JP2017037892A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の誤動作を抑止して、半導体装置の信頼性を向上する。
【解決手段】半導体装置100では、積層基板140の絶縁基板141上に回路板142a,142bを設けるとともに、回路板142a上に半導体チップを設け、回路板142b上に半導体チップを設けた。そして、半導体装置100では、回路板142a上の半導体チップと接続する端子部と、当該端子部と直交する平板部とを有するジャンパー端子、及び回路板142b上の半導体チップと接続する端子部と、当該端子部と直交する平板部とを有するジャンパー端子を、各半導体チップの位置を規定する位置決め部を有する樹脂プレートのプレート部を挟んだ状態で、積層基板140に配置するようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に関する。
パワー半導体モジュール(半導体装置)では、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等の半導体チップを含み、電力変換装置として広く用いられている。
このような半導体装置では、絶縁基板と、当該絶縁基板上に形成された銅箔により構成される回路パターンとを有する積層基板において、銅箔上に上記半導体チップが配置されて、当該積層基板がケース内に収納される。さらに、ケース内の積層基板及び半導体チップに対して配線されて、半導体チップの電極間と、半導体チップの電極及び外部電極端子と、がワイヤにより電気的にそれぞれ接続されて、ケース内のこれらの構成が樹脂により封止される(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−323646号公報
ところで、半導体装置は、半導体チップに電気的に接続する配線に応じて、当該配線に導通させることにより発生する磁場等が製品特性に影響し、誤作動が発生してしまうおそれがある。これにより、半導体装置は、信頼性が低下する場合があった。
本発明の一観点によれば、絶縁基板と、絶縁基板のおもて面に配置された第1回路板と、第1回路板に並列しておもて面に配置された第2回路板とを有する積層基板と、第1回路板に配置された第1半導体チップと、第2回路板に配置された第2半導体チップと、第1半導体チップの主電極と電気的に接続する第1端子部と、第1板部材とを有する第1ジャンパー端子と、第2半導体チップの主電極と電気的に接続する第2端子部と、第2板部材とを有する第2ジャンパー端子と、第1回路板のおもて面に載置され、第1回路板に対する第1半導体チップの位置を規定する第1位置決め部と、第2回路板のおもて面に載置され、第2回路板に対する第2半導体チップの位置を規定する第2位置決め部と、第1回路板と第2回路板の間で、第1板部材と第2板部材とに挟持されるプレート部と、を備える樹脂プレートと、を有する半導体装置が提供される。
開示の技術によれば、半導体装置の誤作動を抑止し、半導体装置の信頼性を向上できる。
実施の形態の半導体装置の斜視図である。 実施の形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態の半導体装置の絶縁基板に部品搭載した斜視図である。 実施の形態の半導体装置のジャンパー端子の斜視図である。 実施の形態の半導体装置の樹脂プレートが搭載された積層基板の平面図である。 実施の形態の半導体装置の樹脂プレートを示す図である。 実施の形態の半導体装置の樹脂プレートが搭載された積層基板の組立工程を示す図(その1)である。 実施の形態の半導体装置の樹脂プレートが搭載された積層基板の組立工程を示す図(その2)である。 実施の形態の半導体装置の樹脂プレートが搭載された積層基板の組立工程を示す図(その3)である。 実施の形態の半導体装置の端子ブロックの斜視図である。 実施の形態の半導体装置のプリント基板及び端子ブロックの斜視図(その1)である。 実施の形態の半導体装置のプリント基板及び端子ブロックの斜視図(その2)である。 実施の形態の半導体装置のケースの平面図である。 実施の形態の半導体装置のケースの裏面図である。 実施の形態の半導体装置の配線端子の斜視図である。 実施の形態の半導体装置の配線端子及び積層基板の断面図である。 実施の形態の半導体装置の要部拡大図である。 実施の形態の半導体装置の樹脂ブロックの斜視図である。 実施の形態の半導体装置内に構成された回路構成を示す回路図である。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
[実施の形態]
まず、実施の形態の半導体装置について、図1を用いて説明する。
図1は、実施の形態の半導体装置の斜視図である。
半導体装置100は、ケース110と、ケース110の収納部112a,112b,112cにそれぞれ収納された積層基板140とを含む。
半導体装置100は、P端子(第2外部端子)113a,113b,113cに正極が、N端子(第1外部端子)114a,114b,114cに負極がそれぞれ接続されて、各制御端子121,131に制御信号が印加されて、U端子(第3外部端子)115a、V端子(第3外部端子)115b、W端子(第3外部端子)115cから制御信号に応じた出力が得られるものである。
なお、このような半導体装置100を構成するケース110と、ケース110に収納される積層基板140との詳細については後述する。
ここで、半導体装置100の製造方法について、図2を用いて説明する。
図2は、実施の形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
[ステップS11]プリント基板119a,119b及び端子ブロック120,130を用意する(ステップS11a)。また、積層基板140を用意する(ステップS11b)。ステップS11aにおいて、端子ブロック120,130の制御端子121,131は、それぞれプリント基板119a,119bに圧入され、プリント基板119a,119bを端子ブロック120,130の下面側に保持する。
ここで、積層基板140について、図3を用いて説明する。
図3は、実施の形態の半導体装置の絶縁基板に部品搭載した斜視図である。
積層基板140は、絶縁基板141の下面に銅等により構成された放熱板(図示を省略)と、絶縁基板141の上面に銅箔等により構成された回路板142a,142bとがそれぞれ配置されている。
