JP6413929B2

JP6413929B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP6413929B2
Application number: JP2015107355A
Authority: JP
Inventors: 得未鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: JP2016221527A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

電力用半導体装置などの半導体装置の製造において、金属端子と金属板の超音波接合が実施される。なお、超音波接合時に生じた浮きや皺を、超音波接合とは異なる機構を用いた押圧工程により矯正する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０００６１１号公報

超音波接合を実施する前に金属端子と金属板の片方に浮きや反りといった傾きが発生している場合がある。この場合、金属同士の並行が保たれずに、超音波接合の強度が弱くなり、接合時間が安定せず、母材（金属板下の絶縁層）に過度なダメージを加えてしまう。このため、安定した接合品質を得ることができないという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は安定した接合品質を確保することができる半導体装置の製造方法を得るものである。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、上面に金属板が設けられた絶縁層を台座に載せ、前記金属板上に金属端子を載せる工程と、超音波ツールを前記金属端子に押し付けて加圧力を加えて前記金属端子と前記金属板を平行状態に固定するプレ接合工程と、前記プレ接合工程の後に、前記超音波ツールを前記金属端子に押し付けて加圧力を加えつつ超音波振動を加えて前記金属端子と前記金属板を超音波接合させるメイン接合工程とを備え、前記プレ接合工程の前記加圧力は前記メイン接合工程の前記加圧力より小さいことを特徴とする。

本発明ではメイン接合の前にプレ接合を行って金属端子や金属板に浮きや反りを矯正して金属端子と金属板を平行状態に固定するため、安定した接合品質６を確保することができる。

本発明の実施の形態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。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。図３のＩ−ＩＩに沿った断面図である。比較例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本発明の実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態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。図２及び図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。図４は図３のＩ−ＩＩに沿った断面図である。

まず、上面に金属板１が設けられた絶縁層２をワーク搬送して台座３に載せる（ステップＳ１）。そして、金属板１上に金属端子４を載せる。金属端子４及び金属板１は電流を流すものであり、絶縁層２は上面側の金属板１と下面側の配線（不図示）とを絶縁するものである。

次に、超音波ツール５をＺ軸方向に下降する座標を決めるための認識工程を実施する（ステップＳ２）。次に、図２に示すように、超音波ツール５をＺ軸方向に下降させて金属端子４に押し付けて加圧力Ｐｐを加えて金属端子４と金属板１を平行状態に固定する（プレ接合工程、ステップＳ３）。次に、超音波ツール５をＺ軸方向に上昇させて金属端子４から離す。

次に、超音波ツール５をＺ軸方向に下降する座標を決めるための認識工程を再び実施する（ステップＳ４）。次に、図３及び図４に示すように、超音波ツール５をＺ軸方向に下降させて金属端子４に押し付けて加圧力Ｐｍを加えつつ超音波振動Ｖｍを加えて金属端子４と金属板１を超音波接合させる（メイン接合工程、ステップＳ５）。なお、超音波振動Ｖｍは超音波ツール５を金属端子４に押し付けた後に加える。その後、超音波接合が終わった半導体装置をワーク搬送する（ステップＳ６）。

図５は、比較例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。比較例ではプレ接合を行わない。このため、金属端子４や金属板１に浮きや反りといった傾きが有ると、超音波ツール５と金属端子４や金属板１との平行が保たれず、金属板１の下の絶縁層２にまで過度なダメージを加えてしまい、安定した接合品質６を得ることができない。この金属端子４や金属板１の浮きや反りは、主に他プロセスの熱負荷による変形や搬送時の変形により発生する。

一方、本実施の形態では、メイン接合の前にプレ接合を行って金属端子４や金属板１に浮きや反りを矯正して金属端子４と金属板１を平行状態に固定するため、図４に示すように安定した接合品質６を確保することができる。

また、プレ接合工程の加圧力Ｐｐはメイン接合工程の加圧力Ｐｍより小さく、例えば１〜５０％の荷重である。プレ接合工程の時間はメイン接合工程の時間より短く、例えば１〜５０％の時間である。このため、金属端子４や金属板１に浮きや反りといった傾きが発生している場合でもプレ接合は可能であり、プレ接合工程において母材（金属板１下の絶縁層２）に過度なダメージを加えることはない。

なお、主に電極端子４に傾きが有ると、認識工程において誤認識を起こす場合がある。プレ接合工程で誤認識を起こし、そのままメイン接合工程を行うと、間違った座標位置のままメイン接合を開始してしまうことがある。そこで、プレ接合工程の後に超音波ツール５をＺ軸方向に上昇させ、メイン接合工程の前に再び認識工程を実施する。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本実施の形態では、プレ接合として、超音波ツール５をＺ軸方向に下降させて金属端子４に接触させて金属端子４の長手方向に対して平行方向に超音波振動Ｖｐを加え、金属端子４と金属板１を平行状態に固定する。その後、実施の形態１と同様にメイン接合を行う。これにより、実施の形態１と同様に、安定した接合品質６を確保することができる。

