(57)【要約】【課題】半導体素子が接合される基体に被接着部材を接着する熱硬化性の接着剤を硬化させるための加熱を行うに際し、基体などの過剰な温度上昇による不具合を防止するとともに、接着剤を硬化させるための昇温速度を上げることができてサイクルタイムの短縮化が図れる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供すること。【解決手段】半導体素子３が接合される放熱板２（基体）とハウジング５（被接着部材）との間に介在する熱硬化性の接着剤６を、加熱手段（ホットプレート２１、ヒータ２２）により加熱して硬化させることで、放熱板２とハウジング５とを接着する半導体装置（パワーモジュール１）の製造装置であって、半導体素子３の温度を検知する温度検知手段（プローブピン３２、電圧測定回路３１、温度変換回路３３）と、温度検知手段により検知された温度に基づいて加熱手段による加熱を制御するヒータコントローラ３０（制御手段）とを備える構成とした。【選択図】図１
2007208125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が接合される基体と被接着部材との間に介在する熱硬化性の接着剤を、加熱手段により加熱して硬化させることで、前記基体と被接着部材とを接着する半導体装置の製造装置であって、
前記半導体素子の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度に基づいて前記加熱手段による加熱を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、該半導体素子の温度検出に用いられる温度検出用ダイオードを有し、
前記温度検知手段は、前記温度検出用ダイオードを動作させる手段と、該温度検出用ダイオードの電圧を検知する手段と、検知された電圧を温度に変換する手段と、を備え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装置。
【請求項３】
前記加熱手段に、該加熱手段の温度を検出する温度検出手段を設け、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度を上回ると、前記加熱手段による加熱を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
半導体素子が接合される基体と被接着部材との間に介在する熱硬化性の接着剤を、加熱手段により加熱して硬化させることで、前記基体と被接着部材とを接着する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子の温度を検知し、検知した温度に基づいて前記加熱手段による加熱を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子は、該半導体素子の温度検出に用いられる温度検出用ダイオードを有するものであり、
前記温度検出用ダイオードを動作させ、該温度検出用ダイオードの電圧を検知し、検知した電圧を温度に変換することにより、前記半導体素子の温度を検知することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記加熱手段の温度を検出し、検出した温度が所定温度を上回ると、前記加熱手段による加熱を停止することを特徴とする請求項４または請求項５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、半導体装置の製造装置及び製造方法に関する。詳細には、半導体素子が接合される放熱板などの基体とこの基体上に設けられるハウジング等の被接着部材との間に介在する熱硬化性の接着剤を、加熱手段により加熱して硬化させることで、前記基体と被接着部材とを接着する半導体装置の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置である、インバータ制御用のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュール等のパワーモジュールにおいては、半導体素子の作動による発熱を放熱する等のため、半導体素子を実装した基板が放熱板に接合されている。この放熱板には、半導体素子と接続されるバスバーを配設したり基板を覆って保護したりするため、樹脂などにより構成されるハウジングが設けられる。このハウジングは、放熱板に対し接着剤により接着されることにより設けられ、その接着剤としては熱硬化性の接着剤（熱硬化性樹脂）が用いられている。
そして、ハウジングが放熱板に接着される際には、半導体装置の製造装置に備えられる加熱手段によって放熱板が熱せられることにより、放熱板とハウジングとの間に介在する接着剤が放熱板を介して加熱されて硬化されている。
【０００３】
従来における放熱板に対するハウジングの接着について、図４を用いて説明する。図４は半導体装置の断面図及び従来における半導体装置の製造装置の構成を示す図である。
図４に示すように、半導体装置としてのパワーモジュール１０１においては、半導体素子１０３が実装された絶縁基板１０４が、放熱板１０２の上面に半田付けにより接合される。ここで、半導体素子１０３の絶縁基板１０４への実装に用いられる半田を第一半田１１１とし、絶縁基板１０４の放熱板１０２への接合に用いられる半田を第二半田１１２とすると、第一半田１１１により半導体素子１０３が接続された絶縁基板１０４が、第二半田１１２により放熱板１０２に接合されるため、第一半田１１１としては、その融点が第二半田１１２の融点より高いものが用いられる。