回路板(第1回路板)142a上には、例えば、銅により構成された導電端子143aが図中下側に配置され、半導体チップ(第1半導体チップ)144a,144b,144c(のコレクタ電極側)がはんだを介して一列に配置されている。さらに、一列に配置された半導体チップ144a,144b,144cの各エミッタ電極にジャンパー端子(第1ジャンパー端子)145aがはんだを介して配置されて、半導体チップ144a,144b,144cの各エミッタ電極が電気的に接続されている。
回路板(第2回路板)142b上には、例えば、銅により構成された導電端子143bが図中上側、すなわち導電端子143aの反対側に配置され、半導体チップ(第2半導体チップ)146a,146b,146c(のコレクタ電極側)がはんだを介して一列に配置されている。さらに、一列に配置された半導体チップ146a,146b,146cの各エミッタ電極にジャンパー端子(第2ジャンパー端子)145bがはんだを介して配置されて、半導体チップ146a,146b,146cの各エミッタ電極が電気的に接続されている。
図示した例では、半導体チップ144a,144b,144cが電気的に並列接続され、また、半導体チップ146a,146b,146cが電気的に並列接続されている。半導体チップの数は、半導体装置の容量に応じて増減し得る。
ここでジャンパー端子145a,145bについて図3,4を用いて説明する。図4は、実施の形態の半導体装置のジャンパー端子の斜視図である。
ジャンパー端子145a(145b)は、端子部145ab(145bb)と、平板部(板部材)145aa(145ba)と、平板部145aa(145ba)と端子部145ab(145bb)とを接続する段差部145ac(145bc)とを有する。
端子部145ab(145bb)は、接続する半導体チップの個数に応じて用意され、各半導体チップとはんだ等の接合材を介して接合し、各半導体チップと電気的、機械的に接続する。端子部145ab(145bb)は、図中上面から下面側(接続面)まで貫通する貫通孔145ad(145bd)を有する。半導体装置100は、端子部145ab(145bb)に貫通孔145ad(145bd)を設けることで、樹脂で封止する際に、貫通孔145ad(145bd)に樹脂を入り込ませて樹脂の密着性を高め、樹脂を剥離し難くすることができる。
平板部145aa(145ba)は、各半導体チップと電気的に接続した各端子部145ab(145bb)と、段差部145ac(145bc)を介して接続する。平板部145aa(145ba)の厚さは、例えば、1mm〜1.5mmである。図示した例では、平板部145aa(145ba)の主面と端子部145ab(145bb)の主面は略直交し、段差部145ac(145bc)はこれら2つの主面と略平行な面を有しており、ジャンパー端子145a(145b)の一断面はジグザグ形状になっている。
段差部145ac(145bc)は、後述する配線端子116(117)を下側から支える。
図3に示すようにジャンパー端子145aの平板部145aaと、ジャンパー端子145bの平板部145baとは、平行に向き合って配置される。また、図3に示すようにジャンパー端子145aは、平面視で、ジャンパー端子145bよりも図中上側まで突出している。また、図3に示すようにジャンパー端子145bは、平面視で、ジャンパー端子145aよりも図中下側まで突出している。平板部145aaと平板部145baは、樹脂プレート147を挟んでずれて配置されている。平板部145aaの一端部は平板部145baの一端部よりも積層基板140の一端部寄りに配置されている、平板部145baの他端部は、平板部145aaの他端部よりも積層基板140の一端部反対側の他端部寄りに配置されている。
ジャンパー端子145aとジャンパー端子145bとの間には、樹脂プレート147が配置され、ジャンパー端子145aとジャンパー端子145bは、当該樹脂プレート147に支持されている。
ここで樹脂プレート147について図3,5,6を用いて説明する。図5は、実施の形態の半導体装置の樹脂プレートが搭載された積層基板の平面図であり、図3からジャンパー端子145a,145bを除外した平面図である。図6は、実施の形態の半導体装置の樹脂プレートを示す図である。図6(a)は、図3の一点鎖線Y−Yにおける樹脂プレート147及び平板部145aa,145baの断面図の模式図である。図6(b)は、平板部145aa,145baを除外した図6(a)の斜視図である。
樹脂プレート147は、プレート部147aと、位置決め部147bとを有する。図3に示すようにプレート部147aは、平板部145aaと、平板部145baとの間(回路板142bと回路板142aとの間)に配置される。また、図3に示すようにプレート部147aは、平面視で、平板部145baより図中上側まで突出(例えば、1mm以上)し、平板部145aaよりも図中下側まで突出(例えば、1mm以上)する。また、図6(a)に示すようにプレート部147aは、断面視で、平板部145aa,145baより図中上下側で突出(例えば、1mm以上)する。平板部145aa、プレート部147a及び平板部145baのそれぞれの一端部が順にずれて配置され、プレート部147aの一端部の隣接する2つの側面が平板部145aa,145ba間に露出している。平板部145aa、プレート部147a及び平板部145baの一端部反対側のそれぞれの他端部も、同様に順にずれて配置されている。
つまり、平板部145aaと平板部145baとが平行に向かい合っている部分(重なり合っている領域)には、プレート部147aが存在する。
このようなプレート部147aを平板部145aaと平板部145baとの間に配置することによって、半導体装置100は、ジャンパー端子145aとジャンパー端子145bとの沿面距離、及び空間距離を確保できる。すなわち、半導体装置100は、ジャンパー端子145aとジャンパー端子145bとの絶縁性を確保できる。
位置決め部147bは、プレート部147aの対向する面、つまり回路板142a側及び回路板142b側にそれぞれ設けられており、回路板142a,142bと密着している。図5に示すように位置決め部147bは、平面視で、凸形状あるいはT字形状(段差形状)であり、半導体チップ144a,144bの間と、半導体チップ144b,144cの間と、半導体チップ146a,146bの間と、半導体チップ146b,146cの間とに位置する。位置決め部147bは、四角形の各半導体チップの角部に対応する部分に、凸形状の段差部分が位置するように配置され、各半導体チップの位置(2辺の位置)を、段差部分の2辺で規定(固定)している。位置決め部147bは、回路板142a側と、回路板142b側とでずれた位置に設けられており、これにより、樹脂プレート147を倒れづらくしている。
