JP2014160716A - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱素子に対する放熱性が高い半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供する。
【解決手段】主表面から主表面と反対側の裏面まで伸びるスルーホール１２が形成された回路基材１１を準備する工程を備える。準備する工程において、スルーホール１２内には熱伝導性部材１３が設けられており、主表面において発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０は熱伝導性部材１３の表面を含み、接合領域２０上にははんだ層２１が形成されている。さらに、発熱素子３０を接合領域２０上に載置する工程と、発熱素子３０を回路基材１１の主表面上にはんだ接合する工程とを備える。はんだ接合する工程は、熱伝導性部材１３を介してはんだ層２１を加熱する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関し、特に、熱伝導性の高い部材の上に発熱素子を搭載した半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関する。

発熱素子が回路基材上に構成されている半導体装置において、発熱素子を通電したときの温度上昇に対し、回路基材上の自然対流によって発熱素子の温度低減を図る方法がある。これでも不十分な場合には、回路基材の裏面側に放熱部材を接続して放熱する方法がある。

例えば、特開２０１０−１０９０３６号公報（以下、特許文献１）には、回路基材と、回路基材に形成したスルーホール内に設けられた熱伝導性部材と、回路基材の両面において熱伝導性部材と接続された配線パターンとを有し、発熱素子が熱伝導性部材の上部に位置する配線パターン上にはんだ接合されているプリント基板が開示されている。

このとき、はんだ接合は、リフローはんだ法等により複数の接合箇所を同時にはんだ接合する方法の方が、個別にはんだ接合する方法と比較して、製造コストの観点から有利である。この場合、接合箇所の周囲に位置する部材も同時に加熱される。

さらに、特許文献１には、発熱素子が熱伝導性部材上に直接はんだ接合されているプリント基板が開示されている。

特開２０１０−１０９０３６号公報

しかしながら、熱伝導性部材は熱伝導率が高くかつ熱容量が大きい。そのため、発熱素子をリフローはんだ法等によって熱伝導性部材の上部に位置する配線パターン上に、もしくは熱伝導性部材上に直接はんだ接合する場合には、熱伝導性部材よりも熱伝導性部材の周囲に設けられた周辺部材（配線パターン等）の方が早く温度上昇する。そのため、熱伝導性部材の上部に塗布されたはんだが周辺部材側に流れて、はんだ接合後の発熱素子と配線パターンもしくは熱伝導性部材との接合領域において、空隙部が形成される場合があった。

発熱素子と配線パターンもしくは熱伝導性部材との接合領域は発熱素子から熱伝導性部材に至るまでの熱経路となるため、上記接合領域に空隙部が形成された場合には発熱素子に対する熱伝導性部材による放熱性が低下する。そのため、半導体装置を使用した際において、空隙部を有する接合領域上に設けられた発熱素子は、正常な接合領域上に設けられた発熱素子よりも温度が上昇してしまう。この結果、発熱素子が破損してしまう場合があった。

また、リフローはんだ法等によるはんだ接合時において、熱伝導性部材の上部に供給されたはんだを溶融させるために加熱温度を高めると、耐熱性の低い部材（たとえば、非発熱素子）が破損する問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、発熱素子に対する放熱性が高い半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することにある。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、主表面から主表面と反対側の裏面まで伸びるスルーホールが形成された回路基材を準備する工程を備え、準備する工程において、スルーホール内には熱伝導性部材が設けられており、主表面において発熱素子が接合されるべき接合領域は熱伝導性部材の表面を含み、接合領域上にははんだ層が形成されている。さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、発熱素子を接合領域上に載置する工程と、発熱素子を回路基材の主表面上にはんだ接合する工程とを備える。はんだ接合する工程は、熱伝導性部材を介してはんだ層を加熱する工程を含む。

本発明によれば、発熱素子に対する放熱性の高い半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することができる。

実施の形態１に係る半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造装置の概略図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ２０）における半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３１）における半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３２）における半導体装置の概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３０）の変形例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３０）の他の変形例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る半導体装置の製造装置の概略図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３１）における半導体装置の概略断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の工程（Ｓ３２）における半導体装置の概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１を参照して実施の形態１に係る半導体装置１０の構成を説明する。本実施の形態に係る半導体装置１０は、厚さ方向（図１中での縦方向）に互いに対向する主表面および裏面を有する回路基材１１を備える。回路基材１１は、図１を参照して、平板状であって、電気的絶縁性を示す。回路基材１１の材料としては、電気的絶縁性を有する任意の材料とすることができるが、例えば、ガラスエポキシ樹脂としてもよい。

