JP7287085B2 - 組立冶具セットおよび半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、組立冶具セットおよび半導体モジュールの製造方法に関する。

従来、半導体モジュールを組み立てるための冶具を用いた製造方法が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１ 特開２０１２－１６４８４１号公報
特許文献２ 特開２００９－２６７１６１号公報

しかしながら、従来の製造方法では、高密度実装に対応しつつ、冶具下への半導体チップの潜り込みを抑制することが困難である。

本発明の第１の態様においては、複数の半導体チップを有する半導体モジュールの組立冶具セットであって、第１外枠冶具と、第１外枠冶具により位置決めされ、第１外枠冶具に対応した分割形状を有する複数の内駒冶具とを備え、複数の内駒冶具の少なくとも１つは、複数の半導体チップを位置決めするための複数の開口部を有する組立冶具セットを提供する。

複数の内駒冶具は、複数の開口部が設けられた本体部と、本体部から延伸し、第１外枠冶具に引っ掛けて取り付けるための外側突起部とを有してよい。

外側突起部は、複数の開口部のいずれかと対向した位置に設けられてよい。

複数の内駒冶具の複数の開口部は、複数の半導体チップを位置決めするための内側突起部を有してよい。

複数の内駒冶具は、第１内駒冶具および第２内駒冶具を有してよい。第１内駒冶具は、３辺が第１内駒冶具の本体部によって画定され、１辺が第２内駒冶具の本体部によって画定される開口部を有してよい。

複数の内駒冶具は、互いに隣接する端部において、干渉防止用のテーパを有してよい。

組立冶具セットは、複数の半導体チップを搭載するための絶縁基板を位置決めし、第１外枠冶具と重ね合わせられる第２外枠冶具をさらに備えてよい。第２外枠冶具は、第１外枠冶具と位置合わせするための位置決め部を有してよい。

複数の内駒冶具は、位置認識用の認識マークを有してよい。

組立冶具セットは、複数の内駒冶具の間を仕切る仕切り板をさらに備えてよい。仕切り板は、第１外枠冶具に引っ掛けて取り付けるための取付部を有してよい。

仕切り板の材料は、第１外枠冶具および複数の内駒冶具と異なる材料であってよい。

第１外枠冶具および複数の内駒冶具の材料は、カーボンであってよい。仕切り板の材料は、炭素繊維複合材であってよい。

複数の内駒冶具は、一対の第１内駒冶具および第２内駒冶具を含んでよい。一対の第１内駒冶具および第２内駒冶具は、第１外枠冶具の開口部に挿入され得る外形を有してよい。

第１内駒冶具および第２内駒冶具は、それぞれ、半導体チップを位置決めするための、少なくとも１つの開口部が設けられた本体部と、本体部から延伸し、第１外枠冶具の開口部の縁に引っ掛かるための外側突起部と、を有してよい。

外側突起部は、第１内駒冶具および第２内駒冶具の開口部のいずれかと対向した位置に設けられてよい。

第１内駒冶具において、本体部に設けられた開口部は、平面視において４つの辺を有し、３辺が第１内駒冶具の本体部によって画定され、１辺が第２内駒冶具の本体部によって画定されてよい。

第１内駒冶具および第２内駒冶具は、互いに隣接する端部において、干渉防止用のテーパを有してよい。

第１内駒冶具および第２内駒冶具は、位置認識用の認識マークを有してよい。

組立冶具セットは、さらに、一対の第３内駒冶具および第４内駒冶具と、一対の第１内駒冶具および第２内駒冶具と一対の第３内駒冶具および第４内駒冶具との間を仕切る仕切り板と、を備えてよい。仕切り板は、第１外枠冶具に引っ掛かるための取付部を有してよい。

第１内駒冶具および第２内駒冶具は、それぞれ、本体部から延伸し、仕切り板に引っ掛かるための、別の外側突起部をさらに有してよい。

本発明の第２の態様においては、複数の半導体チップを有する半導体モジュールの製造方法であって、複数の半導体チップを搭載するための絶縁基板を提供する段階と、第１外枠冶具を提供する段階と、第１外枠冶具に対応した分割形状を有する複数の内駒冶具を第１外枠冶具に取り付ける段階と、第１外枠冶具で一括して、複数の内駒冶具を絶縁基板上に載置する段階と、複数の内駒冶具により位置決めして、絶縁基板上に複数の半導体チップを搭載する段階とを備え、複数の内駒冶具の少なくとも１つは、複数の半導体チップを位置決めするための複数の開口部を有する製造方法を提供する。

半導体モジュールの製造方法は、半導体モジュールのベース基板上に第２外枠冶具を載置する段階と、第２外枠冶具により位置決めして、ベース基板上に絶縁基板を載置する段階とをさらに備えてよい。

複数の内駒冶具を絶縁基板上に載置する段階は、第２外枠冶具上に第１外枠冶具を載置する段階を含んでよい。

半導体モジュールの製造方法は、複数の内駒冶具の間を仕切る仕切り板を、第１外枠冶具に取り付ける段階をさらに備えてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

