JP2012109391A - Electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体素子など電子機器に関し、特に電子機器における電極の接続構造に関する。 The present invention relates to an electronic device such as a semiconductor element, and more particularly to an electrode connection structure in an electronic device.
特許文献1で開示された従来技術においては、金属板上に半導体素子が半田を介して接合されると共に、半導体素子上に上部電極が半田を介して接合された半導体装置が開示されている。板状の上部電極は、半導体素子の表面と平行に所定間隔をあけて配設されている。半導体素子の表面には表面電極が設けられ、上部電極における表面電極と対向する位置に貫通孔が設けられている。この貫通孔の側壁と半導体素子の表面電極とは、半田により接続されている。
The prior art disclosed in
この半導体装置の製造方法は、まず、金属板上に半導体素子を半田を介して接合させた後、半導体素子上に上部電極を所定間隔を保持しつつ対向配置させ、加熱装置で半導体装置全体を加熱させながら貫通孔から溶融半田を供給する。供給された溶融半田は、半導体素子の表面電極上に滴下され、半田の濡れ性により表面電極上を濡れ広がると共に、貫通孔に充填される。その結果、末広がりとなったフィレット形状を有する半田層が形成される。その後、加熱装置から半導体装置を取り出し冷却させることにより、半田層が硬化し半導体素子と上部電極とが半田により接合される。 In this method of manufacturing a semiconductor device, first, a semiconductor element is joined to a metal plate via solder, and then an upper electrode is disposed opposite to the semiconductor element while maintaining a predetermined interval. Molten solder is supplied from the through hole while heating. The supplied molten solder is dropped on the surface electrode of the semiconductor element, wets and spreads on the surface electrode due to the wettability of the solder, and fills the through hole. As a result, a solder layer having a fillet shape that is divergent is formed. Thereafter, the semiconductor device is taken out from the heating device and cooled, whereby the solder layer is cured and the semiconductor element and the upper electrode are joined by solder.
しかし、特許文献1で開示された従来技術においては、半導体素子と上部電極間の隙間距離が、フィレット状に濡れ広がる適正な隙間距離である必要がある。この隙間距離が適正な隙間距離にあるときには、貫通孔を介して供給された溶融半田は隙間内に侵入し、フィレット状に濡れ広がる。しかし、この隙間距離が適正な隙間距離を超えて小さくなる方向にばらついた場合には、貫通孔を介して供給された溶融半田は隙間に侵入しずらくなり、フィレットが充分には形成されない恐れがある。逆に、この隙間距離が適正な隙間距離を超えて大きくなる方向にばらついた場合には、半田の供給量を一定とすると、貫通孔を介して供給された溶融半田は隙間に侵入はするが濡れ広がらず、フィレットが充分には形成されにくい。このように、半導体素子と上部電極間の隙間距離が適正な隙間距離を超えてばらつくとフィレットが充分には形成されにくいので、半田の表面電極との接合面積が減少し、半導体素子と上部電極との接合強度が低下してしまう問題がある。
However, in the prior art disclosed in
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、上部電極と電子部品間の隙間距離にばらつきがあっても、電子部品と上部電極との接合強度を確保することが可能な電子機器の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to ensure the bonding strength between the electronic component and the upper electrode even if the gap distance between the upper electrode and the electronic component varies. Is to provide electronic devices that can
上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、平面状の被接合面を有する被接合部材と、少なくとも一部が該被接合部材の被接合面と隙間を空けて対向配置されつつ半田により接合される板状の電極とを備えた電子機器であって、前記電極は、前記被接合部材の被接合面と対向する部分に、前記被接合面との隙間距離の異なる複数の平面部と、該複数の平面部を繋ぐ連結部とを備え、前記被接合部材の被接合面は半田により前記複数の平面部の少なくとも1つと接合されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項1記載の発明によれば、電極と被接合部材間の隙間距離にばらつきがあっても、電極と被接合部材との接合強度を確保することが可能である。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to ensure the bonding strength between the electrode and the member to be bonded even if the gap distance between the electrode and the member to be bonded varies.
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の電子機器において、前記連結部には、半田供給用の貫通孔が形成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the electronic device according to the first aspect, a solder supply through-hole is formed in the connecting portion.
請求項2記載の発明によれば、連結部には半田供給用の貫通孔が形成されているので、貫通孔を介して連結部と被接合部材の被接合面間の隙間に半田を容易に供給することが可能である。 According to the second aspect of the present invention, since the through hole for supplying solder is formed in the connecting portion, the solder can be easily put into the gap between the connecting portion and the bonded surface of the member to be bonded through the through hole. It is possible to supply.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の電子機器において、前記連結部が前記平面部に対して傾斜した傾斜面であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the electronic device according to the first or second aspect, the connecting portion is an inclined surface inclined with respect to the planar portion.
