JP2538394B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２つのリードのフランジ部の間に半導体素
子が挟まれて半田付けされた構造を有する半導体装置の
製造方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 同軸上に対向配置された２本のリードの先端部に形成
された釘頭状のヘッダ部（以下、フランジ部と称する）
の間に半導体チップが挟まれた構造のダイオードがあ
る。この種のダイオードは小信号用から電力用まで広く
使用されている。ところで、電力用ダイオードの場合に
は、その放熱性を少しでも向上する必要がある。放熱性
を向上させる有効な手段としてリード線径を太くする方
法があるが、曲げ加工等の点で太くするにも限界があ
る。従って、フランジ部を肉厚に形成してこれを放熱板
として有効に機能させることができれば望ましい。しか
しながら、フランジ部は棒状のリード部の先端を軸方向
に押し潰して形成するため、これを肉厚に形成すること
は困難である。

そこで、本発明は放熱性の良い半導体装置を容易に製
造することが可能な方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、実施例を示す図
面の符号を参照して説明すると、リード部７、８と該リ
ード部７、８の先端部に形成されたフランジ部９、10と
をそれぞれ有する第１及び第２のリード１、２を有し、
前記第１のリード１のフランジ部９と前記第２のリード
２のフランジ部10との間に第１の半田層11と第１の金属
部材３と第２の半田層12と半導体素子５と第３の半田層
13と第２の金属部材４と第４の半田層14とが順に配置さ
れた半導体装置を製造する方法において、一方の主面に
第１の凹部18を有し且つ該第１の凹部18の底面に第１の
リード挿入孔20と第１のガス導入孔21が形成されている
第１の治具15と、一方の主面に第２の凹部19を有し且つ
該第２の凹部19の底面に第２のリード挿入孔22と第２の
ガス導入孔23が形成されている第２の治具16とを用意す
る工程と、前記第１及び第２のリード１、２のリード部
７、８を前記第１及び第２のリード挿入孔20、22にそれ
ぞれ挿入し、前記第１及び第２の治具15、16の前記第１
及び第２の凹部18、19の組み合せによって形成された空
間領域24の中に前記第１のリード１のフランジ部９と、
第１の半田層11と、第１の金属部材３と、第２の半田層
12と、半導体素子５と、第３の半田層13と、第２の金属
部材４と、第４の半田層14と、前記第２のリード２のフ
ランジ部10とをこの順番に積層配置する工程と、前記第
１及び第２のガス導入孔21、23と前記第１及び第２の治
具15、16の対向面間のガス導入路25とを介して前記空間
領域24に非酸化性ガスを導入し、且つ前記第１、第２、
第３及び第４の半田層11、12、13、14を加熱して前記第
１のリード１のフランジ部９と前記第１の金属部材３と
前記半導体素子５と前記第２の金属部材４と前記第２の
リード２のフランジ部10とを前記第１、第２、第３及び
第４の半田層11、12、13、14によってそれぞれ固着する
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
に係わるものである。

［作 用］ 本発明によれば、フランジ部９、10と半導体素子５と
の間にリード１、２とは別体の金属部材３、４を介した
半導体装置を提供できる。従って、金属部材３、４の肉
厚及び径を自由に設定でき、これを放熱体として有効に
機能させることができる。結果として、放熱性の向上し
た半導体装置を提供できる。また、本発明では加熱する
ときに半田層11、12、13、14の収容される領域に第１及
び第２のガス導入孔21、23と第１及び第２の治具15、16
間のガス導入路25の複数箇所から非酸化性ガスを供給す
るので、各半田層11、12、13、14の周辺に良好に非酸化
性ガス雰囲気にできる。従って、半田の酸化が良好に防
止されて半田付けの接続強度が十分に高くなり、且つ半
導体装置の電気的特性も良好になる。

［実施例］ 次に、第１図〜第５図を参照して本発明の１実施例に
係わる電力用ダイオードの製造方法を説明する。

本実施例によって製造する同軸リード型電力用ダイオ
ードは、第２図及び第５図に示すように第１及び第２の
リード１、２と、第１及び第２の金属部材３、４と、半
導体素子としてのダイオードチップ５と、樹脂封止体６
とから成る。

