JP6768843B2 - パワー半導体装置の製造方法およびパワー半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、パワー半導体装置の製造方法およびパワー半導体装置に関し、特に、ワイヤボンディングによる配線を省いたパワー半導体装置の製造方法と、そのようなパワー半導体装置とに関するものである。
パワー半導体装置では、電力を制御する、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子と、パワー半導体装置としての一連の動作を制御する電子部品等とが搭載されている。
パワー半導体素子と電子部品とは、はんだ付けによってベース板に接合される。さらに、そのベース板に接合されたパワー半導体素子と電子部品とに対して、外部と電気的に接続する大容量中継基板が、はんだ付けによって接合される。
パワー半導体装置の製造におけるはんだ付け工程では、ロール状に巻かれたリボンはんだが使用されている。なお、はんだ付けによって電子部品を基板へ接合する手法を開示した特許文献の一例として、特許文献１がある。
特開２０１２−１２９４５６号公報（特許第５５６２２２２号）
上述したように、はんだ付け工程では、ロール状に巻かれたリボンはんだが使用されている。ロール状のリボンはんだでは、ロール状に巻かれている部分の中心付近に位置するリボンはんだほど、反りやすく、また、うねりやすい。このため、半導体素子等をはんだ付けする際には、リボンはんだの反りあるいはうねりを取り除く必要がある。そのため、リボンはんだの反り等を強制的に抑えた状態で、リボンはんだを切断する専用の治具が必要になる。
また、切断されたリボンはんだを、銅板等に載置するには専用の治具が必要とされる。さらに、切断されたリボンはんだに反り等が残っている状態で、半導体素子等が載置されると、半導体素子等が傾くことがある。この傾きが大きくなると、半導体素子等と銅板との間にボイドが形成されることがある。
さらに、半導体素子等の種類に応じてはんだの厚さを変えようとすると、その厚さに対応したリボンはんだが必要になり、管理が煩雑になる。このように、リボンはんだを使用したパワー半導体装置では、製造工程が煩雑になり、コストの削減および製造期間の短縮化等が阻害されてしまうことがある。そのため、パワー半導体装置には、製造工程のさらなる効率化が求められている。
本発明は、そのような開発のもとでなされたものであり、一の目的は、製造工程の効率化を図ることができるパワー半導体装置の製造方法を提供することであり、他の目的は、そのような半導体装置を提供することである。
本発明に係る一のパワー半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含むベース板を用意する。複数の第１開口部が形成された第１マスクを印刷マスクとして、複数の第１開口部のそれぞれに第１はんだペーストを充填することにより、第１導体板に接する第１はんだパターン第１部および第２導体板に接する第１はんだパターン第２部を形成する。第１はんだパターン第１部に第１半導体素子を載置し、第１はんだパターン第２部に第２半導体素子を載置する。複数の第２開口部が形成された第２マスクを他の印刷マスクとして、複数の第２開口部のそれぞれに第２はんだペーストを充填することにより、第１半導体素子に接する第２はんだパターン第１部および第２半導体素子に接する第２はんだパターン第２部を形成する。第２はんだパターン第１部および第２はんだパターン第２部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する。中継基板が配置された後、熱処理を施す。
本発明に係る他のパワー半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含むベース板を用意する。複数の第１開口部が形成されたマスクを印刷マスクとして、複数の第１開口部のそれぞれに第１はんだペーストを充填することにより、第１導体板に接する第１はんだパターン第１部および第２導体板に接する第１はんだパターン第２部を形成する。第１はんだパターン第１部に第１半導体素子を載置し、第１はんだパターン第２部に第２半導体素子を載置する。第１半導体素子の第１上面および第２半導体素子の第２上面のそれぞれに、第２はんだペーストを塗布することにより、第１上面に第２はんだパターン第１部を形成し、第２上面に第２はんだパターン第２部を形成する。第２はんだパターン第１部および第２はんだパターン第２部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する。中継基板が配置された後、熱処理を施す。
