JP5604995B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子を基板上にPbフリーはんだを介してはんだ付けしてなる半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is soldered onto a substrate via Pb-free solder.

従来より、この種の半導体装置の一般的な製造方法は、次のとおりである(たとえば、特許文献1参照)。ヒートシンクや配線基板などの基板上に、Pbを含まないPbフリーはんだよりなるはんだを搭載し、そのはんだを溶融させて迎えはんだを形成する。その後、迎えはんだ上に、シリコンよりなる矩形板状の半導体素子を搭載し、さらに、迎えはんだをリフローさせて、はんだ付けを行う。こうして、半導体装置ができあがる。   Conventionally, the general manufacturing method of this kind of semiconductor device is as follows (for example, refer patent document 1). A solder made of Pb-free solder not containing Pb is mounted on a substrate such as a heat sink or a wiring board, and the solder is melted to form a solder. Thereafter, a rectangular plate-shaped semiconductor element made of silicon is mounted on the soldering solder, and soldering is performed by reflowing the soldering solder. Thus, a semiconductor device is completed.

特開平3−230864号公報JP-A-3-230864

しかしながら、従来の場合、Pbを含むSn−Pbはんだ等と異なり、Pbフリーはんだの濡れ性は悪く、半導体素子の接合面全体に濡れ広がりにくい。そのため、基板と半導体素子間のはんだが、半導体素子の端部、特に4つの角部に存在しない現象、いわゆる、はんだ引け現象が発生する。   However, unlike conventional Sn—Pb solder containing Pb, the wettability of Pb-free solder is poor, and it is difficult for the entire bonding surface of the semiconductor element to wet. For this reason, a phenomenon that the solder between the substrate and the semiconductor element does not exist at the end of the semiconductor element, particularly at the four corners, a so-called solder drawing phenomenon occurs.

たとえば、半導体素子の角部にワイヤボンディングパッドが設けられている場合に、この角部ではんだ引けが発生したとき、当該角部の下は、はんだで支持されておらず、中空ボンディングとなり、半導体素子のダメージやワイヤボンディング強度低下等の懸念がある。また、はんだ引けが発生することは、不濡れ面積が増大していることであり、熱抵抗の増大、ひいては半導体素子の温度上昇等も懸念される。   For example, in the case where a wire bonding pad is provided at a corner of a semiconductor element, when solder pulling occurs at this corner, the bottom of the corner is not supported by solder and becomes a hollow bond, resulting in a semiconductor. There are concerns about element damage and wire bonding strength reduction. In addition, the occurrence of solder shrinkage means that the non-wetting area is increased, and there is a concern about an increase in thermal resistance and consequently a temperature rise of the semiconductor element.

本発明者は、従来の製造方法に基づいて試作を行い、このはんだ引けについて検討を行った。図6は、この本発明者の行った試作としての半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)、(b)、(c)は概略断面図、(d)は(c)の上面図である。   The present inventor made a prototype based on a conventional manufacturing method and examined the solder shrinkage. FIGS. 6A and 6B are process diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device as a prototype performed by the present inventor. FIGS. 6A, 6B, and 6C are schematic cross-sectional views, and FIG. It is a top view.

ここでは、典型的な迎えはんだの方法として、PbフリーはんだよりなるはんだJ30としてSu−0.7%Cu−0.06%Niはんだ、基板として接合面に図示しないNiめっき(厚さ2.5〜5.5μm程度)を施したMoまたはCuよりなるヒートシンク20を用いた。   Here, as a typical soldering method, Su-0.7% Cu-0.06% Ni solder is used as solder J30 made of Pb-free solder, and Ni plating (thickness 2.5) is used as a substrate on the joint surface. The heat sink 20 made of Mo or Cu having a thickness of about ~ 5.5 μm was used.

そして、ヒートシンク20の上にはんだ箔状態のはんだJ30を載せ(図6(a)参照)、水素リフローを行って迎えはんだとしてのはんだJ30を形成し(図6(b)参照)、次に、このはんだJ30の上に半導体素子10を載せ、再度水素リフローを行うことにより、ヒートシンク20と半導体素子10とを接続して半導体装置を形成した(図6(c)、(d)参照)。   Then, solder J30 in a solder foil state is placed on the heat sink 20 (see FIG. 6 (a)), hydrogen reflow is performed to form solder J30 as a welcome solder (see FIG. 6 (b)). The semiconductor element 10 was placed on the solder J30, and hydrogen reflow was performed again to connect the heat sink 20 and the semiconductor element 10 to form a semiconductor device (see FIGS. 6C and 6D).

ここで、図6(b)に示されるように、迎えはんだ形成工程において、はんだJ30が溶融すると、はんだJ30の表面張力の強さにより、はんだJ30が縮まり、リフロー終了時の迎えはんだとしてのはんだJ30の形状は、その中央が高く、端部が低い山形状となる。   Here, as shown in FIG. 6B, when the solder J30 is melted in the soldering solder forming step, the solder J30 is shrunk due to the strength of the surface tension of the solder J30, and the solder as the soldering solder at the end of the reflow. The shape of J30 is a mountain shape having a high center and a low end.

そのため、その上に半導体素子10を載せると、図6(b)に示されるように、はんだJ30の中央のみが半導体素子10の接合面と接するが、はんだJ30の端部は半導体素子10の接合面と接触しないことになる。   Therefore, when the semiconductor element 10 is placed thereon, as shown in FIG. 6B, only the center of the solder J30 is in contact with the bonding surface of the semiconductor element 10, but the end of the solder J30 is bonded to the semiconductor element 10. There will be no contact with the surface.

その後の再度の水素リフローによって、はんだJ30は半導体素子10に押されて、半導体素子10の端部近傍まではんだ厚が均一化するものの、半導体素子10の端部下のはんだJ30は低く、図6(c)、(d)に示されるように、半導体素子10に接触せずに、はんだ引けが発生するのである。このはんだ引けは、特に半導体素子10の角部11で顕著となる。   By subsequent hydrogen reflow, the solder J30 is pushed by the semiconductor element 10 and the solder thickness becomes uniform up to the vicinity of the end of the semiconductor element 10, but the solder J30 below the end of the semiconductor element 10 is low, and FIG. As shown in c) and (d), soldering occurs without contacting the semiconductor element 10. This soldering is particularly noticeable at the corner 11 of the semiconductor element 10.

ここで、単純には、はんだ量を多くするため、はんだJ30の面積つまりはんだ箔の面積を大きくすることが考えられる。   Here, simply, in order to increase the amount of solder, it is conceivable to increase the area of the solder J30, that is, the area of the solder foil.

しかし、この場合、完成した半導体装置をさらに、別の基板等にはんだ付けするとき等に、ヒートシンク20と半導体素子10間のはんだJ30が再溶融して、ヒートシンク20上の半導体素子10がはんだJ30上を移動、回転することで、位置が変わってしまう恐れがある。はんだJ30の面積が大きいと、その分、半導体素子10の位置ずれの距離も大きくなってしまうから、はんだJ30の面積を大きくすることは好ましくないと言える。   However, in this case, when the completed semiconductor device is further soldered to another substrate or the like, the solder J30 between the heat sink 20 and the semiconductor element 10 is remelted and the semiconductor element 10 on the heat sink 20 is soldered to the solder J30. There is a risk that the position will change by moving and rotating the top. If the area of the solder J30 is large, the positional displacement distance of the semiconductor element 10 is correspondingly increased. Therefore, it can be said that it is not preferable to increase the area of the solder J30.

