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JP2012030273A - Method for manufacturing semiconductor device, and jig for soldering - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device, and jig for soldering Download PDF

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JP2012030273A
JP2012030273A JP2010173983A JP2010173983A JP2012030273A JP 2012030273 A JP2012030273 A JP 2012030273A JP 2010173983 A JP2010173983 A JP 2010173983A JP 2010173983 A JP2010173983 A JP 2010173983A JP 2012030273 A JP2012030273 A JP 2012030273A
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JP
Japan
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temperature control
soldering
control member
melting point
solder
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Hirotaka Ono
裕孝 大野
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • H10W72/30

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】 半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】 半田70の半田付けに際して,半田付け用治具100を用いる。半田付け用治具100は,下側基材110と上側基材120とを有している。下側基材110には,温度制御部材111と蓋部材112とを備えている。温度制御部材111は,半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の材質のものである。半田付けの際には,下側基材110の側と上側基材120の側とから加熱される。その加熱により温度制御部材111の温度が融点に達すると,温度制御部材111は溶融する。温度制御部材111が溶融するため,素子下電極30の温度は温度制御部材111の融点に保たれる。これにより,半田70は溶融して半田付けに供されるが,既に半田付けされた半田50は溶融しない。
【選択図】図4
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soldering jig and a method for manufacturing a semiconductor device capable of suitably performing soldering by controlling the temperature of solder during soldering.
When soldering solder 70, a soldering jig 100 is used. The soldering jig 100 has a lower base material 110 and an upper base material 120. The lower substrate 110 includes a temperature control member 111 and a lid member 112. The temperature control member 111 is made of a material having a melting point lower than that of solder used for soldering. During soldering, heating is performed from the lower substrate 110 side and the upper substrate 120 side. When the temperature of the temperature control member 111 reaches the melting point due to the heating, the temperature control member 111 is melted. Since the temperature control member 111 is melted, the temperature of the lower electrode 30 is kept at the melting point of the temperature control member 111. Thereby, the solder 70 is melted and used for soldering, but the solder 50 already soldered is not melted.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は,半導体装置の製造方法および半田付け用治具に関する。さらに詳細には,半田付けを好適に行うことのできる半田付け用治具および半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a soldering jig. More specifically, the present invention relates to a soldering jig capable of suitably performing soldering and a method for manufacturing a semiconductor device.

半導体装置では,半導体素子が回路基板等に半田付けされていることが一般的である。このような半導体装置として,複数層の半田層を有するものがある。複数層の半田層を有する半導体装置を製造する場合には,一般に第1層の半田付けを行った後,第2層の半田付けを行う。そして,順次半田付けを行うことにより半導体装置が製造される。その場合,複数層の半田付けを行う際に同じ融点の半田を用いると,既に半田付けした半田層が溶融してしまう。そのため,再度溶融した半田が半田層からはみ出したり,半田付けされた各部品の位置精度が低いものとなってしまう。   In a semiconductor device, a semiconductor element is generally soldered to a circuit board or the like. Some of such semiconductor devices have a plurality of solder layers. When manufacturing a semiconductor device having a plurality of solder layers, generally, the first layer is soldered and then the second layer is soldered. Then, the semiconductor device is manufactured by sequentially performing soldering. In that case, if solders having the same melting point are used when soldering a plurality of layers, the soldered solder layer is melted. For this reason, the re-melted solder protrudes from the solder layer, or the position accuracy of each soldered component becomes low.

一度半田付けした半田が再度溶融しないように,低融点半田を用いることがある。その場合にはまず,高融点半田を用いて第1層を半田付けする。次に,低融点半田を用いて第2層を半田付けするのである。その際に,高融点半田の融点より低い半田付け温度で半田付けをする。既に半田付けされた第1層の半田層が再び溶融しないようにするためである。半田層が再び溶融すると,既に半田付けした各部品の位置精度が悪くなるおそれがあるからである。   Low melting point solder may be used so that once soldered solder does not melt again. In that case, the first layer is first soldered using a high melting point solder. Next, the second layer is soldered using a low melting point solder. At that time, soldering is performed at a soldering temperature lower than the melting point of the high melting point solder. This is to prevent the solder layer of the first layer already soldered from melting again. This is because if the solder layer is melted again, the positional accuracy of each component already soldered may be deteriorated.

例えば特許文献1では,高融点半田を用いて基板本体に半導体ペレットを半田付けし,さらに低融点半田を用いて基板本体にテープ・キャリア・パッケージを半田付けする半導体装置の製造方法が開示されている。これにより,テープ・キャリア・パッケージを半田付けする際に,高融点半田が溶融するおそれがないとしている。   For example, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor pellet is soldered to a substrate body using a high melting point solder, and a tape carrier package is soldered to the substrate body using a low melting point solder. Yes. As a result, when the tape carrier package is soldered, the high melting point solder is not likely to melt.

特開平11−145379号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-145379

しかし,低融点半田は,高融点半田に比べて半田付け性能において劣る。つまり,低融点半田は,塑性変形しやすい。そして,繰り返し応力を受けると,疲労破壊しやすい。さらに,低融点半田の融点は,電子部品の使用温度範囲(例えば,最高値で150〜175℃)に近い温度である。すなわち,半導体装置としての使用時に,低融点半田が溶融するおそれがある。加えて,低融点半田を製造するために鉛やカドミウムを用いることは,環境上好ましくない。とはいえ,インジウムなどの希少な金属を用いると,コスト面で不利である。   However, low melting point solder is inferior in soldering performance compared to high melting point solder. In other words, low melting point solder is easily plastically deformed. When subjected to repeated stress, fatigue failure is likely. Furthermore, the melting point of the low melting point solder is a temperature close to the operating temperature range (for example, 150 to 175 ° C. at the maximum value) of the electronic component. That is, when used as a semiconductor device, the low melting point solder may melt. In addition, it is environmentally undesirable to use lead or cadmium for manufacturing low melting point solder. However, the use of rare metals such as indium is disadvantageous in terms of cost.

本発明は,前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a soldering jig and a method for manufacturing a semiconductor device capable of suitably performing soldering by controlling the temperature of solder during soldering.

この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における半田付け用治具は,半田付け対象部品を載置するための下側部と,半田付け対象部品の上側に載置される上側部とを有するものである。そして,下側部と上側部との少なくとも一方は,所定の温度で溶融する温度制御部材と,温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって,温度制御部材と半田付け対象部品との間に配置される中間部材とを有するものである。かかる半田付け用治具は,半田付け時の半田の温度を制御し,好適に半田付けを行うことができる。   The soldering jig according to one aspect of the present invention, which has been made for the purpose of solving this problem, includes a lower part for placing a soldering target part and an upper part placed on the soldering target part. It has. At least one of the lower part and the upper part is a temperature control member that melts at a predetermined temperature, and a member that has a melting point higher than the melting point of the temperature control member. And an intermediate member disposed between the two. Such a soldering jig controls the temperature of the solder during soldering and can perform soldering suitably.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材は,半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材であるとよい。半田付けの際に,半田の温度が上昇しすぎないからである。そのため,半田が突沸したりするおそれがない。   In the soldering jig described above, the temperature control member may be the same melting point temperature control member having the same melting point as that of the solder used for soldering. This is because the solder temperature does not rise too much during soldering. Therefore, there is no risk of solder bumping.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材は,半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材であるとよい。半田付けの際に,半田の温度が上昇しすぎないからである。そして,既に半田付けを施した半田が再び溶融するおそれがない。したがって,この半田付け用治具を用いて半田付けされた半田接合体の形状精度は高い。   In the soldering jig described above, the temperature control member may be a low melting point temperature control member having a melting point lower than the melting point of the solder used for soldering. This is because the solder temperature does not rise too much during soldering. And there is no possibility that the solder which has already been soldered will melt again. Therefore, the shape accuracy of the solder joint body soldered using this soldering jig is high.

上記に記載の半田付け用治具において,下側部と上側部との一方に配置された第1の温度制御部材と,下側部と上側部との他方に配置された第2の温度制御部材とを有し,第1の温度制御部材は,半田付けに用いられる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材であり,第2の温度制御部材は,半田付けに用いられる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材であるとなおよい。加熱する両側で温度制御を行うことができるからである。   In the soldering jig described above, a first temperature control member disposed on one of the lower side and the upper side and a second temperature control disposed on the other of the lower side and the upper side The first temperature control member is a low melting point temperature control member having a melting point lower than the melting point of the solder used for soldering, and the second temperature control member is a soldering member used for soldering. A high melting point temperature control member having a melting point higher than the melting point is even better. This is because temperature control can be performed on both sides of heating.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材は,溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり,中間部材は,下側部または上側部の基材に固定されている高剛性部材であるとよい。温度制御部材の溶融後に,温度制御部材の配置されている空間が減圧状態となるからである。このように形成された減圧層は高い断熱効果を有する。つまり,半田付け用治具からの加熱用の熱が半田へ伝わるのを防いで,半田の過熱を防止することができる。   In the soldering jig described above, the temperature control member is made of a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting, and the intermediate member is fixed to the lower or upper base material. It is good that it is a highly rigid member. This is because after the temperature control member is melted, the space in which the temperature control member is disposed is in a reduced pressure state. The reduced pressure layer thus formed has a high heat insulating effect. That is, it is possible to prevent the heating heat from the soldering jig from being transmitted to the solder, and to prevent the solder from overheating.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材は,溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり,中間部材は,下側部または上側部の基材に固定されているとともに,温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものであるとよい。温度制御部材の溶融後に,蓋部材が弾性変形して,半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができるからである。すなわち,断熱効果が生じる。そのため,半田付け対象部品への加熱が抑制される。   In the soldering jig described above, the temperature control member is made of a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting, and the intermediate member is fixed to the lower or upper base material. In addition, it may be made of a material that is elastically deformed by melting of the temperature control member. This is because the lid member is elastically deformed after the temperature control member is melted, and an air layer is formed between the soldering target component and the lid member. That is, a heat insulation effect occurs. For this reason, heating to the soldering target component is suppressed.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材は,溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり,中間部材は,下側部または上側部の基材に固定されていないものであるとともに,半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものであるとよい。温度制御部材の溶融後に,蓋部材と半田付け対象部品との接触が解除されるからである。すなわち,伝熱経路が遮断されるとともに,半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができて断熱効果が生じる。そのため,半田付け対象部品への加熱が抑制される。   In the soldering jig described above, the temperature control member is made of a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting, and the intermediate member is fixed to the lower or upper base material. It should be possible to move away from the parts to be soldered. This is because the contact between the lid member and the part to be soldered is released after the temperature control member is melted. That is, the heat transfer path is blocked, and an air layer is formed between the soldering target part and the lid member, so that a heat insulating effect is generated. For this reason, heating to the soldering target component is suppressed.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材として,所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものを用いるとよい。かかる温度制御部材を用いても,半田付け対象部品の温度を制御することができることに変わりないからである。すなわち,半田付け対象部品に至る伝熱経路の途中に空気層ができることで,断熱効果が生じる。そのため,半田付け対象部品への加熱が抑制される。   In the soldering jig described above, the temperature control member may be made of a material that vaporizes at a predetermined temperature instead of a material that melts at a predetermined temperature. This is because even if such a temperature control member is used, the temperature of the part to be soldered can be controlled. In other words, an air layer is formed in the middle of the heat transfer path leading to the part to be soldered, resulting in a heat insulation effect. For this reason, heating to the soldering target component is suppressed.

上記に記載の半田付け用治具において,温度制御部材は,気化した状態で還元性を備える還元性ガスとなるものであり,温度制御部材の配置されている箇所から半田付け対象部品の載置されている箇所まで達する貫通孔が形成されているとよい。半田付け対象部品の表面から酸化皮膜を除去し,半田付けを促進することができるからである。   In the soldering jig described above, the temperature control member becomes a reducing gas having reducibility in a vaporized state, and the component to be soldered is placed from the place where the temperature control member is disposed. It is preferable that a through-hole reaching the portion where it is formed is formed. This is because the oxide film can be removed from the surface of the part to be soldered to facilitate the soldering.

また,本発明の一態様における半導体装置の製造方法は,半導体素子を第1の基材に半田付けして第1の半田接合体とする第1の半田付け工程を有する方法である。そして,第1の半田付け工程では,所定の温度で溶融する温度制御部材と,温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって,温度制御部材と第1の基材との間に配置される中間部材とを有する第1の半田付け用治具を用い,温度制御部材と第1の基材との間に中間部材が位置するように第1の基材を配置し,その状態で加熱して半田付けを行う。かかる半導体装置の製造方法では,半田付け時の半田の温度を制御し,好適に半田付けを行うことができる。   A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first soldering step in which a semiconductor element is soldered to a first base material to form a first solder joint. In the first soldering step, a temperature control member that melts at a predetermined temperature and a member having a melting point higher than the melting point of the temperature control member, between the temperature control member and the first substrate. Using the first soldering jig having the intermediate member disposed on the first base material, the first base material is disposed such that the intermediate member is positioned between the temperature control member and the first base material; Heat in the state and solder. In such a method of manufacturing a semiconductor device, it is possible to perform soldering suitably by controlling the temperature of solder during soldering.

