特許 6930189 モジュールの製造方法、はんだ、およびモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6930189

(24)【登録日】2021年8月16日

(45)【発行日】2021年9月1日

(54)【発明の名称】モジュールの製造方法、はんだ、およびモジュール

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/34 20060101AFI20210823BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20210823BHJP

   B23K 1/14 20060101ALI20210823BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20210823BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/34 505A

   H01L21/52 C

   B23K1/14 Z

   B23K1/00 330E

【請求項の数】15

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-78285(P2017-78285)

(22)【出願日】2017年4月11日

(65)【公開番号】特開2018-182025(P2018-182025A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2020年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 孝志

【審査官】 鹿野 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２９８２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２８１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７２５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１７８２６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ ３／３４

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｂ２３Ｋ １／１４

Ｂ２３Ｋ ３／００

Ｂ２３Ｋ ３５／００

Ｈ０５Ｋ ３／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面および第２面を含む板部と、当該板部から前記第１面側に突起した複数の第１突起部と、前記板部から前記第２面側に突起した複数の第２突起部とを有する第１はんだを準備し、
前記第１突起部を挿入するための凹部を含む第１被接合部材を前記第１面側に設け、
当該凹部に前記第１突起部を挿入した状態で、前記第１はんだおよび前記第１被接合部材をリフローし、
前記第１突起部と前記第２突起部とが、それぞれ前記板部の四隅を挟んで配置されている
モジュールの製造方法。

【請求項2】

第１面および第２面を含む板部と、当該板部から前記第１面側に突起した第１突起部と、前記板部から前記第２面側に突起した第２突起部とを有する第１はんだを準備し、
前記第１突起部を挿入するための凹部を含む第１被接合部材を前記第１面側に設け、
当該凹部に前記第１突起部を挿入した状態で、前記第１はんだおよび前記第１被接合部材をリフローし、
前記第１被接合部材と異なる第２被接合部材を前記第２面側に設け、
前記第２被接合部材の端部に前記第２突起部を接触させ、
前記第２被接合部材の前記端部に前記第２突起部を接触させた状態で、前記第１はんだおよび前記第２被接合部材をリフローする
モジュールの製造方法。

【請求項3】

前記第１被接合部材は、前記第１面側に接合される放熱板を含み、
前記第２被接合部材は、前記第２面側に接合される第１回路パターンを含む
請求項２に記載のモジュールの製造方法。

【請求項4】

平面視で、前記第１突起部および前記第２突起部は、前記第１はんだの前記板部の中心に対して点対称に設けられる
請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュールの製造方法。

【請求項5】

前記第１突起部は、前記第１面に対して、４５度以上、９０度以下の開放角度を有する
請求項１から４のいずれか一項に記載のモジュールの製造方法。

【請求項6】

前記凹部の幅は、前記第１はんだの厚みの１．５倍以上、２倍以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載のモジュールの製造方法。

【請求項7】

第１面および第２面を含む板部と、当該板部から前記第１面側に突起した第１突起部とを有する第１はんだを準備し、
前記第１突起部を挿入するための凹部を含む第１被接合部材を前記第１面側に設け、
当該凹部に前記第１突起部を挿入した状態で、前記第１はんだおよび前記第１被接合部材をリフローし、
第３面および第４面を含む板部と、当該板部から前記第３面側に突起した第３突起部とを有する第２はんだを準備し、
前記第３突起部を挿入するための凹部を含む第３被接合部材を前記第３面側に設け、
当該凹部に前記第３突起部を挿入した状態で、前記第２はんだおよび前記第３被接合部材をリフローする
モジュールの製造方法。

【請求項8】

前記第２はんだは、前記第２はんだの前記板部から前記第４面側に突起した第４突起部をさらに有する
請求項７に記載のモジュールの製造方法。

【請求項9】

前記第３被接合部材と異なる第４被接合部材の端部に前記第４突起部を接触させ、
前記第４被接合部材の前記端部に前記第４突起部を接触させた状態で、前記第２はんだおよび前記第４被接合部材をリフローする
請求項８に記載のモジュールの製造方法。

【請求項10】

前記第３被接合部材は、前記第３面側に接合される絶縁基板を含み、
前記第４被接合部材は、前記第４面側に接合される半導体素子を含む
請求項９に記載のモジュールの製造方法。

【請求項11】

前記第３被接合部材は、前記第３突起部を挿入するための凹部を有し、前記第３面と前記絶縁基板との間に設けられた第２回路パターンを更に含み、
前記第２回路パターンの凹部は、前記第２回路パターンを貫通する
請求項１０に記載のモジュールの製造方法。

【請求項12】

前記第３被接合部材が有する前記凹部の前記第３被接合部材の外周に対する比率は、前記第１被接合部材が有する前記凹部の前記第１被接合部材の外周に対する比率よりも大きい
請求項１１に記載のモジュールの製造方法。

