(57)【要約】【課題】短い時間でペーストから希釈剤を除去しつつ、均一な接着力を有するプライマー層を形成すること。【解決手段】本発明は、半導体と放熱板２２ａとが半田２３ａで接合されている半導体装置をモールド樹脂で封止するために、半導体装置の表面にプライマー層を形成する方法である。係る方法の一次乾燥では、希釈剤３１及び接着固形成分３２を含有するとともに放熱板２２ａに塗布されたペースト３０に対して、希釈剤３１が沸騰しない温度圧力条件の下で乾燥を行うことで、図３に示すように希釈剤３１を残存させながら接着固形成分３２を放熱板２２ａの表面に対して沈着させる。係る方法の二次乾燥では、ペースト３０に対してさらに、希釈剤３１が沸騰するものの温度は半田２３ａの融点より低い温度圧力条件の下で乾燥を行うことで、残存した希釈剤３１を蒸発させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体と放熱板とが半田で接合されている半導体装置をモールド樹脂で封止するために、半導体装置の表面にプライマー層を形成する方法であって、
一次乾燥では、希釈剤及び接着固形成分を含有するとともに前記半導体装置に塗布されたペーストに対して、前記希釈剤が沸騰しない温度圧力条件の下で乾燥を行うことで、前記希釈剤を残存させながら前記接着固形成分を前記半導体装置の表面に対して沈着させ、
二次乾燥では、前記ペーストに対してさらに、前記希釈剤が沸騰するものの温度は前記半田の融点より低い温度圧力条件の下で乾燥を行うことで、前記残存した希釈剤を蒸発させる、
プライマー層を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプライマー層の形成方法に関し、特に放熱板と半導体とが半田で接合されている半導体装置をモールド樹脂で封止するために、放熱板の表面を含む半導体装置の表面に形成されるプライマー層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は半導体装置の断面を示す。半導体装置、特にパワー半導体からなる半導体装置２０においては、半導体２１の放熱のために、半導体２１に対して金属製の放熱板２２ａ，ｂが取り付けられる。半導体２１と放熱板２２ａ，ｂとの接合は半田２３ａ，ｂで行われる。係る接合は脆いため、さらにモールド樹脂２４で半導体装置２０全体が封止される。
【０００３】
図１において、封止のためにはモールド樹脂２４と半導体装置２０との接着を行う必要がある。このため半導体装置２０の表面には予めプライマー層２５が形成される。プライマー層２５は、放熱板２２ａ，ｂの表面を含む半導体装置２０の表面全体に対して、ペーストを塗布することで形成できる。ペーストには接着固形成分と希釈剤が含有されている。塗布されたペーストから希釈剤を除去することで、接着固形成分からなるプライマー層２５が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０９６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の希釈剤の除去は高温又は真空による乾燥で行うことが出来る。真空による乾燥では、半田を損壊しないように乾燥温度を半田融点以下とする必要がある。このため、乾燥に要する時間を短くすることが難しい。
【０００６】
真空による乾燥では大きく減圧することで乾燥を促進できる。しかしながら、減圧が行き過ぎると乾燥中に希釈液の内部から沸騰する。この場合、沸騰で生じた泡が接着固形成分の偏りを招いてしまい、均一な接着力を有するプライマー層を形成するのが難しい。
【０００７】
本発明はプライマー層の形成方法を提供する。係る方法では、短い時間でペーストから希釈剤を除去しつつ、均一な接着力を有するプライマー層を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体と放熱板とが半田で接合されている半導体装置をモールド樹脂で封止するために、半導体装置の表面にプライマー層を形成する方法である。
【０００９】
係る方法の一次乾燥では、希釈剤及び接着固形成分を含有するとともに前記半導体装置に塗布されたペーストに対して、前記希釈剤が沸騰しない温度圧力条件の下で乾燥を行うことで、前記希釈剤を残存させながら前記接着固形成分を前記半導体装置の表面に対して沈着させる。
【００１０】
