特許 6168586 接合方法及び半導体モジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6168586

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】接合方法及び半導体モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/52 C

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-27968(P2013-27968)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2014-157926(P2014-157926A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2016年1月19日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構からの委託研究「次世代パワーエレクトロニクス技術開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】509352945

【氏名又は名称】田中貴金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100144325

【弁理士】

【氏名又は名称】小澁 高弘

(72)【発明者】

【氏名】加藤 史樹

(72)【発明者】

【氏名】仲川 博

(72)【発明者】

【氏名】郎 豊群

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 弘

(72)【発明者】

【氏名】山口 浩

(72)【発明者】

【氏名】小柏 俊典

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−７７２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４０８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７３２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４０８４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２１／５２

Ｈ０１Ｌ２１／５８

Ｈ０１Ｌ２１／６０−２１／６０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップの両面にモジュール基板が接合される半導体モジュールにおいて、少なくとも一方のモジュール基板の電極と半導体チップの電極とを接合する方法であって、
前記半導体チップの電極と前記モジュール基板の電極それぞれに、金属粒子を含むペースト状の接合剤を塗布する工程と、
前記半導体チップ及び前記モジュール基板のうちの一方の電極の前記接合剤の表面に凹凸を形成する工程と、
表面に凹凸がある状態で前記接合剤を硬化する工程と、
前記半導体チップ及び前記モジュール基板のうちの前記一方の電極の前記表面に凹凸がある状態で硬化した前記接合剤と、他方の電極の未硬化の前記接合剤を合わせる工程と、
合わせられた前記接合剤の金属粒子を焼結させる工程と、を有する、接合方法。

【請求項2】

前記接合剤を塗布する工程は、スクリーンマスクを電極上に配置し、当該スクリーンマスクを通じて前記ペースト状の接合剤を電極に塗布するスクリーン印刷を用いて行い、
前記接合剤の表面に凹凸を形成する工程は、前記スクリーンマスクを電極から離脱させることにより行う、請求項１に記載の接合方法。

【請求項3】

前記表面に凹凸がある状態で前記接合剤を硬化する工程の前に、板状部材を前記接合剤の表面に押しつけ、前記凹凸の凸部の高さを揃える工程を、さらに有する、請求項１又は２に記載の接合方法。

【請求項4】

前記板状部材により揃えられる前記凸部の高さは、最終的に電極間に配置される接合剤の目標厚に設定される、請求項３に記載の接合方法。

【請求項5】

前記ペースト状の接合剤は、粒径が０．０５μｍ以上、０．５μｍ以下の金微粒子を有する金ペーストである、請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。

【請求項6】

前記半導体チップの片面に形成されたゲート電極及びソース電極と、前記モジュール基板の電極とを接合する、請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法。

【請求項7】

前記モジュール基板面内に複数の半導体チップを実装し、
表面に凹凸がある前記接合剤を前記モジュール基板の電極に形成し、
前記接合剤を硬化する際には、前記複数の半導体チップの電極に対応する前記モジュール基板の総ての電極の接合剤を一括して加熱して硬化する、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法を用いて半導体モジュールを製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合方法及び半導体モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、パワーモジュールなどの半導体モジュールで用いられる半導体チップとして、低い順電流抵抗と高速スイッチング性能を持ち、２００℃を超える高温でも動作可能なSiCやGaNなどのワイドギャップの半導体チップが注目されている。この半導体チップを用いた半導体モジュールでは、放熱構造を簡略化できるので、その分高密度化、高集積化を図ることができ、例えばパワーモジュールに採用した場合には、単位面積当たりのパワー密度を飛躍的に向上できる。

