WO2018138902A1 - パワー半導体装置の製造方法およびパワー半導体装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a power semiconductor device and a power semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a power semiconductor device omitting wiring by wire bonding and such a power semiconductor device.
- a power semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and an electronic component for controlling a series of operations as a power semiconductor device are mounted.
- IGBT insulated gate bipolar transistor
- the power semiconductor element and the electronic component are joined to the base plate by soldering. Furthermore, a large-capacity relay substrate electrically connected to the outside is joined by soldering to the power semiconductor element and the electronic component joined to the base plate.
- rolled solder ribbons are used in the soldering process.
- the ribbon solder located near the center of the portion wound in a roll shape is more easily warped and is likely to swell. Therefore, when soldering a semiconductor element or the like, it is necessary to remove warpage or waviness of the ribbon solder. Therefore, it is necessary to use a dedicated jig for cutting the ribbon solder in a state in which warpage or the like of the ribbon solder is forcibly suppressed.
- a dedicated jig is required to place the cut ribbon solder on a copper plate or the like. Furthermore, when a semiconductor element or the like is placed in a state in which warpage or the like remains in the cut ribbon solder, the semiconductor element or the like may be inclined. When this inclination becomes large, a void may be formed between the semiconductor element or the like and the copper plate.
- the power semiconductor device is required to further improve the manufacturing process.
- the present invention has been made under such development, and one object is to provide a method of manufacturing a power semiconductor device capable of improving the efficiency of the manufacturing process, and the other object is to And providing such a semiconductor device.
- a method of manufacturing a power semiconductor device includes the following steps.
- a base plate is provided that includes a first conductor plate and a second conductor plate that are electrically isolated from one another.
- a first solder pattern first portion in contact with the first conductor plate by filling each of the plurality of first openings with the first solder paste using the first mask in which the plurality of first openings are formed as a printing mask And forming a first solder pattern second portion in contact with the second conductor plate.
- the first semiconductor element is placed on the first solder pattern first part, and the second semiconductor element is placed on the first solder pattern second part.
- the second solder pattern in contact with the first semiconductor element is formed by filling the second solder paste in each of the plurality of second openings using the second mask in which the plurality of second openings are formed as another printing mask.
- a second solder pattern second portion in contact with the first portion and the second semiconductor element is formed.
- the relay substrate to which the external connection terminal is attached is arranged with respect to the second solder pattern first portion and the second solder pattern second portion. After the relay substrate is placed, heat treatment is performed.
- a base plate is provided that includes a first conductor plate and a second conductor plate that are electrically isolated from one another.
- First solder pattern first portion and first portion in contact with the first conductor plate by filling each of the plurality of first openings with the first solder paste using the mask in which the plurality of first openings are formed as a printing mask 2.
- Form a first solder pattern second portion in contact with the conductor plate. The first semiconductor element is placed on the first solder pattern first part, and the second semiconductor element is placed on the first solder pattern second part.
- a second solder paste is applied to each of the first upper surface of the first semiconductor element and the second upper surface of the second semiconductor element to form a second solder pattern first portion on the first upper surface, and the second upper surface is formed on the second upper surface.
- a second solder pattern second portion is formed.
- the relay substrate to which the external connection terminal is attached is arranged with respect to the second solder pattern first portion and the second solder pattern second portion. After the relay substrate is placed, heat treatment is performed.
- One power semiconductor device includes a base plate, a first semiconductor element, a second semiconductor element, a relay substrate, and an external connection terminal.
- the base plate includes a first conductor plate and a second conductor plate electrically insulated from each other.
- the first semiconductor element is joined to the first conductor plate by the first solder pattern first portion.
- the second semiconductor element is joined to the second conductor plate by the first solder pattern second portion.
- the relay substrate is joined to the first semiconductor element by the second solder pattern first part, and to the second semiconductor element by the second solder pattern second part.
- the external connection terminal is attached to the relay board.
- Another power semiconductor device includes a base plate, a first semiconductor element, a second semiconductor element, a relay substrate, and an external connection terminal.
- the base plate includes a first conductor plate and a second conductor plate electrically insulated from each other.
- the first semiconductor element is joined to the first conductor plate by the first solder pattern first portion.
- the second semiconductor element is joined to the second conductor plate by the first solder pattern second portion.
- the relay substrate is joined to the first semiconductor element by the second solder pattern first part, and to the second semiconductor element by the second solder pattern second part.
- External connection terminals are attached to the relay substrate.
- the relay substrate and the second solder pattern first portion are disposed with the external connection terminal interposed therebetween.
- the method of manufacturing a power semiconductor device of the present invention using the first mask as a printing mask, the first solder pattern first portion in contact with the first conductor plate and the first solder pattern in contact with the second conductor plate A part is formed. Also, a second solder pattern first portion in contact with the first semiconductor element and a second solder pattern second portion in contact with the second semiconductor element are formed using the second mask as a printing mask. Thereby, the efficiency of the manufacturing process can be improved.
- the first solder pattern first portion in contact with the first conductor plate and the first solder pattern second portion in contact with the second conductor plate using the mask as a printing mask It is formed. Further, by applying a second solder paste to each of the first upper surface of the first semiconductor element and the second upper surface of the second semiconductor element, a second solder pattern first portion is formed on the first upper surface, and the second A second solder pattern second portion is formed on the top surface. Thereby, the efficiency of the manufacturing process can be improved.
- the efficiency of the manufacturing process can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
- the efficiency of the manufacturing process can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step of a method of manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 1 in the first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 2 in the first embodiment.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 3 in the first embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 4 in the first embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 5 in the embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 6 in the embodiment.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 7 in the embodiment.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 8 in the embodiment.
- FIG. 17 is a cross-sectional view showing a step of a method of manufacturing the power semiconductor device according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 10 in the embodiment.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 11 in the embodiment.
- FIG. 26 is a cross-sectional view showing a step of a method of manufacturing the power semiconductor device according to the third embodiment.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 13 in the embodiment.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 14 in the embodiment.
- FIG. 16 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 15 in the embodiment.
- it is a 1st fragmentary perspective view for demonstrating the merit of the manufacturing method by a solder paste.
- it is a 2nd fragmentary perspective view for demonstrating the merit of the manufacturing method by a solder paste.
- it is a 3rd fragmentary perspective view for demonstrating the merit of the manufacturing method by a solder paste. In each embodiment, it is a 4th fragmentary perspective view for demonstrating the merit of the manufacturing method by a solder paste. In each embodiment, it is a fragmentary sectional view at the time of using the solder containing a nickel ball for demonstrating the merit of the manufacturing method by a solder paste.
- Embodiment 1 An example of a method of manufacturing the power semiconductor device according to the first embodiment will be described.
- a copper base plate 3 is prepared.
- a plurality of copper plates 5b, 5c and 5d are disposed with the resin insulating portion 7 interposed on the copper plate 5a.
- the copper plates 5b, 5c, 5d are electrically isolated from one another.
