半導体装置の製造方法
【課題】本発明は、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とをずれなく揃えることができ、しかもベース板とケースとの熱膨張によるダメージを回避できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】キュアベース板上にベース板を搭載し、該ベース板上に、該ベース板とケースの接着面間に接着剤を挟むようにして該ケースを搭載し、該キュアベース板から該接着剤に熱供給して該接着剤を熱硬化させることで該ベース板と該ケースの接着を行う。該キュアベース板の上面に対して平行方向に移動可能なように該キュアベース板に取り付けられ、該キュアベース板の上面から突出した部分である突出部分を有する位置決めピンに、該ベース板に形成された第1の取り付け穴と該ケースに形成された第2の取り付け穴とが嵌合した状態で該接着を行うことを特徴とする。
【解決手段】キュアベース板上にベース板を搭載し、該ベース板上に、該ベース板とケースの接着面間に接着剤を挟むようにして該ケースを搭載し、該キュアベース板から該接着剤に熱供給して該接着剤を熱硬化させることで該ベース板と該ケースの接着を行う。該キュアベース板の上面に対して平行方向に移動可能なように該キュアベース板に取り付けられ、該キュアベース板の上面から突出した部分である突出部分を有する位置決めピンに、該ベース板に形成された第1の取り付け穴と該ケースに形成された第2の取り付け穴とが嵌合した状態で該接着を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、それぞれ取り付け穴を有するベース板とケースとを接着剤により接着する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パワー半導体装置などを含む半導体装置の組み立て工程においては、パワー半導体素子等が搭載された絶縁基板がベース板と呼ばれる金属板に配置される。ベース板には更に前述の絶縁基板を囲む形状で形成されたケースが接着される。この接着は以下のように行われることが多い。
【0003】
まず、前述の接着を行うための冶具であるキュアベース板にベース板が搭載される。次いで、ベース板とケースとが接着されるべき面である接着面同士が接着剤を挟むようにして、ベース板にケースが搭載される。この状態でベース板の底面(接着面と反対の面)と接しているキュアベース板により前記ベース板の底面から熱供給が行われる。この熱供給により前述の接着剤が熱硬化してベース板とケースが接着される。
【0004】
一般に前述したベース板とケースとには、前述の接着が行われたパワー半導体装置を所定位置に取り付けるための、取り付け用の穴が設けられている。接着が終わった段階において、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴は位置がずれなく一致している必要がある。なお、ベース板とケースの位置決めを、取り付け用の穴を揃えて行う方法については特許文献1−6に記載がある。
【0005】
【特許文献1】特開平03−032046号公報
【特許文献2】特開平08−031967号公報
【特許文献3】特開2004−253689号公報
【特許文献4】特開2005−237140号公報
【特許文献5】特開2004−296645号公報
【特許文献6】特開平08−220186号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したようにベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とは、ベース板とケースの接着後に位置ずれなく一致して一つの穴を形成している必要がある。このため、例えば、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とをボルトにより貫通させた状態で前述の接着を行うことがある。この場合ボルトは、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とを貫通しキュアベース板に設けられたねじ溝に固定されることが多い。
【0007】
このようにするとベース板とケースの接着の前後を通してベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴がずれることはない。ここで、接着剤に熱供給を行ってベース板とケースの接着を行う場合、ベース板とケースとが加熱され熱膨張することが一般的である。よって上述したようにベース板とケースとをボルトによって固定した状態では、熱膨張が妨げられベース板とケースとにダメージが生じる問題があった。
【0008】
上述の通り、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とを揃えた状態でベース板とケースの接着を終えるには、接着中のベース板とケースとの固定が必要である。しかしながらそのような固定を行うとベース板とケースの熱膨張から生じるダメージの問題を回避できない問題があった。
【0009】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ベース板とケースの接着後において、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とをずれなく揃えることができ、しかもベース板とケースとの熱膨張によるダメージを回避できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、キュアベース板上にベース板を搭載し、該ベース板上に、該ベース板とケースの接着面間に接着剤を挟むようにして該ケースを搭載し、該キュアベース板から該接着剤に熱供給して該接着剤を熱硬化させることで該ベース板と該ケースの接着を行う。該キュアベース板の上面に対して平行方向に移動可能なように該キュアベース板に取り付けられ、該キュアベース板の上面から突出した部分である突出部分を有する位置決めピンに、該ベース板に形成された第1の取り付け穴と該ケースに形成された第2の取り付け穴とが嵌合した状態で該接着を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明により接着剤の加熱を伴うベース板とケースの接着を弊害なく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
実施の形態1
