(57)【要約】【課題】素子を、反った状態の絶縁基板上に位置ズレを起すことなく所定位置に実装することのできる素子の位置決め治具及び実装方法を提供する。【解決手段】本位置決め治具１では、板状本体２の下面に各位置決め孔４の一部を含む範囲の段差部５を凹設することにより、板状本体２の下面に、絶縁基板３２の外周縁寄りで、且つ絶縁基板３２側に突出する凸部６を設けた。これにより、本位置決め治具１を凸湾曲状で反った状態の絶縁基板３２上に配置すると、板状本体２の下面に設けた凸部６が絶縁基板３２の外周縁寄りの上面に接触または近接するので、各位置決め孔４内のはんだ箔３１ａ及び発熱素子３１は、凸部６により各位置決め孔４内での移動が規制されて位置決めされ、所定位置に実装される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器上に溶着された絶縁基板上に素子を実装する際に使用される素子の位置決め治具であって、
該位置決め治具には、素子を位置決めするための位置決め孔が形成され、前記絶縁基板を覆う下面に、前記絶縁基板の外周縁寄りで、且つ前記絶縁基板側に突出する凸部を設けたことを特徴とする素子の位置決め治具。
【請求項２】
前記凸部は、前記位置決め治具の下面を凹設した段差部により設けられることを特徴とする請求項１に記載の素子の位置決め治具。
【請求項３】
前記位置決め治具には位置決め孔が複数形成され、前記段差部は、前記位置決め治具の下面に、前記各位置決め孔の一部分を含む範囲に形成されることを特徴とする請求項２に記載の素子の位置決め治具。
【請求項４】
前記凸部は、前記位置決め治具の下面を凹設した曲面状凹部または多角錐状凹部により設けられることを特徴とする請求項１に記載の素子の位置決め治具。
【請求項５】
冷却器上に溶着された絶縁基板上に素子を実装する実装方法であって、
前記絶縁基板上に、請求項１〜４のいずれかに記載した素子の位置決め治具を配置して、前記位置決め治具の下面に形成した凸部を前記絶縁基板の外周縁寄りの上面に接触または近接させて、その後、該位置決め治具の位置決め孔内にはんだ箔および素子を配置し、素子を絶縁基板上に実装することを特徴とする素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールにおいて、冷却器上にロウ付けされた絶縁基板上に実装される素子の位置決め治具及び実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、電力用半導体スイッチング素子等の発熱素子（パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）３１を絶縁基板３２上に実装するパワーモジュール３０では、この発熱素子３１からの熱を放熱する構造が重要となる。このため、一般的にパワーモジュール３０は、絶縁基板３２の裏面に冷却器（ヒートシンク）３４がロウ付け３３されて、発熱素子３１からの熱を放熱する構造になっている。
【０００３】
そこで、上述したパワーモジュール３０を製造する際には、まず、図３に示すように、冷却器３４上に複数の絶縁基板３２がロウ付け３３により溶着される。その後、図２に示すように、従来の位置決め治具５０を使用して、各発熱素子３１を絶縁基板３２上に実装する。
ところで、冷却器３４はアルミ製で、絶縁基板３２はセラミック製でありそれぞれの線膨張率が異なっており、冷却器３４と絶縁基板３２とが高温でロウ付け３３されると、図４に示すように、それぞれの線膨張率の相違から絶縁基板３２が凸湾曲状に反る現象が発生してしまう。
【０００４】
しかしながら、従来の位置決め治具５０は、図９に示すように、カーボン製で形成され、絶縁基板３２を覆い、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１を位置決めするための位置決め孔５１を有する板状本体５２と、該板状本体５２の外周縁から垂設される脚部５３とから構成されており、位置決め孔５１にはんだ箔３１ａ及び発熱素子３１を配置しても、絶縁基板３２が凸湾曲状に反っているために、発熱素子３１を絶縁基板３２の所定位置に実装することができなかった。
【０００５】
