(57)【要約】【課題】ろう材を決められた領域内に精度よく配置させることができる半導体装置の製造と接合材供給治具と接合材供給治具の製造方法とを提供する。【解決手段】ろう材供給治具５１は、ろう材本体５３と、ろう材本体５３を支持する支持部５９とを備えている。ろう材供給治具５１が、接合部が形成される位置にセットされる。このとき、位置決め部材７１をＤＢＣ基板７に配置させ、その位置決め部材７１にしたがって、ろう材供給部５１が所望の位置にセットされる。【選択図】図６
2020184577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合材および前記接合材を支持する支持部を含む接合材供給治具を用意する工程と、
半導体チップが搭載され、回路板が配置された絶縁基板を用意する工程と、
前記接合材が前記回路板に供給されるべき位置に配置されるように、前記接合材供給治具を、前記回路板に対して位置合わせをする工程と、
前記回路板に配置された前記接合材に、前記回路板に電気的に接続されることになる配線導体の端子を載置する工程と、
前記端子を加熱することによって前記接合材を溶融し、前記端子を前記回路板に接合する工程と、
前記接合材供給治具の前記支持部を取り外す工程と
を備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記接合材供給治具を用意する工程では、
前記接合材には、外周部の体積を減じた体積減少部が設けられ、
前記支持部には、
前記接合材と間隔を開けて、前記接合材を取り囲むように配置された支持本体と、
前記支持本体と前記接合材とを接続する接続部と
が設けられており、
前記配線導体の端子を載置する前に、前記接合材供給治具が前記回路板に対して位置合わせされた状態で前記接合材を加熱することによって、前記接合材を前記回路板に接合する工程を備え、
前記支持部を取り外す工程は、前記接合材を前記回路板に接合する工程において行われ、前記接合材とともに加熱された前記接続部から前記支持本体を分離することで、前記支持部が取り外される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記接合材供給治具を用意する工程では、
前記接合材には、外周部の体積を減じた体積減少部が設けられ、
前記支持部には、
前記接合材と間隔を開けて配置された支持本体と、
前記支持本体と前記接合材とを接続する接続部と
が設けられ、
前記支持本体には、前記接合材から一方向に延在する間隙部が設けられており、
前記接合材供給治具が前記回路板に対して位置合わせされた状態で前記接合材を加熱することによって、前記接合材を前記回路板に接合する工程を備え、
前記支持部を取り外す工程は、前記配線導体の前記端子を前記回路板に接合する工程において行われ、前記端子とともに加熱された前記接続部から前記支持本体を分離し、分離された前記支持本体を前記一方向に沿ってスライドさせることで、前記支持部が取り外される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記接合材供給治具を用意する工程では、
前記接合材には、外周部の体積を減じた体積減少部が設けられ、
前記支持部には、
前記接合材と間隔を開けて配置された支持本体と、
前記支持本体と前記接合材とを接続する接続部と
が設けられ、
前記支持本体には、前記接合材から一方向に延在する間隙部が設けられており、
前記支持部を取り外す工程は、前記配線導体の前記端子を前記回路板に接合する工程において行われ、前記端子とともに加熱された前記接続部から前記支持本体を分離し、分離された前記支持本体を前記一方向に沿ってスライドさせることで、前記支持部が取り外される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記接続部は、前記接合材と同じ材料から形成された、請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記接続部は、前記接合材とは異なる材料から形成された、請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記接合材とは異なる材料は、銅を含む、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体チップが搭載される回路板に配線導体を接合するための接合材を供給する接合材供給治具であって、
接合材と、
前記接合材を支持する支持部と
を有し、
前記支持部は、
前記接合材と間隔を開けて配置された支持本体と、
前記支持本体と前記接合材とを接続する接続部と
を備えた、接合材供給治具。
【請求項９】
前記支持本体には、前記接合材から一方向に延在する間隙部が設けられた、請求項８記載の接合材供給治具。
【請求項１０】
前記接合材は、
外周に沿って位置する外周部と、
前記外周部の内側に位置する内側部と
を含み、
前記外周部には、体積を減じた体積減少部が設けられた、請求項８または９に記載の接合材供給治具。
【請求項１１】
前記接続部は前記接合材と同じ材料から形成された、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の接合材供給治具。
【請求項１２】
前記接続部は前記接合材とは異なる材料から形成された、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の接合材供給治具。
【請求項１３】
半導体チップが搭載される回路板に配線導体を接合するための接合材を供給する接合材供給治具の製造方法であって、
前記接合材となる部分を含む板状体を用意する工程と、
前記板状体に加工を施すことによって、前記接合材となる部分とは間隔を隔てられるとともに、前記接合材となる部分と繋がる部分を有する態様で、前記接合材となる部分を支持する支持部を形成する工程と
を備えた、接合材供給治具の製造方法。
【請求項１４】
前記板状体に加工を施す工程では、前記接合材となる部分において、外周に沿って位置する外周部の体積を減ずる体積減少部が形成される、請求項１３記載の接合材供給治具の製造方法。
【請求項１５】
半導体チップが搭載される回路板に配線導体を接合するための接合材を供給する接合材供給治具の製造方法であって、
前記接合材となる部分を用意する工程と、
前記接合材となる部分を支持することになる支持体を用意する工程と、
前記支持体に、前記接合材となる部分を保持する接合材保持部材を設置する工程と、
