JP2007184525A - 電子機器装置 - Google Patents

電子機器装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2007184525A
JP2007184525A JP2006166869A JP2006166869A JP2007184525A JP 2007184525 A JP2007184525 A JP 2007184525A JP 2006166869 A JP2006166869 A JP 2006166869A JP 2006166869 A JP2006166869 A JP 2006166869A JP 2007184525 A JP2007184525 A JP 2007184525A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductor
hole
semiconductor element
notch
electronic device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006166869A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasunari Hino
泰成 日野
Koji Hiraoka
功治 平岡
Yasushi Nakajima
泰 中島
Haruo Takao
治雄 高尾
Tatsuyuki Takeshita
竜征 竹下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2006166869A priority Critical patent/JP2007184525A/ja
Publication of JP2007184525A publication Critical patent/JP2007184525A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】配線接続において、簡易な接合構造で十分な接合強度が得られ、生産性の高い接合構造を備え、高信頼性、小型化及び低コスト化された電子機器装置を得る。
【解決手段】半導体素子1と、半導体素子1の電極に電気的に接続された平板状の金属板4と、金属板4に接合された平板状の入力端子6aとを備えた電力半導体装置において、入力端子6aに貫通孔を形成し、貫通孔を形成した入力端子6aの貫通孔の形成部を金属板4に略平行に配置し、貫通孔及び貫通孔と金属板4との間にはんだ2を満たして入力端子6aと金属板4とを接合する。
【選択図】図1

Description

この発明は、電子機器装置に関し、詳細には電子機器装置内の配線接続における接合構造に関するものである。
近年、環境規制の高まりから、環境問題に配慮した環境にやさしい電気機器装置が非常に強く求められている。さらに、従来よりも、電気製品の小型化、高信頼化及び低コスト化が求められている。特に、高効率、省エネに対応したモータを備えた家電の駆動制御装置のような電子機器装置、電気自動車、ハイブリッド自動車向けの車載制御機器としての電子機器装置に対する高信頼性、小型化及び低コスト化のニーズが非常に高まっている。
近年、このような用途の電子機器装置において、高機能を満たしながら、小型化、低コスト化とともに、高品質、高信頼性、高出力化が要求されており、これを実現させるためには、配線接続部において、高品質、高信頼性を確保した上で、さらに小型化、低コスト化を進める必要があった。
例えば、特許文献1に記載されている大電力半導体装置においては、入出力端子と半導体素子の各電極において、回路を形成するため、電気的な接続が必要である。例えば、半導体装置内において、銅または銅合金からなる配線導体と回路を有した基板とを接続させるために、はんだ接合を用いている。電子機器装置の小型化、配線接続の高密度化が進むにつれ、接合箇所が増加し、接合箇所の面積が小さくなっている。このように、接合箇所が複数箇所となり、接合領域が協商化される傾向にある。
上記特許文献1に示されているような電子機器装置では、このような接合部に、レジストによって領域を規制した電極領域に対してはんだ接合を用いている。ここで、レジストは接合箇所の位置を定め、フィレット形状を安定化させる作用を有するものである。レジストが施されていない場合、オーバーハング形状になったり、濡れ広がりが大きすぎるようになるため、フィレット形状が不安定になる。フィレットの曲率Rが小さい場合、はんだ接合の信頼性が低下するというフィレット形状と接合の信頼性との相関関係があり、フィレット形状の安定化が必要になる。このように、レジストによるフィレット形状の安定化が接合の信頼性確保のために重要であった。
特開平6−260581号公報(第3−4頁、図1)
電子機器装置の小型化、配線接続の高密度化が、進むにつれ、接合箇所が増加し、接合箇所の面積が小さくなっている。このように接合箇所が複数箇所となり、接合領域が挟小化され、かつ接合箇所の強度の確保が求められているが、上記特許文献1のように接合部間の面同士を接合した場合、十分な強度、信頼性が得られないという問題がある。
また、接合領域を限定しようとした場合、従来の方法ではレジストを用いて接合領域を限定する方法が採用されるが、増大する接合箇所のレジストによる処理工程が増え、また、高価なレジストを用いるため、製造コストがアップするという問題がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、配線接続において、簡易な接合構造で十分な接合強度が得られ、生産性の高い接合構造を備え、高信頼性、小型化及び低コスト化された電子器装置を得ることを目的としている。
本発明に係る第1の電子機器装置は、半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体に接合された平板状の第二導体とを備えた電子機器装置において、
上記第一導体または第二導体のいずれか一方の導体に貫通孔を形成し、
上記貫通孔を形成した一方の導体の上記貫通孔の形成部を他方の導体に略平行に配置し、
上記貫通孔及び上記貫通孔と上記他方の導体との間に接合材を満たして上記第一導体と上記第二導体とを接合しているものである。
本発明に係る第2の電子機器装置は、半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体に接合された平板状の第二導体とを備えた電子機器装置において、
上記第一導体または第二導体のいずれか一方の端部に切り欠きを形成し、
上記切り欠きを形成した一方の導体の上記切り欠きの形成部を他方の導体に略平行に配置し、
上記切り欠き及び上記切り欠きと上記他方の導体との間に接合材を満たして上記第一導体と上記第二導体とを接合しているものである。
本発明に係る第3の電子機器装置は、半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体に接合された平板状の第二導体と、上記第一導体及び第二導体に接続された第三導体とを備えた電子機器装置において、
上記第一導体、第二導体または第三導体のいずれか2つの導体に貫通孔を形成し、
上記貫通孔を形成した2つの導体の上記貫通孔の形成部を残る1つの導体に上記貫通孔を重ね合わせて略平行に配置し、
上記貫通孔及び上記残る1つの導体と上記貫通孔との間に接合材を満たして上記第一導体、第二導体及び第三導体を接合しているものである。
本発明に係る第4の電子機器装置は、半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体と接合された平板状の第二導体と、上記第一導体及び第二導体に接続された第三導体とを備えた電子機器装置において、
上記第一導体、第二導体または第三導体のいずれか2つの導体の端部に切り欠きを形成し、
上記切り欠きを形成した2つの導体の上記切り欠きの形成部を突き合わせて残る1つの導体に略平行に配置し、
