JP2019087676A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子と回路パターンとの接合部に加わる応力を緩和することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、回路パターン３０が形成されるとともに半導体素子４０が実装された基板２０と、回路パターン３０に基端部５１が接合されるとともに先端５２が回路パターン３０と反対側へ折り曲げられている端子５０と、を備えている。端子５０における回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和部としての応力緩和用接合部６１を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。

半導体装置において端子の取り出し構造として端子の基端部をパッドと接続した後に先端側を折り曲げる技術がある（例えば特許文献１）。

実開平３−１２２５５０号公報

ところで、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、基板２００の回路パターン２０１に端子（金属板）２０２の基端部２０３を、はんだ付けした後に、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端子２０２の先端２０４を折り曲げて接続部を形成する。この場合、端子２０２と回路パターン２０１との間の、はんだ接合部Ｐ１０に応力集中し、はんだ２０５にクラックが発生する懸念がある。

本発明の目的は、端子と回路パターンとの接合部に加わる応力を緩和することができる半導体装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、回路パターンが形成されるとともに半導体素子が実装された基板と、前記回路パターンに基端部が接合されるとともに先端が前記回路パターンと反対側へ折り曲げられている端子と、を備えた半導体装置であって、前記端子における前記回路パターンとの接合部の先端側端部に応力緩和部を有することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、端子における回路パターンとの接合部の先端側端部に応力緩和部を有するので、端子の折り曲げの際の端子と回路パターンとの接合部に加わる応力を緩和することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の半導体装置において、前記端子における前記回路パターンとの接合エリアを、前記端子の延びる方向において、通電用接合部と、応力緩和部としての応力緩和用接合部とに分割してなるとよい。

請求項３に記載のように、請求項２に記載の半導体装置において、前記基板には、レジストが、前記通電用接合部と前記応力緩和用接合部との間に形成されているとよい。
請求項４に記載のように、請求項１に記載の半導体装置において、前記応力緩和部は、前記端子に形成され接合材が入る応力緩和用ノッチであるとよい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記端子に、折り曲げ用ノッチが、前記回路パターンと反対側で前記応力緩和部より先端側に形成されているとよい。

本発明によれば、端子と回路パターンとの接合部に加わる応力を緩和することができる。

（ａ）は第１の実施形態における半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は第１の実施形態における半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は製造工程を説明するための半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は製造工程を説明するための半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は別例における半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は第２の実施形態における半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は第２の実施形態における半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は別例における半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。 （ａ）は半導体装置の一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は接合部分における断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、半導体装置１０は、基板２０と端子５０を備えている。基板２０として、例えば、銅よりなる金属板の上面に絶縁層が形成された絶縁基板に、銅よりなる導体パターンが形成されているものを用いることができる。半導体装置１０は、例えば、パワーモジュールである。

基板２０は、回路パターン（導体パターン）３０が形成されている。回路パターン３０は、帯状をなし、Ｘ方向に延びている。回路パターン３０に半導体素子４０が、はんだＳ３による、はんだ付けにより実装されている。半導体素子４０として例えば縦型パワートランジスタを用いることができ、これによりパワーモジュールを構成することができる。

回路パターン３０の端部において端子５０の基端部５１が、はんだＳ１による、はんだ付けにより回路パターン３０に接合され、通電用接合部６０を形成している。端子５０は帯板状の金属板よりなる。例えば端子５０として銅板を用いることができる。