第１及び第２のリード１、２は、直線状に延びている
棒状リード部７、８と、この棒状リード部７、８の先端
部を釘頭状（鍔状）に押し潰すことによって形成された
フランジ部９、10とをそれぞれ有している。ヘッダとし
てのフランジ部９、10は比較的肉薄であるので、プレス
加工で容易且つ安価に形成することができる。

第１及び第２の金属部材３、４は、略台形の金属ブロ
ックであり、放熱性の良い銅（Cu）ブロックの表面に半
田付性の良いNi（ニッケル）メッキ層を設けたものであ
る。第１の金属部材３の一方及び他方の表面には第１及
び第２の半田層11、122が設けられ、第２の金属部材４
の一方及び他方の表面には第３及び第４の半田層13、14
が設けられている。

ダイオードチップ５はpn接合を含む半導体基板と、こ
の基板の一対の主面に設けられた一対のニッケル電極層
とから成る。なお、ニッケル電極層が半田層12、13を介
して金属部材３、４に固着される。

第２図に示す組立部品に基づいて第５図の電力用ダイ
オードを製作する時には、第１図、第３図及び第４図に
示す第１及び第２の治具15、16及び板17を用意する。第
１及び第２の治具15、16は互いに対向する主面に第１及
び第２の凹部18、19を有する。第１図及び第３図にはダ
イオード１個分に対応する凹部18、19のみが示されてい
るが、実際には第１及び第２の治具15、16に多数の凹部
18、19が縦横に蜂の巣状に設けられている。第１の治具
15の第１の凹部18と第２の治具16の第２の凹部19はほぼ
等しい深さで形成されている。

第１の凹部18の底面には特に第４図から明らかなよう
に第１のリード挿入孔20とこれを離間して包囲する複数
（４個）の第１のガス導入孔21が形成されている。第２
の凹部19の底面にも同様に第２のリード挿入孔22とこれ
を離間して包囲する複数の第２のガス導入孔23が形成さ
れている。なお、第１及び第２のリード挿入孔20、22は
第１及び第２の凹部18、19の底面の中央に配置されてい
る。また、第１及び第２の凹部18、19の底面は逆円錐又
は逆円錐台状に形成されている。また、第１及び第２の
ガス導入孔21、23はフランジ部９、10が配置される領域
よりも外側に位置している。

次に、第１の治具15と第２の治具16をその一方の主面
を上向きにして配置した後、第１のリード１のリード部
７及びフランジ部９がそれぞれ第１のリード挿入孔20及
び第１の凹部18に収容されるように第１のリード１を治
具15に配置し、また、第２のリード２のリード部８及び
フランジ部10がそれぞれ第２のリード挿入孔22及び第２
の凹部19に収容されるように第２のリード２を第２の治
具16に配置する。フランジ部９及び10の周縁はそれぞれ
第１及び第２の凹部18、19の底面に形成されたテーパー
部に当接する。従って、フランジ部９、10の径にバラツ
キがあってもフランジ部９、10は凹部18、19の底面に安
定的に接触する。

続いて、第３図に示すように第１の治具15の第１の凹
部18に第１の金属部材３とダイオードチップ５をフラン
ジ部９の上に順次重ねて配置する。また、第２の治具16
の第２の凹部19には第２の金属部材４をフランジ部10の
上に重ねて配置する。なお、上記の第１の凹部18の深さ
はフランジ部９と半田層11と金属部材３と半田層12とダ
イオードチップ５の合計の厚さにほぼ等しい。また、第
２の凹部19の深さは、フランジ部10と半田層14と金属部
材４と半田層13との合計の厚さにほぼ等しい。また、第
１の凹部18の径は第１の金属部材３及びダイオードチッ
プ５の径にほぼ等しく、第２の凹部19の径は第２の金属
部材４の径にほぼ等しい。

