４．さらに、第３の発明に係る半導
体チップ接合用半田材としては、図１３に示すように融
点の異なる半田材料を重ね合わせて形成することもでき
る。図１３は第３の発明に係る半導体チップ接合用半田
材を融点の異なる２種類の半田材料を用いて形成した他
の実施例を示す断面図である。同図において前記図１９
で説明したものと同一もしくは同等部材については、同
一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５７】図１３において符号２２で示す半田材は、
融点が比較的高い半田材料からなる第１半田２３と、こ
の第１半田２３の上下に設けられた融点が比較的低い材
料からなる第２半田２４，２５とから形成されている。
そして、上側に位置する第２半田２４の上面および下側
に位置する第２半田２５の下面がそれぞれ凸曲面とさ
れ、半田材２２の中央部から周縁部に向かうにしたがっ
て次第に薄くなるように構成されている。
【００５８】前記第１半田２３は、例えば組成が９５Ｐ
ｂ−５Ｓｎである高融点の半田材料からなり、厚みが５
０μｍに設定されている。また、第２半田２４，２５
は、例えば組成が６５Ｓｎ−３５Ｐｂである低融点の半
田材料からなり、前記第１半田２３の上面および下面に
めっきによってそれぞれ形成されている。このように第
１半田２３および第２半田２４，２５によって半田材２
２を形成する場合、第１半田２３の厚みを３０μｍ以上
とし、第２半田２４，２５の最も厚い部分の厚みを５μ
ｍ以上とすることが望ましい。
【００５９】この半田材２２を用いて半導体チップ１を
基材２に接合させるには、先ず、図１３に示したように
基材２上に半田材２２および半導体チップ１を順に重
ね、これらを高温の還元性雰囲気中に置いて第２半田２
４，２５のみを溶融させる。第２半田２４，２５はそれ
ぞれ凸状に形成されているために溶融時には溶融部が中
央部（基材２との接触部および半導体チップ１との接触
部）から徐々に周縁部へ拡がる。このため、ガスが逃げ
易くなって空孔が形成されることはない。
【００６０】第２半田２４，２５が全て溶融された後、
温度を降下させて第２半田２４，２５を凝固させること
によって、ボンディングが終了する。このとき、第１半
田２３は殆ど溶融されない関係から排出されたり変形し
たりせず、初期の厚さのまま保持される。このため、半
導体チップ１と基材２との間隔は第１半田２３の厚みよ
って定まる間隔に保たれることになる。
【００６１】このように接合後の半導体チップ１と基材
２との間隔を所定の値に保つことによって、半導体チッ
プ１に作用する熱応力を緩和させることができる。
【００６２】ところで、上述した各実施例ではフラック
スを用いずに還元性雰囲気中で半田付けを行う例につい
て説明したが、フラックスを用いた半田付けであっても
本発明を適用することができるということはいうまでも
ない。
【００６３】実施例５．第３の発明に係る半導体チップ
接合用半田材としては、図１４に示すように構成するこ
ともできる。図１４は第３の発明に係る半導体チップ接
合用半田材をソルダペーストを用いて形成した他の実施
例を示す断面図である。同図において前記図１９で説明
したものと同一もしくは同等部材については、同一符号
を付し詳細な説明は省略する。
【００６４】図１４において、２６はソルダペーストで
ある。このソルダペースト２６は、基材２の半導体チッ
プ接合面上に断面三角形状となるように供給されてい
る。
【００６５】半田溶融前は、ソルダペースト８の形状が
同図に示すように上方へ向かう凸状になっている関係か
ら搭載する半導体チップ１と一点にて接している。この
ように構成しても、半田溶融時には前記実施例１で説明
した場合と同様に、溶融部は半導体チップ１と接する点
から徐々に周縁部へ向けて拡がるため、接合の進行に伴
って接合部中のガスは周囲に放出されることになる。
【００６６】したがって、ガスが逃げ道を失いその場に
留まることによって空孔が形成されるのを防ぐことがで
きるから、良好な接合部を得ることができる。
【００６７】実施例６．第４の発明に係る半導体チップ
接合用半田材の製造方法を図１５によって説明する。図
１５は第４の発明に係る半導体チップ接合用半田材の製
造方法を実施するに当たり使用する製造装置の斜視図で
ある。同図において前記図８ないし図１１で説明したも
