CN108028479B - 半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

筒状接触部件(10)的主体筒部(1)的一个开放端(1a)通过焊料(25)接合到绝缘基板的导电性板(22)上。从外部电极用端子(11)的一个端部(11a)的开放端(11e)向中空筒状的外部电极用端子(11)的空洞部(12)插入筒状接触部件(10)的主体筒部(1)的另一个开放端(1b)侧的一部分。外部电极用端子(11)的另一个端部(11b)被设置在贯通孔插入部(11c)的切口分离成多个分支部。外部电极用端子(11)的贯通孔插入部(11c)的分支部的外侧的柱面为圆弧形状。利用辅助楔(14)，沿从外部电极用端子(11)的内侧向外侧的方向对该贯通孔插入部(11c)的各分支部(11d)施加压力。由此，能够消除伴随着外部电极用端子(11)与其他部件的连接而带来的组装不良。

Description

半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法。
背景技术
以往，例如半导体模块等半导体装置具有通过焊料将半导体芯片和/或其他构成部件等接合到绝缘电路基板的表面的导电性板的构成。通过将外部电极用端子嵌合于中空筒状的金属部件(以下，称为筒状接触部件)，该中空筒状的金属部件利用焊料而接合于绝缘电路基板的表面的导电性板，从而将导电性板与外部电极用端子电连接(例如，参照下述专利文献1、2)。
在将绝缘电路基板上的半导体芯片与外部电极用端子连接时，在通过焊接而在绝缘电路基板的导电性板上安装筒状接触部件之后，向筒状接触部件的空洞筒状的主体筒部压入针状的外部电极用端子。筒状接触部件的主体筒部的内径(直径)配合于与外部电极用端子嵌合的尺寸，比外部电极用端子的外径尺寸小一些。
对现有的半导体模块的主要部分的构成进行说明。图9是表示现有的半导体模块的主要部分的构成的截面图。图10是表示图9的切割面A处的外部电极用端子的另一个端部的平面形状的一个例子的俯视图。如图9所示，现有的半导体模块的筒状接触部件110具备：中空筒状的主体筒部101和分别设置于主体筒部101的两个开放端101a、101b的凸缘102、103。
筒状接触部件110的主体筒部101的一个开放端101a的凸缘102通过焊料125接合到层叠基板120的正面的导电性板122。层叠基板120是通过利用铜(Cu)箔在陶瓷基板121的正面形成导电性板122，并在陶瓷基板121的背面形成铜箔123而成。筒状接触部件110介由导电性板122和省略图示的导线与半导体芯片(未图示)电连接。
外部电极用端子111的一个端部111a通过被压入到筒状接触部件110的主体筒部101(空洞部104)，并嵌合于筒状接触部件110而被固定。外部电极用端子111介由筒状接触部件110与半导体芯片124电连接。外部电极用端子111的另一个端部111b从树脂壳体126的贯通孔127向树脂壳体126的外侧突出。
另外，外部电极用端子111的另一个端部111b在向树脂壳体126的外侧突出的部分中，通过焊接而被连接到印刷电路基板(PCB：Printed Circuit Board)131(未图示)。或者，外部电极用端子111的另一个端部111b在向树脂壳体126的外侧突出的部分中，被压入到印刷电路基板131的贯通孔132且与沿着贯通孔132的内壁设置的电极(以下，称为贯通孔电极)133接触，与印刷电路基板131上的电路部导通。
在将外部电极用端子111压入到印刷电路基板131的贯通孔132时，外部电极用端子111的另一个端部111b的外径配合于与贯通孔132嵌合的尺寸而比沿着贯通孔132的内径设置的贯通孔电极133的内径大一些。通过这样设定嵌合尺寸，从而利用外部电极用端子111与贯通孔电极133的推斥力而使外部电极用端子111与贯通孔电极133接触。
外部电极用端子111具有：例如以相对于外部电极用端子111的中心轴z线对称的方式折弯成预定角度(例如大致V字状)的端部形状(图10)、或分支成多个且使各分支部分别向与外部电极用端子111的中心轴z正交的方向x(或者方向y，或者两个方向x、y)局部突出成凸状的端部形状(例如，参照下述专利文献3)。通过加工成这样的端部形状，从而使外部电极用端子111的另一个端部111b的外径比设置于贯通孔132的内壁的贯通孔电极133的内径大一些。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-150833号公报
专利文献2：日本特开2012-231042号公报
专利文献3：日本特开2016-012604号公报
发明内容
技术问题
然而，在图9、图10所示的将外部电极用端子111压入而嵌合于筒状接触部件110的主体筒部101的构成的现有的半导体模块中产生如下问题。图6、图7是示意地表示现有的半导体模块在组装过程中的问题的一个例子的截面图。图8是示意地表示现有的半导体模块在组装过程中的状态的截面图。在图8中示出在印刷电路基板131的贯通孔133中插入141外部电极用端子111时的状态。
第一个问题是，因将筒状接触部件110焊接于层叠基板120上时的焊料上升性(焊接性)而导致在向筒状接触部件110的主体筒部101压入外部电极用端子111时会产生不良(图6、图7)。在通过焊料125将筒状接触部件110的主体筒部101的一个开放端101a的凸缘102接合于层叠基板120上时，因毛细管现象而导致焊料125a爬升或飞散到主体筒部101的内壁101c。
