半導体装置の製造方法および半田付け用治具
【課題】 半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】 半田７０の半田付けに際して，半田付け用治具１００を用いる。半田付け用治具１００は，下側基材１１０と上側基材１２０とを有している。下側基材１１０には，温度制御部材１１１と蓋部材１１２とを備えている。温度制御部材１１１は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の材質のものである。半田付けの際には，下側基材１１０の側と上側基材１２０の側とから加熱される。その加熱により温度制御部材１１１の温度が融点に達すると，温度制御部材１１１は溶融する。温度制御部材１１１が溶融するため，素子下電極３０の温度は温度制御部材１１１の融点に保たれる。これにより，半田７０は溶融して半田付けに供されるが，既に半田付けされた半田５０は溶融しない。
【解決手段】 半田７０の半田付けに際して，半田付け用治具１００を用いる。半田付け用治具１００は，下側基材１１０と上側基材１２０とを有している。下側基材１１０には，温度制御部材１１１と蓋部材１１２とを備えている。温度制御部材１１１は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の材質のものである。半田付けの際には，下側基材１１０の側と上側基材１２０の側とから加熱される。その加熱により温度制御部材１１１の温度が融点に達すると，温度制御部材１１１は溶融する。温度制御部材１１１が溶融するため，素子下電極３０の温度は温度制御部材１１１の融点に保たれる。これにより，半田７０は溶融して半田付けに供されるが，既に半田付けされた半田５０は溶融しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体装置の製造方法および半田付け用治具に関する。さらに詳細には，半田付けを好適に行うことのできる半田付け用治具および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では，半導体素子が回路基板等に半田付けされていることが一般的である。このような半導体装置として，複数層の半田層を有するものがある。複数層の半田層を有する半導体装置を製造する場合には，一般に第１層の半田付けを行った後，第２層の半田付けを行う。そして，順次半田付けを行うことにより半導体装置が製造される。その場合，複数層の半田付けを行う際に同じ融点の半田を用いると，既に半田付けした半田層が溶融してしまう。そのため，再度溶融した半田が半田層からはみ出したり，半田付けされた各部品の位置精度が低いものとなってしまう。
【０００３】
一度半田付けした半田が再度溶融しないように，低融点半田を用いることがある。その場合にはまず，高融点半田を用いて第１層を半田付けする。次に，低融点半田を用いて第２層を半田付けするのである。その際に，高融点半田の融点より低い半田付け温度で半田付けをする。既に半田付けされた第１層の半田層が再び溶融しないようにするためである。半田層が再び溶融すると，既に半田付けした各部品の位置精度が悪くなるおそれがあるからである。
【０００４】
例えば特許文献１では，高融点半田を用いて基板本体に半導体ペレットを半田付けし，さらに低融点半田を用いて基板本体にテープ・キャリア・パッケージを半田付けする半導体装置の製造方法が開示されている。これにより，テープ・キャリア・パッケージを半田付けする際に，高融点半田が溶融するおそれがないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４５３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，低融点半田は，高融点半田に比べて半田付け性能において劣る。つまり，低融点半田は，塑性変形しやすい。そして，繰り返し応力を受けると，疲労破壊しやすい。さらに，低融点半田の融点は，電子部品の使用温度範囲（例えば，最高値で１５０〜１７５℃）に近い温度である。すなわち，半導体装置としての使用時に，低融点半田が溶融するおそれがある。加えて，低融点半田を製造するために鉛やカドミウムを用いることは，環境上好ましくない。とはいえ，インジウムなどの希少な金属を用いると，コスト面で不利である。
【０００７】
本発明は，前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における半田付け用治具は，半田付け対象部品を載置するための下側部と，半田付け対象部品の上側に載置される上側部とを有するものである。そして，下側部と上側部との少なくとも一方は，所定の温度で溶融する温度制御部材と，温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，温度制御部材と半田付け対象部品との間に配置される中間部材とを有するものである。かかる半田付け用治具は，半田付け時の半田の温度を制御し，好適に半田付けを行うことができる。
【０００９】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材であるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そのため，半田が突沸したりするおそれがない。
【００１０】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材であるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そして，既に半田付けを施した半田が再び溶融するおそれがない。したがって，この半田付け用治具を用いて半田付けされた半田接合体の形状精度は高い。
【００１１】
上記に記載の半田付け用治具において，下側部と上側部との一方に配置された第１の温度制御部材と，下側部と上側部との他方に配置された第２の温度制御部材とを有し，第１の温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材であり，第２の温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材であるとなおよい。加熱する両側で温度制御を行うことができるからである。
【００１２】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，中間部材は，下側部または上側部の基材に固定されている高剛性部材であるとよい。温度制御部材の溶融後に，温度制御部材の配置されている空間が減圧状態となるからである。このように形成された減圧層は高い断熱効果を有する。つまり，半田付け用治具からの加熱用の熱が半田へ伝わるのを防いで，半田の過熱を防止することができる。
【００１３】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，中間部材は，下側部または上側部の基材に固定されているとともに，温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものであるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材が弾性変形して，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができるからである。すなわち，断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００１４】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，中間部材は，下側部または上側部の基材に固定されていないものであるとともに，半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものであるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材と半田付け対象部品との接触が解除されるからである。すなわち，伝熱経路が遮断されるとともに，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができて断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００１５】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材として，所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものを用いるとよい。かかる温度制御部材を用いても，半田付け対象部品の温度を制御することができることに変わりないからである。すなわち，半田付け対象部品に至る伝熱経路の途中に空気層ができることで，断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００１６】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，気化した状態で還元性を備える還元性ガスとなるものであり，温度制御部材の配置されている箇所から半田付け対象部品の載置されている箇所まで達する貫通孔が形成されているとよい。半田付け対象部品の表面から酸化皮膜を除去し，半田付けを促進することができるからである。
【００１７】
また，本発明の一態様における半導体装置の製造方法は，半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程を有する方法である。そして，第１の半田付け工程では，所定の温度で溶融する温度制御部材と，温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，温度制御部材と第１の基材との間に配置される中間部材とを有する第１の半田付け用治具を用い，温度制御部材と第１の基材との間に中間部材が位置するように第１の基材を配置し，その状態で加熱して半田付けを行う。かかる半導体装置の製造方法では，半田付け時の半田の温度を制御し，好適に半田付けを行うことができる。
【００１８】
また，本発明の別の一態様における半導体装置の製造方法は，半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程と，第２の基材を第１の半田接合体に半田付けして両面冷却型の半導体装置とする第２の半田付け工程とを有する方法である。そして，第２の半田付け工程では，第１の基材の側と第２の基材の側との少なくとも一方に，所定の温度で溶融する温度制御部材と，温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって第１の基材と第２の基材との少なくとも一方と温度制御部材との間に配置される中間部材とを有する第２の半田付け用治具を用い，第１の基材と第２の基材との少なくとも一方と温度制御部材との間に中間部材が位置するように第１の基材または第２の基材を配置し，その状態で加熱して半田付けを行う。かかる半導体装置の製造方法では，複数層の半田層を有する両面冷却型の半導体装置を好適に半田付けすることができるからである。
【００１９】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，第１の半田付け工程と第２の半田付け工程との少なくとも一方では，温度制御部材として，半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材を用いるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そのため，半田が突沸したりするおそれがない。
【００２０】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，第１の半田付け工程と第２の半田付け工程との少なくとも一方では，温度制御部材として，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を用いるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そして，既に半田付けを施した半田が再び溶融するおそれがない。したがって，この半田付け用治具を用いて半田付けされた半田接合体の形状精度は高い。
【００２１】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，第２の半田付け用治具として，第１の基材の側と第２の基材の側との一方の側に，半田付けに用いる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材を備えるとともに，第１の基材の側と第２の基材の側との他方の側に，半田付けに用いる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材を備えるものを用いるとよい。加熱する両側で温度制御を行うことができるからである。そのため，既に半田付けした半田層を再び溶融させることなく，第２の半田付け工程で半田付けする半田を好適な半田付け温度で半田付けすることができるからである。
【００２２】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，中間部材として，第１の基材と第２の基材との少なくとも一方に固定されている高剛性部材を備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に，温度制御部材の配置されている空間が減圧状態となるからである。このように形成された減圧層は高い断熱効果を有し，半田の過熱を防止することができる。
【００２３】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，中間部材として，第１の基材と第２の基材との少なくとも一方に固定されているとともに，温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものを備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材が弾性変形して，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができるからである。すなわち，断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００２４】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，中間部材として，半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものを備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材と半田付け対象部品との接触が解除されるからである。すなわち，伝熱経路が遮断されるとともに，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができて断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００２５】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものであるとともに，その気化したガスが還元性を備えるものを用いるとよい。かかる温度制御部材を用いても，半田付け対象部材の温度を制御することができることに変わりないからである。半田付け対象部品の表面から酸化皮膜を除去し，半田付けを促進することができるからである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば，半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態から第３の実施形態において製造される両面冷却式のパワーモジュールを説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図（その１）である。
【図４】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図（その２）である。
【図５】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図（その３）である。
【図６】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法における半田付けを行う際の半田の温度の変化を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る半田付け用治具およびパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その１）である。
【図９】第２の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その２）である。