請求項3記載の発明によれば、連結部が平面部に対して傾斜した傾斜面なので、傾斜面と被接合部材の被接合面間の隙間に半田を供給することにより、傾斜面に沿って半田を濡れ広がらせ傾斜面を介して接続された隙間距離の異なる複数の平面部と被接合部材の被接合面間の隙間に半田を充填することが可能となる。 According to the invention described in claim 3, since the connecting portion is an inclined surface inclined with respect to the flat surface portion, the solder is supplied to the gap between the inclined surface and the bonded surface of the bonded member along the inclined surface. It becomes possible to fill the gaps between the plurality of plane portions having different gap distances connected via the inclined surfaces and the joined surfaces of the joined members by wetting and spreading the solder.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子機器において、前記複数の平面部は、前記電極の先端側の第1平面部と、前記第1平面部に前記連結部を介して接続され前記被接合面と一部が対向すると共に前記連結部より離間する方向へ延在する第2平面部とを備え、前記第1平面部及び前記第2平面部は、前記被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、前記第1平面部と前記被接合面との隙間距離が前記第2平面部と前記被接合面との隙間距離よりも大きく形成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the electronic device according to any one of the first to third aspects, the plurality of flat surface portions are a first flat surface portion on a tip end side of the electrode and the first flat surface portion. A second plane part connected through the coupling part and partially facing the surface to be joined and extending away from the coupling part, the first plane part and the second plane part being And being arranged in parallel with the surface to be joined of the member to be joined, and having a gap distance between the first plane portion and the surface to be joined larger than a gap distance between the second plane portion and the surface to be joined. It is characterized by being.
請求項4記載の発明によれば、電極の複数の平面部は先端側の第1平面部と、第1平面部に連結部を介して接続された第2平面部とを備え、第1平面部及び第2平面部は被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、第1平面部と被接合面との隙間距離が第2平面部と被接合面との隙間距離よりも大きく形成されているので、例えば、連結部に半田を供給することにより、連結部を介して接続された第1平面部と被接合部材の被接合面間の隙間及び第2平面部と被接合部材の被接合面間の隙間の両方或いはどちらか一方の隙間に
半田を充填することが可能である。この場合、電極は先端側の第1平面部の隙間距離が大きく形成されているので、半田の接合状態を外部より観察し易い。
According to the fourth aspect of the present invention, the plurality of planar portions of the electrode include a first planar portion on the tip side and a second planar portion connected to the first planar portion via the connecting portion, and the first planar portion. The part and the second plane part are arranged in parallel to the joined surface of the joined member, and the gap distance between the first plane part and the joined surface is larger than the gap distance between the second plane part and the joined surface. Since it is formed, for example, by supplying solder to the connecting portion, the gap between the first plane portion connected through the connecting portion and the bonded surface of the member to be bonded and the second flat portion and the bonded member It is possible to fill both or one of the gaps between the surfaces to be joined with solder. In this case, the electrode is formed with a large gap distance between the first flat portion on the tip side, so that it is easy to observe the solder bonding state from the outside.
請求項5記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子機器において、前記複数の平面部は、前記電極の先端側の第1平面部と、前記第1平面部に前記連結部を介して接続され前記被接合面と一部が対向すると共に前記連結部より離間する方向へ延在する第2平面部とを備え、前記第1平面部及び前記第2平面部は、前記被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、前記第1平面部と前記被接合面との隙間距離が前記第2平面部と前記被接合面との隙間距離よりも小さく形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the electronic device according to any one of the first to third aspects, the plurality of flat surface portions are a first flat surface portion on a tip end side of the electrode and the first flat surface portion. A second plane part connected through the coupling part and partially facing the surface to be joined and extending away from the coupling part, the first plane part and the second plane part being And being arranged in parallel with the surface to be joined of the member to be joined, and the gap distance between the first plane portion and the surface to be joined is smaller than the gap distance between the second plane portion and the surface to be joined. It is characterized by being.
請求項5記載の発明によれば、電極の複数の平面部は先端側の第1平面部と、第1平面部に連結部を介して接続された第2平面部とを備え、第1平面部及び第2平面部は、被接合部材の被接合面と平行に配置されると共に、第1平面部と被接合面との隙間距離が第2平面部と被接合面との隙間距離よりも小さく形成されているので、例えば、連結部に半田を供給することにより、連結部を介して接続された第1平面部と被接合部材の被接合面間の隙間及び第2平面部と被接合部材の被接合面間の隙間の両方或いはどちらか一方の隙間に半田を充填することが可能である。この場合、電極は先端側の第1平面部の隙間距離が小さく形成されているので、第1平面部と被接合部材の被接合面間の隙間に充填される半田が被接合部材の被接合面の外側に漏れるのが防止可能である。 According to the fifth aspect of the present invention, the plurality of planar portions of the electrode include a first planar portion on the distal end side, and a second planar portion connected to the first planar portion via the connecting portion, and the first planar portion. The part and the second plane part are arranged in parallel with the surface to be joined of the member to be joined, and the gap distance between the first plane part and the face to be joined is larger than the gap distance between the second plane part and the face to be joined. Since it is formed small, for example, by supplying solder to the connecting portion, the gap between the first plane portion connected via the connecting portion and the bonded surface of the member to be bonded and the second flat portion and the bonded portion are joined. It is possible to fill both or one of the gaps between the surfaces to be joined of the member with solder. In this case, since the gap distance between the first flat portion on the tip side is small, the solder filled in the gap between the first flat portion and the bonded surface of the bonded member is bonded to the bonded member. It is possible to prevent leakage to the outside of the surface.
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子機器において、前記被接合部材は半導体素子であり前記被接合面は前記半導体素子の表面に形成された表面電極であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the electronic apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the member to be bonded is a semiconductor element, and the surface to be bonded is a surface electrode formed on the surface of the semiconductor element. It is characterized by being.
