半導(dǎo)體裝置的制造方法、隔熱負(fù)荷夾具及其設(shè)置方法
【專利摘要】本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具(11)在電路基板(12)和半導(dǎo)體芯片(13)之間夾著在半導(dǎo)體芯片(13)的耐熱溫度～100℃以下的范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)或固相線溫度的焊料材料(14)，在該狀態(tài)的半導(dǎo)體芯片(13)的上部設(shè)置熱絕緣體(17)，在熱絕緣體(17)的上部配置金屬錘(16)，在使焊料材料(14)熔解而固化的期間，對(duì)半導(dǎo)體芯片(13)施加負(fù)荷。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置的制造方法、隔熱負(fù)荷夾具及其設(shè)置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用高溫焊料接合材料接合半導(dǎo)體元件和基板而構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置的制造方法、用于高溫焊料材料的接合的隔熱負(fù)荷夾具及隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法。

【背景技術(shù)】
[0002]與現(xiàn)有的硅(Si)或砷化鎵(GaAs)的半導(dǎo)體裝置相比，使用了碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)、金剛石(C)等寬帶隙半導(dǎo)體的功率半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通電阻低，且能夠以較高的半導(dǎo)體接合溫度(Tj)進(jìn)行高電壓、大電流的動(dòng)作。因此，期待在半導(dǎo)體裝置的小面積化的同時(shí)，大幅度簡(jiǎn)化冷卻器，能夠?qū)崿F(xiàn)小型輕量且廉價(jià)的功率電子系統(tǒng)。
[0003]在這種功率半導(dǎo)體裝置的與導(dǎo)電性基板接合的接合部分(所謂的利用焊料進(jìn)行的芯片焊接)顯然要求較高的耐熱性。因此，作為這些功率半導(dǎo)體裝置的焊料材料，探討有高熔點(diǎn)的AuGe共晶焊料(熔點(diǎn)356°C ) ,AuSi共晶焊料(熔點(diǎn)363°C ) ,ZnAl共晶焊料(熔點(diǎn)380°C )等(非專利文獻(xiàn)I?3，專利文獻(xiàn)I)。
[0004]但是，若使用這些高溫焊料材料形成半導(dǎo)體裝置的接合，則如非專利文獻(xiàn)I的圖6或?qū)＠墨I(xiàn)2的圖8a所示，容易在高溫焊料層產(chǎn)生空隙，而該空隙的減少成為重要的開(kāi)發(fā)課題(第一現(xiàn)有技術(shù))。
[0005]在此，用于抑制芯片接合焊料的空隙產(chǎn)生的公知方法是，在半導(dǎo)體裝置上載置金屬制的錘，在該狀態(tài)下進(jìn)行加熱，使焊料回流。作為最精制的焊料夾具的具體例之一，可以列舉例如非專利文獻(xiàn)3的圖22 (第二現(xiàn)有技術(shù))。
[0006]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開(kāi)2009 - 125753號(hào)公報(bào)
[0007]非專利文獻(xiàn)1:S.Tanimoto el al, Proceedings of IMAPS HiTEC 2010 (May 11 —13,2010,Albuquerque, New Mexico, USA), pp.32 — 39.
[0008]非專利文獻(xiàn)2:Y.Yamada el al, Microelectronics Reliability Vol.47 (2007)pp.2147 - 2151.
[0009]非專利文獻(xiàn)3:Michael J.Palmer al, Proceedings of IMAPS HiTEC 2010 (May11 — 13，2010, Albuquerque, New Mexico, USA), pp.316 — 324.
[0010]但是，如果采用上述的第二現(xiàn)有技術(shù)使功率半導(dǎo)體裝置和基板利用高溫焊料接合，雖然實(shí)現(xiàn)空隙的減輕，但功率半導(dǎo)體裝置受到熱損傷，常發(fā)生不良情況或可靠性劣化，因此，具有不能實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題。此時(shí)的不良情況(或可靠性降低)的模式為柵極一源極(基極一發(fā)射極)之間的短路、絕緣不良或柵極絕緣膜的耐壓降低等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明是鑒于上述情況而設(shè)立的，本發(fā)明的第一目的在于提供一種不產(chǎn)生熱損傷的高溫焊料空隙減少技術(shù)。另外，本發(fā)明的第二目的在于采用該改良技術(shù)實(shí)現(xiàn)減少了空隙的高溫焊料芯片接合、功率半導(dǎo)體裝置。
[0012]本發(fā)明通過(guò)在電路基板和半導(dǎo)體芯片之間夾著在半導(dǎo)體芯片的耐熱溫度?100°C以下的范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)或固相線溫度的焊料材料，在從半導(dǎo)體芯片的上部經(jīng)由熱絕緣體施加負(fù)荷的狀態(tài)下使焊料材料熔解并固化，從而將電路基板和半導(dǎo)體芯片接合。由此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是表示使用了本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具的回流裝置的構(gòu)成的框圖；
[0014]圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)造的剖面圖；
[0015]圖3是表示本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具的熱絕緣體的構(gòu)造的圖；
[0016]圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法的順序的流程圖；
[0017]圖5是表示使用了本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具的回流工序的順序的流程圖；
[0018]圖6是用于說(shuō)明使用了本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具的半導(dǎo)體裝置的制造方法的效果的圖；
[0019]圖7是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)造的剖面圖；
[0020]圖8是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法的順序的流程圖；
[0021]圖9是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)造的剖面圖；
[0022]圖10是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法的順序的流程圖；
[0023]圖11是表示本發(fā)明第四實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)造的剖面圖；
[0024]圖12是表示本發(fā)明第五實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)造的剖面圖；
[0025]圖13是表示本發(fā)明第五實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法的順序的流程圖。