【図１０】第３の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図１１】第４の実施形態および第５の実施形態において製造される片面冷却式のパワーモジュールを説明するための断面図である。
【図１２】第４の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための平面図である。
【図１３】第４の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図１４】第４の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その１）である。
【図１５】第４の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その２）である。
【図１６】第５の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図１７】第５の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その１）である。
【図１８】第５の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，パワーモジュールの製造方法およびそれに用いられる半田付け用治具について，本発明を具体化したものである。
【００２９】
（第１の実施形態）
１．パワーモジュール
本実施の形態で製造されるパワーモジュール１の断面図を図１に示す。パワーモジュール１は，両面冷却型の半導体装置である。パワーモジュール１は，図１に示すように，パワー素子１０と，ブロック電極２０と，素子下電極３０と，素子上電極４０と，半田５０，６０，７０とを有している。
【００３０】
パワー素子１０は，ＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子である。ブロック電極２０は，パワー素子１０と素子上電極４０との間に半田付けされる電極である。素子下電極３０は，パワーモジュール１のうち最も外側に位置する電極である。素子上電極４０も，パワーモジュール１のうち最も外側に位置する電極である。これらの電極の材質として，例えば銅が挙げられる。素子下電極３０および素子上電極４０の外側の面３１，４１は，冷却されることとなる面である。これらの各部品は，半田付けの対象となる半田付け対象部品である。
【００３１】
半田５０は，パワー素子１０と素子下電極３０とを接合している半田層である。半田６０は，パワー素子１０とブロック電極２０とを接合している半田層である。半田７０は，ブロック電極２０と素子上電極４０とを接合している半田層である。半田５０，６０，７０は，いずれも同じ種類の半田からなる層である。例えば，ＳｎＣｕ（融点：２２７℃付近）である。そのためもちろん，これらの半田５０，６０，７０の融点は同じである。
【００３２】
パワー素子１０の厚みは，１００〜５００μｍ程度である。ブロック電極２０の厚みは，０．５〜５ｍｍ程度である。半田５０，６０，７０の厚みは，５０〜５００μｍ程度である。素子下電極３０および素子上電極４０の厚みは，１〜１０ｍｍ程度である。図１では，構造を分かりやすく示すために，各部品の厚みを強調して描いてある。しかし，実際には，素子下電極３０と素子上電極４０とに挟まれた各部品の厚みは非常に薄い。
【００３３】
２．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具１００の断面図を図２に示す。半田付け用治具１００は，パワー素子１０等の半田付けを行う際に用いられる治具である。その半田付けを行う際の加熱方法として，加熱プレート等を用いる伝熱方式，赤外線等を用いる輻射方式，高温の雰囲気中に曝して加熱する対流方式のいずれの方式をも用いることができる。もちろん，これらを適宜組み合わせてもよい。
【００３４】
半田付け用治具１００は，図２に示すように，下側基材１１０と，温度制御部材１１１と，蓋部材１１２と，上側基材１２０と，高さ決めピン１３０とを有している。下側基材１１０と，温度制御部材１１１と，蓋部材１１２とは，半田付け対象部品を載置される下側部である。上側基材１２０は，半田付け対象部品の上側に載置される上側部である。
【００３５】
下側基材１１０は，半田付け対象部品を支持するための第１の基材である。また，温度制御部材１１１や蓋部材１１２を支持するためのものでもある。下側部材１１０には，凹部１１５が形成されている。下側基材１１０の厚みは，３〜２０ｍｍである。下側基材１１０の材質として，例えば炭素素材が挙げられる。その他，溶融した温度制御部材１１１とともに合金を形成しにくい材質であるとよい。半田付け用治具１００を繰り返し使用することができるためである。または，下側基材１１０に表面処理を施すこととしてもよい。
【００３６】
温度制御部材１１１は，下側基材１１０の凹部１１５の内部に配置されている。温度制御部材１１１は，下側基材１１０と蓋部材１１２との間の空間に位置している。温度制御部材１１１の材質は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材である。つまり，温度制御部材１１１は，常温（大気圧下）では固体状態であり，半田付け温度（大気圧下）では液体状態であるものである。そして，固体状態の体積と液体状態の体積とがほとんど変わらないようなものである。温度制御部材１１１は，素子下電極３０の板面の占める面積の大部分にわたって存在しているとよい。
【００３７】
蓋部材１１２は，温度制御部材１１１に蓋をするためのものである。また，半田付け時には，温度制御部材１１１と図１に示した素子下電極３０との間に配置される中間部材である。蓋部材１１２は，半田付けの際に溶融することがない。つまり，蓋部材１１２の融点は，半田付け温度よりも高い。したがって，蓋部材１１２の融点は，温度制御部材１１１の融点よりも高い。なお，下側基材１１０の凹部１１５の内側の面と，凹部１１５の内側に位置する蓋部材１１２の外側の面とは，接合されている。つまり，蓋部材１１２は，下側基材１１０に固定されている。
【００３８】
上側基材１２０は，素子上電極４０を上側から押さえるための第２の基材である。上側基材１２０は，後述するように，溶融した半田７０が濡れ広がるようにするための錘の役割を果たすものである。上側基材１２０の材質として，例えば炭素素材が挙げられる。上側基材１２０の厚みは，３〜２０ｍｍである。高さ決めピン１３０は，パワーモジュール１の高さを揃えるためのものである。また，パワーモジュール１の面３１，４１の平行度を保持するためのものでもある。
【００３９】
なお，図２から明らかなように，温度制御部材１１１は，半田付け用治具１００の構成要素である。しかし，パワーモジュール１の構成要素ではない。すなわち，温度制御部材１１１は，製造後にパワーモジュール１に残留するものではない。もちろん，半田付け用治具１００そのものも，製造後にパワーモジュール１に残留するものではない。
【００４０】
３．パワーモジュールの製造方法
パワーモジュール１の製造方法について説明する。本形態のパワーモジュール１の製造方法は，半田付け用治具１００を用いることに特徴のあるものである。
【００４１】
３−１．素子下電極接合工程
まず，パワー素子１０等の各部品を素子下電極３０に半田付けする（素子下電極接合工程）。この素子下電極接合工程は，第１の半田付け工程である。この工程では，必ずしも前述の半田付け用治具１００を用いる必要はない。
【００４２】
図３は，素子下電極３０に各部品を半田付けする様子を説明するための断面図である。図３に示すように，素子下電極３０の上に半田５０を載置し，その半田５０の上にパワー素子１０を載置する。そして，そのパワー素子１０の上に半田６０を載置し，その半田６０の上にブロック電極２０を載置する。さらにブロック電極２０の上に半田７０を載置する。この段階では，半田５０，６０，７０は，その上下の部材と未だ接合していない。
【００４３】
次に，図３のように，各部材を積層したものを加熱して，半田５０，６０，７０を溶融させる。この加熱には，加熱プレート等の伝熱方式の加熱方法を用いてもよいし，赤外線等の輻射方式の加熱方法を用いてもよい。また，高温の雰囲気中に曝す等，対流方式の加熱方法を用いてもよい。半田５０，６０，７０の材質は同じであるため，半田５０，６０，７０はほとんど同時に溶融し始める。
【００４４】
そして，溶融した半田５０は，素子下電極３０とパワー素子１０との間で濡れ広がる。同様に，溶融した半田６０は，パワー素子１０とブロック電極２０との間で濡れ広がる。さらに，半田７０はブロック電極２０の上で濡れ広がる。半田５０，６０，７０が十分に溶融したところで，加熱を中止する。そして，各部材を積層したものを冷却する。この冷却は，自然冷却により行ってもよい。また，その他の冷却方法を用いてもよい。この冷却により，半田５０および半田６０は再度凝固する。これにより，素子下電極３０と，パワー素子１０と，ブロック電極２０とは半田付けされて半田接合体となる。なお，この半田接合体の半田７０は，図４に示すように，底面７１から上部にかけて凸形状となっている。
【００４５】
３−２．素子上電極接合工程
続いて，図３に示した，各部を積層して半田付けした半田接合体に，さらに素子上電極４０を半田付けする（素子上電極接合工程）。この工程では，半田付け用治具１００を用いる。そのため，図４に示すように，蓋部材１１２の上に図３に示した素子下電極３０，パワー素子１０，ブロック電極２０の接合体を載置する。
【００４６】
ここで，前述のように，半田７０の形状は，底面７１から上部にかけて凸形状となっている。高さ決めピン１３０の下端１３１を下側基材１１０のピン用穴１１３に挿入する。このとき，高さ決めピン１３０の上端１３２の高さは，半田７０の頂部７２の高さよりもわずかに低く，ブロック電極２０の上端，すなわち底面７１よりもわずかに高い。
【００４７】
次に，半田７０の頂部７２の上に素子上電極４０を載置する。図４に示すように，半田７０は複数個あるため，素子上電極４０を載置するにあたって問題はない。そして，素子上電極４０の上に上側基材１２０を載置する。上側基材１２０は，錘の役割を果たすものである。つまり，半田７０が溶融した際に，溶融半田７０が十分に濡れ広がるようにするためのものである。
【００４８】
そして，図４の状態で，これらの部材を加熱する。この加熱には，加熱プレート等を用いる伝熱方式の加熱方法を用いてもよいし，赤外線等を用いる輻射方式の加熱方法を用いてもよい。また，加熱炉内で高温の雰囲気中に曝す等，対流方式の加熱方法を用いてもよい。
【００４９】
これらの加熱は主に，下側基材１１０と上側基材１２０とを介して行われる。加熱プレートを用いる場合には，２つの加熱プレートをそれぞれ，下側基材１１０と上側基材１２０とに接触させる。赤外線を用いる場合には，下側基材１１０と上側基材１２０とに向けて赤外線を照射する。また，加熱炉を用いる場合には，高温の雰囲気は実質的に下側基材１１０と上側基材１２０とを加熱する。パワーモジュール１を製造するための各部品は，前述のとおり非常に薄いからである。そのため，高温の雰囲気が各部品をそれらの側面から加熱することはほとんどない。
【００５０】
このように加熱を続けると，下側基材１１０とともに温度制御部材１１１も加熱される。そして，温度制御部材１１１の温度が融点に達する。そのため，温度制御部材１１１は溶融し始める。この後の加熱は，温度制御部材１１１の溶融に用いられることとなる。つまり，温度制御部材１１１が溶融し始めてから完全に溶融し終えるまで，温度制御部材１１１の温度は，温度制御部材１１１の融点に保たれる。したがって，その期間では，下側基材１１０に接触している蓋部材１１２の温度も，温度制御部材１１１の融点と同じかそれ以下の温度である。もちろん，蓋部材１１２と接触している素子下電極３０の温度も同様である。
【００５１】
前述のとおり，温度制御部材１１１の融点は半田５０の融点よりも低い。そして，半田５０が接している素子下電極３０の温度は，半田５０の融点よりも低い。このため，半田５０が溶融するおそれはほとんどない。半田６０についても同様である。
【００５２】
一方，素子上電極４０の側では，温度制御部材１１１が溶融している間にも，素子上電極４０の温度は上昇し続ける。そのため，素子上電極４０の温度は，半田７０の融点を超える。そして，素子上電極４０と接している半田７０は，溶融し始める。そのため，半田７０は，ブロック電極２０と素子上電極４０との間で濡れ広がる。なお，溶融前の半田７０は，上に凸部がある形状であるため，溶融する際にエアが入らずボイドが発生しにくい。
【００５３】
半田７０が溶融して濡れ広がると，図５に示すように，素子上電極４０がそれに伴って下方に下りてくる。そして，素子上電極４０は，高さ決めピン１３０と接触したところ位置で停止する。この段階で，素子上電極４０と素子下電極３０との間の距離が決定する。また，素子上電極４０と素子下電極３０との間の平行度も決まる。高さ決めピン１３０があることにより，素子上電極４０と素子下電極３０との間の距離および平行度はよい。
【００５４】
そして，この後，積層した各部材を冷却することにより，パワーモジュール１が製造される。パワーモジュール１の形状精度は高い。なお，半田付け用治具１００は，何度でも使用可能である。温度制御部材１１１は，冷却された後再び固体となるからである。
【００５５】
４．従来技術との比較
ここで，本形態の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法との比較について，図６により説明する。図６は，半田５０における温度の時間変化を示すグラフである。横軸は時間である。縦軸は半田５０の温度である。
【００５６】
図６中の実線は，本形態の加熱方法により加熱された半田５０の温度を示している。破線は，従来の加熱方法（両面加熱）により加熱された半田５０の温度を示している。二点鎖線は，従来の加熱方法（上面からのみの加熱）により加熱された半田５０の温度を示している。
【００５７】
図６では，時刻ｔ１で加熱をし始めることとしている。したがって，時刻ｔ１より前の時刻では，半田５０の温度は同じである。時刻ｔ１で加熱をし始めると，本形態（実線）と従来技術の両面加熱（破線）の場合に，半田５０の温度が早く上昇する。一方，上面からのみの加熱方法（二点鎖線）では，半田５０の温度上昇は他の２つの加熱方法に比べて遅い。
【００５８】
そして，加熱を続けることにより，半田５０の温度は温度制御部材１１１の融点（Ｔ１）に達する。ここで，本形態の加熱方法では，半田５０の温度は温度Ｔ１で一定となる。そのため，半田５０が半田５０の融点（Ｔ２）に達するおそれがない。すなわち，半田５０は溶融しない。
【００５９】
従来の両面加熱による加熱方法（破線）では，温度Ｔ１を超えて半田５０の融点（Ｔ２）に達する。そのため，半田５０は溶融する。つまり，一度半田付けされた半田５０が再度溶融することとなるのである。そしてさらに，半田５０の温度は上昇する。従来の片面加熱による加熱方法（二点鎖線）についても同様である。そして，その後，半田５０が再度凝固することは，いずれの加熱方法を用いても同様である。
【００６０】
このように，従来の両面加熱による加熱方法（破線）や片面加熱による加熱方法（二点鎖線）では，半田７０の半田付けの際に，既に半田付けした半田５０が再び溶融してしまう。そのため，従来の両面加熱による加熱方法（破線）や片面加熱による加熱方法（二点鎖線）を用いて製造されたパワーモジュール１は，素子下電極３０と素子上電極４０との平行度が低い。特に図４の状態で半田７０が溶ける前に半田５０や半田６０が先に溶けると，素子上電極４０と上側基材１２０の重さにより半田５０と半田６０とが押しつぶされる。これにより，パワー素子１０やブロック電極２０の下から，溶融した半田がはみだして半田接合不良となる。そのため，各部材間の平行度が失われることとなる。一方，本形態に係る半田付け用治具を用いたパワーモジュールの製造方法では，素子下電極３０と素子上電極４０との平行度が高いパワーモジュール１が製造される。
【００６１】
５．変形例
本形態では，温度制御部材１１１として半田の融点より低い融点の材質のものを用いた。しかし，半田の融点と同じ融点である同融点温度制御部材を用いてもよい。例えば半田付けに用いる半田と同じ種類の半田を用いることができる。その場合であっても，既に半田付けされた半田が過熱されることを防止することができる。つまり，ボイドの発生や半田の飛散等を防止できる。
【００６２】
また，半田付け用治具１００では，蓋部材１１２の上に半田付け対象部品を載置することとした。しかし，下側基材１１０を上下逆にしても構わない。この場合，図２で凹部１１５の形成されている底部が，温度制御部材１１１と半田付け対象部品との間に配置される。すなわち，この場合には，下側基材１１０そのものが中間部材である。
【００６３】
６．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具１００は，半田の融点よりも低い融点である温度制御部材１１１を下側基材１１０の凹部１１５の内部に有している。そのため，半田付けの加熱の際に，既に半田付けを行った半田の温度が融点に達することがない。すなわち，既に半田付けを行った半田が再度溶融するおそれがない。これにより，半田付け時の加熱によって，既に半田付けした半田を溶融させるおそれのない半田付け用治具が実現されている。
