特許 7714882 半導体装置の製造方法及び半導体装置

(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】

(24)【登録日】2025-07-22

(45)【発行日】2025-07-30

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20250723BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021013327

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022116905

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2023-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】外薗 洋昭

【審査官】ゆずりは 広行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０９４６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１２１２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１７８１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０３２１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

片面又は両面に放熱層が形成された半導体パッケージと、前記放熱層に接合される放熱部材と、前記放熱層と前記放熱部材とを接合する接合部材を備える半導体装置の製造方法であって、
前記接合部材を前記放熱層又は前記放熱部材のいずれか一方のみに局所的に接合する工程を含む、
半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記局所的に接合する工程において、前記放熱層又は前記放熱部材と前記接合部材とを接合する部分をレーザにより接合する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記局所的に接合する工程において、前記放熱層又は前記放熱部材と前記接合部材とを接合する部分を超音波振動により接合する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記局所的に接合する工程において、前記接合部材を前記放熱層又は前記放熱部材に１箇所以上において局所的に接合する、
請求項１から請求項３のいずれかに一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記局所的に接合する工程において、前記接合部材を前記放熱層又は前記放熱部材に、前記接合部材の外周を縁取るように連続的に接合する、
請求項１から請求項３のいずれかに一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

片面又は両面に放熱層が形成された半導体パッケージと、
前記放熱層に接合される放熱部材と、
前記放熱層と前記放熱部材とを接合する接合部材を備え、
前記放熱層又は放熱部材のいずれか一方のみが、前記接合部材が接合される側に、前記放熱層と前記接合部材との合金層又は前記放熱層の微細化結晶層を１箇所以上において局所的に有する、
半導体装置。

【請求項7】

片面又は両面に放熱層が形成された半導体パッケージと、
前記放熱層に接合される放熱部材と、
前記放熱層と前記放熱部材とを接合する接合部材を備え、
前記放熱層又は放熱部材のいずれか一方のみが、前記接合部材が接合される側に、前記放熱層と前記接合部材との合金層又は前記放熱層の微細化結晶層を前記接合部材の外周を縁取るように連続的に有する、
半導体装置。

【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及び半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に代表されるパワー半導体素子を用いた半導体製品が、近年利用されている。近年の半導体製品においては、大電力化、高集積化、高信頼性化が求められており、製品の大電力化や高集積化に伴い半導体素子で発生する熱を逃がすために高放熱性が求められる。

【0003】

例えば、特許文献１には、絶縁配線基板及び半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体モジュールに熱的に接続される冷却器を備える冷却器一体型半導体モジュールが開示されている。特許文献１には、冷却器が、はんだ層を介して、絶縁配線基板の下面側の金属層に直接接合されていることが開示されている。

【0004】

特許文献２には、半導体素子を焼結材で構成される接合材を介して各金属配線板に接合したことで、熱伝導性をよくして排熱性を向上することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１５／１９８７２４号

【文献】特許第６７４１１３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体素子の放熱は、半導体素子を搭載する絶縁基板に接続された放熱部材を用いて行われる。特に冷却性能を高めるため、熱伝導率の高い接続方法として、板はんだ等の接合部材が用いられる。

【0007】

半導体素子を効率的に冷却するためには、半導体素子を搭載する絶縁基板と放熱部材との間を十分熱が伝達するように接合する必要がある。半導体素子を搭載する絶縁基板と放熱部材との間の熱伝達を十分行うためには、接合部材を位置精度よく取り付けることが求められる。

【0008】

本開示は、半導体素子を搭載する絶縁基板と放熱部材とを接合部材で接合する際に、接合部材の位置ずれを防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一の態様によれば、片面又は両面に放熱層が形成された半導体パッケージと、前記放熱層に接合される放熱部材と、前記放熱層と前記放熱部材とを接合する接合部材を備える半導体装置の製造方法であって、前記接合部材を前記放熱層又は前記接合部材に局所的に接合する仮接合工程を含む半導体装置の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本開示の各実施形態によれば、半導体素子を搭載する絶縁基板と放熱部材とを接合部材で接合する際に、接合部材の位置ずれを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、半導体装置の一例の斜視図である。