本実施形態は、位置決めピンを有する冶具を用いて、取り付け用の穴を有するベース板とケースを接着する半導体装置の製造方法に関する。以後、図1〜図8を参照して本実施形態の半導体装置の製造方法で用いられる冶具等について説明する。まず図1は冶具に半導体装置が装着されている状態を表す断面図であり、図2は平面図である。そして図1は図2における1−1断面に相当する。冶具はベース板12とケース14の接着工程において用いられるものである。冶具はキュアベース板10を備える。キュアベース板10はアルミニウムなどの熱伝導性のよい材料であり、後述するようにベース板12が搭載されるものである。
【0013】
キュアベース板10には、半導体装置に備わる装置の取り付け用の穴に対応する箇所に位置決めピン16が取り付けられるようになっている。図3は位置決めピン16が取り付けられたキュアベース板10の平面図であり、同図中、ベース板とケースが配置されるべき場所を破線で示している。図4は図3における一つの位置決めピン16の周辺を拡大した図である。そして図5は図4の5−5断面図である。位置決めピン16は、例えばSUS(ステンレス鋼)を使って形成され、キュアベース板10に内包される部分と、キュアベース板10の上面から突出した突出部分とを備える。ここで、キュアベース板10の上面とは、キュアベース板10の有する面のうち半導体装置、より具体的には半導体装置のベース板12が搭載される面のことである。位置決めピン16は、前述の「キュアベース板10の上面」に対して平行方向には移動可能(フロート状態)なようにキュアベース板10に取り付けられる。すなわちキュアベース板10が位置決めピン16を内包するためのスペースは、キュアベース板10の上面に対して平行方向には意図的に位置決めピン16の外形よりも広く形成(図5参照)され、その移動範囲は、ベース板12とケース14における熱膨張量(係数)を考慮して設定される。
【0014】
また、位置決めピン16は前述の突出部分が突出する方向、すなわちキュアベース板10上面から上に向かう方向には移動することが制限される。この制限はキュアベース板10が備えるストッパー15によりもたらされる。すなわち、位置決めピン16のキュアベース板10に内包される部分は、ストッパー15によりキュアベース板10の上面から上に向かう方向へ動くことができない。
【0015】
さらに、位置決めピン16はキュアベース板10の上面に垂直方向に位置決めピン16を貫く貫通穴を備える。貫通穴は後述するボルト18を挿入できる径で形成されている。
【0016】
一方のキュアベース板10はその底面から、上述の位置決めピン16を交換等のため取り出すことができるように開口部をさらに備える。ここでキュアベース板10の底面とは、キュアベース板10のうち後述のベース板12が搭載される面と反対の面である。また、キュアベース板10にはキュアベース板10の底面から位置決めピン16の交換等を要するとき以外は位置決めピンを支持して位置決めピン16がキュアベース板10の底面から脱落することを防止する支持板24が取り付けられる。ちなみに、支持板24は位置決めピン16と同様、例えばSUSで形成されている。
【0017】
冶具はさらに、ボルト18、ワッシャー20、ナット22を備える。ボルト18、ワッシャー20、ナット22についてはベース板12およびケース14との関係が重要なため後述する。本実施形態の冶具は上述の構成を備えるものである。
【0018】
以後上述の冶具を用いてベース板12とケース14の接着を行う方法について説明する。
【0019】
はじめに、図3に示すキュアベース板10に位置決め16が装着された状態の冶具(冶具からボルト18、ワッシャー20が外された状態)が準備され、半導体装置のベース板12がキュアベース板10の上面に搭載される。この搭載はベース板12の有する取り付け用の穴が位置決めピン16の突出部分と嵌合するように行われる。次いで、ベース板12のケース14と接着されるべき面であるベース板接着面に熱硬化性の接着剤26が塗布される。次いで、接着剤26が塗布された面に、ケース14のベース板12と接着されるべき面であるケース接着面が載せられるようにしてケース14がベース板12に搭載される。すなわち、接着剤26はベース板接着面とケース接着面とに挟まれる。この搭載はケース14の有する取り付け用の穴が位置決めピン16の突出部分と嵌合するように行われる(図8参照)。なお、ケース14の搭載を終えた段階ではベース板接着面とケース接着面は平行の面を形成しているためこれらをまとめて単に接着面と称する場合がある。また本実施形態では接着面と、キュアベース板10の上面とは平行である。
【0020】
ケース14のベース板12への搭載を終えると、ボルト18がケース14上面方向から位置決めピン16の貫通穴へ挿入される。そして、ボルト18は位置決めピン16を下支えするように配置されたナット22とボルト締めが行われる。
【0021】
ここで、前述のボルト締めの際にはワッシャー20が用いられる。ワッシャー20はケース14の上面に載るように配置されている。すなわちボルト締めが行われるとワッシャー20がケース14の上面を下方向に押しつける。これと同時にナット22が位置決めピン16を上方向(突出部の突出する方向)に押し上げるが、前述の通り位置決めピン16は、ストッパー15によりキュアベース板10上面から上に向かう方向には移動することが制限されている。よってボルト締めが行われるとケース14とベース板12がキュアベース板10に押し付けられることになる。
【0022】
上述のボルト締めが行われた状態でキュアベース板10からベース板12を経由して接着剤26への熱供給が行われる。この熱供給によりベース板12とケース14とが膨張する力が発生するが、位置決めピン16はキュアベース板10の上面に対して平行方向に移動可能(フロート状態)であるから、位置決めピン16は前述の膨張に追従して移動する。そして、接着剤26の硬化が終わりベース板接着面とケース接着面との接着が終わると熱供給を終了する。その後、一体化したベース板12とケース14とが冶具から取り外されて処理を終える。なお、熱供給については上述のようにベース板12(底面側)からだけの加熱に限られず、高温の雰囲気による加熱で全面から熱供給されるようにしてもよい。そして、具体的な加熱温度については、接着剤を硬化させるため、150℃程度にする必要がある。
【0023】
本実施形態の半導体装置の製造方法は上述の通りである。ここで本発明の特徴の理解を助けるために比較例について簡単に説明する。比較例は図12、13を用いて説明する。なお、比較例における半導体装置の製造方法も、キュアベース板上にベース板を、ベース板上にケースを搭載し、接着剤によってベース板とケースを接着するものである。また、ベース板、ケースにはそれぞれ取り付け用の穴が形成されている。
【0024】