在发生焊料125的爬升或飞散的情况下，无法将外部电极用端子111插入到比附着于主体筒部101的内壁101c的焊料125a更靠近深处的位置(导电性板122侧)(图6)。另外，在压入外部电极用端子111时，在主体筒部101的内壁101c的附着有焊料125a的位置对外部电极用端子111施加负荷。由此，导致外部电极用端子111弯曲或折断等(图7)。
第二个问题是，由于将外部电极用端子111的另一个端部111b的外径设计得比贯通孔电极133的内径大一些而导致在将外部电极用端子111插入141到印刷电路基板131的贯通孔132时会产生的不良(图8、图10)。图8的箭头的朝向是外部电极用端子111的插入141的方向。以具有折弯成相对于外部电极用端子111的中心轴z线对称的大致V字状的端部形状(参照图10)的外部电极用端子111为例进行说明。
在折弯成大致V字状的外部电极用端子111的另一个端部111b与贯通孔电极133点接触的状态下，外部电极用端子111被插入141于印刷电路基板131的贯通孔132。因此，在与外部电极用端子111点接触的部分134，贯通孔电极133被切削而导致破损。另外，在产生贯通孔电极133的削屑的情况下，该削屑有可能附着于印刷电路基板131、半导体模块，导致绝缘性降低。
本发明为了消除上述现有技术的问题，目的在于提供能够消除伴随着外部电极用端子与其他部件的连接的组装不良的半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法。
技术方案
为了解决上述课题，实现本发明的目的，本发明的金属电极部件能够介由通过焊料接合到在绝缘基板上安装的半导体芯片或导电性板的其他金属部件而安装于上述绝缘基板，并将上述半导体芯片或上述导电性板的电位引出到外部，具有如下特征。上述金属电极部件是能够从两端的开放端中的一方的开放端供上述金属部件插入的中空筒状。上述金属电极部件具有能够与从上述一方的开放端插入到内部的上述金属部件的外壁的至少一部分接触而固定于该金属部件的内径。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，可以具有比上述金属部件的外径大的内径。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，上述金属电极部件的内壁可以与从上述金属部件的外壁向外侧伸出的突起部接触而固定于上述金属部件。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，在两端的开放端中的另一方的开放端侧的端部可以具备多个切口和多个分支部，上述另一方的开放端侧的端部可以插入到电路基板的贯通孔。多个上述切口从该另一方的开放端，与中心轴平行地设置在上述另一方的开放端侧的端部。多个上述分支部通过设置在上述另一方的开放端侧的端部的上述切口分离而成。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，上述分支部可以形成为圆弧柱状，上述圆弧柱状具有从与中心轴正交的圆弧状的面的周围沿与中心轴平行的方向引出母线而成的柱面。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，可以利用从上述另一方的开放端插入到内部的楔将所述分支部固定于所述贯通孔的内壁，并与沿着上述贯通孔的内壁设置的环状的贯通孔电极连接。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，可以利用锥面上具有与上述贯通孔电极的内径相同的外径的圆锥状的上述楔将所述分支部固定于所述贯通孔的内壁。
另外，本发明的金属电极部件的特征是，在上述的发明中，可以具有比上述贯通孔电极的内径小的外径。
另外，为了解决上述课题，实现本发明的目的，本发明的半导体装置具备绝缘基板、中空筒状的金属部件以及中空筒状的金属电极部件，具有如下特征。在上述绝缘基板上安装有半导体芯片或导电性板。上述金属部件具备第一开放端和上述第一开放端的相反侧的第二开放端。上述金属部件的上述第一开放端通过焊料被接合于上述半导体芯片或上述导电性板。上述金属电极部件具备第三开放端和上述第三开放端的相反侧的第四开放端。上述金属电极部件从上述第三开放端供上述金属部件的上述第二开放端侧的部分插入到内部而固定于上述金属部件。上述金属电极部件能够介由上述金属部件将上述半导体芯片或上述导电性板的电位引出到外部。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述金属电极部件的内径可以比上述金属部件的外径大。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述金属部件可以具备从上述金属部件的外壁向外侧伸出的突起部。上述金属电极部件使内壁与上述突起部接触而固定于上述金属部件。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，可以在上述金属电极部件的上述第四开放端侧的端部具备多个切口和多个分支部。