【図2】図２は、半導体装置の一例の分解斜視図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る半導体装置の絶縁基板の下面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図8】図８は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図9】図９は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図10】図１０は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明する図である。

【図11】図１１は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図12】図１２は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図13】図１３は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図14】図１４は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図15】図１５は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図16】図１６は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明する図である。

【図17】図１７は、半導体装置の一例の断面図である。

【図18】図１８は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図19】図１９は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図20】図２０は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図21】図２１は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図22】図２２は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図23】図２３は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図24】図２４は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【図25】図２５は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明する図である。

【図26】図２６は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における影響を説明する図である。

【図27】図２７は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における影響を説明する図である。

【図28】図２８は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における影響を説明する図である。

【図29】図２９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における影響を説明する図である。

【図30】図３０は、参考例の半導体装置の製造方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

【0013】

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

【0014】

＜＜第１実施形態＞＞
＜半導体装置１＞
第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するために、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例である半導体装置１について説明する。

【0015】

図１は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例である半導体装置１の斜視図である。図２は、半導体装置１の分解斜視図である。図３は、半導体装置１の絶縁基板１０の下面図である。

【0016】

なお、図には、説明の便宜のためＸＹＺ直交座標系が設定される場合がある。図面の紙面に対して垂直な座標軸については、座標軸の丸の中にバツ印は紙面に対して奥の方向が正、丸の中に黒丸印は紙面に対して手前側が正であることを表している。ただし、当該座標系は、説明のために定めるものであって、半導体装置等の姿勢について限定するものではない。

【0017】

なお、本開示では、特に説明しない限り、Ｘ軸は、放熱部材２０の載置面と平行な方向、Ｙ軸は、放熱部材２０の載置面と平行な方向であってＸ軸と垂直な方向、とする。Ｚ軸は、当該Ｘ軸、Ｙ軸に垂直な方向とする。なお、Ｚ軸方向を上下方向という場合がある。例えば、＋Ｚ側を上、－Ｚ側を下という場合がある。＋Ｚ側から見た平面図を上面図、－Ｚ側から見た平面図を下面図という場合がある。

【0018】

半導体装置１は、絶縁基板１０と、放熱部材２０と、接合部材３０と、を備える。各構成要素について説明する。

【0019】

［絶縁基板１０］
絶縁基板１０は、半導体素子を載置する基板である。絶縁基板１０は、絶縁体層１２と、絶縁体層１２の一方の面（＋Ｚ側の面）に形成された配線層１４と、絶縁体層１２の他方の面（－Ｚ側の面）に形成された放熱層１６と、を備える。

【0020】

絶縁基板１０の配線層１４には、半導体素子が載置される。載置される半導体素子は、例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等である。

【0021】

また、載置される半導体素子は、前述のＩＧＢＴやＦＷＤをワンチップ化したＲＢ－ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ－Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもよい。更に、載置される半導体素子は、前述のＩＧＢＴやＦＷＤをワンチップ化したＲＣ－ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ－Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもよい。

【0022】

（絶縁体層１２）
絶縁体層１２は、絶縁体で形成された層である。絶縁体層１２は、例えば、セラミック又は炭化シリコンにより形成される。絶縁体層１２の厚さは、例えば、０．３ｍｍから０．６ｍｍである。

【0023】

（配線層１４）
配線層１４は、載置された半導体素子に電気的に接続する配線を形成する層である。配線層１４は、絶縁体層１２の片方の主面に形成される。配線層１４の＋Ｚ側の面には、半導体素子が載置される。配線層１４には、当該半導体素子に接続するための配線が形成される。なお、図１等の本件の図面においては、配線層１４の配線パターンは省略している。配線層１４は、導電性材料、例えば、銅により形成される。配線層１４の厚さは、例えば、０．３ｍｍから１ｍｍである。

