JP6217101B2 - 半導体装置の製造方法及び取り付け治具 - Google Patents

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Description

本発明は、筒状コンタクト部品を備える半導体装置に当該筒状コンタクト部品を精度よく取りつける製造方法及び取り付け治具に関する。
半導体装置のうち、パワー半導体モジュールは、一般的に、ケースに収容されたＩＧＢＴ等の半導体チップが絶縁回路基板に搭載され、この半導体チップと外部とを接続する外部端子が設けられたものである。近年、機械的応力や振動に対し長期間安定して、かつ簡易かつ安価に外部端子を絶縁回路基板に接続する技術として、絶縁回路基板の回路パターンに筒状コンタクト部品を半田で接合する技術が提案された（特許文献１）。この技術では、筒状コンタクト部品が、中空円筒の長手方向両端にフランジを有する形状になり、この筒状コンタクト部品の長手方向が絶縁回路基板の回路パターンの表面から垂直方向に延びるように、筒状コンタクト部品の長手方向の一端が絶縁回路基板の回路パターンにはんだ接合されている。筒状コンタクト部品の内部空間に四角断面の外部端子を挿入し、かしめることにより、外部端子を信頼性高く接続することが可能になっている。また、筒状コンタクト部品を用いるのと近似の技術に関し、筒状電極の一端部を他端部の肉厚よりも薄くした半導体装置がある（特許文献２）。
米国特許出願公開第２００９／０１９４８８４号明細書 特開２０１１−１３８９９８号公報
筒状コンタクト部品を備える半導体装置の外部端子は、あらかじめ定められた位置に設けられる。したがって、半導体装置の製造時には、位置精度よく筒状コンタクト部品を絶縁回路基板上に取り付ける必要がある。位置精度が悪い場合には、筒状コンタクト部品が絶縁回路基板上に垂直ではなく、斜めに取り付けられることがある。筒状コンタクト部品が斜めに取り付けられると、筒状コンタクト部品の筒の内部のはんだ量が不足し、接合強度が低下し、または安定しないおそれがある。
そこで本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、位置精度よく筒状コンタクト部品を絶縁回路基板上に取り付けることができる半導体装置の製造方法、及び筒状コンタクト部品を絶縁回路基板上に取り付けるのに用いて好適な取り付け治具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために以下のような半導体装置の製造方法が提供される。
少なくとも一方の表面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、該絶縁回路基板上に搭載された少なくとも一個の半導体素子と、該絶縁回路基板の回路パターンに接合された筒状コンタクト部品と、該筒状コンタクト部品と電気的に接続する外部端子と、該絶縁回路基板を収容するケースと、を備える半導体装置を製造する方法である。絶縁回路基板位置決め治具と、該筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、突起を有する筒状コンタクト部品押さえ治具とを有する取り付け治具を用いる。絶縁回路基板位置決め治具と筒状コンタクト部品位置決め治具とにより該絶縁回路基板及び筒状コンタクト部品を位置決めし、該筒状コンタクト部品押さえ治具の前記突起を前記筒状コンタクト部品位置決め治具の前記位置決め孔に挿入して該筒状コンタクト部品を押さえながら該筒状コンタクト部品を該絶縁回路基板にはんだ接合する。
また、少なくとも一方の表面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、該絶縁回路基板上に搭載された少なくとも一個の半導体素子と、該絶縁回路基板の回路パターンに接合された筒状コンタクト部品と、該筒状コンタクト部品と電気的に接続する外部端子と、該絶縁回路基板を収容するケースと、を備える半導体装置を製造するに当たり、絶縁回路基板位置決め治具と、該筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、筒状コンタクト部品押さえ治具とを有する取り付け治具を用いて、該絶縁回路基板及び筒状コンタクト部品を位置決めし、該筒状コンタクト部品押さえ治具によって該筒状コンタクト部品を押さえながら該筒状コンタクト部品を該絶縁回路基板にはんだ接合し、かつ、前記取り付け治具の、筒状コンタクト部品押さえ治具が、前記筒状コンタクト部品の筒内に挿入可能な突起を備える。
上記目的を達成するために、以下のような取り付け治具が提供される。
絶縁回路基板位置決め治具と、筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、前記位置決め孔に挿入されて前記筒状コンタクト部品を押さえることが可能な突起を有する筒状コンタクト部品押さえ治具とを備える取り付け治具である。
