JPH0614525B2

JPH0614525B2 - 半導体装置の製造方法及びその製造装置

Info

Publication number: JPH0614525B2
Application number: JP57217411A
Authority: JP
Inventors: 博之馬場; 宰服部; 和夫井上; 正志米山
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-12-11
Filing date: 1982-12-11
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPS59106124A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、半導体装置の製造方法及びその製造装置に関
する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

半導体ペレットを銅等からなるフレームのペレット配設
床に装着する手段として、Ａｕプリフォームを使用す
る所謂AuSi共晶マウント方式、半導体ペレットの裏面
側に厚さ1.5〜2.5μのAuGe層を形成して直接半導体ペレ
ットをペレット配設床に装着するAu Foilloss マウント
方式、半田マウント方式がある。

のAuSi共晶マウント方式によるものでは、厚さが約１
５μまでのAuプリフォームを半導体ペレットよりも大き
い大きさにして使用するため、極めて経済性が悪い。ま
た、マウント後の熱衝撃試験によって半導体ペレットに
クラックが発生し易い。のAu Foilloss マウント方式
によるものでは、ペレットサイズが約１mm^□以下になる
と、半田マウント方式に比べて経済性の点で優れてい
る。しかし、マウント後に施す半田浸加熱試験等の熱衝
撃によって、半導体ペレットにクラックが発生し易い。
また、半導体ペレットの裏面に形成したAuGe層によりペ
レット配設基台に装着するため、ペレット配設基台に対
して高い平行度で半導体ペレットを導くことが極めて難
しい。の半田マウント方式によるものでは、半導体ペ
レットが0.39〜２mm^□の微少なものである時は、銅で形
成されたペレット配設床の場合には、ろう材のぬれ性が
悪いため、安定した操作で確実に半導体ペレットを装着
できない。

しかしながら、このような方式の中では、半導体ペレッ
トの大きさに応じた微少量の半田をペレット配設基台上
に供給できるならば、マウント後の性能試験によっても
クラックが発生し難い点で半田マウント方式が好まし
い。このため、次のようにして微少量のろう材をペレッ
ト配設基台上に載置する試みがなされている。第１図
(A)及び同図(B)は、リボン状のろう材１を所定長さのと
ころで切断して、これをペレット配設基台２上に吸着治
具を用いて載置するものである。第２図(A)及び同図(B)
は、円板状のろう材３を前述と同様に吸着治具を用いて
ペレット配設基台２上に載置するものである。このよう
な手段によるものでは、ろう材１，３の表面に形成され
た酸化膜が半導体ペレット５との間、或はペレット配設
基台２との間に残存するため、半導体ペレット５を装着
する際にろう材１，３が半導体ペレット５及びペレット
配設基台２に十分になじまず、半導体ペレット５を確実
に装着できない。また、半導体ぺレット５及びペレット
配設基台２とろう材１，３との界面に空洞部を形成し易
いため熱抵抗が大きくなる。更に、ろう材１の切断部に
ばり１ａが形成されていると、第３図に示す如く、ろう
材１とペレット配設基台２との隙間１ｂに空気が侵入
し、ボイドの発生原因となる。また、吸着治具を用いて
ろう材１，３をペレット配設基台２上に導くため、第４
図に示す如く、載置したろう材１，３の中央部が山形に
盛り上がりその直下に隙間１ｃができて、ボイド発生の
原因となる。このような問題を解消するため、第５図
(A)及び同図(B)に示す如く、ワイヤ状のろう材６を所定
長に切断すると同時にこれをペレット配設基台２上に載
置するか、或は熱圧着によりペレット配設基台２上に載
置する試みがなされている。このような手段によるもの
では、吸着治具を用いるものに比べてボイドの発生を少
なくできるが、ろう材６の表面に形成された酸化膜に起
因する装着不良等の問題は、依然解決できなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、ろう材とペレット配設基台とのなじみ性を向
上すると共に、ろう材中に巣が発生するのを防止し、か
つ、高い密着度で確実にしかも容易に半導体ペレットを
ペレット配設基台に装着することができる半導体装置の
製造方法及びその製造装置を提供することをその目的と
するものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る半導体装置の製造方法は、非酸化性雰囲気
または還元性雰囲気中でワイヤ状のろう材をその融点以
上に加熱されたペレット配設基台上に所定量だけ制御し
ながら供給する工程を設けて、ろう材とペレット配設基
台とのなじみ性を向上すると共に、ろう材中に巣が発生
するのを防止し、かつ、高い密着度で確実にしかも容易
に半導体ペレットをペレット配設基台に装着できるよう
にしたものである。

