(57)【要約】【課題】はんだリフローにおいて、ベース板下面へのはんだ球の付着を防止する半導体製造方法及び製造装置を得ることを目的とする。【解決手段】加熱室２０内で、互いに離間した複数の突起２３とベース板４の下面とが接触するように複数の突起２３上に被処理物１００を載置し、被処理物１００を加熱してはんだが溶ける加熱工程を備えることを特徴とする。【選択図】図１０
2019162649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、前記ベース板の上面に搭載されるはんだと、前記はんだの上面に搭載される絶縁基板と、前記絶縁基板上に搭載される半導体素子とを有する被処理物を組立て、前記被処理物を加熱する前準備を行う組立準備工程と、
加熱室内で、互いに離間した複数の突起と前記ベース板の下面とが接触するように前記複数の突起上に前記被処理物を載置し、前記被処理物を加熱して前記はんだが溶ける加熱工程と、
前記加熱室内を減圧し、前記はんだが溶けた後に前記はんだ内の気泡を除去する脱泡工程と、
前記被処理物を冷却し、前記ベース板と前記絶縁基板とを接合する冷却工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程で、前記複数の突起上に前記被処理物を載置した後に、前記複数の突起の一部上面を前記加熱室内に露出した状態で前記被処理物を加熱することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
加熱室と、
前記加熱室内の下部に載置され、被処理物を加熱する第１熱源を有するヒータープレートと、
前記ヒータープレートに設けられ、前記被処理物と接する互いに離間した複数の突起と、
前記加熱室内の気圧を減圧し、前記はんだが溶けた後に前記はんだ内の気泡を除去する圧力制御部と、
を備える半導体製造装置。
【請求項４】
前記複数の突起は、前記被処理物と接する先端が丸いことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記複数の突起は、平面視において、一方向に並び、
前記一方向に対して垂直な方向に前記複数の突起が延在することを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記複数の突起は、平面視上において、行列状に配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記複数の突起は、平面視上において、千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記複数の突起と前記ヒータープレートとが一体に形成されていることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記加熱室内の上部に第２熱源を備えることを特徴とする請求項３から８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【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及び半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動や電力変換などの電力制御の分野では、パワーモジュールが広く利用されている。比較的大きな電流を扱うパワーモジュールは、セラミック基板の両面に導体パターンを設けた絶縁基板とベース板とをはんだを介して接合する。接合の際には、はんだリフロー法を利用して、絶縁基板と金属ベース板との間に板はんだを載置して加熱し、その後、冷却することにより接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−３９１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、はんだ付けをはんだリフロー法で実施する場合、ベース板を設置するステージがフラットであり、はんだ中のボイドが抜けると同時にはんだが飛散し、はんだ球としてステージ上に残ってしまうという問題点があった。
はんだ球がステージ上に残ると、パワーモジュールを順次、リフロー法で製造する際にベース板の下面にはんだ球が付着してしまう。パワーモジュールは、使用時にベース板下面に冷却フィンを密着させるが、ベース板下面にはんだが付着していると、冷却フィンとの密着性が悪く、はんだ付着がない場合に比べて放熱性が低下し、動作不良となる懸念が高まる。