次に、第３図に示すように、第２の治具16の一方の主
面に板17を載置して第２の金属部材４の落下を防止して
第２の治具16をその一方の主面が下向きになるように反
転させ、第１の治具15と第２の治具16とが板17を介して
その一方の主面が互いに対向し且つ第１及び第２の凹部
18、19が互いに対向するように配置する。続いて、第１
の治具15と第２の治具16の界面から板17を抜き取って第
１の治具15と第２の治具16とを0.3mm程度離間して配置
する。これにより、第１及び第２の凹部18、19で形成さ
れた空間領域24に第１の金属部材３とダイオードチップ
５と第２の金属部材４とがこの順番で一方のフランジ部
９の上に配置される。また、第１及び第２の治具15、16
間にスペーサ（図示せず）に基づいて生じた間隙がガス
導入路25となる。なお、第１のガス導入孔21は第１の半
田層11に近接し、第２のガス導入孔23は第４の半田層14
に近接し、ガス導入路25は第２及び第３の半田層12、13
に近接している。

次に、おもりを載せるなどの手段によって第２のリー
ド２をフランジ部９の側に軽く押圧する。これによっ
て、第１の金属部材３とダイオードチップ５と第２の金
属部材４が第１及び第２のリード１、２のフランジ部
９、10の間で挟持される。また、第１のリード１のフラ
ンジ部９の周囲は凹部18の底面に押し付けられる。この
とき、凹部18の底面において第１のガス導入孔21は平面
的に見てフランジ部９よりも外側に位置し、第１の半田
層11に近接している。また、第１のガス導入孔21は第１
の金属部材３よりも下側に位置する。なお、第１図及び
第３図では説明の便宜上リード部７、８とリード挿入孔
20、22の周面との間に隙間が生じているが、実際には組
立中に第１及び第２のリード１、２の横方向の移動を制
限するために上記隙間は無視できる程度に極めて小さ
い。

次に、加熱炉の中を窒素ガスに水素ガスを混入させた
還元性ガス雰囲気に維持してから、第１及び第２の治具
15、16を伴なってダイオード組立体を加熱炉の中に投入
する。第１及び第２の凹部18、19から成る空間領域24の
全体が第１及び第２のガス導入孔21、23と第１及び第２
の治具15、16の界面のガス導入路25を通して導入された
還元性ガスによって置換される。その後、所定の温度管
理に基づいて加熱を行うことによって半田層11、12、1
3、14は一度溶融した状態を経てから固化される。半田
層11、12、13、14の加熱中は空間領域24の上方、下方及
び中央から連続して還元性ガスが供給され続けられるか
ら、加熱中における半田層11、12、13、14及びその接着
面となる部分の酸化が防止される。従って、半田フラッ
クスを用いないでも良好な半田付けが行え、一対のフラ
ンジ部９、10の間に第１及び第２の金属部材３、４とダ
イオードチップ５が機械的に強固に且つ電気的にも良好
に半田付けできる。また、フラックスを使用しないでよ
いから、従来問題とされていたフラックスの残渣に起因
する特性低下も生じない。

以上のようにして得られたダイオード組立体に周知の
トランスファモールドによって樹脂封止体６を第５図に
示すように形成することによって、電力用ダイオードを
完成させる。

この電力用ダイオードの金属部材３、４は放熱体とし
て有効に機能する。従って、リード１、２のフランジ部
９、10を大きく形成することなしに放熱性の向上した電
力用ダイオードを提供できる。また、本実施例では第１
及び第２の凹18、19で形成された空間領域24にその上方
側、下方側及び中央側から還元性ガスが供給されるの
で、空間領域に収容された全ての半田層11、12、13、14
の周辺に還元性ガス雰囲気にできる。即ち、第１の半田
層11の領域に対するガスは主として第１のガス導入孔21
から供給され、第２及び第３の半田層12、13の領域に対
するガスは主としてガス導入路25から供給され、第４の
半田層14の領域に対応するガスは主として第２のガス導
入孔23から供給される。このため、半田層11、12、13、
14の酸化が確実に防止されている。結果として、半田付
け強度が十分に大きく、電気的特性も良好な電力用ダイ
オードを提供できる。また、予めフランジ部９、10に金
属部材３、４を半田付けしたリードを使用して組立てる
場合よりも、ダイオードチップ５と金属部材３、４の半
田付けを一度でできるから生産性の点で有利である。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば次の変形が可能である。

（１） 半田層11、14はフランジ部９、10に予め形成し
て供給しても良い。また、半田層12、13をダイオードチ
ップ５側に設けて供給してもよい。また、半田層11、1
2、13、14を独立の半田箔として供給してもよい。

