JP2023160243A - 半導体装置の製造方法及び成型プレス機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ベース板と半導体素子との間の位置ずれを抑制可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】構造体を位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、半導体素子と、接合部材と、接合部材の周囲のベース板とを位置決めプレートから露出することによって、半導体素子及びベース板の位置関係を維持する。ピストンで、媒体及び袋部材を介して、位置決めプレートから露出された半導体素子、接合部材及びベース板を等方的に加圧している間に、ヒーターで、接合部材を加熱する。【選択図】図2
Description
本開示は、半導体装置の製造方法及び成型プレス機に関する。
加圧焼結の接合部材によって電子部品を回路基板に取付ける技術が提案されている。例えば特許文献1では、被接合部材及び接合部材をプラスチックのカバーの中へ導入し、カバー内の空気を排気してカバーに封をした後、チャンバー内で加圧しながら接合部材を焼結温度まで加熱する技術が提案されている。
しかしながら、カバー内の空気の排気工程、及び、チャンバー内での加圧工程などにおいて、被接合部材である絶縁基板と、被接合部材である半導体素子との間に位置ずれが生じやすいため、半導体装置の品質が損なわれるという問題があった。
そこで、本開示は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、絶縁基板などのベース板と半導体素子との間の位置ずれを抑制可能な技術を提供することを目的とする。
本開示に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をすることによって半完成品を形成し、前記半完成品と、前記半完成品を囲む媒体とをチャンバーに収容し、ピストンで、前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧している間に、ヒーターで、前記接合部材を加熱する。
本開示によれば、構造体を位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、半導体素子と、接合部材と、接合部材の周囲のベース板とを位置決めプレートから露出することによって、半導体素子及びベース板の位置関係を維持する。これにより、ベース板と半導体素子との間の位置ずれを抑制することができる。
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の各実施の形態で説明される特徴は例示であり、すべての特徴は必ずしも必須ではない。また、以下に示される説明では、複数の実施の形態において同様の構成要素には同じまたは類似する符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「表」または「裏」などの特定の位置及び方向は、実際の実施時の位置及び方向とは必ず一致しなくてもよい。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図1の半導体装置は、例えば電力用半導体装置である。
図1は、本実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図1の半導体装置は、例えば電力用半導体装置である。
図1の半導体装置は、半導体素子1と、接合部材2,4と、ベース板である絶縁基板3と、放熱板5と、金属ワイヤ6と、ケース7と、接着剤8と、封止部材9と、電極10とを備える。
絶縁基板3は、絶縁層である絶縁部3aと、回路パターン部3bとを含む。絶縁部3aの材料は、例えばアルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)などの無機セラミック材料である。
回路パターン部3bは、絶縁部3aの両面に設けられている。回路パターン部3bの材料は、例えば、銅、アルミニウムまたはそれらの合金などであり、高電気伝導率及び高熱伝導の素材であることが好ましい。
半導体素子1は、接合部材2を介して絶縁基板3上に搭載されている。半導体素子1は、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、RC-IGBT(Reverse Conducting - IGBT)、SBD(Schottky Barrier Diode)、PND(PN junction diode)などの電力用半導体素子である。半導体素子1の材料は、通常のケイ素(Si)であってもよいし、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体であってもよい。半導体素子1の材料がワイドバンドギャップ半導体である場合には、高温下及び高電圧下の安定動作、及び、スイッチ速度の高速化が半導体素子1において可能となる。
半導体装置には、少なくとも1つの半導体素子1が備えられる。例えばIGBTと、それと逆並列されたダイオードとを含む構成を1単位として、1単位からなる1素子の構成、2単位からなる2素子の構成、または、6単位からなる6素子の構成などが、半導体装置の回路構成に適用される。いずれの構成が半導体装置の回路構成に適用されるかは、半導体装置の仕様によって定められる。
接合部材2は、半導体素子1と、絶縁基板3の上側の回路パターン部3bとを接合する。接合部材2は、例えばナノ銀及びナノ銅粒子などの金属粉末から形成された焼結材などの金属接合部材である。