【００６４】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，素子下電極３０と素子上電極４０との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１０やブロック電極２０の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【００６５】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外の他の半導体装置の製造についても適用することができる。もちろん，片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。
【００６６】
また，本形態の半田付け用治具１００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【００６７】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本形態に係るパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のパワーモジュールの製造方法とほぼ同様である。第１の実施形態と異なる点は，温度制御部材１１１として，溶融した状態の体積が固体のときの体積よりも小さいものを用いることである。
【００６９】
１．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具２００は，図７に示すように，図２に示した半田付け用治具１００とほぼ同様である。異なる点は，下側基材１１０と蓋部材１１２との間に配置される温度制御部材２１１の材質である。温度制御部材２１１の液体での体積は，固体での体積よりも小さい。
【００７０】
半田付け時における半田付け用治具２００について説明する。前述のとおり，温度制御部材２１１は，固体状態での体積より液体状態での体積のほうが小さいものである。半田付けにおける加熱時には，温度制御部材２１１は溶融する。すなわち，温度制御部材２１１は低融点温度制御部材である。ここで，温度制御部材２１１は密閉された状態にある。一方，下側基材１１０と蓋部材１１２との間に形成された空間の容積は変化しない。そのため，温度制御部材２１１の占める空間では，減圧状態の空間２１２が実現している。場合によっては，温度制御部材２１１の成分がその空間２１２に気化している。なお，蓋部材１１２は，このような減圧状態であっても変形しない程度の強度を備える高剛性部材である。
【００７１】
空間２１２が減圧状態にあるため，半田付け時において半田付け用治具２００には断熱効果がある。そのため，半田付け用治具２００は，第１の実施形態の半田付け用治具１００に比べて，より半田５０を溶融させにくい。
【００７２】
このように，半田付け用治具２００を用いることにより，加熱装置による加熱を強くすることができる。すなわち，半田付け時間を短縮することができる。その場合，加熱装置から主に加熱を受ける下側基材１１０および上側基材１２０の温度がより高い温度となる。しかし，温度制御部材２１１の断熱効果により，半田５０が溶融するおそれはほとんどない。
【００７３】
つまり，蓋部材１１２から素子下電極３０に熱を伝える伝熱経路は，温度制御部材２１１の温度が温度制御部材２１１の融点に達するまではつながっている。しかし，温度制御部材２１１の温度が融点に達して温度制御部材２１１が融解し始めると，その伝熱経路は次第に遮断されることとなる。つまり，本形態に係る半田付け用治具２００は，第１の実施形態の半田付け用治具１００よりも断熱効果が高い。そのため，第１の実施形態よりも強い加熱で半田付けを行うことができる。そのようにしても，半田５０が再び溶融するおそれがないからである。加熱を強いものとすると，温度上昇のために要する時間を短いものとすることができる。すなわち，サイクルタイムは短い。
【００７４】
なお，第１の実施形態と第２の実施形態とで異なる材質の温度制御部材を用いることとした。しかし，実際には，固体が液体に相転移した場合には体積が変化するのが通常である。そして多くの物質では，固体状態の体積のほうが液体状態の体積より大きい。すなわち，説明の便宜上，第１の実施形態と第２の実施形態との区別を行ったにすぎない。採用する温度制御部材の融点や，固体状態と液体状態とでの体積比によって，実施形態を使い分けることができることに変わりない。
【００７５】
２．変形例
２−１．可動蓋
ここで，本形態の変形例について説明する。本形態の半田付け用治具２００では，下側基材１１０と蓋部材１１２とは固定されていた。そのため，温度制御部材２１１が配置されている空間は密閉状態であった。しかし，蓋部材を可動にしてもよい。すなわち，下側基材と，蓋部材とを固定しないのである。
【００７６】
図８に示す半田付け用治具３００では，下側基材３１０と，蓋部材３１２とが互いに可動である。つまり，下側基材３１０と，蓋部材３１２とが互いに固定されていない。そのため，温度制御部材２１１が溶融した場合には，蓋部材３１２は下方に移動する。つまり，蓋部材３１２が半田付け対象部品から遠ざかるように移動するのである。そのため，蓋部材３１２と，素子下電極３０との間には，隙間が生じる。そのため，温度制御部材２１１の温度がその融点に達したところで，素子下電極３０と蓋部材３１２との接触状態は解除される。すなわち，蓋部材３１２から素子下電極３０への熱伝導の経路はほとんど遮断されることとなる。ここで，下側基材３１０と素子下電極３０との接触箇所は存在する。しかし，その面積は十分に小さい。よって，その接触箇所から伝わる熱量は十分に小さい。
【００７７】
２−２．変形蓋
ここで，本形態の別の変形例について説明する。前述のように蓋部材３１２を可動とする代わりに，蓋部材そのものが変形することとしてもよい。このようにしても，蓋部材から素子下電極３０への伝熱経路がほとんど遮断されることに変わりないからである。
【００７８】
図９に示す半田付け用治具４００では，弾性変形する材質の蓋部材４１２が用いられている。下側基材４１０と，蓋部材４１２とは，互いに固定されている。この蓋部材４１２の材質として，例えばアルミニウムがある。また，その他の材質であっても，十分に薄ければ変形可能である。温度制御部材２１１が溶融して体積減少が生ずれば，温度制御部材２１１の配置されている空間での圧力は減少する。この減圧により，蓋部材４１２が変形するのである。
【００７９】
３．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具２００は，半田の融点よりも低い融点である温度制御部材２１１を下側基材１１０の凹部の内部に有している。温度制御部材２１１の液体状態での体積は，固体状態での体積よりも小さい。そのため，温度制御部材２１１の融解の開始により，蓋部材１１２から素子下電極３０への熱伝導はほとんどなくなる。よって，既に半田付けを行った半田が再度溶融するおそれがない。これにより，半田付け時の加熱によって，既に半田付けした半田を溶融させるおそれのない半田付け用治具が実現されている。
【００８０】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，素子下電極３０と素子上電極４０との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１０やブロック電極２０の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【００８１】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外の他の半導体装置の製造についても適用することができる。また，片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。
【００８２】
また，本形態の半田付け用治具２００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【００８３】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本形態に係る半導体装置の製造方法は，第１の実施形態の半導体装置の製造方法とほぼ同様である。本形態が第１の実施形態と異なる点は，温度制御部材が下側基材にも上側基材にも設けられていることである。
【００８５】
１．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具５００は，図１０に示すように，下側基材１１０と上側基材５２０とを有している。下側基材１１０の凹部には温度制御部材１１１が配置されている。そして，上側基材５２０の凹部にも温度制御部材５２１が配置されている。すなわち，半田付け用治具５００は，下側からの加熱の際に，温度制御部材１１１により温度制御を行うことができるものであるとともに，上側からの加熱の際にも，温度制御部材５２１により温度制御を行うことができるものである。
【００８６】
ここで，半田，温度制御部材１１１，５２１の材質および融点は，表１に示すとおりである。半田の材質はＳｎＣｕである。温度制御部材１１１の材質はＳｎＡｇＣｕである。温度制御部材５２１の材質はＳｎＳｂである。温度制御部材１１１の融点は半田の融点よりも低い。つまり，温度制御部材１１１は，低融点温度制御部材である。そして，温度制御部材５２１の融点は半田の融点よりも高い。つまり，温度制御部材５２１は，高融点温度制御部材である。
【００８７】
［表１］
材質 融点
半田 ＳｎＣｕ ２２７℃程度
温度制御部材１１１ ＳｎＡｇＣｕ ２１７〜２２４℃
温度制御部材５２１ ＳｎＳｂ ２３２〜２４０℃
【００８８】
したがって，半田付けの際に，温度制御部材１１１が溶融することは第１の実施形態と同様である。温度制御部材５２１は，上方から，すなわち上側基材５２０の側からの加熱が強い場合に溶融する。すなわち，温度制御部材５２１の温度がその融点を超えた場合に，温度制御部材５２１は溶融する。そのため，半田７０の温度は，温度制御部材５２１の融点以下の温度に保たれることとなる。
【００８９】
このように，半田付け時の半田７０の温度を制御することができる。半田付けの際の半田の最高到達温度は，半田の融点より５〜３０℃程度高いことが望ましい。この温度範囲内であれば，半田が突沸するおそれがない。つまり，半田が周囲に飛散したり，ボイドが生じたりするおそれがない。また，半田が部品の金属と脆性を示す合金を形成するおそれもない。したがって，半田７０の融点より５〜３０℃高い温度の範囲内に融点がある材質のものを温度制御部材５２１として用いるとよい。
【００９０】
本形態では，温度制御部材１１１のみならず温度制御部材５２１も設けられている。したがって，下方からの加熱のみならず，上方からの加熱においても温度制御を行うものである。そのため，第１の実施形態よりも強い加熱を行ったとしても，半田７０の温度が上昇しすぎるおそれがない。そのため，溶融した半田の過熱を原因とするボイドの発生を抑制することができる。
【００９１】
２．パワーモジュールの製造方法
本形態の半田付け用治具５００を用いたパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のものとほぼ同様である。本形態のパワーモジュールの製造方法では，半田付け用治具５００を用いることにより，加熱を行う両側で温度制御を行うことができる。そのため，第１の実施形態よりも強い加熱を行っても，好適な半田付けを行うことができる。すなわち，本形態のパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のパワーモジュールの製造方法より，サイクルタイムを短いものとすることができる。
【００９２】
３．変形例
本形態では，下側基材１１０の凹部に半田の融点より低い融点の温度制御部材１１１を配置するとともに，上側基材５２０の凹部に半田の融点より高い融点の温度制御部材５２１を配置することとした。しかし，下側基材１１０に半田の融点より高い融点の高融点温度制御部材を配置するとともに，上側基材５２０に半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を配置することとしても良い。
【００９３】
本形態では，第１の実施形態と同様に密閉した温度制御部材１１１を用いることとした。しかし，第２の実施形態で説明したような断熱効果を有する構成にしてもよい。つまり，温度制御部材２１１を用いることができる。その場合には，固定された蓋部材１１２（図７），可動である蓋部材３１２（図８），変形可能な蓋部材４１２（図９）を用いることができる。
【００９４】
４．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具５００は，下側基材１１０に温度制御部材１１１を備えるとともに，上側基材５２０にも温度制御部材５２１を備えるものである。そのため，既に半田付けを行った半田５０を溶融させないで半田７０の半田付けを行うことができるとともに，半田７０を好適な温度条件で半田付けすることができる。これにより，好適な半田付けを行うことのできる半田付け用治具が実現されている。
【００９５】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，素子下電極３０と素子上電極４０との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１０やブロック電極２０の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【００９６】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。また，片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。
【００９７】
また，本形態の半田付け用治具５００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【００９８】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【００９９】
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。第１の実施形態から第３の実施形態にかけて説明したパワーモジュールの製造方法により製造されるパワーモジュール１は，両面冷却式の半導体装置であった。本形態の半導体装置の製造方法により製造されるパワーモジュールは，片面冷却式の半導体装置である。
【０１００】
１．片面冷却式のパワーモジュール
本形態で製造されるパワーモジュール２を図１１に示す。パワーモジュール２は片面冷却式の半導体装置である。パワーモジュール２は，パワー素子１１と，基板８０と，半田９０とを有している。パワー素子１１は，ＩＧＢＴ等の半導体素子である。基板８０は，絶縁基板である。回路の形成された回路基板であっても適用できる。パワー素子１１と基板８０とは半田９０により接合されている。
【０１０１】
半田９０は，パワー素子１１と基板８０とを接合するための接合部である。基板８０の表面８１にパワー素子１１が半田付けされている。裏面８２に，ヒートシンクを設けるようにしてもよい。その接合を半田付けにより行うこととしてもよいし，ロウ付けにより行うこととしてもよい。
【０１０２】
２．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具６００を図１２に示す。図１２は，半田付け用治具６００の平面図である。半田付け用治具６００は，図１２に示すように，下側基材６１０と，上側基材６２０とを有している。
【０１０３】
図１３は，図１２のＡＡ断面を示す断面図である。図１３に示すように，下側基材６１０は，温度制御部材６１１と，蓋部材６１２とを有している。温度制御部材６１１の材質は，半田９０の融点よりも低い融点の材質である。蓋部材６１２は，下側基材６１０に固定されている。
【０１０４】
３．パワーモジュールの製造方法
本形態のパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のパワーモジュールの製造方法とほぼ同様である。異なる点は，半田付け時の熱伝導経路である。よって，半田付け時の熱伝導経路について説明する。
【０１０５】
半田付け時においては，下側基材６１０および上側基材６２０が主に加熱される。下側基材６１０の蓋部材６１２は，基板８０の下面８２と接触している。上側基材６２０は，基板８０の上面８１と接触している。したがって，基板８０は，その上面８１と下面８２から加熱されることとなる。
【０１０６】
ここで，基板８０の下面８２は，半田９０の融点より低い温度である。温度制御部材６１１があることにより，温度が制御されるからである。一方，基板８０の上面８１は，半田９０の融点を超える温度となりうる。基板８０の上面８１側の熱は，基板８０の下面８２側にほとんど逃げることがない。基板８０の下面８２側の温度は半田９０の融点には満たないものの，基板８０の上面８１側の温度に近い温度に達しているからである。
