JP2009111319A - 半導体装置および半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の電気特性を検査する際の端子部材と検査用接触子の接触不良を防止する。
【解決手段】樹脂製のケース部材７に収容された半導体素子１０１〜１０６と、ケース部材７を貫通して設けられる細長形状の端子部材５とを備え、端子部材５は、ケース部材７の内側にて露出し、半導体素子に接続される接続部５ａと、ケース部材７の端面から突出する突出部５ｂと、ケース部材７の外表面に沿って露出する露出部５ｃとを有し、露出部５ｃは突出部５ｂよりも幅広に形成される。露出部５ｃに検査用プローブを当接させて検査することで、接触不良を防止できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の検査方法に関する。

従来、電気自動車用のインバータとして、半導体素子を用いて電力変換を行うパワーモジュールなどの半導体装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の半導体装置では、樹脂製のケース内にＩＧＢＴなどの半導体素子を設置し、この半導体素子とブスバーをワイヤーボンディングにより接続した後、ケース内を樹脂材で封止する。さらにケースから突設された信号用端子の先端に検査用のプローブピンを接触させ、パワーモジュールの電気特性をチェックする。

特開２００４−３９９１５号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、信号用端子の先端にプローブピンを接触させて検査するようにしているので、検査の際にプローブピンによって信号用端子の先端が曲げられ、端子とプローブピンの接触不良を生じるおそれがある。

本発明による半導体装置は、樹脂製のケース部材に収容された半導体素子と、ケース部材を貫通して設けられる細長形状の端子部材とを備える。端子部材は、ケース部材の内側にて露出し、半導体素子に接続される接続部と、ケース部材の端面から突出する突出部と、ケース部材の外表面に沿って露出する露出部とを有し、露出部は突出部よりも幅広に形成される。

本発明によれば、ケース部材の外表面に沿って露出する露出部をケース部材の端面から突出する突出部よりも幅広に形成するようにしたので、半導体素子の電気特性を検査する際の端子部材と検査用接触子の接触不良を防止できる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図８を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図であり、とくに電気自動車に搭載される三相インバータの回路図を示している。なお、図１では、ＩＧＢＴ１０１〜１０６とダイオード２０１〜２０６を用いて直流Ｐ，Ｎを交流Ｕ，Ｖ，Ｗに変換しているが、トランジスタ、サイリスタ等の半導体素子を用いたものでもよい。

ＩＧＢＴ１０１〜１０３のコレクタ（ドレイン）はそれぞれＰ極用ブスバー６ｃに接続され、ＩＧＢＴ１０４〜１０６のエミッタ（ソース）はそれぞれＮ極用ブスバー６ｅに接続されている。ＩＧＢＴ１０１のエミッタおよびＩＧＢＴ１０４のコレクタはそれぞれインバータ出力用（Ｕ相）のブスバー６ｅｃに接続され、ＩＧＢＴ１０２のエミッタおよびＩＧＢＴ１０５のコレクタはそれぞれＶ相用のブスバー６ｅｃに接続され、ＩＧＢＴ１０３のエミッタおよびＩＧＢＴ１０６のコレクタはそれぞれＷ相用のブスバー６ｅｃに接続されている。なお、ＩＧＢＴ１０１〜１０６のゲートは、後述する信号入出力用の端子５（図３参照）に接続されている。各ＩＧＢＴ１０１〜１０６にはそれぞれダイオード２０１〜２０６が並列に接続されている。

図２は図１の一部（Ｕ相のインバータ回路）を示しており、図３はこの回路図に対応した半導体モジュールの平面図，図４の図３のIV-IV線断面図である。なお、Ｖ相およびＷ相に対応した半導体モジュールの構成も同様であり、それらの図示および説明を省略する。本実施の形態では各相毎に半導体モジュールを構成しているが、図１に示すＵ，Ｖ，Ｗ相を一体の半導体モジュールとしてもよい。

図３，４においてＩＧＢＴ１０１，１０４の素子裏面側（ブスバー６ｃ，６ｅｃ側）にはコレクタ用電極がそれぞれ形成され、素子表面側にはエミッタ用電極およびゲート用電極がそれぞれ形成されている。また、ダイオード２０１，２０４の素子裏面側（ブスバー６ｃ，６ｅｃ側）にはカソード用電極がそれぞれ形成され、素子表面側にはアノード用電極がそれぞれ形成されている。

