(57)【要約】【課題】半導体素子と治具との干渉を低減させ、半導体素子の損傷を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子１０と放熱板３０との間にハンダ４０を設け、治具５０に設けられた凹部５１に半導体素子１０を載置し、半導体素子１０に接合する信号端子２０に設けられた基準位置を、治具５０に設けられた基準位置に合わせ、治具５０に載置させた半導体素子１０、ハンダ４０、放熱板３０及び信号端子２０を加熱し、加熱後に常温に温度を低下させることにより、半導体素子１０と放熱板３０とをハンダ４０で接合させる半導体装置の製造方法であって、治具５０の凹部５１の底面５３が信号端子２０と同じ材料で形成されている。【選択図】図２
2020088220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と放熱板との間にハンダを設け、
治具に設けられた凹部に前記半導体素子を載置し、
前記半導体素子に接合する信号端子に設けられた基準位置を、前記治具に設けられた基準位置に合わせ、
前記治具に載置させた前記半導体素子、前記ハンダ、前記放熱板及び前記信号端子を加熱し、
加熱後に常温に温度を低下させることにより、前記半導体素子と前記放熱板とを前記ハンダで接合させる半導体装置の製造方法であって、
前記治具の凹部底面が前記信号端子と同じ材料で形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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に関するものであり、例えば、治具を用いて放熱板に半導体素子を接合する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、カーボン治具を用いて、ヒートシンクに半導体素子を接合する半導体装置の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３５６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カーボン治具と信号端子との線膨張係数の差によって、ハンダを凝固させる際の温度から常温に下げる際に、半導体素子と治具とが干渉して半導体素子が損傷してしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、半導体素子と治具との干渉を低減させ、半導体素子の損傷を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子と放熱板との間にハンダを設け、治具に設けられた凹部に前記半導体素子を載置し、前記半導体素子に接合する信号端子に設けられた基準位置を、前記治具に設けられた基準位置に合わせ、前記治具に載置させた前記半導体素子、前記ハンダ、前記放熱板及び前記信号端子を加熱し、加熱後に常温に温度を低下させることにより、前記半導体素子と前記放熱板とを前記ハンダで接合させる半導体装置の製造方法であって、前記治具の凹部底面が前記信号端子と同じ材料で形成されていることを特徴とする。このような構成とすることにより、半導体素子と治具との干渉を低減させ、半導体素子の損傷を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、半導体素子と治具との干渉を低減させ、半導体素子の損傷を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、比較例１に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、比較例２に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、比較例３に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は、半導体装置の製造方法を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
実施形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する前に、まず、比較例１に係る半導体装置の製造方法を説明する。その後、比較例１と対比させて、実施形態１を説明する。これにより、実施形態１に係る半導体装置の製造方法をより明確にする。
【００１１】
（比較例１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、比較例１に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、組付け後の常温時において、半導体装置１０１は、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０を備えている。半導体装置１０１は、治具１５０上に載置されている。ここで、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標軸を導入する。例えば、上方を＋Ｚ軸方向、下方を−Ｚ軸方向とする。ＸＹ平面を水平面とする。
【００１３】
