JP2009088008A - 半導体装置製造用治具、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、ベース板（放熱板）、絶縁基板および端子台を、それらの構造の複雑化を回避しつつ位置決めすることができる半導体装置製造用治具及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ベース板（放熱板）、絶縁基板および端子台が重なる方向に向かって積み重ねることができる第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０を準備する。第１治具１０は、ベース板２の面方向の移動を阻止する。第２治具２０は、開口２４により絶縁基板６を囲い、絶縁基板６の面方向の移動を阻止する。第３治具３０は、開口３４に端子台をはめ込むことができるように形成されており、絶縁基板６上での端子台の位置決めを行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置製造用治具と、半導体装置の製造方法に関する。

従来、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、ベース板（放熱板）、絶縁基板および端子台の位置決めを精度良く行うための技術が知られている。この従来の技術では、絶縁基板の位置決めを行うために、端子台の下方に延びる主端子の構造を工夫したり、絶縁基板自体に位置決め用突起を設けたりしている（特許文献１の図１０参照）。

実開平５−１５４４４号公報

しかしながら、上記従来の技術のように半導体装置側の構成に位置決めの機能を持たせる場合、半導体装置自体の構成が複雑化してしまうおそれがある。また、これに伴い、組立てを注意深く行うことが求められ、工程の煩雑化やコストアップを招くおそれもある。

この発明は、上記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（放熱板）、絶縁基板および端子台を、それらの構造の複雑化を回避しつつ位置決めすることができる半導体装置製造用治具及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、半導体装置製造用治具であって、
平面体を載せることができる載置部と、該載置部の外周を連続的または離間的に囲うように設けられた凸部とを備える第１治具と、
前記第１治具に重なるように位置した状態で固定可能とされ、第１の大きさを有し該第１治具に重なるように位置したときに前記凸部が囲う領域を露出させる開口を備える第２治具と、
前記第１、２治具にさらに重なるように位置した状態で固定可能とされ、前記第１の大きさ以下の第２の大きさを有し該第１、２治具に重なるように位置したときに該第２治具の前記開口を介して前記凸部が囲う前記領域をさらに露出させる開口を備える第３治具と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は上記の目的を達成するため、半導体装置製造用治具であって、
平面体を載せることができる載置部と、該載置部の外周を連続的または離間的に囲うように設けられた凸部とを備える第１治具と、
前記第１治具に重なるように位置した状態で固定可能かつ該第１治具に対する積層方向に対して垂直な面に沿う方向に取り外し可能とされ該第１治具に対する積層方向に見た外形がコの字型とされている第１部材と、該第１部材の該コの字型に凹んだ部位の内側に向かって抜き差し可能とされ該第１部材に差し込まれたときに該第１部材とともに開口を形成する第２部材と、を含み、該第１部材に該第２部材が差し込まれている状態で前記第１治具に重なるように位置したとき該第１、２部材が形成する前記開口から前記凸部が囲う領域を露出させる第２治具と、
前記第１、２治具にさらに重なるように位置した状態で固定可能とされ、該第１、２治具に重なるように位置したときに前記第１、２部材が形成する該第２治具の前記開口を介して前記凸部が囲う前記領域をさらに露出させる開口を備える第３治具と、
を備えることを特徴とする。

第３の発明は、上記の目的を達成するため、半導体装置の製造方法であって、
上記第１の発明にかかる半導体装置製造用治具を準備する準備工程と、
前記凸部により前記載置部上での摺動が阻止されるように前記第１治具の該載置部にベース板を載せるベース板位置決め工程と、
前記ベース板位置決め工程で前記載置部に載せられた前記ベース板に、前記第２治具の前記開口が該ベース板上の絶縁基板の外周を囲うように該第２治具を重ねる基板位置決め工程と、
前記基板位置決め工程で前記ベース板に重ねられた前記第２治具に前記第３治具をさらに重ねた状態で該第３治具の前記開口に端子台を挿入し、該端子台の端子を介して該端子台を前記絶縁基板に載せる端子台位置決め工程と、
前記ベース板位置決め工程、前記基板位置決め工程、前記端子台位置決め工程により重ねられていく前記第１、２、３治具のそれぞれを各位置に固定する治具固定工程と、
前記治具固定工程の後、前記第１、２、３治具が固定されている状態で、該第１、２、３治具により位置決めされている前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台を一体化する一体化工程と、
前記一体化工程の後、前記第１、２、３治具を、前記一体化された前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台から取り外す取り外し工程と、
を含むことを特徴とする。

第４の発明は、上記の目的を達成するため、半導体装置の製造方法であって、
上記第２の発明にかかる半導体装置製造用治具を準備する準備工程と、
前記凸部により前記載置部上での摺動が阻止されるように前記第１治具の該載置部にベース板を載せるベース板位置決め工程と、
前記ベース板位置決め工程で前記載置部に載せられた前記ベース板に、前記第１部材に前記第２部材が差し込まれた状態で該第１、２部材が形成する前記開口が前記ベース板上の絶縁基板の外周を囲うように該第２治具を重ねる基板位置決め工程と、
前記基板位置決め工程で前記ベース板に重ねられた前記第２治具に前記第３治具をさらに重ねた状態で該第３治具の前記開口に端子台を挿入し、該端子台の端子を介して該端子台を前記絶縁基板に載せる端子台位置決め工程と、
前記ベース板位置決め工程、前記基板位置決め工程、前記端子台位置決め工程により重ねられていく前記第１、２、３治具のそれぞれを各位置に固定する治具固定工程と、
前記治具固定工程の後、前記第１、２、３治具が固定されている状態で、該第１、２、３治具により位置決めされている前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台を一体化する一体化工程と、
前記一体化工程の後、前記第２部材を前記第１部材から引き抜いて、前記第１治具、前記第１部材、前記３治具を、前記一体化された前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台から取り外す取り外し工程と、
を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、次に述べるようにして、ベース板、絶縁基板および端子台を位置決めすることができる。先ず、第１治具の載置部に、凸部によりその面方向の移動が阻止されるようにベース板を載せる。ベース板には、絶縁基板を固定しておく。次に、第２治具の開口からベース板上の絶縁基板が露出するように第１治具に第２治具を重ねて位置させて、第２治具を固定する。これにより、第２治具の開口が絶縁基板の周囲を囲って、この絶縁基板の面方向の移動を制限する。続いて、第２治具の開口から露出している絶縁基板が第３治具の開口から更に露出されるように第１、２治具にさらに第３治具を重ねて位置させて、第３治具を固定する。この第３治具の開口に端子台を挿入することにより、端子台の端子と絶縁基板とを接触させた状態で端子台の移動を阻止することができる。このように第１、２、３治具が機能することにより、ベース板、絶縁基板、端子台に複雑な位置決め構造を設けることなく、それらの部品を高精度に位置決めすることができる。

