JP2012134427A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子配置面に半導体素子が配置された半導体基板と、半導体素子を制御するとともに素子配置面に直交する高さ方向に半導体基板から離間して配置された制御基板と、を備えた半導体装置に関する。 The present invention includes a semiconductor substrate in which a semiconductor element is arranged on an element arrangement surface, and a control board that controls the semiconductor element and is arranged apart from the semiconductor substrate in a height direction orthogonal to the element arrangement surface. The present invention relates to a semiconductor device.
上記のような半導体装置として、例えば下記の特許文献1に記載された装置が既に知られている。以下、この背景技術の説明では、特許文献1の符号又は名称を適宜()内に記載して引用する。この特許文献1に記載の装置では、当該文献の図1に示されているように、半導体素子(3)と制御基板(6)とを電気的に接続する接続部材(中継端子5)が備えられ、この接続部材を介して半導体素子を制御するための制御信号が伝達される。 As such a semiconductor device, for example, a device described in Patent Document 1 below is already known. Hereinafter, in the description of the background art, the code or name of Patent Document 1 is appropriately described in () and cited. In the apparatus described in Patent Document 1, as shown in FIG. 1 of the document, a connection member (relay terminal 5) for electrically connecting the semiconductor element (3) and the control board (6) is provided. Then, a control signal for controlling the semiconductor element is transmitted through the connection member.
ところで、半導体基板と制御基板とは高さ方向に離間して配置されるため、接続部材は高さ方向に延びる部分を有して構成される。特許文献1に記載の構成では、接続部材は、半導体基板側に固定された基部から高さ方向と平行な方向に延び、制御基板に設けられた孔部(スルーホール6a)を貫通するように設けられる。接続部材は、孔部におけるはんだ接合により制御基板に対して固定される。そして、特許文献1に記載の構成では、接続部材の孔部への挿入時に当該接続部材の先端部を案内するための案内部材(ガイド部材7)を制御基板の下面に備えている。これにより、半導体装置の製造時において接続部材の孔部への挿入が容易になり、組み立てが容易な半導体装置が得られるとされている。 By the way, since the semiconductor substrate and the control substrate are spaced apart from each other in the height direction, the connection member is configured to have a portion extending in the height direction. In the configuration described in Patent Document 1, the connection member extends from the base fixed to the semiconductor substrate side in a direction parallel to the height direction, and penetrates the hole (through hole 6a) provided in the control substrate. Provided. The connecting member is fixed to the control board by solder bonding in the hole. And in the structure of patent document 1, the guide member (guide member 7) for guiding the front-end | tip part of the said connection member at the time of insertion to the hole of a connection member is provided in the lower surface of the control board. This makes it easy to insert the connection member into the hole during manufacture of the semiconductor device, thereby obtaining a semiconductor device that can be easily assembled.
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、半導体装置の製造時の作業の容易化を図ることができるものの、案内部材を別途備える必要があるため、部品点数の増加により製造コストが増大したり、案内部材を配置するためのスペースにより装置が大型化するおそれがある。また、接続部材と制御基板とが、全周において制御基板により区画された孔部において接合されるため、接合部における欠陥の有無を外観検査により発見するのは容易ではない。そのため、装置の長期信頼性が低下するおそれもある。 However, in the configuration described in Patent Document 1, although it is possible to facilitate the work at the time of manufacturing the semiconductor device, it is necessary to separately include a guide member, so that the manufacturing cost increases due to an increase in the number of parts, There is a possibility that the apparatus becomes large due to the space for arranging the guide member. In addition, since the connecting member and the control board are joined in the holes defined by the control board on the entire circumference, it is not easy to detect the presence or absence of defects in the joint by visual inspection. Therefore, the long-term reliability of the device may be reduced.
そこで、製造コストの増大や装置の大型化を抑制しつつ製造作業の容易化を図ることができるとともに、装置の長期信頼性の向上も図ることができる半導体装置の実現が望まれる。 Therefore, it is desired to realize a semiconductor device that can facilitate manufacturing work while suppressing an increase in manufacturing cost and an increase in size of the device, and can improve long-term reliability of the device.
本発明に係る素子配置面に半導体素子が配置された半導体基板と、前記半導体素子を制御するとともに前記素子配置面に直交する高さ方向に前記半導体基板から離間して配置された制御基板と、を備えた半導体装置の特徴構成は、前記半導体素子と前記制御基板とを電気的に接続する接続部材を備え、前記制御基板には、当該制御基板を前記高さ方向に貫通すると共に、当該制御基板の外縁部に開口する切欠部が形成され、前記接続部材は、前記半導体基板側に固定された基部から、前記高さ方向に対して傾斜した延在方向に延び、前記切欠部内を前記高さ方向に貫通した状態で鑞材により前記制御基板に接合されており、前記高さ方向に沿った平面視で、前記切欠部の開口方向が、前記延在方向と同じ方向とされている点にある。 A semiconductor substrate in which a semiconductor element is arranged on an element arrangement surface according to the present invention; and a control board that controls the semiconductor element and is arranged apart from the semiconductor substrate in a height direction orthogonal to the element arrangement surface; The semiconductor device comprising: a semiconductor device comprising: a connection member that electrically connects the semiconductor element and the control board; the control board penetrates the control board in the height direction and the control board A notch is formed in an outer edge of the substrate, and the connection member extends from a base fixed to the semiconductor substrate in an extending direction inclined with respect to the height direction, and the inside of the notch is It is joined to the control substrate by a brazing material in a state penetrating in the vertical direction, and the opening direction of the notch is the same direction as the extending direction in a plan view along the height direction. It is in.
