CN113498273A - 半导体装置的制造方法、半导体装置以及按压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够在不受损伤的情况下安装印刷基板的半导体装置的制造方法、半导体装置以及按压装置。将半导体模块(50)的多个外部连接端子(31)与印刷基板(60)的多个贯通孔进行位置对齐。最后，在将按压面(93)抵接到陶瓷电路基板的背面以使陶瓷电路基板的多个导热性部件收纳于多个开口部的状态下向印刷基板(60)按压按压工具(90)。由此，能够在不压溃导热性部件的情况下按压半导体模块(50)的背面，并且能够将半导体模块(50)的多个外部连接端子插通于印刷基板(60)的贯通孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体装置的制造方法、半导体装置以及按压装置。
背景技术
半导体模块包括半导体芯片，并且被用作功率转换装置。半导体芯片包括例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、功率MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应管)。这样的半导体装置至少包括半导体芯片、外部连接端子、以及配置有该半导体芯片和该外部连接端子的陶瓷电路基板。陶瓷电路基板包括陶瓷基板、以及设置在该陶瓷基板上的电路图案。在电路图案上通过焊料接合有半导体芯片和外部连接端子。另外，在半导体模块的背面露出陶瓷电路基板的背面。
此外，半导体装置包括半导体模块、以及与半导体模块电连接的印刷基板。印刷基板形成有开口部。该外部连接端子被插通于印刷基板的开口部而使该外部连接端子与印刷基板电连接。由此，从印刷基板经由外部连接端子向半导体模块输入控制信号(例如，参照专利文献1)。另外，在半导体装置中，在半导体模块的背面安装有散热器等散热单元。此时，散热单元经由设置于半导体模块的背面的导热膏等热界面材料(TIM：Thermal InterfaceMaterial)而被安装(例如，参照专利文献2)。
然而，存在如下情况：半导体模块以在背面将TIM设置为图案状的状态进行发货，在发货目的地，将印刷基板安装于半导体模块的外部连接端子，从而制造出半导体装置。在印刷基板安装这样的半导体模块时，首先，将半导体模块的外部连接端子与配置在预定区域的印刷基板的贯通孔进行位置对齐。向印刷基板按压位置对齐后的半导体模块的背面。由此，半导体模块的外部连接端子插通于印刷基板的贯通孔。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-195714号公报
专利文献2：日本特开2009-277976号公报
发明内容
技术问题
如上所述，对于背面设置有TIM的半导体模块而言，直到散热器等散热单元被安装之前，设置有TIM的部分不会被按压装置接触。因此，在将半导体模块安装到印刷基板时，有时在陶瓷电路基板的背面施加负荷，因负荷部位会导致陶瓷电路基板被破坏。
本发明是鉴于这点而做出的，其目的在于，提供一种能够在不受损伤的情况下安装印刷基板的半导体装置的制造方法、半导体装置以及按压装置。
技术方案
根据本发明的一个观点，提供一种半导体装置的制造方法，所述半导体装置的制造方法具有：准备工序，准备半导体模块、印刷基板以及按压工具，所述半导体模块包括半导体芯片、在正面设置有所述半导体芯片的基板、设置在所述基板的正面的多个外部连接端子、以及在所述基板的背面设置成图案状的多个导热性部件，所述印刷基板形成有与所述多个外部连接端子对应的多个贯通孔，所述按压工具包括形成有至少与所述多个导热性部件对应地设置的多个开口部的按压面；位置对齐工序，将所述半导体模块的所述多个外部连接端子与所述印刷基板的所述多个贯通孔进行位置对齐；以及按压工序，在将所述按压面抵接到所述基板的所述背面以使所述基板的所述多个导热性部件收纳于所述多个开口部的状态下向所述印刷基板按压所述按压工具。
另外，根据本发明的一个观点，提供一种半导体装置，所述半导体装置具备：半导体模块，其包括半导体芯片、在正面设置有所述半导体芯片的基板、设置在所述基板的正面的多个外部连接端子、以及在所述基板的背面设置成图案状的多个导热性部件；以及印刷基板，其形成有插入所述多个外部连接端子的多个贯通孔。
另外，根据本发明的一个观点，提供一种按压装置，所述按压装置包括：被按压工具，其载置形成有多个贯通孔的印刷基板，使包括半导体芯片、在正面设置有所述半导体芯片的基板、设置在所述基板的正面的多个外部连接端子、以及在所述基板的背面设置成图案状的多个导热性部件的半导体模块的所述多个外部连接端子与所述多个贯通孔进行位置对齐；以及按压工具，其具备按压面，所述按压面形成有多个开口部，并且与所述基板的所述背面抵接，向所述被按压工具按压所述背面，所述多个开口部收纳所述多个外部连接端子被位置对齐的所述半导体模块的所述基板的所述多个导热性部件。
