JP2021082616A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021082616A JP2021082616A JP2018042306A JP2018042306A JP2021082616A JP 2021082616 A JP2021082616 A JP 2021082616A JP 2018042306 A JP2018042306 A JP 2018042306A JP 2018042306 A JP2018042306 A JP 2018042306A JP 2021082616 A JP2021082616 A JP 2021082616A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor chip
- solder material
- conductor portion
- conductor
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 137
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 7
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
- H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
【課題】半導体チップの半田付け時に半田接合部に発生するボイドを低減することができる半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】導体部１０２の接合部に半導体チップ１０５の接合部を半田材１０４により接合する半導体装置の製造方法において、導体部１０２の接合部に半田材１０４を供給し、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、導体部１０２の接合部側から半導体チップ１０５を半田材１０４に接触させ、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、導体部１０２と半導体チップ１０５とが離間する方向に半導体チップ１０５を移動させ、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、半導体チップ１０５を導体部１０２側に移動させる。【選択図】 図５
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
半導体チップと配線部材となる導体部との接合時に半田付けを用いる技術として、例えば、特許文献１には、ダイパッドの接合面上に接合材を供給する工程と、上記ダイパッドの接合面に対して半導体チップの接合面が傾斜するように、上記ダイパッド上に上記半導体チップを配置する配置工程と、上記ダイパッドの接合面に対して、上記半導体チップの接合面の傾斜角が小さくなるように上記半導体チップを移動させ、上記接合材を介して上記ダイパッドと上記半導体チップとを接合する接合工程とを含んでいるダイボンド方法が開示されている。
ところで、電源の制御や電力の供給に係る半導体装置（所謂、パワー半導体装置）では、電気的損失を減らすために半導体チップを効率良く冷却することが求められる。一方で、種々の要因により半導体チップの冷却効率が悪化してしまう場合があり、例えば、冷却効率の構造上の悪化要因としてボイドがあげられる。すなわち、半導体チップと配線部材となる導体部との接合時に半田付けを用いる場合、半田の濡れ性のバラつきによって半田付け中にボイドを巻き込むことがあり、このボイドによって半導体チップの冷却効率が悪化してしまう。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、半導体チップの半田付け時に半田接合部に発生するボイドを低減することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、導体部の接合部に半導体チップの接合部を半田材により接合する半導体装置の製造方法において、前記導体部の接合部に前記半田材を供給する第１工程と、前記導体部と前記半導体チップとの相対角度を一定に保ちつつ、前記導体部の接合部側から前記半導体チップを前記半田材に接触させる第２工程と、前記導体部と前記半導体チップとの相対角度を一定に保ちつつ、前記導体部と前記半導体チップとが離間する方向に前記半導体チップを移動させる第３工程と、前記導体部と前記半導体チップとの相対角度を一定に保ちつつ、前記半導体チップを前記導体部側に移動させる第４工程とを有するものとする。
本発明によれば、半導体チップの半田付け時に半田接合部に発生するボイドを低減することができる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１〜図４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す図である。また、図５は、半導体の製造方法を示すフローチャートである。
図１〜図４において、本実施の形態に係る半導体装置の製造装置は、半導体装置を構成する配線部材となる導体部１０２の接合部に、同様に半導体装置を構成する半導体チップ１０５の接合部を半田材１０４により接合して半導体装置を製造する。導体部１０２は、例えば、半導体チップ１０５を接合するためのリードフレームや基板であり、導体部１０２の接合部（電極）に半導体チップ１０５の接合部（電極）が半田材１０４により接合されて半導体装置が構成される。
半導体装置の製造装置は、半導体装置を構成する導体部１０２が載置されて導体部１０２や導体部１０２に供給された半田などを過熱するためのホットプレート１０１と、ホットプレート１０１に載置された導体部１０２の接合部に半田材を供給する半田材供給機１０３と、半導体チップ１０５を吸着保持して移動させる半導体チップ保持機１０６と、導体部１０２を半田材１０４により接合された半導体チップ１０５とともに冷却するための冷却プレート１０８とから概略構成されている。
半導体装置の製造装置を構成するホットプレート１０１や半田材供給機１０３、半導体チップ保持機１０６、冷却プレート１０８などは、例えば、水素還元雰囲気かつ酸素濃度１００ｐｐｍ以下の環境下に配置されており、半導体装置はこの環境下において製造される。
ホットプレート１０１は、導体部１０２の接合部を上方に向けた状態で移動装置（図示せず）により上部に載せ、半田材１０４の融解温度以上（例えば、加熱温度２５０℃）で加熱するものである。
半田材供給機１０３は、導体部１０２の接合部に半田材１０４を供給するものであり、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に駆動する駆動装置（図示せず）を有している。半田材供給機１０３により供給される半田材１０４は、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の半田材である。半田材供給機１０３により供給される半田材１０４には、融解した状態のものやシート状のものがあり、融解した半田材１０４を供給する場合には転写コレットにより融解した半田材１０４を導体部１０２の結合部に転写し、また、シート状の半田材１０４を供給する場合には吸着保持する機構により半田材１０４を吸着保持して導体部１０２の結合部に移動し載置する。シート状の半田材１０４は、ホットプレート１０１で加熱された導体部１０２の結合部で融解する。
