JP3620399B2 - 電気機器の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子の両面に放熱部材を設け、両面から放熱を行うようになっている電気機器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トランジスタ等の能動素子や抵抗等の受動素子、あるいは、これらの素子が形成された半導体素子（以下、これらを単に発熱素子という）等は使用時に発熱するため、これらの発熱素子からの放熱性を向上させるために、発熱素子の両面に放熱部材を接合するようにしている。図４は、この種の電気機器における従来の放熱構造を示す概略断面図である。
【０００３】
図４に示すように、発熱素子Ｊ１の一面Ｊ１ａ側には、第１の放熱部材Ｊ２および放熱ブロックＪ３が配置され、この第１の放熱部材Ｊ２の一面Ｊ２ａ側が、接合部材Ｊ４および放熱ブロックＪ３を介して発熱素子Ｊ１の一面Ｊ１ａ側に接合されている。また、発熱素子Ｊ１の他面Ｊ１ｂ側には第２の放熱部材Ｊ５が配置され、この第２の放熱部材Ｊ５の一面Ｊ５ａが、接合部材Ｊ４を介して発熱素子Ｊ１の他面Ｊ１ｂ側に接合されている。
【０００４】
従来、この様な積層構造の電気機器を製造する場合は、例えば、積層した各部材Ｊ１〜Ｊ３、Ｊ５を治具などにより挟み、各々の放熱部材Ｊ２、Ｊ５の外側から加圧して接合していたが、その際に制御されるのは電気機器の外形寸法であり、具体的には、第１の放熱部材Ｊ２の他面Ｊ２ｂと第２の放熱部材Ｊ５の他面Ｊ５ｂとの距離Ｌである。
【０００５】
この場合、発熱素子Ｊ１や各々の放熱部材Ｊ２、Ｊ５および放熱ブロックＪ３には、これらの部材の面の傾きや厚みのバラツキ等があるため、一般に、これらのバラツキを接合部材Ｊ４によって吸収していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような外形寸法（距離Ｌ）を制御する方法においては、第１および第２の放熱部材Ｊ２、Ｊ５の寸法公差が発熱素子Ｊ１と比較して大きいため、特に各々の放熱部材Ｊ２、Ｊ５の寸法公差を考慮する必要がある。
【０００７】
ただし、電気機器の外形寸法（距離Ｌ）を一定にしているため、両方の放熱部材Ｊ２、Ｊ５が公差範囲内で薄い場合は、接合部材Ｊ４において十分な厚さが確保できないため、未接合部が生じる等して接合不良が起こる。そこで、接合部材Ｊ４を厚くすることが考えられるが、逆に両方の放熱部材Ｊ２、Ｊ５が公差範囲内で厚くなった場合は、接合部材Ｊ４がはみ出す恐れがある。
【０００８】
そして、上記構成をモールドするような樹脂封止型の電気機器を想定する場合、はみ出した接合部材Ｊ４は、このモールド樹脂に対する密着力が低いことが多い。そのため、このはみ出した接合部材Ｊ４の部位からモールド樹脂が解離する等して電気機器の信頼性が低下する。
【０００９】
また、接合部材Ｊ４としては、半田あるいはろう材等が用いられるが、この様な材料は放熱部材Ｊ２、Ｊ５として用いられるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等と比較して熱伝導率が低いため、必要以上に接合部材Ｊ４が厚くなると放熱性の面で問題である。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み、接合部材の厚みを極力低減することができる電気機器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一対の放熱部材（２、３）を、接合部材（５）を介して、発熱素子（１）を挟むようにして発熱素子（１）に接合してなる電気機器の製造方法において、一対の放熱部材（２、３）の間に接合部材（５）を介して発熱素子（１）を挟むとともに、一対の放熱部材（２、３）間の距離を規定するための治具（６）を、一対の放熱部材（２、３）の各々と接触するように挟んだ状態で、一対の放熱部材（２、３）の外側から加圧することにより、一対の放熱部材（２、３）と発熱素子（１）とを、接合部材（５）を介して接合することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、一対の放熱部材（２、３）における発熱素子（１）と対向する内面（２ａ、３ａ）間の距離を制御することができるため、一対の放熱部材（２、３）の寸法公差を考慮する必要が無い。従って、一対の放熱部材（２、３）と発熱素子（１）とを接合するときに、一対の放熱部材（２、３）の寸法公差を吸収するために、接合部材（５）を厚くする必要が無いため、接合部材（５）の厚みを極力低減することができる電気機器の製造方法を提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１の発明において、治具（６）の熱膨張係数が、一対の放熱部材（２、３）の熱膨張係数よりも大きいことを特徴としている。接合部材（５）を加熱硬化するときに、各部材（１〜４、６）は加熱とともに膨張し冷却とともに収縮するが、この膨張と収縮による形状の変化は熱膨張係数が大きいほど大きい。
【００１４】
従って、治具（６）が膨張した状態で接合部材（５）が冷却した後、治具（６）が他の部材（２〜４）よりも収縮することにより、治具（６）における一対の放熱部材（２、３）の各々と接触する部分（６ａ、６ｂ）の間隔よりも、一対の放熱部材（２、３）の間隔の方が大きくなるため、容易に治具（６）を外すことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、発熱素子（１）の一面（１ａ）側に対して、接合部材（５）を介して第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）側を接合し、発熱素子（１）の他面（１ｂ）側に対して、接合部材（５）を介して第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）側を接合してなる電気機器の製造方法において、第１の突出部（６１）が一面（６０ａ）側に形成された第１の治具（６０）と、第２の突出部（７１）が一面（７０ａ）側に形成された第２の治具（７０）とを用意する。
【００１６】
そして、第１および第２の放熱部材（２、３）によって接合部材（５）を介して発熱素子（１）を挟んだ状態で、第１の放熱部材（２）の他面（２ｂ）側には第２の治具（７０）の一面（７０ａ）側を配置し、第２の放熱部材（３）の他面（３ｂ）側には第１の治具（６０）の一面（６０ａ）側を配置し、第１および第２の治具（６０、７０）の間隔を一定にした状態で、第１の突出部（６１）の先端部（６１ａ）と第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）とを当接させ、第２の突出部（７１）の先端部（７１ａ）と第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）とを当接させるように、第１および第２の放熱部材（２、３）の他面（２ｂ、３ｂ）側から加圧することにより、第１および第２の放熱部材（２、３）と発熱素子（１）とを、接合部材（５）を介して接合することを特徴としている。
【００１７】
本発明では、第１の治具（６０）と第２の治具（７０）との距離を一定にした状態で、各々の突出部（６１、７１）を各々の放熱部材（２、３）の一面（２ａ、３ａ）に当接させることで、各々の放熱部材（２、３）の一面（２ａ、３ａ）の間の距離を制御することができる。
【００１８】
従って、第１および第２の放熱部材（２、３）の寸法公差を考慮しなくても良く、各々の放熱部材（２、３）の寸法公差を吸収するために接合部材（５）を厚くする必要が無いため、接合部材の厚みを極力低減することができる電気機器の製造方法を提供することができる。
【００１９】