技术效果
根据公开的技术，能够提供一种能够在不受损伤的情况下安装印刷基板，并且能够实现可靠性的提高的半导体装置的制造方法、半导体装置以及按压装置。
附图说明
图1是实施方式的半导体模块的立体图。
图2是实施方式的半导体模块的截面图。
图3是实施方式的半导体模块所包括的陶瓷电路基板的正面的俯视图。
图4是实施方式的半导体模块的背面的俯视图。
图5是实施方式的半导体装置的截面图。
图6是示出实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。
图7是示出实施方式的按压装置所包括的被按压工具的图。
图8是示出实施方式的半导体装置的制造方法的载置工序的侧视图。
图9是示出实施方式的半导体装置的制造方法的载置工序的俯视图。
图10是示出实施方式的半导体装置的制造方法的位置对齐工序的侧视图。
图11是示出实施方式的按压装置所包括的按压工具的图。
图12是示出实施方式的半导体装置的制造方法的按压工序的侧视图。
图13是示出实施方式的半导体装置的制造方法的按压工序时的按压工具的按压面的俯视图。
图14是示出实施方式的半导体装置的制造方法的按压工序时的按压工具的按压面的截面图。
图15是安装了实施方式的散热单元的半导体装置的截面图。
图16是安装了实施方式的散热单元的半导体装置的背面的俯视图。
符号说明
1 半导体装置
2 散热器
2a 散热板
2b 散热片
10 陶瓷电路基板
11 陶瓷基板
12 电路图案
12a、12b 缘部区域
12c 内侧区域
13 金属板
15 键合线
20 第一半导体芯片
21 第二半导体芯片
23 电子部件
24 导热性部件
30 触点部件
31 外部连接端子
40 壳体
41 外围部
41a、44a 固定孔
41b 粘接剂
42 上盖部
42a 插通孔
43 密封部件
44 固定部
50 半导体模块
60 印刷基板
61 贯通孔
62 位置对齐孔
70 按压装置
80 被按压工具
81 载置基板
82 载置部
82a 端子收纳区域
83 侧壁部
84 载置面
84a 端子孔
85、96 固定销
90 按压工具
91 按压基板
92 按压体
93 按压面
94 开口部
95 按压部
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式进行说明。应予说明，在以下说明中，“正面”和“上表面”是表示在图1的半导体模块50中，朝向上侧的面。同样地，“上”是表示在图1的半导体模块50中上侧的方向。“背面”和“下表面”是表示在图1的半导体模块50中，朝向下侧的面。同样地，“下”是表示在图1的半导体模块50中下侧的方向。根据需要，在其他附图中也表示同样的方向性。“正面”、“上表面”、“上”、“背面”、“下表面”、“下”、“侧面”仅仅是确定相对的位置关系的方便表达而已，并不限定本发明的技术思想。例如，“上”和“下”不必须表示相对于地面的铅直方向。即，“上”和“下”的方向不限于重力方向。另外，在以下说明中，“主要成分”表示在整体的成分之中包含80vol％以上的情况。
利用图1～图4对实施方式的半导体模块进行说明。图1是实施方式的半导体模块的立体图，图2是实施方式的半导体模块的截面图。图3是实施方式的半导体模块所包括的陶瓷电路基板的正面的俯视图，图4是实施方式的半导体模块的背面的俯视图。应予说明，图2是图1的单点划线X-X的截面图。另外，在图4中，省略设置在壳体40的固定部44的记载。另外，在本实施方式中，针对多个电路图案12、第一、第二半导体芯片20、21、多个触点部件30、多个键合线15、多个外部连接端子31，在不分别区分的情况下，标注相同的符号而进行说明。应予说明，针对除这些以外的构成，也在具有多个并且不分别进行区别的情况下，标注相同符号而利用相同符号进行说明。
如图1所示，半导体模块50包括壳体40、以及从壳体40的正面延伸出的多个外部连接端子31。壳体40具有：外围部41，其包围后述的半导体模块50的构成部件的周围；以及上盖部42，其覆盖外围部41的上部而被安装为一体。外围部41在俯视下呈大致长方形形状。外围部41在俯视下，在四角分别形成有固定孔41a。固定孔41a是在外围部41从正面贯通到背面的孔。另外，外围部41在对置的一对长边分别形成有固定部44。固定部44是大致平板状，并且形成为呈与半导体模块50的背面同一平面。另外，在固定部44形成有固定孔44a。应予说明，这样的固定部44由金属等构成。例如，如图1所示，在上盖部42纵向以及横向地排列形成有供外部连接端子31插通的多个插通孔42a。通过如此形成插通孔42a，能够供形成在每个半导体模块50不同的位置的外部连接端子31插通。