本願では、2つの方向に関して「同じ方向」とは、当該2つの方向が完全に同じ向きである場合だけでなく、製造上の誤差に応じたずれを含む概念として用いている。製造上の誤差は、例えば、寸法や取付位置の公差の範囲内のずれにより生じる。 In the present application, the “same direction” with respect to the two directions is used as a concept including not only a case where the two directions are completely the same direction but also a deviation corresponding to a manufacturing error. An error in manufacturing occurs due to, for example, a deviation within a tolerance range of dimensions and mounting positions.
上記の特徴構成によれば、半導体装置の製造時に、接続部材を比較的容易に切欠部内に挿入することができる。すなわち、半導体装置の製造時に、接続部材に対して制御基板を高さ方向に近づけることで、平面視で切欠部の開口方向と同じ方向に延在する接続部材が、開口方向側に位置する部分から順次切欠部内に挿入されることになる。よって、接続部材の寸法や取付位置、或いは延在方向の誤差を吸収することが容易となる。また、半導体装置の製造時に、接続部材に対して制御基板を高さ方向に交差する方向に近づけ、接続部材を切欠部に対して開口部側から挿入する場合にも、同様に、接続部材の寸法や取付位置、或いは延在方向の誤差を吸収することが容易となる。よって、接続部材を切欠部内に比較的容易に挿入することができる。
以上のように、上記の特徴構成によれば、案内部材のような特別な部材を別途備えることなく、半導体装置の製造時に接続部材を比較的容易に切欠部内に挿入することができる。すなわち、製造コストの増大や装置の大型化が抑制される形態で製造作業の容易化が図られた半導体装置を提供することができる。
また、上記の特徴構成によれば、接続部材と制御基板との鑞材による接合部が、全周を制御基板により区画された孔部ではなく、制御基板の外縁部に開口する切欠部に形成される。このため、制御基板により遮られない方向(すなわち、開口部側)から接合部の外観検査を行うことができる。よって、鑞材の不濡れ等の接合部における欠陥を発見するのが比較的容易になり、装置の長期信頼性の向上を図ることができる。
According to said characteristic structure, a connection member can be inserted in a notch part comparatively easily at the time of manufacture of a semiconductor device. That is, when the semiconductor device is manufactured, the connection member extending in the same direction as the opening direction of the notch portion in a plan view is located on the opening direction side by bringing the control substrate closer to the height direction with respect to the connection member. Are sequentially inserted into the notch. Therefore, it becomes easy to absorb the error of the dimension of the connecting member, the mounting position, or the extending direction. Similarly, when the semiconductor device is manufactured, the control board is brought close to the direction intersecting the height direction with respect to the connection member, and the connection member is inserted into the cutout portion from the opening side in the same manner. It becomes easy to absorb errors in dimensions, mounting positions, or extending directions. Therefore, the connecting member can be inserted into the cutout portion relatively easily.
As described above, according to the above-described characteristic configuration, the connection member can be inserted into the notch portion relatively easily during the manufacture of the semiconductor device without separately providing a special member such as a guide member. That is, it is possible to provide a semiconductor device in which the manufacturing operation is facilitated in a form in which an increase in manufacturing cost and an increase in size of the device are suppressed.
In addition, according to the above-described characteristic configuration, the joint portion of the connecting member and the control board formed by the brazing material is not formed in the hole portion partitioned by the control board on the entire circumference but in the notch that opens to the outer edge of the control board. Is done. For this reason, the appearance inspection of the joint portion can be performed from the direction not blocked by the control substrate (that is, the opening side). Therefore, it becomes relatively easy to find defects in the joint such as non-wetting of the brazing material, and the long-term reliability of the apparatus can be improved.
ここで、前記接続部材は、前記切欠部の前記開口方向とは反対側における前記制御基板との境界縁部である底部に当接した状態で前記制御基板に接合されていると好適である。 Here, it is preferable that the connection member is bonded to the control board in a state where the connection member is in contact with a bottom portion which is a boundary edge with the control board on a side opposite to the opening direction of the notch.
この構成によれば、接合の対象となる2つの部材である接続部材と制御基板とが、接合部において当接した状態で鑞材による接合作業を行うことができるため、接合作業が容易になるとともに、信頼性の高い接合を行うことが可能となる。 According to this configuration, since the connecting member, which is two members to be joined, and the control board can be joined with the brazing material in a state where they are in contact with each other at the joined portion, the joining work is facilitated. At the same time, highly reliable joining can be performed.
上記のように、前記接続部材が前記底部に当接した状態で前記制御基板に接合されている構成において、前記接続部材は、前記切欠部の前記底部により前記開口方向に押圧されて弾性変形した状態で前記底部に当接していると好適である。 As described above, in the configuration in which the connection member is bonded to the control board in contact with the bottom portion, the connection member is elastically deformed by being pressed in the opening direction by the bottom portion of the notch portion. It is preferable that it is in contact with the bottom in a state.