治具１５０には、凹部１５１が設けられている。具体的には、治具１５０は、上面１５２を有しており、治具１５０の上面１５２に、凹部１５１が形成されている。凹部１５１の底の面を底面１５３という。治具１５０は、基準ピン１５４を有している。基準ピン１５４は、細長いピン状であり、凹部１５１の外側の上面１５２から上方に延びている。基準ピン１５４は、治具１５０に設けられた基準位置となるものである。
【００１４】
治具１５０は、カーボン治具である。治具１５０において、少なくとも、底面１５３から基準ピン１５４が固定された部分までは、カーボン（ｃａｒｂｏｎ）を材料として形成されている。ここで、カーボンを材料として形成されるとは、治具１５０は、材料としてカーボンを含み、その他に、不可避的な不純物を含んでもよいことを意味している。
【００１５】
半導体装置１０１は、治具１５０に設けられた凹部１５１に、半導体素子１０を下方にした状態で配置されている。すなわち、治具１５０の底面１５３上にハンダ４０を介して半導体素子１０が配置されている。半導体素子１０上にハンダ４０を介して放熱板３０が配置されている。信号端子２０は、半導体素子１０の上面における周縁に、ハンダ４０を介して接合される。
【００１６】
半導体素子１０は、治具１５０の凹部１５１の内部において、底面１５３上に載置されている。半導体素子１０と底面１５３との間にはハンダ４０が配置されている。
【００１７】
半導体素子１０は、例えば、矩形の板の形状をしたチップである。半導体素子１０は、例えば、パワーモジュールとして機能するＩＧＢＴを含む。なお、半導体素子１０は、パワーモジュールとして機能するものに限らず、メモリ、ダイオード、プロセッサ等の機能を有するものでもよい。
【００１８】
信号端子２０は、例えば、線状または棒状に一方向に延びた部分を有している。例えば、信号端子２０は、Ｘ軸方向に延びている。信号端子２０は、導電材料を含んでいる。信号端子２０は、例えば、銅（ｃｏｐｐｅｒ）を材料として形成されている。ここで、銅を材料として形成されるとは、信号端子２０は、材料として銅を含み、その他に、不可避的な不純物を含んでもよいことを意味している。信号端子２０は、導電性の材料であれば、銅以外の材料で形成されてもよい。
【００１９】
信号端子２０は、ハンダ４０により、半導体素子１０に接合される。例えば、信号端子２０は、ハンダ４０を融点以上に加熱後、凝固させることにより、半導体素子１０の上面における周縁に接合される。具体的には、半導体素子１０の上面の＋Ｘ軸方向側に接合される。信号端子２０には、基準穴２１が形成されている。基準穴２１は、凹部１５１よりも外側の部分に形成されている。基準穴２１は、信号端子２０に設けられた基準位置となるものである。治具１５０の基準ピン１５４を、基準穴２１に挿入することにより、信号端子２０及び信号端子２０に接合される半導体素子１０の位置決めをすることができる。
【００２０】
放熱板３０は、半導体素子１０の上面にハンダ４０により接合される。例えば、放熱板３０は、ハンダ４０を融点以上に加熱後、凝固させることにより、半導体素子１０の上面の中央部分に接合される。放熱板３０は、熱伝導性の大きい材料を含んでいる。放熱板３０は、例えば、半導体素子１０の上面に接合された支持部３１と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に拡がる放熱部３２とを含んでいる。放熱板３０の端部には、信号端子２０が接合される。例えば、放熱部３２の＋Ｘ軸方向側の端部に信号端子２０が接合される。
【００２１】
ハンダ４０は、半導体素子１０と信号端子２０との間、半導体素子１０と放熱板３０との間、信号端子２０と放熱板３０との間、半導体素子１０の下面に設けられている。ハンダ４０は、例えば、融点以上に加熱後、凝固させることにより、ハンダ４０に接したもの同士を接合する。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、比較例１に係る半導体装置１０１の製造方法としては、まず、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の位置にハンダ４０を設ける。次に、治具１５０に設けられた凹部１５１に半導体素子１０を載置する。例えば、凹部１５１に半導体素子１０を下方にした状態で載置する。この場合には、放熱板３０は半導体素子１０の上方に位置している。そして、半導体素子１０に接合する信号端子２０に設けられた基準位置を、治具１５０に設けられた基準位置に合わせる。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、治具１５０に載置した半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０を加熱する。そして、ハンダ４０を溶融した後、２００［℃］程度のハンダ４０が凝固する温度まで低下させる。この際に、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０、ハンダ４０及び治具１５０は、約２００［℃］に加熱されている。銅で形成されている信号端子２０は、銅の線膨張分だけ膨張する。信号端子２０は、治具１５０の上面１５２上の基準ピン１５４で固定されている。よって、信号端子２０における基準穴２１から半導体素子１０側の部分は、−Ｘ軸方向に膨張する。これにより、信号端子２０の半導体素子１０側の端部は、−Ｘ軸方向に移動する（矢印Ａ）。