前記接合材保持部材に、前記接合材となる部分を装着する工程と
を備えた、接合材供給治具の製造方法。
【請求項１６】
前記接合材となる部分を用意する工程では、前記接合材となる部分は、対向する第１主面と第２主面とを有するように形成され、
前記接合材保持部材に、前記接合材となる部分を装着する工程では、前記接合材となる部分の前記第１主面および前記第２主面のいずれかが前記接合材保持部材に保持される、請求項１５記載の接合材供給治具の製造方法。
【請求項１７】
前記接合材となる部分を用意する工程では、前記接合材となる部分において、外周に沿って位置する外周部の体積を減ずる体積減少部が形成される、請求項１６記載の接合材供給治具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および接合材供給治具ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック等の絶縁層を有する絶縁基板が搭載されたパワーモジュールがある。このようなパワーモジュールでは、絶縁基板に配置された回路パターンに、電力用の半導体チップが電気的に接続される。その回路パターンには、電力用の半導体チップと外部とを電気的に接続する配線導体の電極端子が電気的に接続される。配線導体の電極端子は、接合材として、たとえば、ろう材等によって回路パターンに接合されることになる。配線導体と回路パターンとを接合する手法を開示した特許文献として、たとえば、特許文献１、特許文献２および特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０５２６６号公報
【特許文献２】特開平５−７０７４号公報
【特許文献３】特開平５−１６１９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ろう材によって、配線導体の電極端子と回路パターンとしての回路板とを接合する場合には、所望の接合面積が確保される量のろう材を配置することが求められる。配線導体の電極端子の幅は、数ｍｍ程度とされる、また、配線導体の電極端子の接合に求められる接合面積は、数ｍｍ２〜数十ｍｍ２程度とされる。
【０００５】
このため、電極端子が配置される決められた位置にろう材を正確に配置することが求められる。しかしながら、接合面積に対応したサイズを有するろう材は、取り扱いが難しく、ろう材を決められた位置に精度良く配置して保持させることが難しい。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、ろう材を決められた位置に精度よく配置させることができる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、そのような製造方法に使用される接合材供給治具を提供することであり、さらに他の目的は、そのような接合材供給治具の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。接合材および接合材を支持する支持部を含む接合材供給治具を用意する。半導体チップが搭載され、回路板が配置された絶縁基板を用意する。接合材が回路板に供給されるべき位置に配置されるように、接合材供給治具を、回路板に対して位置合わせをする。回路板に配置された接合材に、回路板に電気的に接続されることになる配線導体の端子を載置する。端子を加熱することによって接合材を溶融し、端子を回路板に接合する。接合材供給治具の支持部を取り外す。
【０００８】
本発明に係る接合材供給治具は、半導体チップが搭載される回路板に配線導体を接合するための接合材を供給する接合材供給治具であって、接合材と、接合材を支持する支持部とを有している。支持部は、支持本体と接続部とを備えている。支持本体は、接合材と間隔を開けて配置されている。接続部は、支持本体と接合材とを接続する。
【０００９】
本発明に係る接合材供給治具の製造方法は、半導体チップが搭載される回路板に配線導体を接合するための接合材を供給する接合材供給治具の製造方法であって、以下の工程を備えている。接合材となる部分を含む板状体を用意する。板状体に加工を施すことによって、接合材となる部分とは間隔を隔てられるとともに、接合材となる部分と繋がる部分を有する態様で、接合材となる部分を支持する支持部を形成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、接合材供給治具を用いることで、接合材を、回路板に供給されるべき位置に精度よく配置させることができる。
【００１１】
本発明に係る接合材供給治具によれば、接合材を支持する支持部を有していることで、接合材を、回路板に供給されるべき位置に精度よく配置させて、端子を回路板に接合することができる。
【００１２】
本発明に係る接合材供給治具の製造方法によれば、接合材を、回路板に供給されるべき位置に精度よく配置させることができる接合材供給治具を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】各実施の形態に係るパワー半導体装置を示す平面図である。
【図２】各実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】実施の形態１に係るろう材供給治具を示す平面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】同実施の形態において、ろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【図６】同実施の形態において、ろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図７】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平面図である。
【図８】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平面図である。
【図９】比較例に係る半導体装置の製造方法の問題点を説明するための平面図である。
【図１０】比較例に係る半導体装置の製造方法の問題点を説明するための側面図である。
【図１１】比較例に係る半導体装置の製造方法を説明するための他の平面図である。
【図１２】比較例に係る半導体装置の製造方法を説明するための他の側面図である。
【図１３】比較例に係る半導体装置の製造方法の他の問題点を説明するための平面図である。
【図１４】同実施の形態において、変形例に係るろう材供給治具を示す平面図である。