【0003】

また、従来、半導体チップをモジュール基板に実装し半導体モジュールを構成するにあたり、半導体チップをモジュール基板上に配置し、半導体チップの基板側の面の電極（例えばドレイン電極）をダイボンドでモジュール基板の電極と接合し、基板と反対側の面の電極（例えばソース・ゲート電極）をワイヤーボンディングでモジュール基板の電極と接続する、いわゆる二次元実装が行われていた（特許文献１参照）が、近年、半導体チップの両面にモジュール基板を配置し、半導体チップの両面の電極を各モジュール基板の電極に接合する、いわゆる三次元実装が提案されている。この三次元実装では、ワイヤーボンディングが不要となるため、二次元実装に比べて回路の高密度化、省スペース化、低インダクタンス化が図られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１３８８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述の三次元実装では、例えば半導体チップの両面の電極に各モジュール基板の電極を接合する必要があり、また複数の半導体チップを順にモジュール基板に接合する必要があるため、半導体チップの電極の接合を一括して行うことができず、接合を複数回行う必要がある。このため、一旦接合されたはんだが再溶融しないように、接合の回数に応じて、融点の異なる複数種のはんだを用意する必要がある。しかしながら、例えば上述のような２００℃を超える高温動作可能な半導体チップを三次元実装する場合には、動作時に溶融しないように融点が２００℃を超えるはんだが必要となるが、この種のはんだはまだ種類が少ないため、はんだのみで三次元実装を行うのは現実的に難しい。

【0006】

そこで、複数回の接合の一部に、はんだに代えて、接合電極の表面と同じ素材の金などの金属粒子を含むペースト状の接合剤を用い、当該接合剤を焼結させて電極同士を接合することを考えている。焼結後には接合剤の融点が上がるため、複数回の接合にも耐え得るようになる。

【0007】

しかしながら、その場合、電極に接合剤を塗布し、電極間に圧力をかけて接合剤を挟み込んで接合する必要があるため、接合剤が電極間から横にはみ出すことが考えられる。半導体チップは、例えばソース電極とゲート電極のように近接した電極もあるため、接合剤が電極からはみ出すと、隣接する電極間などで短絡が生じる恐れがある。

【0008】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、半導体チップの両面にモジュール基板が接合される三次元実装の半導体モジュールにおいて、金属粒子を含むペースト状の接合剤を用いて、当該接合剤が電極から横にはみ出さないように電極同士を接合する接合方法とその接合法を用いた半導体モジュールの製造方法を提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明は、半導体チップの両面にモジュール基板が接合される半導体モジュールにおいて、少なくとも一方のモジュール基板の電極と半導体チップの電極とを接合する方法であって、前記半導体チップの電極と前記モジュール基板の電極それぞれに、金属粒子を含むペースト状の接合剤を塗布する工程と、前記半導体チップ及び前記モジュール基板のうちの一方の電極の前記接合剤の表面に凹凸を形成する工程と、表面に凹凸がある状態で前記接合剤を硬化する工程と、前記半導体チップ及び前記モジュール基板のうちの前記一方の電極の前記表面に凹凸がある状態で硬化した前記接合剤と、他方の電極の未硬化の前記接合剤を合わせる工程と、合わせられた前記接合剤の金属粒子を焼結させる工程と、を有する、接合方法である。

【0010】

前記接合剤を塗布する工程は、スクリーンマスクを電極上に配置し、当該スクリーンマスクを通じて前記ペースト状の接合剤を電極に塗布するスクリーン印刷を用いて行い、前記接合剤の表面に凹凸を形成する工程は、前記スクリーンマスクを電極から離脱させることにより行ってもよい。

【0011】

上記接合方法は、前記表面に凹凸がある状態で前記接合剤を硬化する工程の前に、板状部材を前記接合剤の表面に押しつけ、前記凹凸の凸部の高さを揃える工程を、さらに有していてもよい。