多个上述切口从上述第四开放端，与中心轴平行地设置在上述金属电极部件的上述第四开放端侧的端部。多个上述分支部通过设置在上述金属电极部件的上述第四开放端侧的端部的上述切口分离而成。上述金属电极部件的上述第四开放端侧的端部被插入到电路基板的贯通孔。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述分支部可以形成为圆弧柱状，所述圆弧柱状具有从与上述金属电极部件的中心轴正交的圆弧状的面的周围沿与上述金属电极部件的中心轴平行的方向引出母线而成的柱面。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述半导体装置还可以具备从上述金属电极部件的上述第四开放端插入到上述金属电极部件的内部的楔。上述分支部通过上述楔被固定于上述贯通孔的内壁，并与沿着上述贯通孔的内壁设置的贯通孔电极连接。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述楔可以形成为锥面上具有与上述贯通孔电极的内径相同的外径的圆锥状。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述金属电极部件的外径可以比上述贯通孔电极的内径小。
另外，本发明的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，上述金属部件可以是外径随着从上述第一开放端侧朝向上述第二开放端侧而变窄的圆锥台状。上述金属部件的上述第一开放端侧的外径为上述金属电极部件的内径以上。上述金属部件的上述第二开放端侧的外径小于上述金属电极部件的内径。
另外，为了解决上述的课题，实现本发明的目的，本发明的半导体装置的制造方法是具备介由中空筒状的金属部件将上述半导体芯片或上述导电性板的电位引出到外部的金属电极部件的半导体装置的制造方法，具有如下特征。上述金属部件的一方的第一开放端通过焊料接合到在绝缘基板上安装的半导体芯片或导电性板。进行通过焊料将上述金属部件的上述第一开放端接合于上述半导体芯片上或上述导电性板上的第一工序。进行将上述金属部件的另一方的第二开放端侧的部分从中空筒状的上述金属电极部件的两端的开放端中的一方的第三开放端插入到上述金属电极部件的内部，将上述金属电极部件固定于上述金属部件的第二工序。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，上述金属电极部件的内径可以比上述金属部件的外径大。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，在上述第二工序中，可以使上述金属电极部件的内壁与从上述金属部件的外壁向外侧伸出的突起部接触，将上述金属电极部件固定于上述金属部件。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，还可以进行将上述金属电极部件的两端的开放端中的另一方的第四开放端侧的端部插入到电路基板的贯通孔的第三工序。接下来，可以进行从上述金属电极部件的上述第四开放端向上述金属电极部件的内部插入楔，利用上述楔将上述金属电极部件的上述第四开放端侧的端部固定于上述贯通孔的内壁的第四工序。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，还可以具有如下特征。上述金属电极部件具备多个分支部，上述多个分支部通过从所述第四开放端，与中心轴平行地设置在该第四开放端侧的端部的多个切口分离而成。并且，在上述第四工序中，利用上述楔将上述分支部固定于上述贯通孔的内壁，与沿着上述贯通孔的内壁设置的贯通孔电极连接。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，上述分支部可以形成为圆弧柱状，上述圆弧柱状具有从与上述金属电极部件的中心轴正交的圆弧状的面的周围沿与上述金属电极部件的中心轴平行的方向引出母线而成的柱面。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，上述楔可以形成为锥面上具有与上述贯通孔电极的内径相同的外径的圆锥状。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，上述金属电极部件的外径可以比上述贯通孔电极的内径小。
另外，本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的发明中，上述金属部件可以是外径随着从上述第一开放端侧朝向上述第二开放端侧而变窄的圆锥台状。上述金属部件的上述第一开放端侧的外径为上述金属电极部件的内径以上。上述金属部件的上述第二开放端侧的外径小于上述金属电极部件的内径。
根据上述的发明，通过将中空筒状的金属部件从中空筒状的金属电极部件的一个开放端插入到金属电极部件的内部(空洞部)，从而能够用插入到金属电极部件的内部的金属部件的外壁来固定金属电极部件。因此，即使在金属部件的内壁发生焊料的爬升和/或飞散，也能够不受到爬升或飞散到金属部件的内壁的焊料导致的不良影响，能够将金属电极部件固定于金属部件而安装于绝缘基板上。
