治具、及び半導体モジュールの成型方法
【課題】半導体モジュールの製造コストや製造期間を小さく抑えることができ、多品種少量の半導体モジュールの生産に適した治具を提供する。
【解決手段】治具２０は、半導体チップを備える絶縁基板が樹脂により被覆される半導体モジュールの成型に使用される。治具２０は、絶縁基板が載置されるベースプレート３０と、ベースプレート３０に載置されて、絶縁基板の周囲を囲む環状の枠体４０とを備える。枠体４０は、ベースプレート３０上に載置された状態で、絶縁基板の上方に位置する開口４０ｂを有する。
【解決手段】治具２０は、半導体チップを備える絶縁基板が樹脂により被覆される半導体モジュールの成型に使用される。治具２０は、絶縁基板が載置されるベースプレート３０と、ベースプレート３０に載置されて、絶縁基板の周囲を囲む環状の枠体４０とを備える。枠体４０は、ベースプレート３０上に載置された状態で、絶縁基板の上方に位置する開口４０ｂを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体モジュールの成型に使用する治具、該治具を用いて半導体モジュールを成型する方法、及び前記治具を用いて成型された半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴやダイオードなどの半導体チップが、絶縁基板上に集積された半導体モジュールが、インバータなどの電力変換装置に使用されている。
【０００３】
この半導体モジュールでは、電流を取り出すための外部端子を固定したり、各種信頼性環境試験に耐えられるように、樹脂モールドによるパッケージングが行われる。このパッケージの構造の例として、バッファモールドと称される構造（以下、バッファモールド構造）がある。このバッファモールド構造の半導体モジュールでは、上記絶縁基板として、樹脂絶縁層を含む金属絶縁基板や（特許文献１）、ＤＢＣ（Direct Bonding Copper）絶縁基板（特許文献２）が用いられる。
【０００４】
図１７は、従来のバッファモールド構造の半導体モジュールの例を示している。図１７に示す半導体モジュール２００は、金属絶縁基板２０１を用いたものである。金属絶縁基板２０１は、樹脂絶縁層２０１ａや銅箔層２０１ｂがアルミ製の放熱ベース板２０１ｃの上に順次載置された構造を有し、半導体チップ２０２や外部端子２０３が、金属絶縁基板２０１（詳細には銅箔層２０１ｂ）に半田により接続される。半導体チップ２０２は、アルミワイヤ等により銅箔層に接続された後、シリコーンゲルゴム２０４により被覆され、シリコーンゲルゴム２０４は、エポキシ樹脂２０５により被覆される。シリコーンゲルゴム２０４やエポキシ樹脂２０５が充填される空間は、環状の樹脂ケース２０６によって構成される。半導体モジュール２００の製造過程では、樹脂ケース２０６が放熱ベース板２０１に接着された後、樹脂ケース２０６の内側に、シリコーンゲルゴム２０４と、エポキシ樹脂２０５とが順次投入される。
【０００５】
なお、シリコーンゲルゴム２０４は、樹脂ケース２０６を構成する樹脂に比して熱膨張係数が大きい。このため、半導体モジュール２００が温度サイクル試験に供されるときなど、シリコーンゲルゴム２０４が高温に加熱される場合には、シリコーンゲルゴム２０４に生じる熱膨張により、外部端子２０３が引っ張られて、外部端子２０３の接続に用いられる半田等が引き剥がされる虞れがある。これを防止するため、シリコーンゲルゴム２０４に被覆される外部端子２０３の部分２０３ａを、Ｓ字状に湾曲させる（「Ｓベンド」と称される）などの対策が行われる。
【０００６】
また、ＤＢＣ絶縁基板が用いられてバッファモールド構造の半導体モジュールが製造される場合には、樹脂ケースがＤＢＣ絶縁基板の装着された銅ヒートシンク上に接着され、樹脂ケースの内側に、シリコーンゲルゴムと、エポキシ樹脂とが順次投入される。
【０００７】
また、樹脂モールドによるパッケージ構造の他の例として、ダイレクトモールドと称される構造（以下、ダイレクトモールド構造）がある。このダイレクトモールド構造の半導体モジュールにおいても、樹脂絶縁層を含む金属絶縁基板（特許文献３）や、ＤＢＣ絶縁基板（特許文献４）が用いられる。
【０００８】
図１８は、従来のダイレクトモールド構造の半導体モジュールの例を示している。図１８に示す半導体モジュール３００は、金属絶縁基板３０１を用いたものであり、金属絶縁基板３０１は、樹脂絶縁層３０１ａや銅箔層３０１ｂが金属製の放熱ベース板３０１ｃ上に順次載置された構造を有している。半導体チップ３０２が半田により金属絶縁基板３０１に接続され（詳細には銅箔層３０１ｂに接続され）、外部端子３０３はアルミワイヤ３０４を介して半導体チップ３０２に接続される。半導体チップ３０２やアルミワイヤ３０４は、熱硬化性のトランスファモールド樹脂３０５で直接封止される。なお、この種のダイレクトモールド構造には、銅箔層３０１ｂと外部端子３０３が例えば銅合金からなるリードフレームで一体化している例もある。
【０００９】
また、ＤＢＣ絶縁基板が用いられてダイレクトモールド構造の半導体モジュールが製造される場合は、図１８の例と同様、半導体チップが、ＤＢＣ絶縁基板に半田により接続され、半導体チップ等が、トランスファモールド樹脂で直接封止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−０８５１６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３５７０号公報
【特許文献３】特開２００１−１９６４９５号公報
【特許文献４】特開２００１−２８４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１７のバッファモールド構造の半導体モジュール２００を量産する場合には、各半導体モジュール２００毎に樹脂ケース２０６を設ける必要がある。このため、各半導体モジュール２００毎に、樹脂ケース２０６の材料費や、樹脂ケース２０６の接着に使用する材料の費用を要し、またさらには、樹脂ケース２０６の成型に用いる金型の製造費を要するため、製造コストが高くなる虞れがある。また、各半導体モジュール２００毎に、樹脂ケース２０６を形成する工程や、樹脂ケース２０６を接着する工程を要し、またさらには、樹脂ケース２０６の成型に用いる金型の製作工程を要するため、製造に要する時間が長くなる。
【００１２】
また、図１８のダイレクトモールド構造の半導体モジュール３００を成型する際には、上下２分割されたダイセット金型の内部に金属絶縁基板３０１が配置され、外部端子３０３は、樹脂投入用の貫通孔に通されて、先端がダイセット金型の側方に延び出される。この成型方法によれば、外部端子３０３が半導体モジュール３００の側面３００ａから横に延び出ることになり、外部端子３０３を半導体モジュール３００の上方に配置される制御回路基板等に接続するためには、外部端子３０３を折り曲げる必要がある（図１８の破線参照）。この場合、トランスファモールド樹脂の硬化後に、外部端子３０３を折り曲げる工程を追加する必要があるため、半導体モジュール３００の製造に要する工期は長くなる。
【００１３】
また、ダイセット金型の製造費は非常に高価であるとともに、ダイセット金型を用いて半導体モジュールを成型する場合には、高温度や高圧力に耐え、且つ寸法誤差の管理を高精度に行う必要があることから、金型の製作には長い工期と高額な費用を要する。これらの理由から、ダイセット金型は、多品種少量の半導体モジュールを生産する場合にはほとんど使用されず、半導体モジュールを大量生産する場合にのみ使用される。
【００１４】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体モジュールの製造コストや製造期間を小さく抑えることができ、多品種少量の半導体モジュールの生産に適した治具、該治具を用いて半導体モジュールを成型する方法、及び前記治具を用いて成型された半導体モジュールに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる治具は、半導体チップが搭載される絶縁基板が樹脂により被覆される半導体モジュールの成型に使用される治具であって、
前記絶縁基板が載置されるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置されて、前記絶縁基板の周囲を囲む環状の枠体とを備え、
前記枠体は、前記ベースプレート上に載置された状態で、前記絶縁基板の上方が開口することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置されて、この状態で前記枠体の開口を塞がない形状を呈する押さえ板と、
一端の外周面に螺旋溝が形成された小径部、及び小径部の他端に連なる大径部から構成される螺旋とをさらに備え、
前記押さえ板には、第１の貫通孔が設けられ、前記枠体には、第２の貫通孔が設けられ、前記ベースプレートには、壁面に螺旋溝を有する螺旋孔が設けられ、
前記枠体が前記ベースプレートに載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第１の貫通孔、前記第２の貫通孔、及び前記螺旋孔は、同軸線上に位置して、これらに前記螺旋の小径部が通されるとともに、前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合され、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記大径部は、前記押さえ板を前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記押さえ板は、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記押さえ板は、前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置された状態で、該枠体の端部の略全体と接することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記押さえ板及び前記枠体のうち一方には、突起が形成され、
前記押さえ板及び前記枠体の他方には、前記突起が嵌め込まれる嵌合孔が形成されることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記半導体モジュールは、前記絶縁基板上の所定位置に載置されるスリーブを有し、
前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部には、前記開口の中央側に突出する突出部が設けられて、該突出部は、前記枠体が前記ベースプレート上に載置された状態で、前記スリーブを覆い、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記押さえ板が、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることで、前記突出部は、前記スリーブを前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記スリーブは、前記絶縁基板を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記突出部の基端における内面は、断面円弧状に湾曲して、前記枠体の内周面に連続することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記突出部には、第３の貫通孔が設けられ、前記スリーブには、第４の貫通孔が設けられ、前記絶縁基板には第５の貫通孔が設けられ、
