JP2012236223A - Device for manufacturing radiator and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱器製造装置とその放熱器製造装置を使用する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a radiator manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method using the radiator manufacturing apparatus.
例えば、パワー半導体素子が発生する熱を放熱するヒートシンクは、ダイキャスト成形や押出し成形でフィンとベースを一体化したものと、フィンとベースを個別化して組み合わせたものとがある。
個別化されたフィンとベースを組み合わせたものは、フィンと金属ベースを個別化することで、押出成形やダイキャスト成形で必要な金型に対する強度面での制約が少なく、狭いフィンピッチや長いフィン長を実現できることから、半導体装置の小型化や低コスト化に有効である。
また、フィンと金属ベースを組み合わせる際の嵌合方法としてカシメ工法が挙げられる。例えば、特許文献1には、金属ベースに形成された溝に1つ置きにフィンを挿入して、フィンが挿入されていない溝にプレス刃を挿入することによりフィンを金属ベースに嵌合させる方法が開示されている。すなわち、特許文献1では、フィンとプレス刃が隣あうように配列されて、プレス刃が直上から溝にプレス荷重を与えて拡幅することで、1枚のフィンは嵌合される。特許文献1では、フィンが挿入される溝と拡幅される溝の深さや配置される高さは同じである。そのため、フィンの両側の拡幅された溝による固定位置の高さはほぼ同じである。
For example, heat sinks that dissipate heat generated by power semiconductor elements include those in which fins and bases are integrated by die casting or extrusion molding, and those in which fins and bases are individually combined.
The combination of individualized fins and bases allows the fins and metal bases to be individualized so that there are few restrictions on the strength of the mold required for extrusion molding and die casting, narrow fin pitch and long fins. Since the length can be realized, it is effective in reducing the size and cost of the semiconductor device.
Moreover, the caulking method is mentioned as a fitting method at the time of combining a fin and a metal base. For example, Patent Document 1 discloses a method in which fins are fitted into a metal base by inserting every other fin into a groove formed in the metal base and inserting a press blade into the groove in which no fin is inserted. Is disclosed. That is, in Patent Document 1, the fins and the press blades are arranged so as to be adjacent to each other, and the press blades are applied with a press load to the grooves from directly above to widen the single fins. In Patent Document 1, the depth of the groove into which the fin is inserted and the height of the groove to be widened and the height of the groove are the same. Therefore, the heights of the fixing positions by the widened grooves on both sides of the fin are almost the same.
しかしながら、従来のフィンと金属ベースのカシメ工法は、金属ベース溝を拡幅する際、金属ベース溝の所定の位置にプレス刃を精度よく当てることが必ずしも容易でなく、プレス刃が位置ずれを起こした状態で溝に荷重されることがあった。このような荷重の偏りがあると、溝の拡幅量に差が生じて、フィンの嵌合状態が不安定になり、十分なフィンによる冷却性能を確保できないことになる。
例えば、特許文献1に示された構造では、一枚のフィンに対して、左右からプレス刃が加圧力を与え、嵌合部を変形させることにより、かしめ加工を行っている。ここで、プレス刃が左右のどちらかにずれた状態でかしめ加工を行ったとすると、片側の加圧力は増すが、他方の加圧力が減ることになる。そのため位置ズレ量が大きくなると、かしめ部の嵌合力のアンバランスが大きく、結果として接触熱抵抗が大きくなってしまうことが懸念される。
However, with the conventional fin and metal base caulking method, when the metal base groove is widened, it is not always easy to accurately apply the press blade to a predetermined position of the metal base groove, and the press blade is displaced. In some cases, the groove was loaded. If there is such a bias in load, a difference occurs in the amount of widening of the grooves, the fins are in an unstable state, and sufficient cooling performance by the fins cannot be ensured.
For example, in the structure shown in Patent Document 1, caulking is performed by applying pressure to a single fin from the left and right and deforming the fitting portion. Here, if caulking is performed in a state where the press blade is shifted to the left or right, the pressing force on one side increases, but the pressing force on the other side decreases. For this reason, when the amount of positional deviation increases, there is a concern that the unbalance of the fitting force of the caulking portion is large, and as a result, the contact thermal resistance increases.
そこで、本発明は、プレス刃と拡幅溝の当たりを均一にでき、フィンと金属ベース間のフィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を製造することができる放熱器製造装置と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention produces a radiator that can make the contact between the press blade and the widening groove uniform, has a high fitting property between the fin and the metal base, and has a low contact thermal resistance between the metal base and the fin. An object of the present invention is to provide a heatsink manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method that can be used.