第２の発明によれば、第１の発明と同様に、第１、２、３治具をそれぞれ用いて、ベース板、絶縁基板および端子台をそれらの部品の構造の複雑化を回避しつつ位置決めすることができる。更に、第２の発明では、第２治具が複数の部品から構成されており、必要に応じて、第１、２部材を合体させたり、第１、２治具を分離したりできる。これにより、位置決めすべき半導体装置の構成部品の仕様の制約を緩めることができる。

第３の発明によれば、第１の発明にかかる半導体装置製造用治具を用いて、ベース板、絶縁基板、端子台の位置決めを、それらの部品の構造の複雑化を回避しつつ行うことができる。

第４の発明によれば、第２の発明にかかる半導体装置製造用治具を用いて、ベース板、絶縁基板、端子台の位置決めを、それらの部品の構造の複雑化を回避しつつ行うことができる。

実施の形態１．
［実施の形態１にかかる半導体装置製造用治具］
図１は、実施の形態１の半導体装置製造用治具の斜視図である。実施の形態１の半導体装置製造用治具は、第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０を備えている。また、図１には、治具による固定の様子を説明するために、放熱板であるベース板２も示されている。ベース板２は、その表面に絶縁基板６が予め固定され、その四隅に１つずつ貫通穴４を有している。以下の説明では、第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０のそれぞれの構成を、ベース板２との関係も踏まえつつ説明する。

図１に示すように、実施の形態１は、第１治具１０を備えている。第１治具１０は、その中央に、第１治具１０のほぼ全面に渡る大きさの矩形の凹部を備えている。この凹部は、底面１４と、この底面１４を連続的に囲うように設けられた凸部１６とから構成されている。底面１４はベース板２を置くための面であり、凸部１６の側面は凹部の壁面として機能している。

凹部の外形寸法は、ベース板２の外形寸法に合わせて形成されている。このため、凹部内に収まるようにベース板２を置くことにより、凸部１６がベース板２の外周を連続的に囲むことになる。その結果、ベース板２の面方向の移動が阻止され、ベース板２の位置決めが達成される。なお、図１では図示していないが、底面１４の四隅には、１つずつ、円筒形状の窪み（後述する窪み１２）が設けられている。この窪み１２は、ベース板２が凹部内に収められたとき、ベース板２の貫通穴４と連通する。

図１に示すように、実施の形態１は、第２治具２０を備えている。第２治具２０は、図１に示すように、平らな矩形の板に２つの開口２４が形成されたものである。２つの開口２４は、ベース板２上の２つの絶縁基板６にそれぞれ対応する形状とされている。具体的には、本実施形態では、開口２４の位置、形状および大きさは、第２治具２０が第１治具１０に重なったとき、開口２４の外周が絶縁基板６の外縁を囲ってちょうど絶縁基板６を露出させるように定められている。

その結果、第１治具１０の凹部にベース板２が収められた状態でこの上に第２治具２０が重なることにより、絶縁基板６の面方向の移動を開口２４の側面で阻止することができる。

ところで、本実施形態では、既述したように、絶縁基板６は予めベース板２に固定（半田付け）されている。この点だけ見れば、絶縁基板６の位置決めは本来必要が無いようにも思える。しかしながら、本実施形態では、後述するように、絶縁基板６と端子台とを半田付けすべく、治具による位置決めの後、加熱処理工程（リフロー工程）を行う。加熱処理により、端子台を接続するための半田が溶けるのと時を同じくして、絶縁基板６をベース板２に固定している半田も溶けてしまう可能性がある。このような状況下でも絶縁基板６を本来の搭載位置に確実に保持することが可能となる点に、第２治具２０の意義がある。

第２治具２０は、その四隅に１つずつ、貫通穴２２を備えている。貫通穴２２の位置、形状および大きさは、第２治具２０がベース板２に重なって位置したときに貫通穴２２のそれぞれがベース板２の貫通穴４のそれぞれと連通するように定められている。

図１に示すように、実施の形態１は、第３治具３０をさらに備えている。第３治具３０は、第２治具２０と同様に、平らな矩形の板に２つの開口３４を形成したものである。この２つの開口３４は、後述する端子台の外形に応じた形状とされている。具体的には、開口３４の位置、形状および大きさは、絶縁基板６と接続すべき端子台を開口３４に紙面上方から下方に向かって挿入可能となるように定められている。開口３４の側面によって端子台の位置決めを行うためである。

