CN103094140B - 半导体器件组装方法和半导体器件组装治具 - Google Patents

Abstract

本发明提供缩短组装工时和减轻热过程的半导体器件组装方法和半导体器件组装治具。半导体器件组装方法包括：准备具有半导体元件、安装半导体元件的绝缘基板和装载绝缘基板的金属底板的电路部和收纳电路部的外围壳体的工序；在电路部和外围壳体中的至少一方的粘接面涂敷粘接剂的工序；在形成于外围壳体的端子部和电路部的焊接部位中的至少一方涂敷焊锡的工序；和在托盘部与固定框部之间组合电路部和外围壳体，将托盘部与固定框部相互连接，由此成为在托盘部与固定框部之间将电路部和外围壳体均匀地按压固定的状态，并实施加热处理的工序。通过加热处理，将电路部与外围壳体的粘接、以及端子部与电路部的焊接一并进行来组装半导体器件。

Description

半导体器件组装方法和半导体器件组装治具

技术领域

本发明涉及组装功率半导体元件（IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）等具有半导体元件的半导体器件（半导体装置）的半导体器件组装方法和半导体器件组装治具。

背景技术

半导体器件通常具有在散热用的金属底板装载了安装半导体元件的绝缘基板的电路部由外围壳体覆盖的结构。

在组装半导体器件时，使用粘接剂对电路部与外围壳体进行加热、固定的工序。之后，进行通过利用焊膏（焊锡）的焊接来连接形成于外围壳体的端子部与绝缘基板的配线的工序。

在粘接电路部与外围壳体的情况下，在电路部或外围壳体涂敷粘接剂，并在以适度压力按压外围壳体的状态下加热粘接面，由此使粘接剂固化，固接电路部与外围壳体。

作为关于半导体器件的组装的现有技术，提出有如下技术：在壳体框设置与引线框架嵌合的槽和台阶部，将壳体框与金属底板的粘接与绝缘基板上下的焊接同时化（专利文献1）。

此外，提出有如下技术：将外围树脂壳体重合于电路组装体上，将外部导出端子与主电路、控制电路块之间的焊接和外围树脂壳体与金属底板之间的粘接一并在相同的工序中进行（专利文献2）。

还提出有如下技术：将金属底板与绝缘基板的焊接、绝缘基板的导体图案与内部端子的焊接和金属底板与外装树脂壳体的粘接同时进行（专利文献3）。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-242338号公报

专利文献2：日本特开平10-233484号公报

专利文献3：日本特开平7-321285号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为半导体器件的现有组装工序，如上所述进行2个工序，在每个工序均进行加热处理。

即，在第一个工序中，在电路部或外围壳体涂敷粘接剂后，将外围壳体安装于电路部，从外围壳体上施加适度的压力并进行加热使粘接剂固化，以使得在热板上电路部与外围壳体均匀地粘接。

此外，在第二个工序中，对形成于外围壳体的端子部或电路部的焊接部位，涂敷焊膏，利用回流焊炉（Reflowoven）等进行加热，通过焊接进行连接。

这样，在半导体器件的现有的组装工序中，由于对第一工序和第二工序均进行加热处理，所以到半导体器件被组装为止，热过程（热史，受热历程）长。

因此，可能因热引起电路部的氧化和变形，有导致半导体器件的品质和尺寸精度劣化的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供缩短组装工时和减轻热过程的半导体器件组装方法。

此外，本发明的另一目的在于提供能够缩短组装工时和减轻热过程的半导体器件组装治具。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，提供半导体器件组装方法。半导体器件组装方法，在金属底板装载安装半导体元件的绝缘基板的电路部和收纳电路部的外围壳体中的至少一方的粘接面涂敷粘接剂。在形成于外围壳体的端子部和电路部的焊接部位中的至少一方涂敷焊锡。

此外，准备具有托盘部和固定框部的治具，在托盘部与固定框部之间组合电路部和外围壳体，将托盘部与固定框部相互连接，由此成为在托盘部与固定框部之间将电路部和外围壳体均匀地按压固定的状态，并实施加热处理。通过加热处理，一并进行电路部与外围壳体的粘接和端子部与电路部的焊接，来组装半导体器件。