回路基材１１には、その主表面上に発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０（以下、単に接合領域ともいう）が設けられている。接合領域２０は、発熱素子３０との電気的接続および熱的接続に用いられる回路パターン１５と、発熱素子３０との熱的接続に用いられる熱伝導性部材１３の表面とで構成される。接合領域２０において、熱伝導性部材１３は回路パターン１５に囲まれるように配置されている。

回路基材１１には、接合領域２０に設けられた回路パターン１５の他に、主表面上および裏面上において回路パターン１６が形成されている。

熱伝導性部材１３は、主表面から裏面まで延びるように回路基材１１を貫通するスルーホール１２内に設けられている。熱伝導性部材１３は、回路基材１１の主表面側において接合領域２０を構成している。具体的には、回路基材１１の主表面側における熱伝導性部材１３の表面は接合領域２０に含まれて、はんだ層２１を介して発熱素子３０と接合されている。一方、回路基材１１の裏面側における熱伝導性部材１３の表面は、伝熱材（図示しない）を介して放熱部材（図示しない）と接合されている。つまり、熱伝導性部材１３は、発熱素子３０から放熱部材に至る経路を形成している。

熱伝導性部材１３の材料としては、数１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を示す任意の材料を用いることができる。好ましくは、熱伝導性部材１３は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する銅やアルミニウムからなる。熱伝導性部材１３の形状は、回路基材１１の厚さ方向に延びる軸を有する円柱状であって、スルーホール１２内に圧入されることにより、スルーホール１２と嵌合可能である。これにより、はんだ付け工程時に、回路基材１１の主表面側における熱伝導性部材１３の表面上に、はんだを均一に拡散させることができる。さらにこの場合、スルーホール１２はドリルによって容易に形成でき、熱伝導性部材１３はプレスによって容易に作製することができる。

スルーホール１２は、回路基材１１の主表面および裏面と平行方向において、丸孔状として形成されている。スルーホール１２の孔径は発熱素子３０の外形よりも小さく、かつスルーホール１２を発熱素子３０が接合されるべき領域の内部に設けることにより、既存の回路基材において回路パターン１５、１５ｂ等の変更を必要とせずにスルーホール１２を形成することができる。

発熱素子３０は、例えばＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子を含み、回路駆動時の導通損失やスイッチング損失などにより発熱する。この場合、発熱素子３０の内部（図示しない）は、例えばパワー半導体素子が発熱素子３０の銅ベースにはんだ付けされている。このとき、パワー半導体素子の電極とリード３１とはワイヤボンディングによって接続され、リード３１ははんだ層２３を介して回路パターン１６に接続されている。

半導体装置１０において回路基材１１の主表面側には、発熱素子３０の他に非発熱素子４０等の電子部品が設けられている。非発熱素子４０は、例えば半導体素子がリード４１に導電性接着材またははんだ材料を介して保持されてなる。このとき、半導体素子の電極とリード４１とはワイヤボンディングにより接続され、リード４１ははんだ層２３を介して回路パターン１６に接続されている。

はんだ層２１、２２は、はんだとフラックスを含んだ任意のはんだ材料から構成されており、好ましくは、スクリーン印刷可能な材料からなる。本実施の形態において、はんだ層２１、２２を構成する材料はスズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などを含み、はんだ層２１、２２の融点は２１７℃である。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の製造装置１００について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造装置１００は、上述した半導体装置１０を製造するための装置である。具体的には、スルーホール１２が形成され、かつスルーホール１２内に熱伝導性部材１３が設けられている回路基材１１と、回路基材１１の主表面上に搭載される発熱素子３０等の電子部品とをリフローはんだ法によって一括してはんだ接合をすることで、半導体装置１０を製造する半導体装置の製造装置である。なお、図２において、図面を見やすくするために、加熱体３を点線で図示している。

半導体装置の製造装置１００は、回路基材１１を保持する保持部材１を備える。回路基材１１は、スルーホール１２内に熱伝導性部材１３が設けられ、該熱伝導性部材１３の表面を含む接合領域２０上にはんだ層２１が形成された状態で保持部材１により保持されている。保持部材１は、少なくとも一方向に回路基材１１を搬送可能に構成されており、図２に示す例では、保持部材１は無端ベルトから構成されたコンベアである。