すなわち、図９に示すように、凸湾曲状の反った状態の絶縁基板３２上に従来の位置決め治具５０を配置すると、板状本体５２の位置決め孔５１の下端内壁部５６と、該位置決め孔５１における絶縁基板３２の最も外周縁寄りの上面との間に大きな隙間５５が現出する。
そのために、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１を位置決め孔５１内に配置しても、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１が絶縁基板３２の湾曲状に傾斜した上面に沿って矢印の方向に滑るように移動し隙間５５から位置決め孔５１の外部に出てしまい、発熱素子３１を絶縁基板３２の所定位置に実装することができなかった。
そこで、上述したような発熱素子３１の位置ズレを無くすために、はんだ箔３１ａの厚みを従来よりも厚くして対応可能であるが、コスト面の観点からはんだ箔３１ａの厚さを厚くする対策は好ましくない。
【０００６】
なお、特許文献１には、セラミック絶縁基板の裏面に、銅からなる金属層が銀ロウ付けにより接合され、一方、放熱板は銅と酸化銅粒子から構成されており、熱処理を施すことによってセラミック絶縁基板の裏面のＣｕ金属層と放熱板とを金属接合させることが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２１７３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１の発明では、セラミック絶縁基板の裏面に銅からなる金属層が銀ロウ付けで接合されると共に、放熱板は銅と酸化銅粒子から構成されており、セラミック絶縁基板の金属層と放熱板との熱膨張係数差を小さくすることができ、セラミック絶縁基板の反りも低減されることになるが、その反りが完全に無くなったわけではないので、セラミック絶縁基板上に実装される発熱素子の位置ズレを根本的に解決できるものではない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、素子を、反った状態の絶縁基板上に位置ズレを起すことなく所定位置に実装することのできる素子の位置決め治具及び実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段として、第１に、本発明の素子の位置決め治具は、素子を位置決めするための位置決め孔が形成され、絶縁基板を覆う下面に、前記絶縁基板の外周縁寄りで、且つ前記絶縁基板側に突出する凸部を設けたことを特徴としている。
また、第２に、本発明の素子の実装方法は、絶縁基板上に、前記した第１の本発明の素子の位置決め治具を配置して、前記位置決め治具の下面に形成した凸部を前記絶縁基板の外周縁寄りの上面に接触または近接させて、その後、該位置決め治具の位置決め孔内にはんだ箔および素子を配置し、素子を絶縁基板上に実装することを特徴としている。
【００１０】
これにより、位置決め治具を反った状態の絶縁基板に配置すると、絶縁基板を覆う下面に設けた絶縁基板側に突出する凸部が絶縁基板の外周縁寄りの上面に接触または近接するために、位置決め孔内でのはんだ箔及び素子の移動が規制されて、素子の位置ズレを防止でき、素子を絶縁基板の所定位置に実装することができる。
なお、本発明の素子の位置決め治具及び実装方法の各種態様およびそれらの作用については、以下の（発明の態様）の項において詳しく説明する。
【００１１】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態等に参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項乃至（３）項の各々が、請求項１乃至３の各々に相当し、（６）項及び（７）項の各々が、請求項４及び５の各々に相当する。
【００１２】
（１）冷却器上に溶着された絶縁基板上に素子を実装する際に使用される素子の位置決め治具であって、該位置決め治具には、素子を位置決めするための位置決め孔が形成され、前記絶縁基板を覆う下面に、前記絶縁基板の外周縁寄りで、且つ前記絶縁基板側に突出する凸部を設けたことを特徴とする素子の位置決め治具。
従って、（１）項の素子の位置決め治具では、絶縁基板を覆う下面に設けた絶縁基板側に突出する凸部が絶縁基板の外周縁寄りの上面に接触または近接するために、位置決め孔内でのはんだ箔及び素子の移動が規制され、素子の位置ズレが防止される。
【００１３】