[0026]標(biāo)記說(shuō)明
[0027]1:回流裝置
[0028]2a、2b:腔室
[0029]3:排氣裝置
[0030]4:氣體供給裝置
[0031]5:基座
[0032]6:燈加熱器
[0033]7:程序控制裝置
[0034]10:接合試樣
[0035]11、31、41、45、60:隔熱負(fù)荷夾具
[0036]12:SiN 基板
[0037]13:SiC功率芯片
[0038]14:AuGe 焊料
[0039]l5a、l5b:Cu 電路板
[0040]16、36:金屬錘
[0041]17、37:熱絕緣體
[0042]18、46:芯片校準(zhǔn)板
[0043]19、39、47、61:錘支承板
[0044]20a、21b、49、50:連結(jié)柱
[0045]42、62:重心穩(wěn)定化框架
[0046]70:熱絕緣體負(fù)荷

【具體實(shí)施方式】
[0047]以下，參照附圖對(duì)應(yīng)用了本發(fā)明的第一?第五實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0048][第一實(shí)施例]
[0049]參照?qǐng)D1?圖4說(shuō)明使用了本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具的半導(dǎo)體裝置的制造方法的第一實(shí)施例。此外，這些圖是為了容易理解本發(fā)明而示意性地表示的圖，厚度和平面尺寸的關(guān)系或各層的厚度比率等被放大記載。
[0050]另外，在以下的說(shuō)明中，以作為半導(dǎo)體裝置而使用SiC功率元件芯片的情況、作為電路基板而使用在SiN陶瓷板的兩面貼附Cu板作為電路導(dǎo)體的電路基板(以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱為基板)的情況、作為高溫焊料而使用AuGe共晶焊料的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。但是，這些為一例，作為半導(dǎo)體功率元件，即使是GaN元件、金剛石元件、ZnO元件等其它寬帶隙半導(dǎo)體元件，即使是用于高溫用途的Si半導(dǎo)體元件(功率元件或SOI元件、傳感器元件)，也可同樣適用。另外，電路導(dǎo)體不限于在SiN陶瓷板上貼附的Cu板，也可以是在其它種類的陶瓷基板上貼附的Cu板，還可以是在其它種類的陶瓷基板(A1203或AlN等)或絕緣體上貼附的Cu板以外的金屬板(Al或CuMo等)，另外，也可以是由Cu板或Cu以外的金屬單體(無(wú)陶瓷板或絕緣板等)構(gòu)成的單純的金屬板(在該情況下，金屬板本身成為電路基板)。另外，高溫焊料能夠定義為在使用的半導(dǎo)體裝置的耐熱溫度?100°C以下的范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)或固相線溫度的焊料，既可以是Au — Si或Zn — Al，也可以是除此以外的材料。
[0051][回流裝置的構(gòu)成]
[0052]對(duì)本發(fā)明中使用的高溫焊料接合形成裝置的整體構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0053]圖1是使用本發(fā)明的隔熱負(fù)荷夾具的接合裝置的主要部分截面示意圖。標(biāo)記I是通用的回流裝置，其具備:密封式腔室2a、2b ;將腔室內(nèi)部減壓的排氣裝置3 ;向腔室內(nèi)部送出低露點(diǎn)的惰性氣體如或隊(duì))的氣體供給裝置4。在腔室內(nèi)部設(shè)置有由碳或Al構(gòu)成的水平放置的基座5、和能夠快速加熱基座5的燈加熱器6。腔室內(nèi)部的環(huán)境及基座5的溫度由程序控制裝置7控制。
[0054]在基座5之上放置接合試樣10,在接合試樣10之上載置用于對(duì)接合試樣10隔熱性地施加負(fù)荷的隔熱負(fù)荷夾具11。
[0055]圖2是接合試樣10和隔熱負(fù)荷夾具11的詳細(xì)圖，表示接合之前的狀態(tài)。
[0056]接合試樣10由與基座5相接設(shè)置的SiN(氮化硅)基板12、SiC功率芯片13、夾持在SiN基板12和SiC功率芯片13之間的AuGe共晶焊料片材(或膏)14構(gòu)成，在SiN基板12的兩面利用銀焊料(未表示)等貼附有Cu電路板15a、15b。在該Cu電路板15a、15b的表面上實(shí)施鍍Ni/Au(未表示)。Cu電路板15a、15b表面的覆膜根據(jù)高溫焊料的種類而適當(dāng)變更。例如，在共晶ZnAl焊料的情況下，優(yōu)選為Ni/Cu。另外，在SiC功率芯片13的背面即接合面上覆蓋有Ti/Ni/Ag等通常的焊料用金屬鍍層(未表示)。
[0057]—隔熱負(fù)荷夾具11至少由柱狀(圓柱或棱柱)的金屬性金屬錘16、配設(shè)于金屬錘16和SiC功率芯片13之間的熱絕緣體17構(gòu)成，根據(jù)需要，能夠附設(shè)芯片對(duì)準(zhǔn)板18、錘支承板 19、連結(jié)柱 20a,20b...。
[0058]金屬錘(金屬負(fù)荷裝置)16以與現(xiàn)有技術(shù)的金屬錘相同的方式作為對(duì)SiC功率芯片13施加的負(fù)荷的發(fā)生源發(fā)揮作用。能夠以熱絕緣體17為媒介而對(duì)SiC功率芯片13施加與現(xiàn)有技術(shù)同等的負(fù)荷。形狀優(yōu)選易取得力學(xué)上的平衡的圓柱或多棱柱，但不限定于此。金屬錘16的重量以芯片負(fù)荷(壓力)至少為0.lg/cm2以上，優(yōu)選為0.3g/cm2以上的方式確定。
[0059]熱絕緣體(熱絕緣裝置)17發(fā)揮截?cái)?精確有力地抑制)SiC功率芯片13和金屬錘16之間的導(dǎo)熱的作用。S卩，在SiC功率芯片13的溫度較高時(shí)，截?cái)酂釓腟iC功率芯片13向金屬錘16的移動(dòng)，在金屬錘16的溫度較高時(shí)，截?cái)嗥浞聪虻牧鲃?dòng)。通過(guò)這種熱絕緣體17的隔熱作用，SiC功率芯片13不會(huì)受到熱容量非常大的金屬錘16的熱影響，能夠隨著基座5的溫度變化而快速地升溫、快速地降溫。作為熱絕緣體17的材質(zhì)，優(yōu)選氧化鋁或?qū)崧时妊趸X低且充分承受回流溫度的絕緣體(例如塊滑石磁器、硼硅玻璃等)。熱絕緣體17的形狀可使用例如圖2所示那樣的平坦的圓柱狀或多棱柱狀的單純的顆粒，但為了進(jìn)一步提高隔熱效果，更優(yōu)選形成為限制SiC功率芯片13和金屬錘16的導(dǎo)熱的形狀。作為這種構(gòu)造，在從SiC功率芯片13通向金屬錘16的導(dǎo)熱路徑中，至少在一處具備細(xì)芯構(gòu)造。例如，具有圖3所示那樣的立錐(圓錐或多棱錘)或倒立錐，或圖釘形(正立、倒立)、針狀形等。但是，倒立錐及倒立圖釘形、倒立針狀形的尖端為了不損傷SiC功率芯片13的表面電極，形成為帶有RlOOym程度的圓弧的形狀。另外，將熱絕緣體17的構(gòu)造形成為多孔質(zhì)(浮石狀)也是極其有效果的。另外，使SiC功率芯片13或金屬錘16的接觸面粗糙面化也具有相應(yīng)的效果。
[0060]此外,熱絕緣體17和金屬錘16也可以一體化而設(shè)為熱絕緣體負(fù)荷(熱絕緣負(fù)荷裝置)。
[0061]芯片對(duì)準(zhǔn)板(芯片對(duì)準(zhǔn)裝置)18 (圖2)具備相對(duì)于SiN基板12的對(duì)準(zhǔn)功能，在SiN基板12的規(guī)定位置具有用于配置焊料片材和SiC功率芯片的芯片貫通口。芯片對(duì)準(zhǔn)板18為熱容量較小的材料，例如為石墨或氧化鋁制，主要的作用是作為用于在SiN基板12的規(guī)定位置配置SiC功率芯片13的樣板發(fā)揮作用。進(jìn)行使SiN基板12 —意地嵌入在下面雕刻的凹部而進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。在用于配置SiC功率芯片13的位置(必然成為Cu電路板15a上的位置)上開(kāi)設(shè)有比SiC功率芯片13稍大的芯片貫通口。