いずれにせよ、従来では、迎えはんだを行うはんだ付け方法において、半導体素子の接合面の全体に、溶融したはんだを確実に接触させる方法は無かった。   In any case, conventionally, there has been no method for reliably bringing the molten solder into contact with the entire bonding surface of the semiconductor element in the soldering method for performing the soldering.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子を基板上にPbフリーはんだを介してはんだ付けしてなる半導体装置の製造方法において、半導体素子の接合面の全体に、溶融したはんだを確実に接触させ、半導体素子の端部にてはんだ引けの発生を防止することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is soldered onto a substrate via Pb-free solder, the entire bonding surface of the semiconductor element is melted. An object of the present invention is to make sure that solder is brought into contact with the semiconductor element and prevent the occurrence of solder at the end of the semiconductor element.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明においては、はんだ(30)を、基板(20)側から、Pbフリーはんだよりなる低温はんだ層(31)、低温はんだ層(31)よりも融点の高いPbフリーはんだよりなり且つ半導体素子(10)との接合面が平坦面である高温はんだ層(32)が積層されてなるものとし、はんだ付けのときには、高温はんだ層(32)の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層(32)は固体状態としつつ、低温はんだ層(31)を、その全体が溶融した状態とする第1の溶融工程を行い、その後、高温はんだ層(32)の接合面上に半導体素子(20)を搭載し、続いて、低温はんだ層(31)とともに高温はんだ層(32)も溶融させてはんだ付けを行う第2の溶融工程を行うであり、はんだ(30)においては、高温はんだ層(32)の方が低温はんだ層(31)よりも厚いものとすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the solder (30) is placed from the substrate (20) side more than the low-temperature solder layer (31) made of Pb-free solder and the low-temperature solder layer (31). It is assumed that a high-temperature solder layer (32) made of Pb-free solder having a high melting point and having a flat joint surface with the semiconductor element (10) is laminated. When soldering, the high-temperature solder layer (32) is joined. In order to maintain the flatness of the surface, the high-temperature solder layer (32) is in a solid state, and a first melting step is performed in which the low-temperature solder layer (31) is melted as a whole. The semiconductor element (20) is mounted on the joint surface of (32), and then a second melting step is performed in which the high-temperature solder layer (32) is melted together with the low-temperature solder layer (31) and soldered . , Solder In 30), towards the high temperature solder layer (32) is characterized by a thicker than low temperature solder layer (31).

それによれば、第1の溶融工程では、基板(20)側の低温はんだ層(31)が溶融するが、その上の高温はんだ層(32)は半導体素子(10)との接合面の平坦性を維持するように固体状態とされているから、半導体素子(10)の搭載時には、はんだ(30)の上面は平坦性を確保している。また、低温はんだ層(31)は、高温はんだ層(32)との濡れ性は十分であるから、高温はんだ層(32)の全体に濡れ拡がっている。   According to this, in the first melting step, the low-temperature solder layer (31) on the substrate (20) side is melted, but the high-temperature solder layer (32) thereon is flatness of the joint surface with the semiconductor element (10). Therefore, when the semiconductor element (10) is mounted, the upper surface of the solder (30) is ensured to be flat. Moreover, since the low temperature solder layer (31) has sufficient wettability with the high temperature solder layer (32), the low temperature solder layer (31) spreads over the entire high temperature solder layer (32).

そして、この状態で半導体素子(10)をはんだ(30)上に搭載すれば、平坦なはんだ(30)の上面、すなわち高温はんだ層(32)の平坦な接合面に対して半導体素子(10)の接合面の全体を接触させることができ、さらに、この状態で第2の溶融工程を行うから、溶融したはんだ(30)が半導体素子(10)の接合面の全体に濡れ拡がった状態が実現される。   If the semiconductor element (10) is mounted on the solder (30) in this state, the semiconductor element (10) is attached to the upper surface of the flat solder (30), that is, the flat joint surface of the high-temperature solder layer (32). In addition, since the second melting step is performed in this state, the molten solder (30) is wetted and spread over the entire bonding surface of the semiconductor element (10). Is done.

よって、本発明によれば、半導体素子(10)の接合面の全体に、溶融したはんだ(30)を確実に接触させ、半導体素子(10)の端部にてはんだ引けの発生を防止することができる。また、本発明では、はんだ(30)においては、高温はんだ層(32)の方が低温はんだ層(31)よりも厚いものとすることで、高温はんだ層(32)の厚さを確保できるから、第1の溶融工程において、低温はんだ層(31)が溶融状態となっても高温はんだ層(32)の接合面の平坦性を確保しやすく、また、第1の溶融工程において高温はんだ層(32)の一部が溶融しても高温はんだ層(32)の接合面の平坦性を確保しやすい。 Therefore, according to the present invention, the molten solder (30) is reliably brought into contact with the entire bonding surface of the semiconductor element (10), and the occurrence of solder shrinkage is prevented at the end of the semiconductor element (10). Can do. In the present invention, in the solder (30), since the high temperature solder layer (32) is thicker than the low temperature solder layer (31), the thickness of the high temperature solder layer (32) can be secured. In the first melting step, even if the low-temperature solder layer (31) is in a molten state, it is easy to ensure the flatness of the joint surface of the high-temperature solder layer (32), and in the first melting step, the high-temperature solder layer ( Even if part of 32) melts, it is easy to ensure the flatness of the joint surface of the high-temperature solder layer (32).

さらに、請求項に記載の発明では、請求項に記載の半導体装置の製造方法において、はんだ(30)を、基板(20)側から、低温はんだ層(31)、高温はんだ層(32)が積層されてなるものとしつつ、さらに、高温はんだ層(32)の接合面上に、高温はんだ層(32)よりも融点の低いPbフリーはんだよりなり且つ低温はんだ層(31)よりも薄い第2の低温はんだ層(33)が積層されたものとし、第1の溶融工程では、第2の低温はんだ層(33)も、その全体が溶融した状態とし、その後、第2の低温はんだ層(33)を介して、高温はんだ層(32)の接合面上に半導体素子(10)を搭載し、続く第2の溶融工程では、低温はんだ層(31)、高温はんだ層(32)および第2の低温はんだ層(33)のすべてを溶融させて、はんだ付けを行うことを特徴とする。 Furthermore, in the invention according to claim 2 , in the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , the solder (30) is transferred from the substrate (20) side to the low-temperature solder layer (31) and the high-temperature solder layer (32). In addition, on the joint surface of the high-temperature solder layer (32), a Pb-free solder having a melting point lower than that of the high-temperature solder layer (32) and thinner than that of the low-temperature solder layer (31) is formed. 2 in which the second low-temperature solder layer (33) is laminated, and in the first melting step, the second low-temperature solder layer (33) is also completely melted, and then the second low-temperature solder layer (33) 33), the semiconductor element (10) is mounted on the joint surface of the high-temperature solder layer (32), and in the subsequent second melting step, the low-temperature solder layer (31), the high-temperature solder layer (32), and the second All of the low-temperature solder layer (33) of By, and performs soldering.

