JP2010098153A - 半導体チップ位置決め治具ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの接合時に形成される半田層の厚みを適度な厚みに容易に設定することができる半導体チップ位置決め治具ユニットを提供する。
【解決手段】半導体チップ位置決め治具ユニットにより半導体チップ１２が位置決めされた後、半導体チップ１２の接合が行われる。まず半田シート１１が溶融されることにより、半田用の隙間に溶融状態の半田が流れ込んで第２の治具３が沈み込む。このときに、第２の治具３の規制部３２が第１の治具２の上面に当接して第２の治具３の移動が止められる。次に、溶融された半田が冷却されて固まることにより、基板１０の上面に半田層１１０が形成される。この半田層１１０の厚み１１０ｔは、基板１０の上面から、半導体チップ１２の接合前の半田シート１１の上面までであり、半田層１１０が半導体チップ１２と基板１０との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有する厚みである。
【選択図】図４

Description

本件発明は、半導体チップを基板の上面に半田シートを用いて接合する際に、この半導体チップの接合位置を決める半導体チップ位置決め治具ユニットに関する。

従来より、半導体チップを基板の上面に半田シート（シート状に形成された半田）を用いて接合する際には、半導体チップの接合位置を決めるために半導体チップ位置決め治具ユニットが使用されている。半導体チップ位置決め治具ユニットとしては、例えば、特許文献１に記載されている半導体チップ位置決め治具ユニットが提案されている。この半導体チップ位置決め治具ユニットは、第１の治具３２と、第２の治具３５とを備えている。

この半導体チップ位置決め治具ユニットを用いて半導体チップ１２の接合を行う場合には、まず、基板１１の上面に第１の治具３２を配置し、基板１１の上面に設定されている半導体チップ用の接合部分１３に第１の治具３２の位置決め孔３４を対応させる。

次に、半田シート３３を位置決め孔３４に通して接合部分１３に配置する。この半田シート３３は、半導体チップ１２よりも一回り大きく形成されている。次に、半導体チップ１２を位置決め孔３４に通して半田シート３３の上面に配置する。これにより、半導体チップ１２は位置決め孔３４の壁面３４ａに囲まれた状態となるので、半導体チップ１２の接合位置は、この位置決め孔３４によって決められる。

一方、第２の治具３５は、半導体チップ１２を真空吸着して半導体チップ１２を基板１１に押さえつける。次に、この状態で半田シート３３が溶融されて、溶融された半田が冷却されて固まることにより基板１１の上面に半田層が形成される。この半田層によって半導体チップ１２は基板１１に接合されて半導体モジュールが形成される。
特開２００７−１９４４７７号公報

しかしながら、従来の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、半導体チップ１２の接合時に第２の治具３５が半導体チップ１２を基板１１に押さえつけているため、半田層の厚みを適度な厚みに制御することは難しい。ここで、半田層の適度な厚みとは、半導体チップ１２と基板１１との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有するような厚みである。また、半田層の厚みを適度な厚みに設定することが難しいことから、半導体モジュールの品質も安定しなかった。