また,本発明の別の一態様における半導体装置の製造方法は,半導体素子を第1の基材に半田付けして第1の半田接合体とする第1の半田付け工程と,第2の基材を第1の半田接合体に半田付けして両面冷却型の半導体装置とする第2の半田付け工程とを有する方法である。そして,第2の半田付け工程では,第1の基材の側と第2の基材の側との少なくとも一方に,所定の温度で溶融する温度制御部材と,温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって第1の基材と第2の基材との少なくとも一方と温度制御部材との間に配置される中間部材とを有する第2の半田付け用治具を用い,第1の基材と第2の基材との少なくとも一方と温度制御部材との間に中間部材が位置するように第1の基材または第2の基材を配置し,その状態で加熱して半田付けを行う。かかる半導体装置の製造方法では,複数層の半田層を有する両面冷却型の半導体装置を好適に半田付けすることができるからである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first soldering step in which a semiconductor element is soldered to a first base material to form a first solder joint; And a second soldering step of soldering the material to the first solder joint to form a double-sided cooling type semiconductor device. In the second soldering step, at least one of the first base material side and the second base material side is melted at a predetermined temperature, and is higher than the melting point of the temperature control member. A second soldering jig having a melting point material and having an intermediate member disposed between at least one of the first base material and the second base material and the temperature control member; The first base material or the second base material is disposed so that the intermediate member is positioned between at least one of the first base material and the second base material and the temperature control member, and heated in that state. And solder. This is because the semiconductor device manufacturing method can suitably solder a double-sided cooling type semiconductor device having a plurality of solder layers.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,第1の半田付け工程と第2の半田付け工程との少なくとも一方では,温度制御部材として,半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材を用いるとよい。半田付けの際に,半田の温度が上昇しすぎないからである。そのため,半田が突沸したりするおそれがない。   In the semiconductor device manufacturing method described above, at least one of the first soldering step and the second soldering step has the same melting point temperature as the temperature control member, the same melting point as that of the solder used for soldering. A control member may be used. This is because the solder temperature does not rise too much during soldering. Therefore, there is no risk of solder bumping.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,第1の半田付け工程と第2の半田付け工程との少なくとも一方では,温度制御部材として,半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を用いるとよい。半田付けの際に,半田の温度が上昇しすぎないからである。そして,既に半田付けを施した半田が再び溶融するおそれがない。したがって,この半田付け用治具を用いて半田付けされた半田接合体の形状精度は高い。   In the semiconductor device manufacturing method described above, at least one of the first soldering step and the second soldering step is a temperature control member that has a low melting point that is lower than the melting point of the solder used for soldering. A control member may be used. This is because the solder temperature does not rise too much during soldering. And there is no possibility that the solder which has already been soldered will melt again. Therefore, the shape accuracy of the solder joint body soldered using this soldering jig is high.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,第2の半田付け用治具として,第1の基材の側と第2の基材の側との一方の側に,半田付けに用いる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材を備えるとともに,第1の基材の側と第2の基材の側との他方の側に,半田付けに用いる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材を備えるものを用いるとよい。加熱する両側で温度制御を行うことができるからである。そのため,既に半田付けした半田層を再び溶融させることなく,第2の半田付け工程で半田付けする半田を好適な半田付け温度で半田付けすることができるからである。   In the semiconductor device manufacturing method described above, the melting point of the solder used for soldering on one side of the first base material side and the second base material side as the second soldering jig A low melting point temperature control member having a lower melting point and a high melting point that is higher than the melting point of the solder used for soldering on the other side of the first substrate side and the second substrate side A thing provided with a temperature control member is good to use. This is because temperature control can be performed on both sides of heating. Therefore, the solder to be soldered in the second soldering step can be soldered at a suitable soldering temperature without melting the solder layer that has already been soldered again.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,高融点温度制御部材以外の温度制御部材として,溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い,中間部材として,第1の基材と第2の基材との少なくとも一方に固定されている高剛性部材を備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に,温度制御部材の配置されている空間が減圧状態となるからである。このように形成された減圧層は高い断熱効果を有し,半田の過熱を防止することができる。   In the semiconductor device manufacturing method described above, the temperature control member other than the high melting point temperature control member is made of a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting, and the first base material is used as the intermediate member. A jig provided with a high-rigidity member fixed to at least one of the second base material and the second base material may be used. This is because after the temperature control member is melted, the space in which the temperature control member is disposed is in a reduced pressure state. The reduced pressure layer thus formed has a high heat insulating effect and can prevent solder overheating.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,高融点温度制御部材以外の温度制御部材として,溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い,中間部材として,第1の基材と第2の基材との少なくとも一方に固定されているとともに,温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものを備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に,蓋部材が弾性変形して,半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができるからである。すなわち,断熱効果が生じる。そのため,半田付け対象部品への加熱が抑制される。   In the semiconductor device manufacturing method described above, the temperature control member other than the high melting point temperature control member is made of a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting, and the first base material is used as the intermediate member. And a jig that is fixed to at least one of the second base material and that is elastically deformed by melting of the temperature control member. This is because the lid member is elastically deformed after the temperature control member is melted, and an air layer is formed between the soldering target component and the lid member. That is, a heat insulation effect occurs. For this reason, heating to the soldering target component is suppressed.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,高融点温度制御部材以外の温度制御部材として,溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い,中間部材として,半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものを備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に,蓋部材と半田付け対象部品との接触が解除されるからである。すなわち,伝熱経路が遮断されるとともに,半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができて断熱効果が生じる。そのため,半田付け対象部品への加熱が抑制される。   In the semiconductor device manufacturing method described above, a temperature control member other than the high melting point temperature control member is made of a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting, and the intermediate member is used as a soldering target component. It is preferable to use a jig provided with a tool that can move in a direction away from it. This is because the contact between the lid member and the part to be soldered is released after the temperature control member is melted. That is, the heat transfer path is blocked, and an air layer is formed between the soldering target part and the lid member, so that a heat insulating effect is generated. For this reason, heating to the soldering target component is suppressed.

上記に記載の半導体装置の製造方法において,高融点温度制御部材以外の温度制御部材として,所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものであるとともに,その気化したガスが還元性を備えるものを用いるとよい。かかる温度制御部材を用いても,半田付け対象部材の温度を制御することができることに変わりないからである。半田付け対象部品の表面から酸化皮膜を除去し,半田付けを促進することができるからである。   In the semiconductor device manufacturing method described above, the temperature control member other than the high melting point temperature control member is made of a material that vaporizes at a predetermined temperature instead of a material that melts at a predetermined temperature. It is advisable to use a gas that has a reducing property. This is because even if such a temperature control member is used, the temperature of the member to be soldered can be controlled. This is because the oxide film can be removed from the surface of the part to be soldered to facilitate the soldering.

本発明によれば,半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法が提供されている。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the jig | tool for soldering which can control solder temperature at the time of soldering, and can perform soldering suitably, and the manufacturing method of a semiconductor device are provided.

第1の実施形態から第3の実施形態において製造される両面冷却式のパワーモジュールを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the double-sided cooling type power module manufactured in 1st Embodiment to 3rd Embodiment. 第1の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the soldering jig which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) for demonstrating the manufacturing method of the power module which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) for demonstrating the manufacturing method of the power module which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) for demonstrating the manufacturing method of the power module which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法における半田付けを行う際の半田の温度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the temperature of the solder at the time of performing soldering in the manufacturing method of the power module concerning a 1st embodiment. 第2の実施形態に係る半田付け用治具およびパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the soldering jig | tool and power module which concern on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) for demonstrating another soldering jig which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) for demonstrating another soldering jig which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the jig | tool for soldering which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態および第5の実施形態において製造される片面冷却式のパワーモジュールを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the single-sided cooling type power module manufactured in 4th Embodiment and 5th Embodiment. 第4の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the jig | tool for soldering which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the jig | tool for soldering which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) for demonstrating another soldering jig which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) for demonstrating another soldering jig which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the jig | tool for soldering which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) for demonstrating another jig | tool for soldering which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) for demonstrating another jig | tool for soldering which concerns on 5th Embodiment.

以下,本発明を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,パワーモジュールの製造方法およびそれに用いられる半田付け用治具について,本発明を具体化したものである。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The present embodiment embodies the present invention regarding a method for manufacturing a power module and a soldering jig used therefor.

(第1の実施形態)
1.パワーモジュール
本実施の形態で製造されるパワーモジュール1の断面図を図1に示す。パワーモジュール1は,両面冷却型の半導体装置である。パワーモジュール1は,図1に示すように,パワー素子10と,ブロック電極20と,素子下電極30と,素子上電極40と,半田50,60,70とを有している。
(First embodiment)
1. Power Module A cross-sectional view of the power module 1 manufactured in the present embodiment is shown in FIG. The power module 1 is a double-sided cooling type semiconductor device. As shown in FIG. 1, the power module 1 includes a power element 10, a block electrode 20, an element lower electrode 30, an element upper electrode 40, and solders 50, 60, and 70.

パワー素子10は,IGBTやダイオードなどの半導体素子である。ブロック電極20は,パワー素子10と素子上電極40との間に半田付けされる電極である。素子下電極30は,パワーモジュール1のうち最も外側に位置する電極である。素子上電極40も,パワーモジュール1のうち最も外側に位置する電極である。これらの電極の材質として,例えば銅が挙げられる。素子下電極30および素子上電極40の外側の面31,41は,冷却されることとなる面である。これらの各部品は,半田付けの対象となる半田付け対象部品である。   The power element 10 is a semiconductor element such as an IGBT or a diode. The block electrode 20 is an electrode soldered between the power element 10 and the element upper electrode 40. The element lower electrode 30 is an electrode located on the outermost side of the power module 1. The element upper electrode 40 is also the outermost electrode in the power module 1. Examples of the material of these electrodes include copper. The outer surfaces 31 and 41 of the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 are surfaces to be cooled. Each of these parts is a soldering target part to be soldered.

半田50は,パワー素子10と素子下電極30とを接合している半田層である。半田60は,パワー素子10とブロック電極20とを接合している半田層である。半田70は,ブロック電極20と素子上電極40とを接合している半田層である。半田50,60,70は,いずれも同じ種類の半田からなる層である。例えば,SnCu(融点:227℃付近)である。そのためもちろん,これらの半田50,60,70の融点は同じである。   The solder 50 is a solder layer that joins the power element 10 and the element lower electrode 30. The solder 60 is a solder layer that joins the power element 10 and the block electrode 20. The solder 70 is a solder layer that joins the block electrode 20 and the element upper electrode 40. The solders 50, 60, and 70 are all layers made of the same type of solder. For example, SnCu (melting point: around 227 ° C.). Therefore, of course, the melting points of these solders 50, 60 and 70 are the same.

パワー素子10の厚みは,100〜500μm程度である。ブロック電極20の厚みは,0.5〜5mm程度である。半田50,60,70の厚みは,50〜500μm程度である。素子下電極30および素子上電極40の厚みは,1〜10mm程度である。図1では,構造を分かりやすく示すために,各部品の厚みを強調して描いてある。しかし,実際には,素子下電極30と素子上電極40とに挟まれた各部品の厚みは非常に薄い。   The thickness of the power element 10 is about 100 to 500 μm. The thickness of the block electrode 20 is about 0.5 to 5 mm. The thickness of the solders 50, 60, 70 is about 50 to 500 μm. The thickness of the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 is about 1 to 10 mm. In FIG. 1, the thickness of each part is drawn with emphasis to show the structure in an easy-to-understand manner. However, in practice, the thickness of each component sandwiched between the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 is very thin.

2.半田付け用治具
本形態の半田付け用治具100の断面図を図2に示す。半田付け用治具100は,パワー素子10等の半田付けを行う際に用いられる治具である。その半田付けを行う際の加熱方法として,加熱プレート等を用いる伝熱方式,赤外線等を用いる輻射方式,高温の雰囲気中に曝して加熱する対流方式のいずれの方式をも用いることができる。もちろん,これらを適宜組み合わせてもよい。
2. FIG. 2 is a cross-sectional view of the soldering jig 100 of this embodiment. The soldering jig 100 is a jig used when soldering the power element 10 or the like. As a heating method for the soldering, any of a heat transfer method using a heating plate or the like, a radiation method using infrared rays or the like, or a convection method in which heating is performed in a high-temperature atmosphere can be used. Of course, you may combine these suitably.

半田付け用治具100は,図2に示すように,下側基材110と,温度制御部材111と,蓋部材112と,上側基材120と,高さ決めピン130とを有している。下側基材110と,温度制御部材111と,蓋部材112とは,半田付け対象部品を載置される下側部である。上側基材120は,半田付け対象部品の上側に載置される上側部である。   As shown in FIG. 2, the soldering jig 100 includes a lower base 110, a temperature control member 111, a lid member 112, an upper base 120, and a height determining pin 130. . The lower substrate 110, the temperature control member 111, and the lid member 112 are lower portions on which the soldering target components are placed. The upper base material 120 is an upper part placed on the upper side of the soldering target component.