- a semiconductor element is mounted on each of the plurality of copper plates 5b, 5c, 5d.
- a metal mask 51 (see FIG. 2) as a first mask is prepared.
- the metal mask 51 has a plurality of openings 53 formed therein.
- the metal mask 51 is opened at the position of the semiconductor element (not shown) mounted on each of the plurality of copper plates 5b, 5c, 5d with respect to the copper base plate 3. It arrange
- a solder paste (not shown) is applied to the metal mask 51.
- a tin (Sn) -based solder paste compliant with the RoHS directive is used as the solder paste.
- the RoHS Directive refers to the Restriction of Hazardous Substances by the European Union (EC) on the restriction of the use of specified harmful substances in electronic and electrical equipment.
- the solder paste 15 is filled in each of the plurality of openings 53 of the metal mask 51, as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 4, the metal mask 51 is removed, and a pattern of the solder paste 15 is formed on each of the plurality of copper plates 5b, 5c, 5d.
- the pattern of the solder paste 15 includes, for example, the pattern of the solder paste 15 as a first solder pattern first portion formed on the copper plate 5b, and the solder paste 15 as a first solder pattern second portion formed on the copper plate 5c. Including the pattern of The thickness of the pattern of the solder paste 15 corresponds to the thickness of the metal mask 51.
- the pattern of the solder paste 15 is formed with a relatively thin thickness in order to release the heat generated in the semiconductor element or the like to the copper plates 5b, 5c, 5d or the like.
- semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 are placed on each of the predetermined patterns of the solder paste 15 determined in advance.
- Semiconductor elements 9 and 11 include, for example, an IGBT.
- a metal mask 55 (see FIG. 6) as a second mask is prepared.
- the metal mask 55 has a plurality of openings 57 formed therein.
- the metal mask 55 is disposed on the copper base plate 3 so that the semiconductor elements 9 and 11 or the conductive parts 13 are fitted into the openings 57 respectively.
- solder paste (not shown) is applied to the metal mask 55.
- solder paste 17 is filled in each of the plurality of openings 57 of the metal mask 55, as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 8, the metal mask 55 is removed, and a pattern of solder paste 17 is formed so as to cover each of the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13.
- the thickness of the solder paste 17 covering the semiconductor element 9 is relatively thick, and the thickness of the solder paste 17 covering the semiconductor element 11 and the thickness of the solder paste 17 covering the conductive component 13 are relatively thin. Although the thickness of the solder paste 17 includes one that is not the same thickness, the position (height H) of each upper surface of the pattern of the solder paste 17 will be aligned to the same height.
- the pattern of solder paste 17 includes, for example, a pattern of solder paste 17 as a second solder pattern first portion formed to cover semiconductor element 9, and a second solder pattern formed to cover semiconductor element 11.
- the pattern of the solder paste 17 as a second part is included.
- the large capacity relay substrate 21 is provided with a plurality of conductor portions 23.
- the plurality of conductor portions 23 are disposed at positions corresponding to the respective patterns of the solder paste 17.
- the large capacity relay substrate 21 is arranged such that each of the plurality of conductor portions 23 contacts the corresponding solder paste 17.
- a plurality of external connection terminals 25 are attached to the large-capacity relay board 21.
- Each of the plurality of external connection terminals 25 is electrically connected to the corresponding semiconductor element 9 or 11 or the conductive component 13 through the conductor portion 23 and the solder paste 17.
- the oxide film covering the solder pastes 15, 17 and the like is removed.
- the solder pastes 15 and 17 are melted while suppressing the formation of voids by heat treatment under the conditions of 200 ° C. or more and reduced pressure.
- the semiconductor element 9 is joined to the copper plates 5 b and 5 d through the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 through the solder 18 (solder paste 17).
- the semiconductor element 11 is joined to the copper plate 5c via the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 via the solder 18 (solder paste 17).
- the conductive component 13 is joined to the copper plate 5d via the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 via the solder 18 (solder paste 17).
- each of semiconductor elements 9 and 11 and conductive component 13 and external connection terminal 25 are electrically connected through large-capacity relay substrate 21 without forming a wire bonding by wire bonding. It will be.
- each of the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 has a large capacity with the copper base plate 3 and the solder pastes 15 and 17 printed using the metal masks 51 and 55 as printing masks. It is joined to the relay substrate 21. This eliminates the need for a dedicated jig for forcing the bowing of the ribbon solder, as compared to the method of joining using the ribbon solder. In addition, a dedicated jig for placing the cut ribbon solder on a copper base plate or the like is not necessary. As a result, the power semiconductor device can be efficiently manufactured, which can contribute to cost reduction and shortening of the manufacturing period.
- the thickness of the solder pastes 15 and 17 can be adjusted by the thickness of the metal masks 51 and 55.
- the thickness of the solder can be easily changed as compared with the case where the thickness of the solder is changed depending on the thickness of the ribbon solder, which can contribute to the further improvement of the manufacturing process of the power semiconductor device.
- the large-capacity relay substrate 21 can be disposed at a substantially constant height without being inclined with respect to the copper base plate 3.
- Second Embodiment In the first embodiment, an example of a method of manufacturing a power semiconductor device provided with one large-capacity relay substrate has been described. Here, an example of a method of manufacturing a power semiconductor device provided with two large capacity relay substrates will be described. The same members as the members described in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
- the copper base plate 3 is prepared.
- a plurality of copper plates 5b and 5c are disposed on the copper plate 5a with the resin insulating portion 7 interposed (see FIG. 10).
- a pattern of solder paste 15 is formed on each of the plurality of copper plates 5b, 5c (see FIG. 10).
- the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 are placed on each of the predetermined patterns of the solder paste 15 determined in advance.
- a metal mask 55 (see FIG. 11) is prepared.
- the metal mask 55 has a plurality of openings 57 formed therein.
- the metal mask 55 is disposed on the copper base plate 3 so that the semiconductor elements 9 and 11 or the conductive parts 13 are fitted in the openings 57 respectively.
- solder paste (not shown) is applied to the metal mask 55.
- solder paste 17 is filled in each of the plurality of openings 57 of the metal mask 55 using, for example, a squeegee (not shown) or the like. Thereafter, the metal mask 55 is removed, and a pattern of solder paste 17 is formed to cover each of the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13.
- the thickness of the solder paste 17 includes not the same thickness, the positions (heights) of the upper surfaces of the patterns of the solder paste 17 are aligned at the same height.
- One large-capacity relay substrate 21 is arranged such that each of the plurality of conductor portions 23 contacts the pattern of solder paste 17 covering the corresponding semiconductor element 9.
- the other large capacity relay substrate 21 is arranged such that each of the plurality of conductor portions 23 contacts the pattern of the solder paste 17 covering the corresponding semiconductor element 11 or the conductive component 13.
- the oxide film covering the solder pastes 15, 17 and the like is removed under a reducing atmosphere of 150 ° C. or higher.
