WO2021124834A1 - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

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慶 鈴木
俊 河野
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    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.
  • Semiconductor elements have been reduced in size, and in solder bonding of semiconductor elements, it is required to prevent the generation of voids inside the solder in order to obtain heat dissipation and short-circuit resistance.
  • Patent Document 1 a concave region defined by a frame-shaped embankment portion is provided on the surface of a lead frame so as to face the semiconductor element, and the supplied molten solder is blocked by the embankment portion to mount the semiconductor element.
  • a technique is described in which the molten solder in a blocked state is wetted and spread to the outside of the embankment portion in the process of performing.
  • Patent Document 1 The above-mentioned technique described in Patent Document 1 could not sufficiently prevent the generation of voids inside the solder and the overflow of the solder.
  • the first surface of the lead frame surrounds the first region and the outer periphery of the first region, and the wettability of the solder is relatively lower than that of the first region.
  • the solder is provided with a third step of wetting and spreading the solder onto the second region.
  • a semiconductor element, a first region, and a second region surrounding the outer periphery of the first region and having a relatively lower wettability of solder than the first region are formed.
  • the solder comprises a lead frame having one surface and a solder for joining the semiconductor element and the lead frame in a state of being wet and spread over the first region and the second region of the lead frame.
  • the outer peripheral edge of the bonding region on the lead frame side of the above substantially coincides with the outer peripheral edge of the second region.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 includes a mold resin 101 that seals the semiconductor element 105 (see FIG. 2) inside.
  • a lead frame 102 connected to the semiconductor element 105 by solder 106 (see FIG. 2) is provided on both sides of the mold resin 101.
  • a plurality of connection terminals 103 electrically connected to the semiconductor element 105 project from the upper portion of the mold resin 101.
  • Insulating sheets 104 are arranged on both sides of the lead frame 102.
  • the semiconductor device 100 is housed in the case 201 and sealed with resin.
  • a plurality of heat radiating fins 202 are provided on both sides of the case 201, and the refrigerant (not shown) flows between the heat radiating fins 202 to cool the heat generated from the semiconductor element 105.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the semiconductor device 100.
  • the mold resin 101 is not shown.
  • an example in which an IGBT (insulated gate type bipolar transistor) and a diode chip are provided as the semiconductor element 105 will be shown.
  • the semiconductor element 105 is not limited to the IGBT, and may be a MOSFET or SiC.
  • FIG. 2 shows an example in which one IGBT and one diode are arranged in one arm, the number of semiconductor elements 105 mounted may be any number.
  • the semiconductor element 105 is connected to the lead frame 102 via solder 106 on both sides thereof.
  • the present embodiment is characterized in the connection between the semiconductor element 105 and the lead frame 102 by the solder 106, as will be described later.
  • FIG. 3 is a perspective view of the lead frame 102.
  • the lead frame 102 forms a region including a first region 301 and a second region 302 corresponding to one semiconductor element 105. That is, on the first surface of the lead frame 102, a first region 301 and a second region 302 that surrounds the outer circumference of the first region 301 and has a relatively lower wettability and spreadability of the solder 106 than the first region 301 are formed. To do.
  • FIG. 3 shows four regions including the first region 301 and the second region 302. Each region corresponds to two IGBTs and two diode chips as the semiconductor element 105.
  • FIG. 4 is a front view of the lead frame 102.
  • Copper (Cu) is used as the material of the lead frame 102.
  • the lead frame 102 is surface-treated with nickel palladium (NiPd) or nickel plating.
  • NiPd nickel palladium
  • a baking treatment or the like for removing the contained moisture or the like may be performed in advance.
  • the surface treatment of the lead frame 102 is nickel-palladium
  • laser processing is performed on the second region 302. That is, the second region 302 is irradiated with a laser to remove the palladium (Pd) on the surface and expose the nickel (Ni) surface on the surface. As a result, the wetting and spreading of the solder 106 to the second region 302 is suppressed.
  • the surface treatment of the lead frame 102 is nickel plating
  • laser processing is performed on the first region 301. That is, the first region 301 is irradiated with a laser to flatten the roughened nickel surface or expose the base copper. This makes it easier for the solder 106 to get wet with the first region 301.
  • the first step as shown in an example described later, various hatching is performed by laser processing to form a portion where the solder 106 is likely to get wet and spread, and a portion where the solder 106 is difficult to get wet and spread, whereby the solder 106 is wet and spread.
  • the direction in which the solder 106 flows and the speed at which the solder 106 flows are determined. That is, in the first step, the first surface of the lead frame surrounds the first region 301 and the outer periphery of the first region 301, and the second region has a relatively lower wettability and spreadability of the solder 106 than the first region 301.
  • the first region 301 and the second region 302 is hatched by laser machining so that the second region 302 is relatively low in the wettability of the solder 106.
  • the hatching densities, intervals, and directions of the first region 301 and the second region 302 are selected based on the relative difference between the wet spreadability of the solder 106 on the surface and the wet spreadability of the solder 106 due to laser machining on the surface. If the outer circumference of the first region 301 is framed by laser processing or the like, the solder 106 can easily stay in the first region 301.
  • solder 106 is easily wetted and spread in the first region 301.
  • the amount of 106) is stable.
  • the solder 106 is easily separated from the solder transfer tool 401, and the amount of the solder 106 is stabilized. Further, the solder 106 is uniformly wetted and spread over the entire surface of the first region 301. The same applies to the case where the solder 106 is dropped with a syringe.
  • the solder 106 wets and spreads to the first region 301 and then spreads to the second region 302, the solder 106 can be uniformly wet and spread to the second region 302, and the solder 106 gets wet to the second region 302. Prevents air from getting caught when spreading. Since the solder 106 wet and spread in the second region 302 reaches the four sides of the outer peripheral edge 303 of the second region 302 at the same time, the solder 106 is not locally crushed, so that the solder 106 is removed from the outer peripheral edge 303. It becomes difficult to overflow.