下側基材110は,半田付け対象部品を支持するための第1の基材である。また,温度制御部材111や蓋部材112を支持するためのものでもある。下側部材110には,凹部115が形成されている。下側基材110の厚みは,3〜20mmである。下側基材110の材質として,例えば炭素素材が挙げられる。その他,溶融した温度制御部材111とともに合金を形成しにくい材質であるとよい。半田付け用治具100を繰り返し使用することができるためである。または,下側基材110に表面処理を施すこととしてもよい。   The lower base material 110 is a first base material for supporting a component to be soldered. Further, it is also for supporting the temperature control member 111 and the lid member 112. A recess 115 is formed in the lower member 110. The thickness of the lower substrate 110 is 3 to 20 mm. Examples of the material of the lower base material 110 include a carbon material. In addition, it is preferable that the material is difficult to form an alloy together with the molten temperature control member 111. This is because the soldering jig 100 can be used repeatedly. Alternatively, a surface treatment may be performed on the lower substrate 110.

温度制御部材111は,下側基材110の凹部115の内部に配置されている。温度制御部材111は,下側基材110と蓋部材112との間の空間に位置している。温度制御部材111の材質は,半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材である。つまり,温度制御部材111は,常温(大気圧下)では固体状態であり,半田付け温度(大気圧下)では液体状態であるものである。そして,固体状態の体積と液体状態の体積とがほとんど変わらないようなものである。温度制御部材111は,素子下電極30の板面の占める面積の大部分にわたって存在しているとよい。   The temperature control member 111 is disposed inside the recess 115 of the lower base material 110. The temperature control member 111 is located in a space between the lower base material 110 and the lid member 112. The material of the temperature control member 111 is a low melting point temperature control member having a melting point lower than the melting point of solder used for soldering. That is, the temperature control member 111 is in a solid state at room temperature (under atmospheric pressure) and in a liquid state at a soldering temperature (under atmospheric pressure). The volume in the solid state and the volume in the liquid state are almost the same. The temperature control member 111 may be present over most of the area occupied by the plate surface of the element lower electrode 30.

蓋部材112は,温度制御部材111に蓋をするためのものである。また,半田付け時には,温度制御部材111と図1に示した素子下電極30との間に配置される中間部材である。蓋部材112は,半田付けの際に溶融することがない。つまり,蓋部材112の融点は,半田付け温度よりも高い。したがって,蓋部材112の融点は,温度制御部材111の融点よりも高い。なお,下側基材110の凹部115の内側の面と,凹部115の内側に位置する蓋部材112の外側の面とは,接合されている。つまり,蓋部材112は,下側基材110に固定されている。   The lid member 112 is for covering the temperature control member 111. Further, during soldering, the intermediate member is disposed between the temperature control member 111 and the element lower electrode 30 shown in FIG. The lid member 112 does not melt during soldering. That is, the melting point of the lid member 112 is higher than the soldering temperature. Therefore, the melting point of the lid member 112 is higher than the melting point of the temperature control member 111. The inner surface of the recess 115 of the lower substrate 110 and the outer surface of the lid member 112 located inside the recess 115 are joined. That is, the lid member 112 is fixed to the lower base material 110.

上側基材120は,素子上電極40を上側から押さえるための第2の基材である。上側基材120は,後述するように,溶融した半田70が濡れ広がるようにするための錘の役割を果たすものである。上側基材120の材質として,例えば炭素素材が挙げられる。上側基材120の厚みは,3〜20mmである。高さ決めピン130は,パワーモジュール1の高さを揃えるためのものである。また,パワーモジュール1の面31,41の平行度を保持するためのものでもある。   The upper substrate 120 is a second substrate for pressing the element electrode 40 from above. As will be described later, the upper base member 120 serves as a weight for allowing the molten solder 70 to spread. An example of the material of the upper base 120 is a carbon material. The thickness of the upper substrate 120 is 3 to 20 mm. The height determining pin 130 is for aligning the height of the power module 1. Moreover, it is also for maintaining the parallelism of the surfaces 31 and 41 of the power module 1.

なお,図2から明らかなように,温度制御部材111は,半田付け用治具100の構成要素である。しかし,パワーモジュール1の構成要素ではない。すなわち,温度制御部材111は,製造後にパワーモジュール1に残留するものではない。もちろん,半田付け用治具100そのものも,製造後にパワーモジュール1に残留するものではない。   As is clear from FIG. 2, the temperature control member 111 is a component of the soldering jig 100. However, it is not a component of the power module 1. That is, the temperature control member 111 does not remain in the power module 1 after manufacturing. Of course, the soldering jig 100 itself does not remain in the power module 1 after manufacturing.

3.パワーモジュールの製造方法
パワーモジュール1の製造方法について説明する。本形態のパワーモジュール1の製造方法は,半田付け用治具100を用いることに特徴のあるものである。
3. Method for Manufacturing Power Module A method for manufacturing the power module 1 will be described. The method for manufacturing the power module 1 of this embodiment is characterized by using a soldering jig 100.

3−1.素子下電極接合工程
まず,パワー素子10等の各部品を素子下電極30に半田付けする(素子下電極接合工程)。この素子下電極接合工程は,第1の半田付け工程である。この工程では,必ずしも前述の半田付け用治具100を用いる必要はない。
3-1. Element Lower Electrode Bonding Step First, each component such as the power element 10 is soldered to the element lower electrode 30 (element lower electrode bonding step). This element lower electrode bonding step is a first soldering step. In this step, it is not always necessary to use the soldering jig 100 described above.

図3は,素子下電極30に各部品を半田付けする様子を説明するための断面図である。図3に示すように,素子下電極30の上に半田50を載置し,その半田50の上にパワー素子10を載置する。そして,そのパワー素子10の上に半田60を載置し,その半田60の上にブロック電極20を載置する。さらにブロック電極20の上に半田70を載置する。この段階では,半田50,60,70は,その上下の部材と未だ接合していない。   FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining how each component is soldered to the lower electrode 30 of the element. As shown in FIG. 3, the solder 50 is placed on the lower electrode 30, and the power element 10 is placed on the solder 50. Then, the solder 60 is placed on the power element 10, and the block electrode 20 is placed on the solder 60. Further, the solder 70 is placed on the block electrode 20. At this stage, the solders 50, 60, 70 are not yet joined to the upper and lower members.

次に,図3のように,各部材を積層したものを加熱して,半田50,60,70を溶融させる。この加熱には,加熱プレート等の伝熱方式の加熱方法を用いてもよいし,赤外線等の輻射方式の加熱方法を用いてもよい。また,高温の雰囲気中に曝す等,対流方式の加熱方法を用いてもよい。半田50,60,70の材質は同じであるため,半田50,60,70はほとんど同時に溶融し始める。   Next, as shown in FIG. 3, the stacked members are heated to melt the solders 50, 60, and 70. For this heating, a heating method such as a heating plate may be used, or a heating method using a radiation method such as infrared rays may be used. Alternatively, a convection heating method such as exposure to a high temperature atmosphere may be used. Since the materials of the solders 50, 60, 70 are the same, the solders 50, 60, 70 begin to melt almost simultaneously.

そして,溶融した半田50は,素子下電極30とパワー素子10との間で濡れ広がる。同様に,溶融した半田60は,パワー素子10とブロック電極20との間で濡れ広がる。さらに,半田70はブロック電極20の上で濡れ広がる。半田50,60,70が十分に溶融したところで,加熱を中止する。そして,各部材を積層したものを冷却する。この冷却は,自然冷却により行ってもよい。また,その他の冷却方法を用いてもよい。この冷却により,半田50および半田60は再度凝固する。これにより,素子下電極30と,パワー素子10と,ブロック電極20とは半田付けされて半田接合体となる。なお,この半田接合体の半田70は,図4に示すように,底面71から上部にかけて凸形状となっている。   The melted solder 50 wets and spreads between the element lower electrode 30 and the power element 10. Similarly, the melted solder 60 wets and spreads between the power element 10 and the block electrode 20. Further, the solder 70 spreads wet on the block electrode 20. When the solder 50, 60, 70 is sufficiently melted, heating is stopped. And what laminated | stacked each member is cooled. This cooling may be performed by natural cooling. Other cooling methods may be used. By this cooling, the solder 50 and the solder 60 are solidified again. Thereby, the element lower electrode 30, the power element 10, and the block electrode 20 are soldered to form a solder joint. Note that the solder 70 of this solder joint has a convex shape from the bottom surface 71 to the top as shown in FIG.

3−2.素子上電極接合工程
続いて,図3に示した,各部を積層して半田付けした半田接合体に,さらに素子上電極40を半田付けする(素子上電極接合工程)。この工程では,半田付け用治具100を用いる。そのため,図4に示すように,蓋部材112の上に図3に示した素子下電極30,パワー素子10,ブロック電極20の接合体を載置する。
3-2. On-Element Electrode Bonding Step Subsequently, the on-element electrode 40 is further soldered to the solder joint shown in FIG. 3 in which the respective parts are laminated and soldered (on-element electrode bonding step). In this step, a soldering jig 100 is used. Therefore, as shown in FIG. 4, the joined body of the element lower electrode 30, the power element 10, and the block electrode 20 shown in FIG. 3 is placed on the lid member 112.

ここで,前述のように,半田70の形状は,底面71から上部にかけて凸形状となっている。高さ決めピン130の下端131を下側基材110のピン用穴113に挿入する。このとき,高さ決めピン130の上端132の高さは,半田70の頂部72の高さよりもわずかに低く,ブロック電極20の上端,すなわち底面71よりもわずかに高い。   Here, as described above, the shape of the solder 70 is convex from the bottom surface 71 to the top. The lower end 131 of the height determining pin 130 is inserted into the pin hole 113 of the lower substrate 110. At this time, the height of the upper end 132 of the height determining pin 130 is slightly lower than the height of the top portion 72 of the solder 70 and slightly higher than the upper end of the block electrode 20, that is, the bottom surface 71.

次に,半田70の頂部72の上に素子上電極40を載置する。図4に示すように,半田70は複数個あるため,素子上電極40を載置するにあたって問題はない。そして,素子上電極40の上に上側基材120を載置する。上側基材120は,錘の役割を果たすものである。つまり,半田70が溶融した際に,溶融半田70が十分に濡れ広がるようにするためのものである。   Next, the upper electrode 40 is placed on the top 72 of the solder 70. As shown in FIG. 4, since there are a plurality of solders 70, there is no problem in placing the element upper electrode 40. Then, the upper substrate 120 is placed on the element electrode 40. The upper substrate 120 serves as a weight. That is, when the solder 70 is melted, the molten solder 70 is sufficiently wet and spread.

そして,図4の状態で,これらの部材を加熱する。この加熱には,加熱プレート等を用いる伝熱方式の加熱方法を用いてもよいし,赤外線等を用いる輻射方式の加熱方法を用いてもよい。また,加熱炉内で高温の雰囲気中に曝す等,対流方式の加熱方法を用いてもよい。   And these members are heated in the state of FIG. For this heating, a heat transfer type heating method using a heating plate or the like may be used, or a radiation type heating method using infrared rays or the like may be used. Further, a convection heating method such as exposure to a high temperature atmosphere in a heating furnace may be used.

これらの加熱は主に,下側基材110と上側基材120とを介して行われる。加熱プレートを用いる場合には,2つの加熱プレートをそれぞれ,下側基材110と上側基材120とに接触させる。赤外線を用いる場合には,下側基材110と上側基材120とに向けて赤外線を照射する。また,加熱炉を用いる場合には,高温の雰囲気は実質的に下側基材110と上側基材120とを加熱する。パワーモジュール1を製造するための各部品は,前述のとおり非常に薄いからである。そのため,高温の雰囲気が各部品をそれらの側面から加熱することはほとんどない。   These heating operations are mainly performed via the lower base material 110 and the upper base material 120. When a heating plate is used, the two heating plates are brought into contact with the lower substrate 110 and the upper substrate 120, respectively. When infrared rays are used, the infrared rays are irradiated toward the lower base material 110 and the upper base material 120. When using a heating furnace, the high temperature atmosphere substantially heats the lower substrate 110 and the upper substrate 120. This is because each component for manufacturing the power module 1 is very thin as described above. Therefore, the high temperature atmosphere hardly heats each part from the side.

