[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及其制造方法。更详细而言，本发明涉及散热性优异、可靠性高的半导体装置及其制造方法。

背景技术

近年来，控制大电流的半导体被用在组合了汽油引擎和电动机的混合动力汽车中。此外，这种半导体伴随着仅利用电动机行驶的电动汽车的普及也被用在电动机的高输出电流控制中。

进而，作为光源进行发光的半导体(LED)由于节能且长寿命，因此被用在各种用途中。例如，除了在显示装置(液晶画面)背光灯光源、相机闪光灯用途、车载用途等用途中使用LED之外，还在各种照明用途中使用LED。

在电动汽车的发动机、高亮度LED中，半导体中流动的电流变大。然而，在施加这种大电流的严格的使用条件下有时会发生半导体的特性劣化，可能使得难以确保高电流控制的半导体封装体、LED模块的长寿命、高可靠性。例如，如果增大流经半导体的电流，则来自半导体的发热增大，由此模块、系统的内部的温度上升而可能引起劣化。例如电动机用的高输出控制半导体中所使用的高效率的GaN、SiC的效率虽为约98％程度，但约2％却成为热，在以高输出进行使用的过程中将成为问题。此外，在高亮度白色LED中，所消耗的电力之中被变换为光的只不过仅仅为25％程度，其他的直接成为热。因此，需要对半导体封装体采取散热对策，从而使用了各种散热器。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-129928号公报

专利文献2：国际公开(WO)第08/088165号公报

发明内容

发明要解决的课题

当前的半导体芯片的安装形态能够大致分为两种，存在“引线接合型(W/B型)”和“倒装片型(F/C型)”。“引线接合型(W/B型)”如图29(a)所示，半导体芯片的电极朝向上侧，通过与该朝上电极连接的金属引线来谋求电连接。另一方面，“倒装片型(F/C型)”如图29(b)所示，半导体芯片的电极朝向下侧，经由与该朝下电极连接的金属凸块来谋求电连接。

本申请发明者们潜心研究的结果，发现：在这些安装形态中存在以下的课题。首先，“倒装片型(F/C型)”中金属凸块会成为热阻，在散热特性方面不一定能说成是优选的。具体而言，在半导体芯片中金属凸块占有的面积少(即便将占有面积估计得较大，相对于半导体芯片面也仅为约25％程度)，因此金属凸块成为限制，散热性不良。换言之，可以说在金属凸块的设置之处(安装部分)可产生发热。在这种“倒装片型(F/C型)”中，即使设为使用的是散热性高的基板，热也难以传递给基板，在现实中不能实现高的散热特性(参照图29(b))。

另一方面，“引线接合型(W/B型)”如图29(a)所示，因为能够在半导体芯片的正下方设置散热孔等，所以在散热特性方面优选，但是在高输出控制的半导体中，在引线连接时却无法流动所需的电流，并且在高亮度LED中，LED上侧的电极(凸块)会遮挡光，从而在光取出方面不优选。如果关于“光的遮挡”来具体说明的话，则由于设置在LED芯片的上侧面的电极部的存在，能实现光取出的LED区域受到限制，光取出量被减少。此外，因为引线自身也会遮挡光，所以在这方面也成为使光取出下降的主要原因。

进一步讲，设置于半导体装置的半导体如果其发热时的热膨胀系数与周围材质的热膨胀系数不同，则可产生起因于该差的应力，作为半导体装置有可能引起不良的现象。也就是说，存在因热应力有可能损坏作为半导体装置的可靠性的顾虑。

本发明正是鉴于上述情形而完成的。即，本发明的主要目的在于提供满足散热特性以及电极取出双方，并且对于热应力也呈现高可靠性的半导体装置。

用于解决课题的手段

本申请发明者们并非在现有技术的外延线上进行对应的，而是通过在新的方向上进行应对，由此来尝试上述目的的实现。其结果，完成了实现上述目的的半导体装置的发明。

具体而言，在本发明中提供一种半导体装置，其特征在于，构成为具有：半导体元件；和与半导体元件电连接的金属缓冲层，以金属缓冲层和半导体元件相互面接触这样的形态连接了金属缓冲层和半导体元件，而且金属缓冲层成为在向二次安装基板的安装中使用的外部连接端子，并且成为在二次安装基板与半导体装置(尤其是半导体元件)之间具有应力缓和作用的缓冲构件。