また、請求項４および５に記載の発明のように、第１の放熱部材（２）として、厚み方向に第２の突出部（７１）が貫通する貫通部（２１）が形成されたものを用いる、若しくは、第２の放熱部材（３）として、厚み方向に第１の突出部（６１）が貫通する貫通部（３１）が形成されたものを用いる、若しくは、第１および第２の放熱部材（２、３）の両方にこれらの貫通部（２１、３１）が形成されたものを用いることにより、第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）に対して第１の突出部（６１）を、また、第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）に対して第２の突出部（７１）を好適に当接させることができる。また、第１および第２の放熱部材（２、３）に形成された貫通部（２１、３１）に、各々第２および第１の突出部（７１、６１）を貫通させることにより、各々第１および第２の放熱部材（２、３）の水平方向の位置決めを行うことができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明では、請求項３〜５のいずれか１つの発明において、第１および第２の放熱部材（２、３）の他面（２ｂ、３ｂ）側から行う加圧は、ばね部材（９０）を用いて、このばね部材（９０）の弾性力により行うものであることを特徴としている。
【００２１】
本発明では、例えば、第１の治具（６０）と第２の放熱部材（３）との間、または、第２の治具（７０）と第１の放熱部材（２）との間にばね部材（９０）を配置して、請求項３の発明のように製造することにより、厚みが異なる放熱部材（２、３）を用いても、ばね部材（９０）の弾性特性によって、好適に放熱部材（２、３）を加圧することができる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明を電気機器としての半導体装置に適用したものである。図１に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的な断面図にて示す。
【００２４】
この半導体装置は、図１に示すように、発熱素子１とこの発熱素子１からの放熱を行うための一対の放熱部材２、３とを備えている。そして、発熱素子１の一面１ａ側には、放熱ブロック４および接合部材５を介して、一対の放熱部材２、３のうちの第１の放熱部材２が接合され、発熱素子１の他面側１ｂには、接合部材５を介して、一対の放熱部材２、３のうちの第２の放熱部材３が接合されている。つまり、一対の放熱部材２、３が、接合部材５を介して半導体素子１を挟むように接合されている。
【００２５】
ここで、本例では、発熱素子としては半導体素子１を用いており、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やサイリスタ等のパワー半導体素子からなる。接合部材５としては半田を用いている。また、第１および第２の放熱部材２、３、および放熱ブロック４はＣｕからなるものを用いている。また、各部材１〜４の平面形状は、略矩形となっている。
【００２６】
次に、この様な構成の半導体装置の製造方法について述べる。まず、半導体素子１、第１および第２の放熱部材２、３、および放熱ブロック４を用意する。この第１および第２の放熱部材２、３は、平面方向の面積が半導体素子１や放熱ブロック４よりも大きいものである。
【００２７】
次に、第２の放熱部材３の一面３ａ上の中心付近に半田ペーストを印刷等により塗布した後、半導体素子１を搭載する。そして、同様にして、半導体ペーストを半導体素子１上に塗布して放熱ブロック４を搭載し、この放熱ブロック４上に半田ペーストを塗布しておく。
【００２８】
次に、図１に示すような、第１および第２の放熱部材２、３の間の距離を規定するための治具６を用意する。この治具６は、向かい合う面が平行になっている一対の面（以下、平行面という）６ａ、６ｂを有している。そして、この平行面の一方６ａが第２の放熱部材３の一面３ａにおける半導体素子１が搭載されていない部分に接触するように、治具６を第２の放熱部材３上に設置する。ここで、この治具６は、Ｃｕからなる第１および第２の放熱部材２、３よりも、熱膨張係数の大きいものからなり、例えばＡｌからなるものを用いることができる。
【００２９】
そして、放熱ブロック４上の半田ペースト、および治具６における平行面の他方６ｂの上に第１の放熱部材２を搭載し、更に第１の放熱部材２の上から、例えば重り８により必要に応じた荷重をかけて、第１の放熱部材２の外側から加圧し、治具６と第１の放熱部材２の一面２ａとを当接させる。
【００３０】
その後、この様に各部材１〜４を積層した状態でリフローして、半田ペーストを硬化させて半田５にし、半導体素子１、放熱ブロック４、および第１および第２の放熱部材２、３を接合する。続いて、重り８を取り除き、治具６を横方向に引っ張り出し、本実施形態の半導体装置が完成する。
【００３１】
ところで、本実施形態によれば、第１および第２の放熱部材２、３の各面のうち、半導体素子１と対向する面である一面（内面）２ａ、３ａの間の距離を、治具６の厚みにより制御することができる。その結果、各部材１〜４を積層して組み付ける際に、第１および第２の放熱部材２、３の寸法公差を考慮する必要が無いため、第１および第２の放熱部材２、３の寸法公差を吸収するために半田５を厚くする必要が無い。従って、半田の厚みを極力低減することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００３２】
また、一般に、各々の部材はリフロー時の加熱により膨張し、冷却により収縮するが、この膨張と収縮による形状の変化は熱膨張係数が大きいほど大きい。本実施形態では、第１および第２の放熱部材２、３、および放熱ブロック４と比較して治具６の熱膨張係数が大きいため、リフロー時に各々の部材１〜４、６が膨張した状態で半田５が硬化して各部材１〜４が接合した後、室温に戻ると治具６がこれらの部材１〜４よりも収縮する。
【００３３】
その結果、治具６における一対の平行面６ａ、６ｂの間隔よりも、第１および第２の放熱部材２、３の各々の一面２ａ、３ａの間隔が大きくなるため、容易に治具６を外すことができる。また、治具６の一対の平行面６ａ、６ｂにより、第１および第２の放熱部材２、３の平行度を制御することができるため、半田５の厚みを薄くしても第１の放熱部材２と第２の放熱部材３との平行度を確保することができる。
【００３４】
なお、本例では、治具６の熱膨張係数が、その他の部材２〜４の熱膨張係数よりも大きい例について示したが、各部材１〜４を接合した後に治具６を取り外すことができれば、特に熱膨張係数について限定するものではない。また、治具６の形状も図示例のような形状のものに限らず、第１の放熱部材２と第２の放熱部材３との距離を規定できれば、どのような形状であっても良い。
【００３５】
また、接合部材として半田５を用い、半田ペーストをリフローして硬化させる例について示したが、各部材を積層する際にシート状の半田を介在させ、その後、この半田を溶融・硬化させることにより各部材を接合しても良い。また、導電性接着剤を用いても良い。
【００３６】
また、第２の放熱部材３上への半導体素子１、放熱ブロック４、半田ペースト、および治具６の搭載は、図示例の構成にすることができれば、どのような順序で行っても良い。また、治具６が平行面６、６ｂを有する例について示したが、平行面になっていなくても、例えば、第１および第２の放熱部材２、３と接触する部分に３つ以上の突起があるなど、第１の放熱部材２の一面２ａと第２の放熱部材３の一面３ａとの距離を規定することができれば良い。
【００３７】
また、図示していないが、半導体素子１の一面側に形成されたパッドとリードフレームとをワイヤボンドする場合は、例えば、各部材を接合して治具６を取り外した後に行うことができる。この場合は、半導体素子１が第２の放熱部材３の端部付近に配置されれば、そのままワイヤボンド可能なときもあるが、第２の放熱部材３として、半導体素子１に形成されたワイヤボンドされるパッドの上方、および第２の放熱部材３におけるパッドの上方より縁部が開放されたような形状のものを用いると良い。
