(57)【要約】【課題】半導体モジュールとヒートシンクとが熱伝導性グリスを挟んで固定された半導体装置において、ネジ止め部材の締め付け不足を抑制するための半導体装置の組立て装置を提供する。【解決手段】放熱部材を搭載する搭載部と、ネジ止め部材の頭部に適合して回動可能に保持され、頭部を回動して第一孔と第二孔とに挿入されるネジ止め部材を締結する締結部と、締結部を回転駆動する駆動部と、を有するヘッド部と、ネジ止め部材を締結する締結工程において、放熱部材の半導体モジュールと対向する第一面と半導体モジュールの放熱部材と対向する第二面との間隔を計測する第一計測部と、第一計測部にて計測された間隔に応じて、回転駆動における締結部の回転速度または回転方向のトルクの少なくともいずれか一方を制御する制御部と、を備える半導体装置の組立て装置。【選択図】      図４
2019175980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジ止め部材を挿入する第一孔を有する放熱部材と、前記放熱部材との間に熱伝導性材を挟んで配置され前記ネジ止め部材を挿入する第二孔を有する半導体モジュールと、が前記ネジ止め部材により締結される半導体装置の組立て装置であって、
前記放熱部材を搭載する搭載部と、
前記ネジ止め部材の頭部に適合して回動可能に保持され、前記頭部を回動して前記第一孔と前記第二孔とに挿入される前記ネジ止め部材を締結する締結部と、前記締結部を回転駆動する駆動部と、を有するヘッド部と、
前記ネジ止め部材を締結する締結工程において、前記放熱部材の前記半導体モジュールと対向する第一面と前記半導体モジュールの前記放熱部材と対向する第二面との間隔を計測する第一計測部と、
前記第一計測部にて計測された前記間隔に応じて、前記回転駆動における前記締結部の回転速度または回転方向のトルクの少なくともいずれか一方を制御する制御部と、
を備えた半導体装置の組立て装置。
【請求項２】
前記第一計測部は、
前記締結工程において前記搭載部との距離が一定になるように保持され、
前記締結工程の前の前記放熱部材の上の第一測定位置までの第一距離と前記締結工程の工程中の前記半導体モジュールの上の第二測定位置までの第二距離とを測定する第一距離測定部と、
前記第一距離と前記第二距離と前記半導体モジュールの前記第二孔における前記ネジ止め部材の挿入方向の厚さとにより前記間隔を算出する第一算出部と、
を備えた請求項１に記載の半導体装置の組立て装置。
【請求項３】
前記第一計測部は、
前記締結工程において前記締結部と一体となって動き、
前記放熱部材に前記頭部が接する基準位置における前記締結部の第一高さと前記締結工程の工程中の前記締結部の第二高さとを測定する高さ測定部と、
前記第一高さと前記第二高さと前記半導体モジュールの前記第二孔における前記ネジ止め部材の挿入方向の厚さとにより前記間隔を算出する第一算出部と、
を備えた請求項１に記載の半導体装置の組立て装置。
【請求項４】
前記締結工程において前記搭載部との距離が一定になるように保持され、前記半導体モジュールの上の前記第二測定位置とは異なる第三測定位置までの第三距離を測定する第二距離測定部を有する第二計測部と、
前記締結工程において、前記第一計測部で計測される前記間隔の変化量と前記第三距離の変化量との差分から前記半導体モジュールの傾きを算出する第二算出部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記間隔と前記傾きとに応じて、前記回転速度または前記トルクの少なくともいずれか一方を制御する請求項２に記載の半導体装置の組立て装置。
【請求項５】
ネジ止め部材を挿入する第一孔を有する放熱部材と、前記放熱部材との間に熱伝導性材を挟んで配置され前記ネジ止め部材を挿入する第二孔を有する半導体モジュールと、が前記ネジ止め部材により締結される半導体装置の組立て方法であって、
前記放熱部材の上に前記熱伝導性材を載置する工程と、
前記熱伝導性材の上に前記半導体モジュールを載置する工程と、
前記放熱部材の前記半導体モジュールと対向する第一面と前記半導体モジュールの前記放熱部材と対向する第二面との間隔が第一間隔になるまで、前記第一孔と前記第二孔とに挿入される前記ネジ止め部材を締結する第一締結工程と、
前記第一間隔よりも狭い第二間隔になるまで、前記第一締結工程における前記ネジ止め部材を締結する回転速度よりも遅い回転速度で締結する第二締結工程と、
を備えた半導体装置の組立て方法。
【請求項６】
ネジ止め部材を挿入する第一孔を有する放熱部材と、前記放熱部材との間に熱伝導性材を挟んで配置され前記ネジ止め部材を挿入する第二孔を有する半導体モジュールと、が前記ネジ止め部材により締結される半導体装置の組立て方法であって、
前記放熱部材の上に前記熱伝導性材を載置する工程と、
前記熱伝導性材の上に前記半導体モジュールを載置する工程と、
前記放熱部材の前記半導体モジュールと対向する第一面と前記半導体モジュールの前記放熱部材と対向する第二面との間隔が第一間隔になるまで、前記第一孔と前記第二孔とに挿入される前記ネジ止め部材を締結する第一締結工程と、
前記第一間隔よりも狭い第二間隔になるまで、前記第一締結工程における前記ネジ止め部材へかかる第一トルクの大きさよりも大きい第二トルクで締結する第二締結工程と、
を備えた半導体装置の組立て方法。
【請求項７】
前記第一締結工程において、前記間隔を測定しながら設定された前記第一間隔まで締結し、前記第二締結工程において、前記間隔を測定しながら設定された前記第二間隔まで締結する請求項５または６に記載の半導体装置の組立て方法。
【請求項８】
前記放熱部材の上に前記熱伝導性材を載置する工程において、前記熱伝導性材はディスペンサ供給により載置される請求項５から７のいずれか１項に記載の半導体装置の組立て方法。
【請求項９】
前記熱伝導性材が湿気硬化型のグリスである請求項５から８のいずれか１項に記載の半導体装置の組立て方法。
【請求項１０】
前記熱伝導性材の粘度が２００Ｐａ・Ｓ以上４００Ｐａ・Ｓ以下である請求項５から９のいずれか１項に記載の半導体装置の組立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体モジュールと放熱部材とが熱伝導性材を挟んでネジ止め部材により締結された半導体装置の組立て装置および半導体装置の組立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体モジュールの大容量化の要望に伴い、放熱性のさらなる向上が求められており、発熱性電子部品と放熱部材とが熱伝導性材を介してボルトにより締め付け固定された電子機器が開示されている。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４‐２２１１１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放熱性向上の要求に対し、熱伝導性グリスの熱伝導率を高める方法として、熱伝導性グリスのフィラー充填量を増やす方法があるが、フィラー充填量を増加させると熱伝導性グリスの粘度が高くなり、熱伝導性グリスの広がりが悪くなる。そのため、従来のフィラー充填量では問題とならなかった、設定した一定のトルク値でネジ止め部材を取り付ける方法では、ネジ止め部材が締まりきらず、締め付け不足が発生する可能性があった。
【０００５】