【０１０７】
加熱を続けると，半田９０の温度はやがて融点に達する。よって，半田９０は溶融する。その際に，基板８０の下面８２側の温度は半田９０の温度より低い。そのため，半田９０の熱はわずかに温度制御部材６１１に伝わることとなる。したがって，半田９０の温度が高くなりすぎるおそれはない。つまり，半田が周囲に飛散したり，ボイドが生じたりするおそれがない。これにより，半田９０が高温となりすぎることなく，好適に半田付けを行うことができる。
【０１０８】
４．変形例
４−１．蓋部材
本形態では，第１の実施形態と同様に密閉した温度制御部材１１１を用いることとした。しかし，第２の実施形態で説明したような断熱効果を有する構成にしてもよい。つまり，温度制御部材２１１を用いることができる。その場合には，固定された蓋部材１１２（図７），可動である蓋部材３１２（図８），変形可能な蓋部材４１２（図９）を用いることができる。
【０１０９】
４−２．上部に温度制御部材（その１）
本形態では，下側基材６１０に温度制御部材６１１を設けた。しかし，図１４に示すように，パワー素子１１の上部に温度制御部材を設けることとしてもよい。図１４に示す半田付け用治具７００は，下側基材７１０と，上側基材７２０と，素子上部材７３０とを有している。素子上部材７３０の凹部には，温度制御部材７３１と，蓋部材７３２とが設けられている。
【０１１０】
半田付け時において，素子上部材７３０は半田９０の融点より低い温度である。温度制御部材７３１があるためである。半田付け時には，パワー素子１１は半田９０の融点に近い温度に達しうる。半田９０に接触しているためである。しかし，素子上部材７３０があることにより，パワー素子１１の温度が上昇しすぎるおそれはない。また，半田９０の温度も上昇しすぎるおそれはほとんどない。半田９０の熱がパワー素子１１を介して素子上部材７３０に逃げることができるからである。
【０１１１】
４−３．上部に温度制御部材（その２）
また，図１５に示すように，上側基材８２０そのものに温度制御部材８３１を設けるようにしてもよい。半田付け用治具８００は，図１５に示すように，下側基材８１０と上側基材８２０とを有している。上側基材８２０には，温度制御部材８３１と蓋部材８３２とが設けられている。
【０１１２】
半田付け用治具８００を用いて半田付けを行う場合について説明する。半田付け用治具８００を用いると，本形態とは逆に基板８０の上面８１の温度が半田９０の融点より低い温度で保持される。そして，基板８０の下面８２の温度が半田９０の融点より高い温度となりうる。
【０１１３】
このように，半田９０は，基板８０の上面８１および下面８２の双方から熱が与えられる。そして半田９０は，基板８０の下面８２からの加熱により，半田９０の融点に達する。これにより，半田９０は溶融する。そして，半田９０が濡れ広がり，冷却により再凝固する。このようにして，半田付けがなされる。
【０１１４】
４−４．その他
その他に，第３の実施形態で説明したように，下側基材６１０と上側基材６２０との両方に，温度制御部材を配置することとしてもよい。その場合には，上側基材６２０の側の配置する温度制御部材として，半田９０の融点より高いものを用いるとよい。
【０１１５】
５．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具６００は，片面冷却式の半導体装置の製造に用いることのできるものである。半田付け用治具６００は，下側基材６１０の凹部に温度制御部材６１１を備えるものである。そのため，半田付けを好適に行うことができる半田付け用治具６００が実現されている。
【０１１６】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，形状精度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１１等の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【０１１７】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。
【０１１８】
また，本形態の半田付け用治具６００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【０１１９】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【０１２０】
（第５の実施形態）
第５の実施形態について説明する。本形態で製造するパワーモジュールは，第４の実施形態で製造したパワーモジュール２と同様である。すなわち，片面冷却式の半導体装置である。本形態が第１の実施形態から第４の実施形態までと異なる点は，温度制御部材の材質である。本形態の温度制御部材は，大気圧下の常温で液体であり，大気圧下の半田付け温度で気体である。または，常温で固体であっても，半田の融点付近の温度で気体である物質であってもよい。
【０１２１】
１．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具９００の断面図を図１６に示す。半田付け用治具９００は，下側基材９１０と，上側基材９２０と，チャンバー９５０とを有している。下側基材９１０は，温度制御部材９１１と，蓋部材９１２とを有している。また，下側基材９１０には，貫通孔９１３が設けられている。
【０１２２】
チャンバー９５０は，気体を閉じ込めておくためのケースである。温度制御部材９１１は，半田９０の融点と近い沸点の液体である。ここで，半田付け温度が１７０〜２００℃であるとする。そうすると，温度制御部材９１１として，サリチルアルデヒド（沸点：１９５℃）やベンズアルデヒド（沸点：１７９℃）を用いることができる。その他に，ペリルアルデヒド（沸点：２３７℃）やシンアムアルデヒド（沸点：２５１℃）を用いてもよい。これらの融点は，半田付け温度の最高到達温度の−３０〜３０℃の範囲内にある。これらは，気体であるときに還元性を示す物質である。貫通孔９１３は，温度制御部材９１１のある箇所から半田付け対象部品のある箇所まで貫通している貫通孔である。
【０１２３】
第１の実施形態から第４の実施形態までで説明したように，本形態の温度制御部材９１１は，半田の温度制御を行う。本形態の温度制御部材９１１はさらに，各部品の表面で酸化還元反応を起こすことができる。すなわち，半田付けにより各部品の表面に形成される酸化膜を除去することができる。
【０１２４】
２．変形例
２−１．上部に温度制御部材（その１）
本形態では，下側基材９１０に温度制御部材９１１を設けた。しかし，パワー素子１１の上側に温度制御部材を設けてもよい。図１７に示す半田付け用治具１０００は，下側基材１０１０と，上側基材１０２０と，素子上部材１０３０とを有している。素子上部材１０３０の凹部には，温度制御部材１０３１と，蓋部材１０３２とが配置されている。蓋部材１０３２には，貫通孔１０３３が形成されている。貫通孔１０３３は，気化した還元性ガスをチャンバー１０５０の内部に流入させるためのものである。このようにしても，半田９０の温度を制御することができることに変わりない。また，各部品の表面の酸化皮膜を除去できることに変わりない。
【０１２５】
２−２．上部に温度制御部材（その２）
また，図１８に示すような半田付け用治具１１００を用いてもよい。半田付け用治具１１００は，下側基材１０１０と，上側基材１１２０と，チャンバー１０５０とを有している。上側基材１１２０の凹部には，温度制御部材１１２１と，蓋部材１１２２とが配置されている。蓋部材１１２２には，貫通孔１１２３が形成されている。貫通孔１１２３は，気化した還元性ガスをチャンバー１０５０の内部に流入させるためのものである。このようにしても，半田９０の温度を制御することができることに変わりない。また，各部品の表面の酸化皮膜を除去できることに変わりない。
【０１２６】
２−３．その他
その他に，第３の実施形態で説明したように，下側基材と上側基材との両方に，温度制御部材を配置することとしてもよい。その場合には，上側基材の側の配置する温度制御部材として，半田９０の融点より高いものを用いるとよい。
【０１２７】
３．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具９００は，半田の融点付近に沸点がある温度制御部材９１１を用いるものである。そのため，半田が過熱するおそれがほとんどない。また，気化した温度制御部材は，還元性である。そのため，各部品の酸化皮膜を除去することができる。つまり，還元ガスを別途供給する必要はない。これにより，好適に半田付けをすることのできる半田付け用治具９００が実現されている。
【０１２８】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，形状精度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１１等の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。また，本形態の半導体装置の製造方法は，第１の実施形態から第２の実施形態までで説明した半導体装置の製造方法に比べて，断熱効果が高い。気体の熱伝導性は液体の熱伝導性よりも低いからである。
【０１２９】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。
【０１３０】
また，本形態の半田付け用治具９００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【０１３１】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１，２…パワーモジュール
１０，１１…パワー素子
２０…ブロック電極
３０…素子下電極
４０…素子上電極
５０，６０，７０，９０…半田
８０…基板
８１…上面
８２…下面
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００…半田付け用治具
１１０，３１０，４１０，６１０，７１０…下側基材
１１１，２１１，５２１，６１１，７３１，８３１…温度制御部材
１１２，３１２，４１２，５２２，６１２，７３２，８３２…蓋部材
１２０，５２０，６２０，７２０，８２０…上側基材
１３０…高さ決めピン
６３０…位置決めピン
７３０…素子上部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体装置の製造方法および半田付け用治具に関する。さらに詳細には，半田付けを好適に行うことのできる半田付け用治具および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では，半導体素子が回路基板等に半田付けされていることが一般的である。このような半導体装置として，複数層の半田層を有するものがある。複数層の半田層を有する半導体装置を製造する場合には，一般に第１層の半田付けを行った後，第２層の半田付けを行う。そして，順次半田付けを行うことにより半導体装置が製造される。その場合，複数層の半田付けを行う際に同じ融点の半田を用いると，既に半田付けした半田層が溶融してしまう。そのため，再度溶融した半田が半田層からはみ出したり，半田付けされた各部品の位置精度が低いものとなってしまう。
【０００３】
一度半田付けした半田が再度溶融しないように，低融点半田を用いることがある。その場合にはまず，高融点半田を用いて第１層を半田付けする。次に，低融点半田を用いて第２層を半田付けするのである。その際に，高融点半田の融点より低い半田付け温度で半田付けをする。既に半田付けされた第１層の半田層が再び溶融しないようにするためである。半田層が再び溶融すると，既に半田付けした各部品の位置精度が悪くなるおそれがあるからである。
【０００４】
例えば特許文献１では，高融点半田を用いて基板本体に半導体ペレットを半田付けし，さらに低融点半田を用いて基板本体にテープ・キャリア・パッケージを半田付けする半導体装置の製造方法が開示されている。これにより，テープ・キャリア・パッケージを半田付けする際に，高融点半田が溶融するおそれがないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４５３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，低融点半田は，高融点半田に比べて半田付け性能において劣る。つまり，低融点半田は，塑性変形しやすい。そして，繰り返し応力を受けると，疲労破壊しやすい。さらに，低融点半田の融点は，電子部品の使用温度範囲（例えば，最高値で１５０〜１７５℃）に近い温度である。すなわち，半導体装置としての使用時に，低融点半田が溶融するおそれがある。加えて，低融点半田を製造するために鉛やカドミウムを用いることは，環境上好ましくない。とはいえ，インジウムなどの希少な金属を用いると，コスト面で不利である。
【０００７】
本発明は，前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における半田付け用治具は，半田付け対象部品を載置するための下側部と，半田付け対象部品の上側に載置される上側部とを有するものである。そして，下側部と上側部との少なくとも一方は，所定の温度で溶融する温度制御部材と，温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，温度制御部材と半田付け対象部品との間に配置される中間部材とを有するものである。かかる半田付け用治具は，半田付け時の半田の温度を制御し，好適に半田付けを行うことができる。
【０００９】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材であるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そのため，半田が突沸したりするおそれがない。
【００１０】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材であるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そして，既に半田付けを施した半田が再び溶融するおそれがない。したがって，この半田付け用治具を用いて半田付けされた半田接合体の形状精度は高い。
【００１１】
上記に記載の半田付け用治具において，下側部と上側部との一方に配置された第１の温度制御部材と，下側部と上側部との他方に配置された第２の温度制御部材とを有し，第１の温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材であり，第２の温度制御部材は，半田付けに用いられる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材であるとなおよい。加熱する両側で温度制御を行うことができるからである。
【００１２】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，中間部材は，下側部または上側部の基材に固定されている高剛性部材であるとよい。温度制御部材の溶融後に，温度制御部材の配置されている空間が減圧状態となるからである。このように形成された減圧層は高い断熱効果を有する。つまり，半田付け用治具からの加熱用の熱が半田へ伝わるのを防いで，半田の過熱を防止することができる。
【００１３】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，中間部材は，下側部または上側部の基材に固定されているとともに，温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものであるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材が弾性変形して，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができるからである。すなわち，断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００１４】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，中間部材は，下側部または上側部の基材に固定されていないものであるとともに，半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものであるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材と半田付け対象部品との接触が解除されるからである。すなわち，伝熱経路が遮断されるとともに，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができて断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００１５】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材として，所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものを用いるとよい。かかる温度制御部材を用いても，半田付け対象部品の温度を制御することができることに変わりないからである。すなわち，半田付け対象部品に至る伝熱経路の途中に空気層ができることで，断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００１６】