发明效果

半导体器件组装方法，在组合外围壳体与电路部时，托盘部与固定框部相互连接，在在托盘部与固定框部之间将电路部和外围壳体均匀地按压固定的状态下进行加热处理，组装半导体器件。由此，能够缩短组装工时和减轻热过程，能够提高半导体器件的品质。

此外，半导体器件组装治具，在组合外围壳体与电路部时，托盘部与固定框部相互连接，成为在托盘部与固定框部之间将电路部和外围壳体均匀地按压固定的结构。通过使用这样的治具来组装半导体器件，能够缩短组装工时和减轻热过程，能够提高半导体器件的品质。

附图说明

图1是表示半导体器件组装方法的图。

图2是表示半导体器件的组装工序的图。

图3是表示半导体器件的组装工序的图。

图4是表示半导体器件的组装工序的图。

图5是表示半导体器件的组装工序的图。

图6是表示半导体器件组装方法的图。

图7是表示半导体器件组装方法的图。

图8是表示半导体器件组装方法的图。

图9是半导体器件组装治具的托盘部的俯视图。

图10是半导体器件组装治具的托盘部的侧视图。

图11是表示托盘部上的电路部的装载部位的图。

图12是半导体器件组装治具的固定框部的俯视图。

图13是表示托盘部与固定框部嵌合的状态的图。

图14是表示固定条与固定器具的嵌合前的状态的图。

图15是表示固定条与固定器具嵌合的状态的图。

图16是表示半导体器件的组装流程的图。

图17是表示半导体器件的组装流程的图。

附图符号说明

10电路部

11金属底板

12绝缘基板

13半导体元件

20外围壳体

21端子部

30半导体器件组装治具

31托盘部

32固定框部

31a固定条

32b固定器具

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示半导体器件组装方法的图。半导体器件组装方法通过使用半导体器件组装治具30将电路部10收纳于外围壳体20来组装半导体器件。

电路部10包括散热用的金属底板11、绝缘基板12和半导体元件13。电路部10具有安装半导体元件13的绝缘基板12装载于金属底板11的结构。

外围壳体20，对于安设有电路图案或导电材料的绝缘基板12具有通过焊接连接的端子部21。半导体器件组装治具30具有托盘部31和固定框部32。

以下说明半导体器件组装方法。

首先，如图1（a）所示，利用粘接剂涂敷装置等对电路部10和外围壳体20中的至少一方的粘接面涂敷粘接剂（在图中外围壳体20一侧涂敷粘接剂）。此外，利用焊锡涂敷装置对形成于外围壳体20的端子部21和电路部10的焊接部位中的至少一方涂敷焊锡（图中端子部21一侧涂敷焊锡）。

接着，匹配电路部10和外围壳体20的位置进行组合，以使得外围壳体20的粘接面与电路部10的粘接面重叠。此时，也可以是例如未图示的位置检测专用的治具。然后，如图1（b）所示，将电路部10和外围壳体20载置于金属制的托盘部31，在外围壳体20的上部安装固定框部32。此时，通过按压固定框部32的上部，使设置于托盘部31的固定条31a和设置于固定框部32的固定器具32b相互连接（嵌合）。

通过连接固定条31a与固定器具32b，在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压固定。之后，如图1（c）所示，在在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压固定的状态下，通过回流焊炉等进行加热处理。此外，将在后文中描述固定条31a和固定器具32b的结构。

由此，同时进行粘接剂的固化和焊接，一并进行电路部10与外围壳体20的粘接和端子部21与电路部10的焊接，由此组装半导体器件。

如上所述，在半导体器件组装方法中，通过在组合外围壳体20与电路部10时将托盘部31与固定框部32相互连接，成为在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压固定的连结状态。然而，对该连结状态进行加热处理，组装半导体器件。由此，能够缩短组装工时和减轻热过程。

接着，说明半导体器件的一般的组装工序。图2～图5是表示半导体器件的组装工序的图。

在半导体器件的现有的组装工序中，作为第一工序，通过粘接剂进行电路部40与外围壳体50的粘接，作为第二工序，通过焊接进行电路部40与外围壳体50的端子部51的连接。图2、图3表示第一工序，图4、图5表示第二工序。

