(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属で形成されたヒートシンクの上に、半導体素子と、前記半導体素子を囲むフレームとをのせる工程と、
内縁側の第１上面と、外縁側の第２上面を有する前記フレームの前記第２上面にはんだをのせる工程と、
前記はんだの上にキャップをのせる工程と、
前記キャップを前記フレームに対してスクラブせずに、前記フレームに向かう力を前記キャップに及ぼしながら、前記はんだを加熱する加熱工程と、を備え、
前記加熱工程では、前記ヒートシンクに熱源を接触させて前記熱源により前記はんだを加熱し、前記第２上面と前記キャップをはんだ付けし、前記第１上面と前記キャップを接触させ、
前記第１上面と第２上面の間で、前記フレームの側面と前記キャップの側面が接することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１上面は前記第２上面より高い位置にあ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】
前記第１上面は前記第２上面より低い位置にあ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】
前記フレームと前記キャップの表面にはめっきが形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子と外部を電気的に接続するフィードスルーを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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、例えばデータ通信に用いられる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体封止パッケージが開示されている。この半導体封止パッケージは、はんだで接合されたセラミック製のベース（フレーム）とキャップで半導体素子を囲むものである。はんだに誘導電流を流すことではんだを溶融させ、フレームとキャップを接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１１１０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホットプレート等の熱源を用いてフレームとキャップの間のはんだを溶融させることがある。この場合、キャップをフレームに対して振動（スクラブ）させてはんだによる固定を確実にする必要があった。そして、このスクラブにより、溶融したはんだが粒状になってパッケージの内部に飛散したり、はんだの表面に生成された酸化皮膜が塊となってパッケージの内部に落下したりする問題があった。
【０００５】
これらの弊害を回避するために、はんだ付けする作業場所の酸素濃度を管理したり、作業者のはんだ付けのスキルを高めたり、全ての完成品についてパッケージ内のはんだの有無を検査したりする必要があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、はんだがパッケージ内部に侵入することを防止できる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】
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、金属で形成されたヒートシンクの上に、半導体素子と、該半導体素子を囲むフレームとをのせる工程と、内縁側の第１上面と、外縁側の第２上面を有する該フレームの該第２上面にはんだをのせる工程と、該はんだの上にキャップをのせる工程と、該キャップを該フレームに対してスクラブせずに、該フレームに向かう力を該キャップに及ぼしながら、該はんだを加熱する加熱工程と、を備え、該加熱工程では、該ヒートシンクに熱源を接触させて該熱源により該はんだを加熱し、該第２上面と該キャップをはんだ付けし、該第１上面と該キャップを接触させ、該第１上面と第２上面の間で、該フレームの側面と該キャップの側面が接することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、キャップをフレームに対してスクラブせずに、フレームに向かう力をキャップに及ぼしながらはんだを加熱するので、はんだがパッケージ内部に侵入することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の断面図である。
【図２】ヒートシンクの上に半導体素子とフレーム等をのせたことを示す半製品の断面図である。
【図３】はんだをのせることを示す半製品の斜視図である。
【図４】キャップをのせることを示す半製品の斜視図である。
【図５】キャップをはんだの上にのせた後の半製品の斜視図である。
【図６】加熱工程を説明する半製品の断面図である。
【図７】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図８】実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図９】実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
【図１０】実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１２】別の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１３】実施の形態５に係る半導体装置の断面図である。