このように加熱を続けると,下側基材110とともに温度制御部材111も加熱される。そして,温度制御部材111の温度が融点に達する。そのため,温度制御部材111は溶融し始める。この後の加熱は,温度制御部材111の溶融に用いられることとなる。つまり,温度制御部材111が溶融し始めてから完全に溶融し終えるまで,温度制御部材111の温度は,温度制御部材111の融点に保たれる。したがって,その期間では,下側基材110に接触している蓋部材112の温度も,温度制御部材111の融点と同じかそれ以下の温度である。もちろん,蓋部材112と接触している素子下電極30の温度も同様である。   When heating is continued in this manner, the temperature control member 111 is also heated together with the lower base material 110. Then, the temperature of the temperature control member 111 reaches the melting point. Therefore, the temperature control member 111 starts to melt. The subsequent heating is used for melting the temperature control member 111. That is, the temperature of the temperature control member 111 is kept at the melting point of the temperature control member 111 until the temperature control member 111 is completely melted after the temperature control member 111 starts to melt. Therefore, during that period, the temperature of the lid member 112 that is in contact with the lower substrate 110 is also equal to or lower than the melting point of the temperature control member 111. Of course, the temperature of the lower electrode 30 in contact with the lid member 112 is also the same.

前述のとおり,温度制御部材111の融点は半田50の融点よりも低い。そして,半田50が接している素子下電極30の温度は,半田50の融点よりも低い。このため,半田50が溶融するおそれはほとんどない。半田60についても同様である。   As described above, the melting point of the temperature control member 111 is lower than the melting point of the solder 50. The temperature of the element lower electrode 30 in contact with the solder 50 is lower than the melting point of the solder 50. For this reason, there is almost no possibility that the solder 50 will melt. The same applies to the solder 60.

一方,素子上電極40の側では,温度制御部材111が溶融している間にも,素子上電極40の温度は上昇し続ける。そのため,素子上電極40の温度は,半田70の融点を超える。そして,素子上電極40と接している半田70は,溶融し始める。そのため,半田70は,ブロック電極20と素子上電極40との間で濡れ広がる。なお,溶融前の半田70は,上に凸部がある形状であるため,溶融する際にエアが入らずボイドが発生しにくい。   On the other hand, on the element upper electrode 40 side, the temperature of the element upper electrode 40 continues to rise while the temperature control member 111 is melted. For this reason, the temperature of the element upper electrode 40 exceeds the melting point of the solder 70. Then, the solder 70 in contact with the element upper electrode 40 starts to melt. Therefore, the solder 70 wets and spreads between the block electrode 20 and the element upper electrode 40. Since the solder 70 before melting has a shape with a convex portion on the upper side, air does not enter when melting and voids are unlikely to occur.

半田70が溶融して濡れ広がると,図5に示すように,素子上電極40がそれに伴って下方に下りてくる。そして,素子上電極40は,高さ決めピン130と接触したところ位置で停止する。この段階で,素子上電極40と素子下電極30との間の距離が決定する。また,素子上電極40と素子下電極30との間の平行度も決まる。高さ決めピン130があることにより,素子上電極40と素子下電極30との間の距離および平行度はよい。   When the solder 70 melts and spreads, as shown in FIG. 5, the upper electrode 40 descends accordingly. The element upper electrode 40 stops at the position where it comes into contact with the height determining pin 130. At this stage, the distance between the element upper electrode 40 and the element lower electrode 30 is determined. The parallelism between the element upper electrode 40 and the element lower electrode 30 is also determined. Due to the height determining pin 130, the distance and parallelism between the element upper electrode 40 and the element lower electrode 30 are good.

そして,この後,積層した各部材を冷却することにより,パワーモジュール1が製造される。パワーモジュール1の形状精度は高い。なお,半田付け用治具100は,何度でも使用可能である。温度制御部材111は,冷却された後再び固体となるからである。   After that, the power module 1 is manufactured by cooling the stacked members. The shape accuracy of the power module 1 is high. The soldering jig 100 can be used any number of times. This is because the temperature control member 111 becomes solid again after being cooled.

4.従来技術との比較
ここで,本形態の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法との比較について,図6により説明する。図6は,半田50における温度の時間変化を示すグラフである。横軸は時間である。縦軸は半田50の温度である。
4). Comparison with Conventional Technology Here, a comparison between the semiconductor device manufacturing method of this embodiment and the conventional semiconductor device manufacturing method will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the time change of the temperature in the solder 50. The horizontal axis is time. The vertical axis represents the temperature of the solder 50.

図6中の実線は,本形態の加熱方法により加熱された半田50の温度を示している。破線は,従来の加熱方法(両面加熱)により加熱された半田50の温度を示している。二点鎖線は,従来の加熱方法(上面からのみの加熱)により加熱された半田50の温度を示している。   The solid line in FIG. 6 indicates the temperature of the solder 50 heated by the heating method of this embodiment. The broken line indicates the temperature of the solder 50 heated by the conventional heating method (double-sided heating). The two-dot chain line indicates the temperature of the solder 50 heated by the conventional heating method (heating only from the upper surface).

図6では,時刻t1で加熱をし始めることとしている。したがって,時刻t1より前の時刻では,半田50の温度は同じである。時刻t1で加熱をし始めると,本形態(実線)と従来技術の両面加熱(破線)の場合に,半田50の温度が早く上昇する。一方,上面からのみの加熱方法(二点鎖線)では,半田50の温度上昇は他の2つの加熱方法に比べて遅い。   In FIG. 6, heating is started at time t1. Accordingly, the temperature of the solder 50 is the same at a time before time t1. When heating is started at time t1, the temperature of the solder 50 rapidly rises in the case of this embodiment (solid line) and the double-sided heating (broken line) of the prior art. On the other hand, in the heating method only from the upper surface (two-dot chain line), the temperature rise of the solder 50 is slower than in the other two heating methods.

そして,加熱を続けることにより,半田50の温度は温度制御部材111の融点(T1)に達する。ここで,本形態の加熱方法では,半田50の温度は温度T1で一定となる。そのため,半田50が半田50の融点(T2)に達するおそれがない。すなわち,半田50は溶融しない。   Then, by continuing the heating, the temperature of the solder 50 reaches the melting point (T1) of the temperature control member 111. Here, in the heating method of this embodiment, the temperature of the solder 50 is constant at the temperature T1. Therefore, there is no possibility that the solder 50 reaches the melting point (T2) of the solder 50. That is, the solder 50 does not melt.

従来の両面加熱による加熱方法(破線)では,温度T1を超えて半田50の融点(T2)に達する。そのため,半田50は溶融する。つまり,一度半田付けされた半田50が再度溶融することとなるのである。そしてさらに,半田50の温度は上昇する。従来の片面加熱による加熱方法(二点鎖線)についても同様である。そして,その後,半田50が再度凝固することは,いずれの加熱方法を用いても同様である。   In the conventional heating method by double-sided heating (broken line), the temperature exceeds the temperature T1 and reaches the melting point (T2) of the solder 50. Therefore, the solder 50 is melted. That is, the solder 50 once soldered is melted again. Furthermore, the temperature of the solder 50 increases. The same applies to the conventional heating method by single-sided heating (two-dot chain line). After that, the solder 50 is solidified again regardless of which heating method is used.

このように,従来の両面加熱による加熱方法(破線)や片面加熱による加熱方法(二点鎖線)では,半田70の半田付けの際に,既に半田付けした半田50が再び溶融してしまう。そのため,従来の両面加熱による加熱方法(破線)や片面加熱による加熱方法(二点鎖線)を用いて製造されたパワーモジュール1は,素子下電極30と素子上電極40との平行度が低い。特に図4の状態で半田70が溶ける前に半田50や半田60が先に溶けると,素子上電極40と上側基材120の重さにより半田50と半田60とが押しつぶされる。これにより,パワー素子10やブロック電極20の下から,溶融した半田がはみだして半田接合不良となる。そのため,各部材間の平行度が失われることとなる。一方,本形態に係る半田付け用治具を用いたパワーモジュールの製造方法では,素子下電極30と素子上電極40との平行度が高いパワーモジュール1が製造される。   As described above, in the conventional heating method by double-sided heating (broken line) and heating method by single-sided heating (two-dot chain line), the solder 50 that has already been soldered is melted again when the solder 70 is soldered. Therefore, in the power module 1 manufactured using the conventional heating method by double-sided heating (broken line) or the heating method by single-sided heating (two-dot chain line), the parallelism between the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 is low. In particular, when the solder 50 and the solder 60 are melted before the solder 70 is melted in the state of FIG. 4, the solder 50 and the solder 60 are crushed by the weight of the element upper electrode 40 and the upper substrate 120. As a result, the melted solder protrudes from under the power element 10 and the block electrode 20, resulting in solder joint failure. For this reason, the parallelism between the members is lost. On the other hand, in the power module manufacturing method using the soldering jig according to the present embodiment, the power module 1 in which the parallelism between the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 is high is manufactured.

5.変形例
本形態では,温度制御部材111として半田の融点より低い融点の材質のものを用いた。しかし,半田の融点と同じ融点である同融点温度制御部材を用いてもよい。例えば半田付けに用いる半田と同じ種類の半田を用いることができる。その場合であっても,既に半田付けされた半田が過熱されることを防止することができる。つまり,ボイドの発生や半田の飛散等を防止できる。
5. In this embodiment, the temperature control member 111 is made of a material having a melting point lower than that of solder. However, the same melting point temperature control member having the same melting point as that of the solder may be used. For example, the same kind of solder as that used for soldering can be used. Even in that case, it is possible to prevent the already soldered solder from being overheated. That is, it is possible to prevent the generation of voids and the scattering of solder.

また,半田付け用治具100では,蓋部材112の上に半田付け対象部品を載置することとした。しかし,下側基材110を上下逆にしても構わない。この場合,図2で凹部115の形成されている底部が,温度制御部材111と半田付け対象部品との間に配置される。すなわち,この場合には,下側基材110そのものが中間部材である。   Further, in the soldering jig 100, the part to be soldered is placed on the lid member 112. However, the lower substrate 110 may be turned upside down. In this case, the bottom where the recess 115 is formed in FIG. 2 is disposed between the temperature control member 111 and the component to be soldered. That is, in this case, the lower base material 110 itself is an intermediate member.

6.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係る半田付け用治具100は,半田の融点よりも低い融点である温度制御部材111を下側基材110の凹部115の内部に有している。そのため,半田付けの加熱の際に,既に半田付けを行った半田の温度が融点に達することがない。すなわち,既に半田付けを行った半田が再度溶融するおそれがない。これにより,半田付け時の加熱によって,既に半田付けした半田を溶融させるおそれのない半田付け用治具が実現されている。
6). Summary As described above in detail, the soldering jig 100 according to the present embodiment has the temperature control member 111 having a melting point lower than the melting point of the solder inside the recess 115 of the lower substrate 110. is doing. Therefore, when the soldering is heated, the temperature of the solder that has already been soldered does not reach the melting point. That is, there is no possibility that the solder that has already been soldered will melt again. This realizes a soldering jig that does not cause the solder that has already been soldered to melt by heating during soldering.

また,本形態に係る半導体装置の製造方法では,既に半田付けした半田を再度溶融させることなく,複数層の半田付けを行うことができる。そして,素子下電極30と素子上電極40との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また,パワー素子10やブロック電極20の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, it is possible to perform soldering of a plurality of layers without remelting the solder that has already been soldered. A power module having a high degree of parallelism between the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 can be manufactured. Further, a power module in which the power element 10 and the block electrode 20 are not inclined can be manufactured.

なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,パワーモジュール以外の他の半導体装置の製造についても適用することができる。もちろん,片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。   Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be applied to the manufacture of semiconductor devices other than the power module. Of course, the present invention can also be applied to the manufacture of a single-side cooling type semiconductor device.

また,本形態の半田付け用治具100は,半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば,それによって製造される製品によらない。   Further, the soldering jig 100 of this embodiment can be applied not only to the manufacture of semiconductor devices. It does not depend on the product manufactured by soldering.

さらに,半田付けに限らず,加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば,適当な融点の温度制御部材を選択することにより,樹脂成形などにも適用することができる。その場合,BiやInを添加すると融点を下げることができる。例えば,SnBiIn(79℃),SnIn(117℃),SnBi(138〜139℃),SnBiAg(138〜139℃)を用いることができる。   Furthermore, the present invention is not limited to soldering but can be applied as long as heat treatment is performed. For example, it can be applied to resin molding by selecting a temperature control member having an appropriate melting point. In that case, the addition of Bi or In can lower the melting point. For example, SnBiIn (79 ° C.), SnIn (117 ° C.), SnBi (138 to 139 ° C.), SnBiAg (138 to 139 ° C.) can be used.

(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本形態に係るパワーモジュールの製造方法は,第1の実施形態のパワーモジュールの製造方法とほぼ同様である。第1の実施形態と異なる点は,温度制御部材111として,溶融した状態の体積が固体のときの体積よりも小さいものを用いることである。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. The power module manufacturing method according to the present embodiment is substantially the same as the power module manufacturing method of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that a temperature control member 111 having a molten volume smaller than a solid volume is used.

1.半田付け用治具
本形態の半田付け用治具200は,図7に示すように,図2に示した半田付け用治具100とほぼ同様である。異なる点は,下側基材110と蓋部材112との間に配置される温度制御部材211の材質である。温度制御部材211の液体での体積は,固体での体積よりも小さい。
1. Soldering jig 200 of this embodiment is substantially the same as the soldering jig 100 shown in FIG. 2, as shown in FIG. A different point is the material of the temperature control member 211 arranged between the lower base 110 and the lid member 112. The volume of the temperature control member 211 in the liquid is smaller than the volume in the solid state.