本発明に係る一のパワー半導体装置は、ベース板と第１半導体素子と第２半導体素子と中継基板と外部接続端子とを備えている。ベース板は、互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含む。第１半導体素子は、第１導体板に対し、第１はんだパターン第１部によって接合されている。第２半導体素子は、第２導体板に対し、第１はんだパターン第２部によって接合されている。中継基板は、第１半導体素子とは第２はんだパターン第１部によって接合され、第２半導体素子とは第２はんだパターン第２部によって接合されている。外部接続端子は、中継基板に取り付けられている。
本発明に係る他のパワー半導体装置は、ベース板と第１半導体素子と第２半導体素子と中継基板と外部接続端子とを備えている。ベース板は、互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含む。第１半導体素子は、第１導体板に対し、第１はんだパターン第１部によって接合されている。第２半導体素子は、第２導体板に対し、第１はんだパターン第２部によって接合されている。中継基板は、第１半導体素子とは第２はんだパターン第１部によって接合され、第２半導体素子とは第２はんだパターン第２部によって接合されている。中継基板には、外部接続端子が取り付けられている。中継基板は、第２はんだパターン第１部とは、外部接続端子を介在させて配置されている。
本発明に係る一のパワー半導体装置の製造方法によれば、第１マスクを印刷マスクとして、第１導体板に接する第１はんだパターン第１部および第２導体板に接する第１はんだパターン第２部が形成される。また、第２マスクを印刷マスクとして、第１半導体素子に接する第２はんだパターン第１部および第２半導体素子に接する第２はんだパターン第２部が形成される。これにより、製造工程の効率化を図ることができる。
本発明に係る他のパワー半導体装置の製造方法によれば、マスクを印刷マスクとして、第１導体板に接する第１はんだパターン第１部および第２導体板に接する第１はんだパターン第２部が形成される。また、第１半導体素子の第１上面および第２半導体素子の第２上面のそれぞれに、第２はんだペーストを塗布することにより、第１上面に第２はんだパターン第１部が形成され、第２上面に第２はんだパターン第２部が形成される。これにより、製造工程の効率化を図ることができる。
本発明に係る一のパワー半導体装置によれば、上記一のパワー半導体装置の製造方法によって形成されることで、製造工程の効率化が図られて、生産コストの低減に寄与することができる。
本発明に係る他のパワー半導体装置によれば、上記他のパワー半導体装置の製造方法によって形成されることで、製造工程の効率化が図られて、生産コストの低減に寄与することができる。
実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るパワー半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 各実施の形態において、はんだペーストによる製造方法のメリットを説明するための第１の部分斜視図である。 各実施の形態において、はんだペーストによる製造方法のメリットを説明するための第２の部分斜視図である。 各実施の形態において、はんだペーストによる製造方法のメリットを説明するための第３の部分斜視図である。 各実施の形態において、はんだペーストによる製造方法のメリットを説明するための第４の部分斜視図である。 各実施の形態において、はんだペーストによる製造方法のメリットを説明するための、ニッケルボール入りはんだを使用した場合の部分断面図である。
実施の形態１．
実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。図１に示すように、まず、銅ベース板３が用意される。銅ベース板３では、銅板５ａの上に樹脂絶縁部７を介在させて、複数の銅板５ｂ、５ｃ、５ｄが配置されている。銅板５ｂ、５ｃ、５ｄは、互いに電気的に絶縁されている。複数の銅板５ｂ、５ｃ、５ｄのそれぞれには、半導体素子がそれぞれ載置される。
次に、第１マスクとしてのメタルマスク５１（図２参照）が用意される。メタルマスク５１には、複数の開口部５３が形成されている。次に、図２に示すように、そのメタルマスク５１が、銅ベース板３に対して、複数の銅板５ｂ、５ｃ、５ｄのそれぞれに載置される半導体素子（図示せず）の位置に開口部５３が位置するように配置される。
次に、そのメタルマスク５１に、はんだペースト（図示せず）が塗布される。はんだペーストとして、ここでは、たとえば、ＲｏＨＳ指令に対応したスズ（Ｓｎ）系のはんだペーストが用いられる。なお、ＲｏＨＳ指令とは、電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合（ＥＣ）による指令（Restriction of Hazardous Substances）をいう。
次に、たとえば、スキージ（図示せず）等を用いて、図３に示すように、メタルマスク５１の複数の開口部５３のそれぞれに、はんだペースト１５が充填される。その後、図４に示すように、メタルマスク５１が取り外されて、複数の銅板５ｂ、５ｃ、５ｄのそれぞれに、はんだペースト１５のパターンが形成される。