【００２４】
一方、カーボンで形成されている治具１５０は、カーボンの線膨張分だけ膨張する。治具１５０は、基準ピン１５４を基準にして、−Ｘ軸方向へカーボンの線膨張分だけ膨張する。これにより、治具１５０の凹部１５１の底面１５３に配置された半導体素子１０は、−Ｘ軸方向にカーボンの線膨張分だけ移動する（矢印Ｂ）。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、加熱後に常温に温度を低下させることにより、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の部材同士をハンダ４０で接合させる。信号端子２０は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、信号端子２０及び信号端子２０に接合された半導体素子１０は、基準ピン１５４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。一方、治具１５０は、２００［℃］の状態よりも、カーボンの線膨張分だけしか収縮しない。
【００２６】
銅の線膨張は、カーボンの線膨張よりも大きい。したがって、治具１５０が基準ピン１５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離よりも、信号端子２０に接合された半導体素子１０が基準ピン１５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離の方が大きい。このように、ハンダ４０で接合された後は、半導体素子１０は、銅の線膨張分だけ基準ピン１５４側に収縮するために、治具１５０と半導体素子１０とが干渉する。これにより、半導体素子１０が損傷する。
【００２７】
（実施形態１）
次に、実施形態１に係る半導体装置の説明をする。本実施形態において、治具５０は、銅で形成された部分を含んでいる。図２（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、組付け後の常温時において、半導体装置１は、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０を備えている。半導体装置１は、治具５０上に載置されている。ここで、比較例１と同様に、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標軸を導入する。
【００２９】
治具５０には、凹部５１が設けられている。具体的には、治具５０は上面５２を有しており、治具５０の上面５２に、凹部５１が形成されている。凹部５１の底の面を底面５３という。治具５０は、基準ピン５４を有している。基準ピン５４は、細長いピン状であり、凹部５１の外側の上面５２から上方に延びている。基準ピン５４は、治具５０に設けられた基準位置となるものである。
【００３０】
本実施形態において、治具５０は、銅を材料として含んでいる。治具５０において、少なくとも、底面５３から基準ピン５４が固定された部分までは、銅を材料として形成されている。例えば、治具５０は、底面５３を構成する底部５５と、上面５２及び凹部５１の側面を構成する上部５６と、を含んでもよい。底部５５は、銅で形成されている。上部５６は、カーボンで形成されてもよい。上部５６の一部が除去されて凹部５１が形成されている。治具５０の基準ピン５４を、信号端子２０の基準穴２１に挿入することにより、半導体素子１０及び信号端子２０の位置決めをする。半導体装置１における半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０の構成は、比較例１と同様である。そして、半導体装置１は、治具５０に設けられた凹部５１に、半導体素子１０を下方にした状態で配置されている。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、半導体装置１の製造方法としては、まず、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の位置にハンダ４０を設け、次に、治具５０に設けられた凹部５１に半導体素子１０を載置する。例えば、半導体素子１０を下方にした状態で凹部５１に載置する。そして、半導体素子１０に接合する信号端子２０に設けられた基準位置を、治具５０に設けられた基準位置に合わせる。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、治具５０に載置した半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０を加熱する。そして、ハンダ４０を溶融した後、２００［℃］程度のハンダ４０が凝固する温度まで低下させる。この際に、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０、ハンダ４０及び治具５０は、約２００［℃］に加熱されている。銅で形成されている信号端子２０は、銅の線膨張分だけ膨張する。信号端子２０は、治具５０の上面５２上における基準ピン５４で固定されている。よって、信号端子２０における基準穴２１から半導体素子１０側の部分は、−Ｘ軸方向に膨張する。これにより、信号端子２０の半導体素子１０側の端部は、−Ｘ軸方向に移動する（矢印Ａ）。