請求項6記載の発明によれば、被接合部材は半導体素子であり被接合面は半導体素子の表面に形成された表面電極なので、半導体素子の表面電極に電極を接合させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the member to be bonded is a semiconductor element and the bonded surface is a surface electrode formed on the surface of the semiconductor element, the electrode can be bonded to the surface electrode of the semiconductor element.
本発明によれば、電極と被接合部材間の隙間距離にばらつきがあっても、電極と被接合部材との接合強度を確保することが可能である。 According to the present invention, even if there is variation in the gap distance between the electrode and the member to be joined, it is possible to ensure the bonding strength between the electrode and the member to be joined.
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る電子部品としての半導体素子を図1〜図6に基づいて説明する。
図1及び図2に示すように、電子機器としての半導体装置10は、上面が平面状の基部11と、表面が平面状の第1電極13および第2電極14とを備えた被接合部材としての半導体素子12と、半導体素子12と隙間を空けて対向配置された板状の電極としての板状電極15から構成され、基部11と第1電極13とは第1半田層16を介して接合され、第2電極14と板状電極15とは第2半田層17を介して接合されている。なお、第2電極14は被接合部材の被接合面に相当する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor element as an electronic component according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
基部11は、金属製で所定の厚さを有する材料が用いられており、材料としては、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ導電性で熱伝導性の良い金属材料が使用されている。
The
半導体素子12は、矩形の形状を有し、裏面に第1電極13が形成され、おもて面に第2電極14が形成されている。第1電極13及び第2電極14は、ニッケル、チタン、アルミニウム等で形成されている。半導体素子12としては、例えば、IGBTのような電力制御素子などが用いられている。半導体素子12のおもて面における半導体素子12の短辺方向の側縁部のうちの一方には、制御用電極18が形成され、制御用電極18は図示しない外部電極とワイヤにより接続されている。従って、第1電極13は半導体素子12の裏面のほぼ全面に渡り形成されているが、第2電極14は半導体素子12のおもて面における制御用電極18の形成された部位を含まない領域に形成されている。
The
板状電極15は、自身の形状を保持しうるほどの強度を持たせる厚みを有し短冊状の板状部材から形成されている。材料としては、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ導電性で熱伝導性の良い金属材料が使用されている。板状電極15は、板状の部材を折り曲げて段差を設けた形状を有し、水平に延びる第1平面部19及び第2平面部20と、第1平面部19と第2平面部20間に連設され第1平面部19及び第2平面部20に対して傾斜した連結部に相当する傾斜部21とを備えている。ここで、段差の大きさをδとすれば、δは第2電極14との隙間距離の大きい方の平面部(第1平面部19)と第2電極14との隙間距離の小さい方の平面部(第2平面部20)間の板状電極15の板厚方向における距離に相当する。この段差の大きさδは、予めdmin及びdmaxを考慮した適切な値に設定されている。なお、dmin及びdmaxは、第2電極14から板状電極15の平面部までの隙間距離であって半田の接合可能距離範囲の下限値及び上限値に相当する。
The plate-
図2に示すように、板状電極15は、半導体装置10の周辺外方より第2電極14上方を通って第1平面部19の先端側を制御用電極18側に向ける方向に延在し、板状電極15の第1平面部19、第2平面部20及び傾斜部21と、半導体素子12の第2電極14とが隙間を空けて対向するように配置されている。
ここで、第1平面部19及び第2平面部20の第2電極14と対向する下側の面をそれぞれ下面19A及び下面20Aとし、傾斜部21の第2電極14と対向する下側の傾斜面を下面21Bとすれば、下面19A及び下面20Aは、第2電極14と平行となるよう配置されており、下面21Bは第2電極14に対し傾斜して配置されている。
また、下面19Aと第2電極14間の隙間距離をd1とし、下面20Aと第2電極14間の隙間距離をd2とすれば、d1>d2となるように配置されている。すなわち、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1は、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2よりも大きくなるように配置されており、第1平面部19が第2電極14との隙間距離が大きい方の平面部に相当し、第2平面部20が第2電極14との隙間距離が小さい方の平面部に相当する。なお、d1、d2、δ間にはd1―d2=δの関係がある。
As shown in FIG. 2, the
Here, the lower surfaces of the
In addition, if the gap distance between the
傾斜部21には半田供給用の貫通孔21Aが形成されている。貫通孔21Aを介して板状電極15と第2電極14間の隙間に溶融半田が供給される。
第1平面部19、第2平面部20及び傾斜部21の下面19A、下面20A及び下面21Bと、第2電極14との間に第2半田層17が形成されている。なお、第1半田層16及び第2半田層17は、スズ(Sn)等を含む同一組成、同一融点の半田を使用して形成されている。
The
A
次に、上記構造を有する半導体装置10についてその作用説明を図3〜図6に基づき説明する。