この構成によれば、接続部材と切欠部の底部とが当接した状態を容易に維持することができるため、上述した接合作業の容易化や接合の信頼性の向上をより確実に図ることができる。 According to this configuration, the state in which the connection member and the bottom of the notch are in contact with each other can be easily maintained, so that the above-described joining work can be facilitated and the joining reliability can be more reliably improved. it can.
上記の各構成の半導体装置において、前記切欠部は、前記平面視で、前記開口方向に向かうに従って、当該開口方向に直交する方向の幅が広くなるように形成されていると好適である。 In the semiconductor device having each configuration described above, it is preferable that the cutout portion is formed so that a width in a direction orthogonal to the opening direction becomes wider as it goes in the opening direction in the plan view.
接続部材に対して制御基板を高さ方向に近づけることで接続部材を切欠部内に挿入する場合、及び、接続部材に対して制御基板を高さ方向に交差する方向に近づけ、接続部材を切欠部に対して開口部側から挿入する場合の双方において、接続部材は、切欠部内を開口部側から底部側に向かって移動する。
この点に鑑み、上記の構成によれば、切欠部における接続部材が最初に入る部分の幅を広くして接続部材が容易に切欠部内に導入されるように構成することができる。そして、接続部材の一部が切欠部内に入ると、その後は切欠部の内面を接続部材のガイドとして機能させて、接続部材を切欠部内の所定位置まで移動させることができる。すなわち、上記の構成によれば、高さ方向及び開口方向の双方に直交する方向(開口幅方向)における接続部材の寸法や取付位置の誤差、或いは延在方向の誤差を吸収することが容易となる。
When the connection member is inserted into the notch by bringing the control board closer to the connection member in the height direction, and the connection member is moved closer to the direction intersecting the height direction than the connection member, and the connection member is moved to the notch. In both cases of insertion from the opening side, the connecting member moves in the notch from the opening side toward the bottom side.
In view of this point, according to the above configuration, it is possible to increase the width of the portion where the connection member first enters in the cutout portion so that the connection member is easily introduced into the cutout portion. When a part of the connection member enters the notch, the inner surface of the notch can then function as a guide for the connection member, and the connection member can be moved to a predetermined position in the notch. That is, according to the above configuration, it is easy to absorb the error in the dimension of the connecting member and the mounting position in the direction (opening width direction) orthogonal to both the height direction and the opening direction, or the error in the extending direction. Become.
本発明に係る半導体装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここでは、本発明に係る半導体装置を、半導体素子としてスイッチング素子20を備えた半導体装置100に適用した場合を例として説明する。図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置100は、素子配置面11にスイッチング素子20が配置された半導体基板10と、スイッチング素子20を制御する制御基板30と、スイッチング素子20と制御基板30とを電気的に接続する接続部材50を備えている。
Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the semiconductor device according to the present invention is applied to the
このような構成において、本実施形態に係る半導体装置100では、制御基板30に当該制御基板30の外縁部31に開口する切欠部40が形成されているとともに、接続部材50が、基部51から高さ方向Hに対して傾斜した延在方向Eに延び、切欠部40内を高さ方向Hに貫通した状態ではんだ60により制御基板30に接合されている(図3)。そして、高さ方向Hに沿った平面視で、切欠部40の開口方向Oが、延在方向Eと同じ方向とされている(図2)。これにより、半導体装置100の製造時に接続部材50を比較的容易に切欠部40内に挿入することが可能となり、製造作業の容易化を図ることが可能となっている。以下、本実施形態に係る半導体装置100の構成について、「半導体装置の構成」、「切欠部の構成」、「半導体装置の製造方法」の順に説明する。
In such a configuration, in the
