(57)【要約】【課題】ゆがみのない構成部品を組み付けて、圧接型半導体装置を製造する圧接型半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】筐体の内部に、半導体チップを含む圧接型半導体装置の構成部品を配置する構成部品配置工程と、半導体チップの上部に、半導体チップに接する押圧構造部材を載置する押圧構造部材載置工程と、押圧構造部材に重ねて、蓋体を筐体に被せる蓋体取付工程と、蓋体と筐体の間に所定圧力を付加する押圧工程と、押圧工程で押圧した後、蓋体と筐体との間を接合する接合工程と、から圧接型半導体装置の製造方法を構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内部に半導体チップを収納し、前記半導体チップを前記筐体に被せた蓋体と前記筐体との間で圧接する圧接型半導体装置の製造方法において、
前記筐体の内部に、前記半導体チップを含む前記圧接型半導体装置の構成部品を配置する構成部品配置工程と、
前記構成部品配置工程で前記筐体内に配置された前記半導体チップの上部に、前記半導体チップに接する押圧構造部材を載置する押圧構造部材載置工程と、
前記押圧構造部材載置工程で載置された前記押圧構造部材に重ねて、前記蓋体を前記筐体に被せる蓋体取付工程と、
前記蓋体取付工程で被せられた前記蓋体と前記筐体の間に所定圧力を付加する押圧工程と、
前記押圧工程で押圧した後、前記蓋体と前記筐体との間を接合する接合工程と、
から構成したことを特徴とする圧接型半導体装置の製造方法。
【請求項２】
筐体の内部に半導体チップを収納し、前記半導体チップを前記筐体に被せた蓋体と前記筐体との間で圧接する圧接型半導体装置の製造方法において、
前記筐体の内部に、前記半導体チップと同等の厚み幅を有する挟持部材を配置させる挟持部材配置工程と、
前記挟持部材配置工程で前記筐体内に配置された前記挟持部材の上部に、前記半導体チップの上部に載置される押圧構造部材を載置する押圧構造部材載置工程と、
前記押圧構造部材載置工程で載置された前記押圧構造部材に重ねて、前記蓋体を前記筐体に被せる蓋体取付工程と、
前記蓋体取付工程で被せられた前記蓋体と前記筐体の間を所定圧力で押圧する押圧工程と、
前記蓋体を開き、前記筐体から前記挟持部材を取り外す挟持部材取外工程と、
前記挟持部材取外工程で前記挟持部材を取り外した前記筐体の内部に、前記半導体チップを含む前記圧接型半導体装置の構成部品を配置させる構成部品配置工程と、
前記構成部品配置工程で前記筐体内に配置された前記半導体チップの上部に、前記半導体チップに接する押圧構造部材を載置する押圧構造部材載置工程と、
前記押圧構造部材載置工程で載置された前記押圧構造部材に重ねて、前記蓋体を前記筐体に被せる蓋体取付工程と、
前記蓋体と前記筐体との間を接合する接合工程と、
から構成したことを特徴とする圧接型半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記挟持部材は、前記半導体チップの標準厚み幅に対して、前記半導体チップの薄さ方向に許容される最大厚み幅の誤差分、前記半導体チップの標準厚み幅より薄く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧接型半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記挟持部材は、セラミック、超硬合金、プレス型用材料のいずれかから形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧接型半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記押圧工程において、前記構成部品に加熱を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧接型半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記構成部品に加熱を行った後、前記構成部品の温度が所定温度に低下するまで、前記押圧工程を継続して行うことを特徴とする請求項５に記載の圧接型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体チップを内部に備えた圧接型半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置には、スイッチング速度の速い大電力化・高耐圧化した、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）に代表される電圧駆動型の半導体スイッチング素子が用いられている。