【０００４】
前記放熱板１０２上には、該放熱板１０２の外縁形状に沿うように枠組み形成されたハウジング１０５が接着されて設けられる。すなわち、図４において断面図で示すパワーモジュール１０１において、外枠部１０５ａと該外枠部１０５ａに対して架設される梁部１０５ｂとを備え一体的に構成されるハウジング１０５が、熱硬化性の接着剤１０６により放熱板１０２に対して接着される。
また、パワーモジュール１０１においては、ハウジング１０５の梁部１０５ｂ上に配設されるバスバー１０７と半導体素子１０３とがアルミ等により構成されるワイヤ１０８を介して接続され、半導体素子１０３が備える複数種類の信号用パッドとこれら各信号用パッドに対応して設けられ絶縁基板１０４上に配設される信号線パッド１０９とが同じくアルミ等により構成されるワイヤ１１０を介して接続される。
【０００５】
そして、ハウジング１０５が放熱板１０２に接着される際には、半導体装置の製造装置（以下、単に「製造装置」ともいう。）に備えられるホットプレート１２１上にパワーモジュール１０１が放熱板１０２を介して載せられ、ハウジング１０５がその外枠部１０５ａなどから放熱板１０２に対して押圧されるとともに、放熱板１０２に塗布される等して放熱板１０２とハウジング１０５との間に介在する接着剤１０６が、放熱板１０２を介して熱せられることにより硬化される。
ホットプレート１２１は熱源であるヒータ１２２により熱せられ、該ヒータ１２２からの熱がホットプレート１２１を介して放熱板１０２に伝わり、この放熱板１０２に伝えられた熱により接着剤１０６が硬化してハウジング１０５が放熱板１０２に接着される。
【０００６】
ここで、接着剤１０６を硬化させるために放熱板１０２に伝えられた熱により、絶縁基板１０４を放熱板１０２に接合するための第二半田１１２が融点に達して溶融されることを防止するため、ホットプレート１２１を介するヒータ１２２による放熱板１０２の加熱は、ヒータ１２２に電源を供給するヒータコントローラ１３０により温度モニタされ制御される。
【０００７】
そして、従来においては、ヒータコントローラ１３０によるヒータ１２２の制御は、該ヒータ１２２内あるいはヒータ１２２近傍のホットプレート１２１内に設けられる熱電対１２３により検出される温度に基づいて行われていた。
つまり、接着剤１０６を硬化させるためにヒータ１２２により放熱板１０２を加熱するに際し、熱電対１２３により検出される温度に基づいて、放熱板１０２からの熱により第二半田１１２がその融点に達しないようにヒータ１２２による加熱が制御されていた。
【０００８】
一方、半導体装置を基板などの被実装体に熱硬化性樹脂を介して実装する実装方法及び実装装置に関する技術として、特許文献１に開示されている技術がある。
特許文献１では、ＬＥＤ等の半導体装置がＩＣ等の被実装体に対して熱硬化性樹脂を介して実装されるに際し、これらが実装装置においてツールとステージにより上下から挟まれて圧接されるとともにヒータチップにより加熱されて熱硬化性樹脂が硬化される構成において、前記ツール及びステージそれぞれにヒータチップと熱電対が設けられ、これらの熱電対により検知される温度に基づいて加熱度合い等が制御される構成が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２１９４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４を用いて説明した従来における放熱板１０２に対するハウジング１０５の接着に関しては、ヒータ１２２による加熱の制御について次のような問題があった。
すなわち、前述したように、ハウジング１０５を接着するための接着剤１０６を熱硬化させるに際し、放熱板１０２に対して部材を接合するための半田である第二半田１１２が融点に達することを防止するため、熱電対１２３により検出される温度に基づいてヒータ１２２を制御しているところ、測温部分（熱電対１２３による温度検出部分）が、第二半田１１２による接続部分から離れた製造装置側であることから、第二半田１１２による接続部分あるいはその近傍の温度が直接的に検出できず不明であるため、第二半田１１２の温度がその融点に達する可能性がある。
【００１０】
このような過剰な温度上昇を防いで、第二半田１１２がその融点に達することを防止するため、ヒータ１２２の温度が第二半田１１２の融点より低い温度となるように設定して制御するという対策をとることができる。
しかし、パワーモジュール１０１の製造におけるサイクルタイムを短縮する観点からはヒータ１２２による昇温速度を上げることが有効であるが、前記のとおりヒータ１２２の温度が第二半田１１２の融点より低い温度となるように設定して制御すると、この設定された温度よりもヒータ１２２の温度を上げることができず、ヒータ１２２の温度を上げることによって昇温速度を上げるということができないこととなる。
【００１１】
また、昇温速度を上げる制御を行うとしても、前記のとおり熱電対１２３により実際に温度検出される測温部分が、温度を制御したい部分（過剰な温度上昇を防止したい部分）となる第二半田１１２の部分と離れていることから、ヒータ１２２の温度上昇による第二半田１１２部分の温度上昇の応答性がわるいため、接着剤１０６による接着部分の温度が目標温度（接着に必要な温度）を一時的に上回るというオーバーシュートが発生し、これに起因して接着剤１０６による接着部分の温度が目標温度より高くなって第二半田１１２の融点に達する可能性がある。