【請求項13】

第１面および第２面を含む板部と、当該板部から前記第１面側に突起した第１突起部と、前記板部から前記第２面側に突起した第２突起部とを有する第１はんだを準備し、
前記第１突起部を挿入するための凹部を含む第１被接合部材を前記第１面側に設け、
当該凹部に前記第１突起部を挿入した状態で、前記第１はんだおよび前記第１被接合部材をリフローし、
第５面および第６面を含む板部と、当該板部から前記第５面側に突起した第５突起部と、当該板部から前記第６面側に突起した第６突起部とを有する第３はんだを準備し、
前記第１被接合部材上において前記第１はんだで位置合わせされた第１素子と、前記第１被接合部材上において前記第３はんだで位置合わせされた第２素子を設け、
前記第１素子と前記第２素子とが対向する辺において、前記第１突起部が前記第６突起部と対向し、前記第２突起部が前記第５突起部と対向する
モジュールの製造方法。

【請求項14】

第１面および第２面を含む板部と、前記板部から前記第１面側に突起した複数の第１突起部と、前記板部から前記第２面側に突起した複数の第２突起部とを有し、
前記第１突起部と前記第２突起部とが、それぞれ前記板部の四隅を挟んで配置されている
はんだ。

【請求項15】

平面視で、前記第１突起部および前記第２突起部は、前記板部の中心点に対して点対称に設けられる
請求項１４に記載のはんだ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モジュールの製造方法、はんだ、およびモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、はんだにより絶縁基板と放熱板とを接合したモジュールが知られている（例えば、特許文献１−３参照）。
特許文献１ 特開２０１０−０６２２０３号公報
特許文献２ 特開２０１３−２２９３６３号公報
特許文献３ 特開２０１３−１１５２９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、従来のモジュールでは、絶縁基板と放熱板との位置合わせ用の治具を設ける必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、第１面および第２面を含む板部と、当該板部から第１面側に突起した第１突起部とを有する第１はんだを準備し、第１突起部を挿入するための凹部を含む第１被接合部材を第１面側に設け、当該凹部に第１突起部を挿入した状態で、第１はんだおよび第１被接合部材をリフローするモジュールの製造方法を提供する。

【0005】

第１はんだは、板部から第２面側に突起した第２突起部をさらに有してよい。

【0006】

第１被接合部材と異なる第２被接合部材を第２面側に設け、第２被接合部材の端部に第２突起部を接触させてよい。第２被接合部材の端部に第２突起部を接触させた状態で、第１はんだおよび第２被接合部材をリフローしてよい。

【0007】

第１被接合部材は、第１面側に接合される放熱板を含んでよい。第２被接合部材は、第２面側に接合される第１回路パターンを含んでよい。

【0008】

平面視で、第１突起部および第２突起部は、第１はんだの板部の中心に対して点対称に設けられてよい。

【0009】

第１突起部は、第１面に対して、４５度以上、９０度以下の開放角度を有してよい。

【0010】

凹部の幅は、第１はんだの厚みの１．５倍以上、２倍以下であってよい。

【0011】

第３面および第４面を含む板部と、当該板部から第３面側に突起した第３突起部とを有する第２はんだを準備してよい。第３突起部を挿入するための凹部を含む第３被接合部材を第３面側に設けてよい。当該凹部に第３突起部を挿入した状態で、第２はんだおよび第３被接合部材をリフローしてよい。

【0012】

第２はんだは、第２はんだの板部から第４面側に突起した第４突起部をさらに有してよい。

【0013】

第３被接合部材と異なる第４被接合部材の端部に第４突起部を接触させてよい。第４被接合部材の端部に第４突起部を接触させた状態で、第２はんだおよび第４被接合部材をリフローしてよい。

【0014】

第３被接合部材は、第３面側に接合される絶縁基板を含んでよい。第４被接合部材は、第４面側に接合される半導体素子を含んでよい。

【0015】

第３被接合部材は、第３突起部を挿入するための凹部を有し、第３面と絶縁基板との間に設けられた第２回路パターンを更に含んでよい。第２回路パターンの凹部は、第２回路パターンを貫通してよい。

【0016】

第３被接合部材が有する凹部の第３被接合部材の外周に対する比率は、第１被接合部材が有する凹部の第１被接合部材の外周に対する比率よりも大きくてよい。

【0017】

第５面および第６面を含む板部と、当該板部から第５面側に突起した第５突起部と、当該板部から第６面側に突起した第６突起部とを有する第３はんだを準備してよい。第１被接合部材上において第１はんだで位置合わせされた第１素子と、第１被接合部材上において第３はんだで位置合わせされた第２素子を設けてよい。第１素子と第２素子とが対向する辺において、第１突起部が第６突起部と対向し、第２突起部が第５突起部と対向してよい。

【0018】

本発明の第２の態様においては、第１面および第２面を含む板部と、板部から第１面側に突起した第１突起部とを有するはんだを提供する。

【0019】

板部から第２面側に突起した第２突起部を更に有してよい。

【0020】

はんだは、複数の第１突起部および複数の第２突起部を有してよい。第１突起部と第２突起部とが、それぞれ板部の四隅を挟んで配置されてよい。

【0021】

はんだは、平面視で、第１突起部および第２突起部は、板部の中心点に対して点対称に設けられてよい。

【0022】

本発明の第３の態様においては、はんだと、はんだの外周に設けられた凹部を有する第１被接合部材とを備え、凹部は、はんだの外周を部分的に囲って設けられているモジュールを提供する。

