(57)【要約】【課題】従来の半導体モジュールの製造方法では、ベース板および半導体素子の回路基板への接合時に、必要以上の熱量を要してエネルギーの無駄が多いとともに、半導体モジュールの製造に長時間を要していた。【解決手段】絶縁基板１２にはんだ２２を介して半導体素子１１を接合し、半導体素子１１にはんだ２２を介して配線板１６を接合して構成される半導体モジュール２の製造方法であって、絶縁基板１２の上部電極板１３にはんだ２２を塗布する工程と、はんだ２２が塗布された上部電極板１３に半導体素子１１を載置する工程と、半導体素子１１にはんだ２２を塗布する工程と、はんだ２２が塗布された半導体素子１１に配線板１６を載置する工程と、配線板１６を絶縁基板１２へ加圧し、配線板１６にレーザー光を照射し、照射したレーザー光により絶縁基板１２および半導体素子１１に塗布したはんだ２２を加熱・溶融させる工程とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成される半導体モジュールの製造方法であって、
前記基板の電極上に接合材を塗布する第一接合材塗布工程と、
接合材が塗布された電極上に半導体素子を載置する半導体素子載置工程と、
前記半導体素子上に接合材を塗布する第二接合材塗布工程と、
接合材が塗布された半導体素子上に配線部材を載置する配線部材載置工程と、
前記配線部材を基板側へ加圧するとともに、前記配線部材上にレーザー光を照射し、照射したレーザー光により前記第一接合材塗布工程にて塗布した接合材および前記第二接合材塗布工程にて塗布した接合材を加熱・溶融させる加熱工程とを備える、
ことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項２】
少なくとも前記加熱工程において、前記レーザー光の照射手段とは別の加熱手段により前記半導体モジュールを基板側から加熱する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記加熱手段を誘導加熱装置にて構成するとともに、前記基板の電極に金属粉を混合して、
前記加熱手段により前記金属粉を誘導加熱する、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記加熱手段を誘導加熱装置にて構成するとともに、前記基板の電極と半導体素子との間に介在される接合材に金属粉を混合して、
前記加熱手段により前記金属粉を誘導加熱する、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記基板の電極を銅材にて構成し、
前記第一接合材塗布工程にて前記基板の電極上に塗布される接合材を、錫と銅とを１：３の比率で混合した混合物にて構成する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記基板の電極および配線部材を銅材にて構成し、
前記第一接合材塗布工程にて前記基板の電極上に塗布される接合材および前記第二接合在塗布工程にて前記半導体素子上に塗布される接合材を錫材にて構成、または錫と銅とを１：３の比率で混合した混合物にて構成し、
第一接合材塗布工程において、前記接合材を溶融状態で前記基板の電極上に塗布し、
前記加熱手段により前記基板の電極上に塗布された接合材を加熱して溶融状態を保持した状態で、
前記半導体素子載置工程、半導体素子載置工程、配線部材載置工程、および加熱工程が実施される、
ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか一項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
基板に形成された電極上に第一の接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に第二の接合材を介して配線部材を接合して構成された半導体モジュールの製造方法であって、
前記基板の電極を銅材にて構成し、
前記第一の接合材を錫材にて構成、または錫と銅とを１：３の比率で混合した混合物にて構成し、
前記基板の電極上に前記第一の接合材を溶融状態で塗布する第一接合材塗布工程と、
第一の接合材が塗布された電極上に半導体素子を載置する半導体素子載置工程と、
前記半導体素子上に、該半導体素子との接合面に前記第二の接合材となる錫層が形成された配線部材を載置する配線部材載置工程と、
前記配線部材上にレーザー光を照射し、照射したレーザー光により前記第一の接合材および第二の接合材を加熱・溶融させる加熱工程とを備え、
前記半導体素子載置工程、配線部材載置工程、および加熱工程は、前記第一の接合材の溶融状態を保持した状態で実施される、
ことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項８】
基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成される半導体モジュールの製造装置であって、
前記基板の電極上、および半導体素子上に接合材を塗布する接合材塗布具と、
前記基板の電極上に接合材を介して半導体素子が載置され、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材が載置された状態で、前記配線部材の上方から所定の加圧力を加える加圧部材と、
前記配線部材上にレーザー光を照射して、照射したレーザー光により前記基板の電極上の接合材、および半導体素子上の接合材を加熱・溶融させるレーザー照射器とを備える、
ことを特徴とする半導体モジュールの製造装置。
【請求項９】
前記半導体モジュールを前記基板側から加熱する、前記レーザー照射器とは別の加熱具を備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュールの製造装置。
【請求項１０】
前記加熱具は誘導加熱装置に構成され、
前記基板の電極には金属粉が混合され、
前記加熱具により前記金属粉を誘導加熱する、
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュールの製造装置。
【請求項１１】
前記加熱具は誘導加熱装置に構成され、
前記基板の電極と半導体素子との間に介在される接合材には金属粉が混合され、
前記加熱具により前記金属粉を誘導加熱する、
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュールの製造装置。
【請求項１２】
基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成された半導体モジュールの製造装置であって、
少なくとも前記基板の電極上に接合材を塗布する接合材塗布具と、
前記基板の電極上に接合材を介して半導体素子が載置されるとともに、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材が載置された状態で、前記配線部材の上方から所定の加圧力を加える加圧部材と、
前記配線部材上にレーザー光を照射して、照射したレーザー光により前記基板の電極上の接合材、および半導体素子上の接合材を加熱・溶融させるレーザー照射器とを備え、
前記電極上に塗布される接合材は、一種類の金属粉または複数種類の金属粉を混合させたものにて構成され、
前記接合材塗布具は、少なくとも前記電極上に塗布される接合材を、溶融させた状態で前記電極上に塗布する、
ことを特徴とする半導体モジュールの製造装置。
【請求項１３】
前記半導体モジュールを前記基板側から加熱する、前記レーザー照射器とは別の加熱具を備え、
前記加熱具は、前記接合材塗布具により少なくとも前記電極上に溶融状態で塗布された接合材を加熱して、該接合材の溶融状態を保持することが可能である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体モジュールの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成された半導体モジュールの製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、従来のＩＧＢＴモジュール等の半導体モジュールは、絶縁基板に形成された電極上にはんだなどの接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に配線部材を接合して構成されている。
