(57)【要約】      （修正有）【課題】プレス刃と拡幅溝の当たりを均一にでき、フィンと金属ベース間のフィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を製造することができる放熱器製造装置と半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】金属ベース４と放熱フィン５とを含み、金属ベースに設けられた凸部４aの上の溝４gを押し拡げることによって前記放熱フィンがその一端部で金属ベースに固定される放熱器を製造する放熱器製造装置であって、放熱フィンの側面に沿って移動して溝を押し拡げるプレス刃を備え、プレス刃を放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けた。【選択図】図１
2012236223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースと放熱フィンとを含み、金属ベースに設けられた凸部の上の溝を押し拡げることによって前記放熱フィンがその一端部で前記金属ベースに固定される放熱器を製造する放熱器製造装置であって、
前記放熱フィンの側面に沿って移動して前記溝を押し拡げるプレス刃を備え、
該プレス刃が前記放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けられたことを特徴とする放熱器製造装置。
【請求項２】
前記プレス刃は、前記溝の長手方向に平行な稜線を有する楔形状の先端部を有し、該先端部は前記溝を押し拡げる際に前記稜線が前記溝の長手方向に伸びる中心線に一致するように移動可能に設けられている請求項１記載の放熱器製造装置。
【請求項３】
ガイド上板とガイド側板とを有するアウターガイド板と、前記プレス刃を前記稜線に直交する方向に貫通し該プレス刃の両側でガイド側板に固定された支持軸とをさらに備え、前記プレス刃が支持軸の軸方向に移動可能にアウターガイド板に支持された請求項１又は２に記載の放熱器製造装置。
【請求項４】
前記プレス刃の後端面は、その後端面の一部で前記ガイド上板の下面に接するように曲面となっている請求項３記載の放熱器製造装置。
【請求項５】
貫通孔を有する弾性部材を前記プレス刃の両側に有し、前記貫通孔に前記支持軸が貫通して該弾性部材によって前記プレス刃の位置が初期設定された請求項３又は４記載の放熱器製造装置。
【請求項６】
前記弾性部材は、前記貫通孔から両端部に向かって湾曲した皿バネである請求項５記載の放熱器製造装置。
【請求項７】
前記弾性部材は、弾性体からなる請求項５記載の放熱器製造装置。
【請求項８】
前記金属ベースが前記凸部と交互に設けられた固定凸部を有し、溝が押し拡げられた前記凸部と前記固定凸部とによって前記放熱フィンが固定される放熱器を製造するための放熱器製造装置であって、前記固定凸部に対向する位置にフィンガイド板をさらに有する請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の放熱器製造装置。
【請求項９】
半導体素子と前記放熱器を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記金属ベースの前記凸部が形成された面とは異なる面に前記半導体素子を接合し、前記金属ベースの接合部を含む一部を内包するように前記半導体素子を樹脂封止した後に、請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の放熱器製造装置を使用して前記放熱フィンを前記金属ベースに固定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱器製造装置とその放熱器製造装置を使用する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パワー半導体素子が発生する熱を放熱するヒートシンクは、ダイキャスト成形や押出し成形でフィンとベースを一体化したものと、フィンとベースを個別化して組み合わせたものとがある。
個別化されたフィンとベースを組み合わせたものは、フィンと金属ベースを個別化することで、押出成形やダイキャスト成形で必要な金型に対する強度面での制約が少なく、狭いフィンピッチや長いフィン長を実現できることから、半導体装置の小型化や低コスト化に有効である。
また、フィンと金属ベースを組み合わせる際の嵌合方法としてカシメ工法が挙げられる。例えば、特許文献1には、金属ベースに形成された溝に１つ置きにフィンを挿入して、フィンが挿入されていない溝にプレス刃を挿入することによりフィンを金属ベースに嵌合させる方法が開示されている。すなわち、特許文献１では、フィンとプレス刃が隣あうように配列されて、プレス刃が直上から溝にプレス荷重を与えて拡幅することで、１枚のフィンは嵌合される。特許文献１では、フィンが挿入される溝と拡幅される溝の深さや配置される高さは同じである。そのため、フィンの両側の拡幅された溝による固定位置の高さはほぼ同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０２７８６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のフィンと金属ベースのカシメ工法は、金属ベース溝を拡幅する際、金属ベース溝の所定の位置にプレス刃を精度よく当てることが必ずしも容易でなく、プレス刃が位置ずれを起こした状態で溝に荷重されることがあった。このような荷重の偏りがあると、溝の拡幅量に差が生じて、フィンの嵌合状態が不安定になり、十分なフィンによる冷却性能を確保できないことになる。