ここで、接着剤１０６の硬化温度は、その種類などによって異なりハウジング１０５の接着に用いられるものとしては例えば５０〜２００℃となるが、主に１２０〜１５０℃のものが用いられる。また、第二半田１１２としては、例えばその融点が、１８０〜１９０℃のものが用いられる。
【００１２】
熱電対１２３により実際に温度検出される測温部分が第二半田１１２の部分と離れていることから生じる現象とその問題点について、図５を用いて説明する。図５は接着部分の温度の時間変化を表すグラフを示す図である。
図５に示すグラフにおいて、縦軸は接着剤１０６による接着部分の温度を示し、横軸は時間を示す。また、縦軸におけるＴａは接着剤１０６による接着部分の目標温度を示す。
【００１３】
図中破線で示すグラフ（ａ）は、ヒータ１２２の温度が第二半田１１２の融点より低い温度となるように設定した場合を示している。この場合、前記のようなオーバーシュートが発生することはないが、接着部分の温度が目標温度Ｔａに達するまでの時間が長くなる。
また、一点鎖線で示すグラフ（ｂ）は、昇温速度を上げる制御を行った場合を示している。この場合、接着部分の温度が目標温度Ｔａに達するまでの時間は短くなり目標温度Ｔａに早く到達することとなるが、前記のとおり第二半田１１２部分の温度上昇の応答性がわるいため、接着部分の温度が目標温度Ｔａに対してオーバーシュートしたり、接着部分の温度が目標温度Ｔａより高くなって第二半田１１２の融点に達したりする可能性がある。
また、二点鎖線で示すグラフ（ｃ）は、ヒータ１２２の温度を目標温度Ｔａよりも高く設定してヒータ１２２の温度を上げた場合を示している。この場合も、接着部分の温度が目標温度Ｔａに早く到達することとなるが、接着部分の温度が目標温度Ｔａより高くなって第二半田１１２の融点に達する可能性がある。
【００１４】
一方、ホットプレート１２１の放熱板１０２側に熱電対１２３を設けることにより、製造装置側において放熱板１０２の近傍を測温することも考えられるが、この場合、ホットプレート１２１と放熱板１０２との間の接触熱抵抗が原因となり、第二半田１１２部分の正確な測温を行うことは難しい。
【００１５】
このように、従来においては、実際に温度検出される測温部分が温度を制御したい部分と離れていることにより、放熱板１０２に絶縁基板１０４を接合する第二半田１１２が溶融する等の、放熱板１０２の過剰な温度上昇による不具合を防止しようとすると、熱硬化性の接着剤を硬化させるための昇温速度を上げることができず、半導体装置の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることが困難であった。
こうした実際に温度検出される測温部分が温度を制御したい部分と離れていることにより生じる問題は、特許文献１に開示されている技術においても同様に生じると考えられる。すなわち、実装装置側に設けられる熱電対により検知される温度に基づいてヒータチップの加熱度合い等が制御されるため、検知される温度と温度を制御したい部分の温度とにズレが生じ、昇温速度を上げようとするとオーバーシュートが発生する等してサイクルタイムを短縮することが困難であると考えられる。
【００１６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、半導体素子が接合される基体に被接着部材を接着する熱硬化性の接着剤を硬化させるための加熱を行うに際し、基体などの過剰な温度上昇による不具合を防止するとともに、接着剤を硬化させるための昇温速度を上げることができて半導体装置の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることができる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１８】
即ち、請求項１においては、半導体素子が接合される基体と被接着部材との間に介在する熱硬化性の接着剤を、加熱手段により加熱して硬化させることで、前記基体と被接着部材とを接着する半導体装置の製造装置であって、前記半導体素子の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知された温度に基づいて前記加熱手段による加熱を制御する制御手段と、を備えるものである。
【００１９】
請求項２においては、請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、前記半導体素子は、該半導体素子の温度検出に用いられる温度検出用ダイオードを有し、前記温度検知手段は、前記温度検出用ダイオードを動作させる手段と、該温度検出用ダイオードの電圧を検知する手段と、検知された電圧を温度に変換する手段と、を備えるものである。
【００２０】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置において、前記加熱手段に、該加熱手段の温度を検出する温度検出手段を設け、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度を上回ると、前記加熱手段による加熱を停止するものである。
【００２１】
請求項４においては、半導体素子が接合される基体と被接着部材との間に介在する熱硬化性の接着剤を、加熱手段により加熱して硬化させることで、前記基体と被接着部材とを接着する半導体装置の製造方法であって、前記半導体素子の温度を検知し、検知した温度に基づいて前記加熱手段による加熱を制御するものである。