半導体装置の製造装置１００は、さらに、回路基材１１が保持部材１に保持された状態で、熱伝導性部材１３をはんだ層２１の融点以上の温度に加熱可能な第１の加熱部材２と、回路基材１１の主表面の全面をはんだ層２１、２２の融点以上の温度に加熱可能な加熱体３とを備える。

第１の加熱部材２は、保持部材１により回路基材１１が所定の場所に保持されたときに、回路基材１１の裏面側から熱伝導性部材１３に接触可能に構成されている。具体的には、第１の加熱部材２は保持部材１に保持された状態の回路基材１１に対して、回路基材１１の厚み方向に移動可能に設けられている。第１の加熱部材２は、鉄や鋼等からなる金属製ブロックに電熱ヒータを埋設したホットプレートであって、はんだ層２１の融点以上の温度にまで加熱可能に構成されている。第１の加熱部材２は、熱伝導性部材１３と回路基材１１の裏面側から接触可能な突起状部２ａと、突起状部２ａが接続されるベース部２ｂとからなる。

加熱体３は、第１の加熱部材２が熱伝導性部材１３を加熱している状態で、回路基材１１の主表面の全面をはんだ層２１、２３の融点以上の温度に加熱可能に構成されている。加熱体３は赤外線ヒータであって、保持部材１に保持された状態の回路基材１１に対して、その主表面側に設けられている。

次に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、回路基材１１を準備する（Ｓ１０）。回路基材１１には、例えば、主表面および裏面に銅箔等が圧着されて任意のパターンに加工されることにより、回路パターン１５が形成される。さらに、回路基材１１には、その主表面から裏面まで延びるスルーホール１２が形成される。スルーホール１２は、発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０において、スルーホール１２の開口部が回路パターン１５の内側に位置するように、たとえば、ドリルを用いて穴開け加工をすることによって形成される。

スルーホール１２内には熱伝導性部材１３が圧入される。このとき、熱伝導性部材１３は予め任意の方法によって準備されていればよい。

さらに、図４を参照して、回路基材１１の主表面において、発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０にはんだ層２１を、リード３１とリード４１とがそれぞれ接合されるべき接合領域２２にはんだ層２３を、スクリーン印刷により形成する。はんだ層２１、２３は互いに同じ材料によって構成されている。

次に、先の工程（Ｓ１０）において準備された回路基材１１のはんだ層２１、２３上に、発熱素子３０およびこれと接続されたリード３１と、非発熱素子４０と接続されたリード４１とを、それぞれ載置する（Ｓ２０）。

次に、先の工程（Ｓ２０）においてはんだ層２１上に載置した発熱素子３０、およびリード３１、４１を、それぞれはんだ層２３を介して回路基材１１の主表面上にはんだ接合する（Ｓ３０）。本工程（Ｓ３０）では、上述した本実施の形態に係る半導体装置の製造装置１００（図２参照）を用いてリフローはんだ法を行うことにより、複数の接合領域におけるはんだ接合を一括して行う。

具体的には、本工程（Ｓ３０）では、まず、熱伝導性部材１３を局所的に加熱して、熱伝導性部材１３を介して熱伝導性部材１３の表面上に形成されたはんだ層２１ａを加熱し、溶融させる（Ｓ３１）。図２および図５を参照して、このときの半導体装置の製造装置１００の動作としては、まず、先の工程（Ｓ２０）で得られた回路基材１１を保持部材１で保持した状態とする。次に、回路基材１１の裏面側から、例えばはんだ層２１の融点以上（２５０℃）に加熱した第１の加熱部材２を熱伝導性部材１３に３０秒間接触させる。具体的には、突起状部２ａを熱伝導性部材１３の裏面に接触させる。一方、工程（Ｓ３1）では、加熱体３による回路基材１１に対する加熱は行わない。

このようにすることで、回路基材１１の主表面内において、接合領域２０の内側に設けられている熱伝導性部材１３は、その周囲に設けられている回路パターン１５や回路基材１１よりも効率的に加熱され、これらよりも先にはんだ層２１の融点に達する。言い換えると、図５を参照して、接合領域２０において熱伝導性部材１３の表面上に形成されたはんだ層２１ａが溶融して溶融はんだ２４ａとなる時点では、熱伝導性部材１３の周囲に設けられた回路パターン１５上に形成されたはんだ層２１ｂは未だ溶融していない。このとき、溶融はんだ２４ｂの表面張力は接合領域２０の外側から内側に向く方向に働くため、溶融はんだ２４ａおよびはんだ層２１ｂは接合領域２０の内側に引き寄せられる。そのため、熱伝導性部材１３の表面上において溶融された溶融はんだ２４ａが回路パターン１５上に流出することを抑制することができる。