【図１５】同実施の形態において、図１４に示す断面線ＸＶ−ＸＶにおける断面図である。
【図１６】同実施の形態において、変形例に係るろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【図１７】同実施の形態において、変形例に係るろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図１８】同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図１９】同実施の形態において、図１８に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図２０】実施の形態２に係るろう材供給治具を示す平面図である。
【図２１】同実施の形態において、図２０に示す断面線ＸＸＩ−ＸＸＩに対応する断面における一断面図である。
【図２２】同実施の形態において、図２０に示す断面線ＸＸＩ−ＸＸＩに対応する断面線における他の断面図である。
【図２３】同実施の形態において、ろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図２４】同実施の形態において、図２３に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図２５】同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図２６】同実施の形態において、変形例に係るろう材供給治具を示す平面図である。
【図２７】同実施の形態において、図２６に示す断面線ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩに対応する断面線における一断面図である。
【図２８】同実施の形態において、図２６に示す断面線ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩに対応する断面線における他の断面図である。
【図２９】同実施の形態において、変形例に係るろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【図３０】同実施の形態において、変形例に係るろう材供給治具を用いた半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図３１】同実施の形態において、図３０に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図３２】同実施の形態において、図３１に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図３３】各実施の形態において、ろう材供給治具におけるろう材本体の第１例を示す平面図である。
【図３４】各実施の形態において、図３３に示す断面線ＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶにおける断面図である。
【図３５】各実施の形態において、ろう材供給治具におけるろう材本体の第２例を示す平面図である。
【図３６】各実施の形態において、図３５に示す断面線ＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩにおける断面図である。
【図３７】各実施の形態において、ろう材供給治具におけるろう材本体の第３例を示す平面図である。
【図３８】各実施の形態において、図３７に示す断面線ＸＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＸＶＩＩＩにおける断面図である。
【図３９】各実施の形態において、ろう材供給治具におけるろう材本体の第４例を示す平面図である。
【図４０】各実施の形態において、図３９に示す断面線ＸＬ−ＸＬにおける断面図である。
【図４１】実施の形態３に係る一のろう材供給治具の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図４２】同実施の形態において、図４１に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図４３】実施の形態３に係る他のろう材供給治具の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図４４】同実施の形態において、図４３に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図４５】同実施の形態において、図４４に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。
【図４６】同実施の形態において、図４５に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【図４７】同実施の形態において、図４６に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
まず、実施の形態１をはじめ、各実施の形態に係る半導体装置としてのパワー半導体装置の構造の一例について説明する。図１および図２に示すように、パワー半導体装置１では、ベース板３の上に、はんだ層５によってＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板７が接合されている。絶縁基板としてのＤＢＣ基板７とは、セラミック層１１に、回路パターンとなる銅の回路板９、１３が直接接合された基板であり、高い熱伝導性と高い耐圧とを有する。回路板１３には、はんだ層１７によって半導体チップ１５が接合されている。ＤＢＣ基板７を取り囲むように、樹脂ケース２９が、接着剤３１によってベース板３に取り付けられている。樹脂ケース２９内には、半導体チップ１５が搭載されたＤＢＣ基板７等を封止するように、封止樹脂３３が充填されている。
【００１５】
パワー半導体装置１には、半導体チップ１５と外部とを電気的に接続するための配線導体１９が配置されている。配線導体１９には、電極端子２１とねじ留め端子２３とが設けられている。ねじ留め端子２３は、ねじ２７によって、樹脂ケース２９の上部に固定されている。電極端子２１は、接合部２５において回路板１３に接合されている。電極端子２１と回路板１３とは、レーザ光を、ろう材（ろう材本体）または電極端子に照射し、ろう材を溶融させることによって接合されている（レーザろう付け法）。この接合方法については、後述する。
