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JP2003158229A - パワー半導体モジュールの製造装置 - Google Patents

パワー半導体モジュールの製造装置

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Publication number
JP2003158229A
JP2003158229A JP2001355777A JP2001355777A JP2003158229A JP 2003158229 A JP2003158229 A JP 2003158229A JP 2001355777 A JP2001355777 A JP 2001355777A JP 2001355777 A JP2001355777 A JP 2001355777A JP 2003158229 A JP2003158229 A JP 2003158229A
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JP
Japan
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base plate
curved
power semiconductor
semiconductor module
base
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Withdrawn
Application number
JP2001355777A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Inoue
彰夫 井上
Kazushi Haruna
一志 春名
Toru Kato
亨 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JP2003158229A publication Critical patent/JP2003158229A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベース板を元の完全に平坦な形状に戻すこと
ができるように改良されたパワー半導体モジュールの製
造装置を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 半導体チップ6,7がその上に実装され
た絶縁部材2,3を、接合部材4,5を用いて、放熱用
のベース板1にリフローにより接合する。当該装置は、
ベース板1を固定する曲面台8を備える。曲面台8のベ
ース板1と接触する面は、ベース板1の全領域で予想さ
れる変形と反対の形状の曲面を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に、パワー
半導体モジュールの製造装置に関するものであり、より
特定的には、半導体チップがその上に実装された絶縁部
材を、接合部材を用いて、放熱用のベース板にリフロー
により接合する、パワー半導体モジュールの製造装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のパワー半導体モジュールの製造装
置は、ベース板の中央と外周の予期される変形差を予期
される方向と反対の方向に与えて、ベース板を絶縁部材
と接合する方式を用い、接合後にベース板が変形しない
ようにしている。このようなパワー半導体モジュールの
製造装置は、たとえば特開平07−273236号公報
に開示されている。
【0003】図3は、従来のパワー半導体モジュールの
製造装置の断面図である。図3を参照して、ベース板1
は、アルミニウムや銅などからなる放熱用の部材であ
る。ベース板1の上に接合部材4を介在させて、絶縁部
材2,3が接合されている。絶縁部材2,3は、アルミ
ナあるいは窒化アルミニウム等のセラミックスからな
る。絶縁部材2,3には、はんだ等の接合部材により、
金属薄板を介して半導体チップ6,7が接続されてい
る。
【0004】絶縁部材2,3は、半導体チップ6,7と
ベース板1との電気的絶縁をそれぞれ提供する。絶縁部
材2,3の両面には、銅などでなる金属薄板が接合され
ている。半導体チップ6および7は、通常、シリコンま
たはガリウム砒素材である。半導体チップ6,7は、次
の製造工程のリフロー工程の温度で溶解しない融点の高
いはんだを用いて、絶縁部材2,3上にそれぞれ実装さ
れる。接合部材4は、平坦な銅ベース板1上に配置され
る。
【0005】鋼ボルトのような固定機構12は、接合部
材4とベース板1の中心領域の近くにホールまたは開口
部を突き通し、実装取付具13に固定される。固定機構
12および挟み金14,15によって加えられる力によ
って、ベース板1は反り、弾性的に変形させられる。
【0006】挟み金14,15は、ベース板1の所望の
変形を作るために、ベース板1の外周に配置される。挟
み金14,15の厚みは、ベース板1の中央と外周の予
期される変形差である。
【0007】この状態で、リフロー工程で接合部材4の
融点(たとえばはんだの183℃)以上の210℃に加
熱した後で室温まで冷却され、絶縁部材2,3は、金属
薄膜を介して、はんだ等の接合部材4によりベース板1
に接合される。
【0008】固定機構12が外され、モジュール組立品
は実装取付具13から除去される。ベース板1は、ベー
ス板1と絶縁部材2,3との間の接合部材4に実質的な
応力がなくなり、安定した状態の位置に弛められる。同
時に、ベース板1はほぼ平坦な形状に戻る。
【0009】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、稼動時に半導体チップ6,7で発生する熱が
絶縁部材2,3から接合部材4を介してベース板1に伝
達され、ベース板1に伝わった熱は、ベース板1に取付
けられたヒートシンク(図示せず)等を用いて最終的に
外気へ放出される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】予期される変形の分布
は、パワー半導体モジュールの形状や構成によって、そ
れぞれ異なる。上記のようなパワー半導体モジュールの
製造装置にあっては、ベース板1の下面の変形量は、挟
み金14,15の厚みと数量によって制御していたが、
中央と外周の変形量の差は制御させることができるが、
中央と外周の途中の位置における変形量の分布を制御で
きなかった。そのため、リフロー工程後のベース板1の
下面は平坦にならず、ヒートシンクとの熱伝導性が悪い
という問題があった。
【0011】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、ベース板を元の完全に平坦な形
状に戻すことができるように改良されたパワー半導体モ
ジュールの製造装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に係るパワー半
導体モジュールの製造装置は、半導体チップがその上に
実装された絶縁部材を、接合部材を用いて、放熱用のベ
ース板にリフローにより接合する、パワー半導体モジュ
ールの製造装置に係る。当該装置は、上記ベース板を固
定する曲面台を備える。上記曲面台の上記ベース板と接
