WO2020045522A1 - 冶具および半導体装置の製造方法 - Google Patents

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稔 江草
佑樹 矢野
裕邦 和田
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a jig and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-361410 discloses a plate-shaped first jig having an opening formed therein, and a jig disposed inside the opening and movable in the opening along the surface of the first jig. And a second jig for positioning a solder and a component are disclosed.
  • 2009-59832 discloses a jig used for soldering a component to a curved plate-like member, wherein the jig contacts a curved portion of the curved plate-like member which is convex downward.
  • a jig having a convex portion is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a jig and a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing displacement of a component with respect to the plate-shaped member even when the plate-shaped member to which a component such as a semiconductor element is bonded is curved. To provide.
  • the jig according to the present disclosure is a jig used for positioning a semiconductor element, and includes a base portion and a positioning portion.
  • the base has a first surface and a second surface opposite to the first surface.
  • a first through hole reaching the second surface from the first surface is formed in the base portion.
  • the positioning portion is disposed inside the first through hole, and has a second through hole into which the semiconductor element is inserted.
  • the positioning portion is movable within the first through hole, and is configured such that an end of the positioning portion on the second surface side projects outside the second surface.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of preparing a plate-shaped member and a semiconductor element.
  • the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of disposing the jig on the plate-like member and disposing a bonding material and a semiconductor element inside the second through hole in the positioning part of the jig.
  • the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of fixing the semiconductor element to the plate-like member with a bonding material.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the jig according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
  • 5 is a flowchart for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic view of a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device shown in FIG. 3.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device as a comparative example.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device as a comparative example.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device as a comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the jig according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device as a comparative example.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device as a comparative example.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic diagram for explaining a first modification of the jig according to Embodiment 1.
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a second modification of the jig according to Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a jig according to a second embodiment. It is a schematic diagram for demonstrating the size of the jig shown in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a first modification of the jig according to Embodiment 2.
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a second modification of the jig according to Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a jig according to a third embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a configuration example of the jig shown in FIG. 16.
  • FIG. 18 is a schematic partial plan view of the jig shown in FIG. 17.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of a jig according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a first modification of the jig according to Embodiment 4.
  • FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a second modification of the jig according to Embodiment 4.
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing a base of a jig according to a fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic plan view illustrating a positioning portion of a jig according to a fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic partial cross-sectional view of a jig according to a fifth embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a first modification of the jig according to Embodiment 5.
  • FIG. 21 is a schematic plan view for explaining a second modification of the jig according to Embodiment 5.
  • FIG. 14 is a schematic sectional view of a jig according to a sixth embodiment.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration example of the jig shown in FIG. 27.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the jig according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the jig 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a jig 1 used for positioning the semiconductor elements 21 and 22, and includes a base part 4 and a positioning part 3.
  • the base part 4 has a first surface 4c and a second surface 4d opposite to the first surface 4c.
  • a first through hole 4a is formed in the base portion 4 to reach the second surface 4d from the first surface 4c.
  • a plurality of first through holes 4a are formed in the base portion 4 of the jig 1 shown in FIGS.
  • first through holes 4 a are formed in the base portion 4.
  • the number of the first through holes 4a may be one, or may be an arbitrary number of two or more.
  • the plurality of first through holes 4a may be arranged in a matrix as shown in FIG. 1, but may be arranged arbitrarily.
  • the planar shape of the first through hole 4a may be a square shape as shown in FIG. 1, but may be a polygonal shape such as a circular shape or a triangular shape.
  • the positioning part 3 is arranged inside the first through hole 4a.
  • the positioning portion 3 has a second through hole 3a into which a semiconductor element as a component to be positioned is inserted.
  • the positioning portion 3 is movable in the thickness direction of the base portion 4 inside the first through hole 4a.
  • the positioning portion 3 is configured to be movable in the first through hole 4a such that an end of the positioning portion 3 on the second surface 4d side projects outside the second surface 4d.
  • the outer shape of the planar shape of the positioning portion 3 is similar to the shape of the first through hole 4a in plan view. However, the planar shape of the positioning portion 3 can be any shape as long as the position of the positioning portion 3 in the first through hole 4a can be determined.
  • the shape of the second through-hole 3a of the positioning portion 3 is quadrangular, but the planar shape of the second through-hole 3a may be any shape as long as the position of the semiconductor element to be positioned can be determined. it can.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view of a semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device shown in FIG. A method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
  • a preparation step (S10) is performed.
  • the components and the jig 1 constituting the semiconductor device are prepared.
  • Examples of components constituting the semiconductor device include an insulating substrate 10, which is an example of the plate-like member shown in FIG. 4, a solder, a semiconductor element, and the like.
  • a positioning step (S20) is performed.
  • the insulating substrate 10 is arranged in the recess 5a of the lower jig 5 in which the recess 5a is formed.
  • the insulating substrate 10 includes a ceramic insulating layer 11, a back conductor pattern 13 for heat dissipation, and a front conductor pattern 12 constituting a circuit.
  • the back conductor pattern 13 is formed on the back surface of the insulating layer 11.
  • the surface conductor pattern 12 is formed on the surface of the insulating layer 11.
  • any material can be used as the material forming the back conductor pattern 13 and the front conductor pattern 12, for example, copper may be used as the material.
  • the thickness of the back conductor pattern 13 can be, for example, 0.7 mm.
  • the thickness of surface conductor pattern 12 can be, for example, 0.8 mm.
  • the jig 1 as an upper jig is arranged on the insulating substrate 10.
  • the jig 1 is arranged so as to cover the recess 5 a of the lower jig 5.
  • the positioning portion 3 of the jig 1 is arranged on the surface conductor pattern 12 of the insulating substrate 10 so as to overlap a position where the semiconductor element is to be fixed.
  • the positioning part 3 moves in the first through hole 4 a of the base part 4 of the jig 1 in the thickness direction of the base part 4, and the lower part of the positioning part 3 comes into contact with the insulating substrate 10. I have.
  • the solder and the semiconductor elements 21 and 22 see FIG.
  • the solder a pellet-shaped solder having a size slightly smaller than the planar shape of the second through-hole 3a can be used.
  • the positioning portion 3 is movable inside the first through-hole 4a, a gap is formed between the positioning portion 3 and the insulating substrate 10 such that the semiconductor elements 21 and 22 pass through. Can be prevented. Therefore, the arrangement of the semiconductor elements on the insulating substrate 10 can be determined accurately.
  • the thickness of the semiconductor elements 21 and 22 is, for example, 50 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less
  • the thickness of the pellet-shaped solder used in the positioning step (S20) is, for example, 40 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the joining step (S30) is performed.
  • the insulating substrate 10 on which the solder 23 and the semiconductor elements 21 and 22 are arranged at accurate positions is heated by the lower jig 5 and the jig 1.
  • the heating method any method can be used.
  • the insulating substrate 10 may be put into a soldering furnace. The heating melts the solder, and the surface conductor pattern 12 of the insulating substrate 10 and the semiconductor elements 21 and 22 are joined as shown in FIG.
  • the insulating substrate 10 is put into the soldering furnace, the insulating substrate 10 is in a state of being assembled in the lower jig 5 and the jig 1.
  • the insulating substrate 10 may be transported by a conveyor.
  • the pressure in the soldering furnace may be lower than atmospheric pressure. In this case, generation of voids in the solder 23 can be suppressed.
  • the coefficient of linear expansion between the constituent materials of the insulating layer 11 and the constituent materials of the back conductor pattern 13 and the front conductor pattern 12 is increased by heating.
  • a large concave-shaped warpage may occur.
  • the linear expansion coefficient of the ceramic forming the insulating layer 11 is about 3 ppm / K
  • the linear expansion coefficient of the copper forming the back conductor pattern 13 and the front conductor pattern 12 is about 17 ppm / K.
  • the length of the longest side of the insulating layer 11 in the insulating substrate 10 is larger than 50 mm, the amount of the warp becomes significantly large. Even in such a case, by using the jig 1 according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of a large gap between the jig 1 and the insulating substrate 10 in the bonding step (S30).
  • a post-processing step (S40) is performed.
  • this step (S40) for example, the lower jig 5 and the jig 1 are removed from the insulating substrate 10 discharged from the soldering furnace. After that, the semiconductor elements 21 and 22 and the surface conductor pattern 12 are connected by wires 24. Thus, the semiconductor device shown in FIG. 5 can be obtained.
  • any metal wire can be used as the wire 24.
  • an aluminum (Al) wire may be used.
  • the diameter of the wire 24 may be, for example, 400 ⁇ m.
  • any semiconductor element can be used as the semiconductor elements 21 and 22, for example, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and FwDi (Free-Wheel Diode) can be used.
  • the jig 1 is a jig 1 used for positioning the semiconductor elements 21 and 22, and includes a base part 4 and a positioning part 3.
  • the base part 4 has a first surface 4c and a second surface 4d opposite to the first surface 4c.
  • a first through hole 4a is formed in the base portion 4 to reach the second surface 4d from the first surface 4c.
  • the positioning portion 3 is disposed inside the first through hole 4a, and has a second through hole 3a into which the semiconductor elements 21 and 22 are inserted.
  • the positioning portion 3 is movable inside the first through hole 4a, and is configured such that the end of the positioning portion 3 on the second surface 4d side projects outside the second surface 4d.
  • the insulating substrate 10 as a plate-like member for fixing the semiconductor elements 21 and 22 is warped as shown in FIG. 4, so that the base portion 4 of the jig 1 and the surface of the insulating substrate 10 Even if a gap larger than expected is formed, the positioning portion 3 moves inside the first through hole 4a, so that the end of the positioning portion 3 on the second surface 4d side is positioned adjacent to the surface of the insulating substrate 10. Be placed. That is, the position of the positioning part 3 of the jig 1 changes following the warped shape of the insulating substrate 10.
  • the semiconductor elements 21 and 22 and the solder 23 are arranged inside the second through holes 3 a of the positioning part 3, the semiconductor elements 21 and 22 pass through the gap between the jig 1 and the insulating substrate 10. Movement to the outside of the hole 3a can be prevented. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of displacement of the semiconductor elements 21 and 22 as components with respect to the insulating substrate 10 and to suppress the occurrence of defects in the semiconductor device.
  • the method for manufacturing a semiconductor device includes a preparation step (S10), which is a step of preparing the insulating substrate 10 and the semiconductor elements 21 and 22 as plate members.
  • the jig 1 is arranged on an insulating substrate 10 as a plate-like member, and a solder 23 as a bonding material and a semiconductor element are provided inside a second through hole 3 a in a positioning portion 3 of the jig 1.
  • a positioning step (S20) as a step of arranging the elements 21 and 22.
  • the method for manufacturing a semiconductor device includes a bonding step (S30), which is a step of fixing the semiconductor elements 21 and 22 to the insulating substrate 10 as a plate-like member using the solder 23 as a bonding material.
  • the positioning step (S20) is performed using the jig 1 according to the present embodiment, even if the insulating substrate 10 is warped, it can be placed on the insulating substrate 10 and the semiconductor elements 21 and 22 can be placed. Position can be determined accurately. For this reason, it is possible to suppress occurrence of a defect that the bonding position of the semiconductor elements 21 and 22 to the insulating substrate 10 is shifted from the design position.