以上の課題を解決するために、本発明に係る放熱器製造装置は、金属ベースと放熱フィンとを含み、金属ベースに設けられた凸部の上の溝を押し拡げることによって前記放熱フィンがその一端部で前記金属ベースに固定される放熱器を製造する放熱器製造装置であって、前記放熱フィンの側面に沿って移動して前記溝を押し拡げるプレス刃を備え、
該プレス刃が前記放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けられたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a radiator manufacturing apparatus according to the present invention includes a metal base and a heat radiating fin, and the heat radiating fin is expanded by expanding a groove on a convex portion provided on the metal base. A radiator manufacturing apparatus for manufacturing a radiator that is fixed to the metal base at one end, comprising a press blade that moves along a side surface of the radiation fin to expand the groove,
The press blade is provided so as to be movable in a direction intersecting a side surface of the heat radiating fin.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子と前記放熱器を備えた半導体装置の製造方法であって、前記金属ベースの前記凸部が形成された面とは異なる面に前記半導体素子を接合し、前記金属ベースの接合部を含む一部を内包するように前記半導体素子を樹脂封止した後に、請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の放熱器製造装置を使用して前記放熱フィンを前記金属ベースに固定することを特徴とする。 A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device including a semiconductor element and the heat radiator, wherein the semiconductor element is disposed on a surface different from a surface on which the convex portion of the metal base is formed. After joining and sealing the semiconductor element so as to enclose a part including the joint portion of the metal base, the radiator manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 8 is used. The heat dissipating fins are fixed to the metal base.
以上のように構成された本発明に係る放熱器製造装置によれば、前記プレス刃が前記放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けられているので、プレス刃と拡幅溝の当たりを均一にでき、フィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を製造することができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記本発明に係る放熱器製造装置を用いるので、フィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を備えた半導体装置を製造することができる。
According to the radiator manufacturing apparatus according to the present invention configured as described above, the press blade is provided so as to be movable in a direction intersecting the side surface of the heat radiating fin. It is possible to manufacture a radiator that can be made uniform, has a high fit between the fin and the metal base, and has a low contact thermal resistance between the metal base and the fin.
Moreover, since the manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention uses the radiator manufacturing device according to the present invention, the radiator having high fitting property between the fin and the metal base and low contact thermal resistance between the metal base and the fin. Can be manufactured.
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
実施形態1.
図1は、本発明に係る放熱器製造装置によって製造される放熱器であり、半導体装置のヒートシンクとして用いられる。また、図2は、本発明に係る実施形態1の放熱器製造装置におけるプレス刃8のプレス刃アッセンブリを実現するための構成を示す断面図であり、図3は、実施形態1の放熱器製造装置により、かしめ加工を行った後の様子を模式的に示す断面図である。
以下、図1〜図3を参照しながらプレス刃8のセルフアライメント機構について説明する。
Embodiments according to the present invention will be described below.
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 shows a radiator manufactured by a radiator manufacturing apparatus according to the present invention, and is used as a heat sink of a semiconductor device. 2 is a cross-sectional view showing a configuration for realizing the press blade assembly of the
Hereinafter, the self-alignment mechanism of the
まず、本実施形態1の放熱器製造装置が適用される放熱器の一例を図1を参照しながら説明する。
図1の放熱器は、金属ベース4と放熱フィン5からなり、放熱フィン5が金属ベース4の上面にそれぞれ形成された凸部4aと固定凸部4bの間の嵌合溝に設けられる。
ここで、凸部4aの上面には拡幅溝4gが形成されており、拡幅溝4gが後述するプレス刃8により拡幅されて放熱フィン5が嵌合溝に固定される。また、固定凸部4bは、凸部4aより高く形成することが好ましく、これにより、後述のかしめ工程により、確実にかつ安定して放熱フィン5を固定できる。
First, an example of a radiator to which the radiator manufacturing apparatus of Embodiment 1 is applied will be described with reference to FIG.
