JP3614079B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の導体部材により半導体素子の両面を半田部材を介して挟んでなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体装置としては、例えば、半導体素子の両面に放熱部材（銅やアルミ等）を半田接合したものや、半導体素子の両面に電極部材（銅等）を半田接合したものが、一般に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような一対の導体部材により半導体素子を挟む構成においては、両導体部材の平行度が出しにくく傾いてしまう（例えば傾きが０．５〜１ｍｍ程度）ため、半導体素子と導体部材との間に隙間が発生し、接触面積の不足、接合性の悪化といった不具合が発生する。また、放熱部材としての導体部材の外側に更に冷却部材を設ける場合、導体部材と冷却部材との間に隙間が発生し、放熱性が悪化する等の不具合も発生する。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑み、一対の導体部材により半導体素子の両面を半田部材を介して挟んでなる半導体装置において、両導体部材の平行度を適切に確保できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、第１の導体部材（３）の上に、第１の半田部材（４）を介して半導体素子（１、２）を接合する工程と、半導体素子の上に、第１の半田部材よりも融点の低い第２の半田部材（６）を介して第２の導体部材（７）を接合する工程と、しかる後、第２の半田部材のみをリフローさせた状態で、第２の導体部材の上方から加圧することにより、第１の導体部材と第２の導体部材との平行度を調整する工程とを備えることを特徴としている。
【０００６】
本製造方法によれば、半導体素子の両面を第１及び第２の半田部材を介して第１及び第２の導体部材により挟んだワークにおいて、第２の半田部材は、第１の半田部材よりも融点が低いため、第２の半田部材のみをリフローさせることができる。この状態で、第２の導体部材の上方から加圧すれば、半導体素子が第１の半田部材に支持された状態で第２の半田部材が変形することにより、両導体部材の平行度を調整することができる。
【０００７】
よって、本発明によれば、両導体部材の平行度を適切に確保できる半導体装置の製造方法を提供することができる。ここで、請求項２の発明のように、第２の半田部材（６）としては、Ｓｎ（すず）を９０ｗｔ％以上含有してなるものを用いることができる。
【０００８】
また、請求項３〜請求項６の発明は、一対の導体部材（３、７）により、半導体素子（１、２）の両面を半田部材（４、６）を介して挟んでなる半導体装置において、一対の導体部材のうち一方側に位置する半田部材（６）を、他方側に位置する半田部材（４）よりも融点が低いものとしたことを特徴としている。
【０００９】
本半導体装置によれば、上記した請求項１の製造方法に述べたように、融点の低い方の半田部材のみをリフローさせつつ加圧することができ、それによって、リフローされた半田部材側の導体部材の位置を容易に調整することができる。よって、本発明によれば、両導体部材の平行度を適切に確保できる半導体装置を提供することができる。
【００１０】
ここで、請求項５の発明のように、融点の低い方の半田部材（６）が配設される方の導体部材（７）に、凹部（７ｃ）を形成し、この凹部内に融点の低い方の半田部材を配設するようにすれば、この低融点半田部材をリフロー、加圧する際に、半田の這い上がりを防止することができ、好ましい。
【００１１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。１はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子であり、２はダイオードである。本実施形態では、これらＩＧＢＴ素子１及びダイオード２が、ペアで回路を構成し、本発明でいう半導体素子に相当する。
【００１３】
これら半導体素子１、２は、例えば銅よりなる板状の第１のリード部材（第１の導体部材）３の一面３ａ上に、例えばＳｎ１０ｗｔ％、Ｐｂ（鉛）９０ｗｔ％よりなる融点が３２０℃である第１の半田部材４を介して、それぞれ接合されている。また、各半導体素子１、２の上には、第１の半田部材４を介して、例えば銅よりなるブロック状のヒートシンク５が接合されている。
【００１４】
各ヒートシンク５の上には、第１の半田部材４よりも融点が低い第２の半田部材６を介して、例えば銅よりなる第２のリード部材（第２の導体部材）７の一面７ａが接合されている。この第２の半田部材６は、例えばＳｎが９０ｗｔ％以上含有されてなり融点が２４０℃のものを採用できる。