[0062]錘支承板(錘支承裝置)19配置在從芯片對(duì)準(zhǔn)板18向上方離開(kāi)規(guī)定距離的位置，具備相對(duì)于芯片對(duì)準(zhǔn)板18或SiN基板12的對(duì)準(zhǔn)功能，在與芯片貫通口的位置對(duì)應(yīng)的位置具有錘貫通口。錘支承板19也與芯片對(duì)準(zhǔn)板18同樣地，由熱容量較小的材料(石墨或氧化鋁等)形成，具備用于確定設(shè)置金屬錘16的位置的功能和防止金屬錘16在接合處理中顛倒的功能。
[0063]連結(jié)柱20a、20b...是以規(guī)定的位置關(guān)系連結(jié)芯片對(duì)準(zhǔn)板18和錘支承板19并進(jìn)行固定的部件。為了實(shí)現(xiàn)該功能，在錘支承板19和芯片對(duì)準(zhǔn)板18的規(guī)定位置設(shè)有連結(jié)柱能夠少間隙地插入的插入孔。為了提高隔熱負(fù)荷夾具11的安裝操作性，優(yōu)選固定錘支承板19和連結(jié)柱20a、20b...的連結(jié)，使芯片對(duì)準(zhǔn)板18和連結(jié)柱20a、20b...的連結(jié)拆裝自如或形成其相反的構(gòu)成。
[0064][隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法]
[0065]接著，參照?qǐng)D4說(shuō)明上述的高溫焊料接合裝置中使用的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法。
[0066]首先，在步驟SlOl中，準(zhǔn)備需要量的SiC功率芯片13和SiN(氮化硅)基板12，使用丙酮或異丙醇等有機(jī)溶劑進(jìn)行洗凈，除去附著于這些前體材料表面的污染物。在此，SiC功率芯片13是要應(yīng)用的SiC功率半導(dǎo)體元件，準(zhǔn)備MOSFET或JFET、BJT等功率芯片、肖特基二極管或Pn結(jié)二極管等功率芯片等必要的芯片。
[0067]接著，在步驟S102中，打開(kāi)圖1的回流裝置I的腔室2a，在基座5上設(shè)置SiN基板12(圖2)。然后，在步驟S103中，使芯片對(duì)準(zhǔn)板18—邊對(duì)準(zhǔn)一邊覆蓋在SiN基板12上。放置芯片對(duì)準(zhǔn)板18后，接著在步驟S104中，使AuGe共晶焊料片材14和SiC功率芯片13依次落下并設(shè)置在設(shè)于芯片對(duì)準(zhǔn)板18的開(kāi)口部即芯片貫通口，在步驟S105中，在SiC功率芯片13上設(shè)置熱絕緣體17。此時(shí)，顯然使SiC功率芯片13的接合面(背面)與AuGe共晶焊料片材14相接而設(shè)置。在熱絕緣體17與金屬錘16成為一體的情況下，熱絕緣體17在設(shè)置之后的金屬錘16時(shí)一起設(shè)置。
[0068]接著，在步驟S106中，將插入連結(jié)柱20a、20b...的狀態(tài)下的錘支承板19安裝在芯片對(duì)準(zhǔn)板18上。該動(dòng)作通過(guò)向在芯片對(duì)準(zhǔn)板18上雕刻的規(guī)定孔正確地插入連結(jié)柱20a、20b...而執(zhí)行。
[0069]最后，在步驟S107中，穿過(guò)錘支承板19的錘貫通口，在熱絕緣體17上設(shè)置金屬錘16，由此，隔熱負(fù)荷夾具11的設(shè)置結(jié)束。
[0070][回流工序的處理]
[0071]接著，上述的隔熱負(fù)荷夾具11的設(shè)置結(jié)束后，關(guān)閉圖1的回流裝置I的腔室2a而執(zhí)行回流工序。
[0072]以下，參照?qǐng)D5說(shuō)明回流工序的處理。此外，該回流工序中的溫度控制或氣體送出控制、排氣控制根據(jù)來(lái)自上述的程序控制裝置7的指令進(jìn)行。
[0073]首先，在步驟S201中，使回流裝置I的排氣裝置3動(dòng)作，進(jìn)行腔室2a、2b內(nèi)部的排氣。如果腔室2a、2b內(nèi)部的壓力成為5毫巴以下，則從氣體供給裝置4導(dǎo)入低露點(diǎn)的惰性氣體。進(jìn)行數(shù)次該操作，利用惰性氣體置換試樣室內(nèi)的空氣。
[0074]惰性氣體的置換結(jié)束后，接著在步驟S202中進(jìn)行預(yù)加熱。對(duì)燈加熱器6通電而加熱基座5，將SiN基板12和SiC功率芯片13的溫度升溫至大概200°C，保持該溫度約兩分鐘。此時(shí),也可以導(dǎo)入含有甲酸蒸氣的惰性氣體來(lái)促進(jìn)污染有機(jī)物的除去。
[0075]接著，在步驟S203中停止惰性氣體的導(dǎo)入，使排氣裝置3動(dòng)作而進(jìn)行腔室2a、2b內(nèi)部的排氣，減壓至壓力為5毫巴以下，并且提高燈加熱器6的功率，進(jìn)一步加熱基座5，將SiN基板12和SiC功率芯片13的溫度升溫至在高溫焊料的液相線溫度(在AuGe的情況下，356°C=熔點(diǎn))?最大420°C的溫度區(qū)域中制定的規(guī)定溫度并保持。保持時(shí)間最長(zhǎng)在5分鐘以內(nèi)。例如，利用AuGe焊料將規(guī)定的溫度設(shè)為400°C時(shí)的典型的保持時(shí)間為I分鐘。如果超過(guò)熔點(diǎn)(356°C )，則AuGe焊料成為熔液而被隔熱負(fù)荷夾具11的負(fù)荷壓碎，此時(shí)殘留氣體等產(chǎn)生的氣泡通過(guò)負(fù)壓效果和高溫效果的相輔相成而在焊料層外產(chǎn)生并最小化。
[0076]接著，在步驟S204中，向設(shè)置成負(fù)壓狀態(tài)的腔室2a、2b內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體，并立即開(kāi)始基座5及SiN基板12、SiC功率芯片13的降溫。在該惰性氣體導(dǎo)入后的短時(shí)間內(nèi)，殘存于AuGe焊料熔液的氣泡隨著外壓上升和溫度的驟減而極小化，且在該狀態(tài)下熔液固化，因此，能夠形成氣泡引起的空隙較少的AuGe接合層。
[0077]另外，SiC功率芯片13夾設(shè)熱絕緣體17并與高熱容量的金屬錘16相接，故而與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠進(jìn)行SiC功率芯片13的迅速冷卻，也能夠減少AuGe焊料層和SiC功率芯片13的焊料金屬鍍層或Cu - SiN基板Cu電路板15a的鍍層的固層合金反應(yīng)(柯肯達(dá)爾效應(yīng))引起的空隙。
[0078]如果將基座5及SiN基板12、SiC功率芯片13冷卻至室溫，則在步驟S205中打開(kāi)腔室2a，卸下隔熱負(fù)荷夾具11，若取出接合試樣10 ( = SiC功率芯片/SiN基板接合體)，則高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置完成并結(jié)束本實(shí)施例的回流工序。
[0079][第一實(shí)施例的效果]
[0080]如以上詳細(xì)地說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，形成為從半導(dǎo)體裝置的上部經(jīng)由熱絕緣體施加負(fù)荷的構(gòu)成，故而將半導(dǎo)體裝置和負(fù)荷之間隔熱，能夠進(jìn)行迅速升溫、焊料的短時(shí)間熔解和迅速降溫。由此，能夠減少空隙，并且能夠避免過(guò)度的溫度上升和長(zhǎng)時(shí)間的加熱處理，實(shí)際上消除半導(dǎo)體裝置的熱損傷。其結(jié)果，能夠以較高的成品率實(shí)現(xiàn)由空隙較少的高溫焊料接合的高可靠功率半導(dǎo)體裝置。
[0081]以下，參照?qǐng)D6詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的效果。圖6是將通過(guò)本實(shí)施例制作的高溫焊料(AuGe)接合半導(dǎo)體裝置和根據(jù)第一現(xiàn)有技術(shù)(不使用錘的方法)的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置比較的典型的微聚焦透射X射線照片?？雌饋?lái)為正方形的SiC芯片的尺寸為2X2mm2。在照片上看起來(lái)相對(duì)較白的反差為在高溫焊料層內(nèi)存在的空隙(空隙)。