また、開口３４は、第２治具２０の開口２４よりも小さく形成されている。これは、端子台と絶縁基板６とが機械的に接続された後、図１の紙面上方へと第２治具２０を取り外すことができるようにするためである。つまり、もし開口３４が開口２４よりも大きく形成されていて、この開口３４に応じた大きさの端子台を絶縁基板６に半田付けしたとすると、その後第２治具２０を紙面上方へと引き上げようとしても開口２４のふちが端子台に引っ掛かってしまう。その結果、第２治具２０の取り外しができなくなってしまう。このような理由から、開口３４は開口２４よりも小さく形成される。

第３治具３０は、その四隅に１つづつ、貫通穴を有している。この貫通穴には、１つずつ、ピン３２が固定されている。図１に示すように、ピン３２は、第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０が重なる方向に沿って伸びている。それぞれのピン３２の位置、形状及び大きさは、第１治具１０、ベース板２、第２治具２０および第３治具３０がこの順に重なったときに、窪み１２、貫通穴４、２２に挿入可能となるように定められている（図１の矢印）。

ピン３２が窪み１２、貫通穴４、２２に挿入されることにより、ベース板２の平面方向における第１治具１０、ベース板２、第２治具２０および第３治具３０の移動がピン３２によって一括して阻止される。換言すれば、ピン３２は、第１治具１０、ベース板２、第２治具２０および第３治具３０に対する共通の位置決め部材として機能する。また、本実施形態では、第２治具２０と第３治具３０とがともに平面体であり、ピン３２によってそれらが離間されつつ固定される。

第１治具１０、第２治具２０および第３治具３０は、いずれも、リフロー（加熱処理）の際の温度（半田使用時には半田が溶ける程度の温度であり、例えば、２５０℃程度）に耐えうる材料（例えば金属材料）で形成されている。具体的には、本実施形態では、取り扱いが比較的容易であるアルミニウムを用いて各治具を形成する。但し、アルミニウム以外の金属でも良い。

上記各治具を金属材料などの熱膨張を起こす材料を用いて形成する場合、加熱処理工程においてそれらの治具が膨張する。この熱膨張の程度によっては、嵌合しているピン３２および各治具に過大な力が加わり、その後の工程で治具を取り外すのが困難になってしまうおそれがある。この点を考慮して、ピン３２の直径と、窪み１２、貫通穴４、２２の直径とを定める際には、それらの間にある程度のクリアランスを設けておき、熱膨張時の変形を考えて逃がしをつけておくことが好ましい。

具体的には、このクリアランスは、少なくとも、加熱処理工程において第１、２、３治具１０、２０、３０及びピン３２が熱膨張したときにそれらの変形が許容範囲内に収まる程度に、大きな値とされる。熱膨張時における変形の許容範囲とは、加熱処理工程の後、常温程度まで冷却されて第１、２、３治具１０、２０、３０およびピン３２が収縮した後にピン３２を引き抜くことができる程度の、第１、２、３治具１０、２０、３０及びピン３２の変形の範囲を意味している。

図２は、上記説明した図１の各構成をその積層方向に沿って切断した断面の図に相当している。説明の便宜上図１には示していない、絶縁基板６上のパワー素子８や、端子台４０も図示している。図２に示すように、第１治具１０、ベース板２、第２治具２０、第３治具３０が重なったとき、窪み１２、貫通穴４、２２、ピン３２の位置が一致する。図２の破線矢印のように、ピン３２を窪み１２、貫通穴４、２２に挿入することで、各構成部品の位置決めを行うことができる。また、ピン３２は、図２に示すように、相対的に太い第１の部位と、相対的に細い第２の部位とを備えている。第２の部位が貫通穴２２、４および窪み１２に通じ、第１、２の部位の段差が第２治具２０を紙面下方に押圧固定する。

端子台４０は、図２の紙面下方に延びる端子４２を備えている。この端子４２は、端子台４０が第３治具３０の開口３４にはめ込まれたとき、絶縁基板６の所定の位置（配線パターン上）に載る。なお、絶縁基板６の当該所定の位置には、端子４２との接続用の半田が塗布されている。

図３は、図２に示した第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０およびベース板２、端子台４０を重ねて、各治具がベース板２および端子台４０を位置決めしている状態を示す図である。ベース板２が第１治具１０の凹部に収納され、紙面横方向（つまりは、ベース板２の面方向）についての移動が阻止されている。また、第２治具２０の開口２４の側壁が絶縁基板６の周囲に位置し、絶縁基板６の搭載位置を保持する役割を果たしている。また、第３治具３０の開口３４の側壁が、端子台４０を位置決めしている。

以上説明したように、実施の形態１の半導体装置製造用治具によれば、ベース板２、絶縁基板６、端子台４０および端子４２の位置決めを、それらに複雑な構造を要求することなく行うことができる。そして、本実施形態では、第２治具２０は開口２４により絶縁基板６を、第３治具３０は開口３４によって端子台４０を、それぞれ固定している。このように、治具に開口を設けてこの開口内に各構成部品を位置させて位置決めを行う手法によれば、各構成部品の位置決めを容易かつ確実に行うことができる。

また、本実施形態では、縦方向に沿って３層に分割された第１治具１０、第２治具２０および第３治具３０のそれぞれが、ベース板２、絶縁基板６および端子台４０の各々を個別に固定している。このような構成によれば、組立て時、ベース板２側から端子台４０まで積みあがる各々の部品が所望の位置に十分な精度で配置されているかを確認しながら、製造を進めることができる。また、各治具を順次重ねていくことで位置決めを行うことができ、組立ての工程が簡便になる。また、取り外しの際には各治具を積層方向に分離するだけでよい。

また、ベース板、絶縁基板、端子台の仕様に応じて、多品種生産を行いたい場合にも、本実施形態の半導体装置製造用治具は優れている。例えば、絶縁基板の形状のみが異なる他の仕様の半導体装置を製造したい場合には、開口２４の位置、形状、大きさを異ならしめた他の第２治具を準備しておくことで対応可能だからである。このように、本実施形態の治具を用いることで、工程が簡便になるとともに多品種生産も効率よく行うことができ、生産性が著しく向上する。

