JPH08125099A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロウ材の濡れ性のムラ発生が防止され、かつ
ロウ材の切れ性が改善・向上され、信頼性の高いロウ付
け，接続の確保により、歩留まりよく半導体装置を製造
し得る方法の提供を目的とする。 【構成】 第１の半導体装置の製造方法は、半導体装置
側に入出力リード端子をロウ付けする工程を備えた半導
体装置の製造方法において、前記ロウ付け加熱時の雰囲
気を、水素ガス60〜90 Vol％の水素−窒素系の混合雰囲
気とすることを特徴とする。第２の半導体装置の製造方
法は、半導体装置側に入出力リード端子をロウ付けする
工程を備えた半導体装置の製造方法において、前記入出
力リード端子の非接続側端部を固定的に保持する一方、
接続部をロウ材層を介して半導体装置側の接続パッド面
に圧接し、ロウ材の溶融後に圧接を解放して入出力リー
ド端子のロウ付けを行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係り、さらに詳しくは、半導体装置の入出力リード端子
のロウ付け手段を改良した半導体装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえばセラミックパッケージ型半導体
装置は、図５に要部構成を断面的に示すような構成を採
っている。すなわち、セラミック配線基板１と、前記セ
ラミック配線基板１の所定領域面にマウントされた半導
体素子２と、前記セラミック配線基板１にシールドリン
グ層３を介して開口端が封着され、半導体素子２を気密
に封装するキャップ４と、前記半導体素子２の入出力端
子に一端が接続し，他端がセラミック配線基板１面に導
出配置された接続パッド５群と、前記接続パッド５群に
各別にロウ付け６されて接続する入出力リード端子７と
を具備した構成を成している。

【０００３】ところで、前記構成の半導体装置の組み立
て，製造工程においては、接続パッド５群に対する入出
力リード端子７のロウ付け・接続を、通常、次ぎのよう
に行っている。たとえば、前記接続パッド５面に、スク
リーン印刷法もしくはペレット状のロウ材の配置など
で、それぞれロウ材層６を選択的に設置し、このロウ材
層６面上に、対応する入出力リード端子７を有するリー
ドフレームを位置決め・配置する。ここで、ロウ材とし
ては、Au−Sn系，Ag−Sn系などが挙げられ、また、前記
入出力リード端子７は、ガルウィン状にフォーミングさ
れている場合もある。この後、接続パッド５と入出力リ
ード端子７とのロウ付け・接続が行われるが、このロウ
付け・接続の手段，方法は、次ぎのように大別される。

【０００４】第１の手段は、前記のごとく、接続パッド
５にロウ材層６を介して入出力リード端子７の接続部を
位置決め・配置し、かつ被接続部を専用のロウ付け治具
で押圧した状態で、たとえば図６に模式的に示すように
トンネル型シール炉８を、エンドレスベルト９で移動
（搬送）させ、大気雰囲気領域8a，窒素雰囲気領域（ロ
ウ材を熱溶融させるヒートゾーン）8b，大気雰囲気領域
8cを順次通過させて、入出力リード端子７を電気的に接
続する方式である。そして、このロウ材の溶融・接続の
プロセス条件は、窒素雰囲気として酸化を防止しなが
ら、エンドレスベルト９の走行スピード，窒素雰囲気領
域8bのピーク温度を適宜選択・設定している。 第２の
手段は、図２に模式的に示すごとく、接続パッド５にロ
ウ材層６を介して入出力リード端子７の接続部を位置決
め・配置し、さらにロウ付け用治具10で加圧した態様
で、ロウ材層６を窒素雰囲気中で加熱・溶融し、接続パ
ット５面に入出力リード端子７を電気的に接続する方式
である。つまり、ガルウィン状にフォーミングされた入
出力リード端子７の場合は、専用のロウ付け用治具10で
押さえ込んだ状態でロウ付けしないと、所要の電気的な
接続を達成し得ないことがあるので、専用のロウ付け用
治具10を用いて入出力リード端子７の浮きを防止しなが
ら、ロウ付けを行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半
導体装置の製造方法で採られている入出力リード端子７
の場合は、互いに隣接する接続パッド５間で、ロウ材流
れによる短絡などが発生し易く、接続の信頼性もしくは
歩留まりの点で問題がある。すなわち、第１の手段の場
合は、接続パッド５面にに設置されたロウ材層６の溶融
・流れ性によって、隣接する接続用パッド５同士間の完
全な分離を確保し得ない場合がしばしば起こる。この接
続パッド５同士間のロウ材による接続は、短絡の発生と
なり、半導体装置の製造歩留まりを低減することにな
る。