それによれば、第1の溶融工程では、第2の低温はんだ層(33)は溶融状態となるが、最も薄い層であるから、高温はんだ層(32)の接合面の平坦性を損なうようなことは、極力回避される。そして、第2の溶融工程では、高温はんだ層(32)の接合面と半導体素子(10)とが、先に溶融する第2の低温はんだ層(33)を介して接合されるから、高温はんだ層(32)の平坦な接合面と半導体素子(10)との密着性が向上する。   According to this, in the first melting step, the second low-temperature solder layer (33) is in a molten state, but since it is the thinnest layer, the flatness of the joint surface of the high-temperature solder layer (32) is impaired. That is avoided as much as possible. In the second melting step, the joining surface of the high-temperature solder layer (32) and the semiconductor element (10) are joined through the second low-temperature solder layer (33) that is melted first. The adhesion between the flat bonding surface of the layer (32) and the semiconductor element (10) is improved.

また、請求項に記載の発明では、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法において、はんだ(30)は、半導体素子(10)に対応した矩形板状をなすとともに、半導体素子(10)の角部(11)に対応するはんだ(30)の角部には、はんだ(30)の辺よりも外側にはみ出すようにはんだ(30)の一部を拡張した部分である拡張部(30a)が設けられたものとすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect , the solder (30) has a rectangular plate shape corresponding to the semiconductor element (10), and the semiconductor element ( An extended portion (a portion of the solder (30) extended from the corner of the solder (30) corresponding to the corner (11) of 10) so as to protrude outside the side of the solder (30) ( 30a) is provided.

それによれば、はんだ(30)のうち半導体素子(10)の角部(11)に位置する部分のはんだ(30)の量を局所的に増加させることができるから、半導体素子(10)の角部(11)におけるはんだ引けの発生防止の点で好ましい。   According to this, since the amount of solder (30) in the portion located at the corner (11) of the semiconductor element (10) in the solder (30) can be locally increased, the corner of the semiconductor element (10) can be increased. This is preferable in terms of preventing the occurrence of solder shrinkage in the portion (11).

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 従来の一般的なはんだ付け方法によるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the mode of generation | occurrence | production of the solder void by the conventional general soldering method. 第1実施形態におけるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the mode of generation | occurrence | production of the solder void in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明者の行った試作としての半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device as a trial manufacture which this inventor performed.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を断面的に示す工程図である。ここで、図1において(a)、(c)、(e)の順に工程を進めて最終的に(e)に示される半導体装置を完成させるものであり、また(b)は(a)中のA部拡大図、(d)は(c)中のB部拡大図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional process diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. Here, in FIG. 1, the process proceeds in the order of (a), (c), and (e), and finally the semiconductor device shown in (e) is completed, and (b) is in (a). FIG. 4D is an enlarged view of part A, and FIG. 5D is an enlarged view of part B in FIG.

本実施形態の半導体装置は、図1(e)に示されるように、シリコンよりなる矩形板状の半導体素子10を、基板20上にPbフリーはんだよりなるはんだ30を介してはんだ付けしてなる。ここで、半導体素子10および基板20の平面形状は、たとえば上記図6(d)に示されるものと同様のものにできる。   In the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 1E, a rectangular plate-like semiconductor element 10 made of silicon is soldered onto a substrate 20 via a solder 30 made of Pb-free solder. . Here, the planar shape of the semiconductor element 10 and the substrate 20 can be the same as that shown in FIG. 6D, for example.

具体的に、半導体素子10としては、一般的な半導体プロセスにより形成されたシリコン半導体よりなるICチップやパワー素子などが挙げられ、また、基板20としては、ヒートシンク、リードフレーム、配線基板などが挙げられるが、ここでは、MoやCuなどからなるヒートシンク20である。   Specifically, examples of the semiconductor element 10 include an IC chip and a power element made of a silicon semiconductor formed by a general semiconductor process, and examples of the substrate 20 include a heat sink, a lead frame, and a wiring board. Here, the heat sink 20 is made of Mo, Cu, or the like.

また、この半導体素子10におけるはんだ30と接合される面である接合面(図1(e)中の下面)の全体、および、ヒートシンク20におけるはんだ30と接合される面である接合面(図1(e)中の上面)の全体には、図示しないはんだ付け用の金属層が形成されている。この金属層は典型的には、Ti/Ni/Au膜などである。   Further, the entire bonding surface (the lower surface in FIG. 1E) which is a surface bonded to the solder 30 in the semiconductor element 10 and the bonding surface which is a surface bonded to the solder 30 in the heat sink 20 (FIG. 1). A metal layer for soldering (not shown) is formed on the entire upper surface in (e). This metal layer is typically a Ti / Ni / Au film or the like.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について述べる。本製造方法は、半導体素子10をヒートシンク20上にPbフリーはんだよりなるはんだ30を介してはんだ付けするはんだ付け工程を備えるものである。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. This manufacturing method includes a soldering process in which the semiconductor element 10 is soldered onto the heat sink 20 via a solder 30 made of Pb-free solder.

本実施形態では、上述したように、半導体素子10の接合面の全体、および、ヒートシンク20の接合面の全体に、図示しないTi/Ni/Au膜などのはんだ付け用の金属層が形成されており、これら接合面は、はんだ30と接触しさえすれば、はんだの濡れ性は良いものである。   In the present embodiment, as described above, a metal layer for soldering such as a Ti / Ni / Au film (not shown) is formed on the entire bonding surface of the semiconductor element 10 and the entire bonding surface of the heat sink 20. As long as these joint surfaces come into contact with the solder 30, the solder wettability is good.

まず、図1(a)、(b)に示されるように、ヒートシンク20の接合面上に、はんだ30を搭載する。このとき、はんだ30は、ヒートシンク20側から、Pbフリーはんだよりなる低温はんだ層31、低温はんだ層31よりも融点の高いPbフリーはんだよりなる高温はんだ層32が積層されてなるものとする。   First, as shown in FIGS. 1A and 1B, the solder 30 is mounted on the joint surface of the heat sink 20. At this time, the solder 30 is formed by laminating a low-temperature solder layer 31 made of Pb-free solder and a high-temperature solder layer 32 made of Pb-free solder having a melting point higher than that of the low-temperature solder layer 31 from the heat sink 20 side.

また、高温はんだ層32は、その半導体素子10との接合面(図1(a)、(b)中の上面)が平坦面である。また、これら2層のはんだ層31、32は、その平面形状が同一サイズ・同一形状の矩形である。   Further, the high-temperature solder layer 32 has a flat joint surface (the upper surface in FIGS. 1A and 1B) with the semiconductor element 10. The two solder layers 31 and 32 have a rectangular shape with the same size and the same planar shape.

