半導體裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種安裝于半導體裝置內(nèi)的絕緣基板的半導體貼片的電極經(jīng)由導電柱與密封在上述半導體裝置內(nèi)的印刷電路板電連接的半導體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力變換裝置、不間斷電源裝置、機床、工業(yè)用機器人等中使用搭載了IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)、功率 FET(FieldEffect Transistor:場效應晶體管)等功率半導體元件的半導體裝置。
[0003]作為該半導體裝置，提出了以下半導體裝置，即，在帶導電圖案的絕緣基板的表面和背面配置銅塊，在正面?zhèn)鹊你~塊配置IGBT貼片和二極管貼片，使用多個插入銷對IGBT貼片和二極管貼片與印刷電路板之間進行連接(例如參照專利文獻I)。
[0004]另外，作為其它半導體裝置，提出了以下半導體裝置，即具備:至少一個半導體元件(半導體貼片)，其被接合到形成于絕緣板上的金屬箔上；印刷電路板，其與半導體元件(半導體貼片)相對地配置；以及多個柱電極，其對形成于該印刷電路板的第一和第二主面的金屬箔的至少一個與半導體元件(半導體貼片)的主電極的至少一個進行電連接(例如參照專利文獻2)。
[0005]如圖12和圖13所示，該專利文獻2所記載的半導體裝置為半導體貼片的主電極通過多個柱電極(導電柱)進行電連接的類型的半導體模塊。半導體模塊201具有絕緣基板202以及與絕緣基板202相對的插入印刷電路板203 (以下簡稱為印刷電路板)通過底部填充材料、樹脂材料等204被密封而形成一體的構(gòu)造。在絕緣基板202上安裝有多個半導體貼片205。
[0006]并且，該半導體模塊201由樹脂外殼封裝(未圖示)，例如作為通用IGBT模塊而發(fā)揮功能。絕緣基板202具備:絕緣板206 ;金屬箔207，其通過DCB (Direct Copper Bonding:銅瓷鍵合)法形成于絕緣板206的下表面；以及多個金屬箔208，其通過相同的DCB法形成于絕緣板206的上表面。在金屬箔208之上經(jīng)由錫(Sn)-銀(Ag)系的無鉛焊錫層209接合有半導體貼片205。
[0007]另外，對于印刷電路板203，例如在中心部配置樹脂層213，在其上表面與下表面以圖案化的方式形成金屬箔214，這些金屬箔214被保護層215覆蓋，從而形成多層構(gòu)造。在該印刷電路板203中設有多個通孔210。在該通孔210內(nèi)設置用于對上表面和下表面的金屬箔214之間進行電連接的薄厚的筒狀鍍層(未圖示)，經(jīng)由筒狀鍍層來注入(插入)圓筒狀的柱電極(導電柱)211。
[0008]并且，如圖12所示，半導體貼片205具備在上表面中央部以較大面積配置的發(fā)射極電極焊盤205a以及在該發(fā)射極電極焊盤205a與前方端部之間形成的較小面積的柵極電極焊盤205b。而且，例如一列五個的柱電極(導電柱)211以兩列平行的方式與發(fā)射極電極焊盤205a接合。另外，在柵極電極焊盤205b上接合有一個柱電極(導電柱)212。
[0009]另外，在搭載于半導體裝置的大電流用半導體貼片中，發(fā)熱量大，因此為了使半導體貼片的溫度分布均勻而采取各種對策。
[0010]例如，提出了以下半導體裝置，S卩，在受上部電極層的電阻的場所分布的影響、依賴于上部電極層內(nèi)的多個連接部的平面配置條件而決定溫度上升分布的大電流用半導體裝置中，鋸齒狀地配置連接部，由此使半導體貼片的溫度分布均勻化(例如參照專利文獻3)。
[0011]另外，提出了以下半導體裝置，即，在形成了 IGBT的發(fā)射極電極的面?zhèn)龋?jīng)由焊錫接合有電極用部件，該電極用部件是在設置于陶瓷材料的支承體上的多個貫通孔內(nèi)形成銅柱而得到的，通過將多個銅柱經(jīng)由焊錫接合到發(fā)射極電極，IGBT所產(chǎn)生的熱向電極部件移動而散熱，并且即使在IGBT的結(jié)構(gòu)材料與銅之間存在熱膨脹率差，也降低對焊錫接合界面施加的應力而將變形抑制得小，減少裂紋的產(chǎn)生(例如參照專利文獻4)。在該專利文獻4所記載的半導體裝置中，使支承體中央部的銅柱的截面面積(直徑)大于周緣部的銅柱的直徑而在熱應力小的中央部形成截面面積大的銅柱，在熱應力大的緣部配置很多截面面積小的銅柱。因此，使焊錫層厚，并且抑制在焊錫接合界面產(chǎn)生裂紋。
[0012]除此以外，還提出了以下半導體裝置，S卩，為了抑制散熱性差的表面電極中央部的溫度上升，通過使從半導體元件經(jīng)由表面電極的中央部和金屬線到達外部電極的合成電阻大于從半導體元件經(jīng)由表面電極的周緣部和金屬線到達外部電極的合成電阻、或者使金屬線僅與表面電極的周緣部接合等方法，來抑制散熱性差的表面電極中央部的溫度上升(例如參照專利文獻5)。
