JPH08288319A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペレットを接合する半田層を均一な厚さに形
成し、かつ、半田層にボイドが含有されるのを防止す
る。 【構成】 ペレット１２を内部に真空吸着したコレット
１４をリードフレーム１におけるヘッダ１０上に載置す
る。この際、ペレット１２とヘッダ１０との間に隙間１
８が形成される。隙間１８内にコレット１４の側壁に形
成されている開口に接続した注入管１９から溶融半田１
７を流し込む。隙間１８内のエアーはコレット１４の側
壁に開口したエアーベント２０から溶融半田１７によっ
て押し出される。 【効果】 溶融半田が流し込まれる際、隙間はコレット
によって一定に維持されるため、半田層の厚さは均一か
つ一定になる。隙間内のエアーは溶融半田によって押し
出されるため、半田層にボイドは生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造技
術、特に、半導体ペレット（以下、ペレットという。）
の基板への半田接合技術に関し、例えば、半導体ペレッ
トが基板としてのヘッダに半田接合されているパワート
ランジスタやパワーＩＣの製造に利用して有効な技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、消費電力が大きいパワートラン
ジスタやパワーＩＣにおいては、放熱性に優れたヘッダ
にペレットを低熱抵抗でボンディングするために半田接
合方法が採用されることが多い。この場合、ペレットの
裏面はＴｉ−Ｎｉ−Ａｇ（またはＡｕ）やＣｒ−Ｎｉ−
Ａｇ（またはＡｕ）等のメタライズが施され、半田材料
としてはＰｂ−Ｓｎ系半田が主として用いられる。

【０００３】従来、上記ペレットの半田接合は、Ｎ₂ ガ
ス等の不活性ガス雰囲気中や、Ｎ₂ガスとＨ₂ ガスとの
混合ガス等の還元ガス雰囲気中で、ヘッダにおけるペレ
ットがボンディングされる領域に半田箔を貼り付けた後
に、その溶融半田上にペレットを載せ、ペレットを上下
左右に動かすことによって行っていた。

【０００４】また、半田箔を使用せずに、ヘッダにおけ
るペレットがボンディングされる領域に適量の溶融半田
を滴下し、この溶融半田上にペレットを載置してヘッダ
に接合する方法も知られている（例えば、特公昭６２−
２６１７６号公報や特開昭５３−９５５７６号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】消費電力の大きい半導
体装置においては、その熱放散はペレット裏面からヘッ
ダへ抜ける経路がほとんどであるため、ペレットを接合
している半田層の品質、信頼性は重要なものとなる。

【０００６】しかしながら、上記半田箔を使用した従来
の半田接合法は、半田箔が溶融されて生じる溶融半田が
一様な表面を有している均一厚さに形成されるのが難し
いため、その溶融半田上に載置されるペレットが傾いて
接合されたり、半田層中にボイドが含まれやすい問題が
あった。また、上記従来公報に記載されている半田接合
法は、半田層を均一な厚さにすることを一つの目的とし
ているが、溶融半田上にペレットを上から載せる方法の
ために、溶融半田中にボイドが溜まりやすく、ボイドが
含有されている半田層になりやすい問題を有している。

【０００７】本発明の目的は、ペレットを接合する半田
層を均一な厚さに形成することができ、かつ、半田層に
ボイドが含有されるのを防止することができる半導体装
置の製造技術を提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１０】すなわち、基板に半導体ペレットを隙間を
とって配置するとともに、半導体ペレットと基板との間
に形成した隙間に側方から溶融半田を流し込んで半田層
を形成することを特徴とする。

【００１１】

【作用】前記した手段によれば、ペレットと基板との間
に予め形成された隙間に溶融半田が流し込まれて半田層
が形成されるため、半田層は均一な厚さに形成される。
また、隙間内に溶融半田を側方から流し込むことによ
り、隙間内の空気が溶融半田によって追い出されるた
め、半田層にボイドが含まれるのを防止することができ
る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるパワートラン
ジスタの製造方法におけるペレットのボンディング工程
を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部分の
断面図である。図２は製造されたパワートランジスタを
示しており、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は正面断面図
である。図３はその製造方法に使用されるリードフレー
ム、ペレットおよびワイヤの組立体を示しており、
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【００１３】本実施例において、本発明に係る半導体装
置の製造方法は、ヘッダ付き樹脂封止パッケージを備え
ているパワートランジスタ（以下、パワートランジスタ
という。）を製造するのに使用されており、パワートラ
ンジスタは図２に示されているように構成されている。
そして、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
であるパワートランジスタの製造方法には、ペレットが
半田接合される基板としてのヘッダを形成するのにリー
ドフレームが使用されている。まず、パワートランジス
タの製造方法の一工程であるリードフレームの準備工程
を、図３について説明する。