また、本実施形態によれば、ピン３２が、各治具に対する共通の位置決め部材として機能する。このような手法によればピン３２の位置を基準として各治具を固定することができるため、複数の治具を単に積み上げたりする手法に比して相乗的な誤差を小さく抑えることができ、結果的に位置決め精度が向上する。また、本実施形態のようにピン３２を挿入して位置決めを実現できるという構成は、作業性という面でも優れている。

また、本実施形態では、第２治具２０や第３治具３０を、平面体としている。記述したように、本実施形態に係る半導体装置製造用治具は金属材料により形成されている。このため、各治具が高温環境下（例えば半田の融点程度）におかれたとき、熱膨張により各治具がどのように膨張、変形するのかを把握しておくことが望ましい。この点、本実施形態は、第２治具２０、第３０治具３０をシンプルな平面体構造としているので、多数の突起や段差、曲面などを備えるような複雑な形状の治具を用いる場合に比して、治具が熱膨張によりどの様に膨張、変形するかを比較的容易かつ正確に把握することができる。

尚、上述した実施の形態１では、第１治具１０が、前記第１の発明における「第１治具」に、第２治具２０が、前記第１の発明における「第２治具」に、第３治具３０が、前記第１の発明における「第３治具」に、それぞれ相当している。また、底面１４が、前記第１の発明における第１治具が備える「載置部」に、凸部１６が、前記第１の発明における第１治具が備える「凸部」に、それぞれ相当している。また、開口２４が、前記第１の発明における第２治具が備える「開口」に、ベース板２が無い状態で第２治具２０を第１治具１０と重ねて配置したときに開口２４から見える底面１４の一部が、前記第１の発明における第２治具の開口が露出させる「凸部が囲う領域」に、それぞれ相当している。また、開口３４が、前記第１の発明における第３治具が備える「開口」に相当している。

［実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法］
次に、上記述べた実施の形態１の半導体装置製造用治具を用いた、半導体装置の製造方法について説明する。

（準備工程）
先ず、既述した、第１治具１０、第２治具２０および第３治具３０を準備する。凹部や開口２４、３４などは、製造の対象となる半導体装置の仕様に応じた形状で形成しておく。

（ベース板位置決め工程）
次に、第１治具１０の凹部内に収まるように、ベース板２を底面１４に載せる。これにより、凸部１６が底面１４上でのベース板２の摺動を阻止し、ベース板２が位置決めされる。

（基板位置決め工程）
続いて、ベース板位置決め工程で底面１４に載せられたベース板２に、第２治具２０を重ねる。準備工程で述べたように、開口２４は絶縁基板６に応じた形状、大きさとされている。このため、開口２４によって絶縁基板６の外周が囲まれ、ちょうど絶縁基板６だけが開口２４から露出することになる。

（端子台位置決め工程）
次に、基板位置決め工程でベース板２に重ねられた第２治具２０に、第３治具３０をさらに重ねる。具体的には、第３治具３０に一体化されているピン３２の各々を、第２治具２０の貫通穴２２の各々に挿入する。ピン３２は、貫通穴２２の下層に位置するベース板２の貫通穴４を通過し、第１治具１０の窪み１２に入って第１治具１０に当接する。この状態で、第３治具３０の開口３４に端子台４０を挿入する。端子台４０下方に伸びる端子４２を、絶縁基板６上の所定位置に載せる。絶縁基板６上の端子４２載置位置には、半田を塗布しておく。

（治具固定工程）
なお、上記の端子台位置決め工程では、ピン３２の挿入により、第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０の固定（積層面方向の固定）が一括して行われている。

（加熱工程）
次に、上記の工程を経て組み立てられた治具および部品をリフローする。具体的には、例えば、第１治具１０をホットプレートに載せ、第１治具１０の裏面側から熱を加える。絶縁基板６と端子４２との間に介在する半田を溶かすためである。このとき、第２治具２０が絶縁基板６を位置決めしているので、ベース板２と絶縁基板６とを接続する半田も溶けてしまった場合でも絶縁基板６がずれるのを抑制できる。

ところで、リフロー中に、絶縁基板６上に存在する半田が周囲に飛散してしまうことがある。飛散した半田（半田ボールとも称される）がベース板２に付着すると、製造工程に好ましくない影響を及ぼすおそれがある。

この点、本実施形態では、開口２４の外周形状と絶縁基板６の外周形状とが対応して、ちょうど絶縁基板６のみを露出させている。つまり、ベース板２上の絶縁基板６以外の部位は、第２治具２０の表面によって覆われている。従って、第２治具２０を、ベース板２の保護カバー（マスク）として機能させることができる。

（冷却工程）
リフロー後は、組み立てた治具を取り外さずに冷却工程を行う。これにより、ベース板２、絶縁基板６、端子台４０の半田付けが完成し、それらの部品が一体化される。本実施形態では、第２治具２０と第３治具３０との間が離間されており、これらの治具の隙間を通って熱が逃げやすくなっている。しかも、第２治具２０と第３治具３０がともに平面体であるため、治具間の隙間が四方に向かって開いている。このような構成により、本実施形態は、冷却工程における冷却効率が高く、冷却時間を短縮できるという利点もある。

（取り外し工程）
冷却工程の後は、第３治具３０、第２治具２０を上方に取り外す。これにより、半田付けにより一体化されたベース板２、絶縁基板６および端子台４０を、治具から簡単に取り外すことができる。なお、その後の工程では、一体化されたベース板２、絶縁基板６および端子台４０へのケースの取り付けなどが行われる。