这样的壳体40由热塑性树脂构成。作为这样的树脂，是聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚丁二酸丁二醇酯树脂、聚酰胺树脂、或者丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物树脂等。壳体40利用热挠性树脂通过注塑成型而构成为包括固定部44。
外部连接端子31从壳体40的正面延伸出来。多个外部连接端子31被设置为沿壳体40的外围部41的对置的一对边而排列于各边的附近。此外，多个外部连接端子31相对于一对边而设置在内侧的预定部位。
另外，如图2和图3所示，半导体模块50在壳体40内具有陶瓷电路基板10、以及与陶瓷电路基板10的正面接合的第一、第二半导体芯片20、21。半导体模块50具有与陶瓷电路基板10的正面接合的触点部件30。第一、第二半导体芯片20、21和触点部件30经由接合材料(省略图示)而与陶瓷电路基板10的正面接合。接合材料是焊料。代替焊料，也可以是金属的烧结体。另外，半导体模块50具有电连接陶瓷电路基板10的正面与第一、第二半导体芯片20、21的主电极的键合线15。另外，在触点部件30压入安装有外部连接端子31。在半导体模块50(陶瓷电路基板10)的背面，多个导热性部件24设置为图案状。半导体模块50通过沿陶瓷电路基板10(后述的陶瓷基板11)的外周缘涂覆的粘接剂41b而固接有壳体40，该壳体40覆盖配置在陶瓷电路基板10的部件。应予说明，壳体40的外围部41的下端部的内侧沿外围而使截面形成为L字形。在该L字形的部分嵌合有陶瓷电路基板10的陶瓷基板11的外周缘。此时，安装在触点部件30的外部连接端子31的前端部从壳体40的插通孔42a向上方突出。而且，半导体模块50在壳体40内，利用密封部件43密封陶瓷电路基板10的正面的第一、第二半导体芯片20、21、安装在触点部件30的外部连接端子31的下方、以及键合线15等。
陶瓷电路基板10在俯视下为矩形。陶瓷电路基板10包括陶瓷基板11、设置在陶瓷基板11的背面的金属板13、以及设置在陶瓷基板11的正面的多个电路图案12。陶瓷基板11和金属板13在俯视下为矩形。另外，陶瓷基板11和金属板13的角部可以被倒角为R形或C形。金属板13的尺寸在俯视下小于陶瓷基板11的尺寸，并且形成在陶瓷基板11的内侧。陶瓷基板11由导热性好的陶瓷构成。另外，陶瓷基板11使用弯曲强度为例如450MPa以上的陶瓷。这样的陶瓷由例如以氧化铝与添加到该氧化铝的氧化锆为主要成分的复合材料、或者、以氮化硅为主要成分的材料构成。另外，陶瓷基板11的厚度是0.5mm以上且2.0mm以下。
金属板13由导热性优良的金属构成。这样的金属是例如铜、铝、或以至少其中一种为主要成分的合金。另外，金属板13的厚度是0.1mm以上且2.0mm以下。为了提高耐腐蚀性，可以对金属板13的表面进行电镀处理。此时，使用的电镀材料是例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。
多个电路图案12由导电性优良的金属构成。这样的金属是例如铜、铝、或以至少其中一种为主要成分的合金。另外，多个电路图案12的厚度是0.5mm以上且2.0mm以下。为了提高耐腐蚀性，可以对多个电路图案12的表面进行电镀处理。此时，使用的电镀材料是例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。针对陶瓷基板11，在陶瓷基板11的正面形成金属层，对该金属层进行蚀刻等处理而获得多个电路图案12。或者，也可以将预先从金属层切出的多个电路图案12压接到陶瓷基板11的正面。应予说明，图2和图3所示的多个电路图案12为一例。也可以根据需要而适当地选择电路图案12的个数、形状、大小等。
作为这样的陶瓷电路基板10，能够使用例如DCB(Direct Copper Bonding：直接铜键合衬底)基板、AMB(Active Metal Brazed：活性金属钎焊)基板。另外，壳体40内被密封部件43密封的半导体模块50露出陶瓷电路基板10的金属板13的背面。在露出的陶瓷电路基板10的金属板13的背面设置有导热性部件24。在该背面经由导热性部件24而安装有散热单元(省略图示)。由此，能够使半导体模块50的散热性进一步提高。