具体的には、これら2層31、32は半導体素子10よりもわずかに大きな矩形であり、半導体素子10とはんだ30とを重ねたときに、半導体素子10の外郭の全周からはんだ30が若干(たとえば0.1mm程度)はみだすような大きさとする。また、これら2層31、32は同じ厚さでもよいし、異なる厚さでもよいが、好ましくは、高温はんだ層32の方が低温はんだ層31よりも厚いものとすることが望ましい。   Specifically, the two layers 31 and 32 are rectangular slightly larger than the semiconductor element 10, and when the semiconductor element 10 and the solder 30 are overlapped, the solder 30 slightly extends from the entire outer periphery of the semiconductor element 10. (For example, about 0.1 mm) is set to a size that protrudes. The two layers 31 and 32 may have the same thickness or different thicknesses, but it is preferable that the high temperature solder layer 32 is thicker than the low temperature solder layer 31.

このような積層構造のはんだ30は、次のようにして形成される。まず、低温はんだ層31、高温はんだ層32となる組成の異なる2種類のはんだ箔を用意する。ここで、複数の金属成分を有するはんだの場合、複数種の金属粒子を所定の組成で混ぜ、これを圧延し箔を作製する。   The solder 30 having such a laminated structure is formed as follows. First, two types of solder foils having different compositions to be the low temperature solder layer 31 and the high temperature solder layer 32 are prepared. Here, in the case of a solder having a plurality of metal components, a plurality of types of metal particles are mixed with a predetermined composition and rolled to produce a foil.

そして、これら2種類の箔を接触させて、当該両箔者の溶融温度未満で加熱することで、両箔中の成分の一部(たとえばSnなど)同士が金属拡散し、それにより両箔が接合されて積層構造のはんだ30ができあがる。   Then, these two types of foils are brought into contact with each other and heated below the melting temperature of the both foil members, so that some of the components (for example, Sn) in both foils diffuse to each other, whereby both foils The solder 30 having a laminated structure is completed by bonding.

なお、はんだ箔表面に酸化膜が形成されると、上記金属拡散できない場合があるので、たとえば水素+窒素中で当該作製を行い、酸素を混ぜないことが必要である。また、本積層構造のはんだ30は、高温側のはんだ箔を作製し、この箔の片面を低温側のはんだ浴中に浸漬することで作製してもよい。   If an oxide film is formed on the surface of the solder foil, the metal may not be diffused. For example, it is necessary to perform the production in hydrogen + nitrogen and not mix oxygen. Further, the solder 30 having the present laminated structure may be produced by producing a solder foil on the high temperature side and immersing one side of the foil in a solder bath on the low temperature side.

これら、低温はんだ層31、高温はんだ層32の一具体例をあげると、低温はんだ層31としては、共晶点を融点:227℃とするSn−0.7%Cu箔が挙げられ、高温はんだ層32としては、共晶点を融点:310℃とするSn−4.5%Cu−2%Ni箔が挙げられる。   Specific examples of these low-temperature solder layer 31 and high-temperature solder layer 32 include Sn-0.7% Cu foil having an eutectic point of melting point: 227 ° C. as the low-temperature solder layer 31. Examples of the layer 32 include Sn-4.5% Cu-2% Ni foil having a eutectic point of melting point: 310 ° C.

また、はんだ30全体の厚さは従来の一般的なはんだと同様の厚さとするが、たとえば、本実施形態の上記一具体例におけるはんだ30の厚さが80μmの場合、低温はんだ層31となるSn−0.7%Cu箔の厚さは30μm程度、高温はんだ層32となるSn−4.5%Cu−2%Ni箔の厚さは50μm程度とする。   Further, the thickness of the entire solder 30 is the same as that of a conventional general solder. For example, when the thickness of the solder 30 in the above specific example of this embodiment is 80 μm, the low-temperature solder layer 31 is formed. The thickness of the Sn-0.7% Cu foil is about 30 μm, and the thickness of the Sn-4.5% Cu-2% Ni foil that becomes the high-temperature solder layer 32 is about 50 μm.

こうして、2層構造のはんだ30をヒートシンク20の接合面上に配置して、はんだ付けを行うが、まず、図1(c)、(d)に示される第1の溶融工程を行う。この第1の溶融工程では、高温はんだ層32の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層32は固体状態としつつ、低温はんだ層31を、その全体が溶融した状態とする。   Thus, the solder 30 having the two-layer structure is disposed on the joining surface of the heat sink 20 and soldering is performed. First, the first melting step shown in FIGS. 1C and 1D is performed. In this first melting step, the high temperature solder layer 32 is in a solid state while maintaining the flatness of the joint surface of the high temperature solder layer 32, while the low temperature solder layer 31 is in a molten state.

この第1の溶融工程について、具体的に述べると、はんだ30を搭載したヒートシンク20を、オーブン等に入れて、雰囲気温度を低温はんだ層31の融点以上、且つ高温はんだ層32の融点未満の温度とする。上記した一具体例に基づけば、たとえば250℃で水素リフローする。   The first melting step will be specifically described. The heat sink 20 on which the solder 30 is mounted is placed in an oven or the like, and the ambient temperature is a temperature equal to or higher than the melting point of the low temperature solder layer 31 and lower than the melting point of the high temperature solder layer 32. And Based on one specific example described above, hydrogen reflow is performed at 250 ° C., for example.

そうすると、低温はんだ層31であるSn−0.7%Cuは溶融し、ヒートシンク20の接合面上に濡れる。一方、高温はんだ層32であるSn−4.5%Cu−2%Niは250℃では溶融せず、固相状態である。溶融したSn−0.7%Cuは、Sn−4.5%Cu−2%Niにも濡れるため、Sn−0.7%Cuの厚みは変わらない。   If it does so, Sn-0.7% Cu which is the low-temperature solder layer 31 will fuse | melt, and will get wet on the joint surface of the heat sink 20. FIG. On the other hand, Sn-4.5% Cu-2% Ni, which is the high-temperature solder layer 32, does not melt at 250 ° C. and is in a solid state. Since the melted Sn-0.7% Cu is also wetted with Sn-4.5% Cu-2% Ni, the thickness of Sn-0.7% Cu does not change.

つまり、低温はんだ層31であるSn−0.7%Cuは、高温はんだ層32であるSn−4.5%Cu−2%Niとヒートシンク20とに十分に濡れることで、これら両者20、32により上下から拘束され、従来のような山状にはならない。そのため、温度が下がり凝固したSn−0.7%Cuのはんだ引けは実質的に無くなる。   That is, Sn-0.7% Cu which is the low-temperature solder layer 31 is sufficiently wetted with the Sn-4.5% Cu-2% Ni which is the high-temperature solder layer 32 and the heat sink 20, so that both of these It is restrained from above and below, and does not become a mountain shape as in the past. Therefore, Sn-0.7% Cu soldering that is solidified at a reduced temperature is substantially eliminated.

その後、はんだ30の上面すなわち高温はんだ層32の接合面上に半導体素子20を搭載する半導体素子搭載工程を行う。このとき、高温はんだ層32の接合面は平坦面とされているので、半導体素子10の接合面は、角部11も含めてその全体が高温はんだ層32の接合面に接触した状態となる。   Thereafter, a semiconductor element mounting step for mounting the semiconductor element 20 on the upper surface of the solder 30, that is, the bonding surface of the high-temperature solder layer 32 is performed. At this time, since the bonding surface of the high-temperature solder layer 32 is a flat surface, the entire bonding surface of the semiconductor element 10 including the corner portion 11 is in contact with the bonding surface of the high-temperature solder layer 32.