また、図6(a),(b)に示すように位置決め部147bは、ジャンパー端子145a,145bが挿入されるスリット(挿入部)147cを有している。ジャンパー端子145aの段差部145acが設けられていない部分の平板部145aaが、スリット147cに挿入されている。また、ジャンパー端子145bの段差部145bcが設けられていない部分の平板部145baが、スリット147cに挿入されている。
このように、スリット147cにジャンパー端子145a,145bを挿入することで、組み立ての際、樹脂プレート147は、ジャンパー端子145a,145bが倒れないよう、ジャンパー端子145a,145bを支持できる。
また、スリット147cは、挿入された平板部145aa(145ba)が上下に摺動可能な大きさである。
後述するようにジャンパー端子145aは、平板部145aaをスリット147cに挿入した状態で積層基板140に配置されるが、平板部145aaをスリット147c内で摺動できるため、挿入した状態のまま、端子部145abを適切な位置まで誘導できる。また、ジャンパー端子145bは、平板部145baをスリット147cに挿入した状態で積層基板140に配置されるが、平板部145baをスリット147c内で摺動できるため、挿入した状態のまま、端子部145bbを適切な位置まで誘導できる。つまり、平板部145aa(145ba)がスリット147c内を摺動することで、樹脂プレート147の位置決め部147bを回路板142a,142bに密着させた状態のまま、適切な位置まで端子部145ab(145bb)を移動させることができる。
なお、位置決め部147bのスリット147cに替えて、プレート部147aに、ジャンパー端子145a,145bを保持する保持機構を備えていてもよい。
なお、位置決め部147bの形状は、一例であって凸形状に限らない。位置決め部147bの形状は、半導体チップの位置を規定できる形状であればよい。また、樹脂プレート147は、位置決め部147bを設けずに、図5に示したプレート部147aの厚さをより厚くして、回路板142a,142bまで延伸させて回路板142a,142bと密着し、プレート部147aで各半導体チップの位置(一辺の位置)を規定してもよい。樹脂プレート147の材料として液晶プラスチック(LCP)やポリフェニレンサルファイド(PPS)等、はんだ付けに対応する樹脂を使用できる。
半導体チップ144a,144b,144c,146a,146b,146cとしてIGBT、MOSFETやFWD等が用いられる。図3は半導体チップ144a等としてRC−IGBT(Reverse Conducting IGBT:逆導通IGBT)を用いた例を示している。半導体チップの基板として、シリコンのほか、炭化けい素や窒化ガリウムを用いることができる。半導体チップ144a等はそれぞれ主電極(エミッタ電極及びコレクタ電極)に加えて、ゲート端子、センス端子やチップ温度測定用端子に接続される複数の制御電極144ac,144bc,144cc,146ac,146bc,146ccを備えている。
ここで、樹脂プレートが搭載された積層基板の組立工程について図7〜9を用いて説明する。図7〜9は、実施の形態の半導体装置の樹脂プレートが搭載された積層基板の組立工程を示す図である。
まず、図7(a)に示すように、絶縁基板141の下面に銅等により構成された放熱板(図示を省略)と、絶縁基板141の上面(おもて面)に銅箔等により構成された回路板142a,142bとがそれぞれ配置されている、積層基板140を用意する。
次に、図7(b)に示すように、積層基板140に配置する電子部品(導電端子,半導体チップ)の位置決めに用いられる治具200を積層基板140に配置する。治具200には、半導体チップが配置される位置に積層基板140(回路板142a,142b)を露出する半導体チップ収納部201,202,203,204,205,206が設けられている。また、治具200には、導電端子が配置される位置に積層基板140(回路板142a,142b)を露出する導電端子収納部207,208が設けられている。
次に図8,9に示すように、回路板142a,142b上に半導体チップ144a〜144c,146a〜146c、ジャンパー端子145a,145b、樹脂プレート147を配置し、樹脂プレート147により半導体チップ144a〜144c,146a〜146cを位置決めしながら、回路板142a,142b、半導体チップ144a〜144c,146a〜146c及びジャンパー端子145a,145bの間をはんだ付けにより接合する。
次に図8(a)に示すように、積層基板140にはんだを介して電子部品を配置する。半導体チップ収納部201,202,203,204,205,206内の回路板142a,142b上に、はんだ材と、半導体チップ144a,144b,144c,146a,146b,146cとを順に配置する。また、導電端子収納部207,208内の回路板142a,142b上に、はんだ材と、導電端子143a,143bとを順に配置する。
次に図8(b)に示すように、半導体チップ収納部201,202,203,204,205,206に配置された各半導体チップ上に、端子部145ab,145bbの位置決めに用いられる治具210を配置する。治具210には、端子部145ab,145bbが配置される位置に、各半導体チップの主電極(エミッタ電極)を露出する端子部収納部210aが設けられている。
次に図9に示すように、ジャンパー端子145a,145bの平板部145aa,145baをスリット147cに挿入した樹脂プレート147を積層基板140上に配置する。端子部145ab,145bbと各半導体チップの主電極の間にはんだ材を配置する。
このように組んだ部品及び治具を炉に投入し、はんだ材を加熱、溶解、冷却して各部材をはんだ付けする。このようにして、半導体チップ144a,144b,144c,146a,146b,146cの裏面(コレクタ電極)が回路板142a,142bとはんだ付けにより接合され、導電端子143a,143bの裏面が回路板142a,142bとはんだ付けにより接合され、また、端子部145ab,145bbが各半導体チップのおもて面(エミッタ電極)とはんだ付けにより接合される、はんだ材は、鉛を含まない板はんだやペーストはんだである。
