JP2014032984A - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温で稼動する半導体素子を備える半導体モジュールを、低コストで作製する。
【解決手段】半導体モジュールの製造方法は、（ａ）配線パターンが形成された配線基板を準備する工程と；（ｂ）配線基板上において、導電接合部と絶縁接合部とを配する工程と；（ｃ）半導体素子を導電接合部および絶縁接合部上に配し、半導体素子を配線基板に、雰囲気温度Ｔ１で接着する工程と；（ｄ）半導体素子が接着された配線基板を酸素分圧制御雰囲気、かつ、前記雰囲気温度Ｔ１より高い雰囲気温度Ｔ２下に配して、半導体素子を配線基板に接合する工程と；を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体モジュールに関する。

従来より、通常使用されるＳｉ（シリコン）の半導体素子の配線基板への実装工程においては、半導体素子を配線基板へ載置した後、その場で加熱することにより接合する方法が用いられている。また、半導体装置の製造においては、特許文献１に記載されるように、チップと基板とを本接着する前に仮接着する技術も、従来から用いられている。

特開２００２−２９９３７８号公報 特開２００９−３９９３４号公報

ところで、近年、半導体素子の材料としてＳｉに代わりＳｉＣ（シリコンカーバイト）が採用される例がある。ＳｉＣの半導体素子は、Ｓｉの半導体素子に比べて高温での駆動が期待される。しかし、ＳｉＣの半導体素子を配線基板に実装するに際して、半導体素子の使用時の高温に耐えうる金属接合材を使用しつつＳｉの半導体素子の実装工程を採用すると、金属接合材が酸化してしまう。このため、Ｓｉの半導体素子の実装工程は、ＳｉＣの半導体素子の実装には適さない。金属接合材の酸化物が電気抵抗を増化させると共に、接着効果を減少させるからである。

一方、半導体素子の配線基板への載置と加熱をすべて非酸化雰囲気下で行うと、金属接合材の酸化は抑制される。しかし、そのような工程を実現するためには、炉中において半導体素子の基板への載置が可能な大きな炉の内部を、非酸化雰囲気にする必要がある。このため、半導体モジュールの製造費が嵩み、新たな機器の導入も必要である。

そのため、低コストでＳｉＣの半導体素子を実装する技術が望まれていた。なお、このような問題はＳｉＣの半導体素子に限らず、Ｓｉの半導体素子に比べて高温で駆動する半導体素子を備える半導体モジュールの製造について、共通して望まれていた。そのほか、従来の半導体モジュールの製造方法においては、その小型化や、省資源化、製造の容易化、製造の精確さ、作業性の向上等が望まれていた。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。

（１）本発明の一形態によれば、半導体モジュールの製造方法が提供される。この半導体モジュールの製造方法は、（ａ）配線パターンが形成された配線基板を準備する工程と；（ｂ）配線基板上において、配線パターンと半導体素子とを接続するための導電接合部と、半導体素子と配線基板とを接合するための絶縁接合部と、を配する工程と；（ｃ）半導体素子を導電接合部および絶縁接合部上に配し、半導体素子を配線基板に、雰囲気温度Ｔ１で接着する工程と；（ｄ）半導体素子が接着された配線基板を酸素分圧制御雰囲気、かつ、前記雰囲気温度Ｔ１より高い雰囲気温度Ｔ２下に配して、半導体素子を配線基板に接合する工程と；を備える。

この製造方法によれば、高温度域でも使用可能な半導体モジュールを、低コストで精確に作製することができる。なお、「配線基板を準備する」とは、配線基板をその場で作製してもよく、すでに作製された配線基板を用意することを含む。また、「酸素分圧制御雰囲気」とは、気体中の酸素分圧を制御している雰囲気をいい、真空雰囲気や還元雰囲気も含む。

（２）上記形態の半導体モジュールの製造方法において、工程（ｄ）は、半導体素子を酸素分圧制御雰囲気の処理室に移動させた後に、雰囲気温度Ｔ２で、半導体素子を配線基板に接合する工程としてもよい。