また、端子５０の先端５２がＺ方向に折り曲げられ、回路パターン３０と反対側へ折り曲げられた構成となっている。つまり、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端子５０が水平面でのＸ方向にまっすぐ延びる状態において基端部５１が回路パターン３０に、はんだ付けされて接合され、この状態から、端子５０の先端５２がＺ方向に９０°折り曲げられて回路パターン３０と反対側へ折り曲げられる。その結果、図２（ａ），（ｂ）に示すように端子５０がＬ字状に屈曲形成される。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、端子５０の上面、即ち、折り曲げ内側に折り曲げ用ノッチ（溝）５５が形成されている。折り曲げ用ノッチ５５は断面形状が台形状をなし、端子の幅方向（Ｙ方向）に延びている。断面台形の折り曲げ用ノッチ５５における底面の中央が端子の折り曲げの際の折り曲げ起点Ｐ１となる。この折り曲げ用ノッチ５５に沿って端子（金属板）５０が折り曲げられる。折り曲げ用ノッチ５５により寸法精度が良好になり、折り曲げ加工性が良くなる。つまり、端子５０の折り曲げ内側に形成したノッチ５５に沿って端子（金属板）５０を折り曲げることで、寸法精度を良好にして折り曲げ加工性が良くなる。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）において、端子５０の先端５２側において外部機器と接続される。即ち、端子５０は通電用端子（電力端子、信号端子）として使用される。
端子５０における回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和部としての応力緩和用接合部６１を有する。応力緩和用接合部６１は、回路パターン３０の端部において端子５０の基端部５１が、はんだＳ２による、はんだ付けにより回路パターン３０に接合された部位である。このように、端子５０における回路パターン３０との接合エリアが、端子５０の延びるＸ方向において、通電用接合部６０と、応力緩和部としての応力緩和用接合部６１とに分割されている。通電用接合部６０と応力緩和用接合部６１とは端子５０の延びるＸ方向において離間して形成されている。応力緩和用接合部６１のＸ方向での長さＬ２は、通電用接合部６０のＸ方向での長さＬ１よりも小さい。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、基板２０にはレジスト７０が形成されている。レジスト７０は、Ｘ方向に連続する四角枠部７１と四角枠部７２を有し、レジスト７３は一定の幅を有する直線部であり、四角枠部７１と四角枠部７２に共通化した部位である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、四角枠部７１の内方にソルダペーストＳ１ａが配置されるとともに四角枠部７２の内方にソルダペーストＳ２ａが配置される。よって、図１（ａ），（ｂ）に示すように、基板２０には、レジスト７３が、通電用接合部６０と応力緩和用接合部６１との間に形成されている。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、折り曲げ用ノッチ５５は、端子５０において回路パターン３０と反対側で応力緩和用接合部６１より先端側に形成されている。
次に、作用について説明する。

まず、製造工程について説明する。
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、基板２０の回路パターン３０の上面に、端子用のレジスト７０、及び、半導体素子用のレジスト７５を形成する。

そして、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、基板２０の回路パターン３０の上面に、端子用のソルダペーストＳ１ａ，Ｓ２ａ、及び、半導体素子用のソルダペーストＳ３ａを塗布する。

さらに、端子用のソルダペーストＳ１ａ，Ｓ２ａの上にまっすぐ延びる端子５０を配置するとともに半導体素子用のソルダペーストＳ３ａの上に半導体素子４０を配置し、この状態で、はんだ付け用の炉に入れ、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、基板２０の回路パターン３０に半導体素子４０及び端子５０を、はんだ付けする。

このはんだ付けにより、はんだＳ１による、端子５０における回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０が形成されるとともに、通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和部としての、はんだＳ２による応力緩和用接合部６１が形成される。

引き続き、端子５０の基端部５１が回路パターン３０に接合された状態から、端子５０の先端５２をＺ方向に折り曲げて、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように端子５０を立設させる。

このとき、はんだ接合エリアが端子の長さ方向において分割され、通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和用接合部６１を有することで、端子５０を折り曲げる際の、はんだＳ１への応力が低減され、はんだクラック発生が抑制される。