图2表示在外围壳体50涂敷粘接剂的状态。电路部40包括金属底板41、绝缘基板42和半导体元件43。金属底板41例如是铜制的底板，在金属底板41上装载绝缘基板42，在绝缘基板42安装半导体元件43。

外围壳体50是由树脂形成的壳体，具有金属制（例如铜制）的端子部51。端子部51与外围壳体50一体成型，端子部51的一个端子部51a由树脂固定于外围壳体50的侧壁50a。

此外，端子部51的另一个端部51b是第二工序中与安设有电路图案或导电材料的绝缘基板42的焊接部位进行焊接的部分。此外，图中端子部为1个，但是实际上在外围壳体50设置有多个端子部。

在使用这样结构的电路部40和外围壳体50组装半导体器件中，利用粘接剂涂敷装置等在外围壳体50的底部涂敷粘接剂。可以在电路部40的粘接面涂敷粘接剂。

图3表示使电路部40与外围壳体50重合进行加热处理的状态。首先，在加热用热板70上装载金属制的固定治具61。将涂敷了粘接剂的外围壳体50与电路部40的金属底板41的粘接面匹配地一体化。接着，外围壳体50与金属底板41由固定治具61固定。之后，加热用热板70通过固定治具61从下方加热外围壳体50与金属底板41的粘接面。

进一步，此时加压治具62从外围壳体50的上方施加压力，进行按压以使得外围壳体50与金属底板41均匀地粘接。这样通过进行加热和加压处理，使粘接剂均匀地固化，电路部40的金属底板41与外围壳体50在规定的位置均匀地固接。

图4表示在设置于外围壳体50的端子部51涂敷焊膏进行加热处理的状态。电路部40与外围壳体50粘接的组装体，载置于输送托盘80，向焊锡涂敷装置输送。焊锡涂敷装置对设置于外围壳体50的端子部51涂敷焊膏。

之后，涂敷了焊膏的组装体在载置于输送托盘80的状态下，输送至回流焊炉。

在回流焊炉中通过阶段性温度上升来加热制品。因此，能够缓和对电路部40的急剧的热冲击。之后，伴随温度上升，将外围壳体50的端子部51与绝缘基板42的焊接部位焊接。

图5表示将设置于外围壳体50的端子部51与电路部40的绝缘基板42的焊接部位焊接后的状态。第二工序结束后转移到清洗工序。

这样，在半导体器件的现有的组装工序中，第一工序和第二工序分别独立地进行。此外，在第一工序中电路部40与外围壳体50利用粘接剂粘接和在第二工序中外围壳体50的端子部51与电路部40的焊接部位的焊接这两个工序中进行加热处理。

因此，由于到半导体器件被组装为止在2个工序中进行加热处理，所以热过程长。于是，存在例如绝缘基板42上的配线图案的表面因热而氧化，或者外围壳体50的端子部51因热而变形使得多个端子部彼此接触的可能性，有导致半导体器件的品质和尺寸精度劣化的问题。

本技术是鉴于上述情况而完成的，提供缩短组装工时和减轻热过程的半导体器件组装方法和半导体器件组装治具。

接着，对本技术的半导体器件组装方法详细说明。图6～图8是表示半导体器件组装方法的图。图6（a）表示在外围壳体20的底部涂敷粘接剂，在外围壳体20的端子部21涂敷焊膏的状态。

电路部10包括金属底板11、绝缘基板12和半导体元件13。金属底板11例如是铜制的底板，在金属底板11上装载绝缘基板12，在绝缘基板12安装半导体元件13。

外围壳体20是由树脂形成的壳体，具有金属制（例如铜制）的端子部21。端子部21与外围壳体20一体成型，端子部21的一个端部21a由树脂固定于外围壳体20的侧壁20a。

此外，端子部21的另一个端部21b是与安设有电路图案或导电材料的绝缘基板12的焊接部位进行焊接的部位。此外，图中端子部图示为1个，但是实际上在外围壳体20设置有多个端子部。