【０００３】
電圧駆動型の半導体スイッチング素子は、製造の点から半導体チップの１個あたりの容量が小さいため、大容量とするために多数の半導体チップを接続した圧接型半導体装置とすることが多く見られる。
【０００４】
半導体チップを電気的に接続させる方法として圧接方法を用いる圧接型半導体装置においては、全ての半導体チップを均等に圧接することが重要である。半導体チップを均等に圧接するためには、例えば、半導体チップの厚み幅を同一に形成することや、圧接する金属部材の平面の加工精度を均一にすることも重要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５００６１号公報
【特許文献２】特開２０００−９１３６２号公報
【特許文献３】特開２００２−２７０２４６号公報
【特許文献４】特開２００４−２３０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の圧接型半導体装置を構成する構成部品には、セラミックと例えば銅などからなる導電性材料とを接合させて形成した構成部品が含まれている。セラミックと銅とでは、熱膨張係数が異なり、これら熱膨張係数の異なる部材を接合させる工程で行われた加熱処理等により、かかる構成部品にゆがみやひずみが発生していることが考えられる。このような、ゆがみ等が発生している構成部品を用いて圧接型半導体装置を製造すると、半導体チップへの接合力が不均等になったり、内部応力が発生したりするおそれがある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ゆがみ等の生じていない構成部品で、圧接型半導体装置を製造できる圧接型半導体装置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】
【０００８】
一実施形態の圧接型半導体装置の製造方法は、次のように構成されている。筐体の内部に、半導体チップを含む圧接型半導体装置の構成部品を配置する構成部品配置工程と、半導体チップの上部に、半導体チップに接する押圧構造部材を載置する押圧構造部材載置工程と、押圧構造部材に重ねて、蓋体を筐体に被せる蓋体取付工程と、蓋体と筐体の間に所定圧力を付加する押圧工程と、押圧工程で押圧した後、蓋体と筐体との間を接合する接合工程と、から圧接型半導体装置の製造方法を構成した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】圧接型半導体装置を製造する製造方法の第１実施形態にかかる圧接型半導体装置を示す正面断面図。
【図２】同製造方法の第１実施形態を表す流れ図。
【図３】圧接型半導体装置の製造方法の第２実施形態にかかる圧接型半導体装置を示す正面断面図。
【図４】同製造方法の第２実施形態を表す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
以下、圧接型半導体装置の製造方法の第１実施形態について、圧接型半導体装置１０を製造することを例にして、図面を用いて説明する。図１は、圧接型半導体装置の第１実施形態の製造方法で製造する圧接型半導体装置１０を示す正面断面図であり、図２は、製造方法の第１実施形態を示す流れ図（フローチャート）である。
【００１１】
まず、圧接型半導体装置１０について説明する。圧接型半導体装置１０は、図１に示すように半導体チップ１２と、筐体１４と、押圧構造部材１６と、蓋体１８と、を備えている。
【００１２】
半導体チップ１２は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）に代表される電圧駆動型の半導体である。半導体チップ１２は、後述する下押圧構造部材２２上に複数設けてある。
【００１３】
筐体１４は、環状絶縁部材２０と下押圧構造部材２２とを有している。環状絶縁部材２０は、セラミックなどの絶縁性材料からなり、環状に形成してある。環状絶縁部材２０の内部には、下押圧構造部材２２が設けてある。環状絶縁部材２０には、ろう付け用の金属片が設けてある。