絶縁基板3は、接合部材4を介して放熱板5上に搭載されている。放熱板5の材料は、例えば銅、アルミニウム、または、銅-モリブデン合金(CuMo)などの金属材料を含んでもよく、炭化ケイ素-アルミ複合材(AlSiC)、または、炭化ケイ素-マグネシウム複合材(MgSiC)などの複合材料を含んでもよい。また、放熱板5の材料は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、または、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂のような有機材料を含んでもよい。
接合部材4は、放熱板5と、絶縁基板3の下側の回路パターン部3bとを接合する。接合部材4の材料は、例えば鉛(PB)または錫(Sn)等からなるはんだ、または、はんだ合金である。
ケース7は、半導体素子1、絶縁基板3及び放熱板5の側方を囲む。ケース7の材料は、電気絶縁性を有する材料であればよく、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート-ポリブチレンテレフタレート(PET-PBT)樹脂などである。
接着剤8は、放熱板5の周縁部とケース7の下部とを接着する。接着剤8には、一般的にシリコーン系接着剤が用いられる。接着剤8の材料は、例えばアクリル系樹脂、または、エポキシ樹脂などであってもよい。
電極10はケース7に一体的に設けられており、電極10の一端はケース7に対して半導体素子1側に設けられ、電極10の他端はケース7に対して半導体素子1と逆側に設けられる。電極10の材料は、例えば銅(Cu)またはその合金等を主体とする金属である。電極10の表面には、ニッケル(Ni)などのめっき層が設けることが好ましいが必須ではない。
金属ワイヤ6は、半導体素子1と、上側の回路パターン部3bと、電極10とを選択的に接続する。金属ワイヤ6は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、またはそれらの合金等からなる金属配線である。
封止部材9は、ケース7の空間内に設けられており、以上の集合体を被封止体として封止する。封止部材9の材料は、例えば、シリコーンゲル、または、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂である。なお図示しないが、封止部材9の中に、半導体素子1と配線接続された制御基板が設けられてもよい。
<製造方法>
図2は、本実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には図2は、被加圧品である半完成品を形成する工程を示す断面図である。
図2は、本実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には図2は、被加圧品である半完成品を形成する工程を示す断面図である。
工程(1)に示すように、銀または銅などの金属粉末と有機溶剤とを含む接合部材を、ディスペンス方式または印刷マスク方式によって絶縁基板3の上面に塗布し、当該接合部材を100℃~150℃程度に昇温する。これによって、有機溶剤が揮発及び除去され、金属粉末を含む接合部材2が形成される。なお、微小の有機溶剤が接合部材2に残存してもよい。
それから、絶縁基板3の外形よりもやや大きい窪みを有する第1位置決めプレート11aの窪みに絶縁基板3の下部を嵌める。
次に工程(2)に示すように、絶縁基板3の外形よりもやや大きい窪みと、半導体素子1の外形よりもやや大きい貫通穴とを有する第2位置決めプレート11bを、工程(1)で得られた構成に取り付ける。例えば、半導体素子1を接合部材2上に搭載した後、第2位置決めプレート11bの貫通穴に半導体素子1及び接合部材2を嵌めつつ、第2位置決めプレート11bの窪みに絶縁基板3の上部を嵌めてもよい。また例えば、第2位置決めプレート11bの貫通穴側に接合部材2に配置しつつ、第2位置決めプレート11bの窪みに絶縁基板3の上部を嵌めた後、半導体素子1を貫通穴に嵌めて接合部材2上に搭載してもよい。
以上のような第1位置決めプレート11a及び第2位置決めプレート11bによれば、半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係を維持すること、つまり半導体素子1及び絶縁基板3の相対位置の変化を抑制することができる。以下、第1位置決めプレート11a及び第2位置決めプレート11bを組み立てた構造を、位置決めプレート11と記すこともある。
以上のように工程(2)で、半導体素子1と絶縁基板3との間に接合部材2が設けられた構造体21を、位置決めプレート11によって部分的に囲み、かつ、半導体素子1と、接合部材2と、接合部材2の周囲の絶縁基板3とを位置決めプレート11から露出する。これによって、半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係が維持される。なお、位置決めプレート11の材料は、金属、樹脂、カーボンの少なくともいずれか1つを含んでもよい。このような構成によれば、位置決めプレート11の耐熱性及び機械強度を高めることができるため、位置決めプレート11の使用の繰り返しが可能となり、半導体装置の製造コストを低減することができる。
次に工程(3)に示すように、半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係が維持されている状態で、構造体21及び位置決めプレート11を袋部材13の内部に配置する。本実施の形態1では袋部材13は、1つの樹脂袋である。樹脂袋の材料は、例えば200℃以上の耐熱性と延性とを有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などである。