【００１６】
パワー半導体装置１の構成について、より詳細に説明する。ＤＢＣ基板７のセラミック層１１の材質として、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等が使用される。セラミック層１１の厚さとして、たとえば、標準的な厚さ０．６３５ｍｍが採用される。この厚さの他に、たとえば、０．３ｍｍまたは１．０ｍｍの厚さも採用される。回路板１３として、たとえば、厚さ０．２〜１．０ｍｍ程度を有する銅箔が適用される。
【００１７】
電極端子２１の材質として、たとえば、銅（Ｃｕ）または銅合金が使用される。銅としては、純銅系の無酸素銅と呼ばれるＣ１０２０が用いられる。強度が必要される場合には、高導電性銅合金としてＣ１５１が用いられる。レーザ光が照射される電極端子２１の部分の厚さは、たとえば、０．５〜２．０ｍｍ程度とされる。
【００１８】
接合部２５に使用されるろう材としては、たとえば、りん銅ろうが適用される。りん銅ろうは、純銅同士をフラックスを用いることなくろう付けすることができる。また、接合した後の洗浄工程が不要とされる。板材のりん銅ろうを用いる場合、りん銅ろうの厚さとして、たとえば、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さが採用される。
【００１９】
上記のように、実施の形態１に係るパワー半導体装置１では、パワー半導体装置１における電気的な絶縁性を確保するために、ＤＢＣ基板７等を用いて、セラミック層１１をベース板３に配置し、封止樹脂３３を充填した構造とされる。
【００２０】
電流は、ねじ留め端子２３から配線導体１９、電極端子２１、回路板１３を経て、半導体チップ１５へと流れることになる。ねじ留め端子２３と電極端子２１とは、樹脂ケース２９の構造によって、取り付けるべき位置が決められている。このため、電極端子２１が回路板１３に接合される接合部２５には、高い位置決め精度が要求される。
【００２１】
また、配線導体１９には、モータ等のパワーエレクトロニクス機器を駆動する主たる電流が流れる。このため、大容量のパワー半導体装置（モジュール）では、電流を複数の経路に分けて流すことが行われている。電流を複数の経路に分けるために、電極端子としては、配線導体から、たとえば、二股等の複数に分岐した電極端子が用いられる。なお、電極端子２１としては、複数に分岐した電極端子２１には限られず、分岐していない一つの電極端子２１であってもよい。
【００２２】
電極端子２１を回路板１３にろう材によって接合する際には、電極端子２１と回路板１３との間にろう材を配置し、レーザ光を照射することによって行われる。電極端子２１と回路板１３との接合部２５では、通電面積を確保するために、３〜５０ｍｍ２程度の接合面積が求められる。その接合面積を確保するために、ろう材として、３〜５０ｍｍ２程度の大きさに切断されたろう材を、回路板１３に配置する必要がある。
【００２３】
ろう材は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さ（板厚）であるため、上記大きさに切断されたろう材は、ハンドリング性が難しく、電極端子２１が回路板１３に接合されるべき位置からずれてしまうことがある。特に、電極端子２１が二股等である構造の場合には、高い位置決め精度が求められる。また、決められた位置に、ろう材が重なって配置されることもありえる。
【００２４】
そこで、次に、ろう材を所望の位置に精度よく配置することができるろう材供給治具の一例について説明する。図３および図４に示すように、ろう材供給治具５１は、接合材としてのろう材本体５３と、ろう材本体５３を支持する支持部５９とを備えている。ろう材本体５３の外周部分には、中央部の厚さよりも薄い薄肉部５３ａが設けられている。支持部５９は、支持本体６１と接続部６３とを含む。支持本体６１とろう材本体５３との間にスリット６５が設けられている。支持本体６１とろう材本体５３とは、接続部６３によって繋がっている。ろう材供給治具５１は、たとえば、板ろう材を加工することによって形成されている。
【００２５】
次に、このろう材供給治具５１を用い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。はじめに、製造工程の概略を、フローチャートにしたがって説明する。図５に示すように、ステップＳ１では、ＤＢＣ基板をステージの上に載置する。次に、ステップＳ２では、接合部が形成されるべき位置に、ろう材供給治具をセットする。次に、ステップＳ３では、レーザ光をろう材供給治具のろう材本体に照射し、ろう材本体を回路板に接合する。同時に、接続部を溶断して、ろう材供給治具（支持本体）をろう材本体から分離させる。
【００２６】
次に、ステップＳ４では、ろう材供給治具を取り外す。次に、ステップＳ５では、回路板に接合されたろう材本体の上に、配線導体の電極端子を配置する。次に、ステップＳ６では、レーザ光を電極端子に照射することによりろう材本体を溶融し、電極端子を回路板に接合する。次に、ステップＳ７では、樹脂ケースをＤＢＣ基板に接着する。次に、ステップＳ８では、樹脂ケース内に封止樹脂を充填することによって、パワー半導体装置（パワーモジュール）が完成する。
【００２７】
次に、パワー半導体装置の製造方法について、具体的に説明する。図６に示すように、ＤＢＣ基板７がステージ３５に載置される。次に、ろう材供給治具５１が、ろう材本体５３が供給されるべき決められた位置に配置されるようにセットされる。このとき、位置決め部材７１をＤＢＣ基板７に配置させ、その位置決め部材７１にしたがって、ろう材供給治具５１が所望の位置にセットされる。
【００２８】
次に、レーザ光４１がろう材供給治具５１のろう材本体５３に向けて照射される。これにより、ろう材本体５３が溶融し、ろう材本体５３が回路板１３に接合される。また、レーザ光が接続部６３に照射される。これにより、接続部６３が溶断されて、回路板１３に接合されたろう材本体５３が、ろう材供給治具５１（支持本体６１）から分離される。図７に示すように、この時点で、分離されたろう材供給治具５１がＤＢＣ基板７から取り外される。
【００２９】
ここで、レーザ光源としては、比較的安価で普及しているファイバーレーザまたはディスクレーザを利用することができる。レーザ光の波長は、たとえば、１μｍ程度である。レーザ光の出力としては、たとえば、１ｋＷ〜３ｋＷ程度が好ましい。また、波長４００〜５００ｎｍ程度のレーザ光を発するブルーレーザまたはグリーンレーザ等も、ろう付けに利用することができる。
