JPH11238839A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップ３とリード部材１の頭部１ｂと
の間に打ち抜き加工で形成した湾曲面を有するろう材被
覆金属片を配置してろう付けすると、ろう材に気泡が残
り、半導体チップ３の割れが発生するおそれがあった。 【解決手段】 打ち抜き加工で形成した湾曲面を有する
ろう材被覆金属片に熱処理を施してろう材層を溶融し、
半導体チップ３に対向するろう材層５ａ′の表面を凸状
にする。第１のリード部材１の頭部１ｂの上に熱処理済
のろう材被覆金属片１０′、半導体チップ３、ろう材箔
７ａ、第２のリード部材２を配置して加熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メサ形半導体チッ
プに一対の棒状リード部材を固着した構造の高耐圧ダイ
オード等の半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】同軸リード型ダイオードは図１に示すよ
うに、第１及び第２のリード部材１、２と、半導体チッ
プ３と、金属片４と、半田から成る第１、第２及び第３
のろう材層５、６、７と、絶縁性樹脂封止体８とから成
る。

【０００３】第１及び第２のリード部材１、２は金属棒
状部材を加工したものであって、直線状に延びる第１及
び第２の棒状部分１ａ、２ａと、棒状部分１ａ、２ａよ
りも大径なフランジ状頭部１ｂ、２ｂとを有する。頭部
１ｂ、２ｂは、第１及び第２の棒状部分１ａ、２ａの一
端を押しつぶすことによって釘頭状に形成されている。
なお、図１では第１の頭部１ｂが第２の頭部２ｂよりも
大径に形成されている。

【０００４】半導体チップ３は、ダイオードチップであ
って、ＰＮ接合を含む半導体基体３ａと、この半導体基
体３ａの一方の主面に設けられた第１の金属電極層３ｂ
と、半導体基体３ａの他方の主面に設けられた第２の金
属電極層３ｃとから成る。半導体基体３ａは高耐圧化を
達成するためにメサ形即ち円すい台又は角すい台状に形
成され、傾斜側面を有する。従って、第１の金属電極層
３ｂは第２の金属電極層３ｃよりも大きな径及び表面積
を有する。

【０００５】第１の頭部１ｂを半導体チップ３の第１の
金属電極層３ｂと同一又はこれよりも大きく形成するこ
とは困難である。そこで、第１の頭部１ｂよりも大きな
径を有する金属片４が第１の頭部１ｂと半導体チップ３
との間にスペース部材として介在されている。この金属
片４は半導体チップ３の第１の金属電極層３ｂと同一又
はこれよりも大径に形成されている。

【０００６】半導体チップ３の第１の金属電極層３ｂと
金属片４との間は第１のろう材層５で固着され、金属片
４と第１の頭部１ｂとの間は第２のろう材層６で固着さ
れ、半導体チップ３の第２の金属電極層３ｃと第２の頭
部２ｂとの間は第３のろう材層７で固着されている。絶
縁性樹脂封止体８は、第１及び第２の頭部１ｂ、２ｂ、
半導体チップ３、金属片４、ろう材層５、６、７を覆う
ように周知のトランスファモールド法で形成されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、円板状の金
属片４を周知の打ち抜き加工（プレス加工）によって量
産すると、反りが生じ、金属片４と半導体チップ３との
間のろう材層５に気泡が残留し、半導体チップ３と金属
片４との良好な固着が不可能になり、半導体チップ３に
応力が作用して半導体チップ３に割れ又はクラックが発
生することがある。

【０００８】次に、金属片４の反り及びろう材の気泡に
ついてさらに詳しく説明する。金属片４を形成する時に
は、図２に示すように複数の金属片４を得ることができ
る大面積の金属板４ａの一方の主面に半田から成るろう
材層５ａを形成し、他方の主面にも半田から成るろう材
層６ａを形成したクラッド板材から成るろう材被覆金属
板９を用意する。次に、周知の打ち抜き加工（プレス加
工）によって図３に示す円板状のろう材被覆金属片１０
を得る。打ち抜き加工時は、ろう材被覆金属片１０に対
応した形状の工具（図示せず）がろう材被覆金属板９に
押し当てられるので、図３に示すようにろう材被覆金属
片１０に反りが生じる。図３ではろう材被覆金属片１０
の第１のろう材層５ａが設けられている第１の主面側が
凹状に湾曲し、第２のろう材層６ａが設けられている第
２の主面側が凸状に湾曲する。即ち、ろう材被覆金属片
１０の一方及び他方の主面は球面の一部のように湾曲す
る。従来、図３に示すろう材被覆金属片１０を使用して
図１のダイオードを製造する時には、第１のリード部材
１の上に図３のろう材被覆金属片１０を配置し、この上
に半導体チップ３を配置し、半導体チップ３の上にろう
材薄板を介して第２のリード部材２を配置し、これ等を
加熱炉で加熱した。ところが、上述の方法では、ろう材
被覆金属片１０の球面の一部のように凹状に湾曲した第
１のろう材層５ａと半導体チップ３との間に周辺が閉じ
られた状態の隙間が生じた。この結果、第１のろう材層
５ａを溶融し、しかる後固化して第１のろう材層５で金
属片４と半導体チップ３とを接合する時に気泡が生じ、
これが残留し、ろう材層による良好な接合ができず、半
導体チップの割れ及びろう材層の熱抵抗の増大を招くこ
とがある。