触する面は、該ベース板の全領域で予想される変形と反
対の形状の曲面を有している。
【0013】請求項2に記載のパワー半導体モジュール
の製造装置は、請求項1に記載のパワー半導体モジュー
ルの製造装置において、上記ベース板の下面に複数個の
固定棒を連結し、該固定棒を上記曲面台に設けられた穴
を突き通し、止め具を締めることにより、上記ベース板
の下面が上記曲面台の曲面に沿った状態で、上記ベース
板を上記曲面台に固定する。
【0014】請求項3に係るパワー半導体モジュールの
製造装置は、請求項1に記載のパワー半導体モジュール
の製造装置において、固定具を上記ベース板に設けられ
た穴に突き通し、上記曲面台に締めこむことによって、
上記ベース板の下面が上記曲面台の曲面に沿った状態
で、上記ベース板を上記曲面台に固定する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図を用いて説明する。
【0016】実施の形態1 図1は、実施の形態1に係るパワー半導体モジュールの
製造装置の断面図である。
【0017】図1を参照して、ベース板1の下面に複数
個の固定棒9を連結する。固定棒9を曲面台8の穴を突
き通し、止め具10を締めることによって、ベース板1
の下面が曲面台8に接触した状態で、ベース板1は曲面
台8に固定される。
【0018】この構造によれば、曲面台8の曲面8a
は、ベース板1のリフロー工程後に予期される変形と反
対の形状であるので、止め具10を締めることによっ
て、ベース板1はリフロー工程後に予期される変形と反
対の方向に曲げられる。曲面8aは、ベース板1の中央
と周辺のみならず、全領域で予想される変形と反対の形
状である。
【0019】ベース板1の変形は、弾性変形範囲内であ
るので、もし、止め具10が除去されると、ベース板1
は本来の平坦な形状に戻る。パワー半導体モジュールに
は種々の種類のものがあり、その形状や構成によっては
予期される変形の分布はそれぞれ異なる。この予期され
る変形の分布は、有限要素法などを用いた計算または実
験によって決定することができる。
【0020】この状態で、リフロー工程において、接合
部材4,5の融点以上の温度まで加熱した後で、室温ま
で冷却され、絶縁部材2,3がベース板1に接合され
る。その後に、止め具10が外され、モジュール組立品
は曲面台8から除去される。
【0021】曲面台8の曲面8aはベース板1の中央と
周辺のみならず、全領域で予想される変形と反対の形状
にしてあるので、リフロー工程で絶縁部材2,3がベー
ス板1に接合された後は、ベース板1は元の完全に平坦
な形状に戻る。
【0022】したがって、ベース板1とヒートシンクの
各々の面が平坦であるので、接触面の密着度がよくな
り、ベース板1とヒートシンクの間の熱伝導が極めてよ
くなる。同時に、ベース板1と絶縁部材2,3との間の
接合部材4,5に実質的な応力がなくなり、接合部材
4,5の亀裂の発生を防止する。このような効果は、予
期される変形の分布が異なる種々の形状や構成のパワー
半導体モジュールに対して発揮できる。
【0023】実施の形態2 図2は、実施の形態2に係るパワー半導体モジュールの
製造装置の断面図である。
【0024】図2を参照して、ベース板1を複数個の固
定具で曲面台8に固定した。たとえば、ボルトなどの固
定具11をベース板1の穴を突き通し、曲面台8のねじ
穴に固定具11の先端を捩じ込み、固定具11を締め込
むことによって、ベース板1の下面が曲面台11に接触
した状態で、ベース板1は曲面台11に固定される。
【0025】このような構成により、実施の形態1と同
じ効果を発揮する。すなわち、ベース板1とヒートシン
クの間の熱伝導が極めてよくなる。同時に、接合部材
4,5の亀裂の発生を防止する。以上の効果は、予期さ
れる変形の分布が異なる種々の形状や構成のパワー半導
体モジュールに対して発揮できる。
【0026】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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許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が意図され
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
予期される変形の分布は異なる種々の形状や構成のパワ
ー半導体モジュールに対して、接合後には、ベース板は
元の完全に平坦な形状に戻る。したがって、ベース板と
ヒートシンクの各々の面が平坦であるので、接触面の密
着度がよくなり、ベース板とヒートシンクの間の熱伝導
が極めてよくなる。同時に、ベース板と絶縁部材との間
の接合部材に実質的な応力がなくなり、接合部材の亀裂
の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1に係るパワー半導体モジュール
の製造装置の断面図である。
【図2】 実施の形態2に係るパワー半導体モジュール
の製造装置の断面図である。
【図3】 従来のパワー半導体モジュールの製造装置の
断面図である。
【符号の説明】
1 ベース板、2,3 絶縁部材、4,5 接合部材、
6,7 半導体チップ、8 曲面台、9 固定棒、10
止め具、11 固定具、12 固定機構、13 実装
取付具、14,15 挟み金。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 亨 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5E319 AA03 CC33 CD45 CD46 GG15 5F036 AA01 BB08 BC06 BC22 5F047 AA02 AA19 BA01 BB16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップがその上に実装された絶縁
    部材を、接合部材を用いて、放熱用のベース板にリフロ
    ーにより接合する、パワー半導体モジュールの製造装置
    であって、 前記ベース板を固定する曲面台を備え、 前記曲面台の前記ベース板と接触する面は、該ベース板
    の全領域で予想される変形と反対の形状の曲面を有して
    いるパワー半導体モジュールの製造装置。
  2. 【請求項2】 前記ベース板の下面に複数個の固定棒を
    連結し、該固定棒を前記曲面台に設けられた穴を突き通
    し、止め具を締めることにより、前記ベース板の下面が
    前記曲面台の曲面に沿った状態で、前記ベース板を前記
    曲面台に固定する、請求項1に記載のパワー半導体モジ
    ュールの製造装置
  3. 【請求項3】 固定具を前記ベース板に設けられた穴に
    突き通し、前記曲面台に締めこむことによって、前記ベ
    ース板の下面が前記曲面台の曲面に沿った状態で、前記
    ベース板を前記曲面台に固定する、請求項1に記載のパ
    ワー半導体モジュールの製造装置。
JP2001355777A 2001-11-21 2001-11-21 パワー半導体モジュールの製造装置 Withdrawn JP2003158229A (ja)

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