なお、上記の例では、図9の状態まで部品を組んだ状態で一度にはんだ付けを行ったが、はんだ付けを複数回に分けて行ってもよい。例えば、図8(a)に示すように積層基板140に電子部品を配置した段階で、半導体チップ144a〜144c,146a〜146cの裏面及び導電端子143a,143bの裏面を回路板142a,142bにはんだ付けにより接合し、次に図9に示すように樹脂プレート147を積層基板140上に配置した段階で、半導体チップ144a〜144c,146a〜146cのおもて面を端子部145ab,145bbにはんだ付けにより接合してもよい。
樹脂プレート147は、位置決め部147bが回路板142a,142bと密着し、かつ、半導体チップ144a,144b,144c,146a,146b,146cの位置を内側(中央側)から規定するように、積層基板140上に配置される。
つまり、半導体チップ144a,144b,144c,146a,146b,146cは、樹脂プレート147が積層基板140上に配置された状態において、外側からは治具200によって、内側からは位置決め部147bによって位置を規定されている。
この状態で、スリット147cに挿入された平板部145aa,145baをスリット147c内で摺動させて、端子部145ab,145bbを治具210の端子部収納部210aの適切な位置に移動させる。そして、端子部145ab,145bbの裏面と各半導体チップとをはんだ付けして、端子部145ab,145bbと各半導体チップとを接合する。その後、治具200,210を取り除く。これにより、図3に示されるような、積層基板140の構造が得られる。
このように、外側からは治具200によって、内側からは位置決め部147bによって各半導体チップの位置を規定した状態で、端子部145ab,145bbを接合するため、接合時の熱等により各半導体チップが適切な位置から移動するのを抑止できる。
また、治具200では半導体チップの外側だけを位置決めをして、内側の位置決めをジャンパー端子145a,145bの絶縁性を確保するために用いる樹脂プレート147で行うことで、組立後に積層基板140から治具200を容易に取り除くことができる。
次いで、端子ブロック120,130について図10〜図12を用いて説明する。
図10は、実施の形態の半導体装置の端子ブロックの斜視図である。
また、図11及び図12は、実施の形態の半導体装置のプリント基板及び端子ブロックの斜視図である。なお、図11及び図12では、端子ブロック120,130をプリント基板119aに配置している場合を示している。
図10のように、端子ブロック120,130は、制御端子(外部接続端子)121,131を一体成形して樹脂により構成されており、略直方体状を成している。端子ブロック120,130の下面(第2面)側には、2つの突起により規定された隙間122,132がそれぞれ形成されている。端子ブロック120,130の下面はそれぞれプリント基板119aに対して設置される面である。なお、隙間122,132は、端子ブロック120,130の図中正面側から裏面側に貫通している。また、端子ブロック120,130の互いに対向する面側には、段差部123,133がそれぞれ形成されている。
このような端子ブロック120,130は、複数の制御端子121,131を保持している。制御端子121,131は、両端部が、胴体部よりも厚く構成されている。端子ブロック120,130は、このような制御端子121,131の胴体部を保持し、胴体部よりも厚く構成された両端部は端子ブロック120,130の図中上面(第1面)及び下面(第2面)にそれぞれ突出している。後述するように、端子ブロック120,130の図中下面側に突出している制御端子121,131の下端部は、プリント基板119aに設けられたスルーホールに圧入(プレスフィット)されている。なお、制御端子121,131は、図10では、端子ブロック120,130に対して2列形成されている。これにより、制御端子121,131を一列形成する場合と比較して、端子ブロック120,130に保持させる制御端子121,131の本数を増加させることができる。また、端子ブロック120,130は、制御端子121,131を2列に限らず、3列以上にすることで、保持させる制御端子121,131の本数をより増加させることができる。端子ブロック120,130は、プリント基板119aの一端部に配置されている。
なお、ケース110の形成で用いられるプリント基板(回路配線基板)119aは、導電性材料からなる配線層と、耐熱性の高い材料からなる基板とを含み、配線層に電気的に接続される電極119a1がおもて面に複数配列されている。配線層の構成は単層、両面に積層された構成あるいは多層構成のいずれでもよい。また、プリント基板119aは、上面(第1主面)から下面(第2主面)へ貫通する複数の貫通孔119a2が形成されている。後述するようにプリント基板119aをケース110に一体成形する際に、当該貫通孔119a2にケース110の樹脂が入り込むことで、プリント基板119aがケース110に固着しやすくなる。好ましくは、複数の貫通孔119a2は整列した複数の電極119a1を間に挟むように配置される。電極119a1の周囲を貫通孔119a2内の樹脂で固定することにより、後のステップにおけるワイヤ148の接続の信頼性を向上できる。
また、プリント基板119aの裏面に銅によるパターンを形成しておき、当該パターンの表面に黒化処理により意図的に凹凸を設けておいてもよい。これにより、プリント基板119aをケース110に一体成形する際に、裏面の凹凸がケース110と馴染んで、プリント基板119aがケース110に固着しやすくなる。下面側の配線層のベタパターンはシールドとして用いることもできる。プリント基板119aの下面にレジスト等の残渣がないほうが好ましい。
このようなプリント基板119aに、端子ブロック120,130の下面から突出した制御端子121,131の下端部が圧入(プレスフィット)により接続されて、端子ブロック120,130が配置されている。これにより、プリント基板119aと制御端子121,131とが電気的に接続される。図12に示すように、制御端子121,131の端部がプリント基板119a,119bの下面側に露出もしくは突出してもよい。