【図１４】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１５】別の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１６】実施の形態６に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置１０の断面図である。半導体装置１０は金属で形成されたヒートシンク１２を備えている。ヒートシンク１２の上には、フィードスルー１４とフレーム１６が設けられている。ヒートシンク１２、フレーム１６及びフィードスルー１４の表面には例えば金めっきが形成されている。フレーム１６は平面視で環状の金属であり、その大部分でヒートシンク１２に接する。フレーム１６の上面は、内縁側の第１上面１６ａと、外縁側の第２上面１６ｂを有している。第１上面１６ａは第２上面１６ｂより高い位置にある。第２上面１６ｂにはんだ１８がある。はんだ１８は平面視でリング状の形状を有している。はんだ１８によって、フレーム１６とキャップ２０とが接合されている。キャップ２０は下に凸となる凸部を有する金属である。この凸部がはんだ１８に接している。キャップ２０とフレーム１６の表面には例えば金でめっきが形成されている。
【００１２】
ヒートシンク１２にははんだ３０により回路基板３２と半導体素子３４が固定されている。回路基板３２と半導体素子３４はフレーム１６に囲まれた空間内にある。半導体素子３４はワイヤ３６により回路基板３２を経由してフィードスルー１４に接続されている。フィードスルー１４には、外部に伸びるリード端子３８が接続されている。従ってフィードスルー１４は、半導体素子３４と外部を電気的に接続する。
【００１３】
半導体装置１０の製造方法を説明する。まず、ヒートシンクの上に、半導体素子と、半導体素子を囲むフレームとをのせる。図２は、ヒートシンク１２の上に半導体素子３４とフレーム１６等をのせたことを示す半製品の断面図である。この工程では、フィードスルー１４をヒートシンク１２の上にのせ、回路基板３２をヒートシンク１２にはんだ付けする。さらに、半導体素子３４等にワイヤ３６を打つ。
【００１４】
次いで、図３に示すようにピンセット４０ではんだ１８を把持し、はんだ１８をフレーム１６の上面（第２上面１６ｂ）にのせる。次いで、図４に示すように、キャップ２０をはんだ１８の上にのせる。図５は、キャップ２０をはんだ１８の上にのせた後の半製品の斜視図である。
【００１５】
次いで、加熱工程に処理を進める。図６は、加熱工程を説明する半製品の断面図である。ヒートシンク１２に例えばホットプレートなどの熱源５０を接触させる。また、キャップ２０の上に重し６０をのせる。加熱工程では、キャップ２０をフレーム１６に対してスクラブせずに、重し６０によりフレーム１６に向かう力（図６に矢印で示されている）をキャップ２０に及ぼしながら、熱源５０ではんだ１８を加熱する。
【００１６】
熱源５０で生じた熱がヒートシンク１２並びに、フィードスルー１４及びフレーム１６を経由してはんだ１８に伝導し、はんだ１８が加熱される。はんだ１８が金錫（ＡｕＳｎ）系のはんだであれば、はんだ１８を２８０℃以上まで加熱する。加熱工程によりはんだ１８が溶融し、キャップ２０とフレーム１６が接合する。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は上述の工程を備える。
【００１７】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、加熱工程において、キャップ２０をフレーム１６に対してスクラブせずに、フレーム１６に向かう力をキャップ２０に及ぼす。スクラブを行わないのではんだがパッケージ内部（フレーム１６に囲まれた空間をいう、以下同じ）に侵入することを防止できる。また、フレーム１６に向かう力をキャップ２０に及ぼすので、スクラブを実施した場合と同様にフレーム１６とキャップ２０を確実に接合できる。
【００１８】
フレーム１６の内縁側に第２上面１６ｂよりも高い第１上面１６ａを設けたので、第１上面１６ａを含む部分は、はんだに対する防護壁として機能する。よって、はんだがパッケージ内部に侵入することを防止できる。
【００１９】
特許文献１の半導体封止パッケージの場合、誘導電流を特定の位置に集中させるために、セラミックフレームの一部に対しメタライズ処理を施す必要がある。従って特許文献１の半導体封止パッケージはコスト高になりやすい。これに対し、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では誘導加熱ではなく熱源５０によりはんだを加熱するので、部分的メタライズ処理が不要となり、低コスト化に好適である。
【００２０】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によればはんだがパッケージ内部に侵入することを防止できるので、全ての完成品について１つずつ、はんだがパッケージ内部に侵入しているか検査する必要は無い。例えば、複数個をまとめて一度に検査したり、抜き取り検査をしたりして検査コストを抑えることができる。
【００２１】
図７は、変形例に係る半導体装置の断面図である。キャップ１００は凹凸のない平坦な形状である。フレーム１０２の上面１０２ａは平坦とした。このような構成においてキャップ１００をフレーム１０２に対してスクラブすると、はんだ１８がパッケージ内部に浸入するおそれがある。しかし、本発明の実施の形態１ではスクラブしないので、はんだがパッケージ内部に浸入することを防止できる。加熱工程においてキャップ１００をフレーム１０２の方に押し付けることで、キャップ１００をフレーム１０２に確実に接合させることができる。
【００２２】
キャップ２０の凸部側面とフレーム１６との間にクリアランスを設けてもよい。フレーム１６の第２上面１６ｂとキャップ２０の凸部と間のクリアランスははんだ１８の厚さよりも小さくすることが好ましい。溶融前のはんだ１８の内周を第２上面１６ｂの内周より大きくしておくと、はんだ１８を第２上面１６ｂにのせやすい。なお、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は他にも様々な変形が可能である。これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に適宜応用できる。
【００２３】
以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２４】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。キャップ１００は凹凸のない平坦な形状を有している。第１上面１６ａと第２上面１６ｂの高さの差をはんだ１８の厚さと一致させることで、キャップ１００に凸部などを設ける必要が無くなる。キャップ１００を凹凸のない平坦な形状とすることで、キャップ１００の加工費を抑制できる。