【０００５】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、はんだリフローにおいて、ベース板下面へのはんだ球の付着を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ベース板と、ベース板の上面に搭載されるはんだと、はんだの上面に搭載される絶縁基板と、絶縁基板上に搭載される半導体素子とを有する被処理物を組立て、被処理物を加熱する前準備を行う組立準備工程と、加熱室内で、互いに離間した複数の突起とベース板の下面とが接触するように複数の突起上に被処理物を載置し、被処理物を加熱してはんだが溶ける加熱工程と、加熱室内を減圧し、はんだが溶けた後にはんだ内の気泡を除去する脱泡工程と、被処理物を冷却し、ベース板と絶縁基板とを接合する冷却工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、はんだリフローにおいて、互いに離間した複数の突起がベース板下面と接触するため、複数の突起が離間した空間にはんだ球が落下し、ベース板下面へのはんだ球の付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のはんだリフロー処理を行うはんだリフロー装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１のヒータープレート上の複数の突起の配置を示す平面図である。
【図３】実施の形態１のヒータープレート上の複数の突起の配置が行列状であることを示す平面図である。
【図４】実施の形態１のヒータープレート上の複数の突起の配置が千鳥状であることを示す平面図である。
【図５】実施の形態１のはんだリフローによる製造方法を示すフローチャート図である。
【図６】実施の形態１のはんだリフローを行う被処理物を示す断面図である。
【図７】実施の形態１のはんだリフローを行う被処理物を搬送するための搬送用冶具を示す平面図である。
【図８】実施の形態１の位置決め冶具を介して被処理物を搭載した搬送用冶具を示す平面図である。
【図９】実勢の形態１の搬送冶具に被処理物を搭載してはんだリフローを行うはんだリフロー装置を示す平面図である。
【図１０】実施の形態１のはんだリフローにおいて、搬送冶具に被処理物を搭載してはんだリフロー処理を行うはんだリフロー装置を示す断面図である。
【図１１】実勢の形態２の搬送冶具に被処理物を搭載してはんだリフローを行うはんだリフロー装置を示す平面図である。
【図１２】実施の形態２のはんだリフローにおいて、搬送冶具に被処理物を搭載してはんだリフローを行うはんだリフロー装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
本実施の形態である半導体装置の製造方法を行う半導体製造装置について図１を参照して説明する。
【００１０】
図１は、はんだリフローを行うはんだリフロー装置を示す断面図である。なお、図１以外の他図において、同一符号は同一又は相当部分を示す。はんだリフロー装置は、はんだリフローを行う加熱室２０を備える。
【００１１】
加熱室２０の内部には、被処理物１００を加熱する第１熱源を有するヒータープレート２２が設置されている。第１熱源は熱源であれば特に限定しない。ヒータープレート２２は、複数の突起２３を上面に備える。なお、複数の突起２３とヒータープレート２２とは分離可能に個別のパーツで形成されてもよく、分離不可能に一体として形成されていてもよい。
【００１２】
ヒータープレート２２及び複数の突起２３の材質はカーボンであり、突起の高さや幅に制限はないが、高さは５ｍｍ以上、幅は６ｍｍ以上が好ましい。また、複数の突起は、互いに離間しており、複数の突起間のピッチは、最低でも２ｍｍ以上の間を設けることが好ましい。このような構成とすることで、複数の突起が離間している空間において、はんだ球をトラップしやすくできる。なお、複数の突起の配置は、図２、図３、図４のように配置してもよい。
【００１３】
図２は、複数の突起の配置を示す平面図である。図２のとおり、平面視において、複数の突起は、一方向に並び、一方向に対して垂直な方向に複数の突起が延在する。
【００１４】
図３は、複数の突起の配置が行列状であることを示す平面図である。行列状とは、図３のとおり、平面視において、一方向に周期的に並んだ複数の列があり、複数の列を構成する複数の突起が周期的に複数の列が並ぶ一方向に対して垂直方向に並び、奇数列の突起と偶数列の突起とが複数の列が並ぶ一方向に並ぶことである。
