(57)【要約】【課題】気温の影響をほとんど受けることなく、はんだの流動をとめる。【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板４の主面４ａのうち、はんだ３ｎの供給対象となる領域Ｒｇ１をワイヤＷ１が囲んだ状態で、超音波接合により、ワイヤＷ１を主面４ａに接合する工程と、領域Ｒｇ１に、電極端子Ｅ１を基板４に接合するためのはんだ３ｎを供給する工程とを含む。【選択図】図２
2018207002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペースト状のはんだを使用して、電極端子を基板に接合する、半導体装置の製造方法であって、
前記基板の主面のうち、前記はんだの供給対象となる領域をワイヤが囲んだ状態で、超音波接合により、当該ワイヤを当該主面に接合する工程と、
前記領域に、前記電極端子を前記基板に接合するための前記はんだを供給する工程とを含む
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ワイヤは、Ａｌで構成されている
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ワイヤは、Ｃｕで構成されている
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ワイヤは、Ａｕで構成されている
請求項１に記載の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、電極端子のはんだ接合を行うための、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用に用いられる半導体装置では、高温の環境下においても、正常に駆動することが求められる。そのため、当該半導体装置では、はんだを使用して、電極端子を基板に強固に接合することが要求される。この要求を満たすためには、電極端子の接合に使用されるはんだの量を増やすことが考えられる。なお、単に、はんだの量を増やすだけでは、当該はんだが、意図しない箇所へ流れる可能性がある。そこで、はんだの流動をとめるための構成が求められる。
【０００３】
特許文献１には、はんだの流動をとめるための構成（以下、「関連構成Ａ」ともいう）が開示されている。具体的には、関連構成Ａでは、はんだの供給対象となる領域が、樹脂で構成された保護膜で囲まれている。なお、保護膜は、金属層上に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５１５５６号公報（第１図、段落００３６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
関連構成Ａの保護膜は、例えば、樹脂で構成されている。そのため、当該保護膜は、高温環境下においては、金属層から剥離する可能性がある。したがって、関連構成Ａでは、気温の状態によっては、はんだの流動をとめることができない可能性があるという問題がある。そこで、気温の影響をほとんど受けることなく、はんだの流動をとめることが可能な構成が求められる。
【０００６】
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、気温の影響をほとんど受けることなく、はんだの流動をとめることが可能な、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、ペースト状のはんだを使用して、電極端子を基板に接合する。前記半導体装置の製造方法は、前記基板の主面のうち、前記はんだの供給対象となる領域をワイヤが囲んだ状態で、超音波接合により、当該ワイヤを当該主面に接合する工程と、前記領域に、前記電極端子を前記基板に接合するための前記はんだを供給する工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記基板の主面のうち、前記はんだの供給対象となる領域をワイヤが囲んだ状態で、超音波接合により、当該ワイヤを当該主面に接合する。前記領域に、前記電極端子を前記基板に接合するための前記はんだを供給する。
【０００９】
ワイヤは、樹脂よりも、気温の状態により、変形等が生じにくい。そのため、気温の影響をほとんど受けることなく、ワイヤにより、はんだの流動をとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の特徴的な構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体製造方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例１に係る構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例２に係る構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１２】
