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公開番号2024106475
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-08
出願番号2023010742
出願日2023-01-27
発明の名称半導体装置の製造方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 23/36 20060101AFI20240801BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】絶縁層の下面に接合される金属板の剛性を向上させることなく、半導体モジュールと金属ベース板との接合時に発生する絶縁層への応力を低減することが可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体装置100の製造方法は、トランスファーモールド工程と、モールドパッケージ実装工程とを備えている。モールドパッケージ実装工程は、金属ベース板1の上面に第2の接合材9を介して半導体モジュール50を配置し、金属ベース板1、第2の接合材9および半導体モジュール50を加熱し第2の接合材9を溶融させた後、金属ベース板1、第2の接合材9および半導体モジュール50を冷却し第2の接合材9を硬化させる工程を含んでいる。金属ベース板1、第2の接合材9および半導体モジュール50の冷却時に、第2の接合材9の固相線での金属ベース板1の上面温度と第1の金属板4の下面温度との差は5℃以下である。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
（ａ）第１の金属板、前記第１の金属板の下面に接合された絶縁層、前記絶縁層の下面に接合された第２の金属板、および前記第１の金属板の上面に第１の接合材を介して搭載された半導体素子を、前記第２の金属板の下面を露出した状態でモールド樹脂により封止することで半導体モジュールを製造する工程と、
（ｂ）金属ベース板の上面に前記第２の金属板の下面を、前記第１の接合材よりも低い融点を有する第２の接合材で接合することで前記半導体モジュールを前記金属ベース板に実装する工程と、を備え、
前記工程（ｂ）は、前記金属ベース板の上面に前記第２の接合材を介して前記半導体モジュールを配置し、前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを加熱し前記第２の接合材を溶融させた後、前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを冷却し前記第２の接合材を硬化させる工程を含み、
前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールの冷却時に、前記第２の接合材の固相線での前記金属ベース板の上面温度と前記第１の金属板の下面温度との差は５℃以下である、半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記第２の接合材はビスマスを含有する錫はんだであり、
前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールの冷却時に、前記ビスマスを５８％含有する場合における前記第２の接合材の共晶点での前記金属ベース板の上面温度と前記第１の金属板の下面温度との差は２℃以下である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）において、前記半導体モジュールの上方から冷却された還元性気体を吹き付けることで前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを冷却する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属ベース板の下面には、下方に突出する複数のピンフィンが設けられ、
前記工程（ｂ）において、複数の前記ピンフィンの先端に冷却ブロックを接触させることで前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを冷却する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の接合材はビスマスを含有する錫はんだであり、
前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールの冷却時に、前記第２の接合材の固相線から、前記ビスマスを５８％含有する場合における前記第２の接合材の共晶点までの温度勾配は－０．２℃／ｓｅｃ以上の傾きである、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）において、前記金属ベース板の下面に冷却ブロックを接触させるとともに、前記半導体モジュールの上方から冷却された前記還元性気体を吹き付けることで前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを冷却する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、ヒートスプレッダの下面に樹脂絶縁層（絶縁層に相当する）を介して固定される銅板の厚さ寸法を、０．３ｍｍ以上かつヒートスプレッダの厚さ寸法を超えない値に設定することで、はんだ接合する際のリフロー工程において、半導体装置に内蔵される樹脂絶縁層が高温により剥離するなどの不具合を回避する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１１１７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、樹脂絶縁層の剥離を抑制するために絶縁樹脂層と一体となる銅板の厚みを増やすことで銅板の剛性を向上させているが、樹脂絶縁層の剥離を抑制する効果を高めるために、銅板として電解銅箔を採用することが一般的である。
【０００５】
しかし、電解銅箔の厚みを増やそうとすると製造コストが増加する。電解銅箔の代わりに圧延銅板を採用すると、電解銅箔を採用した場合と比べて樹脂絶縁層との密着性が低いため、樹脂絶縁層との密着性を向上させるために圧延銅板の表面に対して粗化処理を行うなど別の工程が必要となり、製造コストが増加する。
【０００６】
また、絶縁層としてセラミックス絶縁基板を採用した構造においても、半導体モジュールと金属ベース板との接合時に発生するセラミックス絶縁基板への応力が問題となる。
【０００７】
そこで、本開示は、絶縁層の下面に接合される金属板の剛性を向上させることなく、半導体モジュールと金属ベース板との接合時に発生する絶縁層への応力を低減することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る半導体装置の製造方法は、第１の金属板、前記第１の金属板の下面に接合された絶縁層、前記絶縁層の下面に接合された第２の金属板、および前記第１の金属板の上面に第１の接合材を介して搭載された半導体素子を、前記第２の金属板の下面を露出した状態でモールド樹脂により封止することで半導体モジュールを製造する工程（ａ）と、金属ベース板の上面に前記第２の金属板の下面を、前記第１の接合材よりも低い融点を有する第２の接合材で接合することで前記半導体モジュールを前記金属ベース板に実装する工程（ｂ）とを備え、前記工程（ｂ）は、前記金属ベース板の上面に前記第２の接合材を介して前記半導体モジュールを配置し、前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを加熱し前記第２の接合材を溶融させた後、前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールを冷却し前記第２の接合材を硬化させる工程を含み、前記金属ベース板、前記第２の接合材および前記半導体モジュールの冷却時に、前記第２の接合材の固相線での前記金属ベース板の上面温度と前記第１の金属板の下面温度との差は５℃以下である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、絶縁層の下面に接合される第２の金属板の剛性を向上させることなく、半導体モジュールと金属ベース板との接合時に発生する絶縁層への応力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の上面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
実施の形態１における冷却時の金属ベース板の上面温度と第１の金属板の下面温度との差を示すグラフ図である。
実施の形態１における急冷時の金属ベース板および第１の金属板の温度プロファイルを示すグラフ図である。
実施の形態１における急冷時の絶縁耐圧を示すグラフ図である。
実施の形態１における徐冷時の金属ベース板および第１の金属板の温度プロファイルを示すグラフ図である。
実施の形態１における徐冷時の絶縁耐圧を示すグラフ図である。
実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
実施の形態３における冷却時の金属ベース板の上面温度と第１の金属板の下面温度との差を示すグラフ図である。
実施の形態３の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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