  • the outer peripheral edge 303 of the second region 302 forms a barrier by oxidizing the surface or the like. The shape of the outer peripheral edge 303 does not matter whether it is uneven or uneven with respect to the surface. This prevents the solder 106 from overflowing from the soldering regions (first region 301 and second region 302).
  • the second step of the manufacturing method of the semiconductor device 100 is a step of arranging the solder 106 on the first region 301 of the lead frame 102.
  • FIG. 5A and 5 (B) are diagrams illustrating the second step.
  • FIG. 5A shows a state immediately before the solder 106 is transferred from the solder transfer tool 401 to the lead frame 102.
  • FIG. 5B shows a state immediately after the solder 106 is transferred from the solder transfer tool 401 to the lead frame 102.
  • the solder transfer tool 401 is immersed in a solder bath, and as shown in FIG. 5A, the solder 106 is attached to the solder transfer tool 401. Then, the solder transfer tool 401 is arranged at a position facing the central portion of the first region 301 of the lead frame 102.
  • the shape of the solder transfer tool 401 is arbitrary, and may be square (R may be taken) or circular.
  • the solder transfer tool 401 to which the solder 106 is attached is moved downward to transfer the solder 106 to the central portion of the first region 301.
  • the solder 106 wets and spreads to the first region 301.
  • the solder transfer tool 401 may be translated up, down, left, and right when the solder 106 is transferred by the solder transfer tool 401.
  • the first region 301 is a region in which the wettability of the solder 106 is relatively better than that of the second region 302, and the solder 106 is temporarily retained in a narrow region to increase the curvature of the solder 106.
  • the solder 106 remaining in the first region 301 is maintained in a state of high curvature.
  • the curvature of the solder 106 remaining in the first region 301 should be as high as possible. This is because it is desirable that the solder 106 and the semiconductor element 105 come into contact with each other at a point at the apex of the solder 106 in the next third step.
  • the solder 106 Even if the solder 106 flows out from the first region 301, if it does not spread over the entire area of the second region 302, the solder 106 can maintain its curvature, and in the next third step, the solder 106 is exhausted while removing air. Can be crushed, so the effect of reducing voids can be expected.
  • the boundary between the first region 301 and the second region 302 straddles the solder 106 when the solder 106 is crushed through the semiconductor element 105. Further, the solder 106 does not have to spread over the entire area of the first region 301, as long as the curvature is maintained.
  • the third step of the method for manufacturing the semiconductor device 100 is a step of pressing the semiconductor element 105 against the solder 106 arranged on the first region 301 to wet and spread the solder 106 on the second region 302.
  • FIG. 6A and 6 (B) are diagrams for explaining the third step.
  • FIG. 6A shows a state in which the semiconductor element 105 adsorbed by the chip adsorption collet 501 is positioned at the apex of the solder 106.
  • FIG. 6B shows a state in which the semiconductor element 105 is pressed by the chip suction collet 501 to wet and spread the solder 106 onto the second region 302.
  • the solder 106 temporarily staying in the first region 301 has a high curvature, so that the semiconductor element 105 and the solder 106 come into contact with each other at a point. After that, while pressing the semiconductor element 105 against the solder 106, the solder 106 is gradually wetted and spread from the central portion to the peripheral portion from the first region 301 to the second region 302. At this time, the solder 106 gets wet and spreads while excluding air, so that the generation of voids can be suppressed.
  • the semiconductor element 105 is connected to the lead frame 102 in the first region 301 and the second region 302 via the solder 106.
  • the solder 106 wet and spread in the second region 302 stays at the outer peripheral edge 303, and the solder 106 does not overflow.
  • the second region 302 since the solder 106 is difficult to get wet and spread, the flow of the solder 106 is suppressed and the solder 106 is hard to overflow.
  • the semiconductor device 100 manufactured by the above steps includes a semiconductor element 105, a lead frame 102, and a solder 106.
  • the lead frame 102 is formed with a first region 301 and a second region 302.
  • the second region 302 surrounds the outer circumference of the first region 301, and the wettability of the solder 106 is relatively lower than that of the first region 301.
  • the solder 106 joins the semiconductor element 105 and the lead frame 102 in a state of being wet and spread over the first region 301 and the second region 302 of the lead frame 102.
  • the outer peripheral edge of the bonding region on the lead frame 102 side of the solder 106 substantially coincides with the outer peripheral edge 303 of the second region 302.
  • the outer peripheral edge 303 of the second region is a third region that regulates the wet spread of the solder 106.
  • Examples 1 to 13 the case where the surface treatment of the lead frame 102 is nickel-palladium will be described.
  • the hatching in the first region 301 and the second region 302 is opposite to that of Examples 1 to 13 in the case of nickel-palladium.
  • the first region 301 and the second region 302 may be combined, respectively.
  • Examples 1 to 13 of each hatching describe only the lead frame 102 side corresponding to the IGBT, but the lead frame 102 side corresponding to the diode also forms the hatching in the same manner. In this case, it is not necessary that the lead frame 102 side corresponding to the IGBT and the lead frame 102 side corresponding to the diode have the same hatching.
  • FIG. 7A is a diagram showing a hatching example 1 of the lead frame 102.
  • the outer peripheral shape of the first region 301 and the outer peripheral shape of the second region 302 are formed in a similar manner. By making them similar, the distance from the outer periphery of the first region 301 to the outer periphery of the second region becomes constant, and the solder 106 reaches the outer peripheral edge 303 at the same time, so that the solder 106 locally reaches the outer peripheral edge 303. It becomes difficult to overflow.
  • the outer peripheral portion and the outer peripheral edge 303 of the first region 301 may be provided with R at the corners to prevent the solder 106 from overflowing at the corners.
  • FIG. 7B is a diagram showing hatching example 2 of the lead frame 102.
  • the outer peripheral shape of the first region 301 is formed in a circular shape. Due to the circular shape, the surface tension of the solder 106 that stays in the first region 301 is stabilized, the curvature of the solder 106 can be maintained, and the solder 106 easily stays in the first region 301.