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。半導体装置１００は、産業用の機器、自動車、電車等において使用されるパワーモジュールである。
【００１４】
図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。
【００１５】
また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。
【００１６】
図１を参照して、半導体装置１００は、半導体チップＳ１と、基板４と、基板４Ａと、基板４Ｂと、ベース板５と、放熱板６と、電極端子Ｅ１と、ケース８と、樹脂９とを備える。
【００１７】
放熱板６には、はんだ３を介して、基板４Ｂが接合されている。基板４Ｂは、絶縁基板である。基板４Ｂには、回路（図示せず）が設けられている。基板４Ｂは、ベース板５に接合されている。ベース板５は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）で構成されている。
【００１８】
ベース板５上には、基板４および基板４Ａが接合されている。基板４Ａは、絶縁基板である。基板４Ａには、回路（図示せず）が設けられている。また、基板４Ａには、はんだ３を介して、半導体チップＳ１が接合されている。
【００１９】
半導体チップＳ１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等である。半導体チップＳ１は、ワイヤＷｎを介して、基板４の回路（図示せず）に接続されている。
【００２０】
基板４は、絶縁基板である。基板４には、回路（図示せず）が設けられている。また、基板４には、はんだ３を介して、電極端子Ｅ１が接合されている。
【００２１】
放熱板６には、筒状のケース８が接続されている。ケース８は、当該ケース８が基板４，４Ａ，４Ｂ、半導体チップＳ１、ベース板５等を囲むように、放熱板６の周縁部に接続されている。すなわち、ケース８および放熱板６により、基板４，４Ａ，４Ｂ、半導体チップＳ１、ベース板５等が収容される。なお、電極端子Ｅ１の一部は、ケース８に固定されている。また、ケース８の内部には、樹脂９が充填されている。樹脂９は、例えば、シリコーンゲルである。なお、ケース８の上部には、ふた１０が設けられている。
【００２２】
（特徴的な構成）
次に、本発明の特徴的な構成（以下、「構成Ｃｔ１」ともいう）について説明する。構成Ｃｔ１は、はんだにより、電極端子を基板に接合するための構成である。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態１の特徴的な構成Ｃｔ１を示す図である。図２は、電極端子Ｅ１と、当該電極端子Ｅ１の周辺の構成を示す。すなわち、図２は、図１の半導体装置１００の一部を示す。図２（ａ）は、半導体装置１００の一部の平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ１−Ａ２線に沿った、半導体装置１００の一部の断面図である。
【００２４】
以下においては、粘度を有するはんだを、「はんだ３ｎ」ともいう。はんだ３ｎは、例えば、ペーストはんだである。当該ペーストはんだは、ペースト状のはんだである。なお、ペーストはんだは、クリームはんだとも呼ばれる。はんだ３ｎが加熱されることにより、当該はんだ３ｎが溶融し、その後、当該はんだ３ｎが硬化したものが、はんだ３である。
【００２５】
図２（ａ）を参照して、基板４は、主面４ａを有する。以下においては、基板４の主面４ａのうち、はんだ３ｎの供給対象となる領域を、「領域Ｒｇ１」ともいう。
【００２６】
基板４の主面４ａには、ワイヤＷ１が接合されている。平面視（ＸＹ面）におけるワイヤＷ１の形状は、閉ループ状である。平面視（ＸＹ面）においてワイヤＷ１が領域Ｒｇ１を囲むように、当該ワイヤＷ１は、基板４の主面４ａに接合されている。領域Ｒｇ１では、電極端子Ｅ１が、はんだ３を介して、基板４に接合されている。
【００２７】
本実施の形態のワイヤＷ１は、Ａｌ（アルミニウム）で構成されている。以下においては、Ａｌで構成されているワイヤＷ１を、「ワイヤＷ１ａ」ともいう。
【００２８】