【００３３】
一方、銅で形成されている治具５０の底部５５は、銅の線膨張分だけ膨張する。底部５５は、基準ピン５４を基準にして、−Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ膨張する。これにより、底面５３に載置された半導体素子１０は、−Ｘ軸方向に銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ａ）。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、加熱後に常温に温度を低下させることにより、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の部材同士をハンダ４０で接合させる。信号端子２０は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、信号端子２０及び信号端子２０に接合された半導体素子１０は、基準ピン５４のある＋Ｘ方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。また、治具５０における凹部５１の底面５３は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、凹部５１に配置された半導体素子１０は、基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。
【００３５】
このように、半導体装置１及び治具５０を加熱した場合には、治具５０の凹部５１の底面５３が信号端子２０と同じ材料で形成されているので、半導体素子１０及び信号端子２０は、同じ距離だけ移動する。
【００３６】
本実施形態では、治具５０の凹部５１の底面５３が信号端子２０と同じ材料で形成されている。このため、線膨張係数を揃えることができる。したがって、治具５０が基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離と、信号端子２０に接合された半導体素子１０が基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離とは等しい。よって、半導体素子１０と治具５０との干渉を低減させ、半導体素子１０の損傷を抑制することができる。
【００３７】
なお、治具５０の凹部５１の底面５３は、信号端子２０と同じ材料として、銅で形成されているが、底面５３と、信号端子２０とが同じ材料で形成されていれば、銅に限らず、他の同じ材料で形成されてもよい。
【００３８】
（比較例２）
次に、実施形態２に係る半導体装置の製造方法を説明する前に、まず、比較例２に係る半導体装置の製造方法を説明する。その後、比較例２と対比させて、実施形態２を説明する。これにより、実施形態２に係る半導体装置の製造方法を、より明確にする。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、比較例２に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。本比較例の半導体装置１０２は、治具１５０に設けられた凹部１５１に、放熱板３０を下方にした状態で載置されている。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、組付け後の常温時において、半導体装置１０２は、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０を備えている。半導体装置１０２は、治具１５０上に載置されている。ここで、比較例１及び実施形態１と同様に、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標軸を導入する。
【００４１】
治具１５０には、凹部１５１が形成されていること、治具１５０は、基準ピン１５４を有していることは、比較例１における治具１５０と同様である。本比較例の治具１５０は、さらに、半導体素子１０以外の部分を上方から覆う蓋部１５７を有してもよい。治具１５０は、蓋部１５７も含め、カーボンを材料として形成されている。
【００４２】
半導体装置１０２は、治具１５０に設けられた凹部１５１に、放熱板３０を下方にした状態で載置されている。すなわち、治具１５０の底面１５３上に放熱板３０が載置されている。放熱板３０上にハンダ４０を介して半導体素子１０が配置されている。半導体素子１０の下面における周縁にハンダ４０を介して信号端子２０が接合される。また、半導体素子１０の上面にハンダ４０が配置されている。よって、半導体素子１０と信号端子２０との間、半導体素子１０と放熱板３０との間、信号端子２０と放熱板３０との間、半導体素子１０の上面には、ハンダ４０が設けられている。
【００４３】
治具１５０の基準ピン１５４を、基準穴２１に挿入することにより、信号端子２０及び信号端子２０に接合される半導体素子１０の位置決めをする。治具１５０に設けられた凹部１５１に、放熱板３０を下方にした状態で載置されること以外は、半導体装置１０１における半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０の構成は、比較例１と同様である。
【００４４】