【００３０】
次に、回路板１３に接合されたろう材本体５３の上に、配線導体１９の電極端子２１が配置される（図８参照）。次に、図８に示すように、ろう材本体５３の上に電極端子２１が載置された状態で、レーザ光４１が電極端子２１に照射される。これにより、電極端子２１には熱が発生し、発生した熱がろう材本体５３に伝導する。ろう材本体５３に熱が伝導することで、ろう材本体５３が溶融し、電極端子２１がろう材本体５３に接合される。こうして、電極端子２１が、接合部２５（ろう材本体５３）において回路板１３に接合されることになる。
【００３１】
その後、樹脂ケース２９を、接着剤３１によってＤＢＣ基板７に接着し、樹脂ケース７内に封止樹脂３３を充填する工程等を経て、図１および図２に示されるパワー半導体装置１（パワーモジュール）が完成する。
【００３２】
上述したパワー半導体装置１の製造方法では、ろう材供給治具５１を用いることで、ＤＢＣ基板７の回路板１３における所望の位置に、ろう材本体５３を配置させることができる。このことについて、比較例に係るパワー半導体装置の製造方法と比べて説明する。
【００３３】
すでに述べたように、電極端子２１と回路板１３との接合部２５における接合面積を確保するためには、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さを有し、３〜２０ｍｍ２程度の大きさに切断されたろう材が必要とされる。しかも、そのろう材を、回路板１３における電極端子２１が接合される決められた位置に精度よく配置する必要がある。
【００３４】
ところが、このような厚さと大きさとを有するろう材の場合には、ろう材のハンドリング性が難しくなる。このため、図９および図１０に示すように、ＤＢＣ基板１０７における回路板１１３にろう材１５３を配置する工程では、ろう材１５３が、回路板１１３に配置されるべき位置１６１からずれてしまうことがある。また、その位置１６１に、たとえば、２枚のろう材１５３が重なって配置されることも想定される。そのため、配線導体１１９の電極端子１２１を、回路板１１３に配置されるべき位置１６１に、確実に接合させることができないことが想定される。
【００３５】
比較例に係るパワー半導体装置の製造方法に対して、実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造方法では、図３および図４に示すように、ろう材供給治具５１が用いられる。ろう材供給治具５１では、接合部２５となるろう材本体５３が、支持部５９に支持されている。ろう材供給治具５１は、電極端子２１の幅よりも十分に大きい。つまり、ろう材供給治具５１では、支持部５９が電極端子２１からはみ出した形状になる。
【００３６】
これにより、電極端子２１と干渉しない位置に位置決め部材７１を配置し、その位置決め部材７１によって、ろう材本体５３が供給されるべき所望の位置に配置されるように、ろう材供給治具５１を容易に配置させて、ろう材本体５３を回路板１３に接合することができる。特に、配線導体１９から、電極端子２１が複数分岐している場合に、分岐した電極端子のそれぞれに対応した位置にろう材本体５３を精度よく配置させることができる。このように、上述したろう材供給治具５１では、比較例のように、接合に寄与するろう材本体５３が位置ずれを起こすことはなく、また、ろう材本体５３が重ねて配置されることもない。
【００３７】
また、レーザ光では、スポット径を数百μｍ程度にまで細く絞ることで局所的な加熱を行うことができる。これにより、接続部６３を溶断することで、接合されたろう材本体５３からろう材供給治具５１（支持本体６１）を分離させることができ、支持本体６１を溶融させることなくろう材供給治具５１を取り外すことができる。さらに、支持本体６１とろう材本体５３との間のスリット６５の幅を、レーザ光のスポット径よりも大きく設定することで、支持本体６１が溶融するのを防止することができる。
【００３８】
また、ろう材供給治具５１では、ろう材本体５３は、複数の接続部６３によって支持本体６１に接続されている。これにより、ろう材供給治具５１をハンドリングする際に、ろう材本体５３が変形したり、ろう材本体５３が回転するのを防止することができる。
【００３９】
さらに、レーザ光の照射によってろう材を溶融する際には、次のような課題があることが、発明者らによって確認された。これについて説明する。図１１および図１２に示すように、レーザ光１４１をろう材１５３に照射することによってろう材１５３を溶融させる際には、レーザ光１４１の照射によって、ろう材１５３は局所的に加熱されることになる。ろう材１５３の周囲の回路板１１３の領域には、レーザ光１４１は照射されない。
【００４０】
このため、回路板１１３の温度は十分には上がらず、レーザ光１４１が照射されたろう材１５３の温度よりも低い状態にある。そうすると、図１３に示すように、ろう材１５３の外周部が回路板１１３上に濡れ広がらずに、ろう材１５３の外周部１５３ａが中央部に比べて盛り上がる現象が発生することが、発明者らによって確認された。外周部１５３ａが盛り上がった状態で電極端子１２１が接合されると、電極端子１２１とろう材１５３との接触面積がばらついてしまい、接合強度にばらつきが生じることになる。また、その接合面積のばらつきを抑えようとして、接合面積を非破壊で確認しようとすると、検査が煩雑になることが想定される。
【００４１】
その対策として、図３および図４に示すように、上述したろう材供給治具５１では、ろう材本体５３の外周部分に、体積を減じた体積減少部として、肉厚の薄い薄肉部５３ａが設けられている。薄肉部５３ａをあらかじめ設けておくことで、レーザ光をろう材本体５３に照射した際に、ろう材本体５３の外周部が回路板１３上に十分に濡れ広がらないような場合であっても、ろう材本体５３の外周部分が盛り上がるのを防止することができる。これにより、電極端子２１とろう材本体５３との接合面積のばらつきが抑えられて、接合強度のばらつきを低減させることができる。
【００４２】
（変形例）
次に、変形例に係るろう材供給治具と、そのろう材供給治具を用い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。
【００４３】