続いて、低温はんだ層31とともに高温はんだ層32も溶融させてはんだ付けを行う第2の溶融工程を行う。つまり、第2の溶融工程では、半導体素子10とヒートシンク20との間の2層31、32の両方をリフローさせる。   Subsequently, a second melting step is performed in which the high-temperature solder layer 32 is melted together with the low-temperature solder layer 31 to perform soldering. That is, in the second melting step, both the two layers 31 and 32 between the semiconductor element 10 and the heat sink 20 are reflowed.

この第2の溶融工程について、具体的に述べると、半導体素子10およびはんだ30を搭載したヒートシンク20を、オーブン等に入れて、雰囲気温度を高温はんだ層32の融点以上の温度とする。上記した一具体例に基づけば、たとえば340℃で水素リフローする。   The second melting step will be specifically described. The heat sink 20 on which the semiconductor element 10 and the solder 30 are mounted is placed in an oven or the like, and the ambient temperature is set to a temperature equal to or higher than the melting point of the high-temperature solder layer 32. Based on the specific example described above, hydrogen reflow is performed at 340 ° C., for example.

そうすると、2層31、32の両方すなわち、はんだ30全体が溶融し、その後、冷却により固化し、はんだ付けが完了する。はんだ30はヒートシンク20、半導体素子10の接合面の全体に接して溶融したため、はんだ引けは発生せず、図1(e)に示されるように、良好なフィレットが形成される。   Then, both the two layers 31 and 32, that is, the entire solder 30 are melted and then solidified by cooling, and the soldering is completed. Since the solder 30 melted in contact with the entire heat sink 20 and the joining surface of the semiconductor element 10, no soldering occurs, and a good fillet is formed as shown in FIG.

こうして、本実施形態の半導体装置ができあがる。なお、完成後のはんだ30は、上記低温はんだ層31、高温はんだ層32の各成分が一体に混合した合金として構成されたものである。   Thus, the semiconductor device of this embodiment is completed. The completed solder 30 is configured as an alloy in which the components of the low-temperature solder layer 31 and the high-temperature solder layer 32 are mixed together.

このように、本実施形態の製造方法によれば、第1の溶融工程では、ヒートシンク20側の低温はんだ層31が溶融するが、その上の高温はんだ層32は半導体素子10との接合面の平坦性を維持するように固体状態とされているから、半導体素子10の搭載時には、はんだ30の上面は平坦性を確保している。また、低温はんだ層31は、高温はんだ層32との十分な濡れにより、高温はんだ層32の全体に濡れ拡がっている。   As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, in the first melting step, the low-temperature solder layer 31 on the heat sink 20 side is melted, but the high-temperature solder layer 32 thereon is a bonding surface with the semiconductor element 10. Since the solid state is maintained so as to maintain the flatness, the upper surface of the solder 30 ensures the flatness when the semiconductor element 10 is mounted. Further, the low temperature solder layer 31 wets and spreads over the entire high temperature solder layer 32 due to sufficient wetting with the high temperature solder layer 32.

そして、この状態で半導体素子10をはんだ30上に搭載するので、高温はんだ層32の平坦な接合面に対して半導体素子10の接合面の全体を接触させることができ、さらに、この状態で第2の溶融工程を行うから、溶融したはんだ30が半導体素子10の接合面の全体に濡れ拡がった状態が実現される。   Since the semiconductor element 10 is mounted on the solder 30 in this state, the entire bonding surface of the semiconductor element 10 can be brought into contact with the flat bonding surface of the high-temperature solder layer 32. Since the melting step 2 is performed, a state in which the melted solder 30 wets and spreads over the entire bonding surface of the semiconductor element 10 is realized.

よって、本実施形態によれば、半導体素子10の接合面の全体に、溶融したはんだ30を確実に接触させ、矩形状の半導体素子10の4つの角部11を含む端部にてはんだ引けの発生を防止することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the molten solder 30 is surely brought into contact with the entire bonding surface of the semiconductor element 10, and the soldering at the end including the four corners 11 of the rectangular semiconductor element 10 is prevented. Occurrence can be prevented.

また、上述したが、本実施形態の製造方法においては、はんだ30において、高温はんだ層32の方が低温はんだ層31よりも厚いものとすることが望ましい。それによれば、高温はんだ層32の厚さを確保できるから、第1の溶融工程において、低温はんだ層31が溶融状態となっても高温はんだ層32の接合面の平坦性を確保しやすく、また、高温はんだ層32の一部が溶融したとしても高温はんだ層32の接合面の平坦性を確保しやすいという利点がある。   Further, as described above, in the manufacturing method of the present embodiment, it is desirable that the high temperature solder layer 32 is thicker than the low temperature solder layer 31 in the solder 30. According to this, since the thickness of the high temperature solder layer 32 can be ensured, it is easy to ensure the flatness of the joint surface of the high temperature solder layer 32 even if the low temperature solder layer 31 is in a molten state in the first melting step. Even if a part of the high-temperature solder layer 32 is melted, there is an advantage that it is easy to ensure the flatness of the joint surface of the high-temperature solder layer 32.

そのため、上述の一具体例に示したように、Sn−0.7%Cu箔は30μm程度、Sn−4.5%Cu−2%Ni箔は50μm程度とすることで、Sn−0.7%Cu箔の溶融時において、Sn−4.5%Cu−2%Ni箔がSn−0.7%Cuを拘束し、且つ平面形状を保つようにしている。   Therefore, as shown in the above specific example, Sn-0.7% Cu foil is about 30 μm, and Sn-4.5% Cu-2% Ni foil is about 50 μm. When the% Cu foil is melted, the Sn-4.5% Cu-2% Ni foil restrains Sn-0.7% Cu and keeps the planar shape.

また、本実施形態の製造方法によれば、はんだボイドについても有利な点がある。図2は、従来の一般的な迎えはんだを用いたはんだ付け方法によるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図である。   Moreover, according to the manufacturing method of this embodiment, there is an advantage also about a solder void. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state of generation of solder voids by a soldering method using a conventional general solder.

従来の迎えはんだ方法を適用したとき、ヒートシンク20の接合面上にて、部分的にはんだ30が濡れない箇所がある場合、そこに半導体素子10を塔載すると、そこがボイドKとなる(図2参照)。   When the conventional soldering method is applied, if there is a portion where the solder 30 is not partially wetted on the joint surface of the heat sink 20, when the semiconductor element 10 is mounted there, it becomes a void K (see FIG. 2).

特に、図2に示されるように、はんだ30が濡れない箇所が、はんだ30の中央部(山状のはんだ30の頂上部近傍)にある場合、半導体素子10塔載後のリフローにおいて、はんだ30が潰れると同時に、はんだ30と半導体素子10とで囲まれた気体がボイドKとなり、潰れる。半導体素子10が真上にあるため、ボイドKは外部に逃げることができず、横に広がるため、ボイドKは大きいものとなってしまう。   In particular, as shown in FIG. 2, when the portion where the solder 30 does not get wet is in the central portion of the solder 30 (near the top of the mountain-shaped solder 30), in the reflow after mounting the semiconductor element 10 on the tower, the solder 30 At the same time, the gas surrounded by the solder 30 and the semiconductor element 10 becomes the void K and is crushed. Since the semiconductor element 10 is directly above, the void K cannot escape to the outside and spreads sideways, so that the void K becomes large.