係る方法の二次乾燥では、前記ペーストに対してさらに、前記希釈剤が沸騰するものの温度は前記半田の融点より低い温度圧力条件の下で乾燥を行うことで、前記残存した希釈剤を蒸発させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の方法により、短い時間でペーストから希釈剤を除去しつつ、均一な接着力を有するプライマー層を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体装置の断面図である。
【図２】塗布直後のペーストの断面図である。
【図３】一次乾燥後のペーストの断面図である。
【図４】二次乾燥後に得られたプライマー層の断面図である。
【図５】参考例に係るプライマー層の表面の像である。
【図６】実施例１の環境条件と蒸気圧曲線との関係を表すグラフである。
【図７】実施例１の温度及び圧力の時間変化を表すグラフである。
【図８】実施例２の環境条件と蒸気圧曲線との関係を表すグラフである。
【図９】実施例２の圧力及び温度の時間変化を表すグラフである。
【図１０】実施例３の環境条件と蒸気圧曲線との関係を表すグラフである。
【図１１】実施例４の環境条件と蒸気圧曲線との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は半導体装置２０の断面を示す。半導体装置２０の表面にプライマー層２５を形成する。半導体装置２０において、半導体２１と放熱板２２ａ，ｂとは半田２３ａ，ｂで接合されている。プライマー層２５はこれらの部材の表面に形成される。プライマー層２５の形成後、半導体装置２０はモールド樹脂で封止される。
【００１４】
図２〜４には半導体装置中の部材を代表して、放熱板２２ａにプライマー層が形成される様子が表されている。図２は放熱板２２ａの表面に対して塗布された直後のペースト３０の断面図である。ペースト３０は希釈剤３１及び接着固形成分３２を含有する。接着固形成分３２は希釈剤３１中に分散している。
【００１５】
図２に示す希釈剤３１を一次乾燥によって除去する。一次乾燥では希釈剤３１が沸騰しない温度圧力条件の下でペースト３０の乾燥を行う。乾燥は高温及び真空の少なくともいずれかの環境条件によって行う。高温とは常温（２０℃）より高い温度を言う。特に言及しない限り「温度」とは半導体装置の表面の温度を表す。真空とは大気圧（１０１４  ｈＰａ）より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいう。特に言及しない限り「圧力」とは半導体装置周囲の気圧を表す。
【００１６】
図３は一次乾燥後のペースト３０の断面図である。ペースト３０中の体積の大半を占めていた希釈剤３１が蒸発によって減少する。接着固形成分３２は、半導体装置の表面、図中では放熱板２２ａの表面に沈着する。沈着した接着固形成分３２は放熱板２２ａの表面に接着する。一次乾燥後においては希釈剤３１を残存させるものとする。希釈剤３１は特に接着固形成分３２同士の隙間に残存する。
【００１７】
一次乾燥においては、図２及び３に示すように希釈剤３１が沸騰しない温度圧力条件であっても、相当量の希釈剤３１を短い時間内に蒸発させることが出来る。しかしながら、その状態から希釈剤３１を完全に除去するには、これに比べて長い時間を要する。そこで温度圧力条件を変更して二次乾燥を行う。
【００１８】
二次乾燥では、以下の温度圧力条件の下で図３に示すペースト３０の乾燥を行う。乾燥は高温及び真空の少なくともいずれかの環境条件によって行う。二次乾燥では希釈剤３１が沸騰する温度圧力条件の下でペースト３０の乾燥を行う。このため、希釈剤３１は一次乾燥の時よりも急速に蒸発する。
【００１９】
図４は二次乾燥後に得られたプライマー層２５の断面図である。接着固形成分３２同士の隙間に残存していた希釈剤３１は徹底的に除去される。二次乾燥の温度圧力条件においては、その温度は半田２３ａの融点より低いものとする。これにより放熱板２２ａと半導体２１との間の接合が損なわれることを防止する。
【００２０】
本実施形態においては一次乾燥において、希釈剤の沸騰をさせないものとした。参考例として希釈剤を沸騰させずにペーストを乾燥させて得たプライマー層と、希釈剤を沸騰させて得たプライマー層の表面の比較を図５に示す。
【００２１】
図５Ａは、希釈剤を沸騰させずにペーストを乾燥させて得たプライマー層の表面の像を示す。プライマー層の表面は平滑であった。またプライマー層の内部にも気泡は観察されなかった。
【００２２】
図５Ｂは、希釈剤を弱く沸騰させながらペーストを乾燥させて得たプライマー層の表面の像を示す。沸騰させることで、希釈剤の除去は短時間で達成できる。しかしながら、プライマー層の表面は、図５Ａのものより粗かった。またプライマー層の内部には気泡が観察された。