【０００６】また、第２の手段の場合は、専用のロウ付
け用治具10で押圧して、位置ズレなど防止しながら、ロ
ウ材層６の溶融，接続パッド５面への入出力リード端子
７のロウ付け，専用ロウ付け用治具10の押圧解放のタイ
ミングが重要となる。たとえばロウ材の切れ（ハンダ濡
れ性）の調節が困難であるため、信頼性の高い接続の達
成には、高度の熟練を要する。より具体的に指摘する
と、専用ロウ付け用治具10の押圧解放が早すぎると、接
続パッド５面に対する入出力リード端子７の位置ズレが
起こり易く、接続の信頼性が低減する。一方、専用のロ
ウ付け用治具10の押圧解放が遅れると、ロウ材が平面的
に広がって接続パッド５間の短絡を起こし易いという問
題がある。

【０００７】上記のように、いずれの手段の場合も、半
導体装置の大容量・小形化に伴って、接続パッド５（入
出力リード端子７）の増大化や狭ピッチ化が進んでいる
現状では、由々しき問題を提起しているといえる。

【０００８】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、ロウ材の濡れ性のムラ発生が防止され、かつロウ
材の切れ性が改善・向上され、信頼性の高いロウ付け，
接続の確保により、歩留まりよく半導体装置を製造し得
る方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の半導
体装置の製造方法は、半導体装置側に入出力リード端子
をロウ付けする工程を備えた半導体装置の製造方法にお
いて、前記ロウ付け加熱時の雰囲気を、水素ガス60〜90
Vol％の水素−窒素系の混合雰囲気とすることを特徴と
する。

【００１０】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体装置側に入出力リード端子をロウ付けする工
程を備えた半導体装置の製造方法において、前記入出力
リード端子の非接続側端部を固定的に保持する一方、接
続部をロウ材層を介して半導体装置側の接続パッド面に
圧接し、ロウ材の溶融後に圧接を解放して入出力リード
端子のロウ付けを行うことを特徴とする。

【００１１】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、ロウ付け加熱時の雰囲気を、水素ガス60〜90 Vol％
の水素−窒素系の混合雰囲気に設定した場合、ロウ材な
どの酸化膜が容易に還元されて、ロウ材の濡れ性のムラ
発生が抑制され、さらにロウ材の切れ性が改善・向上し
て、隣接する接続用パッド間のロウ材による接続が確実
に解消することに着目してなされたものである。ここ
で、水素−窒素系の混合雰囲気中の水素ガスは、60〜90
Vol％の範囲内で常に選択され、さらに好ましくは70〜
80 Vol％の範囲で選択される。つまり、水素ガスが60 V
ol％未満では、前記したような作用効果が認められず、
一方、90 Vol％を超えると取扱操作などが煩雑となっ
て、実用性が大幅に低減するからであり、一般的には70
〜80 Vol％の範囲が能率面もしくは生産性の点で好まし
い。

【００１２】また、本発明に係る第２の半導体装置の製
造方法は、入出力リード端子の非接続側端部を固定保持
し、接続部を半導体装置側の接続パッド面に圧接した形
態でロウ材の溶融・接続を行った場合、前記ロウ材の溶
融に伴って入出力リード端子の接続部側が下がる傾向を
採り、これによって生じる弾撥性が作用し、ロウ材の濡
れ性のムラ発生が抑制され、さらにロウ材の切れ性が改
善・向上して、隣接する接続用パッド間のロウ材による
接続が確実に解消ことに着目してなされたものである。

【００１３】

【作用】第１の発明の場合は、ロウ付け加熱時の雰囲気
が水素−窒素系の混合雰囲気に設定されたことにより、
水素ガスの還元作用でロウ材などの酸化膜が容易に還元
される。そして、前記還元作用によって、ロウ材の濡れ
性のムラ発生が効果的に回避され、さらにはロウ材の切
れ性が改善・向上するので、隣接する接続パッド相互の
電気的な短絡発生も解消し、信頼性の電気的な接続が可
能となり、歩留まりよく半導体装置を提供し得ることに
なる。

【００１４】第２の発明の場合は、ロウ付け加熱時にお
いて、入出力リード端子に弾撥性を生じる形態を採ら
せ、この弾撥作用の利用でロウ材の濡れ性の改善，向上
が助長される。つまり、前記弾撥性作用によって、ロウ
材の濡れ性のムラ発生が効果的に回避され、さらにはロ
ウ材の切れ性が改善・向上するので、隣接する接続パッ
ド相互の電気的な短絡発生も解消し、信頼性の電気的な
接続が可能となり、歩留まりよく半導体装置を提供し得
ることになる。