【0023】

はんだは、第１はんだと第３はんだとを含んでよい。モジュールは、第１被接合部材上において第１はんだで接合された第１素子と、第１被接合部材上において第３はんだで接合された第２素子とを備えてよい。第１素子と第２素子とが対向する辺において、第１素子に対応して設けられた凹部は、第２素子に対応して設けられた凹部と対向しなくてよい。

【0024】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】はんだ１０の平面図および断面図の一例を示す。

【図2】図１に係るはんだ１０を形成するためのはんだ材４０の一例である。

【図3A】組み立て中のモジュール１００の平面図および断面図の一例を示す。

【図3B】リフロー後のモジュール１００の平面図および断面図の一例を示す。

【図4】突起部１２および凹部２１を説明するための図である。

【図5A】組み立て中のモジュール１００の構成の一例を示す。

【図5B】リフロー後のモジュール１００の平面図および断面図の一例を示す。

【図6】はんだ１０およびはんだ６０の配列方法の一例を示す。

【図7】はんだ１０の構成の一例を示す。

【図8】モジュール１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図9】比較例に係るモジュール５００の位置出し工程の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0027】

図１は、はんだ１０の平面図および断面図の一例を示す。平面図は、はんだ１０をＺ軸方向の正側から負側に視た図を示す。断面図は、はんだ１０の平面図のＡ−Ａ'断面図を示す。はんだ１０は、板部１１と、突起部１２と、突起部１３とを備える。

【0028】

板部１１は、はんだ１０の平面状に形成された部材である。板部１１は、第１面および第２面を含む。本明細書において、板部１１の第１面側をＺ軸の負側とし、板部１１の第２面側をＺ軸の正側とする。本例の板部１１は、はんだ材の加工により形成される。板部１１の形状は、平面視で、正方形であるが、円形、矩形等のその他の形状を有してよい。第２面は第１面に対向する面であってもよい。また、第１面と第２面は互いに平行であってもよい。

【0029】

突起部１２は、板部１１から第１面側に突起している。突起部１２は、板部１１の端部において、はんだ材をＺ軸の負側に折り曲げることにより形成される。本例の突起部１２は、突起部１２ａ、突起部１２ｂ、突起部１２ｃ、突起部１２ｄの４つの突起部を有する。突起部１２ａ〜突起部１２ｄは、板部１１の形状が四角形の場合、板部１１の各辺に設けられる。突起部１２ａ〜突起部１２ｄは、平面視で、板部１１の各辺に時計周りに配置されている。突起部１２は、第１突起部の一例である。

【0030】

突起部１３は、板部１１から第２面側に突起している。突起部１３は、板部１１の端部において、はんだ材をＺ軸の正側に折り曲げることにより形成される。本例の突起部１３は、突起部１３ａ、突起部１３ｂ、突起部１３ｃ、突起部１３ｄの４つの突起部を有する。突起部１３ａ〜突起部１３ｄは、板部１１の形状が四角形の場合、板部１１の各辺に設けられる。突起部１３ａ〜突起部１３ｄは、平面視で、板部１１の各辺に時計周りに配置されている。本例の突起部１３ａ〜突起部１３ｄは、突起部１２ａ〜突起部１２ｄのそれぞれと板部１１の同一の辺に設けられる。突起部１３は、第２突起部の一例である。突起部１２および突起部１３の板部１１の辺に沿った長さは、互いに等しいことが好ましい。特に、突起部１２ａ〜突起部１２ｄの板部１１の辺に沿った長さと、突起部１３ａ〜突起部１３ｄの板部１１の辺に沿った長さとがそれぞれ等しいことが好ましい。これにより、組立時にはんだ１０の上下左右を確認する必要がなくなる。但し、突起部１２および突起部１３の板部１１の辺に沿った長さは異なっていてもよい。

【0031】

図２は、はんだ１０を形成するためのはんだ材４０の一例である。本例のはんだ材４０は、図１に係るはんだ１０を形成するためのはんだ材の一例であるが、これに限られない。

【0032】

はんだ材４０は、はんだ１０と同一材料で形成された平板である。はんだ材４０は、圧延板（即ち、リボン）から金型によって、予め定められた形状および大きさに切断することにより形成される。例えば、はんだ材４０は、厚さ５０〜１０００μｍの圧延板を加工することにより得られる。本例のはんだ材４０の形状は、略四角形状である。はんだ材４０の形状は、正方形であっても長方形であってもよい。はんだ材４０は、複数の切込部４１を有する。

【0033】

切込部４１は、はんだ材４０の端部に設けられた切り込みである。複数の切込部４１は、はんだ材４０の各辺に対して、同様の位置に設けられることが好ましい。本例のはんだ材４０は、４つの切込部４１ａ、切込部４１ｂ、切込部４１ｃ、切込部４１ｄを有する。切込部４１ａ〜切込部４１ｄは、はんだ材４０の各辺の中央に設けられる。但し、切込部４１は、はんだ材４０の各辺の任意の位置に設けられてよい。はんだ材４０に切込部４１を設けることにより、切込部４１の左右の辺を山折りと谷折りにして突起部が形成される。