半田付け時における半田付け用治具200について説明する。前述のとおり,温度制御部材211は,固体状態での体積より液体状態での体積のほうが小さいものである。半田付けにおける加熱時には,温度制御部材211は溶融する。すなわち,温度制御部材211は低融点温度制御部材である。ここで,温度制御部材211は密閉された状態にある。一方,下側基材110と蓋部材112との間に形成された空間の容積は変化しない。そのため,温度制御部材211の占める空間では,減圧状態の空間212が実現している。場合によっては,温度制御部材211の成分がその空間212に気化している。なお,蓋部材112は,このような減圧状態であっても変形しない程度の強度を備える高剛性部材である。   The soldering jig 200 at the time of soldering will be described. As described above, the temperature control member 211 has a smaller volume in the liquid state than in the solid state. During heating in soldering, the temperature control member 211 is melted. That is, the temperature control member 211 is a low melting point temperature control member. Here, the temperature control member 211 is in a sealed state. On the other hand, the volume of the space formed between the lower base 110 and the lid member 112 does not change. Therefore, a space 212 in a decompressed state is realized in the space occupied by the temperature control member 211. In some cases, components of the temperature control member 211 are vaporized in the space 212. The lid member 112 is a high-rigidity member having a strength that does not deform even in such a reduced pressure state.

空間212が減圧状態にあるため,半田付け時において半田付け用治具200には断熱効果がある。そのため,半田付け用治具200は,第1の実施形態の半田付け用治具100に比べて,より半田50を溶融させにくい。   Since the space 212 is in a reduced pressure state, the soldering jig 200 has a heat insulating effect during soldering. Therefore, the soldering jig 200 is more difficult to melt the solder 50 than the soldering jig 100 of the first embodiment.

このように,半田付け用治具200を用いることにより,加熱装置による加熱を強くすることができる。すなわち,半田付け時間を短縮することができる。その場合,加熱装置から主に加熱を受ける下側基材110および上側基材120の温度がより高い温度となる。しかし,温度制御部材211の断熱効果により,半田50が溶融するおそれはほとんどない。   Thus, by using the soldering jig 200, the heating by the heating device can be strengthened. That is, the soldering time can be shortened. In that case, the temperature of the lower base material 110 and the upper base material 120 that are mainly heated from the heating device is higher. However, there is almost no possibility that the solder 50 melts due to the heat insulating effect of the temperature control member 211.

つまり,蓋部材112から素子下電極30に熱を伝える伝熱経路は,温度制御部材211の温度が温度制御部材211の融点に達するまではつながっている。しかし,温度制御部材211の温度が融点に達して温度制御部材211が融解し始めると,その伝熱経路は次第に遮断されることとなる。つまり,本形態に係る半田付け用治具200は,第1の実施形態の半田付け用治具100よりも断熱効果が高い。そのため,第1の実施形態よりも強い加熱で半田付けを行うことができる。そのようにしても,半田50が再び溶融するおそれがないからである。加熱を強いものとすると,温度上昇のために要する時間を短いものとすることができる。すなわち,サイクルタイムは短い。   That is, the heat transfer path for transferring heat from the lid member 112 to the element lower electrode 30 is connected until the temperature of the temperature control member 211 reaches the melting point of the temperature control member 211. However, when the temperature of the temperature control member 211 reaches the melting point and the temperature control member 211 starts to melt, the heat transfer path is gradually cut off. That is, the soldering jig 200 according to the present embodiment has a higher heat insulating effect than the soldering jig 100 of the first embodiment. Therefore, soldering can be performed with heating stronger than in the first embodiment. This is because the solder 50 does not have to be melted again. If heating is strong, the time required for temperature rise can be shortened. That is, the cycle time is short.

なお,第1の実施形態と第2の実施形態とで異なる材質の温度制御部材を用いることとした。しかし,実際には,固体が液体に相転移した場合には体積が変化するのが通常である。そして多くの物質では,固体状態の体積のほうが液体状態の体積より大きい。すなわち,説明の便宜上,第1の実施形態と第2の実施形態との区別を行ったにすぎない。採用する温度制御部材の融点や,固体状態と液体状態とでの体積比によって,実施形態を使い分けることができることに変わりない。   Note that the temperature control members made of different materials are used in the first embodiment and the second embodiment. In practice, however, the volume usually changes when a solid phase transitions to a liquid. And for many substances, the volume in the solid state is larger than the volume in the liquid state. That is, for the convenience of explanation, only the first embodiment and the second embodiment are distinguished. The embodiment can be used properly depending on the melting point of the temperature control member to be employed and the volume ratio between the solid state and the liquid state.

2.変形例
2−1.可動蓋
ここで,本形態の変形例について説明する。本形態の半田付け用治具200では,下側基材110と蓋部材112とは固定されていた。そのため,温度制御部材211が配置されている空間は密閉状態であった。しかし,蓋部材を可動にしてもよい。すなわち,下側基材と,蓋部材とを固定しないのである。
2. Modification 2-1. Movable lid Here, the modification of this form is explained. In the soldering jig 200 of this embodiment, the lower base material 110 and the lid member 112 are fixed. Therefore, the space in which the temperature control member 211 is disposed is in a sealed state. However, the lid member may be movable. That is, the lower base material and the lid member are not fixed.

図8に示す半田付け用治具300では,下側基材310と,蓋部材312とが互いに可動である。つまり,下側基材310と,蓋部材312とが互いに固定されていない。そのため,温度制御部材211が溶融した場合には,蓋部材312は下方に移動する。つまり,蓋部材312が半田付け対象部品から遠ざかるように移動するのである。そのため,蓋部材312と,素子下電極30との間には,隙間が生じる。そのため,温度制御部材211の温度がその融点に達したところで,素子下電極30と蓋部材312との接触状態は解除される。すなわち,蓋部材312から素子下電極30への熱伝導の経路はほとんど遮断されることとなる。ここで,下側基材310と素子下電極30との接触箇所は存在する。しかし,その面積は十分に小さい。よって,その接触箇所から伝わる熱量は十分に小さい。   In the soldering jig 300 shown in FIG. 8, the lower substrate 310 and the lid member 312 are movable with respect to each other. That is, the lower base material 310 and the lid member 312 are not fixed to each other. Therefore, when the temperature control member 211 is melted, the lid member 312 moves downward. That is, the lid member 312 moves so as to move away from the part to be soldered. Therefore, a gap is generated between the lid member 312 and the element lower electrode 30. Therefore, when the temperature of the temperature control member 211 reaches its melting point, the contact state between the element lower electrode 30 and the lid member 312 is released. That is, the heat conduction path from the lid member 312 to the element lower electrode 30 is almost blocked. Here, a contact portion between the lower substrate 310 and the element lower electrode 30 exists. However, the area is sufficiently small. Therefore, the amount of heat transferred from the contact point is sufficiently small.

2−2.変形蓋
ここで,本形態の別の変形例について説明する。前述のように蓋部材312を可動とする代わりに,蓋部材そのものが変形することとしてもよい。このようにしても,蓋部材から素子下電極30への伝熱経路がほとんど遮断されることに変わりないからである。
2-2. Deformation lid Here, another modification of this form is explained. Instead of making the lid member 312 movable as described above, the lid member itself may be deformed. This is because the heat transfer path from the lid member to the element lower electrode 30 is almost blocked even in this case.

図9に示す半田付け用治具400では,弾性変形する材質の蓋部材412が用いられている。下側基材410と,蓋部材412とは,互いに固定されている。この蓋部材412の材質として,例えばアルミニウムがある。また,その他の材質であっても,十分に薄ければ変形可能である。温度制御部材211が溶融して体積減少が生ずれば,温度制御部材211の配置されている空間での圧力は減少する。この減圧により,蓋部材412が変形するのである。   In the soldering jig 400 shown in FIG. 9, a lid member 412 made of an elastically deformable material is used. The lower base material 410 and the lid member 412 are fixed to each other. An example of the material of the lid member 412 is aluminum. Also, other materials can be deformed if they are thin enough. If the temperature control member 211 is melted and a volume reduction occurs, the pressure in the space where the temperature control member 211 is disposed decreases. The lid member 412 is deformed by this decompression.

3.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係る半田付け用治具200は,半田の融点よりも低い融点である温度制御部材211を下側基材110の凹部の内部に有している。温度制御部材211の液体状態での体積は,固体状態での体積よりも小さい。そのため,温度制御部材211の融解の開始により,蓋部材112から素子下電極30への熱伝導はほとんどなくなる。よって,既に半田付けを行った半田が再度溶融するおそれがない。これにより,半田付け時の加熱によって,既に半田付けした半田を溶融させるおそれのない半田付け用治具が実現されている。
3. Summary As described above in detail, the soldering jig 200 according to the present embodiment has the temperature control member 211 having a melting point lower than the melting point of the solder inside the concave portion of the lower substrate 110. ing. The volume of the temperature control member 211 in the liquid state is smaller than the volume in the solid state. Therefore, the heat conduction from the lid member 112 to the element lower electrode 30 is almost eliminated by the start of melting of the temperature control member 211. Therefore, there is no possibility that the solder which has already been soldered will be melted again. This realizes a soldering jig that does not cause the solder that has already been soldered to melt by heating during soldering.

また,本形態に係る半導体装置の製造方法では,既に半田付けした半田を再度溶融させることなく,複数層の半田付けを行うことができる。そして,素子下電極30と素子上電極40との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また,パワー素子10やブロック電極20の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, it is possible to perform soldering of a plurality of layers without remelting the solder that has already been soldered. A power module having a high degree of parallelism between the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 can be manufactured. Further, a power module in which the power element 10 and the block electrode 20 are not inclined can be manufactured.

なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,パワーモジュール以外の他の半導体装置の製造についても適用することができる。また,片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。   Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be applied to the manufacture of semiconductor devices other than the power module. The present invention can also be applied to the manufacture of a single-side cooling type semiconductor device.

また,本形態の半田付け用治具200は,半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば,それによって製造される製品によらない。   Also, the soldering jig 200 of this embodiment can be applied not only to the manufacture of semiconductor devices. It does not depend on the product manufactured by soldering.

さらに,半田付けに限らず,加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば,適当な融点の温度制御部材を選択することにより,樹脂成形などにも適用することができる。その場合,BiやInを添加すると融点を下げることができる。例えば,SnBiIn(79℃),SnIn(117℃),SnBi(138〜139℃),SnBiAg(138〜139℃)を用いることができる。   Furthermore, the present invention is not limited to soldering but can be applied as long as heat treatment is performed. For example, it can be applied to resin molding by selecting a temperature control member having an appropriate melting point. In that case, the addition of Bi or In can lower the melting point. For example, SnBiIn (79 ° C.), SnIn (117 ° C.), SnBi (138 to 139 ° C.), SnBiAg (138 to 139 ° C.) can be used.

(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。本形態に係る半導体装置の製造方法は,第1の実施形態の半導体装置の製造方法とほぼ同様である。本形態が第1の実施形態と異なる点は,温度制御部材が下側基材にも上側基材にも設けられていることである。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. The semiconductor device manufacturing method according to this embodiment is substantially the same as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the temperature control member is provided on both the lower base material and the upper base material.

1.半田付け用治具
本形態の半田付け用治具500は,図10に示すように,下側基材110と上側基材520とを有している。下側基材110の凹部には温度制御部材111が配置されている。そして,上側基材520の凹部にも温度制御部材521が配置されている。すなわち,半田付け用治具500は,下側からの加熱の際に,温度制御部材111により温度制御を行うことができるものであるとともに,上側からの加熱の際にも,温度制御部材521により温度制御を行うことができるものである。
1. Soldering jig 500 of this embodiment has a lower base 110 and an upper base 520 as shown in FIG. A temperature control member 111 is disposed in the recess of the lower substrate 110. The temperature control member 521 is also disposed in the concave portion of the upper base material 520. That is, the soldering jig 500 can be controlled by the temperature control member 111 when heated from the lower side, and is also heated by the temperature control member 521 when heated from the upper side. Temperature control can be performed.

ここで,半田,温度制御部材111,521の材質および融点は,表1に示すとおりである。半田の材質はSnCuである。温度制御部材111の材質はSnAgCuである。温度制御部材521の材質はSnSbである。温度制御部材111の融点は半田の融点よりも低い。つまり,温度制御部材111は,低融点温度制御部材である。そして,温度制御部材521の融点は半田の融点よりも高い。つまり,温度制御部材521は,高融点温度制御部材である。   Here, the materials and melting points of the solder and temperature control members 111 and 521 are as shown in Table 1. The material of the solder is SnCu. The material of the temperature control member 111 is SnAgCu. The material of the temperature control member 521 is SnSb. The melting point of the temperature control member 111 is lower than the melting point of solder. That is, the temperature control member 111 is a low melting point temperature control member. The melting point of the temperature control member 521 is higher than the melting point of the solder. That is, the temperature control member 521 is a high melting point temperature control member.