図3に示すように、半導体素子12の第2電極14と板状電極15の各平面部(第1平面部19又は第2平面部20)間における半田の接合可能距離範囲をdmin〜dmaxとする。ところで、製造工程において、板状電極15が接合可能距離範囲を超えてばらついた場合であっても、第1平面部19及び第2平面部20のうちどちらか一方が接合可能距離範囲内にあれば、板状電極15を接合可能である。段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅dmax−dminより小さく(δ≦dmax−dmin)なるように設定するのが好ましい。このとき、図3に示すように、接合可能距離範囲dmin〜dmaxに対する板状電極15の配設位置としては、P1、P2、P3の3つの位置が考えられる。P1位置では、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2及び第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1の両方とも接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、P2位置では、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2のみが接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、P3位置では、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1のみが接合可能距離範囲dmin〜dmax内にある。また、d2=dmax、d1>dmaxの場合が上限位置を示し、d1=dmin、d2<dminの場合が下限位置を示している。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 3, the solderable distance range between each planar portion (first
ここで、段差の大きさδの中間(δ/2)を通る中心線を引き、この中心線と第2電極14間の隙間距離をdcとする。また、接合可能距離範囲dmin〜dmaxの中心をdc0とすると、dc0=(dmin+dmax)/2と表すことができる。このdc0を設計上の電極の標準配置位置とし、これを使って接合可能距離範囲を表すと、次のようになる。すなわち、段差のない単一平面状の電極を有する従来技術の場合には、電極平面部の標準配置位置をdc0としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、dc0±(dmax−dmin)/2となるのに対し、本実施形態では、電極の標準配置位置をdc=dc0としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、dc0±((dmax−dmin)/2+δ/2)と表すことができ、従来技術と比較して、接合可能距離範囲が±δ/2だけ拡張される。但し、段差の大きさδは接合可能距離範囲の下限値より小さい(δ≦dmin)。なお、電極の標準配置位置として隙間距離d2をd2=dc0と設定した場合は、第2平面部20の下面20Aが上記従来技術と同様のdc0に位置するが図3の破線で示すように第1平面部19によって接合可能許容範囲が下方へ段差の大きさδ相当分拡張されて、dmin−δ≦d2≦dmaxとなる。
Here, a center line passing through the middle (δ / 2) of the step size δ is drawn, and a gap distance between the center line and the
次に、板状電極15の半田接合について、図4〜図6に基づき製造工程の説明を行う。
図4は、板状電極15が図3の前記P1位置にある場合を示し、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2が接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、且つ、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1も接合可能距離範囲dmin〜dmax内にある。図4(a)に示すように、第2電極14上に板状電極15の第1平面部19の先端側を制御用電極18側に向け、第2平面部20と第2電極14間に隙間距離d2を、第1平面部19と第2電極14間に隙間距離d1をそれぞれ保ちながら板状電極15を配置し、治具などで一端固定する。なお、この場合の前記隙間距離d1、d2をそれぞれd10、d20としたとき、dmin≦d10,d20≦dmaxとなっているので、第2平面部20と第2電極14間の隙間及び、第1平面部19と第2電極14間の隙間の両方の隙間に半田が充填可能である。
Next, the manufacturing process of solder bonding of the
FIG. 4 shows a case where the plate-
次に、図4(b)に示すように、図4(a)に示す状態にある半導体装置を加熱装置内に入れて、装置全体を加熱させながら上方に配置された半田供給装置22から溶融半田を供給する。半田供給装置22から供給された溶融半田は、傾斜部21に形成された半田供給用の貫通孔21Aを通過して半導体素子12の第2電極14上に供給され第2電極14の濡れ性により濡れ広がる。そして、図4(b)に矢印で示すように、濡れ広がった溶融半田は、第1平面部19の下面19Aと第2電極14間の隙間を第1平面部19の先端側に向けて移動すると共に、第2平面部20の下面20Aと第2電極14間の隙間を第2平面部20の後端側(傾斜部21から離間する方向)に向けて移動する。その結果、第1平面部19と第2電極14間の隙間及び、第2平面部20と第2電極14間の隙間の両方の隙間に半田が充填される。
Next, as shown in FIG. 4 (b), the semiconductor device in the state shown in FIG. 4 (a) is put in the heating device and melted from the
次に、図4(c)に示すように、半導体装置を加熱装置から取り出し冷却させることにより半田が硬化し、第2電極14と板状電極15とが第2半田層17を介して接合される。
このように、第1平面部19と第2電極14間の隙間及び、第2平面部20と第2電極14間の隙間の両方の隙間に半田が充填されるので、半田の板状電極15との接合面積が確保可能である。
Next, as shown in FIG. 4C, the semiconductor device is taken out of the heating device and cooled to cure the solder, and the
As described above, since the solder is filled in both the gap between the
図5は、板状電極15が標準位置からばらつきにより図3のP2位置にずれた場合を示し、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2が接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、且つ、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1が接合可能距離範囲dmin〜dmax内にない場合を示している。この場合、図5(a)に示すように、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2をd22とし、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1をd12とすれば、dmin≦d22≦dmax、d12>dmaxとなっており、第2平面部20と第2電極14間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