【0024】

（放熱層１６）
放熱層１６は、配線層１４に積層された半導体素子からの熱を絶縁基板１０の外に放熱するための層である。放熱層１６は、絶縁体層１２の片方の主面に形成される。放熱層１６は、配線層１４と同じ導電性材料、例えば、銅により形成される。放熱層１６は、－Ｚ側に面１６Ｓを有する。放熱層１６の厚さは、例えば、０．３ｍｍから１ｍｍである。放熱層１６は、導電性材料で形成されていることから、静電シールドとしても作用する。

【0025】

なお、放熱層１６は、熱を放熱するためと、基板のそりを防止するために、厚く形成されることが望ましい。また、放熱層１６と配線層１４は、基板のそりを防止するために、同じ厚さにすることが望ましい。

【0026】

［放熱部材２０］
放熱部材２０は、絶縁基板１０からの熱を外部に放出する部材である。放熱部材２０は、例えば、金属で形成された放熱板又は内部に冷却液が流れる液冷冷却器（例えば、図２２の放熱部材１２０及び放熱部材１２１を参照）である。放熱部材２０の載置面２０Ｓに、接合部材３０を介して、絶縁基板１０の放熱層１６が接合される。放熱部材２０は、接合部材３０を介して、絶縁基板１０の放熱層１６に接続することにより、絶縁基板１０の放熱を行う。

【0027】

放熱部材２０として、例えば、金属で形成された放熱板を用いることにより、放熱部材２０は載置面からの熱を載置面と反対側の面に伝達させて放熱する。放熱部材２０の大きさを絶縁基板１０より大きくすることにより、放熱面積を大きくして、放熱効率を向上させて絶縁基板１０を冷却する効率を上げることができる。また、放熱部材２０として、例えば、液冷冷却器を用いることにより、液冷冷却器の内部を導通する液（例えば、水、不凍液又はクーラント液等）により、絶縁基板１０を冷却する効率を上げることができる。

【0028】

［接合部材３０］
接合部材３０は、絶縁基板１０の放熱層１６と放熱部材２０とを接合する部材である。接合部材３０は、例えば、板はんだである。接合部材３０は、下面視で略矩形状である。また、接合部材３０の厚さは、一様になっている。

【0029】

＜第１実施形態に係る半導体装置の製造方法＞
第１実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図４から図９は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【0030】

最初に、絶縁基板１０が、放熱層１６が上を向くように配置される。そして、接合部材３０が矢印Ａ１に沿って移動される（図４）。接合部材３０が矢印Ａ１に沿って移動されることにより、絶縁基板１０の放熱層１６の面１６Ｓに、接合部材３０が載置される（図５及び図６）。

【0031】

接合部材３０が載置された絶縁基板１０について、接合部材３０の絶縁基板１０側と反対側の面３０Ｓ１側から、局所接合部５０により、放熱層１６と接合部材３０とが局所的に接合される（図７及び図８）。局所接合部５０は、例えば、レーザ接合機又は超音波接合機である。

【0032】

レーザ接合機は、接合する部分に局所的にレーザを照射して、接合対象を溶融する。そして、溶融した接合対象が凝固することにより、接合対象同士が接合される。

【0033】

超音波接合機は、接合ツールの先端を超音波振動させることにより、接合部材同士の境界面が擦れ合うことにより、接合ツールの先端部分において局所的に接合される。

【0034】

最初に、スポットＳＰ１に局所接合部５０を移動する。そして、局所接合部５０により、局所接合部５０が位置している部分（スポットＳＰ１）において放熱層１６と接合部材３０とを局所的に接合する。

【0035】

次に、局所接合部５０は、矢印Ｂ１に沿って、スポットＳＰ２まで移動される。なお、局所接合部５０が矢印Ｂ１に沿って移動される間に、局所接合部５０は放熱層１６と接合部材３０との接合を行わない。

【0036】

そして、スポットＳＰ２において、局所接合部５０は、放熱層１６と接合部材３０とを局所的に接合する。

【0037】

同様に、局所接合部５０は、矢印Ｂ２に沿ってスポットＳＰ３まで移動され、スポットＳＰ３において、放熱層１６と接合部材３０とを局所的に接合する。また、局所接合部５０は、矢印Ｂ３に沿ってスポットＳＰ４まで移動され、スポットＳＰ４において、放熱層１６と接合部材３０とを局所的に接合する。