次に工程(4)に示すように、袋部材13の内部を脱気及び減圧した状態で袋部材13に封をすることによって半完成品22を形成する。本実施の形態1に係る半完成品22は、構造体21及び位置決めプレート11と、構造体21及び位置決めプレート11を密閉する袋部材13とを含む。
図3は、本実施の形態1に係る半導体装置の製造工程に用いられる成型プレス機14の構成を示す断面図である。成型プレス機14は、図2の工程(4)で形成された半完成品22を被加圧品として加圧する。成型プレス機14は、チャンバー14aと、支持台14bと、ピストン14cと、ヒーター14dとを備える。
チャンバー14aは、金型14a1,14a2を含み、半完成品22及び媒体16を収容する空間を有している。媒体16は、例えば250℃~300℃で使用可能なシリコーンオイルまたはフッ素系活性液体などである。
支持台14bは、チャンバー14aの空間内に設けられており、半完成品22は、媒体16に囲まれた状態で支持台14b上に搭載される。半完成品22は袋部材13で密閉されているため、半完成品22が媒体16に囲まれても、袋部材13の内部への媒体16の進入は抑制される。
ピストン14cは、チャンバー14a内の媒体16を密閉した状態で、チャンバー14aに対して上下に可動する。半完成品22では上述したように、半導体素子1、接合部材2及び絶縁基板3が、位置決めプレート11の貫通穴から露出された状態で、袋部材13に覆われている。このため、ピストン14cが媒体16を加圧すると、媒体16は、袋部材13を介して位置決めプレート11から露出された半導体素子1、接合部材2及び絶縁基板3を等方的に加圧する。
つまりピストン14cは、媒体16及び袋部材13を介して、位置決めプレート11から露出された半導体素子1、接合部材2及び絶縁基板3を等方的に加圧する。等方圧の大きさは、例えば20Pa以上50MPa以下である。このように、接合部材2及びその周辺を等方的に加圧することにより、接合部材2中に生じる空隙(つまりボイド)の小径化が可能となる。また、接合部材2への等方圧が半導体素子1の投影面で印加されるので、接合部材2の終端付近と中心付近との間の粗密度の不均一を抑制することができる。このことは、半導体素子1の面積が大きい場合に有効である。
ヒーター14dは、チャンバー14aに設けられている。ヒーター14dは、ピストン14cが等方的に加圧している間に、チャンバー14a内を例えば250℃以上300℃以下の温度で加熱することによって、接合部材2を加熱する。
以上のように構成された成型プレス機14では、半完成品22と、半完成品22を囲む媒体16とがチャンバー14aに収容される。その後、ピストン14cが、媒体16及び袋部材13を介して、位置決めプレート11から露出された絶縁基板3、接合部材2及び半導体素子1を等方的に加圧している間に、ヒーター14dが、接合部材2を加熱する。このような成型プレス機14の動作により、ボイドが小径化され、かつ粗密度が均一化された接合部材2が焼結されるので、半導体素子1と絶縁基板3とを高品質で安価に焼結接合することができる。
接合完了後、半完成品22はチャンバー14aから取り出され、袋部材13の封を解除して、構造体21及び位置決めプレート11が袋部材13から取り出され、位置決めプレート11の組み立てを解除して、構造体21が位置決めプレート11から取り出される。そして、構造体21、つまり半導体素子1、接合部材2及び絶縁基板3に、ワイヤボンド及び封止工程などの各種工程が行われることにより、図1の半導体装置が完成する。
<実施の形態1のまとめ>
一般的に、絶縁基板3に塗布された接合部材から有機溶剤を揮発させて除去すると、接合部材の内部のボイドを抑制することができるが、接合部材の表面の粘着性が低下するため、半導体素子1と絶縁基板3との間に位置ずれが生じやすくなる。これに対して本実施の形態1では、位置決めプレート11によって半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係が維持された状態で、袋部材13の減圧工程(つまり排気工程)、及び、チャンバー14a内での加圧工程が行われる。このため、半導体素子1と絶縁基板3との間の位置ずれを抑制することができるので、半導体素子1の絶縁基板3に対する位置合わせ精度を高めることができる。この結果、半導体装置の品質を高めること、及び、半導体装置のコストを低減することができる。
一般的に、絶縁基板3に塗布された接合部材から有機溶剤を揮発させて除去すると、接合部材の内部のボイドを抑制することができるが、接合部材の表面の粘着性が低下するため、半導体素子1と絶縁基板3との間に位置ずれが生じやすくなる。これに対して本実施の形態1では、位置決めプレート11によって半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係が維持された状態で、袋部材13の減圧工程(つまり排気工程)、及び、チャンバー14a内での加圧工程が行われる。このため、半導体素子1と絶縁基板3との間の位置ずれを抑制することができるので、半導体素子1の絶縁基板3に対する位置合わせ精度を高めることができる。この結果、半導体装置の品質を高めること、及び、半導体装置のコストを低減することができる。
また本実施の形態1では、ピストン14cは、媒体16及び袋部材13を介して、位置決めプレート11から露出された半導体素子1、接合部材2及び絶縁基板3を等方的に加圧する。このような構成によれば、ボイドが小径化され、かつ粗密度が均一化された接合部材2を形成することができる。この結果、半導体装置の放熱性及び電気抵抗を均一化することができるため、半導体装置の接合寿命を長くすることができる。また、半導体素子1の上面に保護用部材を設ける必要がなくなるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
