JP2015115342A - 電子部品実装装置及びそれを備える半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】メルフ型電子部品の位置ズレを抑制するとともに、メルフ型電子部品に印加される熱応力を低減可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】電子部品実装装置１は、金属パターン１３ｂが形成された絶縁基板１３と、メルフ型電子部品１４とを備える。金属パターン１３ｂと金属パターン１３ｂの欠損部から露出された絶縁基板１３とにより構成される第１受け部１３ｃに、メルフ型電子部品１４が嵌合される。電子部品実装装置１は、メルフ型電子部品１４と金属パターン１３ｂとの間に形成された導電性部材１５をさらに備え、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間に形成されない。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁基板にメルフ型電子部品が実装された電子部品実装装置、及び、それを備える半導体装置に関するものである。
従来、メルフ型電子部品を実装基板上に実装する際の位置ズレを抑制する技術が様々に提案されている。例えば、特許文献１に開示された技術では、メルフ型電子部品の直径よりも大きな内側寸法を有するＵ字型（コの字型）の導電電極を形成することによって、上述の位置ズレを抑制することを可能にしている。
特開２００６−３２５１１号公報
一般的に、実装基板上に実装された電子部品または半導体素子などの使用により熱が発生すると、その熱が実装基板に伝わって実装基板が反るような熱応力が実装基板に発生する。しかしながら、特許文献１の技術では、はんだ等の導電性部材がメルフ型電子部品の下側に回りこんで設けられているので、メルフ型電子部品と実装基板とが強固に接合されている。このため、実装基板の熱応力が比較的大きいまま、メルフ型電子部品に印加されてしまい、その結果として、メルフ型電子部品に悪影響が生じることがある。
特に、実装基板にセラミック基板を用い、当該セラミック基板上に、発熱量が比較的大きい電力スイッチング素子などの電力半導体素子（パワー半導体素子）が実装される場合には、より顕著な熱応力がメルフ型電子部品に印加されると考えられる。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、メルフ型電子部品の位置ズレを抑制するとともに、メルフ型電子部品に印加される熱応力を低減可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る電子部品実装装置は、金属パターンが形成された絶縁基板と、メルフ型電子部品とを備える。前記金属パターンと前記金属パターンの欠損部から露出された前記絶縁基板とにより構成される第１受け部、または、前記金属パターンの欠損部により分離された前記金属パターンの互いに対向する側部の上部に形成された窪みにより構成される第２受け部に、前記メルフ型電子部品が嵌合される。前記電子部品実装装置は、前記メルフ型電子部品と前記金属パターンとの間に形成された導電性部材をさらに備え、前記導電性部材は、前記メルフ型電子部品と前記絶縁基板との間に形成されない。
本発明によれば、第１受け部または第２受け部にメルフ型電子部品が嵌合されることから、絶縁基板とメルフ型電子部品との位置ズレを抑制することができる。また、導電性部材が、メルフ型電子部品と絶縁基板との間には形成されないことから、メルフ型電子部品と絶縁基板との間の柔軟性を高めることができる。したがって、絶縁基板からメルフ型電子部品に印加される熱応力を低減することができる。
実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す上面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の構成を示すＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の構成を示すＢ１−Ｂ１線に沿った断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す上面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を示すＡ２−Ａ２線に沿った断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を示すＢ２−Ｂ２線に沿った断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す上面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示すＡ３−Ａ３線に沿った断