[表1]
材質 融点
半田 SnCu 227℃程度
温度制御部材111 SnAgCu 217〜224℃
温度制御部材521 SnSb 232〜240℃
[Table 1]
Material Melting point Solder About SnCu 227 ° C Temperature control member 111 SnAgCu 217-224 ° C
Temperature control member 521 SnSb 232-240 ° C

したがって,半田付けの際に,温度制御部材111が溶融することは第1の実施形態と同様である。温度制御部材521は,上方から,すなわち上側基材520の側からの加熱が強い場合に溶融する。すなわち,温度制御部材521の温度がその融点を超えた場合に,温度制御部材521は溶融する。そのため,半田70の温度は,温度制御部材521の融点以下の温度に保たれることとなる。   Accordingly, the temperature control member 111 is melted in the same manner as in the first embodiment during soldering. The temperature control member 521 melts when the heating from the upper side, that is, the upper base material 520 side is strong. That is, when the temperature of the temperature control member 521 exceeds its melting point, the temperature control member 521 melts. Therefore, the temperature of the solder 70 is kept at a temperature equal to or lower than the melting point of the temperature control member 521.

このように,半田付け時の半田70の温度を制御することができる。半田付けの際の半田の最高到達温度は,半田の融点より5〜30℃程度高いことが望ましい。この温度範囲内であれば,半田が突沸するおそれがない。つまり,半田が周囲に飛散したり,ボイドが生じたりするおそれがない。また,半田が部品の金属と脆性を示す合金を形成するおそれもない。したがって,半田70の融点より5〜30℃高い温度の範囲内に融点がある材質のものを温度制御部材521として用いるとよい。   Thus, the temperature of the solder 70 at the time of soldering can be controlled. It is desirable that the maximum temperature of the solder during soldering is about 5 to 30 ° C. higher than the melting point of the solder. If it is within this temperature range, there is no risk of solder boiling. In other words, there is no risk of solder scattering or voids. Also, there is no risk that the solder will form a brittle alloy with the metal of the component. Therefore, a material having a melting point in the range of 5 to 30 ° C. higher than the melting point of the solder 70 may be used as the temperature control member 521.

本形態では,温度制御部材111のみならず温度制御部材521も設けられている。したがって,下方からの加熱のみならず,上方からの加熱においても温度制御を行うものである。そのため,第1の実施形態よりも強い加熱を行ったとしても,半田70の温度が上昇しすぎるおそれがない。そのため,溶融した半田の過熱を原因とするボイドの発生を抑制することができる。   In this embodiment, not only the temperature control member 111 but also the temperature control member 521 is provided. Therefore, temperature control is performed not only for heating from below but also for heating from above. Therefore, even if heating is performed stronger than in the first embodiment, there is no possibility that the temperature of the solder 70 will rise too much. Therefore, generation of voids caused by overheating of the molten solder can be suppressed.

2.パワーモジュールの製造方法
本形態の半田付け用治具500を用いたパワーモジュールの製造方法は,第1の実施形態のものとほぼ同様である。本形態のパワーモジュールの製造方法では,半田付け用治具500を用いることにより,加熱を行う両側で温度制御を行うことができる。そのため,第1の実施形態よりも強い加熱を行っても,好適な半田付けを行うことができる。すなわち,本形態のパワーモジュールの製造方法は,第1の実施形態のパワーモジュールの製造方法より,サイクルタイムを短いものとすることができる。
2. Power Module Manufacturing Method A power module manufacturing method using the soldering jig 500 of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. In the power module manufacturing method of this embodiment, temperature control can be performed on both sides of heating by using the soldering jig 500. Therefore, suitable soldering can be performed even if heating is performed stronger than in the first embodiment. That is, the power module manufacturing method of the present embodiment can have a shorter cycle time than the power module manufacturing method of the first embodiment.

3.変形例
本形態では,下側基材110の凹部に半田の融点より低い融点の温度制御部材111を配置するとともに,上側基材520の凹部に半田の融点より高い融点の温度制御部材521を配置することとした。しかし,下側基材110に半田の融点より高い融点の高融点温度制御部材を配置するとともに,上側基材520に半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を配置することとしても良い。
3. Modification In this embodiment, the temperature control member 111 having a melting point lower than the melting point of solder is disposed in the recess of the lower substrate 110, and the temperature control member 521 having a melting point higher than the melting point of solder is disposed in the recess of the upper substrate 520. It was decided to. However, a high melting point temperature control member having a melting point higher than the melting point of solder may be disposed on the lower substrate 110, and a low melting point temperature control member having a melting point lower than the melting point of solder may be disposed on the upper substrate 520.

本形態では,第1の実施形態と同様に密閉した温度制御部材111を用いることとした。しかし,第2の実施形態で説明したような断熱効果を有する構成にしてもよい。つまり,温度制御部材211を用いることができる。その場合には,固定された蓋部材112(図7),可動である蓋部材312(図8),変形可能な蓋部材412(図9)を用いることができる。   In this embodiment, the sealed temperature control member 111 is used as in the first embodiment. However, you may make it the structure which has the heat insulation effect as demonstrated in 2nd Embodiment. That is, the temperature control member 211 can be used. In that case, a fixed lid member 112 (FIG. 7), a movable lid member 312 (FIG. 8), and a deformable lid member 412 (FIG. 9) can be used.

4.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係る半田付け用治具500は,下側基材110に温度制御部材111を備えるとともに,上側基材520にも温度制御部材521を備えるものである。そのため,既に半田付けを行った半田50を溶融させないで半田70の半田付けを行うことができるとともに,半田70を好適な温度条件で半田付けすることができる。これにより,好適な半田付けを行うことのできる半田付け用治具が実現されている。
4). Summary As described above in detail, the soldering jig 500 according to the present embodiment includes the temperature control member 111 on the lower base 110 and the temperature control member 521 on the upper base 520. Is. Therefore, the solder 70 can be soldered without melting the solder 50 that has already been soldered, and the solder 70 can be soldered under a suitable temperature condition. As a result, a soldering jig capable of performing suitable soldering is realized.

また,本形態に係る半導体装置の製造方法では,既に半田付けした半田を再度溶融させることなく,複数層の半田付けを行うことができる。そして,素子下電極30と素子上電極40との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また,パワー素子10やブロック電極20の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, it is possible to perform soldering of a plurality of layers without remelting the solder that has already been soldered. A power module having a high degree of parallelism between the element lower electrode 30 and the element upper electrode 40 can be manufactured. Further, a power module in which the power element 10 and the block electrode 20 are not inclined can be manufactured.

なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。また,片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。   Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be applied to the manufacture of other semiconductor devices other than the power module. The present invention can also be applied to the manufacture of a single-side cooling type semiconductor device.

また,本形態の半田付け用治具500は,半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば,それによって製造される製品によらない。   The soldering jig 500 of this embodiment can be applied not only to the manufacture of semiconductor devices. It does not depend on the product manufactured by soldering.

さらに,半田付けに限らず,加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば,適当な融点の温度制御部材を選択することにより,樹脂成形などにも適用することができる。その場合,BiやInを添加すると融点を下げることができる。例えば,SnBiIn(79℃),SnIn(117℃),SnBi(138〜139℃),SnBiAg(138〜139℃)を用いることができる。   Furthermore, the present invention is not limited to soldering but can be applied as long as heat treatment is performed. For example, it can be applied to resin molding by selecting a temperature control member having an appropriate melting point. In that case, the addition of Bi or In can lower the melting point. For example, SnBiIn (79 ° C.), SnIn (117 ° C.), SnBi (138 to 139 ° C.), SnBiAg (138 to 139 ° C.) can be used.

(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。第1の実施形態から第3の実施形態にかけて説明したパワーモジュールの製造方法により製造されるパワーモジュール1は,両面冷却式の半導体装置であった。本形態の半導体装置の製造方法により製造されるパワーモジュールは,片面冷却式の半導体装置である。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. The power module 1 manufactured by the method for manufacturing a power module described from the first embodiment to the third embodiment is a double-sided cooling type semiconductor device. The power module manufactured by the semiconductor device manufacturing method of this embodiment is a single-sided cooling type semiconductor device.

1.片面冷却式のパワーモジュール
本形態で製造されるパワーモジュール2を図11に示す。パワーモジュール2は片面冷却式の半導体装置である。パワーモジュール2は,パワー素子11と,基板80と,半田90とを有している。パワー素子11は,IGBT等の半導体素子である。基板80は,絶縁基板である。回路の形成された回路基板であっても適用できる。パワー素子11と基板80とは半田90により接合されている。
1. Single-sided cooling power module FIG. 11 shows a power module 2 manufactured in this embodiment. The power module 2 is a single-sided cooling type semiconductor device. The power module 2 includes a power element 11, a substrate 80, and solder 90. The power element 11 is a semiconductor element such as an IGBT. The substrate 80 is an insulating substrate. Even a circuit board on which a circuit is formed can be applied. The power element 11 and the substrate 80 are joined by solder 90.

半田90は,パワー素子11と基板80とを接合するための接合部である。基板80の表面81にパワー素子11が半田付けされている。裏面82に,ヒートシンクを設けるようにしてもよい。その接合を半田付けにより行うこととしてもよいし,ロウ付けにより行うこととしてもよい。   The solder 90 is a joint for joining the power element 11 and the substrate 80. The power element 11 is soldered to the surface 81 of the substrate 80. A heat sink may be provided on the back surface 82. The joining may be performed by soldering or may be performed by brazing.

2.半田付け用治具
本形態の半田付け用治具600を図12に示す。図12は,半田付け用治具600の平面図である。半田付け用治具600は,図12に示すように,下側基材610と,上側基材620とを有している。
2. Soldering jig A soldering jig 600 of this embodiment is shown in FIG. FIG. 12 is a plan view of the soldering jig 600. As shown in FIG. 12, the soldering jig 600 includes a lower base material 610 and an upper base material 620.

図13は,図12のAA断面を示す断面図である。図13に示すように,下側基材610は,温度制御部材611と,蓋部材612とを有している。温度制御部材611の材質は,半田90の融点よりも低い融点の材質である。蓋部材612は,下側基材610に固定されている。   13 is a cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. As shown in FIG. 13, the lower base 610 includes a temperature control member 611 and a lid member 612. The material of the temperature control member 611 is a material having a melting point lower than that of the solder 90. The lid member 612 is fixed to the lower base material 610.

3.パワーモジュールの製造方法
本形態のパワーモジュールの製造方法は,第1の実施形態のパワーモジュールの製造方法とほぼ同様である。異なる点は,半田付け時の熱伝導経路である。よって,半田付け時の熱伝導経路について説明する。
3. Power Module Manufacturing Method The power module manufacturing method of the present embodiment is substantially the same as the power module manufacturing method of the first embodiment. The difference is the heat conduction path during soldering. Therefore, the heat conduction path during soldering will be described.

半田付け時においては,下側基材610および上側基材620が主に加熱される。下側基材610の蓋部材612は,基板80の下面82と接触している。上側基材620は,基板80の上面81と接触している。したがって,基板80は,その上面81と下面82から加熱されることとなる。   At the time of soldering, the lower base material 610 and the upper base material 620 are mainly heated. The lid member 612 of the lower base 610 is in contact with the lower surface 82 of the substrate 80. The upper base material 620 is in contact with the upper surface 81 of the substrate 80. Therefore, the substrate 80 is heated from the upper surface 81 and the lower surface 82 thereof.

ここで,基板80の下面82は,半田90の融点より低い温度である。温度制御部材611があることにより,温度が制御されるからである。一方,基板80の上面81は,半田90の融点を超える温度となりうる。基板80の上面81側の熱は,基板80の下面82側にほとんど逃げることがない。基板80の下面82側の温度は半田90の融点には満たないものの,基板80の上面81側の温度に近い温度に達しているからである。   Here, the lower surface 82 of the substrate 80 is at a temperature lower than the melting point of the solder 90. This is because the temperature is controlled by the presence of the temperature control member 611. On the other hand, the upper surface 81 of the substrate 80 can have a temperature exceeding the melting point of the solder 90. The heat on the upper surface 81 side of the substrate 80 hardly escapes to the lower surface 82 side of the substrate 80. This is because the temperature on the lower surface 82 side of the substrate 80 reaches a temperature close to the temperature on the upper surface 81 side of the substrate 80, although it does not reach the melting point of the solder 90.