【００１５】
図４は、複数の突起の配置が千鳥状であることを示す平面図である。千鳥状とは、図４のとおり、平面視において、一方向に周期的に並ぶ複数の列があり、複数の列を構成する複数の突起が周期的に一方向に対して垂直方向に並び、偶数列の突起が複数の列が並ぶ一方向に並び、奇数列の突起が複数の列が並ぶ一方向に並ぶことである。
【００１６】
本発明の説明では、図３の行列状を使用してはんだリフローについて説明する。また、加熱室２０内にはハロゲンランプ等の第２熱源２１が備えられていてもよく、加熱室２０の上部に第２熱源２１を備えることで被処理物１００の上部から加熱することができ、被処理物１００の加熱を効率的に行うことができる。
【００１７】
被処理物１００のはんだリフローによる製造方法について、図５を参照して説明する。図５は、はんだリフローによる製造方法を示すフローチャート図である。はんだリフローは、被処理物１００を組立てて被処理物を加熱する前準備を行う組立準備工程３０、被処理物１００を加熱室２０に投入する投入工程３１、被処理物１００を加熱する加熱工程３２、加熱室２０の内部を減圧する脱泡工程３３、被処理物１００を取り出して冷却する冷却工程３４の順に処理が行われる。
【００１８】
まず、被処理物１００の組立準備工程３０について図６〜８を参照して説明する。図６は、被処理物１００の断面図を示す図である。被処理物１００において、半導体素子１は、はんだ３ａを介して絶縁基板２の上面に接する。半導体素子１は、スイッチング素子やダイオードであればよく、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＰＮダイオード等でもあってもよい。さらに、半導体素子の個数は、図７に示すとおり、当然ながら一つに限定されるものではなく、二つ以上（例えば、半導体素子１ａ，１ｂ）で２ｉｎ１や６ｉｎ１等のモジュールを構成してもよい。
【００１９】
絶縁基板２は、導体パターン２ａ、絶縁層２ｂ、導体パターン２ｃによって構成されている。絶縁層２ｂは、導体２ａの上に設けられている。導体パターン２ｃは、絶縁層２ｂの上に設けられている。導体パターン２ａと導体パターン２ｃとは例えば、銅によって形成されている。絶縁層２ｂは、パワーモジュールの外部との電気的絶縁を確保し、例えば、無機セラミック材料で形成してもよいし、セラミック粉末をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の中に分散した材料で形成してもよい。絶縁基板２は、はんだ３ｂを介してベース板４の上面に接する。なお、はんだは導電性であれば良く、また、板はんだであれば被処理物１００を形成しやすい。
【００２０】
被処理物１００を加熱室２０へ搬送する搬送用冶具１１について説明する。図７は、はんだリフローを行う被処理物１００を搬送するための搬送用冶具１１を示す平面図である。搬送用冶具１１は、凸部１２を有しており、凸部１２によって被処理物１００のベース板４を搬送用冶具１１に固定する。
【００２１】
続いて、被処理物１００を構成する部材を位置決めする位置決め冶具１３について説明する。図８は、位置決め冶具１３を介して被処理物１００を搭載した搬送用冶具１１を示す平面図である。図８では、位置決め冶具１３の下に被処理物１００（図示しない）が配置され、被処理物１００は、搬送用冶具１１に搭載されている。位置決め冶具１３は、被処理物１００を構成する部材（例えば、半導体素子１等）をベース板４上に位置決めして搭載するために使用される。なお、位置決め冶具１３は、位置決めする構成部材に併せて、複数個使用してもよい。また、被処理物１００の個数は、一つに限定されるものではなく、二つ以上であってもよい。
【００２２】
次に、投入工程３１と加熱工程３２について図９、図１０を参照して説明する。図９は、搬送冶具１１に被処理物１００を搭載してはんだリフローを行うはんだリフロー装置を示す平面図である。図１０は、図９の被処理物１００とヒータープレート２２のＡ−Ａ’断面に対応するはんだリフロー装置を示す断面図である。
【００２３】
搬送冶具１１により加熱室２０に搬入された被処理物１００は、ベース板４がヒータープレート２２の複数の突起２３と接するように搭載される。
【００２４】
投入工程３１の後は、加熱工程３２である。加熱工程３２では、ヒータープレート２２の第１熱源によって加熱された被処理物１００のはんだ３（３ａ、３ｂ）が溶融する。
【００２５】