本発明は、半導体モジュールとヒートシンクとが熱伝導性グリスを挟んで固定された半導体装置において、ネジ止め部材の締め付け不足を抑制するための半導体装置の組立て装置および半導体装置の組立て方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置の組立て装置は、ネジ止め部材を挿入する第一孔を有する放熱部材と、放熱部材との間に熱伝導性材を挟んで配置されネジ止め部材を挿入する第二孔を有する半導体モジュールと、がネジ止め部材により締結される半導体装置の組立て装置であって、放熱部材を搭載する搭載部と、ネジ止め部材の頭部に適合して回動可能に保持され、頭部を回動して第一孔と第二孔とに挿入されるネジ止め部材を締結する締結部と、締結部を回転駆動する駆動部と、を有するヘッド部と、ネジ止め部材を締結する締結工程において、放熱部材の半導体モジュールと対向する第一面と半導体モジュールの放熱部材と対向する第二面との間隔を計測する第一計測部と、第一計測部にて計測された間隔に応じて、回転駆動における締結部の回転速度または回転方向のトルクの少なくともいずれか一方を制御する制御部と、を備えたものである。
【０００７】
本発明に係る半導体装置の組立て方法は、ネジ止め部材を挿入する第一孔を有する放熱部材と、放熱部材との間に熱伝導性材を挟んで配置されネジ止め部材を挿入する第二孔を有する半導体モジュールと、がネジ止め部材により締結される半導体装置の組立て方法であって、放熱部材の上に熱伝導性材を載置する工程と、熱伝導性材の上に半導体モジュールを載置する工程と、放熱部材の半導体モジュールと対向する第一面と半導体モジュールの放熱部材と対向する第二面との間隔が第一間隔になるまで、第一孔と第二孔とに挿入されるネジ止め部材を締結する第一締結工程と、第一間隔よりも狭い第二間隔になるまで、第一締結工程におけるネジ止め部材を締結する回転速度よりも遅い回転速度で締結する第二締結工程と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る半導体装置の組立て装置は、ネジ止め部材の締結工程において、放熱部材の半導体モジュールと対向する第一面と半導体モジュールの放熱部材と対向する第二面との間隔を測定し、測定された間隔に応じてネジ止め部材を締結する締結部の回転速度または回転方向のトルクの少なくともいずれか一方を制御するめ、熱伝導性材の広がりに応じたネジ締めが可能となり、ネジの締め付け不足を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明に係る組立て方法は、放熱部材の半導体モジュールと対向する第一面と半導体モジュールの放熱部材と対向する第二面との第一間隔まで締結する第一締結工程と、第一間隔よりも狭い第二間隔まで、第一締結工程におけるネジ止め部材を締結する回転速度よりも遅い回転速度で締結する第二締結工程とを備えることで、熱伝導性材の広がりに応じたネジ締めが可能となり、ネジの締め付け不足を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の概念図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の概念図である。
【図３】熱伝導性グリスの厚さと熱伝導性グリスの状態との関係を説明するための概念図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置の概念図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置の駆動部の制御方法を説明するための機能ブロック図である。
【図６】ネジ部材の締結工程における締結部の動作を説明するための概念図である。
【図７】実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置の計測部によるヒートシンクと半導体モジュールとの間隔の算出方法を説明するための概念図である。
【図８】ヒートシンクの上にディスペンサにより熱伝導性グリスを塗布する工程の一例を示す概念図である。
【図９】実施の形態１に係る半導体装置の組立て方法を説明するための概念図である。
【図１０】半導体モジュールに割れが起こった状態の概念図である。
【図１１】実施の形態２に係る半導体装置の組立て装置の要部を説明するための概念図である。
【図１２】実施の形態２に係る半導体装置の組立て装置の駆動部の制御方法を説明するための機能ブロック図である。
【図１３】実施の形態３に係る半導体装置の組立て装置の概念図である。
【図１４】実施の形態３に係る半導体装置の組立て装置の計測部によるヒートシンクと半導体モジュールとの間隔の算出方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１から図４を参照して、実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置１００を説明する。図１、２は、半導体装置の組立て装置１００を用いて組み立てられる半導体装置１の概念図である。図１（ａ）、図２（ａ）は半導体装置１の上面図であり、図１（ｂ）、図２（ｂ）は断面図である。図１に示すとおり、半導体装置１は、ネジ部材（ネジ止め部材）２を挿入するネジ孔（第一孔）１１を有するヒートシンク（放熱部材）１０と、ヒートシンク１０との間に熱伝導性グリス３０（熱伝導性材３０）を挟んで配置されネジ部材２を挿入するネジ孔（第二孔）２１を有する半導体モジュール２０とが、ネジ部材２により締結される。
【００１２】
半導体モジュール２０は、半導体素子（図示せず）がシリコーンゲルなどのゲル封止材やエポキシ樹脂などの樹脂により封止された封止部２２と金属部２３とが接着剤（図示せず）により接着されている。
【００１３】
図１に示すとおり、半導体装置１は、半導体モジュール２０のうち、金属部２３がネジ孔２１を有する。また、ネジ部材２は、頭部３と雄ネジ部４とを備える。ネジ部材２が締結された状態では、半導体モジュール２０のネジ締結面２４とネジ部材の頭部３が接する。ここでは、ネジ締結面２４が金属部２３の表面となる。なお、ネジ部材の頭部３とネジ締結面２４との間に座金を挿入してもよい。
【００１４】
ここでは、ネジ孔１１はネジ部材２の雄ネジ部４に対応した雌ネジ部とし、ネジ孔２１はネジ部材２が貫通する貫通孔とする例を示す。ネジ孔は特に限定されず、例えば、ネジ孔１１はヒートシンク１０を貫通する貫通孔とし、ボルトとナットにより締結する構成としてもよい。図１の例ではネジを２本で締結する例を示したが、半導体モジュール２０の中央部にネジ孔を１つ有し、１本のネジ部材によりヒートシンク１０と半導体モジュール２０とが締結される構成としてもよい。また、本発明は半導体モジュール側からネジを挿入する構成としたが、ヒートシンク側からネジを挿入する構成としてもよい。
【００１５】
図２に示すとおり、金属部２３が封止部２２に内包された構成としてもよく、この場合、ネジ部材２が締結された状態では、ネジの頭部３が封止部２２の表面と接する。なお、ネジ部材の頭部３と封止部２２との間に座金を挿入してもよい。
【００１６】
次に、熱伝導性グリスの厚さと熱伝導性グリスの状態との関係について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は熱伝導性グリスの厚さと熱伝導性グリスの状態との関係を説明するための概念図である。図３に示すとおり、熱伝導性グリス３０は、ヒートシンク１０の半導体モジュール２０と対向する第一面１０ｇであるグリス搭載面１０ｇと、半導体モジュール２０の金属部２３と対向する第二面２３ｇであるグリス接触面２３ｇとに挟まれている。図３においては、ヒートシンク１０のグリス搭載面１０ｇと半導体モジュール２０の金属部２３のグリス接触面２３ｇとの間隔が、熱伝導性グリス３０の厚さとなる。すなわち、ヒートシンク１０のグリス搭載面１０ｇと半導体モジュール２０の金属部２３のグリス接触面２３ｇとの距離が、熱伝導性グリス３０の厚さとなる。
【００１７】
図３（ａ）は、ヒートシンク１０のグリス搭載面１０ｇと半導体モジュール２０の金属部２３のグリス接触面２３ｇとの間隔が広く、熱伝導性グリス３０の厚さが厚い状態を示しており、図３（ｃ）は、ヒートシンク１０のグリス搭載面１０ｇと半導体モジュール２０の金属部２３のグリス接触面２３ｇとの間隔が後述のフィラー３２の最大粒径まで狭くなった状態、すなわち、熱伝導性グリス３０の厚さが後述のフィラー３２の最大粒径まで薄くなった状態を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）と（ｃ）との間の状態を示している。