なお、以下の説明では、「上」は、素子配置面11に直交する高さ方向Hに沿って半導体基板10から制御基板30側へ向かう方向(図1における上方)を指し、「下」は、高さ方向Hに沿って制御基板30から半導体基板10側へ向かう方向(図1における下方)を指す。なお、高さ方向Hは、素子配置面11が水平面と平行に配置された構成では、鉛直方向となる。また、以下の説明では、特に断らない限り、半導体装置100を構成する各部材についての方向は、これらが半導体装置100に組み付けられた状態での方向を表す。なお、各部材についての方向や、2つの部材間の配置方向の関係(例えば、「平行」や「直交」等)は、製造上の誤差に応じたずれを含む概念として用いている。このような製造上の誤差は、例えば、寸法や取り付け位置の公差の範囲内のずれにより生じる。
In the following description, “upper” indicates a direction (upward in FIG. 1) from the
1.半導体装置の構成
図1から図3に示すように、半導体装置100は、ケース1と、ケース1の下側に固定されたベース板2と、ケース1の上側に固定された制御基板30とを備えている。ケース1は、図1に示すように、高さ方向Hに延びる壁部を有する枠状に形成されている。また、ケース1が備える壁部の一部は上面部が切り欠かれており、ケース1は、制御基板30の下面部に当接する第一上面部1aと、第一上面部1aに対して下側に位置する第二上面部1bとを有する。なお、図1では、発明の理解を容易にすべく、ケース1の一部を切り欠いて表している。
1. Configuration of Semiconductor Device As shown in FIGS. 1 to 3, the
上記のようにケース1を構成することで、ケース1の上側に制御基板30が固定された状態で、図3に示すように、第二上面部1bと制御基板30との間には隙間Gが形成される。そして、この隙間Gを形成することで、後述するように、接続部材50と制御基板30との接合部の外観検査が容易となっている。なお、ケース1は、本例では、絶縁性の材料(例えば樹脂等)により形成されている。
By configuring the case 1 as described above, a gap G is formed between the second
ベース板2は、半導体基板10を配置するためのベースとなる板状の部材であり、ケース1の下部に固定されている。ベース板2は、熱伝導性を備える材料(例えば、銅やアルミニウム等の金属材料や樹脂材料)で形成され、下面には放熱フィン4が形成されている。ベース板2は、締結ボルトや接着部材等によりケース1の下面部に固定される。なお、ベース板2がケース1と一体的に形成された構成とすることもできる。
The base plate 2 is a plate-like member that serves as a base for placing the
制御基板30は、スイッチング素子20を制御するための制御回路を備え、半導体基板10から高さ方向Hに離間して配置されている。制御基板30には挿通孔95が形成されており、挿通孔95に上側から挿入された締結ボルト96(図2参照)がケース1の上面部(第一上面部1a)に形成された締結孔94に固定されることで、制御基板30がケース1に対して上下方向に締結固定される。
The
本例ではケース1、ベース板2、及び制御基板30は、高さ方向Hに沿った平面視(以下、単に「平面視」という。)における外縁部が、互いに同じ大きさの矩形状となるように形成されている。また、ベース板2、ケース1、及び制御基板30は、記載の順に、高さ方向Hに沿って互いに平行な状態で積み重なるように配置され、これらのケース1、ベース板2、及び制御基板30により囲まれた直方体状の空間に、図1及び図3に示すように、半導体基板10が収容されている。本例では、複数(例えば、6個や12個)の半導体基板10が当該直方体状の空間内に配置されている。
In this example, the outer edges of the case 1, the base plate 2, and the
半導体基板10は、上面がスイッチング素子20を配置するための素子配置面11とされている。本例では、半導体基板10は、導電性の材料(例えば、銅やアルミニウム等の金属材料)で形成されており、樹脂等で形成された絶縁部材3を介してベース板2の上面に配置されている。図3に示すように、半導体基板10は、絶縁部材3に対して平行に配置されており、これにより、本例では、ベース板2、制御基板30、及び半導体基板10が、互いに平行に配置される。本実施形態では、スイッチング素子20が本発明における「半導体素子」に相当する。スイッチング素子20は、例えばIGBTやMOSFET等を用いることができる。
The upper surface of the
本実施形態では、半導体基板10が備える素子配置面11には、スイッチング素子20が配置されるとともに、スイッチング素子20に隣接してダイオード素子21が配置されている。また、図示は省略するが、スイッチング素子20やダイオード素子21の上面、及び半導体基板10の上面には接続端子が配置され、当該接続端子に、直流電源や回転電機(共に図示せず)との間の電流経路を構成するバスバーが接続される。そして、制御基板30にて生成されたスイッチング信号(本例では、ゲート駆動信号)に従ってスイッチング素子20がオンオフ動作(スイッチング動作)することで、直流電源からの直流電圧が交流電圧に変換されて回転電機に供給される。すなわち、本例では、スイッチング素子20とダイオード素子21とにより回転電機を制御するためのインバータ回路が形成されており、半導体装置100は、回転電機を駆動制御するためのインバータ装置とされている。
In the present embodiment, the switching
図1に示すように、スイッチング素子20には、電極20a(例えばゲート電極)が5つ設けられており、スイッチング素子20に設けられた電極20aと制御基板30との間を電気的に接続するように、接続部材50が配置されている。接続部材50は、図1及び図3に示すように、半導体基板10側に固定された基部51から、高さ方向Hに対して傾斜した延在方向Eに延び、切欠部40内を高さ方向Hに貫通するように配置されている。なお、切欠部40の構成については、後の「2.切欠部の構成」の項で詳細に説明する。接続部材50は、導電性の材料(例えば、銅やアルミニウム等の金属材料)で形成されている。また、接続部材50は、延在方向(通電方向に同じ)に直交する断面の形状が延在方向に沿って一様に形成されており、本例では、接続部材50の断面形状は矩形状とされている。
As shown in FIG. 1, the switching
本実施形態では、図3に示すように、接続部材50は、一部がケース1内に収容されるとともに高さ方向Hに直交する方向に延びる第一部分と、第一部分の端部から高さ方向Hに対して交差する方向に延びるとともに一部がケース1内に収容された第二部分との、延在方向が互いに異なる2つの部分を連結してなる。そして、接続部材50の上記第一部分が基部51を構成し、上記第二部分が本体部を構成している。また、接続部材50の第二部分(本体部)の第一部分(基部51)とは反対側の端部が、接続部材50の先端部52を構成している。本実施形態では、「第二部分(本体部)の延在方向」をEとしている。なお、この延在方向Eは、高さ方向Hに対して交差する方向であり、高さ方向Hから所定角度だけ傾斜した方向とされている。所定角度は、例えば、5度未満の角度や10度未満の角度、或いは、15度未満の角度や20度未満の角度から選択した角度とすることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