さらに、熱伝導性部材１３の周囲に設けられている回路パターン１５は熱容量が小さく、かつ熱伝導性部材１３と熱的に接続されているため、第１の加熱部材２による熱伝導性部材１３に対する加熱を続けると、回路パターン１５の温度もはんだ層２１の融点に達する。このとき、回路基材１１の熱伝導率は熱伝導性部材１３より充分に低いため、熱伝導性部材１３および回路パターン１５の周囲に位置する回路基材１１の主表面の温度は、はんだ層２１の融点に達していない。つまり、回路基材１１の主表面内において、発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０の外側に位置する回路基材１１は、接合領域２０の内側に設けられた熱伝導性部材１３および回路パターン１５よりも低温であり、かつはんだ層２１の融点未満である。

なお、接合領域２０を構成する回路パターン１５上に形成されたはんだ層２１ｂのうち、本工程（Ｓ３１）において熱伝導性部材１３の表面上に引き寄せられるはんだ量をあらかじめ見積もっておくのが好ましい。この場合、当該見積もりの結果に基づいて、先の工程（Ｓ１０）において接合領域２０内の熱伝導性部材１３および回路パターン１５上にそれぞれ形成するはんだ層２１ａ、２１ｂのはんだ量を設定することができる。このようにすれば、本工程において接合領域２０における回路パターン１５上のはんだ量が不足することを抑制することができる。

次に、回路基材１１の主表面の全面をはんだ層２１、２３の融点以上の温度に加熱する（Ｓ３２）。具体的には、接合領域２０に形成されたはんだ層２１を溶融させた状態で、接合領域２２に形成されたはんだ層２３を溶融させる。図６を参照して、このときの半導体装置の製造装置１００の動作としては、第１の加熱部材２を先の工程（Ｓ３１）における状態に維持しておくとともに、加熱体３による加熱を開始する。具体的には、先の工程（Ｓ３１）から引き続き熱伝導性部材１３を第１の加熱部材２によりはんだ層２１の融点以上の温度に加熱している状態で、加熱体３によって回路基材１１の主表面の全面をはんだ層２３の融点以上の温度に加熱する。このようにすることで、熱伝導性部材１３の表面上に設けられる発熱素子３０の接合領域において、溶融はんだ２４を熱伝導性部材１３の表面上から回路パターン１５上に流出させることなく、リード３１、４１等、発熱素子３０以外の電子部品を回路基材１１の主表面上に接合するためのはんだ層２３を溶融させることができる。

次に、回路基材１１の主表面の全面を冷却する（Ｓ３３）。このときの半導体装置の製造装置１００の動作としては、第１の加熱部材２を熱伝導性部材１３から離間させ、かつ加熱体３による回路基材１１の主表面の全面に対する加熱を停止する。このようにすることで、本工程（Ｓ３０）において、回路基材１１の主表面上に設けられる各電子部品（発熱素子３０、非発熱素子４０等）を一括してはんだ接合することができる。

以上のように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、接合領域に含まれる部材のうち、接合領域の内側に設けられた熱容量の大きい熱伝導性部材１３を加熱して、その表面上に形成されたはんだ層２１を溶融させる。これにより、熱伝導性部材１３の表面上に生じた溶融はんだ２４の表面張力は、溶融はんだ２４を熱伝導性部材１３の表面上に引き寄せるように働くことになる。その後、当該表面張力が働いている状態で、熱伝導性部材１３の周囲に設けられた熱容量の小さい回路パターン１５の表面上に形成されたはんだ層２１が溶融されるため、接合領域の内側に溶融はんだ２４が密に集められる。この結果、溶融はんだ２４を冷却して発熱素子３０が熱伝導性部材１３の表面上にはんだ接合されたときに、接合領域２０は空隙部が形成されずにはんだ層２１で充填されるため、発熱素子に対する放熱性の高い半導体装置１０を製造することができる。