[0082]當(dāng)比較這些照片時(shí)，差異明顯。根據(jù)本實(shí)施例的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置及其制造方法，與基于第一現(xiàn)有技術(shù)的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置相比，使空隙的占有面積減少至1/10以下。即使本實(shí)施例的空隙占有率較高，也為5%以下，典型性地為不足2% (圖6的右照片)。還能夠以高概率得到完全沒(méi)有空隙產(chǎn)生的裝置。該結(jié)果在以下所示的其它實(shí)施例中均相同。
[0083]根據(jù)以上情況可以說(shuō)，本發(fā)明的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置及其制造方法解決了作為第一現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題的“易在高溫焊料層產(chǎn)生空隙”之類的問(wèn)題。
[0084]基于本發(fā)明及第二現(xiàn)有技術(shù)，在空隙產(chǎn)生變少的條件下分別制作30個(gè)高溫焊料(AuGe)接合半導(dǎo)體裝置，結(jié)果，在特性試驗(yàn)中，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置全部為良品，而第二現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置中，21個(gè)為不良，9個(gè)為良品。不良的模式為柵極一源極間的短路或耐電壓不足。接著，對(duì)本發(fā)明的30個(gè)半導(dǎo)體裝置和第二現(xiàn)有技術(shù)的9個(gè)半導(dǎo)體裝置的良品進(jìn)行300°C放置試驗(yàn)，結(jié)果第二現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置在100小時(shí)以內(nèi)全部成為不良。而本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置全部完成3000小時(shí)的試驗(yàn)，且沒(méi)有產(chǎn)生不良。
[0085]根據(jù)以上情況，可以說(shuō)本發(fā)明的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置及其制造方法解決了作為第二現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題的“功率半導(dǎo)體裝置由于焊料接合工序而受到熱損傷，常發(fā)生不良情況或可靠性劣化，因此不能實(shí)際應(yīng)用”之類的問(wèn)題。
[0086]這樣，本發(fā)明的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置及其制造方法能夠以較高的成品率提供減少空隙的高溫焊料接合高可靠功率半導(dǎo)體裝置。
[0087]接著，對(duì)本發(fā)明的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置及其制造方法如何能夠防止不良或可靠性降低進(jìn)行說(shuō)明。
[0088]可知，考慮了生產(chǎn)時(shí)的焊料接合的回流溫度經(jīng)驗(yàn)上為熔點(diǎn)(或液相線溫度)的約+500C。在AuGe的情況下，其溫度為406°C，在AuSi的情況下為413°C，在ZnAl焊料的情況下為430°C。另一方面，通過(guò)Si半導(dǎo)體制造技術(shù)制作的現(xiàn)在的SiC功率芯片的制造時(shí)的耐熱性在420°C下為數(shù)十分鐘的水平。注意到在高溫焊料的推薦回流溫度和功率芯片的耐熱溫度之間幾乎沒(méi)有余量的點(diǎn)的本發(fā)明的
【發(fā)明者】們著眼于第二現(xiàn)有技術(shù)的溫度履歷，基于實(shí)驗(yàn)得到以下所示的重要見(jiàn)解。
[0089]在第二現(xiàn)有技術(shù)即非專利文獻(xiàn)3記載的半導(dǎo)體裝置的制造法方法的高溫焊料接合工序中，成為SiC功率芯片與熱容量較大的金屬錘直接相接的構(gòu)成，故而難以升溫，當(dāng)要在短時(shí)間內(nèi)形成為規(guī)定溫度時(shí)，SiC功率芯片的位置的溫度超標(biāo)而超過(guò)耐熱溫度，引起SiC功率芯片的損傷或較強(qiáng)的劣化。在為了減輕該問(wèn)題而花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行升溫時(shí)，超標(biāo)消除，但SiC功率芯片停留在規(guī)定的回流溫度附近的時(shí)間變得非常長(zhǎng)，在該情況下，也產(chǎn)生芯片的熱損傷。暫時(shí)成為高溫的金屬錘在回流后的降溫過(guò)程中成為熱的供給源，而SiC功率芯片的溫度難以下降也是引起熱損傷的原因之一。
[0090]因此，在理解了這些熱損傷的機(jī)理的基礎(chǔ)上，本
【發(fā)明者】進(jìn)行銳意努力，并最終完成本發(fā)明。即，在本發(fā)明的高溫焊料接合半導(dǎo)體的制造方法的高溫焊料接合工序中，形成為經(jīng)由熱絕緣體17對(duì)SiC功率芯片13施加金屬錘16的負(fù)荷的構(gòu)成。因此，將SiC功率芯片13和金屬錘16隔熱，并且金屬錘16在回流工序中不會(huì)成為高溫，因此，能夠在不引起溫度超標(biāo)的條件下迅速地升溫并立即降溫。還能夠消除SiC功率芯片長(zhǎng)時(shí)間停留在回流溫度附近的危險(xiǎn)。這樣，本發(fā)明的高溫焊料接合半導(dǎo)體裝置及其制造方法成功解決了作為第二現(xiàn)有技術(shù)的重大問(wèn)題的“功率半導(dǎo)體裝置由于焊料接合工序而受到熱損傷，常發(fā)生不良情況”之類的問(wèn)題。
[0091]另外，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，具備以拆裝自如的方式將芯片對(duì)準(zhǔn)板18和錘支承板19之間連結(jié)的連結(jié)柱20a、20b...，因此，能夠?qū)⑿酒瑢?duì)準(zhǔn)板18和錘支承板19之間以規(guī)定的位置關(guān)系連結(jié)并固定。
[0092]進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，由于將連結(jié)柱20a、20b..?固定在芯片對(duì)準(zhǔn)板18或錘支承板19上，故而能夠提高安裝操作性。
[0093]另外，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，熱絕緣體17在從SiC功率芯片13通向金屬錘16的導(dǎo)熱路徑中，至少在一處具備細(xì)芯構(gòu)造，故而能夠進(jìn)一步提高SiC功率芯片13和金屬錘16之間的隔熱效果。
[0094]另外，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，由于熱絕緣體17具備多孔質(zhì)構(gòu)造，故而能夠提高SiC功率芯片13和金屬錘16之間的隔熱效果。
[0095]另外，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，熱絕緣體17在SiC功率芯片13或金屬錘16的至少一方的接觸面上具備粗糙面構(gòu)造，故而能夠提高SiC功率芯片13和金屬錘16之間的隔熱效果。
[0096]進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，由于將金屬錘16設(shè)為在SiC功率芯片13的焊料接合面上至少產(chǎn)生0.lg/cm2以上的壓力的質(zhì)量，故而能夠有效地減少空隙。
