(57)【要約】【課題】第１の金属板、半導体素子、金属ブロック、第２の金属板を順次積層し、これら各部の間を、はんだを介して接合してなる半導体装置の製造方法において、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減する。【解決手段】積層体１００における両金属板２０、３０の外面２２、２３を治具２００、３００で支持してはんだ付けを行う接合工程において、第２の治具３００における第２の金属板３０の外面３２に接触する接触面３１０を、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重ならない位置には設けないようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子（１０）と、
前記半導体素子（１０）の一面に第１のはんだ層（５１）を介して接合され、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属板（２０）と、
前記半導体素子（１０）の他面に第２のはんだ層（５２）を介して接合された金属ブロック（４０）と、
前記金属ブロック（４０）における前記半導体素子（１０）側の面とは反対側の面に第３のはんだ層（５３）を介して接合され、電極と放熱体とを兼ねる第２の金属板（３０）と、を備え、
前記第１の金属板（２０）および前記第２の金属板（３０）は、前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）よりも平面サイズが大きい半導体装置の製造方法において、
前記第１の金属板（２０）、前記第１のはんだ層（５１）、前記半導体素子（１０）、前記第２のはんだ層（５２）、前記金属ブロック（４０）、前記第３のはんだ層（５３）、前記第２の金属板（３０）を順次積層してなる積層体（１００）を形成し、
前記積層体（１００）における前記第１の金属板（２０）の外面（２２）を第１の治具（２００）に接触させて支持するとともに、前記第２の金属板（３０）の外面（３２）を第２の治具（３００）に接触させて支持した状態で、前記各はんだ層（５１〜５３）を介してはんだ付けを行う接合工程を備え、
前記第１の治具（２００）における前記第１の金属板（２０）の前記外面（２２）に接触する接触面（２１０）、および、前記第２の治具（３００）における前記第２の金属板（３０）の前記外面（３２）に接触する接触面（３１０）のうち少なくとも一方の接触面（２１０、３１０）を、前記積層体（１００）のうち前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに、前記積層体（１００）のうち前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）が積層されている部位と重ならない位置には設けないようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記接合工程において、前記積層体（１００）の積層方向から眺めたとき、前記少なくとも一方の接触面（２１０、３１０）を、前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）のうち平面サイズの小さい方の外形の範囲内に位置させることにより、
前記少なくとも一方の接触面（２１０、３１０）を、前記積層体（１００）のうち前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）が積層されている部位と重なる位置にのみ設け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】
前記少なくとも一方の接触面（２１０、３１０）の幅（Ｗ１）を、前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）のうち小さい方の幅（Ｗ２）よりも小さいものとし、
前記接合工程では、前記少なくとも一方の接触面（２１０、３１０）を、前記積層体（１００）の積層方向から眺めたとき、当該小さい方の幅（Ｗ２）の内部に収まるように位置させ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４】
前記少なくとも一方の接触面（３１０）は、前記第２の金属板（３０）の前記外面（３２）に接触する前記第２の治具（３００）における接触面（３１０）であり、
前記第２の金属板（３０）の内面（３１）のうち前記金属ブロック（４０）の配置領域の外周には、前記第３のはんだ層（５３）からはみだした余剰のはんだを吸収する環状の溝（８０）が設けられており、
前記接合工程では、前記前記第２の治具（３００）における接触面（３１０）を、前記積層体（１００）の積層方向から眺めたとき、前記溝（８０）の内周に位置させるようにすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子（１０）は、複数個設けられたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体素子（１０）は３個以上設けられたものであって、３個の前記半導体素子（１０）が同一直線上には配置されていないことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体素子（１０）と、
前記半導体素子（１０）の一面に第１のはんだ層（５１）を介して接合され、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属板（２０）と、
前記半導体素子（１０）の他面に第２のはんだ層（５２）を介して接合された金属ブロック（４０）と、
前記金属ブロック（４０）における前記半導体素子（１０）側の面とは反対側の面に第３のはんだ層（５３）を介して接合され、電極と放熱体とを兼ねる第２の金属板（３０）と、を備え、
前記第１の金属板（２０）および前記第２の金属板（３０）は、前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）よりも平面サイズが大きい半導体装置の製造方法において、
前記第１の金属板（２０）、前記第１のはんだ層（５１）、前記半導体素子（１０）、前記第２のはんだ層（５２）、前記金属ブロック（４０）、前記第３のはんだ層（５３）、前記第２の金属板（３０）を順次積層してなる積層体（１００）を形成し、