前記スリーブが前記絶縁基板に載置され、前記枠体が前記ベースプレートの外周部に載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第３の貫通孔、前記第４の貫通孔、及び前記第５の貫通孔は、同軸線上に位置して、これらに柱状の位置決めピンが通されることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記位置決めピンと、前記第４の貫通孔と、前記第５の貫通孔とは、略同一の径に形成されて、
前記第４の貫通孔と前記第５の貫通孔とは、前記位置決めピンの挿入により塞がれることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、前記枠体の内周面は、前記ベースプレートの反対側に向かうに従い漸次縮径となるテーパ面で形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第２の観点にかかる半導体モジュールの成型方法は、第１の観点にかかる前記治具を用いて半導体モジュールを成型する方法であって、
前記枠体の開口から、前記絶縁基板上に溶融状態のエポキシ樹脂を投入することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第３の観点にかかる半導体モジュールは、第１の観点にかかる前記治具を用いて成型された半導体モジュールであって、
前記半導体モジュールが前記治具から脱型された後において、前記位置決めピンは前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔から抜き出されて、前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔には、前記半導体モジュールを冷却フィンに固定するための柱状のピンが通されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の治具によれば、枠体により、エポキシ樹脂の充填空間が構成され、枠体の開口から、枠体の内側にエポキシ樹脂を投入することで半導体モジュールを成型することができる。これにより、エポキシ樹脂の充填空間を構成するために、半導体モジュールに樹脂ケースを設ける必要がない。このため、樹脂ケースの材料費、樹脂ケースの接着材、樹脂ケースの成型に用いる金型の製造費を省略できるため、半導体モジュールの製造コストを小さく抑えることができる。また、樹脂ケースを形成するための金型の製作工程や、樹脂ケースの接着や硬化に要する工程を省略することができるため、半導体モジュールの製造に要する工期短縮が図られる。
【００２７】
また、枠体の内側にエポキシ樹脂を投入する際に、枠体の開口から外部端子を延び出させておくことで、外部端子が上面から延び出た半導体モジュールが成型される。これにより、外部端子を半導体モジュールの上方に配置される制御回路基板等に接続するために、外部端子を折り曲げる必要がない。すなわち、本発明の治具を上述のように使用することで、半導体モジュールの成型後における外部端子の折り曲げ工程を省略できるため、半導体モジュールの工期短縮が図られる。
【００２８】
また、本発明の治具を使用する場合には、ダイセット金型を使用する場合に比して、温度や圧力の管理を高精度に行う必要がない。このため、半導体モジュールの製造に要する設備を小規模なものとすることができる。また、本発明の治具は、ダイセット金型に比して、製造コストが小さい。以上のことから、本発明の治具は、多品種少量の半導体モジュールの生産に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における半導体モジュールを上方から視た斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体モジュールを下方から視た斜視図である。
【図３】半導体モジュールの内部を示す透過斜視図である。
【図４】半導体モジュールの断面図であり、図４（ａ）は、図１〜３のａ−ａ線で切断した状態を示し、図４（ｂ）は、図１〜３のｂ−ｂ線で切断した状態を示す。
【図５】半導体モジュールが、冷却フィン上に載置された状態を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態における治具を示す分解斜視図であり、治具を上方から視た状態を示す。
【図７】本発明の実施の形態における治具を示す分解斜視図であり、治具を下方から視た状態を示す。
【図８】ベースプレートの拡大図であり、図８（ａ）は、ベースプレートの平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図８（ｃ）は、図８（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図９】枠体の拡大図であり、図９（ａ）は、枠体の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図、図９（ｄ）は、図９（ａ）のｄ−ｄ線断面図である。
【図１０】枠体の内周面を示す断面図であり、図９（ｂ）のＡ範囲を拡大して示す。
【図１１】押さえ板の拡大図であり、図１１（ａ）は、押さえ板の平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図１２】治具を組み立てる手順を示す斜視図である。
【図１３】治具を組み立てる手順を示す斜視図である。
【図１４】治具を組み立てる手順を示す斜視図である。
【図１５】治具の断面図であり、図１５（ａ）は、図１４（ｆ）のａ−ａ線断面図、図１５（ｂ）は、図１４（ｇ）のｂ−ｂ線断面図、図１５（ｃ）は、図１４（ｇ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図１６】半導体モジュールを治具から脱型する手順を示す断面図である。
【図１７】従来のバッファモールド構造の半導体モジュールの例を示す概略図である。
【図１８】従来のダイレクトモールド構造の半導体モジュールの例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
【００３１】
図１，２は、本発明の実施の形態における半導体モジュール１の斜視図である。図１は、半導体モジュール１を上方から視た状態を示す。図２は、半導体モジュール１を下方から視た状態を示す。図３は、図１の対応図であり、半導体モジュール１の内部を示す透過斜視図である。図４は、半導体モジュール１の断面図である。図４（ａ）は、図１〜３のａ−ａ線で切断した状態を示す。図４（ｂ）は、図１〜３のｂ−ｂ線で切断した状態を示す。また、図５は、半導体モジュール１が、冷却フィン１００上に載置された状態を示す概略図である。
【００３２】
半導体モジュール１は、入出力電流容量が１０Ａ以上１０００Ａ以下のパワーモジュールであり、インバータ装置などの電力変換装置に使用される。
【００３３】
半導体モジュール１は、図３に示すように、半導体チップ２と、外部端子４と、絶縁基板５と、スリーブ６と、エポキシ樹脂７とを備える。なお、外部端子４は、パワーモジュールの入出力電流容量に応じて大きさや形状が任意に変更可能である（例えば、外部端子４は、ネジ端子等に変更可能である）。
【００３４】
絶縁基板５は、内部回路９と、絶縁樹脂層１０と、放熱ベース板１１とから構成される（図５）。絶縁基板５の一方の面５ａを構成する内部回路９には、半導体チップ２及び外部端子４や、電子部品（図示せず）が搭載される。なお、絶縁基板５は、金属放熱ベース板を有するＤＢＣ絶縁基板に変更されてもよい。
【００３５】
半導体チップ２は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードチップなどのパワーチップや、ドライバーチップであり、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮから形成される。
【００３６】
電子部品は、例えば、抵抗、コンデンサ、温度検出サーミスタ、温度検出ＩＣ、或いは、電流センサとしての電流検出シャント抵抗器である。
【００３７】
内部回路９は、銅箔をエッチングすることで形成される。半導体チップ２と電子部品と外部端子４とは、半田で内部回路９に固定される。内部回路９は、アルミニウム製のワイヤを通じて、半導体チップ２と外部端子４とを電気的に接続し、また、電子部品と外部端子４とを電気的に接続する
【００３８】
半導体モジュールは、ダイレクトモールド構造を有し、絶縁基板５の一方の面５ａが熱硬化性のエポキシ樹脂７に直接被覆される。内部回路９上の半導体チップ２や電子部品は、その全体がエポキシ樹脂７に被覆され、外部端子４は、内部回路９への固定位置から上方へ向けて延びて、その先端が半導体モジュール１の上面１ａから延び出ている。
【００３９】
エポキシ樹脂７は、例えば１２５℃で硬化する熱硬化性樹脂である。エポキシ樹脂７は、フィラの混入により、熱膨張係数や熱伝導度が所定の範囲内に設定される。
【００４０】
放熱ベース板１１（図５）は、例えば熱膨張係数が１７ｐｐｍ／℃である銅から形成される。内部回路９と放熱ベース板１１とは、これらの間に形成される絶縁樹脂層１０により、電気的に絶縁される。
【００４１】
絶縁基板５の他方の面５ｂは、放熱ベース板１１により構成され、半導体モジュールの外側に露出する（図２）。絶縁基板５の他方の面５ｂでは、絶縁基板５の４隅に設けられた貫通孔１４が開口している。
【００４２】
スリーブ６（図１，３，４）は、絶縁基板５の一方の面５ａの例えば４隅に載置される。スリーブ６は、黄銅から形成される円筒体であり、周囲がエポキシ樹脂７により被覆される。半導体モジュール１の上面１ａでは、スリーブ６の貫通孔１５が開口している。貫通孔１５は、絶縁基板５の貫通孔１４（図２，図４（ａ））と略同一の径を有しており、貫通孔１４とともに、半導体モジュール１を上下に貫く孔を構成する。
【００４３】
半導体モジュール１は、半導体チップ２の熱を外部に逃すため、図５に示すように、冷却フィン１００の上に搭載される。この状態において、絶縁基板５の他方の面５ｂを構成する放熱ベース板１１は、冷却フィン１００の載置面１００ａに接する。また、半導体モジュール１は、貫通孔１４，１５に通された柱状のピン９９（ピン９９は例えば螺旋である）が用いられて、冷却フィン１００に固定される。
【００４４】
次に、半導体モジュール１の成型に用いる治具２０について説明する。図６，７は、治具２０を示す分解斜視図である。図６は、治具２０を上方から視た状態を示す。図７は、治具２０を下方から視た状態を示す。
【００４５】