図1及び図3に示すように、接続部材50の基部51とスイッチング素子20に設けられた電極20aとは、導電性のワイヤ(ボンディングワイヤ)91と、絶縁部材3の上面に形成された電極パッド90とを介して電気的に接続されている。また、接続部材50の先端部52側の部分は、切欠部40内を高さ方向Hに貫通した状態で、はんだ60により制御基板30に接合されている。本実施形態では、はんだ60が本発明における「鑞材」に相当する。なお、本発明では、主成分として含まれる金属の種類(例えば、錫等)によらず種々のはんだを採用することができる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
また、図示は省略するが、本実施形態では、ケース1とベース板2とにより形成される凹状の空間には、素子の保護や短絡の防止等のための絶縁樹脂が充填されている。絶縁樹脂は、例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂等の電気的絶縁性を有する硬質の樹脂とされ、少なくとも、スイッチング素子20、ダイオード素子21、ワイヤ91を覆う高さまで設けられている。なお、このような絶縁樹脂が設けられない構成とすることも可能である。
Although not shown, in the present embodiment, the concave space formed by the case 1 and the base plate 2 is filled with an insulating resin for protecting elements, preventing short circuits, and the like. The insulating resin is a hard resin having electrical insulation properties such as an epoxy resin or a urethane resin, and is provided to a height that covers at least the switching
2.切欠部の構成
次に、制御基板30に形成されている切欠部40の構成について説明する。切欠部40は、図1から図3に示すように、制御基板30を高さ方向Hに貫通すると共に、当該制御基板30の外縁部31に開口するように形成されている。すなわち、切欠部40は、制御基板30を厚さ方向(高さ方向H)の全域に亘って外縁部31から内側に切り欠いて形成されている。そして、本例では、切欠部40は、高さ方向Hに直交する断面の形状(図5)が、高さ方向Hに一様に形成されている。
2. Next, the configuration of the
切欠部40は、図2に示すように、平面視で開口方向Oが対象となる接続部材50の延在方向Eと同じ方向となるように形成されている。なお、図2における「O(E)」は、延在方向Eを高さ方向Hに直交する面に投影した方向が開口方向Oと等しくなることを表す。これにより、切欠部40を高さ方向Hに貫通した状態ではんだ60により制御基板30に固定されている接続部材50は、図2に示すように、平面視で切欠部40と重複する(切欠部40内に位置する)部分を有するように配置される。
As shown in FIG. 2, the
具体的には、接続部材50における制御基板30との接合部から先端部52までの間の接合部側の少なくとも一部(本例では全部)が、平面視で切欠部40と重複する(切欠部40内に位置する)ように配置される。なお、接合部から先端部52までの間の接合部側の一部のみが平面視で切欠部40と重複するように配置される構成では、当該一部と先端部52側の残りの一部との境界部は、平面視で開口部42を跨ぐように配置される。
Specifically, at least a part (all in this example) of the connecting
なお、本例では、複数の接続部材50が備えられており、複数の接続部材50のそれぞれに対応して接続部材50と同数の切欠部40が制御基板30に形成されている。なお、図1には、矩形状に形成された制御基板30の一辺にのみ切欠部40が形成されているが、他辺(例えば、上記一辺とは反対側の辺)にも切欠部40が設けられた構成とすることできる。
In this example, a plurality of
上記のように、平面視で、切欠部40の開口方向Oが延在方向Eと同じ方向となるように配置することで、半導体装置100の製造時に、接続部材50の寸法や取付位置、或いは延在方向Eの誤差を吸収することが容易となり、接続部材50を比較的容易に切欠部40内に挿入することが可能となっている。
As described above, by arranging the opening direction O of the
補足説明すると、半導体装置100の製造時に、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに近づける場合には、平面視で切欠部40の開口方向Oと同じ方向に延在する接続部材50が、開口方向O側に位置する部分から順次切欠部40内に挿入される。より正確には、接続部材50における、平面視で切欠部40内に位置する部分の中で最も上方に位置する部分(本例では、先端部52)から順次、切欠部40内に挿入される。
Supplementally, when the
また、半導体装置100の製造時に、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに交差する方向(例えば、高さ方向Hに直交或いは略直交する方向)に近づける場合には、接続部材50が、切欠部40に対して開口部42側から挿入される。よって、いずれの場合でも、接続部材50の寸法や取付位置、或いは延在方向Eの誤差を吸収することが容易な構成となっており、接続部材50を切欠部40内に比較的容易に挿入することができる。
Further, when the
更に、本実施形態では、図5に示すように、切欠部40は、平面視で、開口方向Oに向かうに従って、当該開口方向Oに直交する方向(本例では、開口方向O及び高さ方向Hの双方に直交する開口幅方向)の幅Wが広くなるように形成されている。これにより、半導体装置100の製造時に、開口幅方向における接続部材50の寸法や取付位置の誤差、或いは延在方向Eの誤差を吸収することが容易となり、接続部材50を切欠部40内に更に容易に挿入することが可能となっている。
Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