前記積層体（１００）における前記第１の金属板（２０）の外面（２２）を第１の治具（２００）に接触させて支持するとともに、前記第２の金属板（３０）の外面（３２）を第２の治具（３００）に接触させて支持した状態で、前記各はんだ層（５１〜５３）を介してはんだ付けを行う接合工程を備え、
前記接合工程では、前記両金属板（２０、３０）の間において前記半導体素子（１０）および前記金属ブロック（４０）の外側の近傍に、両金属板（２０、３０）の内面（２１、３１）に接触して両金属板（２０、３０）の間隔を保持するとともに前記両金属板（２０、３０）、前記半導体素子（１０）、前記金属ブロック（４０）および前記各はんだ層（５１〜５３）よりも熱膨張率の高い保持部材（４００）を介在させた状態で、前記はんだ付けを行う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、第１の金属板、半導体素子、金属ブロック、第２の金属板を順次積層し、これら各部の間を、はんだを介して接合してなる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の半導体装置として、半導体素子と、半導体素子の一面に第１のはんだ層を介して接合され電極と放熱体とを兼ねる第１の金属板と、半導体素子の他面に第２のはんだ層を介して接合された金属ブロックと、金属ブロックにおける半導体素子側の面とは反対側の面に第３のはんだ層を介して接合され電極と放熱体とを兼ねる第２の金属板と、を備えるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような半導体装置は、第１の金属板と半導体素子との間、半導体素子と金属ブロックとの間、金属ブロックと第２の金属板との間にそれぞれ、はんだ箔としてのはんだ層を配置した後、はんだの融点以上に昇温することによりはんだを溶かし、各部品の接合を行うことで製造される。
【０００４】
また、上記特許文献１に記載の半導体装置では、半導体素子を接合する第１および第２のはんだ層について、当該はんだ層の中に金属の球状粒子を埋設することにより、これらはんだ層の厚さを一定のものに保持している。
【０００５】
また、同文献では、金属ブロックと第２の金属板とを接合する第３のはんだ層について、このはんだ量を過剰に供給することによって、積層体の寸法公差による装置体格のばらつきを適切に防止している。また、はみ出した余剰はんだは、第２の金属板に溝を設けることによって吸収し、装置全体の寸法を調整する手段が用いられている。
【特許文献１】特開２００５−１３６０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８は、本発明者が従来技術に基づいて試作した製造方法におけるはんだの接合工程を示す工程図である。
【０００７】
この場合、第１の金属板２０、第１のはんだ層５１、半導体素子１０、第２のはんだ層５２、金属ブロック４０、第３のはんだ層５３、第２の金属板３０を順次積層してなる積層体１００を形成する。
【０００８】
そして、この積層体１００における第１の金属板２０の外面２２を第１の治具２００の接触面２１０に接触させて支持するとともに、第２の金属板３０の外面３２を第２の治具３００の接触面３１０に接触させて支持した状態で、各はんだ層５１〜５３をリフローさせてはんだ付けを行うことにより製造される。
【０００９】
ここで、積層体１００の各部品の公差を吸収するために、必ずはんだ量を過剰に供給しなければならない。特に、この種の半導体装置では、各金属板２０、３０の平面サイズが、それ以外の積層部品１０、４０よりも大きいため、反りやすく、また、その反りの程度も大きい。そのため、積層時には、この金属板２０、３０の反りによる公差の影響が大きく、これを吸収するために、はんだの供給量を多くせざるを得ない。
【００１０】
ここで、今後、半導体装置における放熱性の向上や電流定格の増大といった要望に合わせて、金属板２０、３０の平面サイズが大きくなることが想定され、従来のままでは、金属板２０、３０の反りの影響も大きくなると予想される。
【００１１】
そして、金属板２０、３０の反りの影響が大きくなると、更なるはんだ量の増大により、はんだ層５１が半導体素子１０まであふれてきたり、はんだ層５１〜５３の厚さが増加して熱抵抗が高くなったりすることが予想される。
【００１２】
また、上記特許文献１のように、金属板３０にはんだ吸収用の溝８０（図８参照）を設ける場合には、その溝形状の拡大による歪みにより金属板の反りが増大したり、はんだ付け領域よりも先に溝８０にはんだがまわってしまい、はんだ付け領域におけるはんだの不足が発生したりするなどの不具合も予想される。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、第１の金属板、半導体素子、金属ブロック、第２の金属板を順次積層し、これら各部の間を、はんだを介して接合してなる半導体装置の製造方法において、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、積層体（１００）における両金属板（２０、３０）の外面（２２、２３）を治具（２００、３００）で支持してはんだ付けを行う接合工程において、第１の治具（２００）における第１の金属板（２０）の外面（２２）に接触する接触面（２１０）、および、第２の治具（３００）における第２の金属板（３０）の外面（３２）に接触する接触面（３１０）のうち少なくとも一方の接触面（２１０）を、積層体（１００）のうち半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに、積層体（１００）のうち半導体素子（１０）および金属ブロック（２０）が積層されている部位と重ならない位置には設けないようにすることを、第１の特徴とする。
【００１５】
それによれば、接合工程にて、当該少なくとも一方の接触面（３１０）を有する治具（３００）は、当該少なくとも一方の接触面（３１０）が接触するべき金属板（３０）に対して、積層体（１００）のうち半導体素子（１０）および金属ブロック（２０）が積層されている部位と重なる位置では接触し、当該積層されている部位と重ならない位置では接触しないものとなる。
【００１６】
そのため、従来のように、積層体（１００）において両金属板（２０、３０）の全体を支持するのではなく、実質的に半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）の存在する部位と重なる部分のみを、両治具（２００、３００）によって支持した状態で、はんだ付けを行うことになるため、金属板の反りによる寸法公差を実質的に排除した形となる。よって、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。