【0012】

前記板状部材により揃えられる前記凸部の高さは、最終的に電極間に配置される接合剤の目標厚に設定されてもよい。

【0013】

前記ペースト状の接合剤は、粒径が０．０５以上、０．５μｍ以下の金微粒子を有する金ペーストであってもよい。

【0014】

前記半導体チップの片面に形成されたゲート電極及びソース電極と、前記モジュール基板の電極とを接合するようにしてもよい。

【0015】

前記モジュール基板面内に複数の半導体チップを実装し、表面に凹凸がある前記接合剤を前記モジュール基板の電極に形成し、前記接合剤を硬化する際には、前記複数の半導体チップの電極に対応する前記モジュール基板の総ての電極の接合剤を一括して加熱して硬化するようにしてもよい。

【0016】

別の観点による本発明は、上記接合方法を用いて半導体モジュールを製造する方法である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、半導体チップの電極とモジュール基板の電極とを、金属粒子を含むペースト状の接合剤を用いて、当該接合剤が電極から横にはみ出さないように接合できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】半導体モジュールの一例を示す図である。

【図2】半導体チップの電極とモジュール基板の電極の構造の一例を示す説明図である。

【図3】モジュール基板上にスクリーンマスクを配置し、電極上に接合剤を塗布する工程を示す説明図である。

【図4】モジュール基板の電極の接合剤の表面に凹凸を形成する工程を示す説明図である。

【図5】接合剤の表面の凹凸の凸部の高さを揃える工程を示す説明図である。

【図6】表面に凹凸がある状態で硬化された接合剤を示す説明図である。

【図7】半導体チップ上にスクリーンマスクを配置し、電極上に接合剤を塗布する工程を示す説明図である。

【図8】半導体チップの電極上に塗布された接合剤を示す説明図である。

【図9】半導体チップの電極とモジュール基板の電極を対向させる工程を示す説明図である。

【図10】半導体チップの電極の接合剤とモジュール基板の電極の接合剤を合わせる工程を示す説明図である。

【図11】半導体チップとモジュール基板の電極間の接合剤を焼結する工程を示す説明図である。

【図12】一実施例としての電極への金ペーストのスクリーン印刷後の回路基板を示す図面に代わる写真である。

【図13】金ペーストの凹凸の状態を示すレーザ顕微鏡３Ｄ高さマッピング像である。

【図14】突起高さ均一化後の凹凸の状態を示すレーザ顕微鏡３Ｄ高さマッピング像である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる接合方法が適用される半導体モジュール１の構成の概略を示す模式図である。

【0020】

半導体モジュール１は、パワーモジュールなどのいわゆる三次元実装構造を有するものであり、複数の半導体チップ１０と、これらの半導体チップ１０の各電極面に接合されたモジュール基板１１、１２を有している。また、半導体チップ１０は、例えば２００℃を超える高温でも動作可能なSiCやGaNのチップ本体からなるワイドギャップの半導体チップである。

【0021】

各半導体チップ１０は、例えば一方の面に複数の電極、例えばゲート電極２０とソース電極２１を有し、他方の面にドレイン電極２２を有している。

【0022】

半導体チップ１０のゲート電極２０とソース電極２１は、モジュール基板１１の電極３０に後述の接合剤Ａにより接合されている。半導体チップ１０のドレイン電極２２は、モジュール基板１２の電極３１に例えばはんだＢにより接合されている。

【0023】

ゲート電極２０とソース電極２１は、例えば図２に示すようにSiCのチップ本体の表面に形成されたNi、Ti、Ag、Pt、Pd、Al（図２では、NiとAl）などの金属の薄膜と、その表面に形成されたAuの薄膜により構成されている。Au薄膜は例えば厚み０．０１μｍ〜１０μｍ程度である。

【0024】

モジュール基板１１の電極３０は、例えばSiN基板の表面に形成されたCuの膜と、その表面に形成されたNi-P、Ni-Ｂの単層膜や、Ni-P又はＮi-Ｂとその上に積層されるバリアメタル（ＷＮ，Ｔａ、ＴａＮ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｐｄ）からなる二層膜などの薄膜と、その表面に形成されたAuの薄膜により構成されている。このAu薄膜も例えば０．０１μｍ〜１０μｍの範囲から任意に設定される厚みを採り得る。