図３（ａ）に示すように、比較例２に係る半導体装置１０２の製造方法としては、まず、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の位置にハンダ４０を設け、治具１５０に設けられた凹部１５１に放熱板３０を下方にした状態で載置する。そして、半導体素子１０に接合する信号端子２０に設けられた基準位置を、治具１５０に設けられた基準位置に合わせる。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に示すように、治具１５０に載置した半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０を加熱する。そして、ハンダ４０を溶融した後、２００［℃］程度のハンダ４０が凝固する温度まで低下させる。この際に、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０、ハンダ４０及び治具１５０は、約２００［℃］に加熱されている。銅で形成されている信号端子２０は、銅の線膨張分だけ膨張する。信号端子２０は、治具１５０の上面１５２上の基準ピン１５４で固定されている。よって、信号端子２０における基準穴２１から半導体素子１０側の部分は、−Ｘ軸方向に膨張する。これにより、信号端子２０の半導体素子１０側の端部は、−Ｘ軸方向に移動する（矢印Ａ）。
【００４６】
一方、カーボンで形成されている治具１５０は、カーボンの線膨張分だけ膨張する。治具１５０は、基準ピン１５４を基準にして、−Ｘ軸方向へカーボンの線膨張分だけ膨張する。これにより、治具１５０の凹部１５１の底面１５３に配置された放熱板３０は、−Ｘ軸方向にカーボンの線膨張分だけ移動する（矢印Ｂ）。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示すように、加熱後に常温に温度を低下させることにより、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の部材同士をハンダ４０で接合させる。信号端子２０は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、信号端子２０並びに信号端子２０に接合された放熱板３０及び半導体素子１０は、基準ピン１５４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。一方、治具１５０は、２００［℃］の状態よりも、カーボンの線膨張分だけしか収縮しない。
【００４８】
銅の線膨張は、カーボンの線膨張よりも大きい。したがって、治具１５０が基準ピン１５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離よりも、信号端子２０に接合された放熱板３０及び半導体素子１０が基準ピン１５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離の方が大きい。このように、ハンダ４０で接合された後は、放熱板３０及び半導体素子１０は、銅の線膨張分だけ基準ピン１５４側に収縮するために、治具１５０と放熱板３０とが干渉する。また、治具１５０の蓋部１５７と半導体素子１０とが干渉する。これにより、放熱板３０及び半導体素子１０が損傷する。
【００４９】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る半導体装置の説明をする。図４（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。本実施形態の半導体装置２は、治具５０に設けられた凹部５１に、放熱板３０を下方にした状態で載置されている。また、治具５０は、銅で形成された部分を含んでいる。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、組付け後の常温時において、半導体装置２は、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０を備えている。半導体装置１は、治具５０上に載置されている。ここで、比較例１〜２及び実施形態１と同様に、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標軸を導入する。
【００５１】
治具５０には、凹部５１が形成されていること、治具５０は、基準ピン５４を有していること、少なくとも、底面５３から基準ピン５４が固定された部分までは、銅を材料として形成されていることは、実施形態１における治具５０と同様である。本実施形態の治具５０は、さらに、底面５３を構成する底部５５と、上面５２及び凹部５１の内壁を構成する上部５６の他、半導体素子１０以外の部分を上方から覆う蓋部５７を有してもよい。治具５０における底部５５は材料として銅で形成され、上部５６及び蓋部５７は、材料としてカーボンで形成されてもよい。
【００５２】
半導体装置２は、治具５０に設けられた凹部５１に、放熱板３０を下方にした状態で載置されている。すなわち、治具５０の底面５３上に放熱板３０が配置され、放熱板３０上にハンダ４０を介して半導体素子１０が配置されている。半導体素子１０の下面の周縁にハンダ４０を介して信号端子２０が接合される。また、半導体素子１０の上面にハンダ４０が配置されている。よって、半導体素子１０と信号端子２０との間、半導体素子１０と放熱板３０との間、信号端子２０と放熱板３０との間、半導体素子１０の上面には、ハンダ４０が設けられている。