さらに、本実施の形態に係る半導体装置は複数の発熱素子を備え、回路基材１１には複数の熱伝導性部材１３が設けられているが、第１の加熱部材２は全ての熱伝導性部材１３と同時に接触して加熱することができる。そのため、発熱素子３０を回路基材１１上に一括してはんだ接合することができる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造装置では、第１の加熱部材２が、保持部材１に保持された状態の回路基材１１に対して回路基材１１の厚み方向に移動可能に設けられているがこれに限られるものではない。保持部材１が、回路基材１１を保持している状態で、第１の加熱部材２に対して回路基材１１の厚み方向に移動可能に設けられていてもよい。このようにしても、第１の加熱部材２と熱伝導性部材１３とを接触させ、熱伝導性部材１３を加熱することができる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造装置は、回路基材１１の主表面側から回路基材１１を抑え込む機構（図示しない）をさらに備えていてもよい。このようにすれば、第１の加熱部材２と熱伝導性部材１３とをより確実に接触させ、かつ当該接触状態を保持することができる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造装置において、第１の加熱部材２は、鉄や鋼等からなる金属製ブロックに電熱ヒータを埋設したホットプレートで構成されているが、これに限られるものではない。第１の加熱部材２は、はんだ層２１を熱伝導性部材１３を介して加熱し、溶融させることができる限りにおいて、任意の発熱体とすることができる。たとえば、第１の加熱部材２は、コイルと、コイル内に挿入されて誘導加熱される導体や磁性体とで構成されていてもよい。

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造装置において、加熱体３は赤外線ヒータで構成されているが、これに限られるものではない。回路基材１１の主表面の全面を一括して加熱可能な限りにおいて、任意の加熱機構としてもよく、たとえば、熱風ヒータであってもよい。また、加熱体３は保持部材１に保持されている回路基材１１に対して主表面側に設けられているが、これに限られるものではない。たとえば、回路基材１１に対して裏面側に設けられていてもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造法では、工程（Ｓ１０）において接合領域２０および接合領域２２にそれぞれ形成されるはんだ層２１およびはんだ層２３は、同一のはんだ材料で構成されているが、これに限られるものではない。はんだ層２１とはんだ層２３とは異なるはんだ材料により構成されていてもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、工程（Ｓ３１）において接合領域に形成されたはんだ層２１ａ、２１ｂをいずれも溶融させた後に、工程（Ｓ３２）を行っているが、これに限れられるものではない。たとえば、工程（Ｓ３１）において、はんだ層２１ａを溶融させた後、はんだ層２１ｂを完全に溶融させる前に、工程（Ｓ３２）として加熱体３による加熱を開始してもよい。この場合には、はんだ層２１ｂは加熱体３によって溶融させられるが、このようにしても、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法と同様の効果を奏することができる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、工程（Ｓ３２）から加熱体３を用いた加熱を開始しているが、これに限られるものではない。工程（Ｓ３１）において、接合領域２２に形成されているはんだ層２３が溶融しない限りにおいて、加熱体３を任意の温度に昇温させて回路基材１１の主表面の全面を加熱してもよい。この場合、はんだ層２１、２３は予め加熱体３によって任意の温度に加熱された後、溶融されるため、急激な温度上昇によるはんだボールの飛散等の発生を低減することができる。

また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、工程（Ｓ３１）および工程（Ｓ３２）において、それぞれはんだ層２１とはんだ層２３を融点以上に加熱しているが、この際の第１の加熱部材２および加熱体３の温度プロファイルを以下のようにしてもよい。

図７を参照して、工程（Ｓ３１）および工程（Ｓ３２）において、はんだ層２１、２３をその融点以上に加熱する際に、はんだ層２１、２３に含まれる揮発成分を蒸発させて除去するための予備加熱工程（Ｓ３４）を行ってもよい。たとえば、工程（Ｓ３１）において、はんだ層２１を溶融させる前に、第１の加熱部材２を加熱温度１００℃で６０秒保持してもよい。このようにすることで、接合領域２０におけるはんだボールの飛散を低減することができる。この場合、工程（Ｓ３２）において、はんだ層２３を溶融させる前に、加熱体３を加熱温度１００℃で６０秒保持してもよい。これにより、接合領域２２におけるはんだボールの飛散を低減することができる。また、工程（Ｓ３１）において、はんだ層２１を溶融させる前に、加熱体３を加熱温度１００℃で６０秒保持してもよい。このようにすることで、接合領域２０および接合領域２２におけるはんだボールの飛散を低減することができる。