【0034】

はんだ材４０は、切込部４１ではんだ材４０の端部を第１面側又は第２面側に折り曲げることにより、突起部１２および突起部１３を含むはんだ１０を形成する。本例のはんだ材４０は、はんだ材４０の各辺の中央に切込部４１を設けることにより、幅の等しい突起部１２および突起部１３が形成される。例えば、突起部１２ａは、切込部４１ａのＸ軸負側におけるはんだ材４０の端部をＺ軸の負側に折り曲げることにより形成される。また、突起部１３ａは、切込部４１ａのＸ軸正側におけるはんだ材４０の端部をＺ軸の正側に折り曲げることにより形成される。

【0035】

はんだ材４０の四隅は、四角に切り抜かれている。これにより、はんだ材４０は、切込部４１を用いて、はんだ材４０の端部を予め定められた方向に折り曲げることができる。はんだ材４０の四隅において切り抜かれた四角は、切込部４１の深さと同一の長さの辺を有することが好ましい。

【0036】

図３Ａは、組み立て中のモジュール１００の平面図および断面図の一例を示す。本例の組み立て中のモジュール１００は、放熱板２５、はんだ１０、回路パターン２２、絶縁基板２３および回路パターン２４を順に備える。なお、モジュール１００の平面図では、簡潔化のため、回路パターン２２、絶縁基板２３および回路パターン２４を省略している。

【0037】

放熱板２５は、絶縁基板２３とはんだ１０を介して接続され、絶縁基板２３に積層された半導体素子により生じた熱を放熱する。本例の放熱板２５は、板部１１の第１面側に設けられる。放熱板２５は、突起部１２を挿入するための凹部２１を有する。放熱板２５は、突起部１２を挿入するための凹部を含む第１被接合部材の一例である。

【0038】

凹部２１は、突起部１２が挿入され、リフロー前のはんだ１０を予め定められた位置に固定する。凹部２１は、はんだ１０の外周に設けられる。本例の凹部２１は、はんだ１０の外周を部分的に囲って設けられている。また、凹部２１は、突起部１２の形状に応じた幅および深さを有する。本例の凹部２１には、突起部１２ｃが挿入されている。モジュール１００は、凹部２１に突起部１２を挿入した状態で、リフローされる。はんだ１０および放熱板２５がリフローされることにより、絶縁基板２３と放熱板２５とが予め定められた位置で固定される。

【0039】

回路パターン２２は、絶縁基板２３の下面側に接続されている。本明細書において、下面側とはＺ軸の負側を指す。回路パターン２２は、はんだ１０に接合されている。特に回路パターン２２は、回路パターン２２の下面側において、はんだ１０の板部１１と接合される。回路パターン２２の端部には、突起部１３が接触している。また、回路パターン２２の端部に突起部１３を接触させた状態で、はんだ１０および回路パターン２２がリフローされる。このように、突起部１３は、はんだ溶融前に部品の位置を固定する。なお、回路パターン２２は、第１回路パターンの一例であって、はんだ１０に接合される第２被接合部材の一例である。

【0040】

図３Ｂは、リフロー後のモジュール１００の平面図および断面図の一例を示す。溶融し固化したはんだ１０が回路パターン２２の周囲にフィレットを形成している。なお、リフロー後のモジュール１００において、リフロー前の突起部１２および突起部１３に対応する箇所を同一の符号で図示しているが、はんだ材やリフローの条件等によってリフロー後のはんだ１０の形状は変化し得る。但し、本例の突起部１２は、リフローの前後で凹部２１の内部およびその近傍に保持される。また、本例の突起部１３は、リフローの前後で回路パターン２２の側壁に接触している。リフローによって、はんだ１０は溶融し、回路パターン２２の表面へ濡れ、広がってよい。さらに、溶融したはんだ１０は回路パターン２２のすべての側面に濡れ広がってよい。

【0041】

絶縁基板２３は、回路パターン２２に接合された絶縁性の基板である。絶縁基板２３は、絶縁基板２３の上面側に積層された半導体素子を絶縁するために設けられる。なお、本明細書において、上面側とはＺ軸の正側を指す。

【0042】

回路パターン２４は、絶縁基板２３の上面側に接合される。回路パターン２４は、はんだにより絶縁基板２３の上面に接合されてよい。回路パターン２４は、半導体素子に電気的に接続されてよい。

【0043】

ここで、突起部１２および突起部１３は、平面視で、板部１１の中心に対して点対称に設けられる。例えば、突起部１２ａおよび突起部１３ａは、突起部１２ｃおよび突起部１３ｃと点対称に設けられる。また、突起部１２ｂおよび突起部１３ｂは、突起部１２ｄおよび突起部１３ｄと点対称に設けられる。突起部１２および突起部１３は、点対称に設けられることにより、リフロー前後ではんだ１０の中心がずれるのを抑制する。例えば、リフロー時にはんだ１０に回転する応力が生じた場合であっても、はんだ１０が点対称に設けられることにより、中心を保持しやすくなる。このように、突起部１２および突起部１３は、部品の流れ防止作用および回転防止作用があり、部品の位置ずれを防止する。