のと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し
詳細な説明は省略する。
【００６８】この製造方法は、前記実施例３で説明した
半田シートを製造するためのものである。図１５におい
て、３１は半田材料（図示せず）を加熱溶融して押し出
し金型３２から押し出す電気炉である。この電気炉３１
は、半田材料を固液共存となるような温度に余熱する構
造になっている。この余熱温度としては、例えば５０Ｓ
ｎ−５０Ｐｂであれば２００℃前後に設定する。また、
押し出し金型３２は、押し出し口の開口形状が長円状で
あって、半田シート２１の断面形状と略同じ形状になっ
ている。
【００６９】３３は前記押し出し金型３２によって成形
された半田シート２１を所定長さに切断するための切断
器で、上下方向に沿って互いに接離自在に構成されたカ
ッター３３ａ，３３ｂを備えている。３４は前記切断器
３３によって切断された半田シート２１を搬送するため
の搬送用ベルト、３５は半田シート２１を搬送用ベルト
３４から搭載用ベルト３６へ移載させるための半田シー
ト用移載装置である。この半田シート用移載装置３５
は、例えば真空コレット（図示せず）を使用して半田シ
ート２１を吸着保持し、搭載用ベルト３６によって搬送
される基材２の上に半田シート２１を位置決めさせた状
態で載置させる構造になっている。
【００７０】前記搭載用ベルト３６には基材２が不図示
の基材用移載装置によって移載されると共に、半導体チ
ップ１が半導体チップ用移載装置３７によって移載され
るように構成されている。この半導体チップ用移載装置
３７は、上述したように基材２上に半田シート２１が載
せられたものの上に半導体チップ１を重ねて載せる構造
になっている。
【００７１】この装置を使用して半田シート２１を製造
するには、先ず、電気炉３１によって半田材料を溶融さ
せて押し出し用金型３２から押し出し、断面略長円状に
成形する。次いで、押し出し用金型３２の外で凝固した
半田材料を切断器３３によって切断する。このようにし
て断面略長円状の半田シート２１が得られる。なお、押
し出し用金型３２の形状を変えることによって、半田シ
ート２１の断面形状を前記図１０、図１１に示したよう
に変えることができる。
【００７２】したがって、このような押し出し成形によ
れば、第３の発明に係る半田シート２１を、その形状を
一定に保ちつつ連続的に形成することができる。
【００７３】実施例７．第５の発明に係る半導体チップ
接合用半田材の製造方法を図１６によって説明する。図
１６は第５の発明に係る半導体チップ接合用半田材の製
造方法を実施するに当たり使用する製造装置を示す図
で、同図（ａ）は装置全体を示す構成図、同図（ｂ）は
金型の拡大断面図である。これらの図において前記図８
ないし図１１および図１５で説明したものと同一もしく
は同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省
略する。
【００７４】この製造方法も前記実施例３で説明した半
田シートを製造するためのものである。図１６におい
て、３８はシート状半田材料、３９はこのシート状半田
材料３８を加圧成形するためのプレス装置である。この
プレス装置３９は、上下方向に沿って互いに接離する上
金型３９ａ、下金型３９ｂを備えている。これら上下金
型３９ａ，３９ｂは、同図（ｂ）に示すように、中央部
が最も深くなるような凹曲面（金型面）が形成されてい
る。この凹曲面の最も深くなるところの深さ寸法ｃは、
シート状半田材料３８の厚みより小さい寸法に設定され
ている。
【００７５】このように構成された製造装置によって半
田シート２１を製造するには、シート状半田材料３８を
上下金型３９ａ，３９ｂの間に臨ませ、これらの金型に
よって加圧成形させることによって行う。この加圧成形
によって断面略長円状の半田シート２１が得られる。な
お、上下金型３９ａ，３９ｂの金型面の形状を変えるこ
とによって、半田シート２１の断面形状を前記図１０、
図１１に示したように変えることができる。
【００７６】したがって、このような加圧成形によれ
ば、第３の発明に係る半田シート２１を、その形状を一
定に保ちつつ連続的に形成することができる。
【００７７】実施例８．第６の発明に係る半導体チップ
接合用半田材の製造方法を図１７によって説明する。図
１７は第６の発明に係る半導体チップ接合用半田材の製