本件発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、半導体チップの接合時に形成される半田層の厚みを適度な厚みに容易に設定することができる半導体チップ位置決め治具ユニットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本件発明の請求項１に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、基板の上面に設定されている半導体チップ用の接合部分に、半導体チップをこれよりも一回り大きい半田シートを用いて接合する際に、この半導体チップの接合位置を決める半導体チップ位置決め治具ユニットであって、この半導体チップ位置決め治具ユニットは、前記接合部分の外周部に面接して設置され、上面に設けられた半田シート位置決め穴に前記半田シートが挿入されて前記接合部分に配置される第１の治具と、この第１の治具の半田シート位置決め穴に内嵌して、前記接合部分に配置されている前記半田シートの外周縁部に面接して設置され、上面に設けられた半導体チップ位置決め穴に前記半導体チップが挿入されて前記半田シートの上面に配置される第２の治具とを備え、前記第１の治具は、前記半田シート位置決め穴に前記第２の治具が内嵌した状態で、当該半田シート位置決め穴の壁面と前記半田シートの外周縁との間に半田用の隙間が開くように形成され、前記第２の治具には、前記第１の治具の上面との間に第２の治具移動用の隙間を開けて当該上面と上下に対向する規制部が設けられ、この規制部は、前記半導体チップの接合時に前記半田シートが溶融して前記半田用の隙間に溶融状態の半田が流れ込んで前記第２の治具が沈み込むときに前記第１の治具の上面に当接して前記第２の治具の移動を止めるように構成されている一方、前記半導体チップの接合時に前記基板の上面に形成される半田層の厚みが、少なくとも前記基板の上面から前記第２の治具までの間であって、且つ、前記半導体チップの接合前の前記半田シートの上面までの範囲になるように、前記半田用の隙間と前記第２の治具移動用の隙間の大きさが設定され、この範囲は、前記半田層が前記半導体チップと前記基板との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有する範囲であることを特徴としている。

また、本件発明の請求項２に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、請求項１に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットにおいて、前記第２の治具の沈み込みによって前記半田シートの配置位置から外側へ押し出される溶融状態の半田を前記半田用の隙間に全て流し込ませることにより、前記半田層の外周縁部以外の厚みが前記半田シートの厚みと変わらないように、前記半田用の隙間と前記第２の治具移動用の隙間の大きさが設定されていることを特徴としている。

また、本件発明の請求項３に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、請求項１または請求項２に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、さらに第３の治具を備え、この第３の治具は、前記半田シートの上面に配置されている前記半導体チップを押さえるように構成されていることを特徴としている。

また、本件発明の請求項４に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、請求項３に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットにおいて、前記第１の治具、前記第２の治具、前記第３の治具の内、少なくとも前記第１の治具と前記第２の治具とが同じ形状に形成されていることを特徴としている。

本件発明の請求項１に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、半田用の隙間と第２の治具移動用の隙間を形成し、半田層の厚みが、少なくとも基板の上面から第２の治具までの間であって、且つ、半田シートの上面までの範囲になるように双方の隙間の大きさを設定した。この範囲は、半導体チップと基板との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有する範囲である。したがって、請求項１に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、半田層の厚みを適度な厚みに設定する際の基準を有している。よって、請求項１に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、半田層の厚みを適度な厚みに容易に設定することができる。その結果、半導体モジュールの品質が安定する。

また、本件発明の請求項２に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、半田層の外周縁部以外の厚みが半田シートの厚みと変わらないように、双方の隙間の大きさを設定した。したがって、半導体チップの接合前と接合後では、半導体チップの高さ位置は変わらない。よって、請求項２に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、半導体モジュールの品質を高めることができる。

また、本件発明の請求項３に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、さらに第３の治具を備えたものとし、この第３の治具で半導体チップを押さえるようにした。したがって、半導体チップの接合時には半導体チップの位置ずれや浮きを防止することが可能になる。よって、請求項３に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、半導体モジュールの品質をさらに高めることができる。

また、本件発明の請求項４に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、３つの治具の内、少なくとも第１の治具と第２の治具とを同じ形状にしたことにより、各治具の製造コストを抑えることが可能になる。よって、請求項４に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、全体の製造コストを抑えることができる。

以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。

第１の実施の形態：
図１は、本件発明の第１の実施の形態を示す半導体チップ位置決め治具ユニット１の分解斜視図である。この半導体チップ位置決め治具ユニット１は、第１の治具２と、第２の治具３と、第３の治具４とを備えている。以下に、各治具２〜４の構成について説明する。

第１の治具２は、基板１０の上面に設定されている半導体チップ用の接合部分１０ａに半田シート１１を配置する際に、この半田シート１１の位置決めを行う部材である。この第１の治具２は、半田シート位置決め部２１と、受け部２２とを有している。