FIG. 5 shows a case where the plate-
次に、図5(b)に矢印で示すように、半田供給装置22から供給された溶融半田は、第2電極14上に濡れ広がり、第2平面部20の下面20Aと第2電極14間の隙間を第2平面部20の後端側(傾斜部21から離間する方向)に向けて移動する。その結果、第2平面部20と第2電極14間の隙間には半田が充填されるが、第1平面部19と第2電極14間の隙間は、離間しすぎて半田が充填されない。
Next, as indicated by an arrow in FIG. 5B, the molten solder supplied from the
次に、図5(c)に示すように、第2電極14と板状電極15とが第2半田層17を介して接合される。
このように、第2平面部20と第2電極14間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極15との接合面積が確保可能である。
Next, as shown in FIG. 5C, the
Thus, since the gap between the second
図6は、板状電極15が標準位置からばらつきにより図3のP3位置にずれた場合を示し、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2が接合可能距離範囲dmin〜dmaxを超えて小さくなる方向にばらついた場合を示している。この場合、図6(a)に示すように、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d2をd21とし、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1をd11とすれば、d21<dmin、dmin≦d11≦dmaxとなっており、第1平面部19と第2電極14間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
FIG. 6 shows a case where the plate-
次に、図6(b)に矢印で示すように、半田供給装置22から供給された溶融半田は、第2電極14上に濡れ広がり、第1平面部19と第2電極14間の隙間を第1平面部19の先端側に向けて移動するが、下面19Aと第2電極14間の隙間には侵入しない。
これは、半田の表面張力などの影響により、第2平面部20と第2電極14間の隙間距離d21は狭すぎて半田が侵入できない距離にあるが、第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d11は、接合可能距離範囲内にあるので第1平面部19と第2電極14間の隙間には半田が充填可能なことによる。その結果、第1平面部19と第2電極14間の隙間にのみ半田が充填される。
Next, as indicated by an arrow in FIG. 6B, the molten solder supplied from the
This is because the gap distance d21 between the
次に、図6(c)に示すように、第2電極14と板状電極15とが第2半田層17を介して接合される。
このように、第1平面部19と第2電極14間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極15との接合面積が確保可能である。
Next, as shown in FIG. 6C, the
Thus, since the gap between the first
この第1の実施形態に係る半導体装置10によれば以下の効果を奏する。
(1)板状電極15は先端側の第1平面部19と、第1平面部19に傾斜部21を介して接続された第2平面部20とを備え、第1平面部19及び第2平面部20が半導体素子12の第2電極14と平行に配置されると共に、第1平面部19と第2電極14との隙間距離d1が第2平面部20と第2電極14との隙間距離d2よりも大きく形成されており、前記隙間距離d1、d2との差である大きさδの段差を形成することにより、板状電極15を第2電極14から距離を置いて配置する際に何らかの原因で標準配置位置より位置がばらついた場合であっても、第1平面部19と第2平面部20の少なくともいずれか一方が半田の接合可能距離範囲内に存在すれば接合が可能となるため、前記段差の大きさδに相当する分、接合可能距離範囲を拡張することができる。従って、製造工程上のばらつきに対するマージンを広くとることができ歩留まりが向上すると共に、従来技術と比較して、設計の自由度も向上する。また、この際半田の板状電極15との接合面積が確保でき、板状電極15と半導体素子12間の接合強度を確保することが可能となる。
(2)傾斜部21には半田供給用の貫通孔21Aが形成されているので、貫通孔21Aを介して傾斜部21と半導体素子12の第2電極14間の隙間に半田を容易に供給することが可能である。
(3)傾斜部21が第1平面部19及び第2平面部20に対して傾斜しているので、傾斜部21と半導体素子12の第2電極14間の隙間に半田を供給することにより、傾斜部21に沿って半田を濡れ広がらせ、傾斜部21を介して接続された隙間距離dの異なる第1平面部19及び第2平面部20と半導体素子12の第2電極14間の隙間の両方或いはどちらか一方の隙間に半田を充填可能である。
(4)板状電極15は先端側の第1平面部19と第2電極14間の隙間距離d1が大きく形成されているので、半田の接合状態を外部より観察し易い。
The
(1) The plate-
(2) Since the through-
(3) Since the
(4) Since the plate-
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る半導体装置30を図7〜図12に基づいて説明する。
この実施形態は、第1の実施形態における板状電極15と半導体素子12との配置関係を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
(Second Embodiment)
Next, the
In this embodiment, the arrangement relationship between the plate-
Therefore, here, for convenience of explanation, some of the reference numerals used in the previous explanation are used in common, explanation of common configurations is omitted, and only the changed parts are explained.