例えば、特許文献１に示された構造では、一枚のフィンに対して、左右からプレス刃が加圧力を与え、嵌合部を変形させることにより、かしめ加工を行っている。ここで、プレス刃が左右のどちらかにずれた状態でかしめ加工を行ったとすると、片側の加圧力は増すが、他方の加圧力が減ることになる。そのため位置ズレ量が大きくなると、かしめ部の嵌合力のアンバランスが大きく、結果として接触熱抵抗が大きくなってしまうことが懸念される。
【０００５】
そこで、本発明は、プレス刃と拡幅溝の当たりを均一にでき、フィンと金属ベース間のフィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を製造することができる放熱器製造装置と半導体装置の製造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】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明に係る放熱器製造装置は、金属ベースと放熱フィンとを含み、金属ベースに設けられた凸部の上の溝を押し拡げることによって前記放熱フィンがその一端部で前記金属ベースに固定される放熱器を製造する放熱器製造装置であって、前記放熱フィンの側面に沿って移動して前記溝を押し拡げるプレス刃を備え、
該プレス刃が前記放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けられたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子と前記放熱器を備えた半導体装置の製造方法であって、前記金属ベースの前記凸部が形成された面とは異なる面に前記半導体素子を接合し、前記金属ベースの接合部を含む一部を内包するように前記半導体素子を樹脂封止した後に、請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の放熱器製造装置を使用して前記放熱フィンを前記金属ベースに固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように構成された本発明に係る放熱器製造装置によれば、前記プレス刃が前記放熱フィンの側面に交差する方向に移動可能に設けられているので、プレス刃と拡幅溝の当たりを均一にでき、フィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を製造することができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記本発明に係る放熱器製造装置を用いるので、フィンと金属ベース間の嵌合性が高く、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低い放熱器を備えた半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る放熱器製造装置によって製造される放熱器の断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態１の放熱器製造装置におけるプレス刃アッセンブリの構成を示す断面図である。
【図３】実施形態１のプレス刃アッセンブリにより、かしめ加工を行った後の様子を模式的に示す断面図である。
【図４】図２に示すプレス刃アッセンブリを備えた実施形態１の放熱器製造装置の側面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ線についての断面図である。
【図６】本発明に係る実施形態１の変形例の放熱器製造装置の断面図である。
【図７】本発明に係る実施形態２の放熱器製造装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明に係る実施形態３の放熱器製造方法により作製される放熱器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
実施形態１．
図１は、本発明に係る放熱器製造装置によって製造される放熱器であり、半導体装置のヒートシンクとして用いられる。また、図２は、本発明に係る実施形態１の放熱器製造装置におけるプレス刃８のプレス刃アッセンブリを実現するための構成を示す断面図であり、図３は、実施形態１の放熱器製造装置により、かしめ加工を行った後の様子を模式的に示す断面図である。
以下、図１〜図３を参照しながらプレス刃８のセルフアライメント機構について説明する。
【００１１】
まず、本実施形態１の放熱器製造装置が適用される放熱器の一例を図１を参照しながら説明する。
図１の放熱器は、金属ベース４と放熱フィン５からなり、放熱フィン５が金属ベース４の上面にそれぞれ形成された凸部４ａと固定凸部４ｂの間の嵌合溝に設けられる。
ここで、凸部４ａの上面には拡幅溝４ｇが形成されており、拡幅溝４ｇが後述するプレス刃８により拡幅されて放熱フィン５が嵌合溝に固定される。また、固定凸部４ｂは、凸部４ａより高く形成することが好ましく、これにより、後述のかしめ工程により、確実にかつ安定して放熱フィン５を固定できる。