半導体モジュール１００の構成の概要を示す。 組立冶具セット３００の構成の概要を示す。 図２に係る組立冶具セット３００の断面Ａの断面図を示す。 図２に係る組立冶具セット３００の断面Ｂの断面図を示す。 図２に係る組立冶具セット３００の断面Ｃの断面図を示す。 半導体モジュール１００の製造方法を示すフローチャートの一例を示す。 第２外枠冶具３２０の構成の一例を示す。 絶縁基板２０をベース基板１０上に載置した状態の一例を示す。 第１外枠冶具３１０と第２外枠冶具３２０とを重ね合わせた状態の一例を示す平面図である。 実施例に係る内駒冶具３３０を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。 実施例に係る内駒冶具３３０を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。 比較例に係る組立冶具セット５００の構成の一例を示す。 比較例に係る組立冶具セット５００を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。 比較例に係る組立冶具セット５００を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、半導体モジュール１００の構成の概要を示す。半導体モジュール１００は、ベース基板１０と、絶縁基板２０と、半導体チップ３０とを備える。半導体モジュール１００は、筐体ケースに収容されて、封止樹脂によって封止されてよい。ベース基板１０の長辺方向をＸ軸とし、短辺方向をＹ軸とする。Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸と右手系を成す。

本明細書においては、Ｚ軸方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体チップ３０の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。平面視は、組立冶具セット３００をＺ軸正方向から見た場合をいう。

ベース基板１０は、半導体モジュール１００の下面側に設けられる。ベース基板１０は、ＸＹ面と平行な平面を有する板状の金属板であってよい。例えば、ベース基板１０の材料は、アルミニウムまたは銅を含む金属材料である。ベース基板１０は、放熱板として機能してよく、フィン等の冷却部に接続されてよい。

絶縁基板２０は、半導体チップ３０を搭載するための基板である。絶縁基板２０は、基板下はんだ部２５によってベース基板１０にはんだ接合される。絶縁基板２０は、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板またはＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ）基板である。絶縁基板２０は、導電板２１および絶縁板２２を有する。絶縁板２２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等のセラミックス材料を用いて形成される。導電板２１は、絶縁板２２に設けられた導電性の配線パターンである。例えば、導電板２１の材料は銅である。

半導体チップ３０は、一例において、トランジスタ等の半導体素子である。半導体チップ３０は、縦型の半導体スイッチング素子であってもよい。半導体チップ３０は、複数のトランジスタおよびダイオードを組み合わせたパワー半導体であってよい。半導体チップ３０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＩＧＢＴおよび還流ダイオード（ＦＷＤ：Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）を組み合わせたＲＣ－ＩＧＢＴ、ＭＯＳトランジスタ等であってよい。半導体チップ３０は、シリコンのほか、炭化ケイ素および窒化ガリウム等の半導体基板を用いて形成されてよい。半導体チップ３０は、チップ下はんだ部３５によって絶縁基板２０にはんだ接合される。半導体チップ３０で発生した熱は、ベース基板１０に伝達される。

図２は、組立冶具セット３００の構成の概要を示す。組立冶具セット３００は、半導体モジュール１００を組み立てるために用いられる。組立冶具セット３００は、第１外枠冶具３１０と、第２外枠冶具３２０と、複数の内駒冶具３３０とを備える。本例の組立冶具セット３００は、仕切り板３４０および仕切り板３５０を備える。

第２外枠冶具３２０は、絶縁基板２０を位置決めするための冶具である。第２外枠冶具３２０は、基板下はんだ部２５を位置決めしてよい。第２外枠冶具３２０は、ベース基板１０上に設けられ、絶縁基板２０等の部品をベース基板１０上の任意の位置に位置決めしてよい。第２外枠冶具３２０は、位置決め部３２２、位置決め部３２４および開口部３２６を有する。

位置決め部３２２は、第２外枠冶具３２０の下面側に設けられる。位置決め部３２２は、ベース基板１０と第２外枠冶具３２０との相対位置を決定する。一例において、位置決め部３２２は、ベース基板１０に設けられた凹部に挿入するための突起である。なお、位置決め部３２２の構成はこれに限定されない。

位置決め部３２４は、第１外枠冶具３１０と第２外枠冶具３２０との相対位置を決定する。一例において、位置決め部３２４は、第１外枠冶具３１０に設けられた凹部に挿入するための突起である。なお、位置決め部３２４の構成はこれに限定されない。

第１外枠冶具３１０は、第２外枠冶具３２０上に載置される。即ち、第１外枠冶具３１０は、第２外枠冶具３２０と重ね合わせられる。第１外枠冶具３１０は、位置決め部３１２と、開口部３１６と、溝３１８とを有する。

位置決め部３１２は、位置決め部３２４に対応して設けられる。本例の位置決め部３１２は、位置決め部３２４を挿入するための開口である。

開口部３１６は、内駒冶具３３０および仕切り板３４０を第１外枠冶具３１０に取り付けるために設けられる。開口部３１６は、内駒冶具３３０および仕切り板３４０の形状に対応した形状を有する。これにより、内駒冶具３３０および仕切り板３４０が位置決めされる。本例では、１つの第１外枠冶具３１０に対して１つの開口部３１６が設けられているが、複数の開口部３１６が設けられてもよい。

溝３１８は、第１外枠冶具３１０の上面に設けられる。溝３１８は、外側突起部３３２または取付部３４２に対応した位置に設けられる。溝３１８の位置を工夫することにより、内駒冶具３３０および仕切り板３４０が誤った位置に取り付けられるのを防止できる。