[0097]進(jìn)而，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，將金屬錘16設(shè)為在SiC功率芯片13的焊料接合面上產(chǎn)生0.3g/cm2以上的壓力的質(zhì)量，因此，能夠進(jìn)一步有效地減少空隙。
[0098][第二實(shí)施例]
[0099]接著，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。第二實(shí)施例是與上述第一實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具11的改進(jìn)相關(guān)的發(fā)明，故而只進(jìn)行與隔熱負(fù)荷夾具相關(guān)的說(shuō)明，其它部分的說(shuō)明省略。
[0100][隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)成]
[0101]圖7表示第二實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具31的主要部分截面。對(duì)與圖2相同的構(gòu)成要素標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)記，故而為了避免冗長(zhǎng)，省略說(shuō)明。標(biāo)記39為錘支承板，37為棒狀的熱絕緣體，36為金屬錘。
[0102]著眼于與第一實(shí)施例的不同點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，熱絕緣體37比第一實(shí)施例長(zhǎng)，與SiC功率芯片13相接的面的前端縮小成圓錐狀。該熱絕緣體37從錘支承板39的開(kāi)口部向上部突出，且插入設(shè)于金屬錘36底部的孔，向SiC功率芯片13傳遞負(fù)荷，同時(shí)起到隔絕SiC功率芯片13和金屬錘36之間的熱交換的作用。
[0103]另外，為了使隔熱負(fù)荷夾具31的拆裝容易，優(yōu)選熱絕緣體37固定于金屬錘36的構(gòu)成。固定熱絕緣體37的方法容易。例如，只要使小螺紋孔貫通于金屬錘36的下部側(cè)面，并利用固定螺絲將熱絕緣體37固定住即可。在本實(shí)施例中，這樣將熱絕緣體37和金屬錘36 一體化并作為熱絕緣體負(fù)荷70使用。由此，能夠提高安裝操作性。
[0104]錘支承板39為熱容量較小的材料(石墨或氧化鋁等)，具備確定金屬錘36的設(shè)置位置的功能和在接合處理中將金屬錘36的姿勢(shì)保持垂直的功能。因此，在規(guī)定的位置設(shè)有僅使熱絕緣體37通過(guò)的錘貫通孔和固定連結(jié)柱20a、20b..?的插入孔。為了提高安裝操作性，優(yōu)選錘支承板39和連結(jié)柱20a、20b...的連結(jié)固定，芯片對(duì)準(zhǔn)板18和連結(jié)柱20a、20b..?的連結(jié)拆裝自如，或者相反的構(gòu)成。為了便于說(shuō)明，以下，在本實(shí)施例中對(duì)錘支承板39和連結(jié)柱20a、20b...成為一體的情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0105]由以上構(gòu)造的說(shuō)明可知，在本實(shí)施例中，熱絕緣體37細(xì)長(zhǎng)且與SiC功率芯片13相接的面被加工成圓錐狀，因此，與第一實(shí)施例的熱絕緣體17相比，隔熱性更優(yōu)異。因此，對(duì)于作為第二現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題的“功率半導(dǎo)體裝置由于焊料接合工序而受到熱損傷，常發(fā)生不良情況或可靠性劣化，因此不能實(shí)際實(shí)用”之類的問(wèn)題，能夠起到更高的解決效果。
[0106][隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法]
[0107]接著，參照?qǐng)D8說(shuō)明高溫焊料接合隔熱負(fù)荷夾具31的設(shè)置方法。
[0108]與實(shí)施例1同樣地，在除去污染物后(S301)，在基座5上設(shè)置SiN基板12(S302)，使芯片對(duì)準(zhǔn)板18 —邊對(duì)準(zhǔn)一邊設(shè)置在SiN基板12上(S303)，然后使AuGe共晶焊料片材14和SiC功率芯片13依次落在設(shè)于芯片對(duì)準(zhǔn)板18的開(kāi)口部上(S304)。
[0109]接著，在步驟S305中，使固定有連結(jié)柱20a、20b...的錘支承板39 —邊對(duì)準(zhǔn)一邊設(shè)置在芯片對(duì)準(zhǔn)板18上。而且，在步驟S306中，如果使將熱絕緣體37和金屬錘36的一體化的熱絕緣體負(fù)荷70插入錘支承板39的錘貫通孔，則如圖7所示，結(jié)束隔熱負(fù)荷夾具31的附設(shè)。
[0110]然后，如果按照實(shí)施例1中說(shuō)明的那樣進(jìn)行回流工序，則結(jié)束本發(fā)明的SiC半導(dǎo)體裝置的制造方法，并基于本發(fā)明完成SiC半導(dǎo)體裝置。
[0111]此外，在上述的方法中，說(shuō)明了由設(shè)置錘支承板39，然后設(shè)置金屬錘36的兩個(gè)工序構(gòu)成的作業(yè)，但如果在作業(yè)前組裝向錘支承板39插入金屬錘36的組件，則可以由一個(gè)工序結(jié)束將錘支承板39和金屬錘36設(shè)置于芯片對(duì)準(zhǔn)板18的作業(yè)。另外，卸下的作業(yè)也一樣。
[0112]這樣，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，與第一實(shí)施例相比，能夠發(fā)揮在制造工序中容易拆裝隔熱負(fù)荷夾具的優(yōu)異效果。
[0113][第三實(shí)施例]
[0114]在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具中，由于成為重量較重的金屬負(fù)荷在重量較輕的芯片對(duì)準(zhǔn)板或錘支承板、連結(jié)柱上突出的構(gòu)成，故而重心變高，在金屬錘的重量較重的情況下或在一個(gè)SiN基板上安裝多個(gè)金屬錘的情況下，必須細(xì)心注意，不使隔熱負(fù)荷夾具或SiN基板12顛倒。該性質(zhì)在大量生產(chǎn)時(shí)，在成為基座5按照傳送帶那樣移動(dòng)的方式的量產(chǎn)裝置或利用機(jī)器人設(shè)置隔熱負(fù)荷夾具的量產(chǎn)裝置中，作為不能提高傳送帶的速度或機(jī)器人的臂的速度的難點(diǎn)而顯現(xiàn)。
[0115]因此，在第三實(shí)施例中，以解決第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的與這種隔熱負(fù)荷夾具相關(guān)的問(wèn)題而提聞生廣力為目的而完成。
[0116]圖9表不基于第三實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具41的主要部分截面。本實(shí)施例作為改進(jìn)第二實(shí)施例(圖7)的隔熱負(fù)荷夾具31而使重心穩(wěn)定化的情況進(jìn)行說(shuō)明，但同樣也能夠適用于第一實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具U。對(duì)與圖7相同的構(gòu)成要素標(biāo)注與圖7相同的標(biāo)記，且為了避免冗長(zhǎng)，省略說(shuō)明。
[0117]在圖9中，標(biāo)記42為設(shè)置于基座5上的重心穩(wěn)定化框架，為“無(wú)底框”那樣的形狀。重心穩(wěn)定化框架42在內(nèi)壁以微小的間隙與SiN基板12和錘支承板39內(nèi)接，或與芯片對(duì)準(zhǔn)板18和錘支承板39內(nèi)接，或與SiN基板12和芯片對(duì)準(zhǔn)板18和錘支承板39內(nèi)接。在圖9中，作為單純的框架進(jìn)行記載，但若形成為截面向外周成L形那樣的結(jié)構(gòu)，則可得到更穩(wěn)定化的效果。
