(57)【要約】【課題】切削工具の押圧力による封止体の弾性変形を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】  半導体モジュールの製造方法が開示される。この製造方法は、半導体素子が封止された封止体を、フィルムを介して基準面上に配置する工程と、基準面上に配置された封止体に切削工具を押し当てて、封止体の表面を切削する工程と、を備える。基準面は封止体よりも剛性が高く、フィルムは封止体よりも剛性が低く、基準面には凹凸形状が設けられている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュールの製造方法であって、
半導体素子が封止された封止体を、フィルムを介して基準面上に配置する工程と、
前記基準面上に配置された前記封止体に切削工具を押し当てて、前記封止体の表面を切削する工程と、を備え、
前記基準面は前記封止体よりも剛性が高く、前記フィルムは前記封止体よりも剛性が低く、前記基準面には凹凸形状が設けられている、
半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、封止体の内部に半導体素子が封止された半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体モジュールの製造では、モールド等を用いて封止体を成形した後に、封止体の表面を切削することによって、封止体を意図された最終形状（即ち、設計形状）に加工している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−００６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
封止体を切削する工程では、基準面上に配置された封止体に、切削工具が押し当てられる。このとき、封止体に歪みが生じていると、基準面と封止体との間には局所的に隙間が生じる。特に、半導体モジュールは様々な部品で構成されることから、封止体には複雑な歪みが生じやすい。この場合、封止体へ切削工具が押し当てられたときに、封止体は基準面に倣うように変形する。その弾性変形した状態で封止体の表面が切削されると、切削後に切削工具による押圧力が除荷され、封止体の弾性変形が解消されたときに、封止体が意図された最終形状から相違してしまう。
【０００５】
上記の問題を解消するためには、封止体に歪みが生じているときでも、基準面と封止体との間に隙間が生じることを防ぐ必要がある。この点に関して、特許文献１に記載されたナチュラルクランプを採用することも考えられる。しかしながら、ナチュラルクランプを採用すると、装置の複雑化を招いてしまう。また、ナチュラルクランプでは、ワークを数か所で支持することが前提となっており、切削工具の押圧力によって封止体が弾性変形するおそれがある。
【０００６】
本明細書は、切削工具の押圧力による封止体の弾性変形を抑制し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書は、半導体モジュールの製造方法を開示する。この製造方法は、半導体素子が封止された封止体を、フィルムを介して基準面上に配置する工程と、前記基準面上に配置された前記封止体に切削工具を押し当てて、前記封止体の表面を切削する工程と、を備え、前記基準面は前記封止体よりも剛性が高く、前記フィルムは前記封止体よりも剛性が低く、前記基準面には凹凸形状が設けられている。
【０００８】
上記した製造方法では、切削工具によって封止体を切削するときに、封止体がフィルムを介して基準面上に配置される。前述したように、封止体に歪みが生じていると、基準面と封止体との間には局所的に隙間が生じる。従って、封止体へ切削工具が押し当てられたときに、基準面よりも剛性の低い封止体は、基準面に倣うように変形しようとする。しかしながら、封止体よりも剛性の低いフィルムが、基準面と封止体との間に介在していると、フィルムが優先的に変形することで、封止体の弾性変形は抑制される。封止体の弾性変形が抑制されることで、封止体を精度よく切削加工することができる。加えて、基準面には凹凸形状が設けられており、その凹凸形状がフィルムに食い込むことによって、基準面に対するフィルムの位置ずれ（即ち、封止体の位置ずれ）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施例に係る半導体モジュールの上面図である。
【図２】第１実施例に係る半導体モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図３】第１実施例に係る表面加工装置の概略構成を示す図である。
【図４】第１実施例に係る半導体モジュールの切削工程を示す図である（１）。
【図５】第１実施例に係る半導体モジュールの切削工程を示す図である（２）。
【図６】第１実施例に係る半導体モジュールの切削工程を示す図である（３）。