- the solder pastes 15 and 17 are melted while suppressing the formation of voids by heat treatment under the conditions of 200 ° C. or more and reduced pressure.
- the semiconductor element 9 is joined to the copper plate 5b via the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 via the solder 18 (solder paste 17).
- the semiconductor element 11 is joined to the copper plate 5c via the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 via the solder 18 (solder paste 17).
- the conductive component 13 is joined to the copper plate 5c via the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 via the solder 18 (solder paste 17).
- the main part of power semiconductor device 1 is completed.
- the semiconductor element 9 and the external connection terminal 25 are electrically connected via one of the large capacity relay substrates 21 without forming a wire bonding.
- each of the semiconductor element 11 and the conductive component 13 and the external connection terminal 25 are electrically connected to each other through the other large capacity relay substrate 21 without forming a wire bonding.
- each of semiconductor elements 9 and 11 and conductive component 13 is joined to copper base plate 3 and large-capacity relay substrate 21 by solder 16 and 18 (solder pastes 15 and 17). Ru.
- solder 16 and 18 solder pastes 15 and 17.
- Ru solder pastes 15 and 17.
- the thickness of the solder paste 17 can be adjusted by the thickness of the metal mask 55 or the like.
- the thickness of the solder can be easily changed as compared with the case where the thickness of the solder is changed depending on the thickness of the ribbon solder, which can contribute to the further improvement of the manufacturing process of the power semiconductor device.
- the height of the solder 18 is defined by the thickness of the metal mask 55.
- the two large-capacity relay boards 21 can be disposed at a substantially constant height without being inclined with respect to the copper base plate 3.
- the copper base plate 3 is prepared.
- a plurality of copper plates 5b, 5c and 5d are disposed with the resin insulating portion 7 interposed on the copper plate 5a (see FIG. 13).
- a pattern of solder paste 15 is formed on each of the plurality of copper plates 5b, 5c and 5d (see FIG. 13).
- the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 are placed on each of the predetermined patterns of the specific solder paste 15.
- solder paste is dropped onto the upper surfaces of the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 by a dispenser (potting). At this time, the amount of the solder paste to be dropped is adjusted based on the area and thickness of the region in which the solder paste is disposed.
- the amount of the solder paste 17 is adjusted such that the thickness of the solder paste 17 formed on each of the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 is, for example, the same thickness. Therefore, the height of the solder paste 17 formed on the upper surface of the semiconductor element 9 is lower than the height of the solder paste 17 formed on the upper surfaces of the semiconductor element 11 and the conductive component 13.
- a large capacity relay board 21 is prepared.
- the external connection terminal 25 is connected to the side facing the copper base plate 3 and disposed so as to protrude to the side opposite to the side facing the copper base plate 3. There is.
- the large capacity relay board 21 is placed. At this time, with respect to the pattern of the solder paste 17 covering each of the semiconductor element 11 and the conductive component 13, each of the plurality of conductor portions 23 contacts and the pattern of the solder paste 17 covering the semiconductor element 9 The large capacity relay board 21 is placed in a mode in which the external connection terminal 25 contacts. As a result, the pattern of the solder paste 17 covering the semiconductor element 9 at a position lower than the pattern (upper surface) of the solder paste 17 covering the semiconductor element 11 etc. and the electrical connection between the large capacity relay substrate 21 (external connection terminal 25) Connection is made.
- the oxide film covering the solder pastes 15, 17 and the like is removed under a reducing atmosphere of 150 ° C. or higher.
- the solder pastes 15 and 17 are melted while suppressing the formation of voids by heat treatment under the conditions of 200 ° C. or more and reduced pressure.
- the semiconductor element 9 is joined to the copper plates 5 b and 5 d through the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the external connection terminal 25 through the solder 18 (solder paste 17).
- the semiconductor element 11 is joined to the copper plates 5 b and 5 d through the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 through the solder 18 (solder paste 17).
- the conductive component 13 is joined to the copper plate 5c via the solder 16 (solder paste 15), and is joined to the conductor portion 23 via the solder 18 (solder paste 17).
- the semiconductor element 9 and the external connection terminal 25 are electrically connected directly without forming a wire by wire bonding. Further, each of the semiconductor element 11 and the conductive component 13 and the external connection terminals (not shown) other than the external connection terminals A are electrically connected through the large capacity relay substrate 21 without forming a wire bonding by wire bonding. It will be connected.
- each of semiconductor elements 9 and 11 and conductive component 13 is joined to copper base plate 3 and large-capacity relay substrate 21 by solder 16 and 18 (solder pastes 15 and 17). Ru.
- solder 16 and 18 solder pastes 15 and 17.
- Ru solder pastes 15 and 17.
- the semiconductor element 9, the large capacity relay substrate 21 and the semiconductor element 9 can be electrically connected by interposing the external connection terminal 25 therebetween.
- the semiconductor element 9 and the external connection terminal 25 can be reliably joined.
- the semiconductor element 9 and the large-capacity relay substrate 21 can also be electrically connected via the external connection terminal 25.
- the pattern of the solder pastes 15 and 17 is formed by printing. That is, by filling the openings 53 and 57 of the metal masks 51 and 55 with solder paste, the patterns of the solder pastes 15 and 17 corresponding to the openings of the openings 53 and 57 and the thicknesses of the metal masks 51 and 55 are obtained. It is formed.
- a small signal pad is provided as a pad of a signal system or a pad of a gate drive unit or the like.
- the small signal pad also has a relatively small area.
- the pattern of the solder paste 19a is formed on the portion other than the small signal pads (the pattern of the solder paste (shown in FIG. 17). Can be formed at the same time.
- the small signal pad and the large-capacity relay substrate can be electrically connected by the solder (pattern of solder paste), for example, compared to the case of electrical connection by wire bonding. This can contribute to the miniaturization of the package of the power semiconductor device.
- the height of the solder paste pattern can be changed without changing the amount of the solder paste by adjusting the opening area of the metal mask and the thickness of the metal mask. be able to.
- the opening shape of the metal mask may be, for example, a circular shape in addition to the rectangular shape.
- the opening shape of the metal mask By making the opening shape of the metal mask circular and reducing the thickness of the metal mask, as shown in FIG. 19, it is possible to form a pattern of solder paste 19c having a relatively low height and substantially cylindrical shape.
- a pattern of a substantially cylindrical solder paste 19d having a relatively high height can be formed. it can.
- the substantially cylindrical solder pastes 19c and 19d are formed. As a result, there is no corner serving as a starting point for the occurrence of cracks in the solder (solder pastes 19c and 19d), which can contribute to the improvement of the reliability of the power semiconductor device 1.
- solder paste for example, a solder paste containing nickel balls may be used.
- the nickel ball 20 a included in the solder paste 20 is interposed between the semiconductor elements 9 and 11 or the conductive part 13 and the copper base plate 3 to obtain a semiconductor element. 9, 11 or the conductive part 13 can be prevented from tilting relative to the copper plate 5b (copper base plate).