（２） 非酸化性ガスは通常還元性ガスを使用するが、
リードや半田の材質等によっては不活性ガスであっても
良い。

（３） ガス導入孔21、23の形成位置は適宜変更できる
が、第１のガス導入孔21は半田層11の周辺に非酸化性ガ
スを直接供給できるように、平面的にフランジ部９より
も外側で且つ第１の金属部材３の下側に配置するのが望
ましい。同様に、第２のガス導入孔23は平面的にフラン
ジ部10よりも外側で且つ第２の金属部材４よりも上側に
配置するのが望ましい。

（４） 第１の治具15と第２の治具16の界面に形成され
る離間部から成るガス導入路25はスペーサによって設け
ることなしに、第１及び／又は第２の治具15、16に形成
された溝部（ガス導入溝）に基づいて形成しても良い。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば放熱性が向上し半田の
機械的及び電気的接続が良好な半導体装置を容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わる電力用ダイオードの部
品が収容された第１及び第２の治具を示す断面図、 第２図はダイオード組立用部品を示す正面図、 第３図は組み合せる前の第１及び第２の治具を示す断面
図、 第４図は第１図のIV−IV線における断面図、 第５図は完成した電力用ダイオードを示す断面図であ
る。 １……第１のリード、２……第２のリード、３……第１
の金属部材、４……第２の金属部材、５……ダイオード
チップ、7,8……リード部、9,10……フランジ部、11…
…第１の半田層、12……第２の半田層、13……第３の半
田層、14……第４の半田層、15……第１の治具、16……
第２の治具、18……第１の凹部、19……第２の凹部、20
……第１のリード挿入孔、21……第１のガス導入孔、22
……第２のリード挿入孔、23……第２のガス導入孔。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リード部（７）（８）と該リード部（７）
   （８）の先端部に形成されたフランジ部（９）（10）と
   をそれぞれ有する第１及び第２のリード（１）（２）を
   有し、前記第１のリード（１）のフランジ部（９）と前
   記第２のリード（２）のフランジ部（10）との間に第１
   の半田層（11）と第１の金属部材（３）と第２の半田層
   （12）と半導体素子（５）と第３の半田層（13）と第２
   の金属部材（４）と第４の半田層（14）とが順に配置さ
   れた半導体装置を製造する方法において、 一方の主面に第１の凹部（18）を有し且つ該第１の凹部
   （18）の底面に第１のリード挿入孔（20）と第１のガス
   導入孔（21）が形成されている第１の治具（15）と、一
   方の主面に第２の凹部（19）を有し且つ該第２の凹部
   （19）の底面に第２のリード挿入孔（22）と第２のガス
   導入孔（23）が形成されている第２の治具（16）とを用
   意する工程と、 前記第１及び第２のリード（１）（２）のリード部
   （７）（８）を前記第１及び第２のリード挿入孔（20）
   （22）にそれぞれ挿入し、前記第１及び第２の治具（1
   5）（16）の前記第１及び第２の凹部（18）（19）の組
   み合せによって形成された空間領域（24）の中に前記第
   １のリード（１）のフランジ部（９）と、前記第１の半
   田層（11）と、前記第１の金属部材（３）と、前記第２
   の半田層（12）と、前記半導体素子（５）と、前記第３
   の半田層（13）と、前記第２の金属部材（４）と、前記
   第４の半田層（14）と、前記第２のリード（２）のフラ
   ンジ部（10）とをこの順番に積層配置する工程と、 前記第１及び第２のガス導入孔（21）（23）と前記第１
   及び第２の治具（15）（16）の対向面間のガス導入路
   （25）とを介して前記空間領域（24）に非酸化性ガスを
   導入し、且つ前記第１、第２、第３及び第４の半田層
   （11）（12）（13）（14）を加熱して前記第１のリード
   （１）のフランジ部（９）と前記第１の金属部材（３）
   と前記半導体素子（５）と前記第２の金属部材（４）と
   前記第２のリード（２）のフランジ部（10）とを前記第
   １、第２、第３及び第４の半田層（11）（12）（13）
   （14）によってそれぞれ固着する工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。