CN106252292A - 压接端子、半导体装置、电力变换装置及压接端子的制造方法 - Google Patents

压接端子、半导体装置、电力变换装置及压接端子的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供能够使压接部的面朝向希望的角度且具有高强度的压接端子及具有该压接端子的半导体装置、电力变换装置、以及压接端子的制造方法。制作出压接端子用板材(60)后，接着将其根部(51)和主体部(53)弯折。在根部(51)的端部处使得主体部(53)从根部(51)立起，且使得折痕(52)相对于根部(51)的长度方向轴而倾斜。由此，能够形成图3示出的压接端子(50)。根据本实施方式，通过将利用模具而冲裁出的压接端子(50)如图3所示地弯折，从而无需实施扭转加工，能够得到根部(51)的长度方向和折痕(52)形成的角度(θ)不是90°的压接端子(50)。

Description

压接端子、半导体装置、电力变换装置及压接端子的制造方法
技术领域
本发明涉及压接(press fit)端子、半导体装置、电力变换装置及压接端子的制造方法。
背景技术
当前，作为通常的印刷配线基板(PCB)与外部元件的连接方法，使用了向通孔插入软钎焊端子后，将其软钎焊的方法。但是，近几年无焊料化的要求提高，因此受到瞩目的是压接接合，而并非软钎焊方式。压接接合是通过压接端子的接触应力而进行印刷配线基板和端子之间的接触。
在国际公开第2014/132803号的图8等，记载有在压接端子的一部分设置缩径构造的技术。通过将该缩径构造为起点对压接部进行扭转，由此能够使压接部的表面朝向希望的角度。
专利文献1：国际公开第2014/132803号
但是，在上述现有的构造中，由于施加扭转而对压接端子作用应力。与没有扭转的情况相比，赋予额外的应力，因此存在压接端子的强度下降这样的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于提供一种能够使压接部的面朝向希望的角度且具有高强度的压接端子及具有该压接端子的半导体装置、电力变换装置、以及压接端子的制造方法。
本发明涉及的半导体装置具有：框体；电路基板，其设置于所述框体内，形成有电气回路；以及多个端子，它们在所述框体内相互隔开间隔而排列，所述端子具有：根部，其在所述框体内与所述电气回路电连接；以及主体部，在所述主体部与所述根部之间形成折痕而使所述主体部弯折，以在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，该主体部在前端具有压接部，所述折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜，对于相邻的所述端子彼此，各自的所述压接部从由于压接而收缩的状态恢复的方向相互错开。
本发明涉及的电力变换装置具有至少1个半导体装置，在该电力变换装置中，所述半导体装置具有：框体；电路基板，其设置于所述框体内，形成有电气回路；以及多个端子，它们在所述框体内相互隔开间隔而排列，所述端子具有：根部，其在所述框体内与所述电气回路电连接；以及主体部，在所述主体部与所述根部之间形成折痕而使所述主体部弯折，以在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，该主体部在前端具有压接部，所述折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜，对于相邻的所述端子彼此，各自的所述压接部从由于压接而收缩的状态恢复的方向相互错开。
本发明涉及的压接端子的制造方法具有下述工序：通过将金属板利用模具进行冲裁，从而形成平板状的压接端子用板材，该平板状的压接端子用板材具有根部、与所述根部的端部连接的主体部、和在所述主体部的前端设置的压接部，所述主体部的长度方向相对于所述根部的长度方向倾斜；以及通过以如下方式将所述压接端子用板材的所述根部和所述主体部弯折来形成压接端子，即，在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，且使得折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜。