（２）前記凸部は、前記位置決め治具の下面を凹設した段差部により設けられることを特徴とする（１）項に記載の素子の位置決め治具。
従って、（２）項の素子の位置決め治具では、位置決め治具の下面に、絶縁基板の外周縁寄りで、且つ絶縁基板側に突出する凸部を容易に形成できる。
【００１４】
（３）前記位置決め治具には位置決め孔が複数形成され、前記段差部は、前記位置決め治具の下面に、前記各位置決め孔の一部分を含む範囲に形成されることを特徴とする（２）項に記載の素子の位置決め治具。
従って、（３）項の素子の位置決め治具では、位置決め治具に位置決め孔が複数形成される場合でも、位置決め治具の下面に、絶縁基板の各位置決め孔の一部分を含む外周縁寄りで、且つ絶縁基板側に突出する凸部を容易に形成できる。
【００１５】
（４）前記凸部の高さは、反った状態の絶縁基板の上面の高低差の約１／２に設定されることを特徴とする（１）項〜（３）項のいずれかに記載の素子の位置決め治具。
従って、（４）項の素子の位置決め治具では、位置決め孔内でのはんだ箔及び素子の移動を確実に規制することができる。
【００１６】
（５）前記段差部は、平面視で矩形状または三角形状の範囲で形成されることを特徴とする（２）項〜（４）項のいずれかに記載の素子の位置決め治具。
従って、（５）項の素子の位置決め治具では、特に、段差部が平面視で三角形状の範囲で形成されると、絶縁基板が凸球面状で反った場合には、位置決め治具の下面に設けた凸部の角部が３点の位置で絶縁基板の上面に接触することになり、位置決め治具が安定するようになる。
【００１７】
（６）前記凸部は、前記位置決め治具の下面を凹設した曲面状凹部または多角錐状凹部により設けられることを特徴とする（１）項に記載の素子の位置決め治具。
従って、（６）項の素子の位置決め治具では、位置決め孔の下端内周壁が湾曲状に下方に向かって傾斜する絶縁基板の上面に沿うように傾斜して、位置決め治具の下面に、絶縁基板の外周縁寄りで、且つ絶縁基板側に突出する凸部が形成されるので、さらに素子の位置決め精度が向上される。
【００１８】
（７）冷却器上に溶着された絶縁基板上に素子を実装する実装方法であって、前記絶縁基板上に、（１）項〜（６）項のいずれかに記載した素子の位置決め治具を配置して、前記位置決め治具の下面に形成した凸部を前記絶縁基板の外周縁寄りの上面に接触または近接させて、その後、該位置決め治具の位置決め孔内にはんだ箔および素子を配置し、素子を絶縁基板上に実装することを特徴とする素子の実装方法。
従って、（７）項の素子の実装方法では、絶縁基板上に素子を実装する際には、絶縁基板上に、（１）〜（６）項のいずれかに記載の素子の位置決め治具を配置すれば、位置決め治具の下面に設けた絶縁基板側に突出した凸部が絶縁基板の外周縁寄りの上面に接触または近接するので、はんだ箔及び発熱素子は位置決め孔内での移動が規制されて位置決めされ、素子が絶縁基板上の所定位置に実装される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、素子を、反った状態の絶縁基板上に位置ズレを起すことなく所定位置に実装することのできる素子の位置決め治具及び実装方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図８に基いて詳細に説明する。
図１及び図３に示すように、発熱素子３１を絶縁基板３２上に実装するパワーモジュール３０は、この発熱素子３１からの熱を放熱するために、絶縁基板３２の裏面に冷却器３４がロウ付け３３されて構成されている。また、図２に示すように、絶縁基板３２上の所定位置に各発熱素子３１を実装する際には、本発明の実施の形態に係る位置決め治具１、１ａ、１ｂが使用される。
【００２１】
そして、本発明の実施の形態に係る素子の位置決め治具１、１ａ、１ｂは、絶縁基板３２が冷却器３４にロウ付け３３される際、図４に示すように、絶縁基板３２が凸湾曲状に反った場合でも、その絶縁基板３２上の所定位置に各発熱素子３１を実装することができるように改良されたものである。
本位置決め治具１、１ａ、１ｂは、図５、図７及び図８に示すように、カーボン製で形成され、絶縁基板３２を覆う板状本体２と、該板状本体２の外周縁から垂設される脚部３と構成されている。この位置決め治具１の板状本体２には、絶縁基板３２上に配置される発熱素子３１の数量に対応して、位置決め孔４が複数形成される。