本発明に係る半導体装置の製造装置は、ペレット配設基
台を有するリードフレームをろう材取付部に所定のピッ
チで供給するフレームフィーダと、ペレット配設基台を
ろう材の融点以上に加熱する手段と、ペレット配設基台
にワイヤ状のろう材を所定の微量分だけ制御すると共
に、ろう材をペレット配設基台上に付勢押圧しながら押
付けるように供給する機構とを設けて、ろう材とペレッ
ト配設基台とのなじみ性を向上すると共に、ろう材中に
巣が発生するのを防止し、かつ、高い密着度で確実にし
かも容易に半導体ペレットをペレット配設基台に装着で
きるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第６図(A)は、本発明の一実施例の横断面図、同図
(B)は、同実施例の縦断面図である。なお、本発明に係
る半導体装置の製造方法の説明は、同実施例の半導体装
置の製造装置の作用効果の説明をもってその説明とす
る。同図１０は、略トンネル形をなすハウジングであ
る。ハウジング１０の下部は開口している。ハウジング
１０内には、その長手方向に沿ってフレーム１１の移送
路１２を形成すると共に、ハウジング１０の内側面との
間に雰囲気ガスの流出路となる隙間を形成するようにし
てヒーターブロック１３が収容されている。ヒーターブ
ロック１３には、フレーム１１を加熱するための熱源１
４として例えばカートリッジヒータガ内蔵されている。
ヒーターブロック13内には、その長手方向に沿って雰囲
気ガス供給路１５が形成されている。雰囲気ガス供給路
１５には、その長手方向に沿って所定時間隔を置いて端
末供給路１５ａが分岐している。端末供給路１５ａは移
送路１２に連通している。雰囲気ガス供給路15は、ハウ
ジング１０の側壁部を貫挿して内部に導入された雰囲気
ガス供給管１６に接続されている。ハウジング１０内に
は、フレーム１１を移送するフレームフィーダ２５に設
けられた送りピン１７が、フレーム１１の送り孔１１ａ
に出入するように上下動自在に設けられている。ハウジ
ング１０の上壁部の所定領域には、移送路１２に連通す
る窓１８が開口されている。窓１８の直下のハウジング
１０内の領域は、ろう材取付部になっている。窓１８の
上方には、ろう材取付部に移送路１２から供給されたフ
レーム１１のペレット配設基台１１ｂ上に、ワイヤ状ろ
う材１９を導くためのキャピラリーツール２０が昇降自
在に設けられている。この窓１８の近傍のハウジング１
０の部分には、位置決めピン２１を出入するための位置
決め孔２２が開口されている。位置決めピン２１は、こ
の位置決め孔２２を介してろう材取付部内に出入し、フ
レーム１１に形成された固定孔１１ｃに嵌入するように
なっている。