【００３８】
また、可能であれば、第２の放熱部材３を搭載する前に、半導体素子１のパッドとリードフレームとをワイヤボンドしておき、その後、このワイヤボンドされたワイヤおよびリードフレームを避けるようにして治具６を配置し、第２の放熱部材３を搭載して、各部材１〜４を接合しても良い。
【００３９】
また、本実施形態により接合した半導体装置を樹脂封止しても良い。また、放熱部材２〜４としては、セラミック基板の表面をメタライズしたもの等も用いることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図２に本発明の第２実施形態の製造方法を模式的な断面図にて示す。本実施形態の半導体装置の構成は、第１実施形態と同様であるが、その製造方法において、治具による一対の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａの寸法の制御方法が異なる。以下、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、同一部分には図中、、同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
まず、第１および第２の放熱部材２、３、放熱ブロック４、および半導体素子１を用意する。第１および第２の放熱部材２、３には平面上の四隅において、厚み方向に貫通する貫通部としての孔２１、３１が形成されている。この孔２１、３１には、後述の第１および第２の突出部６１、７１が貫通する。
【００４２】
また、第１および第２の治具６０、７０を用意する。これらの治具６０、７０は、例えば平面形状が矩形の板状の部分を有し、その板状の部分の一面６０ａ、７０ａ側から、第１の治具６０においては第１の突出部６１が、第２の治具７０においては第２の突出部７１が形成されている。この第１および第２の突出部６１、７１は、板状の部分の縁部の一回り内側において、ほぼ対称的に４本形成されている。
【００４３】
また、各々の治具６０、７０の端部の、例えば四隅において、一面６０ａ、７０ａ側から突出し、第１の治具６０と第２の治具７０との距離を決定するための、位置決め用突出部６２、７２が形成されている。ここで、これらの突出部６１、６２、７１、７２の先端部６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａは略平面になっている。また、第１および第２の治具６０、７０は、例えばＣ（炭素）からなるものを用いることができる。
【００４４】
次に、半導体素子１の一面１ａ側に対して、放熱ブロック４および半田ペーストを介して第１の放熱部材２の一面２ａ側を搭載し、半導体素子１の他面１ｂ側に対して、半田ペーストを介して第２の放熱部材３の一面３ａ側を搭載する。つまり、第１実施形態と同様にして第２の放熱部材３、半導体素子１、および放熱ブロック４を、半田ペーストを介して搭載し、更に放熱ブロック４上に半田ペーストを塗布して、第１の放熱部材２を搭載する。
【００４５】
次に、第１の治具６０を一面６０ａ側を上向きにして配置し、その板状の部分の一面６０ａ側にばね部材９０としてのコイルばねの一端に矩形の台座９１を接合したものを配置する。このコイルばね９０の他端は、第１の治具６０の一面６０ａに接合しても良いし、接合しなくても良い。
【００４６】
そして、上述のように積層した各部材１〜４を、第２の放熱部材３の他面３ｂ側を第１の治具６０の一面６０ａ側に向けて、第１の突出部６１が第２の放熱部材３に形成された孔３１を貫通し、第２の放熱部材３の他面３ｂがコイルばね９０上の台座９１によって支えられるように配置する。
【００４７】
次に、第１の放熱部材２の他面２ｂ上に重り８を搭載し、第２の治具７０を一面７０ａ側を下向きにして、第１の放熱部材２の他面２ｂ側に向けて第１の放熱部材２に近づけ、第２の突出部７１が第１の放熱部材２に形成された孔２１を貫通するようにする。そして、第１および第２の治具６０、７０で、積層した第１および第２の放熱部材２、３、放熱ブロック４、および半導体素子１を挟むようにする。
【００４８】
続いて、第１の治具６０と第２の治具７０を更に近づけ、第１の治具６０に形成された位置決め用突出部６２の先端部６２ａと、第２の治具７０に形成された位置決め用突出部７２の先端７２ａ部とを当接させて第１および第２の治具６０、７０の間隔を一定にする。つまり、各突出部６２、７２の長さの合計の距離をもって一定の間隔となる。
【００４９】
このとき、第１の突出部６１の先端部６１ａが第１の放熱部材２の一面２ａに当接し、第２の突出部７１の先端部７１ａが第２の放熱部材３の一面３ａに当接し、第１および第２の放熱部材２、３の他面２ａ、３ａ側から、ばね部材９０による弾性力と重り８による重力とによって加圧された状態となる。
【００５０】
そして、この様にして、第１および第２の治具６０、７０により積層した各部材１〜４を固定した状態で、リフローして半田を硬化させ、第１および第２の放熱部材２、３、放熱ブロック４、および半導体素子１を、半田５を介して接合する。その後、第１の治具６０と第２の治具を上下に開いて各部材１〜４が接合されたものを取り出して半導体装置が完成する。
【００５１】
ところで、本実施形態によれば、第１の治具６０と第２の治具７０との距離を一定にした状態で、各々の突出部６１、７１を各々の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａに当接させることで、各々の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａの間の距離を制御することができる。つまり、第１の突出部６１と第２の突出部７１との重なり長さＫが一定となる。また、第１および第２の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａを、各々４本の第１および第２の突出部６１、７１で規定しているため、各々の突出部６１、７１の長さを調節して第１および第２の放熱部材２、３の平行度を確保することができる。
【００５２】
従って、第１および第２の放熱部材２、３の寸法公差を考慮しなくても良く、各々の放熱部材２、３の寸法公差を吸収するために半田５を厚くする必要が無いため、半田の厚みを極力低減することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５３】
また、第１および第２の放熱部材２、３に孔２１、３１を形成しているため、各々の孔２１、３１を第１および第２の突出部６１、７１が貫通して、好適に第１および第２の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａに各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａを当接させることができる。また、第１および第２の放熱部材２、３に形成された孔２１、３１に、各々第２および第１の突出部７１、６１が貫通するため、各々第１および第２の放熱部材２、３の水平方向の位置決めを行うことができる。
【００５４】
また、第２の放熱部材３をばね部材９０を用いて保持しているため、ばね部材９０の弾性特性により第２の放熱部材２の寸法誤差が大きい場合も好適に第２の放熱部材３を加圧することができる。また、第２の放熱部材３は可動の重り８により加圧されているため、第２の放熱部材３の寸法誤差が大きいときも、好適に第２の放熱部材３を加圧することができる。
【００５５】
また、ばね部材９０と重り８を用いていることによる上記理由と同様の理由から、各々の放熱部材２、３の厚みが異なる半導体装置を製造したい場合も、ばね部材９０と重り８により調節することができるため、同じ治具６０、７０を用いることができる。
【００５６】