図１４および図１５に示すように、ろう材供給治具５１は、ろう材本体５３と、ろう材本体５３を支持する支持部５９とを備えている。支持部５９は、支持本体６１と接続部６３とを含む。その支持部５９には、ろう材本体５３から一方向に延在するように、間隙部６７が設けられている。間隙部６７は、ろう材供給治具５１（支持部５９）を引き抜く方向（二重矢印参照）に沿って設けられている。なお、これ以外の構成については、図３および図４に示すろう材供給治具５１と同様なので、同一部材には同一符号を付し、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。
【００４４】
次に、このろう材供給治具５１を用いたパワー半導体装置の製造方法の一例として、ろう材本体を回路板にあらかじめ接合した後に、電極端子へのレーザ光の照射によって接合する手法について説明する。まず、製造工程の概略を、フローチャートにしたがって説明する。
【００４５】
図１６に示すように、まず、ステップＴ１、ステップＴ２およびステップＴ３では、前述したステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ３とそれぞれ同じ処理が行われる。次に、ステップＴ４では、回路板に接合されたろう材本体の上に、配線導体の電極端子を配置する。
【００４６】
次に、ステップＴ５では、レーザ光を電極端子に照射し、電極端子を回路板に接合する。次に、ステップＴ６では、ろう材供給治具（支持本体）をろう材本体から分離させて、ろう材供給治具を取り外す。次に、ステップＴ７では、ステップＳ７と同じ処理が行われる。次に、ステップＴ８では、ステップＳ８と同じ処理が行われて、パワー半導体装置（パワーモジュール）が完成する。
【００４７】
次に、パワー半導体装置の製造方法について、具体的に説明する。まず、前述した図６に示す工程と同様の工程を経て、図１７に示すように、ろう材供給治具５１が、ＤＢＣ基板７の回路板１３における所望の位置にセットされる。
【００４８】
次に、レーザ光４１がろう材供給治具５１のろう材本体５３に向けて照射される。これにより、ろう材本体５３が溶融し、ろう材本体５３が回路板１３に接合される。また、レーザ光が接続部６３に照射される。これにより、接続部６３が溶断されて、回路板１３に接合されたろう材本体５３が、ろう材供給治具５１（支持本体６１）から分離される。なお、この時点では、ろう材供給治具５１は取り外されない。次に、図１８に示すように、回路板１３に接合されたろう材本体５３の上に、配線導体１９の電極端子２１が載置される。
【００４９】
次に、図１９に示すように、ろう材本体５３の上に電極端子２１が載置された状態で、レーザ光４１が電極端子２１に照射される。これにより、電極端子２１には熱が発生し、発生した熱がろう材本体５３に伝導する。ろう材本体５３に熱が伝導することで、ろう材本体５３が溶融し、電極端子２１が、ろう材本体５３を接合部２５として回路板１３に接合される。次に、ろう材供給治具５１の支持本体６１を、間隙部６７が延在する方向（矢印参照）に沿って引き抜くことで、ろう材供給治具５１が取り外される。
【００５０】
その後、樹脂ケース２９をＤＢＣ基板７に接着し、樹脂ケース７内に封止樹脂３３を充填する工程等を経て、図１および図２に示されるパワー半導体装置１（パワーモジュール）が完成する。
【００５１】
変形例に係るろう材供給治具５１を用いてパワー半導体装置を製造した場合においても、前述したろう材供給治具５１を用いた場合と同様に、電極端子２１が配置されるべき位置にろう材本体５３を精度よく配置させることができる。また、電極端子２１とろう材本体５３との接合面積のばらつきが抑えられて、接合強度のばらつきを低減させることができる。
【００５２】
なお、上述したパワー半導体装置の製造方法では、図１６に示すフローチャートに基づいた製造方法の一例について説明したが、後述する図２９に示すフローチャートに基づいた製造方法も適用することが可能である。
【００５３】
実施の形態２．
実施の形態２に係るろう材供給治具と、そのろう材供給治具を用いたパワー半導体装置の製造方法とについて説明する。
【００５４】
図２０および図２１に示すように、ろう材供給治具５１は、ろう材本体５３と、ろう材本体５３を支持する支持部５９とを備えている。支持部５９は、支持本体６１とろう材保持部材６９とを含む。支持本体６１は、繰り返して使用することができる部材とされる。
【００５５】
ろう材保持部材６９は、たとえば、銅メッシュまたは銅ワイヤ等が用いられている。ろう材本体５３は、ろう材保持部材６９の下側に保持されている。なお、図２０では、ろう材保持部材６９のバリエーションとして、銅メッシュと銅ワイヤとの双方が示されているが、いずれか一方だけでもよい。また、図２２に示すように、ろう材本体５３は、ろう材保持部材６９の上側に保持されていてもよい。
【００５６】
次に、上述したろう材供給治具５１を用いたパワー半導体装置の製造方法の一例として、実施の形態１において説明した図５に示すフローチャートと同様のフローチャートに基づいた製造方法について説明する。
【００５７】
まず、前述した図６に示す工程と同様の工程を経て、図２３に示すように、ろう材供給治具５１が、ＤＢＣ基板７の回路板１３における所望の位置にセットされる。次に、レーザ光４１がろう材供給治具５１のろう材本体５３に向けて照射される。これにより、ろう材本体５３が溶融し、ろう材本体５３が回路板１３に接合される。また、レーザ光がろう材保持部材６９に照射される。これにより、ろう材保持部材６９が溶断されて、回路板１３に接合されたろう材本体５３が、ろう材供給治具５１（支持本体６１）から分離される。図２４に示すように、この時点で、分離されたろう材供給治具５１がＤＢＣ基板７から取り外される。このとき、電極端子２１に干渉することなく、ろう材供給治具５１を取り外すことができる。
【００５８】
次に、回路板１３に接合されたろう材本体５３の上に、配線導体１９の電極端子２１が載置される（図２５参照）。次に、図２５に示すように、ろう材本体５３の上に電極端子２１が載置された状態で、レーザ光４１が電極端子２１に照射される。これにより、電極端子２１には熱が発生し、発生した熱がろう材本体５３に伝導する。ろう材本体５３に熱が伝導することで、ろう材本体５３が溶融し、電極端子２１が、ろう材本体５３を接合部２５として回路板１３に接合される。
【００５９】
その後、樹脂ケース２９をＤＢＣ基板７に接着し、樹脂ケース７内に封止樹脂３３を充填する工程等を経て、図１および図２に示されるパワー半導体装置１（パワーモジュール）が完成する。
【００６０】
上述したろう材供給治具５１を用いてパワー半導体装置を製造した場合には、実施の形態１において説明したろう材供給治具５１を用いた場合と同様に、電極端子２１が配置されるべき位置にろう材本体５３を精度よく配置させることができる。また、電極端子２１とろう材本体５３との接合面積のばらつきが抑えられて、接合強度のばらつきを低減させることができる。