キャピラリーツール２０は、第７図に示すろう材供給機
構３０に接続されている。キャピラリーツール２０は、
下レバー３１の先端部に保持されている。下レバー３１
の先端部には、ワイヤ状ろう材１９の押え部材３２が取
付けられている。下レバー３１は、その略中央部を支点
にしてろう材供給機構３０の本体３３に揺動自在に支持
されている。下レバー３１の後端部は、揺動レバー３４
にて把持されている。揺動レバー３４は、その略中央部
にて本体３３に揺動自在に支持されている。揺動レバー
３４の後端部には、カム３５が当接している。カム３５
はベルト３６を介してモータ３７に接続されている。こ
のモータ３７の駆動によってカム３５が回転し、これに
連動して揺動レバー３４、下レバー３１が揺動してキャ
ピラリーツール２０が昇降動するようになっている。下
レバー３１の上方には、上レバー３８が対設されてい
る。上レバー３８は、その後端部の近傍に支点を設けて
本体３３に揺動自在に支持されている。上レバー３８の
先端部には、ワイヤ状ろう材１９の押え部材３９と案内
部材４０が取付けられている。上レバー３８の後端部の
上方には、これに対向してマイクロメータ４１の先端部
が出入自在に設けられている。上レバー３８と下レバー
３１は、夫々の支点と先端部間の所定位置にばね部材４
２を介在している。本体３３の上部には、ワイヤ状ろう
材１９を巻き取ったスプール４３が設けられている。ス
プール４３から巻き解されたワイヤ状ろう材１９は、上
レバー３８の案内部材４０、押え部材３９を貫挿し、下
レバー３１の押え部材３２を貫挿してキャピラリーツー
ル１９の先端部から外部に導出されている。

ワイヤー状ろう材１９としては、例えば融点が１８３〜
３１０℃の範囲のPb−５％Sn、Pb-10%Sn、Pb-15%Sn、Pb
-63%Sn等の所謂Pb-Sn系半田や、融点が２００〜２５０
℃の範囲のSn-3.5%Ag、Sn-10%Au、Su-In、Sn-3.5%Sb、S
n-10%Sb等の所謂Sn系半田、或は、融点が約３００℃のP
b-Sn-Ag系半田、融点が１８０〜２００℃のPb-In半田等
を使用する。また、ワイヤー状ろう材19の断面形状は、
円形、四角形、三角形等如何なるものを使用しても良
い。ワイヤー状ろう材19の径は、装着する半導体ペレッ
トの大きさに応じて設定する。例えば0.1φ，0.3φ，0.
5φ，1.0φのワイヤー状ろう材１９を使用する。なお、
キャピラリーツール２０、ろう材供給機構３０、フレー
ムフィーダ２５、位置決めピン２１は、図示しない駆動
部によって連動するようになっている。

而して、このように構成された半導体装置の製造装置７
０によれば、次のようにしてフレーム１１に形成された
ペレット配設基台１１ｂに所定量のワイヤー状ろう材１
９を載置し、半導体ペレットの装着が行われる。

先ず、雰囲気ガス供給管１６から雰囲気ガス供給路１
５、端末供給路１５ａを経て移送路12内に、Ｎ₂ガス或
はＨ₂を数％含んだＮ₂ガスやArガスを供給し、非酸化性
或は還元性の雰囲気を作る。次いで、カートリッジヒー
タ等からなる熱源１４にて移送路１２内を所定温度まで
加熱する。加熱温度は、ペレット配設基台１１ｂ上に載
置するワイヤー状ろう材１９を形成する半田の融点を考
慮して、次の操作で供給されるフレーム１１のペレット
配設基台１１ｂ上の温度がワイヤー状ろう材１９の融点
よりも３０℃程度高くなるように設定する。

次いで、フレームフィーダ２５を駆動し、送りピン１７
をフレーム１１の送り孔１１ａに嵌入してフレーム１１
を移送路１２内に供給する。フレーム１１は、所定の送
りピッチでろう材取付部に供給される。フレーム１１が
ろう材取付部に導かれると、位置決めピン２１がフレー
ム１１の位置決め孔２２内に嵌入し、フレーム11はろう
材取付部の所定位置で固定される。このとき、ペレット
配設基台１１ｂは、後述の操作にてここに載置するワイ
ヤー状ろう材１９の融点よりも約３０℃高い温度に加熱
されている。例えば、ワイヤー状ろう材１９が１８３〜
３１０℃の融点を有するPb-Sn系半田の場合には、ペレ
ット配設基台１１ｂは、２００〜４５０℃に加熱され
る。