半田シート位置決め部２１は矩形の枠状に形成されている。半田シート位置決め部２１の上面には、半田シート位置決め穴２ａが形成されている。この半田シート位置決め穴２ａは、基板１０の接合部分１０ａと対応するものであり、半田シート１１がそのまま挿入されるように形成されている。なお、半田シート１１は、半導体チップ１２よりも一回り大きく形成されている。

受け部２２は、半田シート位置決め部２１の上面の外周縁全体に設けられている。この受け部２２は、矩形の鍔状に形成されている。

一方、第２の治具３は、半田シート１１の上面に半導体チップ１２を配置する際に、この半導体チップ１２の位置決めを行う部材である。この第２の治具３は、第１の治具２と同じ形状に形成されており、半導体チップ位置決め部３１と、規制部３２とを有している。

半導体チップ位置決め部３１は矩形の枠状に形成されている。この半導体チップ位置決め部３１は、第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａに内嵌するように形成されている。半導体チップ位置決め部３１の上面には、半導体チップ位置決め穴３ａが形成されている。この半導体チップ位置決め穴３ａは、半導体チップ１２がそのまま挿入されるように形成されている。

規制部３２は、半導体チップ位置決め部３１の上面の外周縁全体に設けられている。この規制部３２は、矩形の鍔状に形成されている。

一方、第３の治具４は、半田シート１１の上面に配置された半導体チップ１２を押さえる部材である。この第３の治具４は、第１の治具２や、第２の治具３と同じ形状に形成されており、押圧部４１と、被支持部４２とを有している。

押圧部４１は矩形の枠状に形成されている。この押圧部４１は、第２の治具３の半導体チップ位置決め穴３ａに内嵌するように形成されている。押圧部４１の上面には貫通穴４ａが形成されている。被支持部４２は押圧部４１の外周縁全体に設けられている。この被支持部４２は、矩形の鍔状に形成されている。

次に、半導体チップ位置決め治具ユニット１による半導体チップ１２の位置決め方法について、図２と図３を用いて説明する。
（１）第１の治具２の設置・・・図２（ａ）
まず、最初に、基板１０の接合部分１０ａの外周部分に、第１の治具２を面接して設置する。これにより、接合部分１０ａと、第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａとが対応する。
（２）半田シート１１の位置決め・・・図２（ｂ）
次に、半田シート１１を、第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａに挿入して、接合部分１０ａに配置する。これにより、半田シート１１は半田シート位置決め穴２ａに囲まれて位置決めされる。
（３）第２の治具３の設置・・・図２（ｃ）
次に、第２の冶具３を、第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａに内嵌して、半田シート１１の上面の外周縁部に面接して設置する。これにより、半田シート位置決め穴の壁面２ｂと半田シート１１の外周縁１１ａとの間に、半田用の隙間Ｓａが形成される。また、第１の治具２の上面２ｃと第２の治具３の規制部３２との間に、第２の治具移動用の隙間Ｓｂが形成される。
（４）半導体チップ１２の位置決め・・・図３（ａ）
次に、半導体チップ１２を、第２の治具３の半導体チップ位置決め穴３ａに通して、半田シート１１の上面に配置する。これにより半導体チップ１２は半導体チップ位置決め穴３ａに囲まれて位置決めされる。
（５）第３の治具４の設置・・・図３（ｂ）
最後に、第３の治具４を、第２の治具３の半導体チップ位置決め穴３ａに内嵌して、半導体チップ１２の上面の外周縁部に面接して設置する。

このようにして半導体チップ１２が位置決めされた後に、周知の半田付け装置を用いて半導体チップを１２の接合を行う。

まず、半田シート１１が溶融される。これにより、半田用の隙間Ｓａ（図３（ｂ）参照）に溶融状態の半田が流れ込んで第２の治具３が沈み込んでいく。このときに、図４に示すように、第２の治具３の規制部３２が第１の治具２の上面２ｃに当接して第２の治具３の移動が止められる。次に、溶融された半田が冷却されて固められる。これにより、基板１０の上面に半田層１１０が形成される。この半田層１１０によって半導体チップ１２は基板１０に接合されて半導体モジュール１００が形成される。