【0025】

接合剤Ａは、接合対象の電極２０、２１、３０の表面と同じ材質の、粒径０．０５μｍ〜０．５μｍのサブミクロンの金微粒子を含む金ペーストを焼結させたものである。接合剤Ａの厚みは、例えば約１μｍ〜１００μｍの範囲から任意に選択された所定の目標厚に設定されている。接合剤Ａの材料の金ペーストは、金含有量が９０wt％以上と高く、自己レベリングが生じない、または自己レベリングが生じ難い高い粘性を有している。金ペーストには、例えば田中貴金属工業製のAuRoFUSE（登録商標）が用いられる。

【0026】

本実施の形態にかかる接合方法は、上記半導体モジュール１における例えば半導体チップ１０のゲート電極２０及びソース電極２１とモジュール基板１１の電極３０との接合に適用される。以下、当該部分の接合方法について説明する。

【0027】

先ず、スクリーン印刷機において、図３に示すようにメッシュ状のスクリーンマスク５０によりモジュール基板１１の表面が覆われる。そして、スキージ５１によりペースト状の接合剤Ａがスクリーンマスク５０を通じて電極３０上に流し込まれ、ペースト状の接合剤Ａが電極３０上に印刷塗布される。なお、このとき、半導体チップ１０が実装されるモジュール基板１１上の総ての電極３０に対し一括して接合剤Ａが塗布される。

【0028】

次に、図４に示すようにスクリーンマスク５０がモジュール基板１１の表面から上方に離脱する。このとき、スクリーンマスク５０のメッシュ線とともに接合剤Ａの一部が上方に引っ張られ、接合剤Ａの表面にスクリーンマスク５０のメッシュに起因する凹凸が形成される。接合剤Ａの表面におけるメッシュ線の交差部分に対応する部分には、凸部６０が形成され、メッシュ線の孔部分に対応する部分は、凹部６１となる。なお、このとき、接合剤Ａの粘度が高いため、スクリーンマスク５０により接合剤Ａの一部がよく引っ張られ十分な凹凸が形成される。また凸部６０の高さは、接合剤Ａの最終的な目標厚Ｄより大きくなる。

【0029】

次に、図５に示すように板状部材７０が接合剤Ａ表面の凹凸の凸部６０に押し付けられる。この板状部材７０は、例えば方形のガラス製、フッ素樹脂製、あるいはポリエチレン製などであり、スクリーンマスク５０よりも接合剤Ａに対する濡れ性が低いものが用いられる。押し付けた際の板状部材７０の高さ（板状部材７０と電極３０とのギャップ）は、電極表面からの凸部６０の高さが接合剤Ａの最終的な目標厚Ｄになるように設定される。こうして、凸部６０の高さが揃えられる。

【0030】

次に、板状部材７０が凸部６０に押し付けられた状態で、接合剤Ａが所定時間、所定温度（例えば２分程度、２００℃程度）で加熱され仮焼結される。これにより、図６に示すように接合剤Ａが表面に凹凸がある状態で硬化する。なお、この加熱工程では、モジュール基板１１の全体が加熱され、モジュール基板１１の電極３０の総ての接合剤Ａが一括で加熱され、硬化する。また、この加熱により、モジュール基板１１の電極３０の表面のAuの薄膜と接合剤Ａも接合する。