【００１７】
ここで、上記接合工程において、積層体（１００）の積層方向から眺めたとき、上記少なくとも一方の接触面（３１０）を、半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）のうち平面サイズの小さい方の外形の範囲内に位置させることにより、上記少なくとも一方の接触面（３１０）を、積層体（１００）のうち半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）が積層されている部位と重なる位置にのみ設けてもよい。
【００１８】
また、上記少なくとも一方の接触面（３１０）の幅（Ｗ１）を、半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）のうち小さい方の幅（Ｗ２）よりも小さいものとし、上記接合工程では、上記少なくとも一方の接触面（３１０）を、積層体（１００）の積層方向から眺めたとき、当該小さい方の幅（Ｗ２）の内部に収まるように位置させてもよい。
【００１９】
それによれば、積層体（１００）のうち実質的に半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）の存在する部位と重なる部分のみが両治具（２００、３００）によって支持された状態を、実現する上で好ましい。
【００２０】
また、第２の金属板（３０）の内面（３２）のうち金属ブロック（４０）の配置領域の外周に、第３のはんだ層（５３）からはみだした余剰のはんだを吸収する環状の溝（８０）を設けた場合においては、第２の金属板（３０）の外面（３２）のうちこの溝（８０）に対応する部位には、当該溝（８０）の形成による膨らみ（８１）が存在する可能性が多い。
【００２１】
そのとうな場合においては、第２の金属板（３０）の外面（３２）に接触する第２の治具（３００）における接触面（３１０）を、積層体（１００）の積層方向から眺めたとき溝（８０）の内周に位置させるようにすれば、そのような膨らみ（８１）が当該接触面（３１０）に接触しないようにできるため、当該膨らみ（８１）の公差の影響を排除することができる。
【００２２】
また、半導体素子（１０）は複数個でもよいが、特に半導体素子（１０）が３個以上設けられている場合、当該３個の半導体素子（１０）が同一直線上に配置されていると、この３個の半導体素子（１０）と重なる位置に上記接触面を設けることになるが、この場合、金属板の反りにより３個の接触面のうちの１個にて接触が行われなくなるおそれがある。この点を考慮すれば、３個の半導体素子（１０）が同一直線上には配置されていないことが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、積層体（１００）における両金属板（２０、３０）の外面（２２、２３）を治具（２００、３００）で支持してはんだ付けを行う接合工程において、両金属板（２０、３０）の間において半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）の外側の近傍に、両金属板（２０、３０）の内面（２１、３１）に接触して両金属板（２０、３０）の間隔を保持するとともに両金属板（２０、３０）、半導体素子（１０）、金属ブロック（４０）および各はんだ層（５１〜５３）よりも熱膨張率の高い保持部材（４００）を介在させた状態で、はんだ付けを行うことを、第２の特徴とする。
【００２４】
それによれば、半導体素子（１０）および金属ブロック（４０）の近傍にて保持部材（４００）により両金属板（２０、３０）の間隔を保持してはんだ付けを行うため、実質的に半導体素子（１０）および、金属ブロック（４０）の存在する部位と重なる部分のみを、両治具（２００、３００）によって支持した状態で、はんだ付けを行うことになる。そのため、両金属板の反りによる寸法公差を実質的に排除した形となり、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。
【００２５】
また、保持部材（４００）を、両金属板（２０、３０）、半導体素子（１０）、金属ブロック（４０）および各はんだ層（５１〜５３）よりも熱膨張率の高いものとすることで、はんだ付け後に保持部材（４００）を取り除きやすくなる。
【００２６】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。図１に示されるように、本実施形態の半導体装置Ｓ１は、半導体素子１０と、第１の金属板２０と、第２の金属板３０と、金属ブロック４０と、これらの間に介在する各はんだ層５１、５２、５３とを備えて構成されている。
【００２９】
この構成の場合、第１の金属板２０および第２の金属板３０は、金属よりなる板状のものであり、両金属板２０、３０は、互いの内面２１、３１を対向させ、外面２２、３２を外側に向けた状態で対向して配置されている。
【００３０】
そして、第１の金属板２０と第２の金属板３０との間には、第１の金属板２０側から第２の金属板３０側へ向かって、はんだ層５１〜５３を介して半導体素子１０、金属ブロック４０が順次積層されている。
【００３１】
ここで、各部間に介在する各はんだ層５１〜５３は、鉛フリーはんだなどの一般的な共晶はんだ材料により構成されている。具体的には、半導体素子１０の一面（図１中の半導体素子１０の下面）と第１の金属板２０の内面２１との間は、第１のはんだ層５１によって接合されている。
【００３２】
また、半導体素子１０の一面とは反対側の他面（図１中の半導体素子１０の上面）と金属ブロック４０との間は、第２のはんだ層５２によって接合されている。さらに、金属ブロック４０と第２の金属板３０の内面３２との間は、第３のはんだ層５３によって接合されている。
【００３３】
これにより、上記構成においては、半導体素子１０の一面では、第１のはんだ層５１から第１の金属板２０を介して放熱が行われ、半導体素子１０の他面では、第２のはんだ層５２、金属ブロック４０、第３のはんだ層５３および第２の金属板３０を介して放熱が行われる構成となっている。
【００３４】
半導体素子１０としては、その一面と他面とに第1の金属板２０、金属ブロック４０をはんだ付けできるものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態の半導体素子１０としては、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成することができる。この半導体素子１０の形状は、この種の一般的な半導体装置と同様に、矩形板状のものにできる。