【００１８】
図３（ａ）に示すとおり、熱伝導性グリス３０はオイル３１とフィラー３２とを有する。オイル３１は、例えば液体またはゲル状のシリコーンであり、熱伝導性グリス３０が加圧されることによって容易に変形する。フィラー３２は、例えば微粉末のシリカであり、熱伝導性グリス３０のフィラー３２の充填量を増やすことで、熱伝導性が向上する。ここでは、フィラー３２のうち粒径が最大のフィラーを最大粒径フィラー３２ａとする。
【００１９】
図３（ｃ）に示すとおり、ネジ部材が締められ、ヒートシンク１０のグリス搭載面１０ｇと半導体モジュール２０の金属部２３のグリス接触面２３ｇとの間隔、すなわち熱伝導性グリス３０の厚さが、最大粒径フィラー３２ａの粒径になると、ヒートシンク１０と半導体モジュール２０とがフィラー３２を介して接続されるため、熱伝導性を向上させることができる。
【００２０】
なお、フィラー３２の最大粒径は、例えば０．０１ｍｍから０．１ｍｍまでのものを使用することができる。
【００２１】
次に、半導体装置の組立て装置１００の概要について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置１００の概念図である。
【００２２】
図４に示すとおり、半導体装置の組立て装置１００は、半導体装置１のヒートシンク１０を搭載するステージ（搭載部）１０１と、ヒートシンク１０の位置を決める位置決め部１０２とを備える。
【００２３】
さらに、ネジ締結機構として、ヘッド部１０３を備える。ヘッド部１０３は、先端部がネジ部材２の頭部３に適合して回動可能に保持され、頭部３を回動してートシンク１０のネジ孔（第一孔）１１と半導体モジュール２０のネジ孔（第二孔）２１とに挿入されるネジ部材２を締結する締結部１０４と、締結部１０４を回転駆動する駆動部１０５とを備える。締結部１０４は、先端部に磁力や真空吸着によりネジ部材２を保持する機構を備えている。
【００２４】
また、締結部１０４は、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０との間に熱伝導性グリス３０を挟んで半導体モジュール２０が配置された状態で、ヒートシンク１０のネジ孔（第一孔）１１と半導体モジュール２０のネジ孔（第二孔）２１とに挿入されるネジ部材２を締結する。
【００２５】
図４に示すとおり、半導体装置の組立て装置１００は、ヒートシンク１０のネジ孔１１と半導体モジュール２０のネジ孔２１とに挿入されるネジ部材２を締結する締結工程において、ヒートシンク１０の半導体モジュール２０と対向する第一面１０ｇ（グリス搭載面１０ｇ）と半導体モジュール２０のヒートシンク１０と対向する第二面２３ｇ（グリス接触面２３ｇ）との間隔を計測する第一計測部１０６をさらに備える。
【００２６】
また、半導体装置の組立て装置１００は、締結部１０４を回転駆動する駆動部１０５を制御し、回転駆動における締結部１０４の回転速度または回転方向のトルクの少なくともいずれか一方を制御する制御部１０８を備える。そして、制御部１０８は、第一計測部１０６にて計測されたグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔に応じて回転速度またはトルクの少なくともいずれか一方を制御する。
【００２７】
制御部１０８は、例えばヘッド部１０３に内蔵されていてもよいが、必ずしも半導体装置の組立て装置１００に内蔵されている必要はなく、半導体装置の組立て装置１００に付帯する操作用のＰＣ（図示せず）に内蔵されていてもよい。なお、制御部１０８の制御は、操作用のＰＣやヘッド部１０３に内蔵されたマイコンにより実現され、実行するためのプログラムに従い制御がおこなわれる。
【００２８】
図４に示すとおり、第一計測部１０６はヘッド部１０３の一部に設置されている。第一計測部１０６の設置場所は特に限定されないが、ネジ孔２１付近のグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔、すなわち熱伝導グリス３０の厚さを測定する必要があるため、締結部１０４に近い方が好ましい。
【００２９】
図１に示すとおり、第一計測部１０６が計測する半導体装置１の位置は、例えば、測定箇所が１箇所の場合は、半導体モジュールのネジ締結面２４上のネジ近傍測定位置２４ａを計測場所とする。また、第一計測部１０６が、後述の第一距離測定部１２１と同様の距離測定部（例えば図４の締結部１０４を挟んで２つの距離測定部）を２つ備え、測定箇所が２箇所の場合は、ネジ締結面２４上のネジ近傍測定位置２４ａとネジ部材２を挟んで対称となるネジ近傍測定位置２４ｂとを計測場所とすることも可能である。このようなネジ近傍測定位置２４ａ、２４ｂとネジ部材２の頭部３との最短距離は、５ｍｍ以内が好ましい。
【００３０】
次に、第一計測部１０６で測定されたグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔、すなわち熱伝導性グリス３０の厚さに応じて、回転制御を行う方法に関して説明する。図５は、第一計測部１０６で計測されたグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔に応じて、駆動部１０５がどのように制御されるかを示す、半導体装置の組立て装置１００の駆動部１０５の制御方法を説明するための機能ブロック図である。
【００３１】
図５に示すとおり、半導体装置の組立て装置１００は、第一計測部１０６に計測されたグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔が、事前に設定された目標の間隔に到達しているか否かを判定する判定部１０７を備える。
【００３２】
判定部１０７は制御部１０８と同様に、例えばヘッド部１０３に内蔵されていてもよいが、必ずしも半導体装置の組立て装置１００に内蔵されている必要はなく、半導体装置の組立て装置１００に付帯する操作用のＰＣ（図示せず）に内蔵されていてもよい。
【００３３】
図４に示すとおり、半導体装置の組立て装置１００は、ｘ方向位置調整機構１１０と、ｙ方向位置調整機構１１１とを備える。ヘッド部１０３がｘ方向位置調整機構１１０と連結されており、ｘ方向の移動を可能としている。また、ｘ方向位置調整機構１１０が、ｙ方向位置調整機構１１１と連結しており、ｘ方向位置調整機構１１０とヘッド部１０３が一体となってｙ方向の移動を可能としている。ｘ方向位置調整機構１１０とｙ方向位置調整機構１１１とによって、締結部１０４をネジ部材２がネジ孔に挿入されるべき位置まで移動させることができる。なお、位置調整の機構は特に限定されず、他の方法でもよい。また、ｚ方向の位置調整機構をさらに設けた構成としてもよい。
【００３４】
次に、図６を参照して、ネジ部材２の締結工程における締結部１０４の動作を説明する。図６は、半導体装置の組立て装置１００や半導体装置１の一部を拡大した図である。図６（ａ）は締結部１０４がネジ部材２を保持し、ネジ締結位置まで移動した状態を示している。図６（ｂ）は、ネジ部材２の締結工程中の状態を示している。
【００３５】
図６（ａ）に示すとおり、締結部１０４の先端部にネジ部材２を保持し、先端部にネジ部材２を保持した締結部１０４が、ヒートシンク１０のネジ孔１１と半導体モジュール２０のネジ孔２１にネジ部材２が挿入できるネジ挿入位置へ移動する。なお、締結部１０４がネジ部材２を保持する例を示したが、ネジ部材２がネジ孔１１やネジ孔２１に挿入された状態で、ネジ部材２の頭部３に適合する位置に移動する構成としてもよい。
【００３６】