より詳しく述べるため、例えば、図２の状態において、第１の放熱部材２と第２の治具７０との間、および第２の放熱部材３と第１の治具６０との間に、それぞれの間隔に相当する剛性の高い固体を介在させる場合を考える。この場合は、第１および第２の放熱部材２、３の厚みが厚いと、各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａとこの固体とで挟むことによる各々の放熱部材２、３に対する応力が強くなり、放熱部材２、３が破壊する恐れがある。
【００５７】
また、第１および第２の放熱部材２、３の厚みが薄いと、各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａに各々の放熱部材２、３を当接させることができない恐れがある。従って、本実施形態のようにばね部材９０と重り８を用いると、好適に各々の放熱部材２、３を加圧することができる。
【００５８】
また、第１および第２の治具６０、７０を上下方向に外すことにより、治具６０、７０から半導体装置を取り外すことができる構成となっているため、特に、量産時に好適に半導体装置を取り外すことができる。
【００５９】
なお、各々の治具６０、７０は板状でなくても、各々第１および第２の突出部６１、７１が形成されていれば、どのような形状でも良い。また、第１および第２の突出部６１、７１は、各々少なくとも３本形成されていれば、各々の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａを規定することができる。また、第１および第２の突出部６１、７１、および位置決め用突出部６２、７２の先端６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａが略平面である例について示したが、特に平面でなくても良い。
【００６０】
また、位置決め用突出部６２、７２は各々の治具６０、７０に形成されていなくても良く、例えば、第１の治具６０には位置決め用突出部を形成せず、第２の放熱部材に長い位置決め用突出部を形成し、その先端部を第１の治具６０の一面６０ａに当接させるようにしても良い。また、各々の治具６０、７０を外部の装置に接合するなどして、第１の治具６０と第２の治具７０との間隔が定まるようになっていれば、位置決め用突出部を設けなくても良い。
【００６１】
また、図示例では、１つの半導体装置を形成するようになっているが、第１および第２の突出部を複数組形成した第１および第２の治具を用いて、一度に複数の半導体装置を形成するようにしても良い。
【００６２】
また、第１および第２の放熱部材２、３に、各々の突出部６１、７１が貫通するための孔２１、３１を形成する例について示したが、孔ではなく、突出部６１、７１が貫通する部分において厚み方向に貫通し、各々の放熱部材２、３の縁部まで切り欠かれた、切り欠き状の貫通部２１、３１を形成しても良い。
【００６３】
また、例えば、図示例の第２の放熱部材３の面積を小さくするなどして、第２の放熱部材３には貫通部３１を形成せずに、第２の放熱部材３の外部において第１の突出部６１が通過するようにし、第１の放熱部材２には貫通部２１を形成して、図示例の様に第２の突出部７１が貫通するようにしても良い。
【００６４】
また、特に貫通部２１、３１を形成しなくても、各々の放熱部材２、３の平面形状を、各々の突出部６１、７１が通過するように端部を湾曲させる等して、第１の突出部６１の先端部６１ａが第１の放熱部材２の一面２ａに当接し、第２の突出部７１の先端部７１ａが第２の放熱部材３の一面３ａに当接するようになっていれば良い。
【００６５】
また、第１の放熱部材２に対しては重り８を搭載する例について示したが、第１の放熱部材２の他面２ｂと第１の治具６０の一面６０ａとの間にばね部材９０を配置しても良い。また、ばね部材９０として、コイルばねを用いる例について示したが、板ばねを用いても良い。また、その他の弾性部材を用いても良い。また、形状記憶合金やバイメタル等の熱によって変形する部材を用いるなどして、各部材１〜４がリフローされて接合されるときに、この部材が変形することにより、各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａと各々の放熱部材２、３とが当接するようにしても良い。
【００６６】
また、第１の放熱部材２を保持するために重り８を用いずに、第２の治具７０として、その板状の部分において厚み方向に貫通した貫通孔７３を形成したものを用い、積層した各部材を第１の治具６０と第２の治具７０により挟んだ後、その貫通孔７３を通して、第２の治具７０の他面７０ｂ側から加圧用の部材８１を挿入し、第１の放熱部材２の他面２ｂを加圧するようにしても良い（図３参照）。
【００６７】
ここで、本実施形態の製造方法の他の例を示す。上記例では、各部材１〜４を半田ペーストを用いて積層した後、第１および第２の治具６０、７０で挟むようにしたが、半田ペーストを介して積層した各部材１〜４をリフローして、半田５により各部材１〜４を接合した後、第１および第２の治具６０、７０で挟み、再びリフローしても良い。
【００６８】
この場合、硬化していた半田が溶融あるいは軟化して、接合されていた各部材１〜４が動くことができる状態となり、治具６０、７０により定められた寸法に再配置される。そして、その状態で半田５を再び硬化すれば良い。
【００６９】
更には、第１の治具６０の上に、ばね部材９０、台座９１、第２の放熱部材３、シート状の半田、半導体素子１、シート状の半田、放熱ブロック４、シート状の半田、第１の放熱部材２、重り８、および第２の治具７０を順次搭載することにより図２の状態とし、リフローすることによりシート状の半田を溶融・硬化させ、各部材１〜４を半田５により接合しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る製造方法の他の例を模式的に示す断面図である。
【図４】電気機器における従来の放熱構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…半導体素子、２…第１の放熱部材、３…第２の放熱部材、５…接合部材、６…治具、２１、３１…貫通部、６０…第１の治具、６１…第１の突出部、
７０…第２の治具、７１…第２の突出部、９０…ばね部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子の両面に放熱部材を設け、両面から放熱を行うようになっている電気機器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トランジスタ等の能動素子や抵抗等の受動素子、あるいは、これらの素子が形成された半導体素子（以下、これらを単に発熱素子という）等は使用時に発熱するため、これらの発熱素子からの放熱性を向上させるために、発熱素子の両面に放熱部材を接合するようにしている。図４は、この種の電気機器における従来の放熱構造を示す概略断面図である。
【０００３】
図４に示すように、発熱素子Ｊ１の一面Ｊ１ａ側には、第１の放熱部材Ｊ２および放熱ブロックＪ３が配置され、この第１の放熱部材Ｊ２の一面Ｊ２ａ側が、接合部材Ｊ４および放熱ブロックＪ３を介して発熱素子Ｊ１の一面Ｊ１ａ側に接合されている。また、発熱素子Ｊ１の他面Ｊ１ｂ側には第２の放熱部材Ｊ５が配置され、この第２の放熱部材Ｊ５の一面Ｊ５ａが、接合部材Ｊ４を介して発熱素子Ｊ１の他面Ｊ１ｂ側に接合されている。
【０００４】
従来、この様な積層構造の電気機器を製造する場合は、例えば、積層した各部材Ｊ１〜Ｊ３、Ｊ５を治具などにより挟み、各々の放熱部材Ｊ２、Ｊ５の外側から加圧して接合していたが、その際に制御されるのは電気機器の外形寸法であり、具体的には、第１の放熱部材Ｊ２の他面Ｊ２ｂと第２の放熱部材Ｊ５の他面Ｊ５ｂとの距離Ｌである。
【０００５】