図12は比較例の平面図であり、キュアベース板100には位置決めブロック102が取り付けられるようにして固定されている。そして、ベース板105が位置決めブロック102が定める領域に配置される。次いで、ベース板接着面とケース接着面が接着剤を挟むようにして、ケース104がベース板105に搭載される。ケース104もベース板105と同様に位置決めブロック102が定める領域に配置される。これによりベース板105とケース104は位置決めブロック102が定める領域内に配置される。
【0025】
次いでケース104に形成された取り付け用の穴と、ベース板105に形成された取り付け用の穴とが重なるように、ボルト108がワッシャー106を間においてケース104の上面から挿入される。ケース104に形成された取り付け用の穴に重なるようにベース板に形成された取り付け用の穴にボルト108が挿入される。図12の13−13断面図である図13にはボルト108が挿入された様子が記載されている。ボルト108はベース板105とケース104に設けられた取り付け用の穴を貫きキュアベース板100に設けられたねじ溝110に対してボルト締めされる。そして、ベース板105とケース104がボルト108によって固定された状態で、キュアベース板100からベース板105を介して接着剤112の加熱が行われる。ここで、ケース104とベース板105とは接着の際に、接着面に対して平行方向にも垂直方向にも固定されていることとなる。
【0026】
比較例による半導体装置の製造方法には以下の2点の問題点がある。まず第1点目は、位置決めブロック102を用いてベース板105とケース104の搭載の位置決めを行うためベース板105(およびケース104)の外形を基準とした位置決めとなり位置合わせの精度が悪い問題である。すなわちベース板105とケース104の外形寸法の製造ばらつきの程度や、ベース板105とケース104を搭載する方向(合わせ方向)によっては外形寸法規格外又は、ベース板105に形成された取り付け用穴の位置とケース104に形成された取り付け用穴の位置とが一致しない問題が起こる。
【0027】
第2点目は、接着剤112を加熱することに伴いベース板105およびケース104が膨張しベース板105とケース104とにダメージが生じる問題である。すなわち、図13に示されるとおり、接着剤112の加熱を行う際にはベース板105とケース104とはボルト108によって接着面に対して水平方向に固定されている。よってベース板105とケース104とは膨張できずに内部応力が高まりダメージを受けるに至ることがある。
【0028】
本実施形態の半導体装置の製造法によれば上述の問題を回避できる。まず、本実施形態では位置決めピン16の突出部分に、ベース板12に形成された取り付け用の穴とケース14に形成された取り付け用の穴が嵌合することでベース板12とケース14の位置合わせを行う。よって比較例ではベース板(およびケース)の外形寸法のずれがそのまま取り付け用穴のずれとなるのに対して本実施形態では取り付け用穴そのものを位置合わせの基準として用いるから、前述した第1の問題を回避できる。
【0029】
さらに、本実施形態で用いる位置決めピン16はキュアベース板10の上面すなわち接着面に対して平行方向には移動可能(フロート状態)である。よって、位置決めピン16は、接着剤26の加熱中においてベース板12とケース14の膨張に追従するように動くことができる。ゆえにベース板12とケース14とに内部応力が蓄積されることはなく前述した第2の問題を回避できる。
【0030】
また、本実施形態で行われるボルト締めは位置決めピン16の、接着面に対して平行方向の動きを妨げるものではないが、位置決めピン16の、接着面に対して垂直方向の動きを固定する。この固定により前述の通り、ケース14とベース板12がキュアベース板10に押し付けられるため、ベース板12とケース14を接着剤26により強固に固定することができる。
【0031】
さらに、比較例においては図13に示されるねじ溝110の磨耗時には冶具全体の交換が必要である。ところが本実施形態で用いられる冶具によれば、ナット22と位置決めピン16はキュアベース板10の底面から取り出しが可能である。よってナット22の磨耗時にはナット22だけを交換すれば足り、位置決めピン16を交換したい場合には位置決めピン16単独の交換で足りる。その結果として、冶具のランニングコストを低減できる。この点、以後、図4〜図6を参照して詳細を説明する。
【0032】
前述のとおり、図4と図5は、位置決めピン16の周辺を拡大した平面図とその断面図であり、キュアベース板10にはその底面に位置決めピン16あるいはナット22の交換のための開口部が設けられている。ボルト締めが行われていないときに位置決めピン16あるいはナット22が前述の開口部から脱落しないように本実施形態で説明した冶具には支持板24が取り付けられている。
【0033】
図5から把握されるように支持板24はコの字状の形状であり、その一部はキュアベース板10の上面に載せられている(図4参照)。支持板24とキュアベース板10は支持板24がキュアベース板10に載せられる面において孔25を有する。孔25は支持板24とキュアベース板10に1の孔を形成するものであり、孔25には板止めピン30が挿入される(図5参照)。
【0034】
ナット22や位置決めピン16を交換する際には板止めピン30が取り除かれ、図5左方向に支持板24をスライドする。図6は図4の6−6断面に相当するが、図6は図4と比較して支持板24をキャリアベース板10から取り除いた状態であり、ナット22も位置決めピン16の外側に描くことで、ナット22や位置決めピン16が開口部から着脱可能であることを明示している。さらに、この図6から分かるように、本実施形態ではキュアベース板10には溝32が形成されている。支持板24は、溝32に挿入されてキュアベース板10に取り付けられるため、この溝32に沿ってスライドされて取り外される。
【0035】
また、本実施形態ではナット22は位置決めピン16の下部にあって、その構造から位置決めピン16に覆われ、回転しないように設置(装着)されている。図7は本実施形態の位置決めピン16について説明する図であり、図7Aは断面図、図7Bは底面図を表す。そして位置決めピン16自体も、図7から分かるようにその下部形状を例えば四角形とすることで、キュアベース板10の開口部に対して回転しないように設置(装着)されている。このことによってボルト18をナット22から取り外しても支持板24がキュアベース板10に取り付けられている限りは、ナット22の位置はずれない(固定されている)ため、再度ボルトを挿入した際にも容易にボルト締めができる。
【0036】