【００１４】リードフレーム１は４２アロイ等の鉄系材
料や、無酸素銅等の銅系材料（銅または銅合金）のよう
な導電性の良好な材料が使用されてプレス加工によって
一体成形されている。実際にはリードフレーム１は単位
リードフレームが一列に連結された多連リードフレーム
構造に形成される。但し、以下の説明および図示におい
ては、一単位のみが示されている。リードフレーム１は
矩形の板形状に形成された外枠２を備えており、外枠２
には位置決め孔２ａが開設されている。外枠２の片脇に
はダム部材３が平行に配されており、外枠２とダム部材
３との間には第１アウタリード４、第２アウタリード５
および第３アウタリード６が長手方向に等間隔に配され
て、直角方向にそれぞれ架設されている。

【００１５】ダム部材３には第１インナリード７および
第２インナリード８が、左右の両端に位置する第１アウ
タリード４および第２アウタリード５と反対側位置で一
体的に連続するように形成されており、両インナリード
７、８はその一部がダム部材３と平行に延設されてい
る。また、ダム部材３にはヘッダ吊りリード９が、中央
に位置する第３アウタリード６と反対側の位置で一体的
に連続するように形成されており、このヘッダ吊りリー
ド９にはペレットが半田接合される基板としてのヘッダ
１０が一体的に形成されている。ちなみに、ダム部材３
の各アウタリード４、５、６の間の部分は樹脂封止体の
成形に際して樹脂のキャビティー外部への流出を堰止め
るダム３ａを構成している。

【００１６】リードフレーム１はヘッダ１０の厚さがそ
の他の部分に対して厚く（例えば、２倍以上）なるよう
に、異なる厚さの板材（所謂異形材）が使用されプレス
加工によって一体的に成形されている。すなわち、ヘッ
ダ１０はリードフレーム１の他の部分よりも厚い大略正
方形の板形状に一体成形されている。また、ヘッダ吊り
リード９にはクランク形状の屈曲部１１が形成されてお
り、この屈曲部１１によって、ヘッダ１０の高さは後記
するペレットの略厚さ分だけインナリード７、８の高さ
よりも低く下げられている。

【００１７】以上のように構成されて準備されたリード
フレーム１には、ペレットボンディング工程において図
３に示されているようにヘッダ１０にペレット１２が半
田層１３を介してボンディングされる。

【００１８】ペレットボンディング工程へ供給されるペ
レット１２は、ピックアップ工程でピックアップされた
ペレットが供給される。すなわち、半導体装置の製造工
程における所謂前工程においてパワートランジスタ素子
を作り込まれたウエハは、ダイシング工程で個々のペレ
ットに分断される。分断されたペレットはピックアップ
工程においてコレットに真空吸着されてピックアップさ
れる。ピックアップされたペレットはコレットが適当な
移動装置によって移動されることにより、ペレットボン
ディング工程へ供給される。

【００１９】本実施例において、ペレットを真空吸着し
てペレットボンディング工程へ移送する上記コレット
は、次のように構成されている。すなわち、図１に示さ
れているように、コレット１４は下面が開放され上面が
閉塞された箱体であるペレット保持体１５の上面に通気
管１６が連通接続されており、通気管１６は図示外の真
空源に接続されている。ペレット保持体１５は平面から
見てペレット１２と大きめに相似する略正方形の箱形状
に形成されており、ペレット保持体１５の容積はペレッ
ト１２よりも若干大きい大きさを備えている。そして、
ペレット保持体１５の高さはペレット１２の厚さよりも
大きい寸法を備えており、ペレット保持体１５内の上部
にペレット１２が真空吸着保持された状態で、ペレット
保持体１５内におけるペレット１２の下方には溶融半田
１７が注入される隙間１８が形成されるように構成され
ている。