【００６１】
特に、ろう材本体５３にレーザ光を照射した後であれば、ろう材保持部材６９の温度も上昇している。このため、レーザ光をろう材本体５３に照射しながらろう材保持部材６９にも照射することで、エネルギの供給量を抑えながらろう材保持部材６９を溶断することができる。あるいは、レーザ光をろう材本体５３に照射した直後にレーザ光をろう材保持部材６９に照射することによっても、エネルギの供給量を抑えながらろう材保持部材６９を溶断することができる。ろう材保持部材６９の切断面の形状としては、たとえば、円筒形状を想定しているが、円筒形状に限られるものではなく、直線または曲線によって構成された形状であってもよい。
【００６２】
また、ろう材保持部材６９のろう材供給治具５１の厚さ方向の断面積（ろう材保持部材６９の厚さ×単位長さ）は、ろう材本体５３の厚さ方向の切断面の面積（ろう材本体５３の厚さ（Ｓ１：図２２参照）×単位長さ）よりも小さく設定されている。このため、レーザ光の照射によって溶断したろう材保持部材６９が液体となり、表面積がより小さくなるように変形する際に、ろう材本体５３の側と、支持本体６１の側とに分離しやすくなる。これにより、ろう材本体５３がろう材保持部材６９よりも先に溶融して、ろう材本体５３が変形するのを抑制することができる。そのような観点からでは、ろう材保持部材６９としては、薄膜または複数の細いリード線を適用してもよい。
【００６３】
特に、ろう材保持部材６９の下にろう材本体５３が保持されている場合では、ろう材保持部材６９の上にろう材本体５３が保持されている場合に比べて、ろう材保持部材６９がレーザ光によって加熱される側により近づくことになる。これにより、ろう材保持部材６９が溶断しやすくなり、ろう材保持部材６９よりも先にろう材本体５３が溶融して変形するのを確実に抑制することができる。
【００６４】
ろう材保持部材６９としての銅メッシュまたは銅ワイヤは、材料として、ろう材本体５３または回路板１３を構成する材料に含まれている。このため、レーザ光の照射によってろう材本体５３が溶融し、回路板１３と電極端子２１とを接合する接合部２５となった状態においては、接合部２５の材料の組成割合の変動は小さく、材料に起因する特性変動はほとんどないと考えられる。また、このことから、接合部２５の材料に起因する特性変動がなければ、ろう材保持部材６９として、たとえば、ナイロン、木綿等のレーザ光の照射によって容易に消失する有機系の材料を適用してもよい。
【００６５】
ろう材保持部材６９として、銅メッシュまたは銅ワイヤを適用した場合、完成したパワー半導体装置１の接合部２５の部分には、銅メッシュ等に起因する銅元素が残留していると考えられる。ろう材保持部材６９の上にろう材本体５３が保持されたろう材供給治具５１を使用した場合、接合部２５と回路板１３との間における銅メッシュ等が位置していた部分では、銅メッシュ等が位置していない部分に比べて、残留する銅元素の割合が高くなると考えられる。
【００６６】
一方、ろう材保持部材６９の下にろう材本体５３が保持されたろう材供給治具５１を使用した場合、接合部２５と電極端子２１との間における銅メッシュ等が位置していた部分では、銅メッシュ等が位置していない部分に比べて、残留する銅元素の割合が高くなると考えられる。
【００６７】
（変形例）
次に、変形例に係るろう材供給治具と、そのろう材供給治具を用い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。
【００６８】
図２６および図２７に示すように、ろう材供給治具５１は、ろう材本体５３と、ろう材本体５３を支持する支持部５９とを備えている。支持部５９は、支持本体６１とろう材保持部材６９とを含む。ろう材本体５３は、ろう材保持部材６９の下側に保持されている。支持部５９には、ろう材本体５３から一方向に延在するように、間隙部６７が設けられている。間隙部６７は、ろう材供給治具５１（支持部５９）を引き抜く方向（二重矢印参照）に沿って設けられている。
【００６９】
また、図２８に示すように、ろう材本体５３は、ろう材保持部材６９の上側に保持されていてもよい。なお、これ以外の構成については、図２０〜図２２に示すろう材供給治具５１と同様なので、同一部材には同一符号を付し、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。
【００７０】
次に、上述したろう材供給治具５１を用いたパワー半導体装置の製造方法の一例として、ろう材本体を回路板にあらかじめ接合せず、電極端子へのレーザ光の照射によって接合する手法について説明する。まず、製造工程の概略を、フローチャートにしたがって説明する。
【００７１】
図２９に示すように、まず、ステップＵ１およびステップＵ２では、前述したステップＳ１およびステップＳ２とそれぞれ同じ処理が行われる。次に、ステップＵ３では、回路板に位置決めされたろう材本体へ電極端子を載置する。次に、ステップＵ４では、レーザ光を電極端子に照射し、電極端子を回路板へ接合する。また、保持部を溶断し、ろう材供給治具を取り外す。次に、ステップＵ５では、ステップＳ７と同じ処理が行われる。次に、ステップＵ６では、ステップＳ８と同じ処理が行われて、パワー半導体装置（パワーモジュール）が完成する。
【００７２】
次に、パワー半導体装置の製造方法について、具体的に説明する。まず、前述した図６に示す工程と同様の工程を経て、図３０に示すように、ろう材供給治具５１が、ＤＢＣ基板７の回路板１３における所望の位置にセットされる。次に、図３１に示すように、回路板１３にセットされたろう材本体５３に、電極端子２１が載置される。
【００７３】
次に、図３２に示すように、ろう材本体５３の上に電極端子２１が載置された状態で、レーザ光４１が電極端子２１に照射される。これにより、電極端子２１には熱が発生し、発生した熱がろう材本体５３に伝導する。ろう材本体５３に熱が伝導することで、ろう材本体５３が溶融し、電極端子２１が、ろう材本体５３を接合部２５として回路板１３に接合される。
【００７４】
また、レーザ光４１がろう材保持部材６９（図３０参照）に照射されることで、ろう材保持部材６９が溶断し、支持本体６１が分離される。次に、ろう材供給治具５１の支持本体６１を、間隙部６７が延在する方向（矢印参照）に沿って引き抜くことで、電極端子２１に干渉することなく、ろう材供給治具５１が取り外される。その後、樹脂ケース２９をＤＢＣ基板７に接着し、樹脂ケース７内に封止樹脂３３を充填する工程等を経て、図１および図２に示されるパワー半導体装置１（パワーモジュール）が完成する。