第一、第二半导体芯片20、21在俯视下为矩形。另外，至少几个第一、第二半导体芯片20、21设置在与陶瓷电路基板10的一对边对置的电路图案12的缘部区域12a、12b所夹持的内侧区域12c的预定部位。此外，第一、第二半导体芯片20、21也可以设置在缘部区域12a、12b。第一半导体芯片20是由硅或碳化硅构成的开关元件。开关元件是例如IGBT、功率MOSFET。在第一半导体芯片20为IGBT的情况下，在背面具备集电极作为主电极，在正面具备栅电极以及作为主电极的发射极。在第一半导体芯片20为功率MOSFET的情况下，在背面具备漏极作为主电极，在正面具备栅电极以及作为主电极的源极。另外，第二半导体芯片21是由硅或碳化硅构成的二极管元件。二极管元件是例如SBD(Schottky Barrier Diode：肖特基二极管)、PiN(P-intrinsic-N)二极管等FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)。这样的第二半导体芯片21在背面具备阴极作为主电极，在正面具备阳极作为主电极。对于第一、第二半导体芯片20、21而言，其背面侧经由焊料(省略图示)而接合在预定的电路图案12上。
焊料使用无铅焊料。无铅焊料以例如由锡-银-铜形成的合金、由锡-锌-铋形成的合金、由锡-铜形成的合金、由锡-银-铟-铋形成的合金中的至少任一合金为主要成分。此外，在焊料中可以含有添加物。添加物是例如镍、锗、钴或硅。焊料通过含有添加物，从而能够提高润湿性、光泽、结合强度，并且能够实现可靠性的提高。另外，第一、第二半导体芯片20、21的厚度是例如180μm以上且220μm以下，平均是200μm左右。应予说明，为了获得半导体模块50中所期待的功能，也能够在电路图案12配置电子部件23。电子部件23根据该功能是例如热敏电阻、电流传感器。
键合线15适当地电连接在第一、第二半导体芯片20、21与电路图案12之间，或者适当地电连接在多个第一、第二半导体芯片20、21之间。这样的键合线15由导电性优良的材质构成。作为该材质，由例如金、银、铜、铝、或至少包括其中一种的合金构成。另外，键合线15的直径是例如110μm以上且200μm以下。或者，键合线15的直径是例如350μm以上且500μm以下。
触点部件30具备：主体部，其在内部形成有圆筒状的贯通孔；以及凸缘，其分别设置在主体部的开口端部。触点部件30的一侧开口端部经由焊料而接合在设置于陶瓷电路基板10的正面的多个电路图案12的预定位置。在触点部件30的另一侧开口端部压入有外部连接端子31。触点部件30由导电性优良的金属构成。这样的金属是以例如铜、铝、银、镍、或至少包括其中一种为主要成分的合金。为了提高耐腐蚀性，可以对触点部件30的表面进行电镀处理。此时，使用的电镀材料是例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。
外部连接端子31是压接端子，该压接端子具有棒状的主体部、在主体部的两端部分别形成的锥状的前端部、以及在主体部的上方形成的厚壁部。外部连接端子31的下方的前端部被压入触点部件30。上方的前端部在其后被压入印刷基板60。主体部呈棱柱状。外部连接端子31的厚壁部的截面的对角线的长度比触点部件30的主体部的直径长百分之几。因此，外部连接端子31能够相对于触点部件30而压入。另外，外部连接端子31也由导电性优良的金属构成。这样的金属是以例如铜、铝、镍、或至少包括其中一种为主要成分的合金。为了提高耐腐蚀性，可以对外部连接端子31的表面进行电镀处理。此时，使用的电镀材料是例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。应予说明，外部连接端子31不限于压接端子，也可以是主体部没有厚壁部的大致直的端子。
多个外部连接端子31在俯视下，被设置为沿着陶瓷电路基板10的正面的对置的一对边而排列于与各边对置的电路图案12的缘部区域12a、12b。此外，多个外部连接端子31也设置在缘部区域12a、12b所夹持的内侧区域12c的预定部位。
外部连接端子31通过将下方的前端部压入触点部件30，从而经由触点部件30而与陶瓷电路基板10接合。但是，也可以不经由触点部件30而与陶瓷电路基板10接合。例如，外部连接端子31也可以通过超声波接合等直接与陶瓷电路基板10接合。另外，外部连接端子31也可以经由焊料和/或焊材等接合材料而与陶瓷电路基板10接合。
密封部件43包括热固化性树脂、以及作为填料而包含于热固化性树脂的填充剂。热固化性树脂是例如环氧树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂。填充剂是例如氧化硅、氧化铝、氮化硼或氮化铝。
导热性部件24是热界面材料(以下，为TIM)。TIM包括导热性的油脂、弹性体片材、RTV(Room Temperature Vulcanization：室温硫化硅)橡胶、凝胶、相变材料等各种各样的材料的总称。特别地，在此也可以使用相变型的TIM。相变型的TIM的初期是脂状，通过加热从而去除挥发性溶剂而变为橡胶状。此外，若加热而变得比一定温度更高，则从橡胶状变为脂状。