另外，根据上述的发明，由于在金属电极部件的另一个开放端侧的端部设置切口并分离而成的各分支部的柱面为圆弧形状，所以能够抑制在将金属电极部件插入电路基板的贯通孔时贯通孔电极被切削。因此，能够防止由贯通孔电极的削屑导致的绝缘性降低。另外，根据上述的发明，利用从金属电极部件的另一个开放端插入的楔，能够以一定的压力将金属电极部件的分支部可靠地固定于电路基板的贯通孔。
发明效果
根据本发明的半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法，起到能够消除伴随着外部电极用端子与其他部件的连接的组装不良的效果。
附图说明
图1是表示实施方式一的半导体装置的结构的截面图。
图2是详细地表示图1的局部结构的说明图。
图3是表示实施方式一的半导体装置在组装过程中的状态的截面图。
图4是表示实施方式一的半导体装置在组装过程中的状态的截面图。
图5是表示实施方式二的半导体装置的结构的截面图。
图6是示意地表示现有的半导体模块在组装过程中的问题的一个例子的截面图。
图7是示意地表示现有的半导体模块在组装过程中的问题的一个例子的截面图。
图8是示意地表示现有的半导体模块在组装过程中的状态的截面图。
图9是表示现有的半导体模块的主要部分的构成的截面图。
图10是表示图9的切割面A处的外部电极用端子的另一个端部的平面形状的一个例子的俯视图。
符号说明
1、51：筒状接触部件的主体筒部
1a、1b、51a、51b：筒状接触部件的主体筒部的开放端
1c：筒状接触部件的主体筒部的外壁
1d：筒状接触部件的主体筒部的内壁
2：筒状接触部件的凸缘
3：筒状接触部件的突起部
4：筒状接触部件的空洞部
10：筒状接触部件
11：外部电极用端子
11a、11b：外部电极用端子的端部
11c：外部电极用端子的贯通孔插入部
11d：外部电极用端子的贯通孔插入部的分支部
12：外部电极用端子的空洞部
13：外部电极用端子的切口
14：辅助楔
14a：辅助楔的端部
20：层叠基板
21：绝缘基板
22：导电性板
23：铜箔
24：半导体芯片
25：焊料
26：树脂壳体
27：树脂壳体的贯通孔
31：印刷电路基板
32：印刷电路基板的贯通孔
33：贯通孔电极
41：外部电极用端子的插入
42：辅助楔的插入
D1、D1a、D1b：筒状接触部件的主体筒部的外径
D2：外部电极用端子的内径
D3：外部电极用端子的外径
D4：贯通孔电极的内径
D5a、D5b：辅助楔的外径
L：外部电极用端子的主体筒部的设有突起部的部分的外径
x、y：与外部电极用端子的中心轴正交的方向
z：外部电极用端子的中心轴
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法的优选的实施方式。应予说明，在以下的实施方式的说明和附图中，对同样的构成标注相同的符号，省略重复的说明。
(实施方式一)
对实施方式一的半导体装置的结构进行说明。图1是表示实施方式一的半导体装置的结构的截面图。图2是详细地表示图1的局部结构的说明图。在图2中示出外部电极用端子(金属电极部件)11的贯通孔插入部11c的外形。图3、图4是表示实施方式一的半导体装置在组装过程中的状态的截面图。在图3中示出向印刷电路基板31的贯通孔32插入41外部电极用端子11时的状态。在图4中示出向外部电极用端子11的空洞部12插入42辅助楔14时的状态。
图1所示的实施方式一的半导体装置是以基于设计条件的预定的平面布局，利用焊料(未图示)将半导体芯片24、其他构成部件等接合于层叠基板20的正面的导电性板22的构成的半导体模块。层叠基板20例如是在绝缘基板21的正面层叠了导电性板22且在绝缘基板21的背面层叠了铜箔23的电路基板，所述导电性板22形成有由铜(Cu)箔形成的电极图案。可以对导电性板22和铜箔23实施镀镍(Ni)。
绝缘基板21例如使用氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等陶瓷。层叠基板20的背面的铜箔23例如焊接于散热片(未图示)。在层叠基板20上的导电性板22利用焊料(未图示)接合半导体芯片24的背面。设置于半导体芯片24的正面的电极(以下，称为正面电极：未图示)介由铝(Al)导线(未图示)与导电性板22电连接。
在层叠基板20上的导电性板22利用焊料25接合筒状接触部件(金属部件)10的主体筒部1的一个开放端(空洞部4的一个开口部(第一开放端)：附图下端)1a。焊料25可以使用具有预定的粘度的例如膏状焊料等糊状的焊料(将其他部件彼此接合的焊料也是同样)。筒状接触部件10介由导电性板22和导线(未图示)与半导体芯片24的正面电极电连接。筒状接触部件10可以直接焊接于半导体芯片24的正面电极。
筒状接触部件10是具备中空筒状的主体筒部1、设置于主体筒部1的一个开放端1a的凸缘(轮缘)2以及设置于主体筒部1的外壁1c的突起部3的金属部件。筒状接触部件10的材质优选导电性优异的材料，且是满足预定的强度、与焊料25的接合性优异的材料。更优选地，筒状接触部件10的材质例如可以是铜或铜合金。在主体筒部1的外侧配置有与主体筒部1接触并包围主体筒部1的周围的中空筒状的外部电极用端子11。