複数の内駒冶具３３０は、第１外枠冶具３１０の内側に設けられる。本例では、３つの内駒冶具３３０が設けられている。内駒冶具３３０は、本体部３３１と、複数の外側突起部３３２と、複数の開口部３３４とを有する。本例の内駒冶具３３０は、３つの外側突起部３３２を有する。

本体部３３１は、第１外枠冶具３１０に対応した分割形状を有する。分割形状とは、第１外枠冶具３１０の開口部３１６の形状を分割した形状である。即ち、複数の内駒冶具３３０の形状を統合することにより、開口部３１６に対応する形状が得られる。内駒冶具３３０は、第１外枠冶具３１０により位置決めされる。複数の内駒冶具３３０は、使用状態において、第１外枠冶具３１０の開口部３１６に挿入され、保持され得る外形を有してよい。複数の内駒冶具３３０はそれぞれ、開口部３１６を区分けした領域に対応する、外形を有してよい。

外側突起部３３２は、本体部３３１から延伸して設けられた突起である。外側突起部３３２は、第１外枠冶具３１０に取り付けられる。本例の外側突起部３３２は、第１外枠冶具３１０に引っ掛けて取り付けられる。

開口部３３４は、半導体チップ３０等の部品の位置決めのために設けられる。本例の開口部３３４の形状は矩形であるが、これに限定されない。内駒冶具３３０には、複数の開口部３３４が設けられている。

仕切り板３４０は、複数の内駒冶具３３０の間を仕切る。仕切り板３４０は、それぞれの内駒冶具３３０の間に設けられる。仕切り板３４０は、内駒冶具３３０を引っ掛けるために設けられる。仕切り板３４０は、本体部３４１および取付部３４２を有する。本体部３４１は、内駒冶具３３０に隣接して設けられ、内駒冶具３３０を位置決めする。本例の本体部３４１は、内駒冶具３３０のＸ軸方向の位置を位置決めしている。

取付部３４２は、仕切り板３４０を第１外枠冶具３１０に取り付けるために用いられる。取付部３４２は、本体部３４１から第１外枠冶具３１０に向けて延伸した突起部である。取付部３４２は、仕切り板３４０を第１外枠冶具３１０に引っ掛けて取り付けてよい。取付部３４２は、第１外枠冶具３１０の溝３１８の位置によって位置決めされる。

仕切り板３５０は、複数の内駒冶具３３０の間を仕切る。仕切り板３５０は、仕切り板３４０の下側に設けられる。仕切り板３５０は、それぞれの内駒冶具３３０の間に設けられてよい。仕切り板３５０は、本体部３５１および取付部３５２を有する。本体部３５１は、内駒冶具３３０に隣接して設けられ、絶縁基板２０および基板下はんだ部２５を位置決めする。

取付部３５２は、仕切り板３５０を第２外枠冶具３２０に取り付けるために用いられる。取付部３５２は、本体部３５１から第２外枠冶具３２０に向けて延伸した突起部である。取付部３５２は、仕切り板３５０を第２外枠冶具３２０に引っ掛けて取り付けてよい。取付部３５２は、第２外枠冶具３２０の溝３２８の位置によって位置決めされる。

溝３２８は、第２外枠冶具３２０の上面に設けられる。溝３２８は、取付部３５２に対応した位置に設けられる。溝３２８の位置を工夫することにより、仕切り板３５０が誤った位置に取り付けられるのを防止できる。

組立冶具セット３００の各部材の材料は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。組立冶具セット３００の材料は、加工容易性、コストおよび伝熱性等の観点から選択される。

例えば、第１外枠冶具３１０、第２外枠冶具３２０および内駒冶具３３０の材料は、カーボンである。第１外枠冶具３１０および内駒冶具３３０の材料は、セラミック、金属等の他の材料であってもよい。第１外枠冶具３１０および内駒冶具３３０の材料は、異なっていてよい。

仕切り板３４０の材料は、第１外枠冶具３１０および内駒冶具３３０の材料と異なる材料である。仕切り板３４０は、第１外枠冶具３１０および内駒冶具３３０よりも高強度の材料で構成されてよい。例えば、仕切り板３４０の材料は、炭素繊維複合材である。仕切り板３４０の材料は、カーボン、セラミック、金属等の他の材料であってもよい。

以上の通り、内駒冶具３３０および仕切り板３４０は、第１外枠冶具３１０に取り付けられる。これにより、第１外枠冶具３１０の載置動作によって、一括で、内駒冶具３３０および仕切り板３４０の取り付けおよび取り外しを実行できる。よって、半導体モジュール１００の組立工程の作業性が向上する。

図３Ａは、図２に係る組立冶具セット３００の断面Ａの断面図を示す。断面Ａは、内駒冶具３３０および絶縁基板２０を通る断面である。断面Ａは、位置決め部３１２および位置決め部３２４を通る。図３Ａでは、第２外枠冶具３２０がベース基板１０上に載置されている状態を示す。第１外枠冶具３１０は、第２外枠冶具３２０に重ね合わせられている。

位置決め部３１２は、第１外枠冶具３１０の少なくとも下面に設けられる。本例の位置決め部３１２は、第１外枠冶具３１０の下面から上面に貫通して設けられた開口である。位置決め部３１２は、位置決め部３２４の形状および位置に対応して設けられる。