例えば、図１４に示す半導体モジュール１０２は、その上面および下面にそれぞれはんだ１２２を介して上部電極板１１３および下部電極板１１４を接合した絶縁基板１１２における、前記上部電極板１１３上に半導体素子１１１を実装して構成されている。
また、半導体モジュール１０２の周囲はケース１０５により覆われており、前記半導体素子１１１の上面とケース１０５に設けられるバスバー１５１とがワイヤ１５２により接続されている。
【０００３】
さらに、前記半導体モジュール１０２は冷却装置１０１に接合されており、半導体素子１１１からの発熱を冷却装置１０１に放熱するように構成している。
半導体モジュール１０２と冷却装置１０１との接合は、具体的には、半導体モジュール１０２の下部電極板１１４を、応力緩和材１１５を介して冷却器１０３における冷却器本体１３１の天板に接合することで行われており、前記応力緩和材１１５の前記下部電極板１１４および冷却器本体１３１の天板との接合は、はんだ１２２により行われている。
【０００４】
このように構成される半導体モジュール１０２を製造する際には、図１５に示すように、まず、前記冷却装置１０１に接合された状態の絶縁基板１１２における上部電極板１１３上にはんだ１２２箔をセットし（Ｓ１０１）、はんだ１２２箔をセットした前記上部電極板１１３上に半導体素子１１１を載置して（Ｓ１０２）、上部電極板１１３上にはんだ１２２箔を介して半導体素子１１１を載置した絶縁基板１１２を、還元炉などの加熱炉に投入して、はんだ１２２箔を加熱・溶融させ、半導体素子１１１を絶縁基板１１２の上部電極板１１３に接合する（Ｓ１０３）。
この場合、はんだ１２２箔を加熱・溶融する工程では、複数の半導体モジュール１０２（はんだ１２２箔を介して半導体素子１１１を載置した状態の絶縁基板１１２）を同時に加熱炉に投入するバッチ処理により加熱・溶融処理が行われる。
【０００５】
そして、半導体素子１１１を絶縁基板１１２に接合した後、ワイヤボンディングにより前記半導体素子１１１と前記バスバー１５１とを接続する（Ｓ１０４）。
半導体モジュール１０２においては半導体素子１１１に大電流を流すため、半導体素子１１１と前記バスバー１５１とを接続する配線となるワイヤ１５２は、一枚の半導体素子１１１当たりに複数本配線されていた。
【０００６】
また、ベース板上にはんだを介して回路基板を接合するとともに、回路基板上にはんだを介して半導体素子を接合して構成された半導体装置においては、回路基板の上下面に接合されるベース板および半導体素子を同時にはんだ接合することが行われている。
例えば特許文献１に示す半導体装置のように、ベース板と回路基板との間、および回路基板と半導体素子との間にはんだを介装した状態の半導体装置をリフロー炉などに投入して加熱し、ベース板および半導体素子を回路基板に対して同時に接合することが行われている。
【特許文献１】特開２００６−２３７０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の、絶縁基板１１２上にはんだ１２２を介して半導体素子１１１を接合し、前記半導体素子１１１上にワイヤ１５２を接合して構成した半導体モジュール１０２においては、絶縁基板１１２と半導体素子１１１とを接合するための薄い箔状のはんだ１２２を溶融させるために、半導体モジュール１０２および冷却装置１０１の全体を加熱炉に投入して加熱しているため、加熱に必要以上の熱量を要しており、エネルギーの無駄が多く加熱炉の運転に伴う二酸化炭素発生量も多いという問題があった。
また、半導体素子１１１と前記バスバー１５１とを接続する配線となるワイヤ１５２は、前記半導体素子１１１を絶縁基板１１２に接合した後に複数本をボンディングするようにしていたので、半導体素子１１１の絶縁基板１１２への接合、および半導体素子１１１と前記バスバー１５１との接続が複数の工程にわたって行われることとなり、半導体モジュール１０２の製造に長時間を要していた。
【０００８】
また、特許文献１に記載された半導体装置においては、回路基板の上下面に接合されるベース板および半導体素子を同時にはんだ接合しているため、半導体装置の製造を容易に製造できるという利点はあるが、ベース板および半導体素子の回路基板への接合時に、半導体装置全体を加熱炉へ投入して加熱しているため、接合するために必要以上の熱量を要し、エネルギーの無駄が多く加熱炉の運転に伴う二酸化炭素発生量も多いという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明においては、絶縁基板に半導体素子を接合するとともに、半導体素子をバスバーなどの外部端子と接続して構成される半導体モジュールを製造する際に、エネルギーの無駄がなく省エネルギーかつ短時間で製造することができる半導体モジュールの製造方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する半導体モジュールの製造方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成される半導体モジュールの製造方法であって、前記基板の電極上に接合材を塗布する第一接合材塗布工程と、接合材が塗布された電極上に半導体素子を載置する半導体素子載置工程と、前記半導体素子上に接合材を塗布する第二接合材塗布工程と、接合材が塗布された半導体素子上に配線部材を載置する配線部材載置工程と、前記配線部材を基板側へ加圧するとともに、前記配線部材上にレーザー光を照射し、照射したレーザー光により前記第一接合材塗布工程にて塗布した接合材および前記第二接合材塗布工程にて塗布した接合材を加熱・溶融させる加熱工程とを備える。
これにより、基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを同時に接合することができ、基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを別々に接合する場合に比べて短時間で半導体モジュールを製造することが可能となる。
また、前記基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材との接合時に加熱されるのは、該基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材との接合部ならびにその周辺部分だけであり、加熱炉などで半導体モジュールおよび半導体モジュールに付設される冷却器を全体的に加熱した場合に比べて、効率的に接合材の加熱・溶融を行うことができ、エネルギーの無駄がなく省エネルギーで前記接合部の接合を行うことができる。
【００１１】
また、請求項２記載の如く、少なくとも前記加熱工程において、前記レーザー光の照射手段とは別の加熱手段により前記半導体モジュールを基板側から加熱する。
これにより、前記加熱手段により半導体モジュールの基板側、すなわち前記基板の電極と半導体素子との接合部を、半導体素子と配線部材との接合部よりも高い温度に加熱して、レーザー光照射による半導体素子と配線部材との接合部と、基板の電極と半導体素子との接合部との温度差を打ち消して、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子接合材とを、略同じ温度に加熱することが可能となる。
従って、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子接合材との加熱・溶融状態を略等しくすることができて、半導体素子と配線部材との接合部と、基板と半導体素子接合部との接合状態を均一にすることが可能となり、前記接合部の信頼性を向上することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の如く、前記加熱手段を誘導加熱装置にて構成するとともに、前記基板の電極に金属粉を混合して、前記加熱手段により前記金属粉を誘導加熱する。
これにより、前記金属粉が混合される基板の電極、すなわち前記基板の電極と半導体素子との接合部の近傍を直接加熱することができ、基板の電極と半導体素子との接合部を、半導体素子と配線部材との接合部よりも高い温度に、効率良く加熱することができる。