図7及び図8に示すように、板状電極31は、自身の形状を保持しうるほどの強度を持たせる厚みを有し短冊状の板状部材から形成されている。板状電極31は、板状の部材を折り曲げて段差を設けた形状を有し、水平に延びる第1平面部32及び第2平面部33と、第1平面部32と第2平面部33間に連設され第1平面部32及び第2平面部33に対して傾斜した連結部に相当する傾斜部34とを備えている。ここで、段差の大きさをδとすれば、δは第2電極14との隙間距離の大きい方の第1平面部32と第2電極14との隙間距離の小さい方の第2平面部33間の板状電極31の板厚方向における距離に相当する。この段差の大きさδは、第1の実施形態と同様にdmin及びdmaxを考慮した適切な値に設定されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the plate-
図8に示すように、板状電極31は、半導体装置30の周辺外方より第2電極14上方を通って第1平面部32の先端側を制御用電極18側に向ける方向に延在し、板状電極31の第1平面部32、第2平面部33及び傾斜部34と、半導体素子12の第2電極14とが隙間を空けて対向するように配置されている。
ここで、第1平面部32及び第2平面部33の第2電極14と対向する下側の面をそれぞれ下面32A及び下面33Aとし、傾斜部34の第2電極14と対向する下側の傾斜面を下面34Bとすれば、下面32A及び下面33Aは、第2電極14と平行となるよう配置されており、下面34Bは第2電極14に対し傾斜して配置されている。
また、下面32Aと第2電極14間の隙間距離をd3とし、下面33Aと第2電極14間の隙間距離をd4とすれば、d4>d3となるように配置されている。すなわち、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3は、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4よりも小さくなるように配置されており、第1平面部32が第2電極14との隙間距離が小さい方の平面部に相当し、第2平面部33が第2電極14との隙間距離が大きい方の平面部に相当する。なお、d3、d4、δ間にはd4―d3=δの関係がある。
As shown in FIG. 8, the plate-
Here, the lower surfaces of the
Further, if the gap distance between the
この実施形態は、第1の実施形態と比較して、板状電極の形状は同等に形成されているが、半導体素子12との配置関係が異なっている。すなわち、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3は、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4よりも小さくなるよう配置されており、第1の実施形態における板状電極15の配置を上下逆転させた配置形態となっている。
In this embodiment, the shape of the plate-like electrode is formed to be equal to that of the first embodiment, but the arrangement relationship with the
傾斜部34には半田供給用の貫通孔34Aが形成されている。貫通孔34Aを介して板状電極31と第2電極14間の隙間に溶融半田が供給される。
第1平面部32、第2平面部33及び傾斜部34の下面32A、下面33A及び下面34Bと、第2電極14との間に第2半田層35が形成されている。なお、第1半田層16及び第2半田層35は、スズ(Sn)等を含む同一組成、同一融点の半田を使用して形成されている。
The
A
次に、上記構造を有する半導体装置30についてその作用説明を図9〜図12に基づき説明する。
図9に示すように、この実施形態においても第1の実施形態と同様に、半田の接合可能距離範囲をdmin〜dmaxとした時に、製造工程において、板状電極31が接合可能距離範囲を超えてばらついた場合であっても、第1平面部32及び第2平面部33のうちどちらか一方が接合可能距離範囲内にあれば、板状電極31を接合可能である。なお、δ≦dmax−dminとなるように設定するのが好ましい。このとき、図9に示すように、接合可能距離範囲dmin〜dmaxに対する板状電極31の配設位置としては、Q1、Q2、Q3の3つの位置が考えられる。Q1位置では、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3及び第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4の両方とも接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、Q2位置では、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3のみが接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、Q3位置では、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4のみが接合可能距離範囲dmin〜dmax内にある。また、d3=dmax、d4>dmaxの場合が上限位置を示し、d4=dmin、d3<dminの場合が下限位置を示している。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 9, in this embodiment as well as in the first embodiment, when the solderable bondable distance range is dmin to dmax, the
ここで、第1の実施形態と同様に、段差の大きさδの中間(δ/2)を通る中心線を引き、この中心線と第2電極14間の隙間距離をdcとする。また、接合可能距離範囲dmin〜dmaxの中心をdc0とすると、dc0=(dmin+dmax)/2と表すことができる。このdc0を設計上の電極の標準配置位置とし、これを使って接合可能距離範囲を表すと、次のようになる。すなわち、段差のない単一平面状の電極を有する従来技術の場合には、電極平面部の標準配置位置をdc0としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、dc0±(dmax−dmin)/2となるのに対し、本実施形態では、電極の標準配置位置をdc=dc0としたとき、電極配置のばらつきに対する半田接合可能な許容範囲は、dc0±((dmax−dmin)/2+δ/2)と表すことができ、従来技術と比較して、接合可能距離範囲が±δ/2だけ拡張される。但し、段差の大きさδは接合可能距離範囲の下限値より小さい(δ≦dmin)。なお、電極の標準配置位置として隙間距離d3をd3=dc0と設定した場合は、第1平面部32の下面32Aが上記従来技術と同様のdc0に位置するが図9の破線で示すように第2平面部33によって接合可能許容範囲が下方へ段差の大きさδ相当分拡張されて、dmin−δ≦d3≦dmaxとなる。
Here, as in the first embodiment, a center line passing through the middle (δ / 2) of the step size δ is drawn, and a gap distance between the center line and the
次に、板状電極31の半田接合について、図10〜図12に基づき製造工程の説明を行う。
図10は、板状電極31が図9の前記Q1位置にある場合を示し、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3が接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、且つ、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4も接合可能距離範囲dmin〜dmax内にある。図10(a)に示すように、第2電極14上に板状電極31の第1平面部32の先端側を制御用電極18側に向け、第1平面部32と第2電極14間に隙間距離d3を、第2平面部33と第2電極14間に隙間距離d4をそれぞれ保ちながら板状電極31を配置し、治具などで一端固定する。なお、この場合の前記隙間距離d3、d4をそれぞれd30、d40としたとき、dmin≦d30,d40≦dmaxとなっているので、第1平面部32と第2電極14間の隙間及び、第2平面部33と第2電極14間の隙間の両方の隙間に半田が充填可能である。
Next, the manufacturing process of solder bonding of the
FIG. 10 shows the case where the plate-