在使用这样结构的电路部10和外围壳体20进行的半导体器件的组装中，准备半导体器件组装治具30。如图6（b）所示，半导体器件组装治具30包括金属制的托盘部31和金属制的固定框部32。在托盘部31设置有固定条31a，在固定框部32设置有固定器具32b。

将电路部10装载于托盘部31。此外，在外围壳体20，利用粘接剂涂敷装置等对外围壳体20的底部的粘接面涂敷粘接剂。进而，利用焊锡涂敷装置等对外围壳体20的端子部21涂敷焊膏。

然后，将电路部10和外围壳体20位置对齐并组合，以使得外围壳体20的粘接面与电路部10的粘接面重叠，将电路部10和外围壳体20载置于托盘部31，在涂敷了粘接剂和焊膏双方的状态的外围壳体20的上部安装固定框部32。

此外，在图示的例子中，预先将电路部10和外围壳体20组装之后载置于托盘部31，并安装外围壳体20，但是也可以将电路部10载置于托盘部31，在外围壳体20安装固定框部32后进行位置对齐以使得外围壳体20的粘接面与电路部10的粘接面重叠来取而代之。

图7是表示进行用于粘接剂的固化和焊锡熔融的加热处理的状态的图。首先，将安装有固定框部32的外围壳体20与电路部10的金属底板11的粘接面匹配，按压固定框部32的上部。

此时，通过将设置于固定框部32的固定器具32b与设置于托盘部31的固定条31a嵌合，来形成在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压固定的状态。

之后，在托盘部31与固定框部32之间施加均匀的按压力而固定的电路部10和外围壳体20，在这种状态下被输送至回流焊炉，利用回流焊炉通过托盘部31和固定框部32进行加热处理。

由此，对外围壳体20与金属底板11的粘接面进行加热，使粘接剂均匀固化。此外，通过使涂敷于外围壳体20的端子部21的焊膏熔融，对端子部21与绝缘基板12的焊接部位进行焊接。

图8表示加热处理结束、将固定框部32从托盘部31卸下后的状态。半导体器件的组装结束后转移至清洗工序。

接着，说明半导体器件组装治具30的连接机构。图9是半导体器件组装治具的托盘部的俯视图。图10是半导体器件组装治具的托盘部的侧视图（表示从A方向看图9时的侧视图）。

托盘部31是装载电路部10的托盘状的金属制的治具。此外，在图的例子中，表示能够装载2个电路部10的结构，周围4条边中在相对的2条边各设置有固定条31a-1、31a-2共2组。此外，在固定条31a-1、31a-2设置有向托盘部31的内侧突出的销3a-3。

图11是表示托盘部上的电路部的装载部位的图。位置对齐后的电路部10和外围壳体20装载于斜线区域r（区域r表示装载1个半导体器件的电路部10和外围壳体20的部位）。

图12是半导体器件组装治具的固定框部的俯视图。固定框部32是安装于外围壳体20的上部的金属制治具。用于将预先组装的电路部10和外围壳体20压到托盘部31。固定框部32的周围4条边中在相对的2条边组装设置有固定器具32b。固定框部32例如由金属制的方材构成，这些方材与外围壳体20接触被压到托盘部31。固定框部32的与外围壳体20接触的面可以平坦，也可以形成用于位置对齐的凸部或凹部等。此外，也可以在固定框部32与外围壳体20之间夹着弹簧等弹性部件。通过使用弹性部件，能够进一步均匀地按压电路部10和外围壳体20。

图13是表示托盘部与固定框部嵌合的状态的图。在托盘部31装载电路部10。此外，在外围壳体20的上部安装有固定框部32，安装有固定框部32的外围壳体20与电路部10重合。

在这种情况下，设置于托盘部31的固定条31a-1与设置于固定框部32的固定器具32b嵌合，以在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压的状态进行固定。

图14是表示固定条与固定器具的嵌合前的状态的图，图15是表示固定条与固定器具嵌合的状态的图。固定条31a的底边部31a-1固定设置于托盘部31的托盘面上，突起部3a-2固定于与托盘面垂直的方向上。此外，在突起部3a-2的中央附近插入有销3a-3。销3a-3向托盘部31的内侧突出。