一方、図3は、本実施形態におけるはんだボイドの発生の様子を示す概略断面図であり、(a)、(b)は半導体素子搭載工程を示し、(c)、(d)は第2の溶融工程の終了後の状態を示す。なお、図3において、(b)は(a)中のC部拡大図、(d)は(c)中のD部拡大図である。本実施形態においては、第1の溶融工程で溶融するのは、低温はんだ層31であり、高温はんだ層32は固体状態である。   On the other hand, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing how solder voids are generated in the present embodiment, (a) and (b) show a semiconductor element mounting step, and (c) and (d) show a second state. The state after completion | finish of a melting process is shown. In FIG. 3, (b) is an enlarged view of part C in (a), and (d) is an enlarged view of part D in (c). In the present embodiment, the low-temperature solder layer 31 is melted in the first melting step, and the high-temperature solder layer 32 is in a solid state.

つまり、本実施形態においては、ボイドKが発生するのは、はんだ30の厚さ方向において低温はんだ層31の部分であり、従来のようなはんだ30の厚さ方向の全体に渡るボイドではないから、従来に比べてボイドKのサイズは小さいものとなる。このように、本実施形態では、はんだボイドのサイズを小さくできるという利点がある。   That is, in the present embodiment, the void K is generated in the portion of the low-temperature solder layer 31 in the thickness direction of the solder 30 and is not a void over the entire thickness direction of the solder 30 as in the prior art. The size of the void K is smaller than the conventional one. Thus, in this embodiment, there exists an advantage that the size of a solder void can be made small.

なお、本実施形態の製造方法に用いるはんだ30としては、上記した一具体例に示した低温はんだ層31をSn−0.7%Cu、高温はんだ層32をSn−4.5%Cu−2%Ni箔とする組み合わせに限定するものではなく、他の組み合わせでもよい。   In addition, as the solder 30 used for the manufacturing method of the present embodiment, the low-temperature solder layer 31 shown in the above specific example is Sn-0.7% Cu, and the high-temperature solder layer 32 is Sn-4.5% Cu-2. The combination is not limited to the% Ni foil, and other combinations may be used.

たとえば低温はんだ層31としては相図上、共晶点が融点であるものとして、Sn−3.5%Ag、Sn−3%Ag−0.5%Cu、Sn−0.7%Cu−0.06%Ni、Sn−8%Znなどが挙げられ、共晶点ではない点が融点であるものとして100%Sn(融点:232℃)などが挙げられる。   For example, the low-temperature solder layer 31 is Sn-3.5% Ag, Sn-3% Ag-0.5% Cu, Sn-0.7% Cu-0 on the phase diagram assuming that the eutectic point is the melting point. 0.06% Ni, Sn-8% Zn, etc., and 100% Sn (melting point: 232 [deg.] C.) may be mentioned as a melting point that is not a eutectic point.

一方、高温はんだ層32としては、相図上、共晶点が融点であるものとしてSn−6%Cu−3%Ni、Zn−5%Alなどが挙げられ、共晶点ではない点が融点であるものとしてSn−2%Co、Sn−1〜2%Ge、Sn−2〜3%Mn、Sn−30〜50%Au、Sn−10〜20%Ag、Sn−17〜25%Sbなどが挙げられる。   On the other hand, as the high temperature solder layer 32, Sn-6% Cu-3% Ni, Zn-5% Al, etc. are mentioned as those having eutectic points as melting points on the phase diagram, and melting points are not eutectic points. Sn-2% Co, Sn-1 to 2% Ge, Sn-2 to 3% Mn, Sn-30 to 50% Au, Sn-10 to 20% Ag, Sn-17 to 25% Sb, etc. Is mentioned.

なお、はんだとしては、共晶点が融点である組成のものは、共晶温度で固相から液相に変化するため、本実施形態のはんだ接合にとってより良好である。つまり、低温はんだ層31、高温はんだ層32ともに共晶点が融点であるものを用いることが好ましい。   In addition, as a solder, the composition whose eutectic point is the melting point changes from the solid phase to the liquid phase at the eutectic temperature, so that it is better for the solder joint of this embodiment. That is, it is preferable to use the low-temperature solder layer 31 and the high-temperature solder layer 32 that have a eutectic point at the melting point.

また、共晶点が融点ではない組成のものは、融点から固相と液相が混合した固液混合状態を経て固化する。そのため、たとえば、高温はんだ層32がそのようなものである場合、第1の溶融工程において、低温はんだ層31の融点以上且つ高温はんだ層32の融点未満の温度としても、高温はんだ層32のはんだ中の一部(たとえばSn)が溶融することがある。   A composition whose eutectic point is not the melting point is solidified through a solid-liquid mixed state in which the solid phase and the liquid phase are mixed from the melting point. Therefore, for example, when the high-temperature solder layer 32 is such, the solder of the high-temperature solder layer 32 can be used in the first melting step even if the temperature is higher than the melting point of the low-temperature solder layer 31 and lower than the melting point of the high-temperature solder layer 32. Some of them (for example, Sn) may melt.

しかし、低温はんだ層31のリフロー温度で高温はんだ層32中の成分が溶融する量は少なく、高温はんだ層32の接合面すなわちはんだ30の上面の平坦性を維持するように高温はんだ層32の大部分は固体状態とされるため、問題ない。   However, the amount of the component in the high temperature solder layer 32 that melts at the reflow temperature of the low temperature solder layer 31 is small, and the high temperature solder layer 32 is large so as to maintain the flatness of the joint surface of the high temperature solder layer 32, that is, the upper surface of the solder 30. Since the portion is in a solid state, there is no problem.

(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を断面的に示す工程図である。ここで、図4において(a)、(c)、(e)の順に工程を進めて最終的に(e)に示される半導体装置を完成させるものであり、また(b)は(a)中のE部拡大図、(d)は(c)中のF部拡大図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional process diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. Here, in FIG. 4, the process proceeds in the order of (a), (c), and (e), and finally the semiconductor device shown in (e) is completed, and (b) is in (a). FIG. 4D is an enlarged view of a portion E, and FIG. 4D is an enlarged view of a portion F in FIG.

上記第1実施形態において製造方法に用いるはんだ30が2層構造であったのに対して、本実施形態では、当該はんだ30を3層構造としたところが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。   Whereas the solder 30 used in the manufacturing method in the first embodiment has a two-layer structure, the present embodiment is different in that the solder 30 has a three-layer structure. The point will be described mainly.