はんだペースト１５のパターンは、たとえば、銅板５ｂに形成された第１はんだパターン第１部としてのはんだペースト１５のパターンを含み、銅板５ｃに形成された第１はんだパターン第２部としてのはんだペースト１５のパターンを含む。はんだペースト１５のパターンの厚さは、メタルマスク５１の厚さに相当する。はんだペースト１５のパターンは、半導体素子等において発生した熱を銅板５ｂ、５ｃ、５ｄ等へ逃がすために、比較的薄い厚さをもって形成される。
次に、図５に示すように、あらかじめ定められた特定のはんだペースト１５のパターンのそれぞれに、半導体素子９、１１と導電部品１３とが載置される。半導体素子９、１１は、たとえば、ＩＧＢＴを含む。
次に、第２マスクとしてのメタルマスク５５（図６参照）が用意される。メタルマスク５５には、複数の開口部５７が形成されている。次に、図６に示すように、そのメタルマスク５５が、開口部５７のそれぞれに半導体素子９、１１または導電部品１３が嵌め込まれるように、銅ベース板３に配置される。
次に、そのメタルマスク５５に、はんだペースト（図示せず）が塗布される。次に、たとえば、スキージ（図示せず）等を用いて、図７に示すように、メタルマスク５５の複数の開口部５７のそれぞれに、はんだペースト１７が充填される。その後、図８に示すように、メタルマスク５５が取り外されて、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれを覆うように、はんだペースト１７のパターンが形成される。
半導体素子９を覆うはんだペースト１７の厚さは比較的厚く、半導体素子１１を覆うはんだペースト１７の厚さと、導電部品１３を覆うはんだペースト１７の厚さとは、比較的薄い。はんだペースト１７の厚さには、同じ厚さでないものが含まれるが、はんだペースト１７のパターンのそれぞれの上面の位置（高さＨ）は、同じ高さに揃えられることになる。
はんだペースト１７のパターンは、たとえば、半導体素子９を覆うように形成された第２はんだパターン第１部としてのはんだペースト１７のパターンを含み、半導体素子１１を覆うように形成された第２はんだパターン第２部としてのはんだペースト１７のパターンを含む。
次に、図９に示すように、大容量中継基板２１が載置される。大容量中継基板２１には、複数の導体部２３が設けられている。複数の導体部２３は、はんだペースト１７のパターンのそれぞれに対応する位置に配置されている。大容量中継基板２１は、複数の導体部２３のそれぞれが、対応するはんだペースト１７に接触するように配置される。
その大容量中継基板２１には、複数の外部接続端子２５が取り付けられている。複数の外部接続端子２５のそれぞれは、導体部２３、はんだペースト１７を介して、対応する半導体素子９、１１または導電部品１３と電気的に接続されることになる。次に、たとえば、１５０℃以上の還元雰囲気のもとで、はんだペースト１５、１７等を覆う酸化膜が除去される。次に、２００℃以上、減圧化の条件のもとで熱処理を行うことにより、ボイドの形成を抑制しながら、はんだペースト１５、１７が溶融される。
これにより、半導体素子９は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｂ、５ｄに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。半導体素子１１は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｃに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。導電部品１３は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｄに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。
こうして、パワー半導体装置１の主要部分が完成する。このパワー半導体装置１では、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれと外部接続端子２５とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、大容量中継基板２１を介して電気的に接続されることになる。
上述したパワー半導体装置１の製造方法では、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれは、メタルマスク５１、５５を印刷マスクとして印刷されたはんだペースト１５、１７によって、銅ベース板３と大容量中継基板２１とに接合される。これにより、リボンはんだを使用して接合する方法と比べて、リボンはんだの反りを強制する専用の治具が必要ではなくなる。また、切断されたリボンはんだを銅ベース板等に載置するための専用の治具も必要ではなくなる。その結果、パワー半導体装置を効率的に製造することができ、コストの削減および製造期間の短縮に寄与することができる。