なお、制御端子121,131の下端部が胴体部と同じ厚さである場合には、プリント基板119aに対して圧入せずにはんだにより接続することも可能である。この場合には、プリント基板119aに(プリント基板119aのおもて面側から)貫通させた制御端子121,131の下端部をプリント基板119aの裏面側ではんだ付けする。しかし、はんだは、温度によっては溶融し、溶融したはんだは樹脂に入り込んでしまう場合がある。このように溶融したはんだの樹脂への流入を防止するためにも、プリント基板119aの裏面側の制御端子121,131のはんだ付け部をエポキシ樹脂で覆い、当該エポキシ樹脂を硬化させる処理を行うとよい。したがって、プリント基板119aに制御端子121,131を取り付ける際には、はんだを用いるよりも、圧入を行う方が好ましい。
また、プリント基板119aには、制御回路を設け、制御端子121,131と電気的に接続された電子部品等を搭載することもできる。なお、後述するプリント基板119bも、プリント基板119aと同様の構成を成し、同様に取り扱うことができる。
このような積層基板140、プリント基板119a,119b及び端子ブロック120,130が用意される。
[ステップS12]端子ブロック120,130が配置されたプリント基板119a,119b、配線端子(第3配線端子)118、P端子113a,113b,113c、N端子114a,114b,114c、U端子115a、V端子115b、W端子115c等を一体成形により樹脂を用いてケース110を形成する。
このようにして形成されたケース110について、図13,14を用いて説明する。
図13は、実施の形態の半導体装置のケースの平面図であり、図14は、実施の形態の半導体装置のケースの裏面図である。
ケース110は、例えば、射出成形により樹脂を用いて形成され、中央部に凹部が形成された枠型状を成している。中央部の凹部内には、上記積層基板140がそれぞれ収納される収納部112a,112b,112cが形成されている。収納部112aの周縁部には、(ケース110の短手方向に沿って)プリント基板119a,119bが配置されている。収納部112bの周縁部には、(ケース110の短手方向に沿って)一対のプリント基板119aが配置されている。収納部112cの周縁部には、(ケース110の短手方向に沿って)プリント基板119a,119bが配置されている。また、各プリント基板119a,119bは、ケース110に一体成形により配置されている。
このようなケース110の収納部112aに対して、ケース110の長手方向の一方の辺側(図中下側)にはP端子113aと、N端子114aとが、他方の辺側(図中上側)にはU端子115aがそれぞれ設けられている。同様にして、収納部112bに対して、ケース110の長手方向の一方の辺側(図中下側)にはP端子113bと、N端子114bとが、他方の辺側(図中上側)にはV端子115bがそれぞれ設けられている。また、収納部112cに対して、長手方向の一方の辺側(図中下側)にはP端子113cと、N端子114cとが、他方の辺側(図中上側)にはW端子115cがそれぞれ設けられている。
各収納部112a,112b,112cには、P端子113a,113b,113cに電気的に接続され、P端子113a,113b,113cから突出する配線端子118が配置されている。なお、配線端子118は、後述する配線端子(第1配線端子)117と対向する辺に底面部118aから起立(底面部118aと直交)する側面部118bを有する。側面部118bの厚さは、例えば、1.0mm〜1.5mmである。
また、収納部112aのU端子115a側のプリント基板119a,119bには、端子ブロック120,130がそれぞれ配置されており、制御端子121,131がプリント基板119a,119bと電気的に接続されている。なお、端子ブロック120,130は、ケース110の長手方向の辺のU端子115a、V端子115b、W端子115c近傍にそれぞれ配置されている。
端子ブロック120,130は、一体成形することによりケース110の樹脂に一体化される。二次成形時に、端子ブロック120,130の上面、下面あるいは上面及び下面の間の側面(第3面)が加熱された樹脂と溶着することにより、端子ブロック120,130はケース110に接合される。樹脂として例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
[ステップS13]ステップS12で形成したケース110に、ステップS11bで用意した積層基板140を収納する。収納の際、積層基板140の導電端子143aが、ケース110の配線端子118の底面部118a(の裏面側)に接合される。
具体的には、図3で説明した積層基板140を銅板あるいは冷却器に設置する。銅板あるいは冷却器に設置された積層基板140が、図13,14で説明したケース110の収納部112a,112b,112cにそれぞれ収納されるように、ケース110を接着する。
[ステップS14]半導体チップ144a,144b,144cのゲート電極等の制御電極とプリント基板119aとをワイヤ148で接続して、半導体チップ146a,146b,146cのゲート電極等の制御電極とプリント基板119bとをワイヤ148で接続する。
なお、各制御電極がプリント基板119aに沿って整列するよう、半導体チップ144a,144b,144cを配置するとよい。半導体チップ146a,146b,146cについても同様である。このような配置によりワイヤ148による接続が容易になる。半導体チップ144a等としてRC−IGBTを用いると図3に示すように制御電極の整列が容易になる。
[ステップS15]配線端子(第2配線端子)116を、図1に示すようにケース110のU端子115a、V端子115a、W端子115cの一端と、積層基板140の導電端子143bと、ジャンパー端子145a(の平板部145aa)とに、それぞれ溶接により接合する。これにより、配線端子116と、U端子115a、V端子115b、W端子115cと、積層基板140の導電端子143bと、ジャンパー端子145aとが電気的に接続する。
配線端子117を、図1に示すようにケース110のN端子114a,114b,114cの一端と、ジャンパー端子145b(の平板部145ba)とに、それぞれ溶接により接合する。これにより、配線端子117と、N端子114a,114b,114cと、ジャンパー端子145bとが電気的に接続する。
これにより、図1に示されるような、半導体装置100の構造が得られる。
ここで配線端子116,117について図1,15〜17を用いて説明する。図15は、実施の形態の半導体装置の配線端子の斜視図である。図16は、実施の形態の半導体装置の配線端子及び積層基板の断面図であり、図1の一点鎖線X−Xにおける断面図である。図17は、実施の形態の半導体装置の要部拡大図である。