【0031】

ここで、一実施例として、実際に接合剤Ａとして金ペーストを用い、これをＳｉＮ−ＡＭＣ（Active Material brazed Copper）回路基板のゲート電極及びソース電極にスクリーン印刷した。その結果を図１２に示す。スクリーンマスクのメッシュ痕がペースト表面に残り、周期的な凹凸が現れていることが分かる。使用したスクリーンマスクは、乳剤厚が１０μｍ、メッシュ線径が３０μｍ、紗厚６０μｍ、メッシュ間隔１００μｍのものである。印刷時にはこのメッシュの開口部分をペーストが通過し、メッシュの下に回り込むことによって、マスクパターン開口部全面にペーストが印刷塗布される。この時点でペーストはメッシュに接触しているので、マスクを引き離す版離れ工程の際に、ペーストが表面張力でメッシュに引き摺られ、メッシュ痕が形成される。塗布直後の回路上の金ペーストを、非接触三次元測定装置を用いて計測すると、厚みは平均３０μｍで、薄い部分で２５μｍであった。凹凸の間隔は１００μｍであった。凹凸の間隔とメッシュの間隔が同じであることから、この凹凸がメッシュ起因であると判断できる。この凹凸はメッシュに引き摺られて形成されたものであるため、突起の頂点高さ、つまり凸部の高さにばらつきが生じている。計測された突起の最大高さは８５μｍ、突起の最小高さは６０μｍで、２５μｍの高さばらつきがあった。印刷された金ペーストを、凸部の高さを揃えずにそのまま仮焼結した際の表面形状について、レーザ顕微鏡の３Ｄ高さマッピング像を図１３に示す。仮焼結後もメッシュのピッチにあわせた凹凸およびメッシュ交差部の突起が確認できる。図の視野範囲内で最も高い突起は３６．８μｍ（電極表面から５８．８μｍ）、最も低い突起は２８．１μｍ（電極表面から５０．１μｍ）で、その差は８．７μｍであった。続いて、このペーストの凹凸にガラスをペーストに押しつけ、突起の高さを揃えてから仮焼結を行った。金ペースト塗布直後の突起の高さが６０〜８５μｍの範囲であったため、基板とガラスのギャップを６０μｍに設定して、突起の頂点部を押しつぶし、２００℃、２分の仮焼結を行った。図１４にこの突起抑制プロセスにより凸部が均されたメッシュ痕のレーザ顕微鏡による３Ｄ高さマッピング像を示す。高さ２２．８μｍ（電極表面から４４．８μｍ）に突起部が平らに均されていることがわかる。各頂点の高さバラツキは±０．１μｍ程度であった。このプロセスは、両面実装モジュールにおけるチップ接合時の実装高さばらつき、あるいは傾きの原因となる金ペースとの高さばらつきを抑制することにも繋がる。尚、以上のデータが一実施例に過ぎないことは言うまでもない。

【0032】

一方、スクリーン印刷機において、図７に示すようにメッシュ状のスクリーンマスク５０により半導体チップ１０の電極２０、２１表面が覆われる（なお、図７には、一つの電極のみを示す）。そして、スキージ５１によりペースト状の接合剤Ａがスクリーンマスク５０を通じて電極２０、２１上に流し込まれ、接合剤Ａが電極２０、２１上に印刷塗布される。このときの接合剤Ａの塗布量は、モジュール基板１１側で硬化した接合剤Ａの凹部６１の総容積と同等に設定される。その後、半導体チップ１０上からスクリーンマスク５０が離脱する。こうして、図８に示すように半導体チップ１０の電極２０（２１）上に、硬化していないペースト状の接合剤Ａが塗布された状態となる。

【0033】

次に、加熱装置において、図９に示すように、モジュール基板１１が下部ヘッド８０に保持され、半導体チップ１０が上部ヘッド８１に保持され、モジュール基板１１の電極３０と半導体チップ１０の電極２０、２１とが、対向するように位置合わせされる。その後、図１０に示すようにモジュール基板１１の電極３０上で硬化した接合剤Ａに、半導体チップ１０のペースト状の接合剤Ａが押し付けられる。このとき、モジュール基板１１側の接合剤Ａが硬化しているので、半導体チップ１０側のペースト状の接合剤Ａが凹部６１に入り込む。そして、半導体チップ１０側のペースト状の接合剤Ａの量が、凹部６１の総容積と同等であるので、半導体チップ１０側の接合剤Ａが凹部６１を埋め、接合剤Ａ全体が１μｍ〜１００μｍ程度の所定の目標厚Ｄになる。