また、はんだペースト１５、１７の厚さを、メタルマスク５１、５５の厚さによって調整することができる。これにより、リボンはんだの厚さによってはんだの厚さを変える場合と比べて、はんだの厚さを容易に変更することができ、パワー半導体装置の製造工程のさらなる効率化に寄与することができる。
さらに、半導体素子９、１１および導電部品１３の厚さが、たとえ互いに異なっていても、はんだ１８（はんだペースト１７）の高さがメタルマスク５５の厚さによって規定されることになる。これにより、大容量中継基板２１を銅ベース板３に対して傾斜させることなく、ほぼ一定の高さに配置させることができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、１つの大容量中継基板を備えたパワー半導体装置の製造方法の一例について説明した。ここでは、２つの大容量中継基板を備えたパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態１において説明した部材と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
まず、銅ベース板３が用意される。銅ベース板３では、銅板５ａの上に樹脂絶縁部７を介在させて、複数の銅板５ｂ、５ｃが配置されている（図１０参照）。次に、図２、図３および図４に示す工程と同様の工程を経て、複数の銅板５ｂ、５ｃのそれぞれに、はんだペースト１５のパターンが形成される（図１０参照）。次に、図１０に示すように、あらかじめ定められた特定のはんだペースト１５のパターンのそれぞれに、半導体素子９、１１と導電部品１３とが載置される。
次に、メタルマスク５５（図１１参照）が用意される。メタルマスク５５には、複数の開口部５７が形成されている。次に、図１１に示すように、そのメタルマスク５５が、開口部５７のそれぞれに半導体素子９、１１または導電部品１３が嵌め込まれるように、銅ベース板３に配置される。
次に、そのメタルマスク５５に、はんだペースト（図示せず）が塗布される。次に、たとえば、スキージ（図示せず）等を用いて、メタルマスク５５の複数の開口部５７のそれぞれに、はんだペースト１７が充填される。その後、メタルマスク５５が取り外されて、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれを覆うように、はんだペースト１７のパターンが形成される。はんだペースト１７の厚さには、同じ厚さでないものが含まれるが、はんだペースト１７のパターンのそれぞれの上面の位置（高さ）は、同じ高さに揃えられる。
次に、図１２に示すように、２つの大容量中継基板２１が載置される。一方の大容量中継基板２１は、複数の導体部２３のそれぞれが、対応する半導体素子９を覆うはんだペースト１７のパターンに接触するように配置される。他方の大容量中継基板２１は、複数の導体部２３のそれぞれが、対応する半導体素子１１または導電部品１３を覆うはんだペースト１７のパターンに接触するように配置される。
次に、図９に示す工程と同様に、１５０℃以上の還元雰囲気のもとではんだペースト１５、１７等を覆う酸化膜が除去される。次に、２００℃以上、減圧化の条件のもとで熱処理を行うことにより、ボイドの形成を抑制しながら、はんだペースト１５、１７が溶融される。
これにより、半導体素子９は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｂに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。半導体素子１１は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｃに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。導電部品１３は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｃに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。
こうして、パワー半導体装置１の主要部分が完成する。このパワー半導体装置１では、半導体素子９と外部接続端子２５とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、一方の大容量中継基板２１を介して電気的に接続されることになる。また、半導体素子１１および導電部品１３のそれぞれと外部接続端子２５とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、他方の大容量中継基板２１を介して電気的に接続されることになる。