配線端子116は、底面部116aと、側面部116bと、側面部116cとを有する。底面部116aは、図1,17に示すように一端の裏面側(図中下面)でU端子115a、V端子115b、W端子115cの一端と、導電端子143bとに接合され、他端がプリント基板119a,119bに平行に、配線端子118の手前まで延伸する。
また、底面部116aは、図16に示すようにジャンパー端子145aの段差部145acに下側(図中下面)を支持される。また、底面部116aは、段差部145acから突き出ており、底面部116aの突き出た部分と、端子部145abとの間には隙間が設けられている。そして、底面部116aの突き出た部分には、図15に示すような図中上面から下面側まで貫通する貫通孔116dが形成されている。このように底面部116aの突き出た部分に貫通孔116dを設けることで、半導体装置100は、樹脂で封止する際に、貫通孔116dに樹脂を入り込ませて樹脂の密着性を高め、樹脂を剥離し難くすることができる。
側面部116bは、図1,16,17に示すように底面部116aの配線端子117と対向する辺に底面部116aからL字状に起立(底面部116aと直交)するように設けられた面である。そして、側面部116bは、図1,16,17に示すように後述する側面部117bと平行に配置され、ジャンパー端子145a(の平板部145aa)と接合され、ジャンパー端子145aと電気的に接続する。
例えば、側面部116bは、平板部145aaの上端側(積層基板140と対向する側)で平板部145aaと接合する。このように、側面部116bを平板部145aaの上端側で接合することで、接合部分を各半導体チップから遠ざけることができる。これにより、半導体装置100は、配線端子116の膨張等による各半導体チップや積層基板140に伝わる応力を弱くし、各半導体チップや積層基板140のクラックや破損を抑制し、半導体装置100の信頼性を向上させることができる。
また、側面部116cは、図1,17に示すように底面部116aの配線端子117と対向する辺に、底面部116aからL字状に起立(底面部116aと直交)するように設けられた面であり、配線端子117の側面部117cと平行に配置される。側面部116b,116cの厚さは、例えば、1.0mm〜1.5mmである。
配線端子117は、底面部117aと、側面部117bと、側面部117cとを有する。底面部117aは、図1,17に示すように一端の裏面側(図中下面)でN端子114a,114b,114cの一端と接合され、他端がプリント基板119a,119bに平行に配線端子116の手前まで延伸する。
また、底面部117aは、図16に示すようにジャンパー端子145bの段差部145bcに下側(図中下面)を支持される。また、底面部117aは、段差部145acから突き出ており、底面部117aの突き出た部分と、端子部145bbとの間には隙間が設けられている。そして、底面部117aの突き出た部分には、図15に示すような図中上面から下面側まで貫通する貫通孔117dが形成されている。このように底面部117aの突き出た部分に貫通孔117dを設けることで、半導体装置100は、樹脂で封止する際に、貫通孔117dに樹脂を入り込ませて樹脂の密着性を高め、樹脂を剥離し難くすることができる。
側面部117bは、図1,16,17に示すように底面部117aの配線端子116、及び配線端子118と対向する辺に底面部117aからL字状に起立(底面部117aと直交)するように設けられた面である。そして、側面部117bは、図1,16,17に示すように後述する側面部116b,118bと平行に配置され、ジャンパー端子145b(の平板部145ba)と接合され、ジャンパー端子145bと電気的に接続する。
例えば、側面部117bは、平板部145baの上端側(積層基板140と対向する側)で平板部145baと接合する。このように、側面部117bを平板部145baの上端側で接合することで、接合部分を各半導体チップから遠ざけることができる。これにより、半導体装置100は、配線端子117の膨張等による各半導体チップや積層基板140に伝わる応力を弱くし、各半導体チップや積層基板140のクラックや破損を抑制し、半導体装置100の信頼性を向上させることができる。
また、側面部117cは、図1,17に示すように底面部117aの配線端子116と対向する辺に底面部117aからL字状に起立(底面部117aと直交)するように設けられた面であり、配線端子116の側面部116cと平行に配置される。側面部117b,117cの厚さは、例えば、1.0mm〜1.5mmである。
このように側面部116bと側面部117bとは、平行に配置された平板部145aa、プレート部147a、平板部145baとを挟んで平行に配置される。
すなわち、半導体装置100では、電気的に接続した側面部117b及び平板部145baと、電気的に接続した側面部116b及び平板部145aaとが、プレート部147aを挟んで平行に配置されている。また、半導体装置100では、側面部116cと、側面部117cとが平行に配置されている。また、半導体装置100では、側面部117bと、側面部118bとが平行に配置されている。
[ステップS16]ケース110の凹部内に樹脂ブロックを嵌める。ここで樹脂ブロックについて図18を用いて説明する。図18は、実施の形態の半導体装置の樹脂ブロックの斜視図である。
樹脂ブロック150は、樹脂で形成されており、半導体装置100の中央部の凹部に嵌まるように、例えば、複数のフレームにより枠型に組まれた構成をしている。このような樹脂ブロック150を含むことで、半導体装置100では、剛性率が向上し、外部からの衝撃等に起因した曲げ、ねじりに対して生じる変形が小さくなる。このため、半導体装置100の内部の半導体チップ144a,144b,144c及び半導体チップ146a,146b,146cに対する衝撃、損傷等を防止することができるようになる。
[ステップS17]ケース110の凹部内の積層基板140、プリント基板119a,119b、配線端子116,117,118、ワイヤ148等を封止樹脂で封止し、封止樹脂を硬化する。これにより半導体装置100が完成する。封止樹脂として例えばエポキシ樹脂を用いることができる。
次に、このような半導体装置100で構成される回路構成について図1,3,19を用いて説明する。図19は、実施の形態の半導体装置内に構成された回路構成を示す回路図である。