本実施形態では位置決めピン16が貫通孔を有している構成としたがこれは本発明の必須構成要件ではない。貫通孔がない場合、前述したボルト締めによるベース板とケースをキュアベース板10に押し付ける(密着させる)効果は得られない。しかしながら、位置決めピン16によりベース板12とケース14にそれぞれ形成された取り付け用の穴を一致させることができ、しかも前述した「ベース板12とケース14の熱膨張に追従する」こともできるため内部応力の蓄積を回避できるから本発明の効果を失わない。
【0037】
本実施形態ではケース14とベース板12を個別に冶具(キュアベース板10)へ搭載することとしたが本発明はこれに限定されない。ケース14とベース板12が接着剤などで仮固定され一体化された状態で冶具(キュアベース板10)に搭載してもよい。
【0038】
本実施形態ではワッシャー20がケース14の上面に乗るように配置したが本発明はこれに限定されない。例えばボルト18の頭部がケース14の上面に乗る構成としても、ボルト締めによりベース板12とケース14をキュアベース板10に押し付ける効果を得られるから本発明の効果を失わない。
【0039】
本発明の特徴は位置決めピンを用いてベース板とケースの取り付け用穴を基準とした位置合わせを行い、かつベース板とケースの熱膨張に追従できるように位置決めピンが接着面に対して平行方向に移動可能であることが特徴である。よって上述した変形に加えて本発明の範囲を逸脱しない様々な変形が可能である。
【0040】
実施の形態2
本実施形態はベース板とケースの接着の際に、同時に電極を押さえるための機構を備えた冶具と、これを用いた半導体装置の製造方法に関する。以後、本実施形態について図9、10、11を参照して説明する。図9は本実施の形態における冶具に半導体装置が装着されている状態を表した断面図であり、図11は平面図である。ここで、図9は図11における9−9矢示図であって、説明の便宜のために例えば位置決めピン16などを可視化した図である。また、図10は図9の一部を拡大したものである。なお、図9、10、11において実施形態1で用いられた符号と同一の符号が付された構成要素は実施形態1で説明したものと同一であるから説明を省略する。
【0041】
本実施形態で用いられるボルト50にはカラー40が取り付けられている。ボルト50の頭部とカラー40とに挟まれる位置に電極押さえブロック44が配置される。電極押さえブロック44は後述する電極を下方向(はんだ54を介して電極42が絶縁基板46に押し付けられる方向)に押さえつけるものである。前述の通り電極押さえブロック44はその一部がボルト50の頭部とカラー40とに挟まれて配置されているからボルト50と連動する。なお、カラー40および電極押さえブロック44はSUS製で、電極押さえブロック44についてはその一部、電極と当接する部分に樹脂製部分48を備える。
【0042】
一方、ベース板12には絶縁基板46が搭載され、絶縁基板46には配線パターン(図示なし)が形成されており、その配線パターン上にパワーデバイスなどの半導体素子(図示なし)が実装されている。電極42ははんだ54により絶縁基板46の配線パターン上における所定位置と接続されている。
【0043】
本実施形態ではボルト締めが行われると、ボルト50と連動する電極押さえブロック44の一部である樹脂製部分48が電極42の一部と接触し、電極42を下方向に押し付ける。これにより、接着剤の加熱よって起こるベース板12とケース14の膨張に伴う電極42の浮きを抑制できる。ここで、ベース板12とケース14の膨張が軽微であっても、はんだ54の軟化による電極の浮きの問題も起こりえるが本実施形態のように電極を押さえつけた状態で接着剤の加熱を行うことでそのような問題を回避できる。
【0044】
さらに、図11から把握されるように電極押さえブロック44を2のボルト50と接続し1の電極押さえブロック44によって複数の電極42を下方向に押さえつけることとすることが電極42の安定を確保するために好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】実施の形態1のベース板とケースの接着方法について説明する図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】キュアベース板の構成を説明する平面図である。
【図4】支持板について説明する図である。
【図5】図4の正面図で板止めピンが取り付けられえた状態を説明する図である。
【図6】図4の側面図で支持板を除いた状態を説明する図である。
【図7】ナットの位置決めピン内部に配置されることを説明する図である。
【図8】キュアベース板にベース板とケースが搭載された構成を説明する平面図である。
【図9】実施の形態2のベース板とケースの接着方法について説明する図である。
【図10】図9の電極周辺の拡大図である。
【図11】図9の平面図である。
【図12】比較例の平面図である。
【図13】比較例の正面図である。
【符号の説明】
【0046】
10 キュアベース板、 12 ベース板、 14 ケース、 15 ストッパー、 16 位置決めピン、 18 ボルト、 22 ナット、 24 支持板、 26 接着剤、 42 電極、 44 電極押さえブロック、 46 絶縁基板
【技術分野】
【0001】
本発明は、それぞれ取り付け穴を有するベース板とケースとを接着剤により接着する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パワー半導体装置などを含む半導体装置の組み立て工程においては、パワー半導体素子等が搭載された絶縁基板がベース板と呼ばれる金属板に配置される。ベース板には更に前述の絶縁基板を囲む形状で形成されたケースが接着される。この接着は以下のように行われることが多い。
【0003】
まず、前述の接着を行うための冶具であるキュアベース板にベース板が搭載される。次いで、ベース板とケースとが接着されるべき面である接着面同士が接着剤を挟むようにして、ベース板にケースが搭載される。この状態でベース板の底面(接着面と反対の面)と接しているキュアベース板により前記ベース板の底面から熱供給が行われる。この熱供給により前述の接着剤が熱硬化してベース板とケースが接着される。
【0004】
一般に前述したベース板とケースとには、前述の接着が行われたパワー半導体装置を所定位置に取り付けるための、取り付け用の穴が設けられている。接着が終わった段階において、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴は位置がずれなく一致している必要がある。なお、ベース板とケースの位置決めを、取り付け用の穴を揃えて行う方法については特許文献1−6に記載がある。
【0005】