  • the positioning portion 3 and the surface conductor pattern 12 of the insulating substrate 10 are in contact with each other. Even so, heat can be transmitted to the insulating substrate 10, and as a result, the rate of temperature rise of the insulating substrate 10 can be increased, so that the heating time in the bonding step (S30) can be reduced.
  • 6 to 9 are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device as a comparative example. 6 to 9 correspond to the positioning step (S20) and the joining step (S30) in FIG.
  • the insulating substrate 10 is arranged in the concave portion of the lower jig 105.
  • a jig 101 is arranged on an insulating substrate 10.
  • the jig 101 has a through-hole 101a in a region where the semiconductor elements 21 and 22 are to be arranged.
  • the solder 23 and the semiconductor elements 21 and 22 are arranged inside the through hole 101a.
  • the thickness of the jig 101 is, for example, 3 mm.
  • the thickness of the semiconductor elements 21 and 22 is 100 ⁇ m, and the thickness of the solder 23 is 60 ⁇ m.
  • the semiconductor element 21 is located between the region of the jig 101 adjacent to the region where the through hole 101a is formed and the insulating substrate 10. , 22 are formed. In this state, the jig 101 cannot position the semiconductor elements 21 and 22.
  • the solder 23 and the semiconductor elements 21 and 22 move laterally from the gap.
  • Possible causes of the movement include vibration of a conveyor for moving the insulating substrate 10 and local melting of the solder due to the temperature distribution in the plane of the solder 23.
  • the semiconductor elements 21 and 22 on the insulating substrate 10 are fixed to be displaced from each other. In other words, the semiconductor elements 21 and 22 are not connected to correct positions on the insulating substrate 10, and subsequent wire bonding cannot be performed normally or an operation failure as a circuit occurs, which causes a failure in the semiconductor device. .
  • the jig 1 according to the present embodiment is used as described above, even if warpage occurs in the insulating substrate 10 as shown in FIG. Generation of a large gap is suppressed. As a result, it is possible to prevent the semiconductor elements 21 and 22 from moving from the gap to the outside of the second through-hole 3a.
  • FIG. 10 is an enlarged schematic diagram for explaining a first modification of the jig according to the first embodiment.
  • the jig shown in FIG. 10 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 1 and 2, but the plane shape of the first through hole 4 a and the plane shape of the positioning part 3 are the same as those shown in FIGS. 1 and 2. It differs from the jig 1 shown. That is, in the jig shown in FIG. 10, the concave portion 4b is partially formed in the planar shape of the first through hole 4a. Further, the positioning portion 3 is formed with a convex portion 3b to be fitted into the concave portion 4b.
  • the projection 3b is fitted into the concave portion 4b, so that the orientation of the positioning portion 3 with respect to the first through hole 4a can be prevented from being mistaken.
  • the planar shape of the second through hole 3a in the positioning portion 3 is not square, that is, when the planar shape of the semiconductor elements 21 and 22 to be positioned is rectangular or the like, Both orientation and placement can be determined accurately.
  • the convex portion 3b of the positioning portion 3 may be formed on the entire base portion 4 in the thickness direction, or may be formed only on a part of the base portion 4 in the thickness direction.
  • FIG. 11 is a schematic partial cross-sectional view illustrating a second modification of the jig according to the first embodiment.
  • the jig shown in FIG. 11 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 1 and 2, but the cross-sectional shape of the positioning part 3 is different from the jig 1 shown in FIGS. 1 and 2. That is, in the jig shown in FIG. 11, the outer peripheral side wall 3c of the positioning portion 3 is inclined. The width between the outer peripheral side walls 3c of the positioning portion 3 becomes smaller toward the second surface 4d side of the base portion 4. With such a configuration, the operation of inserting the positioning portion 3 into the first through hole 4a of the base portion 4 from the first surface 4c side can be easily performed.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the jig according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the size of the jig shown in FIG.
  • the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 1 and 2, but has a cross-sectional shape of the first through hole 4 a of the base portion 4 and a cross-section of the positioning portion 3.
  • the shape is different from the jig 1 shown in FIGS. That is, in the jig 1, the base portion 4 includes the first protruding portion 41 protruding from the inner wall of the first through hole 4a.
  • the first protrusion 41 protrudes inside the first through hole 4a.
  • the positioning portion 3 includes a second projecting portion 31 projecting outward from the outer peripheral side wall.
  • the second protrusion 31 is located closer to the first surface 4c of the base 4 than the first protrusion 41 is.
  • the positioning portion 3 includes a second projecting portion 31 and a wall portion 32 extending downward from the inner peripheral side of the second projecting portion.
  • the second protrusion 31 and the wall 32 have an inverted L-shaped cross section.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 31 are arranged so as to overlap.
  • the first protrusion 41 may be formed on the entire inner peripheral surface of the first through hole 4a, or may be formed only on a part of the inner peripheral surface.
  • the second protruding portion 31 may be formed on the entire periphery of the outer peripheral side wall of the positioning portion 3, or may be formed only on a part of the periphery of the outer peripheral side wall.
  • a first protruding portion 41 is formed at a lowermost portion of the first through hole 4a continuous with the second surface 4d.
  • the width W2 of the first through hole 4a in the region where the first protrusion 41 is formed is smaller than the width W1 of the positioning portion 3 in the region where the second protrusion 31 is formed.
  • the base 4 includes the first protrusion 41.
  • the first protrusion 41 protrudes inside the first through hole 4a.
  • the positioning part 3 includes a second projecting part 31.
  • the second projecting portion 31 projects toward the base portion 4 and is located closer to the first surface 4c than the first projecting portion 41 is.
  • the first projecting portion 41 and the second projecting portion 31 are arranged so as to overlap when viewed from the first surface 4c side of the base portion 4.
  • the positioning section 3 moves to the second surface 4d side of the base section 4, the second projection section 31 of the positioning section 3 comes into contact with the first projection section 41 of the base section 4 so that the positioning section 3 is moved. It is possible to prevent the base portion 4 from falling out of the inside of the first through hole 4a. Therefore, when the jig 1 is moved by the robot arm or the like, the positioning portion 3 can be prevented from falling off the base portion 4 and falling apart. For this reason, work efficiency in the method of manufacturing a semiconductor device using the jig 1 is improved.
  • the height L1 of the first protrusion 41 may be, for example, 1 mm.
  • the thickness L2 of the base portion 4 can be, for example, 3 mm.
  • the thickness L3 of the second projecting portion 31 in the positioning portion 3 can be, for example, 1 mm.
  • the length L4 of the wall 32 can be, for example, 1.8 mm.
  • the thickness L5 of the positioning portion 3 is 2.8 mm.
  • the dimensions of the jig 1 are determined so that the value obtained by subtracting the thickness L3 of the second protrusion 31 from the length L4 of the wall 32 is equal to or greater than the amount of warpage h of the insulating substrate 10.
  • the jig 1 corresponding to the warp amount h of 10 can be prepared.
  • FIG. 14 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a first modification of the jig according to the second embodiment.
  • the jig shown in FIG. 14 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13, but the relationship between the thickness L2 of the base portion 4 and the thickness L5 of the positioning portion 3 is shown in FIGS. Is different from the jig 1 shown in FIG. That is, in the jig shown in FIG. 14, the thickness L2 of the base portion 4 is larger than the thickness L5 of the positioning portion 3 in the thickness direction from the first surface 4c to the second surface 4d.
  • the thickness L2 can be 4.2 mm and the thickness L5 can be 3 mm. In this way, it is possible to prevent the positioning portion 3 from jumping out from the upper side of the base portion 4 when carrying the jig or arranging the jig on the insulating substrate 10. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the positioning portion 3 is protruded from the base portion 4 and the jig is scattered.
  • FIG. 15 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a second modification of the jig according to the second embodiment.
  • the jig shown in FIG. 15 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13, but the inner peripheral side surface of the first through hole 4 a of the base portion 4 and the second projection of the positioning portion 3.
  • the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13 differs from the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13 in that the surface roughness of at least one of the end surfaces 3 d of the base 31 is relatively large. Specifically, in the jig shown in FIG.
  • the surface roughness of at least one of the inner peripheral side surface of the first through hole 4a of the base portion 4 and the end surface 3d of the second projecting portion 31 of the positioning portion 3 is determined.
  • the surface roughness of either the first surface 4c or the second surface 4d of the base portion 4 is made larger.
  • the surface roughness (Ra) of at least one of the inner peripheral side surface of the first through hole 4a of the base portion 4 and the end surface 3d of the second projecting portion 31 of the positioning portion 3 may be set to 1.0 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • FIG. 16 is a schematic partial cross-sectional view of the jig according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a configuration example of the jig shown in FIG.
  • FIG. 18 is a schematic partial plan view of the jig shown in FIG.
  • the jig shown in FIGS. 16 to 18 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13, except that the cross-sectional shape of the first through hole 4a of the base portion 4 is as shown in FIGS. It differs from the jig 1 shown. That is, in the jig shown in FIGS.
  • the width of the first through hole 4a gradually increases toward the first surface 4c. It is getting smaller.
  • the inner wall of the first through hole 4a is inclined with respect to the first surface 4c. Opposing inner walls in the cross section of the first through hole 4a may have the same inclination angle with respect to the first surface 4c, or may have different inclination angles.
  • the base portion 4 is constituted by two members.
  • the base part 4 is constituted by a main body part 42 and a tapered part 43.
  • a through hole whose inner wall extends perpendicular to the first surface 4c (see FIG. 16) is formed in a region where the first through hole 4a is to be formed.
  • a first protrusion 41 is formed at the bottom of the through hole.
  • the positioning part 3 is arranged inside the through hole. After that, the tapered portion 43 is inserted into the through hole. The outer peripheral surface of the tapered portion 43 is fixed in contact with the inner wall of the through hole.
  • the inner wall of the tapered portion 43 forms an inclined inner wall of the first through hole 4a.
  • Any method can be adopted for fixing the tapered portion 43 to the main body portion 42.
  • the tapered portion 43 may be fixed to the main body portion 42 by forming a through hole penetrating from the tapered portion 43 to the main body portion 42 and arranging a fixing member such as a press-fit pin in the through hole.
  • the tapered portion 43 is formed so as to be in contact with the entire periphery of the through hole of the main body portion 42, but the tapered portion 43 is formed only on a part of the inner peripheral surface of the through hole of the main body portion 42. May be arranged.
  • the inner wall of the first through-hole 4a is formed such that the width of the first through-hole 4a gradually decreases toward the first surface 4c in a cross section along the extending direction of the first through-hole 4a. Are inclined with respect to the first surface 4c.
  • the width W3 of the first through-hole 4a on the first surface 4c is relatively smaller than the width of the first through-hole 4a at the center in the extending direction of the first through-hole 4a.
  • the positioning portion 3 is less likely to protrude from the first surface 4c side. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of the problem that the positioning portion 3 protrudes from above the first through hole 4 a of the base portion 4 and separates from the base portion 4. It is preferable that the width W3 of the first through hole 4a on the first surface 4c is smaller than the width W1 of the positioning portion 3 on the first surface 4c side.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view of a jig according to the fourth embodiment.