半導体装置100の収納部112aの積層基板140(図1,3)においては、P端子113aに配線端子118を介して電気的に接続されている導電端子143aは、回路板142aを経由して、半導体チップ144a,144b,144cのコレクタ電極に電気的に接続されている。半導体チップ144a,144b,144cのエミッタ電極に電気的に接続されているジャンパー端子145aに、配線端子116が電気的に配線され、配線端子116は、U端子115aに電気的に接続されている。
導電端子143bは、U端子115aに電気的に接続されている配線端子116に電気的に接続されており、回路板142bを経由して、半導体チップ146a,146b,146cのコレクタ電極に電気的に接続されている。半導体チップ146a,146b,146cのエミッタ電極に電気的に接続されているジャンパー端子145bに、配線端子117が電気的に配線され、配線端子117は、N端子114aに電気的に接続されている。
また、半導体装置100の収納部112bの積層基板140(図1及び図3)においては、P端子113bに配線端子118を介して電気的に接続されている導電端子143aは、回路板142aを経由して、半導体チップ144a,144b,144cのコレクタ電極に電気的に接続されている。半導体チップ144a,144b,144cのエミッタ電極に電気的に接続されているジャンパー端子145aに、配線端子116が電気的に配線され、配線端子116は、V端子115bに電気的に接続されている。
導電端子143bは、V端子115bに電気的に接続されている配線端子116に電気的に接続されており、回路板142bを経由して、半導体チップ146a,146b,146cのコレクタ電極に電気的に接続されている。半導体チップ146a,146b,146cのエミッタ電極に電気的に接続されているジャンパー端子145bに、配線端子117が電気的に配線され、配線端子117は、N端子114bに電気的に接続されている。
また、半導体装置100の収納部112cの積層基板140(図1,3)においては、P端子113cに配線端子118を介して電気的に接続されている導電端子143aは、回路板142aを経由して、半導体チップ144a,144b,144cのコレクタ電極に電気的に接続されている。半導体チップ144a,144b,144cのエミッタ電極に電気的に接続されているジャンパー端子145aに、配線端子116が電気的に配線され、配線端子116は、W端子115cに電気的に接続されている。
導電端子143bは、W端子115cに電気的に接続されている配線端子116に電気的に接続されており、回路板142bを経由して、半導体チップ146a,146b,146cのコレクタ電極に電気的に接続されている。半導体チップ146a,146b,146cのエミッタ電極に電気的に接続されているジャンパー端子145bに、配線端子117が電気的に配線され、配線端子117は、N端子114cに電気的に接続されている。
このような構成により、半導体装置100の内部には、図19に示す回路が構成される。
したがって、P端子113aに電源の正極が、N端子114aに負極が接続された状態で、制御端子121,131及びプリント基板119a,119bを経由して外部回路との間で制御信号が入出力される。この制御信号に応じて、プリント基板119a,119b及びワイヤ148を経由して、半導体チップ144a,144b,144c並びに半導体チップ146a,146b,146cのゲート電極に制御信号が入力されて、制御信号に応じてU端子115aから出力される。
また、P端子113bに正極が、N端子114bに負極が接続された状態で、制御端子121,131及びプリント基板119a,119bを経由して制御信号が入出力される。この制御信号に応じて、プリント基板119a,119b及びワイヤ148を経由して、半導体チップ144a,144b,144c並びに半導体チップ146a,146b,146cのゲート電極に制御信号が入力されて、制御信号に応じてV端子115bから出力される。
また、P端子113cに正極が、N端子114cに負極が接続された状態で、制御端子121,131及びプリント基板119a,119bを経由して制御信号が入出力される。この制御信号に応じて、プリント基板119a,119b及びワイヤ148を経由して、半導体チップ144a,144b,144c並びに半導体チップ146a,146b,146cのゲート電極に制御信号が入力されて、制御信号に応じてW端子115cから出力される。
ところで上述したように、半導体装置100では、電気的に接続した側面部117b及び平板部145baと、電気的に接続した側面部116b及び平板部145aaとが、プレート部147aを挟んで平行に対向して配置されている。また、半導体装置100では、側面部116cと、側面部117cとが平行に対向して配置されている。また、半導体装置100では、側面部117bと、側面部118bとが平行に対向して配置されている。P端子(上アーム)側に配置されたジャンパー端子145a及び配線端子116,118と、N端子(下アーム)側に配置されたジャンパー端子145b及び配線端子117と、の対向する面積を増やすことができ、主回路のインダクタンスを低減できる。
詳しくは、上記回路構成、及び半導体装置100の構成によれば、平行に配置された側面部117b及び平板部145baに流れる電流によって生じる磁場と、側面部116b及び平板部145aaに流れる電流によって生じる磁場が打ち消し合う。
また、平行に配置された側面部117cに流れる電流によって生じる磁場と、側面部116cに流れる電流によって生じる磁場が打ち消し合う。
また、平行に配置された側面部117bに流れる電流によって生じる磁場と、側面部118bに流れる電流によって生じる磁場が打ち消し合う。
すなわち、半導体装置100は、磁場を弱め、磁場による半導体装置100の誤動作を抑止できる。これにより、半導体装置100は、半導体装置100の信頼性を向上できる。
さらに、ジャンパー端子145a,145bにより挟持される樹脂プレート147により各半導体チップを位置決めするので、積層基板140に各半導体チップ及びジャンパー端子145a,145bを搭載する組み立て工程が容易になり、半導体装置100の小型化も可能になる。
なお、配線端子116,117を、樹脂ブロック150の裏面側に、収納部112a,112b,112cに対応して一体成形することもできる。このように樹脂ブロック150と、配線端子116,117とを一体成形することで、一度に配線端子116,117を配置することができ、半導体装置100は、半導体装置100の組立性が向上させることができる。この場合には、収納部単位の樹脂ブロックを樹脂で形成し、各収納部単位の樹脂ブロックの裏面に、一組の配線端子116,117を一体成形するとよい。このように、収納部単位の樹脂ブロックと配線端子116,117とを一体成形することで、配線端子116,117を、ジャンパー端子145a,145bの適切な位置に誘導することができ、配線端子116,117を良好に接合することができる。