以上説明したように、実施の形態１の製造方法によれば、実施の形態１の半導体装置製造用治具を用いて、ベース板、絶縁基板、端子台の位置決めを、それらの部品の構造の複雑化を回避しつつ行うことができる。

［実施の形態１に対する比較例］
以下、比較例を用いて、実施の形態１の利点を更に説明する。図８および図９は、実施の形態１に対する比較例を説明するための図である。この比較例は、ベース板、絶縁基板、端子台を含む半導体装置を製造するための技術である点は、実施の形態１と同様である。しかしながら、この比較例は、ベース板、絶縁基板、端子台を積み重ねそれらの側面を挟み込むようにして位置決めを行う点で、実施の形態１と技術的思想が相違している。

図８は、第１比較例を示す図である。図８（ａ）は、第１比較例の半導体製造用治具を模式的に示す斜視図である。比較例では、ベース板１０２上の絶縁基板１０６を横方向から挟みこむように２つの治具１２０が位置している。絶縁基板上に端子台が載せられたとき、この２つの治具１２０がこの端子台を挟み込む。図８（ｂ）は、第１比較例の半導体製造用治具の断面図である（なお、イメージ図のため、図８（ａ）と厳密に対応させてはいない）。ベース板１０２上の絶縁基板１０６と、その上に位置する端子台とが、２つの治具１２０によって挟み込まれている。

図９を用いて、比較例の思想について更に詳しく説明する。図９は、第１比較例と同様の思想に基づいて構成された第２比較例を示す図である。図９には、ベース板１０２、表面にパワー素子１０８が固定された絶縁基板１０６、端子１４２を備える端子台１４０が図示されている。治具１１０と、治具１２０は、ピン１３２で連結されている。

図９と図３とを比較してみることにより、比較例と実施の形態１との相違が明確となる。既述したように、実施の形態１の半導体装置製造用治具は、半導体装置の構成部品（ベース板２、絶縁基板６、端子台４０）の積層方向（つまり、図３の紙面縦方向）に、３つの治具（第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０）が重なって位置するという構成である。これに対して、第２比較例は、ベース板１０２、絶縁基板１０６および端子台１４０に対して、図９に示すように、治具１２０が紙面左右方向からそれらの構成部品を挟み込むという構成になっている。

このような第２比較例の構成だと、２つの治具１２０が、それぞれ、ピン１３２を支点として紙面左右方向にぐらついてしまうおそれがある。これに起因して、２つの治具１２０が紙面左右方向に扇形に開いてしまうと、端子台１４０を挟み込む機能が弱まり、位置決め精度が低下してしまう恐れがある。この点、実施の形態１は、縦方向に積み重なる複数の治具を用いて位置決めを行うという思想に基づいているので、治具が横方向に開いてしまうという問題を回避できる。

また、治具１２０は、絶縁基板１０６と端子台１４０の両方を一括して挟み込めるように設計される必要がある。従って、絶縁基板を変更したいという要求があったときには、同じ端子台１４０を用いる場合であっても治具１２０全体を作り直さざるをえない。この点、実施の形態１では構成部品ごとに治具が独立しているので、絶縁基板だけを変更するという場合には第２治具２０のみを変更すれば足りる。

［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、ピン３２により、第１治具１０、第２治具２０、第３治具３０の固定を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。第１、２、３治具のそれぞれが、個別に固定機能を備えるようにしてもよい。

図４は、実施の形態１の第１変形例を示す斜視図である。第１変形例では、第３治具５５が、四隅に１つずつ、裏面側（第２治具側）に向かって伸びる足部５６を備えている。そして、第２治具５２も、同様に、四隅に１つずつ、裏面側に向かって伸びる足部５３を備えている。第２治具５２の表面側（第３治具５５側）には、四隅に１つずつ、窪み５４が備えられている。このように、第２治具５２および第３治具５５がそれぞれ裏面側に伸びる足を備える構成としてもよい。なお、図４では省略しているが、第１変形例でも、ベース板２のさらに下側に第１治具１０を置いてベース板２の位置決めを行うことができる。

なお、図４の変形例のような構造の場合、実施の形態１とは異なり、第１、２、３治具を組み立てていくのに並行して、第１、２、３治具の面方向の固定（治具固定工程）も進んでいくことになる。このように、図４の変形例のような各層の治具が個別に固定機構を備える場合には、実施の形態１でピン３２を挿入して第１、２、３治具の固定が完成する場合とは異なり、位置決め工程と治具固定工程とが並行して行われることになる。

（第２変形例）
実施の形態１では、第１治具１０の凸部１６により、ベース板２の面方向の移動を阻止した。しかしながら、これ以外の手法を用いて、ベース板２の面方向の移動を阻止しても良い。例えば、底面１４とベース板２の裏面との間に凹凸を設けてそれらを嵌合させることにより、ベース板２の摺動を規制してもよい。また、第１治具１０のように底面１４の周囲を凸部１６が連続的に囲う手法に限らず、例えば、底面１４の周囲に所定間隔をおきながら複数個のピンを凸部として並べたり、底面１４の四隅だけにくの字型の凸部を設けるなどの手法を採用してもよい。

（第３変形例）
実施の形態１では、予め絶縁基板６が固定された状態のベース板２を第１治具１０に載せ、絶縁基板６を露出させるように第２治具２０を重ねた。しかしながら、本発明にかかる半導体装置製造用治具の使い方は、これに限られるものではない。絶縁基板６が予め固定されていない場合には、第２治具２０を重ねた結果ベース板２表面のうち絶縁基板６を搭載すべき領域が開口２４から露出する。従って、この領域に絶縁基板６を事後的に載せるという製造手法を採用することもできる。