- the large capacity relay substrate can be made to the copper plate 5b (copper base plate). It is possible to reliably suppress the tilting.
- solder paste 17 having the same thickness as the thickness of the solder paste 17 covering the semiconductor elements 9 and 11 and the conductive component 13 has been described as an example.
- the thickness of the solder paste 17 is not limited to the same thickness, and if necessary, solder pastes of different thicknesses may be formed.
- a pattern of solder paste of different thickness can be formed by forming a pattern of a specific solder paste by a printing mask and then forming a pattern of another specific solder paste by a dispenser.
- solder paste is described using a tin-based solder paste as an example.
- a non-cleaning solder paste manufactured by Senju Metal Industry may be used. By using such a non-cleaned solder paste, the residue of the flux can be reduced and the leak can be avoided.
- solder paste from which a composition differs may be applied.
- a Sn—Ag—Cu—Sb solder paste as the solder paste 15 for bonding the semiconductor elements 9, 11 and the like to the copper base plate 3, it is possible to suppress cracks caused by temperature cycles.
- the cost can be suppressed by using a Sn—Cu based solder paste as the solder paste 17 for bonding the large-capacity relay substrate 21 to the semiconductor elements 9, 11 and the like.
- the composition of the solder paste 15 for joining the semiconductor element 9 to the copper base plate 3 and the composition of the solder paste 15 for joining the semiconductor element 11 to the copper base plate 3 may be different compositions as necessary.
- the composition of the solder paste 17 for bonding the large capacity relay substrate 21 to the semiconductor element 9 and the composition of the solder paste 17 for bonding the large capacity relay substrate 21 to the semiconductor element 11 may be different as necessary. It may be
- the power semiconductor device manufacturing method described in each embodiment can be variously combined as needed.
- the present invention is effectively used for a power semiconductor device in which no wiring by wire bonding is formed.
- REFERENCE SIGNS LIST 1 power semiconductor device 3 copper base plate 5 a 5 b 5 c 5 d copper plate 7 resin insulating portion 9 11 semiconductor element 13 conductive component 15 17 19 a 19 b 19 c 19 d solder paste 16 18 solder, 20 solder paste with nickel ball, 20a nickel ball, 21 large capacity relay substrate, 23 conductors, 25 external connection terminals, 51, 55 metal mask, 53, 57 openings.
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Abstract
銅ベース板(3)に対してメタルマスク(51)が配置される。メタルマスク(51)の複数の開口部(53)に、はんだペースト(15)を充填することによって、銅ベース板(3)の銅板(5b、5c、5d)のそれぞれに、はんだペースト(15)のパターンが形成される。はんだペースト(15)のパターンに、半導体素子(9、11)および導電部品(13)が載置される。銅ベース板(3)に対してメタルマスク(55)が配置される。次に、メタルマスク(55)の複数の開口部(57)に、はんだペースト(17)を充填することによって、半導体素子(9、11)および導電部品(13)のそれぞれを覆うはんだペースト(17)のパターンが形成される。対応するはんだペースト(17)のパターンに接触するように、大容量中継基板(21)が配置される。200℃以上の温度条件のもとで熱処理を行うことによって、パワー半導体装置(1)が完成する。
Description
本発明は、パワー半導体装置の製造方法およびパワー半導体装置に関し、特に、ワイヤボンディングによる配線を省いたパワー半導体装置の製造方法と、そのようなパワー半導体装置とに関するものである。
パワー半導体装置では、電力を制御する、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子と、パワー半導体装置としての一連の動作を制御する電子部品等とが搭載されている。
パワー半導体素子と電子部品とは、はんだ付けによってベース板に接合される。さらに、そのベース板に接合されたパワー半導体素子と電子部品とに対して、外部と電気的に接続する大容量中継基板が、はんだ付けによって接合される。
パワー半導体装置の製造におけるはんだ付け工程では、ロール状に巻かれたリボンはんだが使用されている。なお、はんだ付けによって電子部品を基板へ接合する手法を開示した特許文献の一例として、特許文献1がある。
上述したように、はんだ付け工程では、ロール状に巻かれたリボンはんだが使用されている。ロール状のリボンはんだでは、ロール状に巻かれている部分の中心付近に位置するリボンはんだほど、反りやすく、また、うねりやすい。このため、半導体素子等をはんだ付けする際には、リボンはんだの反りあるいはうねりを取り除く必要がある。そのため、リボンはんだの反り等を強制的に抑えた状態で、リボンはんだを切断する専用の治具が必要になる。
また、切断されたリボンはんだを、銅板等に載置するには専用の治具が必要とされる。さらに、切断されたリボンはんだに反り等が残っている状態で、半導体素子等が載置されると、半導体素子等が傾くことがある。この傾きが大きくなると、半導体素子等と銅板との間にボイドが形成されることがある。
さらに、半導体素子等の種類に応じてはんだの厚さを変えようとすると、その厚さに対応したリボンはんだが必要になり、管理が煩雑になる。このように、リボンはんだを使用したパワー半導体装置では、製造工程が煩雑になり、コストの削減および製造期間の短縮化等が阻害されてしまうことがある。そのため、パワー半導体装置には、製造工程のさらなる効率化が求められている。