【0044】

本例のはんだ１０は、複数の突起部１２および複数の突起部１３を有する。突起部１２と突起部１３とは、それぞれ板部１１の四隅を挟んで配置されている。即ち、突起部１２および突起部１３は、板部１１の中心に対して点対称であれば、板部１１に対して線対称である必要はない。

【0045】

以上の通り、モジュール１００は、突起部１２に対応する凹部２１を放熱板２５に設けることにより、放熱板２５と絶縁基板２３との位置合わせを実現する。これにより、モジュール１００は、位置合わせ用の治具を用いることなく、はんだ１０の位置合わせを実現する。したがって、本例のモジュール１００は、位置合わせ用の治具を用いたリフロー工程と同様のプロセスを用いた組立を実現できる。

【0046】

このように、モジュール１００は、部品（即ち、半導体素子や絶縁基板）の大きさごとに、はんだ１０を準備する場合であっても、組立時のプロセスを変更せずに、型式毎の位置出し治工具を用意する必要がない。そのため、位置出し治工具の準備に膨大な投資が要求されない。

【0047】

図４は、突起部１２および凹部２１を説明するための図である。突起部１２は、予め定められた開放角度θで形成される。

【0048】

開放角度θは、板部１１の第１面と突起部１２が延伸する方向との角度である。即ち、開放角度θは、突起部１２を折り曲げて形成する場合の折り曲げ角度に相当する。一例において、突起部１２は、０度より大きく９０度以下の開放角度θを有する。また、突起部１２は、４５度以上、９０度以下の開放角度θを有することが好ましい。本例の突起部１２は、９０度の開放角度θを有する。開放角度θは、突起部１２の幅や凹部２１の大きさ等に応じて、はんだ１０の位置合わせが可能な角度であればよい。なお、本例では、突起部１２の開放角度θについて説明したが突起部１３の開放角度θについても同様であってよい。

【0049】

折り返し寸法Ｌは、板部１１の第１面と突起部１２の突起の先端との間の距離を指す。折り返し寸法Ｌは、突起部１２が凹部２１に挿入されることにより、リフロー時にはんだ１０と放熱板２５とが位置合わせられる程度の長さに設定される。一例において、折り返し寸法Ｌは、板部１１の厚みＤの１．０倍以上、１．５倍以下である。また、本例では、突起部１２の折り返し寸法Ｌについて説明したが突起部１３の折り返し寸法Ｌについても同様であってよい。

【0050】

凹部２１は、予め定められた幅Ｗと深さＨを有する。凹部２１の幅は、突起部１２が挿入可能な大きさに設定される。また、凹部２１の幅は、はんだ１０の位置合わせを容易にするために、突起部１２の厚みよりも大きく設定されるのが好ましい。一例において、凹部２１の幅Ｗは、はんだ１０の厚みの１．５倍以上、２倍以下である。本明細書において、はんだ１０の厚みとは板部１１の厚みに対応する。本例では、突起部１２がはんだ材４０の折り曲げにより形成されるので、板部１１の厚みが突起部１２の厚みと等しい。

【0051】

凹部２１の深さＨは、突起部１２の形状に応じて設定される。一例において、凹部２１の深さＨは、はんだ１０の折り返し寸法Ｌの１．０倍以上である。より好ましくは、凹部２１の深さＨは、はんだ１０の折り返し寸法Ｌの１．５倍以上、２．０倍以下である。凹部２１の深さＨは、はんだ１０の折り返し寸法Ｌよりも大きくすることにより、溶融したはんだ１０の一部が凹部２１に流れ込むスペースが生まれる。

【0052】

図５Ａは、組み立て中のモジュール１００の構成の一例を示す。本例の組み立て中のモジュール１００は、放熱板２５、はんだ１０、回路パターン２２、絶縁基板２３、回路パターン２４、はんだ５０および素子３０を順に備える。はんだ５０は、絶縁基板２３の上面側に備えられる。

【0053】

はんだ５０は、素子３０と絶縁基板２３とを接合する。はんだ５０は、板部５１と、突起部５２と、突起部５３とを備える。はんだ５０は、はんだ１０と同一の形状を有してよく、板部５１、突起部５２、突起部５３が、板部１１、突起部１２、突起部１３にそれぞれ対応する。はんだ１０は、絶縁基板２３と放熱板２５とを接続するのに対して、はんだ５０は、素子３０と絶縁基板２３とを接続する。

【0054】

板部５１は、はんだ５０の平面状に形成された部材である。板部５１は、第３面および第４面を含む。本明細書において、板部５１の第３面側をＺ軸の負側とし、板部５１の第４面側をＺ軸の正側とする。本例の板部５１は、はんだ材の加工により形成される。板部５１の形状は、平面視で、正方形であるが、円形、矩形等のその他の形状を有してよい。第４面は第３面に対向する面であってもよい。また、第３面と第４面は互いに平行であってもよい。