治具２０は、アルミから形成されるベースプレート３０と、テフロン（登録商標）から形成される枠体４０と、ステンレス鋼から形成される押さえ板５０とを備える。枠体４０は、ベースプレート３０の一方の表面３０ａに載置され、押さえ板５０は、枠体４０のベースプレート３０反対側の端部４０ａに載置される。
【００４６】
図８は、ベースプレート３０の拡大図である。図８（ａ）は、ベースプレート３０の平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【００４７】
ベースプレート３０は、絶縁基板５（二点鎖線で図示）よりも面積の大きな板材であり、表面３０ａの中央に絶縁基板５が載置される。絶縁基板５の外側に延び出る外周部３０ｂには、好ましくは６つの螺旋孔３１が形成される。このうち、４つの螺旋孔３１は、ベースプレート３０の隅に形成され、２つの螺旋孔３１は、ベースプレート３０の外縁をなす長辺の中央近傍に形成される。
【００４８】
図９は、枠体４０の拡大図である。図９（ａ）は、枠体４０の平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。図９（ｄ）は、図９（ａ）のｄ−ｄ線断面図である。
【００４９】
枠体４０は、絶縁基板５を内側に配置可能な環状を呈する。枠体４０は、ベースプレート３０の外周部３０ｂ（図８）に載置され、螺旋孔３１に対応する位置には、螺旋孔３１と同径の貫通孔４１が形成される。また、枠体４０の周方向に隣り合う２つの貫通孔４１の間には、嵌合孔４２が形成される。嵌合孔４２も、貫通孔４１と同様、枠体４０を貫通している。
【００５０】
枠体４０におけるベースプレート３０反対側の端部４０ａには、４つの突出部４３が設けられる。各突出部４３は、枠体４０の隅から、開口４０ｂの中央に向けて突出している。突出部４３には、貫通孔１４，１５（図１〜５）と同径の貫通孔４４が設けられる。
【００５１】
図１０は、枠体４０の内周面４０ｃを示す断面図であり、図９（ｂ）のＡ範囲を拡大して示す。
【００５２】
枠体４０の内周面４０ｃは、ベースプレート３０の反対側に向かうに従い漸次縮径となるテーパ面で形成される。内周面４０ｃは、枠体４０の厚さ方向に対して、好ましくは４°傾斜している。
【００５３】
また、突出部４３の基端における内面４０ｄは、断面円弧状に湾曲して、枠体４０の内周面４０ｃに連なる。
【００５４】
図１１は、押さえ板５０の拡大図である。図１１（ａ）は、押さえ板５０の平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【００５５】
押さえ板５０は、枠体４０の端部４０ａ（図９）と略一致する断面の環状を呈し、枠体４０の開口４０ｂと寸法が略一致する開口５０ａを有する。
【００５６】
螺旋孔３１及び貫通孔４１と対応する位置には、螺旋孔３１及び貫通孔４１と同径の貫通孔５１が設けられる。また、嵌合孔４２と対応する位置には、突起５２が設けられる。突起５２は、枠体４０の端部４０ａ（図９）に当接される下面５０ｂから突出しており、枠体４０の嵌合孔４２に係合可能である。
【００５７】
図１２〜１４は、治具２０を組み立てる手順を示す斜視図である。また、図１５は、治具２０の断面図である。図１５（ａ）は、図１４（ｆ）のａ−ａ線断面図である。図１５（ｂ）は、図１４（ｇ）のｂ−ｂ線断面図である。図１５（ｃ）は、図１４（ｇ）のｃ−ｃ線断面図である。以下、図１２〜１５を用いて、治具２０を組み立てる手順について説明する。
【００５８】
まず、絶縁基板５をベースプレート３０の中央に載置する（図１２（ａ））。この際には、絶縁基板５の一方の面５ａをベースプレート３０の反対側に向ける。また、ベースプレート３０の外周部３０ｂ（すなわち螺旋孔３１の形成範囲）が、絶縁基板５の外側に延び出るように、絶縁基板５の位置を調整する。
【００５９】
次に、絶縁基板５の四隅に、スリーブ６を載置する（図１２（ｂ）→（ｃ））。この際には、貫通孔１５と貫通孔１４とが上下に連なるように、スリーブ６の位置を調整する。
【００６０】
次に、貫通孔１４，１５に、位置決めピン６０を挿入する（図１２（ｃ）→図１３（ｄ））。位置決めピン６０は、テフロン（登録商標）等の離型性に優れる材料、あるいは、表面処理が施された素材から形成され、貫通孔１４，１５や貫通孔４４（図９）と略同一の径を有する。この位置決めピン６０の挿入により、絶縁基板５は、ベースプレート３０の中央に固定される。
【００６１】
なお、位置決めピン６０の長さは、貫通孔１４，１５の高さの合計よりも長く設定されており、位置決めピン６０が貫通孔１４，１５に挿入された状態では（図１３（ｄ））、位置決めピン６０の先端は、スリーブ６の先端から延び出る。
【００６２】
次に、枠体４０をベースプレート３０の外周部３０ｂに載置する（図１３（ｄ）→（ｅ））。この際には、貫通孔４４が、位置決めピン６０の先端に嵌め込まれるように、枠体４０の位置を調整する。
【００６３】
次に、押さえ板５０を枠体４０の端部４０ａに載置する（図１３（ｅ）→図１４（ｆ））。この際には、突起５２が嵌合孔４２に嵌め込まれるように（図１５（ａ）の状態）、押さえ板５０を枠体４０に載置する。このように載置された状態では（図１４（ｆ））、押さえ板５０は、枠体４０の端部４０ａの全体に接し（図１５（ａ））、枠体４０の開口４０ｂと、押さえ板５０の開口５０ａとは、上下に連なる。また、押さえ板５０の貫通孔５１と、枠体４０の貫通孔４１と、ベースプレート３０の螺旋孔３１とは、同軸線上に位置する（図１５（ｂ）の状態）。
【００６４】
次に、螺旋７０を用いて、ベースプレート３０と、枠体４０と、押さえ板５０とを一体にする（図１４（ｆ）→（ｇ））。
【００６５】
螺旋７０は、小径部７１と大径部７２とを有する（図１５（ｂ））。小径部７１では、一端７１ａの外周面に螺旋溝が形成される。大径部７２は、小径部７１の他端７１ｂに連なる。
【００６６】
上記構成の螺旋７０は、小径部７１が貫通孔５１，４１・螺旋孔３１に通された状態で、小径部７１の一端７１ａが、螺旋孔３１に係合される。これにより、ベースプレート３０と、枠体４０と、押さえ板５０とは、一体になる。
【００６７】
以上の作業により、治具２０の組み立ては完了する。この状態では、絶縁基板５は、周囲が枠体４０に囲まれ、その上方に、枠体４０及び押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａが位置している（図１５（ａ）〜（ｃ））。
【００６８】
また、図１５（ｃ）に示すように、スリーブ６は、突出部４３に上方が覆われ、貫通孔４４，１５，１４は、位置決めピン６０により隙間無く塞がれる。
【００６９】
また、図１５（ｂ）に示すように、螺旋７０が螺旋孔３１に係合することで、大径部７２は、押さえ板５０をベースプレート３０側に押し付け、この押し付けにより、押さえ板５０は、枠体４０とスリーブ６（図１５（ｃ））とをベースプレート３０側に押し付ける。さらに、スリーブ６は、絶縁基板５を、ベースプレート３０側に押し付ける。
【００７０】
そして、上記のように組み立てが完了した治具２０には、溶融状態のエポキシ樹脂７が注型される。具体的には、枠体４０・押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａから、枠体４０の内周面４０ｃを壁面とするキャビティに、エポキシ樹脂７が投入される。エポキシ樹脂７は、タンク内で加熱、撹拌された後、定量ポンプにより治具２０の開口部４０ｂ，５０ａに吐出される。この際、エポキシ樹脂７は低粘度の液状を呈し、治具２０は、例えば真空チャンバ内に配置された状態にある。
【００７１】
エポキシ樹脂７の注型が完了した後では、エポキシ樹脂７を硬化させるため、所定時間加熱が行われ、この後、治具２０は分解される。
【００７２】
図１６を用いて、半導体モジュール１を治具２０から脱型する手順について説明する。
【００７３】
まず、螺旋７０の螺旋孔３１への係合を解除して、螺旋７０を螺旋孔３１・貫通孔４１，５１から抜き出す（図１６（ａ）→（ｂ））。
【００７４】
次に、押さえ板５０及び枠体４０を、順次、ベースプレート３０の反対側に移動させて、治具２０を分解する（図１６（ｂ）→（ｃ））。この作業により、半導体モジュール１が治具２０から脱型される。この際には、枠体４０の内周面４０ｃ（図１０）が、テーパ面に形成されていることで、内周面４０ｃは、半導体モジュール１の外面Ｇに沿ってスムーズにスライドする。これにより、枠体４０を容易に取り外すことができる。また、突出部４３基端の内面４０ｄ（図１０）が、断面円弧状に湾曲していることから、内面４０ｄにより成型される半導体モジュール１の肩部Ｋに、バリが生じることが防止される。
【００７５】
次に、位置決めピン６０を、貫通孔１４，１５から抜き出す（図１６（ｃ）→（ｄ））。以上の作業が完了することで、半導体モジュール１は、電力変換装置として使用可能な状態になり、貫通孔１４，１５には、半導体モジュール１を冷却フィン１００に固定するための柱状のピン９９が通される（図５参照）。
【００７６】
なお、半導体モジュール１は、治具２０から脱型された後、キュアー炉に投入されて、再度、加熱されてもよい。
【００７７】
本実施の形態の治具２０によれば、枠体４０により、エポキシ樹脂７の充填空間が構成され、枠体４０及び押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａから、枠体４０の内側にエポキシ樹脂７を投入することで半導体モジュール１を成型することができる。これにより、エポキシ樹脂７の充填空間を構成するために、半導体モジュール１に樹脂ケース（図１７の符号２０６参照）を設ける必要がない。このため、樹脂ケースの材料費、樹脂ケースの接着材、樹脂ケースの成型に用いる金型の製造費を省略できるため、半導体モジュール１の製造コストを小さく抑えることができる。また、樹脂ケースを形成するための金型の製作工程や、樹脂ケースの接着や硬化に要する工程を省略することができるため、半導体モジュール１の製造に要する工期短縮が図られる。
【００７８】
また、枠体４０は、ベースプレート３０上に載置された状態で、開口４０ｂが絶縁基板５の上方に位置することから、エポキシ樹脂７の投入時に、外部端子４を開口４０ｂから上方へ延び出しておくことができる。これにより、外部端子４が上面１ａから延び出た本実施の形態の半導体モジュール１を成型することができる。この半導体モジュール１では、外部端子４を半導体モジュール１の上方に配置される制御回路基板等に接続するために、外部端子４を折り曲げる必要がない。このため、半導体モジュール１と制御回路基板との接続が容易である。また、治具２０を上述のように使用することで、エポキシ樹脂７の硬化後における外部端子４の折り曲げ工程を省略できるため、半導体モジュール１の工期短縮が図られる。
【００７９】
螺旋７０と螺旋孔との係合により、枠体４０は、押さえ板５０によりベースプレート３０側に押し付けられるため、枠体４０とベースプレート３０とは、密着した状態になる。このため、枠体４０とベースプレート３０の間から、エポキシ樹脂７が漏れることが防止される。また、押さえ板５０が、枠体４０の端部４０ａ全体に接することから、枠体は、その全体が押さえ板５０によって均等に押し付けられる。これにより、枠体４０とベースプレート３０との間の全周から、エポキシ樹脂７が漏れることが防止される。