本发明涉及的压接端子具有：根部；以及主体部，在所述根部与所述主体部之间形成折痕而使所述主体部弯折，以在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，该主体部在前端具有压接部，所述折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜。
发明的效果
根据本发明，通过一边使折痕倾斜一边将根部和主体部弯折，由此形成压接端子，因此无需施加扭转，能够使压接部的面朝向希望的角度。由此，提供具有高强度的压接端子。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的压接端子用板材的图。
图2是表示本发明的实施方式涉及的压接端子用板材的图。
图3是表示本发明的实施方式涉及的压接端子的图。
图4是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的一个例子的图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的其他例子的图。
图6是用于说明本发明的实施方式涉及的压接端子的作用的图。
图7是用于说明本发明的实施方式涉及的压接端子的作用的图。
图8是表示与实施方式相对的对比例涉及的半导体装置的图。
图9是表示与实施方式相对的对比例涉及的软钎焊端子的图。
图10是表示与实施方式相对的对比例涉及的软钎焊端子的图。
图11是表示与实施方式相对的对比例涉及的压接端子用板材的图。
图12是表示与实施方式相对的对比例涉及的压接端子用板材的图。
图13是表示与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的图。
图14是表示与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的图。
图15是表示与实施方式相对的对比例涉及的半导体装置的图。
图16是表示与实施方式相对的对比例涉及的半导体装置的图。
图17是用于说明与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的作用的图。
图18是用于说明与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的作用的图。
图19是用于说明与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的作用的图。
图20是用于说明与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的作用的图。
图21是用于说明与实施方式相对的对比例涉及的压接端子的作用的图。
标号的说明
10、110、210、310半导体装置，12框体，14印刷配线基板，14h通孔，16基底板，22导线，24主端子，30基板，32半导体元件，50、150压接端子，51、151根部，52折痕，53、153、153b主体部，54、154配合部，60、160压接端子用板材，70平面体，250软钎焊端子(中继端子)
具体实施方式
首先，说明与实施方式相对的对比例。
图8是表示与实施方式相对的对比例涉及的半导体装置的图，是内置有印刷配线基板14的智能半导体装置(IPM)的内部构造图。图9以及图10是表示与实施方式相对的对比例涉及的软钎焊端子250(中继端子250)的图。图8的半导体装置具有框体12、Cu制的基底板16、半导体元件(半导体芯片)32、基板(绝缘基板)30、以及导线22，软钎焊端子250和半导体元件32通过导线22而电连接。
但是，近几年无焊料化的要求提高，因此受到瞩目的是压接接合，而并非如上所述的软钎焊方式。用于压接接合的压接部154具有比通孔14h的直径大的宽度。通过将压接端子150插入至印刷配线基板14的通孔14h，从而能够利用在压接部154产生的接触应力，对压接端子150和印刷配线基板14进行无焊料安装。
图11以及图12是表示与实施方式相对的对比例涉及的压接端子用板材160的图。通过利用模具对金属板进行冲裁，从而如图11所示集中地形成多根图12的压接端子用板材160。图13以及图14是表示与实施方式相对的对比例涉及的压接端子150的图。通过将压接端子用板材160如图13所示地弯折为L字型，从而得到具有根部151、主体部153、以及压接部154的压接端子150。此外，也可以如图14所示，设置与图12示出的主体部153相比宽度窄的主体部153b。主体部153b设为比压接部154的宽度窄，与图12不同，在主体部153和压接部154之间没有缩径部分(宽度窄的部分)。