この半導体モジュール１００において、半田層１１０の厚み１１０ｔは、基板１０の上面から、半導体チップ１２の接合前の半田シート１１（図３参照）の上面までとなっている。この厚み１１０ｔの設定は、半田層１１０が半導体チップ１２と基板１０との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有する厚みである。また、この厚み１１０ｔは、半田用の隙間Ｓａと第２の治具移動用の隙間Ｓｂの大きさを所定の大きさに設定することで可能である。

したがって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１では、半田層１１０の厚み１１０ｔを設定する際の基準を有している。この基準は、基板１０の上面から半田シート１１の上面までの間である。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１は、半田層１１０の厚み１１０ｔを適度な厚みに容易に設定することができる。その結果、半導体モジュール１００の品質が安定する。

なお、半田層の厚みは、本実施の形態で説明した厚み１１０ｔに限定する必要はない。半田層の厚みは、少なくとも基板１１の上面から第２の治具３までの間であって、且つ、半田シート１１の上面までの範囲にあれば良い。したがって、この範囲内に半田層が形成されるように双方の隙間Ｓａ、隙間Ｓｂの大きさを設定すれば良い。

また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１では、半田層１１０の外周縁部以外の厚みが半田シート１１の厚みと変わらないように、双方の隙間Ｓａ、Ｓｂの大きさを設定している。具体的には、第２の治具３の沈み込みによって、半田シート１１の配置位置から外側へ押し出される溶融状態の半田を半田用の隙間Ｓａに全て流し込ませるようにしている。このようにすることで、半導体チップ１２の接合前と接合後で、半導体チップ１２の高さ位置は変わらない。また、第３の治具４により半導体チップ１２を押さえていることにより、半導体チップ１２の接合時には半導体チップ１２の位置ずれや浮きを防止することが可能になる。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１は、半導体モジュール１００の品質を高めることができる。

また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１では、第３の治具４が、被支持部４２により第２の治具３の規制部３２に支持されている。このため、第３の治具４は、半導体チップ１２の接合前に安定した状態で設置される。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１は、半導体チップ１２の接合作業の作業効率を高めることができる。

また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１では、第１の治具、第２の治具、第３の治具の全てを同じ形状にしているので、各治具の製造コストを抑えることが可能になる。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１は、全体の製造コストを抑えることができる。

第２の実施の形態：
図５は、本件発明の第２の実施の形態を示す半導体チップ位置決め治具ユニット１０１の分解斜視図である。なお、本実施の形態において第１の実施の形態と同様な部分には同じ符号を付し、異なる部分を中心にして説明する。

この半導体チップ位置決め治具ユニット１０１は、第１の実施の形態で説明した半導体チップ位置決め治具ユニット１と異なり、２枚の半田シート１１、１３と、ヒートスプレッダ１４とを用いて半導体チップ（パワー半導体チップ）１５を基板１０に接合する場合に使用される。なお、２枚の半田シート１１、１３は、半導体チップ１５よりも一回り大きく形成されている。さらに、下側に配置される第１の半田シート１１が、上側に配置される半田シート１３よりも一回り大きく形成されており、ヒートスプレッダ１４は、２枚の半田シート１１、１３の中間の大きさを有している。

この半導体チップ位置決め治具ユニット１０１は、第１の治具２と、第２の治具３００と、第３の治具４００とを備えている。本実施の形態では、第２の治具３００を中心にして説明する。第２の治具３００は、３つの治具（下治具３０１、中治具３０２、上治具３０３）から構成されている。以下に、各治具３０１〜３０３の構成について説明する。

下治具３０１は、第１の半田シート１１の上面にヒートスプレッダ１４を配置する際に、このヒートスプレッダ１４の位置決めを行う部材である。この下治具３０１は、第１の治具２と同じ形状に形成されており、ヒートスプレッダ位置決め部３１１と、規制部３１２とを有している。