また、絶縁回路基板位置決め治具と、筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、筒状コンタクト部品押さえ治具とを備え、かつ、前記筒状コンタクト部品押さえ治具が、前記筒状コンタクト部品の筒内に挿入可能な突起を備える取り付け治具である。
本発明によれば、取り付け治具の絶縁回路基板位置決め治具と筒状コンタクト部品位置決め治具とにより絶縁回路基板及び筒状コンタクト部品を位置決めし、取り付け治具の筒状コンタクト部品押さえ治具によって筒状コンタクト部品を押さえながら該筒状コンタクト部品を該絶縁回路基板にはんだ接合することから、筒状コンタクト部品を位置精度良く絶縁回路基板上に取り付けることができる。
本発明の製造方法により製造された半導体モジュールの一例の部分断面を示す正面図である。 図１の半導体モジュールの要部の拡大断面図である。 筒状コンタクト部品の斜視図である。 筒状コンタクト部品と外部端子との接続を示す模試的な平面図である。 筒状コンタクト部品の例を示す正面図である。 本発明の実施形態の取り付け治具の説明図である。 絶縁回路基板位置決め治具の平面図である。 筒状コンタクト部品位置決め治具の平面図である。 筒状コンタクト部品押さえ治具の裏面から見た図である。 筒状コンタクト部品位置決め治具の位置決め孔近傍の部分拡大断面図である。 別の実施形態の取り付け治具の説明図である。 筒状コンタクト部品位置決め治具の位置決め孔近傍の部分拡大断面図である。 筒状コンタクト部品押さえ治具の突起の拡大図である。 突起近傍の模式的な断面図である。 本発明の実施形態の製造方法を示すフロー図である。
本発明の半導体装置の製造方法及び取り付け治具の実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。
図１は本発明の製造方法により製造された半導体装置の一実施形態である、半導体モジュール１の一例の部分断面を示す正面図である。図２は、図１の半導体モジュール１の要部の拡大断面図である。
半導体モジュール１は、図１及び図２に示すように絶縁回路基板２上に、半導体素子として少なくとも一個、図示した実施形態では４個の半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄが搭載されている。半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップやＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップとすることができる。絶縁回路基板２は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化けい素等の絶縁性セラミックスよりなる絶縁基板２ａの一方の表面に銅箔やアルミニウム箔等の導体により回路パターンが形成されてなる導体パターン層２ｂ、他方の表面に銅箔やアルミニウム箔等よりなる金属層２ｃが形成されてなる。
半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、はんだ４によって絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ側に接合され、このはんだ４により、又はアルミナ等よりなるボンディングワイヤ５により、導体パターン層２と電気的に接続される。
半導体モジュール１は、絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ上に、筒状コンタクト部品６を備えている。筒状コンタクト部品６は、導電性の材料、例えば銅製であり、図３に斜視図を示すように、中空円筒６１の長手方向両端に上フランジ６２、下フランジ６３を有する形状になる。上フランジ６２は、周縁に沿って形成された複数の厚肉部６２ａと、厚肉部６２ａ以外の部分である薄肉部６２ｂを有している。下フランジ６３も同様に厚肉部６３ａと薄肉部６３ｂを有している。下フランジ６３に厚肉部６３ａを有することにより、はんだ接合時のフラックスが抜け易く、確実にはんだ接合することができる。上フランジ６２と下フランジ６３とは同一形状とするのが好ましい。もっとも、異なる形状とすることを排除するものではない。この筒状コンタクト部品６の長手方向が絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂの表面から垂直方向に延びるように、筒状コンタクト部品６の長手方向の一端が絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂにはんだ４によって接合されている。