本発明は、そのような開発のもとでなされたものであり、一の目的は、製造工程の効率化を図ることができるパワー半導体装置の製造方法を提供することであり、他の目的は、そのような半導体装置を提供することである。
本発明に係る一のパワー半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含むベース板を用意する。複数の第1開口部が形成された第1マスクを印刷マスクとして、複数の第1開口部のそれぞれに第1はんだペーストを充填することにより、第1導体板に接する第1はんだパターン第1部および第2導体板に接する第1はんだパターン第2部を形成する。第1はんだパターン第1部に第1半導体素子を載置し、第1はんだパターン第2部に第2半導体素子を載置する。複数の第2開口部が形成された第2マスクを他の印刷マスクとして、複数の第2開口部のそれぞれに第2はんだペーストを充填することにより、第1半導体素子に接する第2はんだパターン第1部および第2半導体素子に接する第2はんだパターン第2部を形成する。第2はんだパターン第1部および第2はんだパターン第2部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する。中継基板が配置された後、熱処理を施す。
本発明に係る他のパワー半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含むベース板を用意する。複数の第1開口部が形成されたマスクを印刷マスクとして、複数の第1開口部のそれぞれに第1はんだペーストを充填することにより、第1導体板に接する第1はんだパターン第1部および第2導体板に接する第1はんだパターン第2部を形成する。第1はんだパターン第1部に第1半導体素子を載置し、第1はんだパターン第2部に第2半導体素子を載置する。第1半導体素子の第1上面および第2半導体素子の第2上面のそれぞれに、第2はんだペーストを塗布することにより、第1上面に第2はんだパターン第1部を形成し、第2上面に第2はんだパターン第2部を形成する。第2はんだパターン第1部および第2はんだパターン第2部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する。中継基板が配置された後、熱処理を施す。
本発明に係る一のパワー半導体装置は、ベース板と第1半導体素子と第2半導体素子と中継基板と外部接続端子とを備えている。ベース板は、互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含む。第1半導体素子は、第1導体板に対し、第1はんだパターン第1部によって接合されている。第2半導体素子は、第2導体板に対し、第1はんだパターン第2部によって接合されている。中継基板は、第1半導体素子とは第2はんだパターン第1部によって接合され、第2半導体素子とは第2はんだパターン第2部によって接合されている。外部接続端子は、中継基板に取り付けられている。
本発明に係る他のパワー半導体装置は、ベース板と第1半導体素子と第2半導体素子と中継基板と外部接続端子とを備えている。ベース板は、互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含む。第1半導体素子は、第1導体板に対し、第1はんだパターン第1部によって接合されている。第2半導体素子は、第2導体板に対し、第1はんだパターン第2部によって接合されている。中継基板は、第1半導体素子とは第2はんだパターン第1部によって接合され、第2半導体素子とは第2はんだパターン第2部によって接合されている。中継基板には、外部接続端子が取り付けられている。中継基板は、第2はんだパターン第1部とは、外部接続端子を介在させて配置されている。
本発明に係る一のパワー半導体装置の製造方法によれば、第1マスクを印刷マスクとして、第1導体板に接する第1はんだパターン第1部および第2導体板に接する第1はんだパターン第2部が形成される。また、第2マスクを印刷マスクとして、第1半導体素子に接する第2はんだパターン第1部および第2半導体素子に接する第2はんだパターン第2部が形成される。これにより、製造工程の効率化を図ることができる。
本発明に係る他のパワー半導体装置の製造方法によれば、マスクを印刷マスクとして、第1導体板に接する第1はんだパターン第1部および第2導体板に接する第1はんだパターン第2部が形成される。また、第1半導体素子の第1上面および第2半導体素子の第2上面のそれぞれに、第2はんだペーストを塗布することにより、第1上面に第2はんだパターン第1部が形成され、第2上面に第2はんだパターン第2部が形成される。これにより、製造工程の効率化を図ることができる。
本発明に係る一のパワー半導体装置によれば、上記一のパワー半導体装置の製造方法によって形成されることで、製造工程の効率化が図られて、生産コストの低減に寄与することができる。
本発明に係る他のパワー半導体装置によれば、上記他のパワー半導体装置の製造方法によって形成されることで、製造工程の効率化が図られて、生産コストの低減に寄与することができる。
実施の形態1.
実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。図1に示すように、まず、銅ベース板3が用意される。銅ベース板3では、銅板5aの上に樹脂絶縁部7を介在させて、複数の銅板5b、5c、5dが配置されている。銅板5b、5c、5dは、互いに電気的に絶縁されている。複数の銅板5b、5c、5dのそれぞれには、半導体素子がそれぞれ載置される。
実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。図1に示すように、まず、銅ベース板3が用意される。銅ベース板3では、銅板5aの上に樹脂絶縁部7を介在させて、複数の銅板5b、5c、5dが配置されている。銅板5b、5c、5dは、互いに電気的に絶縁されている。複数の銅板5b、5c、5dのそれぞれには、半導体素子がそれぞれ載置される。
次に、第1マスクとしてのメタルマスク51(図2参照)が用意される。メタルマスク51には、複数の開口部53が形成されている。次に、図2に示すように、そのメタルマスク51が、銅ベース板3に対して、複数の銅板5b、5c、5dのそれぞれに載置される半導体素子(図示せず)の位置に開口部53が位置するように配置される。
次に、そのメタルマスク51に、はんだペースト(図示せず)が塗布される。はんだペーストとして、ここでは、たとえば、RoHS指令に対応したスズ(Sn)系のはんだペーストが用いられる。なお、RoHS指令とは、電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合(EC)による指令(Restriction of Hazardous Substances)をいう。
次に、たとえば、スキージ(図示せず)等を用いて、図3に示すように、メタルマスク51の複数の開口部53のそれぞれに、はんだペースト15が充填される。その後、図4に示すように、メタルマスク51が取り外されて、複数の銅板5b、5c、5dのそれぞれに、はんだペースト15のパターンが形成される。
はんだペースト15のパターンは、たとえば、銅板5bに形成された第1はんだパターン第1部としてのはんだペースト15のパターンを含み、銅板5cに形成された第1はんだパターン第2部としてのはんだペースト15のパターンを含む。はんだペースト15のパターンの厚さは、メタルマスク51の厚さに相当する。はんだペースト15のパターンは、半導体素子等において発生した熱を銅板5b、5c、5d等へ逃がすために、比較的薄い厚さをもって形成される。
次に、図5に示すように、あらかじめ定められた特定のはんだペースト15のパターンのそれぞれに、半導体素子9、11と導電部品13とが載置される。半導体素子9、11は、たとえば、IGBTを含む。
次に、第2マスクとしてのメタルマスク55(図6参照)が用意される。メタルマスク55には、複数の開口部57が形成されている。次に、図6に示すように、そのメタルマスク55が、開口部57のそれぞれに半導体素子9、11または導電部品13が嵌め込まれるように、銅ベース板3に配置される。
次に、そのメタルマスク55に、はんだペースト(図示せず)が塗布される。次に、たとえば、スキージ(図示せず)等を用いて、図7に示すように、メタルマスク55の複数の開口部57のそれぞれに、はんだペースト17が充填される。その後、図8に示すように、メタルマスク55が取り外されて、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれを覆うように、はんだペースト17のパターンが形成される。
半導体素子9を覆うはんだペースト17の厚さは比較的厚く、半導体素子11を覆うはんだペースト17の厚さと、導電部品13を覆うはんだペースト17の厚さとは、比較的薄い。はんだペースト17の厚さには、同じ厚さでないものが含まれるが、はんだペースト17のパターンのそれぞれの上面の位置(高さH)は、同じ高さに揃えられることになる。
はんだペースト17のパターンは、たとえば、半導体素子9を覆うように形成された第2はんだパターン第1部としてのはんだペースト17のパターンを含み、半導体素子11を覆うように形成された第2はんだパターン第2部としてのはんだペースト17のパターンを含む。