【００１５】
そして、半導体素子１、２の両面を挟んで対向する第１のリード部材３と第２のリード部材７においては、互いに対向する各々の一面３ａ、７ａが略平行（例えば両リード部材３、７の傾きが０．１ｍｍ以下）となっている。また、この半導体装置においては、外部の部材と電気的に接続するための外部リード８とＩＧＢＴ素子１とは、ＡｕやＡｌ等のボンディングワイヤ９により結線され、電気的に接続されている。
【００１６】
また、上記のように組み付けられた各部材１〜９は、例えばエポキシ樹脂等よりなるモールド樹脂１０により、包み込まれるように封止されており、外部環境から保護されている。また、両リード部材３、７の他面３ｂ、７ｂは、モールド樹脂１０より露出しており、この露出面３ｂ、７ｂが放熱面となっている。
【００１７】
こうして、本半導体装置では、両半導体素子１、２により回路が構成され、また、両リード部材３、７は電極としての機能も有する。従って、半導体素子１、２と外部との信号のやり取りは、各リード部材３、７、ワイヤ９及び外部リード８を介して行われる。また、両リード部材３、７は、半導体素子１、２の放熱を図る放熱部材としても機能し、例えば、図示しないが、両リード部材３、７の他面３ｂ、７ｂに、絶縁部材を介して冷却部材を配置する等により、放熱を促進するようになっている。
【００１８】
次に、上記構成に基づき、本実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。図２は、本製造方法を図１に沿った断面にて示す工程図である。まず、第１のリード部材３の一面３ａ上に、第１の半田部材４を介して半導体素子１、２を接合する。次に、各半導体素子１、２の上に、第１の半田部材４を介してヒートシンク５を接合する。ここまでの状態が図２（ａ）であり、このものをワーク５０とする。
【００１９】
次に、ヒートシンク５が接合された半導体素子１、２の上に、低融点の第２の半田部材６を介して第２のリード部材７の一面７ａを接合する。具体的には、図２（ｂ）に示す様に、第２のリード部材７を、その一面７ａを上にして、治具１００上に搭載し、第２のリード部材７の一面７ａ上の所望の部位に、第２の半田部材６を配設し、図２（ａ）に示すワーク５０を裏返しにして、第２のリード部材７の一面７ａ上に搭載する。
【００２０】
さらに、第１のリード部材３の他面３ｂ上に、例えばステンレス等よりなる板状の重り１０１を載せる。また、治具１００には、両リード部材３、７の間隔を規定するために一定の所定高さ（例えば１ｍｍ）を持ったカーボン等よりなるスペーサ１０２が備えられている。この状態が図２（ｂ）に示す状態である。そして、この状態で加熱炉等に入れ、第２の半田部材６のみをリフローさせる。
【００２１】
すると、重り１０１により、ワーク５０が加圧され、図２（ｃ）に示す様に、第２の半田部材６が押しつぶされ、スペーサ１０２の高さまで押し下げられる。これにより、両リード部材３、７間の平行度が調整される。ちなみに、例えば、第１の半田部材４、第２の半田部材６の融点が各々、３２０℃、２４０℃の場合、リフロー温度は２５０℃、重り１０１によるワーク５０への荷重は、０．０８ｇ／ｍｍ^２とできる。
【００２２】
また、低融点である第２の半田部材６の厚さは、１００μｍ〜３００μｍ程度が好ましい。これは、薄すぎると、平行度の調整をするための厚さが不足することと、厚すぎると、半導体素子とリード部材との熱伝導性が不足することから、このような範囲が好ましい。さらに、上記のように第２の半田部材６にＳｎが９０ｗｔ％以上含有されてなるものを用いることは、熱伝導率の確保という点でも有利である。なお、この後、外部リード８とのワイヤボンディング及び樹脂モールド等を行い、図１に示す半導体装置が完成する。
【００２３】
以上のように、本製造方法によれば、半導体素子１、２の両面を第１及び第２の半田部材４、６を介して第１及び第２のリード部材（導体部材）３、７により挟んだワーク５０において、第２の半田部材６は、第１の半田部材４よりも融点が低いため、第２の半田部材６のみをリフローさせることができる。
【００２４】
そして、この状態で、第２のリード部材７の上方から加圧し、半導体素子１、２が第１の半田部材４に支持された状態で第２の半田部材６を変形させることにより、両リード部材３、７の平行度を調整することができる。例えば、この平行度の調整によって、両リード部材３、７の平行度は０．１ｍｍ以下にすることができた。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、両導体部材３、７の平行度を適切に確保できる半導体装置の製造方法を提供することができる。また、図１に示す半導体装置において、モールド樹脂１０が無い状態のものは、一対のリード部材（導体部材）３、７により、半導体素子１、２の両面を半田部材４、６を介して挟んでなる半導体装置であり、且つ、第２のリード部材７側に位置する第２の半田部材６を、他方側の第１の半田部材４よりも融点が低いものとした半導体装置となっている。