この形態の半導体モジュールの製造方法によれば、半導体素子を配線基板へ載置する工程と、半導体素子を配線基板に接合する工程とを別室で行うことが可能となる。これにより、雰囲気制御を行う炉のスペースを縮小化でき、より低コストで半導体モジュールを製造できる。

（３）上記形態の半導体モジュールの製造方法において、雰囲気温度Ｔ１は、配線パターンもしくは導電接合部が酸化しない温度としてもよい。

この形態の半導体モジュールの製造方法によれば、工程（ｃ）において半導体モジュールの材料の酸化をより抑制することができる。これにより、半導体モジュールの品質をさらに向上させることができる。

（４）上記形態の半導体モジュールの製造方法において、雰囲気温度Ｔ１は、４０℃から１００℃としてもよい。

この形態の半導体モジュールの製造方法によれば、雰囲気温度Ｔ１が４０℃以上なので室温における半導体素子３０と配線基板１０を接着する材料の溶出を防止でき、かつ、雰囲気温度Ｔ１が１００℃以下なので半導体モジュールの材料の酸化を抑制することができる。これにより、半導体モジュールの製造における操作性をさらに向上させることができる。

（５）上記形態の半導体モジュールの製造方法において、雰囲気温度Ｔ２は、３００℃以上としてもよい。

この形態の半導体モジュールの製造方法によれば、高温度域でも稼動する半導体素子を、３００℃未満であれば高温稼動時においても安定して配線基板に接合しておくことが可能となる。

（６）上記形態の半導体モジュールの製造方法において、絶縁接合部は、工程（ｄ）において雰囲気温度Ｔ２で焼結される無機材料と；工程（ｃ）において雰囲気温度Ｔ１で半導体素子を配線基板に接着させ、工程（ｄ）において雰囲気温度Ｔ２で絶縁接合部から消失する有機材料と、を含んでもよい。

この形態の半導体モジュールの製造方法によれば、工程（ｂ）により、無機材料と有機材料とを含む絶縁接合部を作製可能となる。なお、「有機材料」とは、炭素を含む化合物からなる材料をいう。また、「無機材料」とは、有機化合物以外の化合物からなる材料をいう。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

例えば、本発明の一形態は、工程（ａ）と、工程（ｂ）と、工程（ｃ）と、工程（ｄ）と、の４つも工程の内の一つ以上の工程を備えた製造方法として実現可能である。すなわち、この製造方法は、工程（ａ）を経てもよく、経なくてもよい。また、工程（ｂ）を経てもよく、経なくてもよい。こうした製造方法は、例えば半導体モジュールとして実現できるが、半導体モジュール以外の他の装置としても実現可能である。このような態様とすれば、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、作業性の向上等の種々の課題の少なくとも１つを解決することができる。前述した半導体モジュールの製造方法の各工程の技術的特徴の一部又は全部は、いずれもこの装置に適用することが可能である。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、半導体モジュールを搭載した電力変換装置等の形態で実現することができる。

本発明の一実施例としての半導体モジュールの構成を示す断面図。 本実施例における半導体モジュールの製造方法の手順を示すフローチャート。 図２に示す接合部作製処理の手順を示すフローチャート。 図２に示す組み立て処理の詳細手順を示すフローチャート。 ステップＳ４０５における半導体素子の載置工程を模式的に示す説明図。 ステップＳ４０５における半導体素子の載置工程の載置箇所の拡大図。

Ａ．実施例：
Ａ１．半導体モジュールの構成：
図１は、本発明の一実施例としての半導体モジュールの構成を示す断面図である。この半導体モジュール１００は、いわゆるパワーモジュールであり、自動車における電力制御等に用いられる。半導体モジュール１００は、配線基板１０と、接合部２０と、複数の半導体素子３０と、電極配線層３５と、絶縁層４０と、放熱器５０と、を備えている。半導体モジュール１００は、各構成要素が積層された多層構造を有している。