従って、レーザー光を配線板の上面に照射したときに、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子との接合材とを、無駄なエネルギーを消費することなく省エネルギーで略同じ温度に加熱して、半導体素子と配線部材との接合部と、基板と半導体素子との接合部との接合状態を均一にして、前記両接合部の信頼性を向上することができる。
【００１３】
また、請求項４記載の如く、前記加熱手段を誘導加熱装置にて構成するとともに、前記基板の電極と半導体素子との間に介在される接合材に金属粉を混合して、前記加熱手段により前記金属粉を誘導加熱する。
これにより、前記金属粉が混合される接合材、すなわち前記基板の電極と半導体素子との接合部の接合材を直接加熱することができ、基板の電極と半導体素子との接合部を、半導体素子と配線部材との接合部よりも高い温度に、効率良く加熱することができる。
従って、レーザー光を配線板の上面に照射したときに、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子との接合材とを、無駄なエネルギーを消費することなく省エネルギーで略同じ温度に加熱して、半導体素子と配線部材との接合部と、基板と半導体素子との接合部との接合状態を均一にして、前記両接合部の信頼性を向上することができる。
また、前記接合材に混合される金属粉の粒径を一定に揃えることにより、基板と半導体素子との接合層の膜厚を一定にすることができ、高温と低温との間の熱サイクルが半導体モジュールに繰り返しかかった場合でも、前記接合層に剥離や亀裂などが発生することを防止して、前記接合層の信頼性を向上することができる。
【００１４】
また、請求項５記載の如く、前記基板の電極を銅材にて構成し、前記第一接合材塗布工程にて前記基板の電極上に塗布される接合材を、錫と銅とを１：３の比率で混合した混合物にて構成する。
これにより、前記基板の電極と半導体素子との接合部を比較的低温に加熱することで両者の接合を実現することができるのに対し、接合後は基板の電極と半導体素子との接合部の融点を高温にすることができ、半導体素子に熱ダメージを与えることなく基板の電極と半導体素子との接合部の耐熱性を向上することが可能となる。
【００１５】
また、請求項６記載の如く、前記基板の電極および配線部材を銅材にて構成し、前記第一接合材塗布工程にて前記基板の電極上に塗布される接合材および前記第二接合在塗布工程にて前記半導体素子上に塗布される接合材を錫材にて構成、または錫と銅とを１：３の比率で混合した混合物にて構成し、第一接合材塗布工程において、前記接合材を溶融状態で前記基板の電極上に塗布し、前記加熱手段により前記基板の電極上に塗布された接合材を加熱して溶融状態を保持した状態で、前記半導体素子載置工程、半導体素子載置工程、配線部材載置工程、および加熱工程が実施される。
これにより、接合材にフラックスを含有させることなく基板の電極と半導体素子との接合および半導体素子と配線部材との接合を行うことができ、フラックスを含有した接合材を用いて接合を行った場合のようにフラックス残渣の洗浄工程を設ける必要がなく、工程の簡略化を図ることができる。
また、接合材を溶融させて基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを接合する際に、基板の電極と半導体素子との間、および半導体素子と配線部材との間に介在される接合材にボイドが発生することが防止でき、基板の電極と半導体素子との接合部、および半導体素子と配線部材との接合部の接合信頼性を向上することができる。
【００１６】
また、請求項７記載の如く、基板に形成された電極上に第一の接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に第二の接合材を介して配線部材を接合して構成された半導体モジュールの製造方法であって、前記基板の電極を銅材にて構成し、前記第一の接合材を錫材にて構成、または錫と銅とを１：３の比率で混合した混合物にて構成し、前記基板の電極上に前記第一の接合材を溶融状態で塗布する第一接合材塗布工程と、第一の接合材が塗布された電極上に半導体素子を載置する半導体素子載置工程と、前記半導体素子上に、該半導体素子との接合面に前記第二の接合材となる錫層が形成された配線部材を載置する配線部材載置工程と、前記配線部材上にレーザー光を照射し、照射したレーザー光により前記第一の接合材および第二の接合材を加熱・溶融させる加熱工程とを備え、前記半導体素子載置工程、配線部材載置工程、および加熱工程は、前記第一の接合材の溶融状態を保持した状態で実施される。
これにより、接合材にフラックスを含有させることなく基板の電極と半導体素子との接合および半導体素子と配線部材との接合を行うことができ、フラックスを含有した接合材を用いて接合を行った場合のようにフラックス残渣の洗浄工程を設ける必要がなく、工程の簡略化を図ることができる。
また、接合材を溶融させて基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを接合する際に、基板の電極と半導体素子との間、および半導体素子と配線部材との間に介在される接合材にボイドが発生することが防止でき、基板の電極と半導体素子との接合部、および半導体素子と配線部材との接合部の接合信頼性を向上することができる。
【００１７】
また、請求項８記載の如く、基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成される半導体モジュールの製造装置であって、前記基板の電極上、および半導体素子上に接合材を塗布する接合材塗布具と、前記基板の電極上に接合材を介して半導体素子が載置され、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材が載置された状態で、前記配線部材の上方から所定の加圧力を加える加圧部材と、前記配線部材上にレーザー光を照射して、照射したレーザー光により前記基板の電極上の接合材、および半導体素子上の接合材を加熱・溶融させるレーザー照射器とを備える。
これにより、基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを同時に接合することができ、基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを別々に接合する場合に比べて短時間で半導体モジュールを製造することが可能となる。
また、前記基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材との接合時に加熱されるのは、該基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材との接合部ならびにその周辺部分だけであり、加熱炉などで半導体モジュールおよび半導体モジュールに付設される冷却器を全体的に加熱した場合に比べて、効率的に接合材の加熱・溶融を行うことができ、エネルギーの無駄がなく省エネルギーで前記接合部の接合を行うことができる。
【００１８】
また、請求項９記載の如く、前記半導体モジュールを前記基板側から加熱する、前記レーザー照射器とは別の加熱具を備える。
これにより、前記加熱具により半導体モジュールの基板側、すなわち前記基板の電極と半導体素子との接合部を、半導体素子と配線部材との接合部よりも高い温度に加熱して、レーザー照射器からのレーザー光照射による半導体素子と配線部材との接合部と、基板の電極と半導体素子との接合部との温度差を打ち消して、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子接合材とを、略同じ温度に加熱することが可能となる。
従って、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子接合材との加熱・溶融状態を略等しくすることができて、半導体素子と配線部材との接合部と、基板と半導体素子接合部との接合状態を均一にすることが可能となり、前記接合部の信頼性を向上することができる。
【００１９】
また、請求項１０記載の如く、前記加熱具は誘導加熱装置に構成され、前記基板の電極には金属粉が混合され、前記加熱具により前記金属粉を誘導加熱する。
これにより、前記金属粉が混合される基板の電極、すなわち前記基板の電極と半導体素子との接合部の近傍を直接加熱することができ、基板の電極と半導体素子との接合部を、半導体素子と配線部材との接合部よりも高い温度に、効率良く加熱することができる。