次に、ろう材供給機構３０により所定量のワイヤー状ろ
う材１９を、加熱された配設基台１１ｂに付勢押圧しな
がら押付けて被着する。ワイヤー状ろう材１９の送り出
し操作は次のようにして行われる。第７図に示す如く、
まず、モータ３７を駆動してカム３５を回転せしめる。
カム３５の回転により揺動レバー３４の後端部が降下す
るとその支点を介して先端部が上昇し、下レバー３１の
後端部が上昇する。下レバー３１は後端部が上昇すると
支点を介して先端部が降下する。下レバー３１の先端部
が降下すると、ばね部材４２を介して上レバー３８の先
端部が引き下げられ、その支点を介して上レバー３８の
後端部が上昇する。上レバー３８の後端部の上昇量は、
これに対向して設けられたマイクロメータ４１の先端部
に後端部が当接することにより規制される。従って、第
１番目のフレーム１１のペレット配設基台１１ｂにワイ
ヤー状ろう材１９を載置する場合には、予めマイクロメ
ータ４１と上レバー３８の後端部との間隔Ｌを大きく設
定しておく。而して、モータ３７を駆動して前述の下レ
バー31等の操作により、ワイヤー状ろう材１９をペレッ
ト配設基台１１ｂ上の近接した位置まで下降させる。次
いで、マイクロメータ４１と上レバー３８の後端部との
間隔Ｌを、ペレット配設基台１１ｂに載置するワイヤー
状ろう材１９の量に応じた値に設定する。次いで、前述
と同様にモータ３７の駆動により下レバー３１等を操作
して、キャピラリーツール２０を降下し、所定量のワイ
ヤー状ろう材１９をペレット配設基台１１ｂ上に供給す
る。ここで、キャピラリーツール２０の降下によるワイ
ヤー状ろう材１９の送り出し速度は、ペレット配設基台
１１ｂに接触して溶けて行く速度よりも遅く設定する必
要がある。従って、ペレット配設基台１１ｂの温度が低
い場合は、遅くしてペレット配設基台１１ｂの温度が高
い場合は、早くする必要がある。例えば、Pb-Sn系半田
からなる0.1φのワイヤー状ろう材１９を用いて、約0.3
mm^□の半導体ペレットを装着する場合は、約２０mm／se
cの送り出し速度が好ましい。また、例えば0.1φのワイ
ヤー状ろう材１９を用いて、マイクロメータ４１と上レ
バー３８の後端部間の間隔Ｌを設定することにより送り
出し量を決定すると、この送り出し量のワイヤー状ろう
材１９を介してペレット配設基台１１ｂ上に載置可能な
半導体ペレットの大きさは、第８図に示す特性線Ｉにて
表示される。同様にワイヤー状ろう材１９の径を0.15φ
にすると同図中特性線II、径を0.2φにすると特性線III
に従ってワイヤー状ろう材19の送り出し量と装着可能な
半導体ペレットの大きさとが決定される。このようにし
て、所定量のワイヤー状ろう材１９がペレット配設基台
１１ｂ上に載置されると、ろう材供給機構３０によって
キャピラーツール２０をペレット配設基台１１ｂから離
間する。然る後、周知のコレットと称られる吸着治具等
により、ペレット配設基台１１ｂ上に所定量のワイヤー
状ろう材１９を介して半導体ペレットを押着し、半導体
装置を得る。得られた半導体装置は、フレームフィーダ
２５によるフレーム１１の移送によって次工程へと導か
れる。このフレーム１１の移送操作に同期して、前述の
ワイヤー状ろう材19の載置、半導体ペレットの押着等の
操作が連続的に行われる。