また、以下においては、はんだ３ｎを使用して、電極端子Ｅ１を基板４に接合する工程を、「半導体製造方法Ｐｒ」ともいう。半導体製造方法Ｐｒは、基板４の主面４ａにワイヤＷ１が存在しない状態で行われる。
【００２９】
また、以下においては、超音波接合を行う機能を有する装置を、「接合装置」ともいう。超音波接合とは、接合対象物に対し加圧した状態で、当該接合対象物に超音波振動を与える処理である。接合対象物は、例えば、ワイヤＷ１である。また、以下においては、はんだ３ｎを供給する機能を有する装置を、「はんだ供給装置」ともいう。
【００３０】
次に、本実施の形態における半導体製造方法Ｐｒについて説明する。半導体製造方法Ｐｒは、半導体装置１００を製造するための製造方法に含まれる工程である。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体製造方法Ｐｒのフローチャートである。半導体製造方法Ｐｒでは、まず、ステップＳ１１０の処理が行われる。
【００３２】
ステップＳ１１０では、ワイヤ接合工程が行われる。図２（ａ）を参照して、ワイヤ接合工程では、平面視（ＸＹ面）においてワイヤＷ１が領域Ｒｇ１を囲むように、当該ワイヤＷ１が基板４の主面４ａに載置される。
【００３３】
次に、主面４ａの領域Ｒｇ１をワイヤＷ１が囲んだ状態で、接合装置が、超音波接合により、当該ワイヤＷ１を当該主面４ａに接合する。具体的には、接合装置は、当該接合装置がワイヤＷ１に対し加圧した状態で、当該ワイヤＷ１に超音波振動を与えることにより、当該ワイヤＷ１を主面４ａに接合する。次に、ステップＳ１２０の処理が行われる。
【００３４】
ステップＳ１２０では、はんだ供給工程が行われる。はんだ供給工程では、はんだ供給装置が、ワイヤＷ１で囲まれる領域Ｒｇ１に、はんだ３ｎを供給する。領域Ｒｇ１に供給されたはんだ３ｎは、電極端子Ｅ１を基板４に接合するための部材である。次に、ステップＳ１３０の処理が行われる。
【００３５】
ステップＳ１３０では、端子接合工程が行われる。端子接合工程では、電極端子Ｅ１の端部が、領域Ｒｇ１に存在するはんだ３ｎ内に固定される。そして、はんだ３ｎが加熱される。これにより、当該はんだ３ｎが溶融した後、はんだ３ｎが硬化して、はんだ３となる。これにより、電極端子Ｅ１が、はんだ３を介して、基板４に接合される。以上により、半導体製造方法Ｐｒは終了する。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態の半導体製造方法Ｐｒは、基板４の主面４ａのうち、はんだ３ｎの供給対象となる領域Ｒｇ１をワイヤＷ１が囲んだ状態で、超音波接合により、ワイヤＷ１を主面４ａに接合する工程と、領域Ｒｇ１に、電極端子Ｅ１を基板４に接合するためのはんだ３ｎを供給する工程とを含む。
【００３７】
ワイヤは、樹脂よりも、気温の状態により、変形等が生じにくい。そのため、気温の影響をほとんど受けることなく、ワイヤＷ１により、はんだ３ｎの流動をとめることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態のワイヤＷ１は、Ａｌで構成されているワイヤＷ１ａである。そのため、Ａｌで構成されているワイヤＷ１を使用しても、上記の効果が得られる。
【００３９】
また、本実施の形態では、超音波接合により、閉ループ状のワイヤＷ１が基板４に接合される。そして、ワイヤＷ１で囲まれる領域Ｒｇ１に、粘度を有するはんだ３ｎが供給される。これにより、ワイヤＷ１が、はんだ３ｎの流動を防ぐ壁として機能する。
【００４０】
したがって、はんだ３ｎが、ワイヤＷｎ、ベース板５等に付着することを防ぐことができる。また、はんだ３ｎの流動が防がるれため、ワイヤＷ１内の領域Ｒｇ１に供給対象となる、はんだ３ｎを増量することができる。なお、増量されたはんだ３ｎが加熱されることにより、当該はんだ３ｎが溶融した後、当該はんだ３ｎが硬化して、はんだ３となる。したがって、電極端子Ｅ１を基板４に接合するためのはんだ３を増量することができる。これにより、基板４に対する電極端子Ｅ１の接合の強度を向上させることができる。そのため、従来よりも、高い信頼性を有する半導体装置（パワーモジュール）を得ることができる。
【００４１】
なお、駆動しているパワーモジュールは熱を発する。当該熱の温度が非常に高い場合、ケース８、放熱板６、基板４等が変形する可能性がある。なお、電極端子Ｅ１の一部は、ケース８に固定されている。そのため、仮に、ケース８が変形した場合、電極端子Ｅ１と基板４とを接合しているはんだ３に応力が加わる。当該応力は、例えば、引張り応力、押込み応力等である。そのため、はんだ３による、電極端子Ｅ１と基板４との接合の強度が、仮に、小さい場合、電極端子Ｅ１が基板４から剥離するという問題がある。
【００４２】