【００１４】
下押圧構造部材２２は、例えば銅などの導電性材料からなり、環状絶縁部材２０の内周に沿った形状を有している。下押圧構造部材２２の上部には、複数の圧接部材２８が設けてある。圧接部材２８は、上面が平坦で、かつ各圧接部材２８の上面が同一平面上に位置するように形成されている。下押圧構造部材２２は、環状絶縁部材２０にろう付けにより固定してある。半導体チップ１２は、下押圧構造部材２２の圧接部材２８の上面に配置してある。
【００１５】
押圧構造部材１６は、例えば銅などの導電性材料からなり、環状絶縁部材２０の内部に収納可能に形成されている。押圧構造部材１６の下部には、圧接部材２６が設けてある。圧接部材２６は、圧接部材２８に対応して形成とてあり、下面が平坦で、かつ各圧接部材２６の下面が同一平面上に位置するように形成してある。下押圧構造部材２２の圧接部材２８と押圧構造部材１６の圧接部材２６との間に、半導体チップ１２が挟持される。又、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２との間には、半導体チップ１２以外の圧接型半導体装置１０の内部構成部品、例えば、抵抗や接続用の導電片なども組み付けられる。
【００１６】
蓋体１８は、導電性材料からなり、筐体１４の上部の形状に対応して形成してある。蓋体１８は、筐体１４の上部に載置すると、下面が押圧構造部材１６の上面に接するとともに、所定圧力で押圧することにより周縁が筐体１４の上面に密着し、筐体１４の内部を封止可能に形成されている。すなわち、図１に示すように、押圧構造部材１６の高さ幅は、ａであり、半導体チップ１２の厚み幅は、ｂである。これらの厚み幅の合計値は、蓋体１８を筐体１４に被せたとき、筐体１４と蓋体１８との間に所定の押し代が生じる値となっている。
【００１７】
図１において、筐体１４の下部にあるのは、型締め装置３０の下金型３４であり、蓋体１８の上部にあるのは、型締め装置３０の上金型３２である。型締め装置３０は、上金型３２と、下金型３４と、それら上金型３２と下金型３４との間を押圧する押圧機構とを備えている。上金型３２は、内面形状が蓋体１８の外形に適合して形成してあり、下金型３４は、内面形状が筐体１４の外形に適合して形成してある。尚、上金型３２と下金型３４とから構成される金型には、押圧による材料の塑性変形に対応するための逃げを必要に応じて設けてもよい。
【００１８】
次に、圧接型半導体装置１０を製造する製造方法について、図２に示す流れ図（フローチャート）を用いて説明する。
【００１９】
環状絶縁部材２０と下押圧構造部材２２とを、熱処理を介して接合して筐体１４を形成する（Ｓ１）。筐体１４が形成されたら、筐体１４の下押圧構造部材２２の圧接部材２８に、半導体チップ１２を載せ、更に、半導体チップ１２以外の内部構成部品を配置する（構成部品配置工程）（Ｓ２）。これら内部構成部品の全てを筐体１４内に収納したなら、半導体チップ１２の上に押圧構造部材１６を載せる（押圧構造部材載置工程）（Ｓ３）。更に、押圧構造部材１６の上に蓋体１８を被せる（蓋体取付工程）（Ｓ４）。
【００２０】
このようにして、圧接型半導体装置１０の内部構成部品を筐体１４と蓋体１８の間に組み付けて、かつ、蓋体１８と筐体１４とを接合していないものを、圧接型半導体装置の構成部品一式とも呼ぶ。圧接型半導体装置の構成部品一式を形成したなら、圧接型半導体装置の構成部品一式を型締め装置３０にセットする（Ｓ５）。
【００２１】
上金型３２と下金型３４との間に圧接型半導体装置の構成部品一式を組み付けたら、型締め装置３０を作動させる。押圧機構により上金型３２が押し下げられ、蓋体１８と筐体１４との間を上下方向から押圧する（押圧工程）（Ｓ６）。これにより、圧接型半導体装置の構成部品一式が押圧される。
【００２２】
型締め装置３０は、圧接型半導体装置１０が製品化された状態で、半導体チップ１２にかかる圧接力と同等の押圧力が、圧接型半導体装置の構成部品一式の半導体チップ１２に生じるように押圧機構で押圧する。かかる押圧作業を行う工程が、特許請求の範囲における押圧工程である。
【００２３】