【００５３】
治具５０の基準ピン５４を、基準穴２１に挿入することにより、信号端子２０及び信号端子２０に接合される半導体素子１０の位置決めをする。治具５０に設けられた凹部５１に放熱板３０を下方にした状態で載置されること以外は、半導体装置２における半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０の構成は、実施形態１と同様である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、実施形態２に係る半導体装置２の製造方法としては、まず、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の位置にハンダ４０を設け、治具５０に設けられた凹部５１に放熱板３０を下方にした状態で載置する。次に、半導体素子１０に接合する信号端子２０に設けられた基準位置を、治具５０に設けられた基準位置に合わせる。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示すように、治具５０に載置した半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０及びハンダ４０を加熱する。そして、ハンダ４０を溶融した後、２００［℃］程度のハンダ４０が凝固する温度まで低下させる。この際に、半導体素子１０、信号端子２０、放熱板３０、ハンダ４０及び治具５０は、約２００［℃］に加熱されている。銅で形成されている信号端子２０は、銅の線膨張分だけ膨張する。信号端子２０は、治具５０の上面５２上の基準ピン５４で固定されている。よって、信号端子２０における基準穴２１から半導体素子１０側の部分は、−Ｘ軸方向に膨張する。これにより、信号端子２０の半導体素子１０側の端部は、−Ｘ軸方向に移動する（矢印Ａ）。
【００５６】
一方、銅で形成されている治具５０の底部５５は、銅の線膨張分だけ膨張する。底部５５は、基準ピン５４を基準にして、−Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ膨張する。これにより、底面５３に載置された放熱板３０は、−Ｘ軸方向に銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ａ）。
【００５７】
次に、図４（ｃ）に示すように、加熱後に常温に温度を低下させることにより、半導体素子１０と放熱板３０との間等の所定の部材同士をハンダ４０で接合させる。信号端子２０は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、信号端子２０並びに信号端子２０に接合された放熱板３０及び半導体素子１０は、基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。また、治具５０における凹部５１の底面５３は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、凹部５１に配置された放熱板３０及び半導体素子１０は、基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。
【００５８】
このように、半導体装置１及び治具５０を加熱した場合には、治具５０の凹部５１の底面５３が信号端子２０と同じ材料で形成されているので、信号端子２０に接合された放熱板３０及び半導体素子１０は、治具５０と同じ距離だけ移動する。
【００５９】
本実施形態では、治具５０の凹部５１の底面５３が信号端子２０と同じ材料で形成されている。このため、線膨張係数を揃えることができる。したがって、治具５０が基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離と、半導体素子１０が基準ピン５４のある＋Ｘ軸方向へ移動する距離とは等しい。よって、半導体素子１０と治具５０との干渉を低減させ、半導体素子１０の損傷を抑制することができる。
【００６０】
（比較例３）
次に、比較例３に係る半導体装置の製造方法を説明する。これにより、前述した実施形態１及び２をより明確にする。図５（ａ）〜（ｃ）は、比較例３に係る半導体装置の製造方法を例示した断面図であり、（ａ）は、組付け後の常温時の断面図を示し、（ｂ）は、２００［℃］のハンダ凝固時の断面図を示し、（ｃ）は、接合後の常温時の断面図を示す。本比較例の半導体装置１０３は、信号端子２０及び放熱板３０が一体化されている。
【００６１】
図５（ａ）に示すように、組付け後の常温時において、半導体装置１０３は、半導体素子１０及び一体化部品２５を備えている。一体化部品２５は、信号端子２０及び放熱板３０が一体化したものである。半導体素子１０と一体化部品２５との間には、ハンダ４０が設けられている。説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標軸を導入する。
【００６２】