半導体チップ保持機１０６は、半導体チップ１０５を吸着保持してＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に駆動する機構と、半導体チップ１０５を所定の温度（例えば、ホットプレート１０１と同様の加熱温度２５０℃）で加熱する機構とを有している。
冷却プレート１０８は、半導体チップ１０５を半田材１０４により接合した導体部１０２を移動装置（図示せず）により上部に載せ、半田材１０４の融解温度以下で冷却して硬化させるものである。
図５において、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、まず、図１に示すように、ホットプレート１０１上に導体部１０２を結合部を上方に向けて載置して加熱し（ステップＳ１００）、導体部１０２の接合部に半田材供給機１０３により半田材１０４を供給する（ステップＳ１１０：第１工程）。
続いて、図２に示すように、半導体チップ１０５を接合部を下方に向けた状態で半導体チップ保持機１０６により保持し（ステップＳ１２０）、ホットプレート１０１上の導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、導体部１０２の接合部側（すなわち、上側）から半導体チップ１０５を下降させ、導体部１０２の結合部上で融解している半田材１０４に接触させて半導体チップ１０５の下面の結合部に濡れ拡げながら実装する（ステップＳ１３０：第２工程）。このとき、半導体チップ１０５の下面の半田材濡れ拡がり時に半田材１０４内にボイド１０７を巻き込む場合がある。
図６は、半田材内にボイドを巻き込んだ半導体装置の超音波探傷画像の一例を示す平面図であり、図１０は図６の説明図である。また、図８は、図６の半導体装置の図１０のＡ−Ａ線に相当する断面のボイド部分を観察したＳＥＭ画像を示す断面図であり、図１２は図８の説明図である。図６、図８、図１０、図１２に示すように、導体部１０２の接合部と半導体チップ１０５の接合時に半田材１０４内にボイド１０７を巻き込んでしまう場合がある。
続いて、図３に示すように、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、導体部１０２と半導体チップ１０５とが離間する方向（すなわち、上方向）に半導体チップ１０５を移動させる（ステップＳ１４０：第３工程）。このとき、導体部１０２の結合部の半田材１０４から半導体チップ１０５側にその一部を引き離し、半田材１０４が導体部１０２の接合部側と半導体チップ１０５の接合部側とに分離するように、すなわち、導体部１０２側に付着する半田材１０４ａと半導体チップ１０５側に付着する半田材１０４ｂとに分離するように、半導体チップ１０５を移動させる。半田材１０４が、導体部１０２側に付着する半田材１０４ａと半導体チップ１０５側に付着する半田材１０４ｂとに分離することにより、ステップＳ１３０でボイド１０７が発生していた場合には、半田材１０４からボイド１０７が解放される。
続いて、図４に示すように、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、半導体チップ１０５を導体部１０２側に再度移動（再下降）させて、導体部１０２の接合部側の半田材１０４ａと半導体チップ１０５の接合部側の半田材１０４ｂとを接触させて再度一体化させ（ステップＳ１５０：第４工程）、冷却プレート１０８によって冷却して半田材１０４を硬化させる（ステップＳ１６０）。
図７は、本実施の形態の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の超音波探傷画像の一例を示す平面図であり、図１１は図７の説明図である。また、図９は、図７の半導体装置の図１１のＢ−Ｂ線に相当する断面を観察したＳＥＭ画像を示す断面図であり、図１３は図９の説明図である。図７、図９、図１１、図１３に示すように、本実施の形態の製造方法により製造した半導体装置では、導体部１０２の接合部の半田材１０４に半導体チップ１０５を接触させる工程（（ステップＳ１３０：第２工程に相当）において半田材１０４の内部に巻き込まれたボイド１０７が低減されている。また、本例では、図７及び図１１に示すように、ボイド１０７が半導体チップ１０５の中央部を占める面積２５％エリアにおいて発生していない。
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
電源の制御や電力の供給に係る半導体装置（所謂、パワー半導体装置）では、電気的損失を減らすために半導体チップを効率良く冷却することが求められる。一方で、種々の要因により半導体チップの冷却効率が悪化してしまう場合があり、例えば、冷却効率の構造上の悪化要因としてボイドがあげられる。すなわち、半導体チップと配線部材となる導体部との接合時に半田付けを用いる場合、半田の濡れ性のバラつきによって半田付け中にボイドを巻き込むことがあり、このボイドによって半導体チップの冷却効率が悪化してしまう。
これに対して、本実施の形態においては、導体部１０２の接合部に半導体チップ１０５の接合部を半田材１０４により接合する半導体装置の製造方法において、導体部１０２の接合部に半田材１０４を供給する工程（第１工程）と、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、導体部１０２の接合部側から半導体チップ１０５を半田材１０４に接触させる工程（第２工程）と、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、導体部１０２と半導体チップ１０５とが離間する方向に半導体チップ１０５を移動させる工程（第３工程）と、導体部１０２と半導体チップ１０５との相対角度を一定に保ちつつ、半導体チップ１０５を導体部１０２側に移動させる工程（第４工程）とを有して構成したので、半田材１０４内に発生したボイド１０７を開放することができ、半導体チップの半田付け時に半田接合部に発生するボイドを低減することができる。
なお、本実施の形態では、第３工程（ステップＳ１４０）において、半田材１０４が導体部１０２の接合部側と半導体チップ１０５の接合部側とに分離する場合を例示して説明したが、これに限られず、半田材１０４からのボイド１０７の開放が十分に達せられる範囲であれば、導体部１０２側に付着する半田材１０４ａと半導体チップ１０５側に付着する半田材１０４ｂとが一部繋がった状態までの離間としてもよい。
また、本実施の形態では、第３工程（ステップＳ１４０）を１回のみ行う場合を例示して説明したが、これに限られず、第３工程（ステップＳ１４０）を含む工程を必要に応じて繰り返すように構成しても良い。