【0038】

局所接合部５０が、スポットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３及びＳＰ４において、放熱層１６と接合部材３０とを局所的に接合することによって、接合部材３０は、放熱層１６に仮接合される。

【0039】

なお、上記の説明では、合計４箇所で仮接合したが、１箇所以上であれば、仮接合する箇所の数は限定されない。

【0040】

そして、接合部材３０が仮接合された絶縁基板１０が、接合部材３０が放熱部材２０に接触するように、放熱部材２０の載置面２０Ｓに載置される（図９）。そして、絶縁基板１０が載置された放熱部材２０を加熱することにより、接合部材３０により、絶縁基板１０と放熱部材２０とが接合される。

【0041】

接合部材３０としてはんだを用いた接合方法としては、無洗浄を目的に水素やぎ酸などの還元ガス雰囲気で加熱して接合を行う。絶縁基板１０と放熱部材２０とが接合部材３０で接合されることにより、絶縁基板１０と放熱部材２０とを高い熱伝導率で接続できる。

【0042】

＜作用・効果＞
第１実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合部材３０を絶縁基板１０に仮接合してから、絶縁基板１０と放熱部材２０とを接合部材３０により接合する。接合部材３０を絶縁基板１０に仮接合してから、絶縁基板１０と放熱部材２０とを接合部材３０により接合することにより、絶縁基板１０と接合部材３０の位置合わせを容易に行うことができる。また、絶縁基板１０と接合部材３０の位置合わせを行った後に、絶縁基板１０に対して、接合部材３０が移動して位置がずれることを防止できる。

【0043】

ここで、比較のための参考例について説明する。図３０は、参考例の半導体装置１ｚの組み立てを説明する図である。

【0044】

参考例の半導体装置１ｚは、絶縁基板１０ｚと、放熱部材２０ｚと、接合部材３０ｚと、を備える。ここでは、例として、絶縁基板１０ｚに接合層４０ｚを介して半導体素子７０ｚが接合されている例について説明する。

【0045】

半導体装置１ｚは、絶縁基板１０ｚを放熱部材２０ｚに接合部材３０ｚを用いて接合する場合に、板はんだである接合部材３０ｚの位置ずれを防止する必要がある。参考例の半導体装置１ｚでは、接合部材３０ｚの位置ずれを防止するために、型枠８１ｚと、型枠８２ｚを使用する。型枠８１ｚ及び型枠８２ｚは、例えば、アルミニウム又はカーボンにより形成される。

【0046】

しかしながら、半導体装置１ｚの部材又は型枠の反りによって、接合部材３０ｚの位置ずれを起こす場合がある。また、型枠８１ｚと型枠８２ｚは精度良く作らなければならないので、製造にコストがかかる。さらに、型枠８１ｚと、型枠８２ｚを使用したり、管理したりするための工数がかかる。さらにまた、位置合わせを行うための時間がかかる。

【0047】

第１実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合部材３０を絶縁基板１０に仮接合してから、絶縁基板１０と放熱部材２０とを接合部材３０により接合することにより、接合部材３０の位置ずれを防止できる。

【0048】

なお、半導体素子が載置された配線層１４と、放熱層１６と、を有する絶縁基板１０は、片面に放熱層が形成された半導体パッケージの一例である。

【0049】

＜変形例＞
接合部材３０を放熱層１６に仮接合する際に、スポットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３及びＳＰ４のように、ポイントで接合する場合に限らない。例えば、仮接合する際に、線状に仮接合してもよい。

【0050】

図１０は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明する図である。局所接合部５０を、図１０の左上の角から矢印Ｃ１に沿って、連続して接合してもよい。すなわち、矢印Ｃ１に沿って連続的に接合してもよい。連続して接合することにより、線状領域ＳＬ１において接合してもよい。

【0051】

なお、図１０に示すように、接合部材３０の外周を縁取るように、連続的に接合することが望ましい。

【0052】

＜＜第２実施形態＞＞
＜第２実施形態に係る半導体装置の製造方法＞
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１１から図１５は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。第２実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合部材３０を放熱部材２０に仮接合する。