ヒートスプレッダ位置決め部３１１は矩形の枠状に形成されている。このヒートスプレッダ位置決め部３１１は、第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａに内嵌するように形成されている。ヒートスプレッダ位置決め部３１１の上面には、ヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａが形成されている。このヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａは、ヒートスプレッダ１４がそのまま挿入されるように形成されている。

規制部３１２は、ヒートスプレッダ位置決め部３１１の上面の外周縁全体に設けられている。この規制部３１２は、矩形の鍔状に形成されている。

中治具３０２は、ヒートスプレッダ１４の上面に第２の半田シート１３を配置する際に、この第２の半田シート１３の位置決めを行う部材である。この中治具３０２は、第１の治具２や、下治具３０１と同じ形状に形成されており、第２の半田シート位置決め部３２１と、受け部３２２とを有している。

第２の半田シート位置決め部３２１は、矩形の枠状に形成されている。この第２の半田シート位置決め部３２１は、下治具３０１のヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａに内嵌するように形成されている。第２の半田シート位置決め部３２１の上面には、第２の半田シート位置決め穴３０２ａが形成されている。この第２の半田シート位置決め穴３０２ａは、第２の半田シート１３がそのまま挿入されるように形成されている。

上治具３０３は、第２の半田シート１３の上面に半導体チップ１５を配置する際に、この半導体チップ１５の位置決めを行う部材である。この上治具３０３は、第１の治具２、下治具３０１、中治具３０２と同じ形状に形成されており、半導体チップ位置決め部３３１と、規制部３３２とを有している。

半導体チップ位置決め部３３１は矩形の枠状に形成されている。この半導体チップ位置決め部３３１は、中治具３０２の第２の半田シート位置決め穴３０２ａに内嵌するように形成されている。半導体チップ位置決め部３３１の上面には、半導体チップ位置決め穴３０３ａが形成されている。この半導体チップ位置決め穴３０３ａは、半導体チップ１５がそのまま挿入されるように形成されている。

規制部３３２は、半導体チップ位置決め部３３１の上面の外周縁全体に設けられている。この規制部３３２は、矩形の鍔状に形成されている。

一方、第３の治具４００は、第２の半田シート１３の上面に配置された半導体チップ１５を押さえる部材である。この第３の治具４００は、第１の治具２や、第２の治具３００と同じ形状に形成されており、押圧部４０１と、被支持部４０２とを有している。

押圧部４０１は矩形の枠状に形成されている。この押圧部４０１は、上治具３０３の半導体チップ位置決め穴３０３ａに内嵌するように形成されている。押圧部４０１の上面には貫通穴４０１ａが形成されている。被支持部４０２は押圧部４０１の外周縁全体に設けられている。この被支持部４０２は、矩形の鍔状に形成されている。

