[发明专利]用于半导体装置的组装夹具及用于半导体组装的组装方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2011年2月8日提交的日本专利申请第2011-024611号并要求其优先权，该申请的内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于诸如半导体模块的半导体装置的组装夹具和组装方法。

背景技术

图12是半导体模块的示意剖视图。该半导体模块包括用固化的焊料52固定在冷却基底51上的封装衬底53、用固化的焊料54固定在封装衬底53上的半导体芯片55、与半导体芯片55连接的接合线56、具有附连于其上的输出端子57的树脂壳体58以及填充在壳体58之内的例如凝胶59的填充材料。

为了封装半导体模块，一般采用两种方法。在两种方法中的一种方法中，如图16(a)、16(b)和17(a)、17(b)中所示，半导体芯片55和焊料板54a在熔化前使用可以是碳质夹具的组装夹具500定位并焊接到封装衬底53。在两种方法的另一种方法(未在附图中示出)中，在使用金属掩膜等将焊膏印到封装衬底53上之后，半导体芯片55被放置和定位并随后用焊膏来焊接。

前一种方法使用组装夹具500，组装夹具500必须考虑到半导体芯片55和其它部件的尺寸及分布、在组装过程中部件的变形程度和组装操作的方便性来设计。

图13(a)、13(b)、14(a)、14(b)、15(a)和15(b)示出用于半导体装置的传统组装夹具的构造，其中图13(a)和13(b)示出内定位件的结构，而图14(a)和14(b)示出外框架的结构，以及图15(a)和15(b)示出整个组装夹具的构造。在这些附图中，图13(a)、14(a)和15(a)是基本部件的平面图，而图13(b)、14(b)和15(b)是分别沿图13(a)、14(a)和15(a)中线X-X剖切的剖视图。

参见图13(a)和13(b)，内定位件61由具有开口63的平板62构成。在图17(b)中示出的半导体芯片55和焊料板54a被插入开口63。在此，定位件是通过在定位件的外周界处的框架来定位并在定位件之内具有开口(或窗口)以容纳和定位部件的夹具，这些部件可以是较小的定位件或半导体芯片。

参见图14(a)和14(b)，外框架66由具有框架67和金属销68构成。如图16(b)和17(b)中所示，在框架67的内表面侧面69内设置内定位件61和封装衬底53。金属销68被插入冷却基底51的定位孔51a，以将外框架66如图16(a)、16(b)、17(a)和17(b)中所示定位到冷却基底51上。

参见图15(a)和15(b)，整个组装夹具500由具有内定位件61和外框架66构成。

图16(a)和16(b)示出组装夹具500、焊料板52a和封装衬底53定位在冷却基底51上的构造。外框架66通过插入定位件51a内的金属销定位和固定到冷却基底51上。焊料板52a和封装衬底53被放置到冷却基底51上并通过金属销68定位，这些金属销是外框架66的部件。内定位件61通过构成外框架66的框架67的内壁表面69来定位并安装到封装衬底53上。

图17(a)和17(b)示出封装衬底53、组装夹具500和半导体芯片55安装在冷却基底51上的构造，其中图17(a)是平面图，而图17(b)是沿图17(a)中线X-X剖切的剖视图。图17(a)和17(b)示出焊料板54a和半导体芯片55被插入图16(a)和16(b)中所示的内定位件61的开口63内并定位和安装到封装衬底53上的构造。

在焊接过程中，图17(a)和17(b)中所示的整个组件被放置到加热炉(未在附图中示出)中并在还原气氛下和较高的温度下不使用助焊剂进行焊接，整个组件包括冷却基底51、封装衬底53、组装夹具500和半导体芯片55。封装夹具500由不会污染加热炉、几乎不热变形从而不会在与封装夹具接触的安装的半导体芯片和焊料板之内产生裂缝等损伤并还容易机加工的材料制成。因此，碳一般用作组装夹具500的材料。

专利文献1公开了一种定位夹具，该定位夹具包括第一夹具和第二夹具，第二夹具类似于上述的内定位件。第一夹具具有定位孔(开口)，焊片(焊料板)和半导体元件(半导体芯片)被插入该定位孔。定位孔对应于金属回路(导电图案)设置在电路板(封装衬底)上。第二夹具可以插入定位孔并从定位孔中移除。第二夹具具有在其插入定位孔的状态下与金属回路相对的按压表面并朝向电路板按压放置到焊片上的半导体元件。第二夹具通过定位孔的壁表面来定位，因而，按压表面在第二夹具插入定位孔的状态下与金属回路相对。文献主张这种构造使半导体元件良好地焊接到接合位置并形成良好的焊点。