【００１２】
次に、本発明に係る実施形態１の放熱器製造装置において、プレス刃８が拡幅溝４ｇを押し拡げる際にその先端部の中心が拡幅溝４ｇの長手方向に伸びる中心線に一致するように移動するセルフアライメント機構を実現する基本構成（プレス刃アッセンブリ）について説明する。
【００１３】
本発明に係る実施形態１のプレス刃アッセンブリは、図２に示すように、放熱フィン５の側面に沿って下方に移動して拡幅溝４ｇを押し拡げるプレス刃８を備えており、そのプレス刃８が水平方向（放熱フィン５の側面に直交する方向）に移動可能に設けられている。
【００１４】
具体的には、実施形態１のプレス刃アッセンブリにおいて、プレス刃８は、拡幅溝４ｇを押し拡げるために、楔型の先端部８ａを有し、先端部８ａの稜線８ｒが拡幅溝４ｇの直上に位置するように支持軸１２によって支持されている。プレス刃８は、プレス刃８に形成された貫通孔に支持軸１２が挿入されて所定の高さで支持されており、プレス刃８が支持軸１２の軸方向に移動することができる程度に、プレス刃８の貫通孔と支持軸１２の間には隙間が設けられている。
【００１５】
また、実施形態１のプレス刃アッセンブリでは、プレス刃８の他に固定凸部４ｂ対向するように設けられたフィンガイド板１０を有し、プレス刃８とフィンガイド板１０とが交互に設けられている。フィンガイド板１０は、プレス刃８と同様、フィンガイド板１０に形成された貫通孔に支持軸１２が挿入されて所定の高さで支持されている。尚、フィンガイド板１０は、支持軸１２の軸方向に移動できるように構成してもよいし、支持軸１２に固定されていてもよい。
【００１６】
そして、プレス刃８とフィンガイド板１０の間には、例えば、皿バネ９ａからなる弾性部材９が設けられている。皿バネ９ａは中心に貫通孔を有し、２つの皿バネ９ａが凸面が接触するようにプレス刃８とフィンガイド板１０の間に設けられる。この弾性部材９によって、プレス刃８は、先端部８ａの稜線８ｒが拡幅溝４ｇの直上に位置するように初期設定される。
【００１７】
以上のように構成された実施形態１の放熱器製造装置において、プレス刃アッセンブリを、放熱フィン５の側面に沿ってプレス刃８を下降させると、以下のようにセルフアライメント機構が働き、拡幅溝４ｇを左右均等に押し広げることができる。
例えば、プレス刃８の先端部８ａが拡幅溝４ｇの両側の側壁の一方の側壁に先に接したとすると、プレス刃８が他方の側壁の側に移動して両方の側壁に接した後に均等に両側の側壁を押し広げるように加圧する。
また、プレス刃８の先端部８ａが拡幅溝４ｇの両側の側壁に同時に接した場合には、そのまま左右に移動することなく両側の側壁を押し広げるように加圧する。
【００１８】
以上のようにして、実施形態１のプレス刃アッセンブリは、例えば、金属ベース４の加工バラツキ等により、拡幅溝４ｇに対してプレス刃８が位置ずれを起こしているような場合であっても、拡幅溝４ｇを押し拡げる際に先端部８ａの稜線８ｒが拡幅溝４ｇの長手方向に伸びる中心線に一致するように移動して（セルフアライメント機構）、常に、拡幅溝４ｇを左右均等に押し広げることができる（図３）。
また、かしめ加工が完了し、プレス力を開放した時には、自動的に初期位置にプレス刃８が戻る。
【００１９】
以上のプレス刃アッセンブリを備えた実施形態１の放熱器製造装置によれば、金属ベース４の拡幅溝寸法や位置の加工精度の緩やかにすることができ、金属ベースの低コスト化が可能となる。
尚、プレス刃アッセンブリにおけるプレス刃８の移動可能な範囲（遊び変位量）は、例えば、モールド樹脂とベースの線膨張係数の差、アフターキュア温度と常温の差、金属ベース４の長さを基に想定される加工バラツキが吸収できるように、設定される。
【００２０】
以下、上記プレス刃アッセンブリを備えた実施形態１の放熱器製造装置の全体構成を図４及び図５を参照しながら説明する。
プレス刃８とフィンガイド板１０と弾性部材９が支持軸１２に支持されてなるプレス刃アッセンブリは、例えば、図４及び図５に示すように、ガイド上板１１ａとガイド側板１１ｂとを有するアウターガイド板１１に組み込まれる。
尚、図４及び図５には、２つの支持軸１２によってプレス刃８とフィンガイド板１０とが支持されたプレス刃アッセンブリを用いて構成した例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、支持軸は１以上あればよい。
【００２１】
具体的には、アウターガイド板１１は、ガイド上板１１ａの両端部にガイド側板１１ｂが取り付けられてなる。ガイド側板１１ｂにはそれぞれ、支持軸１２を支える孔が設けられている。このアウターガイド板１１にプレス刃アッセンブリのプレス刃８の上面とフィンガイド板１０の上面とがガイド上板１１ａの下面に接するようにプレス刃アッセンブリが取り付けられる。また、支持軸１２をガイド側板１１ｂに固定する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、図４及び図５に示すように、支持軸１２の先端部分に形成されたねじ部にガイド側板１１ｂの外側からボルト１３で固定するようにすればよい。
【００２２】
以上の実施形態１に係る放熱器製造装置のプレス刃アッセンブリでは、弾性部材９として皿ばねを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示すリング状弾性体（硬質ゴム、弾性樹脂）を用いて構成してもよい。