さらに、図８を参照して、工程（Ｓ３１）および工程（Ｓ３２）において、予備加熱工程（Ｓ３４）の後に、はんだ層２１、２３に含まれるフラックスを活性化させるための熱処理工程（Ｓ３５）を行ってもよい。たとえば、工程（Ｓ３１）において、はんだ層２１を溶融させる前に、第１の加熱部材２を加熱温度１８０℃で６０秒保持してもよい。このようにすることで、接合領域２０におけるはんだ接合状態を向上することができる。この場合、さらに工程（Ｓ３２）において、はんだ層２３を溶融させる前に、加熱体３を加熱温度１８０℃で６０秒保持してもよい。これにより、接合領域２２におけるはんだ接合状態を向上することができる。また、工程（Ｓ３１）において、はんだ層２１を溶融させる前に、加熱体３を加熱温度１８０℃で６０秒保持してもよい。このようにすることで、接合領域２０および接合領域２２におけるはんだ接合状態を向上することができる。

（実施の形態２）
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置は、基本的には、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置と同様の構成を有するが、回路基材１１の裏面側に形成された回路パターン１６を介して回路基材１１を加熱する第２の加熱部材４を用いる点で異なる。

図９を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の製造装置２００は、第２の加熱部材４をさらに備えている。第２の加熱部材４は、第１の加熱部材２が保持部材１によって保持されている回路基材１１の裏面側から熱伝導性部材１３に接触した状態で、回路基材１１の裏面側に形成された回路パターン１６と接触可能に構成されている。第２の加熱部材４は、任意の発熱体とすることができ、たとえば、コイルと、コイル内に挿入されて誘導加熱される導体や磁性体とで構成されていてもよい。また、第２の加熱部材４は、鉄や鋼等からなる金属製ブロックに電熱ヒータを埋設したホットプレートとして構成されていてもよい。第２の加熱部材４は平板状に形成されており、第１の加熱部材２が回路基材１１の厚み方向に移動可能とする貫通孔が形成されている。また、第２の加熱部材４自体も、回路基材１１の厚み方向に移動可能に設けられている。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、第２の加熱部材４の温度プロファイルは、回路パターン１５が熱伝導性部材１３よりも速くはんだ層２１の融点以上の温度に達しない限りにおいて、任意に設定することができる。たとえば、工程（Ｓ３１）において、第１の加熱部材２による熱伝導性部材１３の加熱を開始すると同時に、第２の加熱部材４による回路基材１１の裏面上に形成された回路パターン１６の加熱を開始してもよい。このようにすれば、工程（Ｓ３２）において回路基材１１の主表面の全面を加熱体３によって加熱する前に、第２の加熱部材４によって接合領域２２を加熱することができるため、はんだ層２３が急激に温度上昇することを防止することができる。この結果、接合領域２２においてはんだボールの飛散等が発生することを低減することができる。また、接合領域２２に対する予備加熱工程（Ｓ３４）および接合領域２２に対する熱処理工程（Ｓ３５）を加熱体３ではなく第２の加熱部材４によって実施することができる。このようにすれば、接合領域２０と接合領域２２とを独立して加熱することができるため、接合領域２０および接合領域２２のそれぞれに対してより適した温度プロファイルを設定することができる。また、第１の加熱部材２、加熱体３、および第２の加熱部材４を組み合わせることにより、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置よりも細かい温度分布を回路基材１１上に形成することができる。

ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

本発明に従った半導体装置の製造方法は、主表面から主表面と反対側の裏面まで伸びるスルーホール１２が形成された回路基材１１を準備する工程（Ｓ１０）を備える。準備する工程（Ｓ１０）において、スルーホール１２内には熱伝導性部材１３が設けられており、主表面において発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０は熱伝導性部材１３の表面を含み、接合領域２０上にははんだ層２１が形成されている。さらに、発熱素子３０を接合領域２０上に載置する工程（Ｓ２０）と、発熱素子３０を回路基材１１の主表面上にはんだ接合する工程（Ｓ３０）とを備える。はんだ接合する工程（Ｓ３０）は、熱伝導性部材１３を介してはんだ層２１を加熱する工程（Ｓ３１）を含む。