上述したパワー半導体装置の製造方法では、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれは、はんだ１６、１８（はんだペースト１５、１７）によって、銅ベース板３と大容量中継基板２１とに接合される。これにより、実施の形態１において説明したのと同様に、リボンはんだを使用して接合する方法と比べて、パワー半導体装置１を効率的に製造することができ、コストの削減および製造期間の短縮に寄与することができる。
また、はんだペースト１７の厚さを、メタルマスク５５等の厚さによって調整することができる。これにより、リボンはんだの厚さによってはんだの厚さを変える場合と比べて、はんだの厚さを容易に変更することができ、パワー半導体装置の製造工程のさらなる効率化に寄与することができる。
さらに、半導体素子９、１１および導電部品１３の厚さが、たとえ互いに異なっていても、はんだ１８（はんだペースト１７）の高さがメタルマスク５５の厚さによって規定されることになる。これにより、２つの大容量中継基板２１を銅ベース板３に対して傾斜させることなく、ほぼ一定の高さに配置させることができる。
実施の形態３．
ここでは、半導体素子等を覆うはんだの高さが異なるものを含むパワー半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態１において説明した部材と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
まず、銅ベース板３が用意される。銅ベース板３では、銅板５ａの上に樹脂絶縁部７を介在させて、複数の銅板５ｂ、５ｃ、５ｄが配置されている（図１３参照）。次に、図２、図３および図４に示す工程と同様の工程を経て、複数の銅板５ｂ、５ｃ、５ｄのそれぞれに、はんだペースト１５のパターンが形成される（図１３参照）。次に、図１３に示すように、あらかじめ定められた特定のはんだペースト１５のパターンのそれぞれに、半導体素子９、１１と導電部品１３とが載置される。
次に、図１４に示すように、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれの上面に、ディスペンサーによってはんだペーストが滴下される（ポッティング）。このとき、はんだペーストが配置される領域の面積と厚さとに基づいて、滴下されるはんだペーストの量が調整される。
ここでは、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれに形成されるはんだペースト１７の厚さが、たとえば、同じ厚さになるように、はんだペースト１７の量が調整される。このため、半導体素子９の上面に形成されるはんだペースト１７の高さは、半導体素子１１および導電部品１３のそれぞれの上面に形成されるはんだペースト１７の高さよりも低くなる。
次に、図１５に示すように、大容量中継基板２１が用意される。ここで、大容量中継基板２１では、外部接続端子２５は、銅ベース板３と対向する側に接続されて、銅ベース板３と対向する側とは反対の側に突出するように配置されている。
次に、図１６に示すように、大容量中継基板２１が載置される。このとき、半導体素子１１および導電部品１３のそれぞれを覆うはんだペースト１７のパターンに対しては、複数の導体部２３のそれぞれが接触し、半導体素子９を覆うはんだペースト１７のパターンに対しては、外部接続端子２５が接触する態様で、大容量中継基板２１が載置される。これにより、半導体素子１１等を覆うはんだペースト１７のパターン（上面）よりも低い位置にある半導体素子９を覆うはんだペースト１７のパターンと大容量中継基板２１（外部接続端子２５）との電気的な接続が図られる。
次に、図９に示す工程と同様に、１５０℃以上の還元雰囲気のもとではんだペースト１５、１７等を覆う酸化膜が除去される。次に、２００℃以上、減圧化の条件のもとで熱処理を行うことにより、ボイドの形成を抑制しながら、はんだペースト１５、１７が溶融される。
これにより、半導体素子９は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｂ、５ｄに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して外部接続端子２５に接合される。半導体素子１１は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｂ、５ｄに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。導電部品１３は、はんだ１６（はんだペースト１５）を介して銅板５ｃに接合され、はんだ１８（はんだペースト１７）を介して導体部２３に接合される。