上記に記載の半田付け用治具において，温度制御部材は，気化した状態で還元性を備える還元性ガスとなるものであり，温度制御部材の配置されている箇所から半田付け対象部品の載置されている箇所まで達する貫通孔が形成されているとよい。半田付け対象部品の表面から酸化皮膜を除去し，半田付けを促進することができるからである。
【００１７】
また，本発明の一態様における半導体装置の製造方法は，半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程を有する方法である。そして，第１の半田付け工程では，所定の温度で溶融する温度制御部材と，温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，温度制御部材と第１の基材との間に配置される中間部材とを有する第１の半田付け用治具を用い，温度制御部材と第１の基材との間に中間部材が位置するように第１の基材を配置し，その状態で加熱して半田付けを行う。かかる半導体装置の製造方法では，半田付け時の半田の温度を制御し，好適に半田付けを行うことができる。
【００１８】
また，本発明の別の一態様における半導体装置の製造方法は，半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程と，第２の基材を第１の半田接合体に半田付けして両面冷却型の半導体装置とする第２の半田付け工程とを有する方法である。そして，第２の半田付け工程では，第１の基材の側と第２の基材の側との少なくとも一方に，所定の温度で溶融する温度制御部材と，温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって第１の基材と第２の基材との少なくとも一方と温度制御部材との間に配置される中間部材とを有する第２の半田付け用治具を用い，第１の基材と第２の基材との少なくとも一方と温度制御部材との間に中間部材が位置するように第１の基材または第２の基材を配置し，その状態で加熱して半田付けを行う。かかる半導体装置の製造方法では，複数層の半田層を有する両面冷却型の半導体装置を好適に半田付けすることができるからである。
【００１９】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，第１の半田付け工程と第２の半田付け工程との少なくとも一方では，温度制御部材として，半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材を用いるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そのため，半田が突沸したりするおそれがない。
【００２０】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，第１の半田付け工程と第２の半田付け工程との少なくとも一方では，温度制御部材として，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を用いるとよい。半田付けの際に，半田の温度が上昇しすぎないからである。そして，既に半田付けを施した半田が再び溶融するおそれがない。したがって，この半田付け用治具を用いて半田付けされた半田接合体の形状精度は高い。
【００２１】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，第２の半田付け用治具として，第１の基材の側と第２の基材の側との一方の側に，半田付けに用いる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材を備えるとともに，第１の基材の側と第２の基材の側との他方の側に，半田付けに用いる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材を備えるものを用いるとよい。加熱する両側で温度制御を行うことができるからである。そのため，既に半田付けした半田層を再び溶融させることなく，第２の半田付け工程で半田付けする半田を好適な半田付け温度で半田付けすることができるからである。
【００２２】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，中間部材として，第１の基材と第２の基材との少なくとも一方に固定されている高剛性部材を備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に，温度制御部材の配置されている空間が減圧状態となるからである。このように形成された減圧層は高い断熱効果を有し，半田の過熱を防止することができる。
【００２３】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，中間部材として，第１の基材と第２の基材との少なくとも一方に固定されているとともに，温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものを備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材が弾性変形して，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができるからである。すなわち，断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００２４】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，中間部材として，半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものを備える治具を用いるとよい。温度制御部材の溶融後に，蓋部材と半田付け対象部品との接触が解除されるからである。すなわち，伝熱経路が遮断されるとともに，半田付け対象部品と蓋部材との間に空気層ができて断熱効果が生じる。そのため，半田付け対象部品への加熱が抑制される。
【００２５】
上記に記載の半導体装置の製造方法において，高融点温度制御部材以外の温度制御部材として，所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものであるとともに，その気化したガスが還元性を備えるものを用いるとよい。かかる温度制御部材を用いても，半田付け対象部材の温度を制御することができることに変わりないからである。半田付け対象部品の表面から酸化皮膜を除去し，半田付けを促進することができるからである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば，半田付け時の半田の温度を制御して好適に半田付けを行うことができる半田付け用治具および半導体装置の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態から第３の実施形態において製造される両面冷却式のパワーモジュールを説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図（その１）である。
【図４】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図（その２）である。
【図５】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図（その３）である。
【図６】第１の実施形態に係るパワーモジュールの製造方法における半田付けを行う際の半田の温度の変化を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る半田付け用治具およびパワーモジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その１）である。
【図９】第２の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その２）である。
【図１０】第３の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図１１】第４の実施形態および第５の実施形態において製造される片面冷却式のパワーモジュールを説明するための断面図である。
【図１２】第４の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための平面図である。
【図１３】第４の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図１４】第４の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その１）である。
【図１５】第４の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その２）である。
【図１６】第５の実施形態に係る半田付け用治具を説明するための断面図である。
【図１７】第５の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その１）である。
【図１８】第５の実施形態に係る別の半田付け用治具を説明するための断面図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，パワーモジュールの製造方法およびそれに用いられる半田付け用治具について，本発明を具体化したものである。
【００２９】
（第１の実施形態）
１．パワーモジュール
本実施の形態で製造されるパワーモジュール１の断面図を図１に示す。パワーモジュール１は，両面冷却型の半導体装置である。パワーモジュール１は，図１に示すように，パワー素子１０と，ブロック電極２０と，素子下電極３０と，素子上電極４０と，半田５０，６０，７０とを有している。
【００３０】
パワー素子１０は，ＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子である。ブロック電極２０は，パワー素子１０と素子上電極４０との間に半田付けされる電極である。素子下電極３０は，パワーモジュール１のうち最も外側に位置する電極である。素子上電極４０も，パワーモジュール１のうち最も外側に位置する電極である。これらの電極の材質として，例えば銅が挙げられる。素子下電極３０および素子上電極４０の外側の面３１，４１は，冷却されることとなる面である。これらの各部品は，半田付けの対象となる半田付け対象部品である。
【００３１】
半田５０は，パワー素子１０と素子下電極３０とを接合している半田層である。半田６０は，パワー素子１０とブロック電極２０とを接合している半田層である。半田７０は，ブロック電極２０と素子上電極４０とを接合している半田層である。半田５０，６０，７０は，いずれも同じ種類の半田からなる層である。例えば，ＳｎＣｕ（融点：２２７℃付近）である。そのためもちろん，これらの半田５０，６０，７０の融点は同じである。
【００３２】
パワー素子１０の厚みは，１００〜５００μｍ程度である。ブロック電極２０の厚みは，０．５〜５ｍｍ程度である。半田５０，６０，７０の厚みは，５０〜５００μｍ程度である。素子下電極３０および素子上電極４０の厚みは，１〜１０ｍｍ程度である。図１では，構造を分かりやすく示すために，各部品の厚みを強調して描いてある。しかし，実際には，素子下電極３０と素子上電極４０とに挟まれた各部品の厚みは非常に薄い。
【００３３】
２．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具１００の断面図を図２に示す。半田付け用治具１００は，パワー素子１０等の半田付けを行う際に用いられる治具である。その半田付けを行う際の加熱方法として，加熱プレート等を用いる伝熱方式，赤外線等を用いる輻射方式，高温の雰囲気中に曝して加熱する対流方式のいずれの方式をも用いることができる。もちろん，これらを適宜組み合わせてもよい。
【００３４】
半田付け用治具１００は，図２に示すように，下側基材１１０と，温度制御部材１１１と，蓋部材１１２と，上側基材１２０と，高さ決めピン１３０とを有している。下側基材１１０と，温度制御部材１１１と，蓋部材１１２とは，半田付け対象部品を載置される下側部である。上側基材１２０は，半田付け対象部品の上側に載置される上側部である。
【００３５】
下側基材１１０は，半田付け対象部品を支持するための第１の基材である。また，温度制御部材１１１や蓋部材１１２を支持するためのものでもある。下側部材１１０には，凹部１１５が形成されている。下側基材１１０の厚みは，３〜２０ｍｍである。下側基材１１０の材質として，例えば炭素素材が挙げられる。その他，溶融した温度制御部材１１１とともに合金を形成しにくい材質であるとよい。半田付け用治具１００を繰り返し使用することができるためである。または，下側基材１１０に表面処理を施すこととしてもよい。
【００３６】
温度制御部材１１１は，下側基材１１０の凹部１１５の内部に配置されている。温度制御部材１１１は，下側基材１１０と蓋部材１１２との間の空間に位置している。温度制御部材１１１の材質は，半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材である。つまり，温度制御部材１１１は，常温（大気圧下）では固体状態であり，半田付け温度（大気圧下）では液体状態であるものである。そして，固体状態の体積と液体状態の体積とがほとんど変わらないようなものである。温度制御部材１１１は，素子下電極３０の板面の占める面積の大部分にわたって存在しているとよい。
【００３７】
蓋部材１１２は，温度制御部材１１１に蓋をするためのものである。また，半田付け時には，温度制御部材１１１と図１に示した素子下電極３０との間に配置される中間部材である。蓋部材１１２は，半田付けの際に溶融することがない。つまり，蓋部材１１２の融点は，半田付け温度よりも高い。したがって，蓋部材１１２の融点は，温度制御部材１１１の融点よりも高い。なお，下側基材１１０の凹部１１５の内側の面と，凹部１１５の内側に位置する蓋部材１１２の外側の面とは，接合されている。つまり，蓋部材１１２は，下側基材１１０に固定されている。
【００３８】
上側基材１２０は，素子上電極４０を上側から押さえるための第２の基材である。上側基材１２０は，後述するように，溶融した半田７０が濡れ広がるようにするための錘の役割を果たすものである。上側基材１２０の材質として，例えば炭素素材が挙げられる。上側基材１２０の厚みは，３〜２０ｍｍである。高さ決めピン１３０は，パワーモジュール１の高さを揃えるためのものである。また，パワーモジュール１の面３１，４１の平行度を保持するためのものでもある。
【００３９】
なお，図２から明らかなように，温度制御部材１１１は，半田付け用治具１００の構成要素である。しかし，パワーモジュール１の構成要素ではない。すなわち，温度制御部材１１１は，製造後にパワーモジュール１に残留するものではない。もちろん，半田付け用治具１００そのものも，製造後にパワーモジュール１に残留するものではない。
【００４０】
３．パワーモジュールの製造方法
パワーモジュール１の製造方法について説明する。本形態のパワーモジュール１の製造方法は，半田付け用治具１００を用いることに特徴のあるものである。
【００４１】
３−１．素子下電極接合工程
まず，パワー素子１０等の各部品を素子下電極３０に半田付けする（素子下電極接合工程）。この素子下電極接合工程は，第１の半田付け工程である。この工程では，必ずしも前述の半田付け用治具１００を用いる必要はない。
【００４２】
図３は，素子下電極３０に各部品を半田付けする様子を説明するための断面図である。図３に示すように，素子下電極３０の上に半田５０を載置し，その半田５０の上にパワー素子１０を載置する。そして，そのパワー素子１０の上に半田６０を載置し，その半田６０の上にブロック電極２０を載置する。さらにブロック電極２０の上に半田７０を載置する。この段階では，半田５０，６０，７０は，その上下の部材と未だ接合していない。
【００４３】
次に，図３のように，各部材を積層したものを加熱して，半田５０，６０，７０を溶融させる。この加熱には，加熱プレート等の伝熱方式の加熱方法を用いてもよいし，赤外線等の輻射方式の加熱方法を用いてもよい。また，高温の雰囲気中に曝す等，対流方式の加熱方法を用いてもよい。半田５０，６０，７０の材質は同じであるため，半田５０，６０，７０はほとんど同時に溶融し始める。
【００４４】