（第４変形例）
実施の形態１では、開口２４、３４の貫通方向に見た外形が、絶縁基板６や端子台４０の外形に応じた四角形とされている。しかしながら、開口２４、３４の形状は、これに限定されるものではない。例えば、開口２４が果たすべき機能は、少なくとも、絶縁基板６を露出させ、かつ絶縁基板６の面方向の移動および回転を阻止するということである。つまり、これらの機能を満たす形状であれば、必ずしも絶縁基板６の外形と開口２４の外形とが相似である必要はない。但し、絶縁基板６の回転を防止するという観点からは、開口２４の輪郭は非円形形状とすることが好ましい。この点は、第３治具３０の開口３４の外形と、端子台４０の外形との関係についても同様にあてはまる。

なお、本実施形態では、取り扱いが比較的容易であるアルミニウムを用いて各治具を形成した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。アルミニウム以外の金属材料や、その他の種々の耐熱性の材料を用いることができる。

実施の形態２．
［実施の形態２にかかる半導体装置製造用治具］
実施の形態２は、実施の形態１と同様に、複数の治具を縦方向に重ねるという思想に基づくものである。しかしながら、実施の形態２は、主に、第２治具の構成について、実施の形態１と相違する。以下、図５および６を用いて、実施の形態２の半導体装置製造用治具の構成について説明する。

図５は、実施の形態２の半導体装置製造用治具の構成を示す斜視図である。図５に示されている構成は、第２治具２０が第２治具６０に、第３治具３０が第３治具８０に、それぞれ置換されている点、および、絶縁基板６のサイズが異なっている点を除き、実施の形態１の図１と同様の構成である。第２治具６０は、第１部材６１と、ハッチングを付した第２部材６６とから構成されている。第３治具８０は、１つの開口８４を備えている。

図６（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２の第２治具６０の平面図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）を紙面右側から見た図である。図６（ａ）に示すように、第１部材６１はコの字型の外形を有している。第２部材６６は、図中矢印のように、第１部材６１のコの字の内側に向かって抜き差し可能とされている。第２部材６６が差し込まれたときに、第１部材６１および第２部材６６により、２つの開口６４が形成される。つまり、第２部材６６を第１部材６１に装着または取り外すことにより、第２治具６０における絶縁基板６の位置決め用の開口の大きさや形状を変化させることができる。

ところで、実施の形態１では、第３治具３０の開口３４が第２治具２０の開口２４よりも小さく形成されている。つまり、絶縁基板の外形よりも端子台の外形のほうが小さいような仕様の半導体装置を前提として、治具が構成されている。これは、端子台４０を絶縁基板６に固定した後の工程で、第２治具２０の取り外しができなくなってしまうのを防ぐためである。製造対象の半導体装置の仕様が、常に、端子台の外形が絶縁基板の外形以下という条件を満たしていれば、このような制約は問題ない。しかしながら、半導体装置の仕様によっては、端子台の外形が絶縁基板の外形よりも大きくなる場合もありうる。

そこで、実施の形態２では、そのような状況に対応すべく、第２治具を、第１部材６１と第２部材６６の２部品からなる構成としている。そして、これら二つの部材により開口６４の大きさ、形状を変更できるようにしている。このような構成によれば、先ず、基板位置決め時には第２部材６６を第１部材６１に挿入して、開口６４を用いた位置決めを行うことができる。そして、端子台と絶縁基板とを半田付けしたあとの取り外し工程の際には、第３治具８０およびピン３２を紙面上方に引き抜いたあと、第１部材６１と第２部材６６とを、面方向に沿って分離することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、図５のように第３治具８０が１つの大きな開口８４を備えていて、第２治具６０の上に２つの開口６４を跨ぐように１つの端子台が取り付けられたとしても、第２部材６６を引き抜いて第１部材６１を取り外すことにより、問題なく第２治具６０の取り外しが可能となる。

尚、上述した実施の形態２では、第１治具１０が、前記第２の発明における「第１治具」に、第２治具６０が、前記第２の発明における「第２治具」に、第３治具８０が、前記第２の発明における「第３治具」に、それぞれ相当している。また、底面１４が、前記第２の発明における第１治具が備える「載置部」に、凸部１６が、前記第２の発明における第１治具が備える「凸部」に、それぞれ相当している。また、第１部材６１が、前記第２の発明における「第１部材」に、第２部材６６が、前記第２の発明における「第２部材」に、開口６４が、前記第２の発明における第２治具が備える「開口」に、それぞれ相当している。そして、ベース板２が無い状態で第２治具６０を第１治具１０と重ねて配置したときに開口６４から見える底面１４の一部が、前記第２の発明における第２治具の開口が露出させる「凸部が囲う領域」に、それぞれ相当している。また、開口８４が、前記第２の発明における第３治具が備える「開口」に相当している。

なお、第１、２部材の設計時点で、第１部材６１のコの字型の部位を、端子台に引っ掛らない程度に十分に余裕を持たせて設計しておくこともできる。換言すれば、第３治具８０の開口８４が第１部材６１のコの字型の内側に収まるように、第１部材６１の形状を定めておくことができる。これにより、端子台と絶縁基板とが半田付けされている状況下でも、第２部材６６を取り外せば第１部材６１を図５の紙面上方に向かって取り外すことができる。その結果、例えば実施の形態１の第１変形例のような固定機構を用いる場合に、第１部材６１を図５の紙面上方に向かって取り外したいという状況下でも、第２治具６０が端子台に引っ掛って抜けなくなるという事態を回避することができる。

［実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法］
次に、上記述べた実施の形態２の半導体装置製造用治具を用いた、半導体装置の製造方法について説明する。なお、実施の形態２においても、実施の形態１における準備工程、ベース板位置決め工程、端子台位置決め工程、治具固定工程、加熱工程、冷却工程を、適用することができる。このため、以下の説明では、実施の形態１と主に相違する基板位置決め工程、取り外し工程についてのみ説明する。なお、製造時の工程の順番についても実施の形態１と同様とすることができる。