【図７】第１実施例に係る半導体モジュールの切削工程を示す図である（４）。
【図８】比較例に係る半導体モジュールの切削工程を示す図である。
【図９】第１実施例に係る半導体モジュールの切削工程を示す図である（５）。
【図１０】第２実施例に係る表面加工装置の基準台の概略構成を示す図である。
【図１１】第３実施例に係る表面加工装置の基準台の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施例）
図面を参照して、実施例の半導体モジュール１０について説明する。本実施例の半導体モジュール１０は、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった電動自動車において、コンバータやインバータといった電力変換回路に用いることができる。但し、半導体モジュール１０の用途は特に限定されない。半導体モジュール１０は、様々な装置や回路に広く採用することができる。
【００１１】
図１、図２に示すように、半導体モジュール１０は、第１半導体素子２０と、第２半導体素子４０と、封止体１２と、複数の外部接続端子１４、１５、１６、１８、１９と、を備える。第１半導体素子２０と第２半導体素子４０は、封止体１２の内部に封止されている。封止体１２は、特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂で構成されている。各々の外部接続端子１４、１５、１６、１８、１９は、封止体１２の外部から内部に亘って延びており、封止体１２の内部で第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０の少なくとも一方に電気的に接続されている。外部接続端子１４、１５、１６は、封止体１２の第１の側面１２ａから突出し、外部接続端子１８、１９は、封止体１２の第１の側面１２ａとは反対側に位置する第２の側面１２ｂから突出する。
【００１２】
半導体モジュール１０は、第１上側放熱板２２と、第１下側放熱板２４と、をさらに備える。これらの放熱板２２、２４は、第１半導体素子２０を介して、互いに対向している。各放熱板２２、２４は、例えば銅、アルミニウム又はその他の金属といった熱伝導性に優れた材料で構成されている。各放熱板２２、２４は、概して直方体形状又は板形状の部材である。第１上側放熱板２２は、第１半導体素子２０の上面側に位置しており、封止体１２の上面１２ｃにおいて外部に露出されている。第１下側放熱板２４は、第１半導体素子２０の下面側に位置しており、封止体１２の下面１２ｄにおいて外部に露出されている。各放熱板２２、２４は、第１半導体素子２０と電気的及び熱的に接続されている。このため、各放熱板２２、２４は、半導体モジュール１０の電気回路の一部を構成するだけでなく、第１半導体素子２０の熱を外部に放出する放熱板としても機能する。本実施例の半導体モジュール１０は、封止体１２の両面１２ｃ、１２ｄに第１上側放熱板２２及び第１下側放熱板２４が露出される両面冷却構造を有する。
【００１３】
半導体モジュール１０は、第２上側放熱板４２と、第２下側放熱板４４と、をさらに備える。これらの放熱板４２、４４は、第２半導体素子４０を介して、互いに対向している。第２上側放熱板４２、第２下側放熱板４４は、それぞれ、第１上側放熱板２２、第１下側放熱板２４と同様の構造を有する。なお、第２下側放熱板４４は、継手部（図示省略）を介して、第１上側放熱板２２に接続されている。
【００１４】
（半導体モジュールの製造方法）
続いて、図３〜図７を参照して、半導体モジュール１０の製造方法について説明する。この製造方法は、主に、半導体素子２０、４０や放熱板２２、２４、４２、４４を互いにはんだ接合する一又は複数のリフロー工程と、リフロー工程後の半導体素子２０、４０を封止体１２によって封止する封止工程と、封止工程後の封止体１２に切削加工を行う切削工程と、を備える。それらの工程のうち、リフロー工程や封止工程については、従来公知の工程を採用することができる。以下では、主に切削工程について説明し、その他の工程についての説明は省略する。
【００１５】
切削工程を説明する前に、図３を参照して、切削工程で利用される表面加工装置１００について説明する。表面加工装置１００は、基準台６０と、フィルム搬送機構７０と、クランプ部８０と、切削工具９０（図６参照）と、を備える。
【００１６】
フィルム搬送機構７０は、ロール状に巻かれたフィルムＦを回転可能に支持するフィルム供給部７２と、フィルム供給部７２から送り出されたフィルムＦを案内する複数のローラ７４ａ〜７４ｄと、フィルムＦを巻き取るフィルム巻取部７６と、を備えている。フィルム巻取部７６は、モータ７８を備える。モータ７８が駆動すると、フィルム供給部７２からフィルムＦが送り出される。フィルム供給部７２とフィルム巻取部７６の間には、基準台６０が設けられている。２個のローラ７４ａ、７４ｂは、フィルム供給部７２と基準台６０の間に設けられており、２個のローラ７４ｃ、７４ｄは、基準台６０とフィルム巻取部７６との間に設けられている。ローラ７４ｂ、７４ｃは、アクチュエータ（図示省略）の駆動によって、Ｚ軸方向に移動可能となっている。