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示すＢ３−Ｂ３線に沿った断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す上面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示すＡ４−Ａ４線に沿った断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示すＢ４−Ｂ４線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す上面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を示すＡ５−Ａ５線に沿った断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を示すＢ５−Ｂ５線に沿った断面図である。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す上面図であり、図２は、当該構成を図１のＡ１−Ａ１線に沿って示す断面図であり、図３は、当該構成を図１のＢ１−Ｂ１線に沿って示す断面図である。
図１〜図３に示すように、本実施の形態１に係る半導体装置は、電子部品実装装置１と、電力半導体素子３１と、はんだ３２とを備えている。電子部品実装装置１は、ベース板１１と、はんだ１２と、絶縁基板１３と、メルフ型電子部品１４と、導電性部材１５とを備えている。
絶縁基板１３の裏面（図２及び図３の下面）には、はんだ１２によってベース板１１と接合された裏面金属パターン１３ａが形成されている。一方、絶縁基板１３の表面（図２及び図３の上面）には、金属パターン１３ｂが形成されている。電力半導体素子３１は、金属パターン１３ｂ及びはんだ３２を介して絶縁基板１３上に実装されている。
以下においては、ベース板１１の材質は、Ｃｕを含むとして説明するが、これに限ったものではなく、放熱性を満足することができるのであれば、別の金属（例えばＡｌ）を含んでもよい。また、絶縁基板１３の材質は、ＡｌＮなどのセラミックを含むとして説明するが、これに限ったものではなく、絶縁性及び放熱性を満足することができるのであれば、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮなどのセラミックを含んでもよい。また、裏面金属パターン１３ａ及び金属パターン１３ｂの材質は、Ｃｕを含むとして説明するが、これに限ったものではなく、導電性を有し、かつボンディング可能な他の金属（例えばＡｌ）を含んでもよい。
図１〜図３に示すように、金属パターン１３ｂと、金属パターン１３ｂの欠損部から露出された絶縁基板１３とによって、第１受け部１３ｃが形成されている。本実施の形態１では、金属パターン１３ｂの欠損部が金属パターン１３ｂの−ｙ側端から＋ｙ側端まで延設されることによって、金属パターン１３ｂが−ｘ側と＋ｘ側とに分離されている。そして、金属パターン１３ｂの欠損部が金属パターン１３ｂの−ｘ側端から＋ｘ側端まで延設されることによって、金属パターン１３ｂが−ｙ側と＋ｙ側とに分離されている。これにより、金属パターン１３ｂは、上記欠損部によって平面視において十字に切られて４つに分離されている。そして、当該分離された金属パターン１３ｂの互いに対向する側部１３ｄと、金属パターン１３ｂの欠損部から露出された絶縁基板１３とから、第１受け部１３ｃが形成されている。
メルフ型電子部品１４は、例えばメルフ型の抵抗素子またはメルフ型のダイオードであり、円柱形状を有している。以下、メルフ型電子部品１４において、円形を有する二つの面と垂直な方向を「延在方向」と記す。
図１〜図３に示すように、メルフ型電子部品１４は、その延在方向をｘ方向に揃えた状態で、第１受け部１３ｃに嵌合されている。ここでは、メルフ型電子部品１４が嵌合された第１受け部１３ｃが、メルフ型電子部品１４の直径よりも広い幅を有するように形成されており、メルフ型電子部品１４の半分以上の部分が、第１受け部１３ｃ内に嵌合されている。
導電性部材１５は、例えば、はんだまたは銀ペーストなどの接合部材であり、メルフ型電子部品１４と金属パターン１３ｂとの間に形成されている。本実施の形態１では、メルフ型電子部品１４の曲面と絶縁基板１３とが接触された状態で、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と、上記４つの金属パターン１３ｂのそれぞれの側部１３ｄとを接合している。これにより、４つの金属パターン１３ｂがメルフ型電子部品１４を介して電気的に接続される。
一方、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間には形成されていない。このように導電性部材１５を形成することは、例えば、粘性がなるべく高い部材を導電性部材１５に用いたり、後述する実施の形態５の切り欠き部１３ｆを形成したりすることによって実現することが可能である。