なお図示しないが、半導体素子1だけでなく、半導体素子1と同様に、他の電子部品を接合部材2に搭載し、位置決めプレート11によって、他の電子部品及び絶縁基板3の位置決めを行ってもよい。このような構成によれば、他の電子部品についても半導体素子1と同様の効果を得ることができる。このことは、他の実施の形態においても同様である。
<変形例>
実施の形態1では、媒体16は、シリコーンオイルまたはフッ素系活性液体などであると説明したが、これに限ったものではない。例えば、媒体16は、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスであってもよい。このような構成によれば、チャンバー14aに液体の媒体16の排出機構を設ける必要がなくなるため、成型プレス機14のコストを低減することができる。また、袋部材13の内部への液体の媒体16の進入を防止することができるので、半導体装置の品質を高めることができる。
実施の形態1では、媒体16は、シリコーンオイルまたはフッ素系活性液体などであると説明したが、これに限ったものではない。例えば、媒体16は、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスであってもよい。このような構成によれば、チャンバー14aに液体の媒体16の排出機構を設ける必要がなくなるため、成型プレス機14のコストを低減することができる。また、袋部材13の内部への液体の媒体16の進入を防止することができるので、半導体装置の品質を高めることができる。
<実施の形態2>
図4は、本実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図4は、本実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
本実施の形態2では、実施の形態1で説明した図2の工程(1)~工程(4)と同様の工程を行う。これにより図4に示されるように、構造体21及び位置決めプレート11が樹脂袋13aで密閉される。それから図4に示されるように、構造体21、位置決めプレート11及び樹脂袋13aを、別の樹脂袋13bの内部に配置し、樹脂袋13aを樹脂袋13bで密閉する。
つまり本実施の形態2では、袋部材13は、入れ子状の2つの樹脂袋13a,13bである。2つの樹脂袋13a,13bのそれぞれの素材は、例えば200℃以上の耐熱性と延性とを有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などである。なお、袋部材13は、入れ子状の3つ以上の樹脂袋であってもよい。
<実施の形態2のまとめ>
以上のような本実施の形態2によれば、袋部材13は入れ子状の複数の樹脂袋である。このような構成によれば、半完成品22が図3の媒体16に囲まれた場合に、袋部材13の内部への媒体16の進入をさらに抑制することができるので、半導体装置の品質を高めることができる。
以上のような本実施の形態2によれば、袋部材13は入れ子状の複数の樹脂袋である。このような構成によれば、半完成品22が図3の媒体16に囲まれた場合に、袋部材13の内部への媒体16の進入をさらに抑制することができるので、半導体装置の品質を高めることができる。
<実施の形態3>
図5は、本実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には図5の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(3)及び工程(4)に対応する。
図5は、本実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には図5の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(3)及び工程(4)に対応する。
図5に示すように本実施の形態3では、袋部材13は、貼り合わされた2以上の金属箔13cを含む。つまり、袋部材13は、最初から袋状でなくてもよい。金属箔13cには、熱伝導性と導電性とが良好な材料が用いられる。金属箔13cの貼り合わせには、例えば耐熱性のシリコーン接着剤、エポキシ接着剤、及び、ポリイミド接着剤などの接着部材13dが用いられてもよいし、例えば溶接、高温ろう付け、または、超音波接合などが用いられてもよい。
<実施の形態3のまとめ>
以上のような本実施の形態3によれば、袋部材13は、貼り合わされた2以上の金属箔13cを含む。このような構成によれば、図3の成型プレス機14の工程及びその前後において、半完成品22を安定して加熱及び冷却することができるので、熱処理が行われる接合部材2の品質を高めることができる。また、袋部材13に樹脂袋を用いた場合に生じる可能性がある半導体素子1のゲート酸化膜などの静電気破壊が抑制されるので、半導体装置のコストを低減することができる。
以上のような本実施の形態3によれば、袋部材13は、貼り合わされた2以上の金属箔13cを含む。このような構成によれば、図3の成型プレス機14の工程及びその前後において、半完成品22を安定して加熱及び冷却することができるので、熱処理が行われる接合部材2の品質を高めることができる。また、袋部材13に樹脂袋を用いた場合に生じる可能性がある半導体素子1のゲート酸化膜などの静電気破壊が抑制されるので、半導体装置のコストを低減することができる。
<実施の形態4>
図6は、本実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には、図6の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(1)及び工程(2)に対応する。