主体筒部1是中空的例如大致圆柱的部件。主体筒部1具有能够以包围主体筒部1的方式将外部电极用端子11稳定地固定于主体筒部1的外侧的预定长度。主体筒部1的外径(直径)D1比外部电极用端子11的内径D2稍微小一些(D1＜D2)。主体筒部1的一个开放端(附图下端)1a被向层叠基板20上的导电性板22的焊接使用的焊料25封堵。即，主体筒部1的一个开放端1a的端面成为与焊料25的接合面。
主体筒部1的一个开放端1a可以不被焊料25完全封堵，但优选将凸缘2与导电性板22焊接。主体筒部1的另一个开放端1b(空洞部4的另一个开口部(第二开放端)：附图上端)开放。在将主体筒部1焊接于层叠基板20上的导电性板22时虽然会发生焊料25向主体筒部1的内壁1d的爬升，但是在该例子中，不向主体筒部1的空洞部4插入任何部件。因此，能够避免因焊料25向主体筒部1的内壁1d的爬升而导致的安装不良。
凸缘2成为从主体筒部1的一个开放端1a，沿与主体筒部1的中心轴z正交的方向x(或者方向y，或者两个方向x、y)以预定宽度向外侧伸出的环状(凸边状)，被设置在主体筒部1的外壁1c的例如整周。凸缘2通过焊料25被接合到层叠基板20上的导电性板22。在主体筒部1的另一个开放端1b没有设置凸缘，主体筒部1的外径D1在除了凸缘2和突起部3以外的部分为大致相同的尺寸。
突起部3沿与主体筒部1的中心轴z正交的方向x(或者方向y，或者两个方向x、y)，以预定宽度(以下，称为伸出宽度)向外侧伸出。突起部3只要能够稳定地固定外部电极用端子11即可，例如，可以以相互分离的方式在主体筒部1的外壁1c的相同的高度位置设置至少2处以上，也可以设置为围绕主体筒部1的外壁1c的整周的环状。突起部3可以由与主体筒部1不同的部件形成，也可以通过使主体筒部1变形而形成。
优选主体筒部1的设置有突起部3的部分的外径L相对于外部电极用端子11的内径D2满足例如D2+0.0[mm]＜L≤D2+0.1[mm]。由此，外部电极用端子11不脱落而被固定于主体筒部1的外壁。在图1中示出将突起部3的高度位置设为主体筒部1的外壁1c的大致中间的高度位置的情况，但是突起部3的高度位置可以进行各种改变，例如可以配置于主体筒部1的另一个开放端1b。
外部电极用端子11是中空的例如大致圆柱的部件。外部电极用端子11的材质例如可以是铜或铜合金。外部电极用端子11被固定于筒状接触部件10的主体筒部1的外壁的突起部3，并介由该筒状接触部件10与层叠基板20上的半导体芯片24的正面电极或导电性板22电连接。在图1中示出利用焊料25将筒状接触部件10与导电性板22接合的状态。具体而言，从外部电极用端子11的一个端部11a的开放端(空洞部12的一个开口部(第三开放端)：附图下端)11e向外部电极用端子11的空洞部12插入筒状接触部件10的主体筒部1的另一个开放端1b侧的部分。
例如，筒状接触部件10的凸缘2以外的部分几乎全部被插入到外部电极用端子11的空洞部12。通过使设置于筒状接触部件10的主体筒部1的外壁1c的突起部3嵌合于外部电极用端子11的内壁11g，从而外部电极用端子11固定在筒状接触部件10的主体筒部1的外侧。可以使筒状接触部件10的主体筒部1的外壁1c与外部电极用端子11的内壁11g接触。外部电极用端子11的一个端部11a的开放端11e可以与筒状接触部件10的凸缘2不接触。在筒状接触部件10中，通过具备凸缘2，从而焊料25在主体筒部1的外侧爬升的路径变长，进而，通过具备突起部3，能够使主体筒部1的外侧与外部电极用端子11的内侧之间存在空隙。利用组合筒状接触部件10与外部电极用端子11的结构，还能够避免因焊料25向主体筒部1的外壁1c的爬升而导致的安装不良。
外部电极用端子11的另一个端部11b从例如由树脂等构成的壳体(以下，称为树脂壳体)26的贯通孔27向树脂壳体26的外侧突出。外部电极用端子11的另一个端部11b在向树脂壳体26的外侧突出的部分中，被插入到印刷电路基板31的贯通孔32，且与沿着贯通孔32的内壁设置的电极(贯通孔电极)33接触。虽然对树脂壳体26的整体形状省略了图示，但树脂壳体26是覆盖层叠基板20的导电性板22侧的面的盖状的部件。层叠基板20的导电性板22侧的面上的各部件被树脂壳体26包围并收纳。
另外，外部电极用端子11的另一个端部11b如后所述，通过插入42到外部电极用端子11的空洞部12中的辅助楔14而被固定于印刷电路基板31的贯通孔32(参照图4的(a))。外部电极用端子11的另一个端部11b在印刷电路基板31的贯通孔32内与大致环状(圆形框状)的贯通孔电极33的内侧接触。介由贯通孔电极33使外部电极用端子11与印刷电路基板31上的电路部(未图示)导通。印刷电路基板31与层叠基板20上的导电性板22夹着外部电极用端子11而对置。
从另一个端部11b侧看外部电极用端子11的平面形状例如是大致环状(圆形框状)。在外部电极用端子11的另一个端部11b，在插入到印刷电路基板31的贯通孔32的部分(以下，称为贯通孔插入部)11c设置有与外部电极用端子11的中心轴z平行的1个以上的切口13(图2)。在图2的(a)中示出从与外部电极用端子11的中心轴z正交的方向x(或y)看外部电极用端子11的另一个端部11b的截面形状，在图2的(b)中示出从另一个端部11b侧看外部电极用端子11的平面形状。