【００２２】
請求項５においては、請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体素子は、該半導体素子の温度検出に用いられる温度検出用ダイオードを有するものであり、前記温度検出用ダイオードを動作させ、該温度検出用ダイオードの電圧を検知し、検知した電圧を温度に変換することにより、前記半導体素子の温度を検知するものである。
【００２３】
請求項６においては、請求項４または請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、前記加熱手段の温度を検出し、検出した温度が所定温度を上回ると、前記加熱手段による加熱を停止するものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２５】
請求項１においては、半導体素子を基体に接合させるための半田が溶融する等の、基体などの過剰な温度上昇による不具合が防止できるとともに、接着剤を硬化させるための昇温速度を上げることができて半導体装置の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００２６】
請求項２においては、半導体素子に備えられる既存の構成を利用することができるので、半導体素子の温度を検知するに際して簡単な構成を実現することができる。
【００２７】
請求項３においては、加熱手段による基体などの過加熱を防止することができる。
【００２８】
請求項４においては、半導体素子を基体に接合させるための半田が溶融する等の、基体などの過剰な温度上昇による不具合が防止できるとともに、接着剤を硬化させるための昇温速度を上げることができて半導体装置の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００２９】
請求項５においては、半導体素子に備えられる既存の構成を利用することができるので、半導体素子の温度を検知するに際して簡単な構成を実現することができる。
【００３０】
請求項６においては、加熱手段による基体などの過加熱を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明に係る半導体装置の製造装置は、半導体素子が接合される基体と被接着部材との間に介在する熱硬化性の接着剤を、加熱手段により加熱して硬化させることで、前記基体と被接着部材とを接着するものである。
まず、図１を用いて、本実施形態に係る半導体装置としてのパワーモジュール１の構成について説明する。図１は半導体装置の断面図及び半導体装置の製造装置の構成を示す図である。
【００３２】
パワーモジュール１は、例えばインバータ制御用のＩＧＢＴモジュールであり、基体としての放熱板２を備え、該放熱板２上に一または複数の半導体素子３が接合される。つまりパワーモジュール１は、半導体素子３の作動による発熱を放熱させる放熱板２を基体として構成される。
半導体素子３は、例えばＤＢＡ基板である絶縁基板４に第一半田１１により実装される。絶縁基板４は、第二半田１２により放熱板２に接合される。つまり半導体素子３は、絶縁基板４を介して放熱板２に接合される。
ここで、半導体素子３が第一半田１１により実装された絶縁基板４が、第二半田１２により放熱板２に接合される。このため、第一半田１１としては、その融点が第二半田１２の融点より高いものが用いられる。
【００３３】
前記放熱板２上には、半導体素子３と接続されるバスバーを配設したり絶縁基板４を覆って保護したりするため、樹脂などにより構成される被接着部材としてのハウジング５が設けられる。ハウジング５は、放熱板２の外縁形状に沿うように枠組み形成され、熱硬化性の接着剤６により放熱板２に接着されて設けられる。
すなわち、図１において断面図で示すパワーモジュール１において、外枠部５ａと該外枠部５ａに対して架設される梁部５ｂとを備え一体的に構成されるハウジング５が、放熱板２に対して接着剤６により接着される。
そして、ハウジング５の梁部５ｂ上に配設されるバスバー７と半導体素子３とがアルミ等により構成されるワイヤ８を介して接続されており、半導体素子３が備える複数種類の信号用パッドと、これら各信号用パッドに対応して設けられ絶縁基板４上に配設される信号線パッド（信号端子）９とが同じくアルミ等により構成されるワイヤ１０を介して接続される。
【００３４】
このように構成されるパワーモジュール１において、放熱板２に対するハウジング５の接着は、製造装置によって次のようにして行われる。
図１に示すように、製造装置は、加熱手段を構成するホットプレート２１を備え、このホットプレート２１上にパワーモジュール１がその放熱板２を介して載せられる。放熱板２上においては、該放熱板２とハウジング５との間、即ちハウジング５の放熱板２に対する接着部には接着剤６が介在している。接着剤６は、例えば、放熱板２の上面におけるハウジング５との接着領域に対応する部分に、ディスペンサーやスクリーン印刷により塗布されること等によって放熱板２とハウジング５との間に介在することとなる。
【００３５】
そして、ハウジング５がその外枠部５ａなどから図示せぬシリンダ等により放熱板２に対して押圧されるとともに、前記のとおり放熱板２とハウジング５との間に介在する接着剤６が、放熱板２を介して熱せられることにより硬化される。
すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、加熱手段として、ホットプレート２１及び熱源としてのヒータ２２を備えており、ホットプレート２１はヒータ２２により熱せられ、該ヒータ２２からの熱がホットプレート２１を介して放熱板２に伝わり、この放熱板２に伝えられた熱により接着剤６が硬化してハウジング５が放熱板２に接着される。
【００３６】
このように、製造装置に備えられる加熱手段によって接着剤６を硬化させるため放熱板２を熱するに際し、放熱板２に伝えられた熱により、絶縁基板４を放熱板２に接合するための第二半田１２が融点に達して溶融されることを防止するため、加熱手段による放熱板２の加熱が制御される。
【００３７】
そこで、本実施形態に係る半導体装置の製造装置においては、半導体素子３の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段により検知された温度に基づいて前記加熱手段による加熱（加熱度合い）を制御する制御手段としてのヒータコントローラ３０とが備えられる。
これにより、半導体素子３の温度が検知され、検知された温度に基づいて前記加熱手段による加熱が制御される。
【００３８】
ヒータコントローラ３０は、ヒータ２２に電源を供給するための電源供給部を備え、モニタする温度に基づいてヒータ２２への電源の供給量を調整することにより、ヒータ２２の温度や加熱時間を制御する。つまり、ヒータコントローラ３０は、加熱手段のヒータ２２を直接の制御対象とし、ホットプレート２１を介して放熱板２に熱を供給するヒータ２２の加熱を制御することにより、加熱手段による放熱板２の加熱を制御する。
したがって、ヒータコントローラ３０においては、例えば、ヒータ２２を何度まで上昇させるのかの目標温度が予め設定され、この目標温度とモニタされる温度とが比較され、その偏差に基づいてＰＩ制御などにより電源の供給量の制御が行われるいわゆるフィードバック制御系が構成される。
【００３９】
半導体素子３の温度を検知する方法としては、半導体素子３に備えられる温度センスダイオード（温度検出用ダイオード）を用いる方法がある。温度センスダイオードは、作動により発熱するＩＧＢＴ素子などの半導体素子においてその過熱に対するフェールセーフのための構成として一般的に設けられ、ポリシリコン等からなるダイオード素子により構成され、温度によって電圧が変化する特性を備えることから半導体素子またはその周辺の温度を検出するために用いられる。
この温度センスダイオードを用いる場合、温度検出に影響しない程度の微弱電流を流すことにより温度センスダイオードを動作させることでこの温度センスダイオードの電圧を測定する。そして、測定した電圧を、温度センスダイオードが有する特性を用いて温度に変換することにより半導体素子３の温度を検知する。
【００４０】
また、半導体素子３の温度を検知する他の方法としては、ＩＧＢＴ素子などにおいて、信号電極用パッドであるゲートセンス用パッドに接続されるゲート制御回路が構成される場合、この制御回路に用いられる素子を用いる方法が考えられる。
つまり、このゲート制御回路に用いられる素子が、温度によって電圧が変化する特性を有する場合、このゲート制御回路に用いられる素子を絶縁基板４上あるいは該絶縁基板４と同様に放熱板２上に半田により接合される別途の絶縁基板上に配置し、この素子に対して前記温度センスダイオードと同様に微弱電流を流して電圧を測定するとともに、測定した電圧を温度に変換することにより半導体素子３の温度を検知する。
【００４１】
さらに、半導体素子３の温度を検知する他の方法として、絶縁基板４上あるいは該絶縁基板４と同様に放熱板２上に半田により接合される別途の絶縁基板上に、半導体素子３とは別に、温度によって電圧が変化する特性を有するダイオード素子などの温度検知用の半導体素子（温度検知用素子）を設け、この温度検知用素子を用いることも考えられる。
つまりこの別途設けられる温度検知用素子を用いる場合も、温度検知用素子に対して微弱電流を流して電圧を測定するとともに、測定した電圧を温度に変換することにより該温度検知用素子の温度を検知する。
【００４２】
このように、パワーモジュール１側における半導体素子の温度を検知し、この温度に基づいて半導体装置の製造装置の加熱手段による放熱板２の加熱を制御することにより、半導体素子３が接合される放熱板２にハウジング５を接着する熱硬化性の接着剤６を硬化させるために放熱板２を熱するに際し、第二半田１２が溶融するという放熱板２の過剰な温度上昇による不具合が防止できるとともに、接着剤６を硬化させるための昇温速度を上げることができてパワーモジュール１の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
すなわち、従来は、製造装置側において検知される温度に基づいて加熱手段による放熱板２の加熱が制御され実際に温度検出される測温部分が温度を制御したい部分と離れていたため、放熱板２の加熱制御における応答性がわるく、放熱板２の過剰な温度上昇による第二半田１２の溶融を防止しようとすると、放熱板２の昇温速度を上げることやヒータ２２の温度を高くすることが妨げられてサイクルタイムの短縮を図ることが困難であった。そこで、前記のとおり半導体装置側において半導体素子の温度を検知することにより、測温部分と温度を制御したい部分とを近くすることができ、放熱板２の加熱制御において応答性の良い制御を行うことができる。これにより、放熱板２の過剰な温度上昇による不具合が防止できるとともにパワーモジュール１の製造におけるサイクルタイムを短縮することが可能となる。