位置決め部３２４は、第２外枠冶具３２０の上面に設けられる。本例の位置決め部３２４は、第２外枠冶具３２０の上面へと突出する突起部である。位置決め部３２４は、位置決め部３１２に挿入されている。これにより、第１外枠冶具３１０と第２外枠冶具３２０との相対位置が決定される。

図３Ｂは、図２に係る組立冶具セット３００の断面Ｂの断面図を示す。断面Ｂは、仕切り板３４０を通る断面である。仕切り板３４０は、取付部３４２によって、第１外枠冶具３１０の任意の位置に位置決めされている。取付部３４２は、第１外枠冶具３１０に引っ掛けられて第１外枠冶具３１０に取り付けられてよい。

仕切り板３５０は、取付部３５２によって、第２外枠冶具３２０の任意の位置に位置決めされている。仕切り板３５０は、絶縁基板２０および基板下はんだ部２５を位置決めするために設けられる。取付部３５２は、第２外枠冶具３２０に引っ掛けられて第２外枠冶具３２０に取り付けられてよい。

なお、第１外枠冶具３１０が第２外枠冶具３２０上に載置されている状態では、仕切り板３４０がベース基板１０上に設けられてよい。第１外枠冶具３１０が重ね合わせられた状態において、取付部３４２は、第１外枠冶具３１０と接触しなくてもよい。

図３Ｃは、図２に係る組立冶具セット３００の断面Ｃの断面図を示す。断面Ｃは、内駒冶具３３０の外側突起部３３２を通る断面図である。内駒冶具３３０は、外側突起部３３２によって、第１外枠冶具３１０の溝３１８の位置に位置決めされている。内駒冶具３３０は、絶縁基板２０上に載置されている。第１外枠冶具３１０が重ね合わせられた状態において、外側突起部３３２は、第１外枠冶具３１０と接触しなくてもよい。

図４は、半導体モジュール１００の製造方法を示すフローチャートの一例を示す。本例では、ステップＳ１００～ステップＳ１１２により、半導体モジュール１００を製造する。

ステップＳ１００において、複数の半導体チップ３０を搭載するための絶縁基板２０を提供する。例えば、絶縁基板２０は、ベース基板１０上に載置される。絶縁基板２０は、ベース基板１０上に載置されずに、組立用の冶具トレイ上に配置されてもよい。ステップＳ１０２において、第２外枠冶具３２０を配置する。例えば、ベース基板１０上に第２外枠冶具３２０を配置する。ステップＳ１０４において、第２外枠冶具３２０により位置決めして、絶縁基板２０をベース基板１０上に載置する。

ステップＳ１０６において、第１外枠冶具３１０で一括して、複数の内駒冶具３３０を絶縁基板２０上に載置する。第１外枠冶具３１０には複数の内駒冶具３３０が取り付けられているので、第１外枠冶具３１０を第２外枠冶具３２０上に載置することにより、複数の内駒冶具３３０が一括して絶縁基板２０上に載置される。ステップＳ１０６を実行する前に、複数の内駒冶具３３０は、第１外枠冶具３１０に取り付けられている。また、ステップＳ１０６を実行する前に、仕切り板３４０も第１外枠冶具３１０に取り付けられてよい。

ステップＳ１０８において、複数の内駒冶具３３０により位置決めして、複数の半導体チップ３０を絶縁基板２０上に載置する。ステップＳ１１０において、加熱炉ではんだを溶融させて、はんだ付けする。例えば、絶縁基板２０は、基板下はんだ部２５によりベース基板１０にはんだ接合される。半導体チップ３０は、チップ下はんだ部３５により絶縁基板２０にはんだ接合される。

ステップＳ１１２において、組立冶具セット３００がベース基板１０から取り外される。ステップＳ１１２では、第１外枠冶具３１０および第２外枠冶具３２０の２つの冶具取り外し工程がある。第１外枠冶具３１０を取り外すことにより、内駒冶具３３０および仕切り板３４０もベース基板１０から取り外される。なお、樹脂ケースおよび封止樹脂については、任意の製造工程によって取り付けられてよい。これにより、半導体モジュール１００が製造される。

図５Ａは、第２外枠冶具３２０の構成の一例を示す。第２外枠冶具３２０は、位置決め部３２４および開口部３２６を有する。

位置決め部３２４は、第１外枠冶具３１０との位置決めをするための部材である。本例の位置決め部３２４は、ピン形状を有し、第１外枠冶具３１０の位置決め部３１２に挿入することによって、第１外枠冶具３１０と第２外枠冶具３２０との相対位置を決定する。位置決め部３２４の形状は、第１外枠冶具３１０と第２外枠冶具３２０との相対位置を決定できるものであれば、本例に限定されない。

開口部３２６は、絶縁基板２０の位置決めに用いられる。絶縁基板２０は、開口部３２６を介して、ベース基板１０上に載置される。開口部３２６は、基板下はんだ部２５または他の部材の載置にも用いられてよい。

内側突起部３２９は、開口部３２６の端部に設けられる。内側突起部３２９は、絶縁基板２０等の位置を任意の位置に誘導する。複数の内側突起部３２９を設けることにより、隣り合う内側突起部３２９の間に、リフロー時に溶融したはんだの広がる領域を画定することができる。隣り合う内側突起部３２９の間の領域によって、はんだの飛散を抑制できる。複数の内側突起部３２９の断面には、半導体チップ３０の位置を誘導するための傾斜が設けられてよい。