  • the jig 1 shown in FIG. 19 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 1 and 2, but the planar shape of the first through hole 4 a of the base portion 4 and the shape of the positioning portion 3 are the same as those shown in FIG.
  • jig 1 shown in FIG. That is, in the jig shown in FIG. 19, the planar shape of the first through hole 4a is rectangular.
  • the planar shape of the first through hole 4a is rectangular.
  • the outer peripheral shape of the positioning portion 3 in a plan view is rectangular, and a plurality of through holes 3aa to 3ac are formed as the second through holes 3a in one positioning portion 3. .
  • the number of the plurality of through holes 3aa to 3ac may be three as shown in FIG. 19, but may be an arbitrary number of two or more.
  • the intervals between the plurality of through-holes 3aa to 3ac may be equal or may be different.
  • the plurality of through holes 3aa to 3ac are arranged in the positioning portion 3 so as to be arranged in one direction, but may be arranged in a staggered manner.
  • a plurality of through holes 3aa to 3ac are formed as the second through holes 3a in one positioning portion 3.
  • the positioning of the semiconductor elements 21 and 22 can be performed using the jig.
  • FIG. 20 is a schematic diagram for explaining a first modification of the jig according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 shows only the positioning part 3 of the jig.
  • the jig having the positioning section 3 shown in FIG. 20 basically has the same configuration as the jig shown in FIG. 19, but the configuration of the positioning section 3 is different from the jig shown in FIG. That is, the positioning section 3 shown in FIG. 20 is constituted by three positioning portions 30a to 30c.
  • Each of the positioning portions 30a to 30c is a part having a U-shaped planar shape.
  • the positioning portions 3 are configured by arranging the positioning portions 30a to 30c in series.
  • the positioning portion 3 is disposed inside the first through hole 4a in the base portion 4 in FIG.
  • the respective positioning portions 30a to 30c are configured to be independently movable in the first through hole 4a in the thickness direction of the base portion 4.
  • the warpage of the insulating substrate 10 for each of the plurality of semiconductor elements Since the positioning portions 30a to 30c independently move in accordance with the amount, it is possible to suppress the occurrence of displacement of a plurality of semiconductor elements.
  • three positioning portions 30a to 30c are arranged so as to be continuous, but the positioning portion 3 may be configured by using two or any number of four or more positioning portions.
  • FIG. 21 is a schematic diagram for explaining a second modification of the jig according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21 shows only the positioning portion 3 of the jig as in FIG.
  • the jig having the positioning section 3 shown in FIG. 21 basically has the same configuration as the jig including the positioning section 3 shown in FIG. 20, but the configuration of the positioning section 3 is the same as that of the positioning section 3 shown in FIG. It is different from the jig provided with. That is, in the positioning portion 3 shown in FIG. 21, the concave portion 35 is formed in the contact portion with the end portion 36 of another adjacent positioning portion in the plurality of positioning portions 30a to 30c.
  • the relative positions of the plurality of positioning portions 30a to 30c in the first surface 4c of the base portion 4 can be defined. That is, the positioning accuracy of the positioning portions 30a to 30c in the first surface 4c of the base portion 4 can be improved.
  • FIG. 22 is a schematic plan view showing a base part of the jig according to the fifth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic plan view showing a positioning part of the jig according to the fifth embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic partial cross-sectional view of the jig according to the fifth embodiment.
  • the jig shown in FIGS. 22 to 24 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIG. 19, but the cross-sectional shape of the first through hole 4a of the base portion 4 and the cross-sectional shape of the positioning portion 3 are the same as those in FIG. Is different from the jig 1 shown in FIG. That is, in the jig 1 shown in FIGS.
  • the base portion 4 includes first projecting portions 41a and 41b projecting from the inner wall of the first through hole 4a.
  • the first protruding portions 41a and 41b protrude from positions facing each other on the inner surface of the first through hole 4a.
  • the first protrusions 41a and 41b are located on the long sides of the planar shape of the first through hole 4a.
  • the positioning portion 3 includes second projecting portions 31a and 31b projecting outward from the outer peripheral side wall. The second protrusions 31a, 31b are located closer to the first surface 4c of the base 4 than the first protrusions 41a, 41b.
  • the positioning portion 3 includes second protrusions 31a and 31b, and a wall extending downward from the inner peripheral side of the second protrusions 31a and 31b. As shown in FIG. 24, the second protrusions 31a and 31b and the wall have an inverted L-shaped cross section.
  • the first projection 41a and the second projection 31a are arranged so as to overlap when viewed from the first surface 4c side of the base 4. Further, the first protrusion 41b and the second protrusion 31b are arranged so as to overlap. First protruding portions 41a and 41b are formed at a lowermost portion of the first through hole 4a continuous with the second surface 4d.
  • the planar shape of the positioning portion 3 may be a quadrangular shape similar to the planar shape of the first through hole 4a. However, as shown in FIG. The shape may be different from the planar shape of the through hole 4a.
  • the width W4 of the first protrusion 41a is larger than the width W5 of the first protrusion 41b.
  • the width W4 can be 2.3 mm and the width W5 can be 1.3 mm.
  • the width W6 of the second protrusion 31a is larger than the width W7 of the second protrusion 31b.
  • the width W6 of the second protrusion 31a is preferably larger than the width W4 of the first protrusion 41a.
  • the difference between width W6 and width W4 can be, for example, 0.3 mm or more and 0.6 mm or less.
  • the positioning portion 3 is formed with two second projecting portions 31 a and 31 b. Also, in the base portion 4, two first protrusions 41a and 41b are formed in the first through hole 4a.
  • the width W4 which is the amount of protrusion of the first protrusion 41a from the inner wall of the first through hole 4a, is larger than the width W5 of the other first protrusions 41b.
  • the width W6, which is the amount of protrusion of the second protrusion 31a in the positioning portion 3, is larger than the width W7 of the other second protrusion 31b.
  • the direction of the positioning portion 3 when the positioning portion 3 is inserted into the first through hole 4a can be defined. That is, unless the direction of the positioning portion 3 is adjusted so that the first protrusion 41a having the relatively large width W4 and the second protrusion 31a having the relatively large width W6 overlap with each other, the positioning portion 3 is not required. Cannot be inserted into the first through hole 4a. Therefore, even if the positioning part 3 has fallen out of the first through hole 4a, the positioning part 3 can be inserted into the first through hole 4a with the direction of the positioning part 3 being accurate.
  • the widths W6, W7 of the second protrusions 31a, 31b are larger than the widths W4, W5 of the first protrusions 41a, 41b.
  • the difference between width W6 and width W7 and width W4 and width W5 can be, for example, 0.3 mm or more and 0.6 mm or less. If the difference is smaller than 0.3 mm, there is a possibility that the positioning portion 3 is clogged inside the first through hole 4a. If the difference exceeds 0.6 mm, there is a possibility that the second protrusions 31a and 31b do not contact the first protrusions 41a and 41b.
  • FIG. 25 is a schematic partial cross-sectional view illustrating a first modification of the jig according to the fifth embodiment.
  • FIG. 25 shows only the first projection 41a formed on the base 4 of the jig.
  • the jig provided with the base portion 4 shown in FIG. 25 basically has the same configuration as the jig shown in FIGS. 22 to 24, except that a chamfered portion 41c is formed at a corner of the first projecting portion 41a. This is different from the jig shown in FIGS.
  • the other first protrusion 41b also has a chamfer 41c.
  • the width of the chamfered portion 41c be equal to or less than 1 / of the height L1 (see FIG. 13) of the first projecting portion 41a.
  • the width of the chamfered portion 41c can be 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.
  • FIG. 26 is a schematic plan view for explaining a second modification of the jig according to the fifth embodiment.
  • FIG. 26 shows only the positioning part 3 of the jig.
  • the jig provided with the positioning section 3 shown in FIG. 26 basically has the same configuration as the jig shown in FIGS. 22 to 24, but the configuration of the positioning section 3 and the base section on which the positioning section 3 is arranged.
  • the shape of the first through hole 4a of the jig 4 is different from that of the jig shown in FIGS.
  • two through holes 3aa and 3ab are formed as the second through holes 3a.
  • the planar shape of the through hole 3aa is different from the planar shape of the through hole 3ab. That is, when a plurality of through holes are formed as the second through holes 3a, the plurality of through holes may include through holes having different planar shapes from each other.
  • the positioning section 3 shown in FIG. 26 includes a position detection mark section 38 formed on the surface of the base section 4 on the first surface 4c side.
  • the position detection mark section 38 is used for detecting the presence or absence of a position shift of the positioning section 3 and the amount of the position shift.
  • the position detection mark section 38 includes a first mark section 38a and a second mark section 38b formed at an interval from each other.
  • the configuration of the position detection mark section 38 any configuration can be adopted as long as it can be optically recognized.
  • the position detection mark portion 38 may be any one of a through hole, a concave portion, and a convex portion formed in the base portion 4.
  • the number of the position detection mark portions 38 may be two as shown in FIG. 26, but may be three or more. Further, the number of the position detection mark portions 38 may be one. In this case, by detecting both the position of the position detection mark portion 38 and the position of the second through-hole 3a, the displacement of the positioning portion 3 can be detected.
  • the first mark part 38a and the second mark part 38b may be arranged so as to sandwich the plurality of through holes 3aa and 3ab.
  • the first mark portion 38a and the second mark portion 38b may be arranged diagonally on the surface of the positioning portion 3. Further, the first mark portion 38a and the second mark portion 38b may be arranged on the same side as viewed from one of the plurality of through holes 3aa and 3ab.
  • the planar shape of the first through hole 4a as viewed from the first surface 4c side of the base portion 4 is a square shape, which is an example of a polygonal shape.
  • the planar shape of the positioning portion 3 viewed from the first surface 4c side is a substantially square shape as a polygonal shape along the planar shape of the first through hole 4a.
  • a chamfered portion 37 is formed at a corner in the planar shape of the positioning portion 3.
  • the chamfered portion 37 may have a flat surface or a curved surface.
  • the planar shape of the second through-hole 3a is a substantially square shape, which is an example of a polygonal shape.
  • a cutout portion 39 protruding outward is formed at a corner of the second through hole 3a in the planar shape.
  • the notch 39 has a semicircular planar shape.
  • the planar shape of the notch 39 may be any shape other than a semicircular shape.
  • the ratio of the length of the long side where the second protrusions 31a and 31b are formed to the length of the short side where the second protrusions 31a and 31b are not formed is shown in FIG.
  • the ratio is smaller than the ratio in the positioning portion 3 shown in FIG.
  • the ratio in the positioning section 3 can be arbitrarily set according to the number and arrangement of the second through holes 3a.
