JP2018014464A - 位置決め治具、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、はんだの周囲を減圧することによりはんだが拡散しベース板の意図しない場所に付着することを防止できる位置決め治具と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本願の発明に係る位置決め治具は、中央に貫通孔を有する板状の形状を有し、下面に溝が設けられた板状部と、該板状部を取り囲み、該板状部よりも下方に突出した突出部と、を備えたことで、拡散したはんだを該溝に収容することができ、はんだが該ベース板の意図しない場所に付着することを防止するものである。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置の製造に用いる位置決め治具と、その位置決め治具を用いた半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、金属製の冷却器と絶縁基板が超高温接合層によって固定されたことが開示されている。この冷却器には溝枠体が形成され、超高温接合層の形成時における濡れ拡がりを抑制する形状とされている。

特開２０１５−０７２９５７号公報

絶縁基板をベース板の予め定められた場所に設置するために、貫通孔が形成された位置決め治具をベース板にのせて当該貫通孔から露出したベース板の上に絶縁基板を設置することがある。絶縁基板をベース板の上にのせた後、絶縁基板とベース板の間に設けられたはんだを溶融させて絶縁基板をベース板に固定する。はんだ溶融中にはんだ内のボイドを除去することを目的にはんだの周辺を減圧状態にする。そのとき、ボイドと一緒に抜けたはんだがベース板と位置決め治具との間を流れて、ベース板のレジストコートが形成されていない部分にまで達しベース板に付着してしまうことがあった。ベース板に付着したはんだは外観不良の原因となる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、はんだがベース板に付着することを防止できる位置決め治具と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明に係る位置決め治具は、中央に貫通孔を有する板状の形状を有し、下面に溝が設けられた板状部と、該板状部を取り囲み、該板状部よりも下方に突出した突出部と、を備えたことを特徴とする。

本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、ベース板に、中央に貫通孔を有する位置決め治具をのせる第１搭載工程と、該貫通孔によって露出した該ベース板の上面に、半導体素子が取り付けられた絶縁基板をのせる第２搭載工程と、該ベース板と該絶縁基板の間に設けたはんだを溶融させて該ベース板に該絶縁基板を固定し、該はんだが溶融している際に該はんだの周囲を減圧する固定工程と、該位置決め治具の下面には、固定工程にて該はんだの周囲を減圧することにより該ベース板と該位置決め治具の間を拡散するはんだをトラップする溝が設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、位置決め治具に溝を設けてその溝にはんだを収容するので、はんだがベース板に付着することを防止できる。

半導体装置の平面図である。 実施の形態１に係るベース板と位置決め治具の断面図である。 絶縁基板等の断面図である。 第２搭載工程後の位置決め治具等の平面図である。 固定工程後の位置決め治具等の断面図である。 第１比較例に係る位置決め治具等の断面図である。 実施の形態２に係る位置決め治具等の断面図である。 位置決め治具等の平面図である。 図７の第２下面とその周辺の拡大図である。 第２比較例に係る位置決め治具等の断面図である。 図１０の板状部とその周辺の拡大図である。

本発明の実施の形態に係る位置決め治具と半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の平面図である。この半導体装置はベース板１を備えている。ベース板１の上面には絶縁基板２がはんだ付けされている。絶縁基板２の上面にはＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)チップ３とＦｗＤｉ（Free-wheeling Diode）チップ４がはんだ付けされている。ＩＧＢＴチップ３とＦｗＤｉチップ４をまとめて半導体素子と称することがある。ベース板１の上にはレジストコート５が形成されている。レジストコート５は絶縁基板２を囲んでいる。レジストコート５ははんだ付けしない部分に形成するソルダレジストである。レジストコート５の上面並びに、ベース板１の側面及びその近傍にははんだが付着していない。図１の半導体装置に適宜ワイヤボンディングが施されてパワーモジュールができる。

（第１搭載工程）
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２は、ベース板１に位置決め治具６をのせたことを示す図である。位置決め治具６の中央には貫通孔６ａが形成されている。貫通孔６ａによってベース板１の上面が外部に露出している。位置決め治具６は中央に貫通孔６ａを有する板状の形状を有している。