具体的には、放熱器５０の上には絶縁層４０が配置され、絶縁層４０の上には電極配線層３５が配置されている。また、電極配線層３５の上には半導体素子３０と接合部２０が配置され、接合部２０の上には配線基板１０が配置されている。なお、配線基板１０の上には、低発熱部品２００が積層され得る。低発熱部品２００は、半導体素子３０に比べて発熱量が低い電子部品であり、例えば、制御用半導体素子やコンデンサ等が該当する。

配線基板１０は、外部からの電気的信号を半導体素子３０に伝える。そして、配線基板１０は、半導体素子３０の信号を他の半導体素子３０に伝え、半導体素子３０からの信号を外部に伝える。配線基板１０は、セラミックス層１１と、制御回路用配線１２と、主電力ストレートビア１３と、上部表面配線１４と、下部表面配線１５と、絶縁接合部１６と、放熱層１８とを備えている。

セラミックス層１１は、セラミックス材料により形成されている。セラミックス材料としては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを採用し得る。制御回路用配線１２は、セラミックス層１１内部に形成された配線であり、制御用信号（半導体素子３０駆動用の信号）の伝送等に用いられる。

主電力ストレートビア１３は、セラミックス層１１を厚み方向（積層方向）に貫通する導電性部材であり、上部表面配線１４と下部表面配線１５とを電気的に接続する。下部表面配線１５は、セラミックス層１１の表面のうち、接合部２０と接する表面（以下、「第１表面」と呼ぶ）に配置されている。

上部表面配線１４は、セラミックス層１１の表面のうち、低発熱部品２００が接合され得る面（以下、「第２表面」と呼ぶ）に配置されている。絶縁接合部１６は、絶縁性の無機材料を主成分としたガラス組成物で形成されており、第２表面において上部表面配線１４の周囲に配置されている。

なお、図１では、配線基板１０と接合部２０との接合界面において、下部表面配線１５の層厚に対応する段差が形成されるように記載されているが、実際は、下部表面配線１５は薄膜状に形成されており、配線基板１０と接合部２０との接合界面に、図示するような段差はほとんど生じない。または、配線基板１０と接合部２０との接合界面に、段差に対応した形状を有する段差を解消するための段差補正層を接合部２０と同種の材料により形成してもよい。よって、以降、図面では下部表面配線１５の記載を省略することがある。また、本明細書においても、下部表面配線１５の説明を省略することがある。

放熱層１８は、セラミックス層１１内部において、セラミックス層１１と平行に配置されている。放熱層１８は、熱伝導性に優れる任意の材料で形成することができ、例えば、上述の制御回路用配線１２や主電力ストレートビア１３の基材と同様に、銀や銅、タングステン、モリブデンなどのセラミックス層との同時焼成が可能な任意の導電性材料を採用することができる。

半導体素子３０は、電力用半導体素子（パワーデバイス）であり、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)や、ダイオード（ショットキーバリアダイオード等）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを採用することができる。半導体素子３０は、下部表面配線１５および後述の電極配線３６と電気的に接続される。なお、実際には、半導体素子３０は、バンプ（突起状金属端子）を介して下部表面配線１５および後述の電極配線３６に接合され、それらと電気的に接続されるが、図１では、バンプを省略している。また、本実施例では、半導体素子は、一般的に使用されるＳｉではなく、ＳｉＣで構成される。ＳｉＣで構成された半導体素子は、高温度域（１８０℃から２５０℃）でも稼動が可能である。なお、高温度域でも稼動を可能とする半導体素子の材料としては、ＳｉＣのほかに、窒化ガリウムやダイヤモンドなどが挙げられる。