この場合、発熱素子Ｊ１や各々の放熱部材Ｊ２、Ｊ５および放熱ブロックＪ３には、これらの部材の面の傾きや厚みのバラツキ等があるため、一般に、これらのバラツキを接合部材Ｊ４によって吸収していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような外形寸法（距離Ｌ）を制御する方法においては、第１および第２の放熱部材Ｊ２、Ｊ５の寸法公差が発熱素子Ｊ１と比較して大きいため、特に各々の放熱部材Ｊ２、Ｊ５の寸法公差を考慮する必要がある。
【０００７】
ただし、電気機器の外形寸法（距離Ｌ）を一定にしているため、両方の放熱部材Ｊ２、Ｊ５が公差範囲内で薄い場合は、接合部材Ｊ４において十分な厚さが確保できないため、未接合部が生じる等して接合不良が起こる。そこで、接合部材Ｊ４を厚くすることが考えられるが、逆に両方の放熱部材Ｊ２、Ｊ５が公差範囲内で厚くなった場合は、接合部材Ｊ４がはみ出す恐れがある。
【０００８】
そして、上記構成をモールドするような樹脂封止型の電気機器を想定する場合、はみ出した接合部材Ｊ４は、このモールド樹脂に対する密着力が低いことが多い。そのため、このはみ出した接合部材Ｊ４の部位からモールド樹脂が解離する等して電気機器の信頼性が低下する。
【０００９】
また、接合部材Ｊ４としては、半田あるいはろう材等が用いられるが、この様な材料は放熱部材Ｊ２、Ｊ５として用いられるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等と比較して熱伝導率が低いため、必要以上に接合部材Ｊ４が厚くなると放熱性の面で問題である。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み、接合部材の厚みを極力低減することができる電気機器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一対の放熱部材（２、３）を、接合部材（５）を介して、発熱素子（１）を挟むようにして発熱素子（１）に接合してなる電気機器の製造方法において、一対の放熱部材（２、３）の間に接合部材（５）を介して発熱素子（１）を挟むとともに、一対の放熱部材（２、３）間の距離を規定するための治具（６）を、一対の放熱部材（２、３）の各々と接触するように挟んだ状態で、一対の放熱部材（２、３）の外側から加圧することにより、一対の放熱部材（２、３）と発熱素子（１）とを、接合部材（５）を介して接合することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、一対の放熱部材（２、３）における発熱素子（１）と対向する内面（２ａ、３ａ）間の距離を制御することができるため、一対の放熱部材（２、３）の寸法公差を考慮する必要が無い。従って、一対の放熱部材（２、３）と発熱素子（１）とを接合するときに、一対の放熱部材（２、３）の寸法公差を吸収するために、接合部材（５）を厚くする必要が無いため、接合部材（５）の厚みを極力低減することができる電気機器の製造方法を提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１の発明において、治具（６）の熱膨張係数が、一対の放熱部材（２、３）の熱膨張係数よりも大きいことを特徴としている。接合部材（５）を加熱硬化するときに、各部材（１〜４、６）は加熱とともに膨張し冷却とともに収縮するが、この膨張と収縮による形状の変化は熱膨張係数が大きいほど大きい。
【００１４】
従って、治具（６）が膨張した状態で接合部材（５）が冷却した後、治具（６）が他の部材（２〜４）よりも収縮することにより、治具（６）における一対の放熱部材（２、３）の各々と接触する部分（６ａ、６ｂ）の間隔よりも、一対の放熱部材（２、３）の間隔の方が大きくなるため、容易に治具（６）を外すことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、発熱素子（１）の一面（１ａ）側に対して、接合部材（５）を介して第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）側を接合し、発熱素子（１）の他面（１ｂ）側に対して、接合部材（５）を介して第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）側を接合してなる電気機器の製造方法において、第１の突出部（６１）が一面（６０ａ）側に形成された第１の治具（６０）と、第２の突出部（７１）が一面（７０ａ）側に形成された第２の治具（７０）とを用意する。
【００１６】
そして、第１および第２の放熱部材（２、３）によって接合部材（５）を介して発熱素子（１）を挟んだ状態で、第１の放熱部材（２）の他面（２ｂ）側には第２の治具（７０）の一面（７０ａ）側を配置し、第２の放熱部材（３）の他面（３ｂ）側には第１の治具（６０）の一面（６０ａ）側を配置し、第１および第２の治具（６０、７０）の間隔を一定にした状態で、第１の突出部（６１）の先端部（６１ａ）と第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）とを当接させ、第２の突出部（７１）の先端部（７１ａ）と第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）とを当接させるように、第１および第２の放熱部材（２、３）の他面（２ｂ、３ｂ）側から加圧することにより、第１および第２の放熱部材（２、３）と発熱素子（１）とを、接合部材（５）を介して接合することを特徴としている。
【００１７】
本発明では、第１の治具（６０）と第２の治具（７０）との距離を一定にした状態で、各々の突出部（６１、７１）を各々の放熱部材（２、３）の一面（２ａ、３ａ）に当接させることで、各々の放熱部材（２、３）の一面（２ａ、３ａ）の間の距離を制御することができる。
【００１８】
従って、第１および第２の放熱部材（２、３）の寸法公差を考慮しなくても良く、各々の放熱部材（２、３）の寸法公差を吸収するために接合部材（５）を厚くする必要が無いため、接合部材の厚みを極力低減することができる電気機器の製造方法を提供することができる。
【００１９】
また、請求項４および５に記載の発明のように、第１の放熱部材（２）として、厚み方向に第２の突出部（７１）が貫通する貫通部（２１）が形成されたものを用いる、若しくは、第２の放熱部材（３）として、厚み方向に第１の突出部（６１）が貫通する貫通部（３１）が形成されたものを用いる、若しくは、第１および第２の放熱部材（２、３）の両方にこれらの貫通部（２１、３１）が形成されたものを用いることにより、第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）に対して第１の突出部（６１）を、また、第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）に対して第２の突出部（７１）を好適に当接させることができる。また、第１および第２の放熱部材（２、３）に形成された貫通部（２１、３１）に、各々第２および第１の突出部（７１、６１）を貫通させることにより、各々第１および第２の放熱部材（２、３）の水平方向の位置決めを行うことができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明では、請求項３〜５のいずれか１つの発明において、第１および第２の放熱部材（２、３）の他面（２ｂ、３ｂ）側から行う加圧は、ばね部材（９０）を用いて、このばね部材（９０）の弾性力により行うものであることを特徴としている。
【００２１】
本発明では、例えば、第１の治具（６０）と第２の放熱部材（３）との間、または、第２の治具（７０）と第１の放熱部材（２）との間にばね部材（９０）を配置して、請求項３の発明のように製造することにより、厚みが異なる放熱部材（２、３）を用いても、ばね部材（９０）の弾性特性によって、好適に放熱部材（２、３）を加圧することができる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明を電気機器としての半導体装置に適用したものである。図１に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的な断面図にて示す。