上記切り欠き及び上記残る1つの導体と上記切り欠きとの間に接合材を満たして上記第一導体、第二導体及び第三導体を接合しているものである。
本発明に係る第1ないし第4の電子機器装置によれば、簡易な接合構造で十分な接合強度が得られ、同時に生産性の高い接合構造を備え、高品質、高信頼性、小型化及び低コスト化された電子機器装置が得られる。
以下、本発明に係る電子機器装置及びその製造方法について、図を用いて好適実施の形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明に係る電子機器装置の実施の形態1を示す平面図(a)及びA−A断面図(b)である。本実施の形態1の電子機器装置は、半導体素子1と、半導体素子1の裏面の電極がはんだ2を介し接合されていて、半導体素子1との接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面の電極に、はんだ2を介して接合された導電部材5と、金属板4と電気的に接続された入力端子6aと、導電部材5と電気的に接続された出力端子6bと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備えている。
このように半導体素子1の電極に接続された導電部材5(第一導体)は出力端子6b(第二導体))に接続され、入力端子6aは金属板4に接続されている。
半導体素子1の種類には、表裏面に電極を備え、例えば、コレクタ電極、ゲート電極、エミッタ電極が配置されたIGBTのような半導体素子1と、ダイオード機能をもった半導体素子1との2種類があり、本発明に係る電子機器装置は、この2種類の半導体素子1を一対で用いている。各電極に接続された入力端子6a、出力端子6b及び信号端子7によって、外部からの入力及び外部への出力がなされている。半導体素子1は、IGBTに限定されるものではなく、MOSFET、トランジスタ等を用いてもよい。
半導体素子1の裏面のコレクタ電極と金属板4とがはんだ付され、金属板4は、熱伝導率が約400W/m・kと大きく、かつ、電機抵抗率が約2μΩ・cmと小さい銅もしくは銅合金といった金属からなる厚さ3〜5mm程度の板であり、放熱板としての機能を有する。上記のようなIGBT、MOSFET等の半導体素子1は、大電流をスイッチング制御するために発熱量が大きい。したがって、このような熱伝導率の高い放熱板として機能する金属板4が必要となる。
金属板4の裏面に固着された絶縁箔3は、絶縁層3aと保護金属層3bとの積層構造となっている。絶縁層3aには、窒化ホウ素やアルミナ等のフィラーが混入されたエポキシ樹脂を用いる。この絶縁層3aに熱伝導性の高い銅等からなる保護金属層3bが固着されている。
半導体素子1で発熱した熱は、金属板4、絶縁箔3を伝わって放熱されて、さらに、図示していないが、絶縁箔3に放熱板、複数のフィンを備えたヒートシンクが接続されており、放熱、冷却性能が向上され、半導体素子1の温度上昇が抑制される。
なお、本実施の形態1においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
半導体素子1の表面のゲート電極は、ワイヤ8により信号端子7と接続され、エミッタ電極は、出力端子6bが接続された導電部材5に接続されている。半導体素子1裏面のコレクタ電極は、金属板4を介して入出力端子6aに電気的に接続されている。導電部材5は、銅もしくは銅合金からなるもので、厚さ0.1〜1mm程度の平板である。
図2は、入力端子6aと金属板4とを接合した接合部の拡大断面図であり、図3は、図2のA−A断面図である。入力端子6aは、厚さ0.5〜1mm程度の銅板もしくは銅合金板からなる。図2及び図3に示したように、入力端子6aと金属板4とを等電位に配線接続するために、接合部付近において、入力端子6aを、入力端子6aと接合する金属板4の主面と略平行位置になるように、金属板4の主面と隙間dを形成して引き回し、金属板4と略平行な入力端子6aの導体部におおよそΦ0.5〜6mmの貫通孔2aを施し、貫通孔2a及び貫通孔2aと金属板4との間に溶融したはんだ2を満たし、固化させ、入力端子6aと金属板4とを接合する。毛管現象により、隙間d内にはんだ2が濡れ広がり、対向する入力端子6aの主面と金属板4の主面が、はんだ2と接合される。ただし、隙間dが狭すぎるとはんだ2が広がりすぎ、隙間dが広すぎると貫通孔2a内に満たされにくくなるので、隙間dは、Φ0.5〜6mmの貫通孔2aに対しておおよそ0.1〜0.5mmとする。隙間dの大きさは、貫通孔2aの大きさにより変わり、貫通孔2aの大きさに対して適切な大きさとする。
図2及び図3に示したような接合構造においては、はんだ2が入力端子6aの導体の貫通孔2aの壁面と垂直な表面及び裏面(以下、主面という)と濡れ、接合されたはんだ2の断面形状はリベットのような形状になり、図1(b)からみて、入力端子6aと金属板4との高さ方向に対する接合強度を大きくすることができる。
また、はんだ2と金属板4及び入力端子6aとの濡れによりはんだ2と金属板4との接合面積及びはんだ2と入力端子6aとの接合面積が大幅に拡大し、はんだ2と金属板4及びはんだ2と入力端子6aとの接合強度が大きくなる。
また、隙間dを設けず、入力端子6aと金属板4とを完全に密着させるようにしてもよい。入力端子6aと金属板4とを完全に密着させる場合は、はんだ2が入力端子6aの主面(表面)を濡らすように、はんだ2を貫通孔2aに満たすことにより、はんだ2と入力端子6aとの接合強度を大きくすることができる。
図3に示した貫通孔2aの形状は、はんだ2が貫通孔2aの中心から均等に濡れるように略円形状としているが、円形状ではなく、楕円形状や四角形状など、種々の形状でも接合可能である。これらの形状であれば、はんだ接合面積が増し、同一はんだ供給量に対して得られる接合強度を大きくすることができる。
貫通孔2aにはんだ2を満たす際、入力端子6a及び金属板4に対するはんだ2の濡れ性により、はんだ2がある限られた範囲内で自然に濡れ広がるという物理的な現象を利用することができる。はんだ2の濡れ性をよくするために、入力端子6a及び金属板4を、低酸素濃度の還元雰囲気で加熱することにより、高品質、高信頼性の、図2及び図3に示したような濡れ面積、フィレット形状が無理なく得られる。このようなはんだ接合構造であれば、電子機器装置を製品として使用した場合に生じる熱応力、歪みによる影響を抑制することができる。また、はんだ2の投入位置は、凡そ貫通孔2a内であればよく、従来と異なり、高い位置精度は要求されない。
従来、はんだ2といったろう材により、接合領域を限定して接合するときは、レジスト等により接合領域を限定していたが、本実施の形態1によれば、高価なレジストを必要としないので製造コストを削減することができる。
また、レジスト等の配置面積が必要でなくなるので、配線接続するための接合領域を極めて小さくすることができ、ひいては、電子機器装置のサイズの小型化を達成することができる。
また、従来のようにレジストを用いた場合、生産、組み立てするにあたり、接合部の位置決めが、接合箇所の増加、接合面積の微細化により、一層困難となっていたが、本実施の形態1によれば、接合するための位置決めも不要となり、生産性、組立性が大幅に向上する。さらに、配線接続部において、一部しか接合されていない等の接合不良がなく、望ましい接合構造が確保され、高品質、高信頼性を有した電子機器装置が得られる。
図1に示した、出力端子(第二導体)6bと導電部材(第一導体)5との接続も、金属板4と入力端子6aとの接続と同様に、出力端子6bの接合側の先端近傍に、貫通孔を形成し、貫通孔形成部を導電部材5と略平行に配置し、貫通孔及び導電部材5と貫通孔との間にはんだ2を満たし、出力端子6bと導電部材5とを接合する。貫通孔を中心とした出力端子6bの主面(表面及び裏面)から貫通孔の内壁面に掛けてはんだ2が濡れ、はんだ2の断面形状はリベットのような形状になり、高さ方向に対して出力端子6bと導電部材5と導電部材5との接合強度を大きくすることができる。