  • the position detection mark section 38 is formed, so that the position of the positioning section 3 can be accurately determined by detecting the position detection mark section 38 by image recognition or the like. Can be measured. Therefore, when the positioning portion 3 is displaced within the first through hole 4a due to a gap (clearance) between the positioning portion 3 and the first through hole 4a of the base portion 4, the position of the positioning portion 3 is changed from the set position. Can be accurately detected. For this reason, if the jig provided with the positioning part 3 shown in FIG. 26 is used, by performing control such as correcting the detected shift amount, the solder 23 and the semiconductor elements 21 and 22 can be accurately placed inside the second through-hole 3a. Can be mounted on. Further, the solder 23 and the semiconductor elements 21 and 22 can be accurately positioned on the surface of the insulating substrate 10 (see FIG. 10) by using the jig.
  • the position detection mark section 38 includes a plurality of first mark sections 38a and second mark sections 38b, the detection of the plurality of mark sections allows the position shift of the positioning section 3 in the rotation direction. Can be detected accurately. Therefore, by detecting both the displacement amount due to the movement of the positioning unit 3 and the displacement amount due to the rotation, the accurate position of the positioning unit 3 can be detected.
  • the corner of the positioning portion 3 is formed through the first penetration of the base portion 4 as compared with the case where the chamfered portion 37 is not formed.
  • the possibility of contact with the side wall of the hole 4a can be reduced. Therefore, wear of the base portion 4 and the positioning portion 3 due to the contact can be suppressed. As a result, the life of the jig can be extended.
  • the notch 39 is formed at the corner of the second through hole 3a, the corners of the semiconductor elements 21 and 22 disposed inside the second through hole 3a are formed on the inner wall of the second through hole 3a. The possibility of contact can be reduced. Further, since the second through-hole 3a having such a notch 39 can be formed by processing using a relatively inexpensive end mill, the manufacturing cost of the jig can be reduced.
  • FIG. 27 is a schematic sectional view of a jig according to the sixth embodiment.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration example of the jig shown in FIG.
  • the jig shown in FIGS. 27 and 28 basically has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13, but the base part 4 has the same configuration as the jig 1 shown in FIGS. 12 and 13. Is different. That is, in the jig shown in FIGS. 27 and 28, the upper protrusion 45 protruding from the inner peripheral surface of the first through hole 4a is formed on the first surface 4c side of the first through hole 4a.
  • the base part 4 includes the first part 47, the second part 49, and the fixing pins 48.
  • the first portion 47 is stacked on the second portion 49 in the thickness direction.
  • a first surface side portion 4aa continuous with the first surface 4c in the first through hole 4a is formed.
  • the first portion 47 is connected to the second portion 49.
  • a portion 4ab other than the first surface side portion 4aa of the first through hole 4a is formed.
  • a fixing pin 48 is arranged to extend from inside the fixing through hole 47 a formed in the first portion 47 to inside the fixing opening 49 a formed in the second portion 49.
  • the fixing through hole 47a is formed at a position overlapping the fixing opening 49a.
  • the width W1 of the first through hole 4a on the first surface 4c is equal to the width W1 at the center in the extending direction of the first through hole 4a. It is smaller than the width W7 of one through hole 4a.
  • the width W3 of the first through hole 4a on the first surface 4c is relatively smaller than the width W7 of the first through hole 4a at the center in the extending direction of the first through hole 4a, the first through hole 4a
  • the positioning portion 3 is less likely to protrude from the first surface 4c side. For this reason, even if the handling of the jig becomes complicated, it is possible to suppress the occurrence of the problem that the positioning portion 3 protrudes from above the first through hole 4 a of the base portion 4 and separates from the base portion 4. It is preferable that the width W3 of the first through hole 4a on the first surface 4c is smaller than the width W1 of the positioning portion 3 on the first surface 4c side.
  • the base part 4 includes a first part 47 and a second part 49.
  • the first portion 47 has a first surface side portion 4aa continuous with the first surface 4c of the first through hole 4a.
  • the first portion 47 is connected to the second portion 49.
  • a portion 4ab other than the first surface side portion 4aa of the first through hole 4a is formed.
  • the width W3 of the first surface 4c of the first through hole 4a is reduced to the first through hole 4a at the center of the first through hole 4a in the extending direction.
  • the base portion 4 relatively smaller than the width W7 can be realized.
  • the first portion 47 is formed with a fixing through hole 47a.
  • a fixing opening 49a is formed at a position overlapping the fixing through hole 47a when viewed from the first surface 4c side.
  • the base portion 4 extends from the inside of the fixing through hole 47 a to the inside of the fixing opening 49 a, and includes a fixing pin 48 for fixing the first portion 47 to the second portion 49. In this case, the base portion 4 can be easily formed by fixing the first portion 47 and the second portion 49 with the fixing pins 48.