【００８０】
さらに、螺旋７０と螺旋孔との係合した状態では、枠体４０の突出部４３が、スリーブ６をベースプレート３０側に押し付け、この押し付けにより、スリーブ６が絶縁基板５をベースプレート３０側に押し付ける。これにより、絶縁基板５がベースプレート３０に密着された状態で、エポキシ樹脂７の充填が行われる。これにより、絶縁基板５とベースプレート３０との間に、エポキシ樹脂７が入り込むことが防止されるため、半導体モジュール１は、絶縁基板５の他方の面５ｂ（放熱ベース板１１の下面）の全体が、外部に露出するようになる。このため、半導体モジュール１が冷却フィン１００に載置された状態では、半導体チップ２の熱が確実に絶縁基板５を介して冷却フィン１００に伝達される。これにより、半導体モジュール１は、放熱性に優れる。
【００８１】
押さえ板５０を枠体４０上に載置する際には、押さえ板５０の突起５２を枠体４０の嵌合孔４２に嵌め込むことで、押さえ板５０の位置決めが容易になり、押さえ板５０を枠体４０の端部４０ａ全体に確実に接触させることができる。
【００８２】
枠体４０をベースプレート３０の外周部３０ｂに載置する際には、貫通孔４４が、位置決めピン６０の先端に嵌め込むことで、枠体４０の位置決めが容易になる。
【００８３】
また、位置決めピン６０と貫通孔１４，１５の径が同一であることで、位置決めピン６０が貫通孔１４，１５に通された状態では、貫通孔１４，１５は隙間無く塞がれる。これにより、樹脂注型時に貫通孔１４，１５にエポキシ樹脂７が流入して、貫通孔１４，１５の径が小さくなることが防止される。このため、半導体モジュール１の成型後では、貫通孔１４，１５に、半導体モジュール１を冷却フィン１００に固定するためのピン９９を確実に通すことができる。
【００８４】
また、放熱ベース板１１が、エポキシ樹脂７に比して熱膨張係数の小さな胴から構成されていることで、エポキシ樹脂７の硬化時における放熱ベース板１１の収縮量は小さくなる。このため、放熱ベース板１１は、冷却フィン１００側へ凸に湾曲する形状を呈するようになる。これにより、半導体モジュール１を、冷却フィン１００上に搭載した状態では、放熱ベース板１１と冷却フィン１００とは隙間無く密着するようになる。よって、本実施の形態の半導体モジュール１は、半導体チップ２の熱を確実に冷却フィン１００へ伝達させることができるため、放熱性に優れる。
【００８５】
また、枠体４０及び押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａから、絶縁基板５上にエポキシ樹脂７を投入することで、絶縁基板５の略全体がエポキシ樹脂７で覆われたダイレクトモールド構造の半導体モジュール１が成型される。この場合には、シリコーンゲルゴム（図１７の符号２０４参照）の存在しない半導体モジュール１が得られることで、外部端子４を、図１７の外部端子２０３のように、Ｓ字状に湾曲させる必要がない。これにより、外部端子４の製造コストは小さく抑えられ、半導体モジュール１の生産効率が向上する。また、シリコーンゲルゴムが存在しないことで、シリコーンゲルゴムの熱膨張により、外部端子４を絶縁基板５に接続する半田が剥がされたり、さらには、シリコーンゲルゴムとエポキシ樹脂７との熱膨張の差により生じる応力から、外部端子４に損傷が生じることもない。以上の効果は、絶縁基板５にＤＢＣ絶縁基板を用いる場合でも、同様に得られる。
【００８６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、種々改変することができる。
【００８７】
例えば、枠体４０の嵌合孔４２（図９）は、必ずしも、枠体４０を貫通している必要はなく、押さえ板５０の突起５２（図１１）を嵌め込み可能な任意の深さに設定される。
【００８８】
また、押さえ板５０に、嵌合孔４２が設けられ、枠体４０の突出部４３に、突起５２が設けられるようにしてもよい。
【００８９】
また、押さえ板５０は、枠体４０上に載置された状態で、枠体４０の開口４０ｂを塞がない任意の形状に設定され得る。
【００９０】
また、ベースプレート３０、枠体４０、及び押さえ板５０を一体にする方法は、実施の形態で示した螺旋を用いる方法に限られない。例えば、スプリングを用いて、ベースプレート３０、枠体４０、及び押さえ板５０を圧接させるようにしてもよい。
【００９１】
また、押さえ板５０は、治具２０から省略され得る。この場合、枠体４０とベースプレート３０とは、貫通孔４１及び螺旋孔３１に通される螺旋や、或いはスプリングが用いられて一体にされる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 半導体モジュール
１ａ 上面
２ 半導体チップ
４ 外部端子
５ 絶縁基板
５ａ 絶縁基板の一方の面
５ｂ 絶縁基板の他方の面
６ スリーブ
７ エポキシ樹脂
９ 内部回路
１０ 絶縁樹脂層
１１ 放熱ベース板
１４ 貫通孔（第５の貫通孔）
１５ 貫通孔（第４の貫通孔）
２０ 治具
３０ ベースプレート
３０ａ 表面
３０ｂ 外周部
３１ 螺旋孔
４０ 枠体
４０ａ 端部
４０ｂ 開口
４０ｃ 内周面
４０ｄ 内面
４１ 貫通孔（第２の貫通孔）
４２ 嵌合孔
４３ 突出部
４４ 貫通孔（第３の貫通孔）
５０ 押さえ板
５０ａ 開口
５０ｂ 下面
５１ 貫通孔（第１の貫通孔）
５２ 突起
６０ 位置決めピン
６０ 位置決めピン
７０ 螺旋
７１ 小径部
７１ａ 一端
７１ｂ 他端
７２ 大径部
８０ 注型系統
８１ 真空チャンバ
８２，８３ タンク
８４ 混合定量ポンプ
８４ａ 吸引口
８４ｃ 吐出口
８５ 攪拌棒
８７，８９，９１ 配管
９９ ピン
１００ 冷却フィン、
１００ａ 載置面、
Ｋ 半導体モジュールの肩部
Ｇ 半導体モジュールの外面
【技術分野】
【０００１】
半導体モジュールの成型に使用する治具、該治具を用いて半導体モジュールを成型する方法、及び前記治具を用いて成型された半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴやダイオードなどの半導体チップが、絶縁基板上に集積された半導体モジュールが、インバータなどの電力変換装置に使用されている。
【０００３】
この半導体モジュールでは、電流を取り出すための外部端子を固定したり、各種信頼性環境試験に耐えられるように、樹脂モールドによるパッケージングが行われる。このパッケージの構造の例として、バッファモールドと称される構造（以下、バッファモールド構造）がある。このバッファモールド構造の半導体モジュールでは、上記絶縁基板として、樹脂絶縁層を含む金属絶縁基板や（特許文献１）、ＤＢＣ（Direct Bonding Copper）絶縁基板（特許文献２）が用いられる。
【０００４】
図１７は、従来のバッファモールド構造の半導体モジュールの例を示している。図１７に示す半導体モジュール２００は、金属絶縁基板２０１を用いたものである。金属絶縁基板２０１は、樹脂絶縁層２０１ａや銅箔層２０１ｂがアルミ製の放熱ベース板２０１ｃの上に順次載置された構造を有し、半導体チップ２０２や外部端子２０３が、金属絶縁基板２０１（詳細には銅箔層２０１ｂ）に半田により接続される。半導体チップ２０２は、アルミワイヤ等により銅箔層に接続された後、シリコーンゲルゴム２０４により被覆され、シリコーンゲルゴム２０４は、エポキシ樹脂２０５により被覆される。シリコーンゲルゴム２０４やエポキシ樹脂２０５が充填される空間は、環状の樹脂ケース２０６によって構成される。半導体モジュール２００の製造過程では、樹脂ケース２０６が放熱ベース板２０１に接着された後、樹脂ケース２０６の内側に、シリコーンゲルゴム２０４と、エポキシ樹脂２０５とが順次投入される。
【０００５】
なお、シリコーンゲルゴム２０４は、樹脂ケース２０６を構成する樹脂に比して熱膨張係数が大きい。このため、半導体モジュール２００が温度サイクル試験に供されるときなど、シリコーンゲルゴム２０４が高温に加熱される場合には、シリコーンゲルゴム２０４に生じる熱膨張により、外部端子２０３が引っ張られて、外部端子２０３の接続に用いられる半田等が引き剥がされる虞れがある。これを防止するため、シリコーンゲルゴム２０４に被覆される外部端子２０３の部分２０３ａを、Ｓ字状に湾曲させる（「Ｓベンド」と称される）などの対策が行われる。
【０００６】
また、ＤＢＣ絶縁基板が用いられてバッファモールド構造の半導体モジュールが製造される場合には、樹脂ケースがＤＢＣ絶縁基板の装着された銅ヒートシンク上に接着され、樹脂ケースの内側に、シリコーンゲルゴムと、エポキシ樹脂とが順次投入される。
【０００７】
また、樹脂モールドによるパッケージ構造の他の例として、ダイレクトモールドと称される構造（以下、ダイレクトモールド構造）がある。このダイレクトモールド構造の半導体モジュールにおいても、樹脂絶縁層を含む金属絶縁基板（特許文献３）や、ＤＢＣ絶縁基板（特許文献４）が用いられる。
【０００８】
図１８は、従来のダイレクトモールド構造の半導体モジュールの例を示している。図１８に示す半導体モジュール３００は、金属絶縁基板３０１を用いたものであり、金属絶縁基板３０１は、樹脂絶縁層３０１ａや銅箔層３０１ｂが金属製の放熱ベース板３０１ｃ上に順次載置された構造を有している。半導体チップ３０２が半田により金属絶縁基板３０１に接続され（詳細には銅箔層３０１ｂに接続され）、外部端子３０３はアルミワイヤ３０４を介して半導体チップ３０２に接続される。半導体チップ３０２やアルミワイヤ３０４は、熱硬化性のトランスファモールド樹脂３０５で直接封止される。なお、この種のダイレクトモールド構造には、銅箔層３０１ｂと外部端子３０３が例えば銅合金からなるリードフレームで一体化している例もある。
【０００９】
また、ＤＢＣ絶縁基板が用いられてダイレクトモールド構造の半導体モジュールが製造される場合は、図１８の例と同様、半導体チップが、ＤＢＣ絶縁基板に半田により接続され、半導体チップ等が、トランスファモールド樹脂で直接封止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−０８５１６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３５７０号公報
【特許文献３】特開２００１−１９６４９５号公報
【特許文献４】特開２００１−２８４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１７のバッファモールド構造の半導体モジュール２００を量産する場合には、各半導体モジュール２００毎に樹脂ケース２０６を設ける必要がある。このため、各半導体モジュール２００毎に、樹脂ケース２０６の材料費や、樹脂ケース２０６の接着に使用する材料の費用を要し、またさらには、樹脂ケース２０６の成型に用いる金型の製造費を要するため、製造コストが高くなる虞れがある。また、各半導体モジュール２００毎に、樹脂ケース２０６を形成する工程や、樹脂ケース２０６を接着する工程を要し、またさらには、樹脂ケース２０６の成型に用いる金型の製作工程を要するため、製造に要する時間が長くなる。
【００１２】