そして，溶融した半田５０は，素子下電極３０とパワー素子１０との間で濡れ広がる。同様に，溶融した半田６０は，パワー素子１０とブロック電極２０との間で濡れ広がる。さらに，半田７０はブロック電極２０の上で濡れ広がる。半田５０，６０，７０が十分に溶融したところで，加熱を中止する。そして，各部材を積層したものを冷却する。この冷却は，自然冷却により行ってもよい。また，その他の冷却方法を用いてもよい。この冷却により，半田５０および半田６０は再度凝固する。これにより，素子下電極３０と，パワー素子１０と，ブロック電極２０とは半田付けされて半田接合体となる。なお，この半田接合体の半田７０は，図４に示すように，底面７１から上部にかけて凸形状となっている。
【００４５】
３−２．素子上電極接合工程
続いて，図３に示した，各部を積層して半田付けした半田接合体に，さらに素子上電極４０を半田付けする（素子上電極接合工程）。この工程では，半田付け用治具１００を用いる。そのため，図４に示すように，蓋部材１１２の上に図３に示した素子下電極３０，パワー素子１０，ブロック電極２０の接合体を載置する。
【００４６】
ここで，前述のように，半田７０の形状は，底面７１から上部にかけて凸形状となっている。高さ決めピン１３０の下端１３１を下側基材１１０のピン用穴１１３に挿入する。このとき，高さ決めピン１３０の上端１３２の高さは，半田７０の頂部７２の高さよりもわずかに低く，ブロック電極２０の上端，すなわち底面７１よりもわずかに高い。
【００４７】
次に，半田７０の頂部７２の上に素子上電極４０を載置する。図４に示すように，半田７０は複数個あるため，素子上電極４０を載置するにあたって問題はない。そして，素子上電極４０の上に上側基材１２０を載置する。上側基材１２０は，錘の役割を果たすものである。つまり，半田７０が溶融した際に，溶融半田７０が十分に濡れ広がるようにするためのものである。
【００４８】
そして，図４の状態で，これらの部材を加熱する。この加熱には，加熱プレート等を用いる伝熱方式の加熱方法を用いてもよいし，赤外線等を用いる輻射方式の加熱方法を用いてもよい。また，加熱炉内で高温の雰囲気中に曝す等，対流方式の加熱方法を用いてもよい。
【００４９】
これらの加熱は主に，下側基材１１０と上側基材１２０とを介して行われる。加熱プレートを用いる場合には，２つの加熱プレートをそれぞれ，下側基材１１０と上側基材１２０とに接触させる。赤外線を用いる場合には，下側基材１１０と上側基材１２０とに向けて赤外線を照射する。また，加熱炉を用いる場合には，高温の雰囲気は実質的に下側基材１１０と上側基材１２０とを加熱する。パワーモジュール１を製造するための各部品は，前述のとおり非常に薄いからである。そのため，高温の雰囲気が各部品をそれらの側面から加熱することはほとんどない。
【００５０】
このように加熱を続けると，下側基材１１０とともに温度制御部材１１１も加熱される。そして，温度制御部材１１１の温度が融点に達する。そのため，温度制御部材１１１は溶融し始める。この後の加熱は，温度制御部材１１１の溶融に用いられることとなる。つまり，温度制御部材１１１が溶融し始めてから完全に溶融し終えるまで，温度制御部材１１１の温度は，温度制御部材１１１の融点に保たれる。したがって，その期間では，下側基材１１０に接触している蓋部材１１２の温度も，温度制御部材１１１の融点と同じかそれ以下の温度である。もちろん，蓋部材１１２と接触している素子下電極３０の温度も同様である。
【００５１】
前述のとおり，温度制御部材１１１の融点は半田５０の融点よりも低い。そして，半田５０が接している素子下電極３０の温度は，半田５０の融点よりも低い。このため，半田５０が溶融するおそれはほとんどない。半田６０についても同様である。
【００５２】
一方，素子上電極４０の側では，温度制御部材１１１が溶融している間にも，素子上電極４０の温度は上昇し続ける。そのため，素子上電極４０の温度は，半田７０の融点を超える。そして，素子上電極４０と接している半田７０は，溶融し始める。そのため，半田７０は，ブロック電極２０と素子上電極４０との間で濡れ広がる。なお，溶融前の半田７０は，上に凸部がある形状であるため，溶融する際にエアが入らずボイドが発生しにくい。
【００５３】
半田７０が溶融して濡れ広がると，図５に示すように，素子上電極４０がそれに伴って下方に下りてくる。そして，素子上電極４０は，高さ決めピン１３０と接触したところ位置で停止する。この段階で，素子上電極４０と素子下電極３０との間の距離が決定する。また，素子上電極４０と素子下電極３０との間の平行度も決まる。高さ決めピン１３０があることにより，素子上電極４０と素子下電極３０との間の距離および平行度はよい。
【００５４】
そして，この後，積層した各部材を冷却することにより，パワーモジュール１が製造される。パワーモジュール１の形状精度は高い。なお，半田付け用治具１００は，何度でも使用可能である。温度制御部材１１１は，冷却された後再び固体となるからである。
【００５５】
４．従来技術との比較
ここで，本形態の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法との比較について，図６により説明する。図６は，半田５０における温度の時間変化を示すグラフである。横軸は時間である。縦軸は半田５０の温度である。
【００５６】
図６中の実線は，本形態の加熱方法により加熱された半田５０の温度を示している。破線は，従来の加熱方法（両面加熱）により加熱された半田５０の温度を示している。二点鎖線は，従来の加熱方法（上面からのみの加熱）により加熱された半田５０の温度を示している。
【００５７】
図６では，時刻ｔ１で加熱をし始めることとしている。したがって，時刻ｔ１より前の時刻では，半田５０の温度は同じである。時刻ｔ１で加熱をし始めると，本形態（実線）と従来技術の両面加熱（破線）の場合に，半田５０の温度が早く上昇する。一方，上面からのみの加熱方法（二点鎖線）では，半田５０の温度上昇は他の２つの加熱方法に比べて遅い。
【００５８】
そして，加熱を続けることにより，半田５０の温度は温度制御部材１１１の融点（Ｔ１）に達する。ここで，本形態の加熱方法では，半田５０の温度は温度Ｔ１で一定となる。そのため，半田５０が半田５０の融点（Ｔ２）に達するおそれがない。すなわち，半田５０は溶融しない。
【００５９】
従来の両面加熱による加熱方法（破線）では，温度Ｔ１を超えて半田５０の融点（Ｔ２）に達する。そのため，半田５０は溶融する。つまり，一度半田付けされた半田５０が再度溶融することとなるのである。そしてさらに，半田５０の温度は上昇する。従来の片面加熱による加熱方法（二点鎖線）についても同様である。そして，その後，半田５０が再度凝固することは，いずれの加熱方法を用いても同様である。
【００６０】
このように，従来の両面加熱による加熱方法（破線）や片面加熱による加熱方法（二点鎖線）では，半田７０の半田付けの際に，既に半田付けした半田５０が再び溶融してしまう。そのため，従来の両面加熱による加熱方法（破線）や片面加熱による加熱方法（二点鎖線）を用いて製造されたパワーモジュール１は，素子下電極３０と素子上電極４０との平行度が低い。特に図４の状態で半田７０が溶ける前に半田５０や半田６０が先に溶けると，素子上電極４０と上側基材１２０の重さにより半田５０と半田６０とが押しつぶされる。これにより，パワー素子１０やブロック電極２０の下から，溶融した半田がはみだして半田接合不良となる。そのため，各部材間の平行度が失われることとなる。一方，本形態に係る半田付け用治具を用いたパワーモジュールの製造方法では，素子下電極３０と素子上電極４０との平行度が高いパワーモジュール１が製造される。
【００６１】
５．変形例
本形態では，温度制御部材１１１として半田の融点より低い融点の材質のものを用いた。しかし，半田の融点と同じ融点である同融点温度制御部材を用いてもよい。例えば半田付けに用いる半田と同じ種類の半田を用いることができる。その場合であっても，既に半田付けされた半田が過熱されることを防止することができる。つまり，ボイドの発生や半田の飛散等を防止できる。
【００６２】
また，半田付け用治具１００では，蓋部材１１２の上に半田付け対象部品を載置することとした。しかし，下側基材１１０を上下逆にしても構わない。この場合，図２で凹部１１５の形成されている底部が，温度制御部材１１１と半田付け対象部品との間に配置される。すなわち，この場合には，下側基材１１０そのものが中間部材である。
【００６３】
６．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具１００は，半田の融点よりも低い融点である温度制御部材１１１を下側基材１１０の凹部１１５の内部に有している。そのため，半田付けの加熱の際に，既に半田付けを行った半田の温度が融点に達することがない。すなわち，既に半田付けを行った半田が再度溶融するおそれがない。これにより，半田付け時の加熱によって，既に半田付けした半田を溶融させるおそれのない半田付け用治具が実現されている。
【００６４】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，素子下電極３０と素子上電極４０との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１０やブロック電極２０の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【００６５】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外の他の半導体装置の製造についても適用することができる。もちろん，片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。
【００６６】
また，本形態の半田付け用治具１００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【００６７】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本形態に係るパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のパワーモジュールの製造方法とほぼ同様である。第１の実施形態と異なる点は，温度制御部材１１１として，溶融した状態の体積が固体のときの体積よりも小さいものを用いることである。
【００６９】
１．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具２００は，図７に示すように，図２に示した半田付け用治具１００とほぼ同様である。異なる点は，下側基材１１０と蓋部材１１２との間に配置される温度制御部材２１１の材質である。温度制御部材２１１の液体での体積は，固体での体積よりも小さい。
【００７０】
半田付け時における半田付け用治具２００について説明する。前述のとおり，温度制御部材２１１は，固体状態での体積より液体状態での体積のほうが小さいものである。半田付けにおける加熱時には，温度制御部材２１１は溶融する。すなわち，温度制御部材２１１は低融点温度制御部材である。ここで，温度制御部材２１１は密閉された状態にある。一方，下側基材１１０と蓋部材１１２との間に形成された空間の容積は変化しない。そのため，温度制御部材２１１の占める空間では，減圧状態の空間２１２が実現している。場合によっては，温度制御部材２１１の成分がその空間２１２に気化している。なお，蓋部材１１２は，このような減圧状態であっても変形しない程度の強度を備える高剛性部材である。
【００７１】
空間２１２が減圧状態にあるため，半田付け時において半田付け用治具２００には断熱効果がある。そのため，半田付け用治具２００は，第１の実施形態の半田付け用治具１００に比べて，より半田５０を溶融させにくい。
【００７２】
このように，半田付け用治具２００を用いることにより，加熱装置による加熱を強くすることができる。すなわち，半田付け時間を短縮することができる。その場合，加熱装置から主に加熱を受ける下側基材１１０および上側基材１２０の温度がより高い温度となる。しかし，温度制御部材２１１の断熱効果により，半田５０が溶融するおそれはほとんどない。
【００７３】
つまり，蓋部材１１２から素子下電極３０に熱を伝える伝熱経路は，温度制御部材２１１の温度が温度制御部材２１１の融点に達するまではつながっている。しかし，温度制御部材２１１の温度が融点に達して温度制御部材２１１が融解し始めると，その伝熱経路は次第に遮断されることとなる。つまり，本形態に係る半田付け用治具２００は，第１の実施形態の半田付け用治具１００よりも断熱効果が高い。そのため，第１の実施形態よりも強い加熱で半田付けを行うことができる。そのようにしても，半田５０が再び溶融するおそれがないからである。加熱を強いものとすると，温度上昇のために要する時間を短いものとすることができる。すなわち，サイクルタイムは短い。
【００７４】
なお，第１の実施形態と第２の実施形態とで異なる材質の温度制御部材を用いることとした。しかし，実際には，固体が液体に相転移した場合には体積が変化するのが通常である。そして多くの物質では，固体状態の体積のほうが液体状態の体積より大きい。すなわち，説明の便宜上，第１の実施形態と第２の実施形態との区別を行ったにすぎない。採用する温度制御部材の融点や，固体状態と液体状態とでの体積比によって，実施形態を使い分けることができることに変わりない。
【００７５】
２．変形例
２−１．可動蓋
ここで，本形態の変形例について説明する。本形態の半田付け用治具２００では，下側基材１１０と蓋部材１１２とは固定されていた。そのため，温度制御部材２１１が配置されている空間は密閉状態であった。しかし，蓋部材を可動にしてもよい。すなわち，下側基材と，蓋部材とを固定しないのである。
【００７６】
図８に示す半田付け用治具３００では，下側基材３１０と，蓋部材３１２とが互いに可動である。つまり，下側基材３１０と，蓋部材３１２とが互いに固定されていない。そのため，温度制御部材２１１が溶融した場合には，蓋部材３１２は下方に移動する。つまり，蓋部材３１２が半田付け対象部品から遠ざかるように移動するのである。そのため，蓋部材３１２と，素子下電極３０との間には，隙間が生じる。そのため，温度制御部材２１１の温度がその融点に達したところで，素子下電極３０と蓋部材３１２との接触状態は解除される。すなわち，蓋部材３１２から素子下電極３０への熱伝導の経路はほとんど遮断されることとなる。ここで，下側基材３１０と素子下電極３０との接触箇所は存在する。しかし，その面積は十分に小さい。よって，その接触箇所から伝わる熱量は十分に小さい。
【００７７】
２−２．変形蓋
ここで，本形態の別の変形例について説明する。前述のように蓋部材３１２を可動とする代わりに，蓋部材そのものが変形することとしてもよい。このようにしても，蓋部材から素子下電極３０への伝熱経路がほとんど遮断されることに変わりないからである。
【００７８】
図９に示す半田付け用治具４００では，弾性変形する材質の蓋部材４１２が用いられている。下側基材４１０と，蓋部材４１２とは，互いに固定されている。この蓋部材４１２の材質として，例えばアルミニウムがある。また，その他の材質であっても，十分に薄ければ変形可能である。温度制御部材２１１が溶融して体積減少が生ずれば，温度制御部材２１１の配置されている空間での圧力は減少する。この減圧により，蓋部材４１２が変形するのである。
【００７９】
３．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具２００は，半田の融点よりも低い融点である温度制御部材２１１を下側基材１１０の凹部の内部に有している。温度制御部材２１１の液体状態での体積は，固体状態での体積よりも小さい。そのため，温度制御部材２１１の融解の開始により，蓋部材１１２から素子下電極３０への熱伝導はほとんどなくなる。よって，既に半田付けを行った半田が再度溶融するおそれがない。これにより，半田付け時の加熱によって，既に半田付けした半田を溶融させるおそれのない半田付け用治具が実現されている。
【００８０】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，素子下電極３０と素子上電極４０との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１０やブロック電極２０の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【００８１】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外の他の半導体装置の製造についても適用することができる。また，片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。
【００８２】
また，本形態の半田付け用治具２００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【００８３】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本形態に係る半導体装置の製造方法は，第１の実施形態の半導体装置の製造方法とほぼ同様である。本形態が第１の実施形態と異なる点は，温度制御部材が下側基材にも上側基材にも設けられていることである。
【００８５】