The radiator shown in FIG. 1 includes a
Here, a widening
次に、本発明に係る実施形態1の放熱器製造装置において、プレス刃8が拡幅溝4gを押し拡げる際にその先端部の中心が拡幅溝4gの長手方向に伸びる中心線に一致するように移動するセルフアライメント機構を実現する基本構成(プレス刃アッセンブリ)について説明する。
Next, in the heat radiator manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention, when the
本発明に係る実施形態1のプレス刃アッセンブリは、図2に示すように、放熱フィン5の側面に沿って下方に移動して拡幅溝4gを押し拡げるプレス刃8を備えており、そのプレス刃8が水平方向(放熱フィン5の側面に直交する方向)に移動可能に設けられている。
As shown in FIG. 2, the press blade assembly according to the first embodiment of the present invention includes a
具体的には、実施形態1のプレス刃アッセンブリにおいて、プレス刃8は、拡幅溝4gを押し拡げるために、楔型の先端部8aを有し、先端部8aの稜線8rが拡幅溝4gの直上に位置するように支持軸12によって支持されている。プレス刃8は、プレス刃8に形成された貫通孔に支持軸12が挿入されて所定の高さで支持されており、プレス刃8が支持軸12の軸方向に移動することができる程度に、プレス刃8の貫通孔と支持軸12の間には隙間が設けられている。
Specifically, in the press blade assembly of the first embodiment, the
また、実施形態1のプレス刃アッセンブリでは、プレス刃8の他に固定凸部4b対向するように設けられたフィンガイド板10を有し、プレス刃8とフィンガイド板10とが交互に設けられている。フィンガイド板10は、プレス刃8と同様、フィンガイド板10に形成された貫通孔に支持軸12が挿入されて所定の高さで支持されている。尚、フィンガイド板10は、支持軸12の軸方向に移動できるように構成してもよいし、支持軸12に固定されていてもよい。
Further, the press blade assembly of the first embodiment has the
そして、プレス刃8とフィンガイド板10の間には、例えば、皿バネ9aからなる弾性部材9が設けられている。皿バネ9aは中心に貫通孔を有し、2つの皿バネ9aが凸面が接触するようにプレス刃8とフィンガイド板10の間に設けられる。この弾性部材9によって、プレス刃8は、先端部8aの稜線8rが拡幅溝4gの直上に位置するように初期設定される。
And between the
以上のように構成された実施形態1の放熱器製造装置において、プレス刃アッセンブリを、放熱フィン5の側面に沿ってプレス刃8を下降させると、以下のようにセルフアライメント機構が働き、拡幅溝4gを左右均等に押し広げることができる。
例えば、プレス刃8の先端部8aが拡幅溝4gの両側の側壁の一方の側壁に先に接したとすると、プレス刃8が他方の側壁の側に移動して両方の側壁に接した後に均等に両側の側壁を押し広げるように加圧する。
また、プレス刃8の先端部8aが拡幅溝4gの両側の側壁に同時に接した場合には、そのまま左右に移動することなく両側の側壁を押し広げるように加圧する。
In the radiator manufacturing apparatus according to the first embodiment configured as described above, when the press blade assembly is lowered along the side surface of the
For example, assuming that the
Further, when the
以上のようにして、実施形態1のプレス刃アッセンブリは、例えば、金属ベース4の加工バラツキ等により、拡幅溝4gに対してプレス刃8が位置ずれを起こしているような場合であっても、拡幅溝4gを押し拡げる際に先端部8aの稜線8rが拡幅溝4gの長手方向に伸びる中心線に一致するように移動して(セルフアライメント機構)、常に、拡幅溝4gを左右均等に押し広げることができる(図3)。
また、かしめ加工が完了し、プレス力を開放した時には、自動的に初期位置にプレス刃8が戻る。
As described above, the press blade assembly according to the first embodiment is, for example, a case where the
When the caulking process is completed and the pressing force is released, the
以上のプレス刃アッセンブリを備えた実施形態1の放熱器製造装置によれば、金属ベース4の拡幅溝寸法や位置の加工精度の緩やかにすることができ、金属ベースの低コスト化が可能となる。
尚、プレス刃アッセンブリにおけるプレス刃8の移動可能な範囲(遊び変位量)は、例えば、モールド樹脂とベースの線膨張係数の差、アフターキュア温度と常温の差、金属ベース4の長さを基に想定される加工バラツキが吸収できるように、設定される。
According to the heat radiator manufacturing apparatus of the first embodiment provided with the above press blade assembly, the processing accuracy of the widening groove dimension and position of the
Note that the movable range (play displacement amount) of the
以下、上記プレス刃アッセンブリを備えた実施形態1の放熱器製造装置の全体構成を図4及び図5を参照しながら説明する。
プレス刃8とフィンガイド板10と弾性部材9が支持軸12に支持されてなるプレス刃アッセンブリは、例えば、図4及び図5に示すように、ガイド上板11aとガイド側板11bとを有するアウターガイド板11に組み込まれる。
尚、図4及び図5には、2つの支持軸12によってプレス刃8とフィンガイド板10とが支持されたプレス刃アッセンブリを用いて構成した例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、支持軸は1以上あればよい。
Hereinafter, the whole structure of the heat radiator manufacturing apparatus of Embodiment 1 provided with the said press blade assembly is demonstrated, referring FIG.4 and FIG.5.