従って、レーザー光を配線板の上面に照射したときに、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子との接合材とを、無駄なエネルギーを消費することなく省エネルギーで略同じ温度に加熱して、半導体素子と配線部材との接合部と、基板と半導体素子との接合部との接合状態を均一にして、前記両接合部の信頼性を向上することができる。
【００２０】
また、請求項１１記載の如く、前記加熱具は誘導加熱装置に構成され、前記基板の電極と半導体素子との間に介在される接合材には金属粉が混合され、前記加熱具により前記金属粉を誘導加熱する。
これにより、前記金属粉が混合される接合材、すなわち前記基板の電極と半導体素子との接合部の接合材を直接加熱することができ、基板の電極と半導体素子との接合部を、半導体素子と配線部材との接合部よりも高い温度に、効率良く加熱することができる。
従って、レーザー光を配線板の上面に照射したときに、半導体素子と配線部材との接合材と、基板と半導体素子との接合材とを、無駄なエネルギーを消費することなく省エネルギーで略同じ温度に加熱して、半導体素子と配線部材との接合部と、基板と半導体素子との接合部との接合状態を均一にして、前記両接合部の信頼性を向上することができる。
また、前記接合材に混合される金属粉により、基板と半導体素子との接合層の膜厚を一定に揃えることができ、高温と低温との間の熱サイクルが半導体モジュールに繰り返しかかった場合でも、前記接合層に剥離や亀裂などが発生することを防止して、前記接合層の信頼性を向上することができる。
【００２１】
また、請求項１２記載の如く、基板に形成された電極上に接合材を介して半導体素子を接合し、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材を接合して構成された半導体モジュールの製造装置であって、少なくとも前記基板の電極上に接合材を塗布する接合材塗布具と、前記基板の電極上に接合材を介して半導体素子が載置されるとともに、前記半導体素子上に接合材を介して配線部材が載置された状態で、前記配線部材の上方から所定の加圧力を加える加圧部材と、前記配線部材上にレーザー光を照射して、照射したレーザー光により前記基板の電極上の接合材、および半導体素子上の接合材を加熱・溶融させるレーザー照射器とを備え、前記電極上に塗布される接合材は、一種類の金属粉または複数種類の金属粉を混合させたものにて構成され、前記接合材塗布具は、少なくとも前記電極上に塗布される接合材を、溶融させた状態で前記電極上に塗布する。
これにより、前記接合材塗布具により塗布される接合材にフラックスを含有させることなく基板の電極と半導体素子などとの接合を行うことができ、フラックスを含有した接合材を用いて接合を行った場合のようにフラックス残渣の洗浄工程を設ける必要がなく、工程の簡略化を図ることができる。
また、接合材を溶融させて基板の電極と半導体素子などとを接合する際に、基板の電極と半導体素子との間などに介在される接合材にボイドが発生することが防止でき、基板の電極と半導体素子との接合部などの接合信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、請求項１３記載の如く、前記半導体モジュールを前記基板側から加熱する、前記レーザー照射器とは別の加熱具を備え、前記加熱具は、前記接合材塗布具により少なくとも前記電極上に溶融状態で塗布された接合材を加熱して、該接合材の溶融状態を保持することが可能である。
これにより、前記電極上などに接合材を溶融状態で塗布した後、前記配線部材上にレーザー照射器からのレーザー光を照射して、基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを接合するまでの間、前記接合材の溶融状態を保持することができ、基板の電極と半導体素子との接合部などにおける接合材の濡れ性が低下することを防止して、前記接合部の接合信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体モジュールにおける基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを同時に接合することができ、基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材とを別々に接合する場合に比べて短時間で半導体モジュールを製造することが可能となる。
また、前記基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材との接合時に加熱されるのは、該基板の電極と半導体素子、および半導体素子と配線部材との接合部ならびにその周辺部分だけであるので、効率的に接合材の加熱・溶融を行うことができ、エネルギーの無駄がなく省エネルギーで前記接合部の接合を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００２５】
[第一の実施形態]
図１に示す半導体モジュール２は、その上面および下面にそれぞれはんだ２２を介して上部電極板１３および下部電極板１４を接合した絶縁基板１２と、前記絶縁基板１２の上部電極板１３上にはんだ２２を介して接合される半導体素子１１と、前記半導体素子１１上にはんだ２２を介して接合される配線板１６とを備えている。
【００２６】
また、前記半導体モジュール２は冷却器３と接合されており、該半導体モジュール２の半導体素子１１からの発熱を冷却器３へ放熱して冷却するように構成されている。
前記前記半導体モジュール２は、前記絶縁基板１２の下部電極板１３を、応力緩和材１５を介して冷却器本体３１の上面に接合することで前記冷却器３に接合されている。
前記下部電極板１３と応力緩和材１５、および前記応力緩和材１５と冷却器本体３１とは、それぞれはんだ２２にて接合されている。
【００２７】
また、前記冷却器本体３１には冷却水通路３１ａが形成されており、該冷却水通路３１ａ内に冷却水３３が流れている。
さらに、前記冷却水通路３１ａ内には冷却フィン３２が設けられており、冷却水３３による半導体モジュール２の冷却効率を向上するように構成している。
【００２８】
このように構成される半導体モジュール２を製造する際には、次のようにして組み立てが行われる。
【００２９】
また、前述のように構成される半導体モジュール２は、図２に示すフローにより組み立てが行われる。
つまり、まず、絶縁基板１２の上部電極板１３上にペースト状のはんだ２２を塗布し（Ｓ０１）、はんだ２２を塗布した上部電極板１３上に半導体素子１１を載置する（Ｓ０２）。
この場合、前記はんだ２２としては、例えば、主にフラックスと錫（Ｓｎ）粒子とを混合してペースト状に構成した鉛フリーはんだが用いられる。
【００３０】
また、図３に示すように、はんだ２２を上部電極板１３上に塗布する際には、上部電極板１３の上方からディスペンサ５によりペースト状のはんだ２２を吐出することにより塗布を行う。
前記ディスペンサ５としては、例えば、コンティニュアス型の荷電制御方式およびオンデマンド型のピエゾ駆動方式などのインクジェットタイプのノズルや、バレル内に貯溜されたはんだ２２をエアなどにより加圧してニードルから吐出させるタイプのものなどを用いることができる。
【００３１】
前述のように、上部電極板１３上に半導体素子１１を載置した後、前記半導体素子１１上にはんだ２２を塗布する（Ｓ０３）。
この場合も、図４に示すように、はんだ２２を上部電極板１３上に塗布する場合と同様に、半導体素子１１の上方から前記ディスペンサ５によりペースト状のはんだ２２を吐出することにより、半導体素子１１に対するはんだ２２の塗布を行う。
【００３２】
半導体素子１１上にはんだ２２を塗布した後、半導体素子１１上に配線板１６を載置する（Ｓ０４）。
次に、図５に示すように、前記配線板１６を上方から加圧ノズル６により押圧して、該配線板１６および半導体素子１１を上方から加圧する（Ｓ０５）。
前記加圧ノズル６は上下方向に軸心を有する管状部材にて構成されており、加圧ノズル６を前記配線板１６の上面に押圧することで、該加圧ノズル６により配線板１６の周縁部を加圧することが可能となっている。
【００３３】