固定器具32b固定设置于固定框部32的侧壁。固定器具32b具有杆3b-1、嵌合框部3b-2和嵌合可动部3b-3，由杆3b-1、嵌合框部3b-2和嵌合可动部3b-3形成嵌合口3b-4。

这里，一边从上部按压固定框部32，一边将固定器具32b压到固定条31a时，嵌合可动部3b-3向上方可动，销3a-3插入到嵌合口3b-4。

此外，插入销3a-3时，嵌合可动部3b-3返回原来的位置，销3a-3嵌合固定于嵌合口3b-4（托盘部31与固定框部32成为锁定状态）。

此外，通过向右下方向放倒杆3b-1，嵌合口3b-4成为打开状态，销3a-3从嵌合口3b-4脱离，解除固定条31a与固定框部32的嵌合状态。

这样，半导体器件组装治具30具有托盘部31和固定框部32，托盘部31具有固定条31a，固定框部32具有固定器具32b。由此，当组合外围壳体20与电路部10时，托盘部31与固定框部32相互嵌合，能够在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压固定。此外，通过设置于固定框部32的杆3b-1，能够容易解除托盘部31与固定框部32的连结。

接着，与现有的组装方法比较，使用流程图说明半导体器件组装方法。图16是表示半导体器件的组装流程的图。表示上述图2～图5所示的现有的半导体器件组装工序流程的一例。

[S1]制成在金属底板41装载有安装了半导体元件43的绝缘基板42的电路部40。

[S2]操作人员将外围壳体安装于用于在外围壳体50涂敷粘接剂的外围壳体固定治具。

[S3]粘接剂涂敷装置对外围壳体50的规定部位涂敷粘接剂。

[S4]操作人员将涂敷了粘接剂的外围壳体50与电路部40组合。

[S5]操作人员将电路部40与外围壳体50的组合品放置安装于装载在加热用热板70上的固定治具61。

[S6]具有加压装置（加压治具）62和加热用热板70的粘接剂固化装置，从加热用热板70进行加热固化粘接剂。

[S7]操作人员将由粘接剂固化的电路部40与外围壳体50的组合品安装于用于涂敷焊锡的焊锡涂敷用治具。

[S8]焊锡涂敷装置对外围壳体50的端子部51涂敷焊锡。

[S9]操作人员将涂敷焊锡后的电路部40与外围壳体50的组合品载置于输送托盘80。

[S10]回流焊炉对电路部40与外围壳体50的组合品实施焊接。

[S11]操作人员将焊接完的制品输送至下一工序（清洗工序）。

图17是表示半导体器件的组装流程的图。表示上述图6～图8所示的本技术的半导体器件组装方法的流程的一例。

[S21]制成在金属底板11装载有安装了半导体元件13的绝缘基板12的电路部10。

[S22]操作人员将外围壳体安装于用于在外围壳体20涂敷粘接剂的外围壳体固定治具。

[S23]粘接剂涂敷装置对外围壳体20的规定部位涂敷粘接剂。

[S24]操作人员将外围壳体20安装于用于涂敷焊锡的焊锡涂敷用治具。

[S25]焊锡涂敷装置对外围壳体20的端子部21涂敷焊锡。

[S26]操作人员将涂敷了粘接剂和焊锡的外围壳体20与电路部10组合。

[S27]操作人员将半导体器件组装治具30的固定框部32安装于外围壳体20的上部，将电路部10与外围壳体20的组合品安装于半导体器件组装治具30的托盘部31。

然后，使设置于托盘部31的固定条31a和设置于固定框部32的固定器具32b相互嵌合，形成在托盘部31与固定框部32之间将电路部10和外围壳体20均匀地按压的固定状态。