図6は、本実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には、図6の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(1)及び工程(2)に対応する。
図6に示すように、位置決めプレート11は、複数の構造体21のそれぞれの半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係をまとめて維持するように構成されている。つまり、第1位置決めプレート11aに複数の窪みが設けられ、第2位置決めプレート11bに複数の窪み及び複数の貫通穴が設けられている。本実施の形態4に係る製造方法は、位置決めプレート11に複数の構造体21が組み入れられることを除けば、実施の形態1に係る製造方法と同様である。
<実施の形態4のまとめ>
以上のような本実施の形態4によれば、位置決めプレート11は、複数の構造体21のそれぞれの半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係をまとめて維持する。このような構成によれば、複数の構造体21に対して、実施の形態1で説明した製造方法を適用することができるので、生産性を高めることができる。
以上のような本実施の形態4によれば、位置決めプレート11は、複数の構造体21のそれぞれの半導体素子1及び絶縁基板3の位置関係をまとめて維持する。このような構成によれば、複数の構造体21に対して、実施の形態1で説明した製造方法を適用することができるので、生産性を高めることができる。
<実施の形態5>
図7は、本実施の形態5に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図7の半導体装置は、半導体素子1と、接合部材2a,2bと、絶縁基板3と、放熱板5と、金属ワイヤ6と、封止部材9と、電極10a,10bとを備える。
図7は、本実施の形態5に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図7の半導体装置は、半導体素子1と、接合部材2a,2bと、絶縁基板3と、放熱板5と、金属ワイヤ6と、封止部材9と、電極10a,10bとを備える。
絶縁基板3は、絶縁部3aと、絶縁部3aの上面に設けられた金属膜3cとを含む。絶縁部3aの材料は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、またはポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂のような有機材料であってもよいし、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)などの無機セラミック材料であってもよい。金属膜3cの材料は、例えば、銅、アルミニウムまたはそれらの合金などである。
放熱板5は、絶縁基板3上に搭載されている。放熱板5の材料は、実施の形態1に係る放熱板5の材料と同様である。
半導体素子1は、接合部材2aを介して放熱板5上に搭載されている。半導体素子1の材料は、実施の形態1に係る半導体素子1の材料と同様である。
接合部材2aは、半導体素子1と、放熱板5とを接合する。接合部材2aの材料は、実施の形態1に係る接合部材2の材料と同様である。
電極10aは、接合部材2bを介して半導体素子1上に搭載されている。電極10bは、金属ワイヤ6を介して半導体素子1と接続されている。電極10a及び電極10bの材料は、実施の形態1に係る電極10の材料と同様である。接合部材2bの材料は、実施の形態1に係る接合部材2の材料と同様である。金属ワイヤ6の材料は、実施の形態1に係る金属ワイヤ6の材料と同様である。
封止部材9は、以上の集合体を被封止体として封止する。封止部材9の材料は、例えばエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂である。なお図示しないが、封止部材9の中に、半導体素子1と配線接続された制御基板が設けられてもよい。
<製造方法>
図8は、本実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す上面図及び断面図であり、図9は、本実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には、図8の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(1)及び工程(2)に対応し、図9の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(4)に対応する。
図8は、本実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す上面図及び断面図であり、図9は、本実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には、図8の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(1)及び工程(2)に対応し、図9の工程は、実施の形態1で説明した図2の工程(4)に対応する。
工程(1)にて、実施の形態1の工程(1)と同様に、銀または銅などの金属粉末と有機溶剤とを含む接合部材を、ディスペンス方式または印刷マスク方式によって放熱板5の上面に塗布し、有機溶剤を揮発及び除去して、金属粉末を含む接合部材2aを形成する。それから、接合部材2a上に半導体素子1を搭載する。そして、銀または銅などの金属粉末と有機溶剤とを含む接合部材を、ディスペンス方式または印刷マスク方式によって半導体素子1の上面に塗布し、有機溶剤を揮発及び除去することによって、金属粉末を含む接合部材2bを形成する。