このように、本発明に係る半導体装置の製造方法において、はんだ接合する工程（Ｓ３０）では、接合領域２０に形成されたはんだ層２１を、回路基材１１の主表面の全面を加熱可能な加熱体３ではなく熱伝導性部材１３を介して加熱する。このため、接合領域２０を構成する他の部材（回路パターン１５）よりも相対的に熱容量が大きい熱伝導性部材１３の表面上に形成されたはんだ層２１ａを、当該他の部材（回路パターン１５）上に形成されたはんだ層２１ｂと同時に、もしくはこれにより先に溶融させて溶融はんだ２４とすることができる。この結果、接合領域２０において熱伝導性部材１３の表面上に空隙部が生じることを抑制することができ、発熱素子に対する放熱性が高い半導体装置を製造することができる。

上記加熱する工程（Ｓ３１）では、熱伝導性部材１３を局所的にはんだ層２１の融点以上の温度に加熱してもよい。これにより接合領域２０を構成する他の部材（回路パターン１５）よりも相対的に熱容量が大きい熱伝導性部材１３の表面上に形成されたはんだ層２１ａを、当該他の部材（回路パターン１５）上に形成されたはんだ層２１ｂより先に溶融させて溶融はんだ２４とすることができる。この結果、接合領域２０において熱伝導性部材１３の表面上に空隙部が生じることを抑制することができる。

上記はんだ接合する工程（Ｓ３０）は、加熱する工程（Ｓ３１）の後、回路基材１１の主表面の全面を加熱可能な加熱体３によって回路基材１１の主表面の全体を加熱する工程（Ｓ３２）をさらに含んでもよい。このようにすれば、発熱素子３０以外の電子部品が熱伝導性部材１３の表面上ではなく、回路基材１１の主表面上の接合領域２２に形成されている場合において、接合領域２０に形成されたはんだ層２１を第１の加熱部材２により溶融させた状態で接合領域２２に形成されたはんだ層２３を加熱体３によって溶融することができる。このため、接合領域２０において空隙部の発生を抑制することができると同時に、接合領域２０と接合領域２２とを一括してはんだ接合することができる。

上記加熱する工程（Ｓ３１）では、回路基材１１をはんだ層２１、２３の融点未満の温度に加熱してもよい。たとえば、加熱体３または第２の加熱部材４によって、回路基材１１をはんだ層２１、２３の融点未満の温度に加熱してもよい。このようにすれば、はんだ層２１、２３は、予め加熱体３または第２の加熱部材４によって任意の温度に加熱された後、はんだ層２１、２３の融点まで加熱される。このため、接合領域２０および／または接合領域２２において、急激な温度上昇によるはんだボールの飛散等の発生を低減することができる。

上記はんだ接合する工程（Ｓ３０）は、はんだ層２１、２３の温度をはんだ層２１、２３の融点以上の温度に昇温させる前に、はんだ層２１、２３に含まれる揮発成分を除去するための予備加熱工程（Ｓ３４）をさらに含んでもよい。たとえば、はんだ層２１は第１の加熱部材２によって、はんだ層２３は第２の加熱部材４によって予備加熱されてもよい。このようにすれば、接合領域２０、２２において、はんだ層２１、２３の温度をはんだ層２１、２３の融点以上の温度に昇温させたときに、はんだボールの飛散が生じることを低減することができる。

上記はんだ接合する工程（Ｓ３０）は、予備加熱工程（Ｓ３４）の後であって、はんだ層２１、２３の温度をはんだ層２１、２３の融点以上の温度に昇温する前に、はんだ層２１、２３に含まれるフラックスを活性化させる熱処理工程（Ｓ３５）をさらに含んでもよい。たとえば、はんだ層２１に含まれるフラックスは第１の加熱部材２によって、はんだ層２３に含まれるフラックスは第２の加熱部材４によって予備加熱されてもよい。このようにすれば、接合領域２０、２２におけるはんだ接合状態を向上することができる。

本発明に従った半導体装置の製造装置１００、２００は、主表面から主表面と反対側の裏面まで伸びるスルーホール１２が形成された回路基材１１を保持する保持部材１を備える。回路基材１１が保持部材１により保持された状態で、スルーホール１２内には熱伝導性部材１３が設けられており、主表面において発熱素子３０が接合されるべき接合領域２０は熱伝導性部材１３の表面を含み、接合領域２０上にははんだ層２１が形成されている。上記保持された状態で、熱伝導性部材１３をはんだ層２１の融点以上の温度に加熱可能な第１の加熱部材２と、上記保持された状態で、回路基材１１の主表面の全面をはんだ層２１、２２の融点以上の温度に加熱可能な加熱体３とを備える。