ＩＧＢＴ１０１およびダイオード２０１はブスバー６ｃ上に設けられ、各素子の裏面は導電性の接合材３を介してブスバー６ｃに面接合されている。接合材３にはハンダや導電性接着剤等が用いられる。ＩＧＢＴ１０４およびダイオード２０４についても、同様にしてブスバー６ｅｃ上に固着される。図３に示すようにＩＧＢＴ１０１，１０４とダイオード２０１，２０４は、モールドケース７内に収容して配設されている。

ＩＧＢＴ１０１，１０４の外側には端子ユニット５０が配置されている。端子ユニット５０は、平面部５ａと鉛直部５ｂを有する断面略Ｌ字状の複数の端子５を、樹脂モールド７ａ（一次モールド）により一体化したものである。ＩＧＢＴ１０１，１０４とブスバー６ｃ，６ｅｃからの信号は端子５を介して上部の駆動信号制御基板１１に入出力される。なお、端子５の詳細形状については後述する。

ブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子ユニット５０は樹脂モールド７ｂ（二次モールド）により一体化される。樹脂モールド７ａと樹脂モールド７ｂは、モールドケース７を構成し、半導体装置のケーシングとしても機能する。樹脂モールド７ｂは電位の異なるブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅ間を電気的に絶縁する絶縁体としても機能する。

樹脂モールド７ｂによりブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子ユニット５０が一体化されると、図３に示すように半導体素子１０１，１０４，２０１，２０４はそれぞれボンディングワイヤ４によりブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅと端子５に接続される。すなわちＩＧＢＴ１０１のエミッタとブスバー６ｅｃ，ダイオード２０１のアノードとブスバー６ｅｃ，ＩＧＢＴ１０４のエミッタとブスバー６ｅ，ダイオード２０４のアノードとブスバー６ｅ，ＩＧＢＴ１０１，１０４と端子５がそれぞれボンディングワイヤ４により接続される。

一体化されたブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅは、図４に示すように樹脂モールド７ｂを介してヒートシンク１０に取り付けられる。モールドケース７の内側空間にはシリコンゲルやエポキシ樹脂等の絶縁封止材８が封入される。封止剤８は、空中放電等による半導体素子のコレクタ，エミッタ間の短絡防止、半導体素子１０１，１０４，２０１，２０４への汚染物付着の防止、結露による絶縁不良の防止、ボンディングワイヤの保護等を目的として封入される。

封止剤８が封入された後、樹脂モールド７ａの上面に駆動信号用制御基板１１が装着され、モールドケース７の上面が基板１１によって覆われる。このとき制御基板１１に端子５の鉛直部５ｂが接続され、ＩＧＢＴ１０１，１０４およびブスバー６ｅｃ，６ｃからの信号が端子５を介して基板１１に入力される。

このように構成された半導体装置では、端子５に検査用のプローブピンを接触させて電気特性の検査を行う。しかし、端子５は細長形状であるため変形しやすく、樹脂モールド７から突出した端子５の先端にプローブピンを接触させたのでは、端子５とプローブピンの接触不良が生じるおそれがある。そこで、端子５とプローブピンの接触不良を防止するために、本実施の形態では以下のように端子ユニット５０を構成する。

図５は、第１の実施の形態に係る半導体装置を構成する端子ユニット５０の斜視図であり、図６は図５の矢視VI図、図７は図４の要部拡大図である。端子５は、水平部５ａと、鉛直部５ｂと、鉛直部５ｂの途中で外側に略コ字状に折り曲げられた屈曲部５ｃとを有する導電性の金属であり、プレス加工等により形成される。