次に、半導体チップ位置決め治具ユニット１０１による半導体チップ１５の位置決め方法について、図２、図６、図７を用いて説明する。
（１）第１の治具２の設置・・・図２（ａ）
まず、最初に、第１の実施の形態と同様に、基板１０の接合部分１０ａの外周部分に、第１の治具２を面接して設置する。
（２）第１の半田シート１１の位置決め・・・図２（ｂ）
次に、第１の半田シート１１を第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａに挿入して接合部分１０ａに配置し、半田シート１１の位置決めをする。
（３）下治具３０１の設置・・・図６（ａ）
次に、下治具３０１を、第１の治具２の半田シート位置決め穴２ａに内嵌して、第１の半田シート１１の上面の外周縁部に面接して設置する。これにより、半田シート位置決め穴の壁面２ｂと第１の半田シート１１の外周縁１１ａとの間に、第１の半田用の隙間Ｓｃが形成される。また、第１の治具２の上面２ｃと下治具３０１の規制部３１２との間に、下治具移動用の隙間Ｓｄが形成される。
（４）ヒートスプレッダ１４の位置決め・・・図６（ｂ）
次に、ヒートスプレッダ１４を、下治具３０１のヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａに通して第１の半田シート１１の上面に配置する。これによりヒートスプレッダ１４はヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａに囲まれて位置決めされる。
（５）中治具３０２の設置・・・図６（ｃ）
次に、中治具３０２を、下治具３０１のヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａに内嵌して、ヒートスプレッダ１４の上面の外周縁部に面接して設置する。
（６）第２の半田シート１３の位置決め・・・図６（ｄ）
次に、第２の半田シート１３を、中治具３０２の第２の半田シート位置決め穴３０２ａに通してヒートスプレッダ１４の上面に配置する。これにより第２の半田シート１３は第２の半田シート位置決め穴３０２ａに囲まれて位置決めされる。
（７）上治具３０３の設置・・・図７（ａ）
次に、上治具３０３を、中治具３０２の第２の半田シート位置決め穴３０２ａに内嵌して、第２の半田シート１３の上面の外周縁部に面接して設置する。これにより、第２の半田シート位置決め穴の壁面３０２ｂと第２の半田シート１３の外周縁１３ａとの間に、第２の半田用の隙間Ｓｅが形成される。また、上治具３０３の規制部３３２と中治具３０２の上面３０２ｃとの間に、上治具移動用の隙間Ｓｆが形成される。
（８）半導体チップ１５の位置決め・・・図７（ｂ）
次に、半導体チップ１５を、上治具３０３の半導体チップ位置決め穴３０３ａに挿入して、第２の半田シート１３の上面に配置する。これにより半導体チップ１５は半導体チップ位置決め穴３０３ａに囲まれて位置決めされる。
（９）第３の治具４００の設置・・・図７（ｃ）
最後に、第３の治具４００を、上治具３０３の半導体チップ位置決め穴３０３ａに内嵌して、半導体チップ１５の上面の外周縁部に面接して設置する。

このようにして半導体チップ１５が位置決めされた後に、周知の半田付け装置を用いて半導体チップ１５の接合を行う。

まず、第１の半田シート１１が溶融される。これにより、第１の半田用の隙間Ｓｃ（図７（ｃ）参照）に溶融状態の半田が流れ込んで下治具３０１が沈み込んでいく。このときに、図８に示すように、下治具３０１の規制部３１２が第１の治具２の上面２ｃに当接して下治具３０１の移動が止められる。

また、第２の半田シート１３も溶融される。これにより、第２の半田用の隙間Ｓｅ（図７（ｃ）参照）に溶融状態の半田が流れ込んで上治具３０３が沈み込んでいく。このときに、上治具３０３の規制部３３２が中治具３０２の上面３０２ｃに当接して上治具３０３の移動が止められる。

次に、溶融された半田が冷却されて固められる。これにより、図８に示すように、基板１０の上面に第１の半田層１１０が形成される。また、ヒートスプレッダ１４の上面には第２の半田層１３０が形成される。これにより、半導体チップ１５は、２つの半田層１１０、１３０によって基板１０に接合されて半導体モジュール２００が形成される。

この半導体モジュール２００において、第１の半田層１１０の厚み１１０ｔは、基板１０の上面から、図７に示した半導体チップ１２の接合前の第１の半田シート１１の上面までとなる。また、第２の半田層１３０の厚み１３０ｔは、ヒートスプレッダ１４の上面から、図７に示した半導体チップ１２の接合前の第２の半田シート１３の上面までとなる。したがって、ヒートスプレッダ１４を介した２つの半田層１１０、１３０を合わせた厚み２００ｔは、基板１０の上面から起算すると、半導体チップ１５の接合前の第２の半田シート１３の上面までとなる。

この厚み２００ｔは、２つの半田層１１０、１３０が半導体チップ１５と基板１０との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有する厚みである。さらに、この厚み２００ｔの設定は、半田用の隙間Ｓｃ、Ｓｅと第２の治具移動用の隙間Ｓｄ、Ｓｆの大きさを所定の大きさに設定することで可能である。