半導体モジュール１において、筒状コンタクト部品６の内部空間には、外部端子７が挿入されている。外部端子７は、筒状コンタクト部品６の内径よりも若干大きな対角線長さを有する多角形の横断面形状、例えば四角形の断面形状を有する。図４に模式的な平面図を示すように、外部端子７を筒状コンタクト部品６に挿入し、筒状コンタクト部品を塑性変形させながら固着すること、換言すれば、かしめることにより、外部端子７を信頼性高く筒状コンタクト部品６に接続することができる。
半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄが搭載され、筒状コンタクト部品６が接合され、ボンディングワイヤ５が配線された絶縁回路基板２は、ケース８に収容され、ケース８の下端が絶縁回路基板２の周縁部と接着されている。ケース８の上蓋部よりも内側の空間にゲル９が充填され、これによりケース８内が封止されている。ケース８から外部端子７の一方の端部が突出している。
図１、図２に示した筒状コンタクト部品６は、長手方向両端に上フランジ６２、下フランジ６３を有する形状であるが、この形状に限定されない。図５に、筒状コンタクト部品の例を正面図で示すように、長手方向両端に上フランジ６２、下フランジ６３を有する筒状コンタクト部品６（図５（ａ））の他に、長手方向の一方の端に下フランジ６３を有する筒状コンタクト部品６Ａ（（図５（ｂ））や、長手方向両端のいずれにもフランジを有しない筒状コンタクト部品６Ｂ（（図５（ｃ））の構成とすることも可能である。
半導体装置１の製造過程で、筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２にはんだ接合する際に、取り付け治具１０を用いる。図６（ａ）に、取り付け治具１０の部分断面を示す説明図を示し、図６（ｂ）に取り付け治具１０の分解図を示す。取り付け治具１０は、絶縁回路基板２を位置決めするための絶縁回路基板位置決め治具１１と、絶縁回路基板位置決め治具１１の上方に配置され、筒状コンタクト部品６を位置決めするための筒状コンタクト部品位置決め治具１２と、筒状コンタクト部品位置決め治具１２の上方に配置され、筒状コンタクト部品６を押さえるための筒状コンタクト部品押さえ治具１３とを有している。
絶縁回路基板位置決め治具１１は、図７に平面図を示すように絶縁回路基板２の平面形状と同じ形状の凹部１１１を有し、この凹部１１１に絶縁回路基板２が実質的に隙間なく収容される。また、絶縁回路基板位置決め治具１１の上面の対角の角部近傍には、金属製、例えばステンレス鋼よりなるガイドピン１１２が突出して設けられている。なお、図６における絶縁回路基板位置決め治具１１の部分断面は、図７のＡ−Ａ線矢視断面を示している。
筒状コンタクト部品位置決め治具１２は、図８に平面図を示すように筒状コンタクト部品６を挿入可能な径を有する、厚み方向に貫通した位置決め孔１２１が形成されている。位置決め孔１２１の位置は、絶縁回路基板２上に筒状コンタクト部品６を取り付けるべき所定の位置である。位置決め孔１２１の大きさは、筒状コンタクト部品６の外径、すなわち上フランジ６２及び／又は下フランジ６３を有する場合には、上フランジ６２又は下フランジ６３の外径よりもわずかに（例えば０．１５ｍｍ程度）大きな径として、これにより筒状コンタクト部品６の位置精度の確保と挿入のし易さを両立させている。筒状コンタクト部品位置決め治具１２は、対角の角部近傍に、ガイド孔１２２が形成されている。このガイド孔１２２にガイドピン１１２が挿入されることにより、絶縁回路基板位置決め治具１１に収容された絶縁回路基板２と、筒状コンタクト部品位置決め治具１２の位置決め孔１２１に挿入された筒状コンタクト部品６とが位置決めされる。筒状コンタクト部品位置決め治具１２の厚さは、本実施形態では筒状コンタクト部品６の長手方向の長さよりも大きい。なお、図６における筒状コンタクト部品位置決め治具１２の部分断面は、図８のＢ−Ｂ線矢視断面を示している。
筒状コンタクト部品押さえ治具１３は、図９に裏面から見た図を示すように筒状コンタクト部品位置決め治具１２に対向する裏面に、突起１３１が形成されている。突起１３１の位置は、筒状コンタクト部品位置決め治具１２に挿入された筒状コンタクト部品６を押さえることのできる所定の位置である。突起１３１の大きさは、位置決め孔１２１に挿入可能で、かつ、筒状コンタクト部品６を、特に上フランジ６２を有する場合には、上フランジ６２の厚肉部６２ａを押さえることが可能な大きさとする。したがって、突起１３１の大きさは、上フランジ６２の外径とほぼ同じ大きさとすることが好ましい。突起１３１の形状は、角柱状であってもよいし、円柱状であっても良い。突起１３１は、筒状コンタクト部品押さえ治具１３の裏面を切削加工することにより形成することも可能であるし、金属製の突起１３１を、筒状コンタクト部品押さえ治具１３の裏面にあらかじめ形成した穴に圧入することにより形成することも可能である。突起１３１が金属製である場合、ステンレス鋼やアルミニウム等の、はんだで接合されない金属材料を用いることが好ましい。