加熱を続けると,半田90の温度はやがて融点に達する。よって,半田90は溶融する。その際に,基板80の下面82側の温度は半田90の温度より低い。そのため,半田90の熱はわずかに温度制御部材611に伝わることとなる。したがって,半田90の温度が高くなりすぎるおそれはない。つまり,半田が周囲に飛散したり,ボイドが生じたりするおそれがない。これにより,半田90が高温となりすぎることなく,好適に半田付けを行うことができる。   If the heating is continued, the temperature of the solder 90 eventually reaches the melting point. Therefore, the solder 90 is melted. At that time, the temperature on the lower surface 82 side of the substrate 80 is lower than the temperature of the solder 90. Therefore, the heat of the solder 90 is slightly transmitted to the temperature control member 611. Therefore, there is no possibility that the temperature of the solder 90 becomes too high. In other words, there is no risk of solder scattering or voids. As a result, the solder 90 can be suitably soldered without becoming too hot.

4.変形例
4−1.蓋部材
本形態では,第1の実施形態と同様に密閉した温度制御部材111を用いることとした。しかし,第2の実施形態で説明したような断熱効果を有する構成にしてもよい。つまり,温度制御部材211を用いることができる。その場合には,固定された蓋部材112(図7),可動である蓋部材312(図8),変形可能な蓋部材412(図9)を用いることができる。
4). Modified example 4-1. Lid member In this embodiment, the sealed temperature control member 111 is used as in the first embodiment. However, you may make it the structure which has the heat insulation effect as demonstrated in 2nd Embodiment. That is, the temperature control member 211 can be used. In that case, a fixed lid member 112 (FIG. 7), a movable lid member 312 (FIG. 8), and a deformable lid member 412 (FIG. 9) can be used.

4−2.上部に温度制御部材(その1)
本形態では,下側基材610に温度制御部材611を設けた。しかし,図14に示すように,パワー素子11の上部に温度制御部材を設けることとしてもよい。図14に示す半田付け用治具700は,下側基材710と,上側基材720と,素子上部材730とを有している。素子上部材730の凹部には,温度制御部材731と,蓋部材732とが設けられている。
4-2. Temperature control member on top (Part 1)
In this embodiment, the temperature control member 611 is provided on the lower base 610. However, as shown in FIG. 14, a temperature control member may be provided above the power element 11. A soldering jig 700 shown in FIG. 14 includes a lower base 710, an upper base 720, and an element upper member 730. A temperature control member 731 and a lid member 732 are provided in the concave portion of the element upper member 730.

半田付け時において,素子上部材730は半田90の融点より低い温度である。温度制御部材731があるためである。半田付け時には,パワー素子11は半田90の融点に近い温度に達しうる。半田90に接触しているためである。しかし,素子上部材730があることにより,パワー素子11の温度が上昇しすぎるおそれはない。また,半田90の温度も上昇しすぎるおそれはほとんどない。半田90の熱がパワー素子11を介して素子上部材730に逃げることができるからである。   At the time of soldering, the element upper member 730 is at a temperature lower than the melting point of the solder 90. This is because there is a temperature control member 731. At the time of soldering, the power element 11 can reach a temperature close to the melting point of the solder 90. This is because it is in contact with the solder 90. However, the presence of the element upper member 730 does not cause the temperature of the power element 11 to rise excessively. Moreover, there is almost no possibility that the temperature of the solder 90 will rise too much. This is because the heat of the solder 90 can escape to the element upper member 730 via the power element 11.

4−3.上部に温度制御部材(その2)
また,図15に示すように,上側基材820そのものに温度制御部材831を設けるようにしてもよい。半田付け用治具800は,図15に示すように,下側基材810と上側基材820とを有している。上側基材820には,温度制御部材831と蓋部材832とが設けられている。
4-3. Temperature control member on top (Part 2)
Further, as shown in FIG. 15, a temperature control member 831 may be provided on the upper base material 820 itself. As shown in FIG. 15, the soldering jig 800 has a lower base material 810 and an upper base material 820. The upper base member 820 is provided with a temperature control member 831 and a lid member 832.

半田付け用治具800を用いて半田付けを行う場合について説明する。半田付け用治具800を用いると,本形態とは逆に基板80の上面81の温度が半田90の融点より低い温度で保持される。そして,基板80の下面82の温度が半田90の融点より高い温度となりうる。   A case where soldering is performed using the soldering jig 800 will be described. When the soldering jig 800 is used, the temperature of the upper surface 81 of the substrate 80 is held at a temperature lower than the melting point of the solder 90, contrary to this embodiment. In addition, the temperature of the lower surface 82 of the substrate 80 can be higher than the melting point of the solder 90.

このように,半田90は,基板80の上面81および下面82の双方から熱が与えられる。そして半田90は,基板80の下面82からの加熱により,半田90の融点に達する。これにより,半田90は溶融する。そして,半田90が濡れ広がり,冷却により再凝固する。このようにして,半田付けがなされる。   Thus, heat is applied to the solder 90 from both the upper surface 81 and the lower surface 82 of the substrate 80. The solder 90 reaches the melting point of the solder 90 by heating from the lower surface 82 of the substrate 80. As a result, the solder 90 is melted. Then, the solder 90 spreads out and resolidifies by cooling. In this way, soldering is performed.

4−4.その他
その他に,第3の実施形態で説明したように,下側基材610と上側基材620との両方に,温度制御部材を配置することとしてもよい。その場合には,上側基材620の側の配置する温度制御部材として,半田90の融点より高いものを用いるとよい。
4-4. Others As described in the third embodiment, temperature control members may be disposed on both the lower base material 610 and the upper base material 620. In that case, a temperature control member disposed on the upper base material 620 side may be higher than the melting point of the solder 90.

5.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係る半田付け用治具600は,片面冷却式の半導体装置の製造に用いることのできるものである。半田付け用治具600は,下側基材610の凹部に温度制御部材611を備えるものである。そのため,半田付けを好適に行うことができる半田付け用治具600が実現されている。
5. Summary As described above in detail, the soldering jig 600 according to the present embodiment can be used for manufacturing a single-side cooling type semiconductor device. The soldering jig 600 includes a temperature control member 611 in a concave portion of the lower base 610. Therefore, a soldering jig 600 capable of suitably performing soldering is realized.

また,本形態に係る半導体装置の製造方法では,既に半田付けした半田を再度溶融させることなく,複数層の半田付けを行うことができる。そして,形状精度の高いパワーモジュールを製造することができる。また,パワー素子11等の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, it is possible to perform soldering of a plurality of layers without remelting the solder that has already been soldered. And a power module with high shape accuracy can be manufactured. Further, a power module that is not inclined such as the power element 11 can be manufactured.

なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。   Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be applied to the manufacture of other semiconductor devices other than the power module.

また,本形態の半田付け用治具600は,半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば,それによって製造される製品によらない。   The soldering jig 600 of this embodiment can be applied not only to the manufacture of semiconductor devices. It does not depend on the product manufactured by soldering.

さらに,半田付けに限らず,加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば,適当な融点の温度制御部材を選択することにより,樹脂成形などにも適用することができる。その場合,BiやInを添加すると融点を下げることができる。例えば,SnBiIn(79℃),SnIn(117℃),SnBi(138〜139℃),SnBiAg(138〜139℃)を用いることができる。   Furthermore, the present invention is not limited to soldering but can be applied as long as heat treatment is performed. For example, it can be applied to resin molding by selecting a temperature control member having an appropriate melting point. In that case, the addition of Bi or In can lower the melting point. For example, SnBiIn (79 ° C.), SnIn (117 ° C.), SnBi (138 to 139 ° C.), SnBiAg (138 to 139 ° C.) can be used.

(第5の実施形態)
第5の実施形態について説明する。本形態で製造するパワーモジュールは,第4の実施形態で製造したパワーモジュール2と同様である。すなわち,片面冷却式の半導体装置である。本形態が第1の実施形態から第4の実施形態までと異なる点は,温度制御部材の材質である。本形態の温度制御部材は,大気圧下の常温で液体であり,大気圧下の半田付け温度で気体である。または,常温で固体であっても,半田の融点付近の温度で気体である物質であってもよい。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. The power module manufactured in this embodiment is the same as the power module 2 manufactured in the fourth embodiment. That is, it is a single-sided cooling type semiconductor device. The difference of this embodiment from the first embodiment to the fourth embodiment is the material of the temperature control member. The temperature control member of this embodiment is liquid at room temperature under atmospheric pressure and gas at soldering temperature under atmospheric pressure. Alternatively, it may be a solid at room temperature or a substance that is a gas at a temperature near the melting point of the solder.

1.半田付け用治具
本形態の半田付け用治具900の断面図を図16に示す。半田付け用治具900は,下側基材910と,上側基材920と,チャンバー950とを有している。下側基材910は,温度制御部材911と,蓋部材912とを有している。また,下側基材910には,貫通孔913が設けられている。
1. Soldering jig A cross-sectional view of a soldering jig 900 of this embodiment is shown in FIG. The soldering jig 900 includes a lower base material 910, an upper base material 920, and a chamber 950. The lower base material 910 includes a temperature control member 911 and a lid member 912. Further, a through hole 913 is provided in the lower base material 910.

チャンバー950は,気体を閉じ込めておくためのケースである。温度制御部材911は,半田90の融点と近い沸点の液体である。ここで,半田付け温度が170〜200℃であるとする。そうすると,温度制御部材911として,サリチルアルデヒド(沸点:195℃)やベンズアルデヒド(沸点:179℃)を用いることができる。その他に,ペリルアルデヒド(沸点:237℃)やシンアムアルデヒド(沸点:251℃)を用いてもよい。これらの融点は,半田付け温度の最高到達温度の−30〜30℃の範囲内にある。これらは,気体であるときに還元性を示す物質である。貫通孔913は,温度制御部材911のある箇所から半田付け対象部品のある箇所まで貫通している貫通孔である。   The chamber 950 is a case for confining gas. The temperature control member 911 is a liquid having a boiling point close to the melting point of the solder 90. Here, it is assumed that the soldering temperature is 170 to 200 ° C. Then, salicylaldehyde (boiling point: 195 ° C.) or benzaldehyde (boiling point: 179 ° C.) can be used as the temperature control member 911. In addition, perillaldehyde (boiling point: 237 ° C.) or cinnamaldehyde (boiling point: 251 ° C.) may be used. These melting points are in the range of −30 to 30 ° C., which is the highest temperature of the soldering temperature. These are substances that exhibit reducing properties when they are gases. The through-hole 913 is a through-hole penetrating from a place where the temperature control member 911 is located to a place where a part to be soldered is located.

第1の実施形態から第4の実施形態までで説明したように,本形態の温度制御部材911は,半田の温度制御を行う。本形態の温度制御部材911はさらに,各部品の表面で酸化還元反応を起こすことができる。すなわち,半田付けにより各部品の表面に形成される酸化膜を除去することができる。   As described in the first to fourth embodiments, the temperature control member 911 of this embodiment performs solder temperature control. The temperature control member 911 of this embodiment can further cause an oxidation-reduction reaction on the surface of each component. That is, the oxide film formed on the surface of each component can be removed by soldering.

2.変形例
2−1.上部に温度制御部材(その1)
本形態では,下側基材910に温度制御部材911を設けた。しかし,パワー素子11の上側に温度制御部材を設けてもよい。図17に示す半田付け用治具1000は,下側基材1010と,上側基材1020と,素子上部材1030とを有している。素子上部材1030の凹部には,温度制御部材1031と,蓋部材1032とが配置されている。蓋部材1032には,貫通孔1033が形成されている。貫通孔1033は,気化した還元性ガスをチャンバー1050の内部に流入させるためのものである。このようにしても,半田90の温度を制御することができることに変わりない。また,各部品の表面の酸化皮膜を除去できることに変わりない。
2. Modification 2-1. Temperature control member on top (Part 1)
In this embodiment, the temperature control member 911 is provided on the lower base material 910. However, a temperature control member may be provided above the power element 11. A soldering jig 1000 shown in FIG. 17 has a lower base material 1010, an upper base material 1020, and an element upper member 1030. A temperature control member 1031 and a lid member 1032 are disposed in the recess of the element upper member 1030. A through hole 1033 is formed in the lid member 1032. The through hole 1033 is for allowing the vaporized reducing gas to flow into the chamber 1050. Even in this case, the temperature of the solder 90 can be controlled. Moreover, the oxide film on the surface of each part can be removed.

2−2.上部に温度制御部材(その2)
また,図18に示すような半田付け用治具1100を用いてもよい。半田付け用治具1100は,下側基材1010と,上側基材1120と,チャンバー1050とを有している。上側基材1120の凹部には,温度制御部材1121と,蓋部材1122とが配置されている。蓋部材1122には,貫通孔1123が形成されている。貫通孔1123は,気化した還元性ガスをチャンバー1050の内部に流入させるためのものである。このようにしても,半田90の温度を制御することができることに変わりない。また,各部品の表面の酸化皮膜を除去できることに変わりない。
2-2. Temperature control member on top (Part 2)
Further, a soldering jig 1100 as shown in FIG. 18 may be used. The soldering jig 1100 has a lower base material 1010, an upper base material 1120, and a chamber 1050. A temperature control member 1121 and a lid member 1122 are disposed in the recess of the upper base material 1120. A through hole 1123 is formed in the lid member 1122. The through hole 1123 is for allowing the vaporized reducing gas to flow into the chamber 1050. Even in this case, the temperature of the solder 90 can be controlled. Moreover, the oxide film on the surface of each part can be removed.