図５Ｂは、絶縁基板２０をベース基板１０上に載置した状態の一例を示す。絶縁基板２０は、第２外枠冶具３２０により位置決めされて載置されている。本例では、３つの絶縁基板２０が第１外枠冶具３１０の長手方向に配列されている。３つの絶縁基板２０は、それぞれ異なるパターンの導電板２１を有するが、同一のパターンの導電板２１を有していてもよい。

図５Ｃは、第１外枠冶具３１０と第２外枠冶具３２０とを重ね合わせた状態の一例を示す平面図である。第１外枠冶具３１０には、内駒冶具３３０および仕切り板３４０が取り付けられている。本例の第１外枠冶具３１０は、６つの内駒冶具３３０および２つの仕切り板３４０が取り付けられている。

内駒冶具３３０は、内駒冶具３３０ａ～内駒冶具３３０ｆを含む。内駒冶具３３０は、３組の、一対の内駒冶具３３０ａ、３３０ｂ、一対の内駒冶具３３０ｃ、３３０ｄおよび一対の内駒冶具３３０ｅ、３３０ｆを含んでよい。本明細書において、一対の内駒冶具３３０とは、内駒冶具３３０同士が接触して、予め定められた外形を形成しているものを指す。一対の内駒冶具３３０は、第１外枠冶具３１０の開口部３１６に挿入され得る外形を有する。一対の内駒冶具３３０ａ、３３０ｂは、一対の内駒冶具３３０ｃ、３３０ｄと仕切り板３４０で仕切られてよい。同様に、一対の内駒冶具３３０ｃ、３３０ｄは、一対の内駒冶具３３０ｅ、３３０ｆと仕切り板３４０で仕切られてよい。

複数の内駒冶具３３０の１つは、複数の半導体チップ３０に対応した複数の開口部３３４を有する。例えば、内駒冶具３３０ａは、４つの開口部３３４を有する。内駒冶具３３０ｂは、３つの開口部３３４を有する。開口部３３４の個数は、特に限定されない。

開口部３３４は、半導体チップ３０等の部品を絶縁基板２０に搭載する位置を画定するために設けられる。開口部３３４は、半導体チップ３０等の部品に応じた形状を有する。開口部３３４は、半導体チップ３０等の部品のサイズおよび位置に対応して設けられる。一例として、１枚の絶縁基板２０に対し、一対の内駒冶具３３０ａ、３３０ｂが用いられてよい。一例として、平面視において、絶縁基板２０は長辺および短辺を有する矩形であり、一対の内駒冶具３３０ａ、３３０ｂは使用状態において絶縁基板２０の長辺を分割する線３４３を形成してよい。

外側突起部３３２は、内駒冶具３３０を第１外枠冶具３１０に取り付けるための部材である。本例の外側突起部３３２は、内駒冶具３３０を第１外枠冶具３１０に引っ掛けるための突起部である。本例の外側突起部３３２は、内駒冶具３３０毎に３つずつ設けられている。例えば、外側突起部３３２ａは、第１外枠冶具３１０の短辺側に設けられる。外側突起部３３２ｂは、第１外枠冶具３１０の長辺側に設けられる。外側突起部３３２ｃは、仕切り板３４０上に設けられる。

外側突起部３３２ｃは、開口部３３４ａと対向した位置に設けられている。ここで、開口部３３４ａが内駒冶具３３０の端部に位置すると、本体部３３１の幅が狭くなる場合がある。この場合であっても、外側突起部３３２ｃが本体部３３１の幅を太くすることにより、本体部３３１の強度を向上させることができる。外側突起部３３２ｃは、内駒冶具３３０ｃの外側突起部３３２と干渉しないように離間して設けられる。外側突起部３３２ｃは、仕切り板３４０に引っ掛かるために設けられてよい。

内側突起部３３５は、開口部３３４の端部に設けられる。内側突起部３３５は、半導体チップ３０等の位置を任意の位置に誘導する。複数の内側突起部３３５を設けることにより、隣り合う内側突起部３３５の間に、リフロー時に溶融したはんだの広がる領域を画定することができる。隣り合う内側突起部３３５の間の領域によって、はんだの飛散を抑制できる。複数の内側突起部３３５の断面には、半導体チップ３０の位置を誘導するための傾斜が設けられてよい。

開口部３３６は、内駒冶具３３０ｂに設けられた開口である。開口部３３６は、内駒冶具３３０ａによって開口の一部が画定される。本例の開口部３３６は、矩形を有する。開口部３３６は、平面視において、少なくとも４つの辺を有してよい。開口部３３６の３辺が内駒冶具３３０ｂの本体部３３１によって画定され、残りの１辺が内駒冶具３３０ａの本体部３３１によって画定される。なお、内駒冶具３３０ａは、第１内駒冶具の一例であり、内駒冶具３３０ｂは、第２内駒冶具の一例である。開口部３３６の内側にも内側突起部３３５が設けられてよい。