突起１３１の長さは、筒状コンタクト部品押さえ治具１３を筒状コンタクト部品位置決め治具１２の上に重ねたときに突起１３１が、筒状コンタクト部品位置決め治具１２内の筒状コンタクト部品６を押さえることが可能な長さとする。筒状コンタクト部品押さえ治具１３は、対角の角部近傍に、ガイド孔１３２が形成されている。このガイド孔１３２にガイドピン１１２が挿入されることにより、筒状コンタクト部品位置決め治具１２の位置決め孔１２１に挿入された筒状コンタクト部品６を、筒状コンタクト部品押さえ治具１３の突起１３１が、押さえることができるように位置決めされる。筒状コンタクト部品押さえ治具１３は、筒状コンタクト部品６を、筒状コンタクト部品押さえ治具１３の自重で押さえる。
取り付け治具１０を用いて、筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２にはんだ接合する方法の一例について説明する。図１５は接合工程の一部を示すフロー図である。絶縁回路基板位置決め治具１１、筒状コンタクト部品位置決め治具１２及び筒状コンタクト部品押さえ治具１３を準備する（図１５のステップＳ１）。絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ上の、筒状コンタクト部品６が取り付けられる位置及び半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが取り付けられる位置に、はんだを付着させる。はんだは、例えばクリームはんだを用い、印刷法により付着させることが好ましい。次に半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを、マウンター（自動実装装置）等を用いて絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ上に置く。絶縁回路基板２を取り付け治具１０の絶縁回路基板位置決め治具１１の凹部１１１に収容する（図６（ｂ）参照）（図１５のステップＳ２）。
絶縁回路基板位置決め治具１１のガイドピン１１２にガイド孔１２２を通して、筒状コンタクト部品位置決め治具１２を絶縁回路基板位置決め治具１１上に置く。これにより、絶縁回路基板２と筒状コンタクト部品６とが位置決めされる。この筒状コンタクト部品位置決め治具１２の位置決め孔１２１に、マウンター（自動実装装置）等を用いて筒状コンタクト部品６を挿入する（図１５のステップＳ３）。
絶縁回路基板位置決め治具１１のガイドピン１１２にガイド孔１３２を通して、筒状コンタクト部品押さえ治具１３を筒状コンタクト部品位置決め治具１２上に置く。これにより、位置決め孔１２１内の筒状コンタクト部品６と筒状コンタクト部品押さえ治具１３とが位置決めされ、筒状コンタクト部品６が絶縁回路基板２に向けて押さえられる（図６（ａ）参照）。この状態のままで取り付け治具１０、絶縁回路基板２及び筒状コンタクト部品６を、減圧された加熱炉内に入れ、加熱することではんだを溶融させて筒状コンタクト部品６を、絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ上にはんだ接合する（図１５のステップＳ４）。同時に半導体チップ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを、絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ上にはんだ接合する。
本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法によれば、取り付け治具１０を用いて筒状コンタクト部品６を押さえつつ位置決めすることにより、筒状コンタクト部品６の垂直性を確保し、かつ、位置精度よく筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２上に取り付けることができる。また、取り付け治具１０を用いて筒状コンタクト部品６を押さえつつ位置決めすることにより、はんだ接合の際に筒状コンタクト部品６が絶縁回路基板２に垂直に押し当てられ、筒状コンタクト部品６の筒内にはんだが確実に入り、よって筒内のはんだ量が安定して確保できる。
取り付け治具１０の好ましい形態を説明するために、図６（ａ）のＸ部分、すなわち、筒状コンタクト部品位置決め治具１２の位置決め孔１２１近傍部分の部分拡大断面図を図１０に示す。位置決め孔１２１は、筒状コンタクト部品６が挿入される側の開口が、反対側の開口の内径よりも大きく、厚み方向に従って開口の内径が小さくなるテーパー部１２１ａと、開口の内径が一定のストレート部１２１ｂとを有している。位置決め孔１２１が、筒状コンタクト部品６が挿入される側にテーパー部１２１ａを有していることにより、筒状コンタクト部品６を位置決め孔１２１に容易に挿入することができ、よって作業性を向上させることができる。