[0013]并且，還提出了以下半導體裝置，S卩，IGBT等功率半導體裝置是以下半導體裝置:為了使貼片面的由發(fā)熱引起的溫度分布均勻，在IGBT等半導體貼片的表面和背面的貼片面上具備電極，在打開動作時電流在一側(cè)的貼片面的電極與另一側(cè)的貼片面的電極之間流動，多個引線以不均勻的配置分布與半導體貼片的一側(cè)的貼片面的電極相連接，并且基于規(guī)定的基準，使與一側(cè)的貼片面的周邊部相連接的引線的個數(shù)大于與一側(cè)的貼片面的中心部相連接的引線的個數(shù)(例如參照專利文獻6)。
[0014]專利文獻1:國際公開第2011/083737號小冊子
[0015]專利文獻2:日本特開2009-64852號公報
[0016]專利文獻3:日本特開2006-66704號公報
[0017]專利文獻4:日本特開2006-237429號公報
[0018]專利文獻5:日本特開2003-188378號公報
[0019]專利文獻6:日本特開2008-186957號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]發(fā)明要解決的問題
[0021 ] 然而，在上述專利文獻I?6所記載的以往例中，僅關注半導體貼片的溫度上升來將導電柱與半導體貼片的一面的電極接合，對于在半導體貼片一面配置有兩個以上的電極焊盤的情況下電極焊盤之間的由焊錫導致的短路，則完全沒有考慮。
[0022]S卩，例如說明專利文獻2所記載的半導體裝置，如上述圖12和圖13所示，在形成于絕緣基板202的上表面的金屬箔208上經(jīng)由焊錫209載置有半導體貼片205。一列五個的柱電極(導電柱)211以兩列平行的方式與半導體貼片205的發(fā)射極電極焊盤205a接合，在配置于該發(fā)射極電極焊盤205a與端面之間的柵極電極焊盤205b上接合有一個柱電極(導電柱)212。因此，與發(fā)射極電極焊盤205a接合的柱電極211同與柵極電極焊盤205b接合的柱電極212之間的間隔變短。因而，由于在兩柱電極211和212的焊錫接合時形成于各柱電極211、212的焊角，發(fā)射極電極焊盤205a與柵極電極焊盤205b之間的焊錫的體積易于增加，有可能形成焊錫成為不與各電極焊盤側(cè)分離的狀態(tài)的橋。因此，有時在發(fā)射極電極焊盤205a與柵極電極焊盤205b之間產(chǎn)生由短路導致的連接不良。
[0023]另外，同樣地，存在以下未解決的問題:在半導體貼片205與絕緣基板202之間、半導體貼片205與固定有柱電極211和212的印刷電路板203之間產(chǎn)生大的位置偏差時，還有可能與各電極焊盤對應的柱電極不被配置于所決定的位置而與不同的電極接合，從而在發(fā)射極電極焊盤205a與柵極電極焊盤205b之間產(chǎn)生連接不良。
[0024]另外，存在以下未解決的問題:在使用以納米Ag等為代表的金屬顆粒等固體擴散接合件的情況下，由于接合時的加壓等工藝而有時接合件向水平面擴散，因此與上述焊錫同樣地，也有時半導體貼片的各電極焊盤上的接合件接觸而產(chǎn)生由短路導致的連接不良。
[0025]并且，關于最近普及應用的以SiC半導體等為代表的寬帶隙(WBG:Wide bandgap)器件，由于由晶圓缺陷導致的成品率，需要實現(xiàn)2_?5mm角左右的小型半導體貼片的多貼片安裝來大容量化。該小型半導體貼片存在以下未解決的問題:與以往的使用了 Si的情況相比，DCB基板與半導體貼片之間以及半導體貼片與具有導電柱的印刷電路板之間的定位困難，規(guī)定的電極焊盤與導電柱的接合變難，并且使用很多半導體貼片來進行并聯(lián)連接，因此預測為如果產(chǎn)生上述那樣的半導體貼片的連接不良則難以提高模塊的成品率。
[0026]因此，本發(fā)明是關注上述以往例的未解決的問題而完成的，目的在于提供一種能夠提高各半導體貼片的安裝質(zhì)量的半導體裝置。
[0027]用于解決問題的方案
[0028]為了達到上述目的，本發(fā)明所涉及的半導體裝置的一個方式具備:半導體貼片；第一電極焊盤和第二電極焊盤，其設置于該半導體貼片的一面；第一導電柱，其通過接合件與第一電極焊盤接合；多個第二導電柱，其通過接合件與第二電極焊盤接合；以及印刷電路板，其與半導體貼片的一面相對配置，形成有與第一導電柱和第二導電柱連接的電路。而且，接近第一導電柱一側(cè)的上述第二導電柱以避開使第一導電柱的接合件與第二導電柱的上述接合件成為不會連接的距離的防短路區(qū)域的方式排列。
[0029]第一電極焊盤與第二電極焊盤的間隙是研宄第一導電柱和第二導電柱的直徑、第一電極焊盤和第二電極焊盤的寬度、焊錫的量等來決定的。大致期望該間隙為50 μπι以上且200