【００２６】
この半導体装置によれば、上記製造方法に述べたように、融点の低い方の第２の半田部材６のみをリフローさせることができ、それによって、リフローされた第２の半田部材６側の第２のリード部材７の位置を容易に調整することができる。よって、本実施形態によれば、両リード部材３、７の平行度を適切に確保できる半導体装置をも提供することができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、図３に示す様に、第２のリード部材７の一面７ａにおける第２の半田部材６を配設する部位に、凹部７ｃを形成し（例えば深さ０．１ｍｍ程度）、この凹部７ｃ内に第２の半田部材６を配設するようにしても良い。
【００２８】
この凹部７ｃにより、第２の半田部材６をリフローして加圧し、第２の半田部材６が押しつぶされた際に、該半田部材６がはみ出してきたとき、半田の這い上がりを防止することができ、好ましい。また、半田部材６を箔（はんだ箔）として配設する際の位置決めが容易となる。
【００２９】
（他の実施形態）
なお、ヒートシンク５を設けずに、半導体素子１、２と第２のリード部材７とを直接第２の半田部材６にて接合するようにしても良い。また、本発明は、一対の導体部材により、半導体素子の両面を半田部材を介して挟んでなる半導体装置に係るものであり、一対の導体部材は、放熱部材のみの機能を有するものでも、電極のみの機能を有するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】上記実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】第２の導体部材における半田部材の配設部位に凹部を形成した部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ＩＧＢＴ素子、２…ダイオード、３…第１のリード部材、４…第１の半田部材、６…第２の半田部材、７…第２のリード部材、７ｃ…凹部。

Claims (6)

1. 第１の導体部材（３）の上に、第１の半田部材（４）を介して半導体素子（１、２）を接合する工程と、
   前記半導体素子の上に、前記第１の半田部材よりも融点の低い第２の半田部材（６）を介して第２の導体部材（７）を接合する工程と、
   しかる後、前記第２の半田部材のみをリフローさせた状態で、前記第２の導体部材の上方から加圧することにより、前記第１の導体部材と前記第２の導体部材との平行度を調整する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第２の半田部材（６）として、Ｓｎを９０ｗｔ％以上含有してなるものを用いる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。
3. 一対の導体部材（３、７）により、半導体素子（１、２）の両面を半田部材（４、６）を介して挟んでなる半導体装置において、
   前記半導体素子は、２種類の半導体素子からなり、これら２種類の半導体素子のそれぞれの両面を前記半田部材を介して前記一対の導体部材により共通に挟んだ構成となっており、
   前記一対の導体部材のうち一方側に位置する半田部材（６）は、他方側に位置する半田部材（４）よりも、融点が低いことを特徴とする半導体装置。
4. 一対の導体部材（３、７）により、半導体素子（１、２）の両面を半田部材（４、６）を介して挟んでなる半導体装置において、
   前記一対の導体部材のうち一方側に位置する半田部材（６）は、他方側に位置する半田部材（４）よりも、融点が低く、この融点の低い方の半田部材（６）は、Ｓｎを９０ｗｔ％以上含有してなるものであることを特徴とする半導体装置。
5. 一対の導体部材（３、７）により、半導体素子（１、２）の両面を半田部材（４、６）を介して挟んでなる半導体装置において、
   前記一対の導体部材のうち一方側に位置する半田部材（６）は、他方側に位置する半田部材（４）よりも、融点が低く、この融点の低い方の半田部材（６）が配設される方の前記導体部材（７）には、凹部（７ｃ）が形成され、この凹部内に前記融点の低い方の半田部材が配設されていることを特徴とする半導体装置。
6. 前記一対の導体部材（３、７）は、前記半導体素子（１、２）の電極として機能するとともに、前記半導体素子の放熱を行う放熱部材の機能を有するものであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。

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