補足説明すると、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに近づけることで接続部材50を切欠部40内に挿入する場合、及び、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに交差する方向に近づけることで接続部材50を切欠部40内に挿入する場合の双方において、接続部材50は、切欠部40内を開口部42側から底部41側に向かって移動する。ここで、切欠部40の「底部41」とは、図5に示すように、切欠部40の開口方向Oとは反対側における制御基板30との境界縁部である。なお、本例では、図5に示すように、切欠部40の底部41は、平面視で円弧状に形成された部分であり、制御基板30の曲面壁部により構成されている。
To supplementally describe, when the
よって、上記のように、切欠部40の開口幅方向の幅Wが、開口方向Oに向かうに従って広くなるようにすることで、切欠部40における接続部材50が最初に入る部分の幅Wが広くなり、接続部材50を容易に切欠部40内に導入することができる。なお、接続部材50の一部が切欠部40内に入ると、その後は切欠部40の内面(切欠部40を区画する制御基板30の外面)をガイドとして機能させて、接続部材50を切欠部40内の所定位置(本例では底部41)まで移動させることができるため、開口幅方向における上記誤差の吸収が容易となる。
Therefore, as described above, by making the width W in the opening width direction of the
本実施形態では、図3及び図5に示すように、接続部材50は、切欠部40の底部41に当接した状態で制御基板30に接合されている。なお、図5では、はんだ60は省略して示している。さらに、接続部材50は、切欠部40の底部41により開口方向Oに押圧されて弾性変形した状態で底部41に当接している(図6参照)。これにより、半導体装置100を製造する際の接続部材50と制御基板30との接合作業時に、接続部材50と制御基板30とが当接するとともに、弾性変形による復元力を利用して当該当接した状態を容易に維持することができる。その結果、接続部材50と制御基板30とのはんだ60による接合作業を容易に行うことが可能になるとともに、接合の信頼性を向上させることも可能になる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 5, the
接合の信頼性に関しては、さらに以下の点からも接合の信頼性の向上を図ることが可能となっている。すなわち、接続部材50と制御基板30とのはんだ60による接合部は、全周を制御基板30により区画された孔部(スルーホール等)ではなく、制御基板30の外縁部31に開口する切欠部40に形成される。これにより、切欠部40の開口部42側から接合部の外観検査を行う場合に、図4に示すように、制御基板30の上部に形成されるフィレットに加えて、切欠部40内におけるはんだ60を観察することができる。さらに、本実施形態では、上述したように、ケース1の第二上面部1bと制御基板30との間には隙間Gが形成されており(図3参照)、更に、制御基板30の下部に形成されるフィレットも観察することができる。これにより、はんだ60の不濡れ等の接合部における欠陥を発見するのが容易になり、接続部材50と制御基板30との接合部の長期信頼性の向上を図ることが可能となっている。
Regarding the reliability of bonding, it is possible to further improve the reliability of bonding from the following points. That is, the joint portion of the connecting
なお、このような切欠部40は、打ち抜き加工やルーター加工等により形成することができる。例えば、制御基板30に貫通孔を形成した後に当該貫通孔にめっき処理を施し、その後、当該貫通孔に対して外縁部31側に隣接する制御基板30の部分(端部)を打ち抜くことで、制御基板30の外縁部31に開口する切欠部40を形成することができる。
In addition, such a
また、本例では、半導体装置100の製造時における搬送装置による搬送のための専用のスペース(デッドスペース)が制御基板30に設けられており、切欠部40はこのスペースに形成されている。このようなスペースを利用して切欠部40を形成することで、制御基板30の面積を大型化させることなく切欠部40を設けることが可能となっている。
In this example, a dedicated space (dead space) for transport by the transport device at the time of manufacturing the
ところで、図5に示すように、切欠部40の開口方向Oは、底部41から開口部42に向かう方向とされる。そして、開口部42は、所定の面積を持つ開口面により形成され、底部41は、所定の面積を持つ制御基板30の外面により形成される。よって、開口方向Oは切欠部40に対して一意には定まらず、所定の範囲内に含まれる任意の方向となる。すなわち、底部41における任意の一点から開口面における任意の一点へ向かう方向の全てが開口方向Oとなる。よって、平面視で切欠部40の開口方向Oと接続部材50の延在方向Eとが同じ方向となる配置は、開口方向Oの不確定さ(設定の自由度)に応じた程度の自由度を有する。
By the way, as shown in FIG. 5, the opening direction O of the
すなわち、平面視で接続部材50の先端部52が切欠部40内に位置する場合(図2参照)には、先端部52を更に延在方向Eに沿って切欠部40の外側まで延ばした形状を想定し、当該形状が平面視で切欠部40の開口部42のみを通って切欠部40の外側に延びるような配置であれば、切欠部40の開口方向Oと接続部材50の延在方向Eとは、平面視で同じ方向といえる。また、平面視で接続部材50の先端部52が切欠部40の外側に位置する場合(図示は省略)には、接続部材50における制御基板30との接合部から先端部52までの部分が、平面視で切欠部40の開口部42のみを跨ぐような配置であれば、切欠部40の開口方向Oと接続部材50の延在方向Eとは、平面視で同じ方向といえる。
That is, when the
なお、図5に示すように、切欠部40の全体形状が、制御基板30の外縁部31から当該外縁部31に対して直交する方向に切り欠かれた形状である場合等には、開口部42を構成する開口面に直交する方向を開口方向Oとして設計すると好適である。また、切欠部40の全体形状が、制御基板30の外縁部31から当該外縁部31に対して直交する方向に交差する方向に切り欠かれた形状である場合には、底部41における中心点から開口面における中心点に向かう方向を開口方向Oとして設計すると好適である。このような構成とすれば、接続部材50の寸法や取付位置の誤差を、開口方向O及び高さ方向Hの双方に直交する開口幅方向の両側で同程度に吸収することが可能となる。
As shown in FIG. 5, when the overall shape of the