なお、貫通孔は、出力端子6bに設けるのではなく、導電部材5に設け、導電部材5を出力端子6bの導体の上に位置させるようにしてもよい。
三相交流モータ等の交流負荷を駆動させるインバータ制御として使用する電子機器装置は、各相毎に電源P側からコレクタ電極、エミッタ電極と接続され、そして、そのエミッタ電極からコレクタ電極、エミッタ電極と接続され、電源N側に接続されている。電源P側からコレクタ電極、エミッタ電極に接続されている部分を上アーム、エミッタ電極からコレクタ電極、エミッタ電極に接続され、電源N側に接続されている部分を下アームと称している。
図1は、上アームに関するものであるが、本発明の電力半導体装置は、図1(a)の上アームと並列に下アームが配設されており、上アームと下アームとを一対にして制御を行うものであり、下アームは、上アームと同様の構造を有する。
上アームと下アームとの接続においては、上アームのエミッタ電極から下アームのコレクタ電極に接続される。つまり、上アームの導電部材5と下アームの金属板とが配線部材10によって接合され、下アームのエミッタ電極から電源へ接続される。上アームの導電部材5と配線部材10との接合及び配線部材10と下アームの金属板との接合部においても、図1、図2及び図3における入力端子6aから金属板4への配線接続、導電部材5から出力端子6bへの配線接続と同様の接合構造とする。
上アームと下アームを一体にして、エポキシ樹脂を主体とした封止樹脂、または、エンプラ、PPS、PBTを主体とした封止樹脂を用いて形成され、電子機器装置がパッケージングされる。
なお、本実施の形態1では、上アーム、下アームから構成された2in1PKG構造で記載しているが、それに限らず、単体のPKG構造、3相分が一体となった6in1PKG構造でもよい。
また、図示していないが、樹脂成形に代えて、PPS、PBTを主体とした筐体に合わせ込み、絶縁材でPKGされるPKG構造でもよい。
はんだ2による接合は、窒素等の不活性ガスまたは水素等の還元ガスまたはその混合ガスで満たされた低酸素濃度の雰囲気炉内で、酸化を抑制して、良好な接合が行われる。具体的には、アクチュエータが備わったシリンジの先端で容器内に収容したはんだ2を吸い込み、接合部である貫通孔に吐出することによって、はんだ2の濡れ性により、図2に示したような楔形の接合形態が得られる。
通常、被接合材である金属とはんだとの接合性をよくするために、フラックスを用いて酸化膜を除去し、表面張力を小さくしてはんだの濡れ性を向上させるのであるが、上記プロセス条件の下ではフラックスは不要となる。また、フラックスを用いた場合、タクトが大きく生産工程上課題となっている洗浄工程が必要となるが、本実施の形態では洗浄工程が不要になり、生産効率が上がり、生産性が向上する。さらに、線上に使用する溶剤は高価であるが、不要となるので、コストが低減される。
はんだ2の材料としては、Pbを除いたSnを主成分としたはんだを用いた。なお、Sn、Pb、Zn、Ga、In、Bi、Auまたはこれらを主成分としたはんだ2でも同様の効果が得られる。
これまで、接合部においてはんだ2を用いて説明してきたが、接合部材として導電性接着剤を用いた接合でも同様な効果を得ることができる。
また、金属板4、導電部材5、入出力端子6a、6bの材料として銅または銅合金を用い、Niめっき、Snめっき、はんだめっきを施すことにより、はんだの濡れ性をよくすることができ、また、銅及び銅合金以外の導電性金属にNiめっき、Snめっき、はんだめっきを施すことにより銅及び銅合金を使用した場合と同様のはんだ濡れ性を得ることができる。
実施の形態2.
図4は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態2を示す断面図、図5は、入力端子6aと金属板4との接続部における接合状態を示す断面図、図6は、図5におけるB−B断面図である。本実施の形態2の電力半導体装置は、上記実施の形態1と同様であり、半導体素子1と、半導体素子1の裏面がはんだ2を介し接合されていて、半導体素子1との接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面に、はんだ2を介して接合された導電部材5と、金属板4と電気的に接続された入力端子6aと、導電部材5と電気的に接続された出力端子6bと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備えている。
なお、本実施の形態2においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
上記実施の形態1と相違する点は、図5及び図6に示したように、入力端子(第二導体)6aの先端近傍と金属板(第一導体)4との配線接続部における貫通孔2a、出力端子6bと半導体素子1のエミッタ電極からはんだ接合された平板形状の導電部材5との配線接続部における貫通孔2aの形状である。
配線接続部における貫通孔2aの形状について、入力端子6aの先端近傍と金属板4との接合構造により説明する。上記実施の形態1では、円筒、つまり貫通孔2aの幅が、入力端子6aの表裏における主面までの開口面積(径)が同一な形状としたが、本実施の形態2においては、入力端子6aの貫通孔2aの形状において、入力端子6aの表面側主面における開口面積が裏面側の主面の開口面積より大きくなっている。
このように、入力端子6aにおける貫通孔2aの表面側主面の開口面積を裏面側の主面の開口面積より大きくすることにより、はんだ2と入力端子6aの貫通孔2aとの接合面積が大きくなり(アンカー効果)、入力端子6aと金属板4との接合強度、信頼性を上記実施の形態1の場合よりも大きくすることができる。
また、図6に示したように、貫通孔2aの開口形状を四角形状とすることにより、円形状の場合より接合面積を大きくし、入力端子6aと金属板4との接合強度を大きくすることができる。
さらに、等電位における接合箇所に、多数の貫通孔2aを設けて接合することにより、入力端子6aと金属板4との接合強度を大きくすることができる。接合領域が大きくなった場合、接合領域を分散させて1つの貫通孔2aを小さくすることにより、はんだ接合部における熱応力や歪みが小さくなるので、より高信頼性が要求される場合に適している。
さらに、貫通孔2aを複数で構成し、1つの貫通孔2aのサイズを小さくすることにより、接合材であるはんだ2の使用量を減らし、最低限のはんだ量で接合できるようになる。
また、図5及び図6では、貫通孔2aが横一列の場合を示したが、貫通孔2aを三角形状、あるいは複数を並列に配置してもよい。また、接合領域を小さくすることにより、電子機器装置を小型化することができる。
特に、重量のある部材を接合する接合箇所においては、この接合形態による効果が顕著であり、また高信頼性を必要とする配線接続に対する接合に適している。
貫通孔2a内の壁面の形状は、図5に示した形状に限られるものではなく、入力端子6aの表面側主面における開口面積を裏面側の主面の開口面積より大きくしたテーパ形状でもよく、主面間において貫通孔2a内の壁面に凹凸形状を有しているものでもよい。
貫通孔2aの内面が凹凸形状の場合、アンカー効果及び接合面積が大きくなることにより、接合強度が大きくなる。また、凹凸形状であっても、上記実施の形態1と同様のプロセス条件の下で配線接続のための接合を実施することにより、はんだは隙間なく接合される。さらに、貫通孔2aは、生産性の観点からプレス等により加工されるので、貫通孔2aの内壁面には凹凸が生じている。通常、このようにプレス等により生じた内壁面の凹凸形状を研磨等により平面にする工程が不要となるのでコストが低減される。
以上、入力端子6aから引き出された導体と金属板4との接合について説明したが、出力端子(第二導体)6bと導電部材(第一導体)5との接合も本実施の形態2と同様な形態にてはんだ接合することにより同様の効果が得られる。
なお、貫通孔2aは、出力端子6bに設けるのではなく、導電部材5に設け、導電部材5を出力端子6bの導体の上に位置させるようにしてもよい。
実施の形態3.