また、図１８のダイレクトモールド構造の半導体モジュール３００を成型する際には、上下２分割されたダイセット金型の内部に金属絶縁基板３０１が配置され、外部端子３０３は、樹脂投入用の貫通孔に通されて、先端がダイセット金型の側方に延び出される。この成型方法によれば、外部端子３０３が半導体モジュール３００の側面３００ａから横に延び出ることになり、外部端子３０３を半導体モジュール３００の上方に配置される制御回路基板等に接続するためには、外部端子３０３を折り曲げる必要がある（図１８の破線参照）。この場合、トランスファモールド樹脂の硬化後に、外部端子３０３を折り曲げる工程を追加する必要があるため、半導体モジュール３００の製造に要する工期は長くなる。
【００１３】
また、ダイセット金型の製造費は非常に高価であるとともに、ダイセット金型を用いて半導体モジュールを成型する場合には、高温度や高圧力に耐え、且つ寸法誤差の管理を高精度に行う必要があることから、金型の製作には長い工期と高額な費用を要する。これらの理由から、ダイセット金型は、多品種少量の半導体モジュールを生産する場合にはほとんど使用されず、半導体モジュールを大量生産する場合にのみ使用される。
【００１４】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体モジュールの製造コストや製造期間を小さく抑えることができ、多品種少量の半導体モジュールの生産に適した治具、該治具を用いて半導体モジュールを成型する方法、及び前記治具を用いて成型された半導体モジュールに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる治具は、半導体チップが搭載される絶縁基板が樹脂により被覆される半導体モジュールの成型に使用される治具であって、
前記絶縁基板が載置されるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置されて、前記絶縁基板の周囲を囲む環状の枠体とを備え、
前記枠体は、前記ベースプレート上に載置された状態で、前記絶縁基板の上方が開口することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置されて、この状態で前記枠体の開口を塞がない形状を呈する押さえ板と、
一端の外周面に螺旋溝が形成された小径部、及び小径部の他端に連なる大径部から構成される螺旋とをさらに備え、
前記押さえ板には、第１の貫通孔が設けられ、前記枠体には、第２の貫通孔が設けられ、前記ベースプレートには、壁面に螺旋溝を有する螺旋孔が設けられ、
前記枠体が前記ベースプレートに載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第１の貫通孔、前記第２の貫通孔、及び前記螺旋孔は、同軸線上に位置して、これらに前記螺旋の小径部が通されるとともに、前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合され、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記大径部は、前記押さえ板を前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記押さえ板は、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記押さえ板は、前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置された状態で、該枠体の端部の略全体と接することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記押さえ板及び前記枠体のうち一方には、突起が形成され、
前記押さえ板及び前記枠体の他方には、前記突起が嵌め込まれる嵌合孔が形成されることを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記半導体モジュールは、前記絶縁基板上の所定位置に載置されるスリーブを有し、
前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部には、前記開口の中央側に突出する突出部が設けられて、該突出部は、前記枠体が前記ベースプレート上に載置された状態で、前記スリーブを覆い、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記押さえ板が、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることで、前記突出部は、前記スリーブを前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記スリーブは、前記絶縁基板を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記突出部の基端における内面は、断面円弧状に湾曲して、前記枠体の内周面に連続することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記突出部には、第３の貫通孔が設けられ、前記スリーブには、第４の貫通孔が設けられ、前記絶縁基板には第５の貫通孔が設けられ、
前記スリーブが前記絶縁基板に載置され、前記枠体が前記ベースプレートの外周部に載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第３の貫通孔、前記第４の貫通孔、及び前記第５の貫通孔は、同軸線上に位置して、これらに柱状の位置決めピンが通されることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記位置決めピンと、前記第４の貫通孔と、前記第５の貫通孔とは、略同一の径に形成されて、
前記第４の貫通孔と前記第５の貫通孔とは、前記位置決めピンの挿入により塞がれることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、前記枠体の内周面は、前記ベースプレートの反対側に向かうに従い漸次縮径となるテーパ面で形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第２の観点にかかる半導体モジュールの成型方法は、第１の観点にかかる前記治具を用いて半導体モジュールを成型する方法であって、
前記枠体の開口から、前記絶縁基板上に溶融状態のエポキシ樹脂を投入することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第３の観点にかかる半導体モジュールは、第１の観点にかかる前記治具を用いて成型された半導体モジュールであって、
前記半導体モジュールが前記治具から脱型された後において、前記位置決めピンは前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔から抜き出されて、前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔には、前記半導体モジュールを冷却フィンに固定するための柱状のピンが通されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の治具によれば、枠体により、エポキシ樹脂の充填空間が構成され、枠体の開口から、枠体の内側にエポキシ樹脂を投入することで半導体モジュールを成型することができる。これにより、エポキシ樹脂の充填空間を構成するために、半導体モジュールに樹脂ケースを設ける必要がない。このため、樹脂ケースの材料費、樹脂ケースの接着材、樹脂ケースの成型に用いる金型の製造費を省略できるため、半導体モジュールの製造コストを小さく抑えることができる。また、樹脂ケースを形成するための金型の製作工程や、樹脂ケースの接着や硬化に要する工程を省略することができるため、半導体モジュールの製造に要する工期短縮が図られる。
【００２７】
また、枠体の内側にエポキシ樹脂を投入する際に、枠体の開口から外部端子を延び出させておくことで、外部端子が上面から延び出た半導体モジュールが成型される。これにより、外部端子を半導体モジュールの上方に配置される制御回路基板等に接続するために、外部端子を折り曲げる必要がない。すなわち、本発明の治具を上述のように使用することで、半導体モジュールの成型後における外部端子の折り曲げ工程を省略できるため、半導体モジュールの工期短縮が図られる。
【００２８】
また、本発明の治具を使用する場合には、ダイセット金型を使用する場合に比して、温度や圧力の管理を高精度に行う必要がない。このため、半導体モジュールの製造に要する設備を小規模なものとすることができる。また、本発明の治具は、ダイセット金型に比して、製造コストが小さい。以上のことから、本発明の治具は、多品種少量の半導体モジュールの生産に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における半導体モジュールを上方から視た斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体モジュールを下方から視た斜視図である。
【図３】半導体モジュールの内部を示す透過斜視図である。
【図４】半導体モジュールの断面図であり、図４（ａ）は、図１〜３のａ−ａ線で切断した状態を示し、図４（ｂ）は、図１〜３のｂ−ｂ線で切断した状態を示す。
【図５】半導体モジュールが、冷却フィン上に載置された状態を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態における治具を示す分解斜視図であり、治具を上方から視た状態を示す。
【図７】本発明の実施の形態における治具を示す分解斜視図であり、治具を下方から視た状態を示す。
【図８】ベースプレートの拡大図であり、図８（ａ）は、ベースプレートの平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図８（ｃ）は、図８（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図９】枠体の拡大図であり、図９（ａ）は、枠体の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図、図９（ｄ）は、図９（ａ）のｄ−ｄ線断面図である。
【図１０】枠体の内周面を示す断面図であり、図９（ｂ）のＡ範囲を拡大して示す。
【図１１】押さえ板の拡大図であり、図１１（ａ）は、押さえ板の平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図１２】治具を組み立てる手順を示す斜視図である。
【図１３】治具を組み立てる手順を示す斜視図である。
【図１４】治具を組み立てる手順を示す斜視図である。
【図１５】治具の断面図であり、図１５（ａ）は、図１４（ｆ）のａ−ａ線断面図、図１５（ｂ）は、図１４（ｇ）のｂ−ｂ線断面図、図１５（ｃ）は、図１４（ｇ）のｃ−ｃ線断面図である。
【図１６】半導体モジュールを治具から脱型する手順を示す断面図である。
【図１７】従来のバッファモールド構造の半導体モジュールの例を示す概略図である。