なお、開口面における上記中心点は、開口面が平面である場合には、開口面における重心とすることができる。また、開口面における上記中心点は、開口面が曲面である場合には、法線方向が開口面の各部の法線方向の平均値と一致する点とすることができる。一方、底部41における上記中心点は、底部41が平面により構成されている場合には、当該平面における重心とすることができる。また、底部41における上記中心点は、底部41が曲面により構成されている場合には、法線方向が当該曲面の各部の法線方向の平均値と一致する点とすることができ、或いは、外縁部31から当該外縁部31に直交する方向に最も離間する点とすることもできる。
In addition, the said center point in an opening surface can be made into the gravity center in an opening surface, when an opening surface is a plane. Moreover, the said center point in an opening surface can be made into the point in which a normal line direction corresponds with the average value of the normal line direction of each part of an opening surface, when an opening surface is a curved surface. On the other hand, the said center point in the
3.半導体装置の製造方法
次に、本実施形態に係る半導体装置100の製造方法について説明する。以下に述べるように、本実施形態に係る半導体装置100の製造方法は、位置決め工程、接続部材挿入工程、及び接合工程を含んでいる。そして、これらの位置決め工程、接続部材挿入工程、及び接合工程は、記載の順に実行されるが、位置決め工程の実行前の状態では、図1から制御基板30を除いた状態まで各部品が組み付けられているとする。すなわち、ベース板2の上面に、接続部材50が固定されたケース1と、絶縁部材3を介して半導体基板10とが配置されているとともに、接続部材50とスイッチング素子20との間を電気的に接続するためのワイヤ91の接続作業が終了しているとする。さらに、本例では、ケース1とベース板2とにより形成される凹状の空間に、少なくとも、スイッチング素子20、ダイオード素子21、ワイヤ91を覆う高さまで絶縁樹脂が充填されているとする。
3. Method for Manufacturing Semiconductor Device Next, a method for manufacturing the
位置決め工程は、接続部材50が取り付けられた部材(本例ではベース板2と一体のケース1)に対して制御基板30を位置決めする工程である。言い換えれば、位置決め工程は、接続部材50の接続対象のスイッチング素子20(半導体基板10)に対して制御基板30を位置決めする工程である。本実施形態では、位置決め工程では、制御基板30を接続部材50に対して上方に配置するとともに、制御基板30に形成された切欠部40の開口方向Oが接続部材50の延在方向Eと同じ方向となり、更に、制御基板30に形成された挿通孔95とケース1に形成された締結孔94とが平面視で重複するように、制御基板30を配置する。なお、接続部材50の位置及び向きは、上記のように制御基板30を配置した場合に、先端部52側の少なくとも一部が平面視で切欠部40と重複する(切欠部40内に位置する)ように設計されている。なお、先端部52側の一部のみが平面視で切欠部40と重複するように配置される構成では、当該一部と先端部52側の残りの一部との境界部は、平面視で開口部42を跨ぐように設計される。
The positioning step is a step of positioning the
接続部材挿入工程は、上記位置決め工程を実行した後に行われる工程であり、接続部材50に対して制御基板30を近づけ、接続部材50を切欠部40内に挿入する工程である。本例では、接続部材挿入工程は、図6(a)に示すように、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに近づけるように移動させ、図6(b)に示すように、制御基板30の下面をケース1の上面(第一上面部1a、図1参照)に当接させる工程である。これにより、接続部材50は、切欠部40に対して下側から挿入される。具体的には、本例では、制御基板30の高さ方向Hにおける接続部材50側(半導体基板10側)への移動に伴い、接続部材50の先端部52が最初に切欠部40内に挿入され、その後、接続部材50の基部51側に位置する部分が、切欠部40内における底部41側にずれた位置に順次挿入される。
The connecting member inserting step is a step performed after the positioning step is performed, and is a step of bringing the
なお、本実施形態では、接続部材50は、図6に示すように、接続部材挿入工程の実行後(図6(b))における接続部材50の延在方向Eの高さ方向Hからの傾斜角が、接続部材挿入工程の実行前(図6(a))に比べて大きくなるように設定されている。すなわち、接続部材挿入工程の実行により、接続部材50は切欠部40の底部41により開口方向Oに押圧されて弾性変形するように構成されている。これにより、上述したように、以下に述べる接合工程の作業性及び接合の信頼性の向上が可能となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the connecting
接合工程は、上記接続部材挿入工程を実行した後に行われる工程であり、接続部材50における切欠部40を高さ方向Hに貫通する部分と制御基板30とをはんだ60により接合する工程である。接合工程では、例えば、フローはんだ付けや、ロボットによるコテはんだ付けにより接合を行う構成とすることができる。
A joining process is a process performed after performing the said connection member insertion process, and is a process of joining the part which penetrates the
4.その他の実施形態
最後に、本発明に係るその他の実施形態を説明する。なお、以下の各々の実施形態で開示される特徴は、その実施形態でのみ利用できるものではなく、矛盾が生じない限り、別の実施形態にも適用可能である。
4). Other Embodiments Finally, other embodiments according to the present invention will be described. Note that the features disclosed in each of the following embodiments can be used only in that embodiment, and can be applied to other embodiments as long as no contradiction arises.