该切口13形成为从外部电极用端子11的另一个端部11b的开放端(空洞部12的另一个开口部(第四开放端)：附图上端)11f朝向一个端部11a侧的大致矩形状。切口13例如以到达固定了外部电极用端子11的印刷电路基板31的层叠基板20侧的深度h设置在外部电极用端子11。通过该切口13，外部电极用端子11的贯通孔插入部11c被分离为多个分支部11d。在图2中示出等间隔(即90度间隔)地在外部电极用端子11的另一个端部11b设置4个切口13(图2的涂黑的部分)，将外部电极用端子11的贯通孔插入部11c分离成4个分支部11d的情况。
外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的各分支部11d分别形成为圆弧柱状，该圆弧柱状具有从与外部电极用端子11的中心轴z正交的圆弧状的面的周围沿与外部电极用端子11的中心轴z平行的方向引出母线而成的柱面。即，外部电极用端子11的外径D3在与外部电极用端子11的中心轴z平行的方向上大致相同。在外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的分支部11d的外侧的柱面(外壁)不存在向与外部电极用端子11的中心轴z正交的方向x、y的局部的突起。另外，外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的分支部11d的外侧的柱面是呈圆形的圆弧形状(R形状)。
即，在外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的分支部11d的外侧的柱面不存在向印刷电路基板31的贯通孔32插入41外部电极用端子11时切削贯通孔电极33的突起和/或角部。因此，在向印刷电路基板31的贯通孔32插入41外部电极用端子11时，外部电极用端子11与贯通孔电极33为面接触。由此，在向印刷电路基板31的贯通孔32插入41外部电极用端子11的贯通孔插入部11c时，能够抑制贯通孔电极33被切削(图3)。图3的箭头的朝向是外部电极用端子11的插入41的方向。
另外，优选外部电极用端子11的外径D3比贯通孔电极33的内径D4小(D3＜D4)。由此，在向印刷电路基板31的贯通孔32插入41外部电极用端子11时，外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的各分支部11d与贯通孔电极33不接触。因此，能够在不切削贯通孔电极33的状态下向印刷电路基板31的贯通孔32插入41外部电极用端子11的贯通孔插入部11c。
以使外部电极用端子11与贯通孔电极33接触且外部电极用端子11不容易从印刷电路基板31脱落的方式，沿从外部电极用端子11的内侧向外侧的方向对外部电极用端子11的贯通孔插入部11c施加一定的压力。例如，从外部电极用端子11的另一个端部11b的开放端11f向外部电极用端子11的空洞部12插入42楔(以下，称为辅助楔)14(图4的(a))。辅助楔14由外部电极用端子11的贯通孔插入部11c固定。图4的(a)的箭头的朝向是辅助楔14的插入42的方向。在图4中用阴影表示辅助楔14。
辅助楔14形成为与一个端部侧相比，在另一个端部侧外径D5b(＞D5a)大的例如大致圆锥状。辅助楔14的一个端部侧的外径D5a比外部电极用端子11的内径D2小，另一个端部侧的外径D5b大于外部电极用端子11的内径D2(D5a＜D2＜D5b)。该辅助楔14的比外部电极用端子11的内径D2小的一个端部14a被插入42到外部电极用端子11的空洞部12。辅助楔14具有沿从外部电极用端子11的内侧朝向外侧的方向对外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的各分支部11d施加压力的功能。
辅助楔14在锥面(外壁)上(即圆锥的顶点与底面之间的高度位置)具有与贯通孔电极33的内径D4相等的外径。辅助楔14插入42到外部电极用端子11的空洞部12中直到外部电极用端子11的外径D3与贯通孔电极33的内径D4相等的深度位置(图4的(b))。通过将辅助楔14插入42到外部电极用端子11的空洞部12，外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的各分支部11d被按压固定到贯通孔电极33。由此，能够使外部电极用端子11与贯通孔电极33可靠地接触，以可靠地得到外部电极用端子11与贯通孔电极33的导通。可以使用能够插入到切口13的、前端比切口13的宽度薄且另一端比切口13的宽度厚的楔(未图示)来代替辅助楔14。
辅助楔14的材质优选不容易变形或者具有预定的强度的材料，以便能够如上所述以一定的负荷将外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的各分支部11d按压到贯通孔电极33。并且，辅助楔14的材质优选具有与外部电极用端子11电绝缘性的材料。具体而言，辅助楔14的材质例如可以是ベークライト(商标)、陶瓷。
接下来，参照图1、图3、图4对实施方式一的半导体装置的组装方法进行说明。首先，通过例如糊状的焊料将半导体芯片24接合到层叠基板20上。通过例如糊状的焊料25将筒状接触部件10的主体筒部1的一个开放端1a接合到安装于层叠基板20上的半导体芯片24上或导电性板22上。利用例如铝导线将层叠基板20上的导电性板22与设置于半导体芯片24的正面的电极电连接。