詳しくは、はんだ付けによる通電用接合部６０は、はんだクラックを許容しない通電保証のための、はんだ接合部である。一方、はんだ付けによる応力緩和用接合部６１は、はんだクラックを許容する応力緩和のための、はんだ接合部である。通電保証のための、はんだ接合部（クラック許容しない）とは別に、応力緩和のための、はんだ接合部（クラック許容）を有する。端子折り曲げ時に応力集中がおき、はんだクラックが発生しようとするが、はんだ付エリアにおいて通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和用接合部６１を有することにより、通電用接合部６０にはクラックが発生しない。つまり、応力緩和用接合部６１は、通電用接合部６０にクラックが入らないようにするための犠牲部であり、クラックが進展しても、通電用接合部６０の先端側に離間して形成された応力緩和用接合部６１によってそれ以上のクラックの進展が防止される。よって、通電用接合部６０は、クラックから保護される。なお、クラックの進展は端子折り曲げ時以外にも折り曲げ後の熱サイクルで応力が加わった際にも生じやすく、この場合にも応力緩和用接合部６１によってそれ以上のクラック進展を防止することができる。また、通電用接合部６０は、折り曲げ起点Ｐ１から遠い位置である。そのため、端子折り曲げ時の発生応力は、応力緩和用接合部６１よりも少なく、はんだクラックは発生しにくい。

図９（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）と対比しつつ詳しく説明する。
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように基板２００の回路パターン２０１に端子（金属板）２０２の基端部２０３を、はんだ付けした後に、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端子２０２の先端２０４を折り曲げて接続部を形成する場合、端子２０２と回路パターン２０１との間の、はんだ接合部Ｐ１０に応力集中する。これにより、はんだ２０５にクラックが発生する懸念がある。

これに対し、本実施形態では、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように基板２０の回路パターン３０に端子（金属板）５０の基端部５１を、はんだ付けした後に、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端子５０の先端５２を折り曲げて接続部を形成する。この場合、端子５０における回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和部としての応力緩和用接合部６１を有するので、端子５０と回路パターン３０との間の、はんだ接合部での応力集中を緩和して、はんだＳ１でのクラックの発生を防止若しくは軽減することができる。その結果、レジストによる、はんだ付エリアにおいて通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和用接合部６１を形成することにより端子折り曲げ時の、はんだＳ１への応力集中を緩和することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）半導体装置１０の構成として、回路パターン３０が形成されるとともに半導体素子４０が実装された基板２０と、回路パターン３０に基端部５１が接合されるとともに先端５２が回路パターン３０と反対側へ折り曲げられている端子５０と、を備えている。端子５０における回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０の先端側端部に応力緩和部としての応力緩和用接合部６１を有する。よって、端子５０の折り曲げの際の端子５０と回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０に加わる応力を緩和することができる。

（２）端子５０における回路パターン３０との接合エリアを、端子５０の延びる方向において、通電用接合部６０と、応力緩和部としての応力緩和用接合部６１とに分割してなる。よって、端子５０と回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０に加わる応力を容易に緩和することができる。

（３）基板２０には、レジスト７３が、通電用接合部６０と応力緩和用接合部６１との間に形成されているので、通電用接合部６０と応力緩和用接合部６１とを分割して端子５０と回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０に加わる応力を容易に緩和することができる。

（４）端子５０に、折り曲げ用ノッチ５５が、回路パターン３０と反対側で応力緩和部としての応力緩和用接合部６１より先端側に形成されている。よって、応力緩和用接合部６１より先端側において端子５０の折り曲げ加工性が良い。

変形例として、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に代わり、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、通電用接合部６０に対し先端側に応力緩和用接合部６１を有するとともにその先端側に応力緩和用接合部６２を有する構成としてもよい。つまり、応力緩和用接合部６１に対し端子５０の先端側に、はんだＳ４による長さＬ３の応力緩和用接合部６２を有する構成としてもよい。

このように、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）では、応力緩和用接合部６１に対し端子折り曲げ部寄りに、はんだＳ４による応力緩和用接合部６２を形成して、応力緩和のための、はんだによる接合部（クラック許容）６１，６２と、通電保証のための、はんだによる接合部（クラック許容しない）６０を有する。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本実施形態では端子５０における、はんだ付け面に応力緩和用ノッチ８０が形成されている。応力緩和用ノッチ８０は、端子５０における回路パターン３０との接合部である通電用接合部６０の先端側端部に形成されている。応力緩和用ノッチ８０は、端子５０に形成され接合材としての、はんだＳ１が入るノッチ（溝）である。応力緩和用ノッチ８０は断面形状が台形状をなし、端子５０の幅方向（Ｙ方向）に延びている。断面台形の応力緩和用ノッチ８０における上面にまで、はんだＳ１が入り込む。