図4(a)、(b)に示されるように、ヒートシンク20の接合面上に、はんだ30を搭載する。このとき、本実施形態では、はんだ30は、ヒートシンク20側から、低温はんだ層31、高温はんだ層32が積層されてなるものとしつつ、さらに、高温はんだ層32の接合面上に、第2の低温はんだ層33が積層された3層積層構造とする。以下、ヒートシンク20側の低温はんだ層31を第1の低温はんだ層31とする。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the solder 30 is mounted on the joint surface of the heat sink 20. At this time, in the present embodiment, the solder 30 is formed by laminating the low-temperature solder layer 31 and the high-temperature solder layer 32 from the heat sink 20 side. A three-layer structure in which low-temperature solder layers 33 are stacked is used. Hereinafter, the low-temperature solder layer 31 on the heat sink 20 side is referred to as a first low-temperature solder layer 31.

ここで、第2の低温はんだ層33は、高温はんだ層32よりも融点の低いPbフリーはんだよりなり且つ第1の低温はんだ層31よりも薄いものである。具体的には、第2の低温はんだ層33は、上記第1実施形態に示した第1の低温はんだ層31に用いられるはんだ材料の中から選択することができる。また、第1の低温はんだ層31と第2の低温はんだ層33とは同一材料でもよいし、異種材料でもよい。   Here, the second low-temperature solder layer 33 is made of Pb-free solder having a melting point lower than that of the high-temperature solder layer 32 and is thinner than the first low-temperature solder layer 31. Specifically, the second low-temperature solder layer 33 can be selected from the solder materials used for the first low-temperature solder layer 31 shown in the first embodiment. The first low-temperature solder layer 31 and the second low-temperature solder layer 33 may be made of the same material or different materials.

また、第1の低温はんだ層31、高温はんだ層32の各厚さを上記第1実施形態に示した一具体例の厚さとした場合、第2の低温はんだ層33の厚さは、たとえば10μm以下程度とする。このような3層のはんだ30は、上記2層31、32のはんだの場合と同様に、金属拡散などにより作製することができる。   Further, when the thicknesses of the first low-temperature solder layer 31 and the high-temperature solder layer 32 are the thicknesses of the specific example shown in the first embodiment, the thickness of the second low-temperature solder layer 33 is, for example, 10 μm. The following is assumed. Such a three-layer solder 30 can be produced by metal diffusion or the like, similar to the case of the two-layer 31 and 32 solders.

そして、はんだ30の配置後に、本製造方法においても、図4(c)、(d)に示される第1の溶融工程を行う。この第1の溶融工程では、高温はんだ層32の接合面の平坦性を維持するように高温はんだ層32は固体状態としつつ、第1の低温はんだ層31および第2の低温はんだ層33の両方を、その全体が溶融した状態とする。   And after arrangement | positioning of the solder 30, also in this manufacturing method, the 1st fusion | melting process shown by FIG.4 (c), (d) is performed. In this first melting step, both the first low-temperature solder layer 31 and the second low-temperature solder layer 33 are made while the high-temperature solder layer 32 is in a solid state so as to maintain the flatness of the joint surface of the high-temperature solder layer 32. Is in a molten state.

このとき、はんだ30の最上部の溶融した第2の低温はんだ層33は山状を呈するが、その厚さが薄いため、非常になだらかなものとなるから、高温はんだ層32の接合面の平坦性を行うことは極力防止される。   At this time, the melted second low-temperature solder layer 33 at the uppermost part of the solder 30 has a mountain shape, but since the thickness thereof is thin, it becomes very gentle, so that the joint surface of the high-temperature solder layer 32 is flat. Performing sex is prevented as much as possible.

その後、半導体素子搭載工程を行うが、ここでは、第2の低温はんだ層33を介して、高温はんだ層32の接合面上に半導体素子10を搭載する。そして、第2の溶融工程を行うが、ここでは、3層31〜33のすべての溶融温度以上に加熱することで、当該3層31〜33のすべてを溶融させて、はんだ付けを行う
このとき、半導体素子10と高温はんだ層32の両接合面の間には、第2の低温はんだ層33が存在するものの、上述したように、その山形状は非常になだらかであるから、半導体素子10の接合面の全体が第2の低温はんだ層33と接触する。
Thereafter, a semiconductor element mounting step is performed. Here, the semiconductor element 10 is mounted on the bonding surface of the high-temperature solder layer 32 via the second low-temperature solder layer 33. Then, the second melting step is performed. Here, all the three layers 31 to 33 are melted and heated by heating to all the melting temperatures of the three layers 31 to 33 at this time. Although the second low-temperature solder layer 33 exists between the joint surfaces of the semiconductor element 10 and the high-temperature solder layer 32, as described above, the mountain shape is very gentle. The entire joint surface is in contact with the second low-temperature solder layer 33.

そのため、本製造方法によっても、図4(e)に示されるように、半導体素子10の接合面の全体に、溶融したはんだ30を確実に接触させ、半導体素子10の端部にてはんだ引けの発生を防止した接合がなされ、半導体装置を完成させることができる。   Therefore, also in this manufacturing method, as shown in FIG. 4E, the molten solder 30 is reliably brought into contact with the entire bonding surface of the semiconductor element 10, and solder is attracted at the end of the semiconductor element 10. Bonding that is prevented from occurring is performed, and the semiconductor device can be completed.

このように、本実施形態の製造方法によれば、第1の溶融工程では、第2の低温はんだ層33は溶融状態となるが、最も薄い層であるから、高温はんだ層32の接合面の平坦性を損なうようなことは、極力回避される。   Thus, according to the manufacturing method of the present embodiment, in the first melting step, the second low-temperature solder layer 33 is in a molten state, but is the thinnest layer. It is avoided as much as possible to impair the flatness.

そして、第2の溶融工程では、高温はんだ層32の接合面と半導体素子10とが、先に溶融する第2の低温はんだ層33を介して接合されるから、高温はんだ層32の平坦な接合面と半導体素子10との密着性が向上する。   In the second melting step, the joining surface of the high-temperature solder layer 32 and the semiconductor element 10 are joined via the second low-temperature solder layer 33 that is melted first. The adhesion between the surface and the semiconductor element 10 is improved.

(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を平面的に示す工程図である。本実施形態は、上記第1実施形態において、はんだ30の平面形状を変更したものであり、矩形板状のはんだ30の4つの角部の外部にはんだを広げることで、当該4つの角部におけるはんだ引け防止するようにしたところが相違するものである。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a process chart showing a plan view of a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the invention. In this embodiment, the planar shape of the solder 30 is changed in the first embodiment. By spreading the solder outside the four corners of the rectangular plate-shaped solder 30, the four corners The place where soldering is prevented is different.

本実施形態の製造方法でも、図5(a)に示されるように、ヒートシンク20の接合面上に、はんだ30を搭載する。このとき、はんだ30は、上記第1実施形態と同様に、半導体素子10に対応した矩形板状をなすものであるが、本実施形態では、さらに、半導体素子10の角部11に対応するはんだ30の角部に拡張部30aが設けられたものとしている。   Also in the manufacturing method of the present embodiment, the solder 30 is mounted on the joint surface of the heat sink 20 as shown in FIG. At this time, the solder 30 has a rectangular plate shape corresponding to the semiconductor element 10 as in the first embodiment. However, in this embodiment, the solder 30 further corresponds to the corner 11 of the semiconductor element 10. It is assumed that the extended portion 30 a is provided at the corner portion of 30.