位置決め治具６は、板状部６Ａと、板状部６Ａにつながる突出部６Ｂを有している。板状部６Ａの下面には溝６ｂが設けられている。溝６ｂは貫通孔６ａを囲むように環状に設けることが好ましい。突出部６Ｂは板状部６Ａよりも下方に突出した部分である。突出部６Ｂは平面視で板状部６Ａを取り囲んでいる。第１搭載工程では、この突出部６Ｂによってベース板１に対する位置決め治具６の位置を決めることができる。このように、ベース板１に位置決め治具６をのせる工程を第１搭載工程という。

（第２搭載工程）
次いで、第２搭載工程に処理を進める。第２搭載工程では、絶縁基板２をベース板１の上にのせる。図３は、絶縁基板２をベース板１にのせたことを示す図である。絶縁基板２は、セラミック基板２ａと、セラミック基板２ａの上面に形成された金属パターン２ｂと、セラミック基板２ａの下面に形成された金属パターン２ｃを有している。金属パターン２ｂの上にはんだＳ１を介してＩＧＢＴチップ３とＦｗＤｉチップ４が設けられている。金属パターン２ｃの下にははんだＳ２を介してベース板１がある。第２搭載工程では、ＩＧＢＴチップ３とＦｗＤｉチップ４が取り付けられた絶縁基板２を、位置決め治具６の貫通孔６ａによって露出したベース板１の上面にのせる。

図４は、第２搭載工程後の位置決め治具６等の平面図である。位置決め治具６については輪郭だけを描き、位置決め治具６の下方の構成を破線で描いた。位置決め治具の溝６ｂは平面視で環状に形成されている。

（固定工程）
次いで、固定工程に処理を進める。図５は、固定工程後の位置決め治具６等の断面図である。固定工程では、ベース板１と絶縁基板２の間に設けたはんだＳ２、及び半導体素子と絶縁基板２の間に設けたはんだＳ１を溶融させる。これにより、ベース板１に絶縁基板２を固定するとともに、絶縁基板２に半導体素子を固定する。この工程を固定工程という。

固定工程においては、はんだＳ１、Ｓ２が溶融している際にはんだＳ１、Ｓ２の周囲を減圧する。具体的には、位置決め治具６を収容する処理空間を真空引きすることで、はんだＳ１、Ｓ２の周囲の圧力を大気圧より低くする。減圧は、はんだＳ１、Ｓ２が溶融してから凝固するまで継続することが好ましい。減圧により、はんだＳ１、Ｓ２内部の気泡を取り除くことではんだＳ１、Ｓ２のボイドを低減することができる。

固定工程にてはんだＳ１、Ｓ２の周囲を減圧することにより、はんだがベース板１と位置決め治具６の間を拡散することがある。拡散するはんだは位置決め治具６の下面に形成された溝６ｂによってトラップされる。図５には溝６ｂに収容されたはんだ７が示されている。

図６は、第１比較例に係る位置決め治具等を示す図である。この第１比較例の位置決め治具には溝は形成されていない。そのため、位置決め治具の下面が平坦になっている。この場合、ベース板１と位置決め治具６の間をはんだが流れ、ベース板１の側面付近のレジストコートが無い部分にはんだ７が付着する。このはんだ７は外観不良として検出される。

これに対し、本発明の実施の形態１に係る位置決め治具では、図５に示すように、板状部６Ａの下面に溝６ｂを形成した。そのため、固定工程においてベース板１と位置決め治具６の間を拡散するはんだを溝６ｂに収めることができる。この溝６ｂを平面視で絶縁基板２を囲むように環状に形成することで、はんだがベース板１の側面又はその近傍まで拡散することを防止できる。溝６ｂは、必ずしも環状に設ける必要はなく、任意の形状とすることができる。

本発明の実施の形態１に係る位置決め治具６と、半導体装置の製造方法はその特徴を失わない範囲において様々な変形をなし得る。例えば、ＩＧＢＴチップ３とＦｗＤｉチップ４は他の半導体素子に置き換えてもよい。また、溝６ｂの形状を任意の形状に変更することができる。これらの変形は以下の実施の形態係る位置決め治具と半導体装置の製造方法にも適宜応用できる。なお、以下の実施の形態に係る位置決め治具と半導体装置の製造方法は、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る位置決め治具等を示す図である。板状部６Ａの下面は、溝６ｂが形成された第１下面６Ｃと、第１下面６Ｃより高い位置にある第２下面６Ｄと、を有している。第２下面６Ｄは、例えば、板状部６Ａの下面にザグリ加工を施すことで形成する。図８は、位置決め治具６等の平面図である。第２下面６Ｄは平面視で第１下面６Ｃを囲んでいる。図８のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図が図７である。