  • the amount of warpage increases due to heating during soldering, and the amount of warpage decreases during subsequent cooling. Therefore, it is preferable to determine the dimensions of the jig 1 in consideration of the maximum amount of warpage of the insulating substrate 10. Further, it is desirable that the material of the jig 1 be carbon having a high conductivity and a rapid rise in temperature during heating. Further, carbon is desirable as a constituent material of the jig 1 because the solder does not wet and has excellent workability.
  • the base portion 4 of the jig 1 that does not directly contact the semiconductor elements 21 and 22 and the solder 23 may be made of a material different from the material of the positioning portion 3. For example, copper to which the solder is wet may be adopted as the material of the base portion 4.

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Abstract

半導体素子などの部品を接合する対象である板状部材が湾曲していても、板状部材に対する部品の位置ずれを抑制することが可能な冶具および半導体装置の製造方法が得られる。冶具（１）は、半導体素子の位置決めに用いる冶具（１）であって、ベース部（４）と位置決め部（３）とを備える。ベース部（４）は、第１面（４ｃ）と、当該第１面（４ｃ）と反対側の第２面（４ｄ）とを有する。ベース部（４）には、第１面（４ｃ）から第２面（４ｄ）に到達する第１貫通孔（４ａ）が形成される。位置決め部（３）は、第１貫通孔（４ａ）の内部に配置され、半導体素子が挿入される第２貫通孔（３ａ）が形成されている。位置決め部（３）は、第１貫通孔（４ａ）の内部において移動可能であって、位置決め部（３）の第２面（４ｄ）側の端部が第２面（４ｄ）より外側に突出するように構成されている。

Description

冶具および半導体装置の製造方法
　この発明は、冶具および半導体装置の製造方法に関する。
　従来、板状部材としての絶縁基板に部品としての半導体素子をはんだなどの接合材により接合する際、半導体素子の位置決めを行うための冶具が用いられている。たとえば、特開２００２－３６１４１０号公報には、開口部が形成された板状の第１冶具と、開口部の内部に配置され、第１冶具の表面に沿って開口部内を移動可能に構成され、はんだと部品とを位置決めする第２冶具とを含む冶具が開示されている。また、特開２００９－５９８３２号公報には、湾曲した板状部材に部品をはんだ付けするために用いる冶具であって、下向きに凸となった湾曲形状の板状部材における当該湾曲した部分に接触する凸部を有する冶具が開示されている。
特開２００２－３６１４１０号公報 特開２００９－５９８３２号公報
　上述した文献では、半導体素子などの部品を接合する対象である絶縁基板などの板状部材が湾曲している場合に、冶具と板状部材との間に想定より大きな隙間が発生するため、冶具により位置決めされた部品の位置がずれてしまうという課題について特に言及していない。
　この発明の目的は、半導体素子などの部品を接合する対象である板状部材が湾曲していても、板状部材に対する部品の位置ずれを抑制することが可能な冶具および半導体装置の製造方法を提供することである。
　本開示に従った冶具は、半導体素子の位置決めに用いる冶具であって、ベース部と位置決め部とを備える。ベース部は、第１面と、当該第１面と反対側の第２面とを有する。ベース部には、第１面から第２面に到達する第１貫通孔が形成される。位置決め部は、第１貫通孔の内部に配置され、半導体素子が挿入される第２貫通孔が形成されている。位置決め部は、第１貫通孔の内部において移動可能であって、位置決め部の第２面側の端部が第２面より外側に突出するように構成されている。
　本開示に従った半導体装置の製造方法は、板状部材と半導体素子とを準備する工程を備える。上記半導体装置の製造方法は、板状部材上に上記冶具を配置するとともに、冶具の位置決め部における第２貫通孔の内部に接合材と半導体素子とを配置する工程を備える。上記半導体装置の製造方法は、接合材により半導体素子を板状部材に固定する工程を備える。
　上記によれば、板状部材が湾曲していても、板状部材に対する部品の位置ずれを抑制することができる。
実施の形態１に係る冶具の斜視模式図である。 図１の線分ＩＩ－ＩＩにおける断面模式図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図３に示した半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置の模式図である。 比較例としての半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 比較例としての半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 比較例としての半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 比較例としての半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 実施の形態１に係る冶具の第１変形例を説明するための拡大模式図である。 実施の形態１に係る冶具の第２変形例を説明するための部分断面模式図である。 実施の形態２に係る冶具の断面模式図である。 図１２に示した冶具のサイズを説明するための模式図である。 実施の形態２に係る冶具の第１変形例を説明するための部分断面模式図である。 実施の形態２に係る冶具の第２変形例を説明するための部分断面模式図である。 実施の形態３に係る冶具の部分断面模式図である。 図１６に示した冶具の構成例を説明するための部分断面模式図である。 図１７に示した冶具の部分平面模式図である。 実施の形態４に係る冶具の斜視模式図である。 実施の形態４に係る冶具の第１変形例を説明するための模式図である。 実施の形態４に係る冶具の第２変形例を説明するための模式図である。 実施の形態５に係る冶具のベース部を示す平面模式図である。 実施の形態５に係る冶具の位置決め部を示す平面模式図である。 実施の形態５に係る冶具の部分断面模式図である。 実施の形態５に係る冶具の第１変形例を説明するための部分断面模式図である。 実施の形態５に係る冶具の第２変形例を説明するための平面模式図である。 実施の形態６に係る冶具の断面模式図である。 図２７に示した冶具の構成例を説明するための断面模式図である。
　以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　＜冶具の構成＞
　図１は、実施の形態１に係る冶具の斜視模式図である。図２は、図１の線分ＩＩ－ＩＩにおける断面模式図である。図１および図２に示す冶具１は、半導体素子２１、２２の位置決めに用いる冶具１であって、ベース部４と位置決め部３とを備える。ベース部４は、第１面４ｃと、当該第１面４ｃと反対側の第２面４ｄとを有する。ベース部４には、第１面４ｃから第２面４ｄに到達する第１貫通孔４ａが形成される。図１および図２に示した冶具１のベース部４には、複数の第１貫通孔４ａが形成されている。図１に示した冶具１では、ベース部４において６つの第１貫通孔４ａが形成されている。なお、第１貫通孔４ａの数は１でもよく、２以上の任意の数でもよい。複数の第１貫通孔４ａは、図１に示すように行列上に配置されていてもよいが、任意の配置とすることができる。第１貫通孔４ａの平面形状は、図１に示すような四角形状でもよいが、円形状あるいは三角形状などの多角形状であってもよい。
　位置決め部３は、第１貫通孔４ａの内部に配置される。位置決め部３には、位置決め対象の部品としての半導体素子が挿入される第２貫通孔３ａが形成されている。位置決め部３は、第１貫通孔４ａの内部においてベース部４の厚み方向に移動可能である。位置決め部３は、位置決め部３の第２面４ｄ側の端部が第２面４ｄより外側に突出するように第１貫通孔４ａ内を移動可能に構成されている。
　位置決め部３の平面形状の外形は第１貫通孔４ａの平面視における形状と相似形である。ただし、位置決め部３の平面形状は第１貫通孔４ａ内における位置決め部３の位置を決定できれば任意の形状とすることができる。位置決め部３の第２貫通孔３ａの形状は四角形状となっているが、当該第２貫通孔３ａの平面形状は、位置決め対象の半導体素子の位置を決定できればよく、任意の形状とすることができる。
　＜半導体装置の製造方法＞
　図３は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。図４は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。図５は、図３に示した半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置の模式図である。図３～図５を参照しながら、半導体装置の製造方法を説明する。
　図３に示すように、半導体装置の製造方法では、まず準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）では、半導体装置を構成する部品および冶具１が準備される。半導体装置を構成する部品としては、たとえば図４に示した板状部材の一例である絶縁基板１０、はんだおよび半導体素子などが挙げられる。
　次に、位置決め工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）では、凹部５ａが形成された下冶具５の当該凹部５ａ内に絶縁基板１０を配置する。なお、絶縁基板１０は、セラミックス製の絶縁層１１と、放熱のための裏面導体パターン１３と、回路を構成する表面導体パターン１２とを含む。裏面導体パターン１３は絶縁層１１の裏面上に形成されている。表面導体パターン１２は絶縁層１１の表面上に形成されている。裏面導体パターン１３および表面導体パターン１２を構成する材料は任意の材料を用いることができるが、たとえば当該材料として銅を用いてもよい。裏面導体パターン１３の厚みはたとえば０．７ｍｍとすることができる。表面導体パターン１２の厚みはたとえば０．８ｍｍとすることができる。
　絶縁基板１０上に上冶具としての冶具１を配置する。冶具１は下冶具５の凹部５ａを塞ぐように配置される。冶具１における位置決め部３は、絶縁基板１０の表面導体パターン１２上であって半導体素子が固定されるべき位置に重なるように配置されている。このとき、図４に示すように位置決め部３は冶具１のベース部４の第１貫通孔４ａ内をベース部４の厚み方向に移動し、当該位置決め部３の下部が絶縁基板１０と接している。この状態で、位置決め部３の第２貫通孔３ａの内部にはんだおよび半導体素子２１、２２（図５参照）を配置する。はんだとしては第２貫通孔３ａの平面形状よりやや小さいサイズのペレット状のはんだを用いることができる。ここで、位置決め部３が第１貫通孔４ａ内部を移動可能となっているため、当該位置決め部３と絶縁基板１０との間に半導体素子２１、２２が通り抜ける程度の大きさの隙間が形成されることを防止できる。このため、絶縁基板１０上において半導体素子の配置を正確に決定できる。なお、半導体素子２１、２２の厚みはたとえば５０μｍ以上２５０μｍ以下、位置決め工程（Ｓ２０）において用いられるペレット状のはんだの厚みはたとえば４０μｍ以上１５０μｍ以下である。
　次に、接合工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）では、上記下冶具５および冶具１によりはんだ２３および半導体素子２１、２２が正確な位置に配置された絶縁基板１０を加熱する。加熱方法としては任意の方法を用いることができるが、たとえばはんだ付け炉に絶縁基板１０を投入してもよい。当該加熱によりはんだが溶融し、図５に示すように絶縁基板１０の表面導体パターン１２と半導体素子２１，２２とが接合される。なお、はんだ付け炉に絶縁基板１０を投入するときには、絶縁基板１０は下冶具５および冶具１に組込まれた状態となっている。はんだ付け炉中ではコンベアにより絶縁基板１０が搬送されてもよい。はんだ付け炉中の圧力を大気圧より下げてもよい。この場合、はんだ２３におけるボイドの発生を抑制できる。