如图4所示，这样的导热性部件24分别在俯视下为大致正六边形。另外，多个导热性部件24被设置为蜂巢形状。导热性部件24设置在与第一、第二半导体芯片20、21对置的区域。如上所述，由于第一、第二半导体芯片20、21至少设置在内侧区域12c的预定部位，所以导热性部件24至少设置在与内侧区域12c对置的背面。在内侧区域12c也设置有外部连接端子31，导热性部件24至少设置在与设置于内侧区域12c的外部连接端子31对置的背面。此外，导热性部件24也可以设置在陶瓷电路基板10的背面的金属板13的整个面。由此，能够进一步提高散热性。另外，设置为蜂巢形状的导热性部件24的间隔是1.5mm以上且3.5mm以下。应予说明，该情况下的间隔是大致正六边形的对置的边的间隔(参照图13的间隔a)。导热性部件24的厚度是200μm以上且250μm以下。由此，若导热性部件24在之后被散热单元等按压，则正六边形的各边向外侧展开。此时，导热性部件24通过被设置为蜂巢形状，从而相邻的导热性部件24彼此均匀地重合，覆盖半导体模块50的整个背面。另外，导热性部件24通过利用与图4所示的图案的形状对应的模板掩模而涂覆于陶瓷电路基板10的背面，从而设置在该背面。针对如此设置在陶瓷电路基板10的背面的导热性部件24，在陶瓷电路基板10的正面设置有外部连接端子31。
对于相变型的导热性部件24而言，暂时将涂覆成图案的导热性部件24加热，并使其冷却而变为橡胶状。通过成为该状态，从而能够将涂覆有导热性部件24的状态的半导体模块50出货并进行输送。在半导体模块50的背面安装散热单元时，将橡胶状的导热性部件24再次加热而使其成为脂状。由此，在半导体模块50的背面，导热性部件24被散热单元按压而湿扩散到整个该背面。
接下来，针对这样的半导体模块50，利用图5对安装有印刷基板的半导体装置进行说明。图5是实施方式的半导体装置的截面图。应予说明，图5示出相对于半导体模块50安装有印刷基板60的半导体装置1的在图1所示的单点划线X-X的位置处的截面图。
半导体装置1具有半导体模块50以及印刷基板60。印刷基板60具备省略图示的绝缘板和形成在绝缘板的正面的多个上部电路图案。另外，印刷基板60根据需要而在绝缘板的背面具备多个下部电路图案。此外，印刷基板60在与半导体模块50的外部连接端子31对应的位置形成有从正面贯通到背面的多个贯通孔61。另外，印刷基板60在形成有多个贯通孔61的形成区域的四角形成有位置对齐孔62(参照图9)。
绝缘板是平板状且由绝缘性的材质构成。这样的材质使用相对于基体而浸渍树脂而成的材质。该基体使用例如纸、玻璃布、玻璃无纺布。在树脂中使用例如酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂。作为绝缘板的具体例，使用纸酚醛基板、纸环氧基板、玻璃环氧基板、玻璃聚酰亚胺基板、玻璃复合基板。另外，这样的绝缘板在俯视下也是矩形。绝缘板的角部可以倒角为R形或C形。
上部电路图案和下部电路图案以构成预定的电路的方式形成多个图案形状。上部电路图案和下部电路图案由导电性优良的材质构成。作为这样的材质，由例如银、铜、镍、或包括至少其中一种的合金等构成。为了提高耐腐蚀性，可以对上部电路图案和下部电路图案的表面进行电镀处理。在该电镀处理中使用的材料有镍、镍-磷合金、镍-硼合金等。另外，贯通孔61适当地与上部电路图案和下部电路图案中的至少任一者电连接。
在半导体装置1中，在这样的印刷基板60的贯通孔61压入半导体模块50的外部连接端子31。由此，印刷基板60与半导体模块50电连接。应予说明，在外部连接端子31不是压接端子而是直的情况下，外部连接端子31分别插通于贯通孔61而分别被焊料固接于贯通孔61。
接下来，利用图6～图14，对这样的半导体装置1的制造方法进行说明。图6是示出实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。图7是示出实施方式的按压装置所包括的被按压工具的图。应予说明，图7的(B)是图7的(A)的单点划线X-X处的截面图。图8是示出实施方式的半导体装置的制造方法的载置工序的侧视图，图9是示出实施方式的半导体装置的制造方法的载置工序的俯视图。图10是示出实施方式的半导体装置的制造方法的位置对齐工序的侧视图。
图11是示出实施方式的按压装置所包括的按压工具的图。应予说明，图11的(B)是图11的(A)的单点划线X-X处的截面图。图12是示出实施方式的半导体装置的制造方法的按压工序的侧视图。图13是示出实施方式的半导体装置的制造方法的按压工序时的按压工具的按压面的俯视图，图14是示出实施方式的半导体装置的制造方法的按压工序时的按压工具的按压面的截面图。应予说明，图13是图12的单点划线Z-Z处的截面图，图14是图13的单点划线Y-Y处的截面放大图。另外，在以下的说明所使用的附图中，有时对在说明中不直接使用的构成省略符号。