接下来，从外部电极用端子11的一个端部11a的开放端11e向外部电极用端子11的空洞部12插入筒状接触部件10的主体筒部1。通过将设置于筒状接触部件10的主体筒部1的外壁1c的突起部3嵌合到外部电极用端子11，从而在筒状接触部件10的主体筒部1的外侧固定外部电极用端子11。接下来，向树脂壳体26的贯通孔27插入外部电极用端子11的另一个端部11b并使其向树脂壳体26的外侧突出。接下来，在层叠基板20的周边(或散热片的周边)粘接树脂壳体26，通过用树脂壳体26包围层叠基板20的导电性板22侧的面上(或散热片上)的各部件来收纳该各部件。
接下来，将外部电极用端子11的另一个端部11b插入41到印刷电路基板31的贯通孔32中(图3)。接着，从外部电极用端子11的另一个端部11b的开放端11f向外部电极用端子11的空洞部12插入42辅助楔14(图4的(a))。此时，在外部电极用端子11的贯通孔插入部11c中，将辅助楔14插入42到外部电极用端子11的外径D3与贯通孔电极33的内径D4变得相等的深度位置(图4的(b))。这样，通过插入42辅助楔14，从而使外部电极用端子11的贯通孔插入部11c的各分支部11d与贯通孔电极33接触而使其导通，并且将外部电极用端子11固定于印刷电路基板31。由此，完成图1所示的半导体模块。
如以上所说明，根据实施方式一，将在层叠基板上焊接了开放端的中空筒状的筒状接触部件从中空筒状的外部电极用端子的一个开放端插入到外部电极用端子的空洞部，用筒状接触部件的外壁固定外部电极用端子。在筒状接触部件的中空部可以什么部件都不插入。由此，即使在筒状接触部件的内壁发生焊料的爬升和/或飞散，也能够不受到爬升或飞散到筒状接触部件的内壁的焊料导致的不良影响地，将外部电极用端子固定于筒状接触部件而安装于层叠基板上。
另外，根据实施方式一，在外部电极用端子的另一个开放端侧的端部设置多个切口而分离成的各分支部的柱面为圆弧形状(R形状)，不存在向与外部电极用端子的中心轴正交的方向的局部的突起。因此，能够抑制在向印刷电路基板的贯通孔插入外部电极用端子时贯通孔电极被切削和/或破损。由此，能够抑制外部电极用端子与贯通孔电极之间的导通不良。并且，能够抑制因贯通孔电极的削屑附着于印刷电路基板、半导体模块而导致的绝缘性降低。
另外，根据实施方式一，从外部电极用端子的另一个开放端侧向外部电极用端子的空洞部插入辅助楔，沿从内侧向外侧的方向对外部电极用端子的贯通孔插入部的分支部施加压力。由此，能够以一定的压力可靠地将外部电极用端子的贯通孔插入部的分支部固定于印刷电路基板的贯通孔，使外部电极用端子的贯通孔插入部的分支部与贯通孔电极的接触强度提高。因此，能够可靠地将外部电极用端子与贯通孔电极连接。并且，对于外部电极用端子的贯通孔插入部的分支部的形状和/或尺寸的设计的自由度变高。
(实施方式二)
接下来，对实施方式二的半导体装置的结构进行说明。图5是表示实施方式二的半导体装置的结构的截面图。在图5中省略了外部电极用端子、印刷电路基板和树脂壳体的图示，但与实施方式一同样地，在筒状接触部件10的主体筒部51的外侧固定有中空筒状的外部电极用端子的一个端部。另外，与实施方式一同样地，外部电极用端子的另一个端部在向树脂壳体的外侧突出的部分固定于印刷电路基板的贯通孔，与贯通孔电极连接。
实施方式二的半导体装置的筒状接触部件10的主体筒部51的形状与实施方式一的半导体装置不同。具体而言，筒状接触部件10的主体筒部51是外径随着从一个开放端51a侧朝向另一个开放端51b侧而变窄的中空筒状的例如大致圆锥台的部件。主体筒部51的一个开放端(附图下端)51a侧的外径D1a大于等于外部电极用端子的内径D2，另一个开放端(附图上端)51b侧的外径D1b小于外部电极用端子的内径D2(D1b＜D2≤D1a)。即，主体筒部51在锥面(外壁)上具有与外部电极用端子的内径D2相等的外径。
如以上所说明，根据实施方式二，能够得到与实施方式一同样的效果。另外，根据实施方式二，通过使筒状接触部件的主体筒部为大致圆锥台形状，从而在筒状接触部件的主体筒部的外侧的锥面上固定外部电极用端子。因此，无论筒状接触部件的主体筒部的尺寸精度是否有偏差，均能够将外部电极用端子稳定地固定于筒状接触部件的主体筒部的外壁。
以上，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种改变。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的半导体装置、金属电极部件及半导体装置的制造方法对于具有通过焊料将半导体芯片和/或其他构成部件等接合于层叠基板的表面的导电性板的构成的半导体模块等半导体装置有用。

Claims (16)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
绝缘基板；
半导体芯片或导电性板，其安装于所述绝缘基板上；
中空筒状的金属部件，其具备第一开放端以及所述第一开放端的相反侧的第二开放端，所述第一开放端通过焊料接合于所述半导体芯片或所述导电性板；以及
金属电极部件，其为中空筒状，具备第三开放端以及所述第三开放端的相反侧的第四开放端，通过将所述金属部件的所述第二开放端侧的部分从所述第三开放端插入到内部而固定于所述金属部件，能够介由所述金属部件将所述半导体芯片或所述导电性板的电位引出到外部，