【００２３】
図５Ｃは、希釈剤をより強く沸騰させながらペーストを乾燥させて得たプライマー層の表面の像を示す。より強く沸騰させることで、希釈剤の除去はさらに短い時間で達成できる。しかしながら、一部のプライマー層は、被着物の表面から弾かれていた。接着固形成分は斑に分布していた。このため、被着物の表面が露出し、プライマー層の無い領域が発生した。
【００２４】
上記参考例より、大量に存在する希釈剤を急速に沸騰させることで得られたプライマー層では、接着固形成分は被着物の表面に十分に密着していないと考えられる。またモールド樹脂と半導体装置との間の接着力も、このようなプライマー層からは十分に得られないと考えられる。
【００２５】
本実施形態でも、二次乾燥においては希釈剤を沸騰させる。しかしながら、図５Ａに示したものと同様の滑らかな表面を有するプライマー層を得られる。図３に示すように一次乾燥を予め行うことで、沈着した接着固形成分３２が予め放熱板２２ａの表面に接着している。このため、二次乾燥の時点においては、接着固形成分３２からなる被膜は、放熱板２２ａの表面に十分に接着している。このため、希釈剤３１が沸騰して生じた気泡による物理的な破壊に対抗できる。
【実施例】
【００２６】
［実施例１］
図６のグラフは本実施例における希釈剤の乾燥の環境条件と希釈剤の蒸気圧曲線ＶＰとの関係を表す。本実施例で用いた希釈剤はジグライム（ジエチレングリコールジメチルエーテル）である。他の実施例において同様である。
【００２７】
図６に示す状態Ｓ４０は温度Ｔ０（＝２０  ℃）、圧力Ｐ０（＝１０１４  ｈＰａ）の環境条件を表す。温度Ｔ０は常温である。圧力Ｐ０は大気圧である。半導体装置の表面に対するペーストの塗工は、係る条件下で完了する。他の実施例において同様である。
【００２８】
次に半導体装置に対して所定の環境条件下で一次乾燥を施す。一次乾燥は高温下かつ大気圧下で行う。すなわち加熱と減圧のうち、加熱のみを行う。
【００２９】
図６に示す温度Ｔ１は大気圧（圧力Ｐ０）下における、ペースト中の希釈剤の沸点（＝１６２℃）を表す。状態Ｓ４１は温度Ｔ２、圧力Ｐ０となっている環境条件を表す。一次乾燥は状態Ｓ４１の環境条件で行われる。温度Ｔ２は常温（温度Ｔ０）より高く、温度Ｔ１よりも低い。したがって、一次乾燥において希釈剤は沸騰しないものの、高温によって効率的に蒸発する。
【００３０】
図７のグラフは半導体装置の表面の温度及び半導体装置周囲の圧力の時間変化を表す。一次乾燥では、加熱装置により、半導体装置の表面の温度を、目標の温度Ｔ２まで高める。圧力は大気圧（圧力Ｐ０）に保たれる。
【００３１】
加熱装置は対流、熱伝導、及び輻射のいずれかによって半導体装置の表面を昇温させるものを選択できる。大気圧下にあるので対流による加熱装置を有効に用いることが出来る。塗工処理を行いたい半導体装置の数量に合わせて加熱装置を適宜選択できる。
【００３２】
次に加熱をやめることで環境条件を図６に示す状態Ｓ４０に復帰させる。係る環境条件下で半導体装置を搬送し二次乾燥の環境条件に移す（図７）。半導体装置の表面の温度は温度Ｔ２から低下し常温（温度Ｔ０）に戻る。
【００３３】
次に半導体装置に対して所定の環境条件下で二次乾燥を施す。二次乾燥は常温下かつ真空下で行う。すなわち加熱と減圧のうち、減圧のみを行う。
【００３４】
図６に示す圧力Ｐ１は常温（温度Ｔ０）下における、希釈剤の蒸気圧（＝３３０  Ｐａ）を表す。状態Ｓ４２は温度Ｔ０、圧力Ｐ２となっている環境条件を表す。二次乾燥は状態Ｓ４２の環境条件で行われる。圧力Ｐ２は希釈剤の蒸気圧（圧力Ｐ１）よりも低い圧力である。したがって、二次乾燥において希釈剤は沸騰する。
【００３５】
図７に示すように二次乾燥では、減圧装置により半導体装置の周囲の圧力を目標の圧力Ｐ２まで降下させる。温度は常温（温度Ｔ０）に保たれる。減圧装置はチャンバと真空ポンプを備える。
【００３６】
一次乾燥で、すでに大半の希釈剤を除去されることから、ペースト内に残存する希釈剤は極めて少ないのは、図３で説明した通りである。したがって残存する希釈剤の蒸発によるチャンバ内の圧力の上昇は、二次乾燥を妨げるほど大きくない。このため真空ポンプは間欠運転でよい。二次乾燥では一次乾燥よりも十分に長い時間をかけて行うことで、希釈剤を完全に除去する。
【００３７】
図６に示す温度Ｔ３は半導体装置に用いられている半田の融点である。温度Ｔ３は温度Ｔ１及び温度Ｔ２のいずれよりも高い。このため半田による接合は一次乾燥及び二次乾燥において損壊しにくい。他の実施例において同様である。
【００３８】
［実施例２］