【００３５】
また、第１の金属板２０、第２の金属板３０および金属ブロック４０は、たとえば銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されている。また、金属ブロック４０としては、一般的な鉄合金を用いてもよい。
【００３６】
このように半導体素子１０の両面を各金属体２０、４０で挟んだ構成の場合、第１の金属板２０および第２の金属板３０は、半導体素子１０における図示しない各電極（たとえば、コレクタ電極やエミッタ電極等）に対して、はんだ層５１、５２、５３や金属ブロック４０を介して電気的にも接続されている。
【００３７】
また、第１の金属板２０は、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材として構成されている。また、この第１の金属板２０には、端子部２３が図１中の左方へ向けて延びるように突設されている。
【００３８】
また、本実施形態では、金属ブロック４０は半導体素子１０よりも平面サイズが小さいものであり、この種の一般的な半導体装置と同様に、半導体素子１０よりも１回り小さい程度の大きさの矩形状の板材として構成されている。そして、金属ブロック４０は、半導体素子１０の外周端部の内側に収まるように配置されている（図１および後述の図２（ｂ）参照）。
【００３９】
なお、この金属ブロック４０は、半導体素子１０と第２の金属板３０とを電気的に接続する電極として機能するとともに、半導体素子１０と後述する制御端子６０との間のワイヤボンディングを行うにあたって、ボンディングワイヤ７０の高さを維持するために、半導体素子１０の他面と第２の金属板３０の内面３２との間の高さを確保する役目を果たしている。
【００４０】
さらに、第２の金属板３０も、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材で構成されており、端子部３３が図１中の左方へ向けて延びるように突設されている。ここで、第１の金属板２０の端子部２３および第２の金属板３０の端子部３３は、それぞれ、図示しない外部配線部材などに接続される部位であり、それによって、半導体装置Ｓ１と外部との接続が行われるようになっている。
【００４１】
つまり、第１の金属板２０および第２の金属板３０は、それぞれ、電極と放熱体とを兼ねるものであって、半導体装置Ｓ１において半導体素子１０からの放熱を行う機能を有するとともに半導体素子１０の電極としての機能も有する。
【００４２】
また、第１の金属板２０および第２の金属板３０は、半導体素子１０および金属ブロック４０よりも平面サイズが大きく、半導体素子１０の外周端部および金属ブロック４０の外周端部から両金属板２０、３０の周辺部がはみ出している。
【００４３】
また、半導体素子１０の周囲には、リードフレームよりなる上記制御端子６０が設けられている。そして、半導体素子１０と制御端子６０とは、上記ワイヤ７０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ７０はワイヤボンディング等により形成され、金やアルミ等からなるものである。
【００４４】
また、この半導体装置Ｓ１においては、第２の金属板３０の内面３２のうち金属ブロック４０の配置領域の外周には、環状の溝８０が設けられている。この溝８０は、プレス加工や切削加工等により形成された溝である。そして、溝８０は、第３のはんだ層５３からはみ出した余剰のはんだを吸収するための手段、すなわち、余剰はんだ吸収手段として構成されている。
【００４５】
次に、上記した構成を有する本実施形態の半導体装置Ｓ１の製造方法について、図２を参照して説明する。
【００４６】
図２は、本製造方法における積層体１００の接合工程を示す工程図であり、（ａ）は治具２００、３００に積層体１００をセットした状態の概略断面図、（ｂ）は（ａ）において第２の金属板３０の内面３２および第２の治具３００を積層体１００の積層方向から眺めた概略平面図である。なお、図２（ｂ）には、半導体素子１０および金属ブロック４０の外形を破線にて示してある。
【００４７】
まず、図２（ａ）に示されるように、第１の金属板２０、第１のはんだ層５１、半導体素子１０、第２のはんだ層５２、金属ブロック４０、第３のはんだ層５３、第２の金属板３０を順次積層してなる積層体１００を形成する（積層体形成工程）。
【００４８】
この積層体形成工程は、具体的には、まず、第１の金属板２０の内面２１に、半導体素子１０および金属ブロック４０をはんだ付けする。この場合、第１の金属板２０の内面２１に、はんだ箔としての第１のはんだ層５１を介して半導体素子１０を積層するとともに、この半導体素子１０の上に、はんだ箔としての第２のはんだ層５２を介して金属ブロック４０を積層する。
【００４９】
この後、加熱装置（リフロー装置）によって、上記はんだ箔としての各はんだ層５１、５２を溶融させてから、硬化させる。この硬化により、半導体素子１０の一面（図２（ａ）中の半導体素子１０の上面）と第１の金属板２０の内面２１とは、第１のはんだ層５１によって接合され、一方、半導体素子１０の他面（図２（ａ）中の半導体素子１０の下面）と金属ブロック４０とは、第２のはんだ層５２によって接合される。
【００５０】
続いて、半導体素子１０の信号端子（例えばゲートパッド等）と制御端子６０とをワイヤボンディングする。これにより、ワイヤ７０によって半導体素子１０の当該信号端子と制御端子６０とが結線され電気的に接続される。なお、上記図２および後述する各工程図では制御端子６０およびワイヤ７０は省略してある。
【００５１】
次いで、金属ブロック４０と第２の金属板３０とをはんだ付けする。この場合、金属ブロック４０は、第１の金属板２０および半導体素子１０が付いており且つ上記ワイヤボンディングされた状態のものである。
【００５２】
そして、この金属ブロック４０を、はんだ箔としての第３のはんだ層５３を介して第２の金属板３０の内面３１に搭載する。こうして、上記積層体１００が形成される。ここまでが積層体形成工程である。
【００５３】
次に、図２（ａ）に示されるように、この積層体１００の両金属板２０、３０の外側に治具２００、３００をセットして、接合工程を行う。ここでは、積層体１００における第１の金属板２０の外面２２を第１の治具２００に接触させて支持する。また、一方、積層体１００における第２の金属板３０の外面３２を第２の治具３００に接触させて支持する。なお、これら治具２００、３００は、たとえば鉄系金属などよりなる。