【００２４】
この半導体装置は、図１に示すように、発熱素子１とこの発熱素子１からの放熱を行うための一対の放熱部材２、３とを備えている。そして、発熱素子１の一面１ａ側には、放熱ブロック４および接合部材５を介して、一対の放熱部材２、３のうちの第１の放熱部材２が接合され、発熱素子１の他面側１ｂには、接合部材５を介して、一対の放熱部材２、３のうちの第２の放熱部材３が接合されている。つまり、一対の放熱部材２、３が、接合部材５を介して半導体素子１を挟むように接合されている。
【００２５】
ここで、本例では、発熱素子としては半導体素子１を用いており、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やサイリスタ等のパワー半導体素子からなる。接合部材５としては半田を用いている。また、第１および第２の放熱部材２、３、および放熱ブロック４はＣｕからなるものを用いている。また、各部材１〜４の平面形状は、略矩形となっている。
【００２６】
次に、この様な構成の半導体装置の製造方法について述べる。まず、半導体素子１、第１および第２の放熱部材２、３、および放熱ブロック４を用意する。この第１および第２の放熱部材２、３は、平面方向の面積が半導体素子１や放熱ブロック４よりも大きいものである。
【００２７】
次に、第２の放熱部材３の一面３ａ上の中心付近に半田ペーストを印刷等により塗布した後、半導体素子１を搭載する。そして、同様にして、半導体ペーストを半導体素子１上に塗布して放熱ブロック４を搭載し、この放熱ブロック４上に半田ペーストを塗布しておく。
【００２８】
次に、図１に示すような、第１および第２の放熱部材２、３の間の距離を規定するための治具６を用意する。この治具６は、向かい合う面が平行になっている一対の面（以下、平行面という）６ａ、６ｂを有している。そして、この平行面の一方６ａが第２の放熱部材３の一面３ａにおける半導体素子１が搭載されていない部分に接触するように、治具６を第２の放熱部材３上に設置する。ここで、この治具６は、Ｃｕからなる第１および第２の放熱部材２、３よりも、熱膨張係数の大きいものからなり、例えばＡｌからなるものを用いることができる。
【００２９】
そして、放熱ブロック４上の半田ペースト、および治具６における平行面の他方６ｂの上に第１の放熱部材２を搭載し、更に第１の放熱部材２の上から、例えば重り８により必要に応じた荷重をかけて、第１の放熱部材２の外側から加圧し、治具６と第１の放熱部材２の一面２ａとを当接させる。
【００３０】
その後、この様に各部材１〜４を積層した状態でリフローして、半田ペーストを硬化させて半田５にし、半導体素子１、放熱ブロック４、および第１および第２の放熱部材２、３を接合する。続いて、重り８を取り除き、治具６を横方向に引っ張り出し、本実施形態の半導体装置が完成する。
【００３１】
ところで、本実施形態によれば、第１および第２の放熱部材２、３の各面のうち、半導体素子１と対向する面である一面（内面）２ａ、３ａの間の距離を、治具６の厚みにより制御することができる。その結果、各部材１〜４を積層して組み付ける際に、第１および第２の放熱部材２、３の寸法公差を考慮する必要が無いため、第１および第２の放熱部材２、３の寸法公差を吸収するために半田５を厚くする必要が無い。従って、半田の厚みを極力低減することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００３２】
また、一般に、各々の部材はリフロー時の加熱により膨張し、冷却により収縮するが、この膨張と収縮による形状の変化は熱膨張係数が大きいほど大きい。本実施形態では、第１および第２の放熱部材２、３、および放熱ブロック４と比較して治具６の熱膨張係数が大きいため、リフロー時に各々の部材１〜４、６が膨張した状態で半田５が硬化して各部材１〜４が接合した後、室温に戻ると治具６がこれらの部材１〜４よりも収縮する。
【００３３】
その結果、治具６における一対の平行面６ａ、６ｂの間隔よりも、第１および第２の放熱部材２、３の各々の一面２ａ、３ａの間隔が大きくなるため、容易に治具６を外すことができる。また、治具６の一対の平行面６ａ、６ｂにより、第１および第２の放熱部材２、３の平行度を制御することができるため、半田５の厚みを薄くしても第１の放熱部材２と第２の放熱部材３との平行度を確保することができる。
【００３４】
なお、本例では、治具６の熱膨張係数が、その他の部材２〜４の熱膨張係数よりも大きい例について示したが、各部材１〜４を接合した後に治具６を取り外すことができれば、特に熱膨張係数について限定するものではない。また、治具６の形状も図示例のような形状のものに限らず、第１の放熱部材２と第２の放熱部材３との距離を規定できれば、どのような形状であっても良い。
【００３５】
また、接合部材として半田５を用い、半田ペーストをリフローして硬化させる例について示したが、各部材を積層する際にシート状の半田を介在させ、その後、この半田を溶融・硬化させることにより各部材を接合しても良い。また、導電性接着剤を用いても良い。
【００３６】
また、第２の放熱部材３上への半導体素子１、放熱ブロック４、半田ペースト、および治具６の搭載は、図示例の構成にすることができれば、どのような順序で行っても良い。また、治具６が平行面６、６ｂを有する例について示したが、平行面になっていなくても、例えば、第１および第２の放熱部材２、３と接触する部分に３つ以上の突起があるなど、第１の放熱部材２の一面２ａと第２の放熱部材３の一面３ａとの距離を規定することができれば良い。
【００３７】
また、図示していないが、半導体素子１の一面側に形成されたパッドとリードフレームとをワイヤボンドする場合は、例えば、各部材を接合して治具６を取り外した後に行うことができる。この場合は、半導体素子１が第２の放熱部材３の端部付近に配置されれば、そのままワイヤボンド可能なときもあるが、第２の放熱部材３として、半導体素子１に形成されたワイヤボンドされるパッドの上方、および第２の放熱部材３におけるパッドの上方より縁部が開放されたような形状のものを用いると良い。
【００３８】
また、可能であれば、第２の放熱部材３を搭載する前に、半導体素子１のパッドとリードフレームとをワイヤボンドしておき、その後、このワイヤボンドされたワイヤおよびリードフレームを避けるようにして治具６を配置し、第２の放熱部材３を搭載して、各部材１〜４を接合しても良い。
【００３９】
また、本実施形態により接合した半導体装置を樹脂封止しても良い。また、放熱部材２〜４としては、セラミック基板の表面をメタライズしたもの等も用いることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図２に本発明の第２実施形態の製造方法を模式的な断面図にて示す。本実施形態の半導体装置の構成は、第１実施形態と同様であるが、その製造方法において、治具による一対の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａの寸法の制御方法が異なる。以下、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、同一部分には図中、、同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
まず、第１および第２の放熱部材２、３、放熱ブロック４、および半導体素子１を用意する。第１および第２の放熱部材２、３には平面上の四隅において、厚み方向に貫通する貫通部としての孔２１、３１が形成されている。この孔２１、３１には、後述の第１および第２の突出部６１、７１が貫通する。
【００４２】