こうして、パワー半導体装置１の主要部分が完成する。このパワー半導体装置１では、半導体素子９と外部接続端子２５（外部接続端子Ａ）とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、電気的に直接接続されることになる。また、半導体素子１１および導電部品１３のそれぞれと外部接続端子Ａ以外の外部接続端子（図示せず）とが、ワイヤボンディングによる配線を形成することなく、大容量中継基板２１を介して電気的に接続されることになる。
上述したパワー半導体装置の製造方法では、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれは、はんだ１６、１８（はんだペースト１５、１７）によって、銅ベース板３と大容量中継基板２１とに接合される。これにより、実施の形態１において説明したのと同様に、リボンはんだを使用して接合する方法と比べて、パワー半導体装置１を効率的に製造することができ、コストの削減および製造期間の短縮に寄与することができる。
また、半導体素子９を覆うはんだペースト１７の高さが半導体素子１１等を覆うはんだペースト１７の高さよりも低い場合であっても、その半導体素子９と大容量中継基板２１との間に外部接続端子２５を介在させることで、半導体素子９と外部接続端子２５とを電気的に接続することができる。また、ディスペンサーによって半導体素子９に滴下するはんだペースト１７の量（厚さ）を調整することで、半導体素子９と外部接続端子２５とを確実に接合させることができる。さらに、半導体素子９と大容量中継基板２１とを、外部接続端子２５を介して電気的に接続することもできる。
（はんだペーストを使用した場合の他のメリット）
上述した各実施の形態では、はんだペースト１５、１７のパターンが、印刷によって形成される。すなわち、はんだペーストをメタルマスク５１、５５の開口部５３、５７に充填することによって、開口部５３、５７の開口形状とメタルマスク５１、５５の厚さとに対応したはんだペースト１５、１７のパターンが形成される。
半導体素子９として、たとえば、ＩＧＢＴの場合には、信号系のパッドまたはゲート駆動部等のパッドとして、小信号パッドが設けられている。小信号パッドは、専有面積も比較的小さい。図１７に示すように、メタルマスクを使用することで、このような小信号パッドに対しても、はんだペースト１９ａのパターンを、小信号パッド以外の部分に形成されるはんだペーストのパターン（図示せず）と同時に形成することができる。
これにより、小信号パッドと大容量中継基板（外部接続端子）とを、はんだ（はんだペーストのパターン）によって電気的に接続することができ、たとえば、ワイヤボンディングによって電気的に接続させる場合と比べて、パワー半導体装置のパッケージの小型化に寄与することができる。
また、小信号パッドへはんだペーストのパターンを形成するに際して、メタルマスクの開口面積およびメタルマスクの厚さを調整することで、はんだペーストの量を変えることなく、はんだペーストのパターンの高さを変えることができる。
メタルマスクの開口面積を大きくし、メタルマスクの厚さを薄くすることで、図１７に示すように、高さが比較的低いはんだペースト１９ａのパターンを形成することができる。一方、メタルマスクの開口面積を小さくし、メタルマスクの厚さを厚くすることで、図１８に示すように、高さが比較的高いはんだペースト１９ｂのパターンを形成することができる。
さらに、メタルマスクの開口形状として、矩形の他に、たとえば、円形にすることもできる。メタルマスクの開口形状を円形とし、メタルマスクの厚さを薄くすることで、図１９に示すように、高さが比較的低い、ほぼ円柱状のはんだペースト１９ｃのパターンを形成することができる。一方、メタルマスクの開口形状を円形とし、メタルマスクの厚さを厚くすることで、図２０に示すように、高さが比較的高い、ほぼ円柱状のはんだペースト１９ｄのパターンを形成することができる。
このように、メタルマスクの開口形状を円形にすることで、ほぼ円柱状のはんだペースト１９ｃ、１９ｄが形成されることになる。これにより、はんだ（はんだペースト１９ｃ、１９ｄ）にクラックが生じる起点となる角がなくなり、パワー半導体装置１の信頼性の向上に寄与することができる。
また、はんだペーストとして、たとえば、ニッケルボール入りのはんだペーストを使用してもよい。この場合には、図２１に示すように、たとえば、半導体素子９、１１または導電部品１３と銅ベース板３との間に、はんだペースト２０に含まれるニッケルボール２０ａが介在することで、半導体素子９、１１または導電部品１３が、銅板５ｂ（銅ベース板）に対して傾くのを阻止することができる。さらには、大容量中継基板（図示せず）と半導体素子９，１１等との間に、ニッケルボール入りはんだを介在させることで、大容量中継基板が、銅板５ｂ（銅ベース板）に対して傾いてしまうのを確実に抑制することができる。