【００１７】
基準台６０は、ローラ７４ｂとローラ７４ｃとの間に設けられている。基準台６０には、複数の貫通孔６０ａが設けられている。基準台６０には、真空ポンプ（図示省略）が接続されている。また、基準台６０の基準面６２には、複数の突部６２ａが設けられている。複数の突部６２ａによって、基準面６２に凹凸形状が設けられている。各々の突部６２ａは、同じ構造（サイズ、形状）を有する。
【００１８】
クランプ部８０は、封止工程後の封止体１２を、基準台６０の基準面６２上にクランプする（即ち、押圧する）。クランプ部８０は、アクチュエータ（図示省略）の駆動によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向に移動可能となっている。切削工具９０（図６参照）は、封止体１２の表面を切削するための工具である。切削工具９０は、アクチュエータ（図示省略）の駆動によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向に移動可能となっている。
【００１９】
続いて、上述した表面加工装置１００を利用した切削工程について説明する。なお、封止工程後の封止体１２では、上側放熱板２２、４２及び／又は下側放熱板２４、４４が封止体１２によって覆われている。従って、この切削工程では、封止体１２の上面１２ｃ及び／又は下面１２ｄを切削することによって、上側放熱板２２、４２及び／又は下側放熱板２４、４４を外部に露出させる。
【００２０】
まず、図４に示すように、基準面６２にフィルムＦを吸着させる。具体的には、基準台６０に接続されている真空ポンプを駆動させるとともに、ローラ７４ｂ、７４ｃに接続されているアクチュエータを駆動させて、ローラ７４ｂ、７４ｃを下方に移動させる。これにより、フィルムＦが基準面６２に吸着され、フィルムＦが基準面６２に対して固定される。
【００２１】
次いで、図５に示すように、封止工程後の封止体１２を、フィルムＦを介して、基準台６０の基準面６２上に配置する。本実施例では、クランプ部８０のアクチュエータを駆動させることによって、封止工程後の封止体１２を、フィルムＦを介して、基準台６０の基準面６２上にクランプする。基準面６２はフィルムＦよりも剛性が高いので、封止体１２がフィルムＦを介して基準面６２に押圧されると、基準面６２の凹凸形状がフィルムＦに食い込む。これにより、フィルムＦが基準面６２に対して強く固定され、後述する切削時において、封止体１２がフィルムＦとともに移動することが禁止される。なお、図５では、明瞭化のために、複数の外部接続端子１４、１５、１６、１８、１９の図示を省略している。
【００２２】
次いで、図６に示すように、基準面６２上の封止体１２に切削工具９０を押し当てて、封止体１２の表面（ここでは上面１２ｃ）を切削する。一例ではあるが、本実施例では、切削工具９０を回転駆動させながら、切削工具９０を基準面６２に向けて移動させることで、切削工具９０を封止体１２の上面１２ｃに押し当てる。なお、切削工具９０の駆動や移動に代えて、又は加えて、封止体１２を切削工具９０に対して駆動や移動させてもよい。
【００２３】
次いで、図７に示すように、封止体１２の切削が完了した後、封止体１２から切削工具９０が取り除かれる。これにより、封止体１２の上面１２ｃは平坦に加工されるとともに、その上面１２ｃにおいて、第１上側放熱板２２及び第２上側放熱板４２が外部へ露出する。
【００２４】
以上のように、本実施例の製造方法では、モールド等を用いて封止体１２を成形した後に、封止体１２の表面（例えば上面１２ｃ）を切削することによって、封止体１２を意図された最終形状に加工している。封止体１２を切削する工程では、基準面６２上に配置された封止体１２に、切削工具９０が押し当てられる。このとき、本実施例の製造方法では、基準面６２と封止体１２との間に、比較的に柔軟なフィルムＦが配置されている。これにより、封止体１２に歪みが生じているときでも、基準面６２と封止体１２との間に隙間が生じることが抑制されることで、封止体１２を意図された最終形状に加工することができる。
【００２５】
即ち、図８に示す比較例のように、基準面６２と封止体１２との間に、フィルムＦが存在しないとする。そして、封止工程後の封止体１２には、歪みが生じているとする。ここで、半導体モジュール１０は、半導体素子２０、４０、放熱板２２、２４、４２、４４、及び、封止体１２といった様々な部品で構成される。それらの部品は、例えば線膨張係数が互いに異なる。従って、封止工程後の封止体１２には、封止工程における熱履歴に起因して、比較的に複雑な歪みが生じやすい。なお、図８に示す封止体１２では、一例として、その下面１２ｄが凸状に湾曲している。また、図８の比較例では、フィルムＦが存在しないことから、基準面６２上の凹凸形状も排除されている。