さらに、前記加圧ノズル６により配線板１６を押圧した状態で、該加圧ノズル６を上下に貫通する貫通孔６ａを通じて、配線板１６の上面にレーザー光を照射する（Ｓ０６）。
前記貫通孔６ａを通じてのレーザー光の照射は、例えば前記加圧ノズル６の上部にレーザー照射器７を配置し、該レーザー照射器７から下方へ向けてレーザー光を照射することにより行われる。
【００３４】
このように、前記配線板１６上にレーザー光を照射することにより、該配線板１６を介して配線板１６と半導体素子１１との間のはんだ２２、および半導体素子１１と絶縁基板１２との間のはんだ２２を同時に加熱して溶融させ、配線板１６と半導体素子１１、および半導体素子１１と絶縁基板１２とを、それぞれはんだ２２にて接合する。
レーザー光を照射してのはんだ接合が終了した後、前記はんだ２２に含まれるフラックスの残渣を洗浄して除去して（Ｓ０７）、半導体モジュール２の組み立てを終了する。
【００３５】
前述のように、配線板１６上にレーザー光を照射して、配線板１６と半導体素子１１との間（以下、「第一のはんだ接合部」と呼ぶ）のはんだ２２、および半導体素子１１と絶縁基板１２との間（以下、「第二のはんだ接合部」と呼ぶ）のはんだ２２を加熱・溶融する際には、図６に示すように、前記第一のはんだ接合部の温度および第二のはんだ接合部の温度が、所定の時間Δｔだけ所定の温度範囲ΔＴ内に入るように、照射するレーザー光のエネルギー量を調節する。
【００３６】
つまり、前記温度範囲ΔＴは、はんだ２２の溶融温度ＴＬ以上、かつ半導体素子１１が熱ダメージを受けない上限温度ＴＨ以下の範囲であり、前記第一のはんだ接合部の温度および第二のはんだ接合部の温度をこの温度範囲ΔＴに所定の時間Δｔだけ保持することで、第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部におけるはんだ接合を確実に行うようにしている。
なお、前記溶融温度ＴＬは例えばセ氏２５０度程度に設定され、前記上限温度ＴＨは例えばセ氏３５０度程度に設定される。
【００３７】
このように、前記半導体モジュール２は、前記絶縁基板１２の上部電極板１３上、および半導体素子１１上にペースト状のはんだ２２を塗布する接合材塗布具であるディスペンサ５と、前記上部電極板１３上に前記はんだ２２を介して半導体素子１１が載置され、前記半導体素子１１上にはんだ２２を介して配線板１６が載置された状態で、前記配線板１６の上方から所定の加圧力を加える加圧部材である加圧ノズル６と、前記配線板１６上にレーザー光を照射して、照射したレーザー光により前記上部電極板１３上のはんだ２２、および半導体素子１１上のはんだ２２を加熱・溶融させるレーザー照射器７とを備える半導体モジュール２の製造装置により製造される。
【００３８】
そして、前記製造装置のレーザー照射器７により前記配線板１６上にレーザー光を照射して、前記第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部におけるはんだ２２を同時に加熱・溶融させて、該第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部のはんだ接合を同時に行うようにすることで、配線板１６と半導体素子１１、および半導体素子１１と絶縁基板１２とを別々に接合する場合に比べて短時間で半導体モジュール２を製造することが可能となっている。
【００３９】
また、前記配線板１６は、幅広に形成することによりその断面積を広くして電流容量を増やすことができるので、一枚の配線板１６を接合するだけでよく、半導体素子１１と半導体モジュール２のバスバーとを複数本のワイヤにて接続する場合に比べて、短時間で半導体素子１１と配線材との接続を行うことが可能となっている。
【００４０】
また、前記第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部の接合時にレーザー光の照射により加熱されるのは、該第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部ならびにその周辺部分だけであり、その他の部分（冷却器３など）を加熱しないので、加熱炉などで半導体モジュール２および冷却器３を全体的に加熱した場合に比べて、効率的にはんだ２２の加熱・溶融を行うことができ、エネルギーの無駄がなく省エネルギーで前記第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部のはんだ接合を行うことができる。
【００４１】
また、前述のようにして半導体モジュール２を製造する際には、前記絶縁基板１２の上部電極板１３を銅材にて構成するとともに、前記ディスペンサ５から吐出するペースト状のはんだ２２を錫（Ｓｎ）粒子と銅（Ｃｕ）粒子とを１：３の比率で混合したものにフラックスを添加した材料にて構成し、この錫（Ｓｎ）粒子と銅（Ｃｕ）粒子とを混合したはんだ２２を銅材（Ｃｕ）にて構成した上部電極板１３に塗布してはんだ接合を行うようにすることもできる。
【００４２】
このように、はんだ２２および上部電極板１３を構成することで、前記配線板１６上にレーザー光を照射してはんだ２２を加熱・溶融させた際に、溶融した錫粒子がはんだ２２中の銅粒子や銅材にて構成される上部電極板１３内に拡散して、銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）を生成する。
すなわち、錫（Ｓｎ）粒子と銅（Ｃｕ）粒子とを１：３の比率で混合したはんだ２２を加熱・溶融させて、前記上部電極板１３と半導体素子１１とを接合すると、該上部電極板１３と半導体素子１１との接合部に銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）が生成されることとなる。
【００４３】
ここで、錫（Ｓｎ）の融点はセ氏２３２度と低温であるのに対し、化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）の融点はセ氏６１０度と高温である。
従って、上部電極板１３と半導体素子１１との接合部を比較的低温（セ氏２５０度程度）に加熱することで両者の接合を実現することができるのに対し、接合後は上部電極板１３と半導体素子１１との接合部の融点を高温にすることができ、半導体素子１１に熱ダメージを与えることなく上部電極板１３と半導体素子１１との接合部の耐熱性を向上することが可能となる。
【００４４】
また、この場合、上部電極板１３上に塗布するペースト状のはんだ２２における錫（Ｓｎ）粒子と銅（Ｃｕ）粒子との混合比率を適宜設定することにより、接合時に生成される銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との化合物の組成を制御することができ、接合部の融点を調整することが可能である。
さらに、本例では、接合部に銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との化合物を生成する構成を、上部電極板１３と半導体素子１１との接合部について説明したが、前記配線板１６を銅材（Ｃｕ）にて構成するとともに、半導体素子１１上に塗布するはんだ２２を錫（Ｓｎ）粒子と銅（Ｃｕ）粒子とを１：３の比率で混合して構成することで、半導体素子１１と配線板１６との接合部についても適用することができる。
【００４５】
[第二の実施形態]
また、半導体モジュールの製造装置は、図７に示すように、前記ディスペンサ５と、加圧ノズル６と、レーザー照射器７とに加えて、該レーザー照射器７とは別の加熱具８を備えた構成とすることもできる。
【００４６】
前記加熱具８は誘導加熱コイル８ａ・８ａ・・・を備えており、該誘導加熱コイル８ａ・８ａ・・・に交流電流を通電して交流磁場を発生させ、発生した交流磁場内に配置した被発熱体（サセプタ）に交流電流を発生させ、その交流電流によって前記被発熱体を発熱させる高周波誘導加熱装置に構成されている。
また、前記加熱具８は、半導体モジュール２の下端部に接合された冷却器３の下方に配置されている。
【００４７】
本例の半導体モジュールの製造装置においては、前記加熱具８の誘導加熱コイル８ａ・８ａ・・・に交流電流を流すことで、アルミニウムにて構成される前記冷却器本体３１に交流電流を発生させ発熱させるようにしている。
つまり、前記冷却器３の冷却器本体３１を被発熱体（サセプタ）として用い、前記加熱具８にて加熱した冷却器本体３１により、半導体モジュール２を下方から加熱するように構成している。