図7は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態3を示す断面図、図8は、入力端子6aと金属板4との接続部における接合状態を示す断面図、図9は、図8におけるC−C断面を示す断面図である。本実施の形態3の電力半導体装置は、上記実施の形態1と同様であり、半導体素子1と、半導体素子1の裏面がはんだ2を介し接合されていて、半導体素子1との接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面に、はんだ2を介して接合された導電部材5と、金属板4と電気的に接続された入力端子6aと、導電部材5と電気的に接続された出力端子6bと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備えている。
なお、本実施の形態3においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
上記実施の形態1と相違する点は、導電部材5を出力端子6bと共用し、接合箇所を入力端子6aと金属板4との間のみとした点、及び入力端子6aと金属板4との接合構造である。本実施の形態3においては、図9に示したように、入力端子6aの先端近傍に、切り欠き11が形成され、切り欠き11の先端側に突起11aを有し、切り欠き11にはんだ2が満たされ固化している。突起11aは、切り欠き11からはんだ2が流れでないようにするためのものである。
なお、切り欠き形状は、図9(b)、図9(c)、図9(d)に示した形状でもよく、この形状により接合面積を増大させ、接合強度を大きくすることができる。特に、より少ないはんだ供給量でもって、大きな接合面積を確保することができるので、十分な接合強度が得られる。
本実施の形態3においては、切り欠き11に満たされたはんだ2は、入力端子6aの導体の切り欠き11周辺の主面、入力端子6aの先端及び切り欠き11内の壁面に濡れて、切り欠き11周辺の主面及び切り欠き11内の金属板4が、はんだを介して接合され、楔形の接合形態が得られ、強固な接合構造が得られる。
また、出力端子6bと導電部材5を共用することにより、接合箇所を減らして組立性、接合工程における生産性を向上し、かつ、図7から見て、全体サイズの高さ方向における小型化を図ることができる。
なお、本実施の形態3において、切り欠き11に代えて、入力端子6aの金属板4との接合部に、図2、図3、図5及び図6で説明した貫通孔2aを設けるようにしてもよい。
また、図4において、本実施の形態3と同様、導電部材5と出力端子6bとの接続部を切り欠きとしてもよい。
電子機器装置の使用状態によっては、入出力端子6a,6b、金属板4及び導電部材5と接合材であるはんだとの熱膨張差により、接合部に対して熱応力、歪みが発生する。上記実施の形態1及び2では貫通孔2に、貫通孔2が形成された銅または銅合金と熱膨張係数の異なるはんだ2が接合される構造であったが、本実施の形態3においては、切り欠きであるので、はんだ2と接合される銅または銅合金は一方向のみであるので、はんだ2より熱膨張係数が大きな銅または銅合金による熱収縮の影響は小さくなる。すなわち、接合部に対する熱応力、歪みは小さくなり、高信頼性を有した配線接続部が得られる。
また、実施の形態1及び2と同様、入出力端子6a,6b、金属板4及び導電部材5には、レジスト処理等が不要で、同一プロセス条件の下で、表面張力によるはんだの濡れ性を利用することにより、図8に示したような、濡れ面積(接合面積)、フィレット形状が得られる。
また、入出力端子6a,6b、導電部材5に対して、切り欠きがない形状でもよい。この場合、さらに、切り欠き形状を施す加工が不要となり、生産工程を減らし、ひいてはコストを削減することができる。
実施の形態4.
図10は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態4を示す平面図(a)及び断面図(b)である。本実施の形態4の電力半導体装置は、上記実施の形態1と同様であり、半導体素子1と、半導体素子1の裏面にはんだ2を介し接合されていて、はんだ2との接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面に、はんだ2を介して接合された導電部材5と、貫通孔2aを有し、貫通孔2aにはんだ2を満たすことにより金属板4と電気的に接合された入力端子6aと、導電部材5と電気的に接続された出力端子6bと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備えている。
なお、本実施の形態4においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
上記実施の形態1と相違する点は、例えば、下アームへの配線部材(第三導体)10の一端側が、導電部材(第一導体)5と出力端子(第二導体)6bとの接合部に重ねられて接合され、配線部材10の他端側が下アームの金属板に接合されている点である。
図10において、入力端子6aから引き出された導体と金属板4との配線接続部の接合は、貫通孔2aにはんだ2を充填するだけではなく、導体の先端部まで覆うようにした接合形態としている。
本実施の形態4は、特に、貫通孔2aを有した入出力端子6a,6bにおいて、貫通孔2aの位置が端部にあるときに適している。はんだが端部全体を覆うことにより、すなわち、入出力端子6a,6bの貫通孔2aから端部にかけてのはんだとの接合面積が大きくなることにより、強度の高い高信頼性の接合構造となる。
また、出力端子6bと平板形状の導電部材5と下アームへの配線部材10とは接合部において重ねられ、重ねられた上層の2つに貫通孔が形成され、上記実施の形態1と同様に貫通孔にはんだ2が満たされ、上記実施の形態1と同様の楔形の接合が得られる。
出力端子6bと平板形状の導電部材5と下アームへの配線部材10との積み重ねの順序は、どのような順序でもよい。
このように、同一電位の多配線接続における接合箇所を一箇所に集中させることにより、装置を小型化(特に平面(横)方向に対して)することができ、接合工程を削減し、生産性の向上、接合箇所の信頼性向上を図ることができる。
なお、本実施の形態4における貫通孔は、図2、図3、図5及び図6で説明した貫通孔2aを用いることができる。
また、入力端子6aと金属板4との接合部は、貫通孔に代えて、図8及び図9で説明した切り欠き部としてもよい。
実施の形態5.