【0055】

突起部５２は、板部５１から第３面側に突起している。突起部５２は、板部５１の端部において、はんだ材をＺ軸の負側に折り曲げることにより形成される。本例の突起部５２は、突起部５２ａ、突起部５２ｂ、突起部５２ｃ、突起部５２ｄの４つの突起部を有する。突起部５２ａ〜突起部５２ｄは、板部５１の形状が四角形の場合、板部５１の各辺に設けられる。突起部５２ａ〜突起部５２ｄは、平面視で、板部５１の各辺に時計周りに配置されている。突起部５２は、第３突起部の一例である。

【0056】

突起部５３は、板部５１から第４面側に突起している。突起部５３は、板部５１の端部において、はんだ材をＺ軸の正側に折り曲げることにより形成される。本例の突起部５３は、突起部５３ａ、突起部５３ｂ、突起部５３ｃ、突起部５３ｄの４つの突起部を有する。突起部５３ａ〜突起部５３ｄは、板部５１の形状が四角形の場合、板部５１の各辺に設けられる。突起部５３ａ〜突起部５３ｄは、平面視で、板部５１の各辺に時計周りに配置されている。本例の突起部５３ａ〜突起部５３ｄは、突起部５２ａ〜突起部５２ｄのそれぞれと板部５１の同一の辺に設けられる。突起部５３は、第４突起部の一例である。

【0057】

絶縁基板２３は、突起部５２を挿入するための凹部２６を含む。絶縁基板２３は、はんだ５０の下面側に設けられる。

【0058】

凹部２６は、突起部５２が挿入され、リフロー前のはんだ５０を予め定められた位置に固定する。凹部２６は、はんだ５０の外周に設けられる。本例の凹部２６は、はんだ５０の外周を部分的に囲って設けられている。また、凹部２６は、突起部５２の形状に応じた幅および深さを有する。モジュール１００は、凹部２６に突起部５２を挿入した状態で、リフローされる。はんだ５０および絶縁基板２３がリフローされることにより、絶縁基板２３と素子３０とが予め定められた位置で固定される。

【0059】

素子３０は、はんだ５０の第４面側に設けられる。素子３０は、第４被接合部材の一例である。一例において、素子３０は、ＩＧＢＴ等の半導体素子である。

【0060】

回路パターン２４は、はんだ５０と絶縁基板２３との間に設けられる。本例の回路パターン２４は、上面側が板部５１と接触し、下面側が絶縁基板２３と接触している。また、回路パターン２４の端部には、突起部５２が接触している。回路パターン２４の端部に突起部５２を接触した状態で、はんだ５０および回路パターン２４がリフローされる。このように、突起部５２は、はんだ溶融前に部品の位置を固定する。さらに、回路パターン２４は、突起部５２を挿入するための凹部を有し、はんだ５０の第３面と絶縁基板２３との間に設けられてもよい。そして、回路パターン２４の凹部は、回路パターン２４を貫通してよい。この場合、突起部５２が回路パターン２４の凹部を貫通して、絶縁基板２３の凹部２６に挿入されてよい。突起部５２が回路パターン２４の凹部を貫通することにより、リフロー前のはんだ５０が回路パターン２４を固定しやすくなる。

【0061】

ここで、絶縁基板２３に形成される凹部２６の配置パターンと、放熱板２５に形成される凹部２１の配置パターンは、同一であっても異なっていてもよい。一例において、絶縁基板２３が有する凹部２６の絶縁基板２３の外周に対する比率は、放熱板２５が有する凹部２１の放熱板２５の外周に対する比率よりも大きい。また、絶縁基板２３が有する凹部２６の絶縁基板２３の外周に対する比率は、放熱板２５が有する凹部２１の放熱板２５の外周に対する比率よりも小さくてもよい。

【0062】

モジュール１００は、凹部２６に突起部５２を挿入した状態で、リフローされる。ここで、はんだ５０のリフローは、はんだ１０のリフローと同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。はんだ５０および絶縁基板２３がリフローされることにより、はんだ５０を介して素子３０と絶縁基板２３とが予め定められた位置で固定される。

【0063】

突起部５３は、素子３０の端部に接触している。素子３０の端部に突起部５３を接触させた状態で、モジュール１００がリフローされる。はんだ５０および素子３０がリフローされることにより、素子３０と、絶縁基板２３と、回路パターン２４とが予め定められた位置で固定される。

【0064】

図５Ｂは、リフロー後のモジュール１００の平面図および断面図の一例を示す。溶融し固化したはんだ１０およびはんだ５０がそれぞれ回路パターン２２および素子３０の周囲にフィレットを形成している。なお、リフロー後のモジュール１００において、リフロー前の突起部１２、突起部１３、突起部５２および突起部５３に対応する箇所を同一の符号で図示しているが、はんだ材やリフローの条件等によってリフロー後のはんだ１０およびはんだ５０の形状は変化し得る。但し、本例の突起部１２は、リフローの前後で凹部２１の内部およびその近傍に保持される。また、本例の突起部１３は、リフローの前後で回路パターン２２の側壁に接触している。そして、突起部５２は、リフローの前において、回路パターン２４の側壁に接触し、且つ、凹部２６の内部およびその近傍に保持され、リフロー後に、回路パターン２４上に這い上がる。凹部２６の中に溶融後のはんだは残っていてもよいし、なくてもよい。また、本例の突起部５３は、リフローの前において、素子３０の側壁に接触し、リフロー後に、回路パターン２４上に濡れ広がる。