加熱工程３２の後は、加熱室２０の内部を真空ポンプ等の圧力制御部（図示なし）により減圧し、溶融したはんだ３内の気泡を除去する脱泡工程３３を行う。脱泡工程３３では、減圧することで溶融したはんだ３の一部が飛散しはんだ球が発生する。
【００２６】
本発明では、ヒータープレート２２の上面に位置する互いに離間した複数の突起２３の上面とベース板４の下面とを接触して加熱しており、離間した複数の突起２３の間にできた空間へはんだ球が落ちるため、ベース板４と複数の突起２３とが接触する位置にはんだ球が残らない。従って、ベース板４の下面にはんだ球が付着することを抑制することができる。なお、複数の突起２３の各々の突起間に落ちたはんだ球は、定期的にはんだ球を吸い取ることで除去される。
【００２７】
また、複数の突起２３上に被処理物１００が載置された後に、加熱工程において、複数の突起２３の一部上面が加熱室２０内に露出された状態で被処理物１００を加熱してもよい。複数の突起２３の一部が、加熱室２０内に露出することで、はんだ球が、互いに離間した複数の突起２３の間できた空間に落ち易くなり、ベース板４の下面にはんだ球が付着することをさらに抑制することができる。
【００２８】
脱泡工程３３の後は、冷却工程３４である。冷却工程３４では、加熱室２０から搬送冶具１１を用いて被処理物１００を取り出し、冷却器によって一定温度で冷却することによりはんだ３を固化させる等の冷却処理が行われる。冷却工程３４によって、ベース板４と絶縁基板２と半導体素子１とがはんだ３を介して接合される。
なお、冷却工程は、加熱された状態から温度が下がる方法であれば特に限定なく、冷却室を別途設けて、室温を加熱室の温度以下に下げて冷却してもよく、室温以下に加熱室の温度を下げて冷却してもよい。また、加熱室から被処理物を取り出して、室温状態で放置して自然に室温へ戻してもよい。
【００２９】
本実施の形態１によれば、はんだリフローによる製造方法において、ヒータープレート２２の上面に位置する互いに離間した複数の突起２３がベース板４と接触するため、離間してできた空間にはんだ球が落下し、ベース板４下面へのはんだ球の付着を防止できるという効果を奏する。
【００３０】
また、複数の突起２３上に被処理物１００が載置された後に、加熱工程において、複数の突起２３の一部が、加熱室２０内に露出することで、はんだ球が、互いに離間した複数の突起２３の間できた空間に落ち易くなり、ベース板４の下面にはんだ球が付着することをさらに抑制するという効果を奏する。
【００３１】
実施の形態２
実施の形態２について説明する。図１１は、実施の形態２のはんだリフローを行うはんだリフロー装置を示す平面図であり、図１２は、図１１の被処理物１００とヒータープレート２２のＡ−Ａ’断面に対応する断面図である。実施の形態２の複数の突起２４の先端は角がないように丸く形成されている。
【００３２】
実施の形態２によれば、複数の突起２４の先端は丸く形成されているため、はんだリフロー時に発生するはんだ球が上面にとどまらずに、互いに離間した複数の突起２４が、離間してできた空間に、はんだ球を効率よく落とすことができる。従って、はんだリフロー時において、ヒータープレート２２の上面に位置する互いに離間した複数の突起２４がベース板４の下面と接触するため、ベース板４下面へのはんだ球の付着を防止できるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００３３】
１（１ａ、１ｂ）  半導体素子、２  絶縁基板、２ａ  導体パターン、２ｂ  絶縁層、２ｃ  導体パターン、３（３ａ、３ｂ）  はんだ、４  ベース板、１１  搬送用冶具、１２  凸部、１３  位置決め冶具、２０  加熱室、２１  ヒーター、２２  ヒータープレート、２３  突起部、２４  突起部、３０  組立準備工程、３１  投入工程、３２  加熱工程、３３  脱泡工程、３４  冷却工程、１００  被処理物
【図１】
2019162649.tif 000003
【図２】
2019162649.tif 000004
【図３】
2019162649.tif 000005
【図４】
2019162649.tif 000006
【図５】
2019162649.tif 000007
【図６】
2019162649.tif 000008
【図７】
2019162649.tif 000009
【図８】
2019162649.tif 000010
【図９】
2019162649.tif 000011
【図１０】
2019162649.tif 000012
【図１１】
2019162649.tif 000013
【図１２】
2019162649.tif 000014