[0118][隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法]
[0119]參照?qǐng)D10說(shuō)明本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法。
[0120]如圖10所示，首先，與實(shí)施例1同樣地除去污染物(S401)，在基座5上設(shè)置SiN基板12后(S402)，使芯片對(duì)準(zhǔn)板18 —邊對(duì)準(zhǔn)一邊設(shè)置在SiN基板12上(S403)。而且，使AuGe共晶焊料片材14和SiC功率芯片13依次落在設(shè)于芯片對(duì)準(zhǔn)板18的芯片貫通口上(S404)。
[0121]接著，在步驟S405中，在芯片對(duì)準(zhǔn)板18和SiN基板12的外周設(shè)置重心穩(wěn)定化框架42。
[0122]接著，在步驟S406中，固定連結(jié)柱20a、20b..?，且使在將安裝有熱絕緣體37的金屬錘36 (熱絕緣體負(fù)荷)插入貫通孔的狀態(tài)下組裝的錘支承板39輕輕地落在重心穩(wěn)定化框架42的內(nèi)部時(shí)，如圖9所示，隔熱負(fù)荷夾具的附設(shè)結(jié)束。顯然，也可以先安裝錘支承板39，然后安裝帶熱絕緣體37的金屬錘36。
[0123]然后，若按照實(shí)施例1中說(shuō)明地那樣進(jìn)行回流工序，則結(jié)束本發(fā)明的SiC半導(dǎo)體裝置的制造方法，并基于本發(fā)明完成SiC半導(dǎo)體裝置。
[0124]如上所述，在實(shí)施例3中，具備實(shí)施例1及實(shí)施例2的所有構(gòu)成，因此，能夠完全發(fā)揮實(shí)施例1及實(shí)施例2中得到的效果。另外，由于形成為在隔熱負(fù)荷夾具41中具備重心穩(wěn)定化框架42的構(gòu)成，故而能夠降低隔熱負(fù)荷夾具41顛倒的危險(xiǎn)，即使在成為基座5按照傳送帶那樣移動(dòng)的方式的量產(chǎn)裝置或利用機(jī)器人設(shè)置隔熱負(fù)荷夾具的量產(chǎn)裝置中，也能夠提高傳送帶的速度或機(jī)器人的臂的速度，并能夠提高生產(chǎn)力。
[0125][第四實(shí)施例]
[0126]在第一實(shí)施例?第三實(shí)施例中，說(shuō)明了由于進(jìn)行了簡(jiǎn)化，故而接合一個(gè)SiC功率芯片的情況。但是，上述各實(shí)施例不限于接合一個(gè)功率芯片，顯然在接合多個(gè)芯片的情況下也能夠適用。為了證明該情況，在第四實(shí)施例中對(duì)在多個(gè)芯片的接合中應(yīng)用第三實(shí)施例的情況進(jìn)行了說(shuō)明，并且為了提高生產(chǎn)力，對(duì)隔熱負(fù)荷夾具實(shí)施了改進(jìn)。除了隔熱負(fù)荷夾具的構(gòu)成和隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法以外，與上述實(shí)施例相同，因此，省略說(shuō)明。
[0127]圖11是第四實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具45的主要部分剖面圖，是在SiN基板12和SiC功率芯片13上安裝有隔熱負(fù)荷夾具45的狀態(tài)的組裝圖。與第一?第三實(shí)施例相同的標(biāo)記的構(gòu)成物是與各個(gè)實(shí)施例相同的部件，為了避免冗長(zhǎng)而省略說(shuō)明。
[0128]在圖11中，標(biāo)記46為芯片對(duì)準(zhǔn)板。與第一?第三實(shí)施例的芯片對(duì)準(zhǔn)板18的重要的不同點(diǎn)在于，設(shè)置功率芯片的芯片貫通口的上部形成以向上方擴(kuò)展的方式傾斜的錐形形狀(滑梯)。通過(guò)該錐形形狀，AuGe焊料或SiC功率芯片沿錐形滑落，并自動(dòng)地配置在準(zhǔn)確的位置。即，該錐形形狀產(chǎn)生如下效果，能夠大幅度緩和設(shè)置AuGe焊料或SiC功率芯片時(shí)要求的必要位置精度，提高芯片設(shè)置的生產(chǎn)力。
[0129]另外，標(biāo)記47為錘支承板?；竟δ芘c第一?第三實(shí)施例的錘支承板39相同，但在使熱絕緣體37 (或金屬錘36)通過(guò)的錘貫通口具備開(kāi)口部鞘48的方面不同。該開(kāi)口部鞘48具有防止熱絕緣體37或金屬錘36傾倒，而將姿勢(shì)保持成接近垂直的狀態(tài)的功能。如圖11所示，在具有多個(gè)金屬錘36的情況下，即使稍微逐個(gè)地傾倒，當(dāng)傾倒的方向一致時(shí)，也產(chǎn)生較大的力矩，隔熱負(fù)荷夾具45有可能顛倒。因此，通過(guò)在錘貫通口設(shè)置開(kāi)口部鞘48，能夠大幅度降低隔熱負(fù)荷夾具45顛倒的危險(xiǎn)。
[0130]另外，標(biāo)記49為第一連結(jié)柱，50為第二連結(jié)柱。第一連結(jié)柱49是固定于錘支承板47，且與芯片對(duì)準(zhǔn)板46的表面接觸的構(gòu)成。第一連結(jié)柱49的目的在于支承錘支承板47，因此，至少具備三個(gè)以上，優(yōu)選具備四個(gè)以上。
[0131]另一方面，第二連結(jié)柱50固定在芯片對(duì)準(zhǔn)板46上，且以一定間隙容易地插入貫通于錘支承板47的規(guī)定部分的開(kāi)口部。第二連結(jié)柱50的功能在于精確且迅速地進(jìn)行錘支承板47相對(duì)于芯片對(duì)準(zhǔn)板46的對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)?shù)诙B結(jié)柱50的數(shù)量變多時(shí)(由于插入嵌合的部位變多)，對(duì)準(zhǔn)所需要的作業(yè)時(shí)間變長(zhǎng)，因此，第二連結(jié)柱50優(yōu)選為兩個(gè)以上的盡可能較少的數(shù)量。
[0132]此外，在本實(shí)施例中，將連結(jié)柱分離成第一連結(jié)柱和第二連結(jié)柱，但也可以利用如第一實(shí)施例?第三實(shí)施例中說(shuō)明的那樣未分離的連結(jié)柱構(gòu)成。
[0133][隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法]
[0134]接著，說(shuō)明實(shí)施例4的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法。此外，本實(shí)施例的流程圖與圖10所示的第三實(shí)施例的流程圖相同，故而省略。
[0135]首先，除去污染物，在基座5 (圖中省略)上放置SiN基板12，使安裝有第二連結(jié)柱50的芯片對(duì)準(zhǔn)板46 —邊對(duì)準(zhǔn)一邊設(shè)置在SiN基板12上。然后，以開(kāi)口部的數(shù)量使AuGe共晶焊料片材14和SiC功率芯片13依次落在設(shè)置于在芯片對(duì)準(zhǔn)板46上設(shè)置的芯片貫通口上。
[0136]接著，在芯片對(duì)準(zhǔn)板46和SiN基板12的外周設(shè)置重心穩(wěn)定化框架42。
[0137]接著，安裝第一連結(jié)柱49，當(dāng)使多個(gè)熱絕緣體37 (帶金屬錘36的)插入貫通孔的狀態(tài)的錘支承板47組件輕輕地落在重心穩(wěn)定化框架42的內(nèi)部時(shí)，結(jié)束隔熱負(fù)荷夾具的附設(shè)。
[0138]然后，如實(shí)施例1中說(shuō)明地，若進(jìn)行回流工序，則本發(fā)明的SiC半導(dǎo)體裝置的制造方法結(jié)束，且本發(fā)明的SiC半導(dǎo)體裝置完成。