进行准备第一、第二半导体芯片20、21、半导体模块50、印刷基板60等的准备工序(图6的步骤S10)。此时，在半导体模块50的背面，将导热性部件24设置为图案化。应予说明，该导热性部件24是相变型且被加热而呈橡胶状。然后，在以下，利用按压装置70，相对于印刷基板60而安装半导体模块50。按压装置70具备被按压工具80和按压工具90(参照图12)。此外，虽然省略图示，但是按压装置70可以设置按压控制部，该按压控制部使按压工具90向被按压工具80侧移动而进行按压。按压控制部能够控制按压工具90的按压力、按压冲程等。
首先，对按压装置70的被按压工具80进行说明。如图7所示，被按压工具80包括载置基板81、以及设置在载置基板81上的载置部82。载置基板81在俯视下是矩形且呈平板状。载置部82具备在俯视下呈框状的侧壁部83、以及设置在侧壁部83的开口上部的载置面84。载置部82构成有作为被载置基板81、侧壁部83以及载置面84包围的空间的端子收纳区域82a。在载置面84纵向以及横向地形成有端子孔84a。端子孔84a贯通载置面84，通过端子收纳区域82a。另外，在载置部82的俯视下的四角分别形成有固定销85。这样的被按压工具80具备可以充分承受如后所述那样的由按压工具90按压的强度，并且由例如金属构成。
接着，如图8和图9所示，进行在这样的被按压工具80的载置部82的载置面84上载置印刷基板60的正面的载置工序(图6的步骤S11)。此时，印刷基板60的位置对齐孔62分别插通有被按压工具80的固定销85，印刷基板60的贯通孔61分别与载置面84的端子孔84a进行位置对齐。
接着，如图10所示，进行将半导体模块50(的外部连接端子31)与载置于被按压工具80的印刷基板60的贯通孔61进行位置对齐的位置对齐工序(图6的步骤S12)。使位置对齐后的半导体模块50的外部连接端子31的前端部嵌合到印刷基板60的贯通孔61。
应予说明，在此，对按压装置70的按压工具90进行说明。如图11所示，按压工具90包括按压基板91、以及设置在按压基板91上的按压体92。应予说明，如后所述，按压工具90具备能够充分按压半导体模块50的强度，由例如金属构成。按压基板91在俯视下为矩形且呈平板状。按压体92在正面具备按压面93。按压面93相对于地面呈大致水平。此外，在按压面93包括多个开口部94、以及作为除该开口部94以外的区域的按压部95。开口部94在俯视下为大致正六边形，在角部施加R倒角加工。另外，开口部94在剖视下为凹状。开口部94设置在按压陶瓷电路基板10的按压面93的与导热性部件24对置的位置。因此，开口部94设置在按压面93的至少与陶瓷电路基板10的内侧区域12c对置的区域。此外，导热性部件24可以设置在陶瓷电路基板10的背面的金属板13的整个面。如上所述，按压部95设置在按压面93的至少与外部连接端子31对置的区域。因此，按压部95至少设置在与陶瓷电路基板10的缘部区域12a、12b和内侧区域12c对置的区域，即，设置在与陶瓷电路基板10的整个面对置的区域。因此，开口部94可以在至少与陶瓷电路基板10的内侧区域12c对置的区域形成为蜂巢形状。此外，开口部94可以设置在按压面93的至少与陶瓷电路基板10的整个面对置的区域。
这样的开口部94是利用例如立铣刀对例如按压面93进行切销而形成的。应予说明，开口部94不限于在剖视下为凹状的情况，也可以是贯通按压体92的柱状。后面会对开口部94进行详细说明。
接着，进行利用按压工具90来按压半导体模块50的背面的按压工序(图6的步骤S13)。在半导体模块50的背面装配按压工具90。并且，如图12所示，按压工具90的固定销96与半导体模块50的固定部44的固定孔44a嵌合，按压面93与半导体模块50的背面抵接。若如此地在半导体模块50的背面装配按压工具90，则如图13所示，设置在半导体模块50的背面的导热性部件24分别嵌于按压面93的开口部94。开口部94的对置的边的宽度L是5.5mm以上且7.5mm以下。另外，开口部94的间隔D是0.5mm以上且1.0mm以下。此外，如图14所示，导热性部件24在不与开口部94接触的情况下收纳在开口部94内。另外，按压面93的按压部95与半导体模块50的陶瓷电路基板10所包括的金属板13的背面抵接。应予说明，开口部94的深度(高度)为导热性部件24的厚度以上，例如，为300μm以上。
使如此装配于半导体模块50的背面的按压工具90向被按压工具80移动。此时的按压工具90从图12的状态开始，以一定的按压力向被按压工具80按压半导体模块50。另外，按压工具90从图12的状态开始，以使半导体模块50的外部连接端子31的厚壁部与印刷基板60的贯通孔61嵌合那样的按压冲程进行按压。另外，此时，由于导热性部件24被收纳于按压工具90的开口部94，所以能够在不压溃导热性部件24的情况下按压半导体模块50的背面。