なお、上述した各実施の形態では、半導体素子９、１１および導電部品１３のそれぞれを覆うはんだペースト１７の厚さとして、同じ厚さを有するはんだペースト１７を例に挙げて説明した。はんだペースト１７の厚さとしては同じ厚さのものに限られず、必要に応じて、厚さの異なるはんだペーストを形成してもよい。たとえば、印刷マスクによって特定のはんだペーストのパターンを形成し、その後、ディスペンサーによって、他の特定のはんだペーストのパターンを形成することで、厚さの異なるはんだペーストのパターンを形成することができる。
また、はんだペーストして、スズ系のはんだペーストを例に挙げて説明した。そのようなはんだペーストとして、千住金属工業製の無洗浄はんだペーストを使用してもよい。このような無洗浄はんだペーストを使用することで、フラックスの残渣が低減されてリークを回避することができる。
また、はんだペーストとして、組成の異なるはんだペーストを適用してもよい。たとえば、半導体素子９、１１等を銅ベース板３に接合するはんだペースト１５として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系のはんだペーストを使用することで、温度サイクルに起因するクラックを抑制することができる。一方、大容量中継基板２１を半導体素子９、１１等に接合するはんだペースト１７として、Ｓｎ−Ｃｕ系のはんだペーストを使用することで、コストを抑えることができる。
また、たとえば、半導体素子９を銅ベース板３に接合するはんだペースト１５の組成と、半導体素子１１を銅ベース板３に接合するはんだペースト１５の組成とを、必要に応じて異なる組成としてもよい。また、同様に、大容量中継基板２１を半導体素子９に接合するはんだペースト１７の組成と、大容量中継基板２１を半導体素子１１に接合するはんだペースト１７の組成とを、必要に応じて異なる組成としてもよい。
なお、各実施の形態において説明したパワー半導体装置の製造方法については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、ワイヤボンディングによる配線を形成しないパワー半導体装置に有効に利用される。
１ パワー半導体装置、３ 銅ベース板、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 銅板、７ 樹脂絶縁部、９、１１ 半導体素子、１３ 導電部品、１５、１７、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ はんだペースト、１６、１８ はんだ、２０ ニッケルボール入りはんだペースト、２０ａ ニッケルボール、２１ 大容量中継基板、２３ 導体部、２５ 外部接続端子、５１、５５ メタルマスク、５３、５７ 開口部。

Claims (14)

  1. 互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含むベース板を用意する工程と、
    複数の第１開口部が形成された第１マスクを印刷マスクとして、前記複数の第１開口部のそれぞれに第１はんだペーストを充填することにより、前記第１導体板に接する第１はんだパターン第１部および前記第２導体板に接する第１はんだパターン第２部を形成する工程と、
    前記第１はんだパターン第１部に第１半導体素子を載置し、前記第１はんだパターン第２部に第２半導体素子を載置する工程と、
    複数の第２開口部が形成された第２マスクを他の印刷マスクとして、前記複数の第２開口部のそれぞれに第２はんだペーストを充填することにより、前記第１半導体素子に接する第２はんだパターン第１部および前記第２半導体素子に接する第２はんだパターン第２部を形成する工程と、
    前記第２はんだパターン第１部および前記第２はんだパターン第２部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する工程と、
    前記中継基板が配置された後、熱処理を施す工程と
    を備え、
    前記第１半導体素子には信号パッドが形成されており、
    前記第２はんだパターン第１部を形成する工程では、前記第２はんだパターン第１部は、前記信号パッドの上に形成される部分を含み、
    前記第２はんだパターン第１部は円柱状に形成される、パワー半導体装置の製造方法。
  2. 前記第２はんだパターン第１部および前記第２はんだパターン第２部を形成する工程では、前記第２はんだパターン第１部の上面の位置と、前記第２はんだパターン第２部の上面の位置とは、同じ高さになる、請求項１記載のパワー半導体装置の製造方法。
  3. 前記中継基板を配置する工程では、
    前記中継基板として、第１中継基板および第２中継基板が用いられ、
    前記第２はんだパターン第１部に接するように前記第１中継基板が配置され、
    前記第２はんだパターン第２部に接するように前記第２中継基板が配置される、請求項１または２に記載のパワー半導体装置の製造方法。