【図１８】従来のダイレクトモールド構造の半導体モジュールの例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
【００３１】
図１，２は、本発明の実施の形態における半導体モジュール１の斜視図である。図１は、半導体モジュール１を上方から視た状態を示す。図２は、半導体モジュール１を下方から視た状態を示す。図３は、図１の対応図であり、半導体モジュール１の内部を示す透過斜視図である。図４は、半導体モジュール１の断面図である。図４（ａ）は、図１〜３のａ−ａ線で切断した状態を示す。図４（ｂ）は、図１〜３のｂ−ｂ線で切断した状態を示す。また、図５は、半導体モジュール１が、冷却フィン１００上に載置された状態を示す概略図である。
【００３２】
半導体モジュール１は、入出力電流容量が１０Ａ以上１０００Ａ以下のパワーモジュールであり、インバータ装置などの電力変換装置に使用される。
【００３３】
半導体モジュール１は、図３に示すように、半導体チップ２と、外部端子４と、絶縁基板５と、スリーブ６と、エポキシ樹脂７とを備える。なお、外部端子４は、パワーモジュールの入出力電流容量に応じて大きさや形状が任意に変更可能である（例えば、外部端子４は、ネジ端子等に変更可能である）。
【００３４】
絶縁基板５は、内部回路９と、絶縁樹脂層１０と、放熱ベース板１１とから構成される（図５）。絶縁基板５の一方の面５ａを構成する内部回路９には、半導体チップ２及び外部端子４や、電子部品（図示せず）が搭載される。なお、絶縁基板５は、金属放熱ベース板を有するＤＢＣ絶縁基板に変更されてもよい。
【００３５】
半導体チップ２は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードチップなどのパワーチップや、ドライバーチップであり、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮから形成される。
【００３６】
電子部品は、例えば、抵抗、コンデンサ、温度検出サーミスタ、温度検出ＩＣ、或いは、電流センサとしての電流検出シャント抵抗器である。
【００３７】
内部回路９は、銅箔をエッチングすることで形成される。半導体チップ２と電子部品と外部端子４とは、半田で内部回路９に固定される。内部回路９は、アルミニウム製のワイヤを通じて、半導体チップ２と外部端子４とを電気的に接続し、また、電子部品と外部端子４とを電気的に接続する
【００３８】
半導体モジュールは、ダイレクトモールド構造を有し、絶縁基板５の一方の面５ａが熱硬化性のエポキシ樹脂７に直接被覆される。内部回路９上の半導体チップ２や電子部品は、その全体がエポキシ樹脂７に被覆され、外部端子４は、内部回路９への固定位置から上方へ向けて延びて、その先端が半導体モジュール１の上面１ａから延び出ている。
【００３９】
エポキシ樹脂７は、例えば１２５℃で硬化する熱硬化性樹脂である。エポキシ樹脂７は、フィラの混入により、熱膨張係数や熱伝導度が所定の範囲内に設定される。
【００４０】
放熱ベース板１１（図５）は、例えば熱膨張係数が１７ｐｐｍ／℃である銅から形成される。内部回路９と放熱ベース板１１とは、これらの間に形成される絶縁樹脂層１０により、電気的に絶縁される。
【００４１】
絶縁基板５の他方の面５ｂは、放熱ベース板１１により構成され、半導体モジュールの外側に露出する（図２）。絶縁基板５の他方の面５ｂでは、絶縁基板５の４隅に設けられた貫通孔１４が開口している。
【００４２】
スリーブ６（図１，３，４）は、絶縁基板５の一方の面５ａの例えば４隅に載置される。スリーブ６は、黄銅から形成される円筒体であり、周囲がエポキシ樹脂７により被覆される。半導体モジュール１の上面１ａでは、スリーブ６の貫通孔１５が開口している。貫通孔１５は、絶縁基板５の貫通孔１４（図２，図４（ａ））と略同一の径を有しており、貫通孔１４とともに、半導体モジュール１を上下に貫く孔を構成する。
【００４３】
半導体モジュール１は、半導体チップ２の熱を外部に逃すため、図５に示すように、冷却フィン１００の上に搭載される。この状態において、絶縁基板５の他方の面５ｂを構成する放熱ベース板１１は、冷却フィン１００の載置面１００ａに接する。また、半導体モジュール１は、貫通孔１４，１５に通された柱状のピン９９（ピン９９は例えば螺旋である）が用いられて、冷却フィン１００に固定される。
【００４４】
次に、半導体モジュール１の成型に用いる治具２０について説明する。図６，７は、治具２０を示す分解斜視図である。図６は、治具２０を上方から視た状態を示す。図７は、治具２０を下方から視た状態を示す。
【００４５】
治具２０は、アルミから形成されるベースプレート３０と、テフロン（登録商標）から形成される枠体４０と、ステンレス鋼から形成される押さえ板５０とを備える。枠体４０は、ベースプレート３０の一方の表面３０ａに載置され、押さえ板５０は、枠体４０のベースプレート３０反対側の端部４０ａに載置される。
【００４６】
図８は、ベースプレート３０の拡大図である。図８（ａ）は、ベースプレート３０の平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【００４７】
ベースプレート３０は、絶縁基板５（二点鎖線で図示）よりも面積の大きな板材であり、表面３０ａの中央に絶縁基板５が載置される。絶縁基板５の外側に延び出る外周部３０ｂには、好ましくは６つの螺旋孔３１が形成される。このうち、４つの螺旋孔３１は、ベースプレート３０の隅に形成され、２つの螺旋孔３１は、ベースプレート３０の外縁をなす長辺の中央近傍に形成される。
【００４８】
図９は、枠体４０の拡大図である。図９（ａ）は、枠体４０の平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。図９（ｄ）は、図９（ａ）のｄ−ｄ線断面図である。
【００４９】
枠体４０は、絶縁基板５を内側に配置可能な環状を呈する。枠体４０は、ベースプレート３０の外周部３０ｂ（図８）に載置され、螺旋孔３１に対応する位置には、螺旋孔３１と同径の貫通孔４１が形成される。また、枠体４０の周方向に隣り合う２つの貫通孔４１の間には、嵌合孔４２が形成される。嵌合孔４２も、貫通孔４１と同様、枠体４０を貫通している。
【００５０】
枠体４０におけるベースプレート３０反対側の端部４０ａには、４つの突出部４３が設けられる。各突出部４３は、枠体４０の隅から、開口４０ｂの中央に向けて突出している。突出部４３には、貫通孔１４，１５（図１〜５）と同径の貫通孔４４が設けられる。
【００５１】
図１０は、枠体４０の内周面４０ｃを示す断面図であり、図９（ｂ）のＡ範囲を拡大して示す。
【００５２】
枠体４０の内周面４０ｃは、ベースプレート３０の反対側に向かうに従い漸次縮径となるテーパ面で形成される。内周面４０ｃは、枠体４０の厚さ方向に対して、好ましくは４°傾斜している。
【００５３】
また、突出部４３の基端における内面４０ｄは、断面円弧状に湾曲して、枠体４０の内周面４０ｃに連なる。
【００５４】
図１１は、押さえ板５０の拡大図である。図１１（ａ）は、押さえ板５０の平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。
【００５５】
押さえ板５０は、枠体４０の端部４０ａ（図９）と略一致する断面の環状を呈し、枠体４０の開口４０ｂと寸法が略一致する開口５０ａを有する。
【００５６】
螺旋孔３１及び貫通孔４１と対応する位置には、螺旋孔３１及び貫通孔４１と同径の貫通孔５１が設けられる。また、嵌合孔４２と対応する位置には、突起５２が設けられる。突起５２は、枠体４０の端部４０ａ（図９）に当接される下面５０ｂから突出しており、枠体４０の嵌合孔４２に係合可能である。
【００５７】
図１２〜１４は、治具２０を組み立てる手順を示す斜視図である。また、図１５は、治具２０の断面図である。図１５（ａ）は、図１４（ｆ）のａ−ａ線断面図である。図１５（ｂ）は、図１４（ｇ）のｂ−ｂ線断面図である。図１５（ｃ）は、図１４（ｇ）のｃ−ｃ線断面図である。以下、図１２〜１５を用いて、治具２０を組み立てる手順について説明する。
【００５８】
まず、絶縁基板５をベースプレート３０の中央に載置する（図１２（ａ））。この際には、絶縁基板５の一方の面５ａをベースプレート３０の反対側に向ける。また、ベースプレート３０の外周部３０ｂ（すなわち螺旋孔３１の形成範囲）が、絶縁基板５の外側に延び出るように、絶縁基板５の位置を調整する。
【００５９】
次に、絶縁基板５の四隅に、スリーブ６を載置する（図１２（ｂ）→（ｃ））。この際には、貫通孔１５と貫通孔１４とが上下に連なるように、スリーブ６の位置を調整する。
【００６０】
次に、貫通孔１４，１５に、位置決めピン６０を挿入する（図１２（ｃ）→図１３（ｄ））。位置決めピン６０は、テフロン（登録商標）等の離型性に優れる材料、あるいは、表面処理が施された素材から形成され、貫通孔１４，１５や貫通孔４４（図９）と略同一の径を有する。この位置決めピン６０の挿入により、絶縁基板５は、ベースプレート３０の中央に固定される。
【００６１】
なお、位置決めピン６０の長さは、貫通孔１４，１５の高さの合計よりも長く設定されており、位置決めピン６０が貫通孔１４，１５に挿入された状態では（図１３（ｄ））、位置決めピン６０の先端は、スリーブ６の先端から延び出る。
【００６２】
次に、枠体４０をベースプレート３０の外周部３０ｂに載置する（図１３（ｄ）→（ｅ））。この際には、貫通孔４４が、位置決めピン６０の先端に嵌め込まれるように、枠体４０の位置を調整する。
【００６３】
次に、押さえ板５０を枠体４０の端部４０ａに載置する（図１３（ｅ）→図１４（ｆ））。この際には、突起５２が嵌合孔４２に嵌め込まれるように（図１５（ａ）の状態）、押さえ板５０を枠体４０に載置する。このように載置された状態では（図１４（ｆ））、押さえ板５０は、枠体４０の端部４０ａの全体に接し（図１５（ａ））、枠体４０の開口４０ｂと、押さえ板５０の開口５０ａとは、上下に連なる。また、押さえ板５０の貫通孔５１と、枠体４０の貫通孔４１と、ベースプレート３０の螺旋孔３１とは、同軸線上に位置する（図１５（ｂ）の状態）。
【００６４】
次に、螺旋７０を用いて、ベースプレート３０と、枠体４０と、押さえ板５０とを一体にする（図１４（ｆ）→（ｇ））。
【００６５】
螺旋７０は、小径部７１と大径部７２とを有する（図１５（ｂ））。小径部７１では、一端７１ａの外周面に螺旋溝が形成される。大径部７２は、小径部７１の他端７１ｂに連なる。
【００６６】
上記構成の螺旋７０は、小径部７１が貫通孔５１，４１・螺旋孔３１に通された状態で、小径部７１の一端７１ａが、螺旋孔３１に係合される。これにより、ベースプレート３０と、枠体４０と、押さえ板５０とは、一体になる。
【００６７】
以上の作業により、治具２０の組み立ては完了する。この状態では、絶縁基板５は、周囲が枠体４０に囲まれ、その上方に、枠体４０及び押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａが位置している（図１５（ａ）〜（ｃ））。
【００６８】
また、図１５（ｃ）に示すように、スリーブ６は、突出部４３に上方が覆われ、貫通孔４４，１５，１４は、位置決めピン６０により隙間無く塞がれる。
【００６９】