【０００９】そこで、本発明は、打ち抜き加工で形成す
ることによって湾曲が生じている金属片を半導体チップ
にろう材層で接合する場合におけるろう材層の気泡の発
生を防ぐことができる半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、金属板の少なくとも一
方の主面にろう材層を形成してろう材被覆金属板を得る
工程と、前記ろう材層を有する前記一方の主面側に凹状
湾曲面が生じるように前記ろう材被覆金属板を打ち抜き
加工して複数のろう材被覆金属片を形成する工程と、前
記ろう材被覆金属片の前記凹状に湾曲した一方の主面側
を上にして前記ろう材被覆金属片のろう材層を溶融し、
しかる後冷却することによって固化して前記ろう材被覆
金属片の前記一方の主面側の前記ろう材層の表面を平坦
又は凸状にする工程と、次に、前記ろう材被覆金属片の
前記平坦又は凸状のろう材層に半導体チップを接触させ
て加熱することによって前記ろう材被覆金属片に前記半
導体チップを固着する工程とを有している半導体装置の
製造方法に係わるものである。なお、請求項２に示すよ
うに、円すい台又は角すい台状（メサ形）半導体チップ
と金属片と第１及び第２のリード部材とを備えた半導体
装置の製造に請求項１の方法を適用することができる。

【００１１】

【発明の効果】各請求項の発明によれば、ろう材被覆金
属板を打ち抜き加工することによって生じた湾曲面を有
するろう材被覆金属片をそのまま半導体チップに固着し
ないで、固着工程前にろう材被覆金属片のろう材層を溶
融してこのろう材層の表面を平坦又は凸状にする工程を
設けるので、半導体チップと金属片のろう材層との間に
凹状の隙間が生じなくなり、気泡の発生及び残留を防ぐ
ことができ、半導体チップの割れ及び熱抵抗の増大を防
ぐことができる。また、請求項２の発明によれば、第１
の頭部の大きさが半導体チップよりも小さい場合であっ
ても、金属片の介在によって半導体チップのリード部に
対する電気的及び機械的接続を良好に達成することがで
きる。

【００１２】

【実施形態及び実施例】次に、本発明の実施形態及び実
施例を図１〜図９を参照して説明する。

【００１３】本実施例においても、図１と同一の構造の
ダイオード（半導体装置）を製造する。このため、図１
に示す第１及び第２のリード部材１、２、半導体チップ
３と同一のものを用意すると共に、図３に示すろう材被
覆金属片１０と同一のものを同一の方法で用意する。

【００１４】図２に示すろう材被覆金属板９を打ち抜き
加工（プレス加工）して図３のろう材被覆金属片１０が
得られたら、この複数個を図４に示すように半田非付着
性のカーボン等から成る治具１１の複数の凹部１２にそ
れぞれ配置する。この時、ろう材被覆金属片１０の凹状
に湾曲している第１のろう材層５ａ側を上にする。

【００１５】次に、図４に示すろう材被覆金属片１０を
伴った治具１１をガス炉に入れて非酸化性雰囲気（例え
ば窒素雰囲気）中で半田から成るろう材層５ａ、６ａを
溶融させる。この加熱処理の温度はろう材層５ａ、６ａ
の溶融温度よりも少し高い例えば３２０〜３６０℃程度
に設定する。第１のろう材層５ａが溶融すると、この表
面は表面張力によって図５に示すように凸状になる。即
ち、第１のろう材層５ａの溶融層は金属片４の中央上で
肉厚となり、周辺上で肉薄となる。この熱処理の温度
は、ろう材層５ａ、６ａの溶融体が金属片４から流れ出
ることを防ぐような温度及び時間に設定されているの
で、第２のろう材層６ａの溶融前と後の形状はほぼ同一
である。しかる後、治具１１をガス炉から取り出して冷
却すると、第１及び第２のろう材層５ａ、６ａの溶融体
が固化して図５の形状の第１及び第２のろう材層５
ａ′、６ａ′が得られる。なお、固化後においても第１
のろう材層５ａ′は凸状即ち球面体の一部の形状に突出
した形状を有する。