  4. 前記第１はんだペーストおよび前記第２はんだペーストのいずれかとして、ニッケルボール入りはんだが使用される、請求項１または２に記載のパワー半導体装置の製造方法。
  5. 互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含むベース板を用意する工程と、
    複数の第１開口部が形成されたマスクを印刷マスクとして、前記複数の第１開口部のそれぞれに第１はんだペーストを充填することにより、前記第１導体板に接する第１はんだパターン第１部および前記第２導体板に接する第１はんだパターン第２部を形成する工程と、
    前記第１はんだパターン第１部に第１半導体素子を直接載置し、前記第１はんだパターン第２部に第２半導体素子を直接載置する工程と、
    前記第１半導体素子の第１上面および前記第２半導体素子の第２上面のそれぞれに、第２はんだペーストを塗布することにより、前記第１上面に第２はんだパターン第１部を形成し、前記第２上面に第２はんだパターン第２部を形成する工程と、
    前記第２はんだパターン第１部および前記第２はんだパターン第２部に対して、外部接続端子が取り付けられた中継基板を配置する工程と、
    前記中継基板が配置された後、熱処理を施す工程と
    を備え、
    前記中継基板を取り付ける工程では、前記中継基板は、前記第２はんだパターン第１部とは、前記外部接続端子を介在させて配置され、前記第２はんだパターン第２部とは直接接するように配置される、パワー半導体装置の製造方法。
  6. 前記第１はんだペーストおよび前記第２はんだペーストのいずれかとして、ニッケルボール入りはんだが使用される、請求項５記載のパワー半導体装置の製造方法。
  7. 互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含むベース板と、
    前記第１導体板に対し、第１はんだパターン第１部によって接合された第１半導体素子と、
    前記第２導体板に対し、第１はんだパターン第２部によって接合された第２半導体素子と、
    前記第１半導体素子とは第２はんだパターン第１部によって接合され、前記第２半導体素子とは第２はんだパターン第２部によって接合された中継基板と、
    前記中継基板に取り付けられた外部接続端子と
    を備え、
    前記第１半導体素子には信号パッドが形成されており、
    前記第２はんだパターン第１部は、前記信号パッドの上に形成される部分を含み、
    前記第２はんだパターン第１部は円柱状である、パワー半導体装置。
  8. 前記第１はんだパターン第１部および前記第１はんだパターン第２部のそれぞれは、同じ厚さを有する、請求項７記載のパワー半導体装置。
  9. 前記第２はんだパターン第１部の上面の位置と、前記第２はんだパターン第２部の上面の位置とは、同じ高さである、請求項７または８に記載のパワー半導体装置。
  10. 前記中継基板は、第１中継基板および第２中継基板を含み、
    前記第１中継基板が、前記第２はんだパターン第１部によって前記第１半導体素子に接合され、
    前記第２中継基板が、前記第２はんだパターン第２部によって前記第２半導体素子に接合された、請求項７または８に記載のパワー半導体装置。
  11. 前記第１はんだパターン第１部および前記第１はんだパターン第２部と、前記第２はんだパターン第１部および前記第２はんだパターン第２部との少なくともいずれかは、ニッケルボールを含む、請求項７または８に記載のパワー半導体装置。
  12. 互いに電気的に絶縁された第１導体板および第２導体板を含むベース板と、
    前記第１導体板に対し、第１はんだパターン第１部によって接合された第１半導体素子と、
    前記第２導体板に対し、第１はんだパターン第２部によって接合された第２半導体素子と、
    前記第１半導体素子とは第２はんだパターン第１部によって接合され、前記第２半導体素子とは第２はんだパターン第２部によって接合された、外部接続端子が取り付けられた中継基板と
    を備え、
    前記中継基板は、前記第２はんだパターン第１部とは、前記外部接続端子を介在させて配置され、前記第２はんだパターン第２部とは、直接接続され、
    前記第１半導体素子は、前記第１はんだパターン第１部に直接接続され、
    前記第２半導体素子は、前記第１はんだパターン第２部に直接接続されている、パワー半導体装置。
  13. 前記第１はんだパターン第１部および前記第１はんだパターン第２部のそれぞれは、同じ厚さを有する、請求項１２記載のパワー半導体装置。
  14. 前記第１はんだパターン第１部および前記第１はんだパターン第２部と、前記第２はんだパターン第１部および前記第２はんだパターン第２部との少なくともいずれかは、ニッケルボールを含む、請求項１２または１３に記載のパワー半導体装置。
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