図11は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態5を示す断面図である。本実施の形態5の電力半導体装置は、上記実施の形態1と同様であり、半導体素子1と、半導体素子1の裏面がはんだ2を介し接合されていて、半導体素子1との接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面に、はんだ2を介して接合された導電部材5と、切り欠き部11を有し、切り欠き部11にはんだ2を満たすことにより金属板4と電気的に接続された入力端子6aと、導電部材5と電気的に接続された出力端子6bと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備えている。
なお、本実施の形態5においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
上記実施の形態1と相違する点は、下アームへの配線部材(第三導体)10の一端側が、導電部材(第一導体)5と出力端子(第二導体)6bとの接合部において導電部材5と突き合わされて接合され、図示していないが、配線部材10の他端側が下アームの金属板に接合されている点である。
配線部材10及び導電部材5は、端部に上記実施の形態3と同様の切り欠き部を有し、出力端子6bの上面で切り欠き部が突き合わされて上記実施の形態3と同様の接合が成されている。
図11では、出力端子6bの上面で配線部材10及び導電部材5の切り欠き部を突き合わせる接合構造を示したが、導電部材5の上面で切り欠き部を有する出力端子6b及び配線部材10を突き合わせた接合構造、あるいは配線部材10の上面で切り欠き部を有する出力端子6b及び導電部材5を突き合わせた接合構造としてもよい。
図11において、入力端子6aと金属板4との配線接続部の接合は上記実施の形態3と同様の切り欠き部による接合形態を示しているが、貫通孔による接合形態でもよい。
このように、同一電位の多配線接続における接合箇所を一箇所に集中させることにより、装置を小型化(特に高さ方向に対して)することができ、接合工程を削減し、生産性の向上、接合箇所の信頼性向上を図ることができる。
なお、本実施の形態5における切り欠き部は、図8及び図9で説明したものを用いることができる。
実施の形態6.
図12は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態6を示す断面図である。
本実施の形態6の電力半導体装置は、上記実施の形態1と同様に、半導体素子1と、半導体素子1の裏面がはんだ2を介し接合され、半導体素子1が接合された面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、貫通孔2aを有し、貫通孔2aにはんだ2を満たすことにより金属板4と電気的に接合された入力端子6aと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備えている。
上記実施の形態1と異なる点は、半導体素子1の表面電極に、はんだ2を介して、金属部材12が接合され、金属部材12と配線部13とが、配線部13に設けた貫通孔2aに満たしたはんだ2によって接合されている。また、配線部13は、上記実施の形態1における導電部材5と出力端子6bとを共用したものとしているが、上記実施の形態1と同様の構成でもよい。金属部材12は、略平板な形状をした導体である。
通常、導体として、電気抵抗率が小さい銅または銅合金を用いるが、これらは線膨張係数が17ppm程度であるのに対して半導体素子(Si)の線膨張係数が3ppm程度であり、導体と半導体素子1との線膨張係数の差が大きい。従って、電子機器装置の使用状態における温度変化により、半導体素子と導体との接合部に対し、大きな熱応力を生じることになり、半導体素子サイズが大きくなると、接合部に対する熱応力、ひずみが大きくなるため、導体の厚みを薄くする、あるいはSiとの線膨張係数の差が小さいモリブデン(Mo)等の合金材料とすることによって、熱応力、ひずみを抑制する。
本実施の形態6では、図12に示したように、半導体素子1の表面電極に、はんだ2を介して、金属部材12が接合され、金属部材12と配線部13とが、配線部13に設けた貫通孔2aに満たしたはんだ2によって接合されているので、上記熱応力、ひずみの問題を半導体素子1の表面電極に薄板あるいはMoの金属部材12を接合することによって回避し、配線部13の厚さを厚くして電気抵抗を小さくすることができる。
また、配線部13は、上記実施の形態1における導電部材5と出力端子6bとを共用したものとしているので、プレス加工することにより、製造することができる。また、上記実施の形態1において導電部材5と出力端子6bとをはんだ接合していた接合箇所が減り、生産性が向上する。また、導電部材5と出力端子6bとの接合部がなくなるため,筐体高さを小さくでき、ひいては小型化することができる。
接続される半導体素子1の数は、2個とは限らず、多品種、容量に応じて、並列に複数個からなる半導体素子1を接続することが可能である。
配線部13の厚さは、例えば0.5mm〜2mm程度とすれば、所望の通電能力に対し十分小さい電気抵抗が得られた。また金属部材12の厚さとしては、0.1mm〜0.4mmの銅または銅合金材料、もしくは、Mo等のSi線膨張係数差の小さい材料とする。
金属部材12と配線部13との接合状態は、実施の形態1で述べたような、金属板4と入力端子6aとの接合、出力端子6bと導電部材5との接合と同様の接合状態となっている。すなわち、はんだ2は、配線部13の貫通孔2a周囲の主面において濡れて、貫通孔2aの開口面積より大きくなっている。また、配線部13と金属部材12とは一定の隙間をもって配置され、はんだ2が貫通孔2aから上記隙間にわたって満たされ、配線部13と金属部材12とが接合されている。
このように、配線部13と金属部材12とは一定の隙間をもって配置され、貫通孔2aから上記隙間にわたってはんだ2を満たすことにより接合することにより、半導体素子1や、先に接合していた各接合部に対して荷重及び応力をかけることなく接合できるので、信頼性の高い接合部が得られる。
従来の半導体装置では、半導体素子の表面電極と、半導体装置の外部電極へ一体化された内部電極間との接続において、多くの場合、超音波を用いた固相接合技術であるワイヤボンディングを用いていた。そのため、上記内部電極は、半導体素子の平面外の重ならない位置に配置する必要があった。特に、半導体素子がダイパッド内に接合されている場合には、上記内部電極は、ダイパッドまたは半導体素子を搭載している部材と平面的に干渉しない位置に配置する必要があった。このために、半導体装置が、大型化するという問題があった。
本実施の形態6では、配線部13の接合箇所を金属部材12の主面内に収めることができ、これにより半導体装置が小型化できる。さらに、実施の形態1と同様に、接合部に対し高信頼性が得られる。
金属部材12は、半導体素子1の表面電極が複数ある場合には複数個としてもよい。その場合、配線部13にはそれぞれの表面電極の位置に応じて貫通孔2aを設けるとよく、例えば、表面電極が複数個あり異なる電位で異なる内部電極と接続したい場合は、配線部13はそれぞれに図示していない別の出力端子に接続されるものとすればよい。
なお、本実施の形態6においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
また、図示していないが、後述の実施の形態8と同様に、金属部材12の接合面に突起を設けることにより、配線部13と金属部材12との間の距離を大きくでき、また、はんだ2の接合面積を大きくできる。また、はんだ2のはみ出しを抑制することができ、上記実施の形態1と同等またはそれ以上の信頼性の高い接合が得られる。
また、本実施の形態6における入力端子6aにおける貫通孔2aは、図2、図3、図5及び図6で説明した貫通孔2aを用いることができる。また、入力端子6aにおける貫通孔2aは切り欠き部としてもよい。
実施の形態7.