　ここで、絶縁基板１０は常温において反り量がたとえば１００μｍ以下であったとしても、加熱されることにより絶縁層１１の構成材料と裏面導体パターン１３および表面導体パターン１２の構成材料との線膨張係数の差により、凹形状の大きな反りが発生する場合がある。たとえば、絶縁層１１を構成するセラミックの線膨張係数は３ｐｐｍ／Ｋ程度、裏面導体パターン１３および表面導体パターン１２を構成する銅の線膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋ程度である。また、絶縁基板１０において絶縁層１１の最も長い一辺の長さが５０ｍｍより大きい場合に、当該反り量が顕著に大きくなる。このような場合であっても、本実施の形態に係る冶具１を用いることで、接合工程（Ｓ３０）において、冶具１と絶縁基板１０との間に大きな隙間が発生することを抑制できる。
　次に、後処理工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）では、たとえばはんだ付け炉から排出された絶縁基板１０から、下冶具５および冶具１が除去される。その後、半導体素子２１、２２と表面導体パターン１２とがワイヤ２４により接続される。このようにして、図５に示す半導体装置を得ることができる。
　ワイヤ２４としては任意の金属製ワイヤを用いることができるが、たとえばアルミニウム（Ａｌ）ワイヤを用いてもよい。ワイヤ２４の直径はたとえば４００μｍとしてもよい。また、半導体素子２１、２２としては、任意の半導体素子を用いることができる。半導体素子２１、２２としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）およびＦｗＤｉ（Free-Wheel　Diode）などを用いることができる。
　＜作用効果＞
　本開示に従った冶具１は、半導体素子２１、２２の位置決めに用いる冶具１であって、ベース部４と位置決め部３とを備える。ベース部４は、第１面４ｃと、当該第１面４ｃと反対側の第２面４ｄとを有する。ベース部４には、第１面４ｃから第２面４ｄに到達する第１貫通孔４ａが形成される。位置決め部３は、第１貫通孔４ａの内部に配置され、半導体素子２１、２２が挿入される第２貫通孔３ａが形成されている。位置決め部３は、第１貫通孔４ａの内部において移動可能であって、位置決め部３の第２面４ｄ側の端部が第２面４ｄより外側に突出するように構成されている。
　このようにすれば、半導体素子２１，２２を固定する板状部材としての絶縁基板１０が図４に示すように反ることにより、冶具１のベース部４と絶縁基板１０の表面との間に想定より大きな隙間が形成されても、位置決め部３が第１貫通孔４ａの内部を移動することで、位置決め部３の第２面４ｄ側の端部が絶縁基板１０の表面に隣接した位置に配置される。つまり、冶具１の位置決め部３の位置が絶縁基板１０の反り形状に追従して変化する。このため、位置決め部３の第２貫通孔３ａの内部に半導体素子２１、２２およびはんだ２３を配置したときに、冶具１と絶縁基板１０の間の隙間から当該半導体素子２１、２２が第２貫通孔３ａの外側に移動することを防止できる。このため、絶縁基板１０に対する部品としての半導体素子２１、２２の位置ずれの発生を防止し、半導体装置における不良の発生を抑制できる。
　本開示に従った半導体装置の製造方法は、板状部材としての絶縁基板１０と半導体素子２１、２２とを準備する工程である準備工程（Ｓ１０）を備える。上記半導体装置の製造方法は、板状部材としての絶縁基板１０上に上記冶具１を配置するとともに、冶具１の位置決め部３における第２貫通孔３ａの内部に接合材としてのはんだ２３と半導体素子２１，２２とを配置する工程である位置決め工程（Ｓ２０）を備える。上記半導体装置の製造方法は、接合材としてのはんだ２３により半導体素子２１，２２を板状部材としての絶縁基板１０に固定する工程である接合工程（Ｓ３０）を備える。
　このようにすれば、本実施の形態に係る冶具１を用いて位置決め工程（Ｓ２０）を実施しているので、絶縁基板１０が反っていても当該絶縁基板１０上に置いて半導体素子２１、２２の位置を正確に決定できる。このため、絶縁基板１０に対する半導体素子２１，２２の接合位置が設計位置からずれるといった不良の発生を抑制できる。
　また、上述した冶具１を用いれば、接合工程（Ｓ３０）において絶縁基板１０が加熱された際、位置決め部３と絶縁基板１０の表面導体パターン１２とが接触していることから、冶具１を介しても絶縁基板１０へ熱を伝えることができ、結果的に絶縁基板１０の昇温速度を大きくできるため、接合工程（Ｓ３０）での加熱時間を短縮できる。
　上述した本実施の形態に係る冶具１および半導体装置の製造方法の効果を、比較例としての冶具を用いた半導体装置の製造方法と比較しながらより詳細に説明する。図６～図９は、比較例としての半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。図６～図９は、図３の位置決め工程（Ｓ２０）および接合工程（Ｓ３０）に対応する。
　図６に示すように、下冶具１０５の凹部内に絶縁基板１０を配置する。図７に示すように、絶縁基板１０上に冶具１０１を配置する。冶具１０１は、半導体素子２１、２２を配置するべき領域に貫通孔１０１ａが形成されている。そして、図８に示すように、貫通孔１０１ａの内部にはんだ２３および半導体素子２１、２２を配置する。このようにして、絶縁基板１０上におけるはんだ２３および半導体素子２１、２２の位置を冶具１０１により決定する。冶具１０１の厚さはたとえば３ｍｍとする。また、半導体素子２１、２２の厚みは１００μｍとし、はんだ２３の厚みを６０μｍとする。
　ここで、図９に示すように接合工程（Ｓ３０）にて絶縁基板１０が反った場合、冶具１０１の貫通孔１０１ａが形成された領域に隣接する領域と絶縁基板１０との間に半導体素子２１、２２の厚さより大きな隙間が形成される。この状態では、冶具１０１によって半導体素子２１、２２の位置決めは実施できない。
　この結果、図９に示すように隙間からはんだ２３および半導体素子２１、２２が横方向に移動する。当該移動の原因としては、絶縁基板１０を移動させるためのコンベアの振動や、はんだ２３の面内の温度分布に起因する局所的なはんだの溶融などが考えられる。この結果、絶縁基板１０上における半導体素子２１、２２の位置ずれて固定される。つまり、絶縁基板１０上において半導体素子２１、２２が正確な位置に接続されず、その後のワイヤボンドが正常に実施できない、あるいは回路としての動作不良が発生するなど、半導体装置における不良の原因となる。
　一方、上述のように本実施の形態に係る冶具１を用いれば、図４に示すように絶縁基板１０において反りが発生していても、絶縁基板１０と冶具１の位置決め部３との間における大きな隙間の発生が抑制される。この結果、当該隙間から半導体素子２１、２２が第２貫通孔３ａの外側に移動することを防止できる。
　＜冶具の変形例の構成および作用効果＞
　図１０は、実施の形態１に係る冶具の第１変形例を説明するための拡大模式図である。図１０に示す冶具は、基本的に図１および図２に示した冶具１と同様の構成を備えるが、第１貫通孔４ａの平面形状および位置決め部３の平面形状が図１および図２に示した冶具１と異なっている。すなわち、図１０に示した冶具では、第１貫通孔４ａの平面形状において部分的に凹部４ｂが形成されている。また、位置決め部３には、当該凹部４ｂにはめ込む凸部３ｂが形成されている。このようにすれば、第１貫通孔４ａに位置決め部３を挿入するときに、凸部３ｂを凹部４ｂにはめ込むことで、第１貫通孔４ａに対する位置決め部３の向きを間違うことを防止できる。この結果、たとえば位置決め部３における第２貫通孔３ａの平面形状が正方形ではない場合、つまり位置決め対象の半導体素子２１、２２の平面形状が長方形状などである場合に、当該半導体素子２１、２２の向きおよび配置の両方を正確に決定できる。なお、位置決め部３における凸部３ｂは、ベース部４の厚み方向における全体に形成されていてもよいが、当該厚み方向における一部分のみに形成されていてもよい。
　図１１は、実施の形態１に係る冶具の第２変形例を説明するための部分断面模式図である。図１１に示す冶具は、基本的に図１および図２に示した冶具１と同様の構成を備えるが、位置決め部３の断面形状が図１および図２に示した冶具１と異なっている。すなわち、図１１に示した冶具では、位置決め部３の外周側壁３ｃが傾斜している。位置決め部３の外周側壁３ｃ間の幅は、ベース部４の第２面４ｄ側に行くほど小さくなっている。このような構成とすることにより、ベース部４の第１貫通孔４ａに位置決め部３を第１面４ｃ側から挿入する作業を容易に行うことができる。
　実施の形態２．
　＜冶具の構成＞
　図１２は、実施の形態２に係る冶具の断面模式図である。図１３は、図１２に示した冶具のサイズを説明するための模式図である。図１２および図１３に示す冶具１は、基本的に図１および図２に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の第１貫通孔４ａの断面形状および位置決め部３の断面形状が図１および図２に示した冶具１と異なっている。すなわち、上記冶具１において、ベース部４は第１貫通孔４ａの内壁から突出する第１突出部４１を含む。第１突出部４１は、第１貫通孔４ａの内側に向けて突出する。位置決め部３は外周側壁から外側に突出する第２突出部３１を含む。第２突出部３１は、第１突出部４１よりベース部４の第１面４ｃ側に位置する。位置決め部３は、第２突出部３１と、当該第２突出部の内周側から下方に延在する壁部３２とを含む。第２突出部３１と壁部３２とは逆Ｌ字状の断面形状を有している。
　ベース部４の第１面４ｃ側から見た場合に、第１突出部４１と第２突出部３１とが重なるように配置されている。なお、第１突出部４１は第１貫通孔４ａの内周面の全周に形成されていてもよいが、当該内周面の一部のみに形成されていてもよい。また、第２突出部３１は、位置決め部３の外周側壁の全周に形成されていてもよいが、当該外周側壁の周囲の一部のみに形成されていてもよい。第１貫通孔４ａの第２面４ｄに連なる最下部に第１突出部４１が形成されている。第１突出部４１が形成された領域における第１貫通孔４ａの幅Ｗ２は、第２突出部３１が形成された領域における位置決め部３の幅Ｗ１より小さい。
　＜作用効果＞
　上記冶具１において、ベース部４は第１突出部４１を含む。第１突出部４１は、第１貫通孔４ａの内側に向けて突出する。位置決め部３は第２突出部３１を含む。第２突出部３１は、ベース部４に向けて突出するとともに、第１突出部４１より上記第１面４ｃ側に位置する。ベース部４の第１面４ｃ側から見た場合に、第１突出部４１と第２突出部３１とが重なるように配置されている。
　この場合、位置決め部３がベース部４の第２面４ｄ側に移動したときに、位置決め部３の第２突出部３１がベース部４の第１突出部４１と接触することにより位置決め部３がベース部４の第１貫通孔４ａの内部から抜け落ちることを防止できる。したがって、冶具１をロボットアームなどが移動させるときに、ベース部４から位置決め部３が抜け落ちてばらばらになることを防止できる。このため、冶具１を用いた半導体装置の製造方法における作業効率が向上する。
　なお、第１突出部４１の高さＬ１はたとえば１ｍｍとすることができる。また、ベース部４の厚みＬ２はたとえば３ｍｍとすることができる。位置決め部３における第２突出部３１の厚みＬ３はたとえば１ｍｍとすることができる。壁部３２の長さＬ４はたとえば１．８ｍｍとすることができる。位置決め部３の厚みＬ５はこの場合２．８ｍｍとなる。このような寸法とすることで、絶縁基板１０の反り量が０．０５ｍｍ程度から０．８ｍｍ程度の場合まで、上記冶具１を用いて絶縁基板１０に対して半導体素子２１、２２の位置決めを行うことができる。
　また、壁部３２の長さＬ４から第２突出部３１の厚みＬ３を引いた値が、絶縁基板１０の反り量ｈ以上となるように冶具１の寸法を決定しておくことで、絶縁基板１０の反り量ｈに対応した冶具１を準備することができる。
　＜冶具の変形例の構成および作用効果＞
　図１４は、実施の形態２に係る冶具の第１変形例を説明するための部分断面模式図である。図１４に示す冶具は、基本的に図１２および図１３に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の厚みＬ２と位置決め部３の厚みＬ５との関係が図１２および図１３に示した冶具１と異なっている。すなわち、図１４に示した冶具では、第１面４ｃから第２面４ｄに向かう厚み方向において、ベース部４の厚みＬ２は位置決め部３の厚みＬ５より大きい。たとえば、厚みＬ２を４．２ｍｍ、厚みＬ５を３ｍｍとすることができる。このようにすれば、冶具を持ち運ぶ場合や絶縁基板１０上に配置する場合に、位置決め部３がベース部４の上側から飛び出すことを防止できる。したがって、ベース部４から位置決め部３が飛び出して冶具がバラバラになる可能性を低減できる。
　図１５は、実施の形態２に係る冶具の第２変形例を説明するための部分断面模式図である。図１５に示す冶具は、基本的に図１２および図１３に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の第１貫通孔４ａの内周側面および位置決め部３の第２突出部３１の端面３ｄの少なくともいずれか一方の表面粗さを相対的に大きくしている点が、図１２および図１３に示した冶具１と異なっている。具体的には、図１５に示した冶具では、ベース部４の第１貫通孔４ａの内周側面および位置決め部３の第２突出部３１の端面３ｄの少なくともいずれか一方の表面粗さを、ベース部４の第１面４ｃまたは第２面４ｄのいずれかの表面粗さより大きくしている。ベース部４の第１貫通孔４ａの内周側面および位置決め部３の第２突出部３１の端面３ｄの少なくともいずれか一方の表面粗さ（Ｒａ）を１．０μｍ以上１０μｍ以下としてもよい。