【００５４】
ここにおいて、本実施形態では、第２の金属板３０の外面３２を支持する第２の治具３００に改良を加えたものとし、この第２の治具３００を第１の治具２００とともに用いて、接合工程を行っている。
【００５５】
つまり、第２の治具３００における第２の金属板３０の外面３２に接触する接触面３１０を、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重ならない位置には設けないようにしている。
【００５６】
それにより、接合工程では、第２の治具３００は、この第２のジグ３００における接触面３１０が接触するべき第２の金属板３０に対して、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重なる位置では接触し、当該積層されている部位と重ならない位置では接触しないようにしている。
【００５７】
ここで、図２（ｂ）には、第２の金属板３０の内面３１上に配置された半導体素子１０および金属ブロック４０の外形が破線で示されており、上述したように、半導体素子１０の方が金属ブロック４０よりも平面サイズが大きい。
【００５８】
そして、第２の治具３００における接触面３１０が積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置であることとは、すなわち、積層方向から眺めたとき当該接触面３１０が図２（ｂ）中の小さい方の金属ブロック４０の外形と重なる位置にあることを意味する。つまり、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位とは、積層体１００における積層方向への金属ブロック４０の投影と重なる部位である。
【００５９】
また、図２（ｂ）に示されるように、第２の治具３００における接触面３１０は、その周囲から突出した面となっており、当該接触面３１０の周囲は当該接触面３１０よりも凹んだ面となっている。
【００６０】
それにより、この凹んだ面は、第２の金属板３０の外面３２とは接触しない面となっている。こうして、第２の治具３００における接触面３１０は、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重ならない位置には設けられていない構成とされている。
【００６１】
また、図２に示されるように、第２の治具３００における接触面３１０およびその周囲の上記凹んだ面の外側には、積層体１００における第１の金属板２０の内面２１に接触して積層体１００を支持する支持部３２０が設けられている。
【００６２】
また、第１の治具２００における接触面２１０は、積層体１００のうち第１の金属板２０の外面２２の全面に接触するように平坦な面となっている。そして、図２（ａ）に示されるように、積層体１００の両金属板２０、３０の外側から両治具２００、３００により、積層体１００を挟み付け、このものを加熱装置にセットし、上記各はんだ層５１〜５３をリフローさせて、はんだ付けを行う。
【００６３】
このとき、支持部３２０により積層体１００の高さが確保される。なお、治具２００、３００としては、この支持部３２０が無くてもよい。その場合には、ネジ止めなどにより両治具２００、３００を固定することで両治具２００、３００の間隔を一定に保持して、はんだリフローを行えば、積層体１００の高さを確保できる。
【００６４】
こうして、各はんだ層５１、５２、５３を介して、第１の金属板２０、半導体素子１０、金属ブロック４０、第２の金属板３０間の接合および電気的・熱的接続が完了する。 そして、この接合工程の完了に伴い、上記図１に示されるような本実施形態の半導体装置Ｓ１が完成する。
【００６５】
ところで、本実施形態では、接合工程において、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重なる位置では、第２の治具３００は第２の金属板３０の外面３２に接触しているが、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重ならない位置では、第２の治具３００は第２の金属板３０の外面３２には接触しないようになっている。
【００６６】
ちなみに、従来の接合工程では、上記図８に示したように、第２の治具３００における接触面３１０は、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置、および当該部位と重ならない位置、すなわち積層体１００の全体に接触するように設けられていた。
【００６７】
それに対して、本実施形態の接合工程では、はんだ付けに必要な半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位、すなわち積層方向においてはんだ層５１〜５３が存在する部位では、両金属板２０、３０は両治具２００、３００に挟み付けられた状態で支持されるが、半導体素子１０および金属ブロック４０が存在しない部位では、第２の金属板３０はフリーの状態となる。
【００６８】
そして、半導体素子１０および金属ブロック４０が存在しない部位では、第２の金属板３０が反ったとしても、その反りの部分は第２の治具３００に接触しないため、その反りの影響をほとんど受けない。
【００６９】
そのため、積層する部品の公差から金属体の反りによる公差を実質的に除外できる。よって、本実施形態によれば、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。
【００７０】
また、上記接合工程において、第２の治具３００における接触面３１０が半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置であることとは、当該接触面３１０の一部が図２（ｂ）中の金属ブロック４０の外形に重なっていればよい。つまり、当該接触面３１０の残部は、半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位からはみ出し、半導体素子１０および金属ブロック２０とは重ならない位置にあってもよい。
【００７１】
しかし、本実施形態の接合工程においては、第２の治具３００における接触面３１０は、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置にのみ設けるようにしている。
【００７２】
すなわち、図２（ｂ）に示されるように、積層体１００の積層方向から眺めたとき、第２の治具３００における接触面３１０は、半導体素子１０および金属ブロック４０のうち平面サイズの小さい方である金属ブロック４０の外形の範囲内に位置するように配置されている。