共有部３３３は、開口部３３６と対向する辺である。共有部３３３は、開口部３３４の１辺および開口部３３６の１辺の両方を担う。つまり、２つの開口が隣接する場合に共有部３３３を設けることにより、本体部３３１の幅を太くすることができる。これにより、半導体チップ３０が高密度実装される場合であっても、内駒冶具３３０の強度を向上できる。

段差部３３７は、隣接する内駒冶具３３０の端部に設けられたＬ字型の領域である。段差部３３７を設けることにより、隣接する内駒冶具３３０が位置決めしながら、絶縁基板２０の反りに追従することができる。例えば、段差部３３７は、内駒冶具３３０ａと内駒冶具３３０ｂとの間、内駒冶具３３０ｃと内駒冶具３３０ｄとの間、および、内駒冶具３３０ｅと内駒冶具３３０ｆとの間に設けられる。段差部３３７を設ける位置および形状は、開口部３３４の位置、内駒冶具３３０の強度等を考慮して適宜変更されてよい。

認識マーク３３８は、内駒冶具３３０の位置認識用のマークである。認識マーク３３８を設けることにより、マウンタ等の装置が内駒冶具３３０の位置を認識する。これにより、内駒冶具３３０の自動載置を実現できる。また、内駒冶具３３０の位置から開口部３３４の位置を特定して、半導体チップ３０を自動で載置することができる。認識マーク３３８は、内駒冶具３３０毎に２つずつ円形のマークが付されている。認識マーク３３８の個数および形状は、これに限定されない。

図６Ａは、実施例に係る内駒冶具３３０を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。本例では、２つの内駒冶具３３０を通る断面であって、４つの半導体チップ３０を通る断面を示す。

膜厚ｔは、半導体チップ３０とチップ下はんだ部３５の膜厚の合計である。チップ下はんだ部３５が溶融すると、半導体チップ３０が移動する場合がある。膜厚ｔが薄い場合、内駒冶具３３０下への半導体チップ３０の潜り込みが生じやすくなる。

反り幅Ｗは、絶縁基板２０の反りの大きさを示す。絶縁基板２０の反りは、はんだ接合時の熱応力によって発生する。絶縁基板２０の反り幅Ｗは、絶縁基板２０の形状および材料等の条件に応じて変化する。

ギャップＧは、内駒冶具３３０と絶縁基板２０との間の間隔を示す。ギャップＧは、反り幅Ｗおよび内駒冶具３３０の絶縁基板２０への追従性に応じて変化する。ギャップＧが膜厚ｔよりも大きくなると、半導体チップ３０が内駒冶具３３０の下に潜り込む恐れがある。ギャップＧを膜厚ｔよりも小さくすることにより、半導体チップ３０の内駒冶具３３０下への潜り込みを防止できる。

内駒冶具３３０は、絶縁基板２０に対して分割して設けられる。本例の内駒冶具３３０は、内駒冶具３３０ｇおよび内駒冶具３３０ｈの２つに分割して設けられる。内駒冶具３３０を分割することにより、絶縁基板２０の反りへの追従性が向上する。これにより、半導体チップ３０の高密度実装にも対応でき、コストも抑制できる。

内駒冶具３３０の分割数は、特に限定されない。本例では、２分割の場合について示したが、３分割以上であってもよい。内駒冶具３３０の分割数を増加させることによって、絶縁基板２０の反りへの追従性が向上し、ギャップＧが小さくなるので、半導体チップ３０の潜り込みをさらに抑制しやすくなる。一方、内駒冶具３３０の分割数を増加させると、コストおよび内駒冶具３３０の強度が問題となる場合がある。内駒冶具３３０の分割数は、絶縁基板２０の面積および半導体チップ３０の厚み等に応じて適宜変更されてよい。

内駒冶具３３０は、複数の半導体チップ３０に対応して設けられている。即ち、内駒冶具３３０は、単一の半導体チップ３０毎に設けられていない。例えば、内駒冶具３３０ｇは、半導体チップ３０ａおよび半導体チップ３０ｂに対応して設けられる。内駒冶具３３０ｈは、半導体チップ３０ｃおよび半導体チップ３０ｄに対応して設けられる。内駒冶具３３０が複数の半導体チップ３０に対応して設けられることにより、内駒冶具３３０の強度を向上することができる。

図６Ｂは、実施例に係る内駒冶具３３０を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。本例の内駒冶具３３０は、テーパ３３９を有する。内駒冶具３３０ｇおよび内駒冶具３３０ｈは、隣接して設けられた内駒冶具３３０の一例である。

テーパ３３９は、内駒冶具３３０の上面の傾斜した部分である。テーパ３３９は、内駒冶具３３０ｇおよび内駒冶具３３０ｈの隣接する端部に設けられる。テーパ３３９は、内駒冶具３３０同士の干渉を防止する。本例のテーパ３３９は、内駒冶具３３０ｇおよび内駒冶具３３０ｈの両方に設けられている。テーパ３３９は、内駒冶具３３０ｇまたは内駒冶具３３０ｈのいずれか一方のみに設けられてもよい。テーパ３３９が設けられることにより、絶縁基板２０が反った場合に生じる内駒冶具３３０同士の干渉を抑制することができる。内駒冶具３３０が絶縁基板２０の反りに追従しやすくなるので、ギャップＧを小さくできる。これにより、半導体チップ３０の位置決め精度が向上し、高密度実装にさらに対応しやすくなる。