  • FIG. 7C is a diagram showing a hatching example 3 of the lead frame 102.
  • the outer peripheral shape of the first region 301 is formed into an elliptical shape. Due to the elliptical shape, the surface tension of the solder 106 that stays in the first region 301 is stabilized, the curvature of the solder 106 can be maintained, and the solder 106 easily stays in the first region. Further, when the semiconductor element 105 has a rectangular shape, the solder 106 is uniformly wetted and spread by forming an elliptical long axis in the y direction shown in the figure in accordance with the long side direction (y direction in the drawing). Can be done.
  • FIG. 8A is a diagram showing a hatching example 4 of the lead frame 102.
  • the boundary between the first region 301 and the second region 302 is formed as a dotted line or a broken line.
  • the hatching in the x-direction shown in the figure is straight in order to align the directions of wettability.
  • the solder 106 Even when the boundary between the first region 301 and the second region 302 is a dotted line or a broken line, the solder 106 temporarily stays in the first region 301 due to the surface tension of the solder 106. When the solder 106 is crushed by the semiconductor element 105, the solder 106 easily flows to the second region 302, and it is possible to prevent the solder 106 from getting wet locally from the first region 301.
  • FIG. 8B is a diagram showing a hatching example 5 of the lead frame 102.
  • the boundary between the first region 301 and the second region 302 is formed as a dotted line or a broken line.
  • the hatching in the x direction shown in the figure is made a broken line or a dotted line.
  • the solder 106 temporarily stays in the first region 301 due to the surface tension of the solder 106.
  • the solder 106 is crushed by the semiconductor element 105, the solder 106 easily flows to the second region 302, and it is possible to prevent the solder 106 from getting wet locally from the first region 301.
  • the hatching of the second region 302 a broken line or a dotted line, the wettability of the solder 106 can be suppressed and the direction can be defined.
  • FIG. 8C is a diagram showing a hatching example 6 of the lead frame 102.
  • hatching by laser processing is formed radially from the center of the first region 301.
  • the hatching density is changed between the first region 301 and the second region 302.
  • the hatching density of the second region 302 is increased.
  • the solder 106 By forming the hatching radially, the solder 106 is smoothly wetted and spread radially from the center of the first region 301. By increasing the hatching density of the second region 302, the solder 106 first stays in the first region 301, and then when the solder 106 is crushed by the semiconductor element 105, the solder 106 wets and spreads in the second region 302.
  • FIG. 9A is a diagram showing a hatching example 7 of the lead frame 102.
  • hatching by laser processing is formed radially from the center of the first region 301.
  • the second region 302 forms the hatching by laser processing into a plurality of similar lines similar to the outer shape (square) of the second region 302.
  • the solder 106 is wetted and spread in the first region 301 by radial hatching, but the second region 302 is hatched in a square shape to suppress the fluidity of the solder 106 and prevent the solder 106 from overflowing from the outer peripheral edge 303. ..
  • FIG. 9B is a diagram showing a hatching example 8 of the lead frame 102.
  • the outer peripheral shape of the first region 301 is formed into a curved shape.
  • the second region 302 is hatched linearly in the x direction shown in the drawing in order to align the directions of wettability.
  • the solder 106 wets and spreads from the first region 301 to the four corners of the second region 302. Further, by forming the first region 301 into a curved shape, it is possible to control the position where the solder 106 gets wet and spread, and reduce shrinkage cavities at the wraparound boundary of the solder 106.
  • FIG. 9C is a diagram showing a hatching example 9 of the lead frame 102.
  • the first region 301 and the second region 302 form the hatching by laser processing into a plurality of similar lines similar to the outer shape (square). Then, the hatching density is changed between the first region 301 and the second region 302. In this example 9, the hatching density of the second region 302 is increased.
  • the solder 106 gets wet and spreads.
  • the hatching density of the second region 302 is high and the solder 106 is hatched in a square shape, the fluidity of the solder 106 is suppressed and the solder 106 is prevented from overflowing from the outer peripheral edge 303.
  • FIG. 10A is a diagram showing a hatching example 10 of the lead frame 102.
  • the first region 301 and the second region 302 form hatching by laser processing in a grid pattern in the xy direction (horizontal line shape, vertical line shape). Then, the hatching density is changed between the first region 301 and the second region 302. In this example 10, the hatching density of the second region 302 is increased.
  • the hatching grid shape is not limited to the xy direction, and may be, for example, a grid shape rotated by 45 ° with respect to the xy direction.
  • FIG. 10B is a diagram showing a hatching example 11 of the lead frame 102.
  • the second region 302 is divided into four regions including each of the four corners, and hatching by laser processing is performed in each region as a combination of + 45 ° / ⁇ 45 ° in the x direction.
  • the direction of hunting is the direction toward each corner of the four corners of the second region 302.
  • the wetting and spreading of the solder 106 can be smoothly performed toward each of the four corners, and shrinkage cavities at the wraparound boundary of the solder 106 can be reduced.
  • the same hatching may be applied to the first region 301. In this case, the hatching density of the second region 302 is increased.
  • FIG. 10C is a diagram showing a hatching example 12 of the lead frame 102.
  • the second region 302 is hatched by laser machining in a vertical line shape in the y direction.
  • the solder 106 can be wetted and spread in the y direction by forming the hatching in the y direction in accordance with the long side direction (y direction in the drawing).
  • the hatching may be performed in a horizontal line in the x direction. In this case, the solder 106 can be uniformly wetted and spread in the x direction.
  • the hatching shown in FIGS. 11 (A) to 11 (C) is an example.
  • the first region 301 is divided into four regions including each of the four corners, and the hatching by laser processing is combined in each region with a combination of + 45 ° / ⁇ 45 ° in the x direction.
  • band-shaped regions are provided in the x-direction and the y-direction, and the x-direction region is subjected to laser-machined x-direction hatching, and the y-direction region is subjected to laser-machined y-direction hatching.