以上のような本実施の形態１に係る半導体装置（電子部品実装装置１）では、第１受け部１３ｃにメルフ型電子部品１４が嵌合されることから、絶縁基板１３とメルフ型電子部品１４との位置ズレを抑制することができる。また、導電性部材１５が、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間には形成されないことから、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間の柔軟性を高めることができ、絶縁基板１３からメルフ型電子部品１４への熱応力を、導電性部材１５に吸収させ易くすることができる。これにより、メルフ型電子部品１４に印加される熱応力を低減することができるので、信頼性の高い半導体装置（電子部品実装装置１）を実現することができる。
なお、上述の効果は、本実施の形態１のように絶縁基板１３上に発熱量が比較的大きい電力半導体素子３１を実装する場合に特に有効である。また、電力半導体素子３１の素材は、ワイドバンドギャップ半導体（例えばＳｉＣまたはＧａＮなど）を含むことが好ましい。このように構成した場合には、耐熱に優れた装置を実現することができる。
＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す上面図であり、図５は、当該構成を図４のＡ２−Ａ２線に沿って示す断面図であり、図６は、当該構成を図４のＢ２−Ｂ２線に沿って示す断面図である。なお、本実施の形態２に係る半導体装置において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。
図４〜図６に示すように、本実施の形態２では実施の形態１と同様に、金属パターン１３ｂと、金属パターン１３ｂの欠損部から露出された絶縁基板１３とによって、第１受け部１３ｃが形成されている。ただし本実施の形態２では実施の形態１と異なり、金属パターン１３ｂの欠損部が金属パターン１３ｂの−ｙ側端から＋ｙ側端まで延設されることによって、金属パターン１３ｂが−ｘ側と＋ｘ側とに分離されている。そして、金属パターン１３ｂの欠損部が、−ｘ側の金属パターン１３ｂの＋ｘ側端から−ｘ側に向かって途中まで延設されるとともに、＋ｘ側の金属パターン１３ｂの−ｘ側端から＋ｘ側に向かって途中まで延設されている。これにより、金属パターン１３ｂは、上記欠損部によって平面視において十字に切られて２つに分離されている。そして、当該分離された金属パターン１３ｂの互いに対向する側部１３ｄと、金属パターン１３ｂの欠損部から露出された絶縁基板１３とから、第１受け部（金属切り欠き部）１３ｃが形成されている。
メルフ型電子部品１４は、その延在方向をｘ方向に揃えた状態で、第１受け部１３ｃに嵌合されている。ここでは、メルフ型電子部品１４が嵌合された第１受け部（金属切り欠き部）１３ｃが、メルフ型電子部品１４の直径よりも狭い幅を有するように形成されており、メルフ型電子部品１４の半分以下の下部分が、第１受け部（金属切り欠き部）１３ｃ内に嵌合されている。
本実施の形態２では実施の形態１と同様に、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間には形成されずに、メルフ型電子部品１４と金属パターン１３ｂとの間に形成されている。ただし本実施の形態２では実施の形態１と異なり、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間に空隙を設けた状態で、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と、上記２つの金属パターン１３ｂのそれぞれの２つの側部１３ｄ及びその上部とを接合している。これにより、２つの金属パターン１３ｂがメルフ型電子部品１４を介して電気的に接続される。
以上のような本実施の形態２に係る半導体装置（電子部品実装装置１）では、導電性部材１５が、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間に空隙を設けた状態で、メルフ型電子部品１４と、金属パターン１３ｂの側部１３ｄ及びその上部とを接合する。これにより、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間の柔軟性をより高めることができるので、メルフ型電子部品１４に印加される熱応力をより低減することができる。したがって、より信頼性の高い半導体装置（電子部品実装装置１）を実現することができる。
＜実施の形態３＞
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す上面図であり、図８は、当該構成を図７のＡ３−Ａ３線に沿って示す断面図であり、図９は、当該構成を図７のＢ３−Ｂ３線に沿って示す断面図である。なお、本実施の形態３に係る半導体装置において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。
