JP5195314B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図7に示すパワー半導体モジュール100の絶縁基板101には、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミック基板101aの両面に、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等の導体層101b,101cが形成された基板が使用され、その絶縁基板101上には、半田層102を介してパワー半導体等の半導体チップ103が接合されている。そして、このように半導体チップ103が接合された絶縁基板101は、その接合面側と反対面側で、半導体チップ103で発生した熱の放散を目的として、半田層104により銅、アルミニウム、アルミシリコンカーバイド(AlSiC)、銅モリブデン合金(Cu・Mo)等の金属で形成された板状の放熱ベース105に接合されている。
例えば、絶縁基板101のセラミック基板101aに窒化アルミニウムを用い、放熱ベース105に銅を用いた場合、窒化アルミニウムの熱膨張係数は約4.5ppm/K、銅の熱膨張係数は約16.5ppm/Kであり、比較的大きな差が生じる。そのため、半田付け後の冷却段階で、窒化アルミニウムよりも銅の収縮の方が大きくなり、放熱ベース105が絶縁基板101との接合面側に凸状に反ってしまうのである。放熱ベース105にこのような反りが発生した場合には、半田付け以後の装置組立工程等に支障をきたし、その反りの程度によっては、パワー半導体モジュール100の放熱性能低下が引き起こされることがあった。
(従来の製造方法)
図10は、従来の位置決め治具を用いたパワー半導体モジュールの製造工程の一つであって、(A)は部材のセット工程、(B)は加熱工程、(C)は減圧工程を示す断面模式図である。
従来の位置決め治具4は、上下面が平行な枠体40を放熱ベース2上の所定位置に固定することで、絶縁基板1を放熱ベース2上に位置決めする治具である。すなわち枠体40には、同図(A)に示すような長辺がX、短辺がY(≦X)の矩形の開口部41が形成されている。この開口部41にほぼ同一形状の絶縁基板1を嵌め込んで、板半田3とともに絶縁基板1を放熱ベース2上に配置することができる。なお、位置決め治具4の左右に形成されているねじ孔42は、放熱ベース2上での位置合わせのためのものである。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係るパワー半導体モジュールの半田溶融状態を示す断面模式図であって、(A)は絶縁基板の長手方向に沿う断面図、(B)は絶縁基板の短手方向に沿う断面図である。
カーボン治具4aは、プレス型によってプレス加工した後に切削加工を施す等して形成することができる。放熱ベース2との接触面に、放熱ベース2の反り量に対応する反りを与えるには、与える反り量に応じた形状のプレス型を用意し、このプレス型内にカーボン粉末を充填してプレスすることによって成型体を形成する。これにより、プレス型に応じた形状のカーボン治具4aが形成される。このような方法によれば、プレス型を変更することにより、機械的な加工を行わずに、様々な反り量および平面サイズのカーボン治具4aを形成することができる。また、カーボン治具4aの底面に段差加工を施して、放熱ベース2の反り量に対応する反りを与えることもできる。
図2は、第2の実施の形態に係るパワー半導体モジュールの半田溶融状態を示す断面模式図であって、(A)は絶縁基板の長手方向に沿う断面図、(B)は絶縁基板の短手方向に沿う断面図である。
カーボン治具4bの開口部41は、絶縁基板1を挿入可能とする大きさが必要である。カーボン治具4bは、その本来の役割が放熱ベース2上で絶縁基板1の位置決めを行うことにあるからである。位置決め治具4のねじ孔42は、放熱ベース2上での位置合わせのためのものである。
樹脂ケース7は、絶縁基板1上の回路パターンや、そこに半田8で接合された半導体チップ9を保護するものである。上述したカーボン治具4a,4bを用いて半田飛散を抑止することで、放熱ベース2がほぼ平坦な状態にまで復帰したとき、絶縁基板1が半田接合された放熱ベース2の上面周辺には、半田飛沫が残留しない。したがって、その後の修正加工等の処理を実施しなくても、放熱ベース2の上から樹脂ケース7等を確実に密着させることができ、製品サイズを規格通りに仕上げることができる。しかも、放熱ベース2と樹脂ケース7の間に隙間が生じていなければ、さらに後工程で半導体チップ9をゲルにより封止する場合に、特段の処理を行わなくてもゲルが流出するおそれがなくなる。
2 放熱ベース
3 板半田
3a 半田
4 位置決め治具
4a,4b カーボン治具
5 ボイド
6 加熱炉
7 樹脂ケース
8 半田
9 半導体チップ
40 枠体
41 開口部
Claims (5)
- 一方の主面に配線層が形成された絶縁基板を放熱ベース上に接合するとともに前記絶縁基板の前記配線層側に半導体チップを半田接合してなる半導体装置の製造方法において、
前記放熱ベースに、前記絶縁基板との接合面とは反対側に凸状の反りを所定の反り量で加工する工程と、
底面が曲面をなす位置決め治具によって前記放熱ベース上で前記絶縁基板および接合材料を固定する工程と、
前記接合材料を加熱溶融することで前記放熱ベースに前記絶縁基板を接合する工程と、
を含み、
前記位置決め治具の底面を、前記放熱ベースとの間隔が100μm以下となるように曲面形状としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記放熱ベースは、前記反り量が100μm〜900μmに形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接合材料は、鉛を含まない半田であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記鉛を含まない半田は、融点が250℃以下であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
- 前記鉛を含まない半田は、銀、ビスマス、インジウム、アンチモン、亜鉛、アルミニウム、銅のうちの少なくとも1種とスズとを含むことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
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