  • the central portion of the first region 301 is divided into four regions including each of the four corners, and hatching by laser processing is performed in each region as a combination of + 45 ° / ⁇ 45 ° in the x direction.
  • the second region 302 forms the hatching by laser processing into a plurality of similar lines similar to the outer shape (square).
  • FIG. 11A shows a state in which the solder 106 is arranged in the central portion of the first region 301.
  • the solder 106 of the solder transfer tool 401 comes into contact with the central portion of the first region 301, the solder 106 is moved in the xy direction and the ⁇ 45 ° direction by the hatching applied to the first region 301.
  • the solder 106 is distributed and spreads wet.
  • FIG. 11B shows a state in which the solder 106 is wet and spread over the first region 301.
  • the solder 106 advances along the line hatched in the xy direction shown in the drawing, the solder 106 advances along the xy direction, and the line hatched in the ⁇ 45 ° direction with respect to the xy direction. (Arrow B in the figure), the solder 106 wets and spreads over the entire area of the first region 301.
  • FIG. 11C shows a state in which the semiconductor element 105 is pressed and the solder 106 is wet and spread.
  • the solder 106 overflows from the first region 301.
  • the wetting spread in the outer peripheral direction is suppressed by the hatching of the square, and it becomes difficult to flow.
  • the solder 106 is blocked by the outer peripheral edge 303 to prevent it from overflowing.
  • the first surface of the lead frame 102 surrounds the first region 301 and the outer periphery of the first region 301, and the wettability of the solder 106 is relative to that of the first region 301.
  • a third step of pressing the semiconductor element 105 to wet and spread the solder 106 onto the second region 302 was provided. As a result, it is possible to prevent the generation of voids and the overflow of solder.
  • the semiconductor device 100 includes a semiconductor element 105, a first region 301, and a second region 302 that surrounds the outer periphery of the first region 301 and has a relatively lower wettability and spreadability of the solder 106 than the first region 301.
  • the outer peripheral edge of the bonding region on the lead frame 102 side of the solder 106 is substantially coincident with the outer peripheral edge 303 of the second region 302. As a result, it is possible to prevent the generation of voids and the overflow of solder.

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Abstract

第1領域301に一時的に留まったはんだ106は、曲率が高い状態であるため、半導体素子105とはんだ106の頂点において点で接触する。その後、半導体素子105をはんだ106に対して押し付けつつ、はんだ106を第1領域301から第2領域302へ中央部から周辺部へ徐々に濡れ広がらせる。このとき、空気を排斥させながら、はんだ106は濡れ広がるのでボイドの発生を抑制できる。

Description

半導体装置の製造方法および半導体装置
 本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
 半導体素子は縮小化され、半導体素子のはんだ接合においては、放熱性および短絡耐量を得るために、はんだ内部のボイドの発生を防止することが要求されている。
 特許文献1には、リードフレームの表面に、半導体素子と対向して、枠状の堤防部によって画定された凹状領域を設け、供給された溶融はんだを堤防部で塞き止め、半導体素子を搭載する工程で、塞き止められた状態の溶融はんだを堤防部の外側まで濡れ広げる技術が記載されている。
特開2015-109294号公報
 上述した、特許文献1に記載の技術では、はんだ内部のボイドの発生やはんだ溢れを十分に防止することができなかった。