型締め装置３０での押圧工程が終了したなら、圧接型半導体装置の構成部品一式を型締め装置３０から取り出し、蓋体１８と筐体１４とを所定の条件で接合する（接合工程）（Ｓ７）。筐体１４には、蓋体１８と筐体１４とを接合する金属片が予め設けてある。
【００２４】
かかる圧接型半導体装置の製造方法によれば、筐体１４を形成する際に実施した熱処理により、仮に、筐体１４等にひずみが生じているとしても、そのひずみが型締め装置３０による押圧工程により修正される。したがって、圧接型半導体装置１０は、ひずみのない構成部品で組み立てられ、かかる状態で、蓋体１８と筐体１４とが接合される。
【００２５】
そのため、製品化された圧接型半導体装置１０には、内部応力等が残存しておらず、半導体チップ１２が、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２により所望の押圧力で、かつ各半導体チップ１２が均等な圧力で圧接されることとなる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
次に、圧接型半導体装置の製造方法の第２実施形態について、図３の断面図、及び図４のフローチャートを用いて説明する。図３は、図１の圧接型半導体装置１０に対して、半導体チップ１２に代えて挟持部材４０が配置されている点を除いて同一の構成である。同一の構成の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】
まず、筐体１４を製造方法の第１実施形態と同様にして形成する（Ｓａ１）。筐体１４を形成したなら、筐体１４内の下押圧構造部材２２の上に挟持部材４０を載せる（挟持部材配置工程）（Ｓａ２）。挟持部材４０は、第１実施形態のときの半導体チップ１２の厚み幅と等しい厚み幅Ｃを有している。挟持部材４０は、例えば、超硬合金やセラミック素材などからなり、容易に圧縮変形や破損しない、硬度及び強度を有している。
【００２８】
挟持部材４０に押圧構造部材１６を載せ（押圧構造部材載置工程）（Ｓａ３）、更に筐体１４に蓋体１８を被せる（蓋体取付工程）（Ｓａ４）。挟持部材４０を下押圧構造部材２２と押圧構造部材１６で挟んだ状態で、蓋体１８を被せた筐体１４を、型締め装置３０に取り付ける（Ｓａ５）。型締め装置３０で、蓋体１８を被せた筐体１４を上下方向から押圧する（押圧工程）（Ｓａ６）。
【００２９】
型締め装置３０は、挟持部材４０に、製品としての圧接型半導体装置１０の半導体チップ１２に加えられる押圧力と同等の押圧力がかかるように蓋体１８を被せた筐体１４を押圧する。かかる工程が、特許請求の範囲の押圧工程である。
【００３０】
押圧工程を行ったなら、蓋体１８を被せた筐体１４を型締め装置３０から取り外す（Ｓａ７）。更に、筐体１４から蓋体１８を外し（Ｓａ８）、筐体１４の内部から挟持部材４０を取り出す（挟持部材取外工程）（Ｓａ９）。挟持部材４０を筐体１４から取り出したなら、圧接部材２８に半導体チップ１２を載せるとともに、その他の内部構成部品の全てを筐体１４内に組み込む（構成部品配置工程）（Ｓａ１０）。
【００３１】
内部構成部品を筐体１４内に組み込んだら、押圧構造部材１６を載せ（押圧構造部材載置）（Ｓａ１１）、更に筐体１４に蓋体１８を被せる（蓋体取付工程）（Ｓａ１２）。そして、蓋体１８と筐体１４とを、ろう付けして接合する（接合工程）（Ｓａ１３）。
【００３２】
圧接型半導体装置の製造方法の第２実施形態によれば、下押圧構造部材２２と押圧構造部材１６との間に挟持部材４０を挟んで押圧することから、下押圧構造部材２２と押圧構造部材１６とを均一に押圧して、これらに生じているゆがみを効果的に矯正できる。
【００３３】
挟持部材４０は、硬度が高く、変形しにくいことから、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２との間隔を正確に設定できる。製品となる半導体チップ１２が押圧工程で押圧されないので、半導体チップ１２に押圧による影響が発生しない。挟持部材４０は繰り返し圧接型半導体装置１０の製造に用いることができ、圧接型半導体装置１０の製造コストを低減できる。
【００３４】
＜第３実施形態＞
圧接型半導体装置の製造方法の第３実施形態について説明する。第３実施形態の製造方法は、第３実施形態の製造方法に用いられる挟持部材４１が、第２実施形態の製造方法における挟持部材４０の厚み幅、つまり半導体チップ１２の標準の厚み幅（標準厚み）より薄く形成されている点を除くと、第２実施形態の製造方法と同一の製造方法である。