次に、図10(b)に示すように、図10(a)に示す状態にある半導体装置を加熱装置内に入れて、装置全体を加熱させながら上方に配置された半田供給装置22から溶融半田を供給する。半田供給装置22から供給された溶融半田は、傾斜部34に形成された半田供給用の貫通孔34Aを通過して半導体素子12の第2電極14上に供給され第2電極14の濡れ性により濡れ広がる。そして、図10(b)に矢印で示すように、濡れ広がった溶融半田は、第1平面部32の下面32Aと第2電極14間の隙間を第1平面部32の先端側に向けて移動すると共に、第2平面部33の下面33Aと第2電極14間の隙間を第2平面部33の後端側(傾斜部34から離間する方向)に向けて移動する。その結果、第1平面部32と第2電極14間の隙間及び、第2平面部33と第2電極14間の隙間の両方の隙間に半田が充填される。
Next, as shown in FIG. 10 (b), the semiconductor device in the state shown in FIG. 10 (a) is put in the heating device and melted from the
次に、図10(c)に示すように、半導体装置を加熱装置から取り出し冷却させることにより半田が硬化し、第2電極14と板状電極31とが第2半田層35を介して接合される。
このように、第1平面部32と第2電極14間の隙間及び、第2平面部33と第2電極14間の隙間の両方の隙間に半田が充填されるので、半田の板状電極31との接合面積が確保可能である。
Next, as shown in FIG. 10C, the semiconductor device is taken out of the heating device and cooled to cure the solder, and the
As described above, since the solder is filled in both the gap between the
図11は、板状電極31が標準位置からばらつきにより図9のQ2位置にずれた場合を示し、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3が接合可能距離範囲dmin〜dmax内にあり、且つ、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4が接合可能距離範囲dmin〜dmax内にない場合を示している。この場合、図11(a)に示すように、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3をd32とし、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4をd42とすれば、dmin≦d32≦dmax、d42>dmaxとなっており、第1平面部32と第2電極14間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
FIG. 11 shows a case where the
次に、図11(b)に矢印で示すように、半田供給装置22から供給された溶融半田は、第2電極14上に濡れ広がり、第1平面部32の下面32Aと第2電極14間の隙間を第1平面部32の先端側に向けて移動する。その結果、第1平面部32と第2電極14間の隙間には半田が充填されるが、第2平面部33と第2電極14間の隙間は、離間しすぎて半田が充填されない。
Next, as indicated by an arrow in FIG. 11B, the molten solder supplied from the
次に、図11(c)に示すように、第2電極14と板状電極31とが第2半田層35を介して接合される。
このように、第1平面部32と第2電極14間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極31との接合面積が確保可能である。
Next, as shown in FIG. 11C, the
Thus, since the gap between the first
図12は、板状電極31が標準位置からばらつきにより図9のQ3位置にずれた場合を示し、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3が接合可能距離範囲dmin〜dmaxを超えて小さくなる方向にばらついた場合を示している。この場合、図12(a)に示すように、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3をd31とし、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d4をd41とすれば、d31<dmin、dmin≦d41≦dmaxとなっており、第2平面部33と第2電極14間の隙間にのみ半田が充填可能となっている。
FIG. 12 shows a case where the plate-
次に、図12(b)に矢印で示すように、半田供給装置22から供給された溶融半田は、第2電極14上に濡れ広がり、第2平面部33と第2電極14間の隙間を第2平面部33の後端側(傾斜部34から離間する方向)に向けて移動するが、第1平面部32と第2電極14間の隙間には侵入しない。
これは、半田の表面張力などの影響により、第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d31は狭すぎて半田が侵入できない距離にあるが、第2平面部33と第2電極14間の隙間距離d41は、接合可能距離範囲内にあるので第2平面部33と第2電極14間の隙間には半田が充填可能なことによる。その結果、第2平面部33と第2電極14間の隙間にのみ半田が充填される。
Next, as indicated by an arrow in FIG. 12B, the molten solder supplied from the
This is because the gap distance d31 between the
次に、図12(c)に示すように、第2電極14と板状電極31とが第2半田層35を介して接合される。
このように、第2平面部33と第2電極14間の隙間には半田が充填されるので、半田の板状電極31との接合面積が確保可能である。
Next, as shown in FIG. 12C, the
Thus, since the gap between the second
この第2の実施形態に係る半導体装置30によれば第1の実施形態における(1)〜(3)と同等の効果を得ることができること以外に、板状電極31は先端側の第1平面部32と第2電極14間の隙間距離d3が小さく形成されているので、第1平面部32と半導体素子12の第2電極14間の隙間に充填される半田が第2電極14の外側に漏れるのが防止可能である。
According to the
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第1及び第2の実施形態では、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅dmax−dminより小さく、且つ、接合可能距離範囲の下限値より小さいことを条件として説明したが、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅dmax−dminより小さく、且つ、接合可能距離範囲の下限値より大きい場合には、第2平面部20又は第1平面部32が第2電極14と当接することがある。この場合、接合可能距離範囲の拡張幅は狭くなる。
○ 第1及び第2の実施形態では、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅dmax−dminより小さいとして説明したが、段差の大きさδは接合可能距離範囲の幅dmax−dminより大きくても構わない。例えば、図13に示すように、板状電極41が第1平面部42(隙間距離d5)と第2平面部43(隙間距離d6)とを有し、段差の大きさδが、接合可能距離範囲の幅dmax−dminより大きく設定されている場合には、次のようになる。すなわち、第2平面部43を基準として考えたときに、第2平面部43がR1位置〜R2位置間にあり隙間距離d6が接合可能範囲内にある場合には、第2平面部43と第2電極14間の隙間に半田を充填可能である。しかし、R2位置を超えて隙間距離d6が小さくなる方向にばらついたR3位置では、第1平面部42及び第2平面部43の両方とも接合可能範囲外(d5、d6とも接合可能範囲外)となり、この場合には、板状電極41は半田接合されずNG範囲となる。そして、更に隙間距離d6が小さくなる方向にばらつきR4位置に到達すると、第1平面部42が接合可能範囲に入ってくるので、第1平面部42と第2電極14間の隙間に半田を充填可能である。図13に矢印で示すように、不連続的ではあるが、接合可能範囲が拡張される。
○ 第1及び第2の実施形態では、連結部を傾斜面を有する傾斜部21、34として説明したが、連結部が湾曲面或いは、屈曲面で形成されていても良い。また、連結部が垂直に形成されていても良い。