 本発明による半導体装置の製造方法は、リードフレームの第1面に、第1領域と、前記第1領域の外周を囲むとともに前記第1領域よりもはんだの濡れ広がり性が相対的に低い第2領域と、を形成する第1工程と、前記リードフレームの前記第1領域上に前記はんだを配置する第2工程と、前記第1領域上に配置された前記はんだに対して半導体素子を押圧して、前記はんだを前記第2領域上へ濡れ広がらせる第3工程と、を備えた。
 本発明による半導体装置は、半導体素子と、第1領域と、前記第1領域の外周を囲み前記第1領域よりもはんだの濡れ広がり性が相対的に低い第2領域と、が形成された第1面を有するリードフレームと、前記リードフレームの前記第1領域および前記第2領域に跨って濡れ広がった状態で、半導体素子と前記リードフレームとの間を接合するはんだと、を備え、前記はんだの前記リードフレーム側の接合領域の外周縁は、前記第2領域の外周縁と略一致する。
 本発明によれば、ボイドの発生やはんだ溢れを防止することができる。
半導体装置の分解斜視図である。 半導体装置の要部の分解斜視図である。 リードフレームの斜視図である。 半導体装置の製造方法の第1工程を説明する図である。 (A)、(B)半導体装置の製造方法の第2工程を説明する図である。 (A)、(B)半導体装置の製造方法の第3工程を説明する図である。 (A)、(B)、(C)リードフレームのハッチング例1、例2、例3を示す図である。 (A)、(B)、(C)リードフレームのハッチング例4、例5、例6を示す図である。 (A)、(B)、(C)リードフレームのハッチング例7、例8、例9を示す図である。 (A)、(B)、(C)リードフレームのハッチング例10、例11、例12を示す図である。 (A)、(B)、(C)リードフレームのハッチング例13によるはんだの濡れ広がりを示す図である。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
 図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
 図1は、本実施形態に係わる半導体装置100の分解斜視図である。
 図1に示すように、半導体装置100は、内部に半導体素子105(図2参照)を封止するモールド樹脂101を備える。そして、モールド樹脂101の両面には、半導体素子105とはんだ106(図2参照)で接続されるリードフレーム102を有する。モールド樹脂101の上部から半導体素子105と電気的に接続される複数の接続端子103が突出している。リードフレーム102の両面には、絶縁シート104が配置される。
 絶縁シート104がリードフレーム102の両面に接着された後に、半導体装置100は、ケース201に収容され、樹脂封止される。ケース201の両面には複数の放熱フィン202が設けられ、図示省略した冷媒が放熱フィン202の間を流通することで半導体素子105より生じる発熱を冷却する。
 図2は、半導体装置100の要部の分解斜視図である。
 図2において、モールド樹脂101は図示を省略した。また、本実施形態では、半導体素子105として、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)とダイオードチップとを設けた例を示す。なお、半導体素子105は、IGBTに限らず、MOSFET、SiCでもよい。図2では、1アームにIGBTとダイオードをそれぞれ1個配置した例を示すが、搭載する半導体素子105の数は幾つであってもよい。
 図2に示すように、半導体素子105は、その両面に、はんだ106を介してリードフレーム102と接続される。本実施形態では、後述するように、はんだ106による半導体素子105とリードフレーム102との接続に特徴がある。
 図3は、リードフレーム102の斜視図である。
 図3に示すように、リードフレーム102には、1個の半導体素子105に対応して、第1領域301と第2領域302から成る領域を形成する。すなわち、リードフレーム102の第1面に、第1領域301と、第1領域301の外周を囲むとともに第1領域301よりもはんだ106の濡れ広がり性が相対的に低い第2領域302とを形成する。図3では、第1領域301と第2領域302からなる領域を4個示している。各領域は、半導体素子105として、2個のIGBTと2個のダイオードチップに対応している。
<第1工程:半導体装置100の製造方法>
 半導体装置100の製造方法の第1工程について説明する。図4は、リードフレーム102の正面図である。
 リードフレーム102の材質は、銅(Cu)を使用する。リードフレーム102はニッケルパラジウム(NiPd)あるいはニッケルメッキで表面処理を行う。なお、リードフレーム102の表面は、第1領域301と第2領域302とを分けるため、含有水分などを飛ばすベーク処理等を予め施してもよい。
 リードフレーム102の表面処理がニッケルパラジウムの場合は、第2領域302にレーザ加工を施す。すなわち、第2領域302にレーザを照射し、表面のパラジウム(Pd)を除去して、表面のニッケル(Ni)面を露出させる。これにより、第2領域302へのはんだ106の濡れ広がりを抑制する。
 また、リードフレーム102の表面処理がニッケルメッキの場合は、第1領域301にレーザ加工を施す。すなわち、第1領域301にレーザを照射し、粗化ニッケル面を平坦にし、または素地の銅を露出させる。これにより、第1領域301へはんだ106が濡れ易くする。
 第1工程において、後述の例で示すように、レーザ加工により種々のハッチングを施すことにより、はんだ106が濡れ広がり易い箇所とはんだ106が濡れ広がり難い箇所を形成することで、はんだ106の濡れ広がり方、はんだ106が流動する方向、流動する速度を決定する。すなわち、第1工程において、リードフレームの第1面に、第1領域301と、第1領域301の外周を囲むとともに第1領域301よりもはんだ106の濡れ広がり性が相対的に低い第2領域302とを形成する。具体的には、はんだ106の濡れ広がり性において第2領域302が相対的に低くなるように、少なくとも第1領域301および第2領域302の一方に、レーザ加工によるハッチングを施す。第1領域301や第2領域302のハッチングの密度や間隔や方向は、表面におけるはんだ106の濡れ広がり性と表面にレーザ加工したことによるはんだ106の濡れ広がり性の相対的な差によって選択する。なお、第1領域301の外周はレーザ加工等による枠取りをした方が、第1領域301にはんだ106が留まり易くなる。
 第1領域301をはんだ106が濡れ広がり易くする利点について述べる。
 後述のはんだ転写ツール401を使用して、はんだ106をリードフレーム102に配置する際、第1領域301を濡れ広がりが良い領域とすることで、リードフレーム102へ転写するはんだ106の転写量(はんだ106の量)が安定する。具体的には、はんだ転写ツール401からはんだ106が離れやすくなり、はんだ106の量が安定する。また、第1領域301内全面にはんだ106が均一に濡れ広がる。シリンジではんだ106を滴下する場合も同様である。
 そして、はんだ106が第1領域301へ濡れ広がった後に、第2領域302へはんだ106が濡れ広がるとき、第2領域302へ均一に濡れ広がらせることができ、はんだ106が第2領域302へ濡れ広がる際に空気を巻き込むことを防ぐ。第2領域302で濡れ広がったはんだ106は、第2領域302の外周縁303の4辺に同時に到達することで、局所的にはんだ106が押しつぶされることがなくなるため、はんだ106が外周縁303から溢れにくくなる。第2領域302の外周縁303は、表面を酸化等によりバリアを形成する。外周縁303の形状は、表面に対して凹凸を問わない。これにより、はんだ付け領域(第1領域301および第2領域302)からはんだ106が溢れることを抑制する。