接合部２０は、半導体素子３０を下部表面配線１５に電気的に接続し、かつ、半導体素子３０を配線基板１０に固定する。接合部２０は、配線部２１と絶縁接合部２２とを備えている。配線部２１の基材としては、上述したバンプと熱処理により相互拡散し一体化する導電性基材を採用することができる。かかる導電性基材としては、例えば、導電性を有する金属（例えば、アルミニウム金属や銅、錫、金、ゲルマニウム、亜鉛など）を主成分として、実装時の接合工程により溶融する基材が挙げられる。なお、高温度域において半導体の稼動を可能とするため、実施例では、導電性基材として融点が３００度以上の金属を使用する。

配線基板１０と絶縁接合部２２、および、半導体素子３０と絶縁接合部２２とは、後述のリフローによる拡散接合により接合される。接合面で発生する原子の拡散により拡散層が形成されると、配線基板１０と絶縁接合部２２、および、半導体素子３０と絶縁接合部２２との接合強度を向上できる。

絶縁接合部２２は、絶縁性材料で形成されており、半導体素子３０と配線基板１０との間の絶縁性を確保する。絶縁接合部２２は、配線基板１０と半導体素子３０との間における配線部２１を除く他の部分と、半導体素子３０の周囲とに配置されている。本実施例では、絶縁接合部２２は、絶縁性の無機材料を主成分とし、半導体素子の実装時の接合工程により軟化する粉末ガラスにより形成されている。粉末ガラスは、例えば、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化鉛、酸化ビスマスなどから形成される。なお、高温度域でも半導体素子の使用を可能にするため、実施例では、融点が３００度以上の粉末ガラスを使用する。

電極配線層３５は、電極配線３６と、絶縁接合部３７とを備えている。電極配線３６は、半導体素子３０および主電力ストレートビア１３と接続されている。本実施例では、電極配線３６は、制御回路用配線１２や主電力ストレートビア１３と同じ基材により形成されている。絶縁接合部３７は、電極配線３６の周囲に配置されている。絶縁接合部３７は、絶縁性材料で形成されており、電極配線３６と配線基板１０との間の絶縁性を確保する。なお、本実施例では、絶縁接合部３７は、絶縁接合部２２と同じ基材により形成されている。また、絶縁接合部３７が、絶縁接合部２２と異なる基材の場合、絶縁接合部３７と接合部２０との接合界面に、接合部分の段差に対応した接合部２０と同種の材料による段差補正層を設けてもよい。段差補正部は、絶縁接合部２２の一部として構成されてもよい。

放熱器５０は、半導体素子３０と熱的に接続され、半導体素子３０の熱を吸収して放出する。放熱器５０は、筐体５２内部にフィン５１が形成された構成を有している。本実施例では、筐体５２およびフィン５１の基材として、熱伝導性に優れる金属（例えば、銅やアルミニウムやモリブデン等）を採用する。

絶縁層４０は、絶縁性基材により形成されており、半導体素子３０と放熱器５０との間の絶縁性および電極配線３６と放熱器５０との間の絶縁性を確保する。絶縁層４０は、電極配線層３５と放熱器５０との間に配置されている。本実施例では、絶縁層４０の基材として上述したセラミックス層１１と同じセラミックス材料を採用する。なお、絶縁層４０と５０とは互いに接着されることなく密着されている。例えば、絶縁層４０と放熱器５０とは、ねじで固定することにより密着させることができる。

Ａ２．半導体モジュール１００の製造方法：
図２は、本実施例における半導体モジュールの製造方法の手順を示すフローチャートである。まず、配線基板１０の作製処理（ステップＳ１００）が実行される。この処理では、セラミックス層１１や、セラミックス層１１内部の配線（制御回路用配線１２や主電力ストレートビア１３、放熱層１８）が形成される。

ステップＳ１００の後、外装配線パターン作製処理が実行される（ステップＳ２００）。この処理では、ステップＳ１００で作製された配線基板１０の表面に上部表面配線１４および下部表面配線１５が形成される。以上の処理により、制御回路用配線１２、主電力ストレートビア１３、下部表面配線１５、放熱層１８を含む配線パターンが形成された配線基板が準備される。