次に工程(2)にて図8に示すように、放熱板5の外形よりやや大きい窪みがある第1位置決めプレート11aの窪みに、放熱板5を嵌める。それから、半導体素子1の外形よりやや大きい貫通穴を有する第2位置決めプレート11bを配置する。そして、電極10a,10bとなる金属板10cを、第1位置決めプレート11a及び接合部材2b上に搭載する。金属板10cに設けられた穴は、第1位置決めプレート11aに設けられたピン11a1に嵌合される。
なお、第2位置決めプレート11bは、図8の上面図に示すように複数に分割可能であってもよい。このような構成によれば、金属板10cの下への第2位置決めプレート11bの着脱が容易になる。
以上のような第1位置決めプレート11a及び第2位置決めプレート11bによれば、半導体素子1、放熱板5及び金属板10cの位置関係を維持することができる。以下、第1位置決めプレート11a及び第2位置決めプレート11bを組み立てた構造を、位置決めプレート11と記すこともある。
以上の工程(2)では、半導体素子1と放熱板5との間に接合部材2aが設けられた構造体21を、位置決めプレート11によって部分的に囲み、かつ、半導体素子1と、接合部材2aと、接合部材2aの周囲の放熱板5とを位置決めプレート11から露出する。これによって、半導体素子1及び放熱板5の位置関係が維持される。なお、位置決めプレート11の材料は、実施の形態1に係る位置決めプレート11の材料と同様である。
それから工程(3)にて、実施の形態1に係る工程(3)と同様、半導体素子1及び放熱板5の位置関係が維持されている状態で、構造体21及び位置決めプレート11を袋部材13の内部に配置する。
次に工程(4)にて図9のように、実施の形態1に係る工程(4)と同様、袋部材13の内部を脱気かつ減圧した状態で袋部材13に封をすることによって半完成品22を形成する。
その後、実施の形態1と同様、図3の成型プレス機14を用いて、ピストン14cが、媒体16及び袋部材13を介して、位置決めプレート11から露出された放熱板5、接合部材2a及び半導体素子1を等方的に加圧している間に、ヒーター14dが、接合部材2aを加熱する。これにより、ボイドが小径化され、かつ粗密度が均一化された接合部材2aが焼結されるので、半導体素子1と放熱板5とを高品質で安価に焼結接合することができる。
なお本実施の形態5では、接合部材2aだけでなく、接合部材2bについても接合部材2aと同様に位置決め、加圧及び加熱が行われる。これにより、ボイドが小径化され、かつ粗密度が均一化された接合部材2bが焼結されるので、半導体素子1と金属板10cとを高品質で安価に焼結接合することができる。
接合完了後、半完成品22はチャンバー14aから取り出され、袋部材13の封を解除して、構造体21及び位置決めプレート11が袋部材13から取り出され、位置決めプレート11の組み立てを解除して、構造体21が位置決めプレート11から取り出される。そして、構造体21、つまり半導体素子1、接合部材2及び放熱板5に、ワイヤボンド及び封止工程を行う。
図10は、本実施の形態5に係る半導体装置の製造工程の一つである封止工程を示す断面図である。図10に示すように、モールド金型23内の空間に、半導体素子1が接合された放熱板5と、絶縁基板3とが載置された後、硬化前の耐熱性絶縁樹脂9aを、ピストン24によって当該空間に流し込む。そして、耐熱性絶縁樹脂9aが半導体素子1などを封止した状態で硬化されることによって封止部材9が形成される。それから、金属板10cから電極10a,10bを形成する切断工程などの各種工程が行われることにより、図7の半導体装置が完成する。
<実施の形態5のまとめ>
以上のような本実施の形態5によれば、位置決めプレート11によって半導体素子1及び放熱板5の位置関係が維持された状態で、袋部材13の減圧工程(つまり排気工程)、及び、チャンバー14a内での加圧工程が行われる。このため、半導体素子1と放熱板5との間の位置ずれを抑制することができるので、半導体素子1の放熱板5に対する位置合わせ精度を高めることができる。この結果、半導体装置の品質を高めること、及び、半導体装置のコストを低減することができる。
以上のような本実施の形態5によれば、位置決めプレート11によって半導体素子1及び放熱板5の位置関係が維持された状態で、袋部材13の減圧工程(つまり排気工程)、及び、チャンバー14a内での加圧工程が行われる。このため、半導体素子1と放熱板5との間の位置ずれを抑制することができるので、半導体素子1の放熱板5に対する位置合わせ精度を高めることができる。この結果、半導体装置の品質を高めること、及び、半導体装置のコストを低減することができる。
また本実施の形態5によれば、ピストン14cは、媒体16及び袋部材13を介して、位置決めプレート11から露出された半導体素子1、接合部材2及び放熱板5を等方的に加圧する。このような構成によれば、ボイドが小径化され、かつ粗密度が均一化された接合部材2を形成することができる。この結果、半導体装置の放熱性及び電気抵抗を均一化することができるため、半導体装置の接合寿命を長くすることができる。また、半導体素子1の上面の保護用部材を設ける必要がなくなるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
また本実施の形態5によれば、接合部材2aだけでなく、接合部材2bについても接合部材2aと同様に位置決め、加圧及び加熱が行われる。このような構成によれば、接合部材2aの処理と並行して、接合部材2bの処理を行うことができるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