【００２２】
次に、本発明の第１の実施形態に係る位置決め治具１を図５に基いて説明する。
第１の実施形態に係る位置決め治具１は、その板状本体２が長方形状に形成され、その長手方向に沿って２穴の位置決め孔４が並んで形成されている。各位置決め孔４は矩形状に形成されている。また、板状本体２の下面には、その長手方向においては、隣接する位置決め孔４の略半分の領域を含み、また、短手方向においては、板状本体２の短手側全長に至る平面視矩形状の範囲（図５の斜線部）を凹設した段差部５が形成されている。この段差部５の形成により、板状本体２の下面に、絶縁基板３２の各位置決め孔４の略半分を含む外周縁寄りで、且つ絶縁基板３２側に突出する凸部６が形成される。
【００２３】
なお、板状本体２の下面に設けた凸部６の高さＮは、図４に示す、凸湾曲状に反った状態の絶縁基板３２の上面の高低差Ｍが０．１〜０．１５ｍｍであるとすると、０．０５〜０．０７５ｍｍの範囲内で設定される。すなわち、凸部６の高さＮは、凸湾曲状に反った状態の絶縁基板３２の上面の高低差Ｍに対して約１／２に設定される。そこで、はんだ箔３１ａの厚みは略０．１ｍｍであり、発熱素子３１の厚みは略０．３ｍｍである。
【００２４】
そして、図２に示すように、第１の実施形態に係る位置決め治具１を使用して、各発熱素子３１を凸湾曲状に反った絶縁基板３２の上面の所定位置に実装する際には、図６（ａ）に示すように、本位置決め治具１を絶縁基板３２の上方から被せるように配置する。
すると、図６（ａ）に示すように、位置決め治具１の脚部３の内面が絶縁基板３２の外面に接触する。これと同時に、位置決め治具１の板状本体２の下面の略中央部分が反った状態の絶縁基板３２の頂面に接触または近接し、板状本体２の下面に設けた凸部６の角部１２が絶縁基板３２で外周縁寄りの上面に接触すると共に、凸部６側の各位置決め孔４の下端内周壁８が、各位置決め孔４における絶縁基板３２の最も外周縁寄りの上面に限りなく近接する。なお、この凸部６側の各位置決め孔４の下端内周壁８と、各位置決め孔４における絶縁基板３２の最も外周縁寄りの上面との間の隙間１０は、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１が挿通できるような高さではない。
【００２５】
その後、絶縁素子３２に配置された位置決め治具１の各位置決め孔４内に、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１を配置する。
すると、各位置決め孔４内のはんだ箔３１ａ及び発熱素子３１は、絶縁基板３２の短手方向及び長手方向において、板状本体２に設けた凸部６によりそれぞれの方向への移動が規制されて位置決めされる。その後、各はんだ箔３１ａに熱を付与することにより各発熱素子３１が絶縁基板３２上の所定位置に実装される。
【００２６】
次に、第２の実施形態に係る位置決め治具１ａを図７に基いて説明する。
第２の実施形態に係る位置決め治具１ａは、その板状本体２が正方形状に形成され、位置決め孔４が４穴形成されている。また、板状本体２の下面には、全ての位置決め孔４の一部を含む範囲の平面視三角形状（図７の斜線部）で凹設した段差部５が形成されている。
その結果、板状本体２の下面には、第１の実施形態に係る位置決め治具１と同様に、絶縁基板３２の各位置決め孔４の一部を含む外周縁寄りで、且つ絶縁基板３２側に突出する凸部６（図７には示されていない）が形成されるようになる。
【００２７】
そして、第２の実施形態に係る位置決め治具１ａでは、絶縁基板３２の反りの形状にも依存されるが、例えば、絶縁基板３２が凸球面状に反っていれば、図７の３点（符号Ｐ１）の位置で、板状本体２の下面に設けた凸部６の角部（図６（ａ）に示す角部１２に相当）が、絶縁基板３２の上面に接触することになり、位置決め治具１ａが安定するようになる。
なお、第２の実施形態に係る位置決め治具１ａのその他の作用については、第１の実施形態に係る位置決め治具１と同じであるためここでの説明を省略する。
【００２８】
次に、第３の実施形態に係る位置決め治具１ｂを図８に基いて説明する。