図１０に示すように、位置決め孔１２１の、筒状コンタクト部品６が挿入される側の表面からテーパー部１２１ａの下端までの長さ、換言すれば位置決め孔１２１の厚さ方向におけるテーパー部１２１ａ長さをａとし、テーパー部１２１ａの下端から位置決め孔１２１の他の表面までの長さ、換言すれば位置決め孔１２１のストレート部１２１ｂの長さをｂとし、筒状コンタクト部品位置決め治具１２の厚さをｃとし、位置決め孔１２１の内径をｄとし、筒状コンタクト部品押さえ治具１３の突起１３１の長さをｅとし、筒状コンタクト部品６の長手方向の長さをｈとするとき、ストレート部１２１ｂの長さｂが、筒状コンタクト部品６の長手方向の長さｈよりも長い構成とすることが好ましい態様である。この構成は、位置決め孔１２１内に筒状コンタクト部品６を挿入したときに、位置決め孔１２１のテーパー部１２１ａの下端が、筒状コンタクト部品６の上端よりも上方に位置することを意味し、又は筒状コンタクト部品６が、ストレート部１２１ｂのみに収容され、テーパー部１２１ａには収容されないことを意味する。この構成により、筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２の導体パターン層２ｂ上にはんだ接合した後に、筒状コンタクト部品押さえ治具１３を筒状コンタクト部品位置決め治具１２から容易に取り外すことができる。
これに対し、ストレート部１２１ｂの長さｂが、筒状コンタクト部品６の長手方向の長さｈよりも短い場合、換言すれば、位置決め孔１２１内に筒状コンタクト部品６を挿入したときに、位置決め孔１２１のテーパー部１２１ａの下端が、筒状コンタクト部品６の上端よりも下方に位置する場合、換言すれば筒状コンタクト部品６の一部が、テーパー部１２１ａに収容された場合は、筒状コンタクト部品６の垂直性が低下するおそれがあり、また、筒状コンタクト部品６が、テーパー部１２１ａに引っかかり、そのため筒状コンタクト部品押さえ治具１３を筒状コンタクト部品６の位置決め治具１２から容易に取り外し難くなるおそれがある。したがって、上記構成は、図５に例示した筒状コンタクト部品のうち、上フランジ６２を有する筒状コンタクト部品６を用いた場合に特に好ましい態様である。
本発明の別の実施形態の取り付け治具２０を、図１１（ａ）に示す取り付け治具２０の部分断面を示す説明図及び、図１１（ｂ）に示す取り付け治具２０の分解図を用いて説明する。図１１（ａ）、（ｂ）に示した取り付け治具２０は、絶縁回路基板２を位置決めするための絶縁回路基板位置決め治具２１と、絶縁回路基板位置決め治具２１の上方に配置され、筒状コンタクト部品６を位置決めするための筒状コンタクト部品位置決め治具２２と、筒状コンタクト部品位置決め治具２２の上方に配置され、筒状コンタクト部品６を押さえるための筒状コンタクト部品押さえ治具２３とを有している。
絶縁回路基板位置決め治具２１は、先に説明した取り付け治具１０の絶縁回路基板位置決め治具１１の凹部１１１及びガイドピン１１２と対比して、符号は異なるが同じ構成の凹部２１１及びガイドピン２１２を有している。よって凹部２１１及びガイドピン２１２についての重複する説明は省略する。なお、図１１における絶縁回路基板位置決め治具２１の部分断面は、図７のＡ−Ａ線矢視断面を示している。
筒状コンタクト部品位置決め治具２２は、先に説明した取り付け治具１０の絶縁回路基板位置決め治具１１の位置決め孔１２１及びガイド孔１２２と対比して、符号は異なるが同じ構成の位置決め孔２２１及びガイド孔２２２を有している。よって位置決め孔２２１及びガイド孔２２２についての重複する説明は省略する。本実施形態の筒状コンタクト部品位置決め治具２２が、先に説明した取り付け治具１０の筒状コンタクト部品位置決め治具１２と相違する点は、本実施形態の筒状コンタクト部品位置決め治具２２の厚さが、筒状コンタクト部品６の長手方向の長さよりも小さい点である。このことから、筒状コンタクト部品６を位置決め孔２２１に挿入したとき、筒状コンタクト部品６の上端が、位置決め孔２２よりも上方に突出していることになる。なお、図１１における筒状コンタクト部品位置決め治具２２の部分断面は、図８のＢ−Ｂ線矢視断面を示している。
筒状コンタクト部品押さえ治具２３は、先に説明した取り付け治具１０の筒状コンタクト部品押さえ治具１３のガイド孔１３２と対比して、符号は異なるが同じ構成のガイド孔２３２を有している。よってガイド孔２３２についての重複する説明は省略する。筒状コンタクト部品押さえ治具２３は、図示した例では、裏面が平坦であり、つまり、裏面に突起は形成されていない。したがって、筒状コンタクト部品押さえ治具２３の裏面は、図９の突起１３１がない形状である。もっとも、先に説明した取り付け治具１０の筒状コンタクト部品押さえ治具１３と同様に、筒状コンタクト部品押さえ治具２３の裏面に、突起を形成することも可能である。筒状コンタクト部品押さえ治具２３は、筒状コンタクト部品位置決め治具２２の位置決め孔２２１よりも上方に突出している筒状コンタクト部品６を、平坦な裏面により筒状コンタクト部品押さえ治具２３の自重で押さえる。