したがって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１では、基板１０の上面に形成される半田層が二層の場合でも、半田層の厚み２００ｔを設定する際の基準を有している。この基準は、基板１０の上面から第２の半田シート１３の上面までの間である。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１は、２つの半田層１１０、１３０の厚みを適度な厚みに容易に設定することができる。その結果、半導体モジュール２００の品質が安定する。

なお、半田層の厚みは、二層の場合でも、本実施の形態で説明した厚み２００ｔに限定する必要はない。半田層の厚みは、少なくとも基板１０の上面から上治具３０３までの間であって、且つ、半導体チップ１５の接合前における第２の半田シート１３の上面までの範囲内にあれば良い。したがって、この範囲内に２つの半田層が形成されるように半田用の隙間Ｓｃ、Ｓｅと第２の治具移動用の隙間Ｓｄ、Ｓｆの大きさを設定すれば良い。

また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１では、各半田層１１０、１３０の外周縁部以外の厚みが、各半田シート１１、１３の厚みと変わらないように、半田用の隙間Ｓｃ、Ｓｅと第２の治具移動用の隙間Ｓｄ、Ｓｆの大きさを設定している。

具体的には、下治具３０１と上冶具３０３の沈み込みによって、各半田シート１１、１３の配置位置からそれぞれ外側へ押し出される溶融状態の半田を、各半田用の隙間Ｓｃ、Ｓｅに全て流し込ませるようにしている。このようにすることで、半導体チップ１５の接合前と接合後で、半導体チップ１５の高さ位置は変わらない。また、第３の治具４００により半導体チップ１５を押さえるようにしているので、半導体チップ１５の接合時には半導体チップ１５の位置ずれや浮きを防止することが可能になる。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１は、半導体モジュール２００の品質を高めることができる。

また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１では、第３の治具４００が、被支持部４０２により上治具３０３の規制部３３２に支持されている。このため、第３の治具４００は、半導体チップ１５の接合前に安定した状態で設置される。よって、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１は、半導体チップ１５の接合作業の作業効率を高めることができる。

また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニット１０１では、第１の治具２、第２の治具３００、第３の治具４００の全てを同じ形状にしているので、各治具の製造コストを抑えることが可能になり、全体の製造コストを抑えることができる。

以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、これらの実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。

例えば、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、第３の治具を使用したが、必ずしも第３の治具を使用する必要はない。また、本実施の形態の半導体チップ位置決め治具ユニットでは、半田シートの使用枚数が１枚または２枚の場合について説明したが、半田シートの使用枚数が３枚以上の場合、つまり、基板の上面に形成される半田層の数が３層以上の場合であっても、第２の実施の形態で説明した冶具に別の冶具やヒートスプレッダを追加することにより対応することが可能である。

以上説明したように本件発明の半導体チップ位置決め治具ユニットは、半導体チップの接合時に形成される半田層の厚みを適度な厚みに容易に設定することができる。したがって、本件発明の半導体チップ位置決め治具ユニットを、その技術分野で十分に利用することができる。

本件発明の第１の実施の形態を示す半導体チップ位置決め治具ユニットの分解斜視図である。 同実施の形態において半導体チップ位置決め治具ユニットの設置方法を示す工程図である。 図２に続く工程図である。 同実施の形態において半導体モジュールの完成時の左側部分の拡大図である。 本件発明の第２の実施の形態を示す半導体チップ位置決め治具ユニットの分解斜視図である。 同実施の形態において半導体チップ位置決め治具ユニットの設置方法を示す工程図である。 図６に続く工程図である。 同実施の形態を示す半導体モジュールの完成時の左側部分の拡大図である。