次に、図9に示すように、大容量中継基板21が載置される。大容量中継基板21には、複数の導体部23が設けられている。複数の導体部23は、はんだペースト17のパターンのそれぞれに対応する位置に配置されている。大容量中継基板21は、複数の導体部23のそれぞれが、対応するはんだペースト17に接触するように配置される。
その大容量中継基板21には、複数の外部接続端子25が取り付けられている。複数の外部接続端子25のそれぞれは、導体部23、はんだペースト17を介して、対応する半導体素子9、11または導電部品13と電気的に接続されることになる。次に、たとえば、150℃以上の還元雰囲気のもとで、はんだペースト15、17等を覆う酸化膜が除去される。次に、200℃以上、減圧化の条件のもとで熱処理を行うことにより、ボイドの形成を抑制しながら、はんだペースト15、17が溶融される。
これにより、半導体素子9は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5b、5dに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。半導体素子11は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5cに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。導電部品13は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5dに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。
こうして、パワー半導体装置1の主要部分が完成する。このパワー半導体装置1では、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれと外部接続端子25とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、大容量中継基板21を介して電気的に接続されることになる。
上述したパワー半導体装置1の製造方法では、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれは、メタルマスク51、55を印刷マスクとして印刷されたはんだペースト15、17によって、銅ベース板3と大容量中継基板21とに接合される。これにより、リボンはんだを使用して接合する方法と比べて、リボンはんだの反りを強制する専用の治具が必要ではなくなる。また、切断されたリボンはんだを銅ベース板等に載置するための専用の治具も必要ではなくなる。その結果、パワー半導体装置を効率的に製造することができ、コストの削減および製造期間の短縮に寄与することができる。
また、はんだペースト15、17の厚さを、メタルマスク51、55の厚さによって調整することができる。これにより、リボンはんだの厚さによってはんだの厚さを変える場合と比べて、はんだの厚さを容易に変更することができ、パワー半導体装置の製造工程のさらなる効率化に寄与することができる。
さらに、半導体素子9、11および導電部品13の厚さが、たとえ互いに異なっていても、はんだ18(はんだペースト17)の高さがメタルマスク55の厚さによって規定されることになる。これにより、大容量中継基板21を銅ベース板3に対して傾斜させることなく、ほぼ一定の高さに配置させることができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、1つの大容量中継基板を備えたパワー半導体装置の製造方法の一例について説明した。ここでは、2つの大容量中継基板を備えたパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態1において説明した部材と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
実施の形態1では、1つの大容量中継基板を備えたパワー半導体装置の製造方法の一例について説明した。ここでは、2つの大容量中継基板を備えたパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態1において説明した部材と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
まず、銅ベース板3が用意される。銅ベース板3では、銅板5aの上に樹脂絶縁部7を介在させて、複数の銅板5b、5cが配置されている(図10参照)。次に、図2、図3および図4に示す工程と同様の工程を経て、複数の銅板5b、5cのそれぞれに、はんだペースト15のパターンが形成される(図10参照)。次に、図10に示すように、あらかじめ定められた特定のはんだペースト15のパターンのそれぞれに、半導体素子9、11と導電部品13とが載置される。
次に、メタルマスク55(図11参照)が用意される。メタルマスク55には、複数の開口部57が形成されている。次に、図11に示すように、そのメタルマスク55が、開口部57のそれぞれに半導体素子9、11または導電部品13が嵌め込まれるように、銅ベース板3に配置される。
次に、そのメタルマスク55に、はんだペースト(図示せず)が塗布される。次に、たとえば、スキージ(図示せず)等を用いて、メタルマスク55の複数の開口部57のそれぞれに、はんだペースト17が充填される。その後、メタルマスク55が取り外されて、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれを覆うように、はんだペースト17のパターンが形成される。はんだペースト17の厚さには、同じ厚さでないものが含まれるが、はんだペースト17のパターンのそれぞれの上面の位置(高さ)は、同じ高さに揃えられる。
次に、図12に示すように、2つの大容量中継基板21が載置される。一方の大容量中継基板21は、複数の導体部23のそれぞれが、対応する半導体素子9を覆うはんだペースト17のパターンに接触するように配置される。他方の大容量中継基板21は、複数の導体部23のそれぞれが、対応する半導体素子11または導電部品13を覆うはんだペースト17のパターンに接触するように配置される。
次に、図9に示す工程と同様に、150℃以上の還元雰囲気のもとではんだペースト15、17等を覆う酸化膜が除去される。次に、200℃以上、減圧化の条件のもとで熱処理を行うことにより、ボイドの形成を抑制しながら、はんだペースト15、17が溶融される。
これにより、半導体素子9は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5bに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。半導体素子11は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5cに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。導電部品13は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5cに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。
こうして、パワー半導体装置1の主要部分が完成する。このパワー半導体装置1では、半導体素子9と外部接続端子25とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、一方の大容量中継基板21を介して電気的に接続されることになる。また、半導体素子11および導電部品13のそれぞれと外部接続端子25とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、他方の大容量中継基板21を介して電気的に接続されることになる。
上述したパワー半導体装置の製造方法では、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれは、はんだ16、18(はんだペースト15、17)によって、銅ベース板3と大容量中継基板21とに接合される。これにより、実施の形態1において説明したのと同様に、リボンはんだを使用して接合する方法と比べて、パワー半導体装置1を効率的に製造することができ、コストの削減および製造期間の短縮に寄与することができる。
また、はんだペースト17の厚さを、メタルマスク55等の厚さによって調整することができる。これにより、リボンはんだの厚さによってはんだの厚さを変える場合と比べて、はんだの厚さを容易に変更することができ、パワー半導体装置の製造工程のさらなる効率化に寄与することができる。
さらに、半導体素子9、11および導電部品13の厚さが、たとえ互いに異なっていても、はんだ18(はんだペースト17)の高さがメタルマスク55の厚さによって規定されることになる。これにより、2つの大容量中継基板21を銅ベース板3に対して傾斜させることなく、ほぼ一定の高さに配置させることができる。
実施の形態3.