另外，陶瓷电路基板10相对于设置在其背面的导热性部件24，在其正面设置有外部连接端子31。在利用设置有开口部94的按压面93来按压这样的陶瓷电路基板10的背面的情况下，开口部94的宽度L越长，每一个外部连接端子31的插入载荷越大。另一方面，在本实施方式中，陶瓷电路基板10的陶瓷基板11选择弯曲强度为例如450MPa以上的材质。因此，将按压面93的开口部94的宽度L一直扩展到为了按压半导体模块50而所需的最低限度的按压部95的区域。该情况下的按压部95的区域相对于按压面93的面积而优选为45％以上且60％以下。通过如此选择开口部94的宽度L，能够以更大的按压力来按压陶瓷电路基板10。因此，按压工具90能够在不对陶瓷电路基板10造成损伤的情况下，利用充分的按压力来可靠地按压半导体模块50的背面。因此，能够使每一个外部连接端子31的插入载荷变大，并且能够将外部连接端子31可靠地压入印刷基板60的贯通孔61。应予说明，在该情况下，针对每一个外部连接端子31的最大的插入载荷为例如110N以上且120N以下。
若如此相对于印刷基板60按压半导体模块50，则外部连接端子31被压入印刷基板60的贯通孔61。被压入印刷基板60的贯通孔61的外部连接端子31的前端部从被按压工具80的载置面84的端子孔84a插通到端子收纳区域82a内。通过使按压后的按压工具90向上方脱离，并从被按压工具80取出安装了印刷基板60的半导体模块50，从而获得图5所示的半导体装置1。
接下来，利用图15和图16，对针对半导体装置1安装散热单元进行说明。图15是安装有实施方式的散热单元的半导体装置的截面图，图16是安装有实施方式的散热单元的半导体装置的背面的俯视图。应予说明，图16示出在安装有散热单元时的半导体装置1的背面的导热性部件24，并省略散热单元的图示。此外，在图16中，省略设置在壳体40的固定部44的记载。如图15所示，半导体装置1在半导体模块50的背面安装有散热器2作为散热单元。散热器2具备散热板2a、以及设置在散热板2a的主表面的多个散热片2b。散热器2由导热性优良的金属构成。这样的金属是例如铝、铁、银、铜、或包括至少其中一种的合金。为了提高耐腐蚀性，可以对散热器2的表面进行电镀处理。此时，使用的电镀材料是例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。
在将这样的散热器2安装到半导体模块50的背面时，以使当前橡胶状的导热性部件24变为一定的温度以上的方式进行加热，使其从橡胶状变为脂状。向设置有已变为脂状的导热性部件24的半导体模块50的背面按压散热器2的散热板2a的主表面。脂状的导热性部件24通过被按压而使正六边形的各边向外侧湿扩散，从而彼此结合，如图16所示，覆盖陶瓷电路基板10的金属板13的大致整个背面。该情况如上所述，随着在按压工具90中将开口部94扩展到最大，从而设置在半导体模块50的背面的被图案化了的各个导热性部件24的面积也能够扩大。此外，也充分地维持导热性部件24的厚度。因此，若导热性部件24被按压，则能够可靠地湿扩散于陶瓷电路基板10的金属板13的大致整个背面。由此，导热性部件24薄薄地在整个半导体模块50的背面与散热器2之间湿扩散。因此，从半导体模块50(半导体装置1)散出的热量被适当地传导到散热器2，通过散热器进行散热。因此，抑制了半导体模块50(半导体装置1)的散热性的降低。
对于上述半导体装置1的制造方法而言，首先，准备半导体模块50、印刷基板60、以及按压工具90。半导体模块50包括第一、第二半导体芯片20、21、在正面设置有第一、第二半导体芯片20、21的陶瓷电路基板10、设置在陶瓷电路基板10的正面的多个外部连接端子31、以及在陶瓷电路基板10的背面设置为图案状的多个导热性部件24。印刷基板60形成有与多个外部连接端子31对应的多个贯通孔61。按压工具90包括按压面93，该按压面93形成有与多个导热性部件24对应地设置的多个开口部94。接着，将半导体模块50的多个外部连接端子31与印刷基板60的多个贯通孔61进行位置对齐。最后，在将按压面93抵接到陶瓷电路基板10的背面以使陶瓷电路基板10的多个导热性部件24收纳于多个开口部94的状态下向印刷基板60按压按压工具90。由此，能够在不压溃导热性部件24的情况下按压半导体模块50的背面，从而将半导体模块50的多个外部连接端子31插通于印刷基板60的贯通孔61。另外，根据本实施方式的按压工具90，能够通过充分的按压力，在不对陶瓷电路基板10造成损伤的情况下，可靠地按压半导体模块50的背面。如此制造的半导体装置1能够在不受损伤的情况下安装印刷基板60，并且能够抑制在安装有散热器2时无法使导热性部件24均匀地扩散到整个背面而使散热性降低的情况，能够实现可靠性的提高。
Claims (17)
1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：