１．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具５００は，図１０に示すように，下側基材１１０と上側基材５２０とを有している。下側基材１１０の凹部には温度制御部材１１１が配置されている。そして，上側基材５２０の凹部にも温度制御部材５２１が配置されている。すなわち，半田付け用治具５００は，下側からの加熱の際に，温度制御部材１１１により温度制御を行うことができるものであるとともに，上側からの加熱の際にも，温度制御部材５２１により温度制御を行うことができるものである。
【００８６】
ここで，半田，温度制御部材１１１，５２１の材質および融点は，表１に示すとおりである。半田の材質はＳｎＣｕである。温度制御部材１１１の材質はＳｎＡｇＣｕである。温度制御部材５２１の材質はＳｎＳｂである。温度制御部材１１１の融点は半田の融点よりも低い。つまり，温度制御部材１１１は，低融点温度制御部材である。そして，温度制御部材５２１の融点は半田の融点よりも高い。つまり，温度制御部材５２１は，高融点温度制御部材である。
【００８７】
［表１］
材質 融点
半田 ＳｎＣｕ ２２７℃程度
温度制御部材１１１ ＳｎＡｇＣｕ ２１７〜２２４℃
温度制御部材５２１ ＳｎＳｂ ２３２〜２４０℃
【００８８】
したがって，半田付けの際に，温度制御部材１１１が溶融することは第１の実施形態と同様である。温度制御部材５２１は，上方から，すなわち上側基材５２０の側からの加熱が強い場合に溶融する。すなわち，温度制御部材５２１の温度がその融点を超えた場合に，温度制御部材５２１は溶融する。そのため，半田７０の温度は，温度制御部材５２１の融点以下の温度に保たれることとなる。
【００８９】
このように，半田付け時の半田７０の温度を制御することができる。半田付けの際の半田の最高到達温度は，半田の融点より５〜３０℃程度高いことが望ましい。この温度範囲内であれば，半田が突沸するおそれがない。つまり，半田が周囲に飛散したり，ボイドが生じたりするおそれがない。また，半田が部品の金属と脆性を示す合金を形成するおそれもない。したがって，半田７０の融点より５〜３０℃高い温度の範囲内に融点がある材質のものを温度制御部材５２１として用いるとよい。
【００９０】
本形態では，温度制御部材１１１のみならず温度制御部材５２１も設けられている。したがって，下方からの加熱のみならず，上方からの加熱においても温度制御を行うものである。そのため，第１の実施形態よりも強い加熱を行ったとしても，半田７０の温度が上昇しすぎるおそれがない。そのため，溶融した半田の過熱を原因とするボイドの発生を抑制することができる。
【００９１】
２．パワーモジュールの製造方法
本形態の半田付け用治具５００を用いたパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のものとほぼ同様である。本形態のパワーモジュールの製造方法では，半田付け用治具５００を用いることにより，加熱を行う両側で温度制御を行うことができる。そのため，第１の実施形態よりも強い加熱を行っても，好適な半田付けを行うことができる。すなわち，本形態のパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のパワーモジュールの製造方法より，サイクルタイムを短いものとすることができる。
【００９２】
３．変形例
本形態では，下側基材１１０の凹部に半田の融点より低い融点の温度制御部材１１１を配置するとともに，上側基材５２０の凹部に半田の融点より高い融点の温度制御部材５２１を配置することとした。しかし，下側基材１１０に半田の融点より高い融点の高融点温度制御部材を配置するとともに，上側基材５２０に半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を配置することとしても良い。
【００９３】
本形態では，第１の実施形態と同様に密閉した温度制御部材１１１を用いることとした。しかし，第２の実施形態で説明したような断熱効果を有する構成にしてもよい。つまり，温度制御部材２１１を用いることができる。その場合には，固定された蓋部材１１２（図７），可動である蓋部材３１２（図８），変形可能な蓋部材４１２（図９）を用いることができる。
【００９４】
４．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具５００は，下側基材１１０に温度制御部材１１１を備えるとともに，上側基材５２０にも温度制御部材５２１を備えるものである。そのため，既に半田付けを行った半田５０を溶融させないで半田７０の半田付けを行うことができるとともに，半田７０を好適な温度条件で半田付けすることができる。これにより，好適な半田付けを行うことのできる半田付け用治具が実現されている。
【００９５】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，素子下電極３０と素子上電極４０との間の平行度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１０やブロック電極２０の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【００９６】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。また，片面冷却型の半導体装置の製造にも適用することができる。
【００９７】
また，本形態の半田付け用治具５００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【００９８】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【００９９】
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。第１の実施形態から第３の実施形態にかけて説明したパワーモジュールの製造方法により製造されるパワーモジュール１は，両面冷却式の半導体装置であった。本形態の半導体装置の製造方法により製造されるパワーモジュールは，片面冷却式の半導体装置である。
【０１００】
１．片面冷却式のパワーモジュール
本形態で製造されるパワーモジュール２を図１１に示す。パワーモジュール２は片面冷却式の半導体装置である。パワーモジュール２は，パワー素子１１と，基板８０と，半田９０とを有している。パワー素子１１は，ＩＧＢＴ等の半導体素子である。基板８０は，絶縁基板である。回路の形成された回路基板であっても適用できる。パワー素子１１と基板８０とは半田９０により接合されている。
【０１０１】
半田９０は，パワー素子１１と基板８０とを接合するための接合部である。基板８０の表面８１にパワー素子１１が半田付けされている。裏面８２に，ヒートシンクを設けるようにしてもよい。その接合を半田付けにより行うこととしてもよいし，ロウ付けにより行うこととしてもよい。
【０１０２】
２．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具６００を図１２に示す。図１２は，半田付け用治具６００の平面図である。半田付け用治具６００は，図１２に示すように，下側基材６１０と，上側基材６２０とを有している。
【０１０３】
図１３は，図１２のＡＡ断面を示す断面図である。図１３に示すように，下側基材６１０は，温度制御部材６１１と，蓋部材６１２とを有している。温度制御部材６１１の材質は，半田９０の融点よりも低い融点の材質である。蓋部材６１２は，下側基材６１０に固定されている。
【０１０４】
３．パワーモジュールの製造方法
本形態のパワーモジュールの製造方法は，第１の実施形態のパワーモジュールの製造方法とほぼ同様である。異なる点は，半田付け時の熱伝導経路である。よって，半田付け時の熱伝導経路について説明する。
【０１０５】
半田付け時においては，下側基材６１０および上側基材６２０が主に加熱される。下側基材６１０の蓋部材６１２は，基板８０の下面８２と接触している。上側基材６２０は，基板８０の上面８１と接触している。したがって，基板８０は，その上面８１と下面８２から加熱されることとなる。
【０１０６】
ここで，基板８０の下面８２は，半田９０の融点より低い温度である。温度制御部材６１１があることにより，温度が制御されるからである。一方，基板８０の上面８１は，半田９０の融点を超える温度となりうる。基板８０の上面８１側の熱は，基板８０の下面８２側にほとんど逃げることがない。基板８０の下面８２側の温度は半田９０の融点には満たないものの，基板８０の上面８１側の温度に近い温度に達しているからである。
【０１０７】
加熱を続けると，半田９０の温度はやがて融点に達する。よって，半田９０は溶融する。その際に，基板８０の下面８２側の温度は半田９０の温度より低い。そのため，半田９０の熱はわずかに温度制御部材６１１に伝わることとなる。したがって，半田９０の温度が高くなりすぎるおそれはない。つまり，半田が周囲に飛散したり，ボイドが生じたりするおそれがない。これにより，半田９０が高温となりすぎることなく，好適に半田付けを行うことができる。
【０１０８】
４．変形例
４−１．蓋部材
本形態では，第１の実施形態と同様に密閉した温度制御部材１１１を用いることとした。しかし，第２の実施形態で説明したような断熱効果を有する構成にしてもよい。つまり，温度制御部材２１１を用いることができる。その場合には，固定された蓋部材１１２（図７），可動である蓋部材３１２（図８），変形可能な蓋部材４１２（図９）を用いることができる。
【０１０９】
４−２．上部に温度制御部材（その１）
本形態では，下側基材６１０に温度制御部材６１１を設けた。しかし，図１４に示すように，パワー素子１１の上部に温度制御部材を設けることとしてもよい。図１４に示す半田付け用治具７００は，下側基材７１０と，上側基材７２０と，素子上部材７３０とを有している。素子上部材７３０の凹部には，温度制御部材７３１と，蓋部材７３２とが設けられている。
【０１１０】
半田付け時において，素子上部材７３０は半田９０の融点より低い温度である。温度制御部材７３１があるためである。半田付け時には，パワー素子１１は半田９０の融点に近い温度に達しうる。半田９０に接触しているためである。しかし，素子上部材７３０があることにより，パワー素子１１の温度が上昇しすぎるおそれはない。また，半田９０の温度も上昇しすぎるおそれはほとんどない。半田９０の熱がパワー素子１１を介して素子上部材７３０に逃げることができるからである。
【０１１１】
４−３．上部に温度制御部材（その２）
また，図１５に示すように，上側基材８２０そのものに温度制御部材８３１を設けるようにしてもよい。半田付け用治具８００は，図１５に示すように，下側基材８１０と上側基材８２０とを有している。上側基材８２０には，温度制御部材８３１と蓋部材８３２とが設けられている。
【０１１２】
半田付け用治具８００を用いて半田付けを行う場合について説明する。半田付け用治具８００を用いると，本形態とは逆に基板８０の上面８１の温度が半田９０の融点より低い温度で保持される。そして，基板８０の下面８２の温度が半田９０の融点より高い温度となりうる。
【０１１３】
このように，半田９０は，基板８０の上面８１および下面８２の双方から熱が与えられる。そして半田９０は，基板８０の下面８２からの加熱により，半田９０の融点に達する。これにより，半田９０は溶融する。そして，半田９０が濡れ広がり，冷却により再凝固する。このようにして，半田付けがなされる。
【０１１４】
４−４．その他
その他に，第３の実施形態で説明したように，下側基材６１０と上側基材６２０との両方に，温度制御部材を配置することとしてもよい。その場合には，上側基材６２０の側の配置する温度制御部材として，半田９０の融点より高いものを用いるとよい。
【０１１５】
５．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具６００は，片面冷却式の半導体装置の製造に用いることのできるものである。半田付け用治具６００は，下側基材６１０の凹部に温度制御部材６１１を備えるものである。そのため，半田付けを好適に行うことができる半田付け用治具６００が実現されている。
【０１１６】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，形状精度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１１等の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。
【０１１７】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。
【０１１８】
また，本形態の半田付け用治具６００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【０１１９】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【０１２０】
（第５の実施形態）
第５の実施形態について説明する。本形態で製造するパワーモジュールは，第４の実施形態で製造したパワーモジュール２と同様である。すなわち，片面冷却式の半導体装置である。本形態が第１の実施形態から第４の実施形態までと異なる点は，温度制御部材の材質である。本形態の温度制御部材は，大気圧下の常温で液体であり，大気圧下の半田付け温度で気体である。または，常温で固体であっても，半田の融点付近の温度で気体である物質であってもよい。
【０１２１】
１．半田付け用治具
本形態の半田付け用治具９００の断面図を図１６に示す。半田付け用治具９００は，下側基材９１０と，上側基材９２０と，チャンバー９５０とを有している。下側基材９１０は，温度制御部材９１１と，蓋部材９１２とを有している。また，下側基材９１０には，貫通孔９１３が設けられている。
【０１２２】
チャンバー９５０は，気体を閉じ込めておくためのケースである。温度制御部材９１１は，半田９０の融点と近い沸点の液体である。ここで，半田付け温度が１７０〜２００℃であるとする。そうすると，温度制御部材９１１として，サリチルアルデヒド（沸点：１９５℃）やベンズアルデヒド（沸点：１７９℃）を用いることができる。その他に，ペリルアルデヒド（沸点：２３７℃）やシンアムアルデヒド（沸点：２５１℃）を用いてもよい。これらの融点は，半田付け温度の最高到達温度の−３０〜３０℃の範囲内にある。これらは，気体であるときに還元性を示す物質である。貫通孔９１３は，温度制御部材９１１のある箇所から半田付け対象部品のある箇所まで貫通している貫通孔である。
【０１２３】
第１の実施形態から第４の実施形態までで説明したように，本形態の温度制御部材９１１は，半田の温度制御を行う。本形態の温度制御部材９１１はさらに，各部品の表面で酸化還元反応を起こすことができる。すなわち，半田付けにより各部品の表面に形成される酸化膜を除去することができる。
【０１２４】
２．変形例
２−１．上部に温度制御部材（その１）
本形態では，下側基材９１０に温度制御部材９１１を設けた。しかし，パワー素子１１の上側に温度制御部材を設けてもよい。図１７に示す半田付け用治具１０００は，下側基材１０１０と，上側基材１０２０と，素子上部材１０３０とを有している。素子上部材１０３０の凹部には，温度制御部材１０３１と，蓋部材１０３２とが配置されている。蓋部材１０３２には，貫通孔１０３３が形成されている。貫通孔１０３３は，気化した還元性ガスをチャンバー１０５０の内部に流入させるためのものである。このようにしても，半田９０の温度を制御することができることに変わりない。また，各部品の表面の酸化皮膜を除去できることに変わりない。
【０１２５】
２−２．上部に温度制御部材（その２）
また，図１８に示すような半田付け用治具１１００を用いてもよい。半田付け用治具１１００は，下側基材１０１０と，上側基材１１２０と，チャンバー１０５０とを有している。上側基材１１２０の凹部には，温度制御部材１１２１と，蓋部材１１２２とが配置されている。蓋部材１１２２には，貫通孔１１２３が形成されている。貫通孔１１２３は，気化した還元性ガスをチャンバー１０５０の内部に流入させるためのものである。このようにしても，半田９０の温度を制御することができることに変わりない。また，各部品の表面の酸化皮膜を除去できることに変わりない。
【０１２６】
２−３．その他
その他に，第３の実施形態で説明したように，下側基材と上側基材との両方に，温度制御部材を配置することとしてもよい。その場合には，上側基材の側の配置する温度制御部材として，半田９０の融点より高いものを用いるとよい。
【０１２７】
３．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る半田付け用治具９００は，半田の融点付近に沸点がある温度制御部材９１１を用いるものである。そのため，半田が過熱するおそれがほとんどない。また，気化した温度制御部材は，還元性である。そのため，各部品の酸化皮膜を除去することができる。つまり，還元ガスを別途供給する必要はない。これにより，好適に半田付けをすることのできる半田付け用治具９００が実現されている。
【０１２８】