The press blade assembly in which the
4 and 5 show an example in which the press blade assembly in which the
具体的には、アウターガイド板11は、ガイド上板11aの両端部にガイド側板11bが取り付けられてなる。ガイド側板11bにはそれぞれ、支持軸12を支える孔が設けられている。このアウターガイド板11にプレス刃アッセンブリのプレス刃8の上面とフィンガイド板10の上面とがガイド上板11aの下面に接するようにプレス刃アッセンブリが取り付けられる。また、支持軸12をガイド側板11bに固定する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、図4及び図5に示すように、支持軸12の先端部分に形成されたねじ部にガイド側板11bの外側からボルト13で固定するようにすればよい。
Specifically, the
以上の実施形態1に係る放熱器製造装置のプレス刃アッセンブリでは、弾性部材9として皿ばねを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図6に示すリング状弾性体(硬質ゴム、弾性樹脂)を用いて構成してもよい。
In the press blade assembly of the radiator manufacturing apparatus according to Embodiment 1 described above, a disc spring is used as the
また、本実施形態1において、プレス刃8の上端面8bは、平坦に加工されており、平坦なアウターガイド板に接している。このためプレス刃8がずれて金属ベース4の拡幅溝4gに対して垂直に押圧されて来た場合、水平方向の力が働くが、このとき各プレス刃8は皿バネ9aおよび上端面8bの平坦面およびアウターガイド板の平坦面の作用により、垂直加圧力を与えながら、水平に移動し、かしめ加工の片当たりを自動的に防止する。
このましくプレス刃8の上端面8bとアウターガイド板の下面とを平滑面に仕上げておくことで、より水平移動の容易にでき、安定なかしめ加圧が可能となる。
また、皿バネ9aのバネ定数を適切な値に設定することでプレス刃8のスムースな移動を確保するとともに安定したかしめ加工を両立できる。
In the first embodiment, the
By finishing the
Further, by setting the spring constant of the
しかしながら、本発明では、プレス刃8の上端面8bを以下の実施形態2のように曲面にすることもできる。
However, in the present invention, the
実施形態2.
本発明に係る実施形態2の放熱器製造装置は、図7に示すように、プレス刃8の後端面8bがその後端面の一部でガイド上板の下面に接するように凹円弧状の曲面となっている以外は、実施形態1の放熱器製造装置と同様に構成される。
Embodiment 2. FIG.
As shown in FIG. 7, the radiator manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention has a concave arcuate curved surface such that the
以上のように構成された実施形態2の放熱器製造装置では、プレス刃8の後端面8bが凹円弧状に形成されているため、プレス刃8が凸部4aの拡幅溝4gの中心に向けてセルフアライメントする際、プレス刃8の後端面8bとアウターガイド板11との摩擦を小さくできるため、プレス刃8の移動が容易となる。これにより、フィン5と金属ベース4の嵌合処理をスムースにでき、処理スループット改善となり、大幅な生産性向上に寄与できる。
なお、フィンガイド板10の終端表面(アウターガイド板11と接触する面)は、後端面8bと同様、凹円弧状にしてもよいし、フラット(平面)のままでもよい。
In the radiator manufacturing apparatus according to Embodiment 2 configured as described above, the
Note that the end surface of the fin guide plate 10 (the surface in contact with the outer guide plate 11) may be formed in a concave arc shape or flat (plane) as in the case of the
以上の実施形態1及び実施形態2の放熱器製造装置では、主として、プレス刃8がその加圧移動方向と直交する横方向に移動して溝4gの中心に向けてセルフアライメントする機構を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、横方向に移動に代え、又は横方向に移動に加えて、例えば、実施形態2における円弧状の後端面8bの中心軸を中心とした回転による先端部の移動により、プレス刃の位置ずれ追従機能が果たされていてもよい。このような回転移動又は回転移動を伴っていても、プレス刃のアスペクト比(プレス刃の厚さに対する加圧方向の長さの比)が十分大きいため、加圧方向における変動がほとんどない状態で、実質的に先端部だけが移動するような動きが実現できる。また、図示しない図の前後方向の端部の軸支えなどを更に備えることで、プレス加工が終了してプレス刃を上昇させる時の(もしくはワークを下降させるときの)プレス刃の脱落を防止でき、強いかしめ力にまで対応可能となる。
In the heat radiator manufacturing apparatus according to the first and second embodiments described above, the mechanism in which the
実施形態3.