【特許文献1】特開平03−032046号公報
【特許文献2】特開平08−031967号公報
【特許文献3】特開2004−253689号公報
【特許文献4】特開2005−237140号公報
【特許文献5】特開2004−296645号公報
【特許文献6】特開平08−220186号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したようにベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とは、ベース板とケースの接着後に位置ずれなく一致して一つの穴を形成している必要がある。このため、例えば、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とをボルトにより貫通させた状態で前述の接着を行うことがある。この場合ボルトは、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とを貫通しキュアベース板に設けられたねじ溝に固定されることが多い。
【0007】
このようにするとベース板とケースの接着の前後を通してベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴がずれることはない。ここで、接着剤に熱供給を行ってベース板とケースの接着を行う場合、ベース板とケースとが加熱され熱膨張することが一般的である。よって上述したようにベース板とケースとをボルトによって固定した状態では、熱膨張が妨げられベース板とケースとにダメージが生じる問題があった。
【0008】
上述の通り、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とを揃えた状態でベース板とケースの接着を終えるには、接着中のベース板とケースとの固定が必要である。しかしながらそのような固定を行うとベース板とケースの熱膨張から生じるダメージの問題を回避できない問題があった。
【0009】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ベース板とケースの接着後において、ベース板に形成された取り付け用の穴とケースに形成された取り付け用の穴とをずれなく揃えることができ、しかもベース板とケースとの熱膨張によるダメージを回避できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、キュアベース板上にベース板を搭載し、該ベース板上に、該ベース板とケースの接着面間に接着剤を挟むようにして該ケースを搭載し、該キュアベース板から該接着剤に熱供給して該接着剤を熱硬化させることで該ベース板と該ケースの接着を行う。該キュアベース板の上面に対して平行方向に移動可能なように該キュアベース板に取り付けられ、該キュアベース板の上面から突出した部分である突出部分を有する位置決めピンに、該ベース板に形成された第1の取り付け穴と該ケースに形成された第2の取り付け穴とが嵌合した状態で該接着を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明により接着剤の加熱を伴うベース板とケースの接着を弊害なく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
実施の形態1
本実施形態は、位置決めピンを有する冶具を用いて、取り付け用の穴を有するベース板とケースを接着する半導体装置の製造方法に関する。以後、図1〜図8を参照して本実施形態の半導体装置の製造方法で用いられる冶具等について説明する。まず図1は冶具に半導体装置が装着されている状態を表す断面図であり、図2は平面図である。そして図1は図2における1−1断面に相当する。冶具はベース板12とケース14の接着工程において用いられるものである。冶具はキュアベース板10を備える。キュアベース板10はアルミニウムなどの熱伝導性のよい材料であり、後述するようにベース板12が搭載されるものである。
【0013】
キュアベース板10には、半導体装置に備わる装置の取り付け用の穴に対応する箇所に位置決めピン16が取り付けられるようになっている。図3は位置決めピン16が取り付けられたキュアベース板10の平面図であり、同図中、ベース板とケースが配置されるべき場所を破線で示している。図4は図3における一つの位置決めピン16の周辺を拡大した図である。そして図5は図4の5−5断面図である。位置決めピン16は、例えばSUS(ステンレス鋼)を使って形成され、キュアベース板10に内包される部分と、キュアベース板10の上面から突出した突出部分とを備える。ここで、キュアベース板10の上面とは、キュアベース板10の有する面のうち半導体装置、より具体的には半導体装置のベース板12が搭載される面のことである。位置決めピン16は、前述の「キュアベース板10の上面」に対して平行方向には移動可能(フロート状態)なようにキュアベース板10に取り付けられる。すなわちキュアベース板10が位置決めピン16を内包するためのスペースは、キュアベース板10の上面に対して平行方向には意図的に位置決めピン16の外形よりも広く形成(図5参照)され、その移動範囲は、ベース板12とケース14における熱膨張量(係数)を考慮して設定される。
【0014】
また、位置決めピン16は前述の突出部分が突出する方向、すなわちキュアベース板10上面から上に向かう方向には移動することが制限される。この制限はキュアベース板10が備えるストッパー15によりもたらされる。すなわち、位置決めピン16のキュアベース板10に内包される部分は、ストッパー15によりキュアベース板10の上面から上に向かう方向へ動くことができない。
【0015】
さらに、位置決めピン16はキュアベース板10の上面に垂直方向に位置決めピン16を貫く貫通穴を備える。貫通穴は後述するボルト18を挿入できる径で形成されている。
【0016】
一方のキュアベース板10はその底面から、上述の位置決めピン16を交換等のため取り出すことができるように開口部をさらに備える。ここでキュアベース板10の底面とは、キュアベース板10のうち後述のベース板12が搭載される面と反対の面である。また、キュアベース板10にはキュアベース板10の底面から位置決めピン16の交換等を要するとき以外は位置決めピンを支持して位置決めピン16がキュアベース板10の底面から脱落することを防止する支持板24が取り付けられる。ちなみに、支持板24は位置決めピン16と同様、例えばSUSで形成されている。
【0017】
冶具はさらに、ボルト18、ワッシャー20、ナット22を備える。ボルト18、ワッシャー20、ナット22についてはベース板12およびケース14との関係が重要なため後述する。本実施形態の冶具は上述の構成を備えるものである。