取り付け治具２０を用いて、筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２にはんだ接合する方法の一例は、先に説明した、取り付け治具１０を用いて、筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２にはんだ接合する方法の一例と同じとすることができる。したがって、重複する説明は省略する。
取り付け治具２０を用いた半導体装置の製造方法によれば、取り付け治具２０を用いて筒状コンタクト部品６を押さえつつ位置決めすることにより、筒状コンタクト部品６の垂直性を確保し、かつ、位置精度よく筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２上に取り付けることができる。また、取り付け治具２０を用いて筒状コンタクト部品６を押さえつつ位置決めすることにより、はんだ接合の際に筒状コンタクト部品６が絶縁回路基板２に垂直に押し当てられ、筒状コンタクト部品６の筒内にはんだが確実に入り、よって筒内のはんだ量が安定して確保できる。
取り付け治具２０の好ましい形態を説明するために、図１１（ａ）のＸＩＩ部分、すなわち、筒状コンタクト部品位置決め治具２２の位置決め孔２２１近傍部分の部分拡大断面図を図１２に示す。位置決め孔２２１は、筒状コンタクト部品６が挿入される側の開口が、反対側の開口の内径よりも大きく、厚み方向に従って開口の内径が小さくなるテーパー部２２１ａと、開口の内径が一定のストレート部２２１ｂとを有している。位置決め孔２２１が、筒状コンタクト部品６が挿入される側にテーパー部２２１ａを有していることにより、筒状コンタクト部品６を位置決め孔１２１に容易に挿入することができ、よって作業性を向上させることができる。
図１２に示すように、筒状コンタクト部品位置決め治具２２の厚さをｔとし、筒状コンタクト部品６の長手方向の長さをｈとするとき、筒状コンタクト部品位置決め治具２２の厚さｔよりも、筒状コンタクト部品６の長手方向の長さｈが長い構成としている。例えば、ｈとｔとの差は、０．３ｍｍ以上である。この構成により、筒状コンタクト部品押さえ治具２３が、筒状コンタクト部品６を押さえることができるようになっている。上記構成は、図５に例示した筒状コンタクト部品のうち、上フランジ６２を有する筒状コンタクト部品６を用いた場合にも、上フランジ６２を有しない、筒状コンタクト部品６Ａ，６Ｂを用いた場合にも、適用することができる。
取り付け治具１０及び取り付け治具２０の好ましい形態を説明するために、図１０のＸＩＩＩ部分、すなわち、取り付け治具１０の筒状コンタクト部品押さえ治具１３に形成された突起１３１近傍部分の部分拡大断面図を図１３に示す。図１３に示すように、突起１３１の先端に、小突起１３１ａが形成されている。この小突起１３１ａの先端は、先細りのテーパー形状を有していて、これにより小突起１３１ａが筒状コンタクト部品６の中空円筒６１内に入り易くしている。また、小突起１３１ａは、基部が筒状コンタクト部品６の内径よりも小さな外径を有していて、これにより、突起１３１が筒状コンタクト部品６を押さえるときに、小突起１３１ａが筒状コンタクト部品６の中空円筒６１内に入り込む。このことから、小突起１３１ａを有する、筒状コンタクト部品押さえ治具１３を用いて、筒状コンタクト部品６を押さえつつ位置決めをすることが可能になり、よって、筒状コンタクト部品６の位置精度を更に向上させることができる。また、小突起１３１ａは、筒状コンタクト部品６の中空円筒６１の上蓋としての機能を有し、これにより、減圧された加熱炉内での筒状コンタクト部品６のはんだ接合時に、溶融したはんだが、フラックスと共に中空円筒６１を通じて筒状コンタクト部品６の上方から飛び出るのを防止することができる。
図１３は、取り付け治具１０の筒状コンタクト部品押さえ治具１３に小突起１３１ａが形成された例を示したが、筒状コンタクト部品６の中空円筒６１内に入り込む小突起は、取り付け治具２０においても、筒状コンタクト部品押さえ治具２３に形成することができる。ここにおいて、筒状コンタクト部品押さえ治具２３の平坦な裏面に小突起のみを形成することもできるし、また、筒状コンタクト部品押さえ治具２３の裏面に筒状コンタクト部品押さえ治具１３に形成されているのと同様の突起が設けられ、この突起の先端に小突起が設けられて、図１３と同様の形状に形成することもできる。どちらの形状であっても、筒状コンタクト部品６を押さえつつ位置決めをすることが可能になり、よって、筒状コンタクト部品６の位置精度を更に向上させることができる。