【００４３】
以下、半導体素子３の温度を検知するための構成及び検知方法について、図１及び図２を用いて具体的に説明する。図２は絶縁基板に実装された半導体装置を示す平面図である。
本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、前述したように、半導体素子３の温度を検知する温度検知手段を備えており、この温度検知手段は、図１に示すように、電圧を測定するための電圧測定回路３１と、この電圧測定回路３１により電圧が測定される測定対象部分あるいはこの測定対象部分と電気的に接続されている部分に対して電気的に接触する電気的接触部材としてのプローブピン３２と、前記電圧測定回路３１により測定された電圧を温度に変換するための温度変換回路３３とを備える。
つまり、温度検知手段においては、プローブピン３２が接触する部分の電圧が電圧測定回路３１により測定され、測定された電圧が温度変換回路３３により温度に変換され、変換された温度がヒータコントローラ３０によりモニタされる。したがって、プローブピン３２は、電圧測定回路３１から延出されるケーブル３７を介して電圧測定回路３１と電気的に接続された状態で設けられ、電圧測定回路３１で測定された電圧値は温度変換回路３３に入力され、温度変換回路３３で変換された温度値はヒータコントローラ３０に入力される構成となっている。
【００４４】
そして、図１に示すように、前記プローブピン３２がパワーモジュール１における信号線パッド９に当接されることにより、半導体素子３の温度が検知される。
すなわち、半導体素子３は、その温度検出に用いられる温度検出用ダイオードとしての温度センスダイオード３４を有し、絶縁基板４上に配設される複数の信号線パッド９のうち、温度センスダイオード３４用の信号線パッドにプローブピン３２が接触することにより、半導体素子３の温度が検知される。プローブピン３２は接触ピンであるため、信号線パッド９という狭い領域に対しても容易に電気的接続を行うことができる。
【００４５】
ここで、半導体素子３が備える構成について図２を用いて説明する。
前記のとおり、絶縁基板４上に第一半田１１により実装される半導体素子３は、その表面側（上面側）に、例えば複数のトランジスタ等の素子の集合体として構成されるセルブロック列３５を有する。このセルブロック列３５上には、半導体素子３の主電極としてエミッタ電極が構成される。このエミッタ電極に対して、半導体素子３の裏面側（下面側）には同じく半導体素子３の主電極としてのコレクタ電極が構成される。
そして、半導体素子３においては、そのセルブロック列３５の領域内において前記温度センスダイオード３４が設けられている。
【００４６】
また、半導体素子３の表面側には、例えばアルミパターン等により形成される複数個（本実施形態においては５個）の信号用パッド３６ａ〜３６ｅが配設されている。これら信号用パッドのうち、２個の信号用パッド３６ａ及び３６ｂ（図２において左側の２個の信号用パッド）が、温度センスダイオード３４用の信号用パッドとなる。したがって、これらの信号用パッドのうち、一方がアノード用パッドとなり他方がカソード用パッドとなる。以下、これらの信号用パッドを「温度センス信号用パッド３６ａ（３６ｂ）」とする。
なお、図２に示す他の信号用パッド３６ｃ〜３６ｅについて、信号用パッド３６ｃは半導体素子３の信号電極用パッドであるゲートセンス信号用パッド、信号用パッド３６ｄは半導体素子３に流れる電流を検出するための電流センス信号用パッド、信号用パッド３６ｅは半導体素子３の基準電位用パッドであるケルビンセンス信号用パッドとなっている。
【００４７】
このような構成を備える半導体素子３において絶縁基板４上に設けられる複数の信号線パッド９は、各信号用パッド３６ａ〜３６ｅに対応して設けられ、それぞれがワイヤ１０により接続される。
すなわち、複数の信号線パッド９について、温度センス信号用パッド３６ａ・３６ｂに対しては、一方がアノード用パッドでとなり他方がカソード用パッドとなる温度センス信号線パッド９ａ・９ｂが設けられる。また、ゲートセンス信号用パッド３６ｃに対してはゲートセンス信号線パッド９ｃが、電流センス信号用パッド３６ｄに対しては電流センス信号線パッド９ｄが、ケルビンセンス信号用パッド３６ｅに対してはケルビンセンス信号線パッド９ｅがそれぞれ設けられる。
【００４８】
このような構成において、絶縁基板４上に配設される信号線パッド９のうち、半導体素子３の温度センスダイオード３４と接続される温度センス信号用パッド３６ａ・３６ｂにそれぞれワイヤ１０を介して接続される温度センス信号線パッド９ａ・９ｂに、温度検知手段を構成するプローブピン３２（３２ａ・３２ｂ）が接触する。つまり、２本のプローブピン３２ａ・３２ｂが、温度センス信号線パッド９ａ・９ｂに対してそれぞれ当接されることとなる。
【００４９】
そして、各プローブピン３２ａ・３２ｂは、それぞれケーブル３７を介して電圧測定回路３１に接続されるところ、この電圧測定回路３１は、電圧を測定するための電圧測定部３１ａと、電圧を測定する際に温度センスダイオード３４に電流を流すための電流源３１ｂとを備える。すなわち、電圧測定回路３１は、プローブピン３２ａ・３２ｂが接触する温度センス信号線パッド９ａ・９ｂ及び温度センス信号用パッド３６ａ・３６ｂを介して、電流源３１ｂから温度センスダイオード３４に電流を流すことにより、その電圧を電圧測定部３１ａによって測定する。
【００５０】