図７の説明に戻る。ベース板１には反り加工が施されている。そのため、ベース板１は下に凸に反り端部で最も高さが高くなっている。これにより、ベース板１の下面をヒートシンクに密着させてパワーモジュールの放熱性を確保することができる。

図９は、図７の第２下面６Ｄとその周辺の拡大図である。第１搭載工程を終えると、図９に示されるように、ベース板１の端部は第２下面６Ｄの直下に位置する。ベース板１の端部と第２下面６Ｄの間に空間９がある。この空間９を確保することでベース板１の端部と位置決め治具６の接触を防止する。空間９を確保することで、第１下面６Ｃとベース板１を接触または非常に近接させることができる。したがって、溝６ｂではんだ７をトラップすることができる。

図１０は、第２比較例に係る位置決め治具等を示す図である。第２比較例では、板状部６Ａの下面が平坦であり、前述した第２下面はない。そのため、反り加工されたベース板１の端部が位置決め治具６に接触して、ベース板１に対して位置決め治具６が浮く。これにより、位置決め治具６と、ベース板１のうち端部よりも中央に近い部分との間に大きな隙間が生じ、溝６ｂではんだをトラップできなくなってしまう。

図１１は、図１０の板状部６Ａとその周辺の拡大図である。図１１には、位置決め治具６と、ベース板１のうち端部よりも中央に近い部分との間に大きな隙間があくことで、溝６ｂではんだをトラップできなかったことが示されている。第２比較例の場合、はんだ７がベース板１の側面まで流れてしまうおそれがある。

本発明の実施の形態２に係る位置決め治具は、第１下面６Ｃよりも高く形成された第２下面６Ｄを有することで、反ったベース板１と絶縁基板２を接合する際にはんだを溝６ｂで捕獲できるようにしたものである。本発明の実施の形態２に係る位置決め治具と、半導体装置の製造方法は、この特徴を失わない範囲で様々な変形をなし得る。

１ ベース板、 ２ 絶縁基板、 ６ 位置決め治具、 ６Ａ 板状部、 ６Ｂ 突出部、 ６ａ 貫通孔、 ６ｂ 溝、 ６Ｃ 第１下面、 ６Ｄ 第２下面

Claims (6)

1. 中央に貫通孔を有する板状の形状を有し、下面に溝が設けられた板状部と、
   前記板状部を取り囲み、前記板状部よりも下方に突出した突出部と、を備えたことを特徴とする位置決め治具。
2. 前記板状部の下面は、
   前記溝が形成された第１下面と、
   平面視で前記第１下面を囲み、前記第１下面より高い位置にある第２下面と、を有し、
   前記溝は前記第１下面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の位置決め治具。
3. 前記溝は、平面視で環状に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め治具。
4. ベース板に、中央に貫通孔を有する位置決め治具をのせる第１搭載工程と、
   前記貫通孔によって露出した前記ベース板の上面に、半導体素子が取り付けられた絶縁基板をのせる第２搭載工程と、
   前記ベース板と前記絶縁基板の間に設けたはんだを溶融させて前記ベース板に前記絶縁基板を固定し、前記はんだが溶融している際に前記はんだの周囲を減圧する固定工程と、
   前記位置決め治具の下面には、前記固定工程にて前記はんだの周囲を減圧することにより前記ベース板と前記位置決め治具の間を拡散するはんだをトラップする溝が設けられたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記ベース板は下に凸に反ることで、端部で最も高さが高くなっており、
   前記位置決め治具の下面は、前記溝が形成された第１下面と、平面視で前記第１下面を囲み前記第１下面より高い位置にある第２下面と、を有し、
   前記第１搭載工程を終えると、前記ベース板の端部は前記第２下面の直下にあり、前記ベース板の端部と前記第２下面の間に空間があることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記溝は、平面視で環状に設けられたことを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。

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