なお、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、
前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、
前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をすることによって半完成品を形成し、
前記半完成品と、前記半完成品を囲む媒体とをチャンバーに収容し、
ピストンで、前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧している間に、ヒーターで、前記接合部材を加熱する、半導体装置の製造方法。
半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、
前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、
前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をすることによって半完成品を形成し、
前記半完成品と、前記半完成品を囲む媒体とをチャンバーに収容し、
ピストンで、前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧している間に、ヒーターで、前記接合部材を加熱する、半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記袋部材は、1つの樹脂袋、または、入れ子状の複数の樹脂袋である、付記1に記載の半導体装置の製造方法。
前記袋部材は、1つの樹脂袋、または、入れ子状の複数の樹脂袋である、付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記袋部材は、貼り合わされた2以上の金属箔を含む、付記1に半導体装置の製造方法。
前記袋部材は、貼り合わされた2以上の金属箔を含む、付記1に半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記位置決めプレートは、複数の前記構造体のそれぞれの前記半導体素子及び前記ベース板の前記位置関係をまとめて維持する、付記1から付記3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
前記位置決めプレートは、複数の前記構造体のそれぞれの前記半導体素子及び前記ベース板の前記位置関係をまとめて維持する、付記1から付記3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記ベース板は、絶縁基板、放熱板、及び、金属板の少なくともいずれか1つである、付記1から付記4のうちのいずれか1項に半導体装置の製造方法。
前記ベース板は、絶縁基板、放熱板、及び、金属板の少なくともいずれか1つである、付記1から付記4のうちのいずれか1項に半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記位置決めプレートの材料は、金属、樹脂、カーボンの少なくともいずれか1つを含む、付記1から付記5のうちのいずれか1項に半導体装置の製造方法。
前記位置決めプレートの材料は、金属、樹脂、カーボンの少なくともいずれか1つを含む、付記1から付記5のうちのいずれか1項に半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記媒体は、シリコーンオイルまたは不活性ガスである、付記1から付記6のうちのいずれか1項に半導体装置の製造方法。
前記媒体は、シリコーンオイルまたは不活性ガスである、付記1から付記6のうちのいずれか1項に半導体装置の製造方法。
(付記8)
被加圧品を加圧する成型プレス機であって、
前記被加圧品は、
半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、
前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、
前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をする
ことによって形成され、
前記被加圧品と、前記被加圧品を囲む媒体とを収容するチャンバーと、
前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧するピストンと、
前記ピストンが等方的に加圧している間に前記接合部材を加熱するヒーターと
を備える、成型プレス機。
被加圧品を加圧する成型プレス機であって、
前記被加圧品は、
半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、
前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、
前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をする
ことによって形成され、
前記被加圧品と、前記被加圧品を囲む媒体とを収容するチャンバーと、
前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧するピストンと、
前記ピストンが等方的に加圧している間に前記接合部材を加熱するヒーターと
を備える、成型プレス機。
1 半導体素子、2,2a,2b 接合部材、3 絶縁基板、5 放熱板、10c 金属板、12 位置決めプレート、13 袋部材、13a,13b 樹脂袋、14 成型プレス機、14a チャンバー、14c ピストン、14d ヒーター、16 媒体、21 構造体、22 半完成品。