【００７３】
このように、第２の治具３００における接触面３１０を金属ブロック４０の外形の内部に収めることにより、当該接触面３１０の全体が半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置にあるものとしている。
【００７４】
それによれば、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０の存在する部位と重なる部分のみが、両治具２００、３００によって支持された状態を、完全な形で実現できる。
【００７５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法における接合工程の要部を示す工程図であり、治具２００、３００に積層体１００をセットした状態において第２の金属板３０の内面３２および第２の治具２００を積層体１００の積層方向から眺めた概略平面図である。なお、図３には、半導体素子１０および金属ブロック４０の外形を破線にて示してあり、図３に示されていない部分は、本実施形態においても上記した図２と同様のものである。
【００７６】
本実施形態の製造方法においても、上記第１実施形態と同様の積層体形成工程を行い、その後は、接合工程を行う。
【００７７】
本実施形態においても、第２の治具３００における接触面３１０が積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に部分的に設けられている。そのため、上記第１実施形態と同様に、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。
【００７８】
ここで、本実施形態では、図３に示されるように、第２の治具３００における接触面３１０の全体ではなく、一部が金属ブロック４０の外形に重なっており、当該接触面３１０の残部は、半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位と重ならない位置にあるものである。
【００７９】
具体的には、上記図２に示される第２の治具３００における接触面３１０が、第２の治具３００の中央部に孤立して設けられた島状のものであったのに対し、図３に示されるように、本実施形態の第２の治具３００における接触面３１０は、第２の治具３００の周辺部とつながる面として構成されている。
【００８０】
そのため、図３に示されるように、当該接触面３１０のうち第２の金属板３０の短手方向（図３中の上下方向）に沿った端部は、金属ブロック４０の外形、すなわち半導体素子１０および金属ブロック２０が積層されている部位からはみ出しており、当該積層されている部位と重ならない位置にある。
【００８１】
しかし、本実施形態では、上記短手方向に比べて大きな反りが発生しやすい第２の金属板３０の長手方向（図３中の左右方向）においては、第２の治具３００における接触面３１０の幅Ｗ１は、金属ブロック４０の幅Ｗ２よりも小さいものであり、積層方向から眺めたとき当該接触面３１０は、金属ブロック４０の幅Ｗ２の内部に収まるように位置している。
【００８２】
そして、接合工程では、この状態ではんだ付けを行うため、第２の金属板３０の長手方向においては、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０の存在する部位と重なる部分のみが両治具２００、３００によって支持された状態となり、特に当該長手方向の反りの影響を抑制することができる。
【００８３】
そして、本実施形態の製造方法においても、上記図１に示されるものと同様の半導体装置Ｓ１ができあがる。なお、本実施形態と同様の第２の治具３００における接触面３１０の幅と金属ブロック４０の幅との関係は、上記図２に示したように上記第１実施形態においても実現されることはもちろんである。
【００８４】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法における積層体１００の接合工程を示す工程図であり、（ａ）は治具２００、３００に積層体１００をセットした状態の概略断面図、（ｂ）は（ａ）において第２の金属板３０の内面３２および第２の治具２００を積層体１００の積層方向から眺めた概略平面図である。
【００８５】
上記したはんだ吸収用の溝８０がプレス加工で形成されるような場合には、当該溝８０に対応する第２の金属板３０の外面３２の部分には、図４（ａ）に示されるように、溝８０の形成による膨らみ８１が存在することが多い。そして、このような膨らみ８１は積層体の寸法公差に影響する。
【００８６】
本実施形態の接合工程では、第２の治具３００として上記図２に示されるものと同じようなものを採用しているが、特に、本実施形態では、図２に示されるように、第２の治具３００における接触面３１０を、積層体１００の積層方向から眺めたとき溝８０の内周に位置させるようにする。
【００８７】
それによれば、接合工程において、第２の金属板３０の外面３２の膨らみ８１が、第２の治具３００における接触面３１０に接触しないため、この膨らみ８１の公差の影響を排除することができる。
【００８８】
なお、図４（ａ）に示されるように、本実施形態においても、第２の治具３００における接触面３１０が積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に部分的に設けられているため、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。つまり、本実施形態は、上記第１実施形態の製造方法に加えて、上記したような接触面３１０と溝８０との位置関係を規定した製造方法を提供するものである。
【００８９】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す概略斜視図であり、本実施形態の接合工程における積層体１００を示すものである。
【００９０】
上記した各実施形態では、半導体素子１０は１個であったが、複数個であってもよい。図５に示される例では、第１の金属板２０と第２の金属板３０との間に３個の半導体素子１０が設けられている。
【００９１】
この場合、上記第１実施形態と同様の積層体形成工程を行うことによって、それぞれの半導体素子１０において、その一面が第１のはんだ層５１を介して第１の金属板２０の内面２１に接合され、他面が第２のはんだ層５２、金属ブロック４０、第３のはんだ層５３を介して第２の金属板３０の内面３１に接合されることは、もちろんである。そして、本実施形態においても、この積層体１００を上記同様の接合工程に供する。