【0018】
以後上述の冶具を用いてベース板12とケース14の接着を行う方法について説明する。
【0019】
はじめに、図3に示すキュアベース板10に位置決め16が装着された状態の冶具(冶具からボルト18、ワッシャー20が外された状態)が準備され、半導体装置のベース板12がキュアベース板10の上面に搭載される。この搭載はベース板12の有する取り付け用の穴が位置決めピン16の突出部分と嵌合するように行われる。次いで、ベース板12のケース14と接着されるべき面であるベース板接着面に熱硬化性の接着剤26が塗布される。次いで、接着剤26が塗布された面に、ケース14のベース板12と接着されるべき面であるケース接着面が載せられるようにしてケース14がベース板12に搭載される。すなわち、接着剤26はベース板接着面とケース接着面とに挟まれる。この搭載はケース14の有する取り付け用の穴が位置決めピン16の突出部分と嵌合するように行われる(図8参照)。なお、ケース14の搭載を終えた段階ではベース板接着面とケース接着面は平行の面を形成しているためこれらをまとめて単に接着面と称する場合がある。また本実施形態では接着面と、キュアベース板10の上面とは平行である。
【0020】
ケース14のベース板12への搭載を終えると、ボルト18がケース14上面方向から位置決めピン16の貫通穴へ挿入される。そして、ボルト18は位置決めピン16を下支えするように配置されたナット22とボルト締めが行われる。
【0021】
ここで、前述のボルト締めの際にはワッシャー20が用いられる。ワッシャー20はケース14の上面に載るように配置されている。すなわちボルト締めが行われるとワッシャー20がケース14の上面を下方向に押しつける。これと同時にナット22が位置決めピン16を上方向(突出部の突出する方向)に押し上げるが、前述の通り位置決めピン16は、ストッパー15によりキュアベース板10上面から上に向かう方向には移動することが制限されている。よってボルト締めが行われるとケース14とベース板12がキュアベース板10に押し付けられることになる。
【0022】
上述のボルト締めが行われた状態でキュアベース板10からベース板12を経由して接着剤26への熱供給が行われる。この熱供給によりベース板12とケース14とが膨張する力が発生するが、位置決めピン16はキュアベース板10の上面に対して平行方向に移動可能(フロート状態)であるから、位置決めピン16は前述の膨張に追従して移動する。そして、接着剤26の硬化が終わりベース板接着面とケース接着面との接着が終わると熱供給を終了する。その後、一体化したベース板12とケース14とが冶具から取り外されて処理を終える。なお、熱供給については上述のようにベース板12(底面側)からだけの加熱に限られず、高温の雰囲気による加熱で全面から熱供給されるようにしてもよい。そして、具体的な加熱温度については、接着剤を硬化させるため、150℃程度にする必要がある。
【0023】
本実施形態の半導体装置の製造方法は上述の通りである。ここで本発明の特徴の理解を助けるために比較例について簡単に説明する。比較例は図12、13を用いて説明する。なお、比較例における半導体装置の製造方法も、キュアベース板上にベース板を、ベース板上にケースを搭載し、接着剤によってベース板とケースを接着するものである。また、ベース板、ケースにはそれぞれ取り付け用の穴が形成されている。
【0024】
図12は比較例の平面図であり、キュアベース板100には位置決めブロック102が取り付けられるようにして固定されている。そして、ベース板105が位置決めブロック102が定める領域に配置される。次いで、ベース板接着面とケース接着面が接着剤を挟むようにして、ケース104がベース板105に搭載される。ケース104もベース板105と同様に位置決めブロック102が定める領域に配置される。これによりベース板105とケース104は位置決めブロック102が定める領域内に配置される。
【0025】
次いでケース104に形成された取り付け用の穴と、ベース板105に形成された取り付け用の穴とが重なるように、ボルト108がワッシャー106を間においてケース104の上面から挿入される。ケース104に形成された取り付け用の穴に重なるようにベース板に形成された取り付け用の穴にボルト108が挿入される。図12の13−13断面図である図13にはボルト108が挿入された様子が記載されている。ボルト108はベース板105とケース104に設けられた取り付け用の穴を貫きキュアベース板100に設けられたねじ溝110に対してボルト締めされる。そして、ベース板105とケース104がボルト108によって固定された状態で、キュアベース板100からベース板105を介して接着剤112の加熱が行われる。ここで、ケース104とベース板105とは接着の際に、接着面に対して平行方向にも垂直方向にも固定されていることとなる。
【0026】
比較例による半導体装置の製造方法には以下の2点の問題点がある。まず第1点目は、位置決めブロック102を用いてベース板105とケース104の搭載の位置決めを行うためベース板105(およびケース104)の外形を基準とした位置決めとなり位置合わせの精度が悪い問題である。すなわちベース板105とケース104の外形寸法の製造ばらつきの程度や、ベース板105とケース104を搭載する方向(合わせ方向)によっては外形寸法規格外又は、ベース板105に形成された取り付け用穴の位置とケース104に形成された取り付け用穴の位置とが一致しない問題が起こる。
【0027】
第2点目は、接着剤112を加熱することに伴いベース板105およびケース104が膨張しベース板105とケース104とにダメージが生じる問題である。すなわち、図13に示されるとおり、接着剤112の加熱を行う際にはベース板105とケース104とはボルト108によって接着面に対して水平方向に固定されている。よってベース板105とケース104とは膨張できずに内部応力が高まりダメージを受けるに至ることがある。
【0028】
本実施形態の半導体装置の製造法によれば上述の問題を回避できる。まず、本実施形態では位置決めピン16の突出部分に、ベース板12に形成された取り付け用の穴とケース14に形成された取り付け用の穴が嵌合することでベース板12とケース14の位置合わせを行う。よって比較例ではベース板(およびケース)の外形寸法のずれがそのまま取り付け用穴のずれとなるのに対して本実施形態では取り付け用穴そのものを位置合わせの基準として用いるから、前述した第1の問題を回避できる。
【0029】