造方法を実施するに当たり使用する製造装置を示す図
で、同図（ａ）は装置全体を示す構成図、同図（ｂ）は
半田シートを離型させている状態を示す断面図である。
これらの図において前記図８ないし図１１で説明したも
のと同一もしくは同等部材については、同一符号を付し
詳細な説明は省略する。
【００７８】この製造方法も前記実施例３で説明した半
田シートを製造するためのものである。図１７におい
て、４０は半田材料を加熱溶融させる電気炉で、この電
気炉４０は溶融された半田材料をノズル４０ａから滴下
させる構造になっている。４１は型材で、この型材４１
は半田のぬれない材料、例えばガラスにより形成されて
おり、上部にキャビティ４２が設けられている。このキ
ャビティ４２は、中央部が最も深くなるような凹陥部に
よって構成されており、その表面は下方へ凹むような凹
曲面になっている。そして、この型材４１は、前記ノズ
ル４０ａの真下にキャビティ４２を位置づけると共に、
ノズル４０ａとは間隔をおいた位置に配置されている。
この間隔としては、溶融半田の飛散防止を図る観点から
０〜２０mm程度の短い距離に設定することが望ましい。
【００７９】４３は前記型材４１を加熱するためのヒー
タである。このヒータ４３は、型材４１を半田材料の融
点程度まで昇温させる構造になっている。このように型
材４１を加熱させることによって安定して半田シートを
得ることができる。なお、型材４１の周辺の雰囲気は、
半田材料の酸化を防ぐために酸素濃度１００ｐｐｍ以下
とされる。
【００８０】このように構成された製造装置では、電気
炉４０によって加熱溶融された半田材料を同図（ａ）に
示すようにノズル４０ａから型材４１へ滴下させて半田
シート２１の成形が行われる。型材４１のキャビティ４
２に適下された溶融半田は表面張力によって上面が凸曲
面となる。このため、滴下させた状態で半田材料を冷
却、凝固させることによって、上下両面が凸曲面となっ
た半田シート２１を得ることができる。
【００８１】また、半田シート２１と型材４１とは熱膨
張率が異なる関係から、冷却させることによって、同図
（ｂ）に示すように半田シート２１を型材４１から容易
に離型させることができる。
【００８２】したがって、このような型材に溶融半田を
注入する成形によれば、第３の発明に係る半田シート２
１を、その形状を一定に保ちつつ連続的に形成すること
ができる。
【００８３】なお、型材に溶融半田を注入して半田シー
ト２１を成形するに当たっては、図１８に示すように構
成することもできる。
【００８４】図１８は第６の発明に係る半導体チップ接
合用半田材の製造方法を実施するに当たり使用する製造
装置の他の例を示す図で、同図（ａ）は装置全体を示す
構成図、同図（ｂ）は半田シートを離型させている状態
を示す断面図である。これらの図において前記図８ない
し図１１および図１７で説明したものと同一もしくは同
等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。
【００８５】図１８において、４４は半田シート成形用
型材で、この型材４４はキャビティ４２の略全体を囲む
構造になっており、２種類の上金型４４ａ，４４ｂと、
これらの上金型４４ａ，４４ｂが密着する下金型４４ｃ
とから形成されている。４５はキャビティ４２に溶融半
田を注入するためのゲートである。なお、この型材４４
も前記型材４１と同様に半田のぬれない材料、例えばガ
ラスによって形成されている。
【００８６】このように構成する場合、ゲート４５に溶
融半田を定量注入し、その後、半田材料を冷却、凝固さ
せることによって、上下両面が凸曲面となり断面略長円
状の半田シート２１が成形される。半田シート２１の離
型は、同図（ｂ）に示すように各型材４４ａ〜４４ｃを
相互に離間させて行う。このように型材４４を使用して
も前記実施例と同様の効果が得られる。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係る半
導体チップ接合用基材は、半導体チップ接合面を他の部
位より突出させ、この突出部を、半導体チップの中央部
と対応する部分より側部と対応する部分を低く形成した
ものであるため、半田材が加熱溶融されるときの溶融部
は基材の突出部と接する点から徐々に周縁部へ拡がるか
ら、半田接合部中のガスは半導体チップ中央部と対応す
る部分から側部と対応する部分へ移動し、半田接合部の