ステップＳ２００の後、接合部作製処理が実行される（ステップＳ３００）。この処理では、絶縁接合部１６および接合部２０が形成される。

図３は、図２に示す接合部作製処理（ステップＳ３００）の手順を示すフローチャートである。図３では、各工程の右に、各工程の処理結果を模式的に示している。まず、有機溶媒や水などの溶媒と粉末ガラスと有機接着剤を用いてスラリーを形成する。そして、そのスラリーが、ドクターブレード法によるシートキャスティング、もしくは、押し出し成型等の方法によりシート状に成形され、乾燥されることにより、ガラス層が作製される（ステップＳ３０５）。なお、この有機接着剤は半導体素子３０の接合時（ステップＳ４００）に分解、除去される。有機接着剤は、例えばアクリル系バインダやブチラール系バインダや直鎖炭素系バインダを採用することが好ましい。本実施例では、有機接着剤としてガラス転移温度が４０℃の直鎖炭素系バインダを用いる。直鎖炭素系バインダは、上記有機接着剤のうち接合時に分解、除去される効率がよいため好ましい。ガラスシート層には、上述した粉末ガラスと有機接着剤のほかに、フィラーとしてアルミナ等のセラミックス粉末材料が配合されても良い。

次に、各ガラス層において、上部表面配線１４や下部表面配線１５などを収容するためのビアと、半導体素子３０や低発熱部品２００を収容するためのパターン（ビア）を形成する（ステップＳ３１０）。これらのビアの形成は、定型の金型による打ち抜き、もしくは、レーザ照射等の掘削加工により実現できる。

前述のステップＳ３１０でビアの形成されたガラス層を、ガラス層に含まれる有機接着剤の軟化点（ガラス転移温度）以上（例えば、６０℃程度の温度）の温度で加熱プレスすることで配線基板１０に貼り付ける（ステップＳ３１５）。この処理では、まず、配線基板１０の積層方向の一方の表面（上述の第１表面）に、下部表面配線１５を収容するためのビアが形成されたガラス層２２ａを貼り付ける。次に、同じ表面に、配線部２１を収容するためのビアが形成されたガラス層２２ｂを貼り付ける。さらに、その上に、半導体素子３０を収容するためのビアが形成されたガラス層２２ｃを貼り付ける。同様の方法で、他方の表面（上術の第２表面）にもガラス層１６ａ、１６ｂ、１６ｃを貼り付ける。ステップＳ３１５により、ガラス層１６ａ、１６ｂ、１６ｃからなる絶縁接合部１６と、ガラス層２２ａ、２２ｂ、２２ｃからなる絶縁接合部２２が配線基板１０に貼り付けられる。

ステップＳ３１５の後、配線部２１の基材のペーストを第１表面および第２表面にスクリーン印刷することにより配線パターン２１aを作製する（ステップＳ３２０）。この工程では、ガラス層２２ｂおよびガラス層１６ｂに設けられた孔のうち、配線基板１０よりの一部を埋める。その後、乾燥させることで（ステップＳ３２５）、第１表面および第２表面に接合部が形成される。配線部２１の基材のペーストは、金属を主成分としており、例えば、アルミニウム金属や酸化銀、銅、ナノ金属、ハンダ合金のような、接合により溶融する金属種と、有機接着剤とを、有機溶媒や水などの溶媒を用いて混練することにより形成される。なお、配線パターンの作製方法は、スクリーン印刷に限られず、例えば、ディスペンサーによる吐出等の他の方法を採用してもよい。

図２に示すように、ステップＳ３００の後、組み立て処理（ステップＳ４００）が実行される。この処理により、配線基板１０と他の構成要素（電極配線層３５や絶縁層４０や放熱器５０）とが組み付けられる。

図４は、図２に示す組み立て処理（ステップＳ４００）の詳細手順を示すフローチャートである。まず、表裏両面に電極を持つ半導体素子３０を配線基板１０に仮固定する（ステップＳ４０５）。