なお、上記の接合の強度を向上させるためには、電極端子Ｅ１が基板４と接合するための、ペーストはんだの量を増加することが考えられる。しかしながら、ペーストはんだの量を増加した場合、電極端子の周辺に存在する部材（ベース板、絶縁部材等）に、当該ペーストはんだが付着する可能性があるという問題がある。
【００４３】
ペーストはんだは、はんだ粉末にフラックスを加えたものである。ペーストはんだは、適当な粘度を有する。なお、ペーストはんだを溶融させるために、当該ペーストはんだが加熱された場合、当該ペーストはんだの粘度が低下する。この場合、当該ペーストはんだが溶融する前に、当該ペーストはんだに含まれるはんだ粉末が、電極端子の周辺に存在する部材（ベース板、絶縁部等）に付着するという問題がある。
【００４４】
そこで、本実施の形態の半導体製造方法Ｐｒは、上記のように行われる。そのため、本実施の形態の半導体製造方法Ｐｒにより、上記の各問題を解決することができる。
【００４５】
＜実施の形態１の変形例１＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ１」ともいう。構成Ｃｔｍ１では、ワイヤＷ１が、Ｃｕ（銅）で構成されている。
【００４６】
図４は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る構成Ｃｔｍ１を示す図である。図４（ａ）は、変形例１に係る半導体装置１００の一部の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ１−Ａ２線に沿った、変形例１に係る半導体装置１００の一部の断面図である。
【００４７】
構成Ｃｔｍ１は、図２の構成Ｃｔ１と比較して、ワイヤＷ１が、Ａｌの代わりにＣｕで構成されている点のみが異なる。構成Ｃｔｍ１のそれ以外の構成は、構成Ｃｔ１と同様なので詳細な説明は繰り返さない。以下においては、Ｃｕで構成されているワイヤＷ１を、「ワイヤＷ１ｂ」ともいう。構成Ｃｔｍ１におけるワイヤＷｂの形状は、構成Ｃｔ１におけるワイヤＷ１の形状と同じである。
【００４８】
なお、構成Ｃｔｍ１においても、実施の形態１と同様に、前述の半導体製造方法Ｐｒが行われる。
【００４９】
本変形例によれば、ワイヤＷ１がＣｕで構成されていても、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００５０】
＜実施の形態１の変形例２＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ２」ともいう。構成Ｃｔｍ２では、ワイヤＷ１が、Ａｕ（金）で構成されている。
【００５１】
図５は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る構成Ｃｔｍ２を示す図である。図５（ａ）は、変形例２に係る半導体装置１００の一部の平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ１−Ａ２線に沿った、変形例２に係る半導体装置１００の一部の断面図である。
【００５２】
構成Ｃｔｍ２は、図２の構成Ｃｔ１と比較して、ワイヤＷ１が、Ａｌの代わりにＡｕで構成されている点のみが異なる。構成Ｃｔｍ２のそれ以外の構成は、構成Ｃｔ１と同様なので詳細な説明は繰り返さない。以下においては、Ａｕで構成されているワイヤＷ１を、「ワイヤＷ１ｃ」ともいう。構成Ｃｔｍ２におけるワイヤＷ１ｃの形状は、構成Ｃｔ１におけるワイヤＷ１の形状と同じである。
【００５３】
なお、構成Ｃｔｍ２においても、実施の形態１と同様に、前述の半導体製造方法Ｐｒが行われる。
【００５４】
本変形例によれば、ワイヤＷ１がＡｕで構成されていても、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００５５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態、各変形例を自由に組み合わせたり、実施の形態、各変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
３，３ｎ  はんだ、４，４Ａ，４Ｂ  基板、１００  半導体装置、Ｅ１  電極端子、Ｓ１  半導体チップ、Ｗ１，Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ  ワイヤ。
【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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