【００１５】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して本発明の実施例
を説明する。

【００１６】実施例１ 図５に要部構成を断面的に示すような構成を採ったセラ
ミックパッケージ型半導体装置本体を先ず用意した。す
なわち、48mm角のアルミナ系セラミック配線基板１と、
前記セラミック配線基板１の所定領域面にマウントされ
た半導体素子（IC素子）２と、前記セラミック配線基板
１にシールドリング層３を介して開口端が封着され、半
導体素子２を気密に封装するメタル系キャップ４と、前
記半導体素子２の入出力端子に一端が接続し，他端がセ
ラミック配線基板１面の各辺部に、0.65mmのピッチで導
出配置された 232個の表面Auメッキ型接続パッド５群と
を具備した構成のセラミックパッケージ型半導体装置本
体を用意した。

【００１７】次いで、前記セラミックパッケージ型半導
体装置本体の表面Auメッキ型接続パッド５面に、Au−Sn
（80：20）共晶合金系の厚さ30〜50μm のロウ材ペレッ
ト６をそれぞれ載置した。そして、予め用意しておいた
コバール材製本体にAuメッキ型の、0.65mmのピッチで 2
32本の入出力リード端子７を有するQFP(quad flat pack
age)リードフレームの入出力リード端子７を、前記ロウ
材ペレット６面に位置合わせ，配置した。その後、予め
用意しておいた、専用のロウ付け用治具10をセットし
て、前記ロウ材ペレット６を介して接続パッド５面に重
ねた入出力リード端子７の接続部を押圧した。この状態
で、トンネル型のシール炉にセットして搬送，加熱によ
りロウ材ペレット６を溶融させ、接続パッド５面に入出
力リード端子７の接続部をロウ付け・接続し、半導体装
置を製造した。

【００１８】ここで、前記トンネル型のシール炉は、図
１ (a)に示すごとく、大気雰囲気領域8a，水素−窒素混
合系雰囲気領域8d，窒素雰囲気領域8b，大気雰囲気領域
8cに区分され、また、その炉内温度は、図１ (b)に示す
ごとく、ロウ材ペレット６の溶融の前段が水素−窒素混
合系雰囲気領域8dで行われるように設定した。つまり、
水素−窒素混合系雰囲気領域8d中、 280℃程度の加熱に
よりロウ材ペレット６の酸化膜を還元し、かつ溶融させ
た後に、窒素雰囲気領域8b中、 300℃程度に加熱して、
接続パッド５面に対して入出力リード端子７の接続部を
ロウ付け・接続を行った。

【００１９】前記半導体装置の製造を繰り返して、前記
水素−窒素混合系雰囲気領域8d中の水素濃度（ VoL％）
と半導体装置の製造歩留まりとの関係を求めた結果、図
２に示すような傾向が認められた。すなわち、水素濃度
を50 VoL％以上に選択設定すると、歩留まりが80％を超
えることが確認された。一方、前記水素濃度（ VoL％）
と接続パッド５面に対する入出力リード端子７の接合強
度（単位面積当たりの）をそれぞれ測定評価したとこ
ろ、図３に示すような結果が得られた。ここで、接合強
度は、ロウ付け後にリードフレームを引っ張るいわゆる
ピールテストで測定したものであり、接合の信頼性に関
係しており、一般的には 100gf／mm² 程度以上が望まれ
る。

【００２０】なお、上記ではセラミックパッケージ型半
導体装置本体、およびリードフレームとして、 QFPを例
示したが、リードピンを用いる PGA（pin grid arra
y）、あるいはパッケージ型半導体装置以外の他の半導
体装置の製造荷も適用し得る。

【００２１】実施例２ 図４はこの実施例の実施態様を模式的に示したものであ
る。先ず、実施例１の場合と同様の構成を成すセラミッ
クパッケージ型半導体装置本体、および対応する入出力
リード端子を備えた QFPリードフレームを用意した。な
お、ここで入出力リード端子は、予めガルウィング形状
にフォーミングされている。

【００２２】次ぎに、図４に断面的に示すごとく、前記
セラミックパッケージ型半導体装置本体の接続パッド５
面に、Ag−Sn系ロウ材層６をそれぞれ配置し、このAg−
Sn系ロウ材層６を介し，ガルウィング形状にフォーミン
グされた入出力リード端子７の接続部を接続パッド５面
に位置合わせした。その後、予め用意しておいた、専用
のロウ付け用治具10をセットして、前記ロウ材ペレット
６を介して接続パッド５面に重ねた入出力リード端子７
の接続部を押圧した。なお、このとき、前記ガルウィン
グ形状化された入出力リード端子７を有するリードフレ
ームの各辺のタイバー部を一定の高さに設定・固定し
た。