次に、制御部１０８からの信号（例えば、事前に設定された第一の回転速度）に基づき、駆動部１０５が締結部１０４を回転駆動し、ネジ部材２の締結が開始される。このネジ部材２の締結が開始された工程を第一締結工程とする。第一締結工程における締結部１０４の回転速度は第一の回転速度が維持される。図６（ｂ）に示すとおり、締結部１０４が駆動部１０５であるサーボ機構により回転しながら−ｚ方向に伸びることで、ネジ部材２を締結する。
【００３７】
ネジ部材２の第一締結工程の工程中に、判定部１０７が、事前に設定された目標の第一間隔（グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの第一間隔）と、後述の第一算出部１２２により算出されたグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎとを比較し、締結工程中のグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔が目標の第一間隔に到達しているか否かを判定する。第一間隔に未達の場合は、ネジ部材２の締結を継続する。
【００３８】
グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎが、目標の第一間隔に到達した場合は、第一締結工程のネジ部材２の締結を終了する。
【００３９】
第一締結工程に引き続き、ネジ部材２を締結する場合は、制御部１０８からの信号（例えば、事前に設定された第二の回転速度）に基づき、駆動部１０５が締結部１０４を回転駆動し、ネジ部材２の締結が開始される。第二締結工程では、締結工程中のグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎが事前に設定された目標の第二間隔に到達しているか否かを、判定部１０７が判定する。第二間隔に未達の場合は、ネジ部材２の締結を継続する。
【００４０】
グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎが、目標の第二間隔に到達した場合は、第二締結工程のネジ締結を終了する。
【００４１】
次に、図５、図７を参照して、第一計測部１０６によるグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎの算出方法を説明する。図７は、半導体装置の組立て装置１００の第一計測部１０６による間隔Ｈｇｎの算出方法を説明するための概念図であり、半導体装置の組立て装置１００や半導体装置１の一部を拡大した図である。
【００４２】
図７（ａ）は、ステージ１０１に半導体装置１のヒートシンク１０を搭載した図を示している。また、図７（ｂ）は、ヒートシンク１０の上に熱伝導性グリス３０を塗布した後に、半導体モジュール２０を設置し、ネジ部材２を締結部１０４で締結するネジ部材２の締結工程の状態を示した図である。
【００４３】
図７に示すとおり、第一計測部１０６は、非接触で距離測定可能な第一距離測定部１２１を備える。第一距離測定部１２１は、例えば、非接触で測定可能なレーザ変位測定や、接触式変位測定などのセンサーを使用することができる。
【００４４】
また、第一計測部１０６（第一距離測定部１２１）は、ネジ部材２の締結工程において、第一計測部１０６とヒートシンク１０との距離が変動しないように、保持される。すなわち、ネジ部材２の締結工程においてステージ１０１と第一計測部１０６（第一距離測定部１２１）との距離が一定になるように保持される。
【００４５】
第一距離測定部１２１は、ネジ部材２を締結する締結工程の前にヒートシンク１０の上の第一測定位置１３、すなわち、ヒートシンク１０の熱伝導性グリス搭載面１０ｇの第一測定位置１３までの第一距離を測定し、基準高さＨ０とする。ネジ部材２を締結する締結工程の前とは、図７（ａ）に示すとおり、ステージ１０１に半導体装置１のヒートシンク１０を搭載した状態を示しており、ヒートシンク１０の上には、熱伝導性グリス３０も塗布されておらず、半導体モジュール２０も配置されていない。ただし、ヒートシンク１０の上の第一測定位置１３が測定できる場合は、ヒートシンク１０の上に熱伝導性グリス３０が塗布されていてもよい。
【００４６】
図５に示すとおり、第一距離測定部１２１により測定された基準高さＨ０のデータは、第一記憶部１２３に送られ、記憶される。
【００４７】
図７（ｂ）に示すとおり、ネジ部材２の締結工程において、第一距離測定部１２１は、ヒートシンク１０の上に熱伝導性グリス３０を挟んで配置された半導体モジュール２０（ここでは、金属部２３）の上の第二測定位置２５までの第二距離、すなわち、半導体モジュール２０の締結部１０４と対向するネジ締結面２４の第二測定位置２５までの第二距離を測定し、半導体モジュール高さＨｍｎする。
【００４８】
ここで、第二測定位置２５は、図１に示したネジ近傍測定位置２４ａに対応する。半導体モジュール２０のネジ部材２の頭部３の側のネジ締結面２４において、第二測定位置２５とネジ部材２の頭部３の最短距離が、ネジ締結面２４に連なる半導体モジュール２０の側面のうち最もネジ部材２の頭部３に近い半導体モジュール２０の側面２６とネジ部材２の頭部３との最短距離よりも短い場所にするとよい。第二測定位置２５とネジ部材２の頭部３との最短距離は、５ｍｍ以内が好ましい。また、第二測定位置２５は、第一距離測定部１２１から第一測定位置１３を見た場合に、第一測定位置１３と重なりを有する位置が好ましい。
【００４９】
図５に示すとおり、第一距離測定部１２１により測定された、締結工程における半導体モジュールの高さＨｍｎのデータは、第一記憶部１２３に送られ、記憶される。
【００５０】
図５に示す第一記憶部１２３には、半導体モジュール２０の金属部２３のネジ孔２１におけるネジ部材２の挿入方向の厚さＴｍの情報が、事前に設定され記憶されている。また、第一締結工程における第一の回転速度や第二締結工程における第二の回転速度、第一締結工程における第一トルクや第二締結工程における第二トルク、目標の第一間隔や第二間隔が、事前に設定され記憶されている。
【００５１】
締結工程において第一算出部１２２は、第一記憶部１２３に記憶された、締結工程の前のヒートシンク１０の上の第一測定位置１３までの第一距離である基準高さＨ０と、締結工程の工程中の半導体モジュール２０の上の第二測定位置２５までの第二距離である半導体モジュール２０の金属部２３の高さＨｍｎと、半導体モジュール２０の金属部２３のネジ孔２１におけるネジ部材２の挿入方向の厚さＴｍと、により、ネジ部材２の近傍における、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔ＨｇｎをＨ０−Ｈｍｎ−Ｔｍとして算出する。なお、厚さＴｍは、半導体モジュール２０の機種によって決まる。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示すとおり、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎが熱伝導性グリス３０の厚さとなる。
【００５３】
ここでは、ネジ部材２と金属部２３との間に座金の無い例で説明したが、座金を挿入してもよい。この場合は、金属部２３のネジ孔２１におけるネジ部材２の挿入方向の厚さＴｍと同様に座金の厚さを考慮してグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎを算出する。
【００５４】
半導体装置１の機種ごとに、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの目標として設定された目標間隔Ｈｇｏａｌや、半導体モジュール２０の厚さＴｍが異なる。たとえば、半導体装置の組立て装置１００が機種情報読み取り部を備えている場合は、半導体装置１の機種を読み取り、機種ごとに読み取られたデータをもとに、目標間隔Ｈｇｏａｌや、半導体モジュール２０の厚さＴｍを第一記憶部１２３へ送り、記憶させる構成とすることも可能である。