准备工序，准备半导体模块、印刷基板以及按压工具，所述半导体模块包括半导体芯片、在正面设置有所述半导体芯片的基板、设置在所述基板的正面的多个外部连接端子、以及在所述基板的背面设置成图案状的多个导热性部件，所述印刷基板形成有与所述多个外部连接端子对应的多个贯通孔，所述按压工具包括形成有至少与所述多个导热性部件对应地设置的多个开口部的按压面；
位置对齐工序，将所述半导体模块的所述多个外部连接端子与所述印刷基板的所述多个贯通孔进行位置对齐；以及
按压工序，在将所述按压面抵接到所述基板的所述背面以使所述基板的所述多个导热性部件收纳于所述多个开口部的状态下向所述印刷基板按压所述按压工具。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述多个外部连接端子分别沿所述基板的所述正面的对置的一对边而设置，并且相对于所述正面的所述一对边向内侧设置。
3.根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述多个导热性部件设置在与设置于所述内侧的所述多个外部连接端子对应的所述基板的所述背面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述基板包括陶瓷基板。
5.根据权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述陶瓷基板包括以氧化锆和氧化铝为主要成分的复合材料、或者以氮化硅为主要成分的材料。
6.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述多个导热性部件是相变型的热界面材料。
7.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述多个外部连接端子是压接端子，
通过所述按压工序而将所述多个外部连接端子压入所述印刷基板的所述多个贯通孔。
8.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述多个导热性部件在俯视下为正六边形，并且从所述基板的对置的一对边起在内侧的整个所述背面设置成蜂巢形状。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述多个开口部在俯视下为角部被R倒角加工的正六边形，并且从所述按压工具的对置的一对边起在内侧的整个所述按压面设置成蜂巢形状。
10.一种半导体装置，其特征在于，具备：
半导体模块，其包括半导体芯片、在正面设置有所述半导体芯片的基板、设置在所述基板的正面的多个外部连接端子、以及在所述基板的背面设置成图案状的多个导热性部件；以及
印刷基板，其形成有插入所述多个外部连接端子的多个贯通孔。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，
所述多个外部连接端子分别沿所述基板的所述正面的对置的一对边而设置，而且相对于所述正面的所述一对边向内侧设置。
12.根据权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，
所述多个导热性部件设置在与设置于所述内侧的所述多个外部连接端子对应的所述基板的背面。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述基板包括陶瓷基板。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其特征在于，
所述陶瓷基板包括以氧化锆和氧化铝为主要成分的复合材料、或者以氮化硅为主要成分的材料。
15.根据权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，
所述多个导热性部件是相变型的热界面材料。
16.一种按压装置，其特征在于，包括：
被按压工具，其载置形成有多个贯通孔的印刷基板，使包括半导体芯片、在正面设置有所述半导体芯片的基板、设置在所述基板的正面的多个外部连接端子、以及在所述基板的背面设置成图案状的多个导热性部件的半导体模块的所述多个外部连接端子与所述多个贯通孔进行位置对齐；以及
按压工具，其具备按压面，所述按压面形成有多个开口部，并且与所述基板的所述背面抵接，向所述被按压工具按压所述背面，所述多个开口部收纳所述多个外部连接端子被位置对齐的所述半导体模块的所述基板的所述多个导热性部件。
17.根据权利要求16所述的按压装置，其特征在于，
所述多个开口部在俯视下为角部被R倒角加工的正六边形，并且在沿一侧边而设置的所述多个外部连接端子与沿另一侧边而设置的所述多个外部连接端子之间的所述按压工具的整个所述按压面设置成蜂巢形状。
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