ここでは、半導体素子等を覆うはんだの高さが異なるものを含むパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態1において説明した部材と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
ここでは、半導体素子等を覆うはんだの高さが異なるものを含むパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態1において説明した部材と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
まず、銅ベース板3が用意される。銅ベース板3では、銅板5aの上に樹脂絶縁部7を介在させて、複数の銅板5b、5c、5dが配置されている(図13参照)。次に、図2、図3および図4に示す工程と同様の工程を経て、複数の銅板5b、5c、5dのそれぞれに、はんだペースト15のパターンが形成される(図13参照)。次に、図13に示すように、あらかじめ定められた特定のはんだペースト15のパターンのそれぞれに、半導体素子9、11と導電部品13とが載置される。
次に、図14に示すように、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれの上面に、ディスペンサーによってはんだペーストが滴下される(ポッティング)。このとき、はんだペーストが配置される領域の面積と厚さとに基づいて、滴下されるはんだペーストの量が調整される。
ここでは、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれに形成されるはんだペースト17の厚さが、たとえば、同じ厚さになるように、はんだペースト17の量が調整される。このため、半導体素子9の上面に形成されるはんだペースト17の高さは、半導体素子11および導電部品13のそれぞれの上面に形成されるはんだペースト17の高さよりも低くなる。
次に、図15に示すように、大容量中継基板21が用意される。ここで、大容量中継基板21では、外部接続端子25は、銅ベース板3と対向する側に接続されて、銅ベース板3と対向する側とは反対の側に突出するように配置されている。
次に、図16に示すように、大容量中継基板21が載置される。このとき、半導体素子11および導電部品13のそれぞれを覆うはんだペースト17のパターンに対しては、複数の導体部23のそれぞれが接触し、半導体素子9を覆うはんだペースト17のパターンに対しては、外部接続端子25が接触する態様で、大容量中継基板21が載置される。これにより、半導体素子11等を覆うはんだペースト17のパターン(上面)よりも低い位置にある半導体素子9を覆うはんだペースト17のパターンと大容量中継基板21(外部接続端子25)との電気的な接続が図られる。
次に、図9に示す工程と同様に、150℃以上の還元雰囲気のもとではんだペースト15、17等を覆う酸化膜が除去される。次に、200℃以上、減圧化の条件のもとで熱処理を行うことにより、ボイドの形成を抑制しながら、はんだペースト15、17が溶融される。
これにより、半導体素子9は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5b、5dに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して外部接続端子25に接合される。半導体素子11は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5b、5dに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。導電部品13は、はんだ16(はんだペースト15)を介して銅板5cに接合され、はんだ18(はんだペースト17)を介して導体部23に接合される。
こうして、パワー半導体装置1の主要部分が完成する。このパワー半導体装置1では、半導体素子9と外部接続端子25(外部接続端子A)とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、電気的に直接接続されることになる。また、半導体素子11および導電部品13のそれぞれと外部接続端子A以外の外部接続端子(図示せず)とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、大容量中継基板21を介して電気的に接続されることになる。
上述したパワー半導体装置の製造方法では、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれは、はんだ16、18(はんだペースト15、17)によって、銅ベース板3と大容量中継基板21とに接合される。これにより、実施の形態1において説明したのと同様に、リボンはんだを使用して接合する方法と比べて、パワー半導体装置1を効率的に製造することができ、コストの削減および製造期間の短縮に寄与することができる。
また、半導体素子9を覆うはんだペースト17の高さが半導体素子11等を覆うはんだペースト17の高さよりも低い場合であっても、その半導体素子9と大容量中継基板21と半導体素子9との間に外部接続端子25を介在させることで、半導体素子9と外部接続端子25とを電気的に接続することができる。また、ディスペンサーによって半導体素子9に滴下するはんだペースト17の量(厚さ)を調整することで、半導体素子9と外部接続端子25とを確実に接合させることができる。さらに、半導体素子9と大容量中継基板21とを、外部接続端子25を介して電気的に接続することもできる。
(はんだペーストを使用した場合の他のメリット)
上述した各実施の形態では、はんだペースト15、17のパターンが、印刷によって形成される。すなわち、はんだペーストをメタルマスク51、55の開口部53、57に充填することによって、開口部53、57の開口形状とメタルマスク51、55の厚さとに対応したはんだペースト15、17のパターンが形成される。
上述した各実施の形態では、はんだペースト15、17のパターンが、印刷によって形成される。すなわち、はんだペーストをメタルマスク51、55の開口部53、57に充填することによって、開口部53、57の開口形状とメタルマスク51、55の厚さとに対応したはんだペースト15、17のパターンが形成される。
半導体素子9として、たとえば、IGBTの場合には、信号系のパッドまたはゲート駆動部等のパッドとして、小信号パッドが設けられている。小信号パッドは、専有面積も比較的小さい。図17に示すように、メタルマスクを使用することで、このような小信号パッドに対しても、はんだペースト19aのパターンを、小信号パッド以外の部分に形成されるはんだペーストのパターン(図示せず)と同時に形成することができる。
これにより、小信号パッドと大容量中継基板(外部接続端子)とを、はんだ(はんだペーストのパターン)によって電気的に接続することができ、たとえば、ワイヤボンディングによって電気的に接続させる場合と比べて、パワー半導体装置のパッケージの小型化に寄与することができる。
また、小信号パッドへはんだペーストのパターンを形成するに際して、メタルマスクの開口面積およびメタルマスクの厚さを調整することで、はんだペーストの量を変えることなく、はんだペーストのパターンの高さを変えることができる。
メタルマスクの開口面積を大きくし、メタルマスクの厚さを薄くすることで、図17に示すように、高さが比較的低いはんだペースト19aのパターンを形成することができる。一方、メタルマスクの開口面積を小さくし、メタルマスクの厚さを厚くすることで、図18に示すように、高さが比較的高いはんだペースト19bのパターンを形成することができる。
さらに、メタルマスクの開口形状として、矩形の他に、たとえば、円形にすることもできる。メタルマスクの開口形状を円形とし、メタルマスクの厚さを薄くすることで、図19に示すように、高さが比較的低い、ほぼ円柱状のはんだペースト19cのパターンを形成することができる。一方、メタルマスクの開口形状を円形とし、メタルマスクの厚さを厚くすることで、図20に示すように、高さが比較的高い、ほぼ円柱状のはんだペースト19dのパターンを形成することができる。
このように、メタルマスクの開口形状を円形にすることで、ほぼ円柱状のはんだペースト19c、19dが形成されることになる。これにより、はんだ(はんだペースト19c、19d)にクラックが生じる起点となる角がなくなり、パワー半導体装置1の信頼性の向上に寄与することができる。
また、はんだペーストとして、たとえば、ニッケルボール入りのはんだペーストを使用してもよい。この場合には、図21に示すように、たとえば、半導体素子9、11または導電部品13と銅ベース板3との間に、はんだペースト20に含まれるニッケルボール20aが介在することで、半導体素子9、11または導電部品13が、銅板5b(銅ベース板)に対して傾くのを阻止することができる。さらには、大容量中継基板(図示せず)と半導体素子9,11等との間に、ニッケルボール入りはんだを介在させることで、大容量中継基板が、銅板5b(銅ベース板)に対して傾いてしまうのを確実に抑制することができる。