図７〜図９に示すように、本実施の形態３では実施の形態１と同様に、金属パターン１３ｂと、金属パターン１３ｂの欠損部から露出された絶縁基板１３とによって、第１受け部１３ｃ形成されている。そして、上記欠損部によって平面視において十字に切られて４つに分離されており、当該分離された金属パターン１３ｂの互いに対向する側部１３ｄと、金属パターン１３ｂから露出された絶縁基板１３とから、第１受け部（スリット）１３ｃが形成されている。
メルフ型電子部品１４は、その延在方向をｘ方向に揃えた状態で、第１受け部１３ｃに嵌合されている。ここでは、メルフ型電子部品１４が嵌合された第１受け部（スリット）１３ｃが、メルフ型電子部品１４の直径よりも狭い幅を有するように形成されており、メルフ型電子部品１４の半分以下の下部分が、第１受け部（スリット）１３ｃ内に嵌合されている。
本実施の形態３では実施の形態２と同様に、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間には形成されずに、メルフ型電子部品１４と金属パターン１３ｂとの間に形成されている。そして、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間に空隙を設けた状態で、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と、上記４つの金属パターン１３ｂのそれぞれの側部１３ｄ及びその上部とを接合している。これにより、４つの金属パターン１３ｂがメルフ型電子部品１４を介して電気的に接続される。
以上のような本実施の形態３に係る半導体装置（電子部品実装装置１）では、導電性部材１５が、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間に空隙を設けた状態で、メルフ型電子部品１４と、金属パターン１３ｂの側部１３ｄ及びその上部とを接合する。これにより、実施の形態２と同様に、メルフ型電子部品１４に印加される熱応力をより低減することができるので、より信頼性の高い半導体装置（電子部品実装装置１）を実現することができる。また、本実施の形態３に係る第１受け部（スリット）１３ｃは、実施の形態２に係る第１受け部（金属切り欠き部）１３ｃよりも簡単に形成することができるので、半導体装置（電子部品実装装置１）を容易に形成することができる。
＜実施の形態４＞
図１０は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す上面図であり、図１１は、当該構成を図１０のＡ４−Ａ４線に沿って示す断面図であり、図１２は、当該構成を図１０のＢ４−Ｂ４線に沿って示す断面図である。なお、本実施の形態４に係る半導体装置において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。
図１２に示すように、本実施の形態４では、金属パターン１３ｂが金属パターン１３ｂの欠損部により２つに分離されている。一方の金属パターン１３ｂの他方の金属パターン１３ｂに対向する側部１３ｄの上部と、他方の金属パターン１３ｂの一方の金属パターン１３ｂに対向する側部１３ｄの上部とのそれぞれに窪み（段差部）が形成されており、当該窪みにより第２受け部１３ｅが構成されている。第２受け部１３ｅの窪みは、例えば、メルフ型電子部品１４の曲面形状と同じまたは類似する形状を有するように形成される。
本実施の形態４では実施の形態１と同様に、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間には形成されずに、メルフ型電子部品１４と金属パターン１３ｂとの間に形成されている。ただし本実施の形態４では実施の形態１と異なり、メルフ型電子部品１４と絶縁基板１３との間に空隙を設けた状態で、導電性部材１５は、メルフ型電子部品１４と、上記２つの金属パターン１３ｂのそれぞれの窪みの内部とを接合している。これにより、２つの金属パターン１３ｂがメルフ型電子部品１４を介して電気的に接続される。
以上のような本実施の形態４に係る半導体装置（電子部品実装装置１）によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、メルフ型電子部品１４を実施の形態１〜３に説明した第１受け部１３ｃに嵌合するよりも、第２受け部１３ｅに嵌合するほうが、メルフ型電子部品１４の位置を、設計上の位置に合わせることが容易である。したがって、本実施の形態４によれば、メルフ型電子部品１４が実装される位置の精度を高めることができる。
＜実施の形態５＞