【0034】

その後、接合剤Ａが、所定時間（例えば２分）、第１の温度である所定温度（例えば２００℃程度）で加熱され仮焼結され、その後、所定時間（例えば１０分）、第２の温度である所定温度（例えば２５０℃）で焼結され、図１１に示すように半導体チップ１０側の接合剤Ａとモジュール基板１１側の接合剤Ａが金属接合される。また、これらの加熱により、半導体チップ１０の電極２０、２１表面のAuの薄膜と接合剤Ａも接合する。こうして、半導体チップ１０の電極２０，２１とモジュール基板１１の電極３０が接合される。その後、半導体チップ１０及びモジュール基板１１を自然冷却する。

【0035】

なお、半導体チップ１０のドレイン電極２２とモジュール基板１２の電極３１との接合は、例えばはんだＢを用いてダイボンドすることで行われる。

【0036】

本実施の形態によれば、半導体チップ１０の電極２０、２１とモジュール基板１１の電極３０に金微粒子を含むペースト状の接合剤Ａをそれぞれ塗布し、モジュール基板１１側の電極３０の接合剤Ａを表面に凹凸を形成して硬化し、そのモジュール基板１１側の接合剤Ａと、半導体チップ１０側のペースト状の未硬化の接合剤Ａとを合わせているので、モジュール基板１１側の硬化した接合剤Ａが鋳型のような役目を果たし、当該接合剤Ａの凹凸の凹部に半導体チップ１０の未硬化の接合剤Ａが入り込む。この結果、はんだに代えて、金属粒子を含むペースト状の接合剤Ａを用いても、接合剤Ａが電極の横にはみ出さないように電極同士を接合することができる。このように接合剤Ａを用いることができるので、融点の異なる複数種のはんだが必要なく、複数回の接合工程のある三次元実装を適切に行うことができる。さらに、高温動作可能な半導体チップの三次元実装も実現できる。

【0037】

また、モジュール基板１１の電極３０に接合剤Ａを塗布する工程をスクリーン印刷を用いて行い、スクリーンマスク５０を電極３０から離脱させることにより、接合剤Ａの表面に凹凸を簡単かつ適切に形成できる。特に、スクリーン印刷によれば、規則的で安定した凹凸を形成できるので、半導体チップ１０側に塗布する接合剤Ａの量を定めやすく、接合剤Ａのはみ出しをより確実に抑制できる。

【0038】

本実施の形態において、接合剤Ａを硬化する工程の前に、板状部材７０を接合剤Ａの表面に押しつけ、表面の凸部６０の高さを揃えるので、凹部６１の容積がより一定になり、半導体チップ１０側の塗布剤Ａの量を定めやすくなる。よって、接合剤Ａのはみ出しをより確実に抑制できる。また、モジュール基板１１側の接合剤Ａと半導体チップ１０側の接合剤Ａを合わせたときの接合剤Ａ全体の厚みも安定させることができる。

【0039】

板状部材７０により揃えられる凸部６０の高さは、最終的に電極間に配置される接合剤Ａの目標厚Ｄに設定されているので、後工程で半導体チップ１０側の接合剤Ａをモジュール基板１１側の接合剤Ａに押し付け、半導体チップ１０側の接合剤Ａをモジュール基板１１側の接合剤Ａの凹部６１に入れることにより、最終的な接合剤Ａの厚みを目標厚Ｄに調整しやすくなる。

【0040】

本実施の形態では、上記接合方法を用いて、半導体チップ１０の片面のゲート電極２０及びソース電極２１と、モジュール基板１１の電極３０とを接合している。よって、数十〜数百μｍ程度の狭小な間隔のゲート電極２０、ソース電極２１であっても、短絡することなくそれぞれをモジュール基板１１と接合できる。