【００４８】
本例の半導体モジュールの製造装置により半導体モジュール２を組み立てる際には、前記絶縁基板１２上にはんだ２２を介して半導体素子１１を載置するとともに、前記半導体素子１１上にはんだ２２を介して配線板１６を載置した状態で、前記加熱具８により冷却器本体３１を加熱して、加熱された冷却器本体３１により半導体モジュール２を下方から予熱しておく。
そして、この予熱した状態の半導体モジュール２の配線板１６に前記加圧ノズル６を押圧するとともに、前記レーザー照射器７により配線板１６の上面にレーザー光を照射して、前記第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部のはんだ２２を加熱・溶融し、はんだ接合を行う。
【００４９】
前記レーザー照射器７により配線板１６の上面にレーザー光を照射した場合、レーザー光が直接照射される部分に近い第一のはんだ接合部の方が、第二のはんだ接合部よりも高い温度に加熱されることとなる。
また、前述のように、前記冷却器本体３１により半導体モジュール２を予熱した場合、半導体モジュール２は下方から加熱されるため、半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２よりも、絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２の方が高い温度に加熱されることとなる。
【００５０】
従って、前記加熱具８により半導体モジュール２を下方から予熱しておくことにより、図８に示すように、レーザー照射器７からのレーザー光を配線板１６の上面に照射した際に、レーザー光照射による第一のはんだ接合部と第二のはんだ接合部との温度差を前記加熱具８による予熱により打ち消して、半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２（第一のはんだ接合部のはんだ２２）と、絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２（第二のはんだ接合部のはんだ２２）とを、略同じ温度に加熱することが可能となる。
【００５１】
このように、前記第一のはんだ接合部のはんだ２２と第二のはんだ接合部のはんだ２２とを略同じ温度に加熱してはんだ接合を行うことで、第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部のはんだ２２の加熱・溶融状態を略等しくすることができて、該第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部におけるはんだ接合状態を均一にすることが可能となり、前記はんだ接合部の信頼性を向上することができる。
【００５２】
また、高周波誘導加熱装置に構成される加熱具８を用いて半導体モジュール２を加熱する方法としては、例えば、前記絶縁基板１２の上部電極板１３を鉄粉などの金属粉末が混合された銅材にて構成し、前記加熱具８による高周波誘導加熱にて前記上部電極板１３を加熱することもできる。
【００５３】
この場合、前記加熱具８により上部電極板１３が加熱されることで、前記第二のはんだ接合部の近傍が直接加熱されることとなり、予熱時に前記第二のはんだ接合部を第一のはんだ接合部よりも効率良く高い温度に加熱することができる。
これにより、レーザー光を配線板１６の上面に照射したときに、半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２（第一のはんだ接合部のはんだ２２）と、絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２（第二のはんだ接合部のはんだ２２）とを、略同じ温度に加熱することが可能となり、第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部におけるはんだ接合状態を均一にして、前記はんだ接合部の信頼性を向上することができる。
【００５４】
さらに、高周波誘導加熱装置に構成される加熱具８を用いて半導体モジュール２を加熱する方法として、例えば、図７に示すように、絶縁基板１２と半導体素子１１との間に塗布されるペースト状のはんだ２２に、ニッケル（Ｎｉ）などの金属粉末２３・２３・・・を混合し、前記加熱具８による高周波誘導加熱にてはんだ２２内の金属粉末２３・２３・・・を加熱することもできる。
【００５５】
この場合、前記加熱具８により金属粉末２３・２３・・・が加熱されることで、前記絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２（第二のはんだ接合部のはんだ２２）が直接加熱されることとなり、予熱時に前記第二のはんだ接合部のはんだ２２を第一のはんだ接合部のはんだ２２よりも高い温度に加熱することができる。
これにより、レーザー光を配線板１６の上面に照射したときに、半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２（第一のはんだ接合部のはんだ２２）と、絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２（第二のはんだ接合部のはんだ２２）とを、略同じ温度に加熱することが可能となり、第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部におけるはんだ接合状態を均一にして、前記はんだ接合部の信頼性を向上することができる。
【００５６】
また、前記第二のはんだ接合部のはんだ２２に混合する金属粉末２３・２３・・・をはんだ２２よりも高い融点を備えた金属（例えばニッケル）にて構成するとともに、該金属粉末２３・２３・・・の粒径を、はんだ接合後におけるはんだ２２の膜厚の狙い値に揃えておくことで、はんだ接合をした後の第二のはんだ接合部のはんだ２２層の膜厚を一定にすることができる。
つまり、はんだ２２よりも高い融点を備える金属粉末２３・２３・・・は、はんだ接合時に溶融することがないため、前記加圧ノズル６にて配線板１６を上方から押圧することにより、前記第二のはんだ接合部のはんだ２２層の膜厚を一定の厚みに揃えることができる。
【００５７】
また、本例では第二のはんだ接合部のはんだ２２に前記金属粉末２３・２３・・・を混合する例を示したが、第一のはんだ接合部のはんだ２２においても同様に金属粉末２３・２３・・・を混合することが可能である。
【００５８】
このように、第一のはんだ接合部および／または第二のはんだ接合部のはんだ２２に金属粉末２３・２３・・・を混合することで、はんだ接合後のはんだ２２層の膜厚を一定に揃えることができ、高温と低温との間の熱サイクルが半導体モジュール２に繰り返しかかった場合の前記第一・第二はんだ接合部に剥離や亀裂などが発生することを防止して、該第一・第二はんだ接合部の信頼性を向上することができる。
つまり、はんだ接合後のはんだ２２層の膜厚が所定の厚み以下であると、はんだ接合部に剥離や亀裂などが発生する確率が高くなるため、はんだ２２層の膜厚が所定の膜厚よりも厚くなるように前記金属粉末２３・２３・・・の粒径を調製することで、はんだ接合部における剥離や亀裂などの発生を抑えることが可能となる。
【００５９】
[第三の実施形態]
また、図９に示すように、半導体モジュールの製造装置は、前記ディスペンサ５と、加圧ノズル６と、レーザー照射器７とに加えて、前記レーザー照射器７とは別に構成される加熱具を備えた構成とし、前記加熱具として前記冷却器３の冷却器本体３６を用いることもできる。
【００６０】
本例の冷却器３における前記冷却器本体３６には、冷却水を通水するための冷却水通路３６ａが形成されるとともに、前記冷却水通路３６ａと外部とを連通する流入口３６ｂおよび排出口３６ｃが設けられている。
前記流入口３６ｂからは前記冷却水通路３６ａ内へオイルなどの流体を流入可能であり、前記排出口３６ｃからは前記冷却水通路３６ａ内からオイルなどの流体を排出可能となっている。
【００６１】
このように構成される冷却器本体３６においては、所定の温度に加熱したオイルを前記流入口３６ｂから冷却器本体３６内に流入させるとともに、冷却器本体３６内に流入したオイルを前記排出口３６ｃから排出して、該冷却器本体３６内に加熱したオイルを循環させることで、該オイルにより冷却器本体３６に接合している半導体モジュール２を下方から加熱することが可能となる。