以上の通り、組立冶具セット３００は、高密度実装で半導体チップ３０の間隔が狭い場合や、半導体チップ３０がベース基板１０の端部に設けられる場合にも対応できる。組立冶具セット３００は、作業性を向上しつつ、半導体チップ３０の位置決め精度を向上できる。

図７は、比較例に係る組立冶具セット５００の構成の一例を示す。組立冶具セット５００は、外枠冶具５１０と、内駒冶具５３０と、仕切り板５４０とを備える。組立冶具セット５００では、内駒冶具５３０および仕切り板５４０が外枠冶具５１０に取り付けられていないので、内駒冶具５３０および仕切り板５４０の個数に応じた回数だけ冶具の載置動作を繰り返す必要がある。

例えば、組立冶具セット５００の取り付け工程において、外枠冶具５１０と、３つの内駒冶具５３０と、２つの仕切り板５４０とのそれぞれに対する６回の取り付け作業が必要となる。組立冶具セット５００の取り外し工程においても同様に、外枠冶具５１０と、３つの内駒冶具５３０と、２つの仕切り板５４０とのそれぞれに対する６回の取り外し作業が必要となる。よって、組立冶具セット５００を用いると、合計１２回の冶具の載置動作が必要となる。

一方、実施例に係る組立冶具セット３００の取り付け工程においては、第１外枠冶具３１０および第２外枠冶具３２０の２回の取り付け作業でよい。組立冶具セット３００の取り外し工程においても同様に、第１外枠冶具３１０および第２外枠冶具３２０の２回の取り外し作業でよい。よって、組立冶具セット３００を用いると、合計４回の冶具の載置動作だけでよい。一度、内駒冶具３３０および仕切り板３４０が第１外枠冶具３１０に取り付けられれば、それ以降、内駒冶具３３０および仕切り板３４０を取り付けたり、取り外したりしなくてもよい。

図８Ａは、比較例に係る組立冶具セット５００を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。本例の内駒冶具５３０は、分割されていない一体駒タイプであり、絶縁基板２０の反りに追従できない。そのため、ギャップＧが実施例の場合よりも大きくなる。よって、比較例では、ギャップＧが膜厚ｔよりも大きくなる場合がある。この場合、チップ下はんだ部３５の溶融時に半導体チップ３０が内駒冶具５３０下に潜り込んで正確な位置に載置することが困難となる。

図８Ｂは、比較例に係る組立冶具セット５００を用いて半導体チップ３０を絶縁基板２０上に搭載した場合の断面図の一例を示す。本例の組立冶具セット５００は、内駒冶具５３０のそれぞれの開口に独立駒５３５を有する独立駒タイプである。

独立駒５３５は、複数の半導体チップ３０のそれぞれに対応して設けられる。独立駒５３５は、半導体チップ３０の位置および形状に応じて、個別に半導体チップ３０の厚み方向の長さを調整することができる。独立駒５３５の長さは、半導体チップ３０の潜り込みを防止するように調整される。独立駒５３５を設けることにより、半導体チップ３０の潜り込みに対応しやすくなるものの、半導体チップ３０同士の間隔が狭い高密度実装には対応できない。特に、半導体チップ３０がベース基板１０の端部に設けられる場合には、内駒冶具５３０および独立駒５３５の強度が問題となる。また、各半導体チップ３０の形状に応じた独立駒５３５を用意する必要があるので、部品点数が多くなりコストアップにつながる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・ベース基板、２０・・・絶縁基板、２１・・・導電板、２２・・・絶縁板、２５・・・基板下はんだ部、３０・・・半導体チップ、３５・・・チップ下はんだ部、１００・・・半導体モジュール、３００・・・組立冶具セット、３１０・・・第１外枠冶具、３１２・・・位置決め部、３１６・・・開口部、３１８・・・溝、３２０・・・第２外枠冶具、３２２・・・位置決め部、３２４・・・位置決め部、３２６・・・開口部、３２８・・・溝、３２９・・・内側突起部、３３０・・・内駒冶具、３３１・・・本体部、３３２・・・外側突起部、３３３・・・共有部、３３４・・・開口部、３３５・・・内側突起部、３３６・・・開口部、３３７・・・段差部、３３８・・・認識マーク、３３９・・・テーパ、３４０・・・仕切り板、３４１・・・本体部、３４２・・・取付部、３５０・・・仕切り板、３５１・・・本体部、３５２・・・取付部、５００・・・組立冶具セット、５１０・・・外枠冶具、５３０・・・内駒冶具、５３５・・・独立駒、５４０・・・仕切り板

Claims (22)