（基板位置決め工程）
ベース板位置決め工程で底面１４に載せられたベース板２に、第１部材６１と第２部材６６とを合体した状態（図６（ｂ））の第２治具６０を重ねる。開口６４は、絶縁基板に応じた形状、大きさとされている。このため、開口６４によって絶縁基板の外周が囲まれ、ちょうど絶縁基板だけが開口６４から露出することになる。これにより、実施の形態１でのべた半田飛散に対するカバーの効果も得られる。

（取り外し工程）
冷却工程の後、治具の取り外しの段階となったら、先ず、第３治具８０を図５の紙面上方へ抜く。また、第２部材６６を第１部材６１から抜く。これにより、絶縁基板の位置決め時には存在した、２つの開口６４の間にある斜線部分が取り外され、ベース板２上には第１部材６１のみが存在することになる。第１部材６１を面方向に沿って（図５の紙面左方側へ）引き抜くことにより、第２治具６０の取り外しが完了する。

以上説明したように、実施の形態２の製造方法によれば、実施の形態２の半導体装置製造用治具を用いて、ベース板、絶縁基板、端子台の位置決めを、それらの部品の構造の複雑化を回避しつつ行うことができる。

なお、第２部材６６の形状を、絶縁基板の配置位置や大きさに合わせて複数種類用意しておくこともできる。これにより、すくなくとも第１部材６１を流用しながら、多品種生産が可能となる。図７に、実施の形態２の変形例として、第２治具７０を示す。図７のように、第１部材７１と、この第１部材７１のコの字型形状の内側の領域を十字型に分割するような第２部材７６とから、第２治具７０を構成してもよい。これにより、開口７４を用いて、更に小さな絶縁基板を搭載するような他の仕様の半導体装置も製造可能となる。

なお、実施の形態２についても実施の形態１の変形例の思想を適用することができることはいうまでもない。

本発明の実施の形態１の半導体装置製造用治具の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の半導体装置製造用治具をその積層方向に切断した断面図である。 実施の形態１の半導体装置製造用治具が組み上がった状態を、その積層方向に切断した断面図である。 実施の形態１の変形例の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の半導体装置製造用治具の構成を説明する図である。 実施の形態２の半導体装置製造用治具における第２治具の構成を示す図である。 実施の形態２の変形例の構成を示す平面図である。 実施の形態１に対する比較例としての半導体装置製造用治具のイメージ図である。 実施の形態１に対する他の比較例としての半導体装置製造用治具のイメージ図である。

符号の説明

２ ベース板
４ 貫通穴
６ 絶縁基板
８ パワー素子
１０ 第１治具
１２ 窪み
１４ 底面
１６ 凸部
２０、５２、６０、７０ 第２治具
２２ 貫通穴
２４、３４、６４、８４ 開口
３０ 治具
３０、５５、８０ 第３治具
３２ ピン
４０ 端子台
４２ 端子
５３、５６ 足部
５４ 窪み
６１、７１ 第１部材
６６、７６ 第２部材
１０２ ベース板
１０６ 絶縁基板
１０８ パワー素子
１１０ 治具
１２０ 治具
１３２ ピン
１４０ 端子台
１４２ 端子

Claims (11)