<第2工程:半導体装置100の製造方法>
 半導体装置100の製造方法の第2工程は、リードフレーム102の第1領域301上にはんだ106を配置する工程である。
 図5(A)、図5(B)は、第2工程を説明する図である。図5(A)は、はんだ転写ツール401からはんだ106をリードフレーム102に転写する直前の状態を示す。図5(B)は、はんだ転写ツール401からはんだ106をリードフレーム102へ転写した直後の状態を示す。
 まず、はんだ転写ツール401をはんだ槽に浸漬し、図5(A)に示すように、はんだ転写ツール401にはんだ106を付着させる。そして、はんだ転写ツール401をリードフレーム102の第1領域301の中央部に対向する位置に配置する。なお、はんだ転写ツール401の形状は任意であり、方形(Rを取っても構わない)、円形を問わない。
 次に、図5(B)に示すように、はんだ106を付着させたはんだ転写ツール401を下方に移動して、はんだ106を第1領域301の中央部に転写する。はんだ106は第1領域301へ濡れ広がる。なお、はんだ106を第1領域301へ濡れ広がらせるために、はんだ転写ツール401ではんだ106を転写する際に、はんだ転写ツール401を上下左右に平行移動してもよい。
 第1領域301は、はんだ106の濡れ広がり性が第2領域302より相対的によい領域であって、一時的にはんだ106を狭い領域に留まらせ、はんだ106の曲率を上げる。第1領域301に留まったはんだ106は曲率が高い状態で維持される。この時、第1領域301に留まるはんだ106の曲率は可能な限り高い方がよい。次の第3工程で、はんだ106と半導体素子105がはんだ106の頂点において点で接触することが望ましいためである。
 第1領域301からはんだ106が流出しても、第2領域302の全域に広がっていなければ、はんだ106は曲率を保つことができ、次の第3工程で、空気を排斥しながら、はんだ106を押しつぶすことができるため、ボイドの低減の効果が見込める。第1領域301と第2領域302の境界は、半導体素子105を介してはんだ106を押しつぶした時に、はんだ106が跨る。また、はんだ106は第1領域301に全域に広がっていなくても、曲率が保たれていれば構わない。
<第3工程:半導体装置100の製造方法>
 半導体装置100の製造方法の第3工程は、第1領域301上に配置されたはんだ106に対して半導体素子105を押圧して、はんだ106を第2領域302上へ濡れ広がらせる工程である。
 図6(A)、図6(B)は、第3工程を説明する図である。図6(A)は、チップ吸着コレット501で吸着した半導体素子105をはんだ106の頂点に位置させた状態を示す。図6(B)は、チップ吸着コレット501で半導体素子105を押圧して、はんだ106を第2領域302上へ濡れ広がらせた状態を示す。
 図6(A)に示すように、第1領域301に一時的に留まったはんだ106は、曲率が高い状態であるため、半導体素子105とはんだ106の頂点において点で接触する。その後、半導体素子105をはんだ106に対して押し付けつつ、はんだ106を第1領域301から第2領域302へ中央部から周辺部へ徐々に濡れ広がらせる。このとき、空気を排斥させながら、はんだ106は濡れ広がるのでボイドの発生を抑制できる。
 図6(B)に示すように、半導体素子105ははんだ106を介して、第1領域301および第2領域302において、リードフレーム102と接続される。第2領域302に濡れ広がったはんだ106は、外周縁303で留まり、はんだ106が溢れない。第2領域302は、はんだ106が濡れ広がり難い為、はんだ106が流動することを抑制し、はんだ106が溢れにくくなる。
 以上の工程により製造された半導体装置100は、半導体素子105と、リードフレーム102と、はんだ106とを備える。リードフレーム102には、第1領域301と第2領域302とが形成されている。第2領域302は、第1領域301の外周を囲み第1領域301よりもはんだ106の濡れ広がり性が相対的に低い。はんだ106は、リードフレーム102の第1領域301および第2領域302に跨って濡れ広がった状態で、半導体素子105とリードフレーム102との間を接合する。はんだ106のリードフレーム102側の接合領域の外周縁は、第2領域302の外周縁303と略一致する。第2領域の外周縁303は、はんだ106の濡れ広がりを規制する第3領域である。
 次に、前述した第1工程において、リードフレーム102の第1領域301もしくは第2領域302に、レーザ加工により施すハッチングの例を説明する。既に述べたように、ハッチングにより、はんだ106が濡れ広がり易い箇所とはんだ106が濡れ広がり難い箇所を形成することで、はんだ106の濡れ広がり方、はんだ106が流動する方向、流動する速度を決定することができる。
 以下の例1~例13では、リードフレーム102の表面処理がニッケルパラジウムの場合を説明する。なお、リードフレーム102の表面処理がニッケルメッキの場合は、第1領域301と第2領域302におけるハッチングが、ニッケルパラジウムの場合の例1~例13と逆になる。また、各ハッチングの例1~例13において、第1領域301と第2領域302は、それぞれ組み合わせてもよい。各ハッチングの例1~例13は、IGBTと対応するリードフレーム102側のみ記載するが、ダイオードと対応するリードフレーム102側も同様にハッチングを形成する。この場合、IGBTと対応するリードフレーム102側と、ダイオードと対応するリードフレーム102側が同じハッチングである必要はない。
(リードフレーム102のハッチング例1)
 図7(A)は、リードフレーム102のハッチング例1を示す図である。この例1では、第1領域301の外周形状と第2領域302の外周形状とを相似に形成する。相似にすることで、第1領域301の外周から第2領域の外周へと濡れ拡がる距離が一定になり、はんだ106が外周縁303に同時に到達する為、はんだ106は外周縁303から局所的に溢れにくくなる。また、第1領域301の外周部及び、外周縁303には角部にRをつけ、角部ではんだ106が溢れ出ることを抑制してもよい。
(リードフレーム102のハッチング例2)
 図7(B)は、リードフレーム102のハッチング例2を示す図である。この例2では、第1領域301の外周形状を円形に形成する。円形により、第1領域301内で留まるはんだ106の表面張力が安定し、はんだ106の曲率を保つことができ、また、第1領域301にはんだ106が留まり易くなる。
(リードフレーム102のハッチング例3)
 図7(C)は、リードフレーム102のハッチング例3を示す図である。この例3では、第1領域301の外周形状を楕円形に形成する。楕円形により、第1領域内301で留まるはんだ106の表面張力が安定し、はんだ106の曲率を保つことができ、また、第1領域にはんだ106が留まり易くなる。さらに、半導体素子105が長方形状である場合に、その長辺方向(図示y方向)に合わせて、楕円形の長軸を図示y方向に形成することにより、はんだ106を均一に濡れ広がらせることができる。