周縁から外部へ排出される。このため、半田接合部中に
空孔が生じるのを確実に防ぐことができる。その結果、
半導体チップの熱を効率よく放散させることができる。
【００８８】第２の発明に係る半導体チップ接合用基材
は、半導体チップ接合面を半田ぬれ性の高い材料によっ
て被覆すると共に、この半導体チップ接合面の周囲を半
田ぬれ性の低い材料によって被覆したため、溶融された
半田材は基材の半導体チップ接合面上にぬれ拡がった状
態で留まり、半導体チップ接合面の周囲へは流出し難く
なる。このため、半田の不均一な拡がりを抑止し、半導
体チップが傾いて接合されるのを防ぐことができる。
【００８９】第３の発明に係る半導体チップ接合用半田
材は、中央部を周縁部より厚く形成したため、半田材は
基材および半導体チップと接する中央部から溶融され、
この溶融部が徐々に半田材の周縁部へ拡がるから、半田
接合部中のガスは半田材の中央部から周縁部へ移動し、
半田接合部の周縁から外部へ排出される。このため、半
田接合部中に空孔が生じるのを確実に防ぐことができ
る。その結果、半導体チップの熱を効率よく放散させる
ことができる。
【００９０】したがって、第１〜第３の発明によれば、
半田接合部および半導体チップの長期信頼性を大幅に改
善することが可能になる。
【００９１】第４の発明に係る半導体チップ接合用半田
材の製造方法は、半導体チップ接合用半田材を、押し出
し成形することによりその中央部を周縁部より厚く形成
するものであり、第５の発明に係る半導体チップ接合用
半田材の製造方法は、半導体チップ接合用半田材を、プ
レス成形することによりその中央部を周縁部より厚く形
成するものであり、第６の発明に係る半導体チップ接合
用半田材の製造方法は、半導体チップ接合用半田材を、
予め溶融された半田材を型に注入し、型内にて凝固させ
ることによりその中央部を周縁部より厚く形成するもの
であるため、これら第４〜第６の発明によれば、第３の
発明に係る半導体チップ接合用半田材がその形状を一定
に保ちつつ連続的に形成される。このため、高品質な半
田材を能率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に係る半導体チップ接合用基材の断
面図で、同図は半導体チップ接合面の上方に半田材料お
よび半導体チップを対向させた状態を示している。
【図２】基材に設ける突出部の他の例を示す断面図で、
同図（ａ）は突出部の外面を扁平な傾斜面とした例を示
し、同図（ｂ）は突出部の外面を階段状に形成した例を
示す。
【図３】第２の発明に係る半導体チップ接合用基材の斜
視図である。
【図４】第２の発明に係る半導体チップ接合用基材の断
面図である。
【図５】半田ぬれ性の異なる２種類の被覆部分が形成さ
れた基材の他の例を示す断面図である。
【図６】半田ぬれ性の高い被覆部分が複数形成された基
材の他の例を示す斜視図で、同図（ａ）は半田ぬれ性の
高い被覆部分を２箇所に形成した例を示し、同図（ｂ）
は半田ぬれ性の高い低い部分を４箇所に形成した例を示
す。
【図７】半田ぬれ性の異なる２種類の被覆部分が形成さ
れた基材の他の例を示す斜視図で、同図（ａ）は電極取
付部を半田ぬれ性の高い被覆部分の側部となる部位に設
けた例を示し、同図（ｂ）は電極取付部を半田ぬれ性の
高い被覆部分の角部となる部位に設けた例を示す。
【図８】第３の発明に係る半導体チップ接合用半田材を
用いてボンディングを行うときの状態を示す断面図であ
る。
【図９】第３の発明に係る半導体チップ接合用半田材を
使用したときの接合過程を示す断面図で、同図（ａ）は
加熱開始時の状態を示し、同図（ｂ）は半田材が全域に
わたって溶融された状態を示し、同図（ｃ）は半田材が
凝固した状態を示す。
【図１０】半田シートの周縁部を断面三角形状に形成し
た例を示す断面図で、同図（ａ）は半田シートの中央部
から周辺部に至る上面、下面をそれぞれ扁平な傾斜面と
した例を示し、同図（ｂ）は基材および半導体チップに
面接触する構造にした例を示している。
【図１１】半田シートの上下両面を階段状に形成した例
を示す断面図で、同図（ａ）は階段部分の段数を１段と
した例を示し、同図（ｂ）は階段部分の段数を２段とし
た例を示す。
【図１２】上下両面が階段状に形成された半田シートの
他の例を示す断面図である。
【図１３】第３の発明に係る半導体チップ接合用半田材
を融点の異なる２種類の半田材料を用いて形成した他の