【００５５】
次に、図８、図９を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１の組立て方法を説明する。図８は、ヒートシンク１０の一部を拡大した図であり、ヒートシンク１０の上に熱伝導性グリス３０を載置する工程の一例として、熱伝導性グリス３０をディスペンサにより塗布する様子を示している。図８（ａ）はヒートシンク１０の上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）破線におけるヒートシンク１０の断面図である。
【００５６】
ヒートシンク１０の上の熱伝導性グリス３０を載置する工程では、熱伝導性グリス３０を供給するディスペンサ供給口４０により、ヒートシンク１０の上に熱伝導性グリスの液滴３０ａを点状に塗布していく。塗布方法は、点状に限定されず、ヒートシンク１０の上に線状や、断続的な線状に供給してもよい。また、塗布された熱伝導性グリスの液滴３０ａの上に半導体モジュール２０を載置する前に、ヘラや印刷ローラなどで熱伝導性グリスの液滴３０ａを塗り広げてもよい。
【００５７】
熱伝導性グリス３０が湿気硬化型グリスの場合、ディスペンサ供給による載置が好ましい。湿気硬化型の熱伝導性グリスをマスク印刷で塗布しようとすると、グリスが吸湿して粘度が高くなり、マスクの開口部に熱伝導性グリス３０が残り、安定して供給することができないからである。
【００５８】
図９は、実施の形態１に係る半導体装置１の組立て方法を説明するための概念図である。図９は、半導体装置１の一部を拡大した図である。図９（ａ）は、熱伝導性グリス３０（熱伝導性グリスの液滴３０ａ）がヒートシンク１０の上に塗布される工程を、図９（ｂ）は、ヒートシンク１０の上に塗布された熱伝導性グリス３０（熱伝導性グリスの液滴３０ａ）の上に、半導体モジュール２０を載置する工程を、図９（ｃ）は、ネジ孔（第一孔１１と第二孔２１と）にネジ部材２が挿入され、ネジ部材２が締結される工程をそれぞれ示している。
【００５９】
図９（ｂ）に示すとおり、熱伝導性グリス３０を塗布したヒートシンク１０の上に、ネジ部材２がネジ孔１１、２１に挿入されうる位置に調整がなされ、半導体モジュール２０が載置される。
【００６０】
ネジ孔にネジ部材２を挿入する工程では、半導体モジュール２０のネジ孔２１にネジ部材２を挿入する。ヒートシンク１０のネジ孔１１が雌ネジ部の場合、雌ネジ部に、ネジ部材２の雄ネジ部４の先端の一部が挿入可能であれば挿入する。挿入できない場合は、ネジ締結可能な位置に雄ネジ部４の先端を載置する。この場合は、ネジ部材２の締結によりネジ部材２がネジ孔１１に挿入される。
【００６１】
実施の形態１に係る半導体装置１の組立て方法におけるネジ部材の締結工程は、ヒートシンク１０の半導体モジュール２０と対向する第一面１０ｇ（グリス搭載面１０ｇ）と半導体モジュール２０のヒートシンク１０と対向する第二面２３ｇ（グリス接触面２３ｇ）との間隔が第一間隔になるまで、第一孔１１と第二孔２１とに挿入されるネジ部材２を締結する第一締結工程と、第一間隔よりも狭い第二間隔になるまで、第一締結工程におけるネジ部材２部材を締結する回転速度よりも遅い回転速度で締結する第二締結工程とを備える。
【００６２】
第一締結工程の回転速度を例えば、７００ｒｐｍ以上１５００ｒｐｍ以下とし、第二締結工程の第一締結工程の回転速度を例えば３００ｒｐｍ以上とし、第一締結工程の回転速度よりも遅い回転速度とする。
【００６３】
また、第一締結工程における回転速度は必ずしも一定である必要はなく、第一締結工程の開始から第一締結工程の終了までの間に回転速度を遅くしながら締結してもよい。第二締結工程も同様である。回転速度が変化する場合は、第二締結工程における平均の回転速度が、第一締結工程における平均の回転速度よりも遅くするとよい。
【００６４】
また、実施の形態１に係る半導体装置１の組立て方法におけるネジ締め工程は、ヒートシンク１０の半導体モジュール２０と対向する第一面１０ｇ（グリス搭載面１０ｇ）と半導体モジュール２０のヒートシンク１０と対向する第二面２３ｇ（グリス接触面２３ｇ）との間隔が第一間隔になるまで、第一孔１１と第二孔２１とに挿入されるネジ部材２を締結する第一締結工程と、第一間隔よりも狭い第二間隔になるまで、第一締結工程におけるネジ部材２へかかる第一トルクの大きさよりも大きい第二トルクで締結する第二締結工程とを備える。
【００６５】
もちろん、第二締結工程において、回転速度とトルクの両方を制御し、第一締結工程よりも遅い回転速度で、第一締結工程のトルクよりも大きなトルクで締結してもよい。
【００６６】
ネジ部材がＪＩＳ規格のＭ３、Ｍ４、Ｍ５ネジ（例えば、直径が３．０ｍｍ〜５．０ｍｍのネジ）の場合、第一締結工程のトルクを例えば、０．１以上１．０Ｎ・ｍ以下とし、第二締結工程のトルクは例えば、第一トルクよりも大きく、２．０Ｎ・ｍ以下とする。トルクの絶対値は、ネジの径により変わるため、ネジ部材の種類により調整するとよい。
【００６７】
また、第一締結工程におけるトルクは必ずしも一定である必要はなく、第一締結工程の開始から第一締結工程の終了までの間にトルクを大きくしながら締結してもよい。第二締結工程も同様である。トルクが変化する場合は、第二締結工程における平均のトルクが、第一締結工程における平均のトルクよりも大きくするとよい。
【００６８】
このように、ネジ部材２の回転速度や、ネジ部材２へかかるトルクを制御する場合は、
例えば、作業者がネジ部材２の挿入し、締結部と締結部を回転駆動する駆動部と、回転駆動における締結部の回転速度または回転方向のトルクの少なくともいずれか一方を制御する制御部とを備えた電動ドライバを用いてネジ部材２を締結してもよい。この場合、電動ドライバの備える回転速度または回転方向のトルクの調整スイッチが制御部となる。
【００６９】
第一締結工程では、ディスペンサで塗布した熱伝導性グリス３０の厚さ（例えば１０００μｍ程度）の半分の値をグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの第一間隔として、第一間隔程度になるまで間隔を狭くしながら、ネジ部材２を締結する。この工程は、図９（ａ）に示すような塗布された状態の熱伝導性グリスの液滴３０ａをヒートシンク１０の上に広げるための工程となる。
【００７０】
第二締結工程では、熱伝導性グリス３０の最終設定厚さをグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの第二間隔として、第二間隔になるまで間隔を狭くしながら、ネジ部材２を締結する。最終設定厚さはフィラー３２の最大粒径とする。
【００７１】
図３（ａ）、（ｂ）に示すとおり、ヒートシンク１０のグリス搭載面１０ｇと半導体モジュール２０の金属部２３のグリス接触面２３ｇとの間隔がある程度狭く、熱伝導性グリス３０の厚さがある程度薄くなると、フィラー３２同士の間隔が狭くなる。この状態では、オイル３１やフィラー３２が移動しにくくなり、熱伝導性グリス３０の粘度が高くなる。すなわち、熱伝導性グリス３０の厚さが薄くなるにつれ、広がりにくくなる。後述のように、高い熱伝導性を有する熱伝導性グリス３０の場合は、もともとのフィラー３２が多いため粘度が高く、広がりにくい。そして、熱伝導性グリス３０の厚さが薄くなることでさらに広がりにくくなる。
【００７２】
第二締結工程の回転速度は、第一締結工程の回転速度よりも遅くすることで、すなわちゆっくりとネジ部材２を締めることにより、熱伝導性グリス３０を確実に広げながら、ネジ部材２をフィラー３２の最大粒径となるまで締結することができ、ネジ部材２の締め付け不足を抑制することができる。
【００７３】