小突起１３１ａが形成された筒状コンタクト部品押さえ治具１３の変形例を図１４に突起１３１近傍の模式的な断面図で示す。図１４に示した突起１３１の先端に小突起１３１ａが形成され、かつ、突起１３１の先端の外周部１３１ｂとその内側１３１ｃとが、筒状コンタクト部品６の上フランジ６２の厚肉部６２ａ及び薄肉部６２ｂにそれぞれ対応して階段状になっている。突起１３１の先端の外周部１３１ｂとその内側１３１ｃとが階段状になっていることにより、突起１３１が筒状コンタクト部品６を押さえるときに、外周部１３１ｂとその内側１３１ｃとがそれぞれ筒状コンタクト部品６の上フランジ６２の厚肉部６２ａ及び薄肉部６２ｂに接触することができる。したがって、減圧された加熱炉内での筒状コンタクト部品６のはんだ接合時に、溶融したはんだが、フラックスと共に中空円筒６１を通じて筒状コンタクト部品６の上方から飛び出るのを更に防止することができる。
取り付け治具１０を構成している絶縁回路基板位置決め治具１１、筒状コンタクト部品位置決め治具１２及び筒状コンタクト部品押さえ治具１３は、カーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス材料又はカーボンよりなることが好ましい。同様に、取り付け治具２０を構成している絶縁回路基板位置決め治具２１、筒状コンタクト部品位置決め治具２２及び筒状コンタクト部品押さえ治具２３とは、カーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス材料又はカーボンよりなることが好ましい。取り付け治具１０や取り付け治具２０を構成している治具を、カーボンの線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有する材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属材料で作製した場合には、治具の線膨張係数と絶縁回路基板２の線膨張係数が大きく相違することによって、筒状コンタクト部品６を加熱炉ではんだ接合した後に寸法のずれが生じてしまい、筒状コンタクト部品６の位置精度、ひいては外部端子７の位置精度も十分なものにならないことが懸念される。したがって、取り付け治具１０や取り付け治具２０を構成している治具をカーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス材料又はカーボンよりなるものとすることにより、治具の線膨張係数と絶縁回路基板２の線膨張係数とを小さくして、筒状コンタクト部品６の位置精度を確保し、最終的には外部端子７の位置精度を確保することが可能となる。
取り付け治具１０を構成している絶縁回路基板位置決め治具１１、筒状コンタクト部品位置決め治具１２及び筒状コンタクト部品押さえ治具１３は、カーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス材料又はカーボンよりなるものであれば、各治具を同一の材料に統一する必要はなく、異なる材料を組み合わせて用いることができる。取り付け治具２０についても同様である。
また、取り付け治具１０や取り付け治具２０を構成している治具をカーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス材料又はカーボンとする場合に、切削加工が可能な材料であることが、治具の加工のし易さの点から好ましい。カーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有し、切削加工が可能な複合セラミックス材料としては、窒化珪素系の複合セラミックス、アルミナ系の複合セラミックスや窒化ホウ素系のセラミックスがあり、例えば、Ｓｉ３Ｎ４−ＢＮ複合セラミックス、Ａｌ２Ｏ３−ＢＮ複合セラミックスやｈ−ＢＮセラミックス等が挙げられる。
半導体装置１の製造過程で、取り付け治具１０又は取り付け治具２０を用いて、筒状コンタクト部品６を絶縁回路基板２に対し位置決めをして、はんだ接合した後は、絶縁回路基板２に所定のワイヤボンディングを行い、筒状コンタクト部品６に外部端子７を挿入し、かしめて接続し、ケース８を絶縁回路基板２と接着し、ケース８内にゲル９を充填する。
以上、本発明の半導体装置の製造方法及び取り付け治具について、図面及び実施形態によって具体的に説明したが、本発明の半導体装置の製造方法及び取り付け治具は、図面及び実施形態の記載に限定されず、幾多の変形が可能である。
１ 半導体モジュール
２ 絶縁回路基板
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 半導体チップ
６、６Ａ、６Ｂ 筒状コンタクト部品
７ 外部端子
８ ケース
１０、２０ 取り付け治具
１１、２１ 絶縁回路基板位置決め治具
１２、２２ 筒状コンタクト部品位置決め治具
１３、２３ 筒状コンタクト部品押さえ治具
６２ 上フランジ
６３ 下フランジ
１２１、２２１ 位置決め孔
１２１ａ、２２１ａ テーパー部

Claims (12)