このように、本発明に従った半導体装置の製造装置１００、２００は、従来のリフローはんだ付け装置に備えられている回路基材１１の主表面の全面をはんだ層２１、２２の融点以上の温度に加熱可能な加熱体３の他に、熱容量の大きい熱伝導性部材１３をはんだ層２１の融点以上に加熱可能な第１の加熱部材２を備えている。このため、本発明に従った半導体装置の製造装置１００、２００を、上述した本発明に従った半導体装置の製造方法に用いることができ、この結果、発熱素子に対する放熱性が高い半導体装置を製造することができる。

上記回路基材１１が保持部材１により保持された状態で、回路基材１１を加熱する第２の加熱部材４をさらに備えてもよい。このようにすれば、接合領域２０と接合領域２２とを独立して加熱することができるため、接合領域２０および接合領域２２のそれぞれに対してより適した温度プロファイルを設定することができる。

上記第１の加熱部材２は、熱伝導性部材１３と回路基材１１の裏面側から接触可能な突起状部２ａと、突起状部２ａが接続されるベース部２ｂとを含んでもよい。このようにすれば、回路基材１１に複数の熱伝導性部材１３が設けられている場合において、それぞれの熱伝導性部材１３を一括して制御することができ、本発明に従った半導体装置の製造方法をより容易に実施することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

１ 保持部材、２ 第１の加熱部材、２ａ 突起状部、２ｂ ベース部、３ 加熱体、４ 第２の加熱部材、１０ 半導体装置、１１ 回路基材、１２ スルーホール、１３ 熱伝導性部材、１５，１６ 回路パターン、２０，２２ 接合領域、２１，２１ａ，２１ｂ，２３ はんだ層、３０ 発熱素子、３１，４１ リード、４０ 非発熱素子、１００，２００ 製造装置。

Claims (9)

1. 主表面から前記主表面と反対側の裏面まで延びるスルーホールが形成された回路基材を準備する工程を備え、
   前記準備する工程において、前記スルーホール内には熱伝導性部材が設けられており、前記主表面において発熱素子が接合されるべき接合領域は前記熱伝導性部材の表面を含み、前記接合領域上にははんだ層が形成されており、さらに、
   前記発熱素子を前記接合領域上に載置する工程と、
   前記発熱素子を前記回路基材の前記主表面上にはんだ接合する工程とを備え、
   前記はんだ接合する工程は、前記熱伝導性部材を介して前記はんだ層を加熱する工程を含む、半導体装置の製造方法。
2. 前記加熱する工程では、第１の加熱部材によって、前記回路基材において前記熱伝導性部材を局所的に前記はんだ層の融点以上の温度に加熱する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記はんだ接合する工程は、前記加熱する工程の後、前記回路基材の前記主表面の全面を加熱可能な加熱体によって前記回路基材の前記主表面の全体を加熱する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記加熱する工程では、前記回路基材を前記はんだ層の融点未満の温度に加熱する、請求項請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記はんだ接合する工程は、前記はんだ層の温度を前記はんだ層の融点以上の温度に昇温させる前に、前記はんだ層に含まれる揮発成分を除去するための予備加熱工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記はんだ接合する工程は、前記予備加熱工程の後であって、前記はんだ層の温度を前記はんだ層の融点以上の温度に昇温する前に、前記はんだ層に含まれるフラックスを活性化させる熱処理工程をさらに含む、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 主表面から前記主表面と反対側の裏面まで伸びるスルーホールが形成された回路基材を保持する保持部材を備え、
   前記回路基材が前記保持部材により保持された状態で、前記スルーホール内には熱伝導性部材が設けられており、前記主表面において発熱素子が接合されるべき接合領域は前記熱伝導性部材の表面を含み、前記接合領域上にははんだ層が形成されており、
   さらに、前記保持された状態で、前記熱伝導性部材を前記はんだ層の融点以上の温度に加熱可能な第１の加熱部材と、
   前記保持された状態で、前記回路基材の前記主表面の全面を前記はんだ層の融点以上の温度に加熱可能な加熱体とを備える、半導体装置の製造装置。
8. 前記保持された状態で、前記回路基材を加熱する第２の加熱部材をさらに備える、請求項７に記載の半導体装置の製造装置。
9. 前記第１の加熱部材は、前記熱伝導性部材と前記回路基材の前記裏面側から接触可能な突起状部と、前記突起状部が接続されるベース部とを含む、請求項７または８に記載の半導体装置の製造装置。

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