本発明に係る実施形態3は、実施形態1又は2の放熱器製造装置に用いた半導体装置の製造方法に係るものである。
まず、本実施形態3の半導体装置の製造方法により作製される半導体装置の構成を図8を参照しながら説明する。
図8の半導体装置は、図1に示す放熱器と、金属ベース4の下面に絶縁シート1を介して固着されたフレーム2aと、半導体素子3と、半導体素子3にワイヤにより接続されたフレーム2bとを備え、金属ベース4の固定凸部4bと拡幅凸部4aとを除くベース部分(接合部)が半導体素子3とともにモールド樹脂封止されている。
First, the configuration of a semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method of
The semiconductor device of FIG. 8 includes a radiator shown in FIG. 1, a
そして、本発明に係る実施形態3の半導体装置の製造方法では、半導体素子3を金属ベース4に接合して樹脂封止した後に、実施形態1又は2の放熱器製造装置に用いて拡幅溝4gを加圧して放熱フィン5を金属ベース4に嵌合固定する。
And in the manufacturing method of the semiconductor device of
このように、樹脂封止した後に、拡幅溝4gを加圧して放熱フィン5を嵌合固定しようとすると、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂で封止した場合、硬化温度は通常180℃とするが、この硬化温度から常温に戻る過程で、モールド樹脂6に内包される部分の構成材料が複数あるため、線膨張係数の違いにより反りが発生して、固定凸部4bと拡幅凸部4aとの位置精度が悪化する。しかしながら、
実施形態3の半導体装置の製造方法では、実施形態1又は2の放熱器製造装置に用いているので、そのセルフアライメント機能により拡幅溝4gを偏って加圧することがなく、安定したかしめ加工が可能となる。
Thus, after resin sealing, if it is going to pressurize the widening groove |
Since the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment is used in the radiator manufacturing apparatus according to the first or second embodiment, the widening
1 絶縁シート
2 フレーム
3 半導体素子
4 金属ベース
4a 凸部
4b 固定凸部
4g 拡幅溝
5 放熱フィン
6 モールド樹脂
8 プレス刃
8a 楔形状の先端部
8b 上端面
8r 稜線
9 弾性部材
9a 皿バネ
9b 弾性体
10 フィンガイド板
11a ガイド上板
11b ガイド側板
11 アウターガイド板
12 支持軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation sheet 2
Claims (9)
前記放熱フィンの側面に沿って移動して前記溝を押し拡げるプレス刃を備え、
該プレス刃が前記放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けられたことを特徴とする放熱器製造装置。 A radiator manufacturing apparatus for manufacturing a radiator including a metal base and a heat radiating fin, wherein the heat radiating fin is fixed to the metal base at one end thereof by expanding a groove on a convex portion provided on the metal base. Because
A press blade that moves along the side surface of the heat dissipating fins to expand the groove,
The radiator manufacturing apparatus, wherein the press blade is provided so as to be movable in a direction intersecting a side surface of the radiation fin.
前記金属ベースの前記凸部が形成された面とは異なる面に前記半導体素子を接合し、前記金属ベースの接合部を含む一部を内包するように前記半導体素子を樹脂封止した後に、請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の放熱器製造装置を使用して前記放熱フィンを前記金属ベースに固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor element and the heat radiator,
The semiconductor element is bonded to a surface different from the surface on which the convex portion of the metal base is formed, and the semiconductor element is resin-sealed so as to include a part including the metal base bonding portion. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by fixing the said radiation fin to the said metal base using the radiator manufacturing apparatus of any one of claim | item 1 -8.
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WO2014098214A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | 京セラ株式会社 | Flow path member, and heat exchanger and semiconductor device using same |
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2011
- 2011-05-13 JP JP2011108347A patent/JP2012236223A/en not_active Withdrawn
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