[0139]如以上詳細(xì)地說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，能夠接合多個(gè)SiC功率芯片并可提聞生廣力。
[0140]另外，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，在芯片對(duì)準(zhǔn)板46的芯片貫通口具備以向上方擴(kuò)展的方式傾斜的錐形構(gòu)造，故而能夠大幅度緩和設(shè)置AuGe焊料或SiC功率芯片時(shí)要求的必要位置精度，提高芯片設(shè)置的生產(chǎn)性。
[0141]另外，根據(jù)本實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具，在錘支承板47的錘貫通口附設(shè)具有與錘貫通口相同截面的鞘構(gòu)造，因此，能夠大幅度降低隔熱負(fù)荷夾具45顛倒的危險(xiǎn)。
[0142][第五實(shí)施例]
[0143]在上述的第一實(shí)施例?第四實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具中，形成在芯片對(duì)準(zhǔn)板上經(jīng)由連結(jié)柱設(shè)置錘支承板的構(gòu)成，但也可以不使用連結(jié)柱而構(gòu)成隔熱負(fù)荷夾具。在第五實(shí)施例中，提供這種構(gòu)成的隔熱負(fù)荷夾具。
[0144]圖12是第五實(shí)施例的隔熱負(fù)荷夾具60的主要部分剖面圖。與上述實(shí)施例相同標(biāo)記的構(gòu)成物是與各個(gè)實(shí)施例相同的部件，為了避免冗長(zhǎng)而省略說(shuō)明。
[0145]在圖12中，標(biāo)記61為錘支承板，62為重心穩(wěn)定化框架。
[0146]錘支承板61的功能或材料與上述實(shí)施例的錘支承板39完全相同，但支承錘支承板61的不是連結(jié)柱,而是重心穩(wěn)定化框架62。另外,錘支承板61相對(duì)于SiN基板12的位置對(duì)齊也利用重心穩(wěn)定化框架62進(jìn)行。
[0147][隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法]
[0148]接著，參照?qǐng)D13說(shuō)明實(shí)施例5的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法。
[0149]如圖13所示，首先，除去污染物(S501)，在基座5上放置SiN基板12(S502)，使芯片對(duì)準(zhǔn)板18 —邊對(duì)準(zhǔn)一邊設(shè)置在SiN基板12上(S503)。然后，使AuGe共晶焊料片材14和SiC功率芯片13依次落在設(shè)置于在芯片對(duì)準(zhǔn)板18上設(shè)置的芯片貫通口上(S504)。目前為止的工序與實(shí)施例1?4完全相同。
[0150]接著，在步驟S505中，在芯片對(duì)準(zhǔn)板18和SiN基板12的外緣設(shè)置重心穩(wěn)定化框架62。接著，在步驟S506中，使錘支承板61輕輕地落在設(shè)置于重心穩(wěn)定化框架62的凹部。而且，在步驟S507中，當(dāng)將固定有熱絕緣體37的金屬錘36插入錘支承板61時(shí)，如圖12所示，隔熱負(fù)荷夾具60的附設(shè)結(jié)束。
[0151]然后，如果按照實(shí)施例1中說(shuō)明的那樣進(jìn)行回流工序，則本發(fā)明的SiC半導(dǎo)體裝置的制造方法結(jié)束，且本發(fā)明的SiC半導(dǎo)體裝置完成。
[0152]由上述說(shuō)明可知，在實(shí)施例5的隔熱負(fù)荷夾具中，具備與第三實(shí)施例完全相同的功能，故而能夠完全發(fā)揮在第三實(shí)施例中得到的效果。另外，本實(shí)施例形成為沒(méi)有連結(jié)柱的構(gòu)成，故而與第一實(shí)施例?第四實(shí)施例相比，可得到能夠以低廉的價(jià)格制作隔熱負(fù)荷夾具的特有的效果。另外，如果預(yù)先在重心穩(wěn)定化框架62組裝安裝有錘支承板61和金屬錘36 (與熱絕緣體37 —體)的組件，則能夠?qū)⒅匦姆€(wěn)定化框架62、錘支承板61和金屬錘36 (與熱絕緣體37 —體)在一個(gè)工序中安裝及卸下，可得到可進(jìn)一步提高生產(chǎn)力的效果。
[0153]以上，基于圖示的實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，各部的構(gòu)成能夠置換成具有相同功能的任意構(gòu)成的部件。
[0154]本申請(qǐng)基于2012年4月27日提出申請(qǐng)的日本特許愿第2012 — 102954號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參照將其申請(qǐng)內(nèi)容引用于本發(fā)明的說(shuō)明書中。
[0155]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0156]根據(jù)本發(fā)明一方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法、隔熱負(fù)荷夾具及隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法，從半導(dǎo)體裝置的上部經(jīng)由熱絕緣體施加負(fù)荷，故而將半導(dǎo)體裝置和負(fù)荷之間隔熱，能夠進(jìn)行迅速升溫、焊料的短時(shí)間熔解和迅速降溫。由此，能夠減少空隙并能夠避免過(guò)度的溫度上升和長(zhǎng)時(shí)間的加熱處理，而實(shí)際上消除半導(dǎo)體裝置的熱損傷。其結(jié)果，能夠以較高的成品率實(shí)現(xiàn)由空隙較少的高溫焊料接合的高可靠功率半導(dǎo)體裝置。因此，本發(fā)明一方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法、隔熱負(fù)荷夾具及隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法可以在產(chǎn)業(yè)上利用。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在電路基板和半導(dǎo)體芯片之間夾著在所述半導(dǎo)體芯片的耐熱溫度?100°c以下的范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)或固相線溫度的焊料材料，在從所述半導(dǎo)體芯片的上部經(jīng)由熱絕緣體施加負(fù)荷的狀態(tài)下，使所述焊料材料熔解并固化，由此，將所述電路基板和所述半導(dǎo)體芯片接合。
2.一種隔熱負(fù)荷夾具，其在將電路基板和半導(dǎo)體芯片接合時(shí)施加負(fù)荷，其特征在于，具備: 熱絕緣體，其在所述電路基板和所述半導(dǎo)體芯片之間夾著在所述半導(dǎo)體芯片的耐熱溫度?100°C以下的范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)或固相線溫度的焊料材料，并且設(shè)置在夾著所述焊料材料的狀態(tài)的所述半導(dǎo)體芯片的上部； 金屬負(fù)荷，其設(shè)置在所述熱絕緣體的上部，在使所述焊料材料熔解并固化的期間對(duì)所述半導(dǎo)體芯片施加負(fù)荷。
3.一種隔熱負(fù)荷夾具，其在將電路基板和半導(dǎo)體芯片接合時(shí)施加負(fù)荷，其特征在于，具備: 芯片對(duì)準(zhǔn)板，其具備相對(duì)于所述電路基板對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)功能，具有用于在所述電路基板的規(guī)定位置配置焊料片材和所述半導(dǎo)體芯片的芯片貫通口； 錘支承板，其配置在從所述芯片對(duì)準(zhǔn)板向上方離開(kāi)規(guī)定距離的位置，具備相對(duì)于所述芯片對(duì)準(zhǔn)板或所述電路基板對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)功能，在與所述芯片貫通口的位置對(duì)應(yīng)的位置具有錘貫通口 ； 熱絕緣體負(fù)荷，其貫通所述錘貫通口而設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片上，將與所述半導(dǎo)體芯片相接配置的熱絕緣體和在所述熱絕緣體上部配置的金屬負(fù)荷一體化。