また、プレ接合工程の超音波振動Ｖｐの振幅量はメイン接合工程の超音波振動Ｖｍの振幅量より小さく、例えば１〜５０％の振幅量である。プレ接合工程の時間はメイン接合工程の時間より短く、例えば１〜５０％の時間である。このため、金属端子４や金属板１に浮きや反りといった傾きが発生している場合でもプレ接合は可能であり、プレ接合工程において母材（金属板１下の絶縁層２）に過度なダメージを加えることはない。

また、超音波ツール５の形状や接合部周囲の障壁の関係によって金属端子４の長手方向に対して平行方向にしか超音波振動Ｖｐを加えられない場合に本実施の形態を適用することができる。

なお、超音波ツール５は振動子方向にしかしか振動できないため、一方向のみしか超音波振動を加えることができない。超音波ツール５又は台座３を回転させれば二方向の超音波振動を加えることができる。ただし、プレ接合工程の場合、一方向のみの超音波振動により十分に仮接合を行うことができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本実施の形態では、プレ接合として、超音波ツール５をＺ軸方向に下降させて金属端子４に接触させて金属端子４の長手方向に対して垂直方向に超音波振動Ｖｐを加え、金属端子４と金属板１を平行状態に固定する。その後、実施の形態１と同様にメイン接合を行う。これにより、実施の形態１と同様に、安定した接合品質６を確保することができる。

また、超音波ツール５の形状や接合部周囲の障壁の関係によって金属端子４の長手方向に対して垂直方向にしか超音波振動Ｖｐを加えられない場合に本実施の形態を適用することができる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本実施の形態では、プレ接合として、超音波ツール５をＺ軸方向に下降させて金属端子４に押し付けて加圧力Ｐｐを加えつつ、金属端子４の長手方向に対して平行方向に超音波振動Ｖｐを加え、金属端子４と金属板１を平行状態に固定する。その後、実施の形態１と同様にメイン接合を行う。これにより、実施の形態１と同様に、安定した接合品質６を確保することができる。

また、プレ接合工程の超音波振動Ｖｐの振幅量はメイン接合工程の超音波振動Ｖｍの振幅量より小さく、例えば１〜５０％の振幅量である。プレ接合工程の時間はメイン接合工程の時間より短く、例えば１〜５０％の時間である。プレ接合工程の加圧力Ｐｐはメイン接合工程の加圧力Ｐｍより小さく、例えば１〜５０％の荷重である。このため、金属端子４や金属板１に浮きや反りといった傾きが発生している場合でもプレ接合は可能であり、プレ接合工程において母材（金属板１下の絶縁層２）に過度なダメージを加えることはない。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。本実施の形態では、プレ接合として、超音波ツール５をＺ軸方向に下降させて金属端子４に押し付けて加圧力Ｐｐを加えつつ、金属端子４の長手方向に対して垂直方向に超音波振動Ｖｐを加え、金属端子４と金属板１を平行状態に固定する。その後、実施の形態１と同様にメイン接合を行う。これにより、実施の形態１と同様に、安定した接合品質６を確保することができる。

１金属板、２絶縁層、３台座、４金属端子、５超音波ツール、Ｐｍ，Ｐｐ加圧力、Ｖｍ，Ｖｐ超音波振動

Claims

上面に金属板が設けられた絶縁層を台座に載せ、前記金属板上に金属端子を載せる工程と、
超音波ツールを前記金属端子に押し付けて加圧力を加えて前記金属端子と前記金属板を平行状態に固定するプレ接合工程と、
前記プレ接合工程の後に、前記超音波ツールを前記金属端子に押し付けて加圧力を加えつつ超音波振動を加えて前記金属端子と前記金属板を超音波接合させるメイン接合工程とを備え、
前記プレ接合工程の前記加圧力は前記メイン接合工程の前記加圧力より小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記プレ接合工程の時間は前記メイン接合工程の時間より短いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
上面に金属板が設けられた絶縁層を台座に載せ、前記金属板上に金属端子を載せる工程と、
超音波ツールを前記金属端子に接触させて超音波振動を加えて前記金属端子と前記金属板を平行状態に固定するプレ接合工程と、
前記プレ接合工程の後に、前記超音波ツールを前記金属端子に押し付けて加圧力を加えつつ超音波振動を加えて前記金属端子と前記金属板を超音波接合させるメイン接合工程とを備え、
前記プレ接合工程において前記超音波ツールを前記金属端子に押し付けて加圧力を加えつつ前記超音波振動を加え、
前記プレ接合工程の前記加圧力は前記メイン接合工程の前記加圧力より小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記プレ接合工程の前記超音波振動の振幅量は前記メイン接合工程の前記超音波振動の振幅量より小さく、
前記プレ接合工程の時間は前記メイン接合工程の時間より短いことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記プレ接合工程において前記金属端子の長手方向に対して平行方向に前記超音波振動を加えることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
前記プレ接合工程において前記金属端子の長手方向に対して垂直方向に前記超音波振動を加えることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
前記プレ接合工程の後、前記メイン接合工程の前に、前記超音波ツールを上昇させて前記金属端子から離す工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。