このプレス加工された端子５を成形型に複数個並べてセットし、断面略Ｌ字状の成形型に樹脂を流し込んで固化させることにより各端子５が樹脂モールド７ａにより一体化され、端子ユニット５０が形成される（一次成形）。この際、端子５の一端部である鉛直部５ｂが樹脂モールド７の上端面から突出するとともに、端子５の他端部である水平部５ａの上面が樹脂モールド７から露出し、さらに屈曲部５ｃの外側の表面が樹脂モールド７から露出するように樹脂成形される。ここで、図６に示すように端子５の屈曲部５ｃの幅ｔ２は、樹脂モールド７から突出した鉛直部５ｂの幅ｔ１よりも広く、隣接する端子間の距離ｔ０は、端子間の鉛面放電が発生する距離よりも長い。

一次成形によって形成された端子ユニット５０は、ブスバー６ｃ，６ｅｃ，６ｅとともに二次成形用の成形型にセットされ、樹脂を流し込んで固化させることにより樹脂モールド７ａにより一体化され（二次成形）、モールドケース７が形成される。この状態で、図７に示すように端子５の水平部５ａの上面とＩＧＢＴ１０１，１０４の上面がボンディングワイヤ４により接続され、モールドケース７の内側空間が封止材８により封止される。

このように構成された半導体装置におけるモールドケース内の部品の電気特性を検査する場合は以下のように行う。まず、図８に示すように端子５の先端部に保護カバー１２を被せ、端子５の先端部を保護する。この状態で、樹脂モールド７の側面から露出した端子５の屈曲部５ｃの表面に、図７の矢印に示す方向から検査用のプローブピンの先端部を当接する。屈曲部５ｃの周囲は樹脂によって固定されているため、屈曲部５ｃの表面にプローブピンを当接しても端子５が変形することはない。このため、プローブピンを端子５に確実に接触させ、精度良く検査を行うことができる。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）信号入出力用の端子５を外側に折り曲げて屈曲部５ｃを設け、この端子５を用いて樹脂成形により端子ユニット５０を形成し、屈曲部５ｃの表面を樹脂モールド７から露出させるようにした。これにより端子５の表面にプローブピンの先端部を確実に当接することができ、安定した状態で検査を行うことができる。
（２）端子５の屈曲部５ｃを、樹脂モールド７から突出した端子５の鉛直部５ｂよりも幅広に形成したので（ｔ１＞ｔ２）、端子表面の露出面積が大きくなり、プローブピンの接触が容易である。
（３）検査時に端子５の先端を保護カバー１２で覆うので、端子先端部の変形を防止できる。

−第２の実施の形態−
図９，１０を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは端子５の形状である。以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図９は、第２の実施の形態に係る半導体装置を構成する端子ユニット５０の斜視図であり、図１０は、図９の矢視Ｘ図である。第２の実施の形態では、互いに隣接する端子５の屈曲部５ｃの位置が上下にずらして設けられている。また、図１０に示すように端子の屈曲部５ｃの幅ｔ３は樹脂モールド７ａ内の鉛直部５ｂの幅ｔ２よりも広く、かつ、幅ｔ２は樹脂モールド７ａから突出した鉛直部５ｂの幅ｔ１よりも広い。なお、隣接する端子間の距離ｔ０は、端子間の鉛面放電が発生する距離よりも長い。

これにより樹脂モールド７ａから露出した屈曲部５ｃの表面積を大きくすることができ、プローブピンの端子表面への接触が一層容易になる。この場合、隣接する端子５の屈曲部５ｃを上下にずらして設けているので、各端子５の屈曲部同士が干渉することを防止でき、端子間の距離ｔ０を十分にとることができる。

−第３の実施の形態−
図１１，１２を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは端子ユニット５０と一体化する樹脂モールド７ｂの形状である。以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図１１は、第３の実施の形態に係る半導体装置を構成する端子ユニット５０の斜視図であり、図１２は、図１１の矢視ＸII図である。第３の実施の形態では、端子ユニット５０の底面から背面側にかけて樹脂モールド７ｂが形成されている。背面側の樹脂モールド７ｂには、端子５の屈曲部５ｃと略同一幅の切り欠き７１が形成され、屈曲部５ｃの表面は切り欠き７１を介して露出している。すなわちモールドケース７の表面は凹凸状に形成され、屈曲部５ｃの周囲に屈曲部５ｃの表面よりも突出した凸部７２が設けられている。凸部７２の側面７３は、屈曲部５ｃの表面に向けてテーパ状に形成されている。