4.如權(quán)利要求3所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，還具備連結(jié)柱，其拆裝自如地連結(jié)在所述芯片對(duì)準(zhǔn)板和所述錘支承板之間。
5.如權(quán)利要求4所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述連結(jié)柱固定在所述芯片對(duì)準(zhǔn)板或所述錘支承板。
6.如權(quán)利要求4或5所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，還具備重心穩(wěn)定化框架，其配置在所述錘支承板、所述電路基板和所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的外緣，內(nèi)壁與所述錘支承板、所述電路基板和所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的至少一個(gè)內(nèi)接。
7.如權(quán)利要求3所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，還具備重心穩(wěn)定化框架，其在所述芯片對(duì)準(zhǔn)板上方的規(guī)定位置支承所述錘支承板，配置在所述電路基板和所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的外緣，內(nèi)壁與所述電路基板或所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的至少一個(gè)內(nèi)接。
8.如權(quán)利要求2?7中任一項(xiàng)所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述熱絕緣體在從所述半導(dǎo)體芯片通向所述金屬負(fù)荷的導(dǎo)熱路徑中，在至少一處具備細(xì)芯構(gòu)造。
9.如權(quán)利要求2?8中任一項(xiàng)所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述熱絕緣體具備多孔質(zhì)構(gòu)造。
10.如權(quán)利要求2?9中任一項(xiàng)所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述熱絕緣體在所述半導(dǎo)體芯片或所述金屬負(fù)荷的至少一方的接觸面具備粗糙面構(gòu)造。
11.如權(quán)利要求2?10中任一項(xiàng)所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述金屬負(fù)荷為在所述半導(dǎo)體芯片的焊料接合面上至少產(chǎn)生0.lg/cm2以上的壓力的質(zhì)量。
12.如權(quán)利要求11所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述金屬負(fù)荷為在所述半導(dǎo)體芯片的焊料接合面上產(chǎn)生0.3g/cm2以上的壓力的質(zhì)量。
13.如權(quán)利要求3?12中任一項(xiàng)所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的芯片貫通口具備以向上方擴(kuò)展的方式傾斜的錐形構(gòu)造。
14.如權(quán)利要求3?13中任一項(xiàng)所述的隔熱負(fù)荷夾具，其特征在于，在所述錘支承板的錘貫通口附設(shè)有具有與所述錘貫通口相同截面的鞘構(gòu)造。
15.一種隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法，其特征在于， 在升溫加熱體基座上載置電路基板， 對(duì)準(zhǔn)所述電路基板而在所述電路基板上載置芯片對(duì)準(zhǔn)板， 在形成于所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的芯片貫通口依次載置焊料片材和半導(dǎo)體芯片， 在所述半導(dǎo)體芯片上配置熱絕緣體， 在所述芯片對(duì)準(zhǔn)板上方的規(guī)定位置設(shè)置錘支承板， 經(jīng)由在與所述芯片貫通口對(duì)應(yīng)的位置形成的所述錘支承板的錘貫通口在所述熱絕緣體上附設(shè)金屬負(fù)荷。
16.如權(quán)利要求15所述的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法，其特征在于，在設(shè)置所述錘支承板時(shí)，利用連結(jié)柱設(shè)置所述錘支承板。
17.如權(quán)利要求15或16所述的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法，其特征在于，還在所述電路基板及所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的外緣設(shè)置重心穩(wěn)定化框架。
18.如權(quán)利要求15所述的隔熱負(fù)荷夾具的設(shè)置方法，其特征在于， 還在所述電路基板及所述芯片對(duì)準(zhǔn)板的外緣設(shè)置重心穩(wěn)定化框架， 在設(shè)置所述錘支承板時(shí)，在所述重心穩(wěn)定化框架上設(shè)置所述錘支承板。
19.一種隔熱負(fù)荷夾具，在將電路基板和半導(dǎo)體芯片接合時(shí)施加負(fù)荷，其特征在于，具備: 熱絕緣裝置，其在所述電路基板和所述半導(dǎo)體芯片之間夾著在所述半導(dǎo)體芯片的耐熱溫度?100°c以下的范圍內(nèi)具有熔點(diǎn)或固相線溫度的焊料材料，并且設(shè)置在夾持所述焊料材料的狀態(tài)的所述半導(dǎo)體芯片的上部； 金屬負(fù)荷裝置，其設(shè)置在所述熱絕緣裝置的上部，在使所述焊料材料熔解并固化的期間對(duì)所述半導(dǎo)體芯片施加負(fù)荷。
20.一種隔熱負(fù)荷夾具，其在將電路基板和半導(dǎo)體芯片接合時(shí)施加負(fù)荷，其特征在于，具備: 芯片對(duì)準(zhǔn)裝置，其具備相對(duì)于所述電路基板對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)功能，具有用于在所述電路基板的規(guī)定位置配置焊料片材和所述半導(dǎo)體芯片的芯片貫通口； 錘支承裝置，其配置在從所述芯片對(duì)準(zhǔn)裝置向上方離開(kāi)規(guī)定距離的位置，具備相對(duì)于所述芯片對(duì)準(zhǔn)裝置或所述電路基板對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)功能，在與所述芯片貫通口的位置對(duì)應(yīng)的位置具有錘貫通口； 熱絕緣負(fù)荷裝置，其貫通所述錘貫通口而設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片上，將與所述半導(dǎo)體芯片相接配置的熱絕緣裝置和在所述熱絕緣裝置上部配置的金屬負(fù)荷裝置一體化。
【文檔編號(hào)】H05K13/04GK104254909SQ201380021910
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】谷本智, 圖子佑輔, 村上善則, 松井康平, 佐藤伸二, 福島悠 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社, 三墾電氣株式會(huì)社