さらに、本実施形態で用いる位置決めピン16はキュアベース板10の上面すなわち接着面に対して平行方向には移動可能(フロート状態)である。よって、位置決めピン16は、接着剤26の加熱中においてベース板12とケース14の膨張に追従するように動くことができる。ゆえにベース板12とケース14とに内部応力が蓄積されることはなく前述した第2の問題を回避できる。
【0030】
また、本実施形態で行われるボルト締めは位置決めピン16の、接着面に対して平行方向の動きを妨げるものではないが、位置決めピン16の、接着面に対して垂直方向の動きを固定する。この固定により前述の通り、ケース14とベース板12がキュアベース板10に押し付けられるため、ベース板12とケース14を接着剤26により強固に固定することができる。
【0031】
さらに、比較例においては図13に示されるねじ溝110の磨耗時には冶具全体の交換が必要である。ところが本実施形態で用いられる冶具によれば、ナット22と位置決めピン16はキュアベース板10の底面から取り出しが可能である。よってナット22の磨耗時にはナット22だけを交換すれば足り、位置決めピン16を交換したい場合には位置決めピン16単独の交換で足りる。その結果として、冶具のランニングコストを低減できる。この点、以後、図4〜図6を参照して詳細を説明する。
【0032】
前述のとおり、図4と図5は、位置決めピン16の周辺を拡大した平面図とその断面図であり、キュアベース板10にはその底面に位置決めピン16あるいはナット22の交換のための開口部が設けられている。ボルト締めが行われていないときに位置決めピン16あるいはナット22が前述の開口部から脱落しないように本実施形態で説明した冶具には支持板24が取り付けられている。
【0033】
図5から把握されるように支持板24はコの字状の形状であり、その一部はキュアベース板10の上面に載せられている(図4参照)。支持板24とキュアベース板10は支持板24がキュアベース板10に載せられる面において孔25を有する。孔25は支持板24とキュアベース板10に1の孔を形成するものであり、孔25には板止めピン30が挿入される(図5参照)。
【0034】
ナット22や位置決めピン16を交換する際には板止めピン30が取り除かれ、図5左方向に支持板24をスライドする。図6は図4の6−6断面に相当するが、図6は図4と比較して支持板24をキャリアベース板10から取り除いた状態であり、ナット22も位置決めピン16の外側に描くことで、ナット22や位置決めピン16が開口部から着脱可能であることを明示している。さらに、この図6から分かるように、本実施形態ではキュアベース板10には溝32が形成されている。支持板24は、溝32に挿入されてキュアベース板10に取り付けられるため、この溝32に沿ってスライドされて取り外される。
【0035】
また、本実施形態ではナット22は位置決めピン16の下部にあって、その構造から位置決めピン16に覆われ、回転しないように設置(装着)されている。図7は本実施形態の位置決めピン16について説明する図であり、図7Aは断面図、図7Bは底面図を表す。そして位置決めピン16自体も、図7から分かるようにその下部形状を例えば四角形とすることで、キュアベース板10の開口部に対して回転しないように設置(装着)されている。このことによってボルト18をナット22から取り外しても支持板24がキュアベース板10に取り付けられている限りは、ナット22の位置はずれない(固定されている)ため、再度ボルトを挿入した際にも容易にボルト締めができる。
【0036】
本実施形態では位置決めピン16が貫通孔を有している構成としたがこれは本発明の必須構成要件ではない。貫通孔がない場合、前述したボルト締めによるベース板とケースをキュアベース板10に押し付ける(密着させる)効果は得られない。しかしながら、位置決めピン16によりベース板12とケース14にそれぞれ形成された取り付け用の穴を一致させることができ、しかも前述した「ベース板12とケース14の熱膨張に追従する」こともできるため内部応力の蓄積を回避できるから本発明の効果を失わない。
【0037】
本実施形態ではケース14とベース板12を個別に冶具(キュアベース板10)へ搭載することとしたが本発明はこれに限定されない。ケース14とベース板12が接着剤などで仮固定され一体化された状態で冶具(キュアベース板10)に搭載してもよい。
【0038】
本実施形態ではワッシャー20がケース14の上面に乗るように配置したが本発明はこれに限定されない。例えばボルト18の頭部がケース14の上面に乗る構成としても、ボルト締めによりベース板12とケース14をキュアベース板10に押し付ける効果を得られるから本発明の効果を失わない。
【0039】
本発明の特徴は位置決めピンを用いてベース板とケースの取り付け用穴を基準とした位置合わせを行い、かつベース板とケースの熱膨張に追従できるように位置決めピンが接着面に対して平行方向に移動可能であることが特徴である。よって上述した変形に加えて本発明の範囲を逸脱しない様々な変形が可能である。
【0040】
実施の形態2
本実施形態はベース板とケースの接着の際に、同時に電極を押さえるための機構を備えた冶具と、これを用いた半導体装置の製造方法に関する。以後、本実施形態について図9、10、11を参照して説明する。図9は本実施の形態における冶具に半導体装置が装着されている状態を表した断面図であり、図11は平面図である。ここで、図9は図11における9−9矢示図であって、説明の便宜のために例えば位置決めピン16などを可視化した図である。また、図10は図9の一部を拡大したものである。なお、図9、10、11において実施形態1で用いられた符号と同一の符号が付された構成要素は実施形態1で説明したものと同一であるから説明を省略する。
【0041】
本実施形態で用いられるボルト50にはカラー40が取り付けられている。ボルト50の頭部とカラー40とに挟まれる位置に電極押さえブロック44が配置される。電極押さえブロック44は後述する電極を下方向(はんだ54を介して電極42が絶縁基板46に押し付けられる方向)に押さえつけるものである。前述の通り電極押さえブロック44はその一部がボルト50の頭部とカラー40とに挟まれて配置されているからボルト50と連動する。なお、カラー40および電極押さえブロック44はSUS製で、電極押さえブロック44についてはその一部、電極と当接する部分に樹脂製部分48を備える。
【0042】
一方、ベース板12には絶縁基板46が搭載され、絶縁基板46には配線パターン(図示なし)が形成されており、その配線パターン上にパワーデバイスなどの半導体素子(図示なし)が実装されている。電極42ははんだ54により絶縁基板46の配線パターン上における所定位置と接続されている。
【0043】