なお、上述した各実施の形態では、半導体素子9、11および導電部品13のそれぞれを覆うはんだペースト17の厚さとして、同じ厚さを有するはんだペースト17を例に挙げて説明した。はんだペースト17の厚さとしては同じ厚さのものに限られず、必要に応じて、厚さの異なるはんだペーストを形成してもよい。たとえば、印刷マスクによって特定のはんだペーストのパターンを形成し、その後、ディスペンサーによって、他の特定のはんだペーストのパターンを形成することで、厚さの異なるはんだペーストのパターンを形成することができる。
また、はんだペーストして、スズ系のはんだペーストを例に挙げて説明した。そのようなはんだペーストとして、千住金属工業製の無洗浄はんだペーストを使用してもよい。このような無洗浄はんだペーストを使用することで、フラックスの残渣が低減されてリークを回避することができる。
また、はんだペーストとして、組成の異なるはんだペーストを適用してもよい。たとえば、半導体素子9、11等を銅ベース板3に接合するはんだペースト15として、Sn-Ag-Cu-Sb系のはんだペーストを使用することで、温度サイクルに起因するクラックを抑制することができる。一方、大容量中継基板21を半導体素子9、11等に接合するはんだペースト17として、Sn-Cu系のはんだペーストを使用することで、コストを抑えることができる。
また、たとえば、半導体素子9を銅ベース板3に接合するはんだペースト15の組成と、半導体素子11を銅ベース板3に接合するはんだペースト15の組成とを、必要に応じて異なる組成としてもよい。また、同様に、大容量中継基板21を半導体素子9に接合するはんだペースト17の組成と、大容量中継基板21を半導体素子11に接合するはんだペースト17の組成とを、必要に応じて異なる組成としてもよい。
なお、各実施の形態において説明したパワー半導体装置の製造方法については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、ワイヤボンディングによる配線を形成しないパワー半導体装置に有効に利用される。
1 パワー半導体装置、3 銅ベース板、5a、5b、5c、5d 銅板、7 樹脂絶縁部、9、11 半導体素子、13 導電部品、15、17、19a、19b、19c、19d はんだペースト、16、18 はんだ、20 ニッケルボール入りはんだペースト、20a ニッケルボール、21 大容量中継基板、23 導体部、25 外部接続端子、51、55 メタルマスク、53、57 開口部。
Claims (17)
- 互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含むベース板を用意する工程と、
複数の第1開口部が形成された第1マスクを印刷マスクとして、前記複数の第1開口部のそれぞれに第1はんだペーストを充填することにより、前記第1導体板に接する第1はんだパターン第1部および前記第2導体板に接する第1はんだパターン第2部を形成する工程と、
前記第1はんだパターン第1部に第1半導体素子を載置し、前記第1はんだパターン第2部に第2半導体素子を載置する工程と、
複数の第2開口部が形成された第2マスクを他の印刷マスクとして、前記複数の第2開口部のそれぞれに第2はんだペーストを充填することにより、前記第1半導体素子に接する第2はんだパターン第1部および前記第2半導体素子に接する第2はんだパターン第2部を形成する工程と、
前記第2はんだパターン第1部および前記第2はんだパターン第2部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する工程と、
前記中継基板が配置された後、熱処理を施す工程と
を備えた、パワー半導体装置の製造方法。 - 前記第2はんだパターン第1部および前記第2はんだパターン第2部を形成する工程では、前記第2はんだパターン第1部の上面の位置と、前記第2はんだパターン第2部の上面の位置とは、同じ高さになる、請求項1記載のパワー半導体装置の製造方法。
- 前記第1半導体素子には信号パッドが形成されており、
前記第2はんだパターン第1部を形成する工程では、前記第2はんだパターン第1部は、前記信号パッドの上に形成される部分を含む、請求項1または2に記載のパワー半導体装置の製造方法。 - 前記中継基板を配置する工程では、
前記中継基板として、第1中継基板および第2中継基板が用いられ、
前記第2はんだパターン第1部に接するように前記第1中継基板が配置され、
前記第2はんだパターン第2部に接するように前記第2中継基板が配置される、請求項1または2に記載のパワー半導体装置の製造方法。 - 前記第1はんだペーストおよび前記第2はんだペーストのいずれかとして、ニッケルボール入りはんだが使用される、請求項1または2に記載のパワー半導体装置の製造方法。
- 互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含むベース板を用意する工程と、
複数の第1開口部が形成されたマスクを印刷マスクとして、前記複数の第1開口部のそれぞれに第1はんだペーストを充填することにより、前記第1導体板に接する第1はんだパターン第1部および前記第2導体板に接する第1はんだパターン第2部を形成する工程と、
前記第1はんだパターン第1部に第1半導体素子を載置し、前記第1はんだパターン第2部に第2半導体素子を載置する工程と、
前記第1半導体素子の第1上面および前記第2半導体素子の第2上面のそれぞれに、第2はんだペーストを塗布することにより、前記第1上面に第2はんだパターン第1部を形成し、前記第2上面に第2はんだパターン第2部を形成する工程と、
前記第2はんだパターン第1部および前記第2はんだパターン第2部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する工程と、
前記中継基板が配置された後、熱処理を施す工程と
を備えた、パワー半導体装置の製造方法。 - 前記中継基板を配置する工程では、前記中継基板は、前記第2はんだパターン第1部とは、前記外部接続端子を介在させて配置され、前記第2はんだパターン第2部とは接するように配置される、請求項6記載のパワー半導体装置の製造方法。
- 前記第1はんだペーストおよび前記第2はんだペーストのいずれかとして、ニッケルボール入りはんだが使用される、請求項6または7に記載のパワー半導体装置の製造方法。
- 互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含むベース板と、
前記第1導体板に対し、第1はんだパターン第1部によって接合された第1半導体素子と、
前記第2導体板に対し、第1はんだパターン第2部によって接合された第2半導体素子と、
前記第1半導体素子とは第2はんだパターン第1部によって接合され、前記第2半導体素子とは第2はんだパターン第2部によって接合された中継基板と、
前記中継基板に取り付けられた外部接続端子と
を備えた、パワー半導体装置。 - 前記第1はんだパターン第1部および前記第1はんだパターン第2部のそれぞれは、同じ厚さを有する、請求項9記載のパワー半導体装置。
- 前記第2はんだパターン第1部の上面の位置と、前記第2はんだパターン第2部の上面の位置とは、同じ高さである、請求項9または10に記載のパワー半導体装置。
- 前記第1半導体素子には信号パッドが形成されており、
前記第2はんだパターン第1部は、前記信号パッドの上に形成される部分を含む、請求項9または10に記載のパワー半導体装置。 - 前記中継基板は、第1中継基板および第2中継基板を含み、
前記第1中継基板が、前記第2はんだパターン第1部によって前記第1半導体素子に接合され、
前記第2中継基板が、前記第2はんだパターン第2部によって前記第2半導体素子に接合された、請求項9または10に記載のパワー半導体装置。 - 前記第1はんだパターン第1部および前記第1はんだパターン第2部と、前記第2はんだパターン第1部および前記第2はんだパターン第2部との少なくともいずれかは、ニッケルボールを含む、請求項9または10に記載のパワー半導体装置。
- 互いに電気的に絶縁された第1導体板および第2導体板を含むベース板と、
前記第1導体板に対し、第1はんだパターン第1部によって接合された第1半導体素子と、
前記第2導体板に対し、第1はんだパターン第2部によって接合された第2半導体素子と、
前記第1半導体素子とは第2はんだパターン第1部によって接合され、前記第2半導体素子とは第2はんだパターン第2部によって接合された、外部接続端子が取り付けられた中継基板と
を備え、
前記中継基板は、前記第2はんだパターン第1部とは、前記外部接続端子を介在させて配置された、パワー半導体装置。 - 前記第1はんだパターン第1部および前記第1はんだパターン第2部のそれぞれは、同じ厚さを有する、請求項15記載のパワー半導体装置。
- 前記第1はんだパターン第1部および前記第1はんだパターン第2部と、前記第2はんだパターン第1部および前記第2はんだパターン第2部との少なくともいずれかは、ニッケルボールを含む、請求項15または16に記載のパワー半導体装置。
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