【００１６】次に、図７及び図８に示すように第１及び
第２の組立用治具１３、１４を用意し、第１の組立用治
具１３の凹部１５に図１に示したものと同一の第１のリ
ード部材１の円板状（フランジ状）の第１の頭部１ｂを
配置し、この棒状リード部１ａを治具１３の孔１６に挿
入する。次に、頭部１ｂの上にスペース部材として機能
する図５に示すろう材被覆金属片１０′を配置する。こ
の時、第１のろう材層５ａ′を上側にし、第２のろう材
層６ａ′を第１の頭部１ｂに接触させる。次に、図１に
示したものと同一構成のメサ形の半導体チップ３をろう
材被覆金属片１０′の上に配置する。この時、半導体チ
ップ３の第１の金属電極層３ｂを第１のろう材層５ａ′
に接触させる。第１のリード部材１とろう材被覆金属片
１０′と半導体チップ３とは同軸上に配置する。図６に
示すようにろう材被覆金属片１０′は平面的に見て破線
で示す第１の頭部１ｂ及び半導体チップ３よりも大き
い。また、第１の頭部１ｂは半導体チップ３よりも小径
である。

【００１７】第２の組立用治具１４の凹部１７には図１
に示したものと同一形状の第２のリード部材２の第２の
頭部２ｂを配置し、第２の棒状リード部２ａは治具１４
の孔１８に挿入する。次に、第２の頭部２ｂの上にこの
頂面の平面形状及び半導体チップ３の第２の金属電極層
３ｃの平面形状とほぼ同一の平面形状を有する半田から
成るろう材箔７ａを配置する。なお、第２の組立用治具
１４の凹部１７は第２の頭部２ｂとろう材箔７ａの合計
の厚さよりも浅く形成されている。

【００１８】次に、第１及び第２の組立用治具１３、１
４を図９に示すように組み合せ、半導体チップ３の第２
の金属電極層３ｃの上にろう材箔７ａを介して第２のリ
ード部材２の第２の頭部２ｂを配置する。図９では第１
及び第２の組立用治具１３、１４の凹部１５、１７によ
って生じた空所１９の高さが第１の頭部１ｂ、ろう材被
覆金属片１０′、半導体チップ３、ろう材箔７ａ、第２
の頭部２ｂの重ね合せ体の高さと一致しており、重ね合
せ体を治具１３、１４で挾持しているが、上記空所１９
の高さを第１の頭部１ｂから第２の頭部２ｂまでの重ね
合せ体の高さよりも大きくしても差し支えない。

【００１９】次に、図９に示すように組み立てたダイオ
ードの各構成部材と第１及び第２の組立用治具１３、１
４をガス炉に入れて非酸化性雰囲気（窒素雰囲気）中で
ろう材層５ａ′、６ａ′及びろう材箔７ａの溶融温度よ
りも高い例えば３２０〜３６０℃で加熱して第１及び第
２のろう材層５ａ′、６ａ′を再溶融すると同時にろう
材箔７ａを溶融し、しかる後、ガス炉から出して冷却す
ることによって図１から樹脂封止体８を省いた部分の組
立体を得る。上記第２の熱処理が終了すると、図９の第
１のろう材層５ａ′が図１の第１のろう材層５と同一の
ものになり、半導体チツプ３の第１の金属電極層３ｂが
第１のろう材層５で金属片４に固着され、また、図９の
第２のろう材層６ａ′が図１の第２のろう材層６と同一
のものになり、金属片４が第２のろう材層６によって第
１の頭部１ｂに固着され、また、図９のろう材箔７ａが
図１の第３のろう材層７と同一のものになり、半導体チ
ップ３の第２の金属電極層３ｃに第２の頭部２ｂがろう
材層７で固着される。しかる後、周知のトランスファモ
ールド法で図１の樹脂封止体８と同一のものを形成す
る。

【００２０】本実施例では、第１の熱処理によって凹状
のろう材層５ａを凸状のろう材層５ａ´に変えた後に図
９の組立体を構成し、これを熱処理するので、半導体チ
ップ３の平坦な第１の金属電極層３ｂの下に凹状の隙間
即ち閉じ込め形隙間が生じなくなり、気泡の残留が抑制
され、半導体チップ３の金属片４に対するろう接（半田
付け）が良好に達成され、半導体チップ３の割れ、及び
ろう材層５における熱抵抗の増大を防ぐことができる。
また、第１の頭部１ｂよりも大面積の金属片４を介在さ
せるので、第１の頭部１ｂをさほど大きくすることが不
要になる。