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や他の技術との組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や他の技術との組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
１０１…ホットプレート、１０２…導体部、１０３…半田材供給機、１０４，１０４ａ，１０４ｂ…半田材、１０５…半導体チップ、１０６…半導体チップ保持機、１０７…ボイド、１０８…冷却プレート
Claims (3)
- 導体部の接合部に半導体チップの接合部を半田材により接合する半導体装置の製造方法において、
前記導体部の接合部に前記半田材を供給する第１工程と、
前記導体部と前記半導体チップとの相対角度を一定に保ちつつ、前記導体部の接合部側から前記半導体チップを前記半田材に接触させる第２工程と、
前記導体部と前記半導体チップとの相対角度を一定に保ちつつ、前記導体部と前記半導体チップとが離間する方向に前記半導体チップを移動させる第３工程と、
前記導体部と前記半導体チップとの相対角度を一定に保ちつつ、前記半導体チップを前記導体部側に移動させる第４工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３工程では、半田材が前記導体部の接合部側と前記半導体チップの接合部側とに分離するように前記半導体チップを移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３工程では、前記導体部の接合部と前記半導体チップの接合部との間の半田材が分離しないように前記半導体チップを移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018042306A JP2021082616A (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 半導体装置の製造方法 |
| PCT/JP2019/003286 WO2019171835A1 (ja) | 2018-03-08 | 2019-01-31 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018042306A JP2021082616A (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021082616A true JP2021082616A (ja) | 2021-05-27 |
Family
ID=67847155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018042306A Pending JP2021082616A (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021082616A (ja) |
| WO (1) | WO2019171835A1 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5352067A (en) * | 1976-10-22 | 1978-05-12 | Hitachi Ltd | Pellet fitting method to metallic substrate |
| JPH0319247A (ja) * | 1989-06-15 | 1991-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置製造時の半田付け方法 |
| JPH04163925A (ja) * | 1990-10-29 | 1992-06-09 | Mitsubishi Materials Corp | 半導体装置の組立方法 |
-
2018
- 2018-03-08 JP JP2018042306A patent/JP2021082616A/ja active Pending
-
2019
- 2019-01-31 WO PCT/JP2019/003286 patent/WO2019171835A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019171835A1 (ja) | 2019-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101183824B1 (ko) | 가열 결합 헤드를 사용하는 직접적인 다이 부착 방법 | |
| TWI445108B (zh) | 接合的方法 | |
| KR101049427B1 (ko) | 납땜 방법 | |
| US8177862B2 (en) | Thermal compressive bond head | |
| TWI579936B (zh) | 製造電子裝置之方法及電子組件安裝裝置 | |
| TW201513245A (zh) | 用於熱壓接合機之接合頭、熱壓接合機以及其操作方法 | |
| TWI682512B (zh) | 熱壓結合器及其操作方法，以及用於細間距覆晶組裝的互連方法 | |
| JP2006261186A (ja) | 接合方法及び接合装置 | |
| JP2012199358A (ja) | チップ加熱ヘッド | |
| CN1317753C (zh) | 封装晶片的夹持装置 | |
| WO2017077982A1 (ja) | ダイボンディング装置およびダイボンディング方法 | |
| JP6405999B2 (ja) | チップボンディング装置およびチップボンディング方法 | |
| JP6611004B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2021082616A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR20060085523A (ko) | 레이저를 이용한 고출력 엘이디의 패키징 장치 | |
| TWI683719B (zh) | 助焊劑轉印裝置 | |
| JPH11345816A (ja) | はんだバンプ形成方法および装置 | |
| JP2021153165A (ja) | 電子部品のシンタリング装置および方法 | |
| JPH11121921A (ja) | 電子部品のはんだ付け方法および装置 | |
| WO2023188066A1 (ja) | 電子部品実装装置及び電子部品実装方法 | |
| JP2009212431A (ja) | リフロー装置及び半導体装置の製造方法 | |
| JP5329150B2 (ja) | ダイボンダ | |
| JP2011044530A (ja) | はんだ接合方法およびはんだ接合装置 | |
| JP2699583B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及びその装置 | |
| JP2006100492A (ja) | 支持板上への電子部品の固着法 |