[S28]回流焊炉对步骤S27的状态进行加热处理，同时进行粘接剂的固化和焊锡的熔融，一并进行电路部10与外围壳体20的粘接和端子部21与电路部10的焊接。

[S29]操作人员在粘接和焊接完成后卸下半导体器件组装治具30，将半导体器件输送至清洗工序（下一工序）。

这样，图17所示的半导体器件组装方法与图16所示的现有方式相比，可知工序数减少。此外，现有技术中在电路部与外围壳体利用粘接剂进行的粘接和外围壳体的端子部与电路部的焊接部位的焊接这两个工序中进行加热处理。

与此相对，在本技术的半导体器件组装方法中，使用容易装卸的半导体器件组装治具，通过1次加热处理来一并进行电路部与外围壳体利用粘接剂进行的粘接和外围壳体的端子部与电路部的焊接部位的焊接。由此，能够缩短组装工时和减轻热过程。

此外，可以如上述例子那样在工序S25之后进行工序S26，也可以改变该顺序例如在工序S23之后进行工序S26，之后进行工序S25。此外，对于上述例的工序S1，既可以准备预先接合了半导体元件43、绝缘基板42和金属底板41的电路部10，也可以准备在半导体元件43、绝缘基板42和金属底板41之间夹着焊接板的电路部10，在工序S28中进行焊接。

以上例示了实施方式，能够将实施方式中表示的各部分的结构置换为具有相同功能的其他部件。此外，也可以附加其他任意的结构物和工序。

Claims (6)

1.一种半导体器件组装方法，其特征在于，包括：

准备电路部和收纳所述电路部的外围壳体的工序，所述电路部具有半导体元件、安装所述半导体元件的绝缘基板和装载所述绝缘基板的金属底板；

在所述电路部和所述外围壳体中的至少一方的粘接面涂敷粘接剂的工序；

在形成于所述外围壳体的端子部和所述电路部的焊接部位中的至少一方涂敷焊锡的工序；和

在托盘部与固定框部之间组合所述电路部和所述外围壳体，将所述托盘部与所述固定框部相互连接，由此成为在所述托盘部与所述固定框部之间将所述电路部和所述外围壳体均匀地按压固定的状态，并实施加热处理的工序，

通过所述加热处理，将所述电路部与所述外围壳体的粘接、以及所述端子部与所述电路部的焊接一并进行来组装半导体器件。

2.如权利要求1所述的半导体器件组装方法，其特征在于：

在所述托盘部设置有具有销的固定条，在所述固定框部设置有形成有与所述销嵌合的嵌合口的固定器具，

将所述外围壳体的粘接面与所述电路部的粘接面重合地组合，按压所述固定框部的上部，使所述固定条的所述销嵌合于所述固定器具的所述嵌合口，将所述托盘部与所述固定框部相互连接，由此成为在所述托盘部与所述固定框部之间将所述电路部和所述外围壳体均匀地按压固定的状态。

3.如权利要求2所述的半导体器件组装方法，其特征在于：

所述固定器具具有解除与所述固定条的嵌合的杆。

4.一种半导体器件组装治具，其特征在于，包括：

载置电路部的托盘部，所述电路部具有半导体元件、安装所述半导体元件的绝缘基板和装载所述绝缘基板的金属底板；和

安装在收纳所述电路部的外围壳体的上部的固定框部，

在所述托盘部与固定框部之间组合所述外围壳体和所述电路部，将所述托盘部与所述固定框部相互连接，由此成为在所述托盘部与所述固定框部之间将所述电路部和所述外围壳体均匀地按压固定的状态，并实施加热处理，

通过所述加热处理，将所述电路部与所述外围壳体的粘接、以及所述端子部与所述电路部的焊接一并进行来组装半导体器件。

5.如权利要求4所述的半导体器件组装治具，其特征在于：

所述托盘部包括具有销的固定条，所述固定框部包括形成有与所述销嵌合的嵌合口的固定器具，

通过将所述外围壳体与所述电路部重合地组合，按压所述固定框部的上部，使所述固定条的所述销嵌合于所述固定器具的所述嵌合口，来形成在所述托盘部与所述固定框部之间将所述电路部和所述外围壳体均匀地按压固定的状态。

6.如权利要求5所述的半导体器件组装治具，其特征在于：

所述固定器具具有解除与所述固定条的嵌合的杆。