治具１６０は、底部１６５及び蓋部１６７を有している。治具１６０における底部１６５上に、一体化部品２５が載置されている。具体的には、底部１６５上に、一体化部品２５における放熱板３０を下方にした状態で載置されている。放熱板３０から＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に信号端子２０が延びている。本比較例において、治具１６０の底部１６５及び蓋部１６７は、カーボン治具であり、カーボンを材料として形成されている。治具１６０は、基準ピン１６４を有している。基準ピン１６４は、細長いピン状であり、底部１６５から上方に延びている。
【００６３】
半導体素子１０は、一体化部品２５上にハンダ４０を介して配置されている。蓋部１６７は、半導体素子１０以外の部分を上方から覆っている。治具１６０の基準ピン１６４を、基準穴２１に挿入することにより、半導体素子１０、一体化部品２５及び信号端子２０の位置決めをする。
【００６４】
図５（ｂ）に示すように、治具１６０に載置した半導体素子１０、一体化部品２５及びハンダ４０を加熱する。そして、ハンダ４０を溶融した後、２００［℃］程度のハンダ４０が凝固する温度まで低下させる。この際に、半導体素子１０、一体化部品２５、ハンダ４０及び治具１６０は、約２００［℃］に加熱されている。
【００６５】
本比較例では、一体化部品２５上の半導体素子１０を、信号端子２０の基準穴２１と治具１６０の基準ピン１６４で位置決めしている。銅で形成されている一体化部品２５は、銅の線膨張分だけ膨張する（矢印Ａ）。これに伴い、一体化部品２５上の半導体素子１０も銅の線膨張分だけ膨張する（矢印Ａ）。
【００６６】
次に、図５（ｃ）に示すように、加熱後に常温に温度を低下させることにより、半導体素子１０と一体化部品２５との間をハンダ４０で接合させる。一体化部品２５は、２００［℃］の状態よりも、銅の線膨張分だけ収縮する。よって、一体化部品２５は、基準ピン１６４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。一体化部品２５上の半導体素子１０も、基準ピン１６４のある＋Ｘ軸方向へ銅の線膨張分だけ移動する（矢印Ｃ）。よって、半導体素子１０が移動する距離と、一体化部品２５が移動する距離が同じなので、半導体素子１０は、一体化部品２５及び治具１６０と干渉しない。
【００６７】
このように、信号端子２０と放熱板３０とが一体化している場合には、半導体素子１０と治具１６０とは干渉しない。ハンダの凝固温度から常温に下がる際、線膨張の大きい銅は、線膨張の小さいカーボンよりも大きく収縮するが、昇温時にも半導体素子１０が銅の線膨張分だけ移動するため、治具１６０との干渉は起こらない。一方、実施形態１〜２及び比較例１〜２のように、信号端子２０と放熱板３０とが別体となった構造において、半導体素子１０または放熱板３０が、カーボン治具上にある場合には、銅とカーボンとの線熱膨張差により、半導体素子１０及び放熱板３０と、治具とが干渉し、半導体素子１０の損傷を抑制することができない。
【００６８】
次に、半導体装置の製造方法の工程フローの一例を説明する。そして、当該工程フローに対して、実施形態１及び２で説明した半導体装置の製造方法の適用を試みる。図６（ａ）〜（ｆ）は、半導体装置の製造方法を例示した図である。図６（ａ）に示すように、リードフレーム６１に、ＩＧＢＴ及びダイオード等の半導体素子１０を実装する。また、金属ブロック６２等を実装する。次に、図６（ｂ）に示すように、ワイヤボンド６３を行う。また、放熱板３０を実装する。次に、図６（ｃ）に示すように、ポリアミド樹脂等のプライマ塗布を行う。工法としては、浸漬塗布でもよいし、ディスペンスでもよい。次に、図６（ｄ）に示すように、モールド６４の成型を行う。そして、図６（ｅ）に示すように、塗布して形成した樹脂部材及び放熱板３０を切削する。次に、図６（ｆ）に示すように、タイバーカット及びリードカットを行い、チップ状の半導体装置１を製造することができる。
【００６９】
例えば、図６（ａ）〜（ｂ）における工程に対して、実施形態１及び２の治具５０を用いた半導体装置１の製造方法を適用し、半導体素子１０が載置されている凹部５１の底面５３と、信号端子２０とを同じ材料で形成する。このようにして、線膨張係数を揃えることにより、半導体素子１０と治具５０との干渉を低減させ、半導体素子１０の損傷を抑制することができる。
【００７０】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。例えば、実施形態１及び実施形態２を組み合わせた半導体装置の製造方法も、本発明の技術的思想の範囲である。
【符号の説明】
【００７１】
１、２、１０１、１０２、１０３  半導体装置
１０  半導体素子
２０  信号端子
２１  基準穴
２５  一体化部品
３０  放熱板
３１  支持部
３２  放熱部
４０  ハンダ
５０、１５０、１６０  治具
５１、１５１  凹部
５２、１５２  上面
５３、１５３  底面
５４、１５４、１６４  基準ピン
５５、１６５  底部
５６  上部
５７、１５７、１６７  蓋部
【図１】
2020088220.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020088220.tif 000005
【図４】
2020088220.tif 000006
【図５】
2020088220.tif 000007
【図６】
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