图15以及图16是表示与实施方式相对的对比例涉及的半导体装置210、310的图。图15是将压接端子150作为外部信号端子使用，图16是将压接端子150作为内部信号端子使用。
图17～图21是用于说明与实施方式相对的对比例涉及的压接端子150的作用的图。如果从图17的状态出发将印刷配线基板14压入，则如图18所示，一边压迫压接端子150的压接部154、一边将压接端子150插入通孔14h内。压接端子150被插入通孔14h内。然后，如图19所示，通过压接部154的弹力，实现印刷配线基板14和压接端子150的电连接。
图20以及图21是用于说明对比例涉及的压接端子150的作用的图。图20以及图21示出压接端子150嵌入印刷配线基板14的通孔14h中而实现电连接的状态，图20是俯视观察印刷配线基板14的俯视图，图21是图20的侧视图。
如图20以及图21示出的对比例所示，考虑将压接端子150与通孔14h的排列方向X平行地配置的情况。在该情况下，各自的压接部154从由于压接而收缩的状态恢复的恢复方向E沿着方向X而排列在一条直线上。由于压接部154的弹力(恢复力)，而在插入了压接端子150的通孔14h产生接触应力。如果多个通孔14h接近地配置，则应力集中于印刷配线基板14的通孔14h之间的部分。为了足以承受该应力集中，在图20以及图21示出的对比例的压接端子150的配置中，相邻的压接部154彼此以及通孔14h彼此应该分离一定程度。因此，还存在下述问题，即，购买了半导体装置210的用户在设计应装配至半导体装置210的用户侧基板时，用户侧基板的通孔14h的小间距化受阻，妨碍在用户侧设计的单元的小型化。
如上所述，关于压接端子150，存在下述2个问题：(1)向压接端子150所接触的通孔14h周边的印刷配线基板14的应力集中；以及(2)妨碍通孔14h的小间距化。
作为用于解决该问题的现有技术，也能够利用国际公开第2014/132803号涉及的技术。原因是如果将通孔14h的排列方向和压接端子150的剖面长度方向设为不平行，则能够缓和在将压接端子150插入至印刷配线基板14时的应力。
但是，关于国际公开第2014/132803号涉及的压接端子，由于施加扭转，因此对压接端子150作用应力。因而，与没有扭转的情况相比，赋予额外的应力，因此存在压接端子150的强度下降这样的问题。例如，在如国际公开第2014/132803号涉及的构造所示地将压接端子扭转的情况下，作为一个例子可想到如下顺序：在将压接端子150插入框体后，利用扭转夹具等将前端部夹紧，将压接端子150的前端(压接部)扭转至任意角度。由此，也能够加工为使压接部154的表面朝向期望角度的压接端子150。但是，由于扭转而对缩径部作用应力，有可能在压接端子150产生裂纹或强度下降。
下面，说明本发明的实施方式。
图1以及图2是表示本发明的实施方式涉及的压接端子用板材60的图。说明压接端子50的制造方法，首先，通过将金属板利用模具进行冲裁，从而形成图1示出的形状的平面体70，将其分离而形成图2示出的压接端子用板材60。
图2是本发明的实施方式涉及的压接端子用板材60的展开俯视图。根部51是长条形状。主体部53的长度方向与根部51的长度方向交叉，这2个长度方向轴成角度θ。在对主体部53进行了弯折时，根部51与主体部53之间的折痕、和根部51的长度方向相交的角度θ并非成为90°，而是斜向地倾斜。对于压接端子用板材60，根部51是细长形状的“第1平面部”，主体部53是“第2平面部”。第2平面部是如下细长形状的平面部，即，连接于第1平面部的端部而与第1平面部一起构成平面体，相对于第1平面部的长度方向倾斜。压接部54设置在该第2平面部的前端。图2(a)～图2(c)示出的各压接端子50的角度θ彼此不同。通过预先确定所需的角度θ，从而设计用于对如图2(a)～图2(c)所示地具有期望的角度θ的压接端子用板材60进行冲裁的模具即可。
制作出具有期望的角度θ的压接端子用板材60后，接着将其根部51和主体部53弯折。此时，在根部51的端部处使得主体部53从根部51立起，且使得折痕52相对于根部51的长度方向轴而倾斜。由此，能够形成图3示出的压接端子50。根据本实施方式，通过将利用模具而冲裁出的压接端子50如图3所示地弯折，从而无需实施扭转加工，能够得到根部51的长度方向和折痕52形成的角度θ不是90°的压接端子50。对于随后将根部51连接于电路基板等时的连接方法，没有特别的限定，能够使用软钎焊或导线键合等连接方法。