【００２６】
図８（Ａ）に示すように、封止体１２に歪みが生じていると、基準面６２と封止体１２との間には局所的に隙間Ｇが生じる。この場合、図８（Ｂ）に示すように、封止体１２へ切削工具９０が押し当てられたときに、封止体１２は基準面６２に倣うように変形する。その弾性変形した状態で封止体１２の上面１２ｃが切削されると、切削後に切削工具９０による押圧力が除荷され、封止体１２の弾性変形が解消されたときに、封止体１２が意図された最終形状から相違してしまう。即ち、図８に示す比較例では、封止体１２の上面１２ｃが凹状に湾曲してしまう。
【００２７】
これに対して、図９に示すように、本実施例の製造方法では、切削工具９０によって封止体１２を切削するときに、封止体１２がフィルムＦを介して基準面６２上に配置される。なお、図９では、明瞭化のために、複数の貫通孔６０ａの図示を省略している。このような構成によると、図９（Ａ）に示すように、クランプ部８０によって封止体１２が基準面６２へクランプされたときや、図９（Ｂ）に示すように、切削工具９０が封止体１２へ押し当てられたときに、封止体１２よりも剛性の低いフィルムＦが優先的に変形し、それによって封止体１２の弾性変形が抑制される。切削加工中に封止体１２の弾性変形が抑制されることで、図９（Ｃ）に示すように、切削加工後、切削工具９０による押圧力が除荷されたときに、封止体１２の変形が抑制される。即ち、封止体１２は、意図された最終形状へ精度よく切削加工される。加えて、基準面６２には凹凸形状が設けられており、その凹凸形状がフィルムＦに食い込むことによって、基準面６２に対するフィルムＦの位置ずれ（即ち、封止体１２の位置ずれ）も抑制することができる。
【００２８】
なお、本実施例では、封止工程後の封止体１２の上面１２ｃのみを切削しているが、封止工程後の封止体１２の下面１２ｄが切削されてもよい。
【００２９】
（第２実施例）
第２実施例では、表面加工装置の基準台２６０が、第１実施例の基準台６０と異なる。図１０に示すように、基準台２６０の基準面２６２には、複数の突部２６２ａが設けられている。なお、図１０では、明瞭化のために、複数の貫通孔の図示を省略している。本実施例では、複数の突部２６２ａの高さＨ（Ｚ軸方向の寸法）が一定ではなく、その少なくとも一部において、突部２６２ａの高さＨが変更されている。複数の突部２６２ａの高さＨは、封止工程後の封止体１２に現れやすい形状に基づいて、設定されている。封止工程後における封止体１２の形状（即ち、封止体１２に生じる歪み）には、半導体モジュール１０の具体的な構造や製造方法等に応じて一定の傾向が現れる。本実施例では、封止工程後に封止体１２の下面１２ｄが凸状に湾曲する傾向があるので、その凸状に湾曲する下面１２ｄに沿うように、基準面２６２の周縁部から中央部へ向かうにつれて、突部２６２ａの高さＨが低くなっている。これにより、フィルムＦが、封止工程後の封止体１２の下面１２ｄに倣って変形し易くなる。
【００３０】
（第３実施例）
第３実施例では、表面加工装置の基準台３６０が、第１実施例の基準台６０と異なる。図１１に示すように、基準台３６０の基準面３６２には、複数の突部３６２ａが設けられている。なお、図１１では、明瞭化のために、複数の貫通孔の図示を省略している。本実施例では、複数の突部３６２ａの幅Ｗ（Ｘ軸方向の寸法）が一定ではなく、その少なくとも一部において、突部３６２ａの幅Ｗが変更されている。複数の突部３６２ａの幅Ｗは、封止工程後の封止体１２に現れやすい形状に基づいて、設定されている。封止工程後における封止体１２の形状（即ち、封止体１２に生じる歪み）には、半導体モジュール１０の具体的な構造や製造方法等に応じて一定の傾向が現れる。本実施例では、封止工程後に封止体１２の下面１２ｄが凸状に湾曲する傾向があるので、その凸状に湾曲する下面１２ｄに沿うように、基準面３６２の周縁部から中央部へ向かうにつれて、突部３６２ａの幅Ｗが小さくなっている。これにより、フィルムＦが、封止工程後の封止体１２の下面１２ｄに倣って変形し易くなる。なお、変形例では、基準面の複数の突部の高さＨ及び幅Ｗが一定ではなくてもよい。
【００３１】
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０：半導体モジュール、１２：封止体、１４、１５、１６、１８、１９：外部接続端子、２０：第１半導体素子、２２：第１上側放熱板、２４：第１下側放熱板、４０：第２半導体素子、４２：第２上側放熱板、４４：第２下側放熱板、６０：基準台、６０ａ：貫通孔、６２：基準面、６２ａ：突部、７０：フィルム搬送機構、７２：フィルム供給部、７４ａ〜７４ｄ：ローラ、７６：フィルム巻取部、７８：モータ、８０：クランプ部、９０：切削工具、１００：表面加工装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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