【0053】

最初に、接合部材３０が矢印Ａ１１に沿って放熱部材２０に向かって移動される（図１１）。接合部材３０が矢印Ａ１１に沿って移動されることにより、放熱部材２０の載置面２０Ｓに、接合部材３０が載置される（図１２）。

【0054】

接合部材３０が載置された放熱部材２０について、接合部材３０の放熱部材２０側と反対側の面３０Ｓ２側から、局所接合部５０により、放熱層１６と接合部材３０とが局所的に接合される（図１３及び図１４）。

【0055】

最初に、スポットＳＰ１１に局所接合部５０を移動する。そして、局所接合部５０により、局所接合部５０が位置している部分（スポットＳＰ１１）において放熱部材２０と接合部材３０とを局所的に接合する。

【0056】

次に、局所接合部５０は、矢印Ｂ１１に沿って、スポットＳＰ１２まで移動される。なお、局所接合部５０が矢印Ｂ１１に沿って移動される間に、局所接合部５０は放熱部材２０と接合部材３０との接合を行わない。

【0057】

そして、スポットＳＰ１２において、局所接合部５０は、放熱部材２０と接合部材３０とを局所的に接合する。

【0058】

同様に、局所接合部５０は、矢印Ｂ１２に沿ってスポットＳＰ１３まで移動され、スポットＳＰ１３において、放熱部材２０と接合部材３０とを局所的に接合する。また、局所接合部５０は、矢印Ｂ１３に沿ってスポットＳＰ１４まで移動され、スポットＳＰ１４において、放熱部材２０と接合部材３０とを局所的に接合する。

【0059】

局所接合部５０が、スポットＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３及びＳＰ１４において、放熱部材２０と接合部材３０とを局所的に接合することによって、接合部材３０は、放熱部材２０に仮接合される。

【0060】

そして、接合部材３０が仮接合された放熱部材２０に、接合部材３０が絶縁基板１０の放熱層１６に接触するように、放熱部材２０の載置面２０Ｓの接合部材３０の上に載置される（図１５）。そして、絶縁基板１０が載置された放熱部材２０を加熱することにより、接合部材３０により、絶縁基板１０と放熱部材２０とが接合される。

【0061】

第２実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合部材３０を放熱部材２０に仮接合してから、絶縁基板１０と放熱部材２０とを接合部材３０により接合することにより、接合部材３０の位置ずれを防止できる。

【0062】

＜変形例＞
接合部材３０を放熱部材２０に仮接合する際に、スポットＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３及びＳＰ１４のように、ポイントで接合する場合に限らない。例えば、仮接合する際に、線状に仮接合してもよい。

【0063】

図１６は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明する図である。局所接合部５０を、図１６の左上の角から矢印Ｃ１１に沿って、連続して接合してもよい。連続して接合することにより、線状領域ＳＬ１１において接合してもよい。

【0064】

＜＜第３実施形態＞＞
＜半導体装置１０１＞
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するために、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例である半導体装置１０１について説明する。

【0065】

図１７は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例である半導体装置１０１の断面図である。

【0066】

半導体装置１０１は、半導体パッケージ１１０と、放熱部材１２０及び放熱部材１２１と、接合部材１３０及び接合部材１３１と、を備える。各構成要素について説明する。

【0067】

［半導体パッケージ１１０］
半導体パッケージ１１０は、放熱層１１２及び放熱層１１４と、半導体層１１５と、封止樹脂１１６と、を備える。

【0068】

半導体層１１５は、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＦＷＤ等を含む。なお、図１７から図２０及び図２２から図２４においては、半導体層１１５の内部の詳細な構造については省略して、１つの層として示す。

【0069】

放熱層１１２及び放熱層１１４のそれぞれは、半導体層１１５からの熱を半導体パッケージ１１０の外部に放熱する。放熱層１１２及び放熱層１１４のそれぞれは、半導体層１１５の内部にある半導体素子と熱的に接続される。半導体層１１５の内部にある半導体素子により発生した熱は、放熱層１１２及び放熱層１１４のそれぞれに伝熱される。放熱層１１２及び放熱層１１４のそれぞれは、導電材料により形成される。放熱層１１２及び放熱層１１４のそれぞれは、封止樹脂１１６から外部に露出する。