图3是表示本发明的实施方式涉及的压接端子50的图。如图3(a)所示，压接端子50具有根部51和主体部53。在例如后述的图5所示的半导体装置110中，根部51和内置于框体12中的基板30之上的电气回路(具体而言包含IGBG、MOSFET、二极管等半导体元件32的电气回路)通过导线键合等而电连接。关于主体部53，在根部51和主体部53之间形成折痕52而使主体部53弯折，以在根部51的端部处使得主体部53从根部51立起。主体部53在前端具有压接部54。如图3(a)所示，折痕52相对于根部51的长度方向轴而倾斜。压接部54具有在中央设置有贯穿孔的椭圆环形状。压接部54为金属制且具有弹力。在压接时，该椭圆环形状的压接部54进行在其椭圆短轴方向上收缩的弹性变形，从而压接部54收缩而变细。由于压接部54的弹力，在与印刷配线基板14的接触部分产生接触应力。
图3(b)以及图3(c)是将多个压接端子50排列为一列的状态的例子。如图3(b)以及图3(c)所示，对于相邻的压接端子50彼此，各自的压接部54从由于压接而收缩的状态恢复的恢复方向E以不排列在一条直线上的方式相互错开。具体而言，能够如图6所示，将各自的压接部54的恢复方向E设为相对于通孔排列方向即X轴垂直。这与在图20的对比例中恢复方向E排列为一条直线的情况形成鲜明对比。
图4是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置10的图。也可以如图4所示，提供将压接端子50作为外部信号端子使用的半导体装置。半导体装置10具有：框体12；电路基板(未图示)，其设置在框体12内，形成有电气回路；以及多个压接端子50，它们在框体12内相互隔开间隔而排列。框体12可以是箱型框体，或者也可以是传递模塑树脂。多个压接端子50的压接部54从框体12的上表面向框体12外凸出。
图5是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置110的图。也可以如图5所示，提供将压接端子50作为内部信号端子使用的半导体装置。半导体装置110具有：框体12(在这里是箱型框体)；基板30，其设置在框体12内，形成有电气回路；以及多个压接端子50，它们在框体12内相互隔开间隔而排列。印刷配线基板14具有多个通孔，该印刷配线基板14以使多个压接端子50的压接部54分别嵌入多个通孔的方式重叠于电路基板。主端子24与在印刷配线基板14形成的电路电连接，露出至框体12的外部。此外，也可以是与图8的对比例示出的半导体装置相同的结构。即，也可以为，将Cu制的基底板16、半导体元件(半导体芯片)32、基板(绝缘基板)30层叠，通过导线22将压接端子50的根部51与半导体元件32电连接。
图6以及图7是用于说明本发明的实施方式涉及的压接端子50的作用的图。图6以及图7示出压接端子50嵌入印刷配线基板14的通孔14h中而实现电连接的状态，图6是俯视观察印刷配线基板14的俯视图，图7是图6的侧视图。虽然省略图示，但与在图17～图19的对比例中说明的结构同样地，如果将印刷配线基板14向压接端子50压入，则一边压迫压接端子50的鼓出的压接部54、一边将压接端子50插入至通孔14h内。然后，通过压接部154的弹力，实现印刷配线基板14和压接端子50的电连接。
由于压接部54收缩时的恢复力，将力作用于通孔14h的缘部。对于相邻的压接端子50彼此，各自的压接部54的从由于压接而收缩的状态恢复的恢复方向E以不排列在一条直线上的方式相互错开。因此，能够以压接部54与通孔缘部接触的接触点不集中于一处的方式，使该接触点在相邻的2个压接端子50之间相互远离。由此，能够使通过压接而作用于印刷配线基板14的力分散。
对于图4示出的半导体装置10，通过使用压接端子50，从而与图15的对比例相比，能够实现压接端子50的小间距化。由此，对于装配至半导体装置10的用户侧基板(印刷配线基板)来说，能够实现高密度化以及电子部件的接近配置。
另外，关于图5示出的半导体装置110，通过使用压接端子50，从而与图16的对比例相比，也能够实现端子间距的缩小化。其结果，能够实现半导体装置110内部的高密度化以及电子部件的接近配置，能够实现半导体装置110自身的小型化，或者电子部件安装区域的扩大。