また、第１および第２の治具６０、７０を用意する。これらの治具６０、７０は、例えば平面形状が矩形の板状の部分を有し、その板状の部分の一面６０ａ、７０ａ側から、第１の治具６０においては第１の突出部６１が、第２の治具７０においては第２の突出部７１が形成されている。この第１および第２の突出部６１、７１は、板状の部分の縁部の一回り内側において、ほぼ対称的に４本形成されている。
【００４３】
また、各々の治具６０、７０の端部の、例えば四隅において、一面６０ａ、７０ａ側から突出し、第１の治具６０と第２の治具７０との距離を決定するための、位置決め用突出部６２、７２が形成されている。ここで、これらの突出部６１、６２、７１、７２の先端部６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａは略平面になっている。また、第１および第２の治具６０、７０は、例えばＣ（炭素）からなるものを用いることができる。
【００４４】
次に、半導体素子１の一面１ａ側に対して、放熱ブロック４および半田ペーストを介して第１の放熱部材２の一面２ａ側を搭載し、半導体素子１の他面１ｂ側に対して、半田ペーストを介して第２の放熱部材３の一面３ａ側を搭載する。つまり、第１実施形態と同様にして第２の放熱部材３、半導体素子１、および放熱ブロック４を、半田ペーストを介して搭載し、更に放熱ブロック４上に半田ペーストを塗布して、第１の放熱部材２を搭載する。
【００４５】
次に、第１の治具６０を一面６０ａ側を上向きにして配置し、その板状の部分の一面６０ａ側にばね部材９０としてのコイルばねの一端に矩形の台座９１を接合したものを配置する。このコイルばね９０の他端は、第１の治具６０の一面６０ａに接合しても良いし、接合しなくても良い。
【００４６】
そして、上述のように積層した各部材１〜４を、第２の放熱部材３の他面３ｂ側を第１の治具６０の一面６０ａ側に向けて、第１の突出部６１が第２の放熱部材３に形成された孔３１を貫通し、第２の放熱部材３の他面３ｂがコイルばね９０上の台座９１によって支えられるように配置する。
【００４７】
次に、第１の放熱部材２の他面２ｂ上に重り８を搭載し、第２の治具７０を一面７０ａ側を下向きにして、第１の放熱部材２の他面２ｂ側に向けて第１の放熱部材２に近づけ、第２の突出部７１が第１の放熱部材２に形成された孔２１を貫通するようにする。そして、第１および第２の治具６０、７０で、積層した第１および第２の放熱部材２、３、放熱ブロック４、および半導体素子１を挟むようにする。
【００４８】
続いて、第１の治具６０と第２の治具７０を更に近づけ、第１の治具６０に形成された位置決め用突出部６２の先端部６２ａと、第２の治具７０に形成された位置決め用突出部７２の先端７２ａ部とを当接させて第１および第２の治具６０、７０の間隔を一定にする。つまり、各突出部６２、７２の長さの合計の距離をもって一定の間隔となる。
【００４９】
このとき、第１の突出部６１の先端部６１ａが第１の放熱部材２の一面２ａに当接し、第２の突出部７１の先端部７１ａが第２の放熱部材３の一面３ａに当接し、第１および第２の放熱部材２、３の他面２ａ、３ａ側から、ばね部材９０による弾性力と重り８による重力とによって加圧された状態となる。
【００５０】
そして、この様にして、第１および第２の治具６０、７０により積層した各部材１〜４を固定した状態で、リフローして半田を硬化させ、第１および第２の放熱部材２、３、放熱ブロック４、および半導体素子１を、半田５を介して接合する。その後、第１の治具６０と第２の治具を上下に開いて各部材１〜４が接合されたものを取り出して半導体装置が完成する。
【００５１】
ところで、本実施形態によれば、第１の治具６０と第２の治具７０との距離を一定にした状態で、各々の突出部６１、７１を各々の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａに当接させることで、各々の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａの間の距離を制御することができる。つまり、第１の突出部６１と第２の突出部７１との重なり長さＫが一定となる。また、第１および第２の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａを、各々４本の第１および第２の突出部６１、７１で規定しているため、各々の突出部６１、７１の長さを調節して第１および第２の放熱部材２、３の平行度を確保することができる。
【００５２】
従って、第１および第２の放熱部材２、３の寸法公差を考慮しなくても良く、各々の放熱部材２、３の寸法公差を吸収するために半田５を厚くする必要が無いため、半田の厚みを極力低減することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５３】
また、第１および第２の放熱部材２、３に孔２１、３１を形成しているため、各々の孔２１、３１を第１および第２の突出部６１、７１が貫通して、好適に第１および第２の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａに各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａを当接させることができる。また、第１および第２の放熱部材２、３に形成された孔２１、３１に、各々第２および第１の突出部７１、６１が貫通するため、各々第１および第２の放熱部材２、３の水平方向の位置決めを行うことができる。
【００５４】
また、第２の放熱部材３をばね部材９０を用いて保持しているため、ばね部材９０の弾性特性により第２の放熱部材２の寸法誤差が大きい場合も好適に第２の放熱部材３を加圧することができる。また、第２の放熱部材３は可動の重り８により加圧されているため、第２の放熱部材３の寸法誤差が大きいときも、好適に第２の放熱部材３を加圧することができる。
【００５５】
また、ばね部材９０と重り８を用いていることによる上記理由と同様の理由から、各々の放熱部材２、３の厚みが異なる半導体装置を製造したい場合も、ばね部材９０と重り８により調節することができるため、同じ治具６０、７０を用いることができる。
【００５６】
より詳しく述べるため、例えば、図２の状態において、第１の放熱部材２と第２の治具７０との間、および第２の放熱部材３と第１の治具６０との間に、それぞれの間隔に相当する剛性の高い固体を介在させる場合を考える。この場合は、第１および第２の放熱部材２、３の厚みが厚いと、各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａとこの固体とで挟むことによる各々の放熱部材２、３に対する応力が強くなり、放熱部材２、３が破壊する恐れがある。
【００５７】
また、第１および第２の放熱部材２、３の厚みが薄いと、各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａに各々の放熱部材２、３を当接させることができない恐れがある。従って、本実施形態のようにばね部材９０と重り８を用いると、好適に各々の放熱部材２、３を加圧することができる。
【００５８】
また、第１および第２の治具６０、７０を上下方向に外すことにより、治具６０、７０から半導体装置を取り外すことができる構成となっているため、特に、量産時に好適に半導体装置を取り外すことができる。
【００５９】
なお、各々の治具６０、７０は板状でなくても、各々第１および第２の突出部６１、７１が形成されていれば、どのような形状でも良い。また、第１および第２の突出部６１、７１は、各々少なくとも３本形成されていれば、各々の放熱部材２、３の一面２ａ、３ａを規定することができる。また、第１および第２の突出部６１、７１、および位置決め用突出部６２、７２の先端６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａが略平面である例について示したが、特に平面でなくても良い。
【００６０】