図５は、ステップＳ４０５における半導体素子の仮固定の工程を模式的に示す説明図である。図５において、半導体素子３０が載置される際の配線基板１０と半導体素子３０とを表す。図６は、半導体素子３０の載置箇所の拡大図である。

図５に示すように、半導体素子３０の電極表面には、バンプ３１が形成されている。なお、半導体素子３０において、バンプ３１が形成された面とは反対の面にも電極ならびに接続用のバンプが形成されているが、図示を省略している。接合部２０（絶縁接合部２２）は、半導体素子３０が載置される位置に、半導体素子３０を収容するための凹部２３を備えている。

また、図６に示すように、凹部２３の底には、バンプ３１を収容する窪み２２ｄが形成されている。窪み２２ｄは、ガラス層２２ｂの孔のうち、配線部２１の基材のペーストで埋められていない部分をいう。配線部２１の一端は、窪み２２ｄに露出している。

ステップＳ４０５においては、図５に示すように、半導体素子３０が凹部２３に収容され、バンプ３１と配線部２１とが接触するように半導体素子３０の配線基板１０への載置を行う。次に、半導体素子３０を載置した配線基板１０を加熱プレスし、接合部２０に含まれる有機接着剤により、絶縁接合部２２と半導体素子３０を接着させる。半導体素子３０の仮固定（ステップＳ４０５）における加熱温度は、ガラス層に含まれるガラスの融点よりも低温（例えば、６０度程度の温度）である。この接着により、半導体素子３０は配線基板１０の所望する位置に仮固定される。このため、その後に配線基板１０を移動させても、移動中の振動などにより半導体素子３０の位置がズレることはない。

その後、半導体素子３０が仮固定された配線基板１０を、リフロー（ステップＳ４１０）により加熱プレスするため、酸素分圧制御雰囲気にされた炉内に移動させる。本実施例では、酸素分圧制御雰囲気は、湿式酸素分圧制御装置により制御する。この装置では、試験雰囲気ガス（Ａｒなど）に任意濃度の水素と水蒸気を加え、平衡反応により酸素分圧を調整する。

ステップＳ４１０では、半導体素子３０が仮固定された配線基板１０を、リフローにより加熱プレスする。リフローにより、絶縁接合部２２と半導体素子３０が接合し、配線部２１と絶縁接合部２２からなる接合部２０を介して、半導体素子３０と配線基板１０が接合される。これにより、リフローの雰囲気温度下においてバンプ３１を介して半導体素子３０と配線部２１とが電気的に接合される。

リフロー（ステップＳ４１０）における加熱温度は、ガラス層に含まれるガラスの融点よりも高い温度（例えば、３００度程度の温度）である。酸素制御がされていない（酸素が２０％程度）雰囲気下では、この温度において、配線部２１の基材は酸化する。そのような場合には、配線部２１の基材中の酸化物が電気抵抗を増加させると共に、接合効果も減少させる。しかし、この製造方法においては、酸素分圧制御雰囲気にて接合を行うため、配線部２１の基材の酸化は抑制される。

また、本実施例においては、半導体素子の仮固定（ステップＳ４０５）において、半導体素子３０を配線基板１０に仮固定していることにより、半導体素子３０の精確な位置への載置を可能とすると共に、リフローを行う炉への半導体素子３０を載置した配線基板１０の移動も可能となる。これにより、リフローを行う炉のみを雰囲気制御すればよく、雰囲気制御が必要な空間をより小さくすることができる。このため、低コストで半導体モジュールの製造が可能となる。また、従来から半導体モジュールの作製に使用する機器を多く本製造方法に転用できる。

図４に示す半導体素子３０の仮固定（ステップＳ４０５）およびリフロー（ステップＳ４１０）が終了すると、半導体素子３０の接合状態を検査し（ステップＳ４１５）、接合が正常であるか否かの判定が行われる（ステップＳ４２０）。半導体素子３０の接合が異常であった場合には（ステップＳ４２０：ＮＯ）、半導体素子３０の取外し等のリペアが実行され（ステップＳ４３０）、ステップＳ４０５に戻る。