　このようにすれば、位置決め部３が第１貫通孔４ａの内部の移動するときに、第２突出部３１の端面３ｄと第１貫通孔４ａの内周側面との接触部における摩擦係数を大きくできる。したがって、位置決め部３が第１貫通孔４ａの上方に向けて移動するときの抵抗を大きくできるので、位置決め部３が第１貫通孔４ａの上部から飛び出す可能性を低減できる。
　実施の形態３．
　＜冶具の構成＞
　図１６は、実施の形態３に係る冶具の部分断面模式図である。図１７は、図１６に示した冶具の構成例を説明するための部分断面模式図である。図１８は、図１７に示した冶具の部分平面模式図である。図１６～図１８に示す冶具は、基本的に図１２および図１３に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の第１貫通孔４ａの断面形状が図１２および図１３に示した冶具１と異なっている。すなわち、図１６～図１８に示した冶具では、第１貫通孔４ａの延在方向に沿ったベース部４の断面において、第１面４ｃ側に向かうにつれて第１貫通孔４ａの幅が徐々に小さくなっている。別の観点から言えば、第１貫通孔４ａの内壁は第１面４ｃに対して傾斜している。第１貫通孔４ａの断面における対向する内壁は、第１面４ｃに対する傾斜角が同じであってもよいが、当該傾斜角が互いに異なっていてもよい。
　なお、図１６に示す冶具の実現方法としては、たとえば図１７および図１８に示すように、ベース部４を２つの部材により構成する方法を用いてもよい。具体的には、ベース部４を本体部分４２とテーパ部分４３とにより構成する。本体部分４２には、第１貫通孔４ａが形成されるべき領域に、内壁が第１面４ｃ（図１６参照）に対して垂直に伸びる貫通孔が形成されている。当該貫通孔の底部には第１突出部４１が形成されている。当該貫通孔の内部に位置決め部３を配置する。その後、貫通孔の内部にテーパ部分４３を挿入する。テーパ部分４３の外周面は、当該貫通孔の内壁に接触して固定される。テーパ部分４３の内壁が第１貫通孔４ａの傾斜した内壁を構成する。テーパ部分４３を本体部分４２に固定する方法は任意の方法を採用できる。たとえば、テーパ部分４３から本体部分４２に貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔に圧入ピン等の固定部材を配置することで、テーパ部分４３を本体部分４２に固定してもよい。
　図１８に示すように、テーパ部分４３は本体部分４２の貫通孔の全周に接触するように形成されているが、当該テーパ部分４３を本体部分４２の貫通孔の内周面の一部のみに配置してもよい。
　＜作用効果＞
　上記冶具１では、第１貫通孔４ａの延在方向に沿った断面において、第１面４ｃ側に向かうにつれて第１貫通孔４ａの幅が徐々に小さくなるように、第１貫通孔４ａの内壁は第１面４ｃに対して傾斜している。
　この場合、第１貫通孔４ａの第１面４ｃにおける幅Ｗ３が、第１貫通孔４ａの延在方向中央部における第１貫通孔４ａの幅より相対的に小さいので、第１貫通孔４ａの第１面４ｃ側から位置決め部３が飛び出しにくくなっている。このため、位置決め部３がベース部４の第１貫通孔４ａの上部より飛び出してベース部４から分離するといった問題の発生を抑制できる。なお、第１貫通孔４ａの第１面４ｃにおける幅Ｗ３は、位置決め部３の最大幅である第１面４ｃ側の部分での幅Ｗ１より小さくなっていることが好ましい。
　実施の形態４．
　＜冶具の構成＞
　図１９は、実施の形態４に係る冶具の斜視模式図である。図１９に示す冶具１は、基本的に図１および図２に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の第１貫通孔４ａの平面形状および位置決め部３の形状が図１および図２に示した冶具１と異なっている。すなわち、図１９に示した冶具では、第１貫通孔４ａの平面形状が長方形状である。また、図１９に示した冶具では、位置決め部３の平面視における外周形状が長方形状であるとともに、１つの位置決め部３に第２貫通孔３ａとして複数の貫通孔３ａａ～３ａｃが形成されている。なお、複数の貫通孔３ａａ～３ａｃの数は、図１９に示すように３でもよいが、２以上の任意の数でもよい。複数の貫通孔３ａａ～３ａｃの間の間隔は等間隔でもよいが、それぞれ異なる間隔であってもよい。複数の貫通孔３ａａ～３ａｃは、位置決め部３において一方向に並ぶように配置されているが、千鳥状に配置されていてもよい。
　＜作用効果＞
　上記冶具では、１つの位置決め部３において第２貫通孔３ａとして複数の貫通孔３ａａ～３ａｃが形成されている。この場合、絶縁基板１０上において複数の半導体素子２１、２２が近接して配置されるような構成においても、上記冶具を用いて半導体素子２１、２２の位置決めを行うことができる。
　＜冶具の変形例の構成および作用効果＞
　図２０は、実施の形態４に係る冶具の第１変形例を説明するための模式図である。図２０では、冶具の位置決め部３のみを示している。図２０に示した位置決め部３を有する冶具は、基本的には図１９に示した冶具と同様の構成を備えるが、位置決め部３の構成が図１９に示した冶具と異なっている。すなわち、図２０に示した位置決め部３は、３つの位置決め部分３０ａ～３０ｃにより構成されている。各位置決め部分３０ａ～３０ｃは、平面形状がＵ字状の部品である。位置決め部分３０ａ～３０ｃが連なるように配置されて位置決め部３が構成されている。当該位置決め部３は図１９のベース部４における第１貫通孔４ａ内部に配置される。個々の位置決め部分３０ａ～３０ｃは、独立して第１貫通孔４ａ内をベース部４の厚み方向に移動可能に構成されている。
　このようにすれば、絶縁基板１０の反り量が大きい場合や、複数の半導体素子が搭載される位置毎に冶具からの距離が異なるような場合に、複数の半導体素子それぞれについて絶縁基板１０の反り量に合わせて位置決め部分３０ａ～３０ｃが独立して移動することにより、複数の半導体素子の位置ずれの発生を抑制できる。なお、図２０では３つの位置決め部分３０ａ～３０ｃが連なるように配置されているが、２つ、あるいは４以上の任意の数の位置決め部分を用いて位置決め部３を構成してもよい。
　図２１は、実施の形態４に係る冶具の第２変形例を説明するための模式図である。図２１では、図２０と同様に冶具の位置決め部３のみを示している。図２１に示した位置決め部３を有する冶具は、基本的には図２０に示した位置決め部３を備える冶具と同様の構成を備えるが、位置決め部３の構成が図２０に示した位置決め部３を備える冶具と異なっている。すなわち、図２１に示した位置決め部３では、複数の位置決め部分３０ａ～３０ｃにおいて、隣接する他の位置決め部分の端部３６との接触部に凹部３５が形成されている。当該端部３６が凹部３５にはめ込まれることにより、ベース部４の第１面４ｃ内における、複数の位置決め部分３０ａ～３０ｃの相対的な位置を規定できる。つまり、位置決め部分３０ａ～３０ｃの、ベース部４の第１面４ｃ内における位置精度を向上させることができる。
　実施の形態５．
　＜冶具の構成＞
　図２２は、実施の形態５に係る冶具のベース部を示す平面模式図である。図２３は、実施の形態５に係る冶具の位置決め部を示す平面模式図である。図２４は、実施の形態５に係る冶具の部分断面模式図である。図２２～図２４に示す冶具は、基本的に図１９に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の第１貫通孔４ａの断面形状および位置決め部３の断面形状が図１９に示した冶具１と異なっている。すなわち、図２２～図２４に示した冶具１において、ベース部４は第１貫通孔４ａの内壁から突出する第１突出部４１ａ、４１ｂを含む。第１突出部４１ａ、４１ｂは、第１貫通孔４ａの内面において対向する位置から互いに向けて突出する。第１突出部４１ａ、４１ｂは、第１貫通孔４ａの平面形状における長辺に位置する。位置決め部３は外周側壁から外側に突出する第２突出部３１ａ、３１ｂを含む。第２突出部３１ａ、３１ｂは、第１突出部４１ａ、４１ｂよりベース部４の第１面４ｃ側に位置する。位置決め部３は、第２突出部３１ａ、３１ｂと、当該第２突出部３１ａ、３１ｂの内周側から下方に延在する壁部とを含む。第２突出部３１ａ、３１ｂと壁部とは図２４に示すように逆Ｌ字状の断面形状を有している。
　ベース部４の第１面４ｃ側から見た場合に、第１突出部４１ａと第２突出部３１ａとが重なるように配置されている。また、第１突出部４１ｂと第２突出部３１ｂとが重なるように配置されている。第１貫通孔４ａの第２面４ｄに連なる最下部に第１突出部４１ａ、４１ｂが形成されている。
　位置決め部３の平面形状は、第１貫通孔４ａの平面形状と相似形とした四角形状でも良いが、図２３に示すように長方形状の角部を面取りした８角形状のように、第１貫通孔４ａの平面形状と異なる形状であってもよい。
　図２２に示すように、第１突出部４１ａの幅Ｗ４は第１突出部４１ｂの幅Ｗ５より大きい。たとえば、幅Ｗ４を２．３ｍｍとし、幅Ｗ５を１．３ｍｍとすることができる。また、第２突出部３１ａの幅Ｗ６は第２突出部３１ｂの幅Ｗ７より大きい。また、図２４に示すように、第２突出部３１ａの幅Ｗ６は、第１突出部４１ａの幅Ｗ４より大きいことが好ましい。幅Ｗ６と幅Ｗ４との差はたとえば０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすることができる。なお、このような幅の大小関係は、図２２に示す第１突出部４１ｂの幅Ｗ５と図２３に示す第２突出部３１ｂの幅Ｗ７とにおいても成立することが好ましい。また、このような幅の大小関係は、他の実施の形態における第１突出部４１と第２突出部３１との間においても成立することが好ましい。
　＜作用効果＞
　上記冶具１において、位置決め部３には２つの第２突出部３１ａ、３１ｂが形成されている。また、ベース部４においても第１貫通孔４ａにおいて２つの第１突出部４１ａ、４１ｂが形成されている。第１突出部４１ａの第１貫通孔４ａ内壁からの突出量である幅Ｗ４は、他の第１突出部４１ｂの幅Ｗ５より大きい。また、位置決め部３における第２突出部３１ａの突出量である幅Ｗ６は、他の第２突出部３１ｂの幅Ｗ７より大きい。
　この場合、第１貫通孔４ａに対して位置決め部３を挿入するときの、当該位置決め部３の向きを規定することができる。つまり、相対的に大きな幅Ｗ４を有する第１突出部４１ａと、相対的に大きな幅Ｗ６を有する第２突出部３１ａとが重なるように、位置決め部３の向きを調整しなければ、位置決め部３を第１貫通孔４ａに挿入することができない。したがって、もし位置決め部３が第１貫通孔４ａから抜けてしまった場合でも、位置決め部３の方向を正確な状態で第１貫通孔４ａに当該位置決め部３を挿入することができる。
　また、上記冶具１において、第２突出部３１ａ、３１ｂの幅Ｗ６、Ｗ７は、第１突出部４１ａ、４１ｂの幅Ｗ４、Ｗ５より大きい。この場合、位置決め部３が第１貫通孔４ａの内部で詰まる可能性を低減できる。幅Ｗ６および幅Ｗ７と幅Ｗ４および幅Ｗ５との差はたとえば０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすることができる。当該差が０．３ｍｍより小さいと、第１貫通孔４ａの内部で位置決め部３が詰まる可能性がでてくる。また、当該差が０．６ｍｍ越えの場合、第１突出部４１ａ、４１ｂに第２突出部３１ａ、３１ｂが接触しない可能性が出てくる。
　＜冶具の変形例の構成および作用効果＞
　図２５は、実施の形態５に係る冶具の第１変形例を説明するための部分断面模式図である。図２５では冶具のベース部４に形成された第１突出部４１ａのみを示している。図２５に示したベース部４を備える冶具は、基本的には図２２～図２４に示した冶具と同様の構成を備えるが、第１突出部４１ａの角部に面取り部４１ｃが形成されている点が、図２２～図２４に示した冶具と異なる。なお、図示していないが他方の第１突出部４１ｂ（図２２参照）においても同様に面取り部４１ｃが形成されている。
　このような構成とすることで、位置決め部３が第１貫通孔４ａの延在方向に対して斜めになったような場合に、位置決め部３が第１突出部４１ａ、４１ｂに引っかかり第１貫通孔４ａの内部で位置決め部３が固定されてしまうといった事態の発生を抑制できる。なお、面取り部４１ｃの幅は、第１突出部４１ａの高さＬ１（図１３参照）の１／３以下とすることが好ましい。たとえば、上記高さＬ１が１ｍｍである場合、面取り部４１ｃの幅は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。
　図２６は、実施の形態５に係る冶具の第２変形例を説明するための平面模式図である。図２６では、冶具の位置決め部３のみを示している。図２６に示した位置決め部３を備える冶具は、基本的には図２２～図２４に示した冶具と同様の構成を備えるが、位置決め部３の構成および当該位置決め部３が配置されるベース部４の第１貫通孔４ａの形状が、図２２～図２４に示した冶具と異なる。
　図２６に示した位置決め部３には、第２貫通孔３ａとして２つの貫通孔３ａａ、３ａｂが形成されている。貫通孔３ａａの平面形状と貫通孔３ａｂの平面形状とは異なっている。つまり、第２貫通孔３ａとして複数の貫通孔が形成される場合において、複数の貫通孔は互いに平面形状の異なる貫通孔を含んでいてもよい。
