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公開番号2025006487
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023107307
出願日2023-06-29
発明の名称はんだ付け装置及び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,個人
主分類B23K 3/06 20060101AFI20250109BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】半導体装置において合金層起因のボイド発生を抑制してはんだ層の欠陥を低減することを目的とする
【解決手段】はんだ付け装置10は、半導体素子21をはんだの融点以上に加熱する半導体素子加熱部14と、半導体素子21裏面の接合領域全体に溶融はんだ22bを供給するはんだ供給部15と、半導体素子21を保持して移動する搬送部17とを備えている。搬送部17が、半導体素子21の裏面に供給された溶融はんだ22bを基板23に押し付けて、半導体素子21と基板23を接合し、半導体装置20を形成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上にはんだを介して半導体素子を接合する半導体装置のはんだ付け装置であって、
前記半導体素子を前記はんだの融点以上に加熱する半導体素子加熱部と、
前記半導体素子裏面の接合領域全体に溶融はんだを供給するはんだ供給部と、
前記半導体素子を保持して移動する搬送部と、を備え、
前記搬送部が、前記半導体素子の裏面に供給された前記溶融はんだを前記基板に押し付けて、前記半導体素子と前記基板を接合する
はんだ付け装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記半導体素子裏面の電極が、Ａｕで構成される
請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項３】
前記はんだ供給部は、溶融はんだを前記半導体素子裏面に転写する転写治具である
請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項４】
前記転写治具上に固形はんだを送る、はんだ送り機をさらに備えた
請求項３に記載のはんだ付け装置。
【請求項５】
溶融したはんだを溜めるためのはんだ槽と、
前記はんだ槽の前記はんだを吸引して、吸引した前記はんだを前記転写治具上に送るシリンジをさらに備えた
請求項３に記載のはんだ付け装置。
【請求項６】
前記転写治具は、前記転写治具上のはんだを融点以上に加熱する加熱機構を備える
請求項３に記載のはんだ付け装置。
【請求項７】
前記転写治具が、はんだの濡れない材料で構成される
請求項３に記載のはんだ付け装置。
【請求項８】
前記転写治具の主面は、前記主面にテーパーが設けられた凹形状であり、
前記テーパーの頂点が、前記転写治具の主面の中心と一致する
請求項３に記載のはんだ付け装置。
【請求項９】
前記テーパーの深さが、前記溶融はんだの直径より小さい
請求項８に記載のはんだ付け装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のはんだ付け装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子をはんだの融点以上に加熱する半導体素子加熱工程と、
前記半導体素子裏面の接合領域全体に、溶融はんだを供給するはんだ供給工程と、
前記半導体素子裏面に供給された前記溶融はんだを前記基板に押し付けて、前記半導体素子と前記基板を接合する接合工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、はんだ付け装置および半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するためのはんだ付け工程では、半導体素子と基板間や基板とベース間をはんだによって面接合する。半導体素子と基板間の場合では、まず溶融させたはんだが半導体素子と基板の各主面に濡れる。その後に、はんだを融点以下に冷却することで二つの主面間にはんだ層が形成される。基板とベース間のはんだ付けの場合も、基本的には同様に二つの主面の間にはんだ層を形成している。ところで、パワー半導体素子は使用上限温度に制約があり、はんだ層を介して放熱をする必要があるので、パワー半導体素子直下のはんだ層では、放熱を阻害するようなボイドなどの欠陥の発生を回避する必要がある。
【０００３】
一般的なはんだ付け方法として、ペーストはんだを用いて、はんだを印刷により供給して行うはんだ付け方法がある。ペーストはんだに含まれるフラックス成分からは、ガスが発生する場合がある。発生したガスが、はんだ付けする対象である対向する二つの主面間で構成される領域から外側に抜けないと、はんだ付け工程後にボイドとしてはんだ層内に残ってしまう。
【０００４】
また別手法として、板状はんだ（プリフォームはんだ）を用いて、還元雰囲気下ではんだを供給して行うはんだ付け方法がある。はんだ付け工程中に、還元性ガスをはんだ付け装置内に供給し、半導体素子の裏面、板状はんだの表面（半導体素子側）と裏面（基板側）、及び基板表面の各主面に存在する酸化膜を除去する。酸化膜を除去した後または同時に、はんだを溶融させてはんだ層を得る。しかし、還元性ガスである水素またはギ酸と、酸化膜との反応時に、水蒸気や二酸化炭素などのガスが発生する場合がある。発生したガスが、二つの主面間で構成される領域に留まったまま冷却されて凝固すると、ボイドとなってしまう。またはんだを板状に成型した後に一旦凝固させるので、はんだ自体が酸化してしまう。結果として、その後の還元が十分に行われない場合、はんだ層に酸化膜が取り込まれて、はんだ層の品質が低下する場合がある。
【０００５】
特許文献１には、溶融はんだを用いたはんだ付け方法として、基板上に供給された溶融はんだ上に半導体素子を載せることで接合するはんだ付け方法が開示されている。
【０００６】
溶融はんだを用いたはんだ付け方法は、はんだを常に溶融状態にさせることで、はんだを凝固させる場合と比較して、酸化膜の形成を抑制することができ、はんだ層の品質が安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００４－２８１６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のはんだ付け方法では、溶融はんだを基板上に供給してから半導体素子を搭載するまでに、溶融はんだの外周付近と基板との界面が反応して合金層が形成される。特に、溶融はんだが基板上の接合領域全体に濡れ広がっていない状態で時間が経過すると、接合領域内に合金層が形成される。この合金層が酸化すると、半導体素子を搭載して溶融はんだが濡れ広がる際に不濡れが生じ、はんだ層にボイドが形成される原因となる。
【０００９】
本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、合金層起因のボイド発生を抑制してはんだ層の欠陥を低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示に係るはんだ付け装置は、基板上にはんだを介して半導体素子を接合する半導体装置のはんだ付け装置であって、半導体素子をはんだの融点以上に加熱する半導体素子加熱部と、半導体素子裏面の接合領域全体に溶融はんだを供給するはんだ供給部と、半導体素子を保持して移動する搬送部と、を備え、搬送部が、半導体素子の裏面に供給された溶融はんだを基板に押し付けて、半導体素子と基板を接合することを特徴とするはんだ付け装置である。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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