前述のステップＳ４２０において、半導体素子３０の接合が正常であったと判定されると（ステップＳ４２０：ＹＥＳ）、半導体素子３０上に放熱基板を作製する（ステップＳ４２５）。放熱基板とは、電極配線層３５と絶縁層４０とからなり、放熱器５０と接する積層体を意味する。換言すると、放熱基板とは、放熱器５０と接する配線形成された絶縁基板を意味する。

放熱基板が作製されると、放熱基板および放熱器５０を、配線基板１０（および接合部２０，半導体素子３０）に取り付ける（ステップＳ４３５）。具体的には、まず、配線基板１０（および接合部２０，半導体素子３０）を放熱基板に載置し、さらに、配線基板１０が載置された放熱基板を、放熱器５０に載置する。

以上の工程が実行されると、半導体モジュール１００が完成する。その後、低発熱部品２００（図１）を半導体モジュール１００に接合することができる。具体的には、例えば、低発熱部品２００がバンプを有する半導体素子である場合には、かかるバンプと上部表面配線１４とが接するように、半導体素子３０を載置してリフローを行うことにより、バンプと上部表面配線１４とを接合させることができる。

なお、課題を解決するための手段に記載の「工程（ａ）」は、実施例における「配線基板作製処理（ステップＳ１００）および外層配線パターン作製処理（ステップＳ２００）」に相当する。「工程（ｂ）」は、「接合部作製処理（ステップＳ３００）」に相当する。「工程（ｃ）」は、「半導体素子の仮固定（ステップＳ４０５）」に相当し、「工程（ｄ）」は、「リフロー（ステップＳ４１０）」に相当する。「雰囲気温度Ｔ１」は、「半導体素子３０の仮固定（ステップＳ４０５）における加熱温度」に相当し、「雰囲気温度Ｔ２」は、「リフロー（ステップＳ４１０）における加熱温度」に相当する。

そして、課題を解決するための手段に記載の「導電接合部」は、実施例における「配線部２１」に相当し、「絶縁接合部」は、「絶縁接合部２２」に相当する。「配線パターン」は、「下部表面配線１５」に相当し、「処理室」は、「炉」に相当する。

Ｂ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上述の実施例においては、半導体素子３０を仮固定した配線基板１０を、リフローするために移動させたが、移動をさせずにリフローを行うことも可能である。例えば、仮固定の場でリフローを行ってもよい。即ち、リフローを行う炉内において配線基板１０に半導体素子３０を仮固定してもよい。

（２）また、上述の実施例において、半導体素子３０を配線基板１０に仮固定するときの温度は、６０度に限られない。例えば、加熱時間を短くして配線パターンもしくは導電接合部の酸化が接合時に影響を与えない範囲で、酸化が一部開始される温度でも良い。６０度より高い８０度以上とすることもでき、１００度以上とすることもできる。

（３）半導体素子３０を配線基板１０に仮固定をするときの温度は、４０度以下としてもよい。本発明の製造方法を行う場所や季節などの環境により、製造に適した温度に変えてもよい。使用する有機接着剤のガラス転移温度の調整により４０度より低い３０度以下とすることもでき、２０度以下とすることもできる。

（４）半導体素子３０を配線基板１０に接合するときの温度は、３００度以下としてもよい。例えば、半導体素子３０の稼動温度域により変更しても差し支えない。

（５）また、上述の実施例において、絶縁接合部２２は、シート状に形成したガラス材を配線基板１０に貼り付けることで形成しているが、他の手法を用いてもよい。例えば、ゾル状の無機物を配線基板１０上に塗布し、これを乾燥させることでゲル状の絶縁接合部２２を形成する手法を用いても良い。