1. 複数の半導体チップを有する半導体モジュールの組立冶具セットであって、
   第１外枠冶具と、
   前記第１外枠冶具により位置決めされ、前記第１外枠冶具に対応した分割形状を有する複数の内駒冶具と
   を備え、
   前記複数の内駒冶具の少なくとも１つは、前記複数の半導体チップを位置決めするための複数の開口部を有し、
   前記複数の内駒冶具は、第１内駒冶具および第２内駒冶具を有し、
   前記第１内駒冶具は、３辺が前記第１内駒冶具の本体部によって画定され、１辺が前記第２内駒冶具の本体部によって画定される開口部を有する
   組立冶具セット。
2. 前記複数の内駒冶具は、
   前記複数の開口部が設けられた本体部と、
   前記本体部から延伸し、前記第１外枠冶具に引っ掛けて取り付けるための外側突起部と
   を有する
   請求項１に記載の組立冶具セット。
3. 前記外側突起部は、前記複数の開口部のいずれかと対向した位置に設けられる
   請求項２に記載の組立冶具セット。
4. 前記複数の内駒冶具の前記複数の開口部は、前記複数の半導体チップを位置決めするための内側突起部を有する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
5. 前記複数の内駒冶具は、互いに隣接する端部において、干渉防止用のテーパを有する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
6. 前記複数の半導体チップを搭載するための絶縁基板を位置決めし、前記第１外枠冶具と重ね合わせられる第２外枠冶具をさらに備え、
   前記第２外枠冶具は、前記第１外枠冶具と位置合わせするための位置決め部を有する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
7. 前記複数の内駒冶具は、位置認識用の認識マークを有する
   請求項１から６のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
8. 前記複数の内駒冶具の間を仕切る仕切り板をさらに備え、
   前記仕切り板は、前記第１外枠冶具に引っ掛けて取り付けるための取付部を有する
   請求項１から７のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
9. 前記仕切り板の材料は、前記第１外枠冶具および前記複数の内駒冶具と異なる材料である
   請求項８に記載の組立冶具セット。
10. 前記第１外枠冶具および前記複数の内駒冶具の材料は、カーボンであり、
    前記仕切り板の材料は、炭素繊維複合材である
    請求項９に記載の組立冶具セット。
11. 複数の半導体チップを有する半導体モジュールの組立冶具セットであって、
    第１外枠冶具と、
    前記第１外枠冶具により位置決めされ、前記第１外枠冶具に対応した分割形状を有する複数の内駒冶具と
    を備え、
    前記複数の内駒冶具の少なくとも１つは、前記複数の半導体チップを位置決めするための複数の開口部を有し、
    前記複数の内駒冶具は、一対の第１内駒冶具および第２内駒冶具を含み、
    前記一対の第１内駒冶具および第２内駒冶具は、前記第１外枠冶具の開口部に挿入され得る外形を有する
    組立冶具セット。
12. 前記第１内駒冶具および前記第２内駒冶具は、それぞれ、
    半導体チップを位置決めするための、少なくとも１つの開口部が設けられた本体部と、
    前記本体部から延伸し、前記第１外枠冶具の開口部の縁に引っ掛かるための外側突起部と、を有する
    請求項１１に記載の組立冶具セット。
13. 前記外側突起部は、前記第１内駒冶具および前記第２内駒冶具の開口部のいずれかと対向した位置に設けられる
    請求項１２に記載の組立冶具セット。
14. 前記第１内駒冶具において、前記本体部に設けられた開口部は、平面視において４つの辺を有し、３辺が前記第１内駒冶具の本体部によって画定され、１辺が前記第２内駒冶具の本体部によって画定される
    請求項１２に記載の組立冶具セット。
15. 前記第１内駒冶具および前記第２内駒冶具は、互いに隣接する端部において、干渉防止用のテーパを有する
    請求項１１から１４のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
16. 前記第１内駒冶具および前記第２内駒冶具は、位置認識用の認識マークを有する
    請求項１１から１４のいずれか一項に記載の組立冶具セット。
17. さらに、一対の第３内駒冶具および第４内駒冶具と、
    前記一対の第１内駒冶具および第２内駒冶具と前記一対の第３内駒冶具および第４内駒冶具との間を仕切る仕切り板と、を備え、
    前記仕切り板は、前記第１外枠冶具に引っ掛かるための取付部を有する
    請求項１２に記載の組立冶具セット。
18. 前記第１内駒冶具および前記第２内駒冶具は、それぞれ、
    前記本体部から延伸し、前記仕切り板に引っ掛かるための、別の外側突起部をさらに有する請求項１７に記載の組立冶具セット。
19. 複数の半導体チップを有する半導体モジュールの製造方法であって、
    前記複数の半導体チップを搭載するための絶縁基板を提供する段階と、
    第１外枠冶具を提供する段階と、
    前記第１外枠冶具に対応した分割形状を有する複数の内駒冶具を前記第１外枠冶具に取り付ける段階と、
    前記第１外枠冶具で一括して、前記複数の内駒冶具を前記絶縁基板上に載置する段階と、
    前記複数の内駒冶具により位置決めして、前記絶縁基板上に前記複数の半導体チップを搭載する段階と
    を備え、
    前記複数の内駒冶具の少なくとも１つは、前記複数の半導体チップを位置決めするための複数の開口部を有する
    製造方法。
20. 前記半導体モジュールのベース基板上に第２外枠冶具を載置する段階と、
    前記第２外枠冶具により位置決めして、前記ベース基板上に前記絶縁基板を載置する段階と
    をさらに備える
    請求項１９に記載の製造方法。
21. 前記複数の内駒冶具を前記絶縁基板上に載置する段階は、前記第２外枠冶具上に前記第１外枠冶具を載置する段階を含む
    請求項２０に記載の製造方法。
22. 前記複数の内駒冶具の間を仕切る仕切り板を、前記第１外枠冶具に取り付ける段階をさらに備える
    請求項１９から２１のいずれか一項に記載の製造方法。

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