また，本形態に係る半導体装置の製造方法では，既に半田付けした半田を再度溶融させることなく，複数層の半田付けを行うことができる。そして，形状精度の高いパワーモジュールを製造することができる。また，パワー素子１１等の傾いていないパワーモジュールを製造することができる。また，本形態の半導体装置の製造方法は，第１の実施形態から第２の実施形態までで説明した半導体装置の製造方法に比べて，断熱効果が高い。気体の熱伝導性は液体の熱伝導性よりも低いからである。
【０１２９】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，パワーモジュール以外のその他の半導体装置の製造についても適用することができる。
【０１３０】
また，本形態の半田付け用治具９００は，半導体装置の製造に限らず適用することができる。半田付けを行うものであれば，それによって製造される製品によらない。
【０１３１】
さらに，半田付けに限らず，加熱処理を行うものであれば適用することができる。例えば，適当な融点の温度制御部材を選択することにより，樹脂成形などにも適用することができる。その場合，ＢｉやＩｎを添加すると融点を下げることができる。例えば，ＳｎＢｉＩｎ（７９℃），ＳｎＩｎ（１１７℃），ＳｎＢｉ（１３８〜１３９℃），ＳｎＢｉＡｇ（１３８〜１３９℃）を用いることができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１，２…パワーモジュール
１０，１１…パワー素子
２０…ブロック電極
３０…素子下電極
４０…素子上電極
５０，６０，７０，９０…半田
８０…基板
８１…上面
８２…下面
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００…半田付け用治具
１１０，３１０，４１０，６１０，７１０…下側基材
１１１，２１１，５２１，６１１，７３１，８３１…温度制御部材
１１２，３１２，４１２，５２２，６１２，７３２，８３２…蓋部材
１２０，５２０，６２０，７２０，８２０…上側基材
１３０…高さ決めピン
６３０…位置決めピン
７３０…素子上部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田付け対象部品を載置するための下側部と，
前記半田付け対象部品の上側に載置される上側部とを有する半田付け用治具であって，
前記下側部と前記上側部との少なくとも一方は，
所定の温度で溶融する温度制御部材と，
前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，前記温度制御部材と前記半田付け対象部品との間に配置される中間部材とを有することを特徴とする半田付け用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項３】
請求項１に記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項４】
請求項１に記載の半田付け用治具であって，
前記下側部と前記上側部との一方に配置された第１の温度制御部材と，
前記下側部と前記上側部との他方に配置された第２の温度制御部材とを有し，
前記第１の温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材であり，
前記第２の温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，
前記中間部材は，
前記下側部または前記上側部の基材に固定されている高剛性部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，
前記中間部材は，
前記下側部または前記上側部の基材に固定されているとともに，前記温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものであることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項７】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，
前記中間部材は，
前記下側部または前記上側部の基材に固定されていないものであるとともに，
前記半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものであることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材として，
所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものを用いることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項９】
請求項８に記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
気化した状態で還元性を備える還元性ガスとなるものであり，
前記温度制御部材の配置されている箇所から前記半田付け対象部品の載置されている箇所まで達する貫通孔が形成されていることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項１０】
半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程を有する半導体装置の製造方法であって，
前記第１の半田付け工程では，
所定の温度で溶融する温度制御部材と，前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，前記温度制御部材と前記第１の基材との間に配置される中間部材とを有する第１の半田付け用治具を用い，
前記温度制御部材と前記第１の基材との間に中間部材が位置するように前記第１の基材を配置し，
その状態で加熱して半田付けを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程と，
第２の基材を前記第１の半田接合体に半田付けして両面冷却型の半導体装置とする第２の半田付け工程とを有する半導体装置の製造方法であって，
前記第２の半田付け工程では，
前記第１の基材の側と前記第２の基材の側との少なくとも一方に，所定の温度で溶融する温度制御部材と，前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方と前記温度制御部材との間に配置される中間部材とを有する第２の半田付け用治具を用い，
前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方と前記温度制御部材との間に中間部材が位置するように前記第１の基材または前記第２の基材を配置し，
その状態で加熱して半田付けを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって，
前記第１の半田付け工程と前記第２の半田付け工程との少なくとも一方では，
前記温度制御部材として，
半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって，
前記第１の半田付け工程と前記第２の半田付け工程との少なくとも一方では，
前記温度制御部材として，
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって，
前記第２の半田付け用治具は，
前記第１の基材の側と前記第２の基材の側との一方の側に，
半田付けに用いる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材を備えるとともに，
前記第１の基材の側と前記第２の基材の側との他方の側に，
半田付けに用いる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，
前記中間部材として，
前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方に固定されている高剛性部材を備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０から請求項１４までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，
前記中間部材として，
前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方に固定されているとともに，前記温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものを備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１４までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，
前記中間部材として，
前記半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものを備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１７までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものであるとともに，その気化したガスが還元性を備えるものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半田付け対象部品を載置するための下側部と，
前記半田付け対象部品の上側に載置される上側部とを有する半田付け用治具であって，
前記下側部と前記上側部との少なくとも一方は，
所定の温度で溶融する温度制御部材と，
前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，前記温度制御部材と前記半田付け対象部品との間に配置される中間部材とを有することを特徴とする半田付け用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項３】
請求項１に記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項４】
請求項１に記載の半田付け用治具であって，
前記下側部と前記上側部との一方に配置された第１の温度制御部材と，
前記下側部と前記上側部との他方に配置された第２の温度制御部材とを有し，
前記第１の温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材であり，
前記第２の温度制御部材は，
半田付けに用いられる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，
前記中間部材は，
前記下側部または前記上側部の基材に固定されている高剛性部材であることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，
前記中間部材は，
前記下側部または前記上側部の基材に固定されているとともに，前記温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものであることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項７】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものであり，
前記中間部材は，
前記下側部または前記上側部の基材に固定されていないものであるとともに，
前記半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものであることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材として，
所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものを用いることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項９】
請求項８に記載の半田付け用治具であって，
前記温度制御部材は，
気化した状態で還元性を備える還元性ガスとなるものであり，
前記温度制御部材の配置されている箇所から前記半田付け対象部品の載置されている箇所まで達する貫通孔が形成されていることを特徴とする半田付け用治具。
【請求項１０】
半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程を有する半導体装置の製造方法であって，
前記第１の半田付け工程では，
所定の温度で溶融する温度制御部材と，前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって，前記温度制御部材と前記第１の基材との間に配置される中間部材とを有する第１の半田付け用治具を用い，
前記温度制御部材と前記第１の基材との間に中間部材が位置するように前記第１の基材を配置し，
その状態で加熱して半田付けを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体素子を第１の基材に半田付けして第１の半田接合体とする第１の半田付け工程と，
第２の基材を前記第１の半田接合体に半田付けして両面冷却型の半導体装置とする第２の半田付け工程とを有する半導体装置の製造方法であって，
前記第２の半田付け工程では，
前記第１の基材の側と前記第２の基材の側との少なくとも一方に，所定の温度で溶融する温度制御部材と，前記温度制御部材の融点よりも高い融点の材質の部材であって前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方と前記温度制御部材との間に配置される中間部材とを有する第２の半田付け用治具を用い，
前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方と前記温度制御部材との間に中間部材が位置するように前記第１の基材または前記第２の基材を配置し，
その状態で加熱して半田付けを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって，
前記第１の半田付け工程と前記第２の半田付け工程との少なくとも一方では，
前記温度制御部材として，
半田付けに用いられる半田の融点と同じ融点の同融点温度制御部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって，
前記第１の半田付け工程と前記第２の半田付け工程との少なくとも一方では，
前記温度制御部材として，
半田付けに用いられる半田の融点より低い融点の低融点温度制御部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法であって，
前記第２の半田付け用治具は，
前記第１の基材の側と前記第２の基材の側との一方の側に，
半田付けに用いる半田の融点より低い融点である低融点温度制御部材を備えるとともに，
前記第１の基材の側と前記第２の基材の側との他方の側に，
半田付けに用いる半田の融点より高い融点である高融点温度制御部材を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，
前記中間部材として，
前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方に固定されている高剛性部材を備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０から請求項１４までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，
前記中間部材として，
前記第１の基材と前記第２の基材との少なくとも一方に固定されているとともに，前記温度制御部材の溶融により弾性変形する材質のものを備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１４までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
溶融後の体積が溶融前の体積よりも小さい材質のものを用い，
前記中間部材として，
前記半田付け対象部品から遠ざかる向きに移動可能なものを備える治具を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１７までのいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって，
前記高融点温度制御部材以外の前記温度制御部材として，
所定の温度で溶融する材質のものに代えて所定の温度で気化する材質のものであるとともに，その気化したガスが還元性を備えるものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−３０２７３（Ｐ２０１２−３０２７３Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３９８３（Ｐ２０１０−１７３９８３）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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