【００２５】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。フレーム２００の上面には凹部２００ａが形成されている。凹部２００ａの形状は特に限定されないが、例えばＶ字型の溝である。加熱工程では溶融したはんだ１８がこの凹部２００ａを満たす。よって、はんだ１８がフレーム２００の上面を広範囲に渡ってぬれ広がり、はんだ１８がパッケージ内部に侵入することを防止できる。
【００２６】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。フレーム１０２の上面１０２ａは平坦な形状を有している。キャップ２５０は第１下面２５０ａと、第１下面２５０ａより高い位置にある第２下面２５０ｂを備えている。第１下面２５０ａと第２下面２５０ｂの高さの差ははんだ１８の厚さと一致させることが好ましい。第２下面２５０ｂは平面視で第１下面２５０ａを囲む。フレーム１０２の上面１０２ａのうち内縁を含む部分はキャップ２５０の第１下面２５０ａと直接接する。
【００２７】
フレーム１０２の上面１０２ａのうち内縁を含む部分と第１下面２５０ａとを直接接触させることで、加熱工程で、はんだ１８がパッケージ内部に浸入することを防止できる。また、フレーム１０２の上面１０２ａを平坦な形状とすることで、フレーム１０２の加工費を抑制できる。
【００２８】
はんだ１８がパッケージ内部に浸入することを確実に防止するためには、フレーム１０２の上面１０２ａのうち内縁を含む部分と、キャップ２５０との接触部分が平面視で切れ目のない環状となることが好ましい。
【００２９】
図１１は、変形例に係る半導体装置の断面図である。キャップ３００は第１下面３００ａと第２下面３００ｂと第３下面３００ｃを備えている。第３下面３００ｃは、第１下面３００ａと同じ高さにあり、平面視で第２下面３００ｂを囲む。フレーム１０２の上面１０２ａのうち外縁を含む部分はキャップ３００の第３下面３００ｃと直接接している。これにより、加熱工程ではんだ１８が外部にぬれ広がることを防止できる。
【００３０】
図１２は、別の変形例に係る半導体装置の断面図である。キャップ３５０は、第１下面３５０ａ、第２下面３５０ｂ及び第３下面３５０ｃを備えている。第２下面３５０ｂはＶ字型の凹部を形成している。図１１の第２下面３００ｂとは異なる形状の第２下面３５０ｂを採用してもはんだ１８がパッケージ内部に侵入することと、はんだ１８が外部にぬれ広がることを防止できる。
【００３１】
実施の形態５．
図１３は、実施の形態５に係る半導体装置の断面図である。フレーム４００の上面に第１凹部４００ａが形成されている。キャップ４０２の下面に第２凹部４０２ａが形成されている。第１凹部４００ａと第２凹部４０２ａは平面視で重なる。第１凹部４００ａの深さと第２凹部４０２ａの深さの和ははんだ１８の厚さ以下とすることが好ましい。このように、第１凹部４００ａと第２凹部４０２ａの両方にはんだ１８があることで、フレーム４００とキャップ４０２の接合強度を増加させることができる。
【００３２】
図１４は、変形例に係る半導体装置の断面図である。フレーム４５０の上面にＶ字型の第１凹部４５０ａを形成し、キャップ４５２の下面にＶ字型の第２凹部４５２ａを形成している。図１５は、別の変形例に係る半導体装置の断面図である。フレーム５００の上面にＵ字型の第１凹部５００ａを形成し、キャップ５０２の下面にＶ字型の第２凹部５０２ａを形成している。
【００３３】
実施の形態６．
図１６は、実施の形態６に係る半導体装置の断面図である。フレーム５５０は第１上面５５０ａと、第１上面５５０ａよりも高さの高い第２上面５５０ｂを有している。第２上面５５０ｂは第１上面５５０ａよりもフレーム５５０の外縁側にある。
【００３４】
キャップ５５２は第１下面５５２ａと、第１下面５５２ａよりも高さの高い第２下面５５２ｂを有している。第２下面５５２ｂは第１下面５５２ａよりもキャップ５５２の外縁側にある。
【００３５】
第２下面５５２ｂと第２上面５５０ｂの間にはんだ１８が設けられている。このような構成とすることで、溶融したはんだ１８がパッケージ内部に浸入するために必要な移動距離を長くすることができる。すなわち、溶融したはんだ１８はフレーム５５０の側面とキャップ５５２の側面の間を通り、その後第１上面５５０ａと第１下面５５２ａの間を通らなければパッケージ内部に浸入できない。これに対し、図１０の構成では、溶融したはんだは、上面１０２ａと第１下面２５０ａの間を通るだけでパッケージ内部に浸入できる。
【００３６】
溶融したはんだ１８がパッケージ内部に浸入するために必要な移動距離を長くする効果は、図１の構成でも得ることができる。この効果は、フレームの側面とキャップの側面が接することが得られる。なお、ここまでで説明した各実施の形態の特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  半導体装置、  １２  ヒートシンク、  １４  フィードスルー、  １６  フレーム、  １６ａ  第１上面、  １６ｂ  第２上面、  １８  はんだ、  ２０  キャップ、  ３２  回路基板、  ３４  半導体素子、  ５０  熱源、  ６０  重し、  ４００ａ  第１凹部、  ４０２ａ  第２凹部
【図１】
0006365215.tif 000002
【図２】
0006365215.tif 000003
【図３】
0006365215.tif 000004
【図４】
0006365215.tif 000005
【図５】
0006365215.tif 000006
【図６】
0006365215.tif 000007
【図７】
0006365215.tif 000008
【図８】
0006365215.tif 000009
【図９】
0006365215.tif 000010
【図１０】
0006365215.tif 000011
【図１１】
0006365215.tif 000012
【図１２】
0006365215.tif 000013
【図１３】
0006365215.tif 000014
【図１４】
0006365215.tif 000015
【図１５】
0006365215.tif 000016
【図１６】
0006365215.tif 000017