在通过压接进行的接合中，从压接端子50的上方推压印刷配线基板14，将压接部54插入通孔14h中，由此实现接触。在插入时，在印刷配线基板14以及压接部54产生应力。有可能在压接部54产生裂纹，因此希望尽可能减小对插入前的压接端子50施加的过度的应力。关于这一点，在本实施方式中，通过将从金属板冲裁出的形状设为如图1所示，从而能够降低在形成压接部54的角度θ时作用于压接端子50的应力。另外，根据实施方式，能够通过将压接端子用板材60弯折而形成角度θ，因此不需要将压接端子50扭转的工序，与国际公开第2014/132803号涉及的压接端子50相比，还能够减少作业工序。
此外，在半导体装置10、110的内部，电气回路所包含的半导体元件32也可以由宽带隙半导体形成。特别是，作为半导体元件32的材料，也可以使用除了硅以外的宽带隙半导体。宽带隙半导体包含SiC、GaN、或者金刚石。通常这些宽带隙半导体具有能够在高温下使用等优点。
也可以提供搭载有至少一个上述半导体装置10、110的电力变换装置。电力变换装置具体而言是逆变器装置、转换器装置、伺服放大器、电源单元等。由此，能够缩减半导体装置的端子间距，或者将半导体装置本身小型化，能够实现单元本身的小型化。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其具有：
框体；
电路基板，其设置于所述框体内，形成有电气回路；以及
多个端子，它们在所述框体内相互隔开间隔而排列，
所述端子具有：
根部，其在所述框体内与所述电气回路电连接；以及
主体部，在所述主体部与所述根部之间形成折痕而使所述主体部弯折，以在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，该主体部在前端具有压接部，
所述折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜，
对于相邻的所述端子彼此，各自的所述压接部从由于压接而收缩的状态恢复的方向相互错开。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，还具有：
其他基板，其具有多个通孔，该其他基板以使所述多个端子的所述压接部分别嵌入所述多个通孔的方式重叠于所述电路基板；以及
主端子，其与在所述其他基板形成的电路电连接，露出至所述框体外。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，
所述多个端子的压接部从所述框体的上表面向所述框体外凸出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，
所述电气回路包含半导体元件，
所述半导体元件由宽带隙半导体形成。
5.一种电力变换装置，其具有至少1个半导体装置，
在该电力变换装置中，
所述半导体装置具有：
框体；
电路基板，其设置于所述框体内，形成有电气回路；以及
多个端子，它们在所述框体内相互隔开间隔而排列，
所述端子具有：
根部，其在所述框体内与所述电气回路电连接；以及
主体部，在所述主体部与所述根部之间形成折痕而使所述主体部弯折，以在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，该主体部在前端具有压接部，
所述折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜，
对于相邻的所述端子彼此，各自的所述压接部从由于压接而收缩的状态恢复的方向相互错开。
6.一种压接端子的制造方法，其具有下述工序：
通过将金属板利用模具进行冲裁，从而形成平板状的压接端子用板材，该平板状的压接端子用板材具有根部、与所述根部的端部连接的主体部、和在所述主体部的前端设置的压接部，所述主体部的长度方向相对于所述根部的长度方向倾斜；以及
通过以如下方式将所述压接端子用板材的所述根部和所述主体部弯折来形成压接端子，即，在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，且使得折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜。
7.一种压接端子，其具有：
根部；以及
主体部，在所述主体部与所述根部之间形成折痕而使所述主体部弯折，以在所述根部的端部处使得所述主体部从所述根部立起，该主体部在前端具有压接部，
所述折痕相对于所述根部的长度方向轴而倾斜。
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