図13は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態7を示す断面図であり、図14は、図13を側面から見た断面図である。
本実施の形態7の電力半導体装置は、上記実施の形態6と同様に、半導体素子1と、半導体素子1の裏面がはんだ2を介し接合されていて、半導体素子1の接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面に、はんだ2を介して接合された金属部材12と、はんだ2を介して金属部材12と電気的に接続された配線部13と、貫通孔2aを有し、貫通孔2aにはんだ2を満たすことにより金属板4と電気的に接合された入力端子6aと、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備え、配線部13は金属部材12との接合部において貫通孔2aを有し、貫通孔2aにはんだ2を満たすことにより配線部13と金属部材12とが接合されている。
半導体素子1の表面電極と金属部材12との接合部において、特に、半導体素子1サイズが大きい場合あるいは表面電極の面積が大きい場合、半導体素子1の材料であるSiと金属部材12の材料である銅または銅合金との線膨張係数差が大きいため、装置の使用温度範囲に応じて接合部に対して大きな熱応力及び歪みを生じていた。この熱応力及び熱歪みは半導体素子1のサイズが大きいほど大きくなっていた。
本実施の形態7では、図13及び図14に示したように半導体素子1の表面電極を複数に分割し、金属部材12の接合部分を半導体素子1の表面電極と同一数に複数分割した凸部12aを有する。凸部12aと半導体素子1の表面電極とを接合することにより、半導体素子1の表面と金属部材12との接合部に生じる熱応力及び熱歪みを抑制でき、半導体素子1のサイズが大きい場合においても熱応力及び熱歪みを抑制できる。
特に、電力用半導体装置では、半導体素子1の表面に幅たとえば0.数μm、深さ数μmの微細な溝が多数配置された、いわゆるトレンチ構造が、特性向上のために用いられているが、トレンチ構造のような不連続部を有する半導体素子1の表面に金属部材12をはんだづけした場合には、熱応力が大きくなると半導体素子1が故障するという問題があるために、例えば、使用可能な温度範囲を大きくできない等の問題があるが、本実施の形態7によれば、金属部材に半導体素子1の複数に分割した表面電極に対応する凸部12aを形成して、この凸部12aを半導体素子1の分割された各表面電極にはんだ2を介して接合することにより、半導体素子1の表面電極と金属部材12との接合部のサイズは、金属部材12に凸部12aがない単一の平板状の場合と比べて数分の1のサイズにでき、その結果、熱応力及び熱歪みは大きく抑制される。
また、半導体素子1の表面電極と金属部材12との接合は金属部材12の凸部12aで行い、配線部材13と金属部材12との接合は金属部材12の凸部12aより大きな面積の平面部で行っているので、例えば、半導体素子1の複数の表面電極に対応した複数の平板状の金属部材を半導体素子1の表面に配置した場合に比べて、配線部材13に設けられた貫通孔2aの大きさを大きくすることができるので接合強度の信頼性が向上するとともに、貫通孔2aの数を減らすことができるので生産性が向上する。
また、図13及び図14に示したように、金属部材12の凸部12aの接合面に突起12bを設けることにより、金属部材12の半導体素子1の表面電極との間のクリアランスの最小値が規定される。配線部13と金属部材12との接合時には、金属部材12に押圧力が働き、その結果、金属部材12と半導体素子1との間の距離が変動し、金属部材12と半導体素子1の表面との間のはんだが、はみ出すなどの不具合を生じることになるが、金属部材12の凸部12aの接合面に突起12bを設けることにより、金属部材12と半導体素子1の表面との間の距離が必要以上に狭くなることを防止でき、生産性が向上する。
また、金属部材12と半導体素子1との間の熱応力が大きい場合には、金属疲労により保証できる寿命に限界を有するという問題点があるが、はんだ層の厚みが大きいほど熱ひずみは小さくなる。金属部材12の凸部12aの接合面に突起12bを設けることにより、はんだ層の厚さを簡便に所定量以上にすることができ、信頼性を向上させることができる。
突起12bの高さは、0.05〜0.1mm、幅は、0.1〜1mmとする。図14に示したように、金属部材12の凸部12aに設ける突起12bは、各凸部12aに少なくとも1つあればよい。
図14では、上アーム、下アームが一体化した2in1構造となっているが、単体、もしくは、6in1構造でも構わない。
なお、本実施の形態7においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
また、入力端子6aと金属板4との接合部は、貫通孔2aに代えて、図8及び図9で説明した切り欠き部としてもよい。
実施の形態8.
図15は、本発明に係る電力半導体装置の実施の形態8を示す断面図である。
本実施の形態8の電力半導体装置は、上記実施の形態7と同様に、半導体素子1と、半導体素子1の裏面がはんだ2を介し接合されていて、半導体素子1の接合面と反対側の面(裏側の面)に固着された絶縁箔3を有する金属板4と、半導体素子1の表面に、はんだ2を介して接合された凸部12aを有する金属部材12と、はんだ2を介して金属部材12と電気的に接続された配線部13と、ワイヤ8を介して半導体素子1と電気的に接続された信号端子7と、全体を封止する樹脂9とを備え、配線部13は金属部材12との接合部において貫通孔2aを有し、貫通孔2aにはんだ2を満たすことにより配線部13と金属部材12とが接合されている。
本実施の形態8では、金属部材12の凸部12aの断面形状が円弧状の形状をしている。ここで好ましくは円弧のRは配線部13側を小さく、かつ、半導体素子1側を大きくするのがよい。金属部材12と半導体素子1との間の接合及び金属部材12と配線部13との間の接合の両方をはんだ付けとした時に、金属部材12が上下に動いた時には、半導体素子1の表面側のはんだ2が凸部12aの接合面からはみ出す危険が大きいが、半導体素子1側の円弧のRを大きくすることにより、同じ上下動に対しても、円弧のRに接したはんだ2のフィレット部で上下動によって生じる体積移動を吸収でき、はんだ2のはみ出しを防止できる。
また、本実施の形態8では、金属部材12と配線部13との接合部において、配線部13の貫通孔2aの周囲に位置するように、金属部材12の接合面に突起12cを設けている。金属部材12と配線部13との接合部における金属部材12の接合面に突起12cを設けることにより、配線部13と金属部材12との間の距離を大きくでき、また、はんだ2の接合面積を大きくできる。また、はんだ2のはみ出しを抑制することができ、上記実施の形態1と同等またはそれ以上の信頼性の高い接合が得られる。
金属部材12の配線部13との接合面に設ける突起12cは、高さ0.05〜0.1mmで、幅0.1〜1mmとし、貫通孔2aの周囲に少なくとも1個以上配置すればよいが、本実施の形態8では、貫通孔2aの周囲に均等に3個の突起12cを配置し、はんだ2の厚さを全面で略均一にすることができた。また、突起12cは、例えば、貫通孔2aを囲むリング状としてもよい。
また、上記実施の形態7同様、金属部材12の凸部12aの半導体素子1との接合面に突起12bを設けることにより、一定のはんだ厚さを確保し、信頼性を向上させることができる。
また、上記実施の形態7同様、上アーム、下アームが一体化した2in1構造となっているが、単体、もしくは、6in1構造でも構わない。
なお、本実施の形態8においては、絶縁箔3を備えているが、絶縁箔3を備えていない構成で金属板4の電極が露出している構成でもよい。
本発明に係る電力半導体装置は、モータを有した家電の駆動装置、電気自動車、ハイブリッド自動車を制御するための車載機器における電力半導体装置に有効に利用することができる。
本発明に係る電子機器装置の実施の形態1を示す平面図(a)及び断面図(b)である。 実施の形態1における入力端子と金属板とを接合した接合部の拡大断面図である。 図2におけるA−A断面を示す断面図である。 本発明に係る電子機器装置の実施の形態2を示す断面図である。 実施の形態2における入力端子と金属板との接続部における接合状態を示す断面図である。 図5におけるB−B断面を示す断面図である。 本発明に係る電子機器装置の実施の形態3を示す断面図である。 実施の形態3における入力端子と金属板との接続部における接合状態を示す断面図である。 図8におけるC−C断面を示す断面図である。 本発明に係る電力半導体装置の実施の形態4を示す平面図(a)及び断面図(b)である。 本発明に係る電子機器装置の実施の形態5を示す断面図である。 本発明に係る電子機器装置の実施の形態6を示す断面図である。 本発明に係る電子機器装置の実施の形態7を示す断面図である。 図13における断面図である。 本発明に係る電子機器装置の実施の形態8を示す断面図である。
符号の説明
1 半導体素子、2 はんだ、3 絶縁箔、3a 絶縁層、3b 保護金属層、
4 金属板、5 導電部材、6 入出力端子、6a 入力端子、6b 出力端子、
7 信号端子、8 ワイヤ、9 封止樹脂、10 配線部材、11 切り欠き、
11a,12b,12c 突起、12 金属部材、12a 凸部、13 配線部。

Claims (21)

  1. 半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体に接合された平板状の第二導体とを備えた電子機器装置において、
    上記第一導体または第二導体のいずれか一方の導体に貫通孔を形成し、
    上記貫通孔を形成した一方の導体の上記貫通孔の形成部を他方の導体に略平行に配置し、
    上記貫通孔及び上記貫通孔と上記他方の導体との間に接合材を満たして上記第一導体と上記第二導体とを接合していることを特徴とする電子機器装置。
  2. 上記貫通孔を形成した一方の導体の貫通孔周囲の主面が、上記接合材と接合していることを特徴とする請求項1記載の電子機器装置。
  3. 上記貫通孔を形成した一方の導体の主面と上記接合材との接合面積が、上記貫通孔の開口面積より大きいことを特徴とする請求項1記載の電子機器装置。
  4. 上記貫通孔の内壁面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電子機器装置。
  5. 上記貫通孔の第一導体と第二導体との接合側の開口面積が、上記貫通孔の他方の開口面積より小さいことを特徴とする請求項1記載の電子機器装置。
  6. 上記貫通孔を形成した一方の導体の端部に上記貫通孔が形成されており、上記一方の導体と上記他方の導体とが一定の間隙をもって配置され、上記接合材が、上記一方の導体の両主面及び上記一方の導体の端部の一部を覆って上記第一導体と上記第二導体とを接合していることを特徴とする請求項1記載の電子機器装置。
  7. 同一電位を有した、同一接合部において、上記貫通孔が複数形成されていることを特徴とする請求項1記載の電子機器装置。