本実施形態ではボルト締めが行われると、ボルト50と連動する電極押さえブロック44の一部である樹脂製部分48が電極42の一部と接触し、電極42を下方向に押し付ける。これにより、接着剤の加熱よって起こるベース板12とケース14の膨張に伴う電極42の浮きを抑制できる。ここで、ベース板12とケース14の膨張が軽微であっても、はんだ54の軟化による電極の浮きの問題も起こりえるが本実施形態のように電極を押さえつけた状態で接着剤の加熱を行うことでそのような問題を回避できる。
【0044】
さらに、図11から把握されるように電極押さえブロック44を2のボルト50と接続し1の電極押さえブロック44によって複数の電極42を下方向に押さえつけることとすることが電極42の安定を確保するために好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】実施の形態1のベース板とケースの接着方法について説明する図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】キュアベース板の構成を説明する平面図である。
【図4】支持板について説明する図である。
【図5】図4の正面図で板止めピンが取り付けられえた状態を説明する図である。
【図6】図4の側面図で支持板を除いた状態を説明する図である。
【図7】ナットの位置決めピン内部に配置されることを説明する図である。
【図8】キュアベース板にベース板とケースが搭載された構成を説明する平面図である。
【図9】実施の形態2のベース板とケースの接着方法について説明する図である。
【図10】図9の電極周辺の拡大図である。
【図11】図9の平面図である。
【図12】比較例の平面図である。
【図13】比較例の正面図である。
【符号の説明】
【0046】
10 キュアベース板、 12 ベース板、 14 ケース、 15 ストッパー、 16 位置決めピン、 18 ボルト、 22 ナット、 24 支持板、 26 接着剤、 42 電極、 44 電極押さえブロック、 46 絶縁基板
【特許請求の範囲】
【請求項1】
キュアベース板上にベース板を搭載し、前記ベース板上に、前記ベース板とケースの接着面間に接着剤を挟むようにして前記ケースを搭載し、前記キュアベース板から前記接着剤に熱供給して前記接着剤を熱硬化させることで前記ベース板と前記ケースの接着を行う半導体装置の製造方法において、
前記キュアベース板の上面に対して平行方向に移動可能なように前記キュアベース板に取り付けられ、前記キュアベース板の上面から突出した部分である突出部分を有する位置決めピンに、前記ベース板に形成された第1の取り付け穴と前記ケースに形成された第2の取り付け穴とが嵌合した状態で前記接着を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記位置決めピンは前記接着面に対して垂直方向に前記位置決めピンを貫く貫通穴を備え、
前記キュアベース板は、前記位置決めピンが前記突出部分の突出方向に移動することを制限するストッパーを備え、
前記接着を行う前に、前記貫通穴に、ワッシャー又はボルト頭部が前記ケースの上面に乗るように前記ケースの上方向からボルトを挿入し、さらに前記位置決めピンを下支えするナットと前記ボルトとでボルト締めを行い、
前記ボルト締めにより前記ケースと前記ベース板を前記キュアベース板に押し付けた状態で前記接着を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記キュアベース板の底部には、前記ナット又は前記位置決めピンを前記キュアベース板の底部から取り出すための開口が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
上面にはんだ付けにより電極が接続された絶縁基板を前記ベース板上に配置し、
前記ボルトと連動する電極押さえブロックにより、前記電極を下方向に押し付けた状態で前記接着を行なうことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項1】
キュアベース板上にベース板を搭載し、前記ベース板上に、前記ベース板とケースの接着面間に接着剤を挟むようにして前記ケースを搭載し、前記キュアベース板から前記接着剤に熱供給して前記接着剤を熱硬化させることで前記ベース板と前記ケースの接着を行う半導体装置の製造方法において、
前記キュアベース板の上面に対して平行方向に移動可能なように前記キュアベース板に取り付けられ、前記キュアベース板の上面から突出した部分である突出部分を有する位置決めピンに、前記ベース板に形成された第1の取り付け穴と前記ケースに形成された第2の取り付け穴とが嵌合した状態で前記接着を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記位置決めピンは前記接着面に対して垂直方向に前記位置決めピンを貫く貫通穴を備え、
前記キュアベース板は、前記位置決めピンが前記突出部分の突出方向に移動することを制限するストッパーを備え、
前記接着を行う前に、前記貫通穴に、ワッシャー又はボルト頭部が前記ケースの上面に乗るように前記ケースの上方向からボルトを挿入し、さらに前記位置決めピンを下支えするナットと前記ボルトとでボルト締めを行い、
前記ボルト締めにより前記ケースと前記ベース板を前記キュアベース板に押し付けた状態で前記接着を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記キュアベース板の底部には、前記ナット又は前記位置決めピンを前記キュアベース板の底部から取り出すための開口が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
上面にはんだ付けにより電極が接続された絶縁基板を前記ベース板上に配置し、
前記ボルトと連動する電極押さえブロックにより、前記電極を下方向に押し付けた状態で前記接着を行なうことを特徴とする請求項2に記載の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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2010−45179(P2010−45179A)
【公開日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−208048(P2008−208048)
【出願日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
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