また、第二締結工程においてネジ部材２を締結する際のネジ部材２へかかる第二トルクの大きさを、第一締結工程においてネジ部材２を締結する際のネジ部材２へかかる第一トルクの大きさよりも大きくすることで、薄くなり広がりにくい熱伝導性グリス３０や、高い熱伝導性を有し、広がりにくい熱伝導性グリス３０を確実に広げながら、ネジ部材２をフィラー３２の最大粒径となるまで締結することができ、ネジ部材２の締め付け不足を抑制することができる。
【００７４】
例えば、第二締結工程では、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔が、最終設定間隔Ｈｇｏａｌの手前数十μｍで止めて、さらに第三締結工程として、最終設定間隔Ｈｇｏａｌまで締結する増し締め工程を備えることも可能である。すでに、第一締結工程、第二締結工程を経て熱伝導性グリス３０が十分に広がっているため、第三締結工程におけるネジの回転速度は、第二締結工程における回転速度よりも速くすることが出来る。また、第三締結工程におけるネジのトルクは、第二締結工程におけるトルクよりも大きくすることが出来る。
【００７５】
また、より確実にネジ部材２をフィラー３２の最大粒径までより確実に締結するために、締結工程おいてグリス接触面２３ｇとの間隔を測定しながら締結してもよい。すなわち、第一締結工程において、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔を測定しながら設定された第一間隔まで締結し、第二締結工程において、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔を測定しながら設定された第二間隔まで締結することで、ネジ部材２をフィラー３２の最大粒径までより確実に締結することができる。
【００７６】
上記の例では、第一締結工程と第二締結工程とを連続で行う例を示しているが、必ずしも連続する工程に限定されず、下記に示す効果を得られる範囲において、第一締結工程と第二締結工程との間、また、第二締結工程と第三締結工程との間に別工程を含むことも可能である。
【００７７】
次に、実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置および半導体装置の組立て方法の効果を説明する。その前提として、締結工程における回転速度やトルクを制御する特殊な工程が必要になる理由を以下に説明する。
【００７８】
半導体モジュールの一例である、パワーモジュールでは、パワーモジュールに内蔵されている電力用半導体素子の温度を規定温度以上に上げないこと、すなわち放熱性向上の技術が重要であり、パワーモジュールにヒートシンクが組み付けられた半導体装置の開発が進められている。さらに近年では電力用半導体装置の小型化、すなわちパワーモジュールとヒートシンクの小型化の要求が高まっており、更なる放熱性向上が求められている。
【００７９】
このため、パワーモジュールにヒートシンクが組み付けられる際に、パワーモジュールとヒートシンクとの間に挟みこまれる熱伝導性グリスは、高い熱伝導性を有する必要がある。
【００８０】
熱伝導性グリスの熱伝導率を高める方法として、熱伝導性グリスのフィラー充填量を増やす方法があるが、フィラー充填量を増加させると熱伝導性グリスの粘度が高くなる。例えば従来は、０．９Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する熱伝導性グリスが用いられており、０．９Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する熱伝導性グリスの粘度は、５０Ｐａ・ｓ程度である。一方、熱伝導率を高めた熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する熱伝導性グリスでは、フィラーの充填量が増えることで、粘度が２００Ｐａ・ｓまで高くなる。
【００８１】
例えば、粘度が２００Ｐａ・ｓ以上になると、マスク印刷により厚さを制御して塗布することが困難となる。粘度が高い熱伝導性グリス３０を用いる場合、ディスペンサでの供給になるため、印刷塗布可能なグリスに比べ、塗布された初期の状態で厚い状態となる。
【００８２】
従来の熱伝導率が比較的低い０．９Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する熱伝導性グリスの場合は、粘度が低く、流動性が高く、熱伝導性グリスが広がるため、一定のトルクの値でネジ締めすることが可能であった。
【００８３】
一方、粘度が高いグリスを使う場合、粘度が低いグリスに比べ、グリスの流動性が低く、熱伝導性グリスが塗布面で広がるまでに時間がかかる。そのため、高い熱伝導率を有し、粘度が高いグリスを用いる場合、一定のトルクの値でネジ締めを行うと、熱伝導性グリスのフィラー最大粒径までネジ締めができない可能性があり、ネジの締め付けが不十分になるという問題が生じる。
【００８４】
フィラー３２の最大粒径となる位置までネジ部材２が締まっていない場合は、図３（ｂ）に示すとおり、ヒートシンク１０と半導体モジュール２０（金属部２３）との間の距離がフィラー３２の最大サイズよりも大きくなる。この場合、隙間のオイル成分が移動することで、ネジ部材２の締め力の低下につながるため、半導体装置の長期信頼性が低下する可能性がある。
【００８５】
図１０は、粘度の高い熱伝導性グリス３０が十分に広がっていない状態でネジ部材２を締結した場合に、半導体モジュールに割れが発生した状態の概念図である。図１０は、半導体装置１の一部を拡大した図である。熱伝導性グリス３０広がりを考慮せず、回転速度やトルクを一定としてネジ部材２の締結を行った場合、図１０に示すとおり、ネジ部材２の近傍は、ネジ締めの力で熱伝導性グリスが薄くなるが、ネジ部材２から離れるにつれ、熱伝導性グリスの広がりが追従せず、ネジ部材２の近傍よりも熱伝導性グリスの厚さが厚くなる場合がある。この場合、半導体モジュール２０が曲げ変形を起こし、モジュール割れが起こる可能性がある。特に、ネジ締め開始から早い回転速度でネジを絞め続けた場合や、ネジ締め開始から大きなトルクで絞め続けた場合に、粘度の高い熱伝導性グリス３０が十分に広がらず、半導体モジュール２０が曲げ変形を起こし、半導体モジュールの割れが起こる可能性がある。
【００８６】
実施の形態１に係る半導体装置１の組立て方法は、第一締結工程と第二締結工程とを備えるとともに、第二締結工程の回転速度は、第一締結工程の回転速度よりも遅くすることで、第二締結工程において、熱伝導性グリス３０を確実に広げながら、熱伝導性グリス３０の厚さ、すなわち、ヒートシンク１０と半導体モジュール２０との間隔がフィラー３２の最大粒径となるまで締結することができ、ネジ部材２の締め付け不足を抑制することができる。この方法は、高い熱伝導率を有し、２００Ｐａ・ｓ以上４００Ｐａ・ｓ以下の粘度が高い熱伝導性グリスを使用する場合に特に有効な手法となる。なお、粘度が４００Ｐａ・ｓを超えると、ディスペンサによる供給が困難になる可能性があり、４００Ｐａ・ｓ以下が好ましい。
【００８７】
実施の形態１に係る半導体装置１の組立て方法は、第一締結工程と第二締結工程とにおいて、回転トルクを制御することが可能である。
【００８８】
第二締結工程におけるネジ部材２へかかる第二トルクの大きさが、第一締結工程におけるネジ部材２へかかる第一トルクの大きさよりも大きくすることで、熱伝導性グリス３０を確実に広げながら、熱伝導性グリス３０の厚さがフィラー３２の最大粒径となるまで締結することができ、ネジ部材２の締め付け不足を抑制することができる。そして、トルクを制御することで、半導体モジュールの亀裂発生を抑制することが可能である。
【００８９】
さらに、ネジ部材２を締結する締結工程において、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔を計測しながら、締結することで、より確実に、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔、すなわち熱伝導性グリス３０の厚さがフィラー３２の最大粒径となるまで締結することができ、ネジ部材２の締め付け不足をより効果的に抑制することができる。