【0041】

ところで、サブミクロンの金微粒子を含む金ペーストの接合剤Ａと、モジュール基板１１の一般的な電極のCu／Ni-P／Auメッキ表面との接合では、当該電極を大気中で200℃程度で加熱したような熱履歴があると、接合が十分に行われない。そのため、一のモジュール基板１１の面内に複数の半導体チップ１０を実装する場合に、各半導体チップ１０に対しその都度モジュール基板１１を高温に加熱してフリップチップで接合すると、一つ目の半導体チップ１０は接合できるが、二つ目以降の半導体チップ１０は、モジュール基板１１側に熱履歴があるため、接合が困難になる。モジュール基板の電極表面のAuの膜厚を数μmに厚くすることでこの問題を回避できることが実験で明らかになった。しかしながら、この方法では、モジュール基板の電極表面全体に厚い金メッキを塗る必要が生じ、コスト的な問題が生じる。

【0042】

本実施の形態によれば、複数の半導体チップ１０の電極２０、２１に対応するモジュール基板１１の電極３０の総ての接合剤Ａを一括して加熱して硬化するので、熱履歴のあるモジュール基板１１の電極３０に金ペーストの接合剤Ａを接合することがなく、総ての接合剤Ａとモジュール基板１１との接合を適切に行うことができる。また、電極表面に厚い金メッキを形成する必要がないため、コスト的な問題も解消できる。さらに、金ペーストが塗布される部分は接合部分だけなので、電極表面全体に厚い金メッキを形成する場合に比べてこの点でもコストを低減できる。

【0043】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0044】

例えば以上の実施の形態では、スクリーン印刷のメッシュ状のスクリーンマスク５０により接合剤Ａの表面に凹凸を形成していたが、他の方法、例えばステンシルマスクなどの開口部を使い、スキージなどを使って接着剤Ａを塗布し、マスクを表面から離脱させることにより凹凸を形成してもよい。あるいは、凹凸の無い接合材Ａを形成した後に、バンプなどの柱状構造を別に形成し、スペーサー（凹凸）としても良い。

【0045】

また、接合剤Ａは、サブミクロンの金微粒子を含む金ペーストであったが、銀などの他の金属粒子を含むペーストであってもよい。このときの金属粒子には、電極表面と同じ材質を選択する。また、モジュール基板１１側の電極の接合剤Ａに凹凸を形成しそれを硬化していたが、半導体チップ１０側の電極の接合剤Ａに凹凸を形成し硬化させ、当該半導体チップ１０側の接合剤Ａにモジュール基板１１側の未硬化の接合剤Ａを合わせてもよい。

【0046】

また、本発明は、本実施の形態の半導体チップ１０やモジュール基板１１の構成以外の構成を有する半導体モジュールにも適用できる。また、半導体チップの両面にモジュール基板が接合される半導体モジュールにおいて、本実施の形態にかかる接合方法を、一方のモジュール基板の電極と半導体チップの電極との接合だけでなく、両方の接合に適用してもよい。また、本実施の形態にかかる接合方法は、片面に複数の電極を有する半導体チップとモジュール基板を接合するものであったが、片面に一つの電極を有する半導体チップとモジュール基板を接合する際に適用してもよい。

【0047】

上記実施の形態では、板状部材７０を接合剤Ａの表面に押しつけ、表面の凸部６０の高さを揃えていたが、この工程はなくてもよく、接合剤Ａの表面に凹凸をつけた後、直ちに接合剤Ａを硬化させてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１ 半導体モジュール
１０ 半導体チップ
１１ モジュール基板
２０ ゲート電極
２１ ソース電極
２２ ドレイン電極
３０ 電極
５０ スクリーンマスク
６０ 凸部
６１ 凹部
７０ 板状部材
Ａ 接合剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】