【００２３】前記設定状態のままシール炉にセットし
て、シール炉内を窒素ガス雰囲気に切り替え、約 280℃
に加熱・昇温して、その温度に 3〜 5分間程度保持し、
ロウ付けを行い冷却後、シール炉から取り出してリード
フレームから入出力リード端子７を切り離して半導体装
置を製造した。なお、前記入出力リード端子７のロウ付
け工程において、Ag−Sn系ロウ材層６の溶融およびロウ
付け用治具10の押圧に伴って、入出力リード端子７の接
続部は、接続パッド５面に対接する形態を採ったが、ロ
ウ付け用治具10の押圧が解放されると、前記固定されて
いるタイバー部を支点とした弾撥性が作用（たとえば30
秒間に 1〜10Hz程度で上下に振動）し、前記溶融ロウ材
を引き上げて山形化し、平面的な流れが回避される。つ
まり、溶融したロウ材が良好な濡れ性（切れ）を呈する
ようになり、接続パッド５と入出力リード端子７の接続
部との間に、適量のロウ材が容易に確保されることにな
るので、この状態でロウ付け温度を徐々に低下させる
と、確実な電気的な接続がなされるとともに、接続パッ
ド５間のロウ材流れによる短絡（ショート）も解消し、
信頼性の高い半導体装置が得られる。図４において、点
線が押圧時の状態を、実線が押圧解放時の状態をそれぞ
れ示す。

【００２４】この実施例では、入出力リード端子７をガ
ルウィング形状にフォーミングしたリードフレームを用
いたが、入出力リード端子７をガルウィング形状にフォ
ーミングしてないリードフレームを用いても同様の結果
が得られた。また、シール炉内の雰囲気を窒素ガスの代
わりに、たとえばアルゴン系，水素−窒素混合系などに
変えることも可能である。

【００２５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの
変形を採り得る。たとえば、半導体装置は、 QFPセラミ
ックパッケージ型以外の製造方法にも適用し得る。

【００２６】

【発明の効果】上記説明したように、本発明に係る半導
体装置の製造方法によれば、半導体装置側の接続パッド
に対する入出力リード端子のロウ付け工程において、ロ
ウ付けに関与するロウ材が良好な濡れ性（切れ）を呈し
て、信頼性の高い電気的な接続がなされるばかりでな
く、たとえばピッチ間隔が 0.3mm〜0.65mm程度であって
も、隣接する接続パッド間の短絡発生も全面的に回避・
解消された状態のロウ付けが達成される。つまり、本発
明によれば、コンパクトもしくは大容量で、信頼性の高
い半導体装置を歩留まりよく得ることが可能となるの
で、実用上多くの利点をもたらすものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)は本発明に係る製造方法の実施で用いるト
ンネル型シール炉の構成例を示す断面図、 (b)はシール
炉内の温度分布を示す曲線図。

【図２】本発明に係る製造方法の一実施例において、水
素−窒素混合系ガス雰囲気中の水素濃度と製造歩留まり
の関係例を示す曲線図。

【図３】本発明に係る製造方法の一実施例において、水
素−窒素混合系ガス雰囲気中の水素濃度とロウ付け接合
強度の関係例を示す曲線図。

【図４】本発明に係る他の実施例の実施態様を模式的に
示す断面図。

【図５】半導体装置の要部構成例および入出力リード端
子をロウ付けする態様（模式的）を示す断面図。

【図６】従来の製造方法の実施で用いるトンネル型シー
ル炉の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１……セラミック配線基板 ２……半導体素子
３……シールドリング層 ５……接続パッド
６……ロウ材層 ７……入出力リード端子
８……トンネル型シール炉 7a，7c……大気雰囲気
領域 7b……ちっそ雰囲気領域 7d……水素−
窒素混合雰囲気領域 ９……エンドレスベルト
10……ロウ付け用治具

フロントページの続き (72)発明者 大野 淳一 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 福岡 義孝 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 島田 修 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置に入出力リード端子をロウ付
   けする工程を備えた半導体装置の製造方法において、 前記ロウ付け加熱時の雰囲気を、水素ガス60〜90 Vol％
   を含む水素−窒素系の混合雰囲気とすることを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体装置に入出力リード端子をロウ付
   けする工程を備えた半導体装置の製造方法において、 前記入出力リード端子の非接続側端部を固定的に保持す
   る一方、接続部をロウ材層を介して半導体装置側の接続
   パッド面に圧接し、ロウ材の溶融後に圧接を解放して入
   出力リード端子のロウ付けを行うことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。