以上のような構成において、半導体素子３の温度は、温度センスダイオード３４が用いられて次のようにして測定される。
まず、プローブピン３２が信号線パッド９に接触される。つまり温度センス信号線パッド９ａ・９ｂに対してプローブピン３２ａ・３２ｂがそれぞれ当接された状態となる。これにより、ワイヤ１０及び温度センス信号用パッド３６ａ・３６ｂを介して、温度センスダイオード３４と電圧測定回路３１の電圧測定部３１ａ及び電流源３１ｂとを含む回路が構成される。
【００５１】
プローブピン３２が信号線パッド９に接触された状態から、電圧測定回路３１により電流源３１ｂから電流が流され、この電流がプローブピン３２ａ・３２ｂ、各パッド９ａ・９ｂ・３６ａ・３６ｂ等を介して温度センスダイオード３４に伝わり、該温度センスダイオード３４が動作する。つまり、プローブピン３２と電圧測定回路３１とが、温度センスダイオード３４を動作させる手段として機能する。
【００５２】
電圧測定回路３１からの電流により温度センスダイオード３４が動作した状態で、プローブピン３２が信号線パッド９に接触することで構成された回路の電圧、即ち温度センスダイオード３４の電圧が、電圧測定回路３１の電圧測定部３１ａによって測定され検知される。つまり、プローブピン３２と電圧測定回路３１とが、温度センスダイオード３４の電圧を検知する手段として機能する。
ここで、前記のとおり電圧測定回路３１によって温度センスダイオード３４に流される電流はその値が数十μＡ程度であるため、この電流による温度センスダイオード３４の発熱は、電圧測定回路３１による電圧の測定に際して無視できる程度となる。
【００５３】
電圧測定回路３１により測定された電圧は、電圧信号として温度変換回路３３に入力され、温度変換回路３３によって温度へと変換される。つまり、温度変換回路３３が、電圧測定回路３１により検知された電圧を温度に変換する手段として機能する。
【００５４】
このようにして、温度センスダイオード３４の温度が検出されることにより、半導体素子３の温度が検知される。
そして、温度変換回路３３により電圧が変換されて生成された温度は、温度信号としてヒータコントローラ３０に入力される。すなわち、制御手段としてのヒータコントローラ３０により、前述のようにして検知された半導体素子３の温度に基づいて、加熱手段による放熱板２の加熱が制御される。
【００５５】
このように、半導体素子３に設けられる温度センスダイオード３４を用い、半導体素子３の温度を検知することにより、温度検知手段により温度が検知される部分を、温度を制御したい部分に近付けることができるので、放熱板２の加熱制御において応答性の良い制御を行うことができる。
すなわち、本実施形態においては、温度を制御したい部分である第二半田１２の部分に対し、測温部分である半導体素子３が近いので、放熱板２の加熱制御において応答性の良い制御を行うことができる。つまり測温部分となる半導体素子３は、温度を制御したい部分である第二半田１２の部分に対して主に第一半田１１及び絶縁基板４のみを介して接続されるので、その温度変化が第二半田１２の温度変化に対して応答性がよく、温度自体も第二半田１２の温度近い値となる。このため、放熱板２の加熱制御において応答性の良い制御を行うことができる。
これにより、第二半田１２の溶融が防止できるとともにパワーモジュール１の製造におけるサイクルタイムを短縮することが可能となる。
また、半導体素子３に備えられる既存の構成である温度センスダイオード３４を利用することができるので、半導体素子３の温度を検知するに際して簡単な構成を実現することができる。
【００５６】
本実施形態の半導体装置の製造装置において、前述した温度検知手段及び制御手段によって放熱板２の加熱を制御した場合の、接着剤６によるハウジング５の接着部分の温度の時間変化について、図３を用いて説明する。図３は接着部分の温度の時間変化を表すグラフの従来との比較を示す図である。
図３に示すグラフにおいて、縦軸は接着剤６による接着部分の温度を示し、横軸は時間を示す。また、縦軸におけるＴａは接着剤６による接着部分の目標温度（接着に必要な温度）を示す。
【００５７】
図中実線で示すグラフ（Ａ）は、本実施形態の半導体装置の製造装置において、放熱板２の加熱を制御した場合の接着剤６によるハウジング５の接着部分の温度の時間変化を示している。
また、図中破線で示すグラフ（ａ）は、図５を用いて説明したように、従来の半導体装置の製造装置において、ヒータ１２２の温度が第二半田１１２の融点より低い温度となるように設定した場合を示している。
【００５８】
これらを比較してわかるように、本実施形態における半導体装置の製造装置によれば、加熱手段により放熱板２の加熱することによって接着部分の温度を上昇させるに際し、接着部分の温度が目標温度Ｔａに達するまでの時間を短くすることができる。つまり、従来と比較して、接着剤６を硬化させるための昇温速度を上げることができてパワーモジュール１の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