  8. 半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体に接合された平板状の第二導体とを備えた電子機器装置において、
    上記第一導体または第二導体のいずれか一方の端部に切り欠きを形成し、
    上記切り欠きを形成した一方の導体の上記切り欠きの形成部を他方の導体に略平行に配置し、
    上記切り欠き及び上記切り欠きと上記他方の導体との間に接合材を満たして上記第一導体と上記第二導体とを接合していることを特徴とする電子機器装置。
  9. 上記切り欠きを形成した一方の導体の切り欠き周囲の主面及び端部が、上記接合材と接合していることを特徴とする請求項8記載の電子機器装置。
  10. 上記切り欠き形成部を形成した一方の導体の主面と上記接合材との接合面積が、上記切り欠きの切り欠き面積より大きいことを特徴とする請求項8記載の電子機器装置。
  11. 半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体に接合された平板状の第二導体と、上記第一導体及び第二導体に接続された第三導体とを備えた電子機器装置において、
    上記第一導体、第二導体または第三導体のいずれか2つの導体に貫通孔を形成し、
    上記貫通孔を形成した2つの導体の上記貫通孔の形成部を残る1つの導体に上記貫通孔を重ね合わせて略平行に配置し、
    上記貫通孔及び上記残る1つの導体と上記貫通孔との間に接合材を満たして上記第一導体、第二導体及び第三導体を接合していることを特徴とする電子機器装置。
  12. 上記貫通孔を形成した2つの導体の貫通孔周囲の主面が、上記接合材と接合していることを特徴とする請求項11記載の電子機器装置。
  13. 上記貫通孔の形成部における上記2つの導体の主面と上記接合材とのそれぞれの接合面積が、上記貫通孔の開口面積より大きいことを特徴とする請求項11記載の電子機器装置。
  14. 半導体素子と、上記半導体素子の電極に電気的に接続された平板状の第一導体と、上記第一導体と接合された平板状の第二導体と、上記第一導体及び第二導体に接続された第三導体とを備えた電子機器装置において、
    上記第一導体、第二導体または第三導体のいずれか2つの導体の端部に切り欠きを形成し、
    上記切り欠きを形成した2つの導体の上記切り欠きの形成部を突き合わせて残る1つの導体に略平行に配置し、
    上記切り欠き及び上記残る1つの導体と上記切り欠きとの間に接合材を満たして上記第一導体、第二導体及び第三導体を接合していることを特徴とする電子機器装置。
  15. 上記切り欠きを形成した2つの導体の切り欠き周囲の主面が、上記接合材と接合していることを特徴とする請求項14記載の電子機器装置。
  16. 上記切り欠きの形成部における上記2つの導体の主面と上記接合材とのそれぞれの接合面積が、上記切り欠きの切り欠き面積より大きいことを特徴とする請求項14記載の電子機器装置。
  17. 上記半導体素子の電極に金属部材を接合し、
    上記第一導体の上記電極との電気的接続部に貫通孔を設けて、上記電極との電気的接続部に設けた貫通孔に接合材を満たして上記金属部材に上記第一導体を接合していることを特徴とする請求項1、8、11ないし14のいずれかに記載の電力半導体装置。
  18. 上記金属部材と接合される上記半導体素子の電極は複数に分割されており、上記金属部材に上記複数に分割された電極に対応する凸部が形成され、上記凸部が上記対応する電極に接合されていることを特徴とする請求項17記載の電力半導体装置。
  19. 上記金属部材に形成された凸部の上記電極との接合部近傍が円弧形状を有することを特徴とする請求項17記載の電力半導体装置。
  20. 上記金属部材の、上記半導体素子と接合する面に突起を有することを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の電力半導体装置。
  21. 上記第一導体と接合する上記金属部材の接合面に、突起を有することを特徴とする請求項17記載の電力半導体装置。
JP2006166869A 2005-12-07 2006-06-16 電子機器装置 Pending JP2007184525A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006166869A JP2007184525A (ja) 2005-12-07 2006-06-16 電子機器装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005352830 2005-12-07
JP2006166869A JP2007184525A (ja) 2005-12-07 2006-06-16 電子機器装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010234148A Division JP2011023748A (ja) 2005-12-07 2010-10-19 電子機器装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007184525A true JP2007184525A (ja) 2007-07-19

Family

ID=38340322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006166869A Pending JP2007184525A (ja) 2005-12-07 2006-06-16 電子機器装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007184525A (ja)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007142038A1 (ja) * 2006-06-09 2007-12-13 Honda Motor Co., Ltd. 半導体装置
JP2008004873A (ja) * 2006-06-26 2008-01-10 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP2010080611A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Nitto Shinko Kk 半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法
JP2010103222A (ja) * 2008-10-22 2010-05-06 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体装置
JP2012015453A (ja) * 2010-07-05 2012-01-19 Denso Corp 半導体モジュールおよびその製造方法
JP2012185869A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Nhk Spring Co Ltd 圧電素子の電気的接続構造及びこれを備えたヘッド・サスペンション
WO2013065464A1 (ja) * 2011-11-01 2013-05-10 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 半導体装置
CN103219301A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 三菱电机株式会社 功率半导体模块及其制造方法
WO2015125772A1 (ja) * 2014-02-24 2015-08-27 三菱電機株式会社 電極リードおよび半導体装置
JP2016048595A (ja) * 2016-01-15 2016-04-07 日本発條株式会社 圧電素子の電気的接続構造
CN106898590A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 三菱电机株式会社 功率半导体装置及其制造方法
US9741628B2 (en) 2014-11-18 2017-08-22 Fuji Electric Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor module and intermediate assembly unit of the same
JP2018093244A (ja) * 2014-05-20 2018-06-14 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP2019192751A (ja) * 2018-04-24 2019-10-31 ローム株式会社 半導体装置
WO2020090411A1 (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 住友電気工業株式会社 半導体装置
JPWO2020208867A1 (ja) * 2019-04-10 2020-10-15
WO2021075220A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 富士電機株式会社 半導体モジュール
JP7496796B2 (ja) 2021-03-29 2024-06-07 三菱電機株式会社 半導体装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58119665A (ja) * 1982-01-11 1983-07-16 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製法
JPH03110857U (ja) * 1990-02-28 1991-11-13
JPH05166993A (ja) * 1991-12-13 1993-07-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体チップキャリア
JP2003318344A (ja) * 2002-04-22 2003-11-07 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP2004228461A (ja) * 2003-01-27 2004-08-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2004303869A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Denso Corp 半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58119665A (ja) * 1982-01-11 1983-07-16 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製法