（６）半導体素子３０の仮固定（ステップＳ４０５）で、配線基板１０と半導体素子３０を接着する材料を、有機材料としているが、ゲル状の無機材料による粘着力を用いてもよい。また、リフロー（ステップＳ４１０）で配線基板１０と半導体素子３０を接合する材料を無機材料としたが、有機材料を用いてもよい。

（７）上述の実施例において、配線基板１０と半導体素子３０を接着させた材料は、リフロー（ステップＳ４１０）で消失するが、消失しない材料を用いても差し支えない。例えば、半導体素子３０に電流を流すときに、その電流の流れを阻害しない材料を使うことも可能である。

（８）また、上述の実施例において、配線基板１０と半導体素子３０を接着する材料はリフロー（ステップＳ４１０）時の温度で消失するが、リフロー（ステップＳ４１０）時の温度より低い温度においてこの材料が消失するように絶縁接合部２２の材料を選択してもよい。

１０…配線基板
１１…セラミックス層
１２…制御回路用配線
１３…主電力ストレートビア
１４…上部表面配線
１５…下部表面配線
１６…絶縁接合部
１６ａ…ガラス層
１６ｂ…ガラス層
１６ｃ…ガラス層
１８…放熱層
２０…接合部
２１…配線部
２１ａ…配線パターン
２２…絶縁接合部
２２ａ…ガラス層
２２ｂ…ガラス層
２２ｃ…ガラス層
２２ｄ…窪み
２３…凹部
３０…半導体素子
３１…バンプ
３５…電極配線層
３６…電極配線
３７…絶縁接合部
４０…絶縁層
５０…放熱器
５１…フィン
５２…筐体
１００…半導体モジュール
２００…低発熱部品
Ｓ１００…ステップ
Ｓ２００…ステップ
Ｓ３００…ステップ
Ｓ３０５…ステップ
Ｓ３１０…ステップ
Ｓ３１５…ステップ
Ｓ３２０…ステップ
Ｓ３２５…ステップ
Ｓ４００…ステップ
Ｓ４０５…ステップ
Ｓ４１０…ステップ
Ｓ４１５…ステップ
Ｓ４２０…ステップ
Ｓ４２５…ステップ
Ｓ４３０…ステップ
Ｓ４３５…ステップ

Claims (6)

1. 多層構造を有する半導体モジュールの製造方法において、
   （ａ）配線パターンが形成された配線基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記配線基板上において、
   前記配線パターンと半導体素子とを接続するための導電接合部と、
   前記半導体素子と前記配線基板とを接合するための絶縁接合部と、を配する工程と、
   （ｃ）前記半導体素子を前記導電接合部および前記絶縁接合部上に配し、前記半導体素子を前記配線基板に、雰囲気温度Ｔ１で接着する工程と、
   （ｄ）前記半導体素子が接着された前記配線基板を酸素分圧制御雰囲気、かつ、前記雰囲気温度Ｔ１より高い雰囲気温度Ｔ２下に配して、前記半導体素子を前記配線基板に接合する工程と、
   を備える、半導体モジュールの製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法において、
   前記工程（ｄ）は、前記半導体素子を酸素分圧制御雰囲気の処理室に移動させた後に、前記雰囲気温度Ｔ２で、前記半導体素子を前記配線基板に接合する工程であることを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法において、
   前記雰囲気温度Ｔ１は、前記配線パターンもしくは前記導電接合部が酸化しない温度であることを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の半導体モジュールの製造方法において、
   前記雰囲気温度Ｔ１は、４０℃から１００℃であることを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の半導体モジュールの製造方法において、
   前記雰囲気温度Ｔ２は、３００℃以上であることを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の半導体モジュールの製造方法において、
   前記絶縁接合部は、
   前記工程（ｄ）において前記雰囲気温度Ｔ２で焼結される無機材料と、
   前記工程（ｃ）において前記雰囲気温度Ｔ１で前記半導体素子を前記配線基板に接着させ、前記工程（ｄ）において前記雰囲気温度Ｔ２で前記絶縁接合部から消失する有機材料と、を含むことを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。

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