【００２０】また、コレット１４におけるペレット保持
体１５の一側壁に開設されている開口には溶融半田１７
の注入管１９が接続されており、注入管１９と対向する
ペレット保持体１５の側壁における下端部には溶融半田
１７の注入時にペレット保持体１５内のエアーが排出さ
れるようにエアーベント２０が開設されている。

【００２１】次に、前記構成に係るコレット１４が使用
されるペレットボンディング方法を説明する。このペレ
ットボンディング工程において、リードフレーム１は還
元ガス（Ｈ₂ガスとＮ₂ ガスとの混合ガス）の雰囲気中
にセットされており、さらに、半田溶融温度よりも約５
０〜６０℃高い温度で加熱される。

【００２２】一方、ピックアップ工程においてペレット
１２を真空吸着したコレット１４は、還元ガス雰囲気中
で加熱されているリードフレーム１へ移動装置によって
移送され、ヘッダ１０の上面の所定位置に下端面が密着
した状態で当接される。この状態で、コレット１４内の
上部にはペレット１２が真空吸着されて固定されてお
り、ペレット１２の下方には溶融半田１７が充填される
隙間１８がペレット保持体１５の下部で囲まれて形成さ
れている。このとき、隙間１８の寸法はコレット１４の
下端面がヘッダ１０の上面に密着されるため、予め設定
された値に維持されており、しかも、全体にわたって均
一に（水平に）維持されている。

【００２３】この状態で、溶融半田１７がコレット１４
内のペレット１２下方に形成された隙間１８内に注入管
１９から注入され、ペレット１２の下面、ヘッダ１０の
上面およびペレット保持体１５下部の内周面で囲まれた
隙間１８の内部に充填される。このとき、隙間１８内の
エアーは溶融半田１７によってエアーベント２０から強
制的に排出されるため、溶融半田１７中にボイドが含有
されるのが防止される。また、溶融半田１７は水平に維
持されたペレット１２の下面、ヘッダ１０の上面および
ペレット保持体１５の下部内周面で囲まれた隙間１８内
に充填されるため、外形が規定された形状で均一厚さの
半田層１３を形成することになる。

【００２４】溶融半田１７がコレット１４におけるペレ
ット保持体１５内の隙間１８内に充填されたら、コレッ
ト１４におけるペレット保持体１５内のペレット１２の
上側空間に通気管１６からエアーが吹き出され、ペレッ
ト１２が溶融半田１７に密着される。

【００２５】次いで、リードフレーム１からコレット１
４が上昇された後にピックアップ位置へ移動される。こ
のとき、コレット１４にペレット保持体１５内の溶融半
田１７が付着しないようにするために、コレット１４は
加熱手段（図示せず）によって約３４０℃に加熱されて
いる。

【００２６】そして、溶融半田１７が固化すると、ペレ
ット１２はリードフレーム１におけるヘッダ１０の所定
位置に、溶融半田１７が固化して形成された半田層１３
によって半田接合される。この半田層１３は前述した通
りコレット１４に保持された状態で溶融半田１７を隙間
１８内に横から流し込まれて形成されるため、所定の均
一厚さでボイドのない半田層を呈することになる。

【００２７】以上のようにしてヘッダ１０にペレット１
２がボンディングされたリードフレーム１には、ワイヤ
ボンディング工程において、ペレット１２と両側のイン
ナリード７、８との間にワイヤ２１がそれぞれボンディ
ングされる。

【００２８】その後、樹脂封止体成形工程において、リ
ードフレーム１には図２に示されている樹脂封止体２２
が樹脂成形され、ヘッダ１０の下面が露出された状態
で、ペレット１２等が樹脂封止される。

【００２９】樹脂封止体２２が成形された後、リード切
断成形工程において、リードフレーム１は外枠２および
ダム３ａを切り落とされ、各アウタリード４、５、６を
図２に示されているようにガル・ウイング形状に屈曲成
形される。