　図２６に示した位置決め部３は、ベース部４の第１面４ｃ側の表面に形成された位置検出用マーク部３８を含む。位置検出用マーク部３８は位置決め部３の位置ずれの有無および位置ずれ量を検出するために用いられる。位置検出用マーク部３８は、互いに間隔を隔てて形成された第１マーク部３８ａおよび第２マーク部３８ｂを含む。位置検出用マーク部３８の構成としては、光学的に認識できれば任意の構成を採用できる。たとえば、位置検出用マーク部３８はベース部４に形成された貫通孔、凹部および凸部のいずれかでもよい。また、位置検出用マーク部３８の数は、図２６に示すように２つでもよいが３以上でもよい。また、位置検出用マーク部３８の数を１つとしてもよい。この場合、位置検出用マーク部３８の位置と第２貫通孔３ａの位置との両方を検出することで、位置決め部３の位置ずれを検出できる。
　位置決め部３において、第１マーク部３８ａと第２マーク部３８ｂとは、複数の貫通孔３ａａ、３ａｂを挟むように配置されていてもよい。第１マーク部３８ａと第２マーク部３８ｂとは位置決め部３の表面における対角線上に配置されていてもよい。また、複数の貫通孔３ａａ、３ａｂのうちの１つから見て同じ側に第１マーク部３８ａと第２マーク部３８ｂとが配置されていてもよい。
　位置決め部３が配置されるベース部４において、当該ベース部４の第１面４ｃ側から見た第１貫通孔４ａの平面形状は多角形状の一例である四角形状である。第１面４ｃ側から見た位置決め部３の平面形状は、第１貫通孔４ａの平面形状に沿った多角形状としての、実質的な四角形状である。位置決め部３の平面形状における角部には面取部３７が形成されている。面取部３７は、表面が平面状でもよいし曲面状でもよい。
　位置決め部３において、第２貫通孔３ａの平面形状は多角形状の一例である実質的な四角形状である。第２貫通孔３ａの平面形状における角部には、外側に突出した切り欠き部３９が形成されている。切り欠き部３９の平面形状は半円状である。切り欠き部３９の平面形状は半円状以外の任意の形状としてもよい。
　図２６に示した位置決め部３では、第２突出部３１ａ、３１ｂが形成されていない短辺の長さに対する、第２突出部３１ａ、３１ｂが形成された長辺の長さの比が、図２３に示した位置決め部３における当該比より小さくなっている。位置決め部３における当該比は第２貫通孔３ａの数や配置などに応じて任意に設定できる。
　図２６に示した位置決め部３を備える冶具では、位置検出用マーク部３８が形成されているため、当該位置検出用マーク部３８を画像認識などにより検出することで、位置決め部３の位置を正確に測定できる。そのため、位置決め部３とベース部４の第１貫通孔４ａとの隙間（クリアランス）に起因して、位置決め部３が第１貫通孔４ａ内で位置ずれした場合に、位置決め部３の設定位置からのずれ量を正確に検出できる。このため、図２６に示した位置決め部３を備える冶具を用いれば、検出したずれ量を補正するといった制御を行うことにより、第２貫通孔３ａの内部にはんだ２３および半導体素子２１，２２を正確に搭載できる。また、当該冶具を用いて、はんだ２３および半導体素子２１，２２を絶縁基板１０（図１０参照）の表面上において正確に位置決めできる。
　また、位置検出用マーク部３８が複数のマーク部である第１マーク部３８ａおよび第２マーク部３８ｂを含むため、これらの複数のマーク部を検出することで位置決め部３の回転方向における位置ずれも正確に検出できる。このため、位置決め部３の移動による位置ずれ量と、回転によるずれ量との両方を検出することで、位置決め部３の正確な位置を検出できる。
　また、位置決め部３の平面形状における角部には面取部３７が形成されているので、当該面取部３７が形成されていない場合より位置決め部３の角部がベース部４の第１貫通孔４ａの側壁に接触する可能性を低減できる。このため、当該接触に起因するベース部４および位置決め部３の摩耗を抑制できる。この結果、冶具の長寿命化を図ることができる。
　また、第２貫通孔３ａの角部に切り欠き部３９が形成されているので、第２貫通孔３ａの内部に配置される半導体素子２１，２２の角部が第２貫通孔３ａの内壁に接触する可能性を低減できる。また、このような切り欠き部３９を有する第２貫通孔３ａは、比較的安価なエンドミルを用いた加工により形成できるため、冶具の製造コストを低減できる。
　実施の形態６．
　＜冶具の構成＞
　図２７は、実施の形態６に係る冶具の断面模式図である。図２８は、図２７に示した冶具の構成例を説明するための断面模式図である。図２７および図２８に示した冶具は、基本的には図１２および図１３に示した冶具１と同様の構成を備えるが、ベース部４の形状が図１２および図１３に示した冶具１と異なっている。すなわち、図２７および図２８に示した冶具では、第１貫通孔４ａの第１面４ｃ側に、当該第１貫通孔４ａの内周面から突出する上側突出部４５が形成されている。当該上側突出部４５を形成する具体的な構成としては、たとえば図２８に示すような構成を採用できる。すなわち、冶具１において、ベース部４が、第１部分４７と第２部分４９と、固定用ピン４８とを含む。第２部分４９上に第１部分４７が厚み方向において積層配置されている。第１部分４７には、第１貫通孔４ａにおいて第１面４ｃに連なる第１面側部分４ａａが形成されている。第２部分４９には、第１部分４７が接続される。第２部分４９には、第１貫通孔４ａの上記第１面側部分４ａａ以外の部分４ａｂが形成されている。第１部分４７に形成された固定用貫通孔４７ａの内部から、第２部分４９に形成された固定用開口部４９ａの内部まで延在するように、固定用ピン４８が配置されている。なお、固定用貫通孔４７ａは固定用開口部４９ａと重なる位置に形成されている。
　＜作用効果＞
　上記冶具１では、第１貫通孔４ａの延在方向に沿った断面において、第１面４ｃにおける第１貫通孔４ａの幅Ｗ１は、第１貫通孔４ａの延在方向における中央部での第１貫通孔４ａの幅Ｗ７より小さい。
　この場合、第１貫通孔４ａの第１面４ｃにおける幅Ｗ３が、第１貫通孔４ａの延在方向中央部における第１貫通孔４ａの幅Ｗ７より相対的に小さいので、第１貫通孔４ａの第１面４ｃ側から位置決め部３が飛び出しにくくなっている。このため、冶具のハンドリングが複雑化しても、位置決め部３がベース部４の第１貫通孔４ａの上部より飛び出してベース部４から分離するといった問題の発生を抑制できる。なお、第１貫通孔４ａの第１面４ｃにおける幅Ｗ３は、位置決め部３の最大幅である第１面４ｃ側の部分での幅Ｗ１より小さくなっていることが好ましい。
　上記冶具１において、ベース部４は、第１部分４７と第２部分４９とを含む。第１部分４７には、第１貫通孔４ａの第１面４ｃに連なる第１面側部分４ａａが形成されている。第２部分４９には、第１部分４７が接続される。第２部分４９には、第１貫通孔４ａの上記第１面側部分４ａａ以外の部分４ａｂが形成されている。
　この場合、第１部分４７と第２部分４９とを組み合わせることで、第１貫通孔４ａの第１面４ｃにおける幅Ｗ３が、第１貫通孔４ａの延在方向中央部における第１貫通孔４ａの幅Ｗ７より相対的に小さくなったベース部４を実現できる。
　上記冶具１において、第１部分４７には固定用貫通孔４７ａが形成される。第２部分４９には、第１面４ｃ側から見て固定用貫通孔４７ａと重なる位置に固定用開口部４９ａが形成される。ベース部４は、固定用貫通孔４７ａの内部から固定用開口部４９ａの内部まで延在し、第１部分４７を第２部分４９に固定する固定用ピン４８を含む。この場合、固定用ピン４８により第１部分４７と第２部分４９とを固定して容易にベース部４を形成できる。
　なお、絶縁基板１０では、はんだ付け時の加熱により反り量が大きくなり、その後の冷却時に反り量が小さくなる。そのため、冶具１の寸法を、絶縁基板１０の最大反り量を考慮して決定することが好ましい。また、冶具１の材料は伝導性に優れ加熱時の温度上昇が早いカーボンであることが望ましい。さらに、カーボンははんだが濡れないことと、加工性にも優れることからも、冶具１の構成材料として望ましい。半導体素子２１、２２やはんだ２３と直接接触することのない冶具１のベース部４には、位置決め部３の材料と異なる材料を用いても良い。例えば、ベース部４の材料としてはんだが濡れる銅を採用してもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
　１，５，１０１，１０５　冶具、３　位置決め部、３ａ　第２貫通孔、３ａａ，３ａｂ，１０１ａ　貫通孔、３ｂ　凸部、３ｃ　外周側壁、３ｄ　端面、４　ベース部、４ａ　第１貫通孔、４ａａ　第１面側部分、４ａｂ　部分、４ｂ，５ａ，３５　凹部、４ｃ　第１面、４ｄ　第２面、１０　絶縁基板、１１　絶縁層、１２　表面導体パターン、１３　裏面導体パターン、２１，２２　半導体素子、２３　はんだ、２４　ワイヤ、３０ａ，３０ｃ　位置決め部分、３１，３１ａ，３１ｂ　第２突出部、３２　壁部、３６　端部、３７　面取部、３８　位置検出用マーク部、３８ａ　第１マーク部、３８ｂ　第２マーク部、３９　切り欠き部、４１，４１ａ，４１ｂ　第１突出部、４１ｃ　面取り部、４２　本体部分、４３　テーパ部分、４５　上側突出部、４７　第１部分、４７ａ　固定用貫通孔、４８　固定用ピン、４９　第２部分、４９ａ　固定用開口部。

Claims (12)

  1. 　半導体素子の位置決めに用いる冶具であって、
    　第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有するベース部を備え、前記ベース部には、前記第１面から前記第２面に到達する第１貫通孔が形成され、さらに、
    　前記第１貫通孔の内部に配置され、前記半導体素子が挿入される第２貫通孔が形成された位置決め部を備え、
    　前記位置決め部は、前記第１貫通孔の内部において移動可能であって、前記位置決め部の前記第２面側の端部が前記第２面より外側に突出するように構成されている、冶具。
  2. 　前記ベース部は、前記第１貫通孔の内側に向けて突出する第１突出部を含み、
    　前記位置決め部は、前記ベース部に向けて突出するとともに、前記第１突出部より前記第１面側に位置する第２突出部を含み、
    　前記ベース部の前記第１面側から見た場合に、前記第１突出部と前記第２突出部とが重なるように配置されている、請求項１に記載の冶具。
  3. 　前記第１面から前記第２面に向かう厚み方向において、前記ベース部の厚みは前記位置決め部の厚みより大きい、請求項１または請求項２に記載の冶具。
  4. 　前記第１貫通孔の延在方向に沿った断面において、前記第１面側に向かうにつれて前記第１貫通孔の幅が徐々に小さくなるように、前記第１貫通孔の内壁は前記第１面に対して傾斜している、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冶具。
  5. 　前記第１貫通孔の延在方向に沿った断面において、前記第１面における前記第１貫通孔の幅は前記第１貫通孔の前記延在方向における中央部での前記第１貫通孔の幅より小さい、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冶具。
  6. 　前記ベース部は、
    　前記第１貫通孔の前記第１面に連なる第１面側部分が形成された第１部分と、
    　前記第１部分が接続され、前記第１貫通孔の前記第１面側部分以外の部分が形成された第２部分とを含む、請求項５に記載の冶具。
  7. 　前記第１部分には固定用貫通孔が形成され、
    　前記第２部分には、前記第１面側から見て前記固定用貫通孔と重なる位置に固定用開口部が形成され、
    　前記ベース部は、前記固定用貫通孔の内部から前記固定用開口部の内部まで延在し、前記第１部分を前記第２部分に固定する固定用ピンを含む、請求項６に記載の冶具。
  8. 　前記位置決め部は、前記第１面側の表面に形成された位置検出用マーク部を含む、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の冶具。
  9. 　前記位置検出用マーク部は、互いに間隔を隔てて形成された第１マーク部および第２マーク部を含む、請求項８に記載の冶具。
  10. 　前記第１面側から見た前記第１貫通孔の平面形状は多角形状であり、
    　前記第１面側から見た前記位置決め部の平面形状は、前記第１貫通孔の前記平面形状に沿った多角形状であり、
    　前記位置決め部の前記平面形状における角部には面取部が形成されている、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の冶具。
  11. 　前記第２貫通孔の平面形状は多角形状であり、
    　前記第２貫通孔の平面形状における角部には、外側に突出した切り欠き部が形成されている、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の冶具。
  12. 　板状部材と半導体素子とを準備する工程と、
    　前記板状部材上に請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の冶具を配置するとともに、前記冶具の前記位置決め部における前記第２貫通孔の内部に接合材と前記半導体素子とを配置する工程と、
    　前記接合材により前記半導体素子を前記板状部材に固定する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
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