符号の説明

１ 半導体チップ位置決め治具ユニット
２ 第１の治具
２ａ 半田シート位置決め穴
２ｂ 壁面
２ｃ 上面
３ 第２の治具
３ａ 半導体チップ位置決め穴
４ 第３の治具
１０ 基板
１０ａ 接合部分
１１ 半田シート（第１の半田シート）
１１ａ 外周縁
１２ 半導体チップ
１３ 第２の半田シート
１３ａ 外周縁
１４ ヒートスプレッダ
１５ 半導体チップ
３２ 規制部
１０１ 半導体チップ位置決め治具ユニット
１１０ 半田層（第１の半田層）
１１０ｔ 半田層の厚み
１３０ 第２の半田層
１３０ｔ 半田層の厚み
３００ 第２の冶具
３０１ 下治具
３０１ａ ヒートスプレッダ位置決め穴３０１ａ
３０２ 中治具
３０２ａ 第２の半田シート位置決め穴
３０２ｂ 壁面
３０２ｃ 上面
３０３ 上治具
３０３ａ 半導体チップ位置決め穴
３１２ 規制部
３３２ 規制部
４００ 第３の治具
Ｓａ 半田用の隙間
Ｓｂ 第２治具移動用の隙間
Ｓｃ 第１の半田用の隙間
Ｓｄ 下治具移動用の隙間
Ｓｅ 第２の半田用の隙間
Ｓｆ 上治具移動用の隙間

Claims (4)

1. 基板の上面に設定されている半導体チップ用の接合部分に、半導体チップをこれよりも一回り大きい半田シートを用いて接合する際に、この半導体チップの接合位置を決める半導体チップ位置決め治具ユニットであって、この半導体チップ位置決め治具ユニットは、
   前記接合部分の外周部に面接して設置され、上面に設けられた半田シート位置決め穴に前記半田シートが挿入されて前記接合部分に配置される第１の治具と、
   この第１の治具の半田シート位置決め穴に内嵌して、前記接合部分に配置されている前記半田シートの外周縁部に面接して設置され、上面に設けられた半導体チップ位置決め穴に前記半導体チップが挿入されて前記半田シートの上面に配置される第２の治具とを備え、
   前記第１の治具は、前記半田シート位置決め穴に前記第２の治具が内嵌した状態で、当該半田シート位置決め穴の壁面と前記半田シートの外周縁との間に半田用の隙間が開くように形成され、
   前記第２の治具には、前記第１の治具の上面との間に第２の治具移動用の隙間を開けて当該上面と上下に対向する規制部が設けられ、この規制部は、前記半導体チップの接合時に前記半田シートが溶融して前記半田用の隙間に溶融状態の半田が流れ込んで前記第２の治具が沈み込むときに前記第１の治具の上面に当接して前記第２の治具の移動を止めるように構成されている一方、
   前記半導体チップの接合時に前記基板の上面に形成される半田層の厚みが、少なくとも前記基板の上面から前記第２の治具までの間であって、且つ、前記半導体チップの接合前の前記半田シートの上面までの範囲になるように、前記半田用の隙間と前記第２の治具移動用の隙間の大きさが設定され、この範囲は、前記半田層が前記半導体チップと前記基板との接合強度を適度な大きさに確保しつつ、適度な熱伝導性を有する範囲であることを特徴とする半導体チップ位置決め治具ユニット。
2. 請求項１に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットにおいて、前記第２の治具の沈み込みによって前記半田シートの配置位置から外側へ押し出される溶融状態の半田を前記半田用の隙間に全て流し込ませることにより、前記半田層の外周縁部以外の厚みが前記半田シートの厚みと変わらないように、前記半田用の隙間と前記第２の治具移動用の隙間の大きさが設定されていることを特徴とする半導体チップ位置決め治具ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットは、さらに第３の治具を備え、この第３の治具は、前記半田シートの上面に配置されている前記半導体チップを押さえるように構成されていることを特徴とする半導体チップ位置決め治具ユニット。
4. 請求項３に記載の半導体チップ位置決め治具ユニットにおいて、前記第１の治具、前記第２の治具、前記第３の治具の内、少なくとも前記第１の治具と前記第２の治具とが同じ形状に形成されていることを特徴とする半導体チップ位置決め治具ユニット。
   

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