【００３０】以上のようにして、図２に示されているヘ
ッダ付き樹脂封止パッケージを備えているパワートラン
ジスタ２３が製造されたことになる。

【００３１】前記実施例によれば次の効果が得られる。 コレット１４はペレット保持体１５内の上部にペレ
ット１２を真空吸着保持した状態で、ペレット保持体１
５内におけるペレット１２の下方に溶融半田１７が注入
される隙間１８が形成されるように構成され、かつ、ペ
レット保持体１５の一側部に開設されている開口には溶
融半田１７の注入管１９を接続されているため、ペレッ
ト１２を真空吸着したコレット１４がヘッダ１０の上面
の所定位置に密着した状態で載置されると、ペレット１
２とヘッダ１０との間に所定の隙間１８を自動的に形成
させることができ、この状態で、溶融半田１７をコレッ
ト１４内のペレット１２下方の隙間１８に注入管１９か
ら注入することにより、溶融半田１７はコレット１４の
ペレット保持体１５下部で囲まれたペレット１２とヘッ
ダ１０との間の隙間１８に充填されるため、外形が規定
された形状で均一厚さの半田層１３を自動的に形成する
ことができる。

【００３２】 上記において、隙間１８の高さはコ
レット１４のペレット保持体１５の大きさを選定するこ
とによって自由に設定することができるため、所望の厚
さの半田層１３を得ることができる。

【００３３】 上記において、注入管１９と対向す
るペレット保持体１５の側部にはエアーベント２０が開
設されていることにより、溶融半田１７の充填時に隙間
１８内のエアーは溶融半田１７によってエアーベント２
０から自動的に排出されるため、ボイドのない半田層１
３を形成することができる。

【００３４】 ペレット１２のヘッダ１０への半田接
合後、リードフレーム１からコレット１４が移動される
に際して、コレット１４は加熱手段によって約３４０℃
に加熱されていることにより、コレット１４に半田が付
着するのを防止することができる。

【００３５】図４は本発明の実施例２であるパワートラ
ンジスタの製造方法におけるペレットの半田接合工程を
示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部分の断
面図である。図５はパワートランジスタの製造方法に使
用されるリードフレーム、ペレットおよびワイヤの組立
体を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であ
る。

【００３６】本実施例２が上記実施例１と異なる点はコ
レットの構造と、リードフレームにおけるヘッダの構造
である。

【００３７】本実施例２においては、リードフレーム１
におけるヘッダ１０の上面に、ペレット１２が半田接合
される領域の周囲を囲むようにダム３０が上方に突出す
るようにして形成されており、他の構成は上記実施例１
におけるリードフレームと同じである。ダム３０は平面
から見て略正方形の枠形状に形成され、その一部には開
口部３１が開設されており、溶融半田の注入時に溶融半
田を注入するための溶融半田注入ノズル３２が開口部３
１に配置されるようになっている。

【００３８】コレット１４は上記実施例１で用いられた
コレットとは異なり、一般的に使用されているコレット
が用いられる。すなわち、コレット１４は下面が開放さ
れ上面が閉塞されたペレット保持体１５の上面に通気管
１６が連通接続されており、通気管１６は図示外の真空
源に接続されている。そして、ペレット１２はペレット
保持体１５の下面に吸着保持される。コレット１４によ
るペレット１２の吸着時にペレット１２はコレット１４
の下面の下方に若干突出した状態になる。

【００３９】次に、前記構成に係るコレット１４および
リードフレーム１が使用される本実施例２に係るペレッ
トボンディング方法を説明する。ペレットボンディング
工程において、上記実施例１と同様に、リードフレーム
１は還元ガス（Ｈ₂ ガスとＮ₂ ガスとの混合ガス）の雰
囲気中にセットされており、さらに、半田溶融温度より
も約５０〜６０℃高い温度で加熱される。

【００４０】ピックアップ工程においてペレット１２を
下面に真空吸着したコレット１４は、移動装置によって
リードフレーム１へ移送され、ヘッダ１０の上面の所定
位置においてヘッダ１０の上面から所定高さだけ離れた
位置に配置される。

【００４１】この状態で、溶融半田１７がヘッダ１０の
上面に形成されているダム３０の開口部３１に配されて
いる溶融半田注入ノズル３２からペレット１２とヘッダ
１０との間に形成された隙間１８内に注入される。この
とき、隙間１８内のエアーは溶融半田１７によって四方
に逃げるため、溶融半田１７中にボイドが含有されるの
が防止される。また、溶融半田１７はダム３０で囲まれ
たペレット１２とヘッダ１０との間の隙間１８内に充填
されるため、外形が規定された形状で均一厚さの半田層
を形成することになる。