図１３は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す上面図であり、図１４は、当該構成を図１３のＡ５−Ａ５線に沿って示す断面図であり、図１５は、当該構成を図１０のＢ５−Ｂ５線に沿って示す断面図である。なお、本実施の形態５に係る半導体装置において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。
図１３〜図１５に示すように、本実施の形態５では、複数の導電性部材１５同士の間に位置する絶縁基板１３の表面上に、切り欠き部１３ｆが形成されている。ここでは、切り欠き部１３ｆは、複数の導電性部材１５同士を隔てるように形成されている。
以上のような本実施の形態５に係る半導体装置（電子部品実装装置１）によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、切り欠き部１３ｆにより、例えば導電性部材１５がはんだである場合において、はんだボール、または、はんだブリッジを抑制することができる。したがって、歩留まりを改善することができる。また、絶縁基板１３に切り欠き部１３ｆを形成することにより、絶縁基板１３に必要な材料の使用量を低減することができるので、低コスト化も期待できる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１ 電子部品実装装置、１３ 絶縁基板、１３ｂ 金属パターン、１３ｃ 第１受け部、１３ｄ 側部、１３ｅ 第２受け部、１３ｆ 切り欠き部、１４ メルフ型電子部品、１５ 導電性部材、３１ 電力半導体素子。

Claims (9)

  1. 金属パターンが形成された絶縁基板と、
    メルフ型電子部品と
    を備え、
    前記金属パターンと前記金属パターンの欠損部から露出された前記絶縁基板とにより構成される第１受け部、または、前記金属パターンの欠損部により分離された前記金属パターンの互いに対向する側部の上部に形成された窪みにより構成される第２受け部に、前記メルフ型電子部品が嵌合され、
    前記メルフ型電子部品と前記金属パターンとの間に形成された導電性部材をさらに備え、
    前記導電性部材は、
    前記メルフ型電子部品と前記絶縁基板との間に形成されない、電子部品実装装置。
  2. 請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
    前記第１受け部は、
    平面視において十字に切られて４つに分離された前記金属パターンの互いに対向する側部と、前記金属パターンの前記欠損部から露出された前記絶縁基板とから形成され、
    前記導電性部材は、
    前記メルフ型電子部品と前記絶縁基板とが接触された状態で、前記メルフ型電子部品と前記金属パターンの前記側部とを接合する、電子部品実装装置。
  3. 請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
    前記メルフ型電子部品と前記絶縁基板との間に空隙を設けた状態で、前記メルフ型電子部品と前記金属パターンとを接合する、電子部品実装装置。
  4. 請求項３に記載の電子部品実装装置であって、
    前記第１受け部は、
    平面視において十字に切られて２つに分離された前記金属パターンの互いに対向する側部と、前記金属パターンの前記欠損部から露出された前記絶縁基板とから形成され、
    前記導電性部材は、
    前記メルフ型電子部品と前記金属パターンの前記側部及びその上部とを接合する、電子部品実装装置。
  5. 請求項３に記載の電子部品実装装置であって、
    前記第１受け部は、
    平面視において十字に切られて４つに分離された前記金属パターンの互いに対向する側部と、前記金属パターンの前記欠損部から露出された前記絶縁基板とから形成され、
    前記導電性部材は、
    前記メルフ型電子部品と前記金属パターンの前記側部及びその上部とを接合する、電子部品実装装置。
  6. 請求項１または請求項３に記載の電子部品実装装置であって、
    前記導電性部材は、
    前記メルフ型電子部品と前記金属パターンの前記第２受け部の前記窪みの内部とを接合する、電子部品実装装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電子部品実装装置であって、
    複数の前記導電性部材同士の間に位置する前記絶縁基板の表面上に、切り欠き部が形成された、電子部品実装装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電子部品実装装置と、
    前記絶縁基板上に実装された電力半導体素子と
    を備える、半導体装置。
  9. 請求項８に記載の半導体装置であって、
    前記電力半導体素子の材質はワイドバンドギャップ半導体を含む、半導体装置。
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