(リードフレーム102のハッチング例4)
 図8(A)は、リードフレーム102のハッチング例4を示す図である。この例4では、第1領域301と第2領域302との境界を点線または破線に形成する。第2領域302は濡れ広がり性の方向を揃える為、図示x方向のハッチングを直線にする。
 第1領域301と第2領域302の境界を点線または破線にした場合であっても、はんだ106は一時的にはんだ106の表面張力により第1領域301に留まる。半導体素子105ではんだ106を押しつぶす際、第2領域302へはんだ106が流動しやすくなり、第1領域301から局所的にはんだ106が濡れるのを防ぐことができる。
(リードフレーム102のハッチング例5)
 図8(B)は、リードフレーム102のハッチング例5を示す図である。この例5では、第1領域301と第2領域302との境界を点線または破線に形成する。第2領域302は濡れ広がり性の抑制、方向を変える為、図示x方向のハッチングを破線または点線にする。
 例4と同様に、第1領域301と第2領域302の境界を点線または破線にした場合であっても、はんだ106は一時的にはんだ106の表面張力により第1領域301に留まる。半導体素子105ではんだ106を押しつぶす際、第2領域302へはんだ106が流動しやすくなり、第1領域301から局所的にはんだ106が濡れるのを防ぐことができる。また、第2領域302のハッチングを破線または点線にすることにより、はんだ106の濡れ広がり性を抑制したり、方向を規定することができる。
(リードフレーム102のハッチング例6)
 図8(C)は、リードフレーム102のハッチング例6を示す図である。この例6では、レーザ加工によるハッチングを第1領域301の中心から放射状に形成する。この場合、ハッチングの密度を第1領域301と第2領域302で変える。この例6では、第2領域302のハッチングの密度を高くする。
 ハッチングを放射状に形成することにより、第1領域301の中心からはんだ106が放射状に滑らかに濡れ広がる。第2領域302のハッチングの密度を高くすることにより、まず、はんだ106が第1領域301に留まり、その後、半導体素子105ではんだ106を押しつぶす際に、第2領域302へはんだ106が濡れ広がる。
(リードフレーム102のハッチング例7)
 図9(A)は、リードフレーム102のハッチング例7を示す図である。この例7では、レーザ加工によるハッチングを第1領域301の中心から放射状に形成する。第2領域302は、レーザ加工によるハッチングを第2領域302の外形形状(四角)に相似した複数の相似線状に形成する。
 第1領域301は放射状のハッチングによって、はんだ106が濡れ広がるが、第2領域302は四角にハッチングされることで、はんだ106の流動性を抑制し、外周縁303からはんだ106が溢れることを防ぐ。
(リードフレーム102のハッチング例8)
 図9(B)は、リードフレーム102のハッチング例8を示す図である。この例8では、第1領域301の外周形状を湾曲した形状に形成する。第2領域302は濡れ広がり性の方向を揃える為、図示x方向に直線状のハッチングを行う。
 第1領域301の四隅が突出した湾曲した形状にすることにより、はんだ106は第1領域301から第2領域302の四隅へ濡れ広がる。また、第1領域301を湾曲した形状にすることにより、はんだ106が濡れ広がる位置をコントロールし、はんだ106の回り込み境界での引け巣を低減できる。
(リードフレーム102のハッチング例9)
 図9(C)は、リードフレーム102のハッチング例9を示す図である。この例9では、第1領域301および第2領域302は、レーザ加工によるハッチングを外形形状(四角)に相似した複数の相似線状に形成する。そして、ハッチングの密度を第1領域301と第2領域302で変える。この例9では、第2領域302のハッチングの密度を高くする。
 第1領域301のハッチングの密度は、第2領域302と比較して低いので、はんだ106が濡れ広がる。一方、第2領域302のハッチングの密度を高く、四角にハッチングされているので、はんだ106の流動性を抑制し、外周縁303からはんだ106が溢れることを防ぐ。第1領域301と第2領域302の密度を変えることで、濡れ広がり方、流動性を規定することができる。
(リードフレーム102のハッチング例10)
 図10(A)は、リードフレーム102のハッチング例10を示す図である。この例10では、第1領域301および第2領域302は、レーザ加工によるハッチングをx-y方向(横線状、縦線状)の格子状に形成する。そして、ハッチングの密度を第1領域301と第2領域302で変える。この例10では、第2領域302のハッチングの密度を高くする。
 第1領域301のハッチングの密度は、第2領域302と比較して低いので、はんだ106は第1領域301を濡れ広がる。一方、第2領域302のハッチングの密度を高く、四角にハッチングされているので、はんだ106の流動性を抑制し、外周縁303からはんだ106が溢れることを防ぐ。第1領域301と第2領域302の密度を変えることで、濡れ広がり方、流動性を規定することができる。ハッチングの格子状は、x-y方向に限らず、例えばx-y方向に対して、45°回転させた格子状でもよい。
(リードフレーム102のハッチング例11)
 図10(B)は、リードフレーム102のハッチング例11を示す図である。この例11では、第2領域302を四隅の各隅を含む4個の領域に区分し、各領域にレーザ加工によるハッチングをx方向+45°/-45°の組み合わせとする。各領域においてハンチングの方向は第2領域302の四隅の各隅に向けた方向になる。
 第2領域302においてはんだ106の濡れ広がりを四隅の各隅に向け円滑に行うことができ、はんだ106の回り込み境界での引け巣を低減する。なお、第1領域301にも同様なハッチングを施してもよい。この場合は、第2領域302のハッチングの密度を高くする。
(リードフレーム102のハッチング例12)
 図10(C)は、リードフレーム102のハッチング例12を示す図である。この例12では、第2領域302にレーザ加工によるハッチングをy方向である縦線状に施す。
 半導体素子105が長方形状である場合に、その長辺方向(図示y方向)に合わせて、ハッチングをy方向に形成することにより、はんだ106をy方向に濡れ広がらせることができる。なお、ハッチングをx方向である横線状に施してもよい。この場合は、はんだ106をx方向に均一に濡れ広がらせることができる。
(リードフレーム102のハッチング例13)
 図11(A)~図11(C)は、ハッチングを施したリードフレーム102上でのはんだ106の濡れ広がりを示す図である。
 図11(A)~図11(C)に示すハッチングは一例である。第1領域301のハッチングは、第1領域301を四隅の各隅を含む4個の領域に区分し、各領域にレーザ加工によるハッチングをx方向+45°/-45°の組み合わせとする。さらに、x方向およびy方向に帯状の領域を設け、x方向の領域にレーザ加工によるx方向のハッチングを、y方向の領域にレーザ加工によるy方向のハッチングを施す。さらに、第1領域301の中央部には、中央部を四隅の各隅を含む4個の領域に区分し、各領域にレーザ加工によるハッチングをx方向+45°/-45°の組み合わせとする。第2領域302は、レーザ加工によるハッチングを外形形状(四角)に相似した複数の相似線状に形成する。