【００６２】
本例の半導体モジュールの製造装置により半導体モジュール２を組み立てる際には、前記絶縁基板１２上にはんだ２２を介して半導体素子１１を載置するとともに、前記半導体素子１１上にはんだ２２を介して配線板１６を載置した状態で、加熱したオイルが循環する冷却器本体３６により半導体モジュール２を下方から予熱しておく。
そして、この予熱した状態の半導体モジュール２の配線板１６に前記加圧ノズル６を押圧するとともに、前記レーザー照射器７により配線板１６の上面にレーザー光を照射して、前記第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部のはんだ２２を加熱・溶融し、はんだ接合を行う。
なお、冷却器本体３６により半導体モジュール２を予熱しておく場合、循環させるオイルの加熱温度は、例えば２５０度程度に設定される。
【００６３】
前述のように、前記冷却器本体３６により半導体モジュール２を予熱した場合、半導体モジュール２は下方から加熱されるため、半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２よりも、絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２の方が高い温度に加熱されることとなる。
従って、レーザー照射器７からのレーザー光を配線板１６の上面に照射したときに、半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２（第一のはんだ接合部のはんだ２２）と、絶縁基板１２と半導体素子１１との間のはんだ２２（第二のはんだ接合部のはんだ２２）とを、略同じ温度に加熱することが可能となる。
【００６４】
このように、前記第一のはんだ接合部のはんだ２２と第二のはんだ接合部のはんだ２２とを略同じ温度に加熱してはんだ接合を行うことで、第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部のはんだ２２の加熱・溶融状態を略等しくすることができて、該第一のはんだ接合部および第二のはんだ接合部におけるはんだ接合状態を均一にすることが可能となり、前記はんだ接合部の信頼性を向上することができる。
【００６５】
[第四の実施形態]
また、半導体モジュールの製造装置は、はんだ２２を絶縁基板１２の上部電極板１３などに塗布するディスペンサ５１と、前記加圧ノズル６と、前記レーザー照射器７と、前記加熱具８とを備えた構成とすることもできる。
【００６６】
図１０に示すように、前記ディスペンサ５１は、本体５２を上下方向に貫通する貫通孔５２ａと、前記貫通孔５２ａの下端に開口する噴口５２ｂと、前記貫通孔５２ａの外周部に配置され金属粒子が供給される空間である第一の金属粒子供給室５２ｃおよび第二の金属粒子供給室５２ｄと、前記第一の金属粒子供給室５２ｃおよび第二の金属粒子供給室５２ｄと前記貫通孔５２ａの噴口５２ｂ近傍とをそれぞれ連通する第一の連通路５２ｅおよび第二の連通路５２ｆと、を前記本体５２に形成して構成されている。
【００６７】
前記第一の金属粒子供給室５２ｃには、外部から供給された錫（Ｓｎ）粒子が貯溜され、前記第二の金属粒子供給室５２ｄには、外部から供給された銅（Ｃｕ）粒子が貯溜されている。
前記第一の金属粒子供給室５２ｃおよび第二の金属粒子供給室５２ｄに貯溜されている錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子は、本例の場合、それぞれ有機溶剤に分散してゾル状となった状態で貯溜されているが、有機溶剤を添加せずに各金属粒子単独で貯溜しておくこともできる。
【００６８】
また、前記貫通孔５２ａの上方には前記レーザー照射器７が配置されており、貫通孔５２ａの上端部から前記噴口５２ｂ側へ向けてレーザー光を照射可能としている。
さらに前記貫通孔５２ａにおいては、上端部から下端部（噴口５２ｂ側）へ向けてエアが供給され、供給されたエアが噴口５２ｂから噴出するように構成されている。
【００６９】
このように構成されるディスペンサ５１においては、貫通孔５２ａの上端側から下端側へエアが供給され噴口５２ｂから噴出すると、前記第一の連通路５２ｅおよび第二の連通路５２ｆにおける貫通孔５２ａとの連通部分近傍が負圧になるため、前記第一の金属粒子供給室５２ｃに貯溜されている錫（Ｓｎ）粒子および前記第二の金属粒子供給室５２ｄに貯溜されている銅（Ｃｕ）粒子が、それぞれ前記第一の連通路５２ｅおよび第二の連通路５２ｆを通じて貫通孔５２ａの下端部に吸引され噴口５２ｂから噴出されることとなる。
【００７０】
この場合、錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子は、前記貫通孔５２ａの下端部にて混合された後、噴口５２ｂから噴出されるものであり、本例の製造装置を用いて半導体モジュール２を製造する際には、混合した状態で噴出される錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子をはんだ２２として前記絶縁基板１２の上部電極板１３に供給するようにしている。
なお、前記ディスペンサ５１は、前記噴口５２ｂから噴出される錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子が、例えば１：３の比率で混合されるように構成されている。
また、本例の前記はんだ２２は、錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子に有機溶剤を添加したもの、または錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子のみからなっており、フラックスを含んでいない。
【００７１】
また、前記ディスペンサ５１の噴口５２ｂから、混合した状態の錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子からなるはんだ２２を噴出して前記上部電極板１３上に供給する際には、前記レーザー照射器７から前記噴口５２ｂ側へ向けてレーザー光を照射する。
このように照射されるレーザー光により、前記はんだ２２が前記貫通孔５２ａの下端部で加熱・溶融され、該はんだ２２は溶融状態で噴口５２ｂから噴出されて上部電極板１３上に塗布される。
【００７２】
なお、本例では、第一の金属粒子供給室５２ｃ、および第二の金属粒子供給室５２ｄにそれぞれ異なった種類の金属粒子（錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子）が貯溜されているが、第一の金属粒子供給室５２ｃと第二の金属粒子供給室５２ｄとの両方に同じ種類の金属粒子（例えば錫（Ｓｎ）粒子）を貯溜して、前記噴口５２ｂから一種類の金属粉を噴出するように構成することもできる。
【００７３】
本例の製造装置においては、はんだ２２が塗布される絶縁基板１２の下方に応力緩和材１５を介して冷却器３が接合され、前記冷却器３の下方に前記加熱具８が配置されており、加熱具８により冷却器３を高周波誘導加熱して、該冷却器３により前記半導体モジュール２を下方から予熱するようにしており、前述のように溶融状態で上部電極板１３上に塗布されたはんだ２２の溶融状態を保持するようにしている。
【００７４】
なお、本例では、冷却器３を加熱具８により高周波誘導加熱する構成としているが、前述のごとく、絶縁基板１２と半導体素子１１との間または半導体素子１１と配線板１６との間のはんだ２２にに混合される金属粉末２３・２３・・・や、前記上部電極板１３を、加熱具８により高周波誘導加熱する対象とすることもできる。
さらには、前記冷却器本体３６のように加熱したオイルを循環させることにより冷却器３を加熱する構成とすることもできる。
【００７５】
次に、図１１に示すように、上部電極板１３上に塗布されたはんだ２２の溶融状態を保持しつつ、半導体素子１１を絶縁基板１２上に載置する。
さらに、図１２に示すように、半導体素子１１との接合面に錫（Ｓｎ）メッキ１６ａが施された配線板１６を半導体素子１１上に載置した後、図１３に示すように、前記配線板１６を上方から加圧ノズル６により所定の押圧力により押圧して、該配線板１６および半導体素子１１を上方から加圧し、前記はんだ２２の膜厚を所定の膜厚にするとともに、前記レーザー照射器７により配線板１６の上面にレーザー光を照射する。