また、図１５（ｂ）に示すように、螺旋７０が螺旋孔３１に係合することで、大径部７２は、押さえ板５０をベースプレート３０側に押し付け、この押し付けにより、押さえ板５０は、枠体４０とスリーブ６（図１５（ｃ））とをベースプレート３０側に押し付ける。さらに、スリーブ６は、絶縁基板５を、ベースプレート３０側に押し付ける。
【００７０】
そして、上記のように組み立てが完了した治具２０には、溶融状態のエポキシ樹脂７が注型される。具体的には、枠体４０・押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａから、枠体４０の内周面４０ｃを壁面とするキャビティに、エポキシ樹脂７が投入される。エポキシ樹脂７は、タンク内で加熱、撹拌された後、定量ポンプにより治具２０の開口部４０ｂ，５０ａに吐出される。この際、エポキシ樹脂７は低粘度の液状を呈し、治具２０は、例えば真空チャンバ内に配置された状態にある。
【００７１】
エポキシ樹脂７の注型が完了した後では、エポキシ樹脂７を硬化させるため、所定時間加熱が行われ、この後、治具２０は分解される。
【００７２】
図１６を用いて、半導体モジュール１を治具２０から脱型する手順について説明する。
【００７３】
まず、螺旋７０の螺旋孔３１への係合を解除して、螺旋７０を螺旋孔３１・貫通孔４１，５１から抜き出す（図１６（ａ）→（ｂ））。
【００７４】
次に、押さえ板５０及び枠体４０を、順次、ベースプレート３０の反対側に移動させて、治具２０を分解する（図１６（ｂ）→（ｃ））。この作業により、半導体モジュール１が治具２０から脱型される。この際には、枠体４０の内周面４０ｃ（図１０）が、テーパ面に形成されていることで、内周面４０ｃは、半導体モジュール１の外面Ｇに沿ってスムーズにスライドする。これにより、枠体４０を容易に取り外すことができる。また、突出部４３基端の内面４０ｄ（図１０）が、断面円弧状に湾曲していることから、内面４０ｄにより成型される半導体モジュール１の肩部Ｋに、バリが生じることが防止される。
【００７５】
次に、位置決めピン６０を、貫通孔１４，１５から抜き出す（図１６（ｃ）→（ｄ））。以上の作業が完了することで、半導体モジュール１は、電力変換装置として使用可能な状態になり、貫通孔１４，１５には、半導体モジュール１を冷却フィン１００に固定するための柱状のピン９９が通される（図５参照）。
【００７６】
なお、半導体モジュール１は、治具２０から脱型された後、キュアー炉に投入されて、再度、加熱されてもよい。
【００７７】
本実施の形態の治具２０によれば、枠体４０により、エポキシ樹脂７の充填空間が構成され、枠体４０及び押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａから、枠体４０の内側にエポキシ樹脂７を投入することで半導体モジュール１を成型することができる。これにより、エポキシ樹脂７の充填空間を構成するために、半導体モジュール１に樹脂ケース（図１７の符号２０６参照）を設ける必要がない。このため、樹脂ケースの材料費、樹脂ケースの接着材、樹脂ケースの成型に用いる金型の製造費を省略できるため、半導体モジュール１の製造コストを小さく抑えることができる。また、樹脂ケースを形成するための金型の製作工程や、樹脂ケースの接着や硬化に要する工程を省略することができるため、半導体モジュール１の製造に要する工期短縮が図られる。
【００７８】
また、枠体４０は、ベースプレート３０上に載置された状態で、開口４０ｂが絶縁基板５の上方に位置することから、エポキシ樹脂７の投入時に、外部端子４を開口４０ｂから上方へ延び出しておくことができる。これにより、外部端子４が上面１ａから延び出た本実施の形態の半導体モジュール１を成型することができる。この半導体モジュール１では、外部端子４を半導体モジュール１の上方に配置される制御回路基板等に接続するために、外部端子４を折り曲げる必要がない。このため、半導体モジュール１と制御回路基板との接続が容易である。また、治具２０を上述のように使用することで、エポキシ樹脂７の硬化後における外部端子４の折り曲げ工程を省略できるため、半導体モジュール１の工期短縮が図られる。
【００７９】
螺旋７０と螺旋孔との係合により、枠体４０は、押さえ板５０によりベースプレート３０側に押し付けられるため、枠体４０とベースプレート３０とは、密着した状態になる。このため、枠体４０とベースプレート３０の間から、エポキシ樹脂７が漏れることが防止される。また、押さえ板５０が、枠体４０の端部４０ａ全体に接することから、枠体は、その全体が押さえ板５０によって均等に押し付けられる。これにより、枠体４０とベースプレート３０との間の全周から、エポキシ樹脂７が漏れることが防止される。
【００８０】
さらに、螺旋７０と螺旋孔との係合した状態では、枠体４０の突出部４３が、スリーブ６をベースプレート３０側に押し付け、この押し付けにより、スリーブ６が絶縁基板５をベースプレート３０側に押し付ける。これにより、絶縁基板５がベースプレート３０に密着された状態で、エポキシ樹脂７の充填が行われる。これにより、絶縁基板５とベースプレート３０との間に、エポキシ樹脂７が入り込むことが防止されるため、半導体モジュール１は、絶縁基板５の他方の面５ｂ（放熱ベース板１１の下面）の全体が、外部に露出するようになる。このため、半導体モジュール１が冷却フィン１００に載置された状態では、半導体チップ２の熱が確実に絶縁基板５を介して冷却フィン１００に伝達される。これにより、半導体モジュール１は、放熱性に優れる。
【００８１】
押さえ板５０を枠体４０上に載置する際には、押さえ板５０の突起５２を枠体４０の嵌合孔４２に嵌め込むことで、押さえ板５０の位置決めが容易になり、押さえ板５０を枠体４０の端部４０ａ全体に確実に接触させることができる。
【００８２】
枠体４０をベースプレート３０の外周部３０ｂに載置する際には、貫通孔４４が、位置決めピン６０の先端に嵌め込むことで、枠体４０の位置決めが容易になる。
【００８３】
また、位置決めピン６０と貫通孔１４，１５の径が同一であることで、位置決めピン６０が貫通孔１４，１５に通された状態では、貫通孔１４，１５は隙間無く塞がれる。これにより、樹脂注型時に貫通孔１４，１５にエポキシ樹脂７が流入して、貫通孔１４，１５の径が小さくなることが防止される。このため、半導体モジュール１の成型後では、貫通孔１４，１５に、半導体モジュール１を冷却フィン１００に固定するためのピン９９を確実に通すことができる。
【００８４】
また、放熱ベース板１１が、エポキシ樹脂７に比して熱膨張係数の小さな胴から構成されていることで、エポキシ樹脂７の硬化時における放熱ベース板１１の収縮量は小さくなる。このため、放熱ベース板１１は、冷却フィン１００側へ凸に湾曲する形状を呈するようになる。これにより、半導体モジュール１を、冷却フィン１００上に搭載した状態では、放熱ベース板１１と冷却フィン１００とは隙間無く密着するようになる。よって、本実施の形態の半導体モジュール１は、半導体チップ２の熱を確実に冷却フィン１００へ伝達させることができるため、放熱性に優れる。
【００８５】
また、枠体４０及び押さえ板５０の開口４０ｂ，５０ａから、絶縁基板５上にエポキシ樹脂７を投入することで、絶縁基板５の略全体がエポキシ樹脂７で覆われたダイレクトモールド構造の半導体モジュール１が成型される。この場合には、シリコーンゲルゴム（図１７の符号２０４参照）の存在しない半導体モジュール１が得られることで、外部端子４を、図１７の外部端子２０３のように、Ｓ字状に湾曲させる必要がない。これにより、外部端子４の製造コストは小さく抑えられ、半導体モジュール１の生産効率が向上する。また、シリコーンゲルゴムが存在しないことで、シリコーンゲルゴムの熱膨張により、外部端子４を絶縁基板５に接続する半田が剥がされたり、さらには、シリコーンゲルゴムとエポキシ樹脂７との熱膨張の差により生じる応力から、外部端子４に損傷が生じることもない。以上の効果は、絶縁基板５にＤＢＣ絶縁基板を用いる場合でも、同様に得られる。
【００８６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、種々改変することができる。
【００８７】
例えば、枠体４０の嵌合孔４２（図９）は、必ずしも、枠体４０を貫通している必要はなく、押さえ板５０の突起５２（図１１）を嵌め込み可能な任意の深さに設定される。
【００８８】
また、押さえ板５０に、嵌合孔４２が設けられ、枠体４０の突出部４３に、突起５２が設けられるようにしてもよい。
【００８９】
また、押さえ板５０は、枠体４０上に載置された状態で、枠体４０の開口４０ｂを塞がない任意の形状に設定され得る。
【００９０】
また、ベースプレート３０、枠体４０、及び押さえ板５０を一体にする方法は、実施の形態で示した螺旋を用いる方法に限られない。例えば、スプリングを用いて、ベースプレート３０、枠体４０、及び押さえ板５０を圧接させるようにしてもよい。
【００９１】
また、押さえ板５０は、治具２０から省略され得る。この場合、枠体４０とベースプレート３０とは、貫通孔４１及び螺旋孔３１に通される螺旋や、或いはスプリングが用いられて一体にされる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 半導体モジュール
１ａ 上面
２ 半導体チップ
４ 外部端子
５ 絶縁基板
５ａ 絶縁基板の一方の面
５ｂ 絶縁基板の他方の面
６ スリーブ
７ エポキシ樹脂
９ 内部回路
１０ 絶縁樹脂層
１１ 放熱ベース板
１４ 貫通孔（第５の貫通孔）
１５ 貫通孔（第４の貫通孔）
２０ 治具
３０ ベースプレート
３０ａ 表面
３０ｂ 外周部
３１ 螺旋孔
４０ 枠体
４０ａ 端部
４０ｂ 開口
４０ｃ 内周面
４０ｄ 内面
４１ 貫通孔（第２の貫通孔）
４２ 嵌合孔
４３ 突出部
４４ 貫通孔（第３の貫通孔）
５０ 押さえ板
５０ａ 開口
５０ｂ 下面
５１ 貫通孔（第１の貫通孔）
５２ 突起
６０ 位置決めピン
６０ 位置決めピン
７０ 螺旋
７１ 小径部
７１ａ 一端
７１ｂ 他端
７２ 大径部
８０ 注型系統
８１ 真空チャンバ
８２，８３ タンク
８４ 混合定量ポンプ
８４ａ 吸引口
８４ｃ 吐出口
８５ 攪拌棒
８７，８９，９１ 配管
９９ ピン
１００ 冷却フィン、
１００ａ 載置面、
Ｋ 半導体モジュールの肩部
Ｇ 半導体モジュールの外面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが搭載される絶縁基板が樹脂により被覆される半導体モジュールの成型に使用される治具であって、
前記絶縁基板が載置されるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置されて、前記絶縁基板の周囲を囲む環状の枠体とを備え、
前記枠体は、前記ベースプレート上に載置された状態で、前記絶縁基板の上方が開口することを特徴とする治具。
【請求項２】
前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置されて、この状態で前記枠体の開口を塞がない形状を呈する押さえ板と、
一端の外周面に螺旋溝が形成された小径部、及び小径部の他端に連なる大径部から構成される螺旋とをさらに備え、