【００９０】
実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置１００は、ヒートシンク１０のネジ孔１１と半導体モジュール２０のネジ孔２１とに挿入されるネジ部材２を締結するネジ部材の締結工程においてグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔を計測する第一計測部１０６を備えるため、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔が、フィラー３２の最大粒径となる位置までネジ部材２を締めることができ、熱伝導性を向上させることができる。ネジ部材２の締め力の低下を抑制でき、半導体装置の長期信頼性の低下を抑制できる。
【００９１】
実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置１００は、第一計測部１０６に計測されたグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔に応じて、締結部１０４の回転速度と締結部１０４の回転方向に回す力であるトルクの少なくとも一方を制御する制御部１０８を備える。この制御部１０８により、熱伝導性グリス３０が高い熱伝導率を有し、２００Ｐａ・ｓ以上の粘度を有する場合であっても、グリスの流動性が低く、熱伝導性グリスが塗布面で広がるまでに時間がかかる特性を考慮し、締結部１０４の回転速度や回転方向のトルクを制御することができる。回転速度が速すぎる場合や、回転トルクが強すぎる場合に発生する可能性のある半導体モジュールの亀裂発生を抑制できる。また、熱伝導性グリス３０の厚さが、熱伝導性が最も高くなる熱伝導性グリスのフィラー最大粒径まで締結することができ、ネジ部材２の締め付け不足をより効果的に抑制することができる。
【００９２】
実施の形態２．
図１１を参照して、実施の形態２に係る半導体装置の組立て装置２００を説明する。図１１は、半導体装置の組立て装置２００と半導体装置１の一部を拡大した図である。本実施の形態２に係る半導体装置１の半導体装置の組立て装置２００は、実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置１００と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
【００９３】
実施の形態２に係る半導体装置の組立て装置２００は、実施の形態１の第一計測部１０６に相当する第一計測部２０６に加え、ネジ部材２の締結工程においてステージ１０１との距離が一定になるように保持され、半導体モジュール２０の上の第一計測部２０６に計測される第二測定位置２５とは異なる第三測定位置２７までの第三距離を測定する第二距離測定部２２２を有する第二測定部２０９をさらに備える。
【００９４】
第一測定位置２５は、実施の形態１の第一測定位置と同じくネジ近傍測定位置２４ａとし、第三測定位置２７は、半導体モジュール２０の中心と半導体モジュール２０のネジ孔２１の中心とを結ぶ２点間の中心とする。ここでは、第三測定位置２７は、封止部２２上の位置とする。
【００９５】
また、実施の形態２に係る半導体装置の組立て装置２００は、ネジ部材２の締結工程において、第一計測部２０６（第一距離測定部２２１）で計測される間隔の変化量ΔＨｇと、第二測定位置２５とは異なる第三計測位置２７までの距離（第三距離）の変化量との差分から、半導体モジュール２０の傾きＨｓを算出する第二算出部２１０をさらに備える。
【００９６】
図１２を参照して、第一計測部２０６と、第二計測部２０９とによる傾きの算出方法を説明する。図１２は、第一計測部２０６と第二計測部２０９により計測された半導体モジュール２０の傾きに応じて、駆動部２０５がどのように制御されるかを示す、半導体装置の組立て装置２００の駆動部の制御方法を説明するための機能ブロック図である。
【００９７】
第一計測部２０６は、実施の形態１と同様に、ヒートシンク１０の半導体モジュール２０と対向する第一面１０ｇ（グリス搭載面１０ｇ）と半導体モジュール２０のヒートシンク１０と対向する第二面２３ｇ（グリス接触面２３ｇ）との間隔Ｈｇｎを測定する。
【００９８】
図５の第一算出部１２２と同等の機能を有する第一計測部２０６内の算出部により算出される、ネジ部材２の締結開始時のグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔をＨｇｓとして、図５の第一記憶部１２３と同等の機能を有する第一計測部２０６内の記憶部に記憶される。この記憶部は、後述の記憶部２２３としてもよい。また、締結工程中のグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎと記憶部に記憶された締結開始時の間隔Ｈｇｓとの差から、第一計測部２０６内の算出部によりグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔の変化ΔＨｇを算出する。
【００９９】
第二計測部２０９は、ネジ部材２の締結開始時の半導体モジュール２０の第三測定位置２７までの距離を測定し、開始時の距離をＨｍｓ３として、図５の第一記憶部１２３と同等の機能を有する第二計測部２０９内の記憶部に記憶される。この記憶部は、後述の記憶部２２３としてもよい。また、締結工程中の第三計測位置２７までの距離Ｈｍｎ３と、記憶部に記憶された締結開始時の第三計測位置２７までの距離Ｈｍｓ３との差から、第二計測部２０９内の算出部により第三計測位置２７までの距離の変化量ΔＨｍ３を算出する。
【０１００】
なお、計測部２０９で測定する値は、第三測定位置２７でのグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇ）との間隔Ｈｇｎ３としてもよい。
【０１０１】
図１２に示す第二算出部２１０により、ネジ部材２の締結工程において、第一計測部２０６で計測される間隔の変化量ΔＨｇと、第二測定位置２５とは異なる第三計測位置２７までの距離（第三距離）の変化量との差分から、半導体モジュール２０の傾きＨｓを算出する。
【０１０２】
粘度の高いグリスを使用した場合に、ネジ部材２を締結すると、半導体モジュール２０のネジ孔２１にネジ締めされるネジ部材２付近の熱伝導性グリス３０は圧縮されて薄くなるが、粘度が高いために熱伝導性グリス３０の広がりが悪く、半導体モジュール２０の傾きが大きくなる場合がある。高いトルクでネジ部材２を締めた場合は、図１０に示すとおり、半導体モジュール２０が曲げ変形を起こし、亀裂が発生する可能性がある。
【０１０３】
図１２に示すように、半導体装置の組立て装置２００は、半導体モジュール２０の傾きを判定する判定部２０７をさらに備える。事前に半導体モジュール２０が曲げ変形して破損する限界の値Ｈｓｌを設定し、図１２に示す記憶部２２３に記憶させておくことで、判定部２０７が、傾きＨｓと記憶された限界値Ｈｓｌとを比較し、傾きＨｓが限界値Ｈｓｌを超えているか否かを判定する。半導体モジュールの傾きが限界の値Ｈｓｌを超えていないと判定部２０７が判定する場合は、判定部２０７からの信号に基づき、制御部２０８が駆動部２０５の駆動を継続する。また、半導体モジュールの傾きが限界の値Ｈｓｌに近づくと、限界の値Ｈｓｌとなる前に、判定部２０７が限界と判定し、この場合、判定部２０７からの信号に基づき、制御部２０８が駆動部２０５の駆動を停止し、ネジ締結を停止する。すなわち、制御部２０８が、第二算出部２１０により算出される半導体モジュール２０の傾きに応じて、締結部２０４の回転駆動を制御する。
【０１０４】