Claims (8)
- 半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、
前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、
前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をすることによって半完成品を形成し、
前記半完成品と、前記半完成品を囲む媒体とをチャンバーに収容し、
ピストンで、前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧している間に、ヒーターで、前記接合部材を加熱する、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であって、
前記袋部材は、1つの樹脂袋、または、入れ子状の複数の樹脂袋である、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であって、
前記袋部材は、貼り合わされた2以上の金属箔を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記位置決めプレートは、複数の前記構造体のそれぞれの前記半導体素子及び前記ベース板の前記位置関係をまとめて維持する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ベース板は、絶縁基板、放熱板、及び、金属板の少なくともいずれか1つである、半導体装置の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記位置決めプレートの材料は、金属、樹脂、カーボンの少なくともいずれか1つを含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記媒体は、シリコーンオイルまたは不活性ガスである、半導体装置の製造方法。 - 被加圧品を加圧する成型プレス機であって、
前記被加圧品は、
半導体素子とベース板との間に金属粉末を含む接合部材が設けられた構造体を、位置決めプレートによって部分的に囲み、かつ、前記半導体素子と、前記接合部材と、前記接合部材の周囲の前記ベース板とを前記位置決めプレートから露出することによって、前記半導体素子及び前記ベース板の位置関係を維持し、
前記位置関係が維持されている状態で、前記構造体及び前記位置決めプレートを袋部材の内部に配置し、
前記袋部材の前記内部を減圧した状態で前記袋部材に封をする
ことによって形成され、
前記被加圧品と、前記被加圧品を囲む媒体とを収容するチャンバーと、
前記媒体及び前記袋部材を介して、前記位置決めプレートから露出された前記半導体素子、前記接合部材及び前記ベース板を等方的に加圧するピストンと、
前記ピストンが等方的に加圧している間に前記接合部材を加熱するヒーターと
を備える、成型プレス機。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022070453A JP2023160243A (ja) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | 半導体装置の製造方法及び成型プレス機 |
US18/167,717 US20230343611A1 (en) | 2022-04-22 | 2023-02-10 | Semiconductor device manufacturing method and molding press machine |
DE102023104669.1A DE102023104669A1 (de) | 2022-04-22 | 2023-02-27 | Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und Formpressmaschine |
CN202310406242.XA CN116936483A (zh) | 2022-04-22 | 2023-04-17 | 半导体装置的制造方法及成型压力机 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022070453A JP2023160243A (ja) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | 半導体装置の製造方法及び成型プレス機 |
Publications (1)
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JP2022070453A Pending JP2023160243A (ja) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | 半導体装置の製造方法及び成型プレス機 |
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2022
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2023
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- 2023-04-17 CN CN202310406242.XA patent/CN116936483A/zh active Pending
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