【0070】

封止樹脂１１６は、半導体層１１５を封止して、半導体層１１５を保護する。封止樹脂１１６は、半導体パッケージ１１０の外形の一部を構成する。

【0071】

［放熱部材１２０及び放熱部材１２１］
放熱部材１２０及び放熱部材１２１のそれぞれは、内部に形成された流路に冷却液が流れる液冷冷却器である。

【0072】

［接合部材１３０及び接合部材１３１］
接合部材１３０及び接合部材１３１は、例えば、板はんだである。接合部材１３０は、放熱層１１２と放熱部材１２０とを接合する。接合部材１３１は、放熱層１１４と放熱部材１２１を接合する。

【0073】

＜第３実施形態に係る半導体装置の製造方法＞
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１８から図２４は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

【0074】

最初に、接合部材１３０が矢印Ｄ２１に沿って移動されて、半導体パッケージ１１０の放熱層１１２の面１１２Ｓの上に載置される（図１８及び図１９）。

【0075】

接合部材１３０が載置された半導体パッケージ１１０について、接合部材１３０の半導体パッケージ１１０側と反対側の面１３０Ｓ側から、局所接合部５０により、放熱層１１２と接合部材１３０とが局所的に接合される（図２０及び図２１）。局所接合部５０は、例えば、レーザ接合機又は超音波接合機である。

【0076】

最初に、スポットＳＰ２１に局所接合部５０を移動する。そして、局所接合部５０により、局所接合部５０が位置している部分（スポットＳＰ２１）において放熱層１１２と接合部材１３０とを局所的に接合する。

【0077】

次に、局所接合部５０は、矢印Ｂ２１に沿って、スポットＳＰ２２まで移動される。なお、局所接合部５０が矢印Ｂ２１に沿って移動される間に、局所接合部５０は放熱層１１２と接合部材１３０との接合を行わない。

【0078】

そして、スポットＳＰ２２において、局所接合部５０は、放熱層１１２と接合部材１３０とを局所的に接合する。

【0079】

同様に、局所接合部５０は、矢印Ｂ２２に沿ってスポットＳＰ２３まで移動され、スポットＳＰ２３において、放熱層１１２と接合部材１３０とを局所的に接合する。また、局所接合部５０は、矢印Ｂ２３に沿ってスポットＳＰ２４まで移動され、スポットＳＰ２４において、放熱層１１２と接合部材１３０とを局所的に接合する。

【0080】

局所接合部５０が、スポットＳＰ２１、ＳＰ２２、ＳＰ２３及びＳＰ２４において、放熱層１１２と接合部材１３０とを局所的に接合することによって、接合部材１３０は、放熱層１１２に仮接合される。

【0081】

同様に、接合部材１３１は、放熱層１１４の面１１４Ｓに仮接合される。

【0082】

そして、接合部材１３０及び接合部材１３１が仮接合された半導体パッケージ１１０は、接合部材１３０が放熱部材１２０に接触するように組み立てられる。また、接合部材１３０及び接合部材１３１が仮接合された半導体パッケージ１１０は、接合部材１３１が放熱部材１２１に接触するように組み立てられる。

【0083】

例えば、図２２に示すように、半導体パッケージ１１０を間に挿入可能な距離で離して設けられた放熱部材１２０と放熱部材１２１の間に、半導体パッケージ１１０を矢印Ｅ１に沿って移動させることにより挿入する。

【0084】

また、例えば、図２３に示すように、半導体パッケージ１１０に対して、放熱部材１２０を矢印Ｆ１に沿って移動させるとともに、放熱部材１２１を矢印Ｆ２に沿って移動させる。

【0085】

半導体パッケージ１１０と、放熱部材１２０及び放熱部材１２１とが組み立てられた状態で加熱されることにより、接合部材１３０及び接合部材１３１により、半導体パッケージ１１０と放熱部材１２０及び放熱部材１２１とが接合される（図２４）。