このように0.1φ，0.3φ，0.5φ等の所望の径のワイヤ
ー状ろう材１９を、ろう材供給機構３０により約0.01mm
という高い送り出し精度でペレット配設基台１１ｂ上に
送り出す。しかも、ペレット配設基台１１ｂは、予めワ
イヤー状ろう材１９の融点よりも高い温度に加熱されて
いるので、極めて微量のワイヤー状ろう材１９を容易に
かつ正確にペレット配設基台１１ｂ上に載置することが
できる。更に、ワイヤー状ろう材１９は、下レバー３１
の先端部に取付けられた押え部材３２により把持されつ
つ、下レバー３１の先端部の下降により、ペレット配設
基台１１ｂに付勢押圧されながら押付けられる。これに
より、ワイヤー状ろう材１９の押し付け力を受けなが
ら、ペレット配設基台１１ｂ上にワイヤー状ろう材１９
は溶融しながら付着して行くので、表面に酸化膜が形成
されても直ちに破壊され、ペレット配設基台１１ｂとの
なじみ度は極めて高い。勿論、ろう材取付部全体が非酸
化性或は還元性雰囲気に包まれるということからも、載
置されたワイヤー状ろう材１９の表面に酸化膜が形成さ
れるのを阻止することができる、また、ワイヤー状ろう
材１９は、高いなじみ性の下にペレット配設基台１１ｂ
上に載置されると共に、送り出しに伴う押し付け力を受
けて載置されるので巣の発生を阻止することができる。
その結果、半導体ペレットは、極めて高い密着力で確実
にペレット配設基台１１ｂ上に装着される。

このような効果を確認するため、銅で形成されたペレッ
ト配設基台１１ｂ_１、表面にAgメッキ層を形成したペレ
ット配設基台１１ｂ_２、表面にNiメッキ層を形成したペ
レット配設基台11b_３を設けた３種類のフレーム１１
１，１１２，１１３を用意し、実施例に従って半導体ペ
レットを装着した半導体装置（実施例）、従来のリボン
状ろう材マウント方にて半導体ペレットを装着した半導
体装置（比較例１）ワイヤ状ろう材切断式マウント方式
にて半導体ペレットを装着した半導体装置（比較例２）
の夫々を製造した。

これらの半導体装置における半導体ペレットを接着強度
を調べたところ下記表に示す結果を得た。また、半導体
ペレットとペレット配設基台１１b₁，１１b₂，１１b₃間
のろう材からなる接合部内の巣の有無を調べところ、同
表に併記する結果を得た。同表から明らかな如く、実施
例で得られた半導体装置では、半導体ペレットは、巣の
ない接合部（ろう材層）にて極めて高い接着度でペレッ
ト配設基台１１b₁に装着されていることが判った。

なお、実施例では、キャピラリーツール２０から所定量
のワイヤー状ろう材１９を送り出す手段として、カム３
５、上下レバー３８，３１、及びマイクロメータ４１等
を組合せた機構を採用したものを説明したが、送り出し
量を0.01mm程度まで制御できるものであれば如何なる手
段を採用しても良い。第９図は、その一例を示すもので
ある。この送り出し機構５０は、電磁弁５１の動作によ
ってワイヤー状ろう材１９の挾持爪５２を開閉するよう
になっている。電磁弁５１は、挾持爪５２の上部に保持
されている。挾持爪５２の下端部は、電磁弁５１により
開閉され、閉じた際にワイヤー状ろう材１９を挾持する
ようになっている。挾持爪５２の下部には、相対向する
挾持爪５２が離間しないようにばね５３が介在されてい
る。挾持爪５２は、その側部に取付けられたアーム５４
にてろう材供給機構の本体に取付けられている。挾持爪
５２の上部には、その先端部にて挾持されたワイヤ状ろ
う材１９の移送方向に沿ってレバー５５が取付けられて
いる。レバー５５は、約0.01mmの制御精度で伸縮するよ
うになっている。つまり、挾持爪５２でワイヤ状ろう材
１９を挾持した後、レバー５５の例えば縮み操作により
所定量だけワイヤ状ろう材１９を送り出す。送り出し後
挾持爪５２による挾持を解除して、レバー５５の伸び操
作により挾持爪５２はもとの位置に戻される、この操作
を繰り返すことにより所定量のワイヤー状ろう材１９の
送り出しが行われる。