また、位置決め用突出部６２、７２は各々の治具６０、７０に形成されていなくても良く、例えば、第１の治具６０には位置決め用突出部を形成せず、第２の放熱部材に長い位置決め用突出部を形成し、その先端部を第１の治具６０の一面６０ａに当接させるようにしても良い。また、各々の治具６０、７０を外部の装置に接合するなどして、第１の治具６０と第２の治具７０との間隔が定まるようになっていれば、位置決め用突出部を設けなくても良い。
【００６１】
また、図示例では、１つの半導体装置を形成するようになっているが、第１および第２の突出部を複数組形成した第１および第２の治具を用いて、一度に複数の半導体装置を形成するようにしても良い。
【００６２】
また、第１および第２の放熱部材２、３に、各々の突出部６１、７１が貫通するための孔２１、３１を形成する例について示したが、孔ではなく、突出部６１、７１が貫通する部分において厚み方向に貫通し、各々の放熱部材２、３の縁部まで切り欠かれた、切り欠き状の貫通部２１、３１を形成しても良い。
【００６３】
また、例えば、図示例の第２の放熱部材３の面積を小さくするなどして、第２の放熱部材３には貫通部３１を形成せずに、第２の放熱部材３の外部において第１の突出部６１が通過するようにし、第１の放熱部材２には貫通部２１を形成して、図示例の様に第２の突出部７１が貫通するようにしても良い。
【００６４】
また、特に貫通部２１、３１を形成しなくても、各々の放熱部材２、３の平面形状を、各々の突出部６１、７１が通過するように端部を湾曲させる等して、第１の突出部６１の先端部６１ａが第１の放熱部材２の一面２ａに当接し、第２の突出部７１の先端部７１ａが第２の放熱部材３の一面３ａに当接するようになっていれば良い。
【００６５】
また、第１の放熱部材２に対しては重り８を搭載する例について示したが、第１の放熱部材２の他面２ｂと第１の治具６０の一面６０ａとの間にばね部材９０を配置しても良い。また、ばね部材９０として、コイルばねを用いる例について示したが、板ばねを用いても良い。また、その他の弾性部材を用いても良い。また、形状記憶合金やバイメタル等の熱によって変形する部材を用いるなどして、各部材１〜４がリフローされて接合されるときに、この部材が変形することにより、各々の突出部６１、７１の先端部６１ａ、７１ａと各々の放熱部材２、３とが当接するようにしても良い。
【００６６】
また、第１の放熱部材２を保持するために重り８を用いずに、第２の治具７０として、その板状の部分において厚み方向に貫通した貫通孔７３を形成したものを用い、積層した各部材を第１の治具６０と第２の治具７０により挟んだ後、その貫通孔７３を通して、第２の治具７０の他面７０ｂ側から加圧用の部材８１を挿入し、第１の放熱部材２の他面２ｂを加圧するようにしても良い（図３参照）。
【００６７】
ここで、本実施形態の製造方法の他の例を示す。上記例では、各部材１〜４を半田ペーストを用いて積層した後、第１および第２の治具６０、７０で挟むようにしたが、半田ペーストを介して積層した各部材１〜４をリフローして、半田５により各部材１〜４を接合した後、第１および第２の治具６０、７０で挟み、再びリフローしても良い。
【００６８】
この場合、硬化していた半田が溶融あるいは軟化して、接合されていた各部材１〜４が動くことができる状態となり、治具６０、７０により定められた寸法に再配置される。そして、その状態で半田５を再び硬化すれば良い。
【００６９】
更には、第１の治具６０の上に、ばね部材９０、台座９１、第２の放熱部材３、シート状の半田、半導体素子１、シート状の半田、放熱ブロック４、シート状の半田、第１の放熱部材２、重り８、および第２の治具７０を順次搭載することにより図２の状態とし、リフローすることによりシート状の半田を溶融・硬化させ、各部材１〜４を半田５により接合しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図２】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る製造方法の他の例を模式的に示す断面図である。
【図４】電気機器における従来の放熱構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…半導体素子、２…第１の放熱部材、３…第２の放熱部材、５…接合部材、６…治具、２１、３１…貫通部、６０…第１の治具、６１…第１の突出部、
７０…第２の治具、７１…第２の突出部、９０…ばね部材。
Claims (6)
- 発熱素子（１）と、前記発熱素子（１）からの放熱を行うための一対の放熱部材（２、３）とを有し、前記一対の放熱部材（２、３）を、接合部材（５）を介して、前記発熱素子（１）を挟むようにして、前記発熱素子（１）に接合してなる電気機器の製造方法において、
前記一対の放熱部材（２、３）の間に、前記接合部材（５）を介して前記発熱素子（１）を挟むとともに、前記一対の放熱部材（２、３）間の距離を規定するための治具（６）を、前記一対の放熱部材（２、３）の各々と接触するように挟んだ状態で、前記一対の放熱部材（２、３）の外側から加圧することにより、前記一対の放熱部材（２、３）と前記発熱素子（１）とを、前記接合部材（５）を介して接合することを特徴とする電気機器の製造方法。 - 前記治具（６）の熱膨張係数が、前記一対の放熱部材（２、３）の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電気機器の製造方法。
- 発熱素子（１）と、前記発熱素子（１）からの放熱を行うための第１および第２の放熱部材（２、３）とを有し、前記発熱素子（１）の一面（１ａ）側に対して、接合部材（５）を介して前記第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）側を接合し、前記発熱素子（１）の他面（１ｂ）側に対して、接合部材（５）を介して前記第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）側を接合してなる電気機器の製造方法において、
第１の突出部（６１）が一面（６０ａ）側に形成された第１の治具（６０）と、第２の突出部（７１）が一面（７０ａ）側に形成された第２の治具（７０）とを用意し、
前記第１および第２の放熱部材（２、３）によって、前記接合部材（５）を介して前記発熱素子（１）を挟んだ状態で、
前記第１の放熱部材（２）の他面（２ｂ）側には、前記第２の治具（７０）の一面（７０ａ）側を配置し、前記第２の放熱部材（３）の他面（３ｂ）側には、前記第１の治具（６０）の一面（６０ａ）側を配置し、
前記第１および第２の治具（６０、７０）の間隔を一定にした状態で、前記第１の突出部（６１）の先端部（６１ａ）と前記第１の放熱部材（２）の一面（２ａ）とを当接させ、前記第２の突出部（７１）の先端部（７１ａ）と前記第２の放熱部材（３）の一面（３ａ）とを当接させるように、前記第１および第２の放熱部材（２、３）の他面（２ｂ、３ｂ）側から加圧することにより、前記第１および第２の放熱部材（２、３）と前記発熱素子（１）とを、前記接合部材（５）を介して接合することを特徴とする電気機器の製造方法。 - 前記第１の放熱部材（２）として、厚み方向に前記第２の突出部（７１）が貫通する貫通部（２１）が形成されたものを用いることを特徴とする請求項３に記載の電気機器の製造方法。
- 前記第２の放熱部材（３）として、厚み方向に前記第１の突出部（６１）が貫通する貫通部（３１）が形成されたものを用いることを特徴とする請求項３または４に記載の電気機器の製造方法。
- 前記第１および第２の放熱部材（２、３）の他面（２ｂ、３ｂ）側から行う加圧は、ばね部材（９０）を用いて、このばね部材（９０）の弾性力により行うものであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の電気機器の製造方法。
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