このように屈曲部５ｃの周囲に凸部７２を設けることで、プローブピンの位置が凸部７２によって規制され、プローブピンと端子表面との接触を容易に保つことができる。また、凸部７２によって端子間の鉛面距離を長くすることができ、その分、屈曲部５ｃの幅を広くすることができる。凸部７２の側面７３をテーパ状としたので、プローブピンが端子表面に案内され、プローブピンと端子表面の接触が一層容易である。

−変形例−
端子５の表面の一部がモールドケース７の外側に露出するのであれば、端子部材としての端子５の形状は上述したものに限らない。例えば図１３に示すように端子５を略直角に折り曲げて屈曲部５ｃ（露出部）を形成するとともに、さらに内側および外側に折り曲げて、樹脂モールド７ａから突出した鉛直部５ｂ（突出部）を形成するようにしてもよい。端子５を折り曲げて形成するのではなく、金属を接合して形成してもよい。図１４に示すように樹脂モールド７ｂを端子ユニット５０の背面側にかけて設けてモールドケース７を形成してもよく、ケース部材の構成は上述したものに限らない。

端子５の一端部に、ＩＧＢＴ１０１，１０４に接続される端子５の水平部５ａ（接続部）を設け、他端部に、樹脂モールド７ａから突出する突出部５ｂを設けるようにしたが、図１５に示すように端子５の一端部に露出部５ｃを設けるようにしてもよい。この際、図示のように、露出部５ｃの位置を上下にずらし、露出部５ｃの幅を広げるようにしてもよい。図１１，１２では、樹脂モールド７ｂに略矩形状に切り欠き７１を設けるようにしたが、図１６（ａ），（ｂ）に示すように略Ｕ字状に切り欠き７１を設けてもよい。切り欠き７１よりも端子の露出部５ｃを幅広に設け、樹脂モールド７ｂにより露出部５ｃの一部を覆うようにしてもよい。

上記実施の形態では、樹脂モールド７ａから露出した端子５の表面にプローブピンを当接してモールドケース内の半導体素子の電気特性を検査するようにしたが、他の検査用接触子を当接して検査を行うようにしてもよい。以上では、電気自動車用のインバータとしての半導体装置に適用する場合について説明したが、モールドケース７を貫通して端子５が設けられる他の半導体装置にも本発明は同様に適用可能である。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の半導体装置に限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の回路図。 図１の一部を示す図。 図２の回路図に対応した半導体モジュールの平面図。 図３のIV-IV線断面図。 第１の実施の形態に係る半導体装置の要部斜視図。 図５の矢視VI図。 図４の要部拡大図。 第１の実施の形態に係る半導体装置の検査時の状態を示す斜視図。 第２の実施の形態に係る半導体装置の要部斜視図。 図９の矢視X図。 第３の実施の形態に係る半導体装置の要部斜視図。 図１１の矢視XII図。 図５の変形例を示す図。 図５の別の変形例を示す図。 図９の変形例を示す図。 図１１の変形例を示す図。

符号の説明

５ 端子
５ａ 水平部
５ｂ 鉛直部
５ｃ 屈曲部
７ モールドケース
７ａ，７ｂ 樹脂モールド
７２ 凸部
１０１〜１０６ ＩＧＢＴ

Claims (5)

1. 樹脂製のケース部材に収容された半導体素子と、
   前記ケース部材を貫通して設けられる細長形状の端子部材とを備え、
   前記端子部材は、
   前記ケース部材の内側にて露出し、前記半導体素子に接続される接続部と、
   前記ケース部材の端面から突出する突出部と、
   前記ケース部材の外表面に沿って露出する露出部とを有し、
   前記露出部は前記突出部よりも幅広に形成されることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記露出部は、前記端子部材の一部を前記ケース部材の外表面に沿うように屈曲して設けられることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   前記端子部材は、前記ケース部材を貫通して複数並設され、
   互いに隣り合う前記端子部材の前記露出部の位置がずらして設けられることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記ケース部材の外表面には、前記露出部の周囲に前記露出部の表面よりも突出した凸部が形成されることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の検査方法であって、
   前記露出部に検査用接触子を接触させて前記半導体素子の電気特性を検査することを特徴とする半導体装置の検査方法。

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