第１０図は、送り出し手段の他の例を示すものである。
この送り出し機構６０は、基板６１上に２個の送り出し
ローラ６２ａ，６２ｂをその周面間にワイヤー状ろう材
１９を挾持するようにして立設されている。一方のロー
ラ６２ａの軸芯は、基板６１の裏面側に取付けられたパ
ルスモータ６３の回転軸に接続している。而して、パル
スモータ６３の回転数を制御することによりワイヤ状ろ
う材１９の送り出し量を制御するようになっている。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明に係る半導体装置の製造方法
及びその製造装置によれば、ろう材とペレット配設基台
とのなじみ性を向上すると共に、ろう材中に巣が発生す
るのを防止し、かつ、高い密着度で確実にしかも容易に
半導体ペレットをペレット配設基台に装着することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図(A)及び同図(B)は、従来方法にて所定長のリボン
状ろう材をペレット配設基台上に載置した状態を示す説
明図、第２図(A)及び同図(B)は、従来方法にて円板状の
ろう材をペレット配設基台上に載置した状態を示す説明
図、第３図は、ばりのあるろう材がペレット配設基台上
に載置された状態を示す説明図、第４図は、吸着治具に
てペレット配設基台上に載置されたろう材の状態を示す
説明図、第５図(A)及び同図(B)は、所定長のワイヤ状ろ
う材がペレット配設基台上に載置された状態を示す説明
図、第６図(A)は、本発明の一実施例の横断面図、同図
(B)は、同実施例の縦断面図、第７図は、ろう材供給機
構の概略構成を示す説明図、第８図は、ワイヤー状ろう
材の送り出し量と装着する半導体ペレットの大きさとの
関係を示す特性図、第９図及び第10図は、ワイヤー状ろ
う材の送り出し手段の他の実施例の説明図である。１０……ハウジング、１１……フレーム、１２……移送
路、１３……ヒーターブロック、１４……熱源、１５…
…雰囲気ガス供給路、１５ａ……端末供給路、１６……
雰囲気ガス供給管、１７……送りピン、１８……窓、１
９……ワイヤー状ろう材、２０……キャピラリーツー
ル、２１……位置決めピン、２２……位置決め孔、２５
……フレームフィーダ、３０……ろう材供給機構、３１
……下レバー、３２……押え部材、３３……本体、３４
……揺動レバー、３５……カム、３６……ベルト、３７
……モータ、３８……上レバー、３９……押え部材、４
０……案内部材、４１……マイクロメータ、４２……ば
ね部材、４３……スプール、５０……送り出し機構、５
１……電磁弁、５２……挾持爪、５３……ばね、５４…
…アーム、５５……レバー、６０……送り出し機構、６
１……基板、６２ａ，６２ｂ……送り出しローラ、６３
……パルスモータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上和夫兵庫県姫路市余部区上余部50番地東京芝浦電気株式会社姫路工場内 (72)発明者米山正志兵庫県姫路市余部区上余部50番地東京芝浦電気株式会社姫路工場内 (56)参考文献特開昭56−87331（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−26444（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−93231（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−103320（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−170（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−191045（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−161340（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−157561（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非酸化性雰囲気または還元性雰囲気中に配
置されているペレット配設基台を該配設基台上に被着す
るろう材の融点以上の温度に加熱する工程と、所定量の
ワイヤ状のろう材を前記ペレット配設基台上に付勢押圧
しながら押付けて被着する工程と、被着された該ろう材
を介して前記配設基台上に半導体ペレットを押着する工
程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】内部にフレームの移送路を形成したハウジ
ングと、該ハウジング内に設けられたフレームフィーダ
と、該ハウジング内に連通した雰囲気ガス供給管と、該
ハウジング内のろう材取付部に対向して該ハウジングに
開口された窓と、該窓を介して前記ろう材取付部に出入
自在に設けられたキャピラリーツールと、所定量のワイ
ヤ状ろう材を前記ペレット配設基台上に付勢押圧しなが
ら押付けるように該キャピラリーツールに供給するろう
材供給機構と、前記フレームのペレット配設基台を前記
キャピラリーツールに対向して位置決めする位置決め部
材と、前記ろう材取付部に設けられた前記フレームの熱
源とを具備することを特徴とする半導体装置の製造装
置。