【００２３】
また、本実施形態１において、プレス刃８の上端面８ｂは、平坦に加工されており、平坦なアウターガイド板に接している。このためプレス刃８がずれて金属ベース４の拡幅溝４ｇに対して垂直に押圧されて来た場合、水平方向の力が働くが、このとき各プレス刃８は皿バネ９ａおよび上端面８ｂの平坦面およびアウターガイド板の平坦面の作用により、垂直加圧力を与えながら、水平に移動し、かしめ加工の片当たりを自動的に防止する。
このましくプレス刃８の上端面８ｂとアウターガイド板の下面とを平滑面に仕上げておくことで、より水平移動の容易にでき、安定なかしめ加圧が可能となる。
また、皿バネ９ａのバネ定数を適切な値に設定することでプレス刃８のスムースな移動を確保するとともに安定したかしめ加工を両立できる。
【００２４】
しかしながら、本発明では、プレス刃８の上端面８ｂを以下の実施形態２のように曲面にすることもできる。
【００２５】
実施形態２．
本発明に係る実施形態２の放熱器製造装置は、図７に示すように、プレス刃８の後端面８ｂがその後端面の一部でガイド上板の下面に接するように凹円弧状の曲面となっている以外は、実施形態１の放熱器製造装置と同様に構成される。
【００２６】
以上のように構成された実施形態２の放熱器製造装置では、プレス刃８の後端面８ｂが凹円弧状に形成されているため、プレス刃８が凸部４ａの拡幅溝４ｇの中心に向けてセルフアライメントする際、プレス刃８の後端面８ｂとアウターガイド板１１との摩擦を小さくできるため、プレス刃８の移動が容易となる。これにより、フィン５と金属ベース４の嵌合処理をスムースにでき、処理スループット改善となり、大幅な生産性向上に寄与できる。
なお、フィンガイド板１０の終端表面（アウターガイド板１１と接触する面）は、後端面８ｂと同様、凹円弧状にしてもよいし、フラット（平面）のままでもよい。
【００２７】
以上の実施形態１及び実施形態２の放熱器製造装置では、主として、プレス刃８がその加圧移動方向と直交する横方向に移動して溝４ｇの中心に向けてセルフアライメントする機構を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、横方向に移動に代え、又は横方向に移動に加えて、例えば、実施形態２における円弧状の後端面８ｂの中心軸を中心とした回転による先端部の移動により、プレス刃の位置ずれ追従機能が果たされていてもよい。このような回転移動又は回転移動を伴っていても、プレス刃のアスペクト比（プレス刃の厚さに対する加圧方向の長さの比）が十分大きいため、加圧方向における変動がほとんどない状態で、実質的に先端部だけが移動するような動きが実現できる。また、図示しない図の前後方向の端部の軸支えなどを更に備えることで、プレス加工が終了してプレス刃を上昇させる時の（もしくはワークを下降させるときの）プレス刃の脱落を防止でき、強いかしめ力にまで対応可能となる。
【００２８】
実施形態３．
本発明に係る実施形態３は、実施形態１又は２の放熱器製造装置に用いた半導体装置の製造方法に係るものである。
まず、本実施形態３の半導体装置の製造方法により作製される半導体装置の構成を図８を参照しながら説明する。
図８の半導体装置は、図１に示す放熱器と、金属ベース４の下面に絶縁シート１を介して固着されたフレーム２ａと、半導体素子３と、半導体素子３にワイヤにより接続されたフレーム２ｂとを備え、金属ベース４の固定凸部４ｂと拡幅凸部４ａとを除くベース部分（接合部）が半導体素子３とともにモールド樹脂封止されている。
【００２９】
そして、本発明に係る実施形態３の半導体装置の製造方法では、半導体素子３を金属ベース４に接合して樹脂封止した後に、実施形態１又は２の放熱器製造装置に用いて拡幅溝４ｇを加圧して放熱フィン５を金属ベース４に嵌合固定する。
【００３０】
このように、樹脂封止した後に、拡幅溝４ｇを加圧して放熱フィン５を嵌合固定しようとすると、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂で封止した場合、硬化温度は通常１８０℃とするが、この硬化温度から常温に戻る過程で、モールド樹脂６に内包される部分の構成材料が複数あるため、線膨張係数の違いにより反りが発生して、固定凸部４ｂと拡幅凸部４ａとの位置精度が悪化する。しかしながら、
実施形態３の半導体装置の製造方法では、実施形態１又は２の放熱器製造装置に用いているので、そのセルフアライメント機能により拡幅溝４ｇを偏って加圧することがなく、安定したかしめ加工が可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１  絶縁シート
２  フレーム
３  半導体素子
４  金属ベース
４ａ  凸部
４ｂ  固定凸部
４ｇ  拡幅溝
５  放熱フィン
６  モールド樹脂
８  プレス刃
８ａ  楔形状の先端部
８ｂ  上端面
８ｒ  稜線
９  弾性部材
９ａ  皿バネ
９ｂ  弾性体
１０  フィンガイド板
１１ａ  ガイド上板
１１ｂ  ガイド側板
１１  アウターガイド板
１２  支持軸
【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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