また、配線端子116,117は、ケース110と一体成形することもできる。
また、半導体装置100は、一組の積層基板140、半導体チップ144a〜144c,146a〜146c、ジャンパー端子145a,145b、樹脂プレート147、入力端子(P端子113a、N端子114a)及び出力端子(U端子115a)を備える、1相分のパワー半導体モジュールとして構成されてもよい。
100 半導体装置
110 ケース
112a,112b,112c 収納部
113a,113b,113c P端子
114a,114b,114c N端子
115a U端子
115b V端子
115c W端子
116,117,118 配線端子
116a,117a,118a 底面部
116b,116c,117b,117c,118b 側面部
119a,119b プリント基板
120,130 端子ブロック
121,131 制御端子
140 積層基板
141 絶縁基板
142a,142b 回路板
143a,143b 導電端子
144a,144b,144c,146a,146b,146c 半導体チップ(半導体素子)
145a,145b ジャンパー端子
145aa,145ba 平板部
145ab,145bb 端子部
145ac,145bc 段差部
150 樹脂ブロック
200,210 治具
201,202,203,204,205,206 半導体チップ収納部
207,208 導電端子収納部
210a 端子部収納部

Claims (10)

  1. 絶縁基板と、前記絶縁基板のおもて面に配置された第1回路板と、前記第1回路板に並列して前記おもて面に配置された第2回路板とを有する積層基板と、
    前記第1回路板に配置された第1半導体チップと、
    前記第2回路板に配置された第2半導体チップと、
    前記第1半導体チップの主電極と電気的に接続する第1端子部と、第1板部材とを有する第1ジャンパー端子と、
    前記第2半導体チップの主電極と電気的に接続する第2端子部と、第2板部材とを有する第2ジャンパー端子と、
    前記第1回路板のおもて面に載置され、前記第1回路板に対する前記第1半導体チップの位置を規定する第1位置決め部と、前記第2回路板のおもて面に載置され、前記第2回路板に対する前記第2半導体チップの位置を規定する第2位置決め部と、前記第1回路板と前記第2回路板の間で、前記第1板部材と前記第2板部材とに挟持されるプレート部と、を備える樹脂プレートと、
    を有する半導体装置。
  2. 前記第1板部材と、前記第2板部材とは平行に配置され、
    前記第1板部材と、前記第2板部材とには、逆向きの電流が流れる、
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記プレート部は、
    前記第1板部材と、前記第2板部材とが重なり合う領域を含む大きさである、
    請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記樹脂プレートは、
    前記第1板部材の挿入を受付ける第1挿入部と、
    前記第2板部材の挿入を受付ける第2挿入部と、を備える、
    請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記第1挿入部は、前記プレート部と前記第1位置決め部との間に設けられており、
    前記第2挿入部は、前記プレート部と前記第2位置決め部との間に設けられている、
    請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記第1位置決め部は、
    平面視で、凸形状であり、凸形状の段差部分を構成する二辺で前記第1半導体チップの位置を規定し、
    前記第2位置決め部は、
    平面視で、凸形状であり、凸形状の段差部分を構成する二辺で前記第2半導体チップの位置を規定する、
    請求項1に記載の半導体装置。
  7. 前記積層基板を収納するケースと、
    前記ケースに設けられた、前記ケースの外部と内部を接続する第1外部端子と、
    前記ケースに前記第1外部端子と隣接して設けられた、前記ケースの外部と内部を接続する第2外部端子と、
    前記ケースの前記第1外部端子が配置された側と逆側に設けられた、前記ケースの外部と内部を接続する第3外部端子と、
    一端で前記第1外部端子と接続するとともに、他端が前記第3外部端子の手前まで延伸する前記積層基板と平行な第1底面部と、前記第1底面部と直交し、前記第2板部材と電気的に接続する第1側面部とを備える第1配線端子と、
    一端で前記第3外部端子と接続するともに、他端が前記第2外部端子の手前まで延伸する前記積層基板と平行な第2底面部と、前記第2底面部と直交し、前記第1板部材と電気的に接続する第2側面部とを備える第2配線端子と、を備える、
    請求項1に記載の半導体装置。
  8. 前記第1側面部は、前記第2板部材と平行であり、
    前記第2側面部は、前記第1板部材と平行であって、
    前記第1側面部と前記第2側面部とで、前記第1板部材と、前記プレート部と、前記第2板部材とを挟み込んでいる、
    請求項7に記載の半導体装置。
  9. 一端で前記第2外部端子と接続するとともに、他端が前記第2底面部の手前まで延伸する前記積層基板と平行な第3底面部と、前記第3底面部の前記第2底面部と対向する辺に、前記第3底面部と直交する第3側面部とを備える第3配線端子を、更に備え、
    前記第1側面部は、前記第3側面部と対向する位置まで延伸している、
    請求項7に記載の半導体装置。
  10. 前記第1底面部の他端で、前記第2底面部と対向しており、
    前記第1配線端子は、前記第1底面部の他端の前記第2底面部と対向する辺に、前記第1底面部と直交する第2の第1側面部を備え、
    前記第2配線端子は、前記第2底面部の前記第1底面部の他端と対向する辺に、前記第2底面部と直交する第2の第2側面部を備える、
    請求項7に記載の半導体装置。
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