【００９２】
この接合工程においては、図示しないが、積層体１００のうちそれぞれの半導体素子１０および金属ブロック４０の存在する部位と重なる位置にて、上記各実施形態と同様に、第２の治具３００の接触面３１０による部分的な接触支持を行う。それにより、本実施形態においても、上記同様に、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。
【００９３】
特に、半導体素子１０が３個以上設けられている場合には、図５に示されるように、３個の半導体素子１０を同一直線上には配置しないようにすることが望ましい。図５では、図中の両端の２個の半導体素子１０が、仮想線である第１の軸線Ｋ１上に配置されているが、図中の真ん中の半導体素子１０は、仮想線である第２の軸線Ｋ２上に位置しており、当該第１の軸線Ｋ１から外れた位置にある。
【００９４】
これは、半導体素子１０が３個以上設けられている場合、もしも３個の半導体素子１０が同一直線上に配置されていると、第２の金属板３０の反りにより３個の接触面のうちの１個にて接触が行われなくなるおそれがあるためである。なお、半導体素子１０が４個以上あってもよいが、その場合には、どの３個を取り上げても、それら３個のものが同一直線上に配置されないようにする。
【００９５】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の製造方法における積層体１００の接合工程を示す工程図であり、（ａ）は治具２００、３００に積層体１００をセットした状態の概略断面図、（ｂ）は（ａ）において第２の金属板３０の内面３２、第２の治具２００および保持部材４００を積層体１００の積層方向から眺めた概略平面図である。なお、図６（ｂ）には、半導体素子１０、金属ブロック４０および保持部材４００の外形を破線にて示してある。
【００９６】
本実施形態の製造方法では、上記第１実施形態と同様の半導体装置Ｓ１（図１参照）を製造することができる。本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、積層体形成工程を行い、第１の金属板２０、第１のはんだ層５１、半導体素子１０、第２のはんだ層５２、金属ブロック４０、第３のはんだ層５３、第２の金属板３０を順次積層してなる積層体１００を形成する。
【００９７】
次に、本実施形態の接合工程では、積層体１００における第１の金属板２０の外面２２を第１の治具２００に接触させて支持するとともに、第２の金属板３０の外面３２を第２の治具３００に接触させて支持した状態で、各はんだ層５１〜５３を介してはんだ付けを行う。
【００９８】
ここで、本接合工程では、図６に示されるように、第１の治具２００および第２の治具３００としては、従来のものと同様に、それぞれの接触面２１０、３１０が、これらに対応する金属板２０、３０の外面２２、３２の全体に接触するように構成されているものを用いる。
【００９９】
さらに、本接合工程では、両金属板２０、３０の間において半導体素子１０および金属ブロック４０の外側の近傍に、第３の治具として保持部材４００が介在している。図６では、半導体素子１０の対向する両辺の外側に２個ずつ、合計４個の保持部材４００が設けられている。この保持部材４００は、両金属板２０、３０の内面２１、３１に接触して両金属板２０、３０の間隔を保持するものである。
【０１００】
この保持部材４００としては、とくに形状を限定するものではないが、円柱、角柱などの柱状あるいはブロック状のものにできる。また、保持部材４００の材質としては、両金属板２０、３０、半導体素子１０、金属ブロック４０および各はんだ層５１〜５３よりも熱膨張率の高いものとする。このような保持部材４００の材質としては、アルミニウムなどが挙げられる。
【０１０１】
そして、このように保持部材４００を介在させた状態で、両金属板２０、３０の間隔を保持しつつ、両治具２００、３００で積層体１００を挟み込んだ状態で、上記同様に、はんだリフローを行い、はんだ付けを行う。それにより、本実施形態の製造方法による半導体装置が完成する。
【０１０２】
それによれば、はんだ付けの際には、半導体素子１０および金属ブロック４０の近傍にて保持部材４００により両金属板２０、３０の間隔を保持されるため、実質的に半導体素子１０および金属ブロック４０の存在する部位と重なる部分のみを、両治具２００、３００によって支持した状態で、はんだ付けが行われることになる。
【０１０３】
こうして、本実施形態の製造方法によっても、両金属板２０、３０の反りによる寸法公差を実質的に排除した形となり、積層する部品の公差における金属板の反りの影響を低減することができる。
【０１０４】
さらに、このような保持部材４００による両金属板２０、３０の間隔の保持を行うことにより、各金属板２０、３０の厚さの公差を除外することができ、余剰のはんだ量をより少なくすることができる。なお、この保持部材４００は、両金属板２０、３０の間隔の保持する役割を担うことから、少なくとも２個以上設けることが好ましい。
【０１０５】
また、本実施形態では、保持部材４００を、両金属板２０、３０、半導体素子１０、金属ブロック４０および各はんだ層５１〜５３よりも熱膨張率の高いものとすることによって、はんだ付けを行った後に、両金属板２０、３０の間から保持部材４００を取り除きやすくなる。
【０１０６】
つまり、はんだリフローにより積層体１００は膨張し、その後の冷却により積層体１００は収縮するが、このとき、もしも保持部材４００の熱膨張率が積層体１００の構成部品よりも低いものであると、保持部材４００よりも当該構成部品の収縮度合が大きくなり、保持部材４００を取り外しにくくなる。
【０１０７】
その点、本実施形態のような保持部材４００とすれば、保持部材４００は積層体１００の構成部品よりも熱による膨張・収縮の度合が大きいものとなる。そのため、はんだリフロー後の冷却により、保持部材４００の方が積層体１００よりも収縮が大きくなり、保持部材４００を取り外しやすくなる。
【０１０８】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、はんだ付けを行う接合工程では、両治具２００、３００で積層体１００を挟み込んだ状態で、３つのはんだ層５１〜５３を同時にリフローしていたが、これに限定されるものではない。
【０１０９】
たとえば、第１のはんだ層５１および第２のはんだ層５２と第３のはんだ層５３とで融点を変えたものを用い、当該接合工程では、第１のはんだ層５１および第２のはんだ層５２は固化状態を維持したまま、第３のはんだ層５３のみがリフローしてはんだ付けがなされるものであってもよい。