すなわち、パワーモジュール１の製造過程において、放熱板２を加熱することで接着剤６を硬化させてハウジング５を接着する工程では、接着部分の温度が所定温度（例えば目標温度Ｔａ）に達した（と判断された）時点から、所定時間が経過した時点でその工程が終了するため、前記のとおり昇温速度を上げることができることから、接着部分の温度が所定温度に達するまでの時間を短くすることが可能となり、パワーモジュール１の製造におけるサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、温度検知手段を構成するプローブピン３２を、絶縁基板４上の信号線パッド９の温度センス信号線パッド９ａ・９ｂに当接させる構成となっているが、半導体素子３の温度センス信号用パッド３６ａ・３６ｂに当接させることによっても温度センスダイオード３４の電圧を測定することは可能である。ただし、温度センス信号用パッド３６ａ・３６ｂはその領域が狭いため、プローブピン３２の接触面積や接触位置の誤差などを考慮すると、プローブピン３２を当接させる位置としては、信号線パッド９の温度センス信号線パッド９ａ・９ｂの方が好ましい。
【００６０】
また、プローブピン３２を当接させる位置に関し、第二半田１２のフィレット形状によって放熱板２と絶縁基板４との間から露出する部分を用い、温度を制御したい部分である第二半田１２にプローブピン３２を直接当接させることも考えられる。
ただし、第二半田１２として、近年環境問題の面から推奨されている鉛フリー半田が用いられる場合には、ぬれ性がわるく、放熱板２と絶縁基板４との間から露出する部分を用いることが困難となる。
【００６１】
また、本実施形態においては、放熱板２上に複数設けられる半導体素子３に対して一つの半導体素子３の温度を検知する構成となっているが、複数の半導体素子３の温度を検知する構成であってもよい。この場合、半導体素子３の温度として、複数の半導体素子３の温度の平均値を用いたり、複数の半導体素子３の温度のうち最高温度や最低温度あるいは両方の温度の値を用いたりすることが考えられる。
【００６２】
また、半導体素子３の温度検知手段を構成する電圧測定回路３１、温度変換回路３３及び制御手段としてのヒータコントローラ３０に関し、これらは、それぞれ独立した装置と構成することもできるし、いずれかあるいは全部を一つの装置として構成することもできる。例えば、温度変換回路３３をヒータコントローラ３０に内蔵したり、電圧測定回路３１及び温度変換回路３３をヒータコントローラ３０に内蔵したりする構成である。
【００６３】
また、図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造装置においては、前記加熱手段に、該加熱手段の温度を検出する温度検出手段としての熱電対２３が設けられている。
これにより、加熱手段の温度が検出され、検出された温度が所定温度を上回ると、前記加熱手段による加熱が停止される。
【００６４】
具体的には、熱電対２３は、加熱手段を構成するヒータ１２２内あるいはヒータ１２２近傍のホットプレート１２１内に埋設される等して設けられる。熱電対２３で検出される温度は、温度信号として制御手段としてのヒータコントローラ３０に入力される。
【００６５】
このような構成により、熱電対２３により加熱手段の温度が検出され、ヒータコントローラ３０は、熱電対２３により検出された温度が所定温度を上回ると、ヒータ２２による放熱板２の加熱を停止させるように制御する。
すなわち、ヒータコントローラ３０においては、前記所定温度として定められる温度が予め設定されており、この所定温度と熱電対２３により検出される温度との比較が行われ、熱電対２３により検出される温度が所定温度を上回った場合、ヒータ２２が停止される。
【００６６】
このように、熱電対２３を用いてヒータ２２の加熱を停止させる構成とすることにより、プローブピン３２の信号線パッド９に対する接触不良や外れ等に起因するヒータ２２の過加熱を検出することができ、加熱手段による放熱板２の過加熱を防止することができる。
つまり、プローブピン３２の接触不良や外れによってヒータコントローラ３０による半導体素子３の温度の誤認識が生じ、半導体素子３の温度に関わらずヒータ２２に電源が供給され続けた場合、加熱手段による放熱板２の過加熱が生じることとなるが、前記のとおり熱電対２３を用いてヒータ２２の加熱を停止させることにより、加熱手段による放熱板２の過加熱を防止することができる。
また、従来の製造装置のように、その加熱手段において熱電対２３等の温度検出手段が設けられている場合、それを既存の構成として用いることができるので、簡単な構成により放熱板２を加熱するに際しての安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】半導体装置の断面図及び半導体装置の製造装置の構成を示す図。
【図２】絶縁基板に実装された半導体装置を示す平面図。
【図３】接着部分の温度の時間変化を表すグラフの従来との比較を示す図。
【図４】半導体装置の断面図及び従来における半導体装置の製造装置の構成を示す図。
【図５】接着部分の温度の時間変化を表すグラフを示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１    パワーモジュール（半導体装置）
２    放熱板（基体）
３    半導体素子
５    ハウジング（被接着部材）
６    接着剤
２１  ホットプレート
２２  ヒータ
２３  熱電対（温度検出手段）
３０  ヒータコントローラ（制御手段）
３１  電圧測定回路
３２  プローブピン
３３  温度変換回路
３４  温度センスダイオード（温度検出用ダイオード）
【図１】
2007208125.tif 000003
【図２】
2007208125.tif 000004
【図３】
2007208125.tif 000005
【図４】
2007208125.tif 000006
【図５】
2007208125.tif 000007