前記押さえ板には、第１の貫通孔が設けられ、前記枠体には、第２の貫通孔が設けられ、前記ベースプレートには、壁面に螺旋溝を有する螺旋孔が設けられ、
前記枠体が前記ベースプレートに載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第１の貫通孔、前記第２の貫通孔、及び前記螺旋孔は、同軸線上に位置して、これらに前記螺旋の小径部が通されるとともに、前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合され、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記大径部は、前記押さえ板を前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記押さえ板は、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする請求項１に記載の治具。
【請求項３】
前記押さえ板は、前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置された状態で、該枠体の端部の略全体と接することを特徴とする請求項２に記載の治具。
【請求項４】
前記押さえ板及び前記枠体のうち一方には、突起が形成され、
前記押さえ板及び前記枠体の他方には、前記突起が嵌め込まれる嵌合孔が形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の治具。
【請求項５】
前記半導体モジュールは、前記絶縁基板上の所定位置に載置されるスリーブを有し、
前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部には、前記開口の中央側に突出する突出部が設けられて、該突出部は、前記枠体が前記ベースプレート上に載置された状態で、前記スリーブを覆い、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記押さえ板が、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることで、前記突出部は、前記スリーブを前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記スリーブは、前記絶縁基板を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の治具。
【請求項６】
前記突出部の基端における内面は、断面円弧状に湾曲して、前記枠体の内周面に連続することを特徴とする請求項４又は５に記載の治具。
【請求項７】
前記突出部には、第３の貫通孔が設けられ、前記スリーブには、第４の貫通孔が設けられ、前記絶縁基板には第５の貫通孔が設けられ、
前記スリーブが前記絶縁基板に載置され、前記枠体が前記ベースプレートの外周部に載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第３の貫通孔、前記第４の貫通孔、及び前記第５の貫通孔は、同軸線上に位置して、これらに柱状の位置決めピンが通されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の治具。
【請求項８】
前記位置決めピンと、前記第４の貫通孔と、前記第５の貫通孔とは、略同一の径に形成されて、
前記第４の貫通孔と前記第５の貫通孔とは、前記位置決めピンの挿入により塞がれることを特徴とする請求項７に記載の治具。
【請求項９】
前記枠体の内周面は、前記ベースプレートの反対側に向かうに従い漸次縮径となるテーパ面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の治具。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の治具を用いて半導体モジュールを成型する方法であって、
前記枠体の開口から、前記絶縁基板上に溶融状態のエポキシ樹脂を投入することを特徴とする半導体モジュールの成型方法。
【請求項１１】
請求項７又は８に記載の治具を用いて成型された半導体モジュールであって、
前記半導体モジュールが前記治具から脱型された後において、前記位置決めピンは前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔から抜き出されて、前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔には、前記半導体モジュールを冷却フィンに固定するための柱状のピンが通されることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１】
半導体チップが搭載される絶縁基板が樹脂により被覆される半導体モジュールの成型に使用される治具であって、
前記絶縁基板が載置されるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置されて、前記絶縁基板の周囲を囲む環状の枠体とを備え、
前記枠体は、前記ベースプレート上に載置された状態で、前記絶縁基板の上方が開口することを特徴とする治具。
【請求項２】
前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置されて、この状態で前記枠体の開口を塞がない形状を呈する押さえ板と、
一端の外周面に螺旋溝が形成された小径部、及び小径部の他端に連なる大径部から構成される螺旋とをさらに備え、
前記押さえ板には、第１の貫通孔が設けられ、前記枠体には、第２の貫通孔が設けられ、前記ベースプレートには、壁面に螺旋溝を有する螺旋孔が設けられ、
前記枠体が前記ベースプレートに載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第１の貫通孔、前記第２の貫通孔、及び前記螺旋孔は、同軸線上に位置して、これらに前記螺旋の小径部が通されるとともに、前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合され、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記大径部は、前記押さえ板を前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記押さえ板は、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする請求項１に記載の治具。
【請求項３】
前記押さえ板は、前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部に載置された状態で、該枠体の端部の略全体と接することを特徴とする請求項２に記載の治具。
【請求項４】
前記押さえ板及び前記枠体のうち一方には、突起が形成され、
前記押さえ板及び前記枠体の他方には、前記突起が嵌め込まれる嵌合孔が形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の治具。
【請求項５】
前記半導体モジュールは、前記絶縁基板上の所定位置に載置されるスリーブを有し、
前記枠体における前記ベースプレートの反対側の端部には、前記開口の中央側に突出する突出部が設けられて、該突出部は、前記枠体が前記ベースプレート上に載置された状態で、前記スリーブを覆い、
前記小径部の螺旋溝と前記螺旋孔の螺旋溝とが係合した状態では、前記押さえ板が、前記枠体を前記ベースプレート側に押し付けることで、前記突出部は、前記スリーブを前記ベースプレート側に押し付け、この押し付けにより、前記スリーブは、前記絶縁基板を前記ベースプレート側に押し付けることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の治具。
【請求項６】
前記突出部の基端における内面は、断面円弧状に湾曲して、前記枠体の内周面に連続することを特徴とする請求項４又は５に記載の治具。
【請求項７】
前記突出部には、第３の貫通孔が設けられ、前記スリーブには、第４の貫通孔が設けられ、前記絶縁基板には第５の貫通孔が設けられ、
前記スリーブが前記絶縁基板に載置され、前記枠体が前記ベースプレートの外周部に載置され、且つ前記押さえ板が前記枠体上に載置された状態では、前記第３の貫通孔、前記第４の貫通孔、及び前記第５の貫通孔は、同軸線上に位置して、これらに柱状の位置決めピンが通されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の治具。
【請求項８】
前記位置決めピンと、前記第４の貫通孔と、前記第５の貫通孔とは、略同一の径に形成されて、
前記第４の貫通孔と前記第５の貫通孔とは、前記位置決めピンの挿入により塞がれることを特徴とする請求項７に記載の治具。
【請求項９】
前記枠体の内周面は、前記ベースプレートの反対側に向かうに従い漸次縮径となるテーパ面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の治具。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の治具を用いて半導体モジュールを成型する方法であって、
前記枠体の開口から、前記絶縁基板上に溶融状態のエポキシ樹脂を投入することを特徴とする半導体モジュールの成型方法。
【請求項１１】
請求項７又は８に記載の治具を用いて成型された半導体モジュールであって、
前記半導体モジュールが前記治具から脱型された後において、前記位置決めピンは前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔から抜き出されて、前記第４の貫通孔及び前記第５の貫通孔には、前記半導体モジュールを冷却フィンに固定するための柱状のピンが通されることを特徴とする半導体モジュール。
【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２０１１−２３８８０３（Ｐ２０１１−２３８８０３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９６３３（Ｐ２０１０−１０９６３３）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【特許番号】特許第４７５５２９２号（Ｐ４７５５２９２）
【特許公報発行日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（３９２０２３６８１）株式会社サンエー (14)
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【特許番号】特許第４７５５２９２号（Ｐ４７５５２９２）
【特許公報発行日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（３９２０２３６８１）株式会社サンエー (14)
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