  1. 少なくとも一方の表面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、該絶縁回路基板上に搭載された少なくとも一個の半導体素子と、該絶縁回路基板の回路パターンに接合された筒状コンタクト部品と、該筒状コンタクト部品と電気的に接続する外部端子と、該絶縁回路基板を収容するケースと、を備える半導体装置を製造するに当たり、
    絶縁回路基板位置決め治具と、該筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、突起を有する筒状コンタクト部品押さえ治具とを有する取り付け治具を用いて、該絶縁回路基板及び筒状コンタクト部品を位置決めし、該筒状コンタクト部品押さえ治具の前記突起を前記筒状コンタクト部品位置決め治具の前記位置決め孔に挿入して前記筒状コンタクト部品を押さえながら該筒状コンタクト部品を該絶縁回路基板にはんだ接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記取り付け治具の、筒状コンタクト部品位置決め治具が、前記筒状コンタクト部品が挿入される側の位置決め孔の開口部にテーパー部を備える請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記筒状コンタクト部品が、筒の長手方向両端のそれぞれにフランジを備え、前記取り付け治具の、筒状コンタクト部品位置決め治具の厚さが、前記筒状コンタクト部品の長手方向長さよりも大きく、かつ前記テーパー部の下端が、前記筒状コンタクト部品の上フランジよりも上方に位置する請求項２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記取り付け治具の、筒状コンタクト部品押さえ治具が、前記筒状コンタクト部品の筒内に挿入可能な小突起を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記取り付け治具が、カーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス及びカーボンから選ばれる少なくとも１種の材料よりなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 少なくとも一方の表面に回路パターンが形成された絶縁回路基板と、該絶縁回路基板上に搭載された少なくとも一個の半導体素子と、該絶縁回路基板の回路パターンに接合された筒状コンタクト部品と、該筒状コンタクト部品と電気的に接続する外部端子と、該絶縁回路基板を収容するケースと、を備える半導体装置を製造するに当たり、
    絶縁回路基板位置決め治具と、該筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、筒状コンタクト部品押さえ治具とを有する取り付け治具を用いて、該絶縁回路基板及び筒状コンタクト部品を位置決めし、該筒状コンタクト部品押さえ治具によって該筒状コンタクト部品を押さえながら該筒状コンタクト部品を該絶縁回路基板にはんだ接合し、
    かつ、前記取り付け治具の、筒状コンタクト部品押さえ治具が、前記筒状コンタクト部品の筒内に挿入可能な突起を備える半導体装置の製造方法。
  7. 絶縁回路基板位置決め治具と、筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、前記位置決め孔に挿入されて前記筒状コンタクト部品を押さえることが可能な突起を有する筒状コンタクト部品押さえ治具とを備える取り付け治具。
  8. 前記筒状コンタクト部品位置決め治具が、前記筒状コンタクト部品が挿入される側の位置決め孔の開口部にテーパー部を備える請求項７記載の取り付け治具。
  9. 前記筒状コンタクト部品位置決め治具は、該筒状コンタクト部品位置決め治具の厚さが、前記筒状コンタクト部品の長手方向長さよりも大きく、かつ前記テーパー部の下端が、前記筒状コンタクト部品の上フランジよりも上方に位置するように構成されている請求項８記載の取り付け治具。
  10. 前記筒状コンタクト部品押さえ治具が、前記筒状コンタクト部品の筒内に挿入可能な小突起を備える請求項７〜９のいずれか１項に記載の取り付け治具。
  11. カーボンの線膨張係数以下の線膨張係数を有する複合セラミックス及びカーボンから選ばれる少なくとも１種の材料よりなる請求項７〜１０のいずれか１項に記載の取り付け治具。
  12. 絶縁回路基板位置決め治具と、筒状コンタクト部品を挿入可能な位置決め孔を所定の位置に有する筒状コンタクト部品位置決め治具と、筒状コンタクト部品押さえ治具とを備え、
    かつ、前記筒状コンタクト部品押さえ治具が、前記筒状コンタクト部品の筒内に挿入可能な突起を備える取り付け治具。
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