【0086】

第３実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合部材１３０及び接合部材１３１を半導体パッケージ１１０に仮接合する。そして、半導体パッケージ１１０と放熱部材１２０及び放熱部材１２１とを接合部材１３０及び接合部材１３１により接合する。接合部材１３０及び接合部材１３１を半導体パッケージ１１０に仮接合してから放熱部材１２０及び放熱部材１２１を接合することにより、接合部材１３０及び接合部材１３１の位置ずれを防止できる。

【0087】

なお、第３実施形態に係る半導体装置１０１を製造する際には、図３０に示す参考例のような型枠８１ｚ及び型枠８２ｚを使用できない。したがって、第３実施形態に係る半導体装置１０１を製造する際には、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法が特に有用である。

【0088】

なお、半導体パッケージ１１０は、両面に放熱層が形成された半導体パッケージの一例である。

【0089】

＜変形例＞
接合部材１３０及び接合部材１３１をそれぞれ放熱層１１２及び放熱層１１４に仮接合する際に、スポットＳＰ２１、ＳＰ２２、ＳＰ２３及びＳＰ２４のように、ポイントで接合する場合に限らない。例えば、仮接合する際に、線状に仮接合してもよい。

【0090】

図２５は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明する図である。局所接合部５０を、図２５の左上の角から矢印Ｃ２１に沿って、連続して接合してもよい。連続して接合することにより、線状領域ＳＬ２１において接合してもよい。

【0091】

＜局所接合部５０による接合の影響＞
接合部材を放熱層又は放熱部材に仮接合する工程において、局所接合部５０により仮接合した場合の影響について説明する。図２６から図２９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における影響を説明する図である。なお、ここでは、接合部材３０と放熱層１６とを接合する場合について説明する。

【0092】

図２６は、局所接合部５０としてレーザ接合機５１を用いた場合における接合する部分の断面図である。レーザ接合機５１で接合すると、レーザの集光スポットにおいて、接合部材３０及び放熱層１６の一部が溶融する。溶融した接合部材３０及び放熱層１６は、接合部材３０及び放熱層１６のそれぞれを構成する材料の合金の層である合金層６０を形成する。例えば、接合部材３０として錫系のはんだ、放熱層１６として銅を用いた場合、合金層６０として、錫と銅の合金が形成される。

【0093】

図２７は、局所接合部５０として超音波接合機５２を用いた場合における接合する部分の断面図である。超音波接合機５２で接合すると、接合部材３０に圧痕３５が形成される。また、放熱層１６の接合した部分付近が陥没するとともに、結晶粒が微細化した微細化結晶層１６ａが形成される。例えば、放熱層１６として銅を用いた場合、放熱層１６の接合した部分に銅の結晶粒が微細化した微細化結晶層１６ａが形成される。

【0094】

レーザ接合機５１を用いて接合した場合、合金層６０が形成される。また、超音波接合機５２を用いた場合、微細化結晶層１６ａが形成される。半導体装置１から接合部材３０を取り除いて放熱部材２０を取り外すと、放熱層１６には、合金層６０又は微細化結晶層１６ａが残る。

【0095】

例えば、図８に示すように、点状に仮接合すると、図２８に示すように、放熱層１６の面１６Ｓに、点状の仮接合の痕ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３及びＴＲ４が形成される。また、図１０に示すように、線状に仮接合すると、図２９に示すように、放熱層１６の面１６Ｓに、線状の仮接合の痕ＴＲ５が形成される。

【0096】

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0097】

１、１０１ 半導体装置
１０ 絶縁基板
１２ 絶縁体層
１４ 配線層
１６ 放熱層
１６ａ 微細化結晶層
１６Ｓ 面
２０ 放熱部材
３０ 接合部材
３５ 圧痕
５０ 局所接合部
５１ レーザ接合機
５２ 超音波接合機
６０ 合金層
１１０ 半導体パッケージ
１１２、１１４ 放熱層
１１５ 半導体層
１１６ 封止樹脂
１２０、１２１ 放熱部材
１３０、１３１ 接合部材
ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４、ＴＲ５ 仮接合の痕

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】