【0065】

図６は、はんだ１０およびはんだ６０の配列方法の一例を示す。本例では、はんだ１０およびはんだ６０の２つのはんだが設けられる。はんだ１０は、第１はんだの一例であり、はんだ６０は、第３はんだの一例である。はんだ１０およびはんだ６０は、共通の放熱板２５上に設けられる。

【0066】

はんだ６０は、板部６１と、突起部６２と、突起部６３とを備える。はんだ６０は、はんだ１０と同一の形状を有してよく、板部６１、突起部６２、突起部６３が、板部１１、突起部１２、突起部１３にそれぞれ対応する。

【0067】

はんだ１０上には、図５Ａおよび図５Ｂで示したような絶縁基板２３および素子３０等で構成される第１素子が形成される。これにより、第１素子は、はんだ１０を介して放熱板２５に接合される。第１素子は、はんだ１０で位置合わせされる。なお、図６では、説明を簡潔にするため第１素子を省略している。

【0068】

はんだ６０上には、図５Ａおよび図５Ｂで示したような絶縁基板２３および素子３０等で構成される第２素子が形成される。これにより、第２素子は、はんだ６０を介して放熱板２５に接合される。第２素子は、はんだ６０で位置合わせされる。なお、図６では、説明を簡潔にするため第２素子を省略している。

【0069】

板部６１は、はんだ６０の平面状に形成された部材である。板部６１は、第５面および第６面を含む。本明細書において、板部６１の第５面側をＺ軸の負側とし、板部６１の第６面側をＺ軸の正側とする。本例の板部６１は、はんだ材の加工により形成される。板部６１の形状は、平面視で、正方形であるが、円形、矩形等のその他の形状を有してよい。第６面は第５面に対向する面であってもよい。また、第５面と第６面は互いに平行であってもよい。

【0070】

突起部６２は、板部６１から第５面側に突起している。突起部６２は、板部６１の端部において、はんだ材をＺ軸の負側に折り曲げることにより形成される。本例の突起部６２は、突起部６２ａ、突起部６２ｂ、突起部６２ｃ、突起部６２ｄの４つの突起部を有する。突起部６２ａ〜突起部６２ｄは、板部６１の形状が四角形の場合、板部６１の各辺に設けられる。突起部６２ａ〜突起部６２ｄは、平面視で、板部６１の各辺に時計周りに配置されている。突起部６２は、第５突起部の一例である。

【0071】

突起部６３は、板部６１から第６面側に突起している。突起部６３は、板部６１の端部において、はんだ材をＺ軸の正側に折り曲げることにより形成される。本例の突起部６３は、突起部６３ａ、突起部６３ｂ、突起部６３ｃ、突起部６３ｄの４つの突起部を有する。突起部６３ａ〜突起部６３ｄは、板部６１の形状が四角形の場合、板部６１の各辺に設けられる。突起部６３ａ〜突起部６３ｄは、平面視で、板部６１の各辺に時計周りに配置されている。本例の突起部６３ａ〜突起部６３ｄは、突起部６２ａ〜突起部６２ｄのそれぞれと板部６１の同一の辺に設けられる。突起部６３は、第６突起部の一例である。

【0072】

本例では、第１素子と第２素子とが対向する辺において、突起部１２が突起部６３と対向し、突起部１３が突起部６２と対向する。例えば、突起部１２ｃが突起部６３ａと対向し、突起部１３ｃが突起部６２ａと対向する。つまり、第１素子に対応して設けられた凹部２１は、第２素子に対応して設けられた凹部２１と対向しない。このように、はんだ１０側の凹部２１とはんだ６０側の凹部２１を互い違いに配置することにより、リフロー時に溶融したはんだ１０とはんだ６０との接触を防止する。よって、溶融したはんだ１０とはんだ６０とが接触し、一方のはんだが他方のはんだに吸われることによる素子の位置ずれが生じにくくなる。

【0073】

図７は、はんだ１０の構成の一例を示す。本例のはんだ１０は、図１のはんだ１０と突起部の形成位置が異なる突起部を有する。本例のはんだ１０は、板部１１と、突起部１２と、突起部１３とを有する。

【0074】

突起部１２は、８つの突起部１２ａ〜突起部１２ｈを含む。突起部１２ａ〜突起部１２ｈは、板部１１の各辺の両端に設けられる。例えば、板部１１のＹ軸方向の正側の辺の両端に突起部１２ａおよび突起部１２ｂが設けられる。板部１１のＸ軸方向の正側の辺の両端に突起部１２ｃおよび突起部１２ｄが設けられる。板部１１のＹ軸方向の負側の辺の両端に突起部１２ｅおよび突起部１２ｆが設けられる。板部１１のＸ軸方向の負側の辺の両端に突起部１２ｇおよび突起部１２ｈが設けられる。