実施例を示す断面図である。
【図１４】第３の発明に係る半導体チップ接合用半田材
をソルダペーストを用いて形成した他の実施例を示す断
面図である。
【図１５】第４の発明に係る半導体チップ接合用半田材
の製造方法を実施するに当たり使用する製造装置の斜視
図である。
【図１６】第５の発明に係る半導体チップ接合用半田材
の製造方法を実施するに当たり使用する製造装置を示す
図で、同図（ａ）は装置全体を示す構成図、同図（ｂ）
は金型の拡大断面図である。
【図１７】第６の発明に係る半導体チップ接合用半田材
の製造方法を実施するに当たり使用する製造装置を示す
図で、同図（ａ）は装置全体を示す構成図、同図（ｂ）
は半田シートを離型させている状態を示す断面図であ
る。
【図１８】第６の発明に係る半導体チップ接合用半田材
の製造方法を実施するに当たり使用する製造装置の他の
例を示す図で、同図（ａ）は装置全体を示す構成図、同
図（ｂ）は半田シートを離型させている状態を示す断面
図である。
【図１９】従来の半田ダイボンディング法によって半導
体チップが基材にボンディングされた状態を示す断面図
である。
【図２０】従来の半田ダイボンディング法により半田接
合部中に空孔が形成された状態を示す断面図である。
【図２１】半導体チップが傾斜して接合された状態を示
す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ ２ 基材 ３ 半田材料 １１ 基材 １２ 突出部 １３ 基材 １４ 半田ぬれ性の高い材料によって被覆された部分 １５ 半田ぬれ性の低い材料によって被覆された部分 ２１ 半田シート ２２ 半田シート ２６ ソルダペースト ３１ 電気炉 ３２ 押し出し金型 ３９ プレス装置 ４０ 電気炉 ４１ 型材 ４２ キャビティ ４４ 型材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弘田 実保 愛知県名古屋市東区矢田南五丁目１番14号 三菱電機株式会社名古屋製作所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップが半田を介して接合される
    半導体チップ接合用基材において、半導体チップが接合
    される半導体チップ接合面を他の部位より突出させ、こ
    の突出部を、半導体チップの中央部と対応する部分より
    側部と対応する部分を低く形成したことを特徴とする半
    導体チップ接合用基材。
  2. 【請求項２】 半導体チップが半田を介して接合される
    半導体チップ接合用基材において、半導体チップが接合
    される半導体チップ接合面を半田ぬれ性の高い材料によ
    って被覆すると共に、この半導体チップ接合面の周囲を
    半田ぬれ性の低い材料によって被覆したことを特徴とす
    る半導体チップ接合用基材。
  3. 【請求項３】 半導体チップ接合用基材と半導体チップ
    との間に介装されかつ加熱溶融されて前記両者を接合す
    る半導体チップ接合用半田材において、中央部を周縁部
    より厚く形成したことを特徴とする半導体チップ接合用
    半田材。
  4. 【請求項４】 半導体チップ接合用基材と半導体チップ
    との間に介装されかつ加熱溶融されて前記両者を接合す
    る半導体チップ接合用半田材を、押し出し成形すること
    によりその中央部を周縁部より厚く形成することを特徴
    とする半導体チップ接合用半田材の製造方法。
  5. 【請求項５】 半導体チップ接合用基材と半導体チップ
    との間に介装されかつ加熱溶融されて前記両者を接合す
    る半導体チップ接合用半田材を、プレス成形することに
    よりその中央部を周縁部より厚く形成することを特徴と
    する半導体チップ接合用半田材の製造方法。
  6. 【請求項６】 半導体チップ接合用基材と半導体チップ
    との間に介装されかつ加熱溶融されて前記両者を接合す
    る半導体チップ接合用半田材を、予め溶融された半田材
    を型に注入し、型内にて凝固させることによりその中央
    部を周縁部より厚く形成することを特徴とする半導体チ
    ップ接合用半田材の製造方法。
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