【００３５】
半導体チップ１２の標準の厚み幅とは、蓋体１８と筐体１４とを所定の条件で接合させたとき、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２とで挟まれた半導体チップ１２に所望の接合力が発生する厚み幅である。
【００３６】
更に、半導体チップ１２の標準の厚み幅は、厚み幅が増加する方向と減少する方向の双方に許容値を有している。半導体チップ１２の厚み幅の許容値は、許容値の範囲内であれば、押圧構造部材１６等と半導体チップ１２との接合力が許容範囲内となる値である。許容値は、半導体チップ１２の製造上の誤差のみならず、半導体チップ１２を押圧する構成部品の誤差全般を含んでいてもよい。
【００３７】
挟持部材４１の厚み幅は、半導体チップ１２の標準の厚み幅より厚み幅が減少する方向に許容される最少の厚み幅と同等の厚み幅である。
【００３８】
圧接型半導体装置の製造方法の第３実施形態は、挟持部材４１を下押圧構造部材２２と押圧構造部材１６との間に挟んで、蓋体１８を被せた筐体１４を型締め装置３０で押圧する。型締め装置３０での押圧は、製品としての圧接型半導体装置１０の半導体チップ１２に加えられる押圧力の許容範囲内の最少の押圧力となるように行う。かかる製造方法によれば、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２との間隔は、半導体チップ１２の許容最少厚み幅と同等に形成される。このようにして形成された筐体１４に、挟持部材４１を取り出し、製造方法の第２実施形態と同様に、圧接型半導体装置の内部構成部品の一式を組み入れて蓋体１８と筐体１４とを接合する。
【００３９】
かかる製造方法の第３実施形態により製造された圧接型半導体装置は、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２との間隔が、半導体チップ１２に許容される最少の厚み幅と同等に形成されるので、筐体１４の内部に組み付けられた半導体チップ１２の中に、仮に、許容範囲内の最少の厚み幅のものが含まれていた場合であっても、その許容範囲内の最少の厚み幅の半導体チップ１２も、許容される範囲内の接合力で押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２とにより圧接される。
【００４０】
したがって、第３実施形態の製造方法によれば、挟持部材４１を用いることにより、押圧構造部材１６と下押圧構造部材２２との間隔が許容範囲内の最少の厚み幅の半導体チップ１２に対応することができ、各半導体チップ１２を確実に所定の接合力で圧接させることができる。
【００４１】
又、押圧工程時に、構成部品のひずみを修正させるに好適な温度に、圧接型半導体装置の構成部品一式、あるいは、挟持部材４０等を挟み込んだ状態の筐体１４と蓋体１８とを、加熱装置により加熱してもよい。すると、構成部品の金属部材が温度上昇により軟化し、効率よくひずみが修正される。
【００４２】
更にこの場合、押圧工程は、構成部品の温度が、常温に低下するまで、継続させることとしてもよい。すると、より確実構成部品のひずみを修正することができる。
【００４３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４４】
例えば、第１実施形態の製造方法において、内部構成部品の全てを筐体１４に組み付けて押圧工程を行うのでなく、押圧工程において、押圧作用を受ける構成部品のみを組み付けて押圧工程を行ってもよい。この場合、押圧工程が終了した後、押圧作用を受けない構成部品を筐体１４内に組み入れ、蓋体１８と筐体１４とを接合させる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…圧接型半導体装置、１２…半導体チップ、１４…筐体、１６…押圧構造部材、１８…蓋体、２０…環状絶縁部材、２２…下押圧構造部材、２６、２８…押圧部材、３０…型締め装置、３２…上金型、３４…下金型、４０、４１…挟持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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