図８のグラフは本実施例における乾燥の環境条件と希釈剤の蒸気圧曲線ＶＰとの関係を表す。ペーストの塗工の完了した半導体装置に対して所定の環境条件下で一次乾燥を施す。一次乾燥は高温下かつ真空下で行う。すなわち温度と圧力の双方を最適条件とする。
【００３９】
図８に示す状態Ｓ４５は温度Ｔ２、圧力Ｐ３となっている環境条件を表す。一次乾燥は状態Ｓ４５の環境条件で行われる。圧力Ｐ４は温度Ｔ２下における、希釈剤の蒸気圧を表す。圧力Ｐ３は、大気圧（圧力Ｐ０）よりも低く、希釈剤の蒸気圧（圧力Ｐ４）よりも高い。したがって、一次乾燥において希釈剤は沸騰しない。
【００４０】
図９のグラフは半導体装置の表面の温度及び半導体装置周囲の圧力の時間変化を表す。一次乾燥では、加熱装置により、半導体装置の表面の温度を、目標の温度Ｔ２まで高める。また減圧装置により、半導体装置周囲の圧力を目標の圧力Ｐ３まで降下させる。
【００４１】
本実施例では減圧されたチャンバ内に置かれた加熱装置を用いて半導体装置の表面を加熱する。加熱装置は真空下に置かれるため、熱伝導又は輻射を用いた加熱装置とする。また希釈剤が大量に蒸発し圧力は高まりやすくなるため、減圧装置は連続的に稼働させる。このように実施例２における減圧装置と加熱装置の条件は実施例１における条件よりも限定的である。しかしながら、高温と真空の双方を最適条件としているので実施例１よりも短い時間で一次乾燥を完了することができる。
【００４２】
引き続き、同一の減圧装置及び加熱装置を用いて二次乾燥を行う。二次乾燥はより高温下で、かつ、より低圧下で行う。
【００４３】
図８に示す状態Ｓ４６は温度Ｔ４、圧力Ｐ２となっている環境条件を表す。二次乾燥は状態Ｓ４６の環境条件で行われる。温度Ｔ４は大気圧（圧力Ｐ０）における希釈剤の沸点（温度Ｔ１）よりもさらに高い。圧力Ｐ２は常温（温度Ｔ０）における希釈剤の蒸気圧（圧力Ｐ１）よりもさらに低い。したがって、二次乾燥において希釈剤は勢いよく沸騰する。
【００４４】
図９に示すように二次乾燥では、加熱装置により、半導体装置の表面の温度を、目標の温度Ｔ４まで高める。また減圧装置により半導体装置の周囲の圧力を目標の圧力Ｐ２まで降下させる。実施例２において加熱装置の稼働に要するエネルギーは実施例１よりも大きいものの、希釈剤の除去はより短い時間で終了する。
【００４５】
図８に示すように半田の融点である温度Ｔ３は温度Ｔ１、温度Ｔ２及び温度Ｔ４のいずれよりも高い。このため半田による接合は一次乾燥及び二次乾燥において損壊しない。
【００４６】
［実施例３］
本実施例では真空を用いず、高温のみで乾燥を行う。図１０のグラフは本実施例における乾燥の環境条件と希釈剤の蒸気圧曲線ＶＰとの関係を表す。一次乾燥と搬送は実施例１と同様に行う。
【００４７】
一次乾燥とは別の加熱装置を用いて二次乾燥を行う。図１０にしめす状態Ｓ５０は温度Ｔ５、圧力Ｐ０となっている環境条件を表す。二次乾燥は状態Ｓ５０の環境条件で行われる。温度Ｔ５は大気圧（圧力Ｐ０）における希釈剤の沸点（温度Ｔ１）よりもさらに高い。したがって、二次乾燥において希釈剤は沸騰し、除去される。
【００４８】
［実施例４］
本実施例では高温を用いず、真空のみで乾燥を行う。図１１のグラフは本実施例における乾燥の環境条件と希釈剤の蒸気圧曲線ＶＰとの関係を表す。
【００４９】
図１１に示す圧力Ｐ５は、常温（温度Ｔ０）下における希釈剤の蒸気圧（圧力Ｐ１）よりも高い。状態Ｓ６０は温度Ｔ０、圧力Ｐ５となっている環境条件を表す。一次乾燥は状態Ｓ６０の環境条件で行われる。圧力Ｐ５は希釈剤の蒸気圧（圧力Ｐ１）よりも高い圧力である。したがって、一次乾燥において希釈剤は沸騰しない。
【００５０】
同一の減圧装置内で、さらに減圧し二次乾燥を行う。図１１に示すように二次乾燥は、実施例１と同様に状態Ｓ４２の環境条件で行われる。したがって、二次乾燥において希釈剤は沸騰し、除去される。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態及び実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
２０  半導体装置、２１  半導体、２２ａ，ｂ  放熱板、２３ａ，ｂ  半田、２４  モールド樹脂、２５  プライマー層、３０  ペースト、３１  希釈剤、３２  接着固形成分、Ｓ４０，４１，４２，４５，４６，５０，６０  状態、ＶＰ  蒸気圧曲線
【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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