【0075】

突起部１３は、４つの突起部１３ａ〜突起部１３ｄを含む。突起部１３ａ〜突起部１３ｄは、板部１１の各辺の中心に設けられる。突起部１３ａ〜突起部１３ｄは、突起部１２ａ〜突起部１２ｈに両端が挟まれている。例えば、突起部１３ａは、突起部１２ａおよび突起部１２ｂに両端が挟まれている。突起部１３ｂは、突起部１２ｃおよび突起部１２ｄに両端が挟まれている。突起部１３ｃは、突起部１２ｅおよび突起部１２ｆに両端が挟まれている。突起部１３ｄは、突起部１２ｇおよび突起部１２ｈに両端が挟まれている。

【0076】

本例の突起部１２および突起部１３は、平面視で、板部１１の中心に対して点対称に設けられる。また、本例の突起部１２および突起部１３は、Ｘ軸およびＹ軸に対して線対称に設けられている。本例のはんだ１０は、対称性の高い形状を有するので、リフロー時のはんだ材の溶融が均一になりやすく、安定性を向上できる。

【0077】

ここで、はんだ１０の形状は、はんだ１０の加工の容易性の観点や、はんだ１０と凹部２１との位置合わせの観点等に応じて、適宜最適な形状が選択されてよい。例えば、はんだ１０の加工の容易性の観点からは、はんだ材４０に設ける切込部４１の数が少ない方が好ましい。また、突起部１２および突起部１３の個数が少ない方が好ましい。これにより、折り曲げる突起部１２および突起部１３の個数が減少する。一方、はんだ１０と凹部２１との位置合わせの観点からは、突起部１２および突起部１３の対称性が高いことが好ましい。また、突起部１２および突起部１３が凹部２１に挿入しやすい形状および配置であることが好ましい。

【0078】

図８は、モジュール１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１００において、第１面および第２面を含む板部１１と、当該板部１１から第１面側に突起した突起部１２とを有するはんだ１０を準備する。ステップＳ１００では、はんだ１０に突起部１３を形成してもよい。また、ステップＳ１００では、第３面および第４面を含む板部５１と、当該板部５１から第３面側に突起した突起部５２とを有するはんだ５０を準備してもよい。

【0079】

ステップＳ１０２において、突起部１２を挿入するための凹部２１を含む被接合部材（例えば、放熱板２５）をはんだ１０の第１面側に設ける。また、ステップＳ１０２では、放熱板２５と異なる被接合部材（例えば、回路パターン２２）を第２面側に設けてもよい。この場合、回路パターン２２の端部に突起部１３を接触させる。そして、ステップＳ１０２では、突起部５２を挿入するための凹部２６を含む被接合部材（例えば、絶縁基板２３）をはんだ５０の第３面側に設けてもよい。

【0080】

ステップＳ１０４において、放熱板２５の凹部２１に突起部１２を挿入した状態で、はんだ１０および放熱板２５をリフローする。また、ステップＳ１０４では、絶縁基板２３の凹部２６に突起部を５２挿入した状態で、はんだ５０および絶縁基板２３を、はんだ１０と同時にリフローしてもよい。

【0081】

図９は、比較例に係るモジュール５００の位置出し工程の一例を示す。モジュール５００は、位置出し治工具５５０を用いて、モジュール５００の各部材を放熱板５２５に接触させ、リフロー工程により接合される。モジュール５００は、放熱板５２５上に積層されたはんだ５１０と、回路パターン５２２と、絶縁基板５２３と、回路パターン５２４と、はんだ５１５と、素子５３０とを備える。

【0082】

モジュール５００は、はんだ溶融による部品の漏れ流れ防止のため、位置出し治工具５５０が必須である。ここで、位置出し治工具５５０は、少なくともモジュール５００の型式毎に、リフロー時のバッチ数だけ準備する必要がある。そのため、多品種で大量生産においては、位置出し治工具５５０の準備に膨大な投資が要求される。また、位置出し治工具５５０の脱着は位置出し治工具５５０の破損や、モジュール５００へのダメージを引き起こす可能性がある。

【0083】

これに対して、本例のはんだ１０を用いたモジュール１００の製造方法では、はんだ１０のセルフアライメント機能により、位置出し治工具を用いる必要がない。また、本例のモジュール１００の製造方法では、絶縁基板２３や素子３０の型式ごとにはんだ１０を準備すれば、組立時のプロセスを変更する必要がない。このように、本例のモジュール１００の製造方法では、位置出し治工具のための膨大なコストを削減できる。

【0084】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0085】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0086】

１０・・・はんだ、１１・・・板部、１２・・・突起部、１３・・・突起部、２１・・・凹部、２２・・・回路パターン、２３・・・絶縁基板、２４・・・回路パターン、２５・・・放熱板、２６・・・凹部、３０・・・素子、４０・・・はんだ材、４１・・・切込部、５０・・・はんだ、５１・・・板部、５２・・・突起部、５３・・・突起部、６０・・・はんだ、６１・・・板部、６２・・・突起部、６３・・・突起部、１００・・・モジュール、５００・・・モジュール、５１０・・・はんだ、５１５・・・はんだ、５２２・・・回路パターン、５２３・・・絶縁基板、５２４・・・回路パターン、５２５・・・放熱板、５３０・・・素子、５５０・・・位置出し治工具

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】