さらに、制御部２０８は、ネジ部材２の締結工程において、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔と、第二算出部２１０により算出される半導体モジュール２０の傾きに応じて、締結部２０４の回転速度またはトルクの少なくとも一方を制御することも可能である。
【０１０５】
このように、第一計測部２０６と測定位置が異なる第二計測部２０９をさらに備える構成とすることで、半導体モジュール２０の傾きを計測することができ、半導体モジュールの破損をより確実に抑制することが出来る。
【０１０６】
また、半導体モジュールの傾きを抑えるために、押さえ治具を装置に組み込むこともできるが、この場合、機種毎に押さえ治具を変更する必要がある。このため、複数の治具を準備する必要があり、また、機種ごとに押さえ治具を変更する時間がかかる。
【０１０７】
しかし、実施の形態２に係る半導体装置の組立て装置２００は、半導体モジュールの傾きを測定することで、半導体モジュール割れを抑制することができるため、押さえ治具を複数準備する必要もなく、機種ごとの交換作業も不要となる。
【０１０８】
実施の形態３．
図１３を参照して、実施の形態３に係る半導体装置の組立て装置３００を説明する。本実施の形態３に係る半導体装置の組立て装置３００は、実施の形態１に係る半導体装置の組立て装置１００と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
【０１０９】
半導体装置の組立て装置１００は、図４に示すとおり、ヘッド部１０３がｘ方向位置調整機構１１０と連結された構成となっていたが、実施の形態３に係る半導体装置の組立て装置３００では、ヘッド部３０３が、ｚ方向の移動を可能とするリニアガイド部３１２に取り付けられ、リニアガイド部３１２がｘ方向位置調整機構３１０と連結された構成となっている。
【０１１０】
リニアガイド部３１２とヘッド部３０３との間に、ヘッド部３０３の高さを測定できる第一計測部３０６を備えている。
【０１１１】
第一計測部３０６は、半導体装置の組立て装置１００が備えた第一距離測定部１２１と第一算出部１２２に対応した、高さ測定部３２１と第一算出部とを備える。高さ測定部３２１としては、例えばエンコーダを用いることができる。
【０１１２】
また、半導体装置の組立て装置１００では、ネジ部材２の締結工程において、第一計測部１０６である第一距離測定部１２１とヒートシンク１０との距離が変動しないように、第一距離測定部１２１が保持された構成であったが、半導体装置の組立て装置３００では、高さ測定部３２１は、ネジ部材２の締結工程において、ネジ締結部３０４を含むヘッド部３０３と一体となってｚ方向に動く構成となっている。ヘッド部３０３はリニアガイド部３１２のリニアモータ（図示せず）を駆動させることでｚ方向の移動を可能となる。
【０１１３】
半導体装置の組立て装置１００では、締結部１０４が駆動部１０５であるサーボ機構により回転しながら−ｚ方向に伸びる構成であったが、半導体装置の組立て装置３００では、駆動部３０５が締結部１０４を回転しながら、締結部１０４を含めたヘッド３０３が−ｚ方向に移動し、締結部１０４自体は−ｚ方向には伸びない構成とする。
【０１１４】
次に、図１４を参照して、高さ測定部３２１によるヒートシンク１０の半導体モジュール２０と対向する第一面１０ｇ（グリス搭載面１０ｇ）と半導体モジュール２０のヒートシンク１０と対向する第二面２３ｇ（グリス接触面２３ｇ）との間隔の算出方法について説明する。図１４は、半導体装置の組立て装置２００と半導体装置１の一部を拡大した図である。
【０１１５】
図１４（ａ）は、ステージの位置決め部３０２に搭載された半導体装置１のヒートシンク１０にネジ部材２が締め切られた状態を示している。また、図１４（ｂ）は、ヒートシンク１０の上に熱伝導性グリス３０を塗布した後に、半導体モジュール２０を設置し、ネジ部材２を締結部３０４で締結するネジ部材２の締結工程の状態を示した図である。
【０１１６】
図１４（ａ）に示すとおり、まず、高さ測定部であるエンコーダ３２１により、熱伝導性グリス３０と半導体モジュール２０とが無い状態で、ヒートシンク１０にネジ部材２を締めた状態、すなわちヒートシンク１０にネジ部材２の頭部３が接する基準位置における締結部３０４の高さを測定し、第一高さＨｔ０とする。このエンコーダ３２１により検出された基準位置である第一高さＨｔ０が、図５の第一記憶部１２３と同等の機能を有する記憶部で記憶される。
【０１１７】
図１４（ｂ）に示すとおり、高さ測定部３２１は、ネジ部材２の締結工程中の締結部３０４の高さを測定し、第二高さＨｔｎを測定する。このエンコーダ３２１により検出された、ネジ部材２の締結工程における半導体モジュールの高さＨｔｎのデータは、図５の第一記憶部１２３と同等の機能を有する記憶部で記憶される。
【０１１８】
ネジ部材２の締結工程において、第一算出部１２２と同等の機能を有する第一算出部は、記憶部で記憶された基準高さＨｔ０と、記憶部で記憶された半導体モジュール２０の高さＨｔｎと、事前に設定された半導体モジュール２０のネジ孔２１を有する金属部２３のネジ孔２１におけるネジ部材２の挿入方向の厚さＴｍとにより、グリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔ＨｇｎをＨｔｎ−Ｈｔ０−Ｔｍとして算出する。
【０１１９】
基準値Ｈｔ０の測定は、実際の製品に搭載されるヒートシンク１０で実施する前に、基準Ｈｔ０導出のためのヒートシンク１０と同型の専用基準ベースを用いて、ネジを締めた状態の値、すなわち専用基準ベースにネジ部材２の頭部３が接する状態の値を測定することで導出してもよい。
【０１２０】
ここでは、ネジ部材２と金属部２３との間に座金の無い例で説明したが、座金を挿入してもよい。この場合は、金属部２３のネジ孔２１におけるネジ部材２の挿入方向の厚さＴｍと同様に座金の厚さを考慮してグリス搭載面１０ｇとグリス接触面２３ｇとの間隔Ｈｇｎを導出する。
【０１２１】
このように、高さ測定部３２１により半導体モジュール２０の表面高さをモニタリングするのではなく、ネジの頭３の位置をネジ締めツールの位置として測定できるため、半導体モジュール２０の表面形状の影響を受けずに半導体モジュール２０とヒートシンク１０との間の間隔の変化をモニタリングできる。
【符号の説明】
【０１２２】
１  半導体装置、２  ネジ部材（ネジ止め部材）、３  頭部、４  雄ネジ部、１０  ヒートシンク（放熱部材）、１０ｇ  グリス搭載面（第一面）、１１  ネジ孔（第一孔）、１３  第一測定位置、２０  半導体モジュール（パワーモジュール）、２１  ネジ孔（第二孔）、２２  封止部、２３  金属部、２３ｇ  グリス接触面（第二面）、２４  ネジ締結面、２４ａ、２４ｂ  ネジ近傍測定位置、２５  第二測定位置、２６  側面、２７  第三測定位置、３０  熱伝導性グリス（熱伝導性材）、３０ａ  熱伝導性グリスの液滴、３１  オイル、３２  フィラー、３２ａ  最大粒径フィラー、４０  ディスペンサ供給口、１００、２００、３００  半導体装置の組立て装置、１０１、３０１  ステージ（搭載部）、１０２、３０２  位置決め部、１０３、３０３  ヘッド部、１０４、２０４、３０４  締結部、１０５、２０５、３０５  駆動部、１０６、２０６、３０６  第一計測部、１０７、２０７  判定部、１０８、２０８  制御部、１１０、３１０  ｘ方向位置調整機構、１１１、３１１  ｙ方向位置調整機構、１２１、２２１  第一距離測定部、１２２  第一算出部、１２３  第一記憶部、２０９  第二計測部、２１０  第二算出部、２２２  第二距離測定部、３１２  リニアガイド部、３２１  高さ測定部。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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