JPH03110857U (ja) * 1990-02-28 1991-11-13
JPH05166993A (ja) * 1991-12-13 1993-07-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体チップキャリア
JP2003318344A (ja) * 2002-04-22 2003-11-07 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP2004228461A (ja) * 2003-01-27 2004-08-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2004303869A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Denso Corp 半導体装置およびその製造方法

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007142038A1 (ja) * 2006-06-09 2007-12-13 Honda Motor Co., Ltd. 半導体装置
US8129836B2 (en) 2006-06-09 2012-03-06 Honda Motor Co., Ltd. Semiconductor device
JP2008004873A (ja) * 2006-06-26 2008-01-10 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP2010080611A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Nitto Shinko Kk 半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法
JP2010103222A (ja) * 2008-10-22 2010-05-06 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体装置
JP2012015453A (ja) * 2010-07-05 2012-01-19 Denso Corp 半導体モジュールおよびその製造方法
JP2012185869A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Nhk Spring Co Ltd 圧電素子の電気的接続構造及びこれを備えたヘッド・サスペンション
WO2013065464A1 (ja) * 2011-11-01 2013-05-10 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 半導体装置
CN103219301A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 三菱电机株式会社 功率半导体模块及其制造方法
JP2013149730A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体モジュールおよびその製造方法
US9059334B2 (en) 2012-01-18 2015-06-16 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and method of manufacturing the same
WO2015125772A1 (ja) * 2014-02-24 2015-08-27 三菱電機株式会社 電極リードおよび半導体装置
US10658284B2 (en) 2014-05-20 2020-05-19 Mitsubishi Electric Corporation Shaped lead terminals for packaging a semiconductor device for electric power
JP2018093244A (ja) * 2014-05-20 2018-06-14 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
US9741628B2 (en) 2014-11-18 2017-08-22 Fuji Electric Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor module and intermediate assembly unit of the same
DE102016224068A1 (de) * 2015-12-21 2018-06-07 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleiteranordnung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102016224068B4 (de) 2015-12-21 2023-06-22 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleiteranordnung und Verfahren zum Herstellen derselben
CN106898590A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 三菱电机株式会社 功率半导体装置及其制造方法
US10283430B2 (en) 2015-12-21 2019-05-07 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device and method for manufacturing same
JP2017117846A (ja) * 2015-12-21 2017-06-29 三菱電機株式会社 パワー半導体装置およびその製造方法
US10475721B2 (en) 2015-12-21 2019-11-12 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device and method for manufacturing same
JP2016048595A (ja) * 2016-01-15 2016-04-07 日本発條株式会社 圧電素子の電気的接続構造
JP7150461B2 (ja) 2018-04-24 2022-10-11 ローム株式会社 半導体装置
JP2019192751A (ja) * 2018-04-24 2019-10-31 ローム株式会社 半導体装置
WO2020090411A1 (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 住友電気工業株式会社 半導体装置
US11978683B2 (en) 2018-10-30 2024-05-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Semiconductor apparatus
JPWO2020208867A1 (ja) * 2019-04-10 2020-10-15
JP7301124B2 (ja) 2019-04-10 2023-06-30 新電元工業株式会社 半導体装置
WO2021075220A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 富士電機株式会社 半導体モジュール
JPWO2021075220A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22
CN113646887A (zh) * 2019-10-15 2021-11-12 富士电机株式会社 半导体模块
JP7414073B2 (ja) 2019-10-15 2024-01-16 富士電機株式会社 半導体モジュール
JP7496796B2 (ja) 2021-03-29 2024-06-07 三菱電機株式会社 半導体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007184525A (ja) 電子機器装置
JP4640345B2 (ja) 電力用半導体装置
JP4613077B2 (ja) 半導体装置、電極用部材および電極用部材の製造方法
US8981552B2 (en) Power converter, semiconductor device, and method for manufacturing power converter
JP4438489B2 (ja) 半導体装置
JP4973059B2 (ja) 半導体装置及び電力変換装置
JP6366857B2 (ja) 電力用半導体装置
JP6261642B2 (ja) 電力半導体装置
US10763240B2 (en) Semiconductor device comprising signal terminals extending from encapsulant
JP2013123016A (ja) 半導体装置
US20150206864A1 (en) Semiconductor Device
KR102228945B1 (ko) 반도체 패키지 및 이의 제조방법
JP5217015B2 (ja) 電力変換装置及びその製造方法
JP2011023748A (ja) 電子機器装置
US11735557B2 (en) Power module of double-faced cooling
JP2009164647A (ja) 半導体装置
CN109727932B (zh) 功率半导体模块
JP2006190728A (ja) 電力用半導体装置
JP2015149363A (ja) 半導体モジュール
JP7147186B2 (ja) 半導体装置
JP5682511B2 (ja) 半導体モジュール
JP4861200B2 (ja) パワーモジュール
WO2021220357A1 (ja) 半導体装置
WO2024128062A1 (ja) 半導体装置
WO2022255053A1 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081201

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100824

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101019

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101109

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101223

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110201