この拡張部30aは、はんだ30の当該角部において、はんだ30の辺よりも外側にはみ出すようにはんだ30の一部を拡張した部分である。ここでは、拡張部30aは矩形状に出っ張った形状であるが、はんだ30の辺よりも外側に突出すれば、これに限定されるものではなく、たとえば円形状に出っ張ったものでもよい。   The expanded portion 30 a is a portion in which a part of the solder 30 is expanded at the corner portion of the solder 30 so as to protrude outward from the side of the solder 30. Here, the extended portion 30a has a shape protruding in a rectangular shape, but is not limited to this as long as it protrudes outward from the side of the solder 30, and may be, for example, a shape protruding in a circular shape.

そして、このはんだ30の配置後に、本製造方法においても、図5(b)に示される第1の溶融工程を行う。この第1の溶融工程は上記第1実施形態と同様に行えばよい。その後、半導体素子搭載工程を行い、続いて、第2の溶融工程を上記同様に行えば、図5(c)に示されるように、本実施形態の半導体装置ができあがる。   And after arrangement | positioning of this solder 30, also in this manufacturing method, the 1st fusion | melting process shown by FIG.5 (b) is performed. This first melting step may be performed in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, if a semiconductor element mounting step is performed, and then the second melting step is performed in the same manner as described above, the semiconductor device of this embodiment is completed as shown in FIG.

本実施形態の製造方法によれば、上記第1実施形態と同様の効果が得られるとともに、拡張部30のによって、はんだ30のうち半導体素子10の角部11に位置する部分のはんだ30の量を局所的に増加させることができるから、半導体素子10の角部11におけるはんだ引けの発生防止の点で、より好ましい効果を発揮できる。   According to the manufacturing method of the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the amount of the solder 30 in the portion of the solder 30 located at the corner 11 of the semiconductor element 10 by the extended portion 30. Therefore, a more preferable effect can be exhibited in terms of preventing the occurrence of solder shrinkage at the corners 11 of the semiconductor element 10.

なお、本実施形態は、はんだ30の一部を拡張部30aとすればよいものであるから、上記第1実施形態以外にも、上記第2実施形態のような3層構造のはんだ30に対しても組み合わせて適用できることはもちろんである。   In the present embodiment, a part of the solder 30 only needs to be the extended portion 30a. Therefore, in addition to the first embodiment, the solder 30 having the three-layer structure as in the second embodiment can be used. Of course, it can be applied in combination.

10 半導体素子
11 半導体素子の角部
20 基板としてのヒートシンク
30 はんだ
30a 拡張部
31 低温はんだ層
32 高温はんだ層
33 第2の低温はんだ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor element 11 Corner | angular part of semiconductor element 20 Heat sink as board | substrate 30 Solder 30a Expansion part 31 Low temperature solder layer 32 High temperature solder layer 33 2nd low temperature solder layer

Claims (3)

シリコンよりなる矩形板状の半導体素子(10)を、基板(20)上にPbフリーはんだよりなるはんだ(30)を介してはんだ付けしてなる半導体装置の製造方法において、
前記はんだ(30)を、前記基板(20)側から、Pbフリーはんだよりなる低温はんだ層(31)、前記低温はんだ層(31)よりも融点の高いPbフリーはんだよりなり且つ前記半導体素子(10)との接合面が平坦面である高温はんだ層(32)が積層されてなるものとし、
前記はんだ付けのときには、前記高温はんだ層(32)の前記接合面の平坦性を維持するように前記高温はんだ層(32)は固体状態としつつ、前記低温はんだ層(31)を、その全体が溶融した状態とする第1の溶融工程を行い、
その後、前記高温はんだ層(32)の前記接合面上に前記半導体素子(20)を搭載し、
続いて、前記低温はんだ層(31)とともに前記高温はんだ層(32)も溶融させてはんだ付けを行う第2の溶融工程を行うものであり、
前記はんだ(30)においては、前記高温はんだ層(32)の方が前記低温はんだ層(31)よりも厚いものとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the method of manufacturing a semiconductor device in which a rectangular plate-shaped semiconductor element (10) made of silicon is soldered onto a substrate (20) via a solder (30) made of Pb-free solder,
From the substrate (20) side, the solder (30) is made of a low-temperature solder layer (31) made of Pb-free solder, Pb-free solder having a melting point higher than that of the low-temperature solder layer (31), and the semiconductor element (10). ) And a high-temperature solder layer (32) having a flat joint surface,
At the time of the soldering, the high-temperature solder layer (32) is entirely in the solid state while the high-temperature solder layer (32) is in a solid state so as to maintain the flatness of the joint surface of the high-temperature solder layer (32). Performing a first melting step to a molten state,
Thereafter, mounting the semiconductor element (20) on the joint surface of the high-temperature solder layer (32),
Subsequently, a second melting step of performing soldering by melting the high temperature solder layer (32) together with the low temperature solder layer (31) is performed ,
In the solder (30), the high temperature solder layer (32) is thicker than the low temperature solder layer (31) .
前記はんだ(30)を、前記基板(20)側から、前記低温はんだ層(31)、前記高温はんだ層(32)が積層されてなるものとしつつ、さらに、前記高温はんだ層(32)の前記接合面上に、前記高温はんだ層(32)よりも融点の低いPbフリーはんだよりなり且つ前記低温はんだ層(31)よりも薄い第2の低温はんだ層(33)が積層されたものとし、
前記第1の溶融工程では、前記第2の低温はんだ層(33)も、その全体が溶融した状態とし、
その後、前記第2の低温はんだ層(33)を介して、前記高温はんだ層(32)の前記接合面上に前記半導体素子(10)を搭載し、
続く前記第2の溶融工程では、前記低温はんだ層(31)、前記高温はんだ層(32)および前記第2の低温はんだ層(33)のすべてを溶融させて、はんだ付けを行うことを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。
The solder (30) is formed by laminating the low-temperature solder layer (31) and the high-temperature solder layer (32) from the substrate (20) side, and further, the solder of the high-temperature solder layer (32) A second low-temperature solder layer (33) made of Pb-free solder having a melting point lower than that of the high-temperature solder layer (32) and thinner than the low-temperature solder layer (31) is laminated on the joint surface,
In the first melting step, the second low-temperature solder layer (33) is also in a state where the whole is melted,
Thereafter, the semiconductor element (10) is mounted on the joint surface of the high-temperature solder layer (32) via the second low-temperature solder layer (33),
In the subsequent second melting step, the low-temperature solder layer (31), the high-temperature solder layer (32), and the second low-temperature solder layer (33) are all melted and soldered. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
前記はんだ(30)は、前記半導体素子(10)に対応した矩形板状をなすとともに、前記半導体素子(10)の角部(11)に対応する前記はんだ(30)の角部には、前記はんだ(30)の辺よりも外側にはみ出すように前記はんだ(30)の一部を拡張した部分である拡張部(30a)が設けられたものとすることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 The solder (30) has a rectangular plate shape corresponding to the semiconductor element (10), and the corner of the solder (30) corresponding to the corner (11) of the semiconductor element (10) to claim 1 or 2, characterized in that it is assumed that the solder (30) is enhanced some portion of the solder said edges so as to protrude outward from the (30) extension (30a) is provided The manufacturing method of the semiconductor device of description.
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