2−3.その他
その他に,第3の実施形態で説明したように,下側基材と上側基材との両方に,温度制御部材を配置することとしてもよい。その場合には,上側基材の側の配置する温度制御部材として,半田90の融点より高いものを用いるとよい。
2-3. Others As described in the third embodiment, temperature control members may be disposed on both the lower base material and the upper base material. In that case, it is preferable to use a temperature control member disposed on the upper substrate side that is higher than the melting point of the solder 90.

3.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係る半田付け用治具900は,半田の融点付近に沸点がある温度制御部材911を用いるものである。そのため,半田が過熱するおそれがほとんどない。また,気化した温度制御部材は,還元性である。そのため,各部品の酸化皮膜を除去することができる。つまり,還元ガスを別途供給する必要はない。これにより,好適に半田付けをすることのできる半田付け用治具900が実現されている。
3. Summary As described above in detail, the soldering jig 900 according to the present embodiment uses the temperature control member 911 having a boiling point near the melting point of the solder. Therefore, there is almost no risk of solder overheating. The vaporized temperature control member is reducible. Therefore, the oxide film on each part can be removed. That is, it is not necessary to supply the reducing gas separately. Thus, a soldering jig 900 that can be suitably soldered is realized.

また,本形態に係る半導体装置の製造方法では,既に半田付けした半田を再度溶融させることなく,複数層の半田付けを行うことができる。そして,形状精度の高いパワーモジュールを製造することができる。また,パワー素子11等の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。また,本形態の半導体装置の製造方法は,第1の実施形態から第2の実施形態までで説明した半導体装置の製造方法に比べて,断熱効果が高い。気体の熱伝導性は液体の熱伝導性よりも低いからである。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, it is possible to perform soldering of a plurality of layers without remelting the solder that has already been soldered. And a power module with high shape accuracy can be manufactured. Further, a power module that is not inclined such as the power element 11 can be manufactured. In addition, the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment has a higher heat insulation effect than the method for manufacturing a semiconductor device described in the first to second embodiments. This is because the thermal conductivity of gas is lower than that of liquid.

なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。   Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be applied to the manufacture of other semiconductor devices other than the power module.

また,本形態の半田付け用治具900は,半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば,それによって製造される製品によらない。   The soldering jig 900 of this embodiment can be applied not only to the manufacture of semiconductor devices. It does not depend on the product manufactured by soldering.

さらに,半田付けに限らず,加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば,適当な融点の温度制御部材を選択することにより,樹脂成形などにも適用することができる。その場合,BiやInを添加すると融点を下げることができる。例えば,SnBiIn(79℃),SnIn(117℃),SnBi(138〜139℃),SnBiAg(138〜139℃)を用いることができる。   Furthermore, the present invention is not limited to soldering but can be applied as long as heat treatment is performed. For example, it can be applied to resin molding by selecting a temperature control member having an appropriate melting point. In that case, the addition of Bi or In can lower the melting point. For example, SnBiIn (79 ° C.), SnIn (117 ° C.), SnBi (138 to 139 ° C.), SnBiAg (138 to 139 ° C.) can be used.

1,2…パワーモジュール
10,11…パワー素子
20…ブロック電極
30…素子下電極
40…素子上電極
50,60,70,90…半田
80…基板
81…上面
82…下面
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100…半田付け用治具
110,310,410,610,710…下側基材
111,211,521,611,731,831…温度制御部材
112,312,412,522,612,732,832…蓋部材
120,520,620,720,820…上側基材
130…高さ決めピン
630…位置決めピン
730…素子上部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Power module 10, 11 ... Power element 20 ... Block electrode 30 ... Element lower electrode 40 ... Element upper electrode 50, 60, 70, 90 ... Solder 80 ... Substrate 81 ... Upper surface 82 ... Lower surface 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 ... soldering jigs 110, 310, 410, 610, 710 ... lower base materials 111, 211, 521, 611, 731, 831 ... temperature control members 112, 312, 412, 522, 612, 732, 832... Lid member 120, 520, 620, 720, 820... Upper substrate 130 .. height determining pin 630.

Claims (18)

半田付け対象部品を載置するための下側部と,
前記半田付け対象部品の上側に載置される上側部とを有する半田付け用治具であって,
前記下側部と前記上側部との少なくとも一方は,
所定の温度で溶融する温度制御部材と,
前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって,前記温度制御部材と前記半田付け対象部品との間に配置される中間部材とを有することを特徴とする半田付け用治具。
A lower side for mounting the parts to be soldered;
A soldering jig having an upper portion placed on an upper side of the soldering target component,
At least one of the lower part and the upper part is
A temperature control member that melts at a predetermined temperature;
A soldering jig comprising a member having a melting point higher than the melting point of the temperature control member, and an intermediate member disposed between the temperature control member and the part to be soldered .
請求項1に記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材は,
半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
The soldering jig according to claim 1,
The temperature control member is:
A soldering jig characterized by being a same melting point temperature control member having the same melting point as that of solder used for soldering.
請求項1に記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材は,
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
The soldering jig according to claim 1,
The temperature control member is:
A soldering jig characterized by being a low melting point temperature control member having a melting point lower than that of solder used for soldering.
請求項1に記載の半田付け用治具であって,
前記下側部と前記上側部との一方に配置された第1の温度制御部材と,
前記下側部と前記上側部との他方に配置された第2の温度制御部材とを有し,
前記第1の温度制御部材は,
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材であり,
前記第2の温度制御部材は,
半田付けに用いられる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
The soldering jig according to claim 1,
A first temperature control member disposed on one of the lower portion and the upper portion;
A second temperature control member disposed on the other of the lower side and the upper side;
The first temperature control member is:
A low melting point temperature control member that has a melting point lower than the melting point of the solder used for soldering,
The second temperature control member is:
A soldering jig characterized by being a high melting point temperature control member having a melting point higher than that of solder used for soldering.
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材は,
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり,
前記中間部材は,
前記下側部または前記上側部の基材に固定されている高剛性部材であることを特徴とする半田付け用治具。
A soldering jig according to any one of claims 1 to 4, wherein
The temperature control member is:
The material after melting is smaller than the volume before melting,
The intermediate member is
A soldering jig, which is a high-rigidity member fixed to the base of the lower side or the upper side.
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材は,
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり,
前記中間部材は,
前記下側部または前記上側部の基材に固定されているとともに,前記温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものであることを特徴とする半田付け用治具。
A soldering jig according to any one of claims 1 to 4, wherein
The temperature control member is:
The material after melting is smaller than the volume before melting,
The intermediate member is
A soldering jig characterized by being made of a material that is fixed to the base material of the lower part or the upper part and elastically deforms by melting of the temperature control member.
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材は,
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり,
前記中間部材は,
前記下側部または前記上側部の基材に固定されていないものであるとともに,
前記半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものであることを特徴とする半田付け用治具。
A soldering jig according to any one of claims 1 to 4, wherein
The temperature control member is:
The material after melting is smaller than the volume before melting,
The intermediate member is
While not being fixed to the base of the lower part or the upper part,
A soldering jig characterized by being movable in a direction away from the soldering target component.
請求項1から請求項7までのいずれかに記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材として,
所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものを用いることを特徴とする半田付け用治具。
A soldering jig according to any one of claims 1 to 7,
As the temperature control member,
A soldering jig comprising a material that vaporizes at a predetermined temperature instead of a material that melts at a predetermined temperature.
請求項8に記載の半田付け用治具であって,
前記温度制御部材は,
気化した状態で還元性を備える還元性ガスとなるものであり,
前記温度制御部材の配置されている箇所から前記半田付け対象部品の載置されている箇所まで達する貫通孔が形成されていることを特徴とする半田付け用治具。
The soldering jig according to claim 8,
The temperature control member is:
It becomes a reducing gas with reducing properties in a vaporized state,
A soldering jig, wherein a through-hole extending from a place where the temperature control member is disposed to a place where the soldering target component is placed is formed.
半導体素子を第1の基材に半田付けして第1の半田接合体とする第1の半田付け工程を有する半導体装置の製造方法であって,
前記第1の半田付け工程では,
所定の温度で溶融する温度制御部材と,前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって,前記温度制御部材と前記第1の基材との間に配置される中間部材とを有する第1の半田付け用治具を用い,
前記温度制御部材と前記第1の基材との間に中間部材が位置するように前記第1の基材を配置し,
その状態で加熱して半田付けを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first soldering step of soldering a semiconductor element to a first base material to form a first solder joint,
In the first soldering step,
A temperature control member that melts at a predetermined temperature; a member having a melting point that is higher than the melting point of the temperature control member; and an intermediate member disposed between the temperature control member and the first base material; Using a first soldering jig having
Disposing the first base material such that an intermediate member is located between the temperature control member and the first base material;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein heating and soldering are performed in that state.
半導体素子を第1の基材に半田付けして第1の半田接合体とする第1の半田付け工程と,
第2の基材を前記第1の半田接合体に半田付けして両面冷却型の半導体装置とする第2の半田付け工程とを有する半導体装置の製造方法であって,
前記第2の半田付け工程では,
前記第1の基材の側と前記第2の基材の側との少なくとも一方に,所定の温度で溶融する温度制御部材と,前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって前記第1の基材と前記第2の基材との少なくとも一方と前記温度制御部材との間に配置される中間部材とを有する第2の半田付け用治具を用い,
前記第1の基材と前記第2の基材との少なくとも一方と前記温度制御部材との間に中間部材が位置するように前記第1の基材または前記第2の基材を配置し,
その状態で加熱して半田付けを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first soldering step of soldering a semiconductor element to a first base material to form a first solder joint;
A second soldering step of soldering a second base material to the first solder joint to form a double-sided cooling type semiconductor device,
In the second soldering step,
At least one of the first substrate side and the second substrate side is a temperature control member that melts at a predetermined temperature, and a member made of a material having a melting point higher than the melting point of the temperature control member. And using a second soldering jig having an intermediate member disposed between at least one of the first base material and the second base material and the temperature control member,
Disposing the first base material or the second base material so that an intermediate member is positioned between at least one of the first base material and the second base material and the temperature control member;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein heating and soldering are performed in that state.
請求項10または請求項11に記載の半導体装置の製造方法であって,
前記第1の半田付け工程と前記第2の半田付け工程との少なくとも一方では,
前記温度制御部材として,
半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10 or claim 11,
In at least one of the first soldering step and the second soldering step,
As the temperature control member,
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by using a same melting point temperature control member having the same melting point as that of solder used for soldering.
請求項10または請求項11に記載の半導体装置の製造方法であって,
前記第1の半田付け工程と前記第2の半田付け工程との少なくとも一方では,
前記温度制御部材として,
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10 or claim 11,
In at least one of the first soldering step and the second soldering step,
As the temperature control member,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising using a low melting point temperature control member having a melting point lower than that of solder used for soldering.
請求項11に記載の半導体装置の製造方法であって,
前記第2の半田付け用治具は,
前記第1の基材の側と前記第2の基材の側との一方の側に,
半田付けに用いる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材を備えるとともに,
前記第1の基材の側と前記第2の基材の側との他方の側に,
半田付けに用いる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, comprising:
The second soldering jig is:
On one side of the first substrate side and the second substrate side,
A low melting point temperature control member having a melting point lower than the melting point of solder used for soldering is provided.
On the other side of the first substrate side and the second substrate side,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a high melting point temperature control member having a melting point higher than that of solder used for soldering.
請求項10から請求項14までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって,
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として,
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い,
前記中間部材として,
前記第1の基材と前記第2の基材との少なくとも一方に固定されている高剛性部材を備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10 to 14,
As the temperature control member other than the high melting point temperature control member,
Use a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting.
As the intermediate member,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising using a jig including a high-rigidity member fixed to at least one of the first base material and the second base material.
請求項10から請求項14までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって,
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として,
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い,
前記中間部材として,
前記第1の基材と前記第2の基材との少なくとも一方に固定されているとともに,前記温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものを備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10 to 14,
As the temperature control member other than the high melting point temperature control member,
Use a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting.
As the intermediate member,
A semiconductor device characterized by using a jig that is fixed to at least one of the first base material and the second base material and has a material that is elastically deformed by melting of the temperature control member. Manufacturing method.
請求項10から請求項14までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって,
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として,
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い,
前記中間部材として,
前記半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものを備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10 to 14,
As the temperature control member other than the high melting point temperature control member,
Use a material whose volume after melting is smaller than the volume before melting.
As the intermediate member,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising using a jig that is movable in a direction away from the part to be soldered.
請求項10から請求項17までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって,
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として,
所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものであるとともに,その気化したガスが還元性を備えるものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 10 to 17,
As the temperature control member other than the high melting point temperature control member,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a material that is vaporized at a predetermined temperature is used instead of a material that melts at a predetermined temperature, and that the vaporized gas has reducibility.
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