(1)上記の実施形態では、切欠部40が、平面視で、開口方向Oに向かうに従って、当該開口方向Oに直交する方向の幅Wが広くなるように形成されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、切欠部40の幅Wを、開口方向Oの位置によらず一定に形成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、切欠部40の幅Wを、開口方向Oに向かうに従って狭くなるように形成することも可能である。
(1) In the above-described embodiment, a configuration in which the
(2)上記の実施形態では、接続部材50が、切欠部40の底部41により開口方向Oに押圧されて弾性変形した状態で底部41に当接している構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、接続部材50が、切欠部40の底部41により押圧されることなく底部41に当接している構成とすることもできる。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記の実施形態では、接続部材50が、切欠部40の底部41に当接した状態で制御基板30に接合されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、接続部材50が、切欠部40における開口部42と底部41との間の中間位置において、制御基板30と当接した状態或いは当接していない状態で、はんだ60により制御基板30に接合された構成とすることもできる。
(3) In the above-described embodiment, the configuration in which the
(4)上記の実施形態では、接続部材挿入工程が、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに近づけるように移動させ、接続部材50を切欠部40に対して下側から挿入する工程である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、接続部材挿入工程を、接続部材50に対して制御基板30を高さ方向Hに交差する方向(例えば、高さ方向Hに直交或いは略直交する方向)に近づけるように移動させ、接続部材50を切欠部40に対して開口部42側から挿入する工程とすることもできる。
(4) In the above embodiment, the connecting member insertion step moves the
(5)上記の実施形態では、接続部材50として断面形状が矩形状のものを用いた構成を例として示したが、矩形状以外(例えば、円形状や多角形状等)の断面形状をもつ接続部材を用いることもできる。
(5) In the above embodiment, the
(6)上記の実施形態では、本発明における鑞材がはんだである場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、接続部材50や切欠部40を区画する材料(制御基板30の切欠部40を囲む部分)より低い融点を持つものであれば、はんだに代えて種々の鑞材(例えば、金、銀、銅等を含むもの。硬鑞であるか軟鑞であるかを問わない。)を採用することが可能である。さらに、鑞材は、合金からなる材料に限られるものではなく、加熱により液化し冷却(自然冷却を含む)により固化して接続端子と接合対象面とを接合可能なあらゆる導電性材料を鑞材として採用することが可能である。
(6) In the above embodiment, the case where the brazing material in the present invention is solder has been described as an example. However, the embodiment of the present invention is not limited to this, as long as it has a lower melting point than the material that divides the
(7)上記の実施形態では、半導体装置100がインバータ装置である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、半導体素子が配置された半導体基板と、半導体素子を制御する制御基板とを備えるあらゆる半導体装置に本発明を適用することができる。
(7) In the above embodiment, the case where the
(8)その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本願の特許請求の範囲に記載された構成及びこれと均等な構成を備えている限り、特許請求の範囲に記載されていない構成の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。 (8) Regarding other configurations as well, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects, and the embodiments of the present invention are not limited thereto. That is, as long as the configuration described in the claims of the present application and a configuration equivalent thereto are provided, a configuration obtained by appropriately modifying a part of the configuration not described in the claims is naturally also included in the present invention. Belongs to the technical scope.
本発明は、素子配置面に半導体素子が配置された半導体基板と、半導体素子を制御するとともに素子配置面に直交する高さ方向に半導体基板から離間して配置された制御基板と、を備えた半導体装置に好適に利用することができる。 The present invention includes a semiconductor substrate in which a semiconductor element is arranged on an element arrangement surface, and a control board that controls the semiconductor element and is arranged apart from the semiconductor substrate in a height direction orthogonal to the element arrangement surface. It can be suitably used for a semiconductor device.
10:半導体基板
11:素子配置面
20:スイッチング素子(半導体素子)
30:制御基板
31:外縁部
40:切欠部
41:底部
50:接続部材
51:基部
60:はんだ(鑞材)
100:半導体装置
H:高さ方向
E:延在方向
O:開口方向
W:幅
10: Semiconductor substrate 11: Element arrangement surface 20: Switching element (semiconductor element)
30: Control board 31: Outer edge part 40: Notch part 41: Bottom part 50: Connection member 51: Base part 60: Solder (saddle material)
100: Semiconductor device H: Height direction E: Extension direction O: Opening direction W: Width
Claims (4)
前記半導体素子と前記制御基板とを電気的に接続する接続部材を備え、
前記制御基板には、当該制御基板を前記高さ方向に貫通すると共に、当該制御基板の外縁部に開口する切欠部が形成され、
前記接続部材は、前記半導体基板側に固定された基部から、前記高さ方向に対して傾斜した延在方向に延び、前記切欠部内を前記高さ方向に貫通した状態で鑞材により前記制御基板に接合されており、
前記高さ方向に沿った平面視で、前記切欠部の開口方向が、前記延在方向と同じ方向とされている半導体装置。 A semiconductor comprising: a semiconductor substrate on which a semiconductor element is arranged on an element arrangement surface; and a control board that controls the semiconductor element and is arranged apart from the semiconductor substrate in a height direction orthogonal to the element arrangement surface. A device,
A connection member for electrically connecting the semiconductor element and the control board;
The control board is formed with a notch that penetrates the control board in the height direction and opens at the outer edge of the control board.
The connection member extends from a base portion fixed to the semiconductor substrate side in an extending direction inclined with respect to the height direction, and passes through the notch portion in the height direction so as to pass through the height direction with the control substrate. Are joined to
A semiconductor device in which an opening direction of the notch is the same as the extending direction in a plan view along the height direction.
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