【００７５】
変形例に係るろう材供給治具５１を用いてパワー半導体装置を製造した場合においても、前述したろう材供給治具５１を用いた場合と同様に、電極端子２１が配置されるべき位置にろう材本体５３を精度よく配置させることができる。また、電極端子２１とろう材本体５３との接合面積のばらつきが抑えられて、接合強度のばらつきを低減させることができる。さらに、前述したのと同様に、エネルギの供給量を抑えながらろう材保持部材６９を溶断することができる。また、ろう材本体５３が変形するのを確実に抑制することができる。
【００７６】
なお、上述したパワー半導体装置の製造方法では、図２９に示すフローチャートに基づいた製造方法の一例について説明したが、図１６に示すフローチャートに基づいた製造方法も適用することが可能である。
【００７７】
（ろう材本体の形状のバリエーション）
レーザ光の照射によってろう材を溶融させる際には、ろう材の周辺の温度が、レーザ光が照射されたろう材の温度よりも低いためにろう材が濡れ広がらず、ろう材の外周部が中央部に比べて盛り上がる現象が発生する課題が生じることがあることを述べた。
【００７８】
その対策として、ろう材供給治具５１では、外周部の体積を減じた体積減少部を設けたろう材本体５３を適用した。ろう材本体５３の具体的な構造としては、図３３および図３４に示すように、体積減少部として、各実施の形態において説明した、外周部に肉厚の薄い薄肉部５３ａを設けたろう材本体５３がある。
【００７９】
体積減少部としては、このような構造の他に、図３５および図３６に示すように、たとえば、外周部に、テーパ部５３ｂを設けたろう材本体５３でもよい。テーパ部５３ｂは、外周端に向かって肉厚が薄くなるように傾斜している。また、外周から内側に向かって凹んだ凹部が形成されたろう材本体５３でもよい。図３７および図３８に示すように、たとえば、凹部５３ｃが、外周に沿って鋸刃状に形成されたろう材本体５３でもよい。また、図３９および図４０に示すように、凹部５３ｃが、外周に沿って歯車状に形成されたろう材本体５３でもよい。
【００８０】
実施の形態３．
ここでは、ろう材供給治具の製造方法について説明する。まず、図３および図４に示すろう材供給治具５１の製造方法の一例について説明する。
【００８１】
図４１に示すように、板状のろう材からなる板ろう材８１を用意する。板ろう材８１は、支持部５９（図４２参照）のサイズに切断されている。次に、たとえば、板ろう材８１に打ち抜き加工を施すことによって、板ろう材８１を貫通するスリット６５（図４２参照）が形成される。スリット６５の内側の部分には、ろう材本体となる部分が形成される。
【００８２】
次に、ろう材本体となる部分にプレス加工を施すことによって、肉厚の薄い薄肉部５３ａが形成される。こうして、図４２に示すように、ろう材本体５３が接続部６３によって支持本体６１に支持されたろう材供給治具５１が製造される。なお、図１４および図１５に示すろう材供給治具５１を製造する場合には、打ち抜き加工において、間隙部６７が形成されることになる。
【００８３】
次に、図２０および図２１に示すろう材供給治具５１の製造方法の一例について説明する。図４３に示すように、板状のろう材からなる板ろう材８１を用意する。次に、図４４に示すように、たとえば、板ろう材８１に打ち抜き加工を施すことによって、板ろう材８１を貫通する貫通部８３が形成される。また、図４５に示すように、薄肉部５３ａを有するろう材本体５３を用意する。
【００８４】
次に、図４６に示すように、板ろう材８１の貫通部８３に、たとえば、銅のメッシュ状のろう材保持部材６９が、たとえば、レーザ光による接合または接着剤等によって、板ろう材８１に固定される。次に、図４７に示すように、ろう材本体５３が、たとえば、かしめ、レーザ光による接合または接着剤等によって、ろう材保持部材６９に固定される。こうして、ろう材供給治具５１が製造される。なお、図２６および図２７等に示すろう材供給治具５１を製造する場合には、打ち抜き加工において、間隙部６７が形成されることになる。
【００８５】
なお、各実施の形態において説明した半導体装置の製造方法およびろう材供給治具については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
【００８６】
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、特許請求の範囲によって示され、特許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。
【００８７】
一実施の形態では、以下の態様を含む。
（付記１）
半導体チップが搭載された回路板が配置された絶縁基板と、
前記回路板に、接合材によって接合された電極端子と
を備え、
前記接合材における前記回路板側に位置する第１部分および前記接合材における前記電極端子側に位置する第２部分のいずれかでは、銅元素の存在割合が相対的に高い第１領域と低い第２領域とがある、半導体装置。
【００８８】
（付記２）
付記１に記載の半導体装置であって、
前記第１領域は線状に位置する。
【００８９】
（付記３）
付記１に記載の半導体装置であって、
前記第１領域はメッシュ状に位置する。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、パワー半導体装置に有効に利用される。
【符号の説明】
【００９１】
１  パワー半導体装置、３  ベース板、５  はんだ層、７  ＤＢＣ基板、９  回路板、１１  セラミック層、１３  回路板、１５  半導体チップ、１７  はんだ層、１９  配線導体、２１  電極端子、２３  ねじ端子、２５  接合部、２７  ねじ、２９  樹脂ケース、３１  接着剤、３３  封止樹脂、３５  ステージ、４１  レーザ光、５１  ろう材供給治具、５３  ろう材本体、５３ａ  薄肉部、５３ｂ  テーパー部、５３ｃ  凹部、５９  支持部、６１  支持本体、６３  接続部、６５  スリット、６７  間隙部、６９  ろう材保持部材、７１  位置決め部材、８１  板ろう材、８３  貫通部。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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