【０１１０】
また、上記第１〜第４実施形態では、第２の治具３００における接触面３１０のみを、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに、当該積層されている部位と重ならない位置には設けないものとした。
【０１１１】
これに対して、図７に示されるように、第２の治具３００側ではなく、第１の治具２００における接触面２１０を、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに当該積層されている部位と重ならない位置には設けないものとしてもよい。
【０１１２】
この場合、第１の治具２００における接触面２１０に対して、上記第３実施形態のような第２の金属板３０における溝８０との関係を設定することはしないが、上記第１、第２および第４実施形態にて第１の治具３００における接触面３１０に適用したものと同様の構成を、第１の治具２００における接触面２１０に対して適用すればよい。
【０１１３】
さらには、この図７に示される接触面２１０を有する第１の治具２００を、上記第１〜第４実施形態における第１の治具２００として適用してもよい。つまり、両方の治具２００、３００における接触面２１０、３１０を、積層体のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置に設けるとともに当該積層されている部位と重ならない位置には設けないものとしてもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態では、金属ブロック４０は、半導体素子１０よりも小さい平面サイズであり、積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置を決めるときに、小さい方の金属ブロック４０の外形を基準としたが、場合によっては、金属ブロック４０の方が半導体素子１０よりも平面サイズが大きいものであってもよい。
【０１１５】
その場合、上記重なる位置を決めるときは、半導体素子１０の外形を基準とする。つまり、この場合、治具２００、３００における接触面２１０、３１０が積層体１００のうち半導体素子１０および金属ブロック４０が積層されている部位と重なる位置であることとは、積層方向から眺めたとき当該接触面２１０、３１０の一部もしくは全体が半導体素子１０の外形と重なる位置にあることを意味する。
【０１１６】
また、上記した接触面２１０、３１０は、金属板２０、３０の外面２２、３２との接触面積をより小さくするために球面でもよい。
【０１１７】
また、上記図２（ａ）、図４（ａ）、図６（ａ）などにおいて、第１の金属板２０および第１の治具２００が上側で、第２の金属板３０および第２の治具３００が下側となっているが、接合工程においては、これとは反対に、第１の金属板２０および第１の治具２００が下側で、第２の金属板３０および第２の治具３００が上側でもよい。
【０１１８】
また、上記した各実施形態に示される治具２００、３００は、一度に複数個の積層体１００を処理できるように、多連のものであってもよい。
【０１１９】
また、上記図１に示される半導体装置において、さらに、一対の金属板２０、３０の隙間、並びに、半導体素子１０および金属ブロック４０の周囲部分に、樹脂を充填封止するようにしてもよい。この樹脂は、上記接合工程の後に、たとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用し、トランスファーモールド法によって樹脂封止を行うことにより形成することができる。
【０１２０】
なお、このように樹脂で封止した場合、第１の金属板２０の外面２２及び第２の金属板３０の外面３２が、それぞれ樹脂から露出するように樹脂モールドすることが好ましく、それにより、金属板２０、３０による放熱性を高めることができる。
【０１２１】
以上述べてきたように、上記各実施形態では、半導体素子１０および金属ブロック４０が実装される位置を積層体１００の厚さの基準とし、その位置を、上記治具１００、２００、４００で受けることによって、金属板の反りの公差を除外して組付けできるようにしている。そして、金属板は他の部品と違い外形が大きいため、その反りは積層する部品の公差の中でも最も大きい公差であり、積層公差から当該反りを除外できることは余剰はんだの量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】第１実施形態の製造方法における接合工程を示す工程図であり、（ａ）は治具に積層体をセットした状態の概略断面図、（ｂ）は（ａ）中の第２の金属板の内面および第２の治具の概略平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法における接合工程の要部を示す工程図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法における接合工程を示す工程図であり、（ａ）は治具に積層体をセットした状態の概略断面図、（ｂ）は（ａ）中の第２の金属板の内面および第２の治具の概略平面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の製造方法における接合工程を示す工程図であり、（ａ）は治具に積層体をセットした状態の概略断面図、（ｂ）は（ａ）中の第２の金属板の内面、第２の治具および保持部材の概略平面図である。
【図７】他の実施形態における接合工程を示す工程図である。
【図８】本発明者が試作した製造方法におけるはんだの接合工程を示す工程図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０…半導体素子、
２０…第１の金属板、２１…第１の金属板の内面、２２…第１の金属板の外面、
３０…第２の金属板、３１…第２の金属板の内面、３２…第２の金属板の外面、
４０…金属ブロック、５１…第１のはんだ層、５２…第２のはんだ層、
５３…第３のはんだ層、８０…溝、１００…積層体、
２００…第１の治具、２１０…第１の治具の接触面、
３００…第２の治具、３１０…第２の治具の接触面、４００…保持部材。
【図１】
2008147218.tif 000003
【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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