【００２１】

【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なものである。 （１） 図５の第１のろう材層５ａ′の表面が平坦であ
ってもよい。 （２） ろう材箔７ａを図８の第２の頭部２ｂの上に配
置する代りに図７の半導体チップ３の上に配置してもよ
い。 （３） 半導体チップ３と第２の頭部２ｂとの間にもろ
う材被覆金属片を配置することができる。 （４） 第２のろう材層６ａ、６ａ′を省いてろう材箔
等によってろう材を供給することができる。 （５） 整流ダイオードに限ることなく、２端子サイリ
スタ（４層ダイオード）等の半導体装置にも本発明を適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に従って製造するためのダイオ
ードを示す断面図である。

【図２】ろう材被覆金属片を作るためのろう材被覆金属
板を示す断面図である。

【図３】ろう材被覆金属片を示す断面図である。

【図４】本発明の実施例に従う熱処理を行うためにろう
材被覆金属片を治具に収容したものを示す断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例に従う熱処理をした後のろう材
被覆金属片を示す断面図である。

【図６】図５のろう材被覆金属片を示す平面図である。

【図７】本発明の実施例に従って第１の組立用治具に第
１のリード部材、ろう材被覆金属片、半導体チップを配
置したものを示す断面図である。

【図８】実施例の第２の組立用治具に第２のリード部材
及びろう材箔を配置したものを示す断面図である。

【図９】図７及び図８に示すものを組合せたものを示す
断面図である。

【符号の説明】

１、２ リード部材 ３ 半導体チップ ４ 金属片 ５ａ′、６ａ′ 第１及び第２のろう材層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板の少なくとも一方の主面にろう材
   層を形成してろう材被覆金属板を得る工程と、 前記ろう材層を有する前記一方の主面側に凹状湾曲面が
   生じるように前記ろう材被覆金属板を打ち抜き加工して
   複数のろう材被覆金属片を形成する工程と、 前記ろう材被覆金属片の前記凹状に湾曲した一方の主面
   側を上にして前記ろう材被覆金属片のろう材層を溶融
   し、しかる後冷却することによって固化して前記ろう材
   被覆金属片の前記一方の主面側の前記ろう材層の表面を
   平坦又は凸状にする工程と、 次に、前記ろう材被覆金属片の前記平坦又は凸状のろう
   材層に半導体チップを接触させて加熱することによって
   前記ろう材被覆金属片に前記半導体チップを固着する工
   程とを有していることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 面積の大きい第１の主面とこの第１の主
   面よりも面積の小さい第２の主面を有する円すい台又は
   角すい台状の半導体チップと、前記半導体チップの前記
   第１の主面にろう材で固着された金属片と、前記金属片
   に対してろう材で固着された第１のリード部材と、前記
   半導体チップの前記第２の主面にろう材で固着された第
   ２のリード部材とから成り、前記第１のリード部材は第
   １の棒状リード部と第１の頭部とを有し、前記第１の頭
   部の頂面は前記半導体チップの前記第１の主面の面積及
   び前記金属片の主面の面積よりも小さい面積を有して前
   記金属片にろう材で固着され、前記第２のリード部材は
   前記第２の棒状リード部と第２の頭部とを有し、前記第
   ２の頭部は前記半導体チップの前記第２の主面にろう材
   で固着されている構造の半導体装置を製造する方法であ
   って、 金属板の少なくとも一方の主面にろう材層を形成してろ
   う材被覆金属板を得る工程と、 前記ろう材層を有する前記一方の主面側に凹状湾曲面が
   生じるように前記ろう材被覆金属板を打ち抜き加工して
   複数のろう材被覆金属片を形成する工程と、 前記ろう材被覆金属片の前記凹状に湾曲した一方の主面
   側を上にして前記ろう材被覆金属片のろう材層を溶融
   し、しかる後冷却することによって固化して前記ろう材
   被覆金属片の前記一方の主面側の前記ろう材層の表面を
   平坦又は凸状にする工程と、 前記第１のリード部材の前記第１の頭部の上に前記ろう
   材層の表面が平坦又は凸状にされた前記ろう材被覆金属
   片の他方の主面側が接触するように前記ろう材被覆金属
   片を配置し、前記ろう材被覆金属片の前記一方の主面側
   に前記半導体チップの前記第１の主面が接触するように
   前記半導体チップを前記ろう材被覆金属片の上に配置
   し、前記半導体チップの前記第２の主面にろう材箔又は
   ろう材層を介して前記第２の頭部が接触するように前記
   第２のリード部材を前記半導体チップの上に配置し、こ
   れ等を加熱することによって前記第１のリード部材と前
   記ろう材被覆金属片と前記半導体チップと前記第２のリ
   ード部材との相互間をろう材で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。