そして、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、端子５０の基端部５１が回路パターン３０に接合された状態から、端子５０の先端５２が回路パターン３０と反対側へ折り曲げられ、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようになる。

このように、はんだ接合部の端子側にノッチ構造を追加することで、端子５０を折り曲げる際の、はんだＳ１への応力が低減され、はんだクラック発生が抑制される。つまり、端子５０の折り曲げ時に応力集中して、はんだクラックが発生するので、はんだフィレットができる部分にも追加ノッチである応力緩和用ノッチ８０を形成することで、はんだのフィレット形状を改善して応力集中しにくいフィレット形状をつくることができる。即ち、図１０（ｃ）に示すように、はんだ２０５の右側（端子先端側）のフィレットは上側ほど右側に拡がる円弧形状をなしていたが、図６（ｃ）に示す本実施形態では、はんだＳ１の右側（端子先端側）のフィレットは上側ほど左側に拡がる（狭くなる）円弧形状をなしている。図６（ｃ）に示す本実施形態では応力集中を緩和することができる。また、図１０（ｃ）と図６（ｃ）を対比するとフィレットは図６（ｃ）に示す本実施形態の方が長くなっており、これによっても応力集中を緩和することができる。

第２の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（５）端子５０における回路パターン３０との接合部の先端側端部に形成される応力緩和部は、端子５０に形成され、接合材としてのはんだＳ１が入る応力緩和用ノッチ８０である。よって、端子５０の折り曲げ部において逆側のノッチ構造追加により端子５０の折り曲げ時の、はんだＳ１への応力集中を緩和することができる。また、折り曲げ用ノッチ５５よりも左側（端子基端部側）に応力緩和用ノッチ８０が形成されているので、端子５０の折り曲げ性が向上して端子５０の位置寸法を精度よく加工できる。

変形例として、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に代わり、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ノッチ（溝）が異なる形状であってもよい。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）においては、応力緩和部としての応力緩和用ノッチであるノッチ９０は断面三角形状をなし、１２０°程度の広角形状となっている。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 半導体装置はパワーモジュールでもよいし、それ以外でもよい。
○ 接合材は、はんだであったが、これに限らない。例えば接合材として導電性接着剤等（銀ペースト等）を用いてもよい。

○ 折り曲げ用ノッチ５５の断面形状は台形でなくてもよく、例えばＶ字状等であってもよい。
○ 折り曲げ用ノッチ５５は無くてもよく、例えば治具で折り曲げの位置決めをした状態で端子を折り曲げてもよい。

１０…半導体装置、２０…基板、３０…回路パターン、４０…半導体素子、５０…端子、５１…基端部、５２…先端、５５…折り曲げ用ノッチ、６０…通電用接合部、６１…応力緩和用接合部、７３…レジスト、８０…応力緩和用ノッチ、８１…応力緩和用ノッチ、Ｓ１…はんだ。

Claims (5)

1. 回路パターンが形成されるとともに半導体素子が実装された基板と、
   前記回路パターンに基端部が接合されるとともに先端が前記回路パターンと反対側へ折り曲げられている端子と、
   を備えた半導体装置であって、
   前記端子における前記回路パターンとの接合部の先端側端部に応力緩和部を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記端子における前記回路パターンとの接合エリアを、前記端子の延びる方向において、通電用接合部と、応力緩和部としての応力緩和用接合部とに分割してなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記基板には、レジストが、前記通電用接合部と前記応力緩和用接合部との間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記応力緩和部は、前記端子に形成され接合材が入る応力緩和用ノッチであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記端子に、折り曲げ用ノッチが、前記回路パターンと反対側で前記応力緩和部より先端側に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。