○ 第1及び第2の実施形態では、板状電極は長尺方向に折れ曲がった形状を有するとして説明したが、長尺方向と直角な短尺方向に折れ曲った形状を有し、短尺方向の一方に第1平面部が形成され、短尺方向の他方に第2平面部が形成されて、第1平面部と第2平面部との間に2つの平面部を連結する連結部が形成されていても良い。
○ 第1及び第2の実施形態では、複数の平面部が2個で連結部が1個としたが、複数の平面部が3個以上で、各平面部間を連結する連結部が2個以上あり、各連結部に半田供給用の貫通孔が形成されていても良い。
○ 第1及び第2の実施形態では、傾斜部21、34に貫通孔21A、34Aを設けるとして説明したが、貫通孔を平面部に設けても良く、また、貫通孔を設けないで半田を側方より上部電極と第2電極間の隙間に直接供給しても良い。さらに、貫通孔に代えて傾斜部に切り欠きを設けても良い。
○ 第1及び第2の実施形態では、被接合部材を半導体素子12として説明したが、半導体素子12を介さずに基部11上に板状電極15、31を直接半田付けしても良い。この場合には、基部11が被接合部材となる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the spirit of the invention. For example, the following modifications may be made.
In the first and second embodiments, the step size δ has been described on the condition that it is smaller than the width dmax−dmin of the bondable distance range and smaller than the lower limit value of the bondable distance range. When the size δ is smaller than the width dmax−dmin of the bondable distance range and larger than the lower limit value of the bondable distance range, the second
In the first and second embodiments, the step size δ is described as being smaller than the width dmax−dmin of the bondable distance range, but the step size δ is larger than the width dmax−dmin of the bondable distance range. It doesn't matter. For example, as shown in FIG. 13, the plate-like electrode 41 has a first plane part 42 (gap distance d5) and a second plane part 43 (gap distance d6), and the step size δ is the bondable distance. When it is set to be larger than the range width dmax−dmin, it is as follows. In other words, when the
In the first and second embodiments, the connecting portion has been described as the
In the first and second embodiments, the plate-like electrode has been described as having a shape bent in the long direction. However, the plate electrode has a shape bent in a short direction perpendicular to the long direction. The first plane portion is formed on the other side, the second plane portion is formed on the other side in the short direction, and a connecting portion for connecting the two plane portions is formed between the first plane portion and the second plane portion. Also good.
○ In the first and second embodiments, the number of the plurality of plane portions is two and the number of the connection portions is one. As described above, a through hole for supplying solder may be formed in each connecting portion.
In the first and second embodiments, it has been described that the through
In the first and second embodiments, the member to be bonded has been described as the
10 半導体装置
11 基部
12 半導体素子
13 第1電極
14 第2電極
15 板状電極
17 第2半田層
19 第1平面部
20 第2平面部
21 傾斜部
21A 貫通孔
δ 段差の大きさ(=d1−d2)
d1 第1平面部と第2電極間の隙間距離
d2 第2平面部と第2電極間の隙間距離
DESCRIPTION OF
d1 Gap distance between the first plane part and the second electrode d2 Gap distance between the second plane part and the second electrode
Claims (6)
前記電極は、前記被接合部材の被接合面と対向する部分に、前記被接合面との隙間距離の異なる複数の平面部と、該複数の平面部を繋ぐ連結部とを備え、
前記被接合部材の被接合面は半田により前記複数の平面部の少なくとも1つと接合されることを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising: a member to be joined having a planar joined surface; and a plate-like electrode joined by solder while being disposed so as to face the joined surface of the joined member with a gap. There,
The electrode includes a plurality of plane portions having different gap distances from the bonded surface and a connecting portion that connects the plurality of flat surface portions in a portion facing the bonded surface of the bonded member.
An electronic apparatus, wherein a surface to be bonded of the member to be bonded is bonded to at least one of the plurality of flat portions by solder.
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NL2022620A (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-06 | Shindengen Electric Mfg | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
-
2010
- 2010-11-17 JP JP2010256919A patent/JP2012109391A/en active Pending
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