1. 平面体を載せることができる載置部と、該載置部の外周を連続的または離間的に囲うように設けられた凸部とを備える第１治具と、
   前記第１治具に重なるように位置した状態で固定可能とされ、第１の大きさを有し該第１治具に重なるように位置したときに前記凸部が囲う領域を露出させる開口を備える第２治具と、
   前記第１、２治具にさらに重なるように位置した状態で固定可能とされ、前記第１の大きさ以下の第２の大きさを有し該第１、２治具に重なるように位置したときに該第２治具の前記開口を介して前記凸部が囲う前記領域をさらに露出させる開口を備える第３治具と、
   を備えることを特徴とする半導体装置製造用治具。
2. 平面体を載せることができる載置部と、該載置部の外周を連続的または離間的に囲うように設けられた凸部とを備える第１治具と、
   前記第１治具に重なるように位置した状態で固定可能かつ該第１治具に対する積層方向に対して垂直な面に沿う方向に取り外し可能とされ該第１治具に対する積層方向に見た外形がコの字型とされている第１部材と、該第１部材の該コの字型に凹んだ部位の内側に向かって抜き差し可能とされ該第１部材に差し込まれたときに該第１部材とともに開口を形成する第２部材と、を含み、該第１部材に該第２部材が差し込まれている状態で前記第１治具に重なるように位置したとき該第１、２部材が形成する前記開口から前記凸部が囲う領域を露出させる第２治具と、
   前記第１、２治具にさらに重なるように位置した状態で固定可能とされ、該第１、２治具に重なるように位置したときに前記第１、２部材が形成する該第２治具の前記開口を介して前記凸部が囲う前記領域をさらに露出させる開口を備える第３治具と、
   を備えることを特徴とする半導体装置製造用治具。
3. 前記第１治具は、前記載置部側の面に設けられた窪み、または、該第１、２、３治具が重なる方向に向かって貫通する第１貫通穴を備え、
   前記第２治具は、前記第１、２、３治具が重なる方向に向かって貫通し、該第１、２、３治具が重なって位置したときに該第１、２、３治具が重なる方向に見た位置が前記窪みまたは前記第１貫通穴と一致する第２貫通穴を備え、
   前記第３治具は、前記第１、２、３治具が重なる方向に向かって貫通し、該第１、２、３治具が重なって位置したときに該第１、２、３治具が重なる方向に見た位置が前記窪みまたは前記第１貫通穴、および前記第２貫通穴と一致する第３貫通穴を備え、
   前記第１、２、３治具が重なって位置した時に、前記窪みまたは前記第１貫通穴、および前記第２、３貫通穴に共通に挿入されるピンを備えることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置製造用治具。
4. 前記第１、２、３治具及び前記ピンはいずれも熱膨張する材料で形成されており、
   前記窪みまたは前記第１貫通穴の寸法、前記第２、３貫通穴の寸法および前記ピンの外形寸法は、該窪みまたは前記第１貫通穴、該第２、３貫通穴に該ピンが共通に挿入された状態で、該ピンと、該窪みまたは前記第１貫通穴、該第２、３貫通穴との間に、隙間が生ずるように定められていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置製造用治具。
5. 前記第２治具は、前記第１治具に重なる方向に対して垂直な面と略平行に固定可能な第１の平面体であり、
   前記第３治具は、前記第１、２治具が重なる方向に対して垂直な面と略平行に固定可能な第２の平面体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体装置製造用治具。
6. 前記第２、３治具は、それらが重なる方向に離間させて固定することが可能とされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置製造用治具。
7. 請求項１に記載の半導体装置製造用治具を準備する準備工程と、
   前記凸部により前記載置部上での摺動が阻止されるように前記第１治具の該載置部にベース板を載せるベース板位置決め工程と、
   前記ベース板位置決め工程で前記載置部に載せられた前記ベース板に、前記第２治具の前記開口が該ベース板上の絶縁基板の外周を囲うように該第２治具を重ねる基板位置決め工程と、
   前記基板位置決め工程で前記ベース板に重ねられた前記第２治具に前記第３治具をさらに重ねた状態で該第３治具の前記開口に端子台を挿入し、該端子台の端子を介して該端子台を前記絶縁基板に載せる端子台位置決め工程と、
   前記ベース板位置決め工程、前記基板位置決め工程、前記端子台位置決め工程により重ねられていく前記第１、２、３治具のそれぞれを各位置に固定する治具固定工程と、
   前記治具固定工程の後、前記第１、２、３治具が固定されている状態で、該第１、２、３治具により位置決めされている前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台を一体化する一体化工程と、
   前記一体化工程の後、前記第１、２、３治具を、前記一体化された前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台から取り外す取り外し工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 前記第２治具は前記ベース板と同程度の大きさの外形を有しており、かつ、該第２治具の前記開口は、貫通方向に見た外形が前記絶縁基板の外形と略同一形状に形成されていて、
   前記基板位置決め工程は、前記第２治具の前記開口が前記絶縁基板の外形を囲いながら該絶縁基板を露出させ、かつ、該第２治具が前記ベース板の表面を覆うように、該第２治具を前記第１治具に重ねる工程であり、
   前記端子台位置決め工程は、前記端子台の前記端子を半田を介して前記絶縁基板に載せる工程であり、
   前記一体化工程は、前記治具固定工程で前記第１、２、３治具が固定されている状態で、前記絶縁基板と前記端子台との間に介在する前記半田を溶かすように熱を加える加熱工程を含むことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 請求項２に記載の半導体装置製造用治具を準備する準備工程と、
   前記凸部により前記載置部上での摺動が阻止されるように前記第１治具の該載置部にベース板を載せるベース板位置決め工程と、
   前記ベース板位置決め工程で前記載置部に載せられた前記ベース板に、前記第１部材に前記第２部材が差し込まれた状態で該第１、２部材が形成する前記開口が前記ベース板上の絶縁基板の外周を囲うように該第２治具を重ねる基板位置決め工程と、
   前記基板位置決め工程で前記ベース板に重ねられた前記第２治具に前記第３治具をさらに重ねた状態で該第３治具の前記開口に端子台を挿入し、該端子台の端子を介して該端子台を前記絶縁基板に載せる端子台位置決め工程と、
   前記ベース板位置決め工程、前記基板位置決め工程、前記端子台位置決め工程により重ねられていく前記第１、２、３治具のそれぞれを各位置に固定する治具固定工程と、
   前記治具固定工程の後、前記第１、２、３治具が固定されている状態で、該第１、２、３治具により位置決めされている前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台を一体化する一体化工程と、
   前記一体化工程の後、前記第２部材を前記第１部材から引き抜いて、前記第１治具、前記第１部材、前記３治具を、前記一体化された前記ベース板、前記絶縁基板および前記端子台から取り外す取り外し工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 前記第２治具は前記ベース板と同程度の大きさの外形を有しており、
    前記第１、２部材が形成する前記第２治具の前記開口の外形は、前記絶縁基板の外形と略同一形状に形成されていて、
    前記基板位置決め工程は、前記第２治具の前記開口が前記絶縁基板の外形を囲いながら該絶縁基板を露出させ、かつ、該第２治具が前記ベース板の表面を覆うように、該第２治具を前記第１治具に重ねる工程であり、
    前記端子台位置決め工程は、前記端子台の前記端子を、半田を介して前記絶縁基板に載せる工程であり、
    前記一体化工程は、前記治具固定工程の後に前記第１、２、３治具が固定されている状態で、前記絶縁基板と前記端子台との間に介在する前記半田を溶かすように熱を加える加熱工程を含むことを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記第２、３治具は、それらが重なる方向に離間した状態に固定可能とされていて、
    前記端子台位置決め工程は、前記端子台の前記端子を、半田を介して前記絶縁基板に載せる工程であり、
    前記一体化工程は、前記治具固定工程の後に前記第１、２、３治具が固定されている状態で、前記絶縁基板と前記端子台との間に介在する前記半田を溶かすように熱を加える加熱工程を含み、
    前記加熱工程の後で、かつ、前記取り外し工程の前に、前記第１、２、３治具が固定されている状態で、該加熱工程で溶かされた前記半田を冷やす冷却工程が介在することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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