 図11(A)は、はんだ106を第1領域301の中央部に配置した状態を示す。図11(A)に示すように、はんだ転写ツール401のはんだ106が第1領域301の中央部に接すると、第1領域301に施されたハッチングにより、はんだ106はxy方向及び±45°方向へはんだ106が分配されつつ、濡れ広がる。
 図11(B)は、はんだ106が第1領域301に濡れ広がった状態を示す。図11(B)に示すように、はんだ106は図示xy方向にハッチングされた線に沿って、はんだ106はxy方向に沿って進むとともに、xy方向に対して±45°方向にハッチングされた線に沿って濡れ広がり(図示矢印B)、第1領域301の全域へはんだ106が濡れ広がる。
 図11(C)は、半導体素子105を押しつけてはんだ106が濡れ広がった状態を示す。図11(C)に示すように、半導体素子105をはんだ106に対して押しつけることで、はんだ106は第1領域301から溢れ出る。この時、第2領域302では、四角のハッチングにより、外周方向への濡れ広がりが抑制され、流動し難くなる。そして、はんだ106は外周縁303によって堰き止められ、溢れることを防ぐ。
 以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)半導体装置100の製造方法は、リードフレーム102の第1面に、第1領域301と、第1領域301の外周を囲むとともに第1領域301よりもはんだ106の濡れ広がり性が相対的に低い第2領域302と、を形成する第1工程と、リードフレーム102の第1領域301上にはんだ106を配置する第2工程と、第1領域301上に配置されたはんだ106に対して半導体素子105を押圧して、はんだ106を第2領域302上へ濡れ広がらせる第3工程と、を備えた。これにより、ボイドの発生やはんだ溢れを防止することができる。
(2)半導体装置100は、半導体素子105と、第1領域301と、第1領域301の外周を囲み第1領域301よりもはんだ106の濡れ広がり性が相対的に低い第2領域302と、が形成された第1面を有するリードフレーム102と、リードフレーム102の第1領域301および第2領域302に跨って濡れ広がった状態で、半導体素子105とリードフレーム102との間を接合するはんだ106と、を備え、はんだ106のリードフレーム102側の接合領域の外周縁は、第2領域302の外周縁303と略一致する。
これにより、ボイドの発生やはんだ溢れを防止することができる。
 本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態に示した各例を組み合わせた構成としてもよい。
 100・・・半導体装置、101・・・モールド樹脂、102・・・リードフレーム、103・・・接続端子、104・・・絶縁シート、105・・・半導体素子、106・・・はんだ、201・・・ケース、202・・・放熱フィン、301・・・第1領域、302・・・第2領域、303・・・外周縁、401・・・はんだ転写ツール、501・・・チップ吸着コレット。

Claims (15)

  1.  リードフレームの第1面に、第1領域と、前記第1領域の外周を囲むとともに前記第1領域よりもはんだの濡れ広がり性が相対的に低い第2領域と、を形成する第1工程と、
     前記リードフレームの前記第1領域上に前記はんだを配置する第2工程と、
     前記第1領域上に配置された前記はんだに対して半導体素子を押圧して、前記はんだを前記第2領域上へ濡れ広がらせる第3工程と、を備えた半導体装置の製造方法。
  2.  請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1領域および前記第2領域の少なくとも一方を、レーザ加工により形成する半導体装置の製造方法。
  3.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1面にニッケルパラジウムによる表面処理が形成された前記リードフレームに対して、前記レーザ加工により前記第2領域を形成する半導体装置の製造方法。
  4.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1面にニッケルメッキによる表面処理が形成された前記リードフレームに対して、前記レーザ加工により前記第1領域を形成する半導体装置の製造方法。
  5.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1領域の外周形状と前記第2領域の外周形状とを相似に形成する半導体装置の製造方法。
  6.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1領域の外周形状を円形または楕円形に形成する半導体装置の製造方法。
  7.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1領域の外周形状を湾曲した形状に形成する半導体装置の製造方法。
  8.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記第1領域と前記第2領域との境界を点線または破線に形成する半導体装置の製造方法。
  9.  請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記レーザ加工によりハッチングをそれぞれ施すことにより、前記第1領域と前記第2領域とを形成する半導体装置の製造方法。
  10.  請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記レーザ加工による前記ハッチングの密度を前記第1領域と前記第2領域で変える半導体装置の製造方法。
  11.  請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記レーザ加工による前記ハッチングを前記第1領域の中心から放射状に形成する半導体装置の製造方法。
  12.  請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記レーザ加工による前記ハッチングを横線状または/および縦線状に形成する半導体装置の製造方法。
  13.  請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1工程は、前記レーザ加工による前記ハッチングを前記第2領域の外形形状に相似した相似線状に形成する半導体装置の製造方法。
  14.  半導体素子と、
     第1領域と、前記第1領域の外周を囲み前記第1領域よりもはんだの濡れ広がり性が相対的に低い第2領域と、が形成された第1面を有するリードフレームと、
     前記リードフレームの前記第1領域および前記第2領域に跨って濡れ広がった状態で、半導体素子と前記リードフレームとの間を接合するはんだと、を備え、
     前記はんだの前記リードフレーム側の接合領域の外周縁は、前記第2領域の外周縁と略一致する半導体装置。
  15.  請求項14に記載の半導体装置であって、
     前記第2領域の外周縁は、前記はんだの濡れ広がりを規制する第3領域である半導体装置。
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