所述金属部件具备从所述金属部件的外壁向外侧伸出的突起部，
所述金属电极部件使内壁与所述突起部接触而固定于所述金属部件。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述金属电极部件的内径比所述金属部件的外径大。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述金属电极部件具备：
多个切口，从所述第四开放端，与中心轴平行地设置在所述第四开放端侧的端部；以及
多个分支部，通过被设置在所述第四开放端侧的端部的所述切口分离而成，
所述第四开放端侧的端部被插入到电路基板的贯通孔。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述分支部形成为圆弧柱状，所述圆弧柱状具有从与所述金属电极部件的中心轴正交的圆弧状的面的周围沿与所述金属电极部件的中心轴平行的方向引出母线而成的柱面。
5.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还具备从所述金属电极部件的所述第四开放端插入到所述金属电极部件的内部的楔，
所述分支部通过所述楔被固定于所述贯通孔的内壁，与沿着所述贯通孔的内壁设置的贯通孔电极连接。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，所述楔形成为锥面上具有与所述贯通孔电极的内径相同的外径的圆锥状。
7.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，所述金属电极部件的外径比所述贯通孔电极的内径小。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述金属部件是外径随着从所述第一开放端侧朝向所述第二开放端侧而变窄的圆锥台状，
所述金属部件的所述第一开放端侧的外径为所述金属电极部件的内径以上，
所述金属部件的所述第二开放端侧的外径小于所述金属电极部件的内径。
9.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，所述半导体装置具备：中空筒状的金属部件，其两端的开放端中的一方的第一开放端通过焊料接合到在绝缘基板上安装的半导体芯片或导电性板；以及金属电极部件，其介由所述金属部件将所述半导体芯片或所述导电性板的电位引出到外部，
所述半导体装置的制造方法包括：
第一工序，通过焊料将所述金属部件的所述第一开放端接合于所述半导体芯片上或所述导电性板上；
第二工序，将所述金属部件的两端的开放端中的另一方的第二开放端侧的部分从中空筒状的所述金属电极部件的两端的开放端中的一方的第三开放端插入到所述金属电极部件的内部，将所述金属电极部件固定于所述金属部件，
在所述第二工序中，使所述金属电极部件的内壁与从所述金属部件的外壁向外侧伸出的突起部接触，将所述金属电极部件固定于所述金属部件。
10.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述金属电极部件的内径比所述金属部件的外径大。
11.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述半导体装置的制造方法还包括：
第三工序，将所述金属电极部件的两端的开放端中的另一方的第四开放端侧的端部插入到电路基板的贯通孔；
第四工序，在所述第三工序之后，从所述金属电极部件的所述第四开放端向所述金属电极部件的内部插入楔，利用所述楔将所述金属电极部件的所述第四开放端侧的端部固定于所述贯通孔的内壁。
12.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述金属电极部件具备多个分支部，所述多个分支部通过从该第四开放端，与中心轴平行地设置在所述第四开放端侧的端部的多个切口分离而成，
在所述第四工序中，利用所述楔将所述分支部固定于所述贯通孔的内壁，与沿着所述贯通孔的内壁设置的贯通孔电极连接。
13.根据权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述分支部形成为圆弧柱状，所述圆弧柱状具有从与所述金属电极部件的中心轴正交的圆弧状的面的周围沿与所述金属电极部件的中心轴平行的方向引出母线而成的柱面。
14.根据权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述楔形成为锥面上具有与所述贯通孔电极的内径相同的外径的圆锥状。
15.根据权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述金属电极部件的外径比所述贯通孔电极的内径小。
16.根据权利要求9～15中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述金属部件是外径随着从所述第一开放端侧朝向所述第二开放端侧而变窄的圆锥台状，
所述金属部件的所述第一开放端侧的外径为所述金属电极部件的内径以上，
所述金属部件的所述第二开放端侧的外径小于所述金属电极部件的内径。
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