【００４２】溶融半田１７がダム３０内のペレット１２
とヘッダ１０との間に形成された隙間１８に充填された
ら、コレット１４内に通気管１６からエアーが吹き出さ
れることにより、ペレット１２が溶融半田１７に密着さ
れる。

【００４３】その後、リードフレーム１からコレット１
４が移動される。そして、溶融半田１７が固化すると、
ペレット１２はリードフレーム１におけるヘッダ１０の
所定位置に、溶融半田１７が固化して形成された半田層
１３によって半田接合される。この半田層１３は前述し
た通り、コレット１４に保持された状態で、溶融半田１
７を隙間１８内に横から流し込まれて形成されるため、
所定の均一厚さでボイドのない半田層を呈することにな
る。

【００４４】以上のようにしてヘッダ１０にペレット１
２がボンディングされたリードフレーム１には、上記実
施例１と同様に、ワイヤボンディング、樹脂封止体成
形、リード切断成形が施され、ヘッダ付き樹脂封止パッ
ケージを備えているパワートランジスタが製造される。

【００４５】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４６】例えば、ペレットが半田接合される基板
は、ヘッダに限らず、一般的なリードフレームにおける
タブであってもよいし、気密封止パッケージにおけるベ
ース、さらには、ハイブリッドＩＣ等におけるモジュー
ル基板やプリント配線基板等の実装基板であってもよ
い。

【００４７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるパワー
トランジスタに適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、パワーＩＣや一般的なＩ
Ｃ、ハイブリッドＩＣ等の半導体装置全般に適用するこ
とができる。

【００４８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４９】基板上に半導体ペレットを隙間をとって配
置するとともに、半導体ペレットと基板との間に形成し
た隙間に側方から溶融半田を流し込んで半田層を形成す
ることにより、ペレットを基板に接合する半田層を均一
な厚さに形成することができるとともに、半田層にボイ
ドが含まれるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるパワートランジスタの
製造方法におけるペレットのボンディング工程を示して
おり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部分の断面図で
ある。

【図２】パワートランジスタを示しており、（ａ）は平
面断面図、（ｂ）は正面断面図である。

【図３】その製造方法に使用されるリードフレーム、ペ
レットおよびワイヤの組立体を示しており、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【図４】本発明の実施例２であるパワートランジスタの
製造方法におけるペレットのボンディング工程を示して
おり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部分の断面図で
ある。

【図５】その製造方法に使用されるリードフレーム、ペ
レットおよびワイヤの組立体を示しており、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１…リードフレーム、２…外枠、２ａ…位置決め孔、３
…ダム部材、３ａ…ダム、４、５、６…アウタリード、
７、８…インナリード、９…ヘッダ吊りリード、１０…
ヘッダ（基板）、１１…屈曲部、１２…ペレット、１３
…半田層、１４…コレット、１５…ペレット保持体、１
６…通気管、１７…溶融半田、１８…隙間、１９…注入
管、２０…エアーベント、２１…ワイヤ、２２…樹脂封
止体、２３…パワートランジスタ（半導体装置）、３０
…ダム、３１…開口部、３２…溶融半田注入ノズル。

フロントページの続き (72)発明者 三上 昭夫 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者 戸川 光生 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 長峰 徹 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者 佐藤 仁久 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に半導体ペレットを半田層を介して
   ボンディングする工程を備えている半導体装置の製造方
   法において、 前記基板上に前記半導体ペレットを隙間をとって配置す
   るとともに、この半導体ペレットと基板との間に形成し
   た隙間に側方から溶融半田を流し込んで前記半田層が形
   成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記半導体ペレットを内部で保持するペ
   レット保持体と、このペレット保持体にそれぞれ開設さ
   れた溶融半田注入口およびエアーベントとを備えている
   コレットが用意され、前記ペレット保持体内における上
   部にペレットが吸着保持された状態で、前記コレットが
   前記基板上に載置され、前記溶融半田注入口を通じて溶
   融半田を前記エアーベントからエアーを排出させながら
   隙間内に流し込んで前記半田層を形成することを特徴と
   する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記基板上における前記半導体ペレット
   が半田接合される領域の周囲に、溶融半田の流出を堰止
   めるダムが突出して形成され、このダム内に半導体ペレ
   ットを隙間をとって配置し、この隙間内に溶融半田を流
   し込むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
   造方法。