第３の実施形態に係る位置決め治具１ｂは、その板状本体２の下面に三角錐状凹部５ａを凹設することにより、各位置決め孔４の下端内周壁が湾曲状に下方に向かって傾斜する絶縁基板３２の上面に沿うように傾斜して、第１及び第２の実施形態に係る位置決め治具１、１ａと同様に、板状本体２の下面に、絶縁基板３２の外周縁寄りで、且つ絶縁基板３２側に突出する凸部６が形成される。
なお、本実施の形態では、板状本体２の下面に三角錐状凹部５ａを凹設しているが、曲面状凹部を凹設しても良い。
【００２９】
そして、第３の実施形態に係る位置決め治具１ｂを、反った状態の絶縁基板３２に配置すると、板状本体２の下面に形成した凸部６が絶縁基板３２の外周縁寄りの上面に接触または近接するので、各位置決め孔４内に配置されたはんだ箔３１ａ及び発熱素子３１は、その移動が規制されて位置決めされる。
【００３０】
以上説明したように、本発明の第１及び第２の実施形態に係る位置決め治具１、１ａでは、その板状本体２の下面に板状本体２に複数設けられた位置決め孔４の一部を含む範囲の段差部５を凹設することにより、板状本体２の下面に、絶縁基板３２の各位置決め孔４の一部を含む外周縁寄りで、且つ絶縁基板３２側に突出する凸部６を形成したので、本位置決め治具１、１ａを凸湾曲状で反った状態の絶縁基板３２上に配置すると、板状本体２の下面に設けた凸部６が絶縁基板３２の各位置決め孔４の一部を含む外周縁寄りの上面に接触または近接する。
これにより、各位置決め孔４内のはんだ箔３１ａ及び発熱素子３１は、凸部６により各位置決め孔４内での移動が規制されて位置決めされ、発熱素子３１が所定位置に実装される。
【００３１】
また、第２の実施形態の位置決め治具１ａでは、板状本体２の下面を凹設した段差部５の平面視形状を三角形状にすることにより、特に、絶縁基板３２が凸球面状で反った場合には、板状本体２の下面に設けた凸部６の角部（図６（ａ）に示す角部１２に相当）が３点の位置で絶縁基板３２の上面に接触するために、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１を絶縁基板３２上に実装する際に該位置決め治具１ａを若干押える必要があるが、その３点の接触位置を押えることにより位置決め治具１ａを安定した状態で維持できる。
【００３２】
さらに、第３の実施形態に係る位置決め治具１ｂでは、板状本体２の下面に三角錐状凹部５ａを凹設することにより、各位置決め孔４の下端内周壁が湾曲状に下方に向かって傾斜する絶縁基板３２の上面に沿うように傾斜して、板状本体２の下面に、絶縁基板３２の外周縁寄りで、且つ絶縁基板３２側に突出する凸部６が形成される。これにより、はんだ箔３１ａ及び発熱素子３１の位置決め精度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、パワーモジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）のＡ部を拡大した分解組立図である。
【図３】図３は、図１（ｂ）のＢ部の拡大図である。
【図４】図４は、絶縁基板が反った様子を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る位置決め治具を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第１の実施形態に係る位置決め治具が絶縁基板に配置された状態の断面図で、（ｂ）は、はんだ箔及び発熱素子が位置決め孔内に配置された状態の断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る位置決め治具を示した平面図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る位置決め治具を示した断面図である。
【図９】図９は、従来の位置決め治具を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１ａ、１ｂ  位置決め治具，２  板状本体，４  位置決め孔，５  段差部、５ａ  三角錐状凹部，６  凸部，１２  角部，３０  パワーモジュール，３１  発熱素子，３１ａ  はんだ箔，３２  絶縁基板，３３  ロウ付け，３４  冷却器，
【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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