【００７６】
このレーザー光の照射により配線板１６の錫（Ｓｎ）メッキ１６ａが溶融し、その後半導体モジュール２を冷却することで前記錫（Ｓｎ）メッキ１６ａが凝固して、該配線板１６と半導体素子１１とが接合される。
また、前記レーザー光の照射および前記加熱具８による加熱を停止することで、半導体素子１１と絶縁基板１２との間のはんだ２２が凝固して、該はんだ２２により半導体素子１１と絶縁基板１２とが接合される。
【００７７】
このように絶縁基板１２、半導体素子１１、および配線板１６を積層して接合する場合において、例えば、絶縁基板１２に塗布され該絶縁基板１２と半導体素子１１とを接合するはんだとしてフラックスを含有するはんだを用いた場合、このはんだを絶縁基板１２に塗布し、はんだが塗布された絶縁基板１２を加熱してはんだを溶融させるときには、塗布後のはんだ内に含まれるフラックスの有機溶剤成分が揮発するため、凝固したはんだにボイドが発生する場合がある。
しかし、本例のようにはんだ２２をレーザー光により加熱・溶融させた後に絶縁基板１２に塗布する場合は、はんだ２２に含まれる有機溶剤がレーザー光の加熱により気化してはんだ２２から抜けた状態で絶縁基板１２上に塗布されることとなるので、凝固したはんだ２２内にボイドが発生することを防止できる。
【００７８】
また、レーザー照射器７から前記噴口５２ｂ側へ向けて照射されるレーザー光は、前記貫通孔５２ａ内のはんだ２２のみならず、前記上部電極板１３上にも照射されることとなるため、該上部電極板１３の表面に付着した汚れや酸化物などの異物が照射されるレーザー光のエネルギーにより除去される。また、上部電極板１３上に塗布された溶融状態のはんだ２２の熱によっても、上部電極板１３の表面に付着した汚れや酸化物などの異物が除去される。
これにより、はんだ２２が塗布された上部電極板１３の表面が清浄化され、該上部電極板１３上におけるはんだ２２の濡れ性が向上して、はんだ２２と上部電極板１３との接合性が向上される。
【００７９】
また、前記半導体素子１１における上部電極板１３との接合面、および前記上部電極板１３における半導体素子１１との接合面に、それぞれ錫（Ｓｎ）メッキ１１ａ・１３ａが形成されているため、半導体素子１１と絶縁基板１２との接合時に溶融したはんだ２２の熱により前記錫（Ｓｎ）メッキ１１ａ・１３ａが溶融して、両者が一体的に接合することとなり、フラックスを含有しないはんだ２２を用いていても半導体素子１１における上部電極板１３との接合性を向上することが可能となっている。
【００８０】
特に、本例におけるはんだ２２は、錫（Ｓｎ）粒子および銅（Ｃｕ）粒子を１：３の比率で混合して構成されているので、半導体素子１１と絶縁基板１２との接合部に、銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）との化合物（Ｃｕ３Ｓｎ）が生成されることとなり、当該接合部の耐熱性を向上することが可能となっている。
【００８１】
さらに、前記半導体素子１１と配線板１６との接続は配線板１６の錫（Ｓｎ）メッキ１６ａにより行われるため、例えば前記配線板１６を銅（Ｃｕ）材にて構成することで、溶融時に錫（Ｓｎ）メッキ１６ａと配線板１６とが一体的に接合して錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金が生成され、半導体素子１１と配線板１６との接合性を、フラックスを用いることなく向上することができる。
【００８２】
また、フラックスを含むはんだを用いて絶縁基板１２と半導体素子１１とを接合した場合は、接合後にフラックス残渣を除去するために半導体モジュール２を洗浄するための工程が必要となるが、本例のようにフラックスを含まないはんだ２２を用いた場合には、フラックス残渣の洗浄工程を設ける必要がなく、工程の簡略化を図ることができる。
【００８３】
また、本例では、半導体素子１１と配線板１６との接合を前記錫（Ｓｎ）メッキ１６ａにて行っているが、半導体素子１１と絶縁基板１２との接合を行う場合のように、前記ディスペンサ５１から噴出されるはんだ２２を用いて接合することもできる。
つまり、半導体モジュール２を製造する際に、前記レーザー照射器７からのレーザー光により加熱・溶融されたはんだ２２をディスペンサ５１の噴口５２ｂから上部電極板１３上に塗布し、上部電極板１３上に塗布されたはんだ２２の溶融状態を保持しながら、半導体素子１１を絶縁基板１２上に載置し、さらに前記レーザー照射器７からのレーザー光により加熱・溶融されたはんだ２２をディスペンサ５１の噴口５２ｂから半導体素子１１上に塗布し、はんだ２２が塗布された半導体素子１１上に前記配線板１６を載置して、前記配線板１６を上方から加圧ノズル６により押圧するとともに、前記レーザー照射器７により配線板１６の上面にレーザー光を照射することにより、絶縁基板１２、半導体素子１１、および配線板１６を接合するように構成することができる。
【００８４】
このように、上部電極板１３と半導体素子１１、および半導体素子１１と配線板１６との両方をディスペンサ５１により塗布されたはんだ２２にて接合した場合も、
フラックスを用いることなくはんだ接合を行うことができ、凝固したはんだ２２にボイドが発生することを抑えるとともに、フラックス残渣の洗浄工程を省略することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】冷却器を付設した半導体モジュールを示す側面断面図である。
【図２】半導体モジュールの組み立てフローを示す図である。
【図３】ディスペンサにより絶縁基板の上部電極板上にはんだを塗布している状態を示す側面断面図である。
【図４】ディスペンサにより絶縁基板上に載置した半導体素子上にはんだを塗布している状態を示す側面断面図である。
【図５】半導体素子上に載置した配線板を加圧ノズルにより加圧するとともに、レーザー照射器から配線板に対してレーザー光を照射している状態を示す側面断面図である。
【図６】はんだ接合時における、配線板と半導体素子との接合部（第一のはんだ接合部）、および半導体素子と絶縁基板との接合部（第二のはんだ接合部）の温度を示す図である。
【図７】冷却器の下方に加熱具を配置した半導体モジュールの製造装置を示す側面断面図である。
【図８】加熱具により半導体モジュールを下方から予熱した場合の、はんだ接合時における、配線板と半導体素子との接合部（第一のはんだ接合部）、および半導体素子と絶縁基板との接合部（第二のはんだ接合部）の温度を示す図である。
【図９】加熱具として冷却器の冷却器本体を用いた半導体モジュールの製造装置を示す側面断面図である。
【図１０】一種類または複数種類の金属粉からなるはんだを溶融状態で噴出するディスペンサにより、絶縁基板の上部電極板上にはんだを塗布する状態を示す側面断面図である。
【図１１】上部電極板上に溶融状態で塗布されたはんだの溶融状態を保持しながら、上部電極板上に半導体素子を載置する状態を示す側面断面図である。
【図１２】溶融状態のはんだが塗布された上部電極板上に載置された半導体素子上に、錫メッキが施された配線板を載置する状態を示す側面断面図である。
【図１３】半導体素子上に載置され錫メッキが施された配線板を加圧ノズルにより加圧するとともに、レーザー照射器から配線板に対してレーザー光を照射している状態を示す側面断面図である。
【図１４】従来の半導体モジュールを示す側面断面図である。
【図１５】従来の半導体モジュールの組み立てフローを示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
２    半導体モジュール
３    冷却器
５・５１  ディスペンサ
６    加圧ノズル
７    レーザー照射器
８    加熱具
８ａ  誘導加熱コイル
１１    半導体素子
１２    絶縁基板
１３    上部電極板
１